CN114290109B - 一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于侧向夹紧技领域，尤其是一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法，针对现有技术中存在侧向夹紧需求的问题，现提出如下方案，其包括直线运动机构、执行机构、压紧螺钉、气缸螺钉、连接螺栓、平垫圈、螺母、工件和工作平台，所述直线运动机构包括齿条导轨、L形长距齿条气缸背板和气缸，L形长距齿条与齿条导轨的T形槽通过精密配合连接，所述L形长距齿条安装位置低于齿条导轨的上表面，该套工艺装备经车间使用验证后效果明显，能够满足工件加工时的侧向夹紧要求，在加工过程中能够实现工件的高效、高质量加工，工件表面质量优良无压痕和划痕，该工艺装备的应用有助于提高生产效率和质量控制。

Description

一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法

技术领域

本发明涉及侧向夹紧技术领域，尤其涉及一种用于侧向快速夹紧 的气动装置及方法。

背景技术

在机械加工过程中，工件的结构、材质、加工工艺、机床设备等 都影响装夹工具的选择，快捷高效的装夹模式不但依赖工艺的优化， 也取决于可靠的装夹工具。机床虎钳、三爪卡盘、压板、斜楔夹紧块、 偏心夹紧块、压紧螺钉等作为常见的装夹工具，在机械加工中有着广泛的 应用，但随着产品结构的多样性发展和制造工艺的更新迭代，尤其对加工过程的严苛要求及精密制造需求，使得多数常见的装夹工具在实际 应用方面的弊端逐渐凸显，因此具有快速响应和稳定可靠的装夹工具 或装置应运而生。

工件在机床平台或加工设备基础工作台上定位后，通过装夹来保证 加工过程中的稳定性及连续性，从而提高工件加工质量，缩短生周期。 对于异形结构件或薄壁类工件的侧向夹紧需求，夹紧装置的夹紧区域选 择、拆装模式、劳动强度等都作为产品生产全周期的考虑因素。机床虎 钳、三爪卡盘作为机床设备附件，主要用于标准零件或结构简单、精度要求低的零件装夹，针对非标零组件、薄壁件或异形结构件的侧向 紧，无法有效夹紧或装夹效果较差，工件的侧边在装夹过程中易产生 变形或压痕。压板、斜模夹块、偏夹心紧块等配合螺旋副夹紧虽然在一 定程度上能够实现工件的侧向夹紧，但在实际生产中存在几方面缺点:

(1)工件的夹紧过程中依靠人工施力，夹紧力不恒定，导致工件 在加工时状态不定，受振颤响产生发生位移造成加工错误甚至报废， 生产效率较低；(2)对于批量大的工件，单件加工后工装需要频繁拆装，导致夹紧后的每件工件的装夹状态不同难以控制。操作技术难度 较大，至少需要两人协同配合，对工人经验水平依赖度高，劳动强度 大；(3)压板、斜楔夹紧块、偏心夹紧块等配合螺旋副的传统机械 夹紧模式效率较低，难以适应高精密机床或设备的生产需要。对于工 件夹紧可操作空问狭窄或有刀具、测量设备避让需求的工件，传统机 械夹紧模式需要通过结构更改特制，适应性低；(4)工件加工后夹紧 元件需要及时统一收纳管理否则易丢失，增加生产管理成本，不符合现在花生产的高效、绿色、低成本理念。

针对上述几方面的缺点，为有效解决实际生产中工件的侧向夹紧 需求，因此需要一套可用于侧向夹紧的气动装置来替代现有夹紧元件 和传统机械夹紧方式，提高工件在加工时的稳定性和可控性，同时减 轻劳动强度，提高产品质量和加工效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在侧向夹紧需求的问题， 而提出的一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法，包括直线运动机构、 执行机构、压紧螺钉、气缸螺钉、连接螺栓、平垫圈、螺母、工件和工 作平台，所述直线运动机构包括齿条导轨、L形长距齿条气缸背板和气 缸，L形长距齿条与齿条导轨的T形槽通过精密配合连接，所述L形 长距齿条安装位置低于齿条导轨的上表面，齿条导轨上设置两排销钉 孔和沉头螺栓孔，为快速安装工作平台提供便捷,所述L形长距齿条 的一端通过连接螺栓、平垫圈和螺母与气缸连接，气缸用气缸螺钉固定连接在气缸背板。

优选的，所述执行机构包括5mm短齿条、10mm短齿条、平面推板 和齿面推板，所述5mm短齿条和10mm短齿条通过齿条上部的口字型凸台 可与平面推板或齿面推板活动连接，齿条的下部与L形长距齿条互相啮 合连接，防止滑动，短齿条和推板均设置了两种规格的模块，使整套机 构具备一定柔性，其作用:(1)L形长距齿条2的相邻齿问距设置为10mm， 适用于轮廓尺寸相差10mm倍数的不同工件侧向夹紧需求，因此优先选用 lOmm短齿4，当不同工件14的轮廓尺寸相差小于lOmm倍数时，使用5mm 短齿条3来保证工件的侧向夹紧；(2)平面推板5适用于对表面不允许 有划痕、压痕要求的工件，同时推板上还设置了M6、M8、MI0、M12共四 种规格的螺纹底孔，实现快速简单的将各种形状的附加元件安装到推板上，有效扩大平面推板5的使用范围，另外，平面推板5的光面也可根 据夹紧工件的材料、壁厚等选择粘贴橡胶或塑料软板，保护工件表面的 同时满足侧向夹紧需求。齿面推板6其端面采用齿形面，在夹紧工件时可以提供更高的夹紧力，增加工件在加工过程中的稳定性。

虽然利用带液压缸或电磁推杆的夹紧装置也可实现工件的侧向夹紧 功能，但液压缸随着使用年限的增加，其漏油的缺陷将影响运动精度和 平稳性，为了满足液压系统的保压，夹紧装置结构相对复杂，同时对制 造工艺要求较高，生产制造成本居高不下，电磁推杆作为精密机械其对使用环境要求较高，同样存在后粗维护成本相对较高，气缸的气动反应 迅速，管路不易堵塞，采用气动结构的夹紧装置结构简单，制造容易， 具有成本低廉、后期维护简单的优势。

另外对使用环境要求相对较低，可在易燃易爆、多尘、油污和强磁、 辐射、振动等恶劣环境下使用，可靠性优于液压、电子和电气系统。因 此本发明装置具有制造成本低，结构简单，使用操作快捷，夹紧效果显 著的特点。

优选的，所述压紧螺钉用于气缸在推动L形长距齿条夹紧工件后， 压紧螺钉通过螺旋副的力传导可微调气缸背板，保证结构的整体稳定性， 防止工件加工过程中因振颤发生失稳；当气路紧急中段或受阻压力降低， 气缸受外界因素无法正常工作时，压紧螺钉可作为机械夹紧方式推动L 形长距齿条对工件实施侧向夹紧，气动和机械夹紧两套模式自动切换， 提高了装置的适用性。

优选的，所述气缸背板上设置四个腰形孔，通过腰形孔长范围调 整，适应不同规格设备或机床的连接固定，气缸背板上设有压紧螺钉。

优选的，所述所述L形长距齿条和齿条导轨均采用了高强度耐磨 工具钢，提高使用寿命。

本发明解决现有常用装夹工具技术手段的不足及多样化结构发 展的产品加工需求，设计了具备半自动化特性的气动夹紧结构。采用 气缸配合齿条调整夹紧方式，可替代利用压板、斜楔夹紧块或偏心夹 紧块等与螺旋副夹紧的方式，使工件的侧向夹紧简单快捷、缩短加工 准备时间，降低工人劳动强度。全新工艺装备的设计提供气动夹紧和手动夹紧两种模式的切换，降低工件加工过程中操作风险。

本发明可实现工件的快速侧向夹紧，工装的主体结构下沉在设备 的工作平台或机床平台下，对工件及刀具、设备等无干涉影响。替代人工夹紧施力，使工件在加工过程中速度可控、平稳，运动位置准确， 降低对操作工技术水平依赖度，工装的装夹操作简单，有效改善工人 劳动强度，由原来的两人协同操作改为单人操作完成，工件加工前的 准备时间可由10-20min缩短至5-10min。

该套工艺装备经车间使用验证后效果明显，能够满足工件加工时 的侧向夹紧要求，在加工过程中能够实现工件的高效、高质量加工， 工件表面质量优良无压痕和划痕，该工艺装备的应用有助于提高生产 效率和质量控制。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法 的结构示意图；

图2为本发明提出的一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法 的气缸与长距齿条局部结构示意图；

图3为本发明提出的一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法 的长距齿条与推板局部结构示意图；

图4为本发明提出的一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法 在工作平台的应用示意图。

图中：1、齿条导轨；2、长距齿条；3、5mm短齿条；4、10mm短 齿条；5平面推板；6、齿面推板；7、气缸背板；8、气缸；9、压紧 螺钉；10、气缸螺钉；11、连接螺栓；12、平垫圈；13、螺母；14、 工件；15、工作平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。

实施例

参照图1-4，一种用于侧向快速夹紧的气动装置及方法，包括直 线运动机构、执行机构、压紧螺钉9、气缸螺钉10、连接螺栓11、平垫 圈12、螺母13、工件14和工作平台15，所述直线运动机构包括齿条 导轨1、L形长距齿条2气缸背板7和气缸8，L形长距齿条2与齿条导轨1的T形槽通过精密配合连接，所述L形长距齿条2安装位置低于 齿条导轨1的上表面，齿条导轨2上设置两排销钉孔和沉头螺栓孔， 为快速安装工作平台15提供便捷,所述L形长距齿条2的一端通过连接螺栓11、平垫圈12和螺母13与气缸8连接，气缸8用气缸螺钉 10固定连接在气缸背板7。

本实施例中，所述执行机构包括5mm短齿条3、10mm短齿条4、平 面推板5和齿面推板6，所述5mm短齿条3和10mm短齿条4通过齿条上 部的口字型凸台可与平面推板5或齿面推板6活动连接，齿条的下部与L 形长距齿条2互相啮合连接，防止滑动，短齿条和推板均设置了两种规 格的模块，使整套机构具备一定柔性，其作用:1L形长距齿条2的相邻齿 问距设置为10mm，适用于轮廓尺寸相差10mm倍数的不同工件侧向夹紧需 求，因此优先选用lOmm短齿4。当不同工件的轮廓尺寸相差小于lOmm倍 数时，使用5mm短齿条3来保证工件的侧向夹紧；2平面推板5适用于对 表面不允许有划痕、压痕要求的工件，同时推板上还设置了M6、M8、MI0、 M12共四种规格的螺纹底孔，实现快速简单的将各种形状的附加元件安装 到推板上，有效扩大平面推板5的使用范围。另外，平面推板5的光面 也可根据夹紧工件的材料、壁厚等选择粘贴橡胶或塑料软板，保护工件表面的同时满足侧向夹紧需求。齿面推板6其端面采用齿形面，在夹紧 工件时可以提供更高的夹紧力，增加工件在加工过程中的稳定性。

虽然利用带液压缸或电磁推杆的夹紧装置也可实现工件的侧向夹紧 功能，但液压缸随着使用年限的增加，其漏油的缺陷将影响运动精度和 平稳性，为了满足液压系统的保压，夹紧装置结构相对复杂，同时对制 造工艺要求较高，生产制造成本居高不下，电磁推杆作为精密机械其对 使用环境要求较高，同样存在后粗维护成本相对较高，气缸的气动反应迅速，管路不易堵塞，采用气动结构的夹紧装置结构简单，制造容易， 具有成本低廉、后期维护简单的优势。

另外对使用环境要求相对较低，可在易燃易爆、多尘、油污和强磁、 辐射、振动等恶劣环境下使用，可靠性优于液压、电子和电气系统。因 此本发明装置具有制造成本低，结构简单，使用操作快捷，夹紧效果显 著的特点。

本实施例中，所述压紧螺钉10用于气缸8在推动L形长距齿条 2夹紧工件后，压紧螺钉10通过螺旋副的力传导可微调气缸背板7，保 证结构的整体稳定性，防止工件14加工过程中因振颤发生失稳；当气路 紧急中段或受阻压力降低，气缸8受外界因素无法正常工作时，压紧螺 钉10可作为机械夹紧方式推动L形长距齿条2对工件14实施侧向夹紧， 气动和机械夹紧两套模式自动切换，提高了装置的适用性。

本实施例中，所述气缸背板7上设置四个腰形孔，通过腰形孔长 范围调整，适应不同规格设备或机床的连接固定，气缸背板7上设有 压紧螺钉10。

本实施例中，所述所述L形长距齿条2和齿条导轨1均采用了高 强度耐磨工具钢，提高使用寿命。

本实施例中，工件14加工前，按照具体操作工序先对工件14在工 作平台15上进行定位调整，同时确认装置与工作平台15的连接稳定性 和外接气路的通畅性，以及压力表正常运行，工件定位完成后，根据工 件14外形、材料、加工设备等选取装置上的推板类型及短齿条规格，调 整短齿条与L形长距齿条2的啮合位置后固定，对于非金属材质的工件可在推板与工件的接触面粘接软橡胶，然后启动气路开关，气缸8推杆 带动L形长距齿条2在齿条导轨1上做线性运动，保证推板侧向夹紧工 件，夹紧后检查工件整体装夹情况，确保加工过程的平稳性与连续 性。

工件加工过程中气缸8处工作状态，自动保压与夹紧工件，无需工 人干预，加工完成后首先关闭气缸8开关，使气缸8带动推板缓慢退出，为工件的下架提供通路，工件经检验确认工序无误后，从工作平台下架 后即可关闭整个气路，气缸8回归零位，工件加工完成，工件如需进行 二次加工，夹紧操作过程重复上述步骤即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改 变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于侧向快速夹紧的气动装置，包括直线运动机构、执行机构、压紧螺钉(9)、气缸螺钉(10)、连接螺栓(11)、平垫圈(12)、螺母(13)、工件(14)和工作平台(15)，其特征在于，所述直线运动机构包括齿条导轨(1)、L形长距齿条(2)气缸背板(7)和气缸(8)，L形长距齿条(2)与齿条导轨(1)的T形槽通过精密配合连接，所述L形长距齿条(2)安装位置低于齿条导轨(1)的上表面，齿条导轨(1)上设置两排销钉孔和沉头螺栓孔，为快速安装于工作平台(15)提供便捷,所述L形长距齿条(2)的一端通过连接螺栓(11)、平垫圈(12)和螺母(13)与气缸(8)连接，气缸(8)用气缸螺钉(10)固定连接在气缸背板(7)上，所述执行机构包括5mm短齿条(3)、10mm短齿条(4)、平面推板(5)和齿面推板(6)，所述5mm短齿条(3)和10mm短齿条(4)通过齿条上部的口字型凸台与平面推板(5)或齿面推板(6)活动连接，齿条的下部与L形长距齿条(2)互相啮合连接，防止滑动，短齿条和推板均设置了两种规格的模块，使整套机构具备一定柔性，所述压紧螺钉(10)用于气缸(8)在推动L形长距齿条(2)夹紧工件后，压紧螺钉(10)通过螺旋副的力传导微调气缸背板(7)，保证结构的整体稳定性，防止工件(14)加工过程中因振颤发生失稳；当气路紧急中断或受阻压力降低，气缸(8)受外界因素无法正常工作时，压紧螺钉(10)作为机械夹紧方式推动L形长距齿条(2)对工件(14)实施侧向夹紧，气动和机械夹紧两套模式自动切换，提高了装置的适用性，所述气缸背板(7)上设置四个腰形孔，通过腰形孔长范围调整，适应不同规格设备或机床的连接固定，气缸背板(7)上设有压紧螺钉(10)。

2.根据权利要求1所述的一种用于侧向快速夹紧的气动装置，其特征在于，所述L形长距齿条(2)和齿条导轨(1)均采用了高强度耐磨工具钢，提高使用寿命。

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