CN109397152A - 零件加工用夹持设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及夹持装置技术领域，零件加工用夹持设备，包括固定平台，固定平台下方设有固定机构和驱动机构，固定机构包括两个固定座，两个固定座之间转动连接有横向设置的双向丝杆，双向丝杆的两个螺纹部上各螺纹连接有一块滑板；两块滑板之间设有两块滑块，两块滑块上均设有用于固定钢管的固定块，固定块和滑块之间固定连接有压缩弹簧，且固定块与滑块之间连接有第一测量机构；固定平台的上端还固定有第二测量机构。第一测量机构用于实时测量钢管被夹持受到的预紧力，通过转动双向丝杆，使钢管受到的预紧力接近参考预紧力，从而实现测量和调控夹持钢管的预紧力。

Description

零件加工用夹持设备

技术领域

本发明涉及零件夹持技术领域，特别涉及零件加工用夹持设备。

背景技术

钢管指具有空心截面，其长度远大于直径或周长的钢材，钢管作为一种经济钢材，广泛应用于输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器等领域。在钢管加工时，特别是在对钢管进行焊接、切断操作时，往往需要对钢管进行夹持固定后才能进行加工作业，但是钢管的直径大小不等且钢管壁厚也不同，在钢管加工时，固定钢管的预紧力是依靠工人的手感来确定，而此种固定方式可能造成钢管的预紧力过大，使钢管变形损坏；或者预紧力过小，在钢管的加工出现松动而造成加工不良。

发明内容

本发明意在提供零件加工用夹持设备，能够实时测量和调控夹持钢管的预紧力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：零件加工用夹持设备，包括水平设置且开有滑槽的固定平台，固定平台下方设有固定机构，固定机构包括固定于固定平台底端的两个固定座，两个固定座之间转动连接有横向设置的双向丝杆，双向丝杆沿滑槽开设的方向设置，双向丝杆的两个螺纹部上各螺纹连接有一块滑板；两块滑板之间设有紧固单元，紧固单元包括分别固定于两块滑板上的滑块，滑块的上端穿过固定平台的滑槽后，两块滑块相对的端面上均设有用于固定钢管的固定块，固定块和滑块之间固定连接有压缩弹簧，且固定块与滑块之间连接有测量钢管预紧力的第一测量机构；固定平台上设有与双向丝杆连接的驱动机构，固定平台的上端还固定有测量钢管壁厚的第二测量机构。

本发明的原理是：驱动单元可驱动双向丝杆的正转和反转，由于滑块只能沿固定平台上的滑槽滑动，因此双向丝杆转动时，螺纹连接于双向丝杆两个螺纹部的滑板在滑块的限定作用下，也只能沿滑槽方向横向滑动；当两块滑板在双向丝杆驱动下相互靠近时，滑板上固定的滑块沿着滑槽滑动并相互靠近，滑块上固定连接的固定块靠近，实现钢管的夹持固定。

在钢管被夹持固定时，钢管受到的预紧力通过固定块的传导使位于固定块和滑块之间的压缩弹簧受压力发生形变，根据胡克定律，压缩弹簧的形变量与其受到的压力成正比，并通过第一测量机构测量压缩弹簧的形变量，在根据胡克定律，可计算出压缩弹簧受到的压力值；根据力的作用是相互的，压缩弹簧受到压力值等于固定块和钢管之间的预紧力大小，从而可以得到钢管所受到的预紧力大小。

在钢管固定后，利用第二测量机构测量钢管的壁厚，然后记载钢管的壁厚和外径规格，不断地增加钢管的预紧力大小，直至钢管发生变形被损坏，记录下此规格钢管(包括外径大小和壁厚)能受到的最大预紧力；然后通过依次减小预紧力的方法，对依次减小预紧力后的钢管进行加工，当钢管在加工发生松动时，记录下钢管能承受的最小预紧力，然后根据钢管能承受的最大预紧力和最小预紧力确定一个合适的预紧力大小，作为同样规格的钢管在被夹持时，使用的参考预紧力值。

后续在加工钢管前进行夹持时，可以根据钢管的规格，开启驱动机构，使钢管逐渐被夹持固定，钢管在被夹紧过程中预紧力不断增大，通过第一测量机构对钢管受到的预紧力进行实时测量，当钢管受到的实际预紧力等于参考预紧力时，即可完成对钢管的夹持。

采用上述方案的优点是：

1.能够测量出不同规格钢管的合适预紧力大小：利用第一测量机构和第二测量机构，可以分别测出钢管被破坏的最大预紧力，以及钢管加工中不产生松动的最小预紧力，然后根据最大预紧力和最小预紧力确定一个合适的参考预紧力值，以供同类规格的钢管固定时作为参考。

2.能够实时调节并测量钢管实际受到的预紧力：压缩弹簧发生形变，根据该形变可以测量出压缩弹簧受到的压力值，从而确定钢管实际受到的预紧力大小；通过驱动机构调节双向丝杆的正转或者反转，对钢管的预紧力大小进行调整，使钢管受到的预紧力大小等于或接近与参考预紧力值，保证钢管的正常加工。

进一步，第一测量机构包括固定连接于固定块外侧的滑杆，滑杆上开有沿滑杆轴心对称的铣平面，滑杆穿过滑板且与滑杆滑动连接，滑杆沿双向丝杆轴向设置；铣平面上刻有沿滑杆轴向方向均匀排列的刻度线，每条刻度线对应刻有一个压力值。

滑杆上开有沿滑杆轴心对称的铣平面，铣平面为铣刀沿滑杆轴向方向铣削成的一段平面，滑杆穿过滑板且与滑杆滑动连接，使滑杆只能沿滑板滑动而不能转动，防止固定块在固定钢管的过程中发生旋转。滑杆的铣平面内可有刻度线，每个刻度线对应刻有一个压力值。当压缩弹簧处于自然状态时，滑块外侧端面在滑杆的铣平面投影即为初始刻度线位置；当压缩弹簧受到压力发生形变，滑杆滑出滑块的外侧，铣平面上的刻度线也随之滑出，根据滑杆滑出的距离和压缩弹簧的劲度系数，可计算出每个刻度线上压缩弹簧对应的压力值；在铣平面上刻度不断滑出滑块的外侧后，由滑块外侧能看到铣平面上刻度线对应的最大压力值即为压缩弹簧受到的实际压力值，实现了队钢管受到预紧力的实时测量。

进一步，第二测量机构包括中部相互铰接的第一测量杆和第二测量杆，位于铰接点一侧的第一测量杆和第二测量杆均设有测量部，两个测量部可相抵；位于铰接点另一侧的第一测量杆和第二测量杆之间固定连接有复位弹簧，且位于铰接点该侧的第一测量杆和第二测量杆之间设有弧形的测尺，测尺的一端与第一测量杆固定连接、另一端可沿第二测量杆滑动，且测尺所在的圆弧以铰接点为圆心。

相比于使用卡尺测量钢管的壁厚，卡尺读取测量值比较慢，而在实际测量中，不需要对钢管的精确值进行测量，为提升测量钢管内壁厚度，本方案利用第二测量机构测量钢管壁厚，使用时，挤压第一测量杆和第二测量杆固定连接有复位弹簧的一侧，第一测量杆和第二测量杆的另一侧张开，利用第一测量杆的测量部(或者第二测量杆的测量部)到铰接点的距离以及测尺到铰接点的距离，可以计算出测尺相对于铰接点转过直线距离，以及测尺转动的角度与测尺转过直线距离的几何关系，可计算出根据第一测量杆的测量部和第二测量杆第二测量部的张开距离大小，即钢管壁厚大小。使用第二测量机构测量钢管壁厚时，只需将第一测量杆的测量部和第二测量杆第二测量部夹紧在钢管的内、外壁上，就可读取钢管的壁厚值，操作方便，测量速度快。

进一步，驱动机构包括与固定平台固定连接的固定板，固定板上转动连接有手动摇杆，手动摇杆的转轴部与双向丝杆平行设置，双向丝杆中部固定连接有第二直齿轮，转轴部上固定连接有与第二直齿轮啮合的第一直齿轮。

利用转动手动摇杆的方式来夹持钢管，手动控制固定块固定钢管的速度，可在固定过程中观察钢管夹持中受到预紧力的大小，手动易控制夹紧钢管的速度，防止钢管被过渡挤压。

进一步，滑槽的数量至少为两个，至少两个滑槽相互平行且每个滑槽内均滑动连接有紧固单元。

利用至少两个紧固单元对钢管进行夹持，防止钢管被夹持过程发生歪斜等，能有效提高钢管夹持的稳定性，使后续钢管加工更加稳固。

进一步，紧固单元中的压缩弹簧套设在滑杆上。

将压缩弹簧套设在滑杆上，压缩弹簧在被压缩的过程中不易发生扭曲，使第一测量机构测量的结果更加准确。

进一步，复位弹簧套设于测尺上，第二测量杆上位于测尺的滑动路径上开有观测槽。

将复位弹簧套设于测尺上，减少复位弹簧扭曲的情况，延长复位弹簧的使用寿命；第二测量杆上位于测尺的滑动路径上开有观测槽，在利用第二测量机构测量钢管的壁厚时，直接从观测槽读取所测量的钢管的壁厚值，使钢管壁厚测量的速度更快。

进一步，滑杆远离固定块一端固定有限位块。

滑杆远离固定块一端固定有限位块，防止滑杆滑动时，滑杆滑出滑块的通孔外。

进一步，固定平台的中部沿垂直于滑槽方向固定有支撑座，支撑柱的上端开有弧形槽。

夹持钢管前，将钢管放置于支撑座的弧形槽内，弧形槽能有效防止钢管在固定端面的滚动，使钢管夹持的速度更快，提升钢管夹持的效率。

进一步，固定平台的上端固定有标记牌。

根据实际实验测量情况，将不同规格的钢管以及对应钢管的参考预紧力值填写在标记牌内，在实际钢管夹持过程中，可以根据标记牌快速找到所夹持钢管的参考预紧力值，根据参考压力值，便于快速完成对钢管的夹持。

附图说明

图1为本发明的零件加工用夹持设备的主视图。

图2为图1的俯视图。

图3为图2中沿A-A的剖视图。

图4为图2中固定块夹持钢管后B处局部放大图。

图5为本发明的零件加工用夹持设备中第二测量机构的俯视图。

图6为图5中C处局部放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：固定平台1、支腿2、支撑座3、滑槽4、固定座5、双向丝杆6、滑板7、滑块8、固定块9、滑杆10、压缩弹簧11、限位块12、铣平面13、手动摇杆14、固定板15、第一直齿轮16、第二直齿轮17、弹性绳18、第一测量杆19、第二测量杆20、复位弹簧21、测尺22、观测槽23、标记牌24。

实施例基本如附图1所示：零件加工用夹持设备，包括水平设置的固定平台1，固定平台1底端四个角设有支腿2，固定平台1上端设有用于初步放置钢管的支撑座3，支撑座3的上端面开有防止钢管横向滚动的弧形槽，钢管的进料方向为由图1中的后侧至前侧方向。

如图2所示，固定平台1上开有两个相互平行的滑槽4，滑槽4沿垂直于钢管的轴向方向设置；结合图1，固定平台1的下方设有固定机构，固定机构包括通过螺栓固定于固定平台1底端的两个固定座5，两个固定座5之间横向设置有双向丝杆6，双向丝杆6的两端通过滚动轴承与固定座5转动连接。

如图2所示，双向丝杆6上设有两块滑板7，两块滑板7分别螺纹连接于双向丝杆6的两段螺纹部上，两块滑板7之间设有两个紧固单元，结合图2，两个紧固单元分别与固定平台1上的两个滑槽4相对应，紧固单元包括通过螺栓分别固定于两块滑板7上的滑块8，结合图2，滑块8竖向穿过滑槽4并与滑槽4滑动连接，滑槽4内的两块滑块8沿钢管左、右对称设置，两块滑块8相对的端面为滑块8的内侧，两块滑块8的内侧上分别设有一块固定块9，固定块9的内侧开有方便固定钢管的弧形槽，结合图2，两个紧固单元分别与固定平台1上的两个滑槽4相对应；滑块8上开有横向的通孔，固定块9与滑块8之间连接有第一测量机构，第一测量机构包括通过螺栓固定连接于固定块9外侧的滑杆10，滑杆10沿滑块 8的通孔穿过滑块8并延伸至滑杆10外侧之外，固定块9和滑块8之间焊接有压缩弹簧11，压缩弹簧11套设于滑杆10上，滑杆10远离固定块9的外侧一端焊接有防止滑杆10脱落滑块8的限位块12。

如图4所示，滑杆10的上、下侧均铣为平面形成铣平面13，当固定块9固定钢管时，随着固定块9靠近并挤压钢管时,压缩弹簧11会受到固定块9的反作用力,此反向作用力使压缩弹簧11被压缩，固定块9与滑块8之间的距离变小，滑杆10就会向滑块8外侧滑出一段距离，滑杆10滑出滑块8的距离等于压缩弹簧11被压缩时产生的形变量。根据胡克定律，可根据滑杆10滑出滑块8外侧的距离和压缩弹簧11的劲度系数，计算出压缩弹簧11所受的压力；因此，在滑杆10的铣平面13内刻有沿滑杆10轴向分布的刻度线，每条刻度线对应有一个压力值，例如：压缩弹簧的劲度系数为30000N/m，滑杆10露出滑块8的刻度线为 2cm,则可计算出此时压缩弹簧的弹力F＝30000N/m×0.02m＝300N，将2cm处刻度线对应地标出“300N”，表示此时固定块9对钢管的预紧力为300N。特别地，当压缩弹簧11处于自然状态时，滑块8的外侧在铣平面13上的投影即为初始刻度线位置，该刻度线对应的压力值为“0”；当压缩弹簧11受挤压时，滑杆10不断滑出滑块8的外侧，铣平面13上的刻度线不断露出滑块8的外侧，当钢管被固定后，铣平面13露出滑块8外侧最大刻度值即为压缩弹簧11的压力值，根据牛顿第三定律，力的作用是相互的，因此钢管所受的预紧力等于此时露出滑块8外侧对应最大的刻度值。

如图1所示，固定平台1下方设有驱动双向丝杆6转动的驱动机构，驱动机构包括位于固定平台1下方横向设置的手动摇杆14，结合图3，固定平台1下方左、右两侧均设有用于固定手动摇杆14的固定板15，固定板15通过螺栓固定连接于固定平的前、后支腿2之间。

如图1所示，手动摇杆14的转轴部由左至右穿过两块固定板15且与两块固定板15转动连接，手动摇杆14的手摇部分延伸至固定平台1外，方便夹持钢管时摇动手动摇杆14。手动摇杆14转轴部的中部固定连接有第一直齿轮16，双向丝杆6的中部固定有与第一直齿轮16啮合的第二直齿轮17。

当手动转动手动摇杆14时，手动摇杆14的转轴部上固定连接的第一直齿轮16转动带动第二直齿轮17转动，第二直齿轮17转动带动双向丝杆6转动，手动摇杆14转动方向不同时，双向丝杆6的转动方向也随着改变；双向丝杆6转动方向不同，螺纹连接于双向丝杆 6上的滑板7可以相互靠近和远离，使滑板7上固定连接的滑块8带动固定块9相互靠近和远离，从而实现对钢管的固定和松开。

如图2所示，固定平台1上端前侧通过弹性绳18固定连接有第二测量机构，结合图5，第二测量机构包括中部相互铰接的第一测量杆19和第二测量杆20，位于铰接点右侧的第一测量杆19和第二测量杆20均设有测量部，两个测量部可相抵；位于铰接点左侧的第一测量杆19和第二测量杆20之间固定连接有复位弹簧21，且位于铰接点左侧的第一测量杆19和第二测量杆20之间设有弧形的测尺22，测尺22的一端与第一测量杆19固定连接、另一端可沿第二测量杆20滑动，且测尺22所在的圆弧以铰接点为圆心。结合图6，第二测量杆20 上在测尺22的滑动路径上开有可观测测尺22刻度值的观测槽23。

如图2所示，固定平台1的上端面上靠近第二测量机构的固定有标记牌24，标记牌24 内记载有对于一系列外径大小不同的钢管中，每一个外径大小的钢管对应不同壁厚时，所设置预紧力的参考值。如对于外径为60mm的钢管，其壁厚为1mm、2mm、2.5mm、4mm时，标记牌24记载有每种壁厚应设置预紧力的参考值大小；对于外径为80mm的钢管，其壁厚为1mm、2mm、2.5mm、4mm时，标记牌24记载有每种壁厚应设置预紧力的参考值大小。

预紧力参考值的确定方法如下：在钢管固定后，利用第二测量机构测量钢管的壁厚，然后记载钢管的壁厚和外径规格，不断地增加钢管的预紧力，直至钢管发生变形被损坏，记录下此规格钢管(包括外径大小和壁厚)能受到的最大预紧力；然后通过依次减小预紧力的方法，对依次减小预紧力后的钢管进行加工，当钢管在加工发生松动时，记录下钢管能承受的最小预紧力，然后根据钢管能承受的最大预紧力和最小预紧力确定一个合适的预紧力大小，如将最大预紧力与最小预紧力的平均值作为参考预紧力值，作为同样规格的钢管在被夹持时的参考预紧力值。

具体实施过程如下：

1.初始状态：

滑块8位于滑槽4的两侧，固定块9与滑杆10之间的压缩弹簧11处于自然状态，铣平面13中露出滑块8的刻度值为初始刻度线；第一测量杆19和第二测量杆20的测量部相抵，第二测量杆20上观测槽23内测尺22的读值为0mm。

2.确定预紧力大小：

压缩第一测量杆19和第二测量杆20之间固定连接的复位弹簧21，使第一测量杆19的测量部和第二测量杆20的测量部相互远离，然后使钢管的管壁位于第一测量杆19的测量部和第二测量杆20的测量部之间，且第一测量杆19的测量部和第二测量杆20的测量部分别与钢管的内、外壁相抵，此时测尺22相对于第二测量杆20滑动，通过第二测量杆20上的观测槽23读取钢管的壁厚，根据钢管的规格，从标记牌24内找到钢管固定的参考预紧力。

3.固定钢管：

首先将钢管放置于支撑座3的弧形槽上，手动顺时针摇动手动摇杆14，手动摇杆14转动带动固定机构运动，使位于固定平台1上钢管两侧的固定块9同时靠近，当固定块9内侧的弧形槽与钢管外壁接触时，继续缓慢摇动手动摇杆14，使钢管逐渐被固定块9固定。

在固定块9开始对钢管产生预紧力后，固定块9的外侧将大小等于对钢管预紧力的力施加到压缩弹簧11上，使压缩弹簧11被压缩，同时滑杆10相对于滑块8产生滑动，使铣平面13的刻度值不断露出滑块8的外侧，一直转动手动摇杆14，直至铣平面13露出滑块8 外侧的最大刻度值等于步骤2中所找到的参考预紧力大小，然后停止转动手动摇杆14。此时，压缩弹簧11受到的压力值等于步骤2中所找到的参考的预紧力，由力的作用是相互的，固定块9受到压缩弹簧11的压力以及压缩弹簧11与钢管之间的挤压力都等于参考的预紧力，即钢管受到的实际预紧力等于参考预紧力，钢管此时被稳定地固定夹持，其受到的实际预紧力适中，方便钢管的加工。

4.松开钢管：

当钢管被加工完毕后，手动逆时针转动手动摇杆14，使钢管两侧的固定块9相互远离，从而将钢管松开。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.零件加工用夹持设备，包括水平设置且开有滑槽的固定平台，所述固定平台下方设有固定机构，其特征在于：所述固定机构包括固定于固定平台底端的两个固定座，两个固定座之间转动连接有横向设置的双向丝杆，所述双向丝杆沿滑槽开设的方向设置，所述双向丝杆的两个螺纹部上各螺纹连接有一块滑板；两块滑板之间设有紧固单元，所述紧固单元包括分别固定于两块滑板上的滑块，所述滑块的上端穿过固定平台的滑槽后，两块滑块相对的端面上均设有用于固定钢管的固定块，所述固定块和滑块之间固定连接有压缩弹簧，且固定块与滑块之间连接有测量钢管预紧力的第一测量机构；所述固定平台上设有与双向丝杆连接的驱动机构，所述固定平台的上端还固定有测量钢管壁厚的第二测量机构。

2.根据权利要求1所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述第一测量机构包括固定连接于固定块外侧的滑杆，所述滑杆上开有沿滑杆轴心对称的铣平面，所述滑杆穿过滑板且与滑杆滑动连接，滑杆沿双向丝杆轴向设置；所述铣平面上刻有沿滑杆轴向方向均匀排列的刻度线，每条刻度线对应刻有一个压力值。

3.根据权利要求1所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述第二测量机构包括中部相互铰接的第一测量杆和第二测量杆，位于铰接点一侧的第一测量杆和第二测量杆均设有测量部，两个测量部可相抵；位于铰接点另一侧的第一测量杆和第二测量杆之间固定连接有复位弹簧，且位于铰接点该侧的第一测量杆和第二测量杆之间设有弧形的测尺，实时测尺的一端与第一测量杆固定连接、另一端可沿第二测量杆滑动，且测尺所在的圆弧以铰接点为圆心。

4.根据权利要求1所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述驱动机构包括与固定平台固定连接的固定板，所述固定板上转动连接有手动摇杆，所述手动摇杆的转轴部与双向丝杆平行设置，所述双向丝杆中部固定连接有第二直齿轮，所述转轴部上固定连接有与第二直齿轮啮合的第一直齿轮。

5.根据权利要求1所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述滑槽的数量至少为两个，至少两个滑槽相互平行且每个滑槽内均滑动连接有紧固单元。

6.根据权利要求5所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述紧固单元中的压缩弹簧套设在滑杆上。

7.根据权利要求6所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述复位弹簧套设于测尺上，所述第二测量杆上位于测尺的滑动路径上开有观测槽。

8.根据权利要求3所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述滑杆远离固定块一端固定有限位块。

9.根据权利要求3所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述固定平台的中部沿垂直于滑槽方向固定有支撑座，支撑柱的上端开有弧形槽。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的零件加工用夹持设备，其特征在于：所述固定平台的上端固定有标记牌。