CN107309793A - 一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置及采用该夹具装置的夹具工作台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，包括有固定式底座、位于固定式底座上方的旋转式支座、位于旋转式支座上方的左支撑柱和右支撑柱及悬挂于左右支撑柱之间的气动夹具。本发明具有任意角度回转摆动定位结构方式，解决了现有抛光机对工件进行多工位抛光和机械加工等存在的生产效率低和无法完成工件整体抛光的问题，而且简化了两自由度同步旋转传动结构，降低了制造难度，可适合各种形状的汽车配件、五金和水暖件等产品的打磨与抛光，大大扩大了圆盘砂带机与抛光机的工件适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种夹具，属于打磨抛光设备技术领域，尤其是指一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置及采用该夹具装置的夹具工作台。
背景技术
砂带机和抛光机可构成多工位直线式或圆盘式结构，主要用于工件表面打磨和抛光处理，在现代工业产品中被广泛应用于汽车配件、五金和水暖件等产品的打磨与抛光，可使工件表面更光滑和增加美感。由于打磨与抛光加工工件品种繁多、形状各异，根据工件的形状可进行相应的砂带机头和抛光轮前后伸缩或左右偏摆，圆盘砂带机和抛光机能够有限扩大抛光工件适用范围。但是，圆盘砂带机和抛光机的打磨与抛光工件适用范围主要取决其工件装载工作台能否实现多方向的同步旋转。以上问题不仅仅在打磨与抛光领域中存在，在其他机械加工或者需要对工件进行标准化喷涂的设备中也存在同样问题。
授权公告号为CN203779293U的发明专利“一种新型数控抛光机”是申请人的一份在先专利权技术方案，其公开了一种多工位数控布轮抛光设备，但是在实际应用中发现存在着一些缺陷：装载工作台只有水平轴和垂直轴两个方向的同步旋转，夹具只有水平方向运动。夹具必须在向外水平方向才能装夹工件，然后工件向里旋转180度才能抛光工件本体和顶面，完成工件抛光后夹具又必须在向外旋转180度水平方向才能卸下工件，这种结构方式和工作方式减少了工件的实际抛光时间，也降低生产效率。虽然申请人在之后的另一份在先专利申请技术方案中公开了一种不仅能够水平和垂直两自由度同步旋转运动、还能90度回转摆动的夹具单元，这种结构方式允许工件在垂直方向装夹，使得工件顶面立即可以抛光，工件回转90度后可以抛光工件本体，完成工件抛光后夹具座回转90度即可卸下工件，从而增加了工件的实际抛光时间，提高了生产效率。但是，这份在先申请专利技术方案中的工件装载工作台在实际应用中仍然存在着一些结构缺陷，例如夹具单元只有0度和90度两种角度的摆动定位，也就是说只能处于垂直状态或水平状态，而没有其它角度的转动定位方式，这种结构形式对工件的整体抛光存在着一些局限，凡与水平方向成夹角的工件仍然无法完成整体抛光，而且两自由度同步旋转运动传动结构比较复杂，零部件多，制造组装比较麻烦，成本高而且容易出故障，因此仍然限制了整机结构的进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷与不足，提供一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置及采用该夹具装置的夹具工作台，该夹具装置解决了现有两自由度同步旋转和90度回转摆动夹具装置的结构缺陷，具有任意角度回转摆动定位结构方式，解决了现有抛光机对工件进行多工位抛光和机械加工等存在的生产效率低和无法完成工件整体抛光的问题，而且简化了两自由度同步旋转传动结构，降低了制造难度，可适合各种形状的汽车配件、五金和水暖件等产品的打磨与抛光，大大扩大了圆盘砂带机与抛光机的工件适用范围，保证打磨与抛光质量稳定且具有一致性，可实现长时间稳定的连续工作，有效提高生产效率和经济效益。
为了能够实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：
一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，包括有固定式底座、位于固定式底座上方的旋转式支座、位于旋转式支座上方的左支撑柱和右支撑柱及悬挂于左右支撑柱之间的气动夹具，其中，所述固定式底座内部设置有驱动旋转式支座旋转运动的旋动传动组件，所述气动夹具包括有形成一整体的夹具头、夹具座和涨紧气缸，所述左支撑柱中设置有驱动气动夹具整体任意角度回转摆动定位的气动夹具回转摆动组件，所述右支撑柱中设置有驱动夹具头旋转运动的夹具头旋动传动组件。
进一步，所述气动夹具回转摆动组件设置于左支撑柱外侧壁位置，包括有左伺服电机、左减速器和左水平转轴，其中，左伺服电机的动力输出端与左减速器连接，左减速器固定在左支撑柱外侧壁上且动力输出端与左水平转轴连接，左水平转轴通过左轴承支撑件水平设置且动力输出端穿过左支撑柱后与气动夹具夹具座紧固连接。
进一步，所述夹具头旋动传动组件设置于右支撑柱外侧壁位置，包括有右伺服电机、右减速器、右水平转轴、第一伞齿轮和第二伞齿轮，其中，右伺服电机的动力输出端与右减速器连接，右减速器固定在右支撑柱外侧壁上且动力输出端与右水平转轴连接，右水平转轴通过右轴承支撑件水平设置且动力输出端穿过右支撑柱延伸至夹具座内部，第一伞齿轮固定在右水平转轴的动力输出端位置，第二伞齿轮固定于夹具头内底位置且与第一伞齿轮垂直啮合传动连接。
进一步，所述旋动传动组件包括有设置于底座内部的伺服电机、与伺服电机传动连接的减速器、及与减速器传动连接的竖直传动轴，其中该竖直传动轴的上端穿过固定式底座与旋转式支座紧固连接。
进一步，所述气动夹具的涨紧气缸位于夹具座的下方位置，夹具头安装于夹具座的上方位置，涨紧气缸的活塞杆穿过位于夹具座内部的空心轴套后与夹具头内部的推杆紧固连接，推杆外部穿套有复位弹簧，推杆的顶端与夹具头内部的涨紧套顶抵接触。
进一步，所述左支撑柱的侧壁设置有第一气道，所述夹具座的侧壁内部设置有弯折的且与第一气道相通的第二气道，其中，第一气道的进气口与左支撑柱侧壁外部相通，第二气道的出气口与涨紧气缸相接。
一种采用上述夹具装置的夹具工作台，其包括有固定式底座，固定式底座上方设置有若干个直线间隔布置的夹具装置，每一夹具装置均包括有旋转式支座、左支撑柱和右支撑柱、气动夹具、气动夹具回转摆动组件及旋转式支座旋动传动组件，其中：所有夹具装置的旋转式支座旋动传动组件共用一个伺服电机，相邻夹具装置之间的减速器通过水平传动联轴同轴连接。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、本发明的气动夹具整体在180度范围内可以任意回转摆动定位，每个摆动定位位置可适用于某种与水平方向成相应夹角的工件的部分抛光，经若干个角度摆动后完成工件整体抛光，完成与水平轴成夹角的各种异形工件整体打磨或抛光，极大地扩大了砂带机和抛光机的加工工件适用范围。
2、本发明可在垂直方向装卸工件，在180度范围内任意回转摆动每个角度位置锁定且工件在打磨或抛光过程不发生振动，保证异形工件打磨或抛光质量稳定，有效提高生产效率和经济效益。
3、本发明由于可配合不同的同步旋转驱动控制方式，适用于多工位直线式抛光机或圆盘式多工位抛光机，有利于提高与水平轴成夹角的各种异形工件抛光质量稳定一致和提高经济效益。
4、本发明由于可配合不同的同步旋转驱动控制方式，适用于专用(无机器人)直线排列多工位砂带机或圆盘式多工位砂带机，有利于提高异形工件打磨质量稳定一致、有效降低设备制造成本，提高生产效率和经济效益。
5、本发明不仅可以适用于各类机床或生产线上，而且可以适用于各类对异形工件进行喷涂的设备，因而本发明的推广应用必定能够促进异形工件标准化加工技术的提升，提高企业经济效益。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明详细阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明四工位工作台立体结构示意图。
图2是图1的单一夹具装置的气动夹具90度立体示意图。
图3是图2的内部局部剖面结构示意图。
图4是图2中单一夹具装置的气动夹具剖面示意图。
图5是图1中工作台旋转式支座旋动传动组件的剖面示意图
图6是图5中工作台旋转式支座旋动传动组件的局部剖面示意图。
具体实施方式
如图1、5所示，本发明所述的工作台为四工位夹具工作台，其包括有固定式底座1，固定式底座1上方设置有四个直线间隔布置的具有两自由度同步旋转和任意角度回转摆动的夹具装置。
如图2、3、5所示，上述每一夹具装置包括有固定式底座1、位于固定式底座上方的旋转式支座2、位于旋转式支座上方的左支撑柱3和右支撑柱4及悬挂于左右支撑柱之间的气动夹具5，其中，所述固定式底座1内部设置有驱动旋转式支座旋转运动的旋动传动组件6，所述气动夹具5包括有形成一整体的夹具头51、夹具座52和涨紧气缸53，所述左支撑柱3设置有驱动气动夹具整体任意角度回转摆动定位的气动夹具回转摆动组件7，所述右支撑柱4设置有驱动夹具头旋转运动的夹具头旋动传动组件8。
上述气动夹具回转摆动组件7设置于左支撑柱3外侧壁位置，包括有左伺服电机71、左减速器72和左水平转轴73，其中，左伺服电机71的动力输出端与左减速器72连接，左减速器72固定在左支撑柱3外侧壁上且动力输出端与左水平转轴73连接，左水平转轴73通过左轴承支撑件74水平设置且动力输出端穿过左支撑柱3后与气动夹具夹具座52紧固连接。工作时，在CNC系统控制下，左伺服电机通过左减速器驱动左水平转轴旋转任意设定角度，左水平转轴进而带动气动夹具整体回转摆动任意设定角度，以适应与水平方向成夹角的工件的部分抛光需求。
上述夹具头旋动传动组件8设置于右支撑柱4外侧壁位置，包括有右伺服电机81、右减速器82、右水平转轴83、第一伞齿轮84和第二伞齿轮85，其中，右伺服电机81的动力输出端与右减速器82连接，右减速器82固定在右支撑柱4外侧壁上且动力输出端与右水平转轴83连接，右水平转轴83通过右轴承支撑件86水平设置且动力输出端穿过右支撑柱4延伸至夹具座52内部，第一伞齿轮84固定在右水平转轴83的动力输出端位置，第二伞齿轮85固定于夹具头51内底位置且与第一伞齿轮84垂直啮合传动连接。工作时，在CNC系统控制下，右伺服电机通过右减速器驱动右水平转轴旋转，右水平转轴尾端的第一伞齿轮进而带动夹具头内底的第二伞齿轮旋转，从而驱动夹具头在360度范围内旋转。
如图5、6所示，上述旋转式支座旋动传动组件6包括有设置于底座内部的伺服电机61、与伺服电机传动连接的减速器62、及与减速器传动连接的竖直传动轴63，其中该竖直传动轴63的上端穿过固定式底座1与旋转式支座2紧固连接。进一步，所述工作台的四个夹具装置的旋转式支座旋动传动组件共用一个伺服电机61，相邻夹具装置之间的减速器62通过水平传动联轴64同轴连接。工作时，伺服电机通过减速器带动竖直传动轴旋转，进而带动旋转式支座360度旋转，由于相邻夹具装置的减速器通过水平传动连轴保证同轴联动连接，因此所有夹具装置的旋转式支座保持同步运动。
如图3、4所示，上述气动夹具5的涨紧气缸53位于夹具座52的下方位置，夹具头51安装于夹具座52的上方位置，涨紧气缸53的活塞杆531穿过位于夹具座内部的空心轴套521后与夹具头内部的推杆511紧固连接，推杆511外部穿套有复位弹簧512，推杆511的顶端与夹具头内部的涨紧套513顶抵接触。
作为上述气动夹具的进一步优化方案，所述左支撑柱3的侧壁设置有第一气道91，所述夹具座52的侧壁内部设置有弯折的且与第一气道相通的第二气道92，其中，第一气道91的进气口与左支撑柱侧壁外部相通，第二气道92的出气口与涨紧气缸53相接。进一步，夹具工作台的固定式底座前侧板设置有控制气动夹具涨紧气缸的手控阀开关。
工作时，压缩空气从左支撑柱侧壁的第一气道进入第二气道，通过第二气道进入涨紧气缸，涨紧气缸推动活塞杆沿空心轴套向上移动，通过克服复位弹簧的压力，推动推杆向外伸出，驱动涨紧套涨紧工件内圆；切断压缩空气后，活塞杆沿空心轴套向下移动，依靠复位弹簧复位松开工件。
本发明的工作原理如下所述：
准备抛光时，各工位的气动夹具均处于90度垂直状态，人工将工件安装于各工位的夹具头上，通过手控阀开关控制涨紧气缸夹紧工件，数控系统CNC按照工件加工工艺路径编制程序，旋转式支座先旋转到预先设定位置，先用砂带或抛光机头组件对工件第一部分进行打磨或抛光；再根据工艺要求工件依次回转摆动到各个预先设定位置，在夹具头和旋转式支座的旋转动作配合下，分段完成工件整体打磨或抛光工作；当完成工件打磨或抛光后，气动夹具整体再次旋转回到90度垂直状态位置，通过手控阀开关控制涨紧气缸松开工件，人工从夹具头上卸下已经打磨或抛光完的工件，再重新装上新的工件。如此周而复始，本实施方式一个加工周期可以同时完成四个工件的打磨或抛光。
本发明并不局限于上述具体实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (7)
1.一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，包括有固定式底座、位于固定式底座上方的旋转式支座、位于旋转式支座上方的左支撑柱和右支撑柱及悬挂于左右支撑柱之间的气动夹具，其中，所述固定式底座内部设置有驱动旋转式支座旋转运动的旋动传动组件，所述气动夹具包括有形成一整体的夹具头、夹具座和涨紧气缸，其特征在于：所述左支撑柱中设置有驱动气动夹具整体任意角度回转摆动定位的气动夹具回转摆动组件，所述右支撑柱中设置有驱动夹具头旋转运动的夹具头旋动传动组件。
2.根据权利要求1所述一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，其特征在于：所述气动夹具回转摆动组件设置于左支撑柱外侧壁位置，包括有左伺服电机、左减速器和左水平转轴，其中，左伺服电机的动力输出端与左减速器连接，左减速器固定在左支撑柱外侧壁上且动力输出端与左水平转轴连接，左水平转轴通过左轴承支撑件水平设置且动力输出端穿过左支撑柱后与气动夹具夹具座紧固连接。
3.根据权利要求1或2所述一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，其特征在于：所述夹具头旋动传动组件设置于右支撑柱外侧壁位置，包括有右伺服电机、右减速器、右水平转轴、第一伞齿轮和第二伞齿轮，其中，右伺服电机的动力输出端与右减速器连接，右减速器固定在右支撑柱外侧壁上且动力输出端与右水平转轴连接，右水平转轴通过右轴承支撑件水平设置且动力输出端穿过右支撑柱延伸至夹具座内部，第一伞齿轮固定在右水平转轴的动力输出端位置，第二伞齿轮固定于夹具头内底位置且与第一伞齿轮垂直啮合传动连接。
4.根据权利要求3所述一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，其特征在于：所述旋动传动组件包括有设置于底座内部的伺服电机、与伺服电机传动连接的减速器、及与减速器传动连接的竖直传动轴，其中该竖直传动轴的上端穿过固定式底座与旋转式支座紧固连接。
5.根据权利要求3所述一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，其特征在于：所述气动夹具的涨紧气缸位于夹具座的下方位置，夹具头安装于夹具座的上方位置，涨紧气缸的活塞杆穿过位于夹具座内部的空心轴套后与夹具头内部的推杆紧固连接，推杆外部穿套有复位弹簧，推杆的顶端与夹具头内部的涨紧套顶抵接触。
6.根据权利要求3所述一种具有两自由度同步旋转和任意角度摆动定位的夹具装置，其特征在于：所述左支撑柱的侧壁设置有第一气道，所述夹具座的侧壁内部设置有弯折的且与第一气道相通的第二气道，其中，第一气道的进气口与左支撑柱侧壁外部相通，第二气道的出气口与涨紧气缸相接。
7.采用权利要求3所述夹具装置的夹具工作台，其特征在于：包括有固定式底座，固定式底座上方设置有若干个直线间隔布置的夹具装置，每一夹具装置均包括有旋转式支座、左支撑柱和右支撑柱、气动夹具、气动夹具回转摆动组件及旋转式支座旋动传动组件，其中：所有夹具装置的旋转式支座旋动传动组件共用一个伺服电机，相邻夹具装置之间的减速器通过水平传动联轴同轴连接。
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