CN111151900A - 多自由度夹具组件 - Google Patents

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吴国栋
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Abstract

本发明提供了一种多自由度夹具组件，包括X轴滑轨，滑动设置在X轴滑轨上的X轴滑台，固定设置在X轴滑台上的底板，固定设置在底板上的Y轴位移平台，固定设置在Y轴位移平台上的Z轴位移平台，设置在Z轴位移平台上的转动执行机构，以及设置在转动执行机构上的夹头，底板与X轴滑台之间设置有一固定板，固定板内设置有力矩传感器，底板上设置有可调整位置的配重模块。本发明能通过底板上的配重模块调整整体结构重心位置，减小倾覆力矩和最大应力，降低结构的应变量，提升夹具的动作精度，可靠性和使用寿命。

Description

多自由度夹具组件
技术领域
本发明涉及夹具技术领域，特别涉及一种高精度的多自由度夹具组件。
背景技术
在光电加工技术领域，通常需要对光纤、微型透镜等尺寸较小的器件进行夹持，控制器件的多自由度运动，完成耦合对准、激光焊接等过程。现有的夹具组件，具有多自由度的运动执行机构，实现夹头的多自由度运动输出。
由于设置有实现各自由度运动的执行机构，夹具组件整体的重心位置一般是随时变化的，甚至在各执行机构的运动范围内，重心与主支撑点的位置均不在同一竖直线上，因此会产生倾覆力矩。而结构本身在抵抗倾覆力矩时，内力会集中在一些主要的连接件上，造成连接件的应力、应变过大，不仅降低了夹具组件的可靠性和使用寿命，而且降低了夹具组件的运动执行精度，进而影响了耦合对准、激光焊接等过程的准确性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能调节整体重心位置的多自由度夹具组件，解决执行机构由于受力不平衡产生的应力集中，影响使用寿命，运动精度降低的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多自由度夹具组件，包括X轴滑轨，滑动设置在所述X轴滑轨上的X轴滑台，固定设置在所述X轴滑台上的底板，固定设置在所述底板上的Y轴位移平台，固定设置在所述Y轴位移平台上的Z轴位移平台，设置在所述Z轴位移平台上的转动执行机构，以及设置在所述转动执行机构上的夹头，所述底板与所述X轴滑台之间设置有一固定板，所述固定板内设置有力矩传感器，所述底板上设置有可调整位置的配重模块。
进一步地，所述X轴滑台、所述固定板以及所述底板的对应位置均设置有螺纹孔，通过安装螺栓穿过所述螺纹孔将三者依次锁紧固定。
进一步地，所述固定板的中部设置有安装孔，所述力矩传感器设置在所述安装孔内，所述螺纹孔位于所述安装孔的四周。
进一步地，所述配重模块包括一配重块和驱动所述配重块在所述底板上位移的配重驱动结构。
进一步地，所述配重驱动结构包括设置在所述固定板下表面的导轨，滑动设置在所述导轨上的滑块，以及与所述导轨同向设置的丝杠螺母副，所述配重块与所述滑块以及所述螺母固定连接。
进一步地，所述导轨沿Y轴方向设置。
进一步地，所述丝杠的外端还设置有一电机，所述电机驱动所述丝杠旋转。
进一步地，所述底板的端部与所述固定板以及所述X轴滑台固定连接，所述底板沿Y轴向所述X轴滑轨的一侧延伸，所述Y轴位移平台和所述Z轴位移平台均位于所述固定板及所述X轴滑台的正上方，所述转动执行机构位于所述X轴滑轨的另一侧。
进一步地，所述转动执行机构包括设置在所述Z轴位移平台上的绕Y轴转动平台，设置在所述绕Y轴转动平台上的绕X轴转动平台，以及设置在所述绕X轴转动平台上的绕Z轴转动平台，所述绕Y轴转动平台通过转接板与所述Z轴位移平台连接，所述绕X轴转动平台通过转接板与所述绕Y轴转动平台连接。
进一步地，所述X轴滑轨、所述Y轴位移平台和所述Z轴位移平台上分别设置有一X轴位移电机、Y轴位移电机和Z轴位移电机，所述绕Y轴转动平台、所述绕X轴转动平台和所述绕Z轴转动平台上分别设置有一Y轴转动电机、X轴转动电机和Z轴转动电机，所述夹头处设置有一气缸。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明的多自由度夹具组件，能通过底板和X轴滑台之间固定板内的力矩传感器及时监测整体结构的倾覆力矩，反映X轴滑轨1和X轴滑台处应力集中区域的应力状况，从而通过底板上的配重模块调整整体结构重心位置，改变重心线使其尽可能地移至X轴滑轨的正上方与支撑合力的方向线重叠，减小倾覆力矩和最大应力，降低结构的应变量，提升夹具的动作精度，可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体结构正视图；
图3为本发明的固定板结构示意图；
图4为本发明的底板安装结构示意图。
【附图标记说明】
1-X轴滑轨；2-X轴滑台；3-底板；4-Y轴位移平台；5-Z轴位移平台；6-夹头；7-固定板；8-力矩传感器；9-螺纹孔；10-安装孔；11-配重块；12-导轨；13-滑块；14-螺母；15-丝杠；16-电机；17-绕Y轴转动平台；18-绕X轴转动平台；19-绕Z轴转动平台；20-转接板；21-X轴位移电机；22-Y轴位移电机；23-Z轴位移电机；24-Y轴转动电机；25-X轴转动电机；26-Z轴转动电机；27-气缸。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1、图2所示，本发明的实施例提供了一种多自由度夹具组件，包括X轴滑轨1，滑动设置在X轴滑轨1上的X轴滑台2，固定设置在X轴滑台2上的底板3，固定设置在底板3上的Y轴位移平台4，固定设置在Y轴位移平台4上的Z轴位移平台5，设置在Z轴位移平台5上的转动执行机构，以及设置在转动执行机构上的夹头6。其中转动执行机构具有绕X轴、Y轴和Z轴的转动自由度，因此夹头6具有X轴、Y轴和Z轴的位移及转动六自由度，可执行复杂、精密的作业。在底板3和X轴滑台2之间设置有一固定板7，固定板7内设置有力矩传感器8，可以测量底板3与X轴滑台2之间的力矩，当力矩值较大时表明重心线与X轴滑台2(或X轴滑轨1)支撑合力的矢量线偏差较大，结构抵抗倾覆力矩产生的应力较大。此时，可以通过底板3上设置的配重模块进行调整，改变整体的重心线位置，使其尽可能地移至X轴滑轨1的正上方与支撑合力的矢量线重叠，减小倾覆力矩和应力。
因此，本发明的多自由度夹具组件，能通过底板3和X轴滑台2之间固定板7内的力矩传感器8及时监测整体结构的倾覆力矩，反映X轴滑轨1和X轴滑台2处应力集中区域的应力状况，并通过底板3上的配重模块调整整体重心位置，改变重心线使其尽可能地移至X轴滑轨1的正上方与支撑合力的方向线重叠，减小倾覆力矩和最大应力，降低结构的应变量，从而提升夹具的动作精度，可靠性和使用寿命。
进一步如图3所示，X轴滑台2、固定板7以及底板3的对应位置均设置有螺纹孔9，通过安装螺栓穿过螺纹孔9将三者依次锁紧固定，即相当于固定板7被底板3和X轴滑台2夹持，底板3和X轴滑台2之间的力矩通过固定板7传递，并被固定板7内的力矩传感器8感应检测。其中，固定板7的中部设置有安装孔10，力矩传感器8固定设置在安装孔10内，螺纹孔9则位于安装孔10的四周。
进一步如图4所示，配重模块包括一配重块11和驱动配重块11在底板3上位移的配重驱动结构。其中配重块11的密度和质量设置得足够大，使得其在底板3上的位移能明显改变整体重心位置。配重驱动结构包括设置在固定板7下表面的导轨12，滑动设置在导轨12上的滑块13，以及与导轨12同向设置的丝杠螺母副，配重块11与滑块13以及螺母14固定连接。因此，丝杠15转动即可驱动螺母14沿丝杠15位移，带动配重块11以及滑块13沿导轨12滑动，调整整体结构的重心线位置。
进一步地，导轨12和丝杠15均是沿Y轴方向设置的，因此配重块11在底板3上的位移也是沿Y轴方向，使得配重块11自身的重心线同样沿Y轴方向位移，对以X轴滑轨1作为最底层支撑结构的夹具来说调整效率最高。
进一步地，在丝杠15的外端还设置有一电机16，其输出轴与丝杠15连接，用于驱动丝杠15旋转，带动配重块11位移。当固定板7中的力矩传感器8检测到倾覆力矩过大、超过预设值时，通过控制***控制电机16旋转，驱动配重块11向X轴滑轨1的外侧移动，可以自适应地减小倾覆力矩，提升配重块11的调整效率。当然，也可以不设置电机16，通过手动的方式直接旋转配重块11，以简化整体结构。
其中，底板3的端部与固定板7以及X轴滑台2固定连接，底板3沿Y轴向X轴滑轨1的第一侧延伸，因此安装在底板3上的配重模块也位于X轴滑轨1同一侧。Y轴位移平台4和Z轴位移平台5均位于固定板7及X轴滑台2的正上方，Y轴位移平台4上的部件主要向X轴滑轨1的第二侧位移，转动执行机构的整***于X轴滑轨1的第二侧，从而Y轴位移平台4、Z轴位移平台5和转动执行机构整体的重心线位于X轴滑轨的第二侧，配重块11向X轴滑轨1的第一侧朝外移动时，能将整体重心位置内移。
其中，转动执行机构包括设置在Z轴位移平台5上的绕Y轴转动平台17，设置在绕Y轴转动平台17上的绕X轴转动平台18，以及设置在绕X轴转动平台18上的绕Z轴转动平台19。绕Y轴转动平台17通过转接板20与Z轴位移平台5连接，绕X轴转动平台18通过转接板20与绕Y轴转动平台17连接。同时，X轴滑轨1、Y轴位移平台4和Z轴位移平台5上分别设置有一X轴位移电机21、Y轴位移电机22和Z轴位移电机23，绕Y轴转动平台17、绕X轴转动平台18和绕Z轴转动平台19上分别设置有一Y轴转动电机24、X轴转动电机25和Z轴转动电机26。另外夹头6处还设置有一气缸27，因此夹头27具有六自由度，以及通过气缸27实现绕Y轴旋转90°的倾角调整。当然，本发明也不局限于设置六维的执行机构，可根据实际需要调整执行机构的个数，以适配不同的加工作业需求，并尽可能地将重心向X轴滑轨1处位移。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多自由度夹具组件，其特征在于，包括X轴滑轨，滑动设置在所述X轴滑轨上的X轴滑台，固定设置在所述X轴滑台上的底板，固定设置在所述底板上的Y轴位移平台，固定设置在所述Y轴位移平台上的Z轴位移平台，设置在所述Z轴位移平台上的转动执行机构，以及设置在所述转动执行机构上的夹头，所述底板与所述X轴滑台之间设置有一固定板，所述固定板内设置有力矩传感器，所述底板上设置有可调整位置的配重模块。
2.根据权利要求1所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述X轴滑台、所述固定板以及所述底板的对应位置均设置有螺纹孔，通过安装螺栓穿过所述螺纹孔将三者依次锁紧固定。
3.根据权利要求2所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述固定板的中部设置有安装孔，所述力矩传感器设置在所述安装孔内，所述螺纹孔位于所述安装孔的四周。
4.根据权利要求1所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述配重模块包括一配重块和驱动所述配重块在所述底板上位移的配重驱动结构。
5.根据权利要求4所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述配重驱动结构包括设置在所述固定板下表面的导轨，滑动设置在所述导轨上的滑块，以及与所述导轨同向设置的丝杠螺母副，所述配重块与所述滑块以及所述螺母固定连接。
6.根据权利要求5所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述导轨沿Y轴方向设置。
7.根据权利要求5所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述丝杠的外端还设置有一电机，所述电机驱动所述丝杠旋转。
8.根据权利要求1所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述底板的端部与所述固定板以及所述X轴滑台固定连接，所述底板沿Y轴向所述X轴滑轨的一侧延伸，所述Y轴位移平台和所述Z轴位移平台均位于所述固定板及所述X轴滑台的正上方，所述转动执行机构位于所述X轴滑轨的另一侧。
9.根据权利要求8所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述转动执行机构包括设置在所述Z轴位移平台上的绕Y轴转动平台，设置在所述绕Y轴转动平台上的绕X轴转动平台，以及设置在所述绕X轴转动平台上的绕Z轴转动平台，所述绕Y轴转动平台通过转接板与所述Z轴位移平台连接，所述绕X轴转动平台通过转接板与所述绕Y轴转动平台连接。
10.根据权利要求9所述的多自由度夹具组件，其特征在于，所述X轴滑轨、所述Y轴位移平台和所述Z轴位移平台上分别设置有一X轴位移电机、Y轴位移电机和Z轴位移电机，所述绕Y轴转动平台、所述绕X轴转动平台和所述绕Z轴转动平台上分别设置有一Y轴转动电机、X轴转动电机和Z轴转动电机，所述夹头处设置有一气缸。
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