CN112453961A - 一种自动化平口钳及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化平口钳及其控制方法，所述平口钳包括基体以及设置在基体上的定钳和动钳，所述定钳设置于基体的一端，所述基体上设有导轨，所述动钳套设于导轨上，所述基体的另一端设有驱动机构，所述驱动机构的输出端连接有丝杆，所述动钳设有螺纹通孔，所述丝杆的另一端穿过动钳的螺纹通孔，并与定钳连接，所述定钳面向动钳的一面设有压力传感器；所述平口钳还设有控制机构，所述控制机构分别与驱动机构和压力传感器电性连接。本发明提供的自动化平口钳，可实现对工件自动化的拆装，不但节约人工，并且对工件的夹持更为稳固，同时可检测被工件所受到的压力，并根据压力的大小控制驱动机构，提高对工件的夹持稳固性，提高加工精度。

Description

一种自动化平口钳及其控制方法

技术领域

本发明涉及夹具技术领域，特别涉及一种自动化平口钳及其控制方法。

背景技术

平口钳又名机用虎钳，是一种通用夹具，常用于固定小型工件，是铣床、钻床、刨床的随机夹具，一般固定在机床工作台上，用于夹持工件进行各种加工。现有平口钳包括定钳和动钳，通过调节动钳到定钳的距离来对工件进行拆装，具体操作时，通常是用扳手手动来调节动钳，存在劳动强度大(特别是长时间频繁使用平口钳装拆工件)、工作效率较低、操作不方便、速度慢等缺陷。现有技术中也有在平口钳的动钳或定钳上加装驱动电机，通过驱动机构的驱动，使动钳前后移动，实现对工件的拆装。但是现有通过驱动机构控制电机的方法中，通常驱动机构的输出端通过丝杆或螺杆直接与动钳连接，但由于动钳是滑动连接在导轨上，因此容易出现动钳在工件加工过程中固定不稳，导致加工精度下降的缺陷。另外，动钳与定钳对工件的夹持稳固程度与动钳与定钳对工件施加的力相关，夹持力度小易造成夹持不稳，力度太大易导致工件变形，但现有的平口钳无法准确控制定钳与动钳的夹持力度。可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种自动化平口钳及其控制方法，旨在提高平口钳夹持工件的自动化程度及夹持稳固性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种自动化平口钳，所述平口钳包括基体以及设置在基体上的定钳和动钳，所述定钳设置于基体的一端，所述基体上设有导轨，所述动钳套设于导轨上，其中，所述基体的另一端设有驱动机构，所述驱动机构的输出端连接有丝杆，所述动钳设有螺纹通孔，所述丝杆的另一端穿过动钳的螺纹通孔，并与定钳连接，所述定钳面向动钳的一面设有压力传感器；所述平口钳还设有控制机构，所述控制机构分别与驱动机构和压力传感器电性连接。

所述自动化平口钳中，所述导轨包括设置于基体中间的主导槽和设置于主导槽两边的副导槽，所述动钳的底面设有与导轨适配凸块，所述凸块包括设置中间的主凸块和设置于主凸块两侧的副凸块，所述主凸块设有螺纹通孔。

所述自动化平口钳中，所述主导槽和副导槽的两内侧壁上设有限位导槽，所述主凸块和副凸块的两侧设有对应的凸起。

所述自动化平口钳中，所述驱动机构为伺服电机或步进电机。

所述自动化平口钳中，所述控制机构包括电路保护模块。

所述自动化平口钳中，所述基体与定钳相对的一端设有红外传感器，所述红外传感器与控制机构电性连接，用于检测动钳的位置。

所述自动化平口钳中，所述定钳和动钳相对的一侧设有缓冲层，所述缓冲层为弹性材料制成。

所述自动化平口钳中，所述弹性材料包括橡胶、硅胶或塑料中的一种。

一种自动化平口钳的控制方法，其中，所述方法采用如上所述的自动化平口钳，所述方法包括以下步骤：

步骤S1.通过控制机构设置压力限值和位置限值；

步骤S2.将工件紧贴定钳放置，启动开关，驱动机构推动动钳向定钳运动，直至动钳紧贴工件，同时压力传感器检测定钳受到的压力，并将压力信息反馈给控制机构，当压力值达到设定值，驱动机构停止驱动，平口钳保持夹持状态，辅助数控机床进行加工；

步骤S3.待数控机床完成加工，启动动钳返回命令，驱动机构反向旋转，使动钳沿着轨道朝远离定钳的方向运动，当动钳回到原位时，驱动机构停止工作，卸下工件，完成一次夹持。

所述自动化平口钳的控制方法中，所述步骤S3中，所述动钳返回时，还包括红外测距，当红外传感器检测到动钳的位置为设定值的位置时，控制机构停止驱动机构工作。

有益效果：

本发明提供了一种自动化平口钳及其控制方法，所述平口钳通过设置驱动机构，可使动钳在导轨上往复运动，实现对工件自动化的拆装，并且，传动用的丝杆是固定在驱动机构和定钳上，动钳是套接在丝杆上，从而使得动钳的移动平稳，对工件的固定更为稳定；另外，定钳上设置的压力传感器可检测工件所受到的压力，并根据压力的大小控制驱动机构，提高对工件的夹持稳固性，同时避免夹持力度过大导致工件变形。所述自动化平口钳的控制方法，通过压力传感器，能实现自动化控制动钳与定钳对工件的夹持力度，无需人工操作，自动化程度高，并且对工件夹持稳固，从而提高工件的加工精度。

附图说明

图1为本发明提供的自动化平口钳的结构示意图。

图2为基体和动钳的截面示意图。

图3为设有限位导槽的基体和设有凸起的动钳的截面示意图。

具体实施方式

本发明提供一种自动化平口钳及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-3，本发明提供一种自动化平口钳，所述平口钳包括基体1 以及设置在基体上的定钳2和动钳3，所述基体1固定连接在数控机床上，基体的一端为首端，与首端相对的一端为尾端，所述定钳设置于基体的首端，所述基体上设有导轨，所述动钳滑动连接在导轨18上，所述基体的尾端设有固定架7，所述固定架7上设有驱动机构4，所述驱动机构4的输出端通过联轴器8连接有丝杆9，所述动钳3设有与导轨同方向的螺纹通孔 15，所述丝杆9的另一端穿过动钳的螺纹通孔15，并可转动连接在定钳2 上；所述平口钳还设有控制机构，所述驱动机构与控制机构电性连接，通过控制机构控制驱动机构的开关。

上述结构的平口钳，丝杆两端是连接在定钳和驱动机构上，动钳设置于导轨上，并套设在丝杆上，一方面能通过驱动电机控制动钳，实现自动加紧工件，另一方面动钳的加持更为稳固，提高公建的加工精度。工作时，所述驱动机构驱动丝杆转动，带动动钳沿着导轨朝定钳方向滑动，直至动钳贴紧工件，并能稳定夹持时，驱动机构停止驱动，完成工件加工前的夹持固定。

具体的，如图2所示，上述结构的自动化平口钳，所述导轨18包括设置于基体表面中间部位的主导槽11和设置于主导槽两边的副导槽12，所述主导槽11和副导槽12均为沿着基体表面往两端延伸的U型凹槽，所述动钳的底面设有与导轨适配的凸块，所述凸块包括位于动钳底面中间的主凸块13，和位于主凸块两侧的副凸块14，所述主凸块13和副凸块14形成倒置的山字型结构，并且所述主凸块13和副凸块14的尺寸与主导槽11及副导槽12的尺寸适配，主凸块13的中间设有螺纹通孔15，所述丝杆9穿过螺纹通孔15，一端连接在基体首端设置的定钳2上，另一端通过联轴器8 与驱动机构4的输出端传动连接。工作时，驱动机构4带动丝杆9转动，丝杆9带动动钳3沿着导轨往复运动，设置的主导槽11和副导槽12，能较好的限制动钳的运动轨迹，使动钳只沿着主导槽11的方向往复运动。需要说明的是，所述螺纹通孔15的位置高度要低于基体表面，即，丝杆9的水平位置要低于基体表面，从而使得当工件夹持于平口钳上时，丝杆的上表面不与工件接触。

优选的，如图3所示，上述结构的自动化平口钳，所述主导槽的两内侧壁上设有限位导槽16，所述主凸块的两侧设有对应的凸起17，连接时，动钳3从基体1的端部沿着主导槽和副导槽套设于基体上，设置的限位导槽16能防止动钳在工件加工过程中受力或振动向上运动，提高对工件的夹持稳定性，进一步提高加工精度。优选的，所述副导槽12的槽壁上同样设有限位导槽16，对应的，所述副凸块14的两侧也设有与副导槽相适配的凸起17，从而使得当动钳连接在导轨上时，只能沿主导槽和副导槽做前后往复运动，尤其是在工件加工时，能使动钳和定钳对工件的固定更为稳固，提高工件的加工精度。

优选的，如图1所示，在一些实施例中，所述定钳2和动钳3相对的一侧设有缓冲层10，实施缓冲层为弹性材料，所述弹性材料可以是橡胶、塑料或硅胶中的一种。所述缓冲层10能提高平口钳对工件的夹持稳固性，同时降低动钳和定钳对工件表面的磨损，另外，缓冲层能降低工件在加工过程中对动钳的振动，减少装置内部的磨损，提高装置的使用寿命。

具体的，如图1所示，上述结构的自动化平口钳，所述定钳面向动钳的一面设有压力传感器5，所述压力传感器与控制机构电性连接。由于对工件的夹持稳固程度与夹持时定钳和动钳对工件施加的压力有关，当压力较小时，工件夹持不稳，容易在加工时移位，导致加工精度下降；当压力过大时，虽然夹持稳固，但容易使工件变形，同样降低加工精度，合适大小的压力对加工精度的影响非常大，通常在保证工件不变形的情况下施加较大的压力，以使工件在加工时不受振动出现移位的现象。具体实施过程中，在夹持工件时，通过控制驱动机构的给进量，使动钳对工件施加合适的压力。由于对不同的工件施加的压力不同，可通过控制机构预先设置相应的压力限值，而设置的压力传感器能检测动钳和定钳对工件的夹持压力，并将压力信息转化为电信号后发送至控制机构，控制机构接收压力信息，并与设定的压力值进行比较，当压力值大于或等于设定值，则停止驱动机构工作，当压力值小于设定值，驱动机构继续驱动动钳往定钳方向移动，直至实际压力等于设定的压力限值为止。

优选的，如图1所示，所述基体在尾端或驱动机构的固定架7上还设有红外传感器6，所述红外传感器6与控制机构电性连接，用于检测动钳到驱动机构的距离。所述红外传感器包括红外线发射器和红外线接收器，所述红外线发射器能对动钳发射红外射线，当红外射线触碰到动钳，则会返回，被红外线接收器接收，红外线接收器根据接收到的红外射线的强弱，转化为电信号，并发送至控制机构，控制机构根据接收的电信号判断动钳距离基体尾端的距离，作为控制驱动电机的依据。具体实施时，当工件加工完成，动钳需松开工件，才能将工件从平口钳中取下，具体步骤为：通过驱动机构反向转动，使动钳沿导轨朝基体尾端运动，动钳返回的距离依靠驱动机构的工作时长来进行控制，而设置的红外传感器，可测定动钳到驱动机构或基体端部的距离，并将距离信息传送至控制机构，控制机构可预先设定动钳到尾端或驱动机构的距离值，并根据获取到的距离信息与设定值进行比较，如果已到达设定位置，则关闭驱动机构，停止动钳的移动。设置的红外传感器能辅助驱动机构将动钳返回至指定位置，使动钳的行程范围限定在设定范围内，便于工件的取出和下个工件的夹持，也避免出现动钳已经到了基体的尾端，驱动机构继续转动出现过载或堵转的现象。

具体的，上述结构的自动化平口钳，所述驱动机构为伺服电机或步进电机，伺服电机和步进电机的控制精度较高，能使夹持更为稳固。

具体的，所述控制机构包括PLC控制器以及相关控制电路，所述PLC 控制器通过相关控制电路与驱动机构、红外传感器、压力传感器电性连接，用于控制驱动机构的运作以及收集夹持时的压力信息和动钳回位时的位置信息，所述控制机构设有控制面板，可通过控制面板设定压力限值和位置限值，以及启动和关闭驱动机构。工作时，将工件贴紧定钳放置，然后启动设备，驱动电机工作，使动钳沿着导轨朝定钳运动，当运动至与工件紧贴时，会在压力传感器产生压力信息，压力传感器将压力信息转化为电信号，发送至控制机构，控制机构与设定值进行比对，如果等于设定值，则使驱动机构停止运动，从而保证在工件不受夹持压力损伤的情况下使夹持更为稳固；待工件加工完全，通过控制面板下达动钳返回命令，驱动机构反向旋转，带动丝杆反向旋转，使动钳沿着导轨往远离定钳的方向运动，此时红外传感器工作，向动钳发射红外射线，红外射线触碰到动钳后返回，被红外接收装置接收，红外传感器根据红外接收到的红外线的变化，转化为电信号并发送至控制机构，控制机构比对收到的电信号与设定值，当电信号等于设定值，停止驱动机构工作，使动钳固定于基体设定的位置上。

优选的，所述控制机构还设有短路保护模块，所述短路保护模块用于保护驱动机构在堵转、过载的情况下实行短路保护，避免当压力限定值设置过高时，使驱动电机过载烧坏电机，或者在丝杆被杂物堵塞时导致转动不顺畅，出现驱动机构被堵转的现象，设置的短路保护模块可避免驱动机构烧坏，延长驱动机构的使用寿命。

本发明还提供一种自动化平口钳的控制方法，所述方法采用如上所述的自动化平口钳，所述方法包括以下步骤：

步骤S1.通过控制机构的控制面板设置压力限值和位置限值。所述压力限值为动钳和定钳夹持工件时，对工件施加的压力，所述工件受到的压力通过自动化平口钳设置在定钳上的压力传感器实时监测，并反馈给控制机构，作为控制机构控制驱动机构工作的依据，而设置的压力限值根据工件的抗压性能及加工时工件受到的振动力进行设定，必须要大于加工产生的振动力，但是要小于引起工件发生形变前压力值，每类工件的压力限值可通过实验测得。所述位置限值为完成工件的加工后，动钳朝远离定钳方向运动时最后停留的位置距离，所述动钳的位置信息通过设置的红外传感器进行实时监测，并将动钳的位置信息反馈给控制机构，作为控制机构控制驱动机构的依据。

步骤S2.将工件紧贴定钳放置，启动开关，驱动机构推动动钳向定钳运动，直至动钳紧贴工件，同时压力传感器检测定钳受到的压力，并将压力信息反馈给控制机构，当压力信息小于设定的压力限值，驱动机构继续工作，当压力值达到设定值，控制机构下达命令，停止驱动机构工作，此时，平口钳保持夹持状态，数控机床对工件进行加工；

步骤S3.待数控机床加工完成后，需将工件卸下，启动动钳返回命令，驱动机构反向旋转，使动钳沿着轨道朝远离定钳的方向运动，此时红外传感器工作，实时监测动钳的位置，并生成位置信息发送给控制机构，控制机构将位置信息与设定的位置限值进行比对，当动钳回到原位时，控制机构下达停止驱动机构工作的命令，驱动机构停止运作，动钳停止不懂，卸下工件，完成一次夹持。

在进行步骤S2-步骤S3时，短路保护模块同时监控电机的运行情况，当设定的压力限值太高或者导轨上出现异物堵塞动钳运动时，驱动机构会出现电流和功率过大的现象，此时如果不停止，容易烧坏电机，而短路保护模块能在驱动机构出现大电流或大功率时，对驱动机构启动短路保护，避免驱动机构被烧坏。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动化平口钳，所述平口钳包括基体以及设置在基体上的定钳和动钳，所述定钳设置于基体的一端，所述基体上设有导轨，所述动钳套设于导轨上，其特征在于，所述基体的另一端设有驱动机构，所述驱动机构的输出端连接有丝杆，所述动钳设有螺纹通孔，所述丝杆的另一端穿过动钳的螺纹通孔，并与定钳连接，所述定钳面向动钳的一面设有压力传感器；所述平口钳还设有控制机构，所述控制机构分别与驱动机构和压力传感器电性连接。

2.根据权利要求1所述的自动化平口钳，其特征在于，所述导轨包括设置于基体中间的主导槽和设置于主导槽两边的副导槽，所述动钳的底面设有与导轨适配凸块，所述凸块包括设置中间的主凸块和设置于主凸块两侧的副凸块，所述主凸块设有螺纹通孔。

3.根据权利要求2所述的自动化平口钳，其特征在于，所述主导槽和副导槽的两内侧壁上设有限位导槽，所述主凸块和副凸块的两侧设有对应的凸起。

4.根据权利要求1所述的自动化平口钳，其特征在于，所述驱动机构为伺服电机或步进电机。

5.根据权利要求1所述的自动化平口钳，其特征在于，所述控制机构包括电路保护模块。

6.根据权利要求1所述的自动化平口钳，其特征在于，所述基体与定钳相对的一端设有红外传感器，所述红外传感器与控制机构电性连接，用于检测动钳的位置。

7.根据权利要求1所述的自动化平口钳，其特征在于，所述定钳和动钳相对的一侧设有缓冲层，所述缓冲层为弹性材料制成。

8.根据权利要求7所述的自动化平口钳，其特征在于，所述弹性材料包括橡胶、硅胶或塑料中的一种。

9.一种自动化平口钳的控制方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-8任一项所述的自动化平口钳，所述方法包括以下步骤：

步骤S1.通过控制机构设置压力限值和位置限值；

步骤S2.将工件紧贴定钳放置，启动开关，驱动机构推动动钳向定钳运动，直至动钳紧贴工件，同时压力传感器检测定钳受到的压力，并将压力信息反馈给控制机构，当压力值达到设定值，驱动机构停止驱动，平口钳保持夹持状态，辅助数控机床进行加工；

步骤S3.待数控机床完成加工，启动动钳返回命令，驱动机构反向旋转，使动钳沿着轨道朝远离定钳的方向运动，当动钳回到原位时，驱动机构停止工作，卸下工件，完成一次夹持。

10.根据权利要求9所述的自动化平口钳的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述动钳返回时，还包括红外测距，当红外传感器检测到动钳的位置为设定值的位置时，控制机构停止驱动机构工作。

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