CN102825484A - 基于相变材料的柔性夹具 - Google Patents

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吕彦明
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Abstract

本发明提供一种能实现任意复杂形状和任意尺寸大小零件装夹的真正柔性夹具装置。发明的柔性夹具装置由基座、相变材料腔体、相变材料、定位体、夹紧体等组成。相变材料腔体通过螺钉连接到基座上；定位体通过数控定位机放置在基座上，通过底部永磁铁吸附在基座上；夹紧体通过数控定位机放置在基座上，通过底部永磁铁吸附在基座上；浇铸相变材料使定位体、夹紧体、相变材料腔体及基座固联在一起形成一套夹具。定位体长度连续可调、夹紧体高度连续可调、定位体及夹紧体的位置可任意布置，从而实现了对任意复杂形状、任意尺寸零件的装夹。夹具零件形状简单、制造精度要求低，夹具制造成本低；相变材料可反复使用，易于再制造循环利用。

Description

基于相变材料的柔性夹具
技术领域
本发明属于机械加工与装配领域，涉及一种基于相变材料的柔性夹具，可以真正实现对任意形状、任意尺寸的零件安装定位及夹紧。
背景技术
随着技术的进步，人们对产品的需求越来越趋向多变、个性化及多样化。体现在产品寿命越来越短(更新换代快)、新产品越来越多、产品批量越来越小。这些给制造企业提出了极大的挑战，加工的零件尺寸大小形状各式各样，完全没有可预见性。为了减少工装夹具的设计制造时间，缩短生产准备时间，只有采用柔性夹具。柔性夹具就是同一个夹具能够完成不同类型不同尺寸零件的定位夹紧。目前应用最多的柔性夹具有两类，一类是可调夹具，主要针对同一个类型的零件，通过调节定位夹具元件夹紧元件的尺寸及位置实现对同类零件的装夹；另一类是组合夹具(模块化夹具)，组合夹具是采用模块化系列化的标准件进行组合形成的夹具。
现有的柔性夹具存在很多不足：
1可调夹具只能针对同一类零件，不能装夹其它类零件；
2组合夹具虽然可以经过组合满足不同类型尺寸零件的装夹，但是：
1)组合元件质量要求高；
2)首置费用高；
3)由于是组合叠加“撘积木”而成，这种柔性夹具刚性较差，难以适应重切削；
4)难以装夹不规则形状零件；
5)组合尺寸是系列化的而非连续变化；
6)装配调试要求技术高；
7)零件种类和数量多需要专业管理，使用管理成本较高；
本发明拟克服现有柔性夹具的的缺陷，实现真正的柔性装夹。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种能实现任意复杂形状和任意尺寸大小零件装夹的装置。
按照本发明提供的技术方案，基于相变材料的柔性夹具装置由基座、相变材料腔体、相变材料、定位体、夹紧体等组成。相变材料腔体通过螺钉连接到基座上；定位体通过数控定位机放置在基座上，通过底部永磁铁吸附在基座上；夹紧体通过数控定位机放置在基座上，通过底部永磁铁吸附在基座上；浇铸相变材料使定位体、夹紧体、相变材料腔体及基座固联在一起形成一套夹具。
所述的相变材料为低熔点锡铋合金，熔点在230度左右，其膨胀率可以通过调节锡铋两种材料的比例进行控制。
所述的定位体，由定位头、相变材料、定位座及永磁体构成。定位头安装在定位座里，按设定长度固定，相变材料由加注孔浇铸进入，冷却固化，实现定位头和定位座的刚性固联。永磁体镶嵌在定位座体底面。
所述的夹紧体，由夹紧高度调节体、相变材料、夹紧座及永磁体构成。高度调节体安装在夹紧座里，按设定长度固定，相变材料由加注孔浇铸进入，冷却固化，实现夹紧高度调节体和夹紧座的刚性固联。永磁体镶嵌在定位座体底面。
本发明与现有技术相比，优点在于：
本实发明结构简单、合理。定位体长度连续可调、夹紧体高度连续可调、定位体及夹紧体的位置可任意布置，从而实现了对任意复杂形状、任意尺寸零件的装夹。夹具的精度是通过精确调整定位长度、夹紧体高度以及数控精确定位布置实现的，所以构成零件制造精度要求低，且构成零件形状简单，夹具制造成本极低。夹具零件数量少，一个尺寸范围的夹具零件只要几个，覆盖所有可能尺寸范围零件所需夹具套数少，购置成本低，夹具管理简单。夹具维修简单，相变材料可反复使用，夹具寿命长，易于再制造循环利用、绿色环保。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为定位体的结构示意图。
图3为夹紧体的结构示意图。
附图1标记说明：1-工件、2-压紧头、3-夹紧体、4-定位体
5-相变材料、6-腔体、7-基座
附图2标记说明：8-定位头、9-定位座、10-相变材料、11-永磁体
附图3标记说明：12-夹紧头、13-夹紧高度调节体、14-相变材料、
15-夹紧座、16-永磁体
具体实施方式
第一步，根据工件加工或装配要求，确定定位位置及夹紧位置，确定各定位体及夹紧体调节长度，确定夹具的系列；
第二步，将专用定长工具调节到所需长度，将定位头(8)装入定位座(9)，放入工具中，压力加注低熔点合金相变材料(10)，同时由辅助冷却装置对相变材料进行冷却，等冷却固化后取出定位体(4)；同样的方法制作其它定位体；
第三步，将专用定长工具调整到夹紧体所需长度，然后将夹紧高度调节体(13)装入夹紧座(15)，然后放入工具中，压力加注熔化了的低熔点合金相变材料(14)，同时由辅助冷却装置对相变材料进行冷却，等冷却固化后取出夹紧体(3)；同样的方法制作其它夹紧体；
第四步，将腔体(6)安装到基座(7)上；
第五步，由数控布置机床定位布置定位体(4)及夹紧体(3)到基座(7)上；
第六步，加注熔化了的低熔点合金相变材料(5)，同时利用辅助冷却装置提高冷却效率，缩短冷却时间，当相变材料完全冷却固化后，配夹紧头，夹具就可以使用了；
第七步，夹具使用完，加热熔化相变材料，取出夹紧体、定位体，分离定位头和定位座，分离夹紧高度调节体和夹紧体，回收相变材料，夹具元件回收入库。待下一次使用。

Claims (5)

1.一种通用柔性夹具装置，其特征在于：相变材料腔体(6)安装在基座上(7)，定位体(4)按定位要求放置在腔体(6)中的基座(7)上，夹紧体(3)按夹紧位置放置到基座(7)上，夹紧体(3)、定位体(4)与腔体(6)及基座(7)通过浇铸相变材料(5)固联在一起。实现了定位体、夹紧件在平面上任意位置的布置。夹紧头(2)可以是压板或气动液压夹紧结构，安装在夹紧体上，实现对工件(1)的夹紧。
2.根据权利要求1所述的相变材料(5)，其特征在于：为低熔点锡铋合金，熔点在230度左右，其膨胀率可以通过调节锡铋两种材料的比例进行控制。
3.根据权利要求1所述的腔体(6)，其特征在于：为收口式结构，通过螺钉安装在基座上(7)。
4.根据权利要求1所述的定位体(4)，其特征在于：定位头(8)安装在定位座(9)里，伸长长度可以连续调节，定位头和定位座通过加注低熔点合金相变材料(10)实现刚性固联，定位头(8)及定位座(9)的轴肩和台阶结构强化了相变材料的连接强度和刚性。定位座(9)底面镶嵌的永磁体(11)保证定位体和基座有足够吸合力，以避免浇铸相变材料时定位体侧翻或位移。
5.根据权利要求1所述的夹紧体(3)，其特征在于：夹紧高度调节体(13)安装在夹紧座(15)里，总高度可以连续调节，夹紧高度调节体和夹紧座通过加注低熔点合金相变材料(14)实现刚性固联，夹紧高度调节体(13)及夹紧座(15)的轴肩和台阶结构强化了相变材料的连接强度和刚性。夹紧座(15)底面镶嵌的永磁体(16)，将夹紧体(3)和基座(7)吸合，以避免浇铸相变材料(5)时夹紧体侧翻或位移。
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