CN109848669B - 具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，包括调姿装置、装夹装置、紧固钢丝绳张紧装置、紧固钢丝绳、编织物和柔性连接件，装夹装置装夹在工件上部，调姿装置安装在装夹装置的横向导杆上，调姿装置包括Y向调姿装置和X向调姿装置。Y向调姿装置以横向导杆为导向，以丝杠螺母作为驱动沿Y方向移动；X向调姿装置实现工件X向移动，X向调姿装置上的悬吊钢丝绳与外接移动平台连接，实现绕Z向转动调姿；编织物安装在工件底部，两根紧固钢丝绳的两端分别与紧固钢丝绳张紧装置和编织物连接，两根柔性连接件的两端分别与横向导杆和编织物连接。本发明能够实现对大型工件在狭小空间内的侧装作业，利用软硬混合连接，有效保护工件表面。

Description

具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置

技术领域

本发明属于装夹设备技术领域，涉及一种具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置。

背景技术

随着制造业的不断发展，大型化的零部件应用也越来越广泛，且经常会出现大量的曲面和不规则的几何外形的大型部件，由于模块化组装的快速发展，大型机具的装配过程一般由零件先装配成比较简单的组件，再装成比较复杂的部件，最后再将部件对接成完整的产品。

在对接过程中，经常会出现在狭小工装空间对大型工件进行横向侧装的工装作业，传统的吊装设备不能实现横向侧装作业，一般的侧装设备也由于狭小空间的限制而失去作用，在安装过程中，由于固定工件的接口存在，需要工件准确的安装在指定位置，因此对侧装装夹装置提出了在狭小工装空间内进行调姿的要求，在有些大型精密仪器的工装作业中，要求工件表面不能在工装作业中被划伤，因此，现代化工装作业对工装设备的装夹方式、调姿功能以及对工件的保护等方面有了更高的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其能够实现大型工件在狭小空间内的调姿侧装作业且能够有效保护工件表面，结构简单、操作难度低，安全性高。

本发明是这样实现的：

一种具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其包括调姿装置、装夹装置、紧固钢丝绳张紧装置、紧固钢丝绳、编织物和柔性连接件，所述装夹装置包括两个L形装夹板和两个横向导杆，两个所述L形装夹板通过两个所述横向导杆连接，所述L形装夹板的内侧设有装夹装置固定轴，所述装夹装置通过所述装夹装置固定轴装夹在工件上部，两个所述L形装夹板对称安装在工件上部的X向侧面，所述L形装夹板的两个面分别与工件上表面和侧面贴合，两个所述横向导杆分别位于工件的Y向侧面，所述调姿装置包括Y向调姿装置和X向调姿装置，所述Y向调姿装置包括Y向调姿架、丝杠和两个调节螺母，所述Y向调姿架的两端分别穿过两个所述横向导杆，所述丝杠螺杆两端分别与两个所述L形装夹板连接，所述丝杠与所述横向导杆平行，所述丝杠螺杆能够相对两个所述L形装夹板绕自身轴线转动，两个所述调节螺母对称紧固在所述丝杠螺杆的两侧，所述丝杠的螺母与所述Y向调姿架固连；所述X向调姿装置包括X向调姿架、导轨、蜗轮蜗杆减速器、手轮、链轮支座、链轮、链条、导轮支座、导轮和钢丝绳，所述蜗轮蜗杆减速器、导轨、链轮支座和导轮支座均与所述Y向调姿架连接，所述导轮支座和所述链轮支座分别位于所述Y向调姿架的两端，所述导轨沿X向设置，所述手轮与所述蜗轮蜗杆减速器的输入轴连接，所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴与所述链轮连接，所述导轮与所述导轮支座连接，且能够相对其转动，所述钢丝绳与所述链条通过连接件连接组成封闭环状传动链，所述传动链中的所述链条与所述链轮配合，所述传动链中的所述钢丝绳与所述导轮配合，所述X向调姿架与所述钢丝绳固连，所述X向调姿架与所述导轨上的滑块连接，所述X向调姿架包括X向移动架、悬吊钢丝绳、调节螺钉和两个紧定螺钉，所述调节螺钉和两个紧定螺钉位于所述钢丝绳的上方，且所述调节螺钉位于两个紧定螺钉之间，所述紧定螺钉用于紧固钢丝绳与所述X向移动架，所述调节螺钉的钩状结构能向上勾起所述钢丝绳，调整钢丝绳张紧程度，所述悬吊钢丝绳固定在X向移动架上，用于与外接移动平台连接，实现绕Z向转动调姿，所述编织物包括包覆所述工件底部的第一部分和沿Z向的第二部分，所述编织物第一部分的第一端固定在工件上，所述编织物第一部分的第二端的两侧分别与两个所述紧固钢丝绳的第一端相连，所述紧固钢丝绳的第二端与所述L形装夹板上的紧固钢丝绳张紧装置相连，所述编织物第二部分的两个边角分别与两个所述柔性连接件的第一端相连，所述柔性连接件的第二端与所述横向导杆相连。

优选地，所述编织物为凸字形结构，所述第一部分的面积大于第二部分的面积。

优选地，所述紧固钢丝绳张紧装置包括张紧螺母和滑钩，所述张紧螺母与所述L形装夹板上的螺柱连接，所述滑钩套在所述螺柱上，所述滑钩与所述紧固钢丝绳的第二端连接。

优选地，所述L形装夹板上设有导向孔，所述导向孔位于所述编织物第一部分的第二端的上方，所述螺柱和紧固钢丝绳张紧装置位于所述编织物第一部分的第一端的上方，所述紧固钢丝绳绕过所述导向孔改变方向后与所述紧固钢丝绳张紧装置相连。

优选地，所述编织物第一部分的第一端通过编织物辅助固定板和螺钉固定在工件上。

优选地，所述编织物为帆布。

优选地，所述柔性连接件为尼龙绳。

优选地，所述X向调姿装置还包括转轮，所述转轮位于所述导轮与X向调姿架之间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在高度方向的尺寸能够实现大型工件在狭小空间内的横向侧装作业且能够有效保护工件表面，结构简单、操作难度低，提高工装效率，安全性高。

(2)本发明可实现三个转动姿态调整，通过调姿装置调整使吊点相对于工件重心位置改变使工件实现姿态改变，以达到预制姿态，调姿环节更为简单，工件易达到预定位姿。

(3)本发明利用编织物对工件进行托底，并利用紧固钢丝绳及安装于L形装夹板上的装夹装置固定轴软硬混合连接，实现在保证可靠装夹工件的同时能够有效保护工件表面，并通过两套紧固钢丝绳张紧装置保证调姿机构与设备连接可靠。

(4)本发明采用链条与钢丝绳配合使用的方式，压缩了调姿装置在高度方向的尺寸，增大了X向调姿装置沿X向的行程，提高了调姿装置传力性能。

(5)本发明通过紧固钢丝绳和柔性连接件将编织物固定在工件的底部，并通过装夹装置固定轴固定工件的上部，从而实现工件的固定。在拆卸工件时，由于空间的限制，无法直接取出工件底部的编织物，故首先将编织物辅助固定板拆下，然后使紧固钢丝绳逐渐处于完全松弛状态，将紧固钢丝绳取下，绕装夹装置固定轴转动装夹装置，带动柔性连接件从而拉动编织物，利用柔性连接件将编织物从工件上方取出，然后将装夹装置卸下。柔性连接件的设计使整个装夹装置更加适用于在狭小空间的操作，便于工件的拆卸。

附图说明

图1是本发明的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置安装效果图的一种示例；

图2是本发明的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置的立体示意图；

图3是本发明的装夹装置的结构示意图；

图4是本发明的调姿装置的结构示意图；

图5是本发明的调姿装置的局部示意图；

图6是本发明的X向调姿架的结构示意图；

图7是本发明的X向调姿架的结构示意图；

图8是本发明的编织物的结构示意图；

图9是本发明的紧固钢丝绳张紧装置的结构示意图。

图中：1-调姿装置、2-装夹装置、3-紧固钢丝绳张紧装置、4-紧固钢丝绳、5-工件、6-编织物辅助固定板、7-编织物、71-边角一、72-边角二、73-边角三、74-边角四、75-边角五、76-边角六、8-柔性连接件、11-Y向调姿装置、1101-Y向调姿架、1102-丝杠、1103-调节螺母、12-X向调姿装置、1201-X向调姿架、1202-导轨、1203-钢丝绳、1204-连接件、1205-链轮支座、1206-手轮、1207-蜗轮蜗杆减速器、1208-链轮、1209-链条、1210-转轮、1211-导轮支座、1212-导轮、12011-X向移动架、12012-悬吊钢丝绳、12013-紧定螺钉、12014-调节螺钉、21-L形装夹板、211-螺柱、212-导向孔、213-装夹装置固定轴、22-横向导杆、31-张紧螺母、32-滑钩、51-工件定位轴。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1所示，整个具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置安装于一个具有方孔隧道中的移动小车上，该小车沿着隧道轴线Y方向及水平X方向移动，小车沿Z方向输出一条可伸缩的钢丝绳索，该钢丝绳索与该三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置的悬吊钢丝绳12012连接，可带动整个调姿装置及被装夹的工件实现沿Y、X、Z方向移动到指定工装位置点，配合具有三自由度调姿功能的软硬混连接装夹装置即可实现末端工件六个自由度姿态的调整。

如图2所示，一种具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其包括调姿装置1、装夹装置2、紧固钢丝绳张紧装置3、紧固钢丝绳4、编织物7和柔性连接件8。

如图2和3所示，装夹装置2主要实现对工件5上部的装夹定位，也作为调姿装置1的安装平台，装夹装置2通过装夹装置固定轴213与工件5连接，且其能够相对工件5绕装夹装置固定轴213相对转动。装夹装置2包括两个L形装夹板21和两个横向导杆22，两个L形装夹板21通过两个横向导杆22连接，L形装夹板21的内侧设有装夹装置固定轴213，装夹装置通过装夹装置固定轴213装夹在工件上部，两个L形装夹板21对称安装在工件5上部的X向侧面，L形装夹板21的两个面分别与工件5上表面和侧面贴合，两个横向导杆22分别位于工件5的Y向侧面，且未与工件5表面接触，为缩小装夹装置2的安装和拆卸所需空间，将装夹装置2和调姿装置1与工件5连接部位处设计成与被安装工件外形一致的结构，使之与工件紧密贴合。

如图3所示，调姿装置1包括Y向调姿装置11和X向调姿装置12。

Y向调姿装置11通过Y向的移动实现对工件5的绕X方向转动调姿，Y向调姿装置11包括Y向调姿架1101、丝杠1102和两个调节螺母1103，Y向调姿架1101的两端分别穿过两个横向导杆22，丝杠1102螺杆两端分别与两个L形装夹板21连接，丝杠1102与横向导杆22平行，丝杠1102螺杆能够相对两个L形装夹板21绕自身轴线转动，两个调节螺母1103对称紧固在丝杠1102螺杆的两侧，丝杠1102的螺母与Y向调姿架1101固连，通过手动转动调节螺母1103使丝杠1102转动，从而驱动Y向调姿装置11沿横向导杆22移动，正反转调节螺母1103能够实现Y向调姿装置11沿横向导杆22往复移动，实现绕X向转动调姿。

如图4和5所示，X向调姿装置12通过X向的移动实现对工件5的绕Y向转动调姿，X向调姿装置12包括X向调姿架1201、导轨1202、蜗轮蜗杆减速器1207、手轮1206、链轮支座1205、链轮1208、链条1209、导轮支座1211、导轮1212和钢丝绳1203，蜗轮蜗杆减速器1207、导轨1202、链轮支座1205和导轮支座1211均与Y向调姿架1101连接，导轮支座1211和链轮支座1205分别位于Y向调姿架1101的两端，导轨1202沿X向设置，手轮1206与蜗轮蜗杆减速器1207的输入轴连接，蜗轮蜗杆减速器1207的输出轴与链轮1208连接，导轮1212与导轮支座1211连接，且能够相对其转动，导轮作为从动轮，钢丝绳1203与链条1209通过连接件1204连接组成封闭环状传动链，传动链中的链条1209与链轮1208配合，链轮1208作为主动轮，传动链中的钢丝绳1203与导轮1212配合，X向调姿架1201与钢丝绳1203固连，X向调姿架1201与导轨1202上的滑块连接，能够在轨道1202上往复移动，X向调姿架1201与钢丝绳1203紧固连接，手动往复转动手轮1206，使蜗轮蜗杆减速器1207带动链轮1208往复转动，使链条1209与钢丝绳1203往复传动，从而带动X向调姿架机构1201沿导轨1202往复移动，实现绕Y向转动调姿。

如图6和7所示，X向调姿架1201包括X向移动架12011、悬吊钢丝绳12012、调节螺钉12014和两个紧定螺钉12013，调节螺钉12014和两个紧定螺钉12013位于钢丝绳的上方，且调节螺钉12014位于两个紧定螺钉12013之间，紧定螺钉12013用于紧固钢丝绳与X向移动架12011，调节螺钉12014的钩状结构能向上勾起钢丝绳，当封闭环状传动链松弛时，松开一个紧定螺钉12013，然后向上拧动调节螺钉12014，调节螺钉12014末端的钩状结构会向上勾起钢丝绳，使有效传动钢丝绳变短，实现传动链张紧力变大的目的，再拧紧紧定螺钉固定。悬吊钢丝绳12012固定在X向移动架上，用于与外接移动平台连接，实现整个装置的移动，且整个装夹装置通过悬吊钢丝绳12012自身的转动实现整体绕Z轴的转动调姿。

编织物7包括包覆工件5底部的第一部分和沿Z向的第二部分，编织物7第一部分的第一端固定在工件5上，编织物7第一部分的第二端的两侧分别与两个紧固钢丝绳4的第一端相连，紧固钢丝绳4的第二端与L形装夹板21上的紧固钢丝绳张紧装置3相连，L形装夹板21上设有导向孔212，导向孔212位于编织物7第一部分的第二端的上方，螺柱211和紧固钢丝绳张紧装置3位于编织物7第一部分的第一端的上方，紧固钢丝绳4绕过导向孔212改变方向后与紧固钢丝绳张紧装置3相连。导向孔212的设置使得整个装夹装置X向更加平整，体积更小，更加适用于狭小空间，便于操作；编织物7第二部分的两个边角分别与两个柔性连接件8的第一端相连，柔性连接件8的第二端与横向导杆22相连，由于空间的限制，无法直接取出工件5底部的编织物7，故翻转装夹装置2，带动柔性连接件8从而拉动编织物7，使编织物7从工件5上部空间取出。

优选地，如图8所示，编织物7为凸字形结构，第一部分的面积大于第二部分的面积，编织物因此有六个边角，呈对称分布，编织物的边角五75和边角六76通过两个编织物辅助固定板6及螺钉固定在工件5上，编织物的边角一71和边角二72分别与两个柔性连接件8连接，编织物的边角三73和边角四74与紧固钢丝绳4连接，编织物7与工件5底部贴合。

如图9所示，紧固钢丝绳张紧装置3包括张紧螺母31和滑钩32，张紧螺母31与L形装夹板21上的螺柱211连接，滑钩32套在螺柱211上，滑钩32与紧固钢丝绳4的第二端连接，将张紧螺母31调节到贴紧L形装夹板21的位置，将紧固钢丝绳4的第二端套在滑钩32，然后向外调节张紧螺母31，带动滑钩32沿螺柱211向外移动，从而张紧紧固钢丝绳4。

优选地，编织物为帆布，也可以为其他既能固定工件又能保护工件表面，且具有柔性的材料。

优选地，柔性连接件为尼龙绳，能在拆卸时拉动编织物，利用尼龙绳将编织物从工件上方取出。

优选地，X向调姿装置12还包括转轮1210，转轮1210位于导轮1212与X向调姿架1201之间，保证链条始终保持平面传动。

在本实施例中，工件5的侧面为梯形状，L形装夹板21的Y向投影轮廓设计为近似梯形状。由于梯形侧面的存在，传动链在传动过程中路径需要变向，但保证链条1209部分始终保持平面传动，钢丝绳1203部分存在变向传动，加装转轮1210以引导钢丝绳1203变向。

本发明的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置在狭小空间内完成大型工件的工装过程如下：

通过装夹装置固定轴213将装夹装置2安装在工件5上，然后旋转装夹装置2，使其L形装夹板21两装夹面与工件5的上面和X向侧面贴合，然后将编织物7安装在工件5的底部，并利用编织物辅助固定板6将编织物7的两个角固定，然后将紧固钢丝绳4穿过导向孔212末端套在滑钩32上，调节张紧螺母31，使紧固钢丝绳4处于张紧状态，此时编织物7完全处于固定张紧状态，通过外接移动平台的移动带动装置及工件5进入工装区域，整个装夹装置通过悬吊钢丝绳12012自身的转动实现整体绕Z轴的转动调姿，使工件5上的工件定位轴51与工装平台上的预留工装孔配合，然后再通过三自由度调姿使工件5绕工件定位轴51转动，即通过Y向调姿装置实现工件绕X向转动调姿，X向调姿装置实现工件绕Y向转动调姿，使其达到预定位置，然后将工件5固定安装。

拆卸装置时，首先将编织物辅助固定板6拆下，然后旋转张紧螺母31，使滑钩32向L形装夹板21的方向移动，使紧固钢丝绳4逐渐处于完全松弛状态，之后将紧固钢丝绳4从滑钩32上取下，绕装夹装置固定轴213转动装夹装置2，带动柔性连接件8从而拉动编织物7，利用柔性连接件8将编织物7从工件5上方取出，然后将装夹装置2卸下，至此，完成整个工装环节。

本发明可通过绕悬吊钢丝绳12012所在轴线转动实现对工件5绕Z方向转动调姿，通过拧动调节螺母1103驱动Y向调姿装置11在Y方向移动，同时通过转动手轮1206驱动链轮1210转动使X向调姿机构1201在X方向移动，以达到吊点在X方向和Y方向位置的改变，进而使吊点相对于工件5重心位置发生改变，而实现工件5绕X方向和Y方向转动调姿。

本发明的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置不仅适用于狭小空间，对于其他空间同样适用。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：其包括调姿装置、装夹装置、紧固钢丝绳张紧装置、紧固钢丝绳、编织物和柔性连接件，

所述装夹装置包括两个L形装夹板和两个横向导杆，两个所述L形装夹板通过两个所述横向导杆连接，所述L形装夹板的内侧设有装夹装置固定轴，所述装夹装置通过所述装夹装置固定轴装夹在工件上部，两个所述L形装夹板对称安装在工件上部的X向侧面，所述L形装夹板的两个面分别与工件上表面和侧面贴合，两个所述横向导杆分别位于工件的Y向侧面，

所述调姿装置包括Y向调姿装置和X向调姿装置，所述Y向调姿装置包括Y向调姿架、丝杠和两个调节螺母，所述Y向调姿架的两端分别穿过两个所述横向导杆，所述丝杠螺杆两端分别与两个所述L形装夹板连接，所述丝杠与所述横向导杆平行，所述丝杠螺杆能够相对两个所述L形装夹板绕自身轴线转动，两个所述调节螺母对称紧固在所述丝杠螺杆的两侧，所述丝杠的螺母与所述Y向调姿架固连；所述X向调姿装置包括X向调姿架、导轨、蜗轮蜗杆减速器、手轮、链轮支座、链轮、链条、导轮支座、导轮和钢丝绳，所述蜗轮蜗杆减速器、导轨、链轮支座和导轮支座均与所述Y向调姿架连接，所述导轮支座和所述链轮支座分别位于所述Y向调姿架的两端，所述导轨沿X向设置，所述手轮与所述蜗轮蜗杆减速器的输入轴连接，所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴与所述链轮连接，所述导轮与所述导轮支座连接，且能够相对其转动，所述钢丝绳与所述链条通过连接件连接组成封闭环状传动链，所述传动链中的所述链条与所述链轮配合，所述传动链中的所述钢丝绳与所述导轮配合，所述X向调姿架与所述钢丝绳固连，所述X向调姿架与所述导轨上的滑块连接，所述X向调姿架包括X向移动架、悬吊钢丝绳、调节螺钉和两个紧定螺钉，所述调节螺钉和两个紧定螺钉位于所述钢丝绳的上方，且所述调节螺钉位于两个紧定螺钉之间，所述紧定螺钉用于紧固钢丝绳与所述X向移动架，所述调节螺钉的钩状结构能向上勾起所述钢丝绳，调整钢丝绳张紧程度，所述悬吊钢丝绳固定在X向移动架上，用于与外接移动平台连接，实现绕Z向转动调姿，

所述编织物包括包覆所述工件底部的第一部分和沿Z向的第二部分，所述编织物第一部分的第一端固定在工件上，所述编织物第一部分的第二端的两侧分别与两个所述紧固钢丝绳的第一端相连，所述紧固钢丝绳的第二端与所述L形装夹板上的紧固钢丝绳张紧装置相连，所述编织物第二部分的两个边角分别与两个所述柔性连接件的第一端相连，所述柔性连接件的第二端与所述横向导杆相连。

2.根据权利要求1所述的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：所述编织物为凸字形结构，所述第一部分的面积大于第二部分的面积。

3.根据权利要求1所述的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：所述紧固钢丝绳张紧装置包括张紧螺母和滑钩，所述张紧螺母与所述L形装夹板上的螺柱连接，所述滑钩套在所述螺柱上，所述滑钩与所述紧固钢丝绳的第二端连接。

4.根据权利要求3所述的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：所述L形装夹板上设有导向孔，所述导向孔位于所述编织物第一部分的第二端的上方，所述螺柱和紧固钢丝绳张紧装置位于所述编织物第一部分的第一端的上方，所述紧固钢丝绳绕过所述导向孔改变方向后与所述紧固钢丝绳张紧装置相连。

5.根据权利要求2所述的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：所述编织物第一部分的第一端通过编织物辅助固定板和螺钉固定在工件上。

6.根据权利要求1所述的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：所述编织物为帆布。

7.根据权利要求1所述的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：所述柔性连接件为尼龙绳。

8.根据权利要求1所述的具有三自由度调姿功能软硬混连接装夹装置，其特征在于：所述X向调姿装置还包括转轮，所述转轮位于所述导轮与X向调姿架之间。

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