CN107414441A - 一种面向装配的框架零件快换式夹持器 - Google Patents

一种面向装配的框架零件快换式夹持器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向装配的框架零件快换式夹持器，该夹持器包括安装架、周向定位夹紧机构、轴向支撑机构、装配后固定压紧机构和快换锁紧机构；周向定位夹紧机构安装在安装架的安装板上，实现对框架的周向定位夹紧以及释放功能；轴向支撑机构安装在一块安装板的内侧，轴向支撑机构的调节端与框架零件两端面内侧接触实现对框架零件的轴向支撑和限位；两套装配后固定压紧机构对称的安装在安装架的上下两侧，用于实现对安装在框架零件两端面上零件的固定和压紧，快换锁紧机构通过其上的定位和固定结构实现对框架零件的180度翻转。本发明能够实现对框架类零件的无损夹持及装配后固定压紧。

Description

一种面向装配的框架零件快换式夹持器
技术领域
本发明涉及一种针对框架零件进行装配的专用快换式夹持器，属于三维复杂类零件夹持与精密装配技术领域。
背景技术
目前，三维复杂类零件的精密装配是微小型制造领域的一个热点和难点。手工装配因其对工人技术要求高、效率低下，过度依赖操作者身体状况等，已经无法满足发展需要。因此，针对微米尺度和中间尺度装配，实现微装配的人机协同半自动以及全自动化，提高产品质量的一致性及可靠性，已经成为微装配领域的研究专题。
框架零件如附图1所示，外形为圆形框架结构，中部为镂空结构，两端的部分具有一定的壁厚，该部分的外圆周面具有一定的锥度，由于需要对该框架零件进行下一步工序的加工，例如装配固定上安装环和下安装环，则需要夹持器对其进行夹持固定，将夹持器作为微装配的操作机构。
现有夹持器主要是针对平面类零件的夹持，对三维复杂类零件的夹持，在装配领域还处于起步阶段。
题目为“陀螺框架镗孔工艺”(作者：周泉金，发表于航天工艺1993年第5期)，针对陀螺框架镗孔加工设计了一种两边分别用半圆桶型抱紧外圆盘的一种夹具，两边的半桶分别夹紧，中间留出镗孔的空间。该夹持器能够自动定心，保证孔与其他已加工完成部位的位置度。考虑到加工力较大，采用圆弧面对面的接触能够增大受力面积，减小夹持力，保护零件不被破坏。但这种夹持方法对中性不好，装配过程中装配力很小，该夹具不适用于装配。
中国船舶重工集团公司第707研究所发明了一种框架孔系加工工艺及使用设备(专利号200610016090.9)，其中介绍的工装夹具，利用四个基板上的四个定位柱保证工件垂直定位准确性，对称的两个定位凸起实现工件水平定位，侧边中部固装的安装夹保证工件的轴向定位。实现从毛坯到框架的加工，但该夹持器针对零件的加工，某些装配特征面没有漏出来，无法用于零件的装配夹持。
框架零件作为一种三维复杂零件，其结构尺寸较小，形状复杂，易损坏，装配精度要求高，如何进行可靠、无损夹持是实现微装配亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种面向装配的框架零件快换式夹持器，通过夹持器中各个机构的协调合作能够实现对框架零件的可靠、无损夹持及装配后固定压紧。
一种面向装配的框架零件快换式夹持器，该夹持器包括安装架、周向定位夹紧机构、轴向支撑机构、装配后固定压紧机构和快换锁紧机构；
所述安装架上具有两个互相平行的安装板；
所述周向定位夹紧机构安装在安装架的安装板上，框架零件通过周向定位夹紧机构夹持在两个安装板之间，周向定位夹紧机构实现对框架零件的周向定位夹紧以及释放功能；轴向支撑机构安装在一块安装板的内侧，轴向支撑机构的调节端与框架零件两端面内侧接触，通过调节轴向支撑机构对框架零件内侧表面的支撑力大小实现对框架零件的轴向支撑和限位；两套所述装配后固定压紧机构对称的安装在安装架的上下两侧，用于实现对安装在框架零件两端面上零件的固定和压紧，所述快换锁紧机构通过其上的定位和固定结构实现对安装架上下两个表面的定位和固定，由此实现对框架零件的180度翻转。
进一步地，所述周向定位夹紧机构包括V形块、浮动压块、夹紧弹簧、弹簧拉轴、直线轴承、手柄和手柄支撑销；
所述V形块固定连接在安装架的一个安装板的内侧表面上，V形块的两端具有两个与框架零件上下两端外圆周面对应的V字形定位槽；所述浮动压块固定在弹簧拉轴的前端，所述直线轴承固定连接在安装架的另一个安装板的外侧表面上，所述弹簧拉轴穿过该安装板和直线轴承后与手柄固定连接，所述夹紧弹簧套装在弹簧拉轴的外圆周面上，夹紧弹簧的两端分别与安装板内侧面和弹簧拉轴前端的内侧面抵触；所述手柄与弹簧拉轴相连接的部件上安装手柄支撑销，手柄支撑销与直线轴承上的销孔配合，当拉动手柄压缩夹紧弹簧后，手柄支撑销从销孔中退出，转动手柄后手柄支撑销将抵触在直线轴承的端面上，限制弹簧拉轴复位。
进一步地，为了保证浮动压块运动的准确性，在安装架上固定连接一个直线导轨，直线导轨与弹簧拉轴头部加工的导轨槽滑动配合实现导向。
进一步地，所述轴向支撑机构包括支撑块、固定支撑头、滑动支撑头和紧定螺钉；
所述支撑块固定连接在V形块的内表面上，所述支撑块上加工有一个贯穿其上下表面的通孔，通孔的一端通过螺纹固定连接固定支撑头，固定支撑头的球头外露且与框架零件上端的内表面接触，所述滑动支撑头装配在通孔的另一端，滑动支撑头位于通孔内部的部分为锥形结构，所述紧定螺钉沿垂直于通孔轴线的方向穿过支撑块并进入通孔中，紧定螺钉的头部为锥形，旋紧紧定螺钉时，紧定螺钉通过锥形面推动滑动支撑头沿通孔的轴线方向向下滑动，使得滑动支撑头的头部抵触框架零件下端的内表面，形成对框架零件的轴向支撑。
进一步地，所述快换锁紧机构包括固定夹持板、圆柱销、菱形销和锁紧螺钉；
所述固定夹持板为C字型对称结构，其两端均为直角台阶结构，直角台阶结构的竖直部分上装有锁紧螺钉，直角台阶结构一侧的水平面上安装菱形销，另一侧安装圆柱销，所述菱形销和圆柱销与安装架上的销孔配合，利用菱形销和圆柱销所在的水平面实现安装架在固定夹持板上的准确定位，锁紧螺钉实现安装架在固定夹持板上的固定。
进一步地，所述装配后固定压紧机构包括弹簧、压紧片簧、压板、连接螺钉、调整限位销、水平导轨、滑块、竖直导向块，压紧块、压紧螺钉和立柱；
所述立柱与安装架固定连接，两个所述压紧块分别通过压紧螺钉安装在立柱的两端，压紧螺钉穿过压紧块上的过孔与立柱为螺纹连接，所述弹簧套装在压紧螺钉上且位于立柱的端面和压紧块的底面之间；四根所述水平导轨对称地固定连接在立柱和安装座上，四个所述滑块通过自身的滑槽与四根所述水平导轨滑动配合，所述滑块上加工有竖直方向的滑槽，所述竖直导向块与滑块上的滑槽配合，所述压板与竖直导向块固定连接，所述连接螺钉穿过压板后固定连接在滑块上，压板与连接螺钉之间为间隙配合，所述调整限位销固定连接在压板上，调整限位销用于调节压板与滑块之间间隙的大小；压紧片簧固定连接在压板的前端，同一水平面上的四片压紧片簧对应压紧安装环零件圆周上的四个象限位置。
有益效果：
本发明通过周向定位夹紧机构以及轴向支撑机构实现了对框架零件这种三维微小型复杂件的可靠夹持；通过“一面两销”实现快换，能够实现对零件的180度翻转，可以对框架零件两端进行装配；装配后固定压紧机构起到对安装环零件装配成功后临时固定的作用；各部分的压紧力固定并且可调，在装配需求下，通过协调合作能够实现对框架类零件的可靠、无损夹持及装配后固定压紧。
附图说明
图1为框架及安装环零件的结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为图2的后视图；
图4为安装架的结构示意图；
图5、6为周向定位夹紧机构的结构示意图；
图7为轴向支撑机构的结构示意图；
图8为快换锁紧机构的结构示意图；
图9、10为装配后固定压紧机构的结构示意图。
其中，1：框架零件、2：上安装环、3：下安装环、1-1：周向定位夹紧机构、1-2：装配后固定压紧机构、1-3：轴向支撑机构、1-4：快换锁紧机构、1-5：安装架、3-1：V形块、3-2：浮动压块、3-3：弹簧拉轴、3-4：夹紧弹簧、3-5：直线导轨、3-6：直线轴承、3-7：手柄支撑销、3-8：手柄、4-1：滑动支撑头、4-2：支撑块、4-3：紧定螺钉、4-4：固定支撑头、5-1：固定夹持板、5-2：菱形销、5-3：锁紧螺钉、5-4：圆柱销、6-1：弹簧、6-2：压紧片簧，6-3：压板、6-4：连接螺钉、6-5：调整限位销、6-6：水平导轨、6-7：滑块、6-8：竖直导向块，6-9：压紧块、6-10：压紧螺钉、6-11：立柱。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种面向装配的框架零件快换式夹持器，该夹持器包括安装架1-5、周向定位夹紧机构1-1、轴向支撑机构1-3、装配后固定压紧机构1-2和快换锁紧机构1-4；
如附图4所示，安装架1-5上具有两个互相平行的安装板，安装架1-5的两端加工有与快换锁紧机构1-4上锁紧螺钉5-3对应的锁紧孔，安装架1-5的上下表面对称地加工有定位的销孔；
周向定位夹紧机构1-1安装在安装架1-5的安装板上，框架零件1通过周向定位夹紧机构夹持1-1在两个安装板之间，周向定位夹紧机构1-1实现对框架零件1的周向定位夹紧以及释放功能；轴向支撑机构1-3安装在一块安装板的内侧，轴向支撑机构1-3的调节端与框架零件1两端面内侧接触，通过调节轴向支撑机构1-3对框架零件1内侧表面的支撑力大小实现对框架零件的轴向支撑和限位；两套装配后固定压紧机构1-2对称的安装在安装架1-5的上下两侧，用于实现对安装在框架零件1两端面上零件的固定和压紧，快换锁紧机构1-4通过其上的定位和固定结构实现对安装架1-5上下两个表面的定位和固定，由此实现对框架零件1的180度翻转。
如附图5和6所示，周向定位夹紧机构1-1包括V形块3-1、浮动压块3-2、夹紧弹簧3-4、弹簧拉轴3-3、直线轴承3-6、直线导轨3-5、手柄3-8和手柄支撑销3-7；
V形块3-1固定连接在安装架1-5的一个安装板的内侧表面上，V形块3-1的两端具有两个与框架零件1上下两端外圆周面对应的V字形定位槽；浮动压块3-2固定在弹簧拉轴3-3的前端，直线轴承固定连接在安装架的另一个安装板的外侧表面上，弹簧拉轴3-3穿过该安装板和直线轴承后与手柄3-8固定连接，夹紧弹簧3-4套装在弹簧拉轴3-3的外圆周面上，夹紧弹簧的两端分别与安装板内侧面和弹簧拉轴3-3前端的内侧面抵触；手柄与弹簧拉轴3-3相连接的部件上安装手柄支撑销，手柄支撑销3-7与直线轴承上的销孔配合，当拉动手柄3-8压缩夹紧弹簧3-4后，手柄支撑销3-7从销孔中退出，转动手柄后手柄支撑销将抵触在直线轴承3-6的端面上，限制弹簧拉轴复位。
为了保证浮动压块运动的准确性，在安装架上固定连接一个直线导轨3-5，直线导轨3-5与弹簧拉轴头部加工的导轨槽滑动配合实现导向。
如附图7所示，轴向支撑机构包括支撑块4-2、固定支撑头4-4、滑动支撑头4-1和紧定螺钉4-3；
支撑块4-2固定连接在V形块的内表面上，支撑块4-2上加工有一个贯穿其上下表面的通孔，通孔的一端通过螺纹固定连接固定支撑头4-4，固定支撑头4-4的球头外露且与框架零件上端的内表面接触，滑动支撑头4-1装配在通孔的另一端，滑动支撑头4-1位于通孔内部的部分为锥形结构，紧定螺钉4-3沿垂直于通孔轴线的方向穿过支撑块4-2并进入通孔中，紧定螺钉4-3的头部为锥形，旋紧紧定螺钉4-3时，紧定螺钉4-3通过锥形面推动滑动支撑头4-1沿通孔的轴线方向向下滑动，使得滑动支撑头4-1的头部抵触框架零件下端的内表面，形成对框架零件的轴向支撑。
如附图8所示，快换锁紧机构1-4包括固定夹持板5-1、圆柱销5-4、菱形销5-2和锁紧螺钉5-3；
固定夹持板5-1为C字型对称结构，其两端均为直角台阶结构，直角台阶结构的竖直部分上装有锁紧螺钉5-3，直角台阶结构的一侧水平面上安装菱形销5-2，另一侧安装圆柱销5-4，销与安装架上的销孔配合，利用圆柱销5-4和菱形销5-2所在的水平面实现安装架在固定夹持板5-1上的准确定位，锁紧螺钉5-3实现安装架在固定夹持板5-1上的固定。
如附图9和10所示，装配后固定压紧机构包括弹簧6-1、压紧片簧6-2、压板6-3、连接螺钉6-4、调整限位销6-5、水平导轨6-6、滑块6-7、竖直导向块6-8，压紧块6-9、压紧螺钉6-10和立柱6-11；
立柱6-11与安装架固定连接，两个压紧块6-9分别通过压紧螺钉6-10安装在立柱6-11的两端，压紧螺钉6-10穿过压紧块6-9上的过孔与立柱6-11为螺纹连接，弹簧6-1套装在压紧螺钉6-10上且位于立柱6-11的端面和压紧块6-9的底面之间；四根水平导轨6-6对称地固定连接在立柱6-11与安装座1-5上，四个滑块6-7通过自身的滑槽与四根水平导轨6-6滑动配合，滑块6-7上加工有竖直方向的滑槽，竖直导向块6-8与滑块6-7上的滑槽配合，压板6-3与竖直导向块6-8固定连接，连接螺钉6-4穿过压板6-3后固定连接在滑块6-7上，压板6-3与连接螺钉6-4之间为间隙配合，调整限位销6-5固定连接在压板6-3上，调整限位销6-5用于调节压板6-3与滑块6-7之间间隙的大小；压紧片簧6-2固定连接在压板6-3的前端，同一水平面上的四片压紧片簧6-2对应压紧框架零件圆周上的四个象限位置。
快换锁紧机构1-4固定在装配调整平台上，为固定部分，周向定位夹紧机构1-1、轴向支撑机构1-3、装配后固定压紧机构1-2组成快换部分。应用“一面两销”原理实现快换定位功能，快换部分可以180°翻转使用，用于达到分别为框架两端装配的需求，两端锁紧螺钉5-3实现夹紧快换部分的功能；
周向定位夹紧机构1-1采用一端V形块3-1固定，一端压块3-2浮动的原理实现快速定位的功能，其中V形块3-1配有与框架零件1外圆周面相同的锥度；夹紧弹簧3-4用于实现快速夹紧；直线导轨3-5配合直线轴承3-6实现导向功能；弹簧夹紧力可以用垫片进行调整；手柄3-8和支撑销3-7方便快速夹紧框架零件1；
轴向支撑机构1-3采用两端点接触分别支撑框架零件1的两个内圆端面，紧定螺钉4-3水平调整进而通过锥面带动滑动支撑头4-1的竖直运动，从而调整支撑距离，方便框架零件1的拆卸；
装配后固定压紧机构1-2采用两端压板6-3均布分置的四个压紧片簧6-2压紧安装在框架零件1上的零件，避免固定前两零件间位姿变化；压板水平导轨6-6调节压板在水平方向的进出，竖直导向块6-8带动压板6-3在竖直方向运动；用弹簧抵消压板的重力，使之处于悬浮状态，连接螺钉6-4处于压板的上限位；压紧块6-9和压紧螺钉6-10配合用于向下压紧压板6-3，进而四个弹簧片6-2压紧装配零件；调整限位销6-5限制压板的下限位，用于统一压紧力；弹簧6-1用于抵消压紧块的重力，使之悬浮。
当实现框架零件1与待装配件之间进行装配后，将会用到装配后固定压紧机构1-2。而在装配过程中以及装配之前不会用到该压紧功能，为避免干涉以及方便框架的安装，两端压板处于打开状态。
周向定位夹紧机构1-1夹紧框架零件1的夹紧力可以由压紧弹簧3-4和垫片调整，调整后压紧力恒定。轴向支撑机构1-3的支撑力可以用紧定螺钉4-3进行调整，调整后同样可以在紧定螺钉上做限位限制，故支撑力恒定。装配后固定压紧机构1-2中压紧片簧6-2的压紧力有上下限位，压紧力恒定。所以该夹持器能够实现对框架的可靠、无损夹持。
轴向支撑机构1-3中的支撑块4-2配有限制框架绕Z轴旋转过大的水平面，框架安装时，理论上框架的两个梁侧面平行于支撑块4-2的水平面，间距为0.5mm。综上，整个夹持器对于框架零件1限制了其在XYZ三个水平面的旋转自由度以及绕XY轴的转动自由度。
操作使用步骤如下：
步骤1，手动拉动周向定位夹紧机构的手柄，当手柄支撑销完全拉出时旋转一定的角度，使浮动压块处于打开状态；
步骤2，安装框架，按照正确的锥度方向以及周向方向将框架靠在V型块上，使其小端圆盘内圆端面靠在固定支撑头上。手柄支撑销旋回原来方向，使浮动压块压紧框架；
步骤3，调节轴向支撑机构中的紧定螺钉，使得滑动支撑头伸出，支撑在框架大圆盘端面的内侧；
步骤4，安装完一侧待装配零件后，水平滑动装配后固定压紧机构两侧的压板到压紧位置，转动压紧螺钉压紧装配零件，直到调整限位销卡死，压板不在向下运动，夹紧完成。
步骤5，旋出快换锁紧机构中的两端锁紧螺钉，取下快换部分进行烘胶工作后可松开装配后固定压紧机构。将快换机构旋转180度倒置，通过“两销一面”安装在固定部分上，旋入两端的锁紧螺钉压紧快换部分，可进行另一端的待装配件的装配及装配后压紧工作。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种面向装配的框架零件快换式夹持器，其特征在于，该夹持器包括安装架、周向定位夹紧机构、轴向支撑机构、装配后固定压紧机构和快换锁紧机构；
所述安装架上具有两个互相平行的安装板；
所述周向定位夹紧机构安装在安装架的安装板上，框架零件通过周向定位夹紧机构夹持在两个安装板之间，周向定位夹紧机构实现对框架的周向定位夹紧以及释放功能；轴向支撑机构安装在一块安装板的内侧，轴向支撑机构的调节端与框架零件两端面内侧接触，通过调节轴向支撑机构对框架零件内侧表面的支撑力大小实现对框架零件的轴向支撑和限位；两套所述装配后固定压紧机构对称的安装在安装架的上下两侧，用于实现对安装在框架零件两端面上零件的固定和压紧，所述快换锁紧机构通过其上的定位和固定结构实现对安装架上下两个表面的定位和固定，由此实现对框架零件的180度翻转。
2.如权利要求1所述的快换式夹持器，其特征在于，所述周向定位夹紧机构包括V形块、浮动压块、夹紧弹簧、弹簧拉轴、直线轴承、手柄和手柄支撑销；
所述V形块固定连接在安装架的一个安装板的内侧表面上，V形块的两端具有两个与框架零件上下两端外圆周面对应的V字形定位槽；所述浮动压块固定在弹簧拉轴的前端，所述直线轴承固定连接在安装架的另一个安装板的外侧表面上，所述弹簧拉轴穿过该安装板和直线轴承后与手柄固定连接，所述夹紧弹簧套装在弹簧拉轴的外圆周面上，夹紧弹簧的两端分别与安装板内侧面和弹簧拉轴前端的内侧面抵触；所述手柄与弹簧拉轴相连接的部件上安装手柄支撑销，手柄支撑销与直线轴承上的销孔配合，当拉动手柄压缩夹紧弹簧后，手柄支撑销从销孔中退出，转动手柄后手柄支撑销将抵触在直线轴承的端面上，限制弹簧拉轴复位。
3.如权利要求2所述的快换式夹持器，其特征在于，在安装架上固定连接一个直线导轨，直线导轨与弹簧拉轴头部加工的导轨槽滑动配合实现导向。
4.如权利要求1所述的快换式夹持器，其特征在于，所述轴向支撑机构包括支撑块、固定支撑头、滑动支撑头和紧定螺钉；
所述支撑块固定连接在V形块的内表面上，所述支撑块上加工有一个贯穿其上下表面的通孔，通孔的一端通过螺纹固定连接固定支撑头，固定支撑头的球头外露且与框架零件上端的内表面接触，所述滑动支撑头装配在通孔的另一端，滑动支撑头位于通孔内部的部分为锥形结构，所述紧定螺钉沿垂直于通孔轴线的方向穿过支撑块并进入通孔中，紧定螺钉的头部为锥形，旋紧紧定螺钉时，紧定螺钉通过锥形面推动滑动支撑头沿通孔的轴线方向向下滑动，使得滑动支撑头的头部抵触框架零件下端的内表面，形成对框架零件的轴向支撑。
5.如权利要求1所述的快换式夹持器，其特征在于，所述快换锁紧机构包括固定夹持板、圆柱销、菱形销和锁紧螺钉；
所述固定夹持板为C字型对称结构，其两端均为直角台阶结构，直角台阶结构的竖直部分上装有锁紧螺钉，直角台阶结构的一侧水平面上安装菱形销，另一侧安装圆柱销，所述销与安装架上的销孔配合，利用圆柱销和菱形销所在的水平面实现安装架在固定夹持板上的准确定位，锁紧螺钉实现安装架在固定夹持板上的固定。
6.如权利要求1所述的快换式夹持器，其特征在于，所述装配后固定压紧机构包括弹簧、压紧片簧、压板、连接螺钉、调整限位销、水平导轨、滑块、竖直导向块，压紧块、压紧螺钉和立柱；
所述立柱与安装架固定连接，两个所述压紧块分别通过压紧螺钉安装在立柱的两端，压紧螺钉穿过压紧块上的过孔与立柱为螺纹连接，所述弹簧套装在压紧螺钉上且位于立柱的端面和压紧块的底面之间；四根所述水平导轨对称地固定连接在立柱与安装座上，四个所述滑块通过自身的滑槽与四根所述水平导轨滑动配合，所述滑块上加工有竖直方向的滑槽，所述竖直导向块与滑块上的滑槽配合，所述压板与竖直导向块固定连接，所述连接螺钉穿过压板后固定连接在滑块上，压板与连接螺钉之间为间隙配合，所述调整限位销固定连接在压板上，调整限位销用于调节压板与滑块之间间隙的大小；压紧片簧固定连接在压板的前端，同一水平面上的四片压紧片簧对应压紧框架零件圆周上的四个象限位置。
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