用于大型近圆柱工件的夹持系统的制作方法

本实用新型涉及工装夹具领域，具体涉及用于大型近圆柱工件的夹持系统。

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，传统的工件装夹方式效率不高、操作不便，已很难满足要求。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，存在诸多问题：操作不便，灵活性差，缺乏安全型，精度差，成本高，效率低；有的夹持装置适于圆柱体规则形状工件的夹持，能够通过两端分别套住工件后再进行夹持；但实际操作过程中，由于工件体积及重量较大，套进的过程并不轻松，特别是工件局部存在类似“翅膀”等异形结构时更阻碍了工件夹持操作；而在夹持的操作过程中，容易对工件表面形成损伤；为了解决此问题，有必要进行深入研究。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种方便夹持体积、重量较大的近圆柱体工件的夹持系统。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

用于大型近圆柱工件的夹持系统，包含：

——至少两个工件夹持装置，所述工件夹持装置包含呈半圆环状结构的第一夹具本体与第二夹具本体，且第一夹具本体与第二夹具本体可相对连接为一个完整的圆环结构；沿圆环结构外缘，第一夹具本体与第二夹具本体的同侧面边缘或还设有用于与外部齿轮啮合的传动齿；在第一夹具本体、第二夹具本体的内环侧面均设有安装槽，以安装若干夹持单元；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；各夹持执行装置的夹持面沿第一夹具本体、第二夹具本体的内环侧面呈圆柱体弧面分布；

——承载平台，以及在承载平台上平行设置的支撑底座；所述支撑底座设有滚动承托槽，所述滚动承托槽与第一夹具本体、第二夹具本体相对连接所呈的圆环结构外缘匹配；在其中一个支撑底座上还设有旋转驱动装置；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。

本实用新型通过第一夹具本体、第二夹具本体的对接设计，将常规的套装工件过程改为了卡装过程，能够灵活便利的避开工件上可能有的“翅膀”外凸结构，且在卡装过程中由于有软性保护垫缓冲，避免了在放置工件时可能发生的碰撞与摩擦损伤；在工件静置后，扣合对装为一个整圆环结构夹具后，由于工件处于整圆环结构夹具的轴心线上，从处于上部的第一夹具本体或第二夹具本体会更容易准确夹紧工件，避免由于工件的位置偏摆，夹持错位而造成对工件表面的伤害；而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，避免了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，本实用新型具有如下有益效果：

⑴、有限元多点夹持——被夹持工件沿圆周有多个(超过10个)夹持接触点，每个夹持接触点具有相同的夹持力，受力均匀，安全系数高；

⑵、操作便捷，且作业效率高——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；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，提高夹持效率和操作便捷性；也方便圆柱体工件夹持，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，适用范围广；

⑶、安全可靠——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；也可方便避开不同表面有异形凸出部的近圆柱体工件夹持，有效避免夹持装置对工件表面的夹持损伤；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；

⑷、自适应夹持——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的作用及夹持执行装置的结构共同作用下具有自适应偏摆运动，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；

⑸、适应性强——可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；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；可量化控制被夹持工件表面夹紧点的临界压强；

⑹、夹持精度高——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。

附图说明

图1为实施例中用于大型近圆柱工件的夹持系统组成结构示意图。

图2为实施例中工件夹持装置的分体结构示意图。

图3为实施例中工件夹持装置的对接扣合结构示意图。

图4为实施例中单个夹持单元的结构示意图。

图5为实施例中单个夹持单元的侧视图。

图6是图5的A-A剖视图。

图7是实施例中夹持驱动装置的侧视图。

图8是图7的B-B剖视图。

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。

图11是实施例中工件夹持方法步骤B对应的工件夹持装置状态示意图。

图12是实施例中工件夹持方法步骤D对应的工件夹持装置状态示意图。

图13是实施例中工件夹持方法步骤F对应的工件夹持装置状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。

用于大型近圆柱工件的夹持系统，如图1所示，包含承载平台9，在承载平台9上平行设置有用于承托固定与旋转工件夹持装置4的第一支撑底座3与第二支撑底座2。

如图2，图3所示，所述工件夹持装置包含呈半圆环状结构的第一夹具本体401与第二夹具本体402，且第一夹具本体与第二夹具本体可相对连接为一个呈完整圆环结构的工件整体夹持装置；沿圆环结构外缘，第一夹具本体与第二夹具本体的同侧面边缘还设有用于与外部齿轮啮合的传动齿407；在第一夹具本体401半圆环状结构与第二夹具本体402对接的两个端面中部，均垂直端面的设有第一夹具连接通孔403；相应的，在第二夹具本体半圆环状结构与第一夹具本体对接的两个端面中部，均垂直端面的设有第二夹具连接通孔404；在第一夹具本体401，其与第二夹具本体402的对接面上设有对接凸台405；对应的，在第二夹具本体402，其与第一夹具本体401的对接面上设有与所述对接凸台405匹配的对接凹槽406；第一夹具本体401沿其半圆环结构的外弧面中部设有第一导向凹槽408，第二夹具本体402沿其半圆环结构外弧面中部设有第二导向凹槽409，且在第一夹具本体401与第二夹具本体402扣合对接为呈完整圆环结构的工件整体夹持装置后，第一导向凹槽408与第二导向凹槽409呈与圆环结构同心的整圆环凹槽，以适于第一支撑底座3、第二支撑底座2的卡接、吊装、限位及工件整体夹持装置旋转时的导向；在第一夹具本体401、第二夹具本体402的内环侧面均设有安装槽408，以安装若干夹持单元，第一夹具本体401或第二夹具本体402同时安装的夹持单元数量在15～24个；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；夹持执行装置包含宽夹持执行装置410与窄夹持执行装置411，宽夹持执行装置410对应的夹持面宽度大于窄夹持执行装置411的夹持面宽度；各夹持执行装置的夹持面沿第一夹具本体401、第二夹具本体402的内环侧面呈圆柱体弧面分布；在第一夹具本体401、第二夹具本体402的其中一侧面设有若干安装孔412及导孔413；所述安装孔412用于夹持单元的安装固定；所述导孔413用于夹持驱动装置的驱动电气线路或油路连接。

如图4、图5、图6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形成一个与工件整体夹持装置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工件整体夹持装置圆环结构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；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；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7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8为滑块模组15的其中一种实现方式，如图8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32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工件整体夹持装置圆环结构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；通过多个夹持单元的分散受力与机械自锁的原理，使得每个夹持驱动装置只需使用较小的夹紧动力输入即能实现体积和重量较大的工件装夹。

如图1、图9及图10所示，在承载平台上设有导轨齿条6，相应的，在第一支撑底座3、第二支撑底座2上设有手轮7及传动部(未画出)；手轮7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41，以通过手轮7驱动传动部沿导轨齿条移动支撑底座；第一支撑底座3、第二支撑底座2均设有滚动承托槽，所述滚动承托槽与第一夹具本体、第二夹具本体相对连接的工件整体夹持装置所呈圆环结构外缘匹配；在第一支撑底座3上还设有旋转驱动装置；所述旋转驱动装置包含旋转驱动机构5，以及与旋转驱动机构输出端轴连接的驱动齿轮8；所述驱动齿轮8与第一夹具本体、第二夹具本体上所设传动齿407匹配。

上述的用于大型近圆柱工件的夹持系统，在使用时按如下步骤：

A、将第一夹具本体作为承托工件的初始托装夹具，并调整夹持执行装置的夹持面以与所预夹持近圆柱工件的侧面相适应；

B、如图11所示，在初始托装夹具的夹持单元上铺设软性保护垫501，作为工件吊装后的临时保护缓冲层；

C、缓慢吊装工件1，放置于初始托装夹具上，并达到静态稳定；

D、如图12所示，将第二夹具本体与初始托装夹具相对扣合，并固定连接，作为近圆柱工件的整体夹持装置；

E、通过整体夹持装置的夹持驱动装置使夹持单元夹紧近圆柱工件；

F、通过第一支撑底座3上的旋转驱动机构5带动整体夹持装置旋转180°，使初始托装夹具位于工件上方后，如图13所示，松开初始托装夹具的夹持单元，作为临时保护缓冲层的软性保护垫被释放；

G、撤下软性保护垫；

H、通过初始托装夹具的夹持驱动装置使夹持单元再次夹紧近圆柱工件，完成工件的整体无损夹持。

通过第一夹具本体、第二夹具本体的对接设计，将常规的套装工件过程改为了卡装过程，能够灵活便利的避开工件上可能有的“翅膀”或其他外凸结构，且在卡装过程中由于有软性保护垫缓冲，避免了在放置工件时可能发生的碰撞与摩擦损伤；在工件静置后，扣合对装为一个整圆环结构夹具后，由于工件处于整圆环结构夹具的轴心线上，从处于上部的第一夹具本体或第二夹具本体会更容易准确夹紧工件，避免由于工件的位置偏摆，夹持错位而造成对工件表面的伤害；而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，避免了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。

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