一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置及柔性夹持方法与流程

本发明涉及组织切片中所用的陶瓷刀片、不锈钢刀片等精密刀片的夹持装置技术领域，尤其涉及一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置及柔性夹持方法。

背景技术：

刀片夹持装置是用来定位及夹持刀片，并实现其既定切削功能的装置。现有的用于高精度夹持的装置一般是采用独立的两个刚性夹持零件(上下夹片)和通过多个螺钉完成夹紧功能。一般在下夹片设置定位台阶和螺纹孔，在上夹片设置通孔，安装刀片时，将刀片放置到下夹片的平面上，并根据台阶定位，安装上夹片，通过螺丝装配，完成刀片夹持。

由于现有的一般采用刚性夹持的方式(即刀片夹持装置在实现其功能时没有利用材料的变形，仅仅是依靠零件之间的组合来完成特定的功能。)，通过上下两个独立的夹片约束刀片，并通过多个螺钉紧固。该夹持方式的缺点包括：(1)由于每次夹持刀片时均需要重新组合上下两个夹片，因此需要预留较大操作空间，且操作不便；(2)由于操作空间的限制，在螺钉装配紧固时，无法使用定力矩扳手，仅凭借操作者的手感来确定紧固程度，造成刀片在每次装载时夹持力不稳定；(3)由于紧固时使用多个螺钉，操作者无法实现每颗螺钉的紧固程度一致，造成被夹持刀片受力不均匀，对于精密组织切片，一般使用精密的薄刀片，受力不均匀会造成刀片的不规则弯曲，极大降低切削质量，且会引入非均匀应力，影响刀片的使用寿命；(4)采用刚性夹持，夹持精度受加工误差的影响大。

技术实现要素：

为了解决夹持力不均匀，造成被夹持刀片变形较大，影响切削质量及刀片使用寿命，本发明提供了一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置及柔性夹持方法，能够使刀片被夹持后变形较小且均匀。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置，包括一体成型的采用柔性材料制成的夹具主体部分，所述夹具主体部分包括四个杠杆，所述四个杠杆分别为第一杠杆、第二杠杆、第三杠杆、第四杠杆，其中，所述第一杠杆和第二杠杆构成第一对并联杠杆，所述第三杠杆和第四杠杆构成第二对并联杠杆，所述第一对并联杠杆的前端与第二对并联杠杆的尾部连接，所述第一杠杆通过柔性连接与第三杠杆串联，所述第二杠杆通过柔性连接与第四杠杆串联，工作时，通过压紧第一对并联杠杆的尾部，使第一对并联杠杆前端呈张开状态，进而带动第二对并联杠杆的尾部张开，使第二对并联杠杆的前端闭合，完成刀片的夹紧。

其中，所述柔性夹持装置还包括提供夹紧力用的螺丝，所述第一杠杆的尾端开设有与所述螺丝相适应的螺纹孔；所述第一杠杆和第二杠杆尾部相对的两个面设置有限位台阶，且位于所述第一杠杆尾部的限位台阶开设有与所述螺丝相应的螺纹孔，所述限位台阶与夹具主体部分一体成型。

其中，所述第一杠杆和第二杠杆之间设置有承载件，所述第一杠杆、第二杠杆均与承载件柔性连接，所述承载件与夹具主体部分一体成型；所述承载件开设有用于将柔性夹持装置安装在外界支架上的安装孔。

其中，所述第一杠杆和第三杠杆之间设置有第一弹性薄片，所述第一杠杆通过第一弹性薄片与第三杠杆柔性连接，所述第一弹性薄片与夹具主体部分一体成型；

所述第二杠杆和第四杠杆之间设置有第二弹性薄片，所述第二杠杆通过第二弹性薄片与第四杠杆柔性连接，所述第二弹性薄片与夹具主体部分一体成型；

所述第三杠杆和第四杠杆之间设置有连接件，所述第三杠杆通过连接件与第四杠杆柔性连接，所述连接件与夹具主体部分一体成型。

其中，所述第四杠杆的前端设置有用于对刀片定位的定位台阶，所述定位台阶与夹具主体部分一体成型；所述第三杠杆的前端开设有缺口，所述缺口的相对位置位于定位台阶的后端。

其中，所述柔性材料为屈服强度与弹性模量高比值的弹性材料，其比值为5500及以上；所述弹性材料为钛合金、铍青铜或者7075铝合金的金属弹性材料，或者为聚丙烯、多晶硅的非金属弹性材料。

其中，所述第一弹性薄片、第二弹性薄片均包括平面弹性薄片部分和曲面弹性薄片部分，所述平面弹性薄片与第一对并联杠杆的前端连接，所述曲面弹性薄片部分与第二对并联杠杆的尾部连接；

所述第一弹性薄片、第二弹性薄片的厚度均为0.4mm，所述曲面弹性薄片部分的扇形角为65度，所述平面弹性薄片部分的长度为2mm。

其中，所述第四杠杆前端的安装面与通过安装孔中心轴线的结构对称面的距离为刀片厚度的一半。

其中，所述刀片厚度为0.3～0.7mm，所述第三杠杆前端的安装面与所述第四杠杆前端的安装面的距离为0.45～0.85mm，所述第三杠杆前端的安装面距离所述结构对称面为0.3～0.5mm，所述第四杠杆前端的安装面距离所述结构对称面为0.15～0.35mm。

其中，所述刀片厚度为0.5mm，所述第三杠杆前端的安装面与所述第四杠杆前端的安装面的距离为0.65mm，所述第三杠杆前端的安装面距离所述结构对称面为0.4mm，所述第四杠杆前端的安装面距离所述结构对称面为0.25mm。

一种采用上述所述的实现薄刀片小变形的柔性夹持装置的柔性夹持方法，通过多级杠杆，把单点紧固力转换为均匀且恒定的面夹持力，包括：

s1、压紧第一对并联杠杆的尾部，使第一对并联杠杆前端呈张开状态；

s2、呈张开状态的第一对并联杠杆前端带动第二对并联杠杆的尾部张开，使第二对并联杠杆的前端闭合，完成刀片的夹紧。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置，通过采用一块柔性材料加工出夹具的主体部分(无需装配，即无装配误差)，由于采用设计有弹性的杠杆串并联结构，能够使刀片被夹持后变形较小且均匀。螺丝提供的夹持力经过两级传递后，即使螺纹孔的加工有一些误差，也会被两级柔性机构消除。另外，通过在加工时在第一对并联杠杆尾部设定限位台阶限定螺丝的运动行程，来控制夹紧力的大小，使夹紧力恒定，避免人为操作误差且重复度高。

附图说明

图1是本发明提供的一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置的侧视图；

图2是本发明提供的一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置的立体图。

图3是本发明提供的一种实现薄刀片小变形的柔性夹持方法的流程图。

图中：

1-第一杠杆；2-第二杠杆；3-第三杠杆；4-第四杠杆；5-安装孔；6-限位台阶；7-定位台阶；8-缺口；9-螺纹孔；10-第一弹性薄片；11-承载件；12-第二弹性薄片；13-连接件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2所示，本发明提供的一种实现薄刀片小变形的柔性夹持装置，包括一体成型的采用柔性材料制成的夹具主体部分，所述夹具主体部分包括四个杠杆，所述四个杠杆分别为第一杠杆1、第二杠杆2、第三杠杆3、第四杠杆4，其中，所述第一杠杆1和第二杠杆2构成第一对并联杠杆，所述第三杠杆3和第四杠杆4构成第二对并联杠杆，所述第一对并联杠杆的前端与第二对并联杠杆的尾部连接，所述第一杠杆1通过柔性连接与第三杠杆3串联，所述第二杠杆2通过柔性连接与第四杠杆4串联，工作时，通过压紧第一对并联杠杆的尾部，使第一对并联杠杆前端呈张开状态，进而带动第二对并联杠杆的尾部张开，使第二对并联杠杆的前端闭合，完成刀片的夹紧。

通过采用一块柔性材料加工出夹具的主体部分(无需装配，即无装配误差)，并设计有弹性的杠杆串并联结构，能够使刀片被夹持后变形较小。

进一步地，所述柔性夹持装置还包括提供夹紧力用的螺丝，所述第一杠杆1的尾端开设有与所述螺丝相适应的螺纹孔9。

整个装置总共由两个零件组成，一个是通过线切割加工的一体化柔性材料制成的夹具主体部分，另外一个是提供夹紧力用的螺丝。主体部分是柔性的，螺丝作为附属零件，严格的来说，整个装置只有一个零件。可知，只需要安装一个螺丝即可完成刀片的夹持、紧固。

进一步地，所述第一杠杆1和第二杠杆2尾部相对的两个面设置有限位台阶6，且位于所述第一杠杆1尾部的限位台阶6开设有与所述螺丝相应的螺纹孔9，所述限位台阶6与夹具主体部分一体成型。通过在加工时在第一对并联杠杆尾部设定限位台阶6限定螺丝的运动行程，来控制夹紧力的大小，使夹紧力恒定，避免人为操作误差且重复度高。

进一步地，所述第一杠杆1和第二杠杆2之间设置有承载件11，所述第一杠杆1、第二杠杆2均与承载件11柔性连接，所述承载件11与夹具主体部分一体成型。

进一步地，所述承载件11开设有用于将柔性夹持装置安装在外界支架上的安装孔5。

进一步地，所述第一杠杆1和第三杠杆3之间设置有第一弹性薄片10，所述第一杠杆1通过第一弹性薄片10与第三杠杆3柔性连接，所述第一弹性薄片10与夹具主体部分一体成型；所述第二杠杆2和第四杠杆4之间设置有第二弹性薄片12，所述第二杠杆2通过第二弹性薄片12与第四杠杆4柔性连接，所述第二弹性薄片12与夹具主体部分一体成型。

进一步地，所述第一弹性薄片10、第二弹性薄片12均包括平面弹性薄片部分和曲面弹性薄片部分，所述平面弹性薄片与第一对并联杠杆的前端连接，所述曲面弹性薄片部分与第二对并联杠杆的尾部连接；所述第一弹性薄片10、第二弹性薄片12的厚度均为0.4mm，所述曲面弹性薄片部分的扇形角为65度，所述平面弹性薄片部分的长度为2mm。

经过试验验证，采用此种结构及参数的第一弹性薄片10、第二弹性薄片12，能够使柔性夹持装置达到最好的夹持效果，使刀片变形小。

进一步地，所述第三杠杆3和第四杠杆4之间设置有连接件13，所述第三杠杆3通过连接件13与第四杠杆4柔性连接，所述连接件13与夹具主体部分一体成型。所述连接件13是竖直设置的，即垂直于第三杠杆3和第四杠杆4的夹持面，这样应力集中是最小的，使连接件13能够承受更大的力而不被破坏。

进一步地，所述柔性材料为屈服强度与弹性模量高比值的弹性材料，其比值为5500及以上；所述弹性材料为钛合金、铍青铜或者7075铝合金等的金属弹性材料，或者为聚丙烯、多晶硅等的非金属弹性材料。

进一步地，所述第四杠杆4的前端设置有用于对刀片定位的定位台阶7，所述定位台阶7与夹具主体部分一体成型。定位台阶7来实现刀片的定位，防止刀片位置安装错误。

进一步地，所述第三杠杆3的前端开设有缺口8，增加结构柔性，并且降低应力集中，所述缺口8的相对位置位于定位台阶7的后端。缺口8的作用有两个：1减小此处的应力集中；2此处设缺口，可使柔性夹持装置的上夹爪，也就是第三杠杆3前端的安装面，产生更大的变形，使刀片和上夹爪形成依靠变形形成的面接触而非线接触。

进一步地，所述第四杠杆4前端的安装面与通过安装孔5中心轴线的结构对称面的距离为刀片厚度的一半。这样，刀片在被夹紧时刀片的中心面与通过安装孔5的中心轴线的结构对称面正好在一个平面上，这样能够防止切削力对整个柔性夹持装置造成额外的附加力矩，增大切削过程的不稳定性。

进一步地，所述刀片厚度为0.3～0.7mm，所述第三杠杆3前端的安装面与所述第四杠杆4前端的安装面的距离为0.45～0.85mm，所述第三杠杆3前端的安装面距离所述结构对称面为0.3～0.5mm，所述第四杠杆4前端的安装面距离所述结构对称面为0.15～0.35mm。

优选地，所述刀片厚度为0.5mm，所述第三杠杆3前端的安装面与所述第四杠杆4前端的安装面的距离为0.65mm，所述第三杠杆3前端的安装面距离所述结构对称面为0.4mm，所述第四杠杆4前端的安装面距离所述结构对称面为0.25mm。

综上所述，本发明提供的柔性夹持装置结构紧凑，一体成型，能够为刀片提供正确定位，提供均匀、恒定切削重复的夹持力，刀片被夹持部分受力均匀，刀刃变形小，线形度高，实现薄刀片的小变形夹持。

实施例2

本实施例是方法实施例，与上述装置实施例1属于同一技术构思，在本实施例中未详尽描述的内容，请参见上述实施例。

如图3所示，本实施例提供了一种采用上述实施例所述的实现薄刀片小变形的柔性夹持装置的柔性夹持方法，通过多级杠杆，把单点紧固力转换为均匀且恒定的面夹持力，包括：

s1、压紧第一对并联杠杆的尾部，使第一对并联杠杆前端呈张开状态；

s2、呈张开状态的第一对并联杠杆前端带动第二对并联杠杆的尾部张开，使第二对并联杠杆的前端闭合，完成刀片的夹紧。

可见，该柔性夹持方法，操作简单，易于实现，而且能够使刀片被夹持后变形较小且均匀。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。