一种可以在打开状态自锁的磁性夹紧器的制作方法

本发明涉及一种可以实现自锁的磁性夹紧器，其采用连杆机构实现了磁性夹紧器在打开的位置可以自锁。

背景技术：

现有磁性夹紧设备有磁性表座、磁力吸盘等。而在自动化领域，迫切的需要有一种安全可靠可以自锁的磁性夹紧器。

一方面，目前基于磁性表座原理的自动化磁性夹紧器由于磁块和外壳难以加工，使得设计上有很多困难无法实现自动化驱动和安全可靠的自锁，所以安全可靠的工业应用产品少之又少。

另一方面，磁性夹紧器在自动化场合中，无论是气缸还是电缸驱动，都必须考虑安全，也就是设备的自锁性。如果磁性夹紧器在打开状态不能自锁，而由于断气或者断电发生被吸附工件的掉落事故，那么就会造成设备或者人员的损失。尤其是基于磁性表座原理的夹紧器，其在打开状态容易弹回，因此就更需要设计自锁机构。

此外，磁性夹紧器的设计还必须考虑自锁结构的简单易用和高度可靠性。既要保证对磁块加工精度的要求不高，还要保证自锁的可靠性。因此，本专利发明了一种基于连杆机构的可以在打开状态下自锁的磁性夹紧器。

技术实现要素：

除非另有表述，在本说明书和权利要求书中，使用了表述语“磁性夹紧器”，该表述语应理解为这样一个装置：它包括一个径向充磁的永磁铁，一个外壳，两个极靴，一套四杆机构，使得永磁铁可以在外壳内从0度旋转到90度，从而分别对外显现弱磁性和强磁性，并且利用四杆机构的死点实现磁块在90度时可以自锁。

优选的是，外壳是等截面的低磁阻材料的单体（例如20号钢或者aisi1018钢），内部有圆柱形的腔体，且在壳体上有多对隔断磁路的通孔。

优选的是，外壳与两个低磁阻材料的极靴相配（例如20号钢或者aisi1018钢），极靴放置在与磁铁90度打开状态的相同方向，磁块通过极靴把磁性传导到待吸附工件上。

优选的是，由于极靴与被吸附物体表面相接触，可以通过磁块磁通截面积与极靴接触面积的比值来提高极靴接触面处的磁感应强度bp，从而最大限度发挥磁性夹紧器的磁性吸力。

优选的是，通过四杆机构设计，使得磁块能在外壳内旋转90度。在磁块0度关闭的位置，磁铁的南北极在外壳和极靴的作用下，实现内部闭合，而与磁性夹紧器极靴接触的物体处于短路状态，所以这时该磁性夹紧器对外显现较弱的磁性，也就是所谓的关闭状态。在磁块90度的打开位置，由于隔断磁路通孔的作用，磁铁必须通过极靴传导磁性到被接触物体才能闭合，此时该磁性夹紧器对外显现较强的磁性，也就是所谓的打开位置。

优选的是，四杆机构的驱动运动为直线运动或者旋转运动。

优选的是，外壳底部通过高磁阻，也就是非导磁材料的底盖封闭，且两侧的极靴突出该底盖，从而保证在关闭状态时，较轻的被吸附工件不会因为吸力产生的真空而被吸附在极靴上。

优选的是，外壳的内部圆柱腔体与磁块之间保证最小的间隙而不干涉，从而降低驱动磁块的扭矩要求。

优选的是，通过在磁块和圆柱形腔体之间增加润滑油来降低可能的因为磁块和腔体加工误差引起的过大摩擦力。

优选的是，通过机械连接装置，使得磁块可以绕轴承支撑的固定轴旋转，从而保证旋转角度的准确性和摩擦阻力最小。

优选的是，所有除去外壳和极靴的零件，都采用高磁阻，也就是非导磁性材料，例如铝合金和304不锈钢。

优选的是，在底盖上增加降低与磁铁摩擦系数的零件或者类似的降低摩擦系数的镀层。

优选的是，可以通过多杆机构提高驱动力的增益系数，方便更快速的打开磁块且同时保证在打开状态下自锁。

优选的是，极靴可以设计为与被吸附物体相同的曲面来实现定位和夹紧。

优选的是，极靴可以设计为v形块形状来定位和夹紧圆柱形物体。

尽管还有落入本发明范围内的其它的形式，但现将仅参照附图借助于实例来描述本发明的优选实施例：

附图说明

图1给出了磁性夹紧器采用磁铁的结构；

图2给出了磁性夹紧器的基本结构;

图3a为磁性夹紧器关闭的状态时磁块的位置和磁路原理图；

图3b为磁性夹紧器打开状态时磁块的位置和磁路原理图；

图4a为四杆机构设计的原理中，磁性夹紧器为打开状态时，机构产生自锁的状态；

图4b为四杆机构设计的原理中，采用直线运动驱动时，驱动连杆的状态和位置；

图4c为四杆机构设计的原理中，采用旋转运动驱动时，驱动连杆的状态和位置；

图5a为磁铁磁通截面积sm的示意图；

图5b为极靴与工件接触截面积sp的示意图。

具体实施方式

应该认识到，附图示出的是本发明的优选实施例。提供这些附图的目的在于说明本发明的优选实施例，所以，本发明不能认为局限于所示的具体的实施例。

如图1，所示的磁铁可以称为圆柱形永磁铁。该永磁铁在直径方向磁化，也就是说，永磁铁1由中性面10平分，两端各显示北极和南极两种磁性。在中性面上，有一对通孔11和12用于连接。

图1的永磁铁1较佳的可以使用稀土类磁铁，比如钕铁硼磁铁。当然，本发明也可以采用其他类型的磁铁实现同样的功能。

如图2，磁性夹紧器包括永磁铁1，永磁铁1是大致的圆柱形或盘形永磁铁，并类似于图1所示在直径方向上磁化。永磁铁1容纳在外壳2内。外壳2较佳地由具有低磁阻的铁磁性材料制成。外壳2设计成可以让永磁块1在其内旋转的形式。在外壳2上有一对隔断磁路的通孔20和21。在相对于这对通孔的90度方向，外壳两边布置了一对极靴30和31。

为了便于永磁铁1的旋转，永磁铁1上有两个用于与旋转接头5连接的孔11和12。旋转接头5通过与旋转连杆6相连接使得永磁铁1可以在轴线方向旋转，其中永磁铁1、旋转接头5的旋转轴线在一条直线上，永磁铁1、旋转接头5和旋转连杆6的旋转角度同步。

为了保护外壳2内部的永磁铁1，需要底盖4与外壳2连接。较佳的，底盖4与永磁铁1接触的表面41可以增加一层耐磨且摩擦系数低的镀层或者低摩擦系数的零件。且该底盖4和表面41的镀层，较佳得都采用高磁阻，也就是非导磁性的材料，例如304不锈钢或者铝合金。

为了实现该磁性夹紧器在打开位置自锁，旋转连杆6与连杆7相连接，而连杆7与驱动连杆8连接，从而构成由连杆7和8，以及旋转连杆也就是曲柄连杆6组成的四杆机构（驱动连杆8和旋转连杆6之间通过机架相连接，认为是另一个固定连杆）。

驱动连杆的动力可以是直线运动，也可以是旋转运动；可以是自动驱动的气缸和电杆等设备，也可以是手柄、推杆等手动结构。

该磁性夹紧器关闭和打开状态的原理如图3a和3b所示。如图3a所示，当永磁铁1的磁极n和s与极靴30和31成九十度位置时，磁性夹紧器对于工件9的吸力最弱，处于关闭状态。磁铁的磁性从北极n出发，经过外壳2传导，通过极靴31返回外壳2与南极s接近的区域，到达磁铁南极s形成一个闭环1020。同样的，右侧的磁路由磁铁的北极n出发经由极靴30返回磁铁的南极s，形成一个闭环1010。

如图3b所示，当磁块1的磁极n和s与极靴30和31在一个方向时，磁性夹紧器必须通过工件9传导磁性，从而形成由磁铁1北极n出发，经过与外壳2相连接的极靴31，通过工件9，再经过极靴30，返回外壳2回归磁铁南极n，形成闭合回路1030。此时，工件9受到的磁性吸力最大，磁性夹紧器处于打开状态。

较佳的，外壳2上设计的通孔20和21，由于空气的磁阻巨大，在磁性夹紧器的打开状态可以阻断从磁块n极到外壳2到磁块s极的路径，形成磁路隔断。这样，磁块1的所有磁通量都从打开状态的闭合回路1030经过，从而提高了工件9被吸附的磁力。

较佳的，极靴30和31的长度使得底盖4与工件9之间存在一定的空气间隙42，从而使得即使较轻的工件9被开启状态的磁力吸附而紧靠在极靴30和31上面时，也不会因为没有空气间隙42而产生真空，使得工件9在磁性夹紧器关闭状态因为真空被压紧而无法脱落。

为了安全，磁性夹紧器的开启位置，必须让磁块1不受外力影响，能够自锁停留在打开位置，从而让工件9一直吸附在磁性夹紧器的极靴30和31上；除非客观上需要关闭，工件9才会脱落。因此，如图4a所示，当旋转连杆6和连杆7共线时，由于四杆机构的特性，连杆8把连杆6和7顶死在这个位置，形成死点。因此，即使磁块受外界冲击力或者磁力影响，也不会出现磁块自动关闭，使得工件9掉落的现象。同样的，也就是说，驱动力只负责把旋转连杆6和7推到共线位置，不需要持续输出力，就可以保证旋转连杆6保持在打开的位置自锁。因此，即使遇到驱动力丢失的情况，只要连杆6和连杆7被驱动到共线位置，磁性夹紧器的磁块1就一直处于打开状态，不会自动转回关闭位置，除非客观上需要关闭。

为了关闭磁性夹紧器，需要旋转连杆转动90度。由于常见的运动模式有直线运动和旋转运动两种，所以可以分别得到由直线驱动和旋转驱动的图3b和3c两种不同连杆设计的关闭状态。

如图4b，由于是直线运动驱动，连杆8与打开状态图4a中连杆8的位置共线。通过其行程的变化，使得旋转连杆6转动90度，让磁性夹紧器关闭。如图4c，由于是旋转运动驱动，连杆8与打开状态图4a中的连杆8成旋转90度的姿态。通过其旋转角度的变化，使得旋转连杆6转动90度，磁性夹紧器就此关闭。

为了便于提高磁性夹紧器的吸力，针对不同材料的工件9，可以确定其饱和磁感应强度bw，本发明可以通过改变极靴的截面sp提高工件9的吸力。如图5a和5b，通过考虑磁铁1的感应强度bm，磁铁1的磁通截面积sm，由高斯定律得出bmsm=bwsp，而工件9的吸力f=bw²sp/2u0，所以极靴与工件9接触的面积符合sp=bmsm/bw时，工件9的磁感应强度达到饱和值，且工件9受到的吸力最大。

另一方向，由于磁性夹紧器的频繁开闭会对外壳2产生磁性处理，使得采用低磁阻材料的外壳2会越来越软。因此，本发明采用两个可以更换的极靴来代替外壳本体接触工件9，从而避免了因为外壳2受磁性处理影响变软容易被磨损，使得整个磁性夹紧器需要更换外壳的情况。