CN106736173B - 一种工装夹紧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车焊装领域，特别涉及一种工装夹紧装置及方法。装置包括气缸、气缸接头、安装座、壳体、连杆、压臂，气缸连接在安装座底部，壳体连接在安装座顶部，安装座设有气缸孔，气缸接头底部穿过气缸孔与气缸连接，其顶部通过连杆分别与壳体、压臂铰接，壳体靠近压臂处设有第一限位块，第一限位块限制压臂的最大打开角度。该机构采用多连杆机构，低副转动，摩擦小；多连杆配合有明显的增力效果；经简单力学计算，在实际使用状态该机构的转轴扭矩是使用同样气缸直接推动产生扭矩的近4倍，压力可靠；同一型号气缸可以实现机构多种角度的打开，采购件做到标准模块化降低采购备件和周期；不同缸径的气缸满足不同压力需求。

Description

一种工装夹紧装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车焊装领域，特别涉及一种工装夹紧装置及方法。

背景技术

汽车焊装夹具中最基本应用最多的机构就是夹紧机构或夹紧器，每条车身焊装线大大小小的工装夹具有上百套。生产时，通过夹紧机构对焊接工件的夹紧使工件不窜动不变形，可有效保证焊接工件的焊接精度和焊接质量。目前国内的夹紧焊装夹具主要为拉杆式气缸驱动夹紧夹具,由拉杆式气缸、支座、连接板、连杆压臂、定位块、压头等零件组成。

拉杆式气缸驱动夹紧夹具，其零件多为非标件，增加备件和维修成本；多个零件的多种规格标准使得采购成本预算困难，不适合成本结构越来越细分的汽车行业；气缸的活塞杆暴露在外易磨损；此外，由于没有统一的标准规定信号输出端口的位置，随着焊装线自动化程度越来越高，易使夹具布局紊乱。

发明内容

本发明提供一种工装夹紧装置及方法，旨在解决现有一体式夹紧器加工困难的问题

本发明提供一种工装夹紧装置包括气缸、气缸接头、安装座、壳体、连杆、压臂，所述气缸连接在安装座底部，所述壳体连接在安装座顶部，所述安装座设有气缸孔，所述气缸接头底部穿过气缸孔与气缸连接，其顶部通过连杆分别与壳体、压臂铰接，所述壳体靠近压臂处设有第一限位块，所述第一限位块限制压臂的最大打开角度。

作为本发明的进一步改进，所述连杆设有限位槽位，所述限位槽位与第一限位块配合，所述第一限位块设置为多种限位角度和限位高度。

作为本发明的进一步改进，工装夹紧装置包括转轴，所述转轴穿过壳体并两端与压臂固定连接，所述连杆固定连接在转轴上，所述连杆与转轴的连接处设有第二限位块，所述第一限位块设置在壳体靠近转轴处，所述第一限位块与第二限位块配合连接，所述第一限位块与第二限位块以转轴为圆心呈一定角度的限位夹角。

作为本发明的进一步改进，所述连杆包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆，所述第四连杆中部与气缸接头铰接，其两端分别与第二连杆、第三连杆铰接，所述第一连杆的一端与转轴固定连接并其另一端与第二连杆铰接，所述第三连杆与壳体铰接。

作为本发明的进一步改进，所述第四连杆为L型连杆，所述L型连杆的折弯处与气缸接头铰接，其两端分别与第二连杆、第三连杆铰接。

作为本发明的进一步改进，压臂处于夹紧状态时，所述第二连杆、第三连杆贴合连接壳体的内壁。

作为本发明的进一步改进，工装夹紧装置包括第二连接板、压头，所述壳体设有第一连接板，所述第一连接板与第二连接板连接，所述压臂与压头连接，所述第二连接板相对应与压头的位置设有定位块，所述压头与定位块配合连接。

作为本发明的进一步改进，工装夹紧装置包括支基，所述支基连接在第二连接板上。

本发明还提供一种工装夹紧方法包括以下步骤：

A.设置张开角度：根据压臂要打开的最大角度，设置第一限位块与第二限位块或连杆限位槽位的限位夹角的角度；

B.进行张开操作：气缸驱动气缸接头缩小伸出量，通过第四连杆带动第二连杆、第三连杆远离壳体内壁上方，第一连杆在第二连杆的作用下带动转轴旋转，压臂打开，限位夹角缩小，当第二限位块或第一连杆与第一限位块接触时，气缸停止驱动，压臂处于最大张开角度；

C.进行压紧操作：气缸驱动气缸接头增大伸出量，通过第四连杆带动第二连杆、第三连杆向壳体内壁移动，第一连杆在第二连杆的作用下带动转轴旋转，压臂闭合，限位夹角增大，当第二连杆、第三连杆与壳体内壁贴合时，气缸停止驱动，压臂出于压紧状态。

作为本发明的进一步改进，所述步骤B还包括：

B1.当气缸接头的伸出量为0时，若此时第二限位块或第一连杆未与第一限位块接触，气缸停止驱动，压臂处于最大张开角度。

本发明的有益效果是：该机构采用多连杆机构，低副转动，摩擦小； 多连杆配合有明显的增力效果。经简单力学计算，在实际使用状态该机构的转轴扭矩是使用同样气缸直接推动产生扭矩的近4倍，压力可靠；同一型号气缸可以实现机构多种角度的打开，采购件做到标准模块化降低采购备件和周期；不同缸径的气缸满足不同压力需求。

附图说明

图1是本发明一种工装夹紧装置的结构图；

图2是本发明一种工装夹紧装置工装应用时的结构图；

图3是本发明一种工装夹紧装置的结构侧视图；

图4是本发明一种工装夹紧装置限位部位的放大图；

图5是本发明一种工装夹紧装置夹紧状态的结构平视图；

图6是本发明一种工装夹紧装置限位夹角90度时的结构平视图；

图7是本发明一种工装夹紧装置限位夹角105度时的结构平视图；

图8是本发明一种工装夹紧装置限位夹角115度时的结构平视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1至图3所示，一种工装夹紧装置包括气缸21、气缸接头22、安装座1、壳体3、连杆4、压臂5，气缸21连接在安装座1底部，壳体3连接在安装座1顶部，安装座1设有气缸孔，气缸接头22底部穿过气缸孔与气缸21连接，其顶部通过连杆4分别与壳体3、压臂5铰接，壳体3靠近压臂5处设有第一限位块61，第一限位块61限制压臂5的最大打开角度。

本发明通过两种限位块的方式对压臂5的打开角度进行限位：

作为本发明的第一实施例，如图4、5所示，连杆4设有限位槽位，限位槽位与第一限位块61配合，第一限位块61设置为多种限位角度和限位高度。第一限位块61通过不同型面，即角度和高度不同的限位块来实现的，限位块的带角度的型面与连杆1作用即达到限位功能，限位块可以根据限位角度的需求随时更换。

作为本发明的第二实施例，工装夹紧装置包括转轴7，转轴7穿过壳体2并两端与压臂5固定连接，连杆4固定连接在转轴7上，连杆4与转轴7的连接处设有第二限位块62，第一限位块61设置在壳体3靠近转轴7处，第一限位块61与第二限位块62配合连接，第一限位块61与第二限位块62以转轴7为圆心呈一定角度的限位夹角。限位夹角的角度为0-180度。

连杆4包括第一连杆41、第二连杆42、第三连杆43、第四连杆44，第四连杆44中部与气缸接头22铰接，其两端分别与第二连杆42、第三连杆43铰接，第一连杆41的一端与转轴7固定连接并其另一端与第二连杆42铰接，第三连杆43与壳体3铰接。

优选的，第四连杆4为L型连杆，所述L型连杆的折弯处与气缸接头22铰接，其两端分别与第二连杆42、第三连杆43铰接。

压臂5处于夹紧状态时，第二连杆42、第三连杆43贴合连接壳体3的内壁。

工装夹紧装置包括第二连接板81、压头82，壳体3设有第一连接板31，第一连接板31与第二连接板81连接，压臂5与压头82连接，第二连接板81相对应与压头82的位置设有定位块83，压头82与定位块83配合连接。工装夹紧装置还包括支基84，支基84连接在第二连接板81上。

一体式夹紧器集自动化生产和标准化一体式结构可灵活性设计等特点于一身，在功能性，可维护性及夹具的设计制造性方面，都远比拉杆式气缸夹紧机构优越，其成为汽车焊装夹具制造的主流趁势。

该一体式夹紧装置由压臂5、4个连杆4、多个销轴、壳体3左右各1个、气缸21、气缸接头22、连接板、限位块、安装座1等组成，如图2所示。壳体结构为左右对称两半，压臂5与连杆4联接，4个连杆4相互联接，连杆4与气缸接头22联接，以上部件均安装在壳体3内部；壳体3通过安装座1与气缸21固定在一起，连接板安装在壳体3侧面。

各连杆4通过销轴联结，气缸21驱动连杆4带动压臂5运动；

通过限位块（型面）控制压臂的打开角度，角度值理论上可为0-180度,为形成模块化，根据经验将限位块设置90度，105度、115度三种角度模块基本满足所有工装夹具的使用；当然,其他角度也可以，重点是靠限位块某一型面角度和高度实现限位。

左右各1个的壳体组装起来，形成封闭性的腔体，保护内部机构，尤其气缸活塞杆免受焊渣飞溅，延长运动部件的寿命。

零件均为标准件，在加工、成本、维护等方面优势突出。

压臂的打开状态（打开角度）靠限位块带角度的型面决定。限位块起限位作用的型面角度可以有多个系列，根据工装夹具实际情况选取。以气缸行程为50mm为例，该夹紧机构夹紧状态和使用3种不同系列限位块的3种不同打开状态。

如图5所示，夹紧状态，图示气缸伸出50MM。

如图6所示，90度时限位块的打开状态，此时气缸伸出量30MM。

如图7所示，105度时限位块的打开状态，此时气缸伸出量7MM，压臂5的打开角度为90度。

如图8所示，115度时限位块的打开状态，此时气缸伸出量0MM，压臂5打开最大角度118度。

该装置设计为模块化组件，是工装夹具的核心动力组件，以它为载体使得夹具设计更方便快捷。我们只需要设计合适的压头82、定位块83、支基84。压头82和定位块83根据零件型面设计和数控加工，支基84主要考虑高度因素，最后将压头82安装到压臂5上，定位块83安装在第二连接板81上，第二连接板81安装到支基84上，即形成一套工装夹具。

使用该套模块化机构后，设计内容大大减少效率明显提高；此外，零部件的模块化使得加工周期缩短和成本降低；互换性增强零部件备件品种减少。

本发明的一种工装夹紧方法包括以下步骤：

A.设置张开角度：根据压臂5要打开的最大角度，设置第一限位块61与第二限位块62或连杆4限位槽位的限位夹角的角度；

B.进行张开操作：气缸21驱动气缸接头22缩小伸出量，通过第四连杆44带动第二连杆42、第三连杆43远离壳体3内壁上方，第一连杆41在第二连杆42的作用下带动转轴7旋转，压臂5打开，限位夹角缩小，当第二限位块62或第一连杆41与第一限位块61接触时，气缸21停止驱动，压臂5处于最大张开角度；

C.进行压紧操作：气缸21驱动气缸接头22增大伸出量，通过第四连杆44带动第二连杆42、第三连杆43向壳体3内壁移动，第一连杆41在第二连杆42的作用下带动转轴7旋转，压臂5闭合，限位夹角增大，当第二连杆42、第三连杆43与壳体3内壁贴合时，气缸21停止驱动，压臂5出于压紧状态。

其中，步骤B还包括：

B1.当气缸接头22的伸出量为0时，若此时第二限位块62或第一连杆41未与第一限位块61接触，气缸21停止驱动，压臂5处于最大张开角度。

该夹紧机构已通过试制疲劳试验，结构可靠稳定；

1、相比同样驱动气缸的拉杆式夹紧机构，该夹紧机构夹紧力增加到4倍，对工件夹紧可靠稳定；

2、该机构壳体3与连杆4加工量不大，且加工难度小加工性强，便于日常维护，制造成本低，大规模焊装线使用经济效益可观。

本发明的整体有益效果为：

1）该机构采用多连杆机构，低副转动，摩擦小；

2）多连杆配合有明显的增力效果。经简单力学计算，在实际使用状态该机构的转轴扭矩是使用同样气缸直接推动产生扭矩的近4倍，压力可靠；

3）同一型号气缸可以实现机构多种角度的打开，采购件做到标准模块化降低采购备件和周期；不同缸径的气缸满足不同压力需求；

4）该机构打开角度靠限位块型面实现，根据经验将限位块设置90度，105度、115度三个角度基本满足所有工装夹具的使用；

5）使用连接板零件，增加设计的灵活性；

6）该机构封闭性更好，防焊渣飞溅更加可靠；

7）强大的模块化，大大简化了工装夹具设计、加工、调试过程，成本降低效率提高；

8）采用扁平气缸结构紧凑，外观一致大量应用在焊装线上美观整齐。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种工装夹紧装置，其特征在于，包括气缸（21）、气缸接头（22）、安装座（1）、壳体（3）、连杆（4）、压臂（5），所述气缸（21）连接在安装座（1）底部，所述壳体（3）连接在安装座（1）顶部，所述安装座（1）设有气缸孔，所述气缸接头（22）底部穿过气缸孔与气缸（21）连接，其顶部通过连杆（4）分别与壳体（3）、压臂（5）铰接，所述壳体（3）靠近压臂（5）处设有第一限位块（61），所述第一限位块（61）限制压臂（5）的最大打开角度；

所述连杆（4）设有限位槽位，所述限位槽位与第一限位块（61）配合，所述第一限位块（61）设置为多种限位角度和限位高度；

包括转轴（7），所述转轴（7）穿过壳体（3）并两端与压臂（5）固定连接，所述连杆（4）固定连接在转轴（7）上，所述连杆（4）与转轴（7）的连接处设有第二限位块（62），所述第一限位块（61）设置在壳体（3）靠近转轴（7）处，所述第一限位块（61）与第二限位块（62）配合连接，所述第一限位块（61）与第二限位块（62）以转轴（7）为圆心呈一定角度的限位夹角；

所述连杆（4）包括第一连杆（41）、第二连杆（42）、第三连杆（43）、第四连杆（44），所述第四连杆（44）中部与气缸接头（22）铰接，其两端分别与第二连杆（42）、第三连杆（43）铰接，所述第一连杆（41）的一端与转轴（7）固定连接并其另一端与第二连杆（42）铰接，所述第三连杆（43）与壳体（3）铰接。

2.根据权利要求1所述的工装夹紧装置，其特征在于，所述第四连杆（4）为L型连杆，所述L型连杆的折弯处与气缸接头（22）铰接，其两端分别与第二连杆（42）、第三连杆（43）铰接。

3.根据权利要求1所述的工装夹紧装置，其特征在于，压臂（5）处于夹紧状态时，所述第二连杆（42）、第三连杆（43）贴合连接壳体（3）的内壁。

4.根据权利要求1所述的工装夹紧装置，其特征在于，包括第二连接板（81）、压头（82），所述壳体（3）设有第一连接板（31），所述第一连接板（31）与第二连接板（81）连接，所述压臂（5）与压头（82）连接，所述第二连接板（81）相对应与压头（82）的位置设有定位块（83），所述压头（82）与定位块（83）配合连接。

5.根据权利要求4所述的工装夹紧装置，其特征在于，包括支基（84），所述支基（84）连接在第二连接板（81）上。

6.一种工装夹紧方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.设置张开角度：根据压臂（5）要打开的最大角度，设置第一限位块（61）与第二限位块（62）或连杆（4）限位槽位的限位夹角的角度；

B.进行张开操作：气缸（21）驱动气缸接头（22）缩小伸出量，通过第四连杆（44）带动第二连杆（42）、第三连杆（43）远离壳体（3）内壁上方，第一连杆（41）在第二连杆（42）的作用下带动转轴（7）旋转，压臂（5）打开，限位夹角缩小，当第二限位块（62）或第一连杆（41）与第一限位块（61）接触时，气缸（21）停止驱动，压臂（5）处于最大张开角度；

C.进行压紧操作：气缸（21）驱动气缸接头（22）增大伸出量，通过第四连杆（44）带动第二连杆（42）、第三连杆（43）向壳体（3）内壁移动，第一连杆（41）在第二连杆（42）的作用下带动转轴（7）旋转，压臂（5）闭合，限位夹角增大，当第二连杆（42）、第三连杆（43）与壳体（3）内壁贴合时，气缸（21）停止驱动，压臂（5）出于压紧状态。

7.根据权利要求6所述的工装夹紧方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

B1.当气缸接头（22）的伸出量为0时，若此时第二限位块（62）或第一连杆（41）未与第一限位块（61）接触，气缸（21）停止驱动，压臂（5）处于最大张开角度。