一种具有两自由度同步旋转和多角度摆动定位的夹具装置及采用该夹具装置的夹具工作台的制作方法

本发明涉及一种夹具，属于打磨抛光设备技术领域，尤其是指一种具有两自由度同步旋转和多角度摆动定位的夹具装置及采用该夹具装置的夹具工作台。

背景技术：

砂带机和抛光机可构成多工位直线式或圆盘式结构，主要用于工件表面打磨和抛光处理，在现代工业产品中被广泛应用于汽车配件、五金和水暖件等产品的打磨与抛光，可使工件表面更光滑和增加美感。由于打磨与抛光加工工件品种繁多、形状各异，根据工件的形状可进行相应的砂带机头和抛光轮前后伸缩或左右偏摆，圆盘砂带机和抛光机能够有限扩大抛光工件适用范围。但是，圆盘砂带机和抛光机的打磨与抛光工件适用范围主要取决其工件装载工作台能否实现多方向的同步旋转。以上问题不仅仅在打磨与抛光领域中存在，在其他机械加工或者需要对工件进行标准化喷涂的设备中也存在同样问题。

授权公告号为cn203779293u的发明专利“一种新型数控抛光机”是申请人的一份在先专利权技术方案，其公开了一种多工位数控布轮抛光设备，但是在实际应用中发现存在着一些缺陷：装载工作台只有水平轴和垂直轴两个方向的同步旋转，夹具只有水平方向运动。夹具必须在向外水平方向才能装夹工件，然后工件向里旋转180度才能抛光工件本体和顶面，完成工件抛光后夹具又必须在向外旋转180度水平方向才能卸下工件，这种结构方式和工作方式减少了工件的实际抛光时间，也降低生产效率。虽然申请人在之后的另一份在先专利申请技术方案中公开了一种不仅能够水平和垂直两自由度同步旋转运动、还能90度回转摆动的夹具单元，这种结构方式允许工件在垂直方向装夹，使得工件顶面立即可以抛光，工件回转90度后可以抛光工件本体，完成工件抛光后夹具座回转90度即可卸下工件，从而增加了工件的实际抛光时间，提高了生产效率。但是，这份在先申请专利技术方案中的工件装载工作台在实际应用中仍然存在着一些结构缺陷，例如夹具单元只有0度和90度两种角度的摆动定位，也就是说只能处于垂直状态或水平状态，而没有其它角度的转动定位方式，这种结构形式对工件的整体抛光存在着一些局限，凡与水平方向成夹角的工件仍然无法完成整体抛光，因此仍然限制了整机结构的进一步发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷与不足，提供一种具有两自由度同步旋转和多角度摆动定位的夹具装置及采用该夹具装置的夹具工作台，该夹具装置解决了现有两自由度同步旋转和90度回转摆动夹具装置的结构缺陷，具有五角度回转摆动定位结构方式，解决了现有抛光机对工件进行多工位抛光和机械加工等存在的生产效率低和无法整体抛光的问题，可适合各种形状的汽车配件、五金和水暖件等产品的打磨与抛光，大大扩大了圆盘砂带机与抛光机的工件适用范围，保证打磨与抛光质量稳定且具有一致性，可实现长时间稳定的连续工作，有效提高生产效率和经济效益。

为了能够实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：

一种具有两自由度同步旋转和多角度摆动定位的夹具装置，包括有固定式底座、位于固定式底座上方的旋转式支座、位于旋转式支座上方的左支撑柱和右支撑柱及悬挂于左右支撑柱之间的气动夹具、及分别与旋转式支座和气动夹具的夹具头传动连接的两自由度旋转传动组件，其中气动夹具包括有形成一整体的夹具头、夹具座和涨紧气缸；所述左支撑柱的内部设置有驱动气动夹具整体多角度回转摆动定位的回转摆动组件，该回转摆动组件采用分度气缸通过齿条齿轮传动组合驱动动力输出转轴的传动结构，其中动力输出转轴的输出端再与气动夹具的夹具座紧固连接。

进一步，所述回转摆动组件包括有分度气缸、直线齿条、回转齿轮及动力输出转轴，其中：该分度气缸竖立设置于左支撑柱内部，其活塞杆竖立向上，其内部具有气动五分度结构；该直线齿条固定在分度气缸活塞杆一侧；该动力输出转轴通过两个轴承件水平布置在直线齿条外侧位置，其外端部从左支撑柱侧壁露出，内端部延伸至气动夹具的夹具座位置且与夹具座侧壁紧固连接；该回转齿轮固定在动力输出转轴上且与直线齿条啮合传动连接。

进一步，所述回转摆动组件还包括有棘轮回转定位机构，该棘轮回转定位机构包括有锁紧气缸、棘轮及棘爪，其中：该锁紧气缸竖立设置于分度气缸一侧，其活塞杆竖立向上；该棘轮固定在动力输出转轴上且与回转齿轮形成一体，其外圆设置有五个间隔布置的锁紧槽位；该棘爪设置于锁紧气缸活塞杆正上方位置且与锁紧气缸活塞杆离合顶抵接触配合，其一端部通过一铰接轴与左支撑柱连接，另一端部形成与棘轮锁紧槽位离合接触连接的卡勾且该端部的底部设置有一趋于拉开棘爪与棘轮接触的复位弹簧。

进一步，所述两自由度旋转传动组件包括有上下叠放布置的旋转式支座旋动传动组件和夹具头旋动传动组件，其中：上述旋转式支座旋动传动组件包括有设置于底座内部的上伺服电机、与上伺服电机传动连接的上减速器、及与上减速器传动连接的空心上轴套，该空心上轴套的上端穿过底座与旋转式支座紧固连接；上述夹具头旋动传动组件包括有设置于底座内部的下伺服电机、与下伺服电机传动连接且位于上减速器正下方的下减速器、与下减速器传动连接且活动穿过上述空心上轴套的第一垂直传动轴、位于旋转式支座上且动力输入端与垂直传动轴连接的直齿轮组合、位于右支撑柱内部且下端与直齿轮组合动力输出端连接的第二垂直传动轴、位于第二垂直传动轴上端的第一伞齿轮、通过轴承件水平布置于第二垂直传动轴上方的水平传动轴、位于水平传动轴中部位置且与第一伞齿轮传动配合的第二伞齿轮、位于水平传动轴内端部且延伸入夹具座内部的第三伞齿轮、位于夹具头内底位置且与第三伞齿轮传动配合的第四伞齿轮。

进一步，所述气动夹具的涨紧气缸位于夹具座的下方位置，夹具头安装于夹具座的上方位置，涨紧气缸的活塞杆穿过位于夹具座内部的空心轴套后与夹具头内部的推杆紧固连接，推杆外部穿套有复位弹簧，推杆的顶端与夹具头内部的涨紧套顶抵接触。

进一步，所述回转摆动组件的动力输出转轴沿轴线方向位置为空心结构形成第一气道，所述夹具座的侧壁内部设置有弯折的且与第一气道相通的第二气道，其中，第一气道的入气口位于动力输出转轴的外端部且与左支撑柱外部相通，第二气道的出气口与涨紧气缸相接。

一种采用上述夹具装置的夹具工作台，其包括有固定式底座，固定式底座上方设置有若干个直线间隔布置的夹具装置，每一夹具装置均包括有旋转式支座、左支撑柱和右支撑柱、气动夹具、回转摆动组件及两自由度旋转传动组件，其中：所有夹具装置的旋转式支座旋动传动组件共用一个上伺服电机，相邻夹具装置之间的上减速器通过上传动联轴同轴连接；所有夹具装置的夹具头旋动传动组件共用一个下伺服电机，相邻夹具装置之间的下减速器通过下传动联轴同轴连接。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1、本发明具有多个分度位置，每个分度位置可适用于某种与水平方向成相应夹角的工件部分抛光，经几次分度后完成工件整体抛光，完成与水平轴成夹角的各种异形工件整体打磨或抛光，扩大了专用(无机器人)砂带机和抛光机的工件适用范围。

2、本发明可在垂直方向装卸工件，每个分度位置锁定且工件在打磨或抛光过程不发生振动，保证异形工件打磨或抛光质量稳定，有效提高生产效率和经济效益。

3、本发明由于可配合不同的同步旋转驱动控制方式，适用于多工位直线式抛光机或圆盘式多工位抛光机，有利于提高与水平轴成夹角的各种异形工件抛光质量稳定一致和提高经济效益；

4、本发明由于可配合不同的同步旋转和分度摆动控制方式，适用于专用(无机器人)直线排列多工位砂带机或圆盘式多工位砂带机，有利于提高异形工件打磨质量稳定一致，有效降低设备制造成本，提高生产效率和经济效益；

5、本发明中不仅可以适用于各类机床或生产线上，而且可以适用于各类对异形工件进行喷涂的设备，因而本发明的推广应用必定能够促进异形工件标准化加工技术的提升，提高企业经济效益。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明详细阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明三工位工作台立体结构示意图。

图2是图1的单一夹具装置的气动夹具90度立体示意图。

图3是图1的单一夹具装置的气动夹具60度立体示意图。

图4是图1的单一夹具装置的气动夹具30度立体示意图。

图5是图1的单一夹具装置的气动夹具0度立体示意图。

图6是图1的单一夹具装置的气动夹具负30度立体示意图。

图7是图1中单一夹具装置的内部传动结构的示意图。

图8是图7中夹具装置的水平轴剖面示意图。

图9是图2中单一夹具装置的气动夹具剖面示意图。

图10是图1中工作台两自由度同步旋转传动组件的剖面示意图

图11是图10中工作台两自由度同步旋转传动组件的局部剖面示意图。

具体实施方式

如图1、10所示，本发明所述的工作台为三工位夹具工作台，其包括有固定式底座1，固定式底座1上方设置有三个直线间隔布置的具有两自由度同步旋转和多角度回转摆动的夹具装置。

如图2至11所示，上述每一夹具装置包括有固定式底座1、位于固定式底座上方的旋转式支座2、位于旋转式支座上方的左支撑柱3和右支撑柱4及悬挂于左右支撑柱之间的气动夹具5、及分别与旋转式支座和气动夹具的夹具头传动连接的两自由度旋转传动组件，其中所述气动夹具5包括有形成一整体的夹具头51、夹具座52和涨紧气缸53，所述左支撑柱的内部设置有驱动气动夹具整体多角度回转摆动定位的回转摆动组件6，该回转摆动组件6采用分度气缸通过齿条齿轮传动组合驱动动力输出转轴的传动结构，其中动力输出转轴的输出端再与气动夹具的夹具座紧固连接，保证气动夹具5兼具有90度(如图2所示)、60度(如图3所示)、30度(如图4所示)、0度(如图5所示)和负30度(如图6所示)五种不同角度的回转定位方式。

如图7、8所示，所述回转摆动组件6包括有分度气缸61、直线齿条62、回转齿轮63及动力输出转轴64，其中：该分度气缸61竖立设置于左支撑柱内部，其活塞杆611竖立向上，其内部具有气动五分度结构；该直线齿条62固定在分度气缸活塞杆611一侧；该动力输出转轴64通过两个轴承件651、652水平布置在直线齿条62外侧位置，其外端部从左支撑柱侧壁31露出(如图2所示)，内端部延伸至气动夹具的夹具座52位置且与夹具座52侧壁紧固连接；该回转齿轮63固定在动力输出转轴64上且与直线齿条62啮合传动连接。

作为上述回转摆动组件技术方案的进一步优化，所述回转摆动组件6还包括有棘轮回转定位机构，该棘轮回转定位机构包括有锁紧气缸66、棘轮67及棘爪68，其中：该锁紧气缸66竖立设置于分度气缸61一侧，其活塞杆661竖立向上；该棘轮67固定在动力输出转轴64上且与回转齿轮63形成一体，其外圆设置有五个间隔布置的锁紧槽位671；该棘爪68设置于锁紧气缸活塞杆661正上方位置且与锁紧气缸活塞杆661离合顶抵接触配合，其一端部通过一铰接轴681与左支撑柱连接，另一端部形成与棘轮锁紧槽位离合接触连接的卡勾682且该端部的底部设置有一趋于拉开棘爪与棘轮接触的复位弹簧69。

分度气缸61具有五个分度的旋动定位方式，分别为90度、60度、30度、0度和负30度，工作时，分度气缸61控制活塞杆611上下移动，活塞杆611带动直线齿条62移动，由于回转齿轮63和直线齿条62传动连接，回转齿轮63在直线齿条62驱动下会绕水平轴线转动，从而带动动力输出转轴64转动，由于夹具座52和动力输出转轴64紧固连接，因此夹具座52也随之摆动设定的角度；在夹具座摆动过程中，锁紧气缸66的上腔通气，控制锁紧气缸活塞杆661下移，棘爪68失去锁紧气缸活塞杆661的顶推作用，在复位弹簧69恢复力作用下会下移脱离棘轮的锁紧槽位671，从而动力输出转轴64才能自由转动，当动力输出转轴64转动到位后，分度气缸61停止工作，锁紧气缸66的下腔通气，驱动锁紧气缸活塞杆661上移顶推棘爪68，棘爪68在锁紧气缸活塞杆的顶力作用下会重新卡入棘轮的其它锁紧槽位671，从而锁住动力输出转轴64，也就锁住夹具座52在设定角度。

如图7、8、10和11所示，所述两自由度旋转传动组件包括有上下叠放布置的旋转式支座旋动传动组件7和夹具头旋动传动组件8，其中：上述旋转式支座旋动传动组件7包括有设置于固定式底座1内部的上伺服电机71、与上伺服电机71传动连接的上减速器72、及与上减速器传动连接的空心上轴套73，该空心上轴套73的上端穿过底座与旋转式支座2紧固连接；上述夹具头旋动传动组件8包括有设置于底座内部的下伺服电机81、与下伺服电机传动连接且位于上减速器正下方的下减速器82、与下减速器传动连接且活动穿过上述空心上轴套的第一垂直传动轴83、位于旋转式支座上且动力输入端与垂直传动轴连接的直齿轮组合84、位于右支撑柱内部且下端与直齿轮组合动力输出端连接的第二垂直传动轴85、位于第二垂直传动轴上端的第一伞齿轮86、通过轴承件水平布置于第二垂直传动轴上方的水平传动轴87、位于水平传动轴中部位置且与第一伞齿轮传动配合的第二伞齿轮88、位于水平传动轴内端部且延伸入夹具座内部的第三伞齿轮89、位于夹具头内底位置且与第三伞齿轮传动配合的第四伞齿轮810。

工作时，上伺服电机71通过上减速器72带动空心上轴套73转动，进而带动旋转式支座2旋转；下伺服电机81通过下减速器82带动第一垂直传动轴83转动，通过直齿轮组合84和第二垂直传动轴85将转动传动到第二伞齿轮86，从而带动水平传动轴87转动，进而带动第三伞齿轮89转动，最后驱动第四伞齿轮810转动，从而驱动夹具头51旋转。

如图8、9所示，所述气动夹具5的涨紧气缸53位于夹具座52的下方位置，夹具头51安装于夹具座52的上方位置，涨紧气缸53的活塞杆531穿过位于夹具座52内部的空心轴套521后与夹具头51内部的推杆511紧固连接，推杆511外部穿套有复位弹簧512，推杆511的顶端与夹具头内部的涨紧套513顶抵接触。

作为上述气动夹具技术方案的进一步优化方案，所述回转摆动组件6的动力输出转轴65沿轴线方向位置为空心结构形成第一气道91，所述夹具座52的侧壁内部设置有弯折的且与第一气道相通的第二气道92，其中，第一气道91的入气口位于动力输出转轴65的外端部且与左支撑柱外部相通，第二气道92的出气口与涨紧气缸53相接。

工作时，压缩空气从动力输出转轴64的第一气道91进入夹具座52的第二气道92，然后进入涨紧气缸53，涨紧气缸53推动活塞杆531沿空心轴套向上移动，通过克服复位弹簧512的压力，推动推杆511向外伸出，驱动涨紧套513涨紧工件内圆；切断压缩空气后，活塞杆531沿空心轴套向下移动，依靠复位弹簧512复位松开工件。

如图10和11所示，上述夹具工作台的所有夹具装置的旋转式支座旋动传动组件7共用一个上伺服电机71，相邻夹具装置之间的上减速器72通过上传动联轴74同轴连接；所有夹具装置的夹具头旋动传动组件8共用一个下伺服电机81，相邻夹具装置之间的下减速器82通过下传动联轴811同轴连接。进一步，夹具工作台的固定式底座1前侧板设置有控制气动夹具涨紧气缸的手控阀开关9。

本发明的工作原理如下所述：

人工将工件安装于各工位的处于90度回转夹具座的夹具头上，通过手控阀开关控制涨紧气缸夹紧工件，数控系统按照程序先用砂带或抛光机头组件对工件顶部进行打磨或抛光，再按工件形状与水平轴的夹角选择夹具头所需要从90度回转到适当位置，完成工件某段打磨或抛光后；再选择夹具头所需要回转到另一个适当位置，完成工件另一段打磨或抛光；在磨光或抛光工作过程中，按设定程序工件可以在垂直方向和水平方向旋转；如此重复直到完成工件整体打磨或抛光后，夹具头再旋转回到90度位置。通过手控阀开关控制涨紧气缸松开工件，人工从夹具头上卸下打磨或抛光完的工件，再重新装上新的工件，如此周而复始。如安装三个装载工作台，一个加工周期完成三个工件的打磨或抛光。

本发明并不局限于上述具体实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。