CN115466952A - 夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种夹具，该夹具用于激光熔覆工艺中轴类工件的装夹，包括：座部，用于所述夹具在激光熔覆工艺设备上的安装，该座部上设有轴线水平的轴孔；摆臂，通过与所述轴孔配合的轴安装在所述座部上，而具有绕轴孔轴线摆动的自由度，摆臂的摆转平面为竖直面；卡盘，安装在所述摆臂的末端，用于夹持轴类工件的一端。基于本发明的夹具适于轴类工件装夹。
Description
技术领域
本发明涉及一种夹具，适用于激光熔覆工艺中轴类工件的装夹。
背景技术
激光熔覆工艺已经成为一种比较成熟且应用较为广泛的工艺，激光熔覆工艺适用性相对较广，所适用工件包括轴类工件，一般轴类工件具有相对较大的长径比，且轴端往往具有圆柱外廓。
目前常用的激光熔覆工艺夹具多为适用于板类或者块类工件的夹具，而没有专用于轴类工件的夹具。轴类外廓通常为回转体，在机加工领域普遍使用卡盘、顶尖等进行装夹，但因考虑的条件不同，机加工领域通常采用两卡盘、两顶尖或者一顶尖一卡盘的组合对轴类工件进行装夹，在于机加工领域通常对装夹可靠性要求比较高，且轴类工件在加工过程中需要有比较高的转速，受技术条件的限制，在激光熔覆领域当前并没有借用机加工领域对轴类工件的装夹方式。原因可能在于，激光熔覆除了对装夹本身有要求外，还对激光束与轴类零件的夹角有要求，受激光束投射方向的限制，应尽量避免激光束直接投射到夹具自身上，而损伤夹具。但机加工领域，轴类零件通常为水平放置，其通常无法实现角度调整，或许因此本领域并没有借用机加工领域所用夹具。
此外，两端装夹方式夹具容易遮盖轴类工件的两端，而影响激光熔覆工艺对轴类工件两端熔覆。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在激光熔覆工艺中适于轴类工件装夹的夹具。
在本发明的实施例中，提供了一种夹具，用于激光熔覆工艺中轴类工件的装夹，包括：
座部，用于所述夹具在激光熔覆工艺设备上的安装，该座部上设有轴线水平的轴孔；
摆臂，通过与所述轴孔配合的轴安装在所述座部上，而具有绕轴孔轴线摆动的自由度，摆臂的摆转平面为竖直面；
卡盘，安装在所述摆臂的末端，用于夹持轴类工件的一端。
可选地，所述卡盘为三爪卡盘或四爪卡盘，且该三爪卡盘或四爪卡盘中的一卡爪在所述摆转平面内位于多夹持轴端的正下侧。
可选地，所述卡盘所配卡爪在用于装夹轴类工件轴端的工作面上设有横纹齿、网纹或橡胶层；
若设有横纹齿，横纹齿的纹向与所夹持轴类工件的轴线方向垂直。
可选地，所述摆臂为方管臂。
可选地，所述轴一端设有用于与联轴器连接的连接部，以用于引入动力。
可选地，若夹具配有独立的动力部件时，该动力部件为与所述联轴器连接的伺服电机。
可选地，所述轴的一端装有手轮。
可选地，所述轴通过超越离合器安装在座部上；
相应地，超越离合器若为单向超越离合器，提供给轴的逆止方向为向下摆的方向，并且该单向超越离合器配有调整结合状态为超越状态的调整机构。
可选地，所述座部构成以滑块，用于与激光熔覆工艺设备侧的直线轨道配合形成轨道滑块副。
可选地，所述座部上设有用于检测轴转角的电位计或旋转编码器。
在本发明的实施例中，基于摆臂通过轴与座部的配合而具有摆动的自由度，在摆臂的末端装有卡盘，以用于轴类工件一端的装夹，由于不同于机加工机床需要面对恶劣的工作条件，如切削力等，对装夹的可靠性要求相对较低，仅一端装夹完全可以满足在激光熔覆工艺中轴类工件对装夹可靠性要求。通过摆臂转角的控制，以适应不同轴段或者轴本身对激光束投射角度的要求。
附图说明
图1为一实施例中夹具一个投影方向的结构示意图。
图2为一实施例中夹具另一个投影方向上的结构示意图。
图3为一实施例中夹具工作状态示意图。
图4为一实施例中夹具工作状态中激光垂直投射状态示意图。
图5为一实施例中夹具工作状态中激光与轴类工件间呈θ角时的示意图。
图中：1.座部，2.轴，3.三爪卡盘，4.摆臂。
31.卡爪。
311.橡胶层。
L.激光束，P.轴类工件；LD.激光器。
θ.激光束与轴类工件轴线的夹角。
具体实施方式
应知，在工件单端装夹时，尤其是轴类工件P，其未被装夹的一端称为末端，被装夹的一端即装夹端。由此可知，末端未被遮挡，可以进行激光熔覆操作。调头后，之前被装夹的一端变成末端而可进行激光熔覆操作。
进而，激光熔覆操作上，对于轴类工件P而言，初次装夹后，对除装夹端外的其余部分激光熔覆完毕后，可以调头再对需要激光熔覆的此前作为装夹端的部分进行激光熔覆。
需知，夹具只是工艺设备中的附件，而通常不单独作为工艺设备。同时应知，在本发明的实施例中重点描述夹具本身的机械部分，应知，对于需要整合如工艺设备的部分，例如传感器等，其功能和效果并不仅在夹具侧完成，往往需要整合入工艺设备中。因此，例如传感器作为夹具的组成，而例如控制器并不是夹具的组成，对于描述夹具的完整性没有任何关系，正如钻头，其需要旋转以完成钻削，但动力端需要钻床提供，对于钻头而言，无需独立配置动力。
如前所述，由于本发明实施例中的夹具用于激光熔覆工艺中轴类工件的装夹，不同于机加工应用，对夹具的夹持能力要求相对较低，在只对轴进行一端装夹时，仍能够具有比较好的装夹可靠性，该装夹可靠性显而易见的是适应激光熔覆工艺的装夹可靠性，而非机加工装夹可靠性。
应知，激光熔覆并不要求夹具实时运动，也不要求轴类工件P实时转动，激光束L本身作用于轴类工件P也不会产生附加载荷，或者产生的附加载荷相对较小（激光适配有介质时），因此在激光熔覆工艺中，单端装夹可以满足轴类工件P对装夹可靠性的要求。
在图1和2例示的结构中，夹具包括座部1、轴2、摆臂4和三爪卡盘3，其中，座部1为基部，用于其他部件的安装，同时座部1也是夹具在激光熔覆工艺设备上安装的安装座。
适配于轴2，座部1上设有轴线水平的轴孔，与轴2配合时所提供的旋转轴线为水平轴线，而借助于轴2装配摆臂4时，摆臂具有竖直面内的摆转自由度。
需知，对于如图5中所示的θ角为激光束与轴类工件轴线的夹角，该夹角最大为90度，此时呈现为图4所示的状态，激光器LD的激光束L垂直于轴类零件P的轴线投射。
显而易见的是所述夹角不宜过小，否则作用于轴类工件P上的光通量不足，因此，所述夹角的最小值不宜小于30度，换言之，摆臂4的摆转范围以60度为极限，通常取45度为最佳，换言之，摆臂4的摆转范围并不大。
另外，摆臂4的摆转平面为竖直面，运动形式简单，但所响应的需求相对合理，基于摆臂4的摆转，使轴类工件P可以满足相对较多形式的激光熔覆工艺条件。
图1和图2例示的结构中采用了三爪卡盘3，在机加工领域常见的卡盘还包括四爪卡盘，两种卡盘均可适用，在本发明的实施例中并不要求摆臂4提供卡盘绕卡盘轴线旋转的自由度，换言之卡盘相对于摆臂4是静态的，在此条件下，以以下方式布置卡盘：
三爪卡盘4或四爪卡盘中的一卡爪31在所述摆转平面内位于所夹持轴端的正下侧，应知，该状态为装夹操作轴类工件P时的状态，即初始状态，对于夹具本身而言，其在激光熔覆工艺设备中是否需要自转的自由度并不在本发明实施例的讨论之列。
卡盘属于机床附件，也是一种标准附件，其由卡盘体、卡爪31和卡爪驱动机构组成，由于其结构属于机械领域的常识，在此不再赘述。卡盘的卡盘体是卡盘的座部，其可以采用可拆连接的方式安装在所述摆臂4的末端，一般采用法兰连接的方式固定在摆臂4的末端。
在一些应用中，卡盘的尾部具有一中心螺杆，因此，摆臂4与该类卡盘间可以直接采用螺纹连接，相应地，摆臂4上与所装配的卡盘轴向开用于与所述螺杆配合的螺纹孔。
如前所述，摆臂4作为夹具的构成并不必然其动力部件需要配置在夹具上，摆臂4摆转的动力可以来自夹具自身的配置，也可以来自熔覆工艺设备的其他配置。
摆臂4在一些实施例中可以作为曲柄摇杆机构中的摇杆，基于四杆机构的杆长关系，可以设定确定的转角范围。而在优选的实施例中，摆臂4的动力来自轴2的传导，基于轴2的转动而实现，转动相对于四杆机构，精度更容易控制。
因此，在优选的实施例中，所述轴2作为驱动轴以用于接入动力，动力部件可以安装在夹具上，也可以外接。
相应地，轴2具有用于与动力部件连接的联轴节，以通过例如联轴器与例如伺服电机进行连接。
伺服电机与上位机进行连接，以通过前馈的方式控制夹具上摆臂4的转角。上位机可以是熔覆工艺设备的控制器、单片机或者其他逻辑控制器件。
为了更好的适配于例如上位机的控制，所述座部1上设有用于检测轴2转角的电位计或旋转编码器。
相应地，电位计或者旋转编码器接入上位机，以将轴1转角的当前值传入上位机。
另外关于动力，还可以来自手动操作，相应地，所述轴2的一端装有手轮，由操作人员手动控制转角。
采用手动操作时，轴2可以适配阻尼结构，以利于手动操作。
而在一些实施例中，所述轴2通过超越离合器安装在座部1上。
相应地，超越离合器若为单向超越离合器，提供给轴2的逆止方向为向下摆的方向，并且该单向超越离合器配有调整结合状态为超越状态的调整机构。从而当轴2调整到位后可以自行锁止当前位置，而需要再进行调整是，所述调整机构放开，轴2可以继续下摆至预定位置，调整机构复位。
为了提高装夹的可靠性，所述卡盘所配卡爪31在用于装夹轴类工件P轴端的工作面上设有横纹齿、网纹或橡胶层311，通过增大摩擦系数的方式提高装夹的可靠性。
若设有横纹齿，横纹齿的纹向与所夹持轴类工件P的轴线方向垂直，以匹配轴类工件P作用于夹具的翻转力矩。
在一些实施例中，所述摆臂4为方管臂，利于建立相对精确地参考系。
在一些实施例中，所述座部1构成滑块，用于与激光熔覆工艺设备侧的直线轨道配合形成轨道滑块副。
Claims (10)
1.一种夹具，用于激光熔覆工艺中轴类工件的装夹，其特征在于，包括：
座部，用于所述夹具在激光熔覆工艺设备上的安装，该座部上设有轴线水平的轴孔；
摆臂，通过与所述轴孔配合的轴安装在所述座部上，而具有绕轴孔轴线摆动的自由度，摆臂的摆转平面为竖直面；
卡盘，安装在所述摆臂的末端，用于夹持轴类工件的一端。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述卡盘为三爪卡盘或四爪卡盘，且该三爪卡盘或四爪卡盘中的一卡爪在所述摆转平面内位于所夹持轴端的正下侧。
3.根据权利要求1或2所述的夹具，其特征在于，所述卡盘所配卡爪在用于装夹轴类工件轴端的工作面上设有横纹齿、网纹或橡胶层；
若设有横纹齿，横纹齿的纹向与所夹持轴类工件的轴线方向垂直。
4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述摆臂为方管臂。
5.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述轴一端设有用于与联轴器连接的连接部，以用于引入动力。
6.根据权利要求5所述的夹具，其特征在于，若夹具配有独立的动力部件时，该动力部件为与所述联轴器连接的伺服电机。
7.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述轴的一端装有手轮。
8.根据权利要求7所述的夹具，其特征在于，所述轴通过超越离合器安装在座部上；
相应地，超越离合器若为单向超越离合器，提供给轴的逆止方向为向下摆的方向，并且该单向超越离合器配有调整结合状态为超越状态的调整机构。
9.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述座部构成以滑块，用于与激光熔覆工艺设备侧的直线轨道配合形成轨道滑块副。
10.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述座部上设有用于检测轴转角的电位计或旋转编码器。
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