磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)，屬定位裝夾領(lǐng)域。它由外部轉(zhuǎn)盤、螺紋轉(zhuǎn)盤、移動卡爪、錐齒輪、多個磁流變夾具構(gòu)成。磁流變夾具固定連接在可移動卡爪內(nèi)部。多個移動卡爪在各自槽型導(dǎo)軌內(nèi)可同時、同速向中心靠近。設(shè)置兩級勵磁線圈中電流，在夾具內(nèi)部產(chǎn)生磁場，磁流變材料性質(zhì)發(fā)生變化。緩慢驅(qū)動錐齒輪，直到限位開關(guān)觸發(fā)，發(fā)出已夾緊信號。通過磁路設(shè)計(jì)，將受擠壓的磁流變材料磁場強(qiáng)度的控制轉(zhuǎn)換為勵磁線圈電流大小的控制，并利用磁流變材料在磁場作用下固化的特性，進(jìn)而控制磁流變材料的屈服力，實(shí)現(xiàn)控制夾緊力。本實(shí)用新型能夠調(diào)整夾具完成零構(gòu)件的定位、定心任務(wù)，可以無級調(diào)節(jié)夾緊力大小，吸收工件加工過程中振動能量，改善工件的受力。
【專利說明】磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)，屬于定位裝夾【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在制造領(lǐng)域，薄壁、柔軟件加工是很常見的被加工件。這些構(gòu)件在工業(yè)生產(chǎn)中，常用機(jī)床夾具對工件的夾緊力難以把握，夾緊力過小，會導(dǎo)致加工過程中工件移動從而加工失?。粖A緊力過大，會導(dǎo)致工件自身變形，對工件加工后的形狀位置公差產(chǎn)生較大影響。另夕卜，加工過程工件產(chǎn)生的振動也可能使工件達(dá)不到尺寸精度要求而導(dǎo)致返工或報(bào)廢。大多數(shù)夾具僅用于剛性零件的加工和裝配，對于較易變形的零件需要專門設(shè)計(jì)相應(yīng)夾具，這極大的限制了生產(chǎn)加工的靈活性。隨著越來越多的企業(yè)追求高效快速的制造目標(biāo)，在機(jī)械行業(yè)中具有更高靈活性的夾具系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)用新型目的:實(shí)用新型一種柔性的夾具系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)夾具存在的對工件的夾緊力難以把握的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對專用普通夾具夾緊力難以把握的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)，能夠完成零構(gòu)件的夾緊任務(wù)和連續(xù)可控地調(diào)整夾緊力。
[0004]本實(shí)用新型具有以下特征:磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)包括外部轉(zhuǎn)盤、螺紋轉(zhuǎn)盤、移動卡爪、錐齒輪、磁流變夾具；所述螺紋轉(zhuǎn)盤安裝于外部轉(zhuǎn)盤內(nèi)部，且可相對于外部轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；其中螺紋轉(zhuǎn)盤一側(cè)為錐齒輪結(jié)構(gòu)，另一側(cè)為面螺紋結(jié)構(gòu)；所述錐齒輪安裝于外部轉(zhuǎn)盤上并且與所述螺紋轉(zhuǎn)盤的錐齒輪結(jié)構(gòu)嚙合；所述移動卡爪安裝于外部轉(zhuǎn)盤的槽型導(dǎo)軌中；移動卡爪具有與所述螺紋轉(zhuǎn)盤的面螺紋結(jié)構(gòu)配合的螺紋結(jié)構(gòu)；所述磁流變夾具安裝于移動卡爪上。
[0005]上述磁流變夾具包括缸體、端蓋、第一級鐵芯、第二級鐵芯、第三級鐵芯、第一級勵磁線圈、第二級勵磁線圈、推力桿、夾頭；第一級鐵芯為縱截面是U字形的筒形結(jié)構(gòu)；第一級勵磁線圈安裝于第一級鐵芯內(nèi)壁；第二級鐵芯由兩個直徑大小不一樣的筒型段組成，每個筒型段縱截面均為U字形；第二級勵磁線圈安裝于第二級鐵芯大直徑筒形段內(nèi)壁；第三級鐵芯為縱截面是U字形的筒形結(jié)構(gòu)；第二級鐵芯和第三級鐵芯具有中心通孔；上述第一級、第二級、第三級鐵芯均安裝于缸體中；其中第一級鐵芯位于缸體底部；第二級鐵芯的小直徑筒形段套于第一級勵磁線圈內(nèi)部，且第二級鐵芯大小直徑外分界面緊靠在第一級鐵芯頂部上，第二級鐵芯的小直徑筒形段端部、第一級鐵芯內(nèi)底面和第一級勵磁線圈之間形成第一級腔；第三級鐵芯底部套于第二級勵磁線圈內(nèi)部，且第三級鐵芯頂部邊沿緊靠在第二級鐵芯的大直徑筒形段頂部上，第三級鐵芯小直徑端面與第二級鐵芯大直徑內(nèi)底面、第二級勵磁線圈之間形成第二級腔；推力桿末端具有第一級推力盤，推力桿中部具有第二級推力盤；推力桿安裝于缸體中，貫穿第二級鐵芯和第三級鐵芯的中心通孔；推力桿的第一級推力盤位于第一級腔中，且第一級推力盤和第一級鐵芯內(nèi)底面之間充有磁流變材料；第二級推力盤位于第二級腔中，且第二級推力盤和第二級鐵芯大直徑內(nèi)底面之間充有磁流變材料；端蓋安裝于缸體端部，推力桿頭部穿過端蓋，夾頭安裝于推力桿頭部，夾頭與端蓋之間安裝有復(fù)位彈簧，夾頭安裝有限位開關(guān)。上述端蓋、第三級鐵芯筒段內(nèi)、推力桿之間形成磁流變材料補(bǔ)償腔，其內(nèi)充有磁流變材料；磁流變材料補(bǔ)償腔與第二級腔、第一級腔通過補(bǔ)充通道依次相連。
[0006]裝夾準(zhǔn)備階段，根據(jù)被夾工件的尺寸大小調(diào)節(jié)磁流變夾具在移動卡爪內(nèi)部通孔中的位置，并用調(diào)整螺釘將兩者固連成一體。開始裝夾工件前，在處于壓縮狀態(tài)的復(fù)位彈簧的作用下，第一級推力盤和第二級推力盤分別緊靠第二級鐵芯的小直徑端面和第三級鐵芯的小直徑端面，為磁流變材料的屈服變形預(yù)留一定行程。將工件放置在三個磁流變夾具形成的中間孔內(nèi)，驅(qū)動錐齒輪帶動螺紋轉(zhuǎn)盤作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，螺紋轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動移動卡爪在外部轉(zhuǎn)盤的槽型導(dǎo)軌中作直線運(yùn)動。當(dāng)安裝在移動卡爪內(nèi)部的磁流變夾具接觸到工件時，實(shí)現(xiàn)工件的定位并完成初步夾緊即工件的定位。設(shè)置磁流變夾具中第一級勵磁線圈的電流大小，在磁流變夾具內(nèi)部會形成磁場回路:磁感線依次通過第一級鐵芯筒形壁、第二級鐵芯大小直徑端分界處、第二級鐵芯小直徑筒形壁、第一級推力盤、第一級推力盤底部與第一級鐵芯底部之間的磁流變材料、第一級鐵芯的底部，最后回到第一級鐵芯的筒形壁，形成封閉的磁回路；設(shè)置磁流變夾具中第二級勵磁線圈的電流大小，在磁流變夾具內(nèi)部會形成磁場回路:磁感線依次通過第二級鐵芯大直徑段筒形壁、第三級鐵芯、第二級推力盤、第二級推力盤底部與第二級鐵芯大直徑內(nèi)底面之間的磁流變材料、第二級鐵芯的大小直徑段分界處，最后回到第二級鐵芯的大直徑段筒形壁，形成封閉的磁回路。由于第一級推力盤(第二級推力盤)到第一級腔(第二級腔)兩個端面的距離之和不變，其間的磁流變材料所在磁場強(qiáng)度不隨推力盤的位置而改變，方便了磁路設(shè)計(jì)。磁流變材料在一定磁場作用下力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化:在一定范圍內(nèi)，其屈服應(yīng)力5會隨著磁場強(qiáng)度的增加而增加。而磁場強(qiáng)度由勵磁線圈電流決定，因此可以通過調(diào)節(jié)第一級勵磁線圈和第二級勵磁線圈的電流大小i，來調(diào)節(jié)磁流變材料的屈服應(yīng)力δ⑴。屈服應(yīng)力δ乘以推力盤受力面積即是屈服力/Ti)。緩慢增加施加在錐齒輪上的驅(qū)動力，處于第一級腔內(nèi)的磁流變材料受到第一級鐵芯內(nèi)底面和第一級推力盤的擠壓，第二級腔內(nèi)的磁流變材料受到第二級鐵芯的大直徑內(nèi)底面與第二級推力盤的擠壓。當(dāng)兩處的擠壓力之和'小于這兩處的磁流變材料屈服力之和PO時，受擠壓的磁流變材料變形量微小，端蓋與夾頭之間的距離較大，限位開關(guān)未觸發(fā)。當(dāng)施加在錐齒輪上的驅(qū)動力增加到一定值時，兩級推力盤所受擠壓力之和/^'與這兩處的磁流變材料屈服力之和Q(i)相等，受擠壓的磁流變材料變形量迅速增大，端蓋與夾頭之間的距離迅速減小，在運(yùn)動過程中夾緊力保持不變，限位開關(guān)觸發(fā)，發(fā)出夾緊信號表明工件已在預(yù)設(shè)夾緊力作用下夾緊，夾緊力等于兩級腔中受擠壓的磁流變材料的屈服力之和Q(i)。外部轉(zhuǎn)盤可以帶動整個夾具系統(tǒng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而對工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削加工。由于磁流變材料的阻尼作用，能夠吸收加工過程中的振動能量，改善工件的受力。切斷外部轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電源，待其停止轉(zhuǎn)動后，切斷第一級勵磁線圈和第二級勵磁線圈的線圈電流，兩級腔中受擠壓的磁流變材料的屈服力之和PO幾乎為零，夾緊力也幾乎為零，即可取出工件。
[0007]有益效果:本實(shí)用新型能夠柔性調(diào)整夾具完成零構(gòu)件的定位、夾緊任務(wù)，可以在夾緊前通過調(diào)節(jié)勵磁線圈電流大小無級調(diào)節(jié)夾緊力大小，吸收加工過程中振動能量，改善工件的受力。同時，具有夾緊通報(bào)作用，夾緊方便，維修、更換方便。本實(shí)用新型能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)夾緊力，并可在達(dá)到預(yù)定夾緊力時發(fā)出夾緊信號；對于圓柱形被夾緊工件亦可實(shí)現(xiàn)自定心裝夾。工件的形狀和尺寸有一定變化后，該具還能適應(yīng)這種變化并繼續(xù)使用。磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)最大裝夾尺寸可調(diào)，夾緊力無級可調(diào)，且具有阻尼防振作用，改善了被夾緊件的受力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為磁流變夾具系統(tǒng)外部傳動原理圖，圖中最粗的箭頭表不動力源；
[0009]圖2為磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)不意圖，圖中最粗的箭頭表不動力源；
[0010]圖3為單個磁流變夾具結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖中標(biāo)號名稱:1.磁流變材料，2.螺紋轉(zhuǎn)盤，3.錐齒輪，4.移動卡爪，
[0012]5.磁流變夾具，6.螺釘，7.外部轉(zhuǎn)盤，8.夾頭，9.限位開關(guān)，10.端蓋，11.補(bǔ)償腔，12.缸體，13.推力桿，13a.第一級推力盤，13b.第二級推力盤，14.第一級勵磁線圈，15.第二級勵磁線圈，16.第二級鐵芯，17.第一級鐵芯，18.第三級鐵芯，19.復(fù)位彈簧，20.第二級腔，21.補(bǔ)償通道，22.第一級腔，A.第三級鐵芯小直徑端面，B.第二級鐵芯大直徑內(nèi)底面，C.第二級鐵芯小直徑端面，D.第一級鐵芯內(nèi)底面。

【具體實(shí)施方式】
[0013]參照附圖1和圖2，裝夾準(zhǔn)備階段，根據(jù)被夾工件的尺寸大小調(diào)節(jié)磁流變夾具5在移動卡爪4內(nèi)部通孔中的位置，并用調(diào)整螺釘6將兩者固連成一體。開始裝夾工件前，在處于壓縮狀態(tài)的復(fù)位彈簧19的作用下，第一級推力盤13a和第二級推力盤13b分別緊靠第二級鐵芯16的小直徑端面C和第三級鐵芯18的小直徑端面A，為磁流變材料的屈服變形預(yù)留一定行程。將工件放置在三個磁流變夾具形成的中間孔內(nèi)，驅(qū)動錐齒輪3帶動螺紋轉(zhuǎn)盤2作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，螺紋轉(zhuǎn)盤2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動移動卡爪4在外部轉(zhuǎn)盤7的槽型導(dǎo)軌中作直線運(yùn)動。當(dāng)安裝在移動卡爪4內(nèi)部的磁流變夾具5接觸到工件時，實(shí)現(xiàn)工件的定位并完成初步夾緊。
[0014]參照附圖3，設(shè)置磁流變夾具5中第一級勵磁線圈14的電流大小，在磁流變夾具5內(nèi)部會形成磁場回路:磁感線依次通過第一級鐵芯17筒形壁、第二級鐵芯16大小直徑端分界處、第二級鐵芯16小直徑筒形壁、第二級鐵芯16小直徑端面C與第一級推力盤13a之間的縫隙、第一級推力盤13a、第一級推力盤13a底部與第一級鐵芯17底部之間的磁流變材料、第一級鐵芯17的底部，最后回到第一級鐵芯17的筒形壁，形成封閉的磁回路；設(shè)置磁流變夾具5中第二級勵磁線圈15的電流大小，在磁流變夾具5內(nèi)部會形成磁場回路:磁感線依次通過第二級鐵芯16大直徑段筒形壁、第三級鐵芯18、第二級推力盤13b、第二級推力盤13b底部與第二級鐵芯16大直徑內(nèi)底面B之間的磁流變材料、第二級鐵芯16的大小直徑段分界處，最后回到第二級鐵芯16的大直徑段筒形壁，形成封閉的磁回路。由于第一級推力盤13a第二級推力盤13b到第一級腔22第二級腔20兩個端面的距離之和不變，其間的磁流變材料所在磁場強(qiáng)度不隨推力盤的位置而改變，方便了磁路設(shè)計(jì)。磁流變材料在一定磁場作用下力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化:在一定范圍內(nèi)，其屈服應(yīng)力δ會隨著磁場強(qiáng)度的增加而增加。而磁場強(qiáng)度由勵磁線圈電流決定，因此可以通過調(diào)節(jié)第一級勵磁線圈14和第二級勵磁線圈15的電流大小i，來調(diào)節(jié)磁流變材料的屈服應(yīng)力δ (i)。屈服應(yīng)力δ乘以推力盤受力面積即是屈服力f(i)。
[0015]參照附圖2和圖3，緩慢增加施加在錐齒輪3上的驅(qū)動力，處于第一級腔22內(nèi)的磁流變材料受到第一級鐵芯17內(nèi)底面D和第一級推力盤13a的擠壓，第二級腔20內(nèi)的磁流變材料受到第二級鐵芯16的大直徑內(nèi)底面B與第二級推力盤13b的擠壓。當(dāng)兩處的擠壓力之和F小于這兩處的磁流變材料屈服力之和Q(i)時，受擠壓的磁流變材料變形量微小，端蓋10與夾頭8之間的距離較大，限位開關(guān)(9)未觸發(fā)。當(dāng)施加在錐齒輪3上的驅(qū)動力增加到一定值時，兩級推力盤所受擠壓力之和F與這兩處的磁流變材料屈服力之和Q(i)相等，受擠壓的磁流變材料變形量迅速增大，端蓋10與夾頭8之間的距離迅速減小，限位開關(guān)
(9)觸發(fā)，發(fā)出夾緊信號表明工件已在預(yù)設(shè)夾緊力作用下夾緊，夾緊力等于兩級腔中受擠壓的磁流變材料的屈服力之和Q(i)。外部轉(zhuǎn)盤7可以帶動整個夾具系統(tǒng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而對工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削加工。切斷外部轉(zhuǎn)盤7的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電源，待其停止轉(zhuǎn)動后，切斷第一級勵磁線圈14和第二級勵磁線圈15的線圈電流，兩級腔中受擠壓的磁流變材料的屈服力之和Q(i)幾乎為零，夾緊力也幾乎為零，即可輕松取出工件。
【權(quán)利要求】
1.一種磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)，其特征在于: 包括外部轉(zhuǎn)盤(7 )、螺紋轉(zhuǎn)盤(2 )、移動卡爪(4 )、錐齒輪(3 )、磁流變夾具(5 ); 所述螺紋轉(zhuǎn)盤(2)安裝于外部轉(zhuǎn)盤(7)內(nèi)部，且可相對于外部轉(zhuǎn)盤(7)旋轉(zhuǎn)；其中螺紋轉(zhuǎn)盤(2) —側(cè)為錐齒輪結(jié)構(gòu)，另一側(cè)為面螺紋結(jié)構(gòu)；所述錐齒輪(3)安裝于外部轉(zhuǎn)盤(7)上并且與所述螺紋轉(zhuǎn)盤(2)的錐齒輪結(jié)構(gòu)嚙合； 所述移動卡爪(4)安裝于外部轉(zhuǎn)盤(7)的槽型導(dǎo)軌中；移動卡爪(4)具有與所述螺紋轉(zhuǎn)盤(2)的面螺紋結(jié)構(gòu)配合的螺紋結(jié)構(gòu)； 所述磁流變夾具(5)安裝于移動卡爪(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)，其特征在于: 上述磁流變夾具(5)包括缸體(12)、端蓋(10)、第一級鐵芯(17)、第二級鐵芯(16)、第三級鐵芯(18 )、第一級勵磁線圈(14 )、第二級勵磁線圈(15 )、推力桿(13 )、夾頭(8 ); 第一級鐵芯(17)為縱截面是U字形的筒形結(jié)構(gòu)；第一級勵磁線圈(14)安裝于第一級鐵芯(17)內(nèi)壁； 第二級鐵芯(16)由兩個直徑大小不一樣的筒型段組成，每個筒型段縱截面均為U字形；第二級勵磁線圈(15)安裝于第二級鐵芯(16)大直徑筒形段內(nèi)壁； 第三級鐵芯(18)為縱截面是U字形的筒形結(jié)構(gòu)； 第二級鐵芯(16)和第三級鐵芯(18)具有中心通孔； 上述第一級、第二級、第三級鐵芯均安裝于缸體(12)中； 其中第一級鐵芯(17)位于缸體(12)底部； 第二級鐵芯(16)的小直徑筒形段套于第一級勵磁線圈(14)內(nèi)部，且第二級鐵芯(16)大小直徑外分界面緊靠在第一級鐵芯(17)頂部上，第二級鐵芯(16)的小直徑端面(C)、第一級鐵芯(17)的內(nèi)底面(D)和第一級勵磁線圈(14)之間形成第一級腔(22)； 第三級鐵芯(18)底部套于第二級勵磁線圈(15)內(nèi)部，且第三級鐵芯(18)頂部邊沿緊靠在第二級鐵芯(16)的大直徑筒形段頂部上，第三級鐵芯(18)的小直徑端面(A)與第二級鐵芯(16)的大直徑內(nèi)底面(B)、第二級勵磁線圈(15)之間形成第二級腔(20)； 推力桿(13)末端具有第一級推力盤(13a)，推力桿(13)中部具有第二級推力盤(13b)；推力桿(13)安裝于缸體(12)中，貫穿第二級鐵芯(16)和第三級鐵芯(18)的中心通孔；推力桿(13)的第一級推力盤(13a)位于第一級腔(22)中，且第一級推力盤(13a)和第一級鐵芯(17)的內(nèi)底面(D)之間充有磁流變材料； 第二級推力盤(13b)位于第二級腔(20)中，且第二級推力盤(13b)和第二級鐵芯(16)的大直徑內(nèi)底面(B)之間充有磁流變材料； 端蓋(10)安裝于缸體(12)端部，推力桿(13)頭部穿過端蓋，夾頭(8)安裝于推力桿(13)頭部，夾頭(8)與端蓋(10)之間安裝有復(fù)位彈簧(19)，夾頭(8)安裝有限位開關(guān)(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流變?nèi)嵝詩A具系統(tǒng)，其特征在于:上述端蓋(10)、第三級鐵芯(18)的筒段內(nèi)壁、推力桿(13)之間形成磁流變材料補(bǔ)償腔(11)，其內(nèi)充有磁流變材料；磁流變材料補(bǔ)償腔(11)與第二級腔(20)、第一級腔(22)通過補(bǔ)充通道(21)依次相連。
【文檔編號】B23B31/28GK204135372SQ201420576782
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】劉松, 周瑾, 李思磊, 金超武 申請人:南京航空航天大學(xué)