CN108942324A - 一种快速装夹系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快速装夹系统，包括底板腔体、夹持装置和气动装置；底板腔体的顶面开口；夹持装置安装在底板腔体中，其包括底座壳体、钢珠、活塞、本体；底板腔体、底座壳体、活塞和本体密封配合，形成两个容积可变的气密腔室，活塞可以在外接气压动力的推动下沿着底座壳体轴向上下移动，进而挤压或松开底座壳体顶部的钢珠实现锁紧或解锁功能；气动装置用于驱动活塞，包括与两个气密腔室相连的气路和外接气源。本发明可以有效解决气动工装夹具的活塞磨损、活塞卡顿以及夹紧功能的不稳定甚至丧失的问题，并进一步提高气动工装夹具的锁紧/解锁速度。

Description

一种快速装夹系统

技术领域

本发明涉及精密加工机械制造领域，尤其涉及一种快速装夹系统。

背景技术

随着机械加工制造业的蓬勃发展，对加工零部件的精度和生产效率要求越来越高，工序集中、一人多机、一机多零件等形式越来越多。继而对工装夹具的要求越来越高，夹具的标准化和自动化迫在眉睫。为满足上述生产需要，出现了液压和气动两种较先进的工装夹具，改变了传统的人工装夹、调整的定位方式，有效地提高了加工精度，缩短了夹准调整时间，生产效率也随之提高。

相比于液压工装夹具，气动工装夹具把压缩空气作为动力源，允许有少量气体泄漏，对气动元件的精度要求不太高，生产、维护成本相对较低且比较环保，另外，气动的反应速度更快，方便实现自动化控制，故在一般夹持力要求不是很大的生产应用中多采用气动工装夹具。不管是在高精度的数控机床、加工中心还是普通机床，气动工装夹具都可以发挥出巨大的作用，能够稳定产品质量、提高生产效率、节约生产成本、降低操作者的劳动强度。

而现在的气动工装夹具大都采用机械锁紧的锁紧方式，如一般的重力锁紧或者是弹簧机械锁紧，锁紧过程不需要气动压力或者是只需要短暂的气动压力，主要靠活塞的重力和压缩弹簧的推力共同作用来挤压推动钢珠进而锁紧。其工作原理如下：活塞在自身重力和弹簧的推力作用下达到锁紧位置时挤压推动钢珠锁紧定位销；通过气动装置对活塞提供气动压力推动活塞离开锁紧位置，钢珠向四周散开，解除对定位销的锁定；解除气动压力，活塞和弹簧再次回到锁紧位置，如此重复实现机械锁紧与进气解锁的循环。这种机械锁紧方式，虽然是自动锁紧、比较省力且精简了夹具的结构，但是机械锁紧的锁紧结构精度要求比较高、出故障的概率相对较高、后期维护成本也高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种快速装夹系统，以解决活塞磨损、活塞卡顿以及夹紧功能的不稳定甚至丧失的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种快速装夹系统，包括底板腔体、夹持装置和气动装置；所述底板腔体的顶面开口；所述夹持装置安装在所述底板腔体中，其包括一安装在底板腔体底部的底座壳体、若干放置在底座壳体顶部上的钢珠、一套装在底座壳体上的活塞、一覆盖安装在所述开口上的本体；所述底板腔体、所述底座壳体、所述活塞和所述本体密封配合，形成两个容积可变的气密腔室；所述活塞在所述气动装置的推动下沿着所述底座壳体轴向上下移动，进而挤压或松开所述底座壳体顶部的钢珠实现锁紧或解锁功能；所述气动装置包括与所述两个气密腔室相连的气路和外接气源。

可选的，所述底板腔体设置在机床上。

可选的，所述底座壳体、所述活塞和所述本体三者同轴心安装。

可选的，所述底座壳体通过螺钉固定安装在所述底板腔体上，所述本体通过螺钉固定覆盖在所述底板腔体的开口上。

可选的，所述底座壳体顶部设置有弧形凹槽以安放所述钢珠，所述弧形凹槽的宽度小于所述钢珠的直径；在所述快速装夹系统锁紧时，所述钢珠位于所述弧形凹槽上靠近所述底座壳体轴心的一侧；在所述快速装夹系统解锁时，所述钢珠位于所述弧形凹槽上远离所述底座壳体轴心的一侧。

可选的，所述本体具有一朝向所述底板腔体内的下端部，所述下端部外周表面嵌有第一密封圈与所述底板腔体内周表面密封接触，所述活塞上端部外周表面嵌有第二密封圈与所述本体下端部内周表面密封接触，所述活塞下端部外周表面嵌有第三密封圈与所述底板腔体内周表面密封接触，所述底座壳体上端部外周表面嵌有第四密封圈与所述活塞密封接触，所述底座壳体的下端部外周表面嵌有第五密封圈与所述底板腔体内周表面密封接触。

可选的，每个所述气密腔室连接着至少一个气路通孔或气路管道，并和所述外接气源构成一个独立气路系统。

可选的，所述快速装夹系统还包括弹簧，所述底座壳体的下端部具有一延展部，所述弹簧设置在所述活塞和所述延展部之间。

可选的，当所述活塞推动所述钢珠进行锁紧时，所述活塞对所述弹簧的作用力为零；当所述活塞放开所述钢珠而解锁时，所述弹簧处于压缩状态。

可选的，所述夹持装置还包括快速定位销，所述快速定位销的下端部经过曲面优化设计，当所述快速定位销插入所述夹持装置时，所述快速定位销可被所述钢珠夹持住；所述快速定位销的上端部设置有螺孔，用来连接加工工件。

本发明的快速装夹系统，包括底板腔体、夹持装置和气动装置；所述底板腔体的顶面开口；所述夹持装置安装在所述底板腔体中，其包括一安装在底板腔体底部的底座壳体、若干放置在底座壳体顶部上的钢珠、一套装在底座壳体上的活塞、一覆盖安装在所述开口上的本体；所述底板腔体、所述底座壳体、所述活塞和所述本体密封配合，形成两个容积可变的气密腔室；所述活塞在所述气动装置的推动下沿着所述底座壳体轴向上下移动，进而挤压或松开所述底座壳体顶部的钢珠实现锁紧或解锁功能；所述气动装置包括与所述两个气密腔室相连的气路和外接气源。于是通过对其中至少一个气密腔室提供气动压力就可以驱动活塞在底座壳体轴向上下运动并挤压/松开钢珠实现锁紧/解锁功能，活塞的上下运动(即装夹系统的锁紧/解锁功能)全都主要靠气动压力驱使，气动压力在活塞各接触表面处均匀分布，故而活塞接触面受力比较均匀，可以确保活塞能够稳定顺滑的移动，就避免了活塞的磨损、并有助于防止活塞卡顿现象发生，进而使得该装夹系统的夹紧功能更稳定。

进一步的，所述快速装夹系统还包括弹簧，在进气锁紧过程中，被压缩的弹簧首先推动活塞向上运动，紧接着气动压力迅速补充推动活塞向上运动，弹簧的推力和气动压力很快就把活塞推到锁紧位置平衡稳定下来，加入弹簧之后整个锁紧过程更快；而进气解锁靠活塞/弹簧的重力与气动压力，整个解锁过程多力共同作用，进一步提高了解锁的速度。

此外，在锁紧状态时，弹簧与活塞之间没有力的作用，夹持力由钢珠承担，并传递到活塞，当加工工件的切削力很大时，弹簧也不容易随之振动，就算是弹簧有微小的振动，也不影响夹紧功能的稳定性，因为此时弹簧对活塞的力微乎其微，活塞在气动压力的作用下仍然很稳定。

附图说明

图1为本发明实施例的快速装夹系统的侧面剖视图；

图中，1-底板腔体，2-底座壳体，3-钢珠，4-活塞，5-本体，6-弹簧，7-第一密封圈，8-第二密封圈，9-第三密封圈，10-第四密封圈，11-第五密封圈，12-第一气路，13-第二气路，14-快速定位销，15-螺孔，16-螺孔，17-螺孔。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

发明人研究现有的气动工装夹具之后，发现：

(1)、现在的气动工装夹具大都采用机械锁紧的锁紧方式，如一般的活塞重力锁紧或者弹簧机械锁紧，锁紧过程不需要或者是只需要短暂的气动压力，主要靠活塞的重力和压缩弹簧的推力共同作用来挤压推动钢珠进而锁紧，锁紧过程中，活塞自身重力作用力有限且外接气压动力(排气)还有一定阻挡作用，容易造成活塞受力不均，又由于各个弹簧性能不可能完全一样，各个弹簧在平衡位置附近的阻尼振动步调和幅度存在一定的差别，再加上弹簧横向扭力的影响，活塞在弹簧的作用下会有一定程度的上下左右的晃荡，活塞整体的受力不均，会造成活塞的磨损、卡顿甚至夹紧功能的不稳定；

(2)、当活塞和弹簧锁紧定位销时，加工过程中锁紧定位销所承受的力由钢珠承担，进而传递到活塞和弹簧，当加工工件所使用的切削力很大时，弹簧容易产生振动，又活塞自身重力有限、稳定性不强，外界较大的切削力极易造成活塞不稳定，进而活塞对钢珠的挤压推力不稳定，影响夹紧功能的稳定性。

基于此，如图1所示，本发明提供了一种快速装夹系统，包括底板腔体1、夹持装置和气动装置；所述底板腔体的顶面开口；所述夹持装置安装在所述底板腔体1中，其包括一安装在底板腔体底部的底座壳体2、若干放置在底座壳体2顶部上的钢珠3、一套装在底座壳体上的活塞4、一覆盖安装在所述开口上的本体5；所述底板腔体1、所述底座壳体2、所述活塞4和所述本体5密封配合，形成两个容积可变的气密腔室；所述活塞4在所述气动装置的推动下沿着所述底座壳体2轴向上下移动，进而挤压或松开所述底座壳体2顶部的钢珠3实现锁紧或解锁功能；所述气动装置包括与所述两个气密腔室相连的气路和外接气源。

可选的，本发明的底板腔体1设置在机床上。一套夹持装置可以经过多次装卸安装在不同的机床上，即该快速装夹系统可在不同类型的机床上重复使用，可以提高该快速装夹系统的利用率。

为保证整个快速装夹系统的稳定性，底座壳体2、活塞4和本体5三者同心安装。进一步地，本发明的底座壳体2通过螺孔15用螺钉固定在底板腔体1上，本体5通过螺孔16用螺钉固定覆盖在底板腔体的顶面开口1上，进一步加强整个快速装夹系统的稳定性。

可选的，底座壳体2顶部设置有弧形凹槽以安放钢珠3，弧形凹槽的宽度小于钢珠3的直径且弧形凹槽的半径大于钢珠3的半径；在快速装夹系统锁紧时，钢珠3位于弧形凹槽上靠近底座壳体2轴心的一侧；在快速装夹系统解锁时，钢珠3位于弧形凹槽上远离底座壳体2轴心的一侧。此外，所述钢珠3的安放和排布可以采用现有技术中的样式，本发明对此不进行详细描述。

可选的，每个由底板腔体1、底座壳体2、活塞4和本体5四者密封配合形成的容积可变的气密腔室都连接着一个设置在底板腔体1侧壁中的气路通孔，并和外接气源构成一个独立的气路系统；如图1所示，本发明的快速装夹系统有两个气路，第一气路12可以对上面的气密腔室提供气动压力，第二气路13可以对下面的气密腔室提供气动压力。当然，所述气路不仅限于气路通孔，还可以是气路管道。

可选的，本体5具有一朝向底板腔体1内的下端部，本体5的下端部外周表面嵌有第一密封圈7与底板腔体1内周表面密封接触，活塞4上端部外周表面嵌有第二密封圈8与本体5内周表面密封接触，活塞4下端部外周表面嵌有第三密封圈9与底板腔体1内周表面密封接触，底座壳体2上端部外周表面嵌有第四密封圈10与活塞4密封接触，底座壳体2的下端部外周表面嵌有第五密封圈11与底板腔体1内周表面密封接触。

进一步地，本发明的快速装夹系统还包括弹簧6，底座壳体2的下端部还具有一延展部，弹簧6设置在活塞4和所述延展部之间；可选的，当活塞4推动钢珠3进行锁紧时，弹簧6连接着活塞4的一端受活塞4的作用力为零或者基本为零；当活塞4放开钢珠3而解锁时，弹簧6处于压缩状态。

进一步地，本发明的夹持装置还包括一个快速定位销14，快速定位销14的下端部经过曲面优化设计，当快速定位销14插入夹持装置时，快速定位销14可以很好地被钢珠3夹持住；快速定位销上端部设置有螺孔17，可以用来连接不同的加工工件。

本发明的快速装夹系统的工作原理如下：通过第一气路12对上面的气密腔室提供气动压力同时撤掉第二气路13对下面的气密腔室的气动压力，活塞4的重力和气动压力一起推动活塞4沿着底座壳体2轴向向下运动并压缩弹簧6，活塞4松开底座壳体2顶部的钢珠3，钢珠3向四周散开，解除对快速定位销14的锁定；通过第二气路13对下面的气密腔室提供气动压力同时撤掉第一气路12对上面的气密腔室的气动压力，被压缩的弹簧6和气动压力一起推动活塞4沿着底座壳体2轴向向上运动，活塞4推动底座壳体2顶部的钢珠3，钢珠3向中心靠拢，钢珠3的球面与快速定位销的下端部曲面接触，从而锁定快速定位销14。

本发明的快速装夹系统锁紧和解锁主要都是靠气动压力，活塞接触面受力比较均匀，且气动压力较大较快，可以确保活塞能够稳定顺滑的移动，就避免了活塞的磨损、并有助于防止活塞卡顿现象发生，进而使得该装夹系统的夹紧功能更稳定。在进气锁紧过程中，被压缩的弹簧6首先推动活塞4向上运动，紧接着气动压力迅速补充推动活塞4向上运动，弹簧6的推力和气动压力很快就把活塞4推到锁紧位置平衡稳定下来，加入弹簧6之后整个锁紧过程更快；在进气解除过程中，气动压力结合活塞4的重力及弹簧6的重力一起作用在活塞4上，使得活塞4的下降速度大幅提高，加快了进气解锁速度。

相比于一般的机械锁紧，整个锁紧过程中加入气动压力后，弹簧6在平衡位置附近的阻尼振动很快就会消失；在活塞4很快达到锁紧平衡之后，弹簧6连接着活塞4的不受活塞4的作用力，弹簧6只有底座壳体2对其的支持力(与其自身重力平衡)这一个外力，会进行自我调整恢复，其横向扭力很快就消失，弹簧6的阻尼振动和横向扭力对装夹系统夹紧功能的稳定性几乎没影响。

另外，进气锁紧之后，当加工工件的切削力很大时，也不影响夹紧功能的稳定性，因为锁紧时活塞4只受气动压力，就算弹簧6有微小的振动对活塞4的作用力也有限，活塞4在气动压力的作用下仍然很稳定。

综上所述，在本发明实施例提供的快速装夹系统中，锁紧和解锁都主要靠气动压力完成，活塞接触面受力比较均匀，可以确保活塞能够稳定顺滑的移动，就避免了活塞的磨损、并有助于防止活塞卡顿现象发生，进而使得该装夹系统的夹紧功能更稳定；进气锁紧靠的是弹簧的推力和气动压力，而进气解锁靠活塞/弹簧的重力与气动压力，两个过程都是多力共同作用，进一步提高了锁紧和解锁的速度；在锁紧时，弹簧与活塞之间没有力的作用，夹持力由钢珠承担，并传递到活塞，当加工工件的切削力很大时，弹簧也不容易随之振动，就算是有微小的振动，也不影响夹紧功能的稳定性，因为此时弹簧对活塞的力微乎其微，活塞主要还是靠气动压力稳住的。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速装夹系统，其特征在于，包括底板腔体、夹持装置和气动装置；所述底板腔体的顶面开口；所述夹持装置安装在所述底板腔体中，其包括一安装在底板腔体底部的底座壳体、若干放置在底座壳体顶部上的钢珠、一套装在底座壳体上的活塞、一覆盖安装在所述开口上的本体；所述底板腔体、所述底座壳体、所述活塞和所述本体密封配合，形成两个容积可变的气密腔室；所述活塞在所述气动装置的推动下沿着所述底座壳体轴向上下移动，进而挤压或松开所述底座壳体顶部的钢珠实现锁紧或解锁功能；所述气动装置包括与所述两个气密腔室相连的气路和外接气源。

2.如权利要求1所述的快速装夹系统，其特征在于，所述底板腔体设置在机床上。

3.如权利要求1或2所述的快速装夹系统，其特征在于，所述底座壳体、所述活塞和所述本体三者同轴心安装。

4.如权利要求1所述的快速装夹系统，其特征在于，所述底座壳体通过螺钉固定安装在所述底板腔体上，所述本体通过螺钉固定覆盖在所述底板腔体的开口上。

5.如权利要求1所述的快速装夹系统，其特征在于，所述底座壳体顶部设置有弧形凹槽以安放所述钢珠，所述弧形凹槽的宽度小于所述钢珠的直径；在所述快速装夹系统锁紧时，所述钢珠位于所述弧形凹槽上靠近所述底座壳体轴心的一侧；在所述快速装夹系统解锁时，所述钢珠位于所述弧形凹槽上远离所述底座壳体轴心的一侧。

6.如权利要求1所述的快速装夹系统，其特征在于，所述本体具有一朝向所述底板腔体内的下端部，所述下端部外周表面嵌有第一密封圈与所述底板腔体内周表面密封接触，所述活塞上端部外周表面嵌有第二密封圈与所述本体下端部内周表面密封接触，所述活塞下端部外周表面嵌有第三密封圈与所述底板腔体内周表面密封接触，所述底座壳体上端部外周表面嵌有第四密封圈与所述活塞密封接触，所述底座壳体的下端部外周表面嵌有第五密封圈与所述底板腔体内周表面密封接触。

7.如权利要求1所述的快速装夹系统，其特征在于，每个所述气密腔室连接着至少一个气路通孔或气路管道，并和所述外接气源构成一个独立气路系统。

8.如权利要求1所述的快速装夹系统，其特征在于，所述快速装夹系统还包括弹簧，所述底座壳体的下端部具有一延展部，所述弹簧设置在所述活塞和所述延展部之间。

9.如权利要求8所述的快速装夹系统，其特征在于，当所述活塞推动所述钢珠进行锁紧时，所述活塞对所述弹簧的作用力为零；当所述活塞放开所述钢珠而解锁时，所述弹簧处于压缩状态。

10.如权利要求1所述的快速装夹系统，其特征在于，所述夹持装置还包括快速定位销，所述快速定位销的下端部经过曲面优化设计，当所述快速定位销插入所述夹持装置时，所述快速定位销可被所述钢珠夹持住；所述快速定位销的上端部设置有螺孔，用来连接加工工件。