CN203019054U - 一种夹持力自动调节夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种夹持力自动调节夹具。包括有夹具、夹持力检测装置、A/D转换器、中央处理单元、电机控制器、电机驱动器、控制电机，其中夹具包括有夹具体、调节螺母及调节螺杆，其中夹具体上设有装夹槽，调节螺母装设在夹具体所设装夹槽的一侧或两侧，调节螺杆穿过调节螺母的螺纹孔组成螺旋传动副，且调节螺杆与控制电机的输出轴连接，夹持力检测装置装设在夹具体上，夹持力检测装置的信号输出端通过A/D转换器与中央处理单元的信号输入端连接，中央处理单元的信号输出端与电机控制器的信号输入端连接，电机控制器的信号输出端通过电机驱动器与控制电机电连接。本实用新型设计巧妙，结构简单，能调节夹持力,且操作简单。

Description

一种夹持力自动调节夹具

技术领域

本实用新型是一种夹持力自动调节夹具，属于夹持力自动调节夹具的改造技术。 

背景技术

现有的夹具一般都不能调节夹持力，以致在夹持过程中会出现夹持力不够的情况，使工件不能有效加紧，工件在加工过程中出现偏移，直接影响加工质量；或出现夹持力过大的情况，严重时会夹坏工件。 

发明内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种设计巧妙，结构简单，能调节夹持力的夹持力自动调节夹具。本实用新型的操作简单，方便实用。 

本实用新型的技术方案是：本实用新型的夹具夹持力自动调节系统，包括有夹具、夹持力检测装置、A/D转换器、中央处理单元、电机控制器、电机驱动器、控制电机，其中夹具包括有夹具体、调节螺母及调节螺杆，其中夹具体上设有装夹槽，调节螺母装设在夹具体所设装夹槽的一侧或两侧，调节螺杆穿过调节螺母的螺纹孔组成螺旋传动副，且调节螺杆与控制电机的输出轴连接，夹持力检测装置装设在夹具体上，夹持力检测装置的信号输出端通过A/D转换器与中央处理单元的信号输入端连接，中央处理单元的信号输出端与电机控制器的信号输入端连接，电机控制器的信号输出端通过电机驱动器与控制电机电连接。 

上述夹持力检测装置为应变片，应变片粘贴在夹具上。 

上述中央处理单元为单片机。 

上述中央处理单元还连接有显示装置。 

上述中央处理单元通过蓄电池供电。 

上述调节螺杆与控制电机之间还设有联轴器。 

本实用新型由于采用设有夹持力检测装置的结构，且通过中央处理单元及电机控制器和电机驱动器使控制电机根据所测夹持力做正转或反转，以达到调节夹持力的目的，本实用新型设计巧妙，结构简单，能调节夹持力。此外，本实 用新型夹持力自动调节夹具的调整方法操作简单。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的夹持力自动调节夹具及其调整方法。 

附图说明

图1为本实用新型的整体图； 

图2为本实用新型夹具体的正视图； 

图3为本实用新型夹具体的侧视图； 

图4为本实用新型的PID控制流程图； 

图5为本实用新型的加工零件的正视图； 

图6为本实用新型的加工零件的侧视图。 

具体实施方式

实施例： 

本实用新型的结构示意图如图1所示，本实用新型的夹具夹持力自动调节系统，包括有夹具1、夹持力检测装置2、A/D转换器3、中央处理单元4、电机控制器5、电机驱动器6、控制电机7，其中夹具1包括有夹具体11、调节螺母及调节螺杆13，其中夹具体11上设有装夹槽，调节螺母装设在夹具体11所设装夹槽的一侧或两侧，调节螺杆13穿过调节螺母的螺纹孔组成螺旋传动副，且调节螺杆13与控制电机7的输出轴连接，夹持力检测装置2装设在夹具体11上，夹持力检测装置2的信号输出端通过A/D转换器3与中央处理单元4的信号输入端连接，中央处理单元4的信号输出端与电机控制器5的信号输入端连接，电机控制器5的信号输出端通过电机驱动器6与控制电机7连接。 

上述夹持力检测装置2为应变片，应变片粘贴在夹具1上。 

上述中央处理单元4为单片机。 

上述中央处理单元4还连接有显示装置10。 

上述中央处理单元4通过蓄电池8供电。 

上述调节螺杆13与控制电机7之间还设有联轴器14。 

本实用新型夹具夹持力自动调节系统的调节方法，包括如下步骤： 

1）零件装入夹具1后，在夹具1上安装夹持力检测装置2； 

2）夹持力检测装置2检测夹具1夹持力的大小，并将信号经过A/D转换器3输入到中央处理单元4； 

3）中央处理单元4与预设值进行比较，若有差异，则通过电机控制器5及电机驱动器6将控制信号输出至控制电机7，控制电机7带动调节螺杆13旋转，相应调节螺母移动，调节螺母带动夹具1的装夹槽移动来调整夹具上的夹持力大小，使其保持在预设值的要求范围。 

上述对控制电机7的控制方法是采用模糊PID控制，首先进行PID参数初始化，PID参数包括有K_p、K_i、K_d，取压力初始值，按PID控制原理以及压力控制特性计算当前的K_p、K_i、K_d，然后输出到电机进行夹紧力的控制，不断根据当前计算的压力值与给定值调整，多次重复，直到最接近的压力值，达到稳定自动调整夹具压力的目的。 

本实用新型夹具夹持力自动调节系统的调节方法，上述控制电机的控制方法是采用模糊PID控制，夹具检测压力值与给定压力值进行比较，把比较得到的差值信号经过控一定规律的计算后得到相应的控制值，将控制量送给控制系统进行相应的控制，不停地进行上述工作，从而达到自动调节的目的。即表现为当控制步进电机正向转动时，实现夹紧功能；当控制步进电机反向转动时，则实现松开功能。 

图5为夹具内部PID控制流程图，程序启动后，首先进行PID参数初始化，最主要的是K_p、K_i、K_d的初始化，然后进入控制循环体。首先取压力初始值，按PID控制原理以及压力控制特性计算当前的K_p、K_i、K_d，然后输出到电机进行夹紧力的控制，不断根据当前计算的压力值与给定值调整，多次重复，直到最接近的压力值，达到稳定自动调整夹具压力的目的。 

模糊PID控制原理： 

模糊自适应PID控制是以误差e和误差变化ec作为输入，并找出PID三参数与e和ec之间的模糊关系图，根据模糊控制原理对三参数进行在线修改，从而使被控对象有良好的动、静态性能。 

1）模糊语言变量 

以误差e以及误差变化率ec作为输入，而输出分别为PID的三参数。 

2）模糊整定控制表 

根据实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到K_p、K_i和K_d三参数分别整定的模糊控制表。 

表1k_p模糊规则表 

表2k_i模糊规则表 

表3k_d模糊规则表 

3）计算当前K_p、K_i、K_d值 

本文为双输入，三输出的模糊控制器。将e和ec的变化范围定义为模糊集上的论域。 

e={-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5} 

ec={-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5} 

其模糊子集为： 

e={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ec={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB} 

式中：NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表扩充零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大。并均选取高斯分布作为隶属函数分布，由此可得各模糊子集的隶属度。然后根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵，查出修正参数代入下列各式计算： 

$K_p=K_p^{*}+\{e_i,{\mathrm{ec}}_i\}p;$

$K_i=K_i^{*}+\{e_i,{\mathrm{ec}}_i\}i;$

$K_d=K_d^{*}+\{e_i,{\mathrm{ec}}_i\}d;$

式中：

和

为PID参数的初始值，K_p、K_i和K_d为最终应PID参数的取值。 

Claims (6)

1.一种夹持力自动调节夹具，其特征在于包括有夹具（1）、夹持力检测装置（2）、A/D转换器（3）、中央处理单元（4）、电机控制器（5）、电机驱动器（6）、控制电机（7），其中夹具（1）包括有夹具体（11）、调节螺母及调节螺杆（13），其中夹具体（11）上设有装夹槽，调节螺母装设在夹具体（11）所设装夹槽的一侧或两侧，调节螺杆（13）穿过调节螺母的螺纹孔组成螺旋传动副，且调节螺杆（13）与控制电机（7）的输出轴连接，夹持力检测装置（2）装设在夹具体（11）上，夹持力检测装置（2）的信号输出端通过A/D转换器（3）与中央处理单元（4）的信号输入端连接，中央处理单元（4）的信号输出端与电机控制器（5）的信号输入端连接，电机控制器（5）的信号输出端通过电机驱动器（6）与控制电机（7）电连接。

2.根据权利要求1所述的夹持力自动调节夹具，其特征在于上述夹持力检测装置（2）为应变片，应变片粘贴在夹具（1）上。

3.根据权利要求1所述的夹持力自动调节夹具，其特征在于上述中央处理单元（4）为单片机。

4.根据权利要求1所述的夹持力自动调节夹具，其特征在于上述中央处理单元（4）还连接有显示装置（10）。

5.根据权利要求1所述的夹持力自动调节夹具，其特征在于上述中央处理单元（4）通过蓄电池（8）供电。

6.根据权利要求1所述的夹持力自动调节夹具，其特征在于上述调节螺杆（13）与控制电机（7）之间还设有联轴器（14）。

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