本發(fā)明涉及柔性夾具，尤其是涉及可廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工與制造、航空航天等領(lǐng)域的一種陣列式二自由度可調(diào)的柔性夾具。

背景技術(shù)：

金屬的薄壁結(jié)構(gòu)件如飛行器機(jī)體上的蒙皮、腹板等，小汽車的白皮車身的背門，行李箱蓋等和非金屬的薄壁結(jié)構(gòu)件如塑料制作的餐具、板件等，其常具有外形復(fù)雜和易變形等特點(diǎn)。對于裝夾具有外形復(fù)雜、種類繁多特點(diǎn)的薄壁件的而采用的專用夾具設(shè)計周期長，夾具庫存量大，占用場地多，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的柔性化生產(chǎn)。常用的夾具針對的對象通常都是剛性零部件，難以應(yīng)對薄壁件，易變形零部件的裝夾，尤其是具有復(fù)雜形狀薄壁件產(chǎn)品的柔性化裝夾。因此，具有柔性定位和柔性裝夾功能的柔性夾具的研發(fā)對于裝夾有復(fù)雜形狀且易變形的薄壁件并滿足產(chǎn)品小批量定制化的市場需求具有極其重要的意義。目前在國內(nèi)外企業(yè)中針對復(fù)雜形狀薄壁件產(chǎn)品的陣列式柔性夾具主要包括以下兩種形式：

一、基于模塊化的基礎(chǔ)平臺或基枕結(jié)構(gòu)，僅在高度方向上可連續(xù)調(diào)節(jié)的柔性夾具，如西班牙m(xù).torres公司的torrestool柔性夾具系統(tǒng)、美國的can柔性工裝系統(tǒng)以及北京航空航天大學(xué)的組合式蒙皮面切柔性多點(diǎn)支撐裝置(中國專利cn101229598a)等；

二、利用驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)三個方向上可調(diào)節(jié)的柔性夾具系統(tǒng)，如清華大學(xué)發(fā)明的機(jī)器人化智能工裝系統(tǒng)(中國專利cn101269466a)，東北大學(xué)發(fā)明的一種薄壁大部件柔性夾具(中國專利cn103170859a)等。

上述兩種結(jié)構(gòu)的不足之處主要是：第一種夾具因模塊化的基礎(chǔ)平臺上孔距或者基枕尺寸為固定值，故其上方安裝的支柱或者定位板的相對位置無法根據(jù)工藝要求在水平面內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，靈活性較差；第二種利用驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)的三個方向上調(diào)節(jié)和控制的柔性夾具，雖然實(shí)現(xiàn)了在水平面內(nèi)支柱調(diào)節(jié)的靈活性，但受到驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和調(diào)節(jié)控制的方式等因素的影響，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、緊湊性較差，其支柱陣列密度相對較小，難適用于曲率變化大的工件，調(diào)節(jié)控制也較復(fù)雜，成本相對較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為了克服上述缺陷，提供靈活性高、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊性高、調(diào)節(jié)控制簡單、造價低、生產(chǎn)效率高，能廣泛適用于剛性和柔性對象，可應(yīng)用于需要夾持不同形狀工件的生產(chǎn)制造中，尤其是裝夾具有曲率變化大、形狀復(fù)雜且易變形的薄壁件生產(chǎn)制造中的一種陣列式二自由度可調(diào)的柔性夾具。

本發(fā)明設(shè)有吸盤、剛性定位元件、抽吸口元件、盤底座、上支柱、第1下支柱、第2下支柱、階梯形底板、方形螺母塊、型材底座和定位螺釘；所述吸盤、剛性定位元件和抽吸口元件安裝在吸盤底座上并形成一個真空吸盤組件；所述上支柱和第1下支柱通過傳動螺紋實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，所述第1下支柱和第2下支柱通過螺紋連接組成一個下支柱組件(多段支柱連接形成的下支柱組件是為了實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)高度的增加，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可以根據(jù)調(diào)節(jié)高度的實(shí)際需求選擇一段支柱替代或者多段支柱組合替代)，所述第2下支柱通過其底部的連接螺紋與階梯形底板固定并形成單支柱組件；所述真空吸盤組件和單支柱組件通過上支柱頂部的連接螺紋連接，單支柱組件通過其底部的階梯形底板由一個定位螺釘與方形螺母塊連接，所述真空吸盤組件通過與可調(diào)節(jié)高度的多個支柱組件的排列組合成為三維曲面并擬合三維平面或曲面實(shí)現(xiàn)欠定位或完全定位。

所述單支柱組件可以通過定位螺釘隨著方形螺母塊實(shí)現(xiàn)在型材底座中移動與定位。

所述型材底座可選用或定制不同的規(guī)格。

所述真空吸盤組件的頂端為關(guān)鍵點(diǎn)，多個真空吸盤組件通過與可調(diào)節(jié)高度的多個支柱組件的排列組合成為三維曲面的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)而擬合三維平面或曲面實(shí)現(xiàn)欠定位或完全定位，針對非完全定位的工件利用工件外的支柱空間組合輔助定位就可以實(shí)現(xiàn)工件的完全定位。

本發(fā)明的有益效果是：在高度方向上，應(yīng)用典型螺紋傳動的支柱式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了吸盤的高度可調(diào)節(jié)的功能，在沿著型材槽的方向上，利用定位螺釘有效連接了支柱組件和型材槽中的滑動螺母塊，實(shí)現(xiàn)了支柱組件與滑動螺母塊的位置連續(xù)可調(diào)節(jié)的功能，在垂直于型材槽的方向上，支柱距離的調(diào)節(jié)與槽間距呈倍數(shù)關(guān)系，此外，應(yīng)用可替換的吸盤組件還可以獲得一定范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)自由度，該結(jié)構(gòu)使得夾具在多個方向上具有自由度，靈活性高；采用型材作為底座，夾具支柱組件的陣列密度可以根據(jù)實(shí)際需求選用，其陣列密度上限大，大陣列密度的支柱組件配合吸盤組件利于定位和吸附曲率變化大的工件；支柱組件在型材槽中通過滑塊固定和移動，通過螺紋調(diào)節(jié)其高度，省掉驅(qū)動裝置帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和控制復(fù)雜性，因此其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊型高，調(diào)節(jié)控制簡單；該夾具采用的真空吸盤，抽吸口元件，吸盤底座，型材底座，方形螺母塊，定位螺釘都為標(biāo)準(zhǔn)件，因此其易于更換，設(shè)計在保證功能完善的情況下充分降低了夾具的造價；支柱組件通過吸盤組件的裝拆，即可以實(shí)現(xiàn)吸附的功能也可以實(shí)現(xiàn)定位的功能，根據(jù)實(shí)際需求靈活裝拆吸盤組件，提高了夾具裝夾和定位的效率；本發(fā)明提出的柔性夾具的支柱數(shù)量可變，支柱位置可變，支柱高度可變，吸盤組件的形式和規(guī)格可變，剛性定位元件的材質(zhì)和規(guī)格可變，標(biāo)準(zhǔn)件的可替換性等都極大地提高了該夾具的柔性，此外，由于底座采用的是型材標(biāo)準(zhǔn)件，因此極其容易將其集成在工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等生產(chǎn)制造的裝備中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例(57個支柱和54個吸盤的柔性夾具)的立體示意圖；

圖2為圖1中柔性夾具的主視圖；

圖3為圖1中柔性夾具的左視圖；

圖4為圖1中柔性夾具底座示意圖；

圖5為圖1中支柱組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖1中真空吸盤組件結(jié)構(gòu)圖；

在圖1～6中，各標(biāo)記為：1底座組件；1-1型材底座；1-2方形螺母塊；2.支柱組件；2-1階梯形底板；2-2第2下支柱；2-3第1下支柱；2-4上支柱；3.吸盤組件；3-1吸盤底座；3-2抽吸口元件；3-3剛性定位元件；3-4吸盤。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本實(shí)施例是一個含有57個支柱組件、54個疊型吸盤和一塊型材底座的柔性夾具，用來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于本實(shí)施例。用于復(fù)雜形狀薄壁件的本發(fā)明，其支柱和吸盤的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需求選用，其型材底座也可以根據(jù)實(shí)際需求選用不同規(guī)格，然后進(jìn)行組合，其支柱的調(diào)節(jié)高度也可根據(jù)實(shí)際情況確定。

本實(shí)施例用于復(fù)雜形狀薄壁件的柔性夾具，如圖1所示，54個吸盤組件3安裝在54個支柱組件2頂端，其中54個支柱組件與54個吸盤組件每排安裝9個，共安裝6排，以陣列形式固定安裝在底座組件1上面，支柱組件2與底座組件通過連接螺釘實(shí)現(xiàn)連接和定位，其中3個支柱組件是為了實(shí)現(xiàn)工件輔助定位的限制空間的3個自由度而設(shè)置，其位置可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，本實(shí)施例的支柱的可調(diào)節(jié)高度為100。吸盤組件3與支柱組件2以及底座組件1與現(xiàn)有技術(shù)基本相同。

本實(shí)例中的柔性夾具主視圖如圖2所示，柔性夾具左視圖如圖3所示，吸盤底座3-1，抽吸口元件3-2，剛性定位元件3-3(見圖6)，吸盤3-4，經(jīng)裝配組合成為真空吸盤組件3；階梯型底座2-1，第2下支柱2-2，第1下支柱2-3，上支柱2-4，經(jīng)裝配組合成為支柱組件2；真空吸盤組件3是通過支柱組件2頂部的連接螺紋進(jìn)行連接。結(jié)合柔性夾具底座組件立體示意圖圖4所示，型材1-1，方形螺母塊1-2，經(jīng)裝配組合成為底座組件1，支柱組件2是通過定位螺釘實(shí)現(xiàn)與底座組件1的連接。結(jié)合支柱組件的結(jié)構(gòu)示意圖圖5所示，支柱組件2是由階梯形底板2-1，第2下支柱2-2，第1下支柱2-3，上支柱2-4組裝而成，階梯形底板2-1底板中心開有螺紋孔，可以裝入定位螺釘與底座組件1中的方形螺母塊1-2相連接，階梯形底板2-1與第2下支柱2-2通過底部連接螺紋連接，第2下支柱2-2和第1下支柱2-3通過連接螺紋連接，第1下支柱2-3與上支柱2-4通過傳動螺紋實(shí)現(xiàn)傳動，其調(diào)節(jié)的高度為100，其中上支柱2-4頂部有連接螺紋可與吸盤組件1相連接。

結(jié)合真空吸盤組件結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示，真空吸盤組件3是由吸盤底座3-1，抽吸口元件3-2，剛性定位元件3-3和吸盤3-4組裝而成，吸盤底座3-1側(cè)面通過螺紋與抽吸口元件3-2相連接，吸盤底座3-1與剛性定位元件3-3通過螺紋相連接，吸盤3-4經(jīng)由剛性定位元件3-3固定在吸盤底座3-1上，吸盤底座3-1下端開有螺紋孔可以實(shí)現(xiàn)與支柱組件2上端的連接，吸盤3-4可以隨著工件的外形而適應(yīng)性的改變，但剛性定位元件3-3又給工件以剛性支撐，很好解決了對復(fù)雜外形的柔性和對復(fù)雜外形定位的剛性。

由于工作場合的不同，真空吸盤組件可配不同的真空吸盤組件來滿足實(shí)際加工的需求。