气动夹具的制作方法

本发明涉及夹具行业，尤其属于气动。

背景技术：

近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；能装夹一组具有相似性特征的工件；能适用于精密加工的高精度机床夹具；能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；提高机床夹具的标准化程度。在国外进20多年来，有关气动的行业发展迅速。70年代，液压与气动元件的产值比9:1，而20年后的今天，在工业发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:4。气动夹具的价格要比液压的夹具低的多，相信在不久的将来气动行业必定超过液压。所以气动夹具也会慢慢的成为主流。日本的SMC、德国的FESTO、英国的NORGREN和美国的PARKER都是知名的启动行业企业。随着社会的发展，夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。同时随加工制造业的发展高速切削的结果，机动工时大大缩短，劳动生产率提高；推广气动夹具是必要的，气动夹具操作方便，能大大的减轻劳动强度；气动反应速度快，因而生产中缩短辅助时间，提高生产率；气动夹具对气动元件的要求不高，易于制造，同时气动夹具便于现代化制造。

技术实现要素：

本发明的目的地在于开发利用气动夹具，设计双向气动夹具，使一个气缸通过联动机构实现夹紧机构三个自由度的运动实现两个方向的夹紧，从而使工件完全定位，满足加工要求。

利用两个气缸，其中一个提供从下向上的夹紧力，同时另外一个气缸通过一套联动机构实现对工件前端和右侧面的夹紧。

本发明解决其技术问题所采用的设计思路和技术方案如下：一种气动夹具，其要点在于它包括前气缸（6）、前气缸顶杆（7）、螺纹销（8）、前摆块（9）、螺纹销（10）、拉板（11）、滑块（12）、顶块（13）、底座（14）、盖板（15）、拉杆（16）、拉块（17）、定位块（2），前气缸顶杆（7）与前气缸（6）连接，前气缸（6）带动前气缸顶杆（7）实现前后伸缩，前气缸顶杆（7）的中部具有开口槽（7-1），前摆块（9）安装在前气缸顶杆（7）的开口槽（7-1）当中，用螺纹销（8）通过后销孔（7-2）和长槽孔（9-1）连接，此时前摆块（9）具备一定的左右摆动量，在开口槽（7-1）中还固定有一个拉板（11），位于前摆块（9）前方，用螺纹销（10）穿过连接孔（7-3）和拉板孔（11-1）固定在开口槽（7-1）中，前摆块（9）用于夹紧，拉板（11）用于松开，底座（14）位于前气缸顶杆（7）的前方，底座（14）上设计有拉杆凹槽（14-1）、拉块凹槽（14-2）、定位块凹槽（14-3），拉杆（16）安装在拉杆凹槽（14-1）中，拉块凹槽（14-2）用于让开顶块（13），定位块安装于定位块凹槽（14-3）中，定位块（2）为“U”字形，用螺钉锁在底座（14）上,工件放入定位块（2）的U型槽（2-1）中，工件右侧的开口方向为工件的加工面所在，工件第二基准面（1-2）与定位块（2）的下平面（2-2）贴合实现上下方向的定位,定位块（2）的前侧上方设计有让开顶块（13）的让位缺口（2-3）,顶块（13）安装在盖板（15）的顶块槽（15-2）中，侧面上设计有与拉板（11）相配合的顶块缺口（13-1），底面设计有顶块镶槽（13-2），拉块（17）卡套在顶块镶槽（13-2）上，顶块（13）的顶块缺口（13-1）卡在拉板（11）上，另一端从定位块（2）的让位缺口（2-3）中穿过，拉块（17）呈直角，拉块（17）的左端面有拉块斜面（17-1），与盖板（15）强制斜面（15-3）相配合，贴合面（17-3）为与压紧工件的面，拉块右端面（17-2）为与拉杆（16）的配合面，滑块（12）安装在盖板（15）的滑块槽（15-1）中，滑块（12）为长方体，侧面上设计有与拉板（11）相配合的滑块缺口（12-2），底面设计有斜槽（12-1），拉杆（16）为弯折的钩状，拉杆（16）上有与斜槽（12-1）相配合的拉杆凸起（16-2），滑块（12）的滑块缺口（12-2）卡在拉板（11）上，另一端通过斜槽（12-1）与拉杆（16）相接，拉杆（16）弯折的工作平面（16-1）与拉块右端面（17-2）相配合，从右向左压紧拉块（17）进而迫使拉块（17）压紧工件右侧面,盖板（15）压在滑块（12）和顶块（13）的上方，盖板（15）有与滑块（12）配合的滑块槽（15-1），与顶块（13）配合的顶块槽（15-2），在顶块槽（15-2）的侧面上有强制斜面（15-3），前摆块（9）的左右有两个弧形凸起（9-2），两个弧形凸起（9-2）分别推动滑块（12）和顶块（13）向前运动，滑块（12）在向前运动过程中，其斜槽（12-1）通过与拉杆（16）的拉杆凸起（16-2）相互配合，迫使拉杆（16）在底座（14）的拉杆凹槽（14-1）内向左运动，而顶块（13）在向前运动过程中其顶块镶槽（13-2）与拉块（17）配合推动拉块（17）向前运动，拉块（17）刚开始运动时其拉块斜面（17-1）尚未运动到盖板强制斜面（15-3），此时拉块左端面（17-3）与工件右端面在盖板（15）的限制下始终保持一定的间隙，待拉块（17）向前运动到其前端面开始超越工件前端夹紧面时，拉块（17）的拉块斜面（17-1）开始越过盖板强制斜面（15-3），此时拉块左端面（17-3）具备和工件（1）右侧端面贴合的活动空间，而拉杆（16）由于在滑块（12）的带动下不断向左运动，此时拉杆（16）的工作平面（16-1）开始与拉块右端面（17-2）贴合，拉动拉块（17）强制向左运动，直至拉块左端面（17-3）与工件（1）的右端面贴合，实现对工件（1）从右向左方向的夹紧,此时顶块（13）也以运动到位其前端顶住工件前端面，而工件的公差和各工件的加工误差通过前摆块的左右摆动来消除起对夹紧的影响确保两个方向同时夹紧工件,通过上述机构的三个自由度的运动来实现对工件两个方向的夹紧。

还具有一个下气缸，通过中间传力机构从工件的下方向上顶，使工件的第二基准面与定位块的下平面贴合，气缸通过下气缸顶杆实现上下伸缩，在下气缸顶杆上端通过螺纹销连接一个摆块，通过摆块上端弧形凸起顶工件的下平面，这样由于摆块的自动找正作用，可以确保工件的基准面能够与定位块下端面完全贴合，采用两个气缸通过中间传力机构实现对工件的三个方向的夹紧。

底座左右两端分别有一个定位块凹槽，可同时安装两个工件。

本发明的优点：体积小，通过两个气缸完成三个方向的夹紧，有效地减少了气缸数量，提高了同一设备工件装夹数量，简化生产过程，提高劳动生产率，降低生产成本。

附图说明

图1为可使用本夹具加工的工件毛坯图

图2为工件装在定位块中的示意图

图3为定位块的结构示意图

图4为图3的仰视图

图5为前端夹紧机构的示意图

图6为前端夹紧机构去除盖板15后的示意图

图7为前气缸顶杆的结构示意图

图8为前摆块的结构示意图

图9为拉板的结构示意图

图10为滑块的结构示意图

图11为顶块的结构示意图

图12为底座的结构示意图

图13为盖板的结构示意图

图14为拉杆的结构示意图

图15为拉块的结构示意图

图16为下端夹紧机构的示意图

图17为摆块3的结构示意图

图18为本发明在GX710三轴数控加工中心上的使用状态图

基中：1工件1-1第一基准面1-2第二基准面1-3 加工部位1-4工件的下平面2定位块2-1U形槽 2-2定位块的下平面2-3让位缺口2-11 U形槽左端面 2-12 U形槽后端面3摆块 3-1摆块上端弧形凸起4下气缸顶杆5下气缸6前气缸7前气缸顶杆7-1开口槽7-2后销孔7-3连接孔8螺纹销9前摆块9-1长槽孔9-2弧形凸起10螺纹销11拉板11-1拉板孔12滑块12-1斜槽12-2滑块缺口13顶块13-1顶块缺口 13-2顶块镶槽14底座14-1拉杆凹槽 14-2拉块凹槽 14-3定位块凹槽15盖板15-1滑块槽15-2顶块槽15-3盖板强制斜面16拉杆16-1工作平面16-2拉杆凸起17拉块17-1拉块斜面17-2拉块右端面17-3拉块左端面。

具体实施方式

下面结合视图对本发明进行详细的描述，所列举的实施例可以使本专业的技术人员更理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

如图1-15所示，本发明所设计的夹具主要是针对如图1所示的需要一套联动机构来实现两个方向、三个自由度的运动，实现对工件两个方向的夹紧，这一类型的工件加工使用。

本夹具所定位的工件毛坯图如图1所示，1为该加工工件，其中1-1和1-2分别为第一、第二基准面，为工件产品图中与加工部位相关的高度方向和水平方向的尺寸基准，而夹具设计要求设计基准、工艺基准、定位基准应尽可能统一，故在该工件加工工艺中我们将第一、第二基准面1-1和1-2为定位基准，这样产品加工后产品图相关尺寸均能得到有效保证。而1-3为加工部位。

加工本工件选用的机床为GX710三轴数控加工中心。由选用的机床要求和工件加工部位、定位基准面等客观因素，同时在设计夹具时为确保定位可靠，要求夹具定位部位尽可能为固定件以确保定位准确可靠，这就要求我们的工件只能从定位块U型槽开口方向插入夹具内在完成夹紧。而夹具设计中要求完全定位，针对该工件，我们在设计时采用从前端、下端、和右侧三个方向同时夹紧，这样工件六个自由度全部被约束且无过定位和欠定位现象的出现。加工中选用直柄立铣刀，可以满足铣削要求。

该工件定位面为第一、第二基准面1-1和1-2。根据实际加工要求，该工件定位时需限制六个自由度。在拟定定位方案时，仍需对其进行分析和研究，考察定位基准的选择能否满足工件位置精度的要求，夹具的结构能否实现。故定位块为一固定在夹具上的工件，与工件左侧面和前后两个小台阶面贴合，同时工件两侧面与定位块2的U形槽2-1为间隙配合，确保工件能够从侧面顺利插入夹具。工件装入定位块中的位置图如图2所示，定位块2形状图如图3、4所示。

由图2-4可知，工件1装入定位块2后由定位块2下端面2-2与工件1的第二基准面1-2贴合，定位块2的U形槽左端面2-11与工件侧面贴合，定位块2U形槽后端面2-12与工件1第一基准面1-1贴合，这样工件的定位基准与设计基准完全一致。

除前端面需直接通过顶块顶柱工件前端面外，在左侧由于工件要从左侧插入定位块槽，故在夹紧时左侧机构要实现向前和向右两个方向的运动，而在松开时需想实现向右和向后两个方向的运动。故设计了一套联动机构来实现两个方向、三个自由度的运动，实现对工件前端面和左侧面的夹紧。由于通过一个气缸实现对工件两个端面的夹紧，增加了力的方向，为确保有足够大的夹紧力，前气缸6我们选用缸径为100的气缸。

一种气动夹具，它包括前气缸6、前气缸顶杆7、螺纹销8、前摆块9、螺纹销10、拉板11、滑块12、顶块13、底座14、盖板15、拉杆16、拉块17、定位块2，前气缸顶杆7与前气缸6连接，前气缸6带动前气缸顶杆7实现前后伸缩，前气缸顶杆7的中部具有开口槽7-1，前摆块9安装在前气缸顶杆7的开口槽7-1当中，用螺纹销8通过后销孔7-2和长槽孔9-1连接，此时前摆块9具备一定的左右摆动量，在开口槽7-1中还固定有一个拉板11，位于前摆块9前方，用螺纹销10穿过连接孔7-3和拉板孔11-1固定在开口槽7-1中，前摆块9用于夹紧，拉板11用于松开，底座14位于前气缸顶杆7的前方，底座14上设计有拉杆凹槽14-1、拉块凹槽14-2、定位块凹槽14-3，拉杆16安装在拉杆凹槽14-1中，拉块凹槽14-2用于让开顶块13，定位块安装于定位块凹槽14-3中，定位块2为“U”字形，用螺钉锁在底座14上,工件放入定位块2的U型槽2-1中，工件右侧的开口方向为工件的加工面所在，工件第二基准面1-2与定位块2的下平面2-2贴合实现上下方向的定位,定位块2的前侧上方设计有让开顶块13的让位缺口2-3,顶块13安装在盖板15的顶块槽15-2中，侧面上设计有与拉板11相配合的顶块缺口13-1，底面设计有顶块镶槽13-2，拉块17卡套在顶块镶槽13-2上，顶块13的顶块缺口13-1卡在拉板11上，另一端从定位块2的让位缺口2-3中穿过，拉块17呈直角，拉块17的左端面有拉块斜面17-1，与盖板15强制斜面15-3相配合，贴合面17-3为与压紧工件的面，拉块右端面17-2为与拉杆16的配合面，滑块12安装在盖板15的滑块槽15-1中，滑块12为长方体，侧面上设计有与拉板11相配合的滑块缺口12-2，底面设计有斜槽12-1，拉杆16为弯折的钩状，拉杆16上有与斜槽12-1相配合的拉杆凸起16-2，滑块12的滑块缺口12-2卡在拉板11上，另一端通过斜槽12-1与拉杆16相接，拉杆16弯折的工作平面16-1与拉块右端面17-2相配合，从右向左压紧拉块17进而迫使拉块17压紧工件右侧面,盖板15压在滑块12和顶块13的上方，盖板15有与滑块12配合的滑块槽15-1，与顶块13配合的顶块槽15-2，在顶块槽15-2的侧面上有强制斜面15-3，前摆块9的左右有两个弧形凸起9-2，两个弧形凸起9-2分别推动滑块12和顶块13向前运动，滑块12在向前运动过程中，其斜槽12-1通过与拉杆16的拉杆凸起16-2相互配合，迫使拉杆16在底座14的拉杆凹槽14-1内向左运动，而顶块13在向前运动过程中其顶块镶槽13-2与拉块17配合推动拉块17向前运动，拉块17刚开始运动时其拉块斜面17-1尚未运动到盖板强制斜面15-3，此时拉块左端面17-3与工件右端面在盖板15的限制下始终保持一定的间隙，待拉块17向前运动到其前端面开始超越工件前端夹紧面时，拉块17的拉块斜面17-1开始越过盖板强制斜面15-3，此时拉块左端面17-3具备和工件1右侧端面贴合的活动空间，而拉杆1由于在滑块12的带动下不断向左运动，此时拉杆16的工作平面16-1开始与拉块右端面17-2贴合，拉动拉块17强制向左运动，直至拉块左端面17-3与工件1的右端面贴合，实现对工件1从右向左方向的夹紧,此时顶块13也以运动到位其前端顶住工件前端面，而工件的公差和各工件的加工误差通过前摆块的左右摆动来消除起对夹紧的影响确保两个方向同时夹紧工件,通过上述机构的三个自由度的运动来实现对工件两个方向的夹紧。

详细介绍本发明的运动过程如下：

1、夹紧过程为：前气缸6推动前气缸顶杆7向前运动。前摆块9放在前气缸顶杆7的开口槽7-1当中，用螺纹销8连接。前气缸顶杆7推动前摆块9后端弧形面，前摆块9的左右有两个弧形凸起9-2分别推动滑块12和顶块13向前运动，滑块12在向前运动过程中，其斜槽12-1通过与拉杆16的拉杆凸起16-2相互配合，迫使拉杆16在底座14的拉杆凹槽14-1内向左运动，而顶块13在向前运动过程中其顶块镶槽13-2与拉块17配合推动拉块17向前运动，拉块17刚开始运动时其拉块斜面17-1尚未运动到盖板强制斜面15-3，此时拉块左端面17-3与工件右端面在盖板15的限制下始终保持一定的间隙，待拉块17向前运动到其前端面开始超越工件前端夹紧面时，拉块17的拉块斜面17-1开始越过盖板强制斜面15-3，此时拉块左端面17-3具备和工件1右侧端面贴合的活动空间，而拉杆16由于在滑块12的带动下不断向左运动，此时拉杆16的工作平面16-1开始与拉块右端面17-2贴合，拉动拉块17强制向左运动，直至拉块左端面17-3与工件1的右端面贴合，实现对工件1从右向左方向的夹紧。此时顶块13也以运动到位其前端顶住工件前端面。而工件的公差和各工件的加工误差通过摆块的左右摆动来消除起对夹紧的影响确保两个方向同时夹紧工件。通过上述机构的三个自由度的运动来实现对工件两个方向的夹紧。

2、松开过程为：在前气缸6的作用下，前气缸顶杆7向后运动。由于拉板11放置在前气缸顶杆7的开口槽7-1当中通过连接孔7-3用螺纹销10连接。前气缸拉杆7向后运动时带动拉板11向后运动，而拉板11通过与滑块12的滑块缺口12-2和顶块13的顶块缺口13-1配合拉动滑块12和顶块13向后运动，此时顶块13松开了工件1，而由于滑块12向后运动，通过斜槽12-1带动拉杆16向右运动，此时拉杆16松开拉块17，从而使拉块17不再对工件施加从右向左的夹紧力。由于顶块13的向后运动，在顶块镶槽13-2的作用下带动拉块17向后运动从而使工件1可以从右端取出并装入新的未加工工件1。待拉块17向后运动一小段距离后，拉块斜面17-1在盖板强制斜面15-3的强制作用下向右运动，迫使拉块17的贴合面17-3与工件1的右端面保持适当的左右方向的间隙，而此时拉块17的右端面17-2与拉杆16的工作平面16-1间保持一定的活动空间，整个机构不会抱死。

通过以上过程，完成了对工件1的夹紧和松开，满足了实际加工需求。

如图16、17所示，除上述两个方向的固定外，本发明还需要一个Z轴方向的夹紧力，因此还具有一个下气缸5，通过中间传力机构从工件1的下方向上顶，使工件1的第二基准面1-2与定位块的下平面2-2贴合，下气缸通过下气缸顶杆4实现上下伸缩，在下气缸顶杆上端通过螺纹销连接一个摆块3，通过摆块上端弧形凸起3-1顶工件的下平面1-4，这样由于摆块3的自动找正作用，可以确保工件1的第二基准面1-2能够与定位块2下端面2-2完全贴合，采用两个气缸通过中间传力机构实现对工件1的三个方向的夹紧。

气动元件的选择：

气动元器件可采用亚德客公司提供的产品综合型录中所列出的元器件或其它公司类似产品。根据夹紧力大小、控制器原理等参数选取合适的气动元器件。

底座14左右两端分别有一个定位块凹槽14-3，可同时安装两个工件1。图18所使用的设备为GX710，机床工作台较大，工作行程710毫米，为了提高劳动效率，同时兼顾操作者操作方便，故设计的夹具一次装夹四个工件，采用八个气缸，四个气阀。夹具三维总装配图如图18所示。