CN208628999U - 含能材料自动加工的柔性翻转工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含能材料自动加工的柔性翻转工装，该翻转工装包括机床回转工作台，升降台，内环，外环，夹具座，内环端盖，气动钳口，销柱，异型件，齿条，锁紧螺钉和限位杆，基于柱形凸轮和齿轮机构的耦合设计，并对MATRIX柔性钳口进行改造，借助机床自身资源实现整套工装的柔性装夹和自动翻转功能。本实用新型具有结构简单，使用方便，柔性装夹，防护可靠，机构集约，性能稳定等特点，能显著提高生产效率，增强安全防护能力，可满足异型含能零部件的柔性可靠夹持和安全、高效加工需求。

Description

含能材料自动加工的柔性翻转工装

技术领域

本实用新型属于含能材料机械加工及工装设计领域，具体涉及一种适于含能材料自动化加工的柔性夹持翻转工装。

背景技术

鉴于众多异型含能材料部件可靠装夹、自动翻转的功能需求，特别是出于安全防护的考虑，目前很多常规夹持(如卡盘、吸盘等)和人工翻转方法很大程度上限制了含能材料生产效率和自动化水平的提高。因而，基于柔性夹持技术和机构耦合设计理念，充分利用现场资源(数控动力、辅助空间等)对于异型含能部件在机自动化夹持和翻转提供专用工装，可以有效提高生产效率、减少人为干预，提升加工安全性。传统的吊装式或机械手协调式自动翻转方法虽然具有一定的应用，但仍然存在一些问题，如夹持工件尺寸、构型较为单一，非标工装结构复杂难于自动化实现，工装结构裸露缺乏系统异常防护能力，产品翻转和转运过程需要大量人工干预(拆卸工装、人工找正、机外操作等)，缺乏柔性和通用性难以满足多品种小批量部件加工要求。这些问题都会对含能部件加工精度、生产效率和装卡安全性造成一定影响。

目前，限于含能材料机械加工与装卡的特殊应用，很少有针对该领域的标准或通用工装开发，特别是对于需要翻转加工的具有内外型腔的含能部件而言，更多依靠工序细化、人工干预、简易工装设计等办法才能解决。经过长期实践和深入调研发现，市场上现有：瑞典System 3R公司的Refix系统、德国Hainbuch敏捷快换系统、瑞士-威博VB的零点定位系统、意大利M.CONT柔性单元、德国SCHUNK敏捷快换系统、以及德国Das Matrix系统等多类夹持技术解决单元，但大都局限在金属或常规材料部件的装夹应用当中，并且仅提供标准结构块，需要进行针对性的二次开发或设计才能适用于含能部件的加工。其中，MATRIX柔性夹持系统已广泛获得市场认可，2006年被授予德国联邦革新奖(Landes-innovationspreis)，该产品采用独立的不锈钢钢针在极轻的作用力下瞬间成型，能够以多点矩阵结构稳定、便捷地支撑任意自由曲面，模块体采用高强度铝合金制成表面有阳极保护膜，避免冲击而损伤工件表面，且各模块间可以自由拼接和互换。若能将其与自动翻转工装钳口配合使用，即可同时解决异型含能部件的柔性装夹和翻转问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种适于含能材料自动化加工的柔性夹持翻转工装，主要用于多品种、小批量含能部件的柔性、高效精密机械加工之中，以解决异型含能部件内、外型面加工时需要柔性夹持和在位翻转等繁冗操作带来的效率和加工安全问题。通过机床回转台和柔性翻转工装的协调作用，实现异型含能部件的自动翻转、快速定位功能，大幅简化了操作流程，提高了加工的整体安全性。该装置具有结构简单，使用方便，柔性装夹，防护可靠，机构集约，性能稳定等特点，能显著提高生产效率，增强安全防护能力，以满足异型含能零部件的柔性可靠夹持和安全、高效加工需求。

为解决前文所述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，包括机床回转工作台、内环、外环、夹具座、气动钳口和磁力锁紧销柱，所述内环通过螺钉固定在机床回转工作台上，内环的侧壁进行开槽设计，槽内布置齿条；所述外环包括柱形凸轮和固定在柱形凸轮顶部的内环端盖，柱形凸轮以间隙配合方式套在内环外部，外环由内环端盖限制其轴向移动，但外环能绕轴向自由回转，所述外环的相对的两侧开设凸轮槽；所述夹具座分为左右对称的两部分，通过连板机械固定为一体，单边夹具座由齿轮轴、齿轮和凸轮滚子组装形成，凸轮滚子固定在齿轮轴末端，齿轮轴穿过内环侧壁使凸轮滚子位于外环的凸轮槽中，齿轮设计在齿轮轴上，并位于内环侧壁的槽中，与槽内布置的齿条啮合；凸轮滚子与凸轮槽形成配合机构、齿轮与齿条形成配合机构，两种配合机构协调运动实现夹具座的自动翻转；气动钳口和磁力锁紧销柱采用MATRIX柔性钳口标准单元，通过螺纹固定方式定位于夹具座上，气动钳口吹气推动磁力锁紧销柱缓动伸出，自适应触及异型件的表面，锁紧磁力开关完成对异型件的定位，螺纹微幅推进气动钳口夹紧异型件。

所述的适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，其结构还包括升降台，所述升降台固定安装在机床回转工作台上，升降台上端面设计有环形吸盘；所述机床回转工作台中心开设过孔，布置有旋转电气滑环为升降台提供电控和吸附动力。

所述的适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，其外环的一侧的凸轮槽水平翻转后能够与另一侧的凸轮槽形状完全重合，并且凸轮槽的形状是呈“S”型的中心对称图形，该凸轮槽的曲线选用简谐运动规律设计，外环两侧的凸轮槽映射到同一平面时两个凸轮槽影像交叉且中心重合。

所述的适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，其外环侧壁上开设螺纹通孔用于安装锁紧螺钉，锁紧螺钉将内环和外环锁紧，所述锁紧螺钉末端开设套口螺纹用于连接限位杆。

所述的适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，其限位杆能够伸缩和拆卸。

所述的适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，其限位杆与机床通过扣锁进行机械锁紧，使柔性翻转工装与机床床身固定连接；低速顺时针启动回转工作台，使之带动内环一起回转，此时凸轮滚子与凸轮槽形成配合机构拉动夹具座的齿轮轴向下移动，同时齿轮与齿条形成配合机构转动使夹具座翻转。

所述的适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，其夹具座的翻转过程通过反转机床回转工作台完成逆向翻转。

所述的适于含能材料自动加工的柔性翻转工装，其内环的侧壁开设的槽是在内环侧壁的大径位置开设“凹”字形的对称导向槽，两个槽口顶端均为开通，每个槽口内安装一根固定齿条，并且同一槽口对侧间隙有余，防止齿轮轴卡死，“凹”字形的对称导向槽的槽口与齿轮轴配合设计，同时实现对齿轮轴的导向和轴向定位。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

(1)本实用新型的柔性夹持翻转工装实现了对异型含能部件自动化生产的功能需求，可以针对多种规格形状尺寸零件进行自适应地可靠装卡，通过改造MATRIX柔性钳口标准单元可以快速调整夹持力度，且更换操作便捷。

(2)本实用新型的柔性夹持翻转工装不需重新定位校正，解决了以往含能部件小批量加工中，为适应不同尺寸工件装卡需要频繁更换吸盘、重复安装与校正、人工翻转等繁杂操作，提高了异型零件的装卡精度(重复精度≦5μm)和自动化水平。

(3)本实用新型的柔性夹持翻转工装具有使用方便，柔性装夹，防护可靠，机构集约，性能稳定等特点，可通过设计不同的凸轮轮廓曲线调整工装的整体运行平稳性，复合集约式的机构组合使得该工装具有较好的含能部件本质安全防护性，这些都有利于含能材料的安全、高效加工。

附图说明

图1为本实用新型适于含能材料自动加工的柔性翻转工装的立体结构示意图。

图2为本实用新型适于含能材料自动加工的柔性翻转工装的全剖主视图，示意出其柔性夹持与翻转的工作原理。

图3为图2的外观主视图，示意出凸轮设计原理及其自动翻转实现方式。

图4为图3的半剖俯视图，示意出各部件之间的位置关系。

图中对应的附图标记名称如下：

1-机床回转工作台，2-升降台，3-内环，4-外环，5-夹具座，6-内环端盖，7-气动钳口，8-磁力锁紧销柱，9-异型件，10-齿条，11-锁紧螺钉，12-限位杆，13-螺钉，14-侧壁，15-柱形凸轮，16-凸轮槽，17-连板，18-齿轮轴，19-齿轮，20-凸轮滚子，21-环形吸盘，22-“凹”字形对称导向槽。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1和图3示出了本实用新型适于含能材料自动加工的柔性翻转工装的外部轮廓，图2和图4示出了其内部结构。该柔性翻转工装包括机床回转工作台1、内环3、外环4、夹具座5、气动钳口7和磁力锁紧销柱8，内环3下部向外延伸形成螺钉可以固定的安装环，通过螺钉13固定在机床回转工作台1上，内环内部的空腔用于安装升降台2和锁紧异型件9的其他机构，内环的侧壁14进行开槽设计，用于布置齿轮-齿条机构和可靠导向功用，槽内布置齿条10；外环4包括柱形凸轮15和内环端盖6，内环端盖6固定在柱形凸轮的顶部。柱形凸轮15以间隙配合方式套在内环3外部，外环4由内环端盖6限制其轴向移动，但外环4能绕轴向自由回转。外环4的相对的两侧开设凸轮槽16。夹具座5分为左右对称的两部分，这两部分通过连板17机械固定为一体，单边夹具座由齿轮轴18、齿轮19和凸轮滚子20组装形成，凸轮滚子20固定在齿轮轴18末端，齿轮轴18穿过内环侧壁14使凸轮滚子20位于外环的凸轮槽16中，齿轮19设计在齿轮轴18上，并位于内环侧壁的槽中，与槽内布置的齿条10啮合；凸轮滚子与凸轮槽形成配合机构、齿轮与齿条形成配合机构，两种配合机构协调运动实现夹具座5的自动翻转；气动钳口7和磁力锁紧销柱8采用MATRIX柔性钳口标准单元，通过螺纹固定方式定位于夹具座5上，从而实现对异型含能部件的柔性夹持功能，具体操作是：气动钳口7吹气推动磁力锁紧销柱8缓动伸出，自适应触及异型件9的表面，此时锁紧磁力开关即可完成对异型件9的定位，再旋转夹具座上的螺纹微幅推进气动钳口7夹紧异型件9。

本实用新型适于含能材料自动加工的柔性翻转工装还包括升降台2，升降台具有自动控制和定位功能，升降台2固定安装在机床回转工作台1上，升降台2上端面设计有环形吸盘21，用以实现对异型件内型腔和外端面的吸紧和定位功能；所述的柔性翻转工装借助机床回转工作台的回转功能以给整个机构实施提供动力，机床回转工作台1的中心开设过孔，用于布置旋转电气滑环为升降台提供电控和吸附动力。

外环的一侧的凸轮槽水平翻转后能够与另一侧的凸轮槽形状完全重合，并且凸轮槽的形状是呈“S”型的中心对称图形，外环两侧的凸轮槽映射到同一平面时两个凸轮槽影像交叉且中心重合，该凸轮槽的曲线选用简谐运动规律设计，以减小刚性冲击，使夹具体翻转运行平稳，提高系统可靠性。

外环侧壁上开设螺纹通孔用于安装锁紧螺钉11，锁紧螺钉将内环和外环锁紧，锁紧螺钉末端开设套口螺纹用于连接限位杆12。限位杆能够伸缩和拆卸，利于机构定位，避免空间干涉。限位杆通过锁紧螺钉安装于工装外环后，限位杆与机床内部特定位置的扣锁进行机械锁紧，使柔性翻转工装与机床床身固定连接；低速顺时针启动回转工作台，使之带动内环一起回转，此时凸轮滚子与凸轮槽形成配合机构拉动夹具座的齿轮轴向下移动，同时齿轮与齿条形成配合机构转动使夹具座翻转。待夹具翻转完成后，自动调节升降台，实现对异型件的端面装夹，最后通过旋转锁紧螺钉将工装的外环与内环锁紧，实现对夹具体的全约束，压缩或拆卸限位杆即可继续进行加工操作。夹具座的翻转过程通过反转机床回转工作台可完成逆向翻转。

内环的侧壁开设的槽是在内环侧壁的大径位置开设“凹”字形的对称导向槽22，两个槽口顶端均为开通，每个槽口内安装一根固定齿条，并且同一槽口对侧间隙有余，防止齿轮轴卡死，“凹”字形的对称导向槽的槽口与齿轮轴配合设计，同时实现对齿轮轴的导向和轴向定位。

尽管这里参照本实用新型的解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于包括机床回转工作台(1)、内环(3)、外环(4)、夹具座(5)、气动钳口(7)和磁力锁紧销柱(8)，所述内环通过螺钉(13)固定在机床回转工作台(1)上，内环的侧壁(14)进行开槽设计，槽内布置齿条(10)；所述外环包括柱形凸轮(15)和固定在柱形凸轮顶部的内环端盖(6)，柱形凸轮(15)以间隙配合方式套在内环(3)外部，外环由内环端盖限制其轴向移动，但外环能绕轴向自由回转，所述外环的相对的两侧开设凸轮槽(16)；所述夹具座(5)分为左右对称的两部分，通过连板(17)机械固定为一体，单边夹具座由齿轮轴(18)、齿轮(19)和凸轮滚子(20)组装形成，凸轮滚子(20)固定在齿轮轴(18)末端，齿轮轴(18)穿过内环侧壁使凸轮滚子(20)位于外环的凸轮槽(16)中，齿轮(19)设计在齿轮轴(18)上，并位于内环侧壁的槽中，与槽内布置的齿条(10)啮合；凸轮滚子与凸轮槽形成配合机构、齿轮与齿条形成配合机构，两种配合机构协调运动实现夹具座(5)的自动翻转；气动钳口(7)和磁力锁紧销柱(8)采用MATRIX柔性钳口标准单元，通过螺纹固定方式定位于夹具座(5)上，气动钳口(7)吹气推动磁力锁紧销柱(8)缓动伸出，自适应触及异型件(9)的表面，锁紧磁力开关完成对异型件(9)的定位，螺纹微幅推进气动钳口(7)夹紧异型件(9)。

2.根据权利要求1所述的含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于还包括升降台(2)，所述升降台固定安装在机床回转工作台(1)上，升降台上端面设计有环形吸盘(21)；所述机床回转工作台中心开设过孔，布置有旋转电气滑环为升降台提供电控和吸附动力。

3.根据权利要求1所述的含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于所述外环的一侧的凸轮槽水平翻转后能够与另一侧的凸轮槽形状完全重合，并且凸轮槽的形状是呈“S”型的中心对称图形，该凸轮槽的曲线选用简谐运动规律设计，外环两侧的凸轮槽映射到同一平面时两个凸轮槽影像交叉且中心重合。

4.根据权利要求1所述的含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于所述外环侧壁上开设螺纹通孔用于安装锁紧螺钉(11)，锁紧螺钉将内环和外环锁紧，所述锁紧螺钉末端开设套口螺纹用于连接限位杆(12)。

5.根据权利要求4所述的含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于所述限位杆能够伸缩和拆卸。

6.根据权利要求4所述的含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于所述限位杆与机床通过扣锁进行机械锁紧，使柔性翻转工装与机床床身固定连接；低速顺时针启动回转工作台，使之带动内环一起回转，此时凸轮滚子与凸轮槽形成配合机构拉动夹具座的齿轮轴向下移动，同时齿轮与齿条形成配合机构转动使夹具座翻转。

7.根据权利要求6所述的含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于夹具座的翻转过程通过反转机床回转工作台完成逆向翻转。

8.根据权利要求1所述的含能材料自动加工的柔性翻转工装，其特征在于内环的侧壁开设的槽是在内环侧壁的大径位置开设“凹”字形的对称导向槽(22)，两个槽口顶端均为开通，每个槽口内安装一根固定齿条，并且同一槽口对侧间隙有余，防止齿轮轴卡死，“凹”字形的对称导向槽的槽口与齿轮轴配合设计，同时实现对齿轮轴的导向和轴向定位。