CN112743467A - 一种用于旋转工步的离心夹紧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于旋转工步的离心夹紧装置及方法，包括：连轴件安装于壳体上；筒夹与芯轴连接，并通过限位件进行限位；芯轴与离心体连接，并通过销2进行限位；离心体安装于壳体内部，并通过限位件限位；离心体在外表面设有限位件移动槽，在限位移动槽内设有限位件，在离心体安装于壳体内部，通过限位件限位；离心体外表面上设有环向槽，弹簧钢丝安装于环向槽内；离心体上圆心对称的设有两个楔形槽，滚动体设置在楔形槽内，当转速达到预设值时，则滚动体在楔形槽斜面上在离心力作用下向外运动；弹簧一端与连轴件内壁面连接，另一端连接离心体上，正常工况下，弹簧处于压缩状态，施加的初始预紧力用于保证离心体保持与壳体避免紧密贴合。

Description

一种用于旋转工步的离心夹紧装置及方法

技术领域

本发明涉及一种离心夹具，具体地，涉及一种用于旋转工步的离心夹紧装置及方法。

背景技术

近年在航空航天及新能源汽车领域，为实现产品轻量化设计铝合金、镁合金、复合材料等高比强度材料被广泛应用，与之配合的构件的生产工艺，一些新工艺如搅拌摩擦焊接、摩擦铆被广泛应用研究。然而，以摩擦铆工步为代表，要求特定夹具不通过外部设备辅助情况下，仅依靠高速旋转可靠夹持工件，并且能够从急停过程中快速响应，自动实现工件松脱，工程领域没有一款夹具能够满足使用需求。在本发明实施之前，国内外均无此特种夹具。

本发明提出以旋转离心力为基础，弹性件弹力为辅助的一种结构紧凑，在无需特定外部辅助设备条件下，仅需通过改变输入转速即可实现工件夹紧与松脱的一种用于旋转工步的离心夹紧装置，具有集成度高、便于安装、工作可靠、精度高、使用方便等特点。

专利文献CN209663655U(申请号：201920118141.1)公开了一种离心自动夹紧装置，包括机架15，机架15上安装外套基座14，外套基座14内设有离心转轴7，离心转轴7下端通过电机16驱动旋转，离心转轴7上端安装离心盘3，离心盘3上固定安装模底10，模底10上放置模圈11，模圈11上通过模盖1压紧；离心盘3对称设有两根压盖杆2，压盖杆2中部与离心盘3铰接，压盖杆2上端设有模盖压凸12，压盖杆2下端安装滚轮5，压盖杆2下部安装联动杆Ⅱ4；离心转轴7上部对称安装两根联动杆Ⅰ13，联动杆Ⅰ13和联动杆Ⅱ4之间通过弹簧8连接。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于旋转工步的离心夹紧装置及方法。

根据本发明提供的一种用于旋转工步的离心夹紧装置，包括：连轴件2和离心夹紧组件，所述连轴件2与所述离心夹紧组件连接；

所述离心夹紧组件包括壳体1、筒夹4、芯轴5、离心体6、弹簧7、滚动体8、弹簧钢丝9、限位件10和限位件2；

所述连轴件2安装于所述壳体1上；所述筒夹4与所述芯轴5连接，并通过所述限位件2进行限位；所述芯轴5与所述离心体6连接，并通过所述销2进行限位；所述离心体6安装于所述壳体内部，并通过所述限位件10限位；

所述离心体6在外表面设有限位件移动槽，在限位移动槽内设有限位件10，在离心体6安装于所述壳体内部1，通过限位件10限位；

所述离心体6外表面上设有环向槽，所述弹簧钢丝9安装于环向槽内；

所述离心体6上圆心对称的设有两个楔形槽，所述滚动体8设置在楔形槽内，当转速达到预设值时，则所述滚动体8在楔形槽斜面上在离心力作用下向外运动；

所述弹簧7一端与所述连轴件2内壁面连接，另一端连接所述离心体6上，正常工况下，所述弹簧7处于压缩状态，施加的初始预紧力用于保证所述离心体6保持与所述壳体1避免紧密贴合。

优选地，所述壳体1上设有连接所述连轴件2、筒夹4和所述离心体6的安装接口，所述连轴件2通过螺钉和销3安装于所述壳体1上。

优选地，所述壳体1上与所述筒夹4连接的安装接口结构为圆锥状，与所述筒夹4夹持工件部位的喇叭口相匹配。

优选地，所述连轴件2设有用于同主轴连接的安装接口。

优选地，所述楔形槽靠近圆心处高，远离圆心处低，使所述滚动体8在转速达到预设值时，滚动体8向上运动；在减速运行时，滚动体8向下运动。

优选地，所述筒体4为内部中空的管状结构，喇叭口端周向均匀加工有变形让位槽，当所述筒夹4外部受到挤压后会向内产生弹性变形，弹性变形使得所述筒夹4内的工件装夹更加紧固。

根据本发明提供的一种用于旋转工步的离心夹紧方法，其特征在于，运用上述所述的用于旋转工步的离心夹紧装置执行如下步骤：

步骤M1：松开限位件2，将筒夹4向下移动，将待加工工件夹持于筒夹内部，推动筒夹至原位，锁紧限位件2；

步骤M2：启动主轴，主轴旋转过程中，当转速达到预设值时，滚动体8会挤压到弹簧钢丝9并促使弹簧钢丝发生弹簧变形，所述滚动体8受离心力作用向外运动，推动离心体6向上运动，并带动芯轴5协同筒夹4一起向上运动，筒夹4向上运动过程中喇叭口端收到壳体向内挤压发生弹性变形，实现夹紧动作；

步骤M3：完成夹紧工作后，进行加工操作；

步骤M4：完成加工操作后，停止对主轴的功率输出；

步骤M5：主轴逐步降低转速的过程中，转速下降，离心力逐步减小，滚动体8在弹性钢丝9恢复原始形状过程中向内运动，与此同时弹簧7和筒夹4逐步恢复原始形状过程中，推动离心体6向下运动，实现松脱动作；

步骤M6：待主轴完全停止后，松开限位件2，将筒夹4内部夹持待加工工件拆除，然后将筒夹还原至原位，锁紧限位件2；

步骤M7：将连轴件2从主轴上拆除，完成离心夹紧装置的拆卸。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明工件夹紧力为旋转离心力带来的效果为：无需额外的外部设备辅助装夹，仅依靠离心力即可实现工件夹紧，降低了夹具的复杂程度，减小了夹具的体积；

2、本发明工件松脱力为弹性件弹力带来的效果为：主轴停止旋转后，仅靠弹性件恢复形状的弹力即可从急停过程中自动实现工件松脱，响应快；

3、本发明特点在于以旋转离心力为基础，弹性件弹力为辅助，无需特定外部辅助设备，仅需通过改变输入转速即可实现工件夹紧与松脱，特别适用于螺接、摩擦铆、销和轴类零件的自动化工步，具有集成度高、工作可靠、精度高、使用方便等特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种用于旋转工步的离心夹紧装置组装图；

图2为一种用于旋转工步的离心夹紧装置仰视图；

图3为一种用于旋转工步的离心夹紧装置俯视图；

图4为图3A-A剖视图；

图5为图3B-B剖视图；

图6为图3C-C剖视图；

图7为本发明的一种用于旋转工步的离心夹紧装置图(壳体遮蔽)；

图8为本发明的一种用于旋转工步的离心夹紧装置图(连轴件遮蔽)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

根据本发明提供的一种用于旋转工步的离心夹紧装置，如图1至8所示，包括：连轴件2和离心夹紧组件，所述连轴件2与所述离心夹紧组件连接；

所述离心夹紧组件包括壳体1、筒夹4、芯轴5、离心体6、弹簧7、滚动体8、弹簧钢丝9、限位件10和限位件2；

所述连轴件2安装于所述壳体1上；所述筒夹4与所述芯轴5连接，并通过所述限位件2进行限位；所述芯轴5与所述离心体6连接，并通过所述销2进行限位；所述离心体6安装于所述壳体内部，并通过所述限位件10限位；

所述离心体6在外表面设有限位件移动槽，在限位移动槽内设有限位件10，在离心体6安装于所述壳体内部1，通过限位件10限位；

所述离心体6外表面上设有环向槽，所述弹簧钢丝9安装于环向槽内；

所述离心体6上圆心对称的设有两个楔形槽，所述滚动体8设置在楔形槽内，当转速达到预设值时，则所述滚动体8在楔形槽斜面上在离心力作用下向外运动；

所述弹簧7一端与所述连轴件2内壁面连接，另一端连接所述离心体6上，正常工况下，所述弹簧7处于压缩状态，施加的初始预紧力用于保证所述离心体6保持与所述壳体1避免紧密贴合。

具体地，所述壳体1上设有连接所述连轴件2、筒夹4和所述离心体6的安装接口，所述连轴件2通过螺钉和销3安装于所述壳体1上。

具体地，所述壳体1上与所述筒夹4连接的安装接口结构为圆锥状，与所述筒夹4夹持工件部位的喇叭口相匹配。

具体地，所述连轴件2设有用于同主轴连接的安装接口。

具体地，所述楔形槽靠近圆心处高，远离圆心处低，使所述滚动体8在转速达到预设值时，滚动体8向上运动；在减速运行时，滚动体8向下运动。

具体地，所述筒体4为内部中空的管状结构，喇叭口端周向均匀加工有变形让位槽，当所述筒夹4外部受到挤压后会向内产生弹性变形，弹性变形使得所述筒夹4内的工件装夹更加紧固。

根据本发明提供的一种用于旋转工步的离心夹紧方法，其特征在于，运用上述所述的用于旋转工步的离心夹紧装置执行如下步骤：

步骤M1：松开限位件2，将筒夹4向下移动，将待加工工件夹持于筒夹内部，推动筒夹至原位，锁紧限位件2；

步骤M2：启动主轴，主轴旋转过程中，当转速达到预设值时，滚动体8会挤压到弹簧钢丝9并促使弹簧钢丝发生弹簧变形，所述滚动体8受离心力作用向外运动，推动离心体6向上运动，并带动芯轴5协同筒夹4一起向上运动，筒夹4向上运动过程中喇叭口端收到壳体向内挤压发生弹性变形，实现夹紧动作；

步骤M3：完成夹紧工作后，进行加工操作；

步骤M4：完成加工操作后，停止对主轴的功率输出；

步骤M5：主轴逐步降低转速的过程中，转速下降，离心力逐步减小，滚动体8在弹性钢丝9恢复原始形状过程中向内运动，与此同时弹簧7和筒夹4逐步恢复原始形状过程中，推动离心体6向下运动，实现松脱动作；

步骤M6：待主轴完全停止后，松开限位件2，将筒夹4内部夹持待加工工件拆除，然后将筒夹还原至原位，锁紧限位件2；

步骤M7：将连轴件2从主轴上拆除，完成离心夹紧装置的拆卸。

实施例2

实施例2是实施例1的变化例

根据本发明提供的一种用于旋转工步的离心夹紧装置，如图1、2所示，该用于旋转工步的离心夹紧装置剖视图包括：壳体1、连轴件2、销3、筒夹4、芯轴5、离心体6、弹簧7、滚动体8、弹簧钢丝9、限位件10、销2和限位件2；其中，

壳体1上加工有连轴件2、筒夹4和离心体6的安装接口，有用于限制工步执行过程中筒夹4旋转的限位件2的安装接口，有用于限制工步执行过程中离心体6旋转的限位件10的安装接口，前端的筒夹4安装接口结构为圆锥状，与筒夹4夹持工件部位的喇叭口相匹配；

连轴件2通过螺钉和销3安装于壳体1上，连轴件2上加工有用于同主轴连接的安装接口；

筒夹4通过螺纹连接安装固定于芯轴5上，并用限位件2进行限位，避免其在执行工步过程中发生相对转动；

芯轴5通过螺纹连接安装固定于离心体6上，并用销2进行限位，避免其在执行工步过程中发生旋转或松脱，芯轴5上加工有用于安装筒夹4的接口；

离心体6安装于壳体1内部并用限位件10限位，避免其在执行工步过程中发生相对运动，离心体6上加工有用于限制本体转动的限位件移动槽，有用于弹簧钢丝9安装的环向槽，有用于弹簧7固定的定位销安装接口，有用于芯轴5安装的螺纹孔、台阶面和销孔，有用于滚动体8离心滚动的楔形槽，其楔形结构去除材料截面内高外低，是离心夹紧装置的核心部件；

弹簧7通过销杆安装于离心体6上，并与连轴件2内壁面接触，正常工况下弹簧处于压缩状态，施加的初始预紧力用于保证离心体6保持与壳体1壁面紧密贴合；

具体的，筒夹4为内部中空的管状结构，喇叭口端周向均匀加工有变形让位槽，当筒夹4外部受到挤压后会向内产生弹性变形，弹性变形使得筒夹4内的夹紧工件装夹更加紧固。

具体的，执行工步过程中，滚动体8受离心力作用向外运动，推动离心体6向上运动，并带动芯轴5协同筒夹4一起在向上运动，筒夹4向上运动过程中喇叭口端受到壳体向内挤压发弹性变形，实现工件夹紧。

具体的，执行工步过程中，当转速达到一定值时，滚动体8会挤压到弹簧钢丝9并促使其发生弹性变形，此后不论转速如何提高工件受到筒夹4夹紧力保持不变，可执行工步。

具体的，工步执行完成后，转速下降，离心力逐步减小，滚动体8在弹簧钢丝9恢复原始形状过程中向内运动，与此同此弹簧7和筒夹4也在恢复原始形状过程中，推动离心体6向下运动，实现工件松脱。

图7详细示出了壳体遮蔽状态下滚动体8、弹簧钢丝9、限位件10的相对位置关系。

图8是用于旋转工步的离心夹紧装置图连轴件遮蔽。图8详细示出了连轴件遮蔽状态下，销3和弹簧7的空间相对位置。

离心夹紧装置其夹紧操作步骤如下：

M1：将连轴件2安装于主轴上并用连接件可靠固定；

M2：松开限位件2，将筒夹4向下移动xmm(x由工艺决定)，然后将加工刀具或者其他轴类零部件夹持于筒夹4内部，推动筒夹4至原位，锁紧限位件2；

M3：启动主轴；

M4：主轴旋转过程中，当转速达到一定值时，滚动体8会挤压到弹簧钢丝9并促使其发生弹性变形，滚动体8受离心力作用向外运动，推动离心体6向上运动，并带动芯轴5协同筒夹4一起在向上运动，筒夹4向上运动过程中喇叭口端受到壳体向内挤压发弹性变形，实现夹紧动作；

M5：完成夹紧工作以后，便可以开始加工操作。

7.所述的离心夹紧装置其松开操作步骤如下：

M1：完成加工操作后，停止对主轴的功率输出；

M2：主轴逐步降低转速的过程中，转速下降，离心力逐步减小，滚动体8在弹簧钢丝9恢复原始形状过程中向内运动，与此同此弹簧7和筒夹4也逐步恢复原始形状过程中，推动离心体6向下运动，实现松脱动作；

M3：待主轴完全停止后，松开限位件212，将筒夹4内部夹持加工刀具或者其他轴类零部件拆除，然后将筒夹4还原至原位，锁紧限位件2；

M4：将连轴件2从主轴上拆除，完成离心夹紧装置的拆卸。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种用于旋转工步的离心夹紧装置，其特征在于，包括：连轴件(2)和离心夹紧组件，所述连轴件(2)与所述离心夹紧组件连接；

所述离心夹紧组件包括壳体(1)、筒夹(4)、芯轴(5)、离心体(6)、弹簧(7)、滚动体(8)、弹簧钢丝(9)、限位件(10)和限位件2(12)；

所述连轴件(2)安装于所述壳体(1)上；所述筒夹(4)与所述芯轴(5)连接，并通过所述限位件(2)进行限位；所述芯轴(5)与所述离心体(6)连接，并通过所述销2(11)进行限位；所述离心体(6)安装于所述壳体内部，并通过所述限位件(10)限位；

所述离心体(6)在外表面设有限位件移动槽，在限位移动槽内设有限位件(10)，在离心体(6)安装于所述壳体内部(1)，通过限位件(10)限位；

所述离心体(6)外表面上设有环向槽，所述弹簧钢丝(9)安装于环向槽内；

所述离心体(6)上圆心对称的设有两个楔形槽，所述滚动体(8)设置在楔形槽内，当转速达到预设值时，则所述滚动体(8)在楔形槽斜面上在离心力作用下向外运动；

所述弹簧(7)一端与所述连轴件(2)内壁面连接，另一端连接所述离心体(6)上，正常工况下，所述弹簧(7)处于压缩状态，施加的初始预紧力用于保证所述离心体(6)保持与所述壳体(1)避免紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的用于旋转工步的离心夹紧装置，其特征在于，所述壳体(1)上设有连接所述连轴件(2)、筒夹(4)和所述离心体(6)的安装接口，所述连轴件(2)通过螺钉和销(3)安装于所述壳体(1)上。

3.根据权利要求1所述的用于旋转工步的离心夹紧装置，其特征在于，所述壳体(1)上与所述筒夹(4)连接的安装接口结构为圆锥状，与所述筒夹(4)夹持工件部位的喇叭口相匹配。

4.根据权利要求1所述的用于旋转工步的离心夹紧装置，其特征在于，所述连轴件(2)设有用于同主轴连接的安装接口。

5.根据权利要求1所述的用于旋转工步的离心夹紧装置，其特征在于，所述楔形槽靠近圆心处高，远离圆心处低，使所述滚动体(8)在转速达到预设值时，滚动体(8)向上运动；在减速运行时，滚动体(8)向下运动。

6.根据权利要求1所述的用于旋转工步的离心夹紧装置，其特征在于，所述筒体(4)为内部中空的管状结构，喇叭口端周向均匀加工有变形让位槽，当所述筒夹(4)外部受到挤压后会向内产生弹性变形，弹性变形使得所述筒夹(4)内的工件装夹更加紧固。

7.一种用于旋转工步的离心夹紧方法，其特征在于，运用权利要求1-4中任一权利要求所述的用于旋转工步的离心夹紧装置执行如下步骤：

步骤M1：松开限位件2(12)，将筒夹(4)向下移动，将待加工工件夹持于筒夹内部，推动筒夹至原位，锁紧限位件2；

步骤M2：启动主轴，主轴旋转过程中，当转速达到预设值时，滚动体(8)会挤压到弹簧钢丝(9)并促使弹簧钢丝发生弹簧变形，所述滚动体(8)受离心力作用向外运动，推动离心体(6)向上运动，并带动芯轴(5)协同筒夹(4)一起向上运动，筒夹(4)向上运动过程中喇叭口端收到壳体向内挤压发生弹性变形，实现夹紧动作；

步骤M3：完成夹紧工作后，进行加工操作；

步骤M4：完成加工操作后，停止对主轴的功率输出；

步骤M5：主轴逐步降低转速的过程中，转速下降，离心力逐步减小，滚动体(8)在弹性钢丝(9)恢复原始形状过程中向内运动，与此同时弹簧(7)和筒夹(4)逐步恢复原始形状过程中，推动离心体(6)向下运动，实现松脱动作；

步骤M6：待主轴完全停止后，松开限位件2(12)，将筒夹(4)内部夹持待加工工件拆除，然后将筒夹还原至原位，锁紧限位件2(12)；

步骤M7：将连轴件(2)从主轴上拆除，完成离心夹紧装置的拆卸。

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