CN108296816A - 一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，包括夹具主体、数据测量模块、柔性夹持模块和动力驱动模块；所述夹具主体由下夹具体、上夹具体和安装螺栓组成，所述下夹具体和上夹具体的边缘对应位移均开设有圆孔，所述安装螺栓穿过下夹具体和上夹具体上的圆孔将下夹具体和上夹具体紧固到一起，所述上夹具体的开设有通孔，且上夹具体上开设有若干通槽，所述通槽以上夹具体为中心呈中心对称分布；所述数据测量模块由力传感器、数据处理器和计算机组成，所述数据处理器分别电性连接由力传感器和计算机。

Description

一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具

技术领域

本发明航空航天、汽车等技术领域，具体为一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具。

背景技术

在工件加工时，传统的夹具夹持工件的夹紧力是随机的，靠操作者的经验进行判断，为了保证夹紧工件，实际夹紧力常常远大于理论所需夹紧力。这导致较大的夹紧力不仅对工件造成额外负荷还对工件造成不必要的变形，影响加工精度。其次，针对复杂零部件，传统夹持方案中所采用的夹具结构较为繁琐，设计和制造成本较大，通常使用不同夹具的组合，调整过程占时较长，降低加工效率。因此，随着自动化，智能化的发展，针对复杂航天航空、汽车、电子等领域关键零件加工，开发柔性智能夹具变成必然。

目前夹具领域对被加工工件的夹持方案是：

方案1：传统夹持方案，夹具设计时只考虑一种被加工工件，适应一种加工形式。优点是结构相对简单，但由于其单一性，不同被加工工件需要不同夹具成本较高，其次，夹紧力的大小往往依靠操作者的经验，加工精度很容易受到较大夹紧力的影响。

方案2：普通柔性夹具，相较于前者传统夹持方案，其作用在于当被加工工件形状，尺寸相差不大时可实现对其夹持，缺点是夹紧力不可反馈和精确控制，不能加持任意不规则被加工工件。

方案3：带有传感器的柔性夹具，虽然此种方案能夹持不规则被加工工件并且能显示夹紧力，但是其夹紧力一旦固定便不能改变或者很难改变。当刀具运动参数改变时不能迅速做出反应改变夹紧力。

综上，现有技术的主要缺点是：

1，运用广泛的传统夹具精度，效率和可控性低下；

2，传统夹具的夹紧力大小调整依附于工人经验而不是理论；

3，至关重要的刀具运动参数被忽略，具有传感器的夹具夹紧力难以改变或是无效改变。

基于以上问题，特别需要一种能精确反馈控制夹持力度并通过刀具运动参数预先计算所需最佳夹紧力，并进行夹紧力大小控制的柔性夹具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，包括夹具主体、数据测量模块、柔性夹持模块和动力驱动模块；

所述夹具主体由下夹具体、上夹具体和安装螺栓组成，所述下夹具体和上夹具体的边缘对应位移均开设有圆孔，所述安装螺栓穿过下夹具体和上夹具体上的圆孔将下夹具体和上夹具体紧固到一起，所述上夹具体的开设有通孔，且上夹具体上开设有若干通槽，所述通槽以上夹具体为中心呈中心对称分布；

所述数据测量模块由力传感器、数据处理器和计算机组成，所述数据处理器分别电性连接由力传感器和计算机；

所述柔性夹持模块包括夹紧件和液压升降平台，所述液压升降平台位于通孔内，所述夹紧件上安装力传感器；

所述动力驱动模块包括伺服电机、液压伺服缸和丝杠，所述伺服电机固定在下夹具体上，且伺服电机的转子连接有减速齿轮组，并且伺服电机通过减速齿轮组驱动丝杠，所述丝杠的两端均通过轴承活动连接下夹具体，所述丝杠上套设有与其配合的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定连接夹紧件，所述夹紧件穿过通槽延伸到上夹具体远离下夹具体的一侧，所述液压伺服缸的一端固定连接下夹具体的中部，且液压伺服缸的另一端固定连接液压升降平台。

优选的，所述丝杠与通槽一一对应设置，且丝杠与通槽的数量相同。

优选的，所述夹紧件通过螺钉固定在丝杠螺母上，且夹紧件呈L形。

优选的，所述伺服电机和液压伺服缸均电性连接计算机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于材料在被去除的过程中，其刚度逐渐减弱，传统的固定值夹紧力并不适用，因此，在柔性夹具开发的基础上添加了夹紧力数据反馈，通过伺服控制装置，以精确反馈控制夹持力并通过结合实时切削力测试及切削工艺参数预测计算所需最佳夹紧力，从而实现不同切削工序夹紧力大小的控制，另外通过柔性手指模块，实现360°柔性可调夹持，可夹持不规则外形工件。其中该手指模块可根据被夹持工件的形状、材料、表面特征等更换，以适应最的佳夹持状态。因此，该发明可实现对不规则形状被加工件的夹持，并实时反馈和调整夹紧力的大小，避免因不合理的夹紧力设置使零件变形严重，从而提高加工精度。

该柔性夹具通过计算机控制伺服驱动带动丝杠螺母进行径向运动进行夹持实现夹紧力的变化，利用螺纹自锁特性进行锁定，高灵活度，高效率夹持，对被加工工件的尺寸，形状适应性强，同时，通过力传感器精确反馈控制夹持力度并通过刀具运动参数预先计算所需最佳夹紧力进行控制夹紧力大小。

与现有技术相比，其优点在于：

1、夹持工作极大的减少了对经验的依赖，对操作者要求较低。

2、夹紧力的大小是根据刀具切削工艺参数预测与切削力测试综合计算得出，结合反馈系统能够实现自适应的夹紧力调整，智能实现夹紧和辅助夹紧的转换，减少工件由于过大的夹紧力导致精度下降，甚至报废。

3、可实现对任意不规则工件的加工夹持，适应性强。

4、通过减速齿轮组和丝杠螺母带动夹紧件进行夹持，可实现自锁和夹紧力大小无极变化，效率及稳定性高。

5、升降平台使夹持位置的高度可调，有利于实现最优夹持。

附图说明

图1为本发明的立体结构图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明丝杠螺母和夹紧件的立体结构图；

图4为本发明夹紧件的俯视图；

图5为本发明去掉顶部的立体结构图；

图6为本发明夹持工件示意图。

图中标号：1下夹具体、2上夹具体、3安装螺栓、4圆孔、5通孔、6通槽、7力传感器、8夹紧件、9液压升降平台、10伺服电机、11液压伺服缸、12丝杠、13减速齿轮组、14丝杠螺母。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，包括夹具主体、数据测量模块、柔性夹持模块和动力驱动模块；

所述夹具主体由下夹具体1、上夹具体2和安装螺栓3组成，所述下夹具体1和上夹具体2的边缘对应位移均开设有圆孔4，所述安装螺栓3穿过下夹具体1和上夹具体2上的圆孔4将下夹具体1和上夹具体2紧固到一起，所述上夹具体2的开设有通孔5，且上夹具体2上开设有若干通槽6，所述通槽6以上夹具体2为中心呈中心对称分布；

所述数据测量模块由力传感器7、数据处理器和计算机组成，所述数据处理器分别电性连接由力传感器7和计算机；

所述柔性夹持模块包括夹紧件8和液压升降平台9，所述液压升降平台9位于通孔5内，所述夹紧件8上安装力传感器7；

所述动力驱动模块包括伺服电机10、液压伺服缸11和丝杠12，所述丝杠12与通槽6一一对应设置，且丝杠12与通槽6的数量相同，所述伺服电机10固定在下夹具体1上，且伺服电机10的转子连接有减速齿轮组13，并且伺服电机10通过减速齿轮组13驱动丝杠12，所述丝杠12的两端均通过轴承活动连接下夹具体1，所述丝杠12上套设有与其配合的丝杠螺母14，所述丝杠螺母14固定连接夹紧件8，所述夹紧件8穿过通槽6延伸到上夹具体2远离下夹具体1的一侧，所述液压伺服缸11的一端固定连接下夹具体1的中部，且液压伺服缸11的另一端固定连接液压升降平台9。

所述夹紧件8通过螺钉固定在丝杠螺母14上，且夹紧件8呈L形，所述伺服电机10和液压伺服缸11均电性连接计算机。

使用时，当被加工件放置于升降平台后，计算机控制伺服电机通过减速齿轮组驱动丝杠。

丝杠旋转使丝杠螺母径向移动，夹紧件通过螺钉固定在丝杠螺母上，沿导轨径向向升降平台中心移动，当夹紧件接触到工件时，力传感器产生信号，计算机接收到信号，达到预紧力设定值时，停止伺服，实现预夹持。

通过虚拟仿真确定夹持是否合理，实现自检。

若合理，则计算机控制伺服电机继续正转，当力传感器反馈的数值与计算机根据刀具运动参数预先计算所需最佳夹紧力通过刀的切削深度，切削速度，切削方向进行计算数值差距在一定范围时停止伺服电机转动，同时通过螺纹自锁。当数值差距超出范围时计算机控制伺服电机进行补偿直至差距进入允许范围。

若不合理执行，计算机控制伺服电机反转，松开工件，通过伺服液压缸调整高度，正转夹紧。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，其特征在于：包括夹具主体、数据测量模块、柔性夹持模块和动力驱动模块；

所述夹具主体由下夹具体（1）、上夹具体（2）和安装螺栓（3）组成，所述下夹具体（1）和上夹具体（2）的边缘对应位移均开设有圆孔（4），所述安装螺栓（3）穿过下夹具体（1）和上夹具体（2）上的圆孔（4）将下夹具体（1）和上夹具体（2）紧固到一起，所述上夹具体（2）的开设有通孔（5），且上夹具体（2）上开设有若干通槽（6），所述通槽（6）以上夹具体（2）为中心呈中心对称分布；

所述数据测量模块由力传感器（7）、数据处理器和计算机组成，所述数据处理器分别电性连接由力传感器（7）和计算机；

所述柔性夹持模块包括夹紧件（8）和液压升降平台（9），所述液压升降平台（9）位于通孔（5）内，所述夹紧件（8）上安装力传感器（7）；

所述动力驱动模块包括伺服电机（10）、液压伺服缸（11）和丝杠（12），所述伺服电机（10）固定在下夹具体（1）上，且伺服电机（10）的转子连接有减速齿轮组（13），并且伺服电机（10）通过减速齿轮组（13）驱动丝杠（12），所述丝杠（12）的两端均通过轴承活动连接下夹具体（1），所述丝杠（12）上套设有与其配合的丝杠螺母（14），所述丝杠螺母（14）固定连接夹紧件（8），所述夹紧件（8）穿过通槽（6）延伸到上夹具体（2）远离下夹具体（1）的一侧，所述液压伺服缸（11）的一端固定连接下夹具体（1）的中部，且液压伺服缸（11）的另一端固定连接液压升降平台（9）。

2.根据权利要求1所述的一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，其特征在于：所述丝杠（12）与通槽（6）一一对应设置，且丝杠（12）与通槽（6）的数量相同。

3.根据权利要求1所述的一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，其特征在于：所述夹紧件（8）通过螺钉固定在丝杠螺母（14）上，且夹紧件（8）呈L形。

4.根据权利要求1所述的一种复杂构件夹持主动控制的柔性夹具，其特征在于：所述伺服电机（10）和液压伺服缸（11）均电性连接计算机。