一种适合复杂形状天然原玉加工的快速装夹夹具的制作方法

本发明涉及一种夹具，特别是涉及一种适合复杂形状天然原玉加工的快速装夹夹具。属于机械制造技术领域。

背景技术：

复杂形状的天然原玉具有较高的美学价值和实用价值，所以经常会被加工成为饰品。但是复杂形状天然原玉往往是自然界天然形成，主要化学成分主要为二氧化硅，其次是少量的氧化铁和微量的锰、铜等，这决定了复杂形状天然原玉的形状无规律、材质不均匀以及硬度大的特性；其次复杂形状天然原玉的加工还存在个性化、小批量的特点。天然原玉所具有的这些特性和特点决定了它难以被装夹加工。

目前石材加工领域中，对石材的加工主要停留在形状较为规律的石材上，如平板石材，圆柱形石材，球形石材的加工，在石材加工中的夹具主要使用常规的卡盘、压块、虎钳等通用夹具。但是，针对形状复杂、无规律性、独一性、表面粗糙度低的沱江玉，其待加工面位置差异大，无法使用常规的卡盘、压块、虎钳等通用夹具进行定位。首先，造成沱江玉装夹困难，装夹可靠性难以保证，特别是批量加工时存在换件效率低、装夹劳动强度大等问题；其次，在进行精加工时主轴具有较高的转速，一般为20000r/s以上，极易产生振动造成原石的移动和转动，容易造成加工事故。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种适合复杂形状天然原玉加工的快速装夹夹具，解决装夹方便和安全可靠的问题，以满足复杂形状天然原玉在加工过程中提高装夹效率，避免加工事故。

实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种适合复杂形状天然原玉加工的快速装夹夹具，包括夹具基座和夹持机构，所述夹具基座由底板和设于底板上并围成多边形的多个侧板构成，形成稳定的框架结构；其中至少一块或相邻两块侧板上设有夹持机构，所述夹持机构通过设于侧板上的螺纹孔进行位置调整和固定；所述夹持机构的夹头与没安装夹持机构的其它侧板和底板共同限制被夹件在x、y和z方向移动。

进一步，所述夹持机构由万向支撑器和螺杆构成，所述万向支撑器包括球形顶杆和球形套筒，球形顶杆一端为3/4球状，球状部分与球形套筒通过球形配合连接（配合为小过盈），在球形套筒顶端还设有防滑层。

进一步，所述没有安装夹持机构的其它侧板内侧和底板上设有柔性垫块，与零件接触时形成小曲面接触，限制零件的x、y方向移动自由度、转动自由度且限制z轴转动度，并保护了零件表面不会因为夹紧时损坏。

进一步，所述螺纹孔为多个，分别设置在侧板的不同水平方向和不同高度方向，以便根据被夹件的形状或大小在水平和/或高度方向灵活调节。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明通过设计稳固的夹具基座和方便调节的夹持机构，特别是通过万向支撑器支撑顶端角度任意调整，伸出长度可任意调整，可适应不同外形、尺寸变化大的复杂天然原石，且与复杂形状天然原石定位夹紧部位均采取柔性垫块接触，柔性垫块在夹紧力作用下会从点接触转换为面接触，提高了装夹稳定性，并且不会损伤工件表面。

2、装夹过程中可以使用转动手轮快速夹紧和松开工件，由于螺纹的自锁性，只需要手就可完成整体装夹过程，装夹效率高且装夹可靠。

3、结构简单、可操作性强、制造成本低，使装夹效益高。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为实施例1中底板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：参见图1，一种适合复杂形状天然原玉加工的快速装夹夹具，包括夹具基座1和夹持机构2。所述夹具基座1由底板11和设于底板上并围成矩形的四块侧板12构成，形成稳定的框架结构。其中，至少任意相邻两块侧板上设有夹持机构2，所述夹持机构2通过设于侧板上的螺纹孔3进行位置调整和固定；所述夹持机构2的夹头与没安装夹持机构2的其它侧板和底板11共同限制被夹件在x、y和z方向移动。

所述底板11上设有一、二或三个夹持机构2。

所述夹持机构2由万向支撑器21和螺杆22构成，所述万向支撑器21包括球形顶杆和球形套筒，球形顶杆一端为3/4球状，球状部分与球形套筒通过球形配合连接（配合为小过盈），在球形套筒顶端还设有第一柔性垫层4。所述没有安装夹持机构的其它侧板内侧和底板上设有第二柔性垫层5，与零件接触时形成小曲面接触，限制零件的x、y方向移动自由度、转动自由度且限制z轴转动度，并保护了零件表面不会因为夹紧时损坏。在侧板上设置用于安装夹持机构2的螺纹孔3为多个，分别在水平方向和/或高度方向均匀设置，根据被夹件的形状和大小选择夹持机构2的数量，并使在水平方向和高度方向调节夹持机构。为了方便装夹，所述螺杆22的端头还设有转动手轮5。

所述底板11上设置有贯穿底板厚度方向的“u”形槽13，“u”形槽13对称设置于底板11横向的两个边部，底板11的u型槽与机床工作平面的t型槽通过螺杆连接固定。另外，所述安装夹持机构的侧板12上设有观察条孔并用于节省材料和减重。

实施例2：（省略附图），一种适合复杂形状天然原玉加工的快速装夹夹具，包括夹具基座和夹持机构。所述夹具基座由底板和设于底板上并围成三角形的三块侧板构成，形成稳定的框架结构。其中，其中任一侧板上设有夹持机构，所述夹持机构由万向支撑器和螺杆构成，所述螺杆穿过螺纹孔并与该侧板垂直，通过设于上的进行位置调整和固定；所述夹持机构2的夹头与没安装夹持机构的其它侧板和底板11共同限制被夹件在x、y和z方向移动。

实施例3：（省略附图），一种适合复杂形状天然原玉加工的快速装夹夹具，包括夹具本体和伸缩机构，所述夹具为呈多边形的中空结构，且上方为开放式结构以形成用于将被夹持工件放入的置物口，在夹具本体上的与置物口所在平面垂直的且彼此相邻的至少两个侧面上均设置有伸缩机构，所述伸缩机构的做功方向垂直于其所在的面并指向夹具本体的内部，在伸缩机构的内端连接有万向支撑器，所述伸缩机构推动万向支撑器沿伸缩机构做功方向运动使得万向支撑器同与万向支撑器相对的面以及与远离置物口的面共同形成一个大小可变的夹紧空间，在与万向支撑器相对的面上以及万向支撑器的内端面上均设置有柔性垫块。

通过调整伸缩机构的伸缩量以使得万向支撑器与夹具本体之间所形成的夹紧空间的大小可变，从而使得整个夹具能够适应不同尺寸的工件，具有更好的适用性。其次在与万向支撑器相对的面上以及万向支撑器的内端面上均设置有柔性垫块。被夹持工件直接与柔性垫块接触，在夹紧力的作用下万向支撑器上的柔性垫块以及连接于夹具本体上的柔性垫块变形以形成与被夹持工件外表面相匹配的曲面，被夹持工件与万向支撑器之间以及被夹持工件与夹具本体之间由点接触变为面接触，从而加大了被夹持工件的受理面积。可以使得被夹持工件的的装夹刚性增加，装夹的可靠性增加，能够使得被夹持工件不会因切削震动而松动，更加的安全可靠。还能够起到保护工件的作用，工件上的与夹具接触的面不易受到损伤，有利于保持工件的完整性，提高加工质量。万向支撑器支撑顶端角度任意调整，伸出长度可任意调整，可适应不同外形、尺寸变化大的复杂工件，万向支撑器具有自动调整位置的功能，能够快速高效的对工件进行装夹，还可以提高装夹效率。

实施例4：本具体实施方案中，所述夹具本体包括水平布置的底板、连接于底板上表面的且横向间隔设置的两块长侧板、连接于底板上表面的且纵向间隔设置的两块短侧板，所述底板、长侧板以及短侧板三者共同围成用于放置被夹持工件的作业空间，所述作业空间上的远离底板的一端为用于将被夹持工件放入的开放式结构，所述伸缩机构为连接于其中一组相互垂直的长侧板和短侧板的螺杆，螺杆的一端伸入作业空间内部并与万向支撑器相连，螺杆推动万向支撑器沿螺杆的轴向运动使得万向支撑器与另一组长侧板和短侧板之间形成一个大小可变的夹紧空间，并且在与万向支撑器相对的且相互垂直的一组长侧板和短侧板的内侧面上设置有柔性垫块。

这样，夹具本体的结构更加简单，均为板材，加工制造方便，夹具本体所具有的的作业空间的位置更加合理。伸缩装置为连接于其中一组相互垂直的长侧板和短侧板的螺杆，伸缩装置结构简单，操作方便，可直接转动螺杆以调整夹紧空间的大小，通过调整夹紧空间的大小以适应对不同形状尺寸的待夹持工件的装夹，在工件被夹紧后还可转动螺杆调整夹紧力使得被夹紧工件适应不同的切削加工。整个装夹操作过程简单高效，加工完成后拆卸方便迅速。在夹具本体上的另一组相互垂直的长侧板和短侧板的内侧面上设置有柔性垫块，被夹持工件在夹紧加工时，工件始终与柔性垫块接触，柔性垫块在工件被夹紧的过程中受力变形以形成匹配工件上被夹持面的曲面，这样，工件在夹紧时由点接触变为面接触，使得装夹的可靠性增加，使得被夹持工件不会因切削震动而松动，更加的安全可靠。还还能够起到保护工件的作用，工件上的与夹具接触的面不易受到损伤，有利于保持工件的完整性。当然具体实施时，所述伸缩机构可以为气缸、液压缸或电子推杆，螺纹连接于长侧板的螺杆以及螺纹连接于短侧板的螺杆可以是多个，同样属于本装置可实施的范围。

本具体实施方案中，在与螺杆连接的长侧板上设有多个螺纹孔并且至少有两根螺杆螺纹连接于长侧板上的螺纹孔内，在与螺杆连接的短侧板上也设有多个螺纹孔且至少有两根螺杆螺纹连接于短侧板上的螺纹孔内。

这样，通过使用不同数量的万向支撑器，让工件能够与更多的万向支撑器接触，可以使得整个夹具在定位时更加的准确，提高夹具的可靠性。当然具体实施时，可以在相邻的一组长侧板和短侧板上设置截面呈阶梯型的条形孔，并且在条形孔内滑动连接滑块，螺杆螺纹连接于滑块，同样属于本装置可实施的范围。

本具体实施方案中，螺杆2的外端延伸至作业空间的外部并在螺杆2的外端固定连接有手轮5。这样，装夹过程中可以使用手柄快速夹紧和松开工件，由于螺纹的自锁性，只需要手就可完成整体装夹过程，装夹效率高且装夹可靠。操作更加方便，更加省力。当然具体实施时，可将螺杆的外端弯折形成动力输入的手柄，同样属于本装置可实施的范围。

在底板11上设置有贯穿底板厚度方向的“u”形槽111，“u”形槽111对称设置于底板11横向的两个边部，并且两个短侧板13纵向间隔设置于底板11上的纵向分布的“u”形槽111之间。这样，方便将整套夹具安装于机床的工作台上进行夹紧，使得整套夹具具有更好的推广性。

本具体实施方案中，在与螺杆相连的长侧板上设置有贯穿长侧板厚度方向的呈跑道形的纵向孔，在与螺杆相连的短侧板上设置有贯穿短侧板厚度方向的呈跑道形的横向孔，并且所述纵向孔和横向孔均为两个。这样，在减轻整套夹具重量的同时，还能方便观察工件的装夹情况。当然具体实施时，长侧板和短侧板上可以设置方孔或圆孔，同样属于本装置可实施的范围。

本具体实施方案中在底板上的作业空间对应区域内设置有贯穿底板厚度方向的呈跑道形的切除部，并且所述切除部在水平面上的投影与垫板在水平面上的投影相互垂直。这样，可以使得垫板的耗材最少，达到降低重量的目的，其次，还能方便清除切屑。