夹具的制作方法

本发明涉及自动化设备技术领域，特别是涉及一种夹具。

背景技术：

在对工件进行加工时，需要通过治具固定工件。抗反射镀膜(arcoating)或激光加工(lasertrimming)等工序中会产生热效应，工件受热后温度升高，工件的体积发生热膨胀。前述工序结束后工件仍存在一定程度的膨胀，工件与治具之间相互挤压，导致取出工件不易。

技术实现要素：

基于此，有必要针对工件发生热膨胀后不易从治具中取出的问题，提供一种夹具。

一种夹具，包括安装座和若干夹持模块，所述夹持模块设于所述安装座上，所述夹持模块包括主体部、夹持部、推动元件及压力传感器，所述推动元件设于所述主体部，并用于推动所述夹持部相对所述主体部移动，所述压力传感器设于所述夹持部，并用于检测所述夹持部与待夹持工件之间的夹持力，所述夹具还包括控制模块，所述控制模块与所述推动元件、所述压力传感器通讯连接，所述控制模块能够根据所述压力传感器测得夹持力的数值控制所述推动元件的行程。

上述夹具，在夹持过程中，当环境温度发生变化，工件的体积随之增大或缩小时，控制模块能够通过设于夹持部的压力传感器测得夹持力的数值，进而控制推动元件带动夹持部远离或靠近工件，以确保工件刚好被夹持固定住，同时避免夹持力过大而使工件不易取出。

在其中一个实施例中，所述夹持模块的个数为n，n≥2，所述夹持模块与所述工件之间的静摩擦系数为μ，所述工件被稳定夹持的安全系数为n，所述工件的重量为g，n个所述夹持模块的夹持力f1，……fn满足以下条件：

σfn*μ≧n*g。

在其中一个实施例中，所述夹持模块的个数为3，分别为第一夹持模块、第二夹持模块及第三夹持模块，所述第一夹持模块的夹持力f1的方向为第一方向，所述第二夹持模块的夹持力f2的方向为第二方向，所述第三夹持模块的夹持力f3的方向为第三方向，设定基准线垂直于所述第三方向，所述第一方向与所述基准线的夹角为θ1，所述第二方向与所述基准线的夹角为θ2，f1：f2：f3＝secθ1：secθ2：(tanθ1+tanθ2)。

在其中一个实施例中，所述夹持模块还包括检测元件，设定所述主体部背向所述安装座的表面为基准面，所述检测元件设于所述主体部的基准面上，所述工件与所述检测元件相对的位置为检测区域，所述检测元件用于判断所述检测区域是否为待夹持区域。

在其中一个实施例中，所述检测元件包括传感器，所述传感器用于检测所述基准面与所述检测区域的距离d，当所述传感器测得的距离d小于或等于设定值时，则判断所述检测区域为待夹持区域。

在其中一个实施例中，所述检测元件包括第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器均设置于所述主体部的基准面上，且所述第一光电传感器和所述第二光电传感器的间距为l，所述检测区域包括第一检测点和第二检测点，所述第一光电传感器用于检测所述第一检测点到所述基准面的距离d1，所述第二光电传感器用于检测所述第二检测点到所述基准面的距离d2，所述第一光电传感器、所述第二光电传感器均与所述控制模块通讯连接，所述控制模块能够根据d1、d2、l计算出所述第一检测点和所述第二检测点的连线与所述基准面的夹角α，当α≤10°时，则判断所述检测区域为待夹持区域。

在其中一个实施例中，所述夹持模块与所述安装座活动连接，所述夹具还包括动力元件，所述动力元件用于推动所述夹持模块相对所述安装座移动，以使所述夹持部与所述工件的待夹持区域相对。

在其中一个实施例中，所述夹持模块的个数为3，所述安装座包括3个滑轨，每一个所述夹持模块的主体部滑动设于其中一个所述滑轨上。

在其中一个实施例中，所述滑轨为弧形或直线形。

在其中一个实施例中，所述夹具还包括旋转模块，所述旋转模块用于带动所述工件相对所述安装座转动。

附图说明

图1为一实施例中夹具的结构示意图；

图2为图1所示夹具中夹持模块的结构示意图；

图3为另一实施例中夹具的示意图；

图4为又一实施例中夹具的示意图；

图5为再一实施例中夹具的示意图；

图6为一实施例中夹具的检测元件的工作原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2，一种夹具100包括安装座10和若干夹持模块20，若干夹持模块20均设于安装座10上，并围合形成夹持位。夹持模块20包括主体部21、夹持部22、推动元件23及压力传感器24，推动元件23设于主体部21，并用于推动夹持部22相对主体部21移动，压力传感器24设于夹持部22，并用于检测夹持部22与待夹持工件200之间的夹持力。夹具100还包括控制模块，控制模块与推动元件23、压力传感器24通讯连接，控制模块能够根据压力传感器24测得夹持力的数值控制推动元件23的行程。

在一实施例中，安装座10包括承载板11和设于承载板11的侧板12，承载板11用于放置待夹持的工件200，若干夹持模块20设于侧板12上。在本实施例中，夹持模块20与工件200刚好相抵以在水平方向对工件200形成限位，夹持模块20与工件200之间的夹持力不宜过大，以避免夹持过紧而导致取件困难。相应地，压力传感器24测得夹持部22与工件200之间的夹持力m应大于0且小于或等于某一数值a，例如a＝0.001。若夹持力等于0，夹持部22与工件200表面可能存在一定间距，而无法对工件200形成有效夹持固定。推动元件23驱动夹持部22朝靠近工件200的方向运动，以确保夹持部22与工件200表面接触，从而限定工件200在水平方向发生移动，可以理解的，此时，夹持部22与工件200间的夹持力大于0。同时，夹持力应不超过a，即夹持力不应过大，以避免工件200被夹持过紧而导致取件时阻力较大。在加工过程中，当工件200随温度升高而发生膨胀时，夹持模块20与工件200相互挤压，此时，压力传感器24测得的夹持力m大于a，控制模块控制推动元件23带动夹持部22朝远离工件200的方向移动，直至压力传感器24测得的夹持力m≤a，推动元件23停止运动。当工件200随温度降低而体积缩小时，压力传感器24测得夹持力m为0，控制模块控制推动元件23带动夹持部22朝靠近工件200的方向移动，直至压力传感器24的读数大于0时停止。

上述夹具100，在使用过程中，当环境温度发生变化，工件200的体积随之增大或缩小时，控制模块能够通过设于夹持部22的压力传感器24测得夹持力的数值，进而控制推动元件23带动夹持部22远离或靠近工件200，以确保工件200刚好被夹持固定住，同时避免夹持力过大而使工件200不易取出。

在另一实施例中，安装座10为中空结构，即工件200悬空放置，以方便从夹具100的下方对工件200的底部进行加工。夹持模块20的个数为n，n≥2，夹持模块20与工件200之间的静摩擦系数为μ，工件200被稳定夹持的安全系数为n，n≥1，工件200的重量为g，n个夹持模块20的夹持力f1，……fn满足下式：σfn*μ≧n*g，即夹持模块20与工件200间的静摩擦力大于或等于n*g，确保夹持模块20对工件200形成稳定夹持，避免工件200滑落。

在一实施例中，n个夹持模块20的夹持力f1，……fn满足下式：

σfn*μ＝n*g(1)

在取出工件200的过程中，对工件200进行受力分析可知，所需的取件力fp≧σfn*μ’+g，其中μ’为夹持模块20与工件200间的动摩擦系数，σfn越小则所需的取件力fp越小，当σfn*μ等于n*g时，所需的取件力最小，工件200容易被取出。

需要说明的是，针对具有不同形状的工件200，需要设置相应数量的夹持模块20对工件200进行夹持。例如，工件200可以为长条形，此时，n＝2，2个夹持模块20由工件200的两端分别对其进行夹持即可。当工件200的横截面为三角形、方形、圆形或其他不规则形状时，n≧3，3个或3个以上的夹持模块20围合形成夹持位，以对工件200进行夹持固定。其中，工件200的横截面与夹持力的方向平行。

在一实施例中，工件200的横截面为不规则形状，夹持模块20的个数为3，分别为第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c，调整第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c与工件200的相对位置，以使第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c与工件200上适宜夹持的区域即待夹持区域相对，以对工件200形成夹持固定。

请参阅图3，第一夹持模块20a的夹持力f1的方向为第一方向，第二夹持模块20b的夹持力f2的方向为第二方向，第三夹持模块20c的夹持力f3的方向为第三方向，设定基准线垂直于第三方向。在本实施例中，第三方向为水平方向，基准线为竖直方向。第一方向与基准线(竖直方向)的夹角为θ1，第二方向与基准线(竖直方向)的夹角为θ2，f1：f2：f3＝secθ1：secθ2：(tanθ1+tanθ2)。工件200处于静止状态时，对工件200进行受力分析可知，在水平方向上f1、f2及f3的合力为0，即f1、f2及f3满足以下方程式：f1*cosθ1＝f2*cosθ2，以及f3＝f1*sinθ1+f2*sinθ2，由上述方程式推导可得：

f1：f2：f3＝secθ1：secθ2：(tanθ1+tanθ2)(2)

控制模块中预先存储有公式(1)和公式(2)，向控制模块输入工件200的重量g、安全系数n、静摩擦系数μ、θ1、θ2，控制模块即可计算得出f1、f2及f3的值，进而根据压力传感器24的实时读数控制相应推动元件23的行程，当压力传感器24的读数为计算数值时，推动元件23停止运动。

在一实施例中，第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c均与安装座10活动连接，以方便分别调节第一夹持模块20a、第二夹持模块20b或第三夹持模块20c的位置。安装座10包括3个单独设置的滑轨13，第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c的主体部21分别滑动设于其中一个滑轨13上，滑轨13用于限定第一夹持模块20a、第二夹持模块20b或第三夹持模块20c的运动轨迹。具体的，可通过人工移动第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c在滑轨13上的位置，当观察到第一夹持模块20a、第二夹持模块20b或第三夹持模块20c与工件200上的待夹持区域对准时，则表明已调节到位。或者，夹具100还包括动力元件，动力元件用于推动第一夹持模块20a、第二夹持模块20b或第三夹持模块20c相对安装座10移动，以使夹持部22与工件200的待夹持区域相对，实现对第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c夹持位置的自动调节，以提高生产效率。可以理解的，动力元件可为多个，即第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c分别通过其中一个动力元件驱动，可单独对第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c的位置进行调节。或者，动力元件为1个，第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c的相对位置保持不变，通过动力元件对第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c的位置进行同步调节。

请参阅图4，滑轨13为弧形，3个滑轨13依次连接所形成的结构的外轮廓为圆形。动力元件为旋转电机14，旋转电机14用于驱动第一夹持模块20a、第二夹持模块20b或第三夹持模块20c沿滑轨13移动。可通过旋转电机14分别调节第一夹持模块20a、第二夹持模块20b以及第三夹持摸块在滑轨13上的位置，以使第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c与工件200上适宜夹持的区域相对。

请参阅图5，滑轨13还可以设置为直线形，3个滑轨13依次连接所形成的结构的外轮廓为三角形。相应的，动力元件为直线电机、气缸或油缸。

在一实施例中，第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c均包括检测元件25，设定主体部21背向安装座10的表面为基准面，检测元件25设于主体部21的基准面上，工件200与检测元件25相对的位置为检测区域，检测元件25用于判断检测区域是否为待夹持区域。若工件200为不规则形状，在进行夹持时，需要调节第一夹持模块20a、第二夹持模块20b、第三夹持模块20c的位置，以使第一夹持模块20a、第二夹持模块20b、第三夹持模块20c分别与工件200的待夹持区域相对。例如，工件200包括凸部和凹部，则凸部即为待夹持区域。相较于通过人眼观测，采用检测元件25能够更为准确地判断出第一夹持模块20a/第二夹持模块20b/第三夹持模块20c是否与工件200的待夹持区域相对，进而得知第一夹持模块20a/第二夹持模块20b/第三夹持模块20c是否移动到位。

进一步地，检测元件25与控制模块通讯连接，当检测元件25测得第一夹持模块20a/第二夹持模块20b/第三夹持模块20c的到位信号并传输至控制模块，控制模块向动力元件发出停止运动信号，使得夹具100能够实现自动夹持定位。

在移动第一夹持模块20a、第二夹持模块20b或第三夹持模块20c的过程中，可采用以下方式判断工件200上与第一夹持模块20a、第二夹持模块20b或第三夹持模块20c相对的区域是否为待夹持区域，待夹持区域即工件200上能够稳定夹持的区域：

检测元件25包括传感器，传感器用于检测基准面与检测区域的距离d，当传感器测得的距离d小于或等于设定值d0时，则判断检测区域为待夹持区域。由于工件200的凸部到基准面的距离小于凹部到基准面的距离，控制模块根据传感器测得的距离d，将其与事先存储的d0进行比较，即可区分出凸部和凹部，进而判断是否为待夹持区域。

或者，请结合参阅图2和图6，检测元件25包括第一光电传感器251和第二光电传感器252，第一光电传感器251和第二光电传感器252均设置于主体部21的基准面上，且第一光电传感器251和第二光电传感器252的间距为l，检测区域包括第一检测点和第二检测点，第一光电传感器251用于检测第一检测点到基准面的距离d1，第二光电传感器252用于检测第二检测点到基准面的距离d2，夹具100还包括控制模块，控制模块与第一光电传感器251、第二光电传感器252通讯连接，控制模块能够根据d1、d2、l计算出第一检测点和第二检测点的连线与基准面的夹角α，其中，d1、d2、l、α满足以下关系式：

tanα＝(d1-d2)/l

当α≤10°时，则判断检测区域为待夹持区域。当工件200的截面包括多个依次连接的圆弧，且圆弧的曲率不同时，圆弧的曲率越大则越接近于平面，适宜夹持。通过上述检测方式，能够检测出工件200上曲率较大的区域，从而方便夹持。

在其他实施例中，第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c的位置固定，夹具100还包括旋转模块，旋转模块用于带动工件200相对安装座10转动，以使工件200的待夹持区域对准夹持模块20。该旋转模块带动工件200运动到位后，第一夹持模块20a、第二夹持模块20b及第三夹持模块20c对工件200进行夹持，而后旋转模块松开工件200。

在一实施例中，采用包括3个夹持模块20的夹具100对不规则形状的工件200进行夹持，该夹具100的工作流程如下：

s100：定位，包括以下步骤：

s110：第一夹持模块20a在动力元件带动下沿滑轨13移动，当检测元件25测得工件200与第一夹持模块20a相对的区域为待夹持区域时，第一夹持模块20a停止运动；

s120：第二夹持模块20b在动力元件带动下沿滑轨13移动，当检测元件25测得工件200与第二夹持模块20b相对的区域为待夹持区域，同时第二夹持模块20b与第一夹持模块20a的夹角β大于90°且小于180°，第二夹持模块20b停止运动；

s130：第三夹持模块20c在动力元件带动下沿滑轨13移动，当检测元件25测得工件200与第三夹持模块20c相对的区域为待夹持区域，同时第三夹持模块20c与第一夹持模块20a的夹角γ大于90°且小于180°，第三夹持模块20c停止运动。

s200：夹持，包括以下步骤：

s210：通过控制面板输入工件200的重量g、安全系数n、静摩擦系数μ，并读取θ1、θ2；

s220：第一夹持模块20a、第二夹持模块20b、第三夹持模块20c的推动元件23分别驱动夹持部22朝靠近工件200的方向运动，直至压力传感器24的读数大于0；

s230：使得第一夹持模块20a、第二夹持模块20b、第三夹持模块20c上的夹持力f1：f2：f3＝secθ1：secθ2：(tanθ1+tanθ2)成比例增加，直至μ(f1+f2+f3)≧n*g，完成夹持。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。