CN112059961B - 一种用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，包括结构完全相同且对称设置的第一夹持单元和第二夹持单元，第一夹持单元/第二夹持单元包括运动控制组件、柔性夹持组件以及夹紧力调节组件，运动控制组件包括依次连接的电机、传动机构和活动顶杆，电机通过传动机构带动活动顶杆进行伸缩运动；柔性夹持组件包括与活动顶杆的末端连接的夹持块以及若干紧固件，曲面试样的两端分别放置于两个夹持块中，紧固件安装于夹持块上并对曲面试样的上下表面进行固定；夹紧力调节组件包括液压系统，通过液压系统调节紧固件对曲面零件的夹紧力。该复杂曲面夹持装置结构简单，可适用于多种曲面形态的试样，实用性强，值得进行推广。

Description

一种用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置

技术领域

本发明属于柔性夹具技术领域，具体涉及一种用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置。

背景技术

材料的外场处理技术是将金属材料置于电场、磁场、超声场等外界物理场中，经过一段时间的作用会使材料内部的微观结构、显微结构与残余应力等发生改变，从而提升材料性能的方法。该技术的实施不受材料的种类、形状、大小等因素的影响，因此待处理零件具有多样化的特点。在磁场、超声场等处理过程中会产生震颤，从而影响零件在处理中的正确位置，这对零件装夹提出了严格要求，尤其是对于复杂曲面类零件的装夹要求更为严格。

然而，目前的装夹装置结构复杂，且无法实现消除磁致振动或超声场带来的冲击，以及与复杂曲面保持较大的接触面积等要求。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，该装置结构简单，且可适用于多种曲面形态的试样，尤其是具有复杂曲面形态的试样，该夹具通过液压系统调节夹紧力大小以防止夹紧变形，同时还具有测量外场处理时的曲面零件实时温度的功能。

本发明的发明思路是：设计两组夹持单元，每组夹持单元均包括运动控制组件、柔性夹持组件以及夹紧力调节组件，运动控制组件控制柔性夹持组件靠近待处理曲面零件，再通过夹紧力调节组件控制柔性夹持组件对待处理曲面零件进行柔性夹紧。进一步，优选在柔性夹持组件中设置力传感器，通过力传感器进行受力反馈以更好的控制夹紧力以防止夹紧变形。如此在外场处理过程中，电场通过夹持电极传输到被处理试样内部，合适的加紧力可以有效减少磁致振动对试样空间位置的影响，从而使外加的磁场对同一批试样进行相同的有效处理。

基于上述发明思路，本发明提供的用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，包括结构完全相同且对称设置的第一夹持单元和第二夹持单元，所述第一夹持单元/第二夹持单元包括运动控制组件、柔性夹持组件以及夹紧力调节组件；

所述运动控制组件包括依次连接的电机、传动机构和活动顶杆，所述电机通过传动机构带动活动顶杆进行伸缩旋转运动；

所述柔性夹持组件包括与活动顶杆末端可拆卸连接的夹持块以及若干紧固件，曲面零件的两端分别放置于两个夹持块中，所述紧固件安装于夹持块上并对曲面零件的上下表面进行固定；

所述夹紧力调节组件包括液压系统，通过液压系统调节紧固件对曲面零件的夹紧力；

通过驱动电机控制传动机构带动活动顶杆运动至曲面零件的两端分别放置于两个夹持块中，再将通过液压系统调节安装于夹持块上的紧固件对曲面零件的上下表面进行压紧固定。

上述用于外场处理的复杂曲面柔性夹持装置，所述传动机构主要用于将电机输出的动力传递至活动顶杆，使与活动顶杆固定连接的夹持组件靠近需要夹持安装的待处理曲面零件，在达到该目的的前提下，传动机构可以选用本领域常规的传动机构，并无特殊要求，市售或自制均可，如齿轮齿条机构。

上述用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，所述紧固件包括一端开口的壳体以及安装于壳体内的弹簧、与弹簧一端固定连接接触球，接触球位于壳体开口端处，所述壳体的开口端直径小于接触球直径。弹簧和接触球缓冲对曲面零件的夹紧力，实现柔性夹持，在与复杂曲面保持较大的接触面积的同时，更好地消除在磁场、超声场等处理过程中产生的震颤带来的冲击，对曲面零件的保护性更强。

上述用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，所述夹紧力调节组件还包括力传感器，所述力传感器设置于紧固件的壳体末端，与弹簧的另一端固定连接，通过力传感器采集接触球受力信息并将受力信息实时传送至上位机。力传感器可以进行受力反馈以更好的控制夹紧力以防止曲面零件夹紧变形。

上述用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，该装置还包括热电偶丝，所述热电偶丝设置于紧固件上，通过热电偶丝采集曲面零件的温度并实时传送至上位机。在外场处理过程中，曲面零件的温度会上升，因而通过设置热电偶丝测量外场处理时曲面零件的实时温度，再将温度数据实施传输至上位机，可实现曲面零件温度实时监测与预警，当温度超过警戒值时，操作人员可及时停止外场处理，避免温度过高造成对曲面零件的损害。优选在每个紧固件处均设置一根热电偶丝，如此实现温度多点测试，实现更有效的监测。

上述用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，所述夹持块上开设有用于安装紧固件的第一安装槽和用于安装液压系统的第二安装槽，所述紧固件安装于第一安装槽内且其末端面与第一安装槽形成用于填充液压油的密封腔，所述液压系统安装于第二安装槽内且其油管与密封腔连通。对于紧固件和液压系统的具体安装方式，本领域技术人员也可根据常规进行相应的设计，只要达到通过液压系统控制紧固件伸缩进而使紧固件夹紧曲面零件并调节夹紧力大小即可。值得说明的是，本发明优选紧固件和液压系统一一对应，即一个紧固件对应一个液压系统，如此更便于根据紧固件所在位置控制其伸缩程度。

上述用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，所述柔性夹持组件还包括柔性金属片，所述柔性金属片贴合于曲面零件表面上并位于紧固件与曲面零件表面之间。柔性金属片贴合于待处理零件的表面上，可对待处理零件表面进行保护，避免被弹簧螺钉划伤。此外，柔性金属片与零件具有相同的曲面参数，可使紧固件与复杂曲面保持较大的接触面积，避免电阻过大发热大，烧伤零件，同时也更有利试样夹紧。所述柔性金属片优选为铜片。

上述用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，所述夹持块优选为U型结构，与开口相对的端面与活动顶杆的末端可拆卸连接。夹持块的尺寸并没有特定的限制，可以根据所夹持的待处理零件进行更换。

上述用于外场处理的复杂曲面柔性夹持装置，夹持块与活动顶杆可拆卸连接，以便于更换夹持块以适应不同尺寸的曲面零件。

本发明提供的用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置具有以下有益效果：

1、本发明设置运动控制组件(即电机、传动机构及活动顶杆)，通过电机产生动力，再由传动机构将电机输出的动力传递至活动顶杆，由活动顶杆带动柔性夹具组件运动以靠近曲面零件，电机可控制柔性夹具单元均速动作，并能及时制动避免损伤曲面零件，实现半自动化的控制；

2、本发明的柔性夹持组件和夹紧力调节组件，通过液压系统和紧固件的配合即可完成曲面零件的固定，根据曲面零件的曲面形态使用紧固件对其进行固定，具有灵活性，基本可应用于任一曲面形态的曲面零件，适应性强；进一步，在紧固件和曲面零件的表面之间设置柔性金属片，可进一步保护曲面零件。

3、本发明利用力传感器进行受力反馈以更好的控制夹紧力以防止夹紧变形，合适的加紧力可以有效减少磁致振动对试样空间位置的影响，从而使外加的磁场对同一批试样进行相同的有效处理。

4、本发明通过弹簧和接触球缓冲对曲面零件的夹紧力，实现柔性夹持，在与复杂曲面保持较大的接触面积的同时，更好地消除在磁场、超声场等处理过程中产生的震颤带来的冲击，对曲面零件的保护性更强。

5、本发明设置热电偶丝测量外场处理时曲面零件的实时温度，再将温度数据实施传输至上位机，可实现曲面零件温度实时监测与预警，有效保护曲面零件避免温度过高造成对曲面零件的损害。

6、整体而言，本发明的复杂曲面夹持装置结构简单，能适用于多种曲面形态的零件，可有效消除在磁场、超声场等处理过程中产生的震颤带来的冲击，并与复杂曲面保持较大的接触面积，实用性强，值得进行推广。

附图说明

图1是本发明用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置的结构示意图；

图2是本发明用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置的结构示意图；

图3是柔性夹持组件和夹紧力调节装置结构示意图；

图4是紧固件结构示意图。

附图标记说明：1、第一夹持单元；11、电机；12、传动机构；13、活动顶杆；14、夹持块；15、紧固件；15-1、壳体；15-2-弹簧；15-3-接触球；2、第二夹持单元；3、曲面零件；4、液压系统；5、力传感器；6、热电偶丝；7、密封腔。

具体实施方式

以将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。

本实施例中，该复杂曲面夹持装置如图1-2所示，包括结构完全相同且对称设置的第一夹持单元1和第二夹持单元2。

以下以第一夹持单元1为例，对第一夹持单元1和第二夹持单元2进行详细说明。第一夹持单元1进行包括运动控制组件、柔性夹持组件以及夹紧力调节组件。

如图2所示，运动控制组件包括电机11、传动机构12和活动顶杆13。传动机构12包括齿轮减速器和齿条。电机11的输出轴与齿轮减速器连接，通过电机驱动齿轮减速器，再由齿轮驱动齿条运动。活动顶杆13的一端与传动机构12的输出端固定连接。由此，电机11通过传动机构12带动活动顶杆13进行伸缩旋转运动以使柔性坚持组件靠近待夹持曲面零件。

夹紧力调节组件包括液压系统4和力传感器5。

柔性夹持组件包括与活动顶杆另一端连接的夹持块14、若干个紧固件15以及柔性金属片(图中未示出)。如图3所示，夹持块14为U型结构，与开口相对的端面和活动顶杆13的末端可拆卸连接。夹持块14的尺寸并没有特定的限制，可以根据所夹持的待处理零件的尺寸进行更换。夹持块14上开设有用于安装紧固件15的第一安装槽和用于安装液压系统4的第二安装槽。

如图4所示，紧固件15包括一端具有开口的壳体15-1以及安装于壳体内的弹簧15-2、接触球15-3以及力传感器5。壳体15-1的外型与夹持块上的第一安装槽相适配，且壳体15-1可沿第一安装槽来回移动。壳体15-1的末端面与第一安装槽形成用于填充液压油的密封腔7。壳体15-1内部形成用于容纳弹簧15-2、接触球15-3以及力传感器5的空腔。弹簧15-2一端与力传感器5固连，另一端与接触球15-3固连。力传感器5与上位机连接，将实时采集的受力信息传送至上位机。接触球15-3位于壳体15-1的开口端处，开口端的直径小于接触球15-3的直径以将接触球15-3限制在壳体15-1空腔内。在本实施例中，紧固件15的数量为十二个，一个夹持块14的上下侧壁分别配置三个。每对应一个紧固件15设置一组夹紧力调节组件。本实施例中，柔性金属片为铜片。液压系统4安装于第二安装槽内，其油管与前述密封腔7连通。

此外，在壳体15-1内部还设有热电偶丝6，热电偶丝6的测温端位于接触球的顶端。通过热电偶丝采集曲面零件的温度并实时传送至上位机。

将该复杂曲面夹持装置安装于基座上，夹持块14的开口端相对，当需要对复杂曲面零件进行夹持时，首先通过驱动电机控制传动机构带动活动顶杆运动至曲面零件3的待夹持面分别放置于两个夹持块中；然后在曲面零件3的两端的上下表面放置铜片，并贴合于曲面零件13的表面；根据曲面零件3的表面形状，通过控制液压系统4驱动紧固件15伸缩，从而对曲面零件的上下表面进行压紧固定。当采用外场设备(例如电磁设备、超声波设备等)对曲面零件进行外场处理时，合适的加紧力可以有效减少磁致振动对试样空间位置的影响，通过弹簧和接触球缓冲对曲面零件的夹紧力，实现柔性夹持，在与复杂曲面保持较大的接触面积的同时，更好地消除在磁场、超声场等处理过程中产生的震颤带来的冲击，对曲面零件的保护性更强。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，其特征在于：包括结构完全相同且对称设置的第一夹持单元和第二夹持单元，所述第一夹持单元/第二夹持单元包括运动控制组件、柔性夹持组件以及夹紧力调节组件；

所述运动控制组件包括依次连接的电机、传动机构和活动顶杆，所述电机通过传动机构带动活动顶杆进行伸缩旋转运动；

所述柔性夹持组件包括与活动顶杆末端可拆卸连接的夹持块以及若干紧固件，曲面零件的两端分别放置于两个夹持块中，所述紧固件安装于夹持块上并对曲面零件的上下表面进行固定；所述夹持块上开设有用于安装紧固件的第一安装槽和用于安装液压系统的第二安装槽，所述紧固件安装于第一安装槽内且其末端面与第一安装槽形成用于填充液压油的密封腔，所述液压系统安装于第二安装槽内且其油管与密封腔连通；所述紧固件包括一端开口的壳体以及安装于壳体内的弹簧、与弹簧一端固定连接接触球，接触球位于壳体开口端处，所述壳体的开口端直径小于接触球直径；

所述夹紧力调节组件包括液压系统，通过液压系统调节紧固件对曲面零件的夹紧力；所述夹紧力调节组件还包括力传感器，所述力传感器设置于紧固件的壳体内末端，与弹簧的另一端固定连接，通过力传感器采集接触球受力信息并将受力信息实时传送至上位机。

2.根据权利要求1所述的用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，其特征在于：该装置还包括热电偶丝，所述热电偶丝设置于紧固件上，通过热电偶丝采集曲面零件的温度并实时传送至上位机。

3.根据权利要求1或2所述的用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，其特征在于：所述柔性夹持组件还包括柔性金属片，所述柔性金属片贴合于曲面零件表面上并位于紧固件与曲面零件表面之间。

4.根据权利要求3所述的用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，其特征在于：所述柔性金属片为铜片。

5.根据权利要求1或2所述的用于外场处理的多功能复杂曲面柔性夹持装置，其特征在于：所述夹持块呈U型结构，与开口相对的端面与活动顶杆的末端可拆卸连接。

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