CN110666724B - 一种用于工件加工和检测的电动夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工件加工和检测的电动夹具，属于机械加工技术领域的工装夹具。夹紧机构安装在基座上，平台通过支架安装基座上，锁紧机构固定在平台上，控制器固定在平台上,测量装置固定在靠近控制仪的平台上，防撞检测装置固定在夹紧机构的挡块I侧且靠近平台边缘处。优点是：采用单个电机通过锥齿传动和螺杆传动驱动挡块在X方向和Y方向同时同步沿导轨滑动，快速实现工件的夹紧，提高工作效率，减少劳动强度，实现加工检测一体化，不仅节省大量装夹与检测时间，还可以缩减专门的检测人员和检测工具，从而节省大量工件制造成本。

Description

一种用于工件加工和检测的电动夹具

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域的工装夹具，尤其涉及一种集加工检测于一体的电动夹具。

背景技术

夹具作为一种用于工件定位和夹紧的工具，对于保证工件的加工质量和加工精度起到至关重要的作用，因此，夹具广泛应用于机械加工领域。

机械加工领域，目前现有夹具种类各式各样，功能各不相同，都存在缺陷。其一，大多数中小企业在机械加工领域所采用的夹具为手动夹具，工人用扳手通过旋转夹紧螺母实现手动夹紧，自动化程度低、工作效率较低；其二，在加工完成某一工序时，一般将工件从夹具卸下专门测量工件加工后的尺寸和加工质量，若加工尺寸与工艺尺寸不符，需要重新进行装夹、对刀、加工等，这种加工程序繁琐，不仅降低了工作效率，还易产生装夹误差。

发明内容

本发明提供一种用于工件加工和检测的电动夹具，以解决目前存在的自动化程度低、加工程序繁琐，不仅降低了工作效率，还易产生装夹误差的问题。

本发明采取的技术方案是：包括基座、支架、平台、夹紧机构、锁紧机构、控制仪、测量装置、防撞检测装置，其中：夹紧机构安装在基座上，平台通过支架安装基座上，锁紧机构固定在平台上，控制器固定在平台上,测量装置固定在靠近控制仪的平台上，防撞检测装置固定在夹紧机构的挡块I侧且靠近平台边缘处。

本发明所述夹紧机构包括电机I、锥齿I、锥齿II、锥齿III、螺杆I、螺杆II、连接件I、连接件II、连接件III、挡块I、挡块II、挡块III、X向导轨、Y向导轨，其中：电机I与基座固连，电机I的输出轴与锥齿III固连，锥齿III与锥齿I和锥齿II同时啮合，锥齿I和锥齿II分别固定在螺杆I和II上，螺杆I和II轴向与平台下方转动连接，连接件I、连接件II和连接件III分别与螺杆I上的外螺纹I和外螺纹II，螺杆II上的外螺纹III螺纹连接，挡块I、挡块II和挡块III与连接件I、连接件II和连接件III螺栓连接，挡块I、挡块II可沿安装在平台凹槽内的X向导轨滑动，挡块III可沿安装在平台凹槽内的Y向导轨滑动；

本发明所述锥齿III与锥齿I和锥齿II同时啮合传动，且锥齿I和锥齿II的轴线相互垂直，锥齿III的轴线与锥齿I和锥齿II所在的平面垂直，利用单个电机实现在X轴和Y轴两个垂直方向的夹紧功能。

本发明所述锥齿I和锥齿II为直齿锥齿轮，且齿数、模数、压力角、内孔直径、齿宽相等，保证电机主轴旋转一周，挡块I、挡块II、挡块III分别沿着各自的导轨移动相同的距离。

本发明所述螺杆I上设置有外螺纹I和外螺纹II，螺杆II上设置螺纹III，外螺纹I与外螺纹III螺纹旋向相同，外螺纹I与外螺纹II螺纹旋向相反，保证挡块I、挡块II、挡块III同时向工件夹紧区或平台边缘移动，实现工件的夹紧与松开功能。

本发明所述电机I通过锥齿传动和螺旋传动同时带动挡块I、挡块II和挡块III在X向导轨和Y向导轨同步运动。

本发明所述挡块I和挡块II相对于平台中心对称安装，以满足使用单个激光传感器测量的距离计算出挡块I和挡块II之间的距离。

本发明所述锁紧机构固定在挡块III对侧的平台上，包括固定块I、卷筒、弹簧、伸缩杆、螺母、螺栓、手轮，其中伸缩杆一侧伸进卷筒中，相对卷筒转动、沿轴线滑动，弹簧套在伸缩杆外部，并通过螺母与伸缩杆上的外螺纹锁住弹簧，卷筒固定在固定块I上，靠近边缘一侧的卷筒中设有内螺纹、与螺栓螺纹连接，手轮套在螺栓另一侧。

本发明所述控制器固定在平台上,包括微控制器、电机驱动器I、电机驱动器II、数据存储器、液晶显示屏、有线传输模块；

本发明所述测量装置固定在靠近控制器的平台上，用于测量工件加工前后尺寸及本工序加工余量，包括电机II、垂直架、激光传感器II，其中电机II固定在靠近控制器的平台上，电机II输出轴连接垂直架，垂直架上连接有激光传感器II。

本发明所述防撞检测装置固定在挡块I侧且靠近边缘处，用于防撞，包括固定块II、激光传感器I，激光传感器I固定在固定块II。

本发明的有益效果是：

采用单个电机通过锥齿传动和螺杆传动驱动挡块I、II、III在X方向和Y方向同时同步沿导轨滑动，不仅可以代替传统的手动夹紧，快速实现工件的夹紧，提高工作效率，减少劳动强度，还可以将工件牢固可靠定位到夹具上，提高工件的加工稳定性和工件的加工精度，提高工件的合格率。

采用激光传感器II测量工件加工前后尺寸及工件在本次加工中的加工余量，实现加工检测一体化，不仅节省大量装夹与检测时间，还可以缩减专门的检测人员和检测工具，从而节省大量工件制造成本。

控制仪以微控机、数据存储器、电机驱动器、液晶显示屏等为核心,不仅可以实时显示和同步存储测量数据,还可通过有线传输模块实现数据的传输,利于后续数据的统计和分析。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明锁紧机构的剖视图；

图6是本发明的电路原理框图。

具体实施方式

参见图1，包括基座1、支架2、平台3、夹紧机构4、锁紧机构5、控制仪6、测量装置7、防撞检测装置8，其中：夹紧机构4安装在基座1上，平台3通过支架2安装基座1上，锁紧机构5固定在平台3上，控制器6固定在平台3上,测量装置7固定在靠近控制仪6的平台3上，防撞检测装置8固定在夹紧机构4的挡块I413侧且靠近平台3边缘处；

参见图2、3、4，所述夹紧机构4包括电机I401、锥齿I403、锥齿II404、锥齿III402、螺杆I405、螺杆II 406、连接件I410、连接件II411、连接件III412、挡块I413、挡块II414、挡块III 415、X向导轨416、Y向导轨417，其中：电机I401与基座1固连，电机I 401的输出轴与锥齿III 402固连，锥齿III 402与锥齿I403和锥齿II404同时啮合，锥齿I 403和锥齿II404分别固定在螺杆I 405和II406上，螺杆I405和II 406轴向与平台3下方转动连接，连接件I410、连接件II 411和连接件III412分别与螺杆I405上的外螺纹I407和外螺纹II408，螺杆II 406上的外螺纹III409螺纹连接，挡块I 413、挡块II 414和挡块III 415与连接件I410、连接件II411和连接件III412螺栓连接，挡块I413、挡块II 414可沿安装在平台3凹槽内的X向导轨416滑动，挡块III415可沿安装在平台3凹槽内的Y向导轨417滑动；

参见图2，所述锥齿III402与锥齿I 403和锥齿II404同时啮合传动，且锥齿I 403和锥齿II 404的轴线相互垂直，锥齿III 402的轴线与锥齿I403和锥齿II 404所在的平面垂直，利用单个电机实现在X轴和Y轴两个垂直方向的夹紧功能；

本发明所述锥齿I 403和锥齿II404为直齿锥齿轮，且齿数、模数、压力角、内孔直径、齿宽相等，保证电机主轴旋转一周，挡块I 413、挡块II 414、挡块III 415分别沿着各自的导轨移动相同的距离；

参见图2，所述螺杆I 405上设置有外螺纹I 407和外螺纹II 408，螺杆II 406上设置螺纹III 409，外螺纹I 407与外螺纹III409螺纹旋向相同，外螺纹I409与外螺纹II408螺纹旋向相反，保证挡块I 413、挡块II 414、挡块III 415同时向工件夹紧区或平台3边缘移动，实现工件的夹紧与松开功能；

参见图2，所述电机I 401通过锥齿传动和螺旋传动同时带动挡块I413、挡块II414和挡块III415在X向导轨416和Y向导轨417同步运动；

参见图4，所述挡块I 413和挡块II 414相对于平台3中心对称安装，以满足使用单个激光传感器测量的距离计算出挡块I 413和挡块II 414之间的距离；

参见图4，所述锁紧机构5固定在挡块III415对侧的平台3上，包括固定块I501、卷筒502、弹簧503、伸缩杆504、螺母505、螺栓506、手轮507，其中伸缩杆504一侧伸进卷筒502中，相对卷筒502转动、沿轴线滑动，弹簧503套在伸缩杆504外部，并通过螺母505与伸缩杆504上的外螺纹锁住弹簧503，卷筒502固定在固定块I501上，靠近边缘一侧的卷筒502中设有内螺纹、与螺栓506螺纹连接，手轮507套在螺栓506另一侧；

参见图4、6，所述控制器6固定在平台3上,包括微控制器、电机驱动器I、电机驱动器II、数据存储器、液晶显示屏607、有线传输模块；

参见图2，所述测量装置7固定在靠近控制器6的平台3上，用于测量工件加工前后尺寸及本工序加工余量，包括电机II701、垂直架702、激光传感器II703，其中电机II701固定在靠近控制器6的平台3上，电机II701输出轴连接垂直架702，垂直架702上连接有激光传感器II703。

参见图2，所述防撞检测装置8固定在挡块I413侧且靠近边缘处，用于防撞，包括固定块II801、激光传感器I802，激光传感器I802固定在固定块II801。

参见图4、6，控制器6固定在平台3上,内侧设有电机驱动器I、电机驱动器II、微控制器单片机、USB有线传输模块、EEPROM数据存储器、液晶显示屏607；液晶显视屏607垂直固定在平台3的上方，按键区固定在液晶显视屏607前侧的平台3上，包括电源开关601、电机I手控正转按钮602、电机I手控反转按钮603、激光传感器II开启按钮604、电机II手控正转按钮605、电机II手控反转按钮606，控制器6侧面设置外接电源接口608和USB有线传输模块接口609；

触按电机I手控正转按钮602或电机I手控反转按钮603，驱动电机I 401，电机I401的输出轴驱动锥齿III 402转动，锥齿III 402会同时驱动轴线呈垂直分布的锥齿I403和锥齿II 404，锥齿I 403驱动所在的螺杆I 405转动，锥齿II 404驱动所在的螺杆II 406转动，螺杆I405的外螺纹I407和II 408分别与连接件I410和II 411的内螺纹螺旋传动，由于螺杆I 405轴向固定在平台3，连接件I410和II 411沿着螺杆I 405的轴线远离或靠近，从而带动平台403上的挡块I 413和挡块II(414沿着X向导轨416滑动，挡块III415的运动原理与挡块I413和II414的运动原理一样，沿着Y向导轨417滑动，三挡块同时运动，可实现对工件的夹紧与松开。

激光传感器I802和II703测得的数据，送入微控制器单片机中运算处理，处理后的数据会显示在液晶显示屏607并自动保存到EEPROM数据存储器中，液晶显示屏会显示挡块I和挡块II之间的距离、工件加工前的尺寸、工件加工后的尺寸、本工序的加工余量等，被存储的数据可以通过USB有线传输接口609传输到电脑PC端或其他设备，有利于后续对数据的统计分析，外接电源接口609为整个装置提供电能。

工作原理：

操作电动夹具时，通过外接电源接口609为整个装置供电，打开电源开关601，触按电机I手控正转按钮602，电机I401正转，通过锥齿啮合和螺杆传动，挡块I413、挡块II414、挡块III415沿着各自滑轨同步向平台3边缘移动，直至夹紧区可以放入工件时松开电机I手控正转按钮602，电机I401停止转动，此时将工件放入夹紧区，并与锁紧机构5中伸缩杆504上的螺母505接触，触按电机II手控反转按钮606，电机II701反转，调整激光传感器II703转动至工件的待加工表面正上方，松开电机II手控反转按钮606，电机II701停止转动，触按激光传感器II手控开启按钮604，测量计算出加工前工件的尺寸，并保持记录在液晶显示屏607上，之后激光传感器II手控开启按钮604，停止测量；触按电机II手控正转按钮605，电机II701的输出轴转动并带动激光传感器II703移动至平台3边缘时，松开电机II手控正转按钮605，电机II701停止转动；触按电机I手控反转按钮603，挡块I413、挡块II414、挡块III415沿着各自导轨同时向平台3中心移动，当挡块III415接触到工件并推动工件向锁紧机构5侧移动时，伸缩杆504会伸缩到卷筒502中，并在弹簧503的作用下给工件施加一个Y向的预锁紧力，使工件始终贴着挡块III415，当挡块I413和挡块II414同时贴合工件时，工件被挡块I413、挡块II414、挡块III415夹紧，松开电机I手控反转按钮603，电机I401停转转动，为保证工件在加工过程中的稳定性，旋转手轮507，通过螺栓506与卷筒502的螺旋传动，使螺栓506相对卷筒502内部移动直至卷筒内部的螺栓506与卷筒内伸缩杆504接触，此时便锁紧工件，工件可以被加工；加工完成后，触按电机II手控反转按钮606，电机II701的输出轴转动带动激光传感器II703移动工件的已加工表面的正上方，松开电机II手控反转按钮606，再次触按激光传感器II手控开启按钮604，测量计算出加工后工件的尺寸及本工序加工余量，通过人为判定是否达到本工序的加工要求，若符合本工序加工要求，冷却后，反向旋转手轮507，使螺栓506远离伸缩杆504，同时触按电机I手控正转按钮602，挡块I413、挡块II414、挡块III415沿着导轨同步向平台边缘移动，直至工件可以取出时松开电机I手控正转按钮602；若不符本工序加工要求，重复上次操作；其中：

激光传感器I802测得的数据直接被送入微控制器中运算处理，挡块I到挡块II的距离为l，平台3X向总长L，挡块I的厚度d1，挡块II的厚度d2，激光传感器I的高度h，激光传感器I到挡块II的距离a，挡块I到挡块II的距离即为工件被夹持部分的尺寸，可由公式l＝L–2a-2h-d1-d2求的，挡块I到II的距离若不在预设的安全距离范围内，电机I立即停止运转，防止挡块与挡块之间或挡块与平台的碰撞，实现自我保护；

激光传感器II703所测得的数据是激光传感器II703到被加工工件表面的距离，该数据直接被送入微控制器中运算处理，工件尺寸可以由激光传感器II703到平台3的距离h1与激光传感器II703到工件表面的距离h2作差得出，加工余量可以由激光传感器II703到加工后被加工表面的距离h3与激光传感器II703到加工前被加工表面的距离h4，激光传感器所测量的数据及间接计算得数据显示在液晶显示屏607上并同步保存在数据储存器中,存储在数据储存器中的数据可通过有线模块进行传输，便于后续数据的统计与分析。

Claims (7)

1.一种用于工件加工和检测的电动夹具，其特征在于：包括基座、支架、平台、夹紧机构、锁紧机构、控制仪、测量装置、防撞检测装置，其中：夹紧机构安装在基座上，平台通过支架安装基座上，锁紧机构固定在平台上，控制器固定在平台上, 测量装置固定在靠近控制仪的平台上，防撞检测装置固定在夹紧机构的挡块I侧且靠近平台边缘处；

所述夹紧机构包括电机I、锥齿I、锥齿II、锥齿III、螺杆I、螺杆II、连接件I、连接件II、连接件III、挡块I、挡块II、挡块III 、X向导轨、Y向导轨，其中：电机I与基座固连，电机I的输出轴与锥齿III 固连，锥齿III与锥齿I和锥齿II同时啮合，锥齿I 和锥齿II分别固定在螺杆I和II上，螺杆I和II 轴向与平台下方转动连接，连接件I 、连接件II 和连接件III分别与螺杆I上的外螺纹I和外螺纹II，螺杆II 上的外螺纹III螺纹连接，挡块I 、挡块II 和挡块III 与连接件I、连接件II和连接件III螺栓连接，挡块I、挡块II可沿安装在平台凹槽内的X向导轨滑动，挡块III可沿安装在平台凹槽内的Y向导轨滑动；

所述锥齿III与锥齿I 和锥齿II同时啮合传动，且锥齿I和锥齿II的轴线相互垂直，锥齿III的轴线与锥齿I和锥齿II所在的平面垂直，利用单个电机实现在X轴和Y轴两个垂直方向的夹紧功能；

所述锁紧机构固定在挡块III对侧的平台上，包括固定块I、卷筒、弹簧、伸缩杆、螺母、螺栓、手轮，其中伸缩杆一侧伸进卷筒中，相对卷筒转动、沿轴线滑动，弹簧套在伸缩杆外部，并通过螺母与伸缩杆上的外螺纹锁住弹簧，卷筒固定在固定块I上，靠近边缘一侧的卷筒中设有内螺纹、与螺栓螺纹连接，手轮套在螺栓另一侧。

2.根据权利要求1所述的一种用于工件加工和检测的电动夹具，其特征在于：所述锥齿I和锥齿II为直齿锥齿轮，且齿数、模数、压力角、内孔直径、齿宽相等，保证电机主轴旋转一周，挡块I、挡块II、挡块III分别沿着各自的导轨移动相同的距离。

3.根据权利要求1所述的一种用于工件加工和检测的电动夹具，其特征在于：所述螺杆I上设置有外螺纹I和外螺纹II，螺杆II上设置螺纹III，外螺纹I与外螺纹III螺纹旋向相同，外螺纹I与外螺纹II螺纹旋向相反，保证挡块I、挡块II、挡块III同时向工件夹紧区或平台边缘移动，实现工件的夹紧与松开功能。

4.根据权利要求1所述的一种用于工件加工和检测的电动夹具，其特征在于：所述电机I通过锥齿传动和螺旋传动同时带动挡块I、挡块II和挡块III在X向导轨和Y向导轨同步运动；所述挡块I和挡块II相对于平台中心对称安装，以满足使用单个激光传感器测量的距离计算出挡块I和挡块II之间的距离。

5.根据权利要求1所述的一种用于工件加工和检测的电动夹具，其特征在于：所述控制器固定在平台上,包括微控制器、电机驱动器I、电机驱动器II、数据存储器、液晶显示屏、有线传输模块。

6.根据权利要求1所述的一种用于工件加工和检测的电动夹具，其特征在于：所述测量装置固定在靠近控制器的平台上，用于测量工件加工前后尺寸及本工序加工余量，包括电机II、垂直架、激光传感器II，其中电机II固定在靠近控制器的平台上，电机II输出轴连接垂直架，垂直架上连接有激光传感器II。

7.根据权利要求1所述的一种用于工件加工和检测的电动夹具，其特征在于：所述防撞检测装置固定在挡块I侧且靠近边缘处，用于防撞，包括固定块II、激光传感器I，激光传感器I固定在固定块II。

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