一种多元化三爪卡盘机构及其控制系统的制作方法

1.本发明涉及焊接技术领域，更具体地说，本发明涉及一种多元化三爪卡盘机构及其控制系统。


背景技术：

2.在工件进行焊接等操作的时候，需要对工件进行夹持固定，传统的夹持结构复杂、笨重，并且夹头的形状单一，仅能适应规则的工件，在夹持工件的时候，夹头移动的同步率会影响夹持工件和夹具卡盘的同轴度，因此如何保证夹头能够在简单结构的卡盘上同步移动，以及如何让一种夹头不仅能够适应规则形状的工件，还能适应不规则形状的工件，是本发明要解决的技术问题。因此，有必要提出一种多元化三爪卡盘机构，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

3.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
4.为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种多元化三爪卡盘机构，包括：传动装置、支撑平台和三组多元夹爪；所述传动装置设置在所述支撑平台的底部，并贯穿所述支撑平台与所述多元夹爪的底部连接，所述多元夹爪的底面与所述支撑平台的顶面活动连接，所述传动装置与控制单元电连接。
5.优选的是，所述传动装置包括气缸、连杆机构和伸缩杆；所述连杆机构的底部与所述气缸的活动杆连接，所述伸缩杆设置在所述连杆机构的中心处，并贯穿所述连杆机构与所述气缸连接，所述连杆机构的顶部分别与三组所述多元夹爪的底部轴连接，所述气缸与所述控制单元电连接。
6.优选的是，所述连杆机构包括活动盘和三根传动杆，所述活动盘的底部与所述气缸的活动杆连接，所述伸缩杆贯穿所述活动盘，所述传动杆的底部与所述活动盘的顶部轴连接，所述传动杆的顶部与所述多元夹爪的底部轴连接。
7.优选的是，所述支撑平台上设置有连接口和三条导轨；所述导轨位于所述连接口的外部，并且三条所述导轨两两之间的夹角相同，所述多元夹爪通过所述导轨与所述支撑平台滑动连接，所述传动杆通过所述连接口贯穿所述支撑平台与所述多元夹爪的底部轴连接。
8.优选的是，所述多元夹爪包括滑块和多元夹头，所述多元夹头设置在所述滑块上，所述滑块的底面设置有与所述导轨相适应的滑槽，所述滑块通过所述滑槽和所述导轨的配合与所述支撑平台滑动连接，所述传动杆的顶部与所述滑块的底部轴连接。
9.优选的是，所述多元夹头包括压片、卡块、异形模块和压管模块；所述卡块设置在所述滑块的顶部，所述压片设置在所述卡块的外壁上，所述压管模块套设在所述卡块上，并
通过所述压片与所述卡块连接，所述异形模块设置在所述卡块的顶部。
10.优选的是，所述异形模块包括连接端和两个加紧端，两个所述加紧端对称设置在所述连接端的两侧，两个所述加紧端之间的夹角为
°
~
°
，所述加紧端上设置有矩形的安装槽，所述安装槽内设置有调节块，所述调节块通过调节螺钉与所述加紧端连接，所述调节块与工件的接触面上设置有若干锥形的卡台。
11.优选的是，所述压管模块包括连接段、弹性段、卡接段和卡扣段；所述弹性段和所述卡扣段均为弧形弯折结构，且均具有弹性，所述卡扣段的一端通过所述连接段与所述弹性段的一端连接，所述弹性段的另一端与所述卡接段的一端连接，所述卡接段的另一端选择性的与所述卡扣段的另一端卡接，所述卡块上设置有连接柱，所述弹性段与所述连接柱卡接，所述弹性段和所述卡扣段上均设置有套孔，所述压管模块通过所述套孔套接在所述卡块上。
12.优选的是，所述伸缩杆设置有卡环，并选择性的套设有内壁支撑结构；所述卡环设置在所述伸缩杆的端部，所述内壁支撑结构设置在所述卡环和所述活动盘之间，所述内壁支撑结构包括卡接套、滑动套、复位件、滑动连杆、卡接连杆、辅助支撑杆和贴合杆；所述卡接套和所述滑动套均套设在所述伸缩杆上，所述卡接套的顶部与所述卡环卡接，所述滑动套通过所述复位件与所述卡接套连接，所述活动盘选择性的与所述滑动套的底部抵接，所述滑动连杆的一端与所述滑动套的侧壁轴连接，另一端与所述贴合杆轴连接，所述辅助支撑杆的一端与所述滑动套的侧壁轴连接，另一端与所述贴合杆轴连接，所述卡接连杆的一端与所述卡接套的侧壁轴连接，另一端与所述滑动连杆的侧壁轴连接。
13.本发明提供了一种多元化三爪卡盘机构的控制系统，所述控制单元包括制动开关和压力传感器，所述压力传感器设置在所述多元夹爪上，所述压力传感器和所述传动装置均与所述制动开关电连接。
14.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：在进行工件夹持的时候，通过控制单元控制传动装置启动，传动装置会控制位于支撑平台上的三组多元夹爪同时打开，同时发生移动的三组多元夹爪能够实现工件外壁的夹持和内孔的扩撑固定，进而通过简单的结构实现工件的夹持、抓取和扩撑，从而使本设备可以降低生产成本，并通过多元夹爪适应各种规则或不规则形状的工件，增加设备的使用范围。
15.本发明所述的多元化三爪卡盘机构及其控制系统，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明所述的多元化三爪卡盘机构的结构示意图。
17.图2为本发明所述的多元化三爪卡盘机构另一角度的结构示意图。
18.图3为本发明所述的多元化三爪卡盘机构的剖视图。
19.图4为本发明所述的多元化三爪卡盘机构中其中一种实施例的多元夹爪的剖视
图。
20.图5为图4中异形模块的结构示意图。
21.图6为图4中压管模块的结构示意图。
22.图7为图6的主视图。
23.图8为本发明所述的多元化三爪卡盘机构中内壁支撑结构的示意图（未展开支撑）。
24.图9为本发明所述的多元化三爪卡盘机构中内壁支撑结构的示意图（展开支撑）。
25.图中：1支撑平台、2多元夹爪、21滑块、22压片、23卡块、3气缸、4连杆机构、41活动盘、42传动杆、5伸缩杆、51卡环、6异形模块、61连接端、62加紧端、63调节块、7压管模块、71连接段、72弹性段、73卡接段、74卡扣段、8内壁支撑结构、81卡接套、82滑动套、83复位件、84滑动连杆、85卡接连杆、86辅助支撑杆、87贴合杆。
具体实施方式
26.下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
27.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
28.如图1-图9所示，本发明提供了一种多元化三爪卡盘机构，包括：传动装置、支撑平台1和三组多元夹爪2；所述传动装置设置在所述支撑平台1的底部，并贯穿所述支撑平台1与所述多元夹爪2的底部连接，所述多元夹爪2的底面与所述支撑平台1的顶面活动连接，所述传动装置与控制单元电连接。
29.上述技术方案的工作原理及有益效果：在进行工件夹持的时候，通过控制单元控制传动装置启动，传动装置会控制位于支撑平台1上的三组多元夹爪2同时打开，同时发生移动的三组多元夹爪2能够实现工件外壁的夹持和内孔的扩撑固定，进而通过简单的结构实现工件的夹持、抓取和扩撑，从而使本设备可以降低生产成本，并通过多元夹爪2适应各种规则或不规则形状的工件，增加设备的使用范围。
30.在一个实施例中，所述传动装置包括气缸3、连杆机构4和伸缩杆5；所述连杆机构4的底部与所述气缸3的活动杆连接，所述伸缩杆5设置在所述连杆机构4的中心处，并贯穿所述连杆机构4与所述气缸3连接，所述连杆机构4的顶部分别与三组所述多元夹爪2的底部轴连接，所述气缸3与所述控制单元电连接。所述连杆机构4包括活动盘41和三根传动杆42，所述活动盘41的底部与所述气缸3的活动杆连接，所述伸缩杆5贯穿所述活动盘41，所述传动杆42的底部与所述活动盘41的顶部轴连接，所述传动杆42的顶部与所述多元夹爪2的底部轴连接。所述支撑平台1上设置有连接口和三条导轨；所述导轨位于所述连接口的外部，并且三条所述导轨两两之间的夹角相同，所述多元夹爪2通过所述导轨与所述支撑平台1滑动连接，所述传动杆42通过所述连接口贯穿所述支撑平台1与所述多元夹爪2的底部轴连接。所述多元夹爪2包括滑块21和多元夹头，所述多元夹头设置在所述滑块21上，所述滑块21的底面设置有与所述导轨相适应的滑槽，所述滑块21通过所述滑槽和所述导轨的配合与所述支撑平台1滑动连接，所述传动杆42的顶部与所述滑块21的底部轴连接。所述多元夹头包括压片22、卡块23；所述卡块23设置在所述滑块21的顶部，所述压片22设置在所述卡块23的外
壁上。
31.上述技术方案的工作原理及有益效果：本实施例中，多元夹头的卡块23可以用于夹持工件的外表面，而压片22则可以在带孔的工件或管状工件的内表面进行扩撑固定，以某管状工件的扩撑固定为例，先将管状工件插在三组多元夹头上，使三组多元夹头均位于管内，然后通过控制单元控制气缸3启动，气缸3的活动杆会向上带动活动盘41沿着伸缩杆5移动（伸缩杆5依据工件加工的情况，可通过控制单元控制长度的伸缩，伸缩杆5与活动盘41之间活动连接，用于起到对活动盘41限位的作用），活动盘41向上移动的过程中，其上的三根传动杆42会同步向外扩张，并推动滑块21沿着导轨向外平移，滑块21平移的过程中会带着多元夹头向外移动，直至压片22与管的内壁抵接，实现管状工件从内部的扩撑和固定，通过上述结构的设计，伸缩杆5可以与控制单元电连接或信号连接，从而实现控制单元对伸缩杆5的控制，伸缩杆5在能够进行长度变化的同时，还可以为活动盘41的上下移动起到限位作用，三根长度相同的传动杆42的下部均和活动盘41轴连接，从而实现传动杆42传动的同步，进而避免出现传统旋拧式夹头因安装不当导致与夹具卡盘不同轴的问题，三条导轨两两之间的夹角相同，从而保证多元夹头能够均匀的夹持、扩撑在规则形状的工件的内外表面，以使得工件获得均匀的受力，从而保证夹持或扩撑的牢固性。
32.在一个实施例中，所述多元夹头还包括异形模块6和压管模块7；所述压管模块7套设在所述卡块23上，并通过所述压片22与所述卡块23连接，所述异形模块6设置在所述卡块23的顶部。
33.所述异形模块6包括连接端61和两个加紧端62，两个所述加紧端62对称设置在所述连接端61的两侧，两个所述加紧端62之间的夹角为120
°
~180
°
，所述加紧端62上设置有矩形的安装槽，所述安装槽内设置有调节块63，所述调节块63通过调节螺钉与所述加紧端62连接，所述调节块63与工件的接触面上设置有若干锥形的卡台。
34.所述压管模块7包括连接段71、弹性段72、卡接段73和卡扣段74；所述弹性段72和所述卡扣段74均为弧形弯折结构，且均具有弹性，所述卡扣段74的一端通过所述连接段71与所述弹性段72的一端连接，所述弹性段72的另一端与所述卡接段73的一端连接，所述卡接段73的另一端选择性的与所述卡扣段74的另一端卡接，所述卡块23上设置有连接柱，所述弹性段72与所述连接柱卡接，所述弹性段72和所述卡扣段74上均设置有套孔，所述压管模块7通过所述套孔套接在所述卡块23上。
35.上述技术方案的工作原理及有益效果：为进一步实现多元夹头的多元化，在多元夹头上还设置有用于夹持或扩撑非规则形状工件的异形模块6和用于夹持管状、易变形的规则、非规则工件的压管模块7。
36.异形模块6为y形结构，其中连接端61用于与卡块23进行固定连接，y形的开放端由两个对称的加紧端62构成，两个加紧端62之间的夹角为120
°
~180
°
，以保证当异形模块6朝向支撑平台1内部进行常规安装的时候，较大的开口范围不会影响卡块23对工件的夹紧，同时不会影响压片22对工件的扩撑。通过将异形模块6常规设置能够在卡块23的夹持范围的基础上，增加多元夹头对于规则形状工件的夹持半径，从而使多元夹头能够夹持更大尺寸的规则形状的工件，同理需要进行扩撑范围增大，则只需要将异形模块6向外设置即可。
37.当异形模块6夹持不规则形状工件的时候，先将工件搭放在卡块23的顶部，然后调整异形模块6的方向，以使其能够对不规则形状的工件起到夹持作用，在设置异形模块6的
时候，可以通过调节螺钉调节调节块63在加紧端62的位置，从而使调节块63可以突出（用于卡接在不规则形状工件的凹陷处）或凹陷（使不规则形状工件的突出处卡接在安装槽内）于加紧端62，以适应不规则形状工件的外壁形状，在调节块63与工件接触的一侧设置有由锥形卡台构成的接触面，从而可以有效与不规则形状的工件形成卡接，进而增加异形模块6对于不规则形状工件的夹紧力度和牢固性。
38.当异形模块6扩撑不规则形状的工件的时候，调整异形模块6的方向，使异形模块6的加紧端62或连接端61或调节块63与不规则形状工件的内壁相适应，以实现扩撑时能够与其内壁抵接、固定，从而获得更加牢固的扩撑力度。
39.压管模块7为套接在卡块23上的需人工复位的弹性结构，其中连接段71的形状与卡块23和压片22的形状相适应，并且当压管模块套在卡块23上之后，连接段71可以贴合在卡块23的外壁上，在连接段71上设置有用于压片22和卡块23连接的通孔，螺钉依次穿过压片22、连接段71之后与卡块23螺纹连接，从而使压片22和连接段71可以与卡块23连接固定，弹性段72为具有开口的圆形，并且压管模块7通过弹性段72套在卡块23的连接柱的外侧，弹性段72的开口小于连接柱的直径，卡接段73和弹性段72连接，并且连接处设置有限位台，在卡块23上设置有和限位台相适应的限位槽，卡接段73的外壁设置有用于和工件抵接的波纹状凸起，卡扣段74和连接段71连接并套在卡块23上，卡扣段74为向上弯曲的弧形，其末端设置有用于卡接卡接段73端部的卡扣，在卡扣的前端设置有用于支撑工件的略微向下倾斜的支撑台。向上弯曲的弧形可以在卡接段73的端部与卡扣段74的卡扣接触并挤压的时候，卡扣段74具有足够的弹性可以向下移动，略微向下倾斜的支撑台可以避免其挡住卡接段73的端部，导致其无法挤压至卡扣内与卡扣卡接。
40.在对管状或者易变形的工件进行夹持时，可以先将多元夹头打开至工件刚好可以放入并搭接在卡扣段74端部的支撑台上，然后多元夹头夹紧，工件会慢慢的挤压卡接段73，直至卡接段73的端部卡接在卡扣段74的卡扣上为止，当卡接段73与卡扣段74的卡扣卡接的同时，限位台进入限位槽与卡块23抵接，弹性段72被挤压、弯曲变形，开口处抵接形成完整的圆形，且卡接段73处于竖直状态，当卡接段73的端部与卡扣段74的卡扣卡接的时候，会发出清脆的咔嗒声，以提醒操作人员对工件已被完全夹持，需停止夹紧或注意观察夹紧力度（因压管模块7采用具有弹性的材质制成，所以其具有一定的弹性作为容错空间，避免夹持过度），避免加紧力度过大将工件挤压变形。
41.在一个实施例中，所述伸缩杆5设置有卡环51，并选择性的套设有内壁支撑结构8；所述卡环51设置在所述伸缩杆5的端部，所述内壁支撑结构8设置在所述卡环51和所述活动盘41之间，所述内壁支撑结构8包括卡接套81、滑动套82、复位件83、滑动连杆84、卡接连杆85、辅助支撑杆86和贴合杆87；所述卡接套81和所述滑动套82均套设在所述伸缩杆5上，所述卡接套81的顶部与所述卡环51卡接，所述滑动套82通过所述复位件83与所述卡接套81连接，所述活动盘41选择性的与所述滑动套82的底部抵接，所述滑动连杆84的一端与所述滑动套82的侧壁轴连接，另一端与所述贴合杆87轴连接，所述辅助支撑杆86的一端与所述滑动套82的侧壁轴连接，另一端与所述贴合杆87轴连接，所述卡接连杆85的一端与所述卡接套81的侧壁轴连接，另一端与所述滑动连杆84的侧壁轴连接。
42.上述技术方案的工作原理及有益效果：为进一步增加对管状工件内壁的支撑，在伸缩杆5上设置有内壁支撑结构8，在多元夹头处于夹紧位置的时候，伸缩杆5的端部位于支
撑平台1的下方，当需要对管状工件进行夹持（非扩撑）的时候，在张开多元夹头至内壁支撑结构8能够通过的时候，通过控制单元控制伸缩杆5伸长，从而使内壁支撑结构进入至管状工件的内部，然后调整多元夹头至夹紧管状工件的外壁，此时贴合杆87有以下两种情况：一、活动盘41与滑动套82抵接，使得滑动套82压缩，贴合杆87展开至与管内壁抵接。
43.二、活动盘41与滑动套82抵接（或未抵接），滑动套82压缩距离过小（或未压缩），导致贴合杆87未完全展开（或未展开）。
44.以第二种情况为例，当活动盘41与滑动套82未抵接的时候，控制单元控制伸缩杆5缩短，随着内壁支撑结构8的下移，活动盘41抵接滑动套82并推动其向上移动，挤压复位件83，在卡接连杆85和滑动连杆84的作用下，贴合在滑动套82侧壁的贴合杆87被推出，直至挤压在管内壁上，辅助支撑杆86可以对贴合杆87起到辅助支撑的作用，从而使贴合杆87可以贴合在管内壁上不会翻转，在贴合杆87的两端可以设置滚轮，从而避免贴合杆87与管内壁之间存在滑动摩擦，增加贴合杆87的使用寿命，同时避免管内壁存在的毛刺等颗粒状杂物损坏贴合杆87，第一种情况的展开原理与第二种情况同理。通过设置内壁支撑机构8可以在多元夹头夹持管状工件的时候，对管内壁起到支撑作用，避免夹持力度过大导致管状工件被夹变形。
45.一种多元化三爪卡盘机构的控制系统，其特征在于，所述控制单元包括制动开关和压力传感器，所述压力传感器设置在所述多元夹爪2上，所述压力传感器和所述传动装置均与所述制动开关电连接。
46.上述技术方案的工作原理及有益效果：控制单元采用制动开关（手动或脚踏式）控制传动装置的启动和停止，同时在多元夹爪2上设置压力传感器用以检测夹紧力度，避免夹紧过度损伤工件。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。