一種具有兩自由度同步旋轉和多角度擺動定位的夾具裝置及採用該夾具裝置的夾具工作檯的製作方法

2023-12-11 08:25:07

本發明涉及一種夾具，屬於打磨拋光設備技術領域，尤其是指一種具有兩自由度同步旋轉和多角度擺動定位的夾具裝置及採用該夾具裝置的夾具工作檯。

背景技術：

砂帶機和拋光機可構成多工位直線式或圓盤式結構，主要用於工件表面打磨和拋光處理，在現代工業產品中被廣泛應用於汽車配件、五金和水暖件等產品的打磨與拋光，可使工件表面更光滑和增加美感。由於打磨與拋光加工工件品種繁多、形狀各異，根據工件的形狀可進行相應的砂帶機頭和拋光輪前後伸縮或左右偏擺，圓盤砂帶機和拋光機能夠有限擴大拋光工件適用範圍。但是，圓盤砂帶機和拋光機的打磨與拋光工件適用範圍主要取決其工件裝載工作檯能否實現多方向的同步旋轉。以上問題不僅僅在打磨與拋光領域中存在，在其他機械加工或者需要對工件進行標準化噴塗的設備中也存在同樣問題。

授權公告號為cn203779293u的發明專利「一種新型數控拋光機」是申請人的一份在先專利權技術方案，其公開了一種多工位數控布輪拋光設備，但是在實際應用中發現存在著一些缺陷：裝載工作檯只有水平軸和垂直軸兩個方向的同步旋轉，夾具只有水平方向運動。夾具必須在向外水平方向才能裝夾工件，然後工件向裡旋轉180度才能拋光工件本體和頂面，完成工件拋光後夾具又必須在向外旋轉180度水平方向才能卸下工件，這種結構方式和工作方式減少了工件的實際拋光時間，也降低生產效率。雖然申請人在之後的另一份在先專利申請技術方案中公開了一種不僅能夠水平和垂直兩自由度同步旋轉運動、還能90度迴轉擺動的夾具單元，這種結構方式允許工件在垂直方向裝夾，使得工件頂面立即可以拋光，工件迴轉90度後可以拋光工件本體，完成工件拋光後夾具座迴轉90度即可卸下工件，從而增加了工件的實際拋光時間，提高了生產效率。但是，這份在先申請專利技術方案中的工件裝載工作檯在實際應用中仍然存在著一些結構缺陷，例如夾具單元只有0度和90度兩種角度的擺動定位，也就是說只能處於垂直狀態或水平狀態，而沒有其它角度的轉動定位方式，這種結構形式對工件的整體拋光存在著一些局限，凡與水平方向成夾角的工件仍然無法完成整體拋光，因此仍然限制了整機結構的進一步發展。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的缺陷與不足，提供一種具有兩自由度同步旋轉和多角度擺動定位的夾具裝置及採用該夾具裝置的夾具工作檯，該夾具裝置解決了現有兩自由度同步旋轉和90度迴轉擺動夾具裝置的結構缺陷，具有五角度迴轉擺動定位結構方式，解決了現有拋光機對工件進行多工位拋光和機械加工等存在的生產效率低和無法整體拋光的問題，可適合各種形狀的汽車配件、五金和水暖件等產品的打磨與拋光，大大擴大了圓盤砂帶機與拋光機的工件適用範圍，保證打磨與拋光質量穩定且具有一致性，可實現長時間穩定的連續工作，有效提高生產效率和經濟效益。

為了能夠實現上述目的，本發明按照以下技術方案實現：

一種具有兩自由度同步旋轉和多角度擺動定位的夾具裝置，包括有固定式底座、位於固定式底座上方的旋轉式支座、位於旋轉式支座上方的左支撐柱和右支撐柱及懸掛於左右支撐柱之間的氣動夾具、及分別與旋轉式支座和氣動夾具的夾具頭傳動連接的兩自由度旋轉傳動組件，其中氣動夾具包括有形成一整體的夾具頭、夾具座和漲緊氣缸；所述左支撐柱的內部設置有驅動氣動夾具整體多角度迴轉擺動定位的迴轉擺動組件，該迴轉擺動組件採用分度氣缸通過齒條齒輪傳動組合驅動動力輸出轉軸的傳動結構，其中動力輸出轉軸的輸出端再與氣動夾具的夾具座緊固連接。

進一步，所述迴轉擺動組件包括有分度氣缸、直線齒條、迴轉齒輪及動力輸出轉軸，其中：該分度氣缸豎立設置於左支撐柱內部，其活塞杆豎立向上，其內部具有氣動五分度結構；該直線齒條固定在分度氣缸活塞杆一側；該動力輸出轉軸通過兩個軸承件水平布置在直線齒條外側位置，其外端部從左支撐柱側壁露出，內端部延伸至氣動夾具的夾具座位置且與夾具座側壁緊固連接；該迴轉齒輪固定在動力輸出轉軸上且與直線齒條嚙合傳動連接。

進一步，所述迴轉擺動組件還包括有棘輪迴轉定位機構，該棘輪迴轉定位機構包括有鎖緊氣缸、棘輪及棘爪，其中：該鎖緊氣缸豎立設置於分度氣缸一側，其活塞杆豎立向上；該棘輪固定在動力輸出轉軸上且與迴轉齒輪形成一體，其外圓設置有五個間隔布置的鎖緊槽位；該棘爪設置於鎖緊氣缸活塞杆正上方位置且與鎖緊氣缸活塞杆離合頂抵接觸配合，其一端部通過一鉸接軸與左支撐柱連接，另一端部形成與棘輪鎖緊槽位離合接觸連接的卡勾且該端部的底部設置有一趨於拉開棘爪與棘輪接觸的復位彈簧。

進一步，所述兩自由度旋轉傳動組件包括有上下疊放布置的旋轉式支座旋動傳動組件和夾具頭旋動傳動組件，其中：上述旋轉式支座旋動傳動組件包括有設置於底座內部的上伺服電機、與上伺服電機傳動連接的上減速器、及與上減速器傳動連接的空心上軸套，該空心上軸套的上端穿過底座與旋轉式支座緊固連接；上述夾具頭旋動傳動組件包括有設置於底座內部的下伺服電機、與下伺服電機傳動連接且位於上減速器正下方的下減速器、與下減速器傳動連接且活動穿過上述空心上軸套的第一垂直傳動軸、位於旋轉式支座上且動力輸入端與垂直傳動軸連接的直齒輪組合、位於右支撐柱內部且下端與直齒輪組合動力輸出端連接的第二垂直傳動軸、位於第二垂直傳動軸上端的第一傘齒輪、通過軸承件水平布置於第二垂直傳動軸上方的水平傳動軸、位於水平傳動軸中部位置且與第一傘齒輪傳動配合的第二傘齒輪、位於水平傳動軸內端部且延伸入夾具座內部的第三傘齒輪、位於夾具頭內底位置且與第三傘齒輪傳動配合的第四傘齒輪。

進一步，所述氣動夾具的漲緊氣缸位於夾具座的下方位置，夾具頭安裝於夾具座的上方位置，漲緊氣缸的活塞杆穿過位於夾具座內部的空心軸套後與夾具頭內部的推桿緊固連接，推桿外部穿套有復位彈簧，推桿的頂端與夾具頭內部的漲緊套頂抵接觸。

進一步，所述迴轉擺動組件的動力輸出轉軸沿軸線方向位置為空心結構形成第一氣道，所述夾具座的側壁內部設置有彎折的且與第一氣道相通的第二氣道，其中，第一氣道的入氣口位於動力輸出轉軸的外端部且與左支撐柱外部相通，第二氣道的出氣口與漲緊氣缸相接。

一種採用上述夾具裝置的夾具工作檯，其包括有固定式底座，固定式底座上方設置有若干個直線間隔布置的夾具裝置，每一夾具裝置均包括有旋轉式支座、左支撐柱和右支撐柱、氣動夾具、迴轉擺動組件及兩自由度旋轉傳動組件，其中：所有夾具裝置的旋轉式支座旋動傳動組件共用一個上伺服電機，相鄰夾具裝置之間的上減速器通過上傳動聯軸同軸連接；所有夾具裝置的夾具頭旋動傳動組件共用一個下伺服電機，相鄰夾具裝置之間的下減速器通過下傳動聯軸同軸連接。

本發明與現有技術相比，其有益效果為：

1、本發明具有多個分度位置，每個分度位置可適用於某種與水平方向成相應夾角的工件部分拋光，經幾次分度後完成工件整體拋光，完成與水平軸成夾角的各種異形工件整體打磨或拋光，擴大了專用(無機器人)砂帶機和拋光機的工件適用範圍。

2、本發明可在垂直方向裝卸工件，每個分度位置鎖定且工件在打磨或拋光過程不發生振動，保證異形工件打磨或拋光質量穩定，有效提高生產效率和經濟效益。

3、本發明由於可配合不同的同步旋轉驅動控制方式，適用於多工位直線式拋光機或圓盤式多工位拋光機，有利於提高與水平軸成夾角的各種異形工件拋光質量穩定一致和提高經濟效益；

4、本發明由於可配合不同的同步旋轉和分度擺動控制方式，適用於專用(無機器人)直線排列多工位砂帶機或圓盤式多工位砂帶機，有利於提高異形工件打磨質量穩定一致，有效降低設備製造成本，提高生產效率和經濟效益；

5、本發明中不僅可以適用於各類工具機或生產線上，而且可以適用於各類對異形工件進行噴塗的設備，因而本發明的推廣應用必定能夠促進異形工件標準化加工技術的提升，提高企業經濟效益。

為了能更清晰的理解本發明，以下將結合附圖說明詳細闡述本發明的具體實施方式。

附圖說明

圖1是本發明三工位工作檯立體結構示意圖。

圖2是圖1的單一夾具裝置的氣動夾具90度立體示意圖。

圖3是圖1的單一夾具裝置的氣動夾具60度立體示意圖。

圖4是圖1的單一夾具裝置的氣動夾具30度立體示意圖。

圖5是圖1的單一夾具裝置的氣動夾具0度立體示意圖。

圖6是圖1的單一夾具裝置的氣動夾具負30度立體示意圖。

圖7是圖1中單一夾具裝置的內部傳動結構的示意圖。

圖8是圖7中夾具裝置的水平軸剖面示意圖。

圖9是圖2中單一夾具裝置的氣動夾具剖面示意圖。

圖10是圖1中工作檯兩自由度同步旋轉傳動組件的剖面示意圖

圖11是圖10中工作檯兩自由度同步旋轉傳動組件的局部剖面示意圖。

具體實施方式

如圖1、10所示，本發明所述的工作檯為三工位夾具工作檯，其包括有固定式底座1，固定式底座1上方設置有三個直線間隔布置的具有兩自由度同步旋轉和多角度迴轉擺動的夾具裝置。

如圖2至11所示，上述每一夾具裝置包括有固定式底座1、位於固定式底座上方的旋轉式支座2、位於旋轉式支座上方的左支撐柱3和右支撐柱4及懸掛於左右支撐柱之間的氣動夾具5、及分別與旋轉式支座和氣動夾具的夾具頭傳動連接的兩自由度旋轉傳動組件，其中所述氣動夾具5包括有形成一整體的夾具頭51、夾具座52和漲緊氣缸53，所述左支撐柱的內部設置有驅動氣動夾具整體多角度迴轉擺動定位的迴轉擺動組件6，該迴轉擺動組件6採用分度氣缸通過齒條齒輪傳動組合驅動動力輸出轉軸的傳動結構，其中動力輸出轉軸的輸出端再與氣動夾具的夾具座緊固連接，保證氣動夾具5兼具有90度(如圖2所示)、60度(如圖3所示)、30度(如圖4所示)、0度(如圖5所示)和負30度(如圖6所示)五種不同角度的迴轉定位方式。

如圖7、8所示，所述迴轉擺動組件6包括有分度氣缸61、直線齒條62、迴轉齒輪63及動力輸出轉軸64，其中：該分度氣缸61豎立設置於左支撐柱內部，其活塞杆611豎立向上，其內部具有氣動五分度結構；該直線齒條62固定在分度氣缸活塞杆611一側；該動力輸出轉軸64通過兩個軸承件651、652水平布置在直線齒條62外側位置，其外端部從左支撐柱側壁31露出(如圖2所示)，內端部延伸至氣動夾具的夾具座52位置且與夾具座52側壁緊固連接；該迴轉齒輪63固定在動力輸出轉軸64上且與直線齒條62嚙合傳動連接。

作為上述迴轉擺動組件技術方案的進一步優化，所述迴轉擺動組件6還包括有棘輪迴轉定位機構，該棘輪迴轉定位機構包括有鎖緊氣缸66、棘輪67及棘爪68，其中：該鎖緊氣缸66豎立設置於分度氣缸61一側，其活塞杆661豎立向上；該棘輪67固定在動力輸出轉軸64上且與迴轉齒輪63形成一體，其外圓設置有五個間隔布置的鎖緊槽位671；該棘爪68設置於鎖緊氣缸活塞杆661正上方位置且與鎖緊氣缸活塞杆661離合頂抵接觸配合，其一端部通過一鉸接軸681與左支撐柱連接，另一端部形成與棘輪鎖緊槽位離合接觸連接的卡勾682且該端部的底部設置有一趨於拉開棘爪與棘輪接觸的復位彈簧69。

分度氣缸61具有五個分度的旋動定位方式，分別為90度、60度、30度、0度和負30度，工作時，分度氣缸61控制活塞杆611上下移動，活塞杆611帶動直線齒條62移動，由於迴轉齒輪63和直線齒條62傳動連接，迴轉齒輪63在直線齒條62驅動下會繞水平軸線轉動，從而帶動動力輸出轉軸64轉動，由於夾具座52和動力輸出轉軸64緊固連接，因此夾具座52也隨之擺動設定的角度；在夾具座擺動過程中，鎖緊氣缸66的上腔通氣，控制鎖緊氣缸活塞杆661下移，棘爪68失去鎖緊氣缸活塞杆661的頂推作用，在復位彈簧69恢復力作用下會下移脫離棘輪的鎖緊槽位671，從而動力輸出轉軸64才能自由轉動，當動力輸出轉軸64轉動到位後，分度氣缸61停止工作，鎖緊氣缸66的下腔通氣，驅動鎖緊氣缸活塞杆661上移頂推棘爪68，棘爪68在鎖緊氣缸活塞杆的頂力作用下會重新卡入棘輪的其它鎖緊槽位671，從而鎖住動力輸出轉軸64，也就鎖住夾具座52在設定角度。

如圖7、8、10和11所示，所述兩自由度旋轉傳動組件包括有上下疊放布置的旋轉式支座旋動傳動組件7和夾具頭旋動傳動組件8，其中：上述旋轉式支座旋動傳動組件7包括有設置於固定式底座1內部的上伺服電機71、與上伺服電機71傳動連接的上減速器72、及與上減速器傳動連接的空心上軸套73，該空心上軸套73的上端穿過底座與旋轉式支座2緊固連接；上述夾具頭旋動傳動組件8包括有設置於底座內部的下伺服電機81、與下伺服電機傳動連接且位於上減速器正下方的下減速器82、與下減速器傳動連接且活動穿過上述空心上軸套的第一垂直傳動軸83、位於旋轉式支座上且動力輸入端與垂直傳動軸連接的直齒輪組合84、位於右支撐柱內部且下端與直齒輪組合動力輸出端連接的第二垂直傳動軸85、位於第二垂直傳動軸上端的第一傘齒輪86、通過軸承件水平布置於第二垂直傳動軸上方的水平傳動軸87、位於水平傳動軸中部位置且與第一傘齒輪傳動配合的第二傘齒輪88、位於水平傳動軸內端部且延伸入夾具座內部的第三傘齒輪89、位於夾具頭內底位置且與第三傘齒輪傳動配合的第四傘齒輪810。

工作時，上伺服電機71通過上減速器72帶動空心上軸套73轉動，進而帶動旋轉式支座2旋轉；下伺服電機81通過下減速器82帶動第一垂直傳動軸83轉動，通過直齒輪組合84和第二垂直傳動軸85將轉動傳動到第二傘齒輪86，從而帶動水平傳動軸87轉動，進而帶動第三傘齒輪89轉動，最後驅動第四傘齒輪810轉動，從而驅動夾具頭51旋轉。

如圖8、9所示，所述氣動夾具5的漲緊氣缸53位於夾具座52的下方位置，夾具頭51安裝於夾具座52的上方位置，漲緊氣缸53的活塞杆531穿過位於夾具座52內部的空心軸套521後與夾具頭51內部的推桿511緊固連接，推桿511外部穿套有復位彈簧512，推桿511的頂端與夾具頭內部的漲緊套513頂抵接觸。

作為上述氣動夾具技術方案的進一步優化方案，所述迴轉擺動組件6的動力輸出轉軸65沿軸線方向位置為空心結構形成第一氣道91，所述夾具座52的側壁內部設置有彎折的且與第一氣道相通的第二氣道92，其中，第一氣道91的入氣口位於動力輸出轉軸65的外端部且與左支撐柱外部相通，第二氣道92的出氣口與漲緊氣缸53相接。

工作時，壓縮空氣從動力輸出轉軸64的第一氣道91進入夾具座52的第二氣道92，然後進入漲緊氣缸53，漲緊氣缸53推動活塞杆531沿空心軸套向上移動，通過克服復位彈簧512的壓力，推動推桿511向外伸出，驅動漲緊套513漲緊工件內圓；切斷壓縮空氣後，活塞杆531沿空心軸套向下移動，依靠復位彈簧512復位鬆開工件。

如圖10和11所示，上述夾具工作檯的所有夾具裝置的旋轉式支座旋動傳動組件7共用一個上伺服電機71，相鄰夾具裝置之間的上減速器72通過上傳動聯軸74同軸連接；所有夾具裝置的夾具頭旋動傳動組件8共用一個下伺服電機81，相鄰夾具裝置之間的下減速器82通過下傳動聯軸811同軸連接。進一步，夾具工作檯的固定式底座1前側板設置有控制氣動夾具漲緊氣缸的手控閥開關9。

本發明的工作原理如下所述：

人工將工件安裝於各工位的處於90度迴轉夾具座的夾具頭上，通過手控閥開關控制漲緊氣缸夾緊工件，數控系統按照程序先用砂帶或拋光機頭組件對工件頂部進行打磨或拋光，再按工件形狀與水平軸的夾角選擇夾具頭所需要從90度迴轉到適當位置，完成工件某段打磨或拋光後；再選擇夾具頭所需要迴轉到另一個適當位置，完成工件另一段打磨或拋光；在磨光或拋光工作過程中，按設定程序工件可以在垂直方向和水平方向旋轉；如此重複直到完成工件整體打磨或拋光後，夾具頭再旋轉回到90度位置。通過手控閥開關控制漲緊氣缸鬆開工件，人工從夾具頭上卸下打磨或拋光完的工件，再重新裝上新的工件，如此周而復始。如安裝三個裝載工作檯，一個加工周期完成三個工件的打磨或拋光。

本發明並不局限於上述具體實施方式，如果對本發明的各種改動或變型不脫離本發明的精神和範圍，倘若這些改動和變型屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型。