CN112936196B - 一种夹具及夹持方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹具，包括工作台，工作台的四周分别设有四个夹具单元；夹具单元包括设置在工作台上的水平滑轨、滑动配合安装在水平滑轨上的底部滑座和用于夹持工件的夹块组件，底部滑座的上方设有升降座，底部滑座上设有用于驱动升降座沿着竖直方向做升降运动的升降驱动机构；升降座上设有用于驱动夹块组件沿着垂直于水平滑轨的方向移动的水平夹持驱动机构；工作台上设有用于驱动底部滑座沿着水平滑轨移动的水平驱动机构；相邻的两个夹具单元的水平滑轨之间相互垂直；夹块组件内设有用于工件面向其所在的一侧进行扫描测距的激光扫描测距仪。本发明还公开了一种夹持方法，能够满足任意形状的工件的装夹要求，且不会改变工件在工作台上的位置。

Description

一种夹具及夹持方法

技术领域

本发明属于机械工装夹具技术领域，具体的为一种夹具及夹持方法。

背景技术

随着社会的发展和现代科学技术的提升，数控机械加工的普及度相当高，并取代了传统的加工设备，然而在机械加工中夹具是不能缺少的。一个夹具的品质好坏对加工产品的质量有影响。因而夹具对加工产品的制造有着很重要的意义，故在机械加工领域中占有了重要地位。工件夹装的准确性会影响工件加工精度，因此设计合理的加工夹具能保证零部件的正确加工。故要求设计的加工夹具必须精准定位和夹紧牢固，还要包容工件的微小误差和缺陷。

现有的夹具虽然在一定程度上能够满足工件装夹的要求，但仍存在以下问题：

1、通用性差：仅能满足有限的特定形状结构的工件的装夹要求；

2、装夹位置受限：工件仅能够在工作台的特定区域内被装夹固定；

3、装夹过程中对工件的位置精度造成干扰，即装夹过程中会改变工件在工作台的位置，导致新的定位误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种夹具及夹持方法，能够满足任意形状的工件的装夹要求，且不会改变工件在工作台上的位置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种夹具，包括工作台，所述工作台的四周分别设有四个夹具单元；

所述夹具单元包括设置在所述工作台上的水平滑轨、滑动配合安装在所述水平滑轨上的底部滑座和用于夹持工件的夹块组件，所述底部滑座的上方设有升降座，所述底部滑座上设有用于驱动所述升降座沿着竖直方向做升降运动的升降驱动机构；

所述升降座上设有用于驱动所述夹块组件沿着垂直于所述水平滑轨的方向移动的水平夹持驱动机构；所述工作台上设有用于驱动所述底部滑座沿着所述水平滑轨移动的水平驱动机构；

相邻的两个所述夹具单元的所述水平滑轨之间相互垂直；

所述夹块组件内设有用于工件面向其所在的一侧进行扫描测距的激光扫描测距仪。

进一步，所述水平夹持驱动机构包括设置在所述升降座上的安装槽，所述安装槽内设有转动套，所述转动套内设有螺纹通孔；所述安装槽的两侧壁内设有同轴的通孔，所述通孔内设有夹持丝杆，所述夹持丝杆与所述转动套的螺纹通孔之间螺纹配合；所述夹持丝杆的一端与所述夹块组件固定连接、另一端设有连接块，所述连接块与所述夹块组件之间设有至少一根与所述夹持丝杆平行的夹持导向杆，所述夹持导向杆与所述升降座滑动配合；所述升降座上设有用于驱动所述转动套转动进而驱动所述夹持丝杆转动的转动驱动机构。

进一步，所述转动驱动机构包括设置在所述升降座上的夹持电机，所述夹持电机的输出轴上设有主动齿轮，所述转动套的外周壁上设有与所述主动齿轮啮合的从动齿轮。

进一步，所述转动套的两端与所述安装槽的两侧壁之间分别设有端面轴承

进一步，所述升降驱动机构包括设置在所述底部滑座内的升降槽，所述升降槽内设有竖直滑轨，所述竖直滑轨上设有与其滑动配合的升降块，所述升降块与所述升降座之间设有至少两根竖直连接杆，所述底部滑座内设有用于驱动所述升降块沿着所述竖直滑轨移动的升降机构。

进一步，所述升降机构包括设置在所述升降槽的竖直丝杆，所述升降块与所述竖直丝杆之间螺纹配合，所述底部滑座上设有用于驱动所述竖直丝杆转动并驱动所述升降块沿着所述竖直滑轨移动的升降电机。

进一步，所述竖直连接杆与所述底部滑座之间滑动配合。

进一步，所述水平驱动机构包括设置在所述工作台上的水平丝杆，所述底部滑座与对应的所述水平丝杆之间螺纹配合，所述工作台上设有用于驱动所述水平丝杆转动进而驱动所述底部滑座沿着所述水平滑轨移动的水平电机。

进一步，所述夹块组件包括固定夹块和活动夹块，所述固定夹块与所述活动夹块之间设有伸缩杆，所述伸缩杆上套装设有位于所述固定夹块与所述活动夹块之间的夹持弹簧。

进一步，所述活动夹块背向所述固定夹块的一端端面上设有安装盲孔，所述激光扫描测距仪安装在所述安装盲孔内，且所述激光扫描测距仪与所述安装盲孔的孔底之间设有柔性弹簧，所述安装盲孔的开口处设有与所述活动夹块固定连接的挡板，所述挡板与所述活动夹块背向所述固定夹块的一端端面之间平齐。

本发明还提出了一种采用如上所述夹具的夹持方法，包括如下步骤：

1)将工件32定位放置在所述工作台上；

2)利用水平驱动机构驱动所述底部滑座沿着所述水平滑轨移动，同时利用所述激光扫描测距仪对工件的表面进行扫描测距；

若对工件表面扫描测距完成，则执行步骤4)，反之则执行步骤3)；

3)利用升降驱动机构驱动所述升降座沿着竖直方向移动，待所述升降座的竖直高度的调节到位后，执行步骤2)；

4)以与所述水平滑轨平行或过所述水平滑轨的竖直平面为基准面，分别找到工件面向对应所述夹具单元的一侧表面距离对应所述基准面最近的点或平面区，并以该点或平面区域内的任意一点作为装夹定位点；

5)利用所述水平驱动机构驱动和所述升降驱动机构调节所述夹块组件的位置，使所述激光扫描测距仪正对对应的所述装夹定位点；

6)复位所述夹块组件初始位置，利用水平夹持驱动机构驱动所述夹块组件朝向工件移动，并使四个所述夹块组件的移动速率满足：

其中，L₁、L₂、L₃、L₄分别为工件分别面向四个所述夹具单元的一侧表面距离对应的所述夹块组件初始位置的最小距离，v₁、v₂、v₃、v₄分别为四个所述夹具单元朝向工件移动的速率；

使四个所述夹块组件分别同时接触对应的所述装夹定位点。

进一步，所述夹块组件包括固定夹块和活动夹块，所述固定夹块与所述活动夹块之间设有伸缩杆，所述伸缩杆上套装设有位于所述固定夹块与所述活动夹块之间的夹持弹簧；

所述步骤6)中，当所述活动夹块与对应的所述装夹定位点接触配合时，停止所述水平夹持驱动机构后，再次启动所述水平夹持驱动机构使所有的所述固定夹块同步向工件移动所述伸缩杆的收缩最大距离，将工件夹持固定。

本发明的有益效果在于：

本发明的夹具，通过在工作台的四周分别设置四个相互独立的夹具单元，并在夹具单元内设置与水平滑轨配合的底部滑座，在底部滑座上设置可做升降运动的升降座，在升降座上设置可沿与水平滑轨垂直的水平方向移动的夹块组件，如此，夹块组件可相对于工作台在三维空间内移动，从而可以与工件面向该夹块组件的一侧侧面的任意一点进行夹持配合，不受工件形状的限制，即能够满足任意形状的工件的夹持要求；由于四个夹具单元之间相互独立，从而可以分别控制四个夹具单元，使四个夹具单元的夹块组件能够同时接触工件的对应侧表面，在四个夹具单元的共同限位作用下，不会改变工件在工作台上的位置；也即工件在工作台的任意位置处均可实现夹持，且夹持后不会改变工件的位置。

本发明的夹持方法，通过利用激光扫描测距仪扫描工件对应表面测距，从而导致工件对应侧的表面距离对应侧的基准面的最小距离的点或平面区域，以该点或平面区域的任一点作为装夹定位点，能够避免工件其他位置与夹块组件之间产生干涉；通过分别设定四个夹块组件朝向对应的装夹定位点移动的速率，保证四个夹块组件能够同时与对应的装夹定位点接触，避免改变工件的位置。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明夹具实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为夹具单元的结构示意图；

图4为图3的B详图；

图5为图3的C详图。

附图标记说明：

1-工作台；2-夹具单元；3-水平滑轨；4-底部滑座；5-夹块组件；6-升降座；7-激光扫描测距仪；8-安装槽；9-转动套；10-夹持丝杆；11-连接块；12-夹持导向杆；13-夹持电机；14-主动齿轮；15-从动齿轮；16-升降槽；17-竖直滑轨；18-升降块；19-竖直连接杆；20-竖直丝杆；21-升降电机；22-水平丝杆；23-水平电机；24-固定夹块；25-活动夹块；26-伸缩杆；27-夹持弹簧；28-安装盲孔；29-柔性弹簧；30-挡板；31-端面轴承；32-工件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明夹具实施例的结构示意图。本实施例的夹具，包括工作台1，工作台1的四周分别设有四个夹具单元2。本实施例的夹具单元2包括设置在工作台1上的水平滑轨3、滑动配合安装在水平滑轨3上的底部滑座4和用于夹持工件的夹块组件5，底部滑座4的上方设有升降座6，底部滑座4上设有用于驱动升降座6沿着竖直方向做升降运动的升降驱动机构。本实施例的升降座6上设有用于驱动夹块组件5沿着垂直于水平滑轨3的方向移动的水平夹持驱动机构；工作台1上设有用于驱动底部滑座4沿着水平滑轨3移动的水平驱动机构。本实施例的相邻的两个夹具单元2的水平滑轨3之间相互垂直。本实施例的夹块组件5内设有用于工件面向其所在的一侧进行扫描测距的激光扫描测距仪7。

进一步，本实施例的水平夹持驱动机构包括设置在升降座6上的安装槽8，安装槽8内设有转动套9，转动套9内设有螺纹通孔；安装槽8的两侧壁内设有同轴的通孔，通孔内设有夹持丝杆10，夹持丝杆10与转动套9的螺纹通孔之间螺纹配合。夹持丝杆10的一端与夹块组件5固定连接、另一端设有连接块11，连接块11与夹块组件5之间设有至少一根与夹持丝杆10平行的夹持导向杆12，夹持导向杆12与升降座6滑动配合，本实施例的夹持导向杆12设为两根。升降座6上设有用于驱动转动套9转动进而驱动夹持丝杆10转动的转动驱动机构。本实施例的转动驱动机构包括设置在升降座6上的夹持电机13，夹持电机13的输出轴上设有主动齿轮14，转动套9的外周壁上设有与主动齿轮14啮合的从动齿轮15。本实施例的转动套9的两端与安装槽8的两侧壁之间分别设有端面轴承31，既起到轴向限位转动套9的作用，又起到降低转动套9转动阻力的作用。

进一步，本实施例的升降驱动机构包括设置在底部滑座4内的升降槽16，升降槽16内设有竖直滑轨17，竖直滑轨17上设有与其滑动配合的升降块18，升降块18与升降座6之间设有至少两根竖直连接杆19，底部滑座4内设有用于驱动升降块18沿着竖直滑轨17移动的升降机构，本实施例的竖直连接杆19设为四根。本实施例的升降机构包括设置在升降槽16的竖直丝杆20，升降块18与竖直丝杆20之间螺纹配合，底部滑座4上设有用于驱动竖直丝杆20转动并驱动升降块18沿着竖直滑轨17移动的升降电机21。优选的，竖直连接杆19与底部滑座4之间滑动配合，还起到对升降座6进行竖直导向的作用。

进一步，本实施例的水平驱动机构包括设置在工作台1上的水平丝杆22，底部滑座4与对应的水平丝杆22之间螺纹配合，工作台1上设有用于驱动水平丝杆22转动进而驱动底部滑座4沿着水平滑轨3移动的水平电机23，能够驱动底部滑座4沿着水平滑轨3移动。本实施例的水平滑轨3设为相互平行的两根，提高底部滑座4的移动稳定性。

进一步，本实施例的夹块组件5包括固定夹块24和活动夹块25，固定夹块24与活动夹块25之间设有伸缩杆26，伸缩杆26上套装设有位于固定夹块24与活动夹块25之间的夹持弹簧27。通过将夹块组件5分体设置为固定夹块24和活动夹块25，使用时，先将活动夹块25与工件接触配合，而后驱动伸缩杆26收缩至最短距离，同时压缩夹持弹簧26，利用夹持弹簧26对活动夹块25施加的弹力作为工件的夹持力，从而使夹持力保持稳定，避免夹持力过大损坏工件或夹持力过小导致夹持不稳定的问题。

进一步，活动夹块25背向固定夹块24的一端端面上设有安装盲孔28，激光扫描测距仪7安装在安装盲孔28内，且激光扫描测距仪7与安装盲孔28的孔底之间设有柔性弹簧29，安装盲孔28的开口处设有与活动夹块25固定连接的挡板30，挡板30与活动夹块25背向固定夹块24的一端端面之间平齐。在夹块组件5朝向工件移动的过程中，激光扫描测距仪7还可实时测量装夹定位点距离其所在实时位置之间的距离，从而可以实时调整夹块组件5朝向工件移动的速率，确保四个夹块组件5同时与工件对应侧表面的装夹定位点接触。当然，活动夹块25内还可以安装压力传感器，用于检测活动夹块25与工件之间的夹持压力。

本实施例的夹具，通过在工作台的四周分别设置四个相互独立的夹具单元，并在夹具单元内设置与水平滑轨配合的底部滑座，在底部滑座上设置可做升降运动的升降座，在升降座上设置可沿与水平滑轨垂直的水平方向移动的夹块组件，如此，夹块组件可相对于工作台在三维空间内移动，从而可以与工件面向该夹块组件的一侧侧面的任意一点进行夹持配合，不受工件形状的限制，即能够满足任意形状的工件的夹持要求；由于四个夹具单元之间相互独立，从而可以分别控制四个夹具单元，使四个夹具单元的夹块组件能够同时接触工件的对应侧表面，在四个夹具单元的共同限位作用下，不会改变工件在工作台上的位置；也即工件在工作台的任意位置处均可实现夹持，且夹持后不会改变工件的位置。

下面结合上述夹具对本实施例的夹持方法的具体实施方式进行详细说明。

本实施例的夹持方法，包括如下步骤：

1)将工件定位放置在工作台1上；

2)利用水平驱动机构驱动底部滑座4沿着水平滑轨3移动，同时利用激光扫描测距仪7对工件的表面进行扫描测距；

若对工件表面扫描测距完成，则执行步骤4，反之则执行步骤3；

3)利用升降驱动机构驱动升降座6沿着竖直方向移动，待升降座6的竖直高度的调节到位后，执行步骤2；

4)以与水平滑轨3平行或过水平滑轨3的竖直平面为基准面，分别找到工件面向对应夹具单元2的一侧表面距离对应基准面最近的点或平面区，并以该点或平面区域内的任意一点作为装夹定位点；

5)利用水平驱动机构驱动和升降驱动机构调节夹块组件5的位置，使激光扫描测距仪7正对对应的装夹定位点；

6)复位夹块组件5至设定的初始位置，利用水平夹持驱动机构驱动夹块组件5朝向工件移动，并使四个夹块组件5的移动速率满足：

其中，L₁、L₂、L₃、L₄分别为工件分别面向四个夹具单元2的一侧表面距离对应的夹块组件5初始位置的最小距离，v₁、v₂、v₃、v₄分别为四个夹具单元2朝向工件移动的速率；

使四个夹块组件5分别同时接触对应的装夹定位点。

进一步，本实施例的夹块组件5包括固定夹块24和活动夹块25，固定夹块24与活动夹块25之间设有伸缩杆26，伸缩杆26上套装设有位于固定夹块24与活动夹块25之间的夹持弹簧27。在步骤6)中，当活动夹块25与对应的装夹定位点接触配合时，停止水平夹持驱动机构后，再次启动水平夹持驱动机构使所有的固定夹块24同步向工件移动伸缩杆26的收缩最大距离，将工件夹持固定。即可利用夹持弹簧26对活动夹块25施加的弹力作为工件的夹持力，从而使夹持力保持稳定，避免夹持力过大损坏工件或夹持力过小导致夹持不稳定的问题。

本实施例的夹持方法，通过利用激光扫描测距仪扫描工件对应表面测距，从而导致工件对应侧的表面距离对应侧的基准面的最小距离的点或平面区域，以该点或平面区域的任一点作为装夹定位点，能够避免工件其他位置与夹块组件之间产生干涉；通过分别设定四个夹块组件朝向对应的装夹定位点移动的速率，保证四个夹块组件能够同时与对应的装夹定位点接触，避免改变工件的位置。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种夹持方法，其特征在于：所述方法采用夹具执行，所述夹具包括工作台(1)，所述工作台(1)的四周分别设有四个夹具单元(2)；

所述夹具单元(2)包括设置在所述工作台(1)上的水平滑轨(3)、滑动配合安装在所述水平滑轨(3)上的底部滑座(4)和用于夹持工件的夹块组件(5)，所述底部滑座(4)的上方设有升降座(6)，所述底部滑座(4)上设有用于驱动所述升降座(6)沿着竖直方向做升降运动的升降驱动机构；

所述升降座(6)上设有用于驱动所述夹块组件(5)沿着垂直于所述水平滑轨(3)的方向移动的水平夹持驱动机构；所述工作台(1)上设有用于驱动所述底部滑座(4)沿着所述水平滑轨(3)移动的水平驱动机构；

相邻的两个所述夹具单元(2)的所述水平滑轨(3)之间相互垂直；

所述夹块组件(5)内设有用于工件面向其所在的一侧进行扫描测距的激光扫描测距仪(7)；

所述方法包括如下步骤：

1)将工件定位放置在所述工作台(1)上；

2)利用水平驱动机构驱动所述底部滑座(4)沿着所述水平滑轨(3)移动，同时利用所述激光扫描测距仪(7)对工件的表面进行扫描测距；

若对工件表面扫描测距完成，则执行步骤4)，反之则执行步骤3)；

3)利用升降驱动机构驱动所述升降座(6)沿着竖直方向移动，待所述升降座(6)的竖直高度的调节到位后，执行步骤2)；

4)以与所述水平滑轨(3)平行或过所述水平滑轨(3)的竖直平面为基准面，分别找到工件面向对应所述夹具单元(2)的一侧表面距离对应所述基准面最近的点或平面区，并以该点或平面区域内的任意一点作为装夹定位点；

5)利用所述水平驱动机构驱动和所述升降驱动机构调节所述夹块组件(5)的位置，使所述激光扫描测距仪(7)正对对应的所述装夹定位点；

6)复位所述夹块组件(5)初始位置，利用水平夹持驱动机构驱动所述夹块组件(5)朝向工件移动，并使四个所述夹块组件(5)的移动速率满足：

其中，L₁、L₂、L₃、L₄分别为工件分别面向四个所述夹具单元(2)的一侧表面距离对应的所述夹块组件(5)初始位置的最小距离，v₁、v₂、v₃、v₄分别为四个所述夹具单元(2) 朝向工件移动的速率；

使四个所述夹块组件(5)分别同时接触对应的所述装夹定位点。

2.根据权利要求1所述的夹持方法，其特征在于：所述水平夹持驱动机构包括设置在所述升降座(6)上的安装槽(8)，所述安装槽(8)内设有转动套(9)，所述转动套(9)内设有螺纹通孔；所述安装槽(8)的两侧壁内设有同轴的通孔，所述通孔内设有夹持丝杆(10)，所述夹持丝杆(10)与所述转动套(9)的螺纹通孔之间螺纹配合；所述夹持丝杆(10)的一端与所述夹块组件(5)固定连接、另一端设有连接块(11)，所述连接块(11)与所述夹块组件(5)之间设有至少一根与所述夹持丝杆(10)平行的夹持导向杆(12)，所述夹持导向杆(12)与所述升降座(6)滑动配合；所述升降座(6)上设有用于驱动所述转动套(9)转动进而驱动所述夹持丝杆(10)转动的转动驱动机构。

3.根据权利要求2所述的夹持方法，其特征在于：所述转动驱动机构包括设置在所述升降座(6)上的夹持电机(13)，所述夹持电机(13)的输出轴上设有主动齿轮(14)，所述转动套(9)的外周壁上设有与所述主动齿轮(14)啮合的从动齿轮(15)。

4.根据权利要求1所述的夹持方法，其特征在于：所述升降驱动机构包括设置在所述底部滑座(4)内的升降槽(16)，所述升降槽(16)内设有竖直滑轨(17)，所述竖直滑轨(17)上设有与其滑动配合的升降块(18)，所述升降块(18)与所述升降座(6)之间设有至少两根竖直连接杆(19)，所述底部滑座(4)内设有用于驱动所述升降块(18)沿着所述竖直滑轨(17)移动的升降机构。

5.根据权利要求4所述的夹持方法，其特征在于：所述升降机构包括设置在所述升降槽(16)的竖直丝杆(20)，所述升降块(18)与所述竖直丝杆(20)之间螺纹配合，所述底部滑座(4)上设有用于驱动所述竖直丝杆(20)转动并驱动所述升降块(18)沿着所述竖直滑轨(17)移动的升降电机(21)。

6.根据权利要求1所述的夹持方法，其特征在于：所述水平驱动机构包括设置在所述工作台(1)上的水平丝杆(22)，所述底部滑座(4)与对应的所述水平丝杆(22)之间螺纹配合，所述工作台(1)上设有用于驱动所述水平丝杆(22)转动进而驱动所述底部滑座(4)沿着所述水平滑轨(3)移动的水平电机(23)。

7.根据权利要求1所述的夹持方法，其特征在于：所述夹块组件(5)包括固定夹块(24)和活动夹块(25)，所述固定夹块(24)与所述活动夹块(25)之间设有伸缩杆(26)，所述伸缩杆(26)上套装设有位于所述固定夹块(24)与所述活动夹块(25)之间的夹持弹簧(27)。

8.根据权利要求7所述的夹持方法，其特征在于：所述活动夹块(25)背向所述固定夹块(24)的一端端面上设有安装盲孔(28)，所述激光扫描测距仪(7)安装在所述安装盲孔(28)内，且所述激光扫描测距仪(7)与所述安装盲孔(28)的孔底之间设有柔性弹簧(29)，所述安装盲孔(28)的开口处设有与所述活动夹块(25)固定连接的挡板(30)，所述挡板(30)与所述活动夹块(25)背向所述固定夹块(24)的一端端面之间平齐。

9.根据权利要求1所述的夹持方法，其特征在于：

所述夹块组件(5)包括固定夹块(24)和活动夹块(25)，所述固定夹块(24)与所述活动夹块(25)之间设有伸缩杆(26)，所述伸缩杆(26)上套装设有位于所述固定夹块(24)与所述活动夹块(25)之间的夹持弹簧(27)；

所述步骤6)中，当所述活动夹块(25)与对应的所述装夹定位点接触配合时，停止所述水平夹持驱动机构后，再次启动所述水平夹持驱动机构使所有的所述固定夹块(24)同步向工件移动所述伸缩杆(26)的收缩最大距离，将工件夹持固定。

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