專(zhuān)利名稱(chēng)：夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于夾具或類(lèi)似物品中的包括有C型框架的裝置，該裝置最好具有長(zhǎng)內(nèi)側(cè)臂距，該框架用其自由側(cè)臂夾持工具、例如一個(gè)鉚接、膠接或焊接組件。
本發(fā)明的背景和問(wèn)題上面提到的這種C形框架是已知的，并用于例如組裝小汽車(chē)的車(chē)身部件、框架結(jié)構(gòu)、拖車(chē)、飛機(jī)等等。因?yàn)閷?duì)框架的剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求高，所以用“工”字形斷面的高拉伸強(qiáng)度的鋼材制造。特別是在例如鉚接的工作條件下會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，很大的張力會(huì)出現(xiàn)在C型框架的兩個(gè)側(cè)臂上?？蚣苓€要承受高工作循環(huán)次數(shù)，至少200萬(wàn)次循環(huán)是基本要求。C型框架在某些條件下必須要能對(duì)位置比較深的零件進(jìn)行操作，即要能達(dá)到在外邊框內(nèi)側(cè)例如位置在1m的工作面。在例如汽車(chē)工業(yè)這樣的大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中C型夾具由機(jī)器人來(lái)操作，這就是說(shuō)C型框架的重量應(yīng)該足夠輕使得系統(tǒng)的總重量小于機(jī)器人的允許操作重量。在手動(dòng)操作時(shí)也希望將系統(tǒng)的重量減到最小。
現(xiàn)在所使用的機(jī)器人，其實(shí)際的操作重量已經(jīng)達(dá)到甚至有時(shí)超過(guò)了其極限重量，但市場(chǎng)要求的是重量在規(guī)定范圍內(nèi)或更輕的、大型及更穩(wěn)定的夾具。機(jī)器人的投資是如此的昂貴，因此它必須能夠用在已有的甚至更新更廣泛的工作條件下。
已經(jīng)有人做過(guò)用復(fù)合材料制成固體模型來(lái)制造C形框架的試驗(yàn)，因?yàn)樵谀z接接頭處連接件上的以剪切應(yīng)力的方式表現(xiàn)出來(lái)的載荷應(yīng)變太大，使得實(shí)驗(yàn)不可能進(jìn)行下去。典型的鋼制C型框架，內(nèi)側(cè)深度為850mm，即在400mm長(zhǎng)的側(cè)臂的端部之間的距離及設(shè)計(jì)荷載為53kN反作用力，其重量約為150kg，在側(cè)臂的端部之間的最大允許變形為7mm。該重量與必要的工具重量之和超過(guò)了機(jī)器人的載運(yùn)能力，該重量因此是不能接受的。
本發(fā)明的目的和問(wèn)題的解決方案本發(fā)明的目的是提出一種夾具，其a)重量輕，b)剛度高，c)強(qiáng)度高，d)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，e)價(jià)格劃算，f)形狀和樣式容易變化，g)可以在不同的環(huán)境下運(yùn)行，例如焊接時(shí)火花飛濺的場(chǎng)合下運(yùn)行，h)壽命長(zhǎng)、可靠性高。
這些要求通過(guò)權(quán)利要求中的特征已經(jīng)得到解決。
附圖描述參照作為一個(gè)實(shí)施例的附圖，下面更精確地描述本發(fā)明。


圖1表示了移走前蓋板后的所發(fā)明夾具的透視圖。
圖2和3表示了兩個(gè)接頭的透視圖，分別為前、上和下部連接，及后、上和下部連接的更詳細(xì)的視圖。
圖4以透視圖的方式表示了后部連接。
圖5以透視圖的方式表示了三角形連接元件。
圖6表示了修改后的本發(fā)明夾具的側(cè)視圖。
圖7表示了圖6所示的側(cè)視夾具的框架構(gòu)件。
圖8表示了承載狀態(tài)下的圖1中所示的夾具。
圖9表示了改進(jìn)后的實(shí)施例未承載時(shí)的夾具。
圖10表示了承載狀態(tài)下圖9中的夾具。
對(duì)實(shí)施例的描述本發(fā)明的夾具包括C型外框架11，它依次包括6個(gè)外框架梁12-17，其中12、13，和17、16構(gòu)成C的側(cè)臂及梁14和15構(gòu)成側(cè)臂之間的過(guò)渡段。梁12-17的端部與端部之間通過(guò)連接件18-22互相連接起來(lái)，結(jié)果它們一起形成一個(gè)“C”字。
在C型外框架11的內(nèi)側(cè)，設(shè)有第二個(gè)C形的內(nèi)框架23，包括框架梁24和25，它們也構(gòu)成內(nèi)框架23的側(cè)臂，同時(shí)在側(cè)臂之間的過(guò)渡段由梁?jiǎn)卧?6構(gòu)成。
內(nèi)外層的C型框架11、23在某些部位通過(guò)斜支撐27-32及在側(cè)臂的端部通過(guò)接合件33和34相互連接。連接件18-22上設(shè)有連接支耳35，支耳上有軸頸用的通孔36，通孔形成給斜支撐27-32用的鉸接頭37。同樣在斜支撐和內(nèi)框架23之間的內(nèi)側(cè)連接方式設(shè)計(jì)成和接頭37一樣。梁?jiǎn)卧?6和斜支撐29,30設(shè)計(jì)成固定的三角形構(gòu)件38，其上設(shè)有支持接口39，如機(jī)器人的手臂(未示出)。
連接件18-22和接合件33、34設(shè)有導(dǎo)向凸緣40和推力面41以引導(dǎo)壓力，該壓力被分別傳遞到框架梁12-17的端部和端面42上。通過(guò)調(diào)整連接件的推力面41的角度，框架梁的端部可以切成直角，這就簡(jiǎn)化了制造。
通過(guò)在C型框架的平的兩側(cè)上連接加強(qiáng)板43可以得到適當(dāng)?shù)腃型框架的扭轉(zhuǎn)剛度。在載荷作用到框架上時(shí)，加強(qiáng)板適當(dāng)?shù)睾涂蚣芰?2-17和24、25相連。該連接可以膠連、鉚接或螺栓連接等等。材料可以是鋼、鋁、增強(qiáng)纖維塑料板等等。
在以前的制造工作中，顯然，與構(gòu)件采用能吸收力矩的連接件相比，人們更喜歡框架工件上連接件處不出現(xiàn)因重力而引起的力矩。為了能夠?qū)Ω吨剌d荷，必須采取包括使用抗力矩的連接件在內(nèi)的、既笨重又難于控制的方法。人們已經(jīng)知道，獲得一個(gè)輕型耐用構(gòu)件的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)框架構(gòu)件的幾何形狀，使得連接到某一個(gè)連接件上的所有連接桿會(huì)聚在一個(gè)共同點(diǎn)上。選用的幾何形狀的結(jié)果是通過(guò)許多互相連在一起的三角形拼接成C形框架11，其中一個(gè)三角形至少有一條邊和相鄰的三角形共用。
由于復(fù)合材料的比剛度大于鋼材的比剛度，希望盡可能地采用高復(fù)合比的復(fù)合材料以使所選擇的加強(qiáng)板的重量減到最低。連接件上基本沒(méi)有力矩的構(gòu)件其選用原則是使外框架11中只出現(xiàn)一個(gè)軸向載荷即壓應(yīng)力，因此復(fù)合材料特別適合于這種情況。由于復(fù)合材料可以采用不同的增強(qiáng)塑料，如碳纖維增強(qiáng)塑料，其長(zhǎng)度方向上的比彈性系數(shù)與鋼材的25相比約為95，也就是說(shuō)碳纖維框架比相應(yīng)的鋼框架幾乎要輕四倍。同樣由于組合載荷出現(xiàn)在外框架的內(nèi)側(cè)部件上，鋼材是更值得投資的、有效的制造材料。這些部件也許更適合采用鋼材，或者用鋼材和碳纖維增強(qiáng)塑料的復(fù)合材料，在所描述的實(shí)施例中框架梁24和25已經(jīng)選用這種材料，其中框架梁的內(nèi)側(cè)部件為碳纖維梁44而外部部件是鋼桿。整個(gè)夾具的重量約為具有等效性能的鋼制框架重量的一半。
然而，這并不排除，如果更強(qiáng)調(diào)要求降低重量和/或剛度和強(qiáng)度，所選用的構(gòu)件的部件可以用復(fù)合材料來(lái)替代。
為了優(yōu)化材料的性能，纖維的方向應(yīng)該沿梁的延伸方向即長(zhǎng)度方向，也就是說(shuō)梁可以從碳強(qiáng)化塑料板中鋸出來(lái)并可以切割成適當(dāng)?shù)男螤?，使此?gòu)件中最昂貴的部件的成本保持在低位。選用構(gòu)件的原則是不要求使用特殊的模具，但可以在不需要大量初投資的前提下使用殼狀模具等等。
圖6和7所示的改進(jìn)后的實(shí)施例。和上述實(shí)施例的不同點(diǎn)在于用固定連接代替了幾個(gè)接頭，同時(shí)又保證了要求，即所有的接頭都沒(méi)有力矩。通過(guò)此設(shè)計(jì)，可以將斜支撐27、28、31和32固定連接到框架構(gòu)件38上，以獲得圖7中所示的外形。連接件18-22和斜支撐固定成一體可以減少附件的數(shù)量?？蚣軜?gòu)件38可以由適當(dāng)?shù)慕饘僦圃?，例如鋼材。?nèi)框架梁24和25按照和以前一樣的方法鉸接到框架構(gòu)件38上。
設(shè)計(jì)所有沒(méi)有力矩的連接點(diǎn)的缺點(diǎn)是夾具在載荷作用下會(huì)變形，見(jiàn)圖8，以至于接合件33、34的連接表面不保持平行而與水平面成一個(gè)夾角α。
當(dāng)工作過(guò)程對(duì)精度有高要求時(shí)，即工具單元45的兩個(gè)部分，例如鉚接單元45a和鉚接柄45b，在鉚接操作時(shí)必須對(duì)齊，換句話說(shuō)接合件33、34的連接表面必須保持平行，此時(shí)無(wú)力矩連接或接頭的原則不能建立。為了能控制C型夾具在荷載作用時(shí)的變形，將力矩作用到一個(gè)或更多的連接件或梁上是適合的，通過(guò)使連接到一個(gè)連接件的匯集梁的中心線不在一個(gè)共同的點(diǎn)上相聚的方法可以實(shí)現(xiàn)這一目的。因此所有的連接件上將不會(huì)沒(méi)有力矩。
圖9中示出了如何控制變形以滿(mǎn)足一定的要求，即上面提到的平行。當(dāng)例如鉚固載荷，如箭頭50所示，作用到接合件33和34上時(shí)，在接合件33上的中心線46的交叉點(diǎn)47已經(jīng)被移到了連接件33的外面，形成力臂49來(lái)產(chǎn)生力矩。根據(jù)力臂52、53的長(zhǎng)度來(lái)移動(dòng)框架梁14、15、16附著點(diǎn)48、51，使力矩進(jìn)一步作用到連接件20和21上。因此框架梁16、25和13、24既出現(xiàn)軸向變形又形成彎曲。圖10給出了這樣的一個(gè)例子，這里交接件33和34的連接表面的平行度可以保持。
在此實(shí)施例中加強(qiáng)板43可以省略。
本發(fā)明不限于所述及所示的實(shí)施例，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以有許多變化。因此夾具可以包括更多或更少的三角形塊，不同的接頭結(jié)構(gòu)也是可以的。
序號(hào)清單10 夾具11 C型外框架12-17外框架梁18-22連接件23 C型內(nèi)框架24-25內(nèi)框架梁26 梁?jiǎn)卧?7-32斜支撐33-34接合件35 連接支耳36 插孔37 接頭/軸頸38 框架構(gòu)件39 支持接口40 導(dǎo)向凸緣41 推力面42 端面43 加強(qiáng)板44 碳纖維梁45 工具單元45a 鉚接單元45b 鉚接柄46 中心線47 一次交叉點(diǎn)48 二次交叉點(diǎn)49 力臂50 力的箭頭51 三次交叉點(diǎn)52-53力臂
權(quán)利要求
1． 一種夾具(10)裝置，它基本包括最好有著長(zhǎng)內(nèi)側(cè)臂距的C型框架，該框架用其自由側(cè)臂端夾持工具，例如一個(gè)鉚接、接或焊接組件，其特征在于夾具(10)包括一個(gè)衍架或者框架，它包括內(nèi)外側(cè)的C型框架(11,23)和許多將其連接起來(lái)的斜支撐(27-32)；框架(11,23)和斜支撐(27-32)設(shè)計(jì)成許多相互連接的三角形部分，其連接點(diǎn)(18-22,37)設(shè)計(jì)成連接件或接頭；外側(cè)的C型框架(11)設(shè)計(jì)成只承受推力，內(nèi)側(cè)的框架(23)受推力和拉力，及斜支撐(27-32)基本上受拉力。
2． 按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于連接點(diǎn)(18-22,37)被制成無(wú)力矩的連接件或接頭。
3． 按照權(quán)利要求1和2中的裝置，特征在于在至少一側(cè)最好是兩側(cè)平面上將加強(qiáng)板(43)與夾具(10)相連。
4． 按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于外側(cè)的C型框架(11)由具有高彈性系數(shù)的復(fù)合材料制成，最好是碳纖維增強(qiáng)塑料。
5． 按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于外側(cè)的C型框架(11)包括許多通過(guò)連接件(18-22)相互連接的桿形框架梁(12-17)，這些連接件設(shè)計(jì)成能夠在其邊側(cè)引導(dǎo)梁的端部。
6． 按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于內(nèi)側(cè)的C形框架梁(23)的側(cè)臂(24、25)由至少一根復(fù)合材料梁和至少一根、最好是鋼制的強(qiáng)化材料梁組合而成。
7． 按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于內(nèi)側(cè)C形框架(23)的側(cè)臂之間的過(guò)渡段(26)由三角形的框架元件(38)構(gòu)成，其中設(shè)置接口(39)用于支持夾具(10)。
8． 按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于夾具(10)中至少有些連接件(18-22)設(shè)計(jì)成無(wú)力矩的一維軸向的接頭。
9． 按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于內(nèi)外側(cè)臂(11、23)的每個(gè)自由端通過(guò)接合件(33、34)相互連接。
10．按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于三角形的框架元件(38)設(shè)計(jì)有固定連接的斜支撐(27、28、31、32)，在斜支撐的自由端上設(shè)有固定連接件(18-22)。
11．按照權(quán)利要求1中的裝置，特征在于當(dāng)荷載力矩作用到一個(gè)或多個(gè)連接件和/或桿件上時(shí)，將通過(guò)一個(gè)或多個(gè)框架梁和/或連接件的、一個(gè)或多個(gè)斜支撐的中心線(46)設(shè)計(jì)成不在一個(gè)共同的交點(diǎn)相交。
全文摘要
一種夾具(10)裝置,它包括最好具有長(zhǎng)內(nèi)側(cè)臂距的、基本上是C型的框架,該框架用其自由側(cè)臂端夾持例如一個(gè)鉚接、粘接或焊接組件的工具。夾具(10)包括一個(gè)衍架或者框架,它包括內(nèi)外側(cè)的C型框架(11,23)和許多將其連接起來(lái)的斜支撐(27－32)。框架(11,23)和斜支撐(27－32)布置成許多相互連接的三角形部分,其連接點(diǎn)(18－22,37)設(shè)計(jì)成連接件或接頭;外側(cè)的C型框架(11)設(shè)計(jì)成只承受推力,內(nèi)側(cè)的框架(23)受推力和拉力,及斜支撐(27－32)基本上受拉力。
文檔編號(hào)B23Q1/00GK1310654SQ9980890
公開(kāi)日2001年8月29日 申請(qǐng)日期1999年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者丹·霍爾姆, 卡爾－奧托·施特龍貝格, 漢斯·黑爾曼, 彼得·弗羅貝格 申請(qǐng)人:C－動(dòng)力股份公司