CN107309686B - 大型工件夹持装置及夹持系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型工件夹持装置，包含圆环状夹具本体，在夹具本体的内圈设有安装槽，以安装若干可拆卸的夹持单元；夹持单元包含夹持执行装置与夹持驱动装置，夹持驱动装置与夹持执行装置相连，用于驱动夹持执行装置在夹具本体圆环的轴向和/或径向运动；各夹持执行装置沿夹具本体的内圈呈圆周分布；各夹持驱动装置包含与夹具本体固定连接的驱动装置连接部；本发明还提供了一种大型工件夹持系统，包含所述大型工件夹持装置和承载平台，在承载平台平行设置有支撑底座；所述支撑底座设有与夹具本体的外缘匹配的滚动承托槽。本发明的优点在于：实现浮动夹持，在夹持工件时无须反复调整工件的中心位置，也不需要额外辅助支承结构，提高夹持效率。

Description

大型工件夹持装置及夹持系统

技术领域

本发明涉及工装夹具领域，具体涉及大型工件夹持装置及夹持系统。

背景技术

随着科学工业技术的飞速发展，工业制造技术取得了革命性的突破，相应的加工制造、检测、实验等设备性能越来越强大，但与之配套的工件或零部件的装夹工艺未能取得相适应的进步，伴随各类大型工程的实施，大型零部件和部件整体的加工、检测、移动、固定等装夹需求日益突出，现有的工件装夹方式很难完全满足要求。譬如在整个大型圆柱体工件装夹、固定、移动、吊装、整体旋转等要求时，存在诸多共性问题：操作不便，灵活性差，缺乏安全型，精度差，成本高，效率低；对于一些工件表面存在局部凸起的地方的夹持方式可能会对工件表面造成损伤，或是存在夹持力度不均、夹持面与工件表面出现相对位移的情况；为了解决诸如此类问题，有必要进行深入的研究探索。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种实现均匀夹持的适于体积、重量较大圆柱体工件使用的夹持装置以及能灵活使用的大型工件夹持系统。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

大型工件夹持装置，包含圆环状夹具本体，在夹具本体的内圈设有安装槽，以安装若干组可拆卸的夹持单元；夹具本体在其圆环的外圈一侧或还设有用于与外部齿轮啮合传动的传动齿；所述夹持单元包含夹持执行装置与夹持驱动装置，夹持驱动装置与夹持执行装置相连，用于驱动夹持执行装置在夹具本体圆环的轴向和/或径向运动；各夹持执行装置沿夹具本体的内圈呈圆周分布。

进一步的，所述夹具本体在其圆环的外圈一侧设有用于与外部齿轮啮合传动的传动齿。

本发明还提除了一种大型工件夹持系统，包含上述大型工件夹持装置，还包含承载平台，在承载平台平行设置有支撑底座；所述支撑底座设有与夹具本体的外缘匹配的滚动承托槽。

进一步的，在承载平台上设有导轨齿条，相应的，在支撑底座上设有手轮及传动部；手轮的输出与传动部相连，传动部的输出为与齿条匹配的导动齿轮，以通过手轮驱动传动部沿导轨齿条移动支撑底座。

本发明通过多个夹持单元的设计，各夹持单元能够独立驱动对应的夹持执行装置；在设定恒定输出功率或恒定输出力后，各夹持驱动装置对工件的主动夹持力度均衡，从而在整体上能够实现更大的夹持力度，避免对工件表面的局部损伤；且对于非圆的工件柱体结构或工件截面圆心未处于夹具本体轴心位置时，各夹持驱动装置在恒定力输出的情况下将驱动夹持执行装置至工件表面，并以对应力量相抵，即使在旋转过程中，夹持驱动装置由下部旋转至上部也能自适应调整夹持，从而实现浮动夹持，并保持工件和夹持点不发生相对位移；当在整个圆周上分布的夹持单元数量较多时，可增加工件夹紧时的有效接触面积，减小单个夹持点的夹持力以及所需的空间体积和重量，另外，拆卸个别的夹持单元也不会对夹持装置对工件的夹持状态产生影响，对圆柱体工件表面出现与夹持面干涉的形状结构时可方便灵活的进行适应性调整。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

⑴、实现浮动夹持，在夹持工件时无须反复调整工件的中心位置，也不需要额外的工件辅助支承结构或系统，提高夹持效率；

⑵、实现均衡夹持，夹持工件更稳定；

⑶、可量化控制被夹持工件表面夹紧点的临界压强；

⑷、有效避免工件被夹持区域局部凸起对夹持系统的干涉；

⑸、提高工件夹持过程中的安全系数；

⑹、适于多种不同直径近圆柱体工件的夹持。

附图说明

图1为实施例中工件夹持装置的结构示意图。

图2为实施例中工件夹持装置的正视图局部。

图3为实施例中单个夹持单元的结构示意图。

图4为实施例中单个夹持单元的侧视图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是实施例中夹持驱动装置的侧视图。

图7是图6的B-B剖视图。

图8是实施例中工件夹持系统的结构示意图。

图9是实施例中支撑底座正视图。

图10是实施例中第二支撑底座侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

一种工件夹持装置，如图1、图2所示，包含圆环状夹具本体1，在夹具本体1的内圈设有安装槽8，以安装可拆卸的夹持单元，可同时安装的夹持单元数量在30～48个；所述夹具本体1在其圆环的外圈一侧设有用于与外部齿轮啮合传动的传动齿4；在夹具本体1沿其圆环外弧面中部设有凹槽5，以适于外部装置的卡接、吊装、限位或夹具本体旋转时的导向；在夹具本体1的其中一侧面设有若干安装孔6及导孔7；所述安装孔6用于夹持单元的安装固定；所述导孔7用于夹持驱动装置的驱动电气线路或油路连接；所述夹持单元包含夹持执行装置与夹持驱动装置；各夹持执行装置沿夹具本体1的内圈呈圆周分布。

如图3、图4、图5所示，夹持执行装置包含顺序叠装的安装连接层16、中间运动层17和夹持接触层18，夹持接触层18的外表面还贴合或固定有用以保护工件表面的接触保护层19，接触保护层19选择橡胶、毛毡、软铜、塑料、海绵等硬度小于夹持接触层18硬度的材料；所述安装连接层16、夹持接触层18整体大致均呈端面为“凸”形的条状结构，所述中间运动层17呈条状结构；安装连接层16的中部还设有通孔13，用于与夹持驱动装置的螺钉连接；夹持执行装置包含宽夹持执行装置3与窄夹持执行装置2，宽夹持执行装置3对应的夹持接触层宽度大于窄夹持执行装置的夹持接触层宽度；夹持接触层18的夹持作用面为弧面，而各夹持执行装置呈圆周分布，其夹持接触层18或接触保护层19形成一个与夹具环本体圆环同心的圆柱侧面；由于夹持执行装置以及其组成部件的可更换性，能够适应不同直径尺寸的工件夹持；工件装夹过程中，据被装夹工件表面凸起位置，选择拆除某一位置的夹持执行装置,避让凸起物与夹持单元的干涉；安装连接层16靠中间运动层17的一侧设有沿其长度方向延伸的长弧面结构20，长弧面结构20对应的弦长不大于安装连接层16的宽度；夹持接触层18靠中间运动层17一侧的中部设有承托凸台27，承托凸台27的长度为夹持接触层长度的1/3；在承托凸台27表面设有沿其宽度方向延伸的宽弧面结构26，宽弧面结构26对应的弦长不大于承托凸台27的长度；所述中间运动层17的长度范围在夹持接触层18的长度与承托凸台27的长度之间；中间运动层17靠安装连接层16的一侧设有与长弧面结构20匹配吻合的长弧面接触结构21，以与长弧面结构20组成弧形运动副一；中间运动层17靠夹持接触层18的一侧设有与宽弧面结构26匹配吻合的宽弧面接触结构28，以与宽弧面结构26组成弧形运动副二，宽弧面接触结构28的对应弦长不小于宽弧面结构26的弦长；安装连接层16、中间运动层17与夹持接触层间18通过弹簧螺钉29相互连接固定，在中间运动层17与夹持接触层18上设有连接螺孔14，以便于直接安装固定；所述的弧形运动副一、弧形运动副二用于夹持执行装置对工件表面的自适应调整；中间运动层17与安装连接层16的长度约为夹持接触层18长度的一半，结合弧形运动副一、弧形运动副二，使得夹持接触层18形成了类杠杆结构，能够防止其产生翘起的情况，并能较好的贴紧工件表面，相对中间运动层17也具有一定的活动空间，便于夹持接触层18对于中间运动层17的力量传导，也便于夹持接触层18对工件表面的自适应，增加了夹持面积，保证工件的夹持过程更为稳定；另外在中间运动层17和夹持接触层18还包含有与通孔13对应相通的拆装孔9，且拆装孔9的孔径不小于通孔13的最大内径，便于夹持执行装置整体与夹持驱动装置的快速拆卸、连接或更换；由夹持执行装置的结构可见，由于其便捷的可更换性，使用不同类型的夹持执行装置形成与夹具环本体圆环同心的不同直径的理论圆环，用以适应不同直径尺寸的工件夹持；且同一类型的夹持执行装置中，夹持接触层宽度可选择不同；工件装夹时，根据被装夹工件表面凸起位置，选择拆除某一位置的夹持执行装置,避让凸起物。

夹持驱动装置包含能设定输出力和/或输出行程大小的电气驱动机构或手动驱动机构；其中，电气驱动机构包含气缸、液压缸或电动缸中的其中一种，手动驱动机构包含螺杆、丝杠、齿条结构中的其中一种；本实施例选取气缸作为驱动机构，使用时，能够使得每个夹持驱动装置输出相等的驱动力，亦每个夹持执行装置的夹紧力相等，从而实现均衡夹持；如图6所示，气缸在靠夹持执行装置的一侧设有滑块模组15，滑块模组15的滑动方向与夹持驱动装置的直接驱动方向形成一个夹角，用于将夹持驱动装置沿夹具本体圆环的轴向驱动分解为径向驱动并传递夹持执行装置；图7为滑块模组15的其中一种实现方式，如图7所示，滑块模组15包含有第一滑块32，在第一滑块32的中下部水平设有水平滑槽34，在水平滑槽34上设有第二滑块30，第二滑块30可沿水平滑槽34水平的相对移动，且第二滑块30的顶端低于第一滑块32的上表面；第二滑块30上设有与水平方向呈机械自锁角度夹角的斜面滑槽33；第一滑块32上还固定有与斜面滑槽33匹配接触的滑动摩擦块35；气缸11的输出端12上固定有固定连接块10，用于固定于夹具本体的安装孔6上；当气缸动作时，固定连接块10固定不动，气缸11带动第一滑块32运动，第一滑块32带动滑动摩擦块35在斜面滑槽33上相对滑动，同时也使得第二滑块30在水平滑槽34上相对滑动，从而实现将水平方向的输出转为水平方向与竖直方向两个方向上的输出；由于夹持单元的圆周向安装，使得各夹持执行装置的夹持接触面保持在夹具本体1圆环的同心圆面或同心圆面的切面上；斜面滑槽33与水平方向的夹角设为机械自锁角度，当夹持工件时，能够实现自锁，使用安全可靠，也能够在自锁后拆除气缸气管线路，便于夹具本体的整体旋转；斜面滑槽33的斜度为1：10，从而有效利用气缸的行程实现精细夹持控制，相应的，所述夹角的角度为斜度对应的反正切值；在第二滑块32的下端设有驱动装置连接螺孔31，使得螺钉22能够匹配连接，从而实现夹持驱动装置与夹持执行装置的连接。

一种大型工件夹持系统，如图8所示，包含有用于承载及移动大型工件夹持装置的承载平台36；在承载平台36上设有齿条导轨37，在承载平台36上还设有第一支撑底座38与第二支撑底座39，第一支撑底座38与第二支撑底座39均设有承托槽；承托槽与大型工件夹持装置40的夹具本体1外缘匹配，用于承托、固定、限位并移动大型工件夹持装置40；、如图9及图10所示，所述滚动承托槽内设有三组固定滚动支承45和六组浮动滚动支承46；所述固定滚动支承45通过同心轴承套47与支撑底座固定，固定滚动支承45旋转中心位置固定不可调；所述浮动滚动支承46通过偏心轴承套48与支撑底座固定，浮动滚动支承46旋转中心位置可通过转动偏心轴承套48调节，以适应更多不同大小夹具本体的使用；所述固定滚动支承45和浮动滚动支承46的滚动支承作用面与夹具本体外缘相抵；在第一支撑底座38与第二支撑底座39上均设有手轮41及传动部，手轮41的输出与传动部相连；传动部的输出为与齿条导轨37匹配的导动齿轮49；通过手轮41带动导动齿轮49，使得支撑底座可方便的沿齿条导轨37运动，从而调整夹持工件的支撑位置，并使得工件42通过两个大型工件夹持装置40夹持固定；另外，第二支撑底座39设有旋转驱动装置；所述旋转驱动装置包含旋转驱动机构——电动机43，以及与电动机43输出端轴连接的驱动齿轮44；所述驱动齿轮44与大型工件夹持装置的夹具本体上所设传动齿匹配；当电动机43启动后，带动驱动齿轮44及啮合传动齿的夹具本体旋转；在夹持工件的情况下，另一夹具本体在第一支撑底座上亦随之旋转运动。

由以上结构的描述及相关的使用或原理阐述可见，本工件夹持装置或工件夹持系统实现了对工件(尤其适用于需要保护的火工产品)的柔性接触，多点、浮动、自适应、刚性夹持，可量化工件表面夹持力数值，工件受力状况良好，在工件被可靠夹持的同时确保工件安全不受损，使用安全可靠；在装置夹持工件时，与工件表面接触的夹持执行装置在相同夹持力与夹持执行装置的具体结构共同作用下能够实现自适应偏摆运动，每个夹持点均可有效接触工件表面，自适应工件一定角度的偏心和局部高点；通过被夹持工件沿圆周有多个(超过10个)夹持接触点实现有限元多点夹持，每个夹持接触点具有相同的夹持力，受力均匀，安全系数高；工件被夹具体及其夹持装置自适应接触，达到刚性夹持效果，进而工件可在高精度的旋转、平移、偏摆等精密整体运动时保持夹持的稳定性；借助工件承载平台可分度运动底座，可实现工件夹持后的高精度旋转运动，工件旋转中心跳动量小；多点自动夹紧工件，大型工件只需一次性吊装，夹持执行动作亦可实现一键式自动化装夹，操作便捷；而在夹持工件时无须调整工件的中心位置，也不需要额外的工件辅助支承结构或系统，提高夹持效率；另外，根据工件表面凸起的特征，选择特定数量和某区域的与工件表面接触的夹持执行装置，避让不同工件表面的凸起物，可夹持的工件范围广，并可选择更换不同夹持直径的夹持执行装置夹持直径不同的工件，夹持装置及夹持系统的适应性强。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.大型工件夹持装置，其特征在于：包含圆环状夹具本体，在夹具本体的内圈设有安装槽，以安装若干组可拆卸的夹持单元；夹具本体在其圆环的外圈一侧或还设有用于与外部齿轮啮合传动的传动齿；所述夹持单元包含夹持执行装置与夹持驱动装置，夹持驱动装置与夹持执行装置相连，用于驱动夹持执行装置在夹具本体圆环的轴向和/或径向运动；各夹持执行装置沿夹具本体的内圈呈圆周分布；

夹持执行装置包含顺序叠装的安装连接层、中间运动层和夹持接触层；所述安装连接层、夹持接触层整体大致均呈端面为“凸”形的条状结构，所述中间运动层呈条状结构；中间运动层与安装连接层的长度小于夹持接触层的长度；安装连接层、中间运动层和夹持接触层通过螺钉相互连接固定；安装连接层的中部还设有通孔，用于与夹持驱动装置的螺钉连接。

2.如权利要求1所述的大型工件夹持装置，其特征在于：夹具本体沿其圆环结构的外弧面中部设有凹槽，以适于外部装置的卡接、吊装、限位或夹具本体旋转时的导向。

3.如权利要求1所述的大型工件夹持装置，其特征在于：在夹具本体的其中一侧面圆周设有与夹持单元数量相同的安装孔及导孔；所述安装孔用于夹持单元的安装固定；所述导孔用于夹持驱动装置的驱动电气线路或油路连接。

4.如权利要求1所述的大型工件夹持装置，其特征在于：所述夹持驱动装置在靠夹持执行装置的一侧设有滑块模组，滑块模组的滑动方向与夹持驱动装置的直接驱动方向形成一个夹角，用于将夹持驱动装置沿夹具本体圆环的轴向驱动分解到径向驱动并传递至夹持执行装置；所述夹角为机械自锁角度。

5.如权利要求1所述的大型工件夹持装置，其特征在于：安装连接层靠中间运动层的一侧设有沿其长度方向延伸的长弧面结构，长弧面结构对应的弦长不大于安装连接层的宽度；夹持接触层靠中间运动层一侧的中部设有承托凸台，承托凸台的长度不大于夹持接触层长度的2/3；在承托凸台表面设有沿其宽度方向延伸的宽弧面结构，宽弧面结构对应的弦长不大于承托凸台的长度；所述中间运动层的长度范围在夹持接触层的长度与承托凸台的长度之间；中间运动层靠安装连接层的一侧设有与长弧面结构匹配吻合的长弧面接触结构，以与长弧面结构组成弧形运动副一；中间运动层靠夹持接触层的一侧设有与宽弧面结构匹配吻合的宽弧面接触结构，以与宽弧面结构组成弧形运动副二，宽弧面接触结构的对应弦长不小于宽弧面结构的弦长；安装连接层、中间运动层与夹持接触层间通过弹簧螺钉相互连接固定；所述的弧形运动副一、弧形运动副二用于夹持执行装置对工件表面的自适应调整。

6.如权利要求1所述的大型工件夹持装置，其特征在于：夹持接触层的外表面还贴合或固定有用以保护工件表面的接触保护层；所述接触保护层的材料硬度小于夹持接触层的材料硬度。

7.如权利要求1所述的大型工件夹持装置，其特征在于：在中间运动层和夹持接触层还包含有与所述通孔对应相通的拆装孔，且拆装孔的孔径不小于通孔的最大内径，便于夹持执行装置整体与夹持驱动装置的快速拆卸、连接或更换。

8.如权利要求1所述的大型工件夹持装置，其特征在于：所述夹持驱动装置包含能设定输出力和/或输出行程大小的电气驱动机构或手动驱动机构；其中，电气驱动机构包含气缸、液压缸或电动缸中的其中一种；手动驱动机构包含螺杆、丝杠、齿条结构中的其中一种。

9.一种大型工件夹持系统，其特征在于：包含至少两个如权利要求1至8任一项所述大型工件夹持装置，还包含承载平台，在承载平台平行设置有支撑底座；所述支撑底座设有与夹具本体的外缘匹配的滚动承托槽。

10.如权利要求9所述的一种大型工件夹持系统，其特征在于：在承载平台上设有导轨齿条，相应的，在支撑底座上设有手轮及传动部；手轮的输出与传动部相连，传动部的输出为与齿条匹配的导动齿轮，以通过手轮驱动传动部沿导轨齿条移动支撑底座。

11.如权利要求9所述的一种大型工件夹持系统，其特征在于：所述滚动承托槽内设有至少两组固定滚动支承和至少一组浮动滚动支承；所述固定滚动支承通过同心轴承套与支撑底座固定，固定滚动支承旋转中心位置固定不可调；所述浮动滚动支承通过偏心轴承套与支撑底座固定，浮动滚动支承旋转中心位置可通过转动偏心轴承套调节；所述固定滚动支承和浮动滚动支承的滚动支承作用面与夹具本体外缘相抵。

12.如权利要求9所述的大型工件夹持系统，其特征在于：至少一个支撑底座设有旋转驱动装置；所述旋转驱动装置包含旋转驱动机构，以及与旋转驱动机构输出端轴连接的驱动齿轮；所述驱动齿轮与夹具本体上所设传动齿匹配。

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