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

一种用于工件加工和检测的电动夹具 Download PDF

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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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