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一种用于自动化生产线的模块化夹具的制作方法

来源:百盛娱乐官网 | 时间:2019-04-26

  在机加工工厂中,很多复杂的工作依然需要依靠工人去完成。然而,不断上涨的人力成本及熟练工人的日益短缺使得这些工厂的处境越来越艰难。因此,建造完全自动化的生产线将成为制造业的必然趋势。观察机加工制造业自动化时发现,一方面很多独立的自动化加工单元高速发展,如CNC加工中心。另一方面,一些辅助加工的工作却长期未得到相应的关注,如机加工零件的抓取及放置、装夹及定位等。这些辅助加工的操作自动化目前已成为制约建立自动化生产线的短板。

  其中,装夹与定位是上述提到的辅助加工操作中最具挑战性的一项。在传统工厂中,装夹及定位过程基本上都是由工人进行手工操作,完成装夹,调平,分中,定位等多项工序,装夹效率低,消耗工时长。而且在不同工位之间的变换过程中需要重新装夹及定位,大大地降低了机床的稼动率。例如,在CNC加工中,通常发生下述情况:为完成几分钟的CNC切削,需要花费超过半小时来安装及定位工件。随着现代制造业的发展,产品迭代周期的不断缩短,小批量、多品种的加工生产制造趋势日益增强,传统的装夹及定位方式正在面临越来越多的问题。为了缩短生产周期,优化生产效率,开发一种用于自动化装夹及定位的夹具,十分必要。

  当前市场上应用较多的夹具大致可分为两类,即通用型的虎钳类夹具及定制的柔性夹具系统,虎钳类夹具是工厂中应用最广泛的夹具类型,有不同种类和尺寸,并且有手动、气动、电动等不同的驱动方式满足不同的生产需求。然而,此类夹具的缺点也比较明显,其单一的夹紧方式难以满足不同几何外形工件的装夹要求,且难以完成自动化定位操作。另一种广泛应用的夹具是柔性夹具,通常由基座和一整套夹具模组构成。针对不同几何外形的工件,利用不同的夹具模组的配合实现对工件的有效夹持,可以达到较高的柔性。与此同时,多夹具模组的使用限制了其自动化。

  针对目前市场上的夹具具有自动化程度低、高度定制化、制造成本高等问题,我们设计了一款可自动夹持的模块化夹具,具有定位精度高、能适应夹持多种零件等特点,并且可解决加工过程中的多次装夹及定位问题。

  活、定位精度高、能适应夹持多种零件,并且可解决加工过程中的多次装夹及定位问题的用于自动化生产线的模块化夹具。

  为解决上述技术问题,本发明一种用于自动化生产线的模块化夹具,包括定位基座、定位托盘和夹具装置,其中,定位基座为凸型基座,定位基座上设有基座定位结构和与基座定位结构相适配的基座球锁机构;定位托盘的一面上设有托盘锁紧杆和与基座定位结构相适配的托盘定位结构,定位托盘的另一面依次与电磁阀模块、联结辅助件、驱动气缸模块相连,机械手抓取联结件连接所述定位托盘和联结辅助件;驱动气缸模块与夹爪相连;联结辅助件的端部与气路切换模块相连接,气路切换模块与安装辅助件相连接。

  本发明所述的用于自动化生产线的模块化夹具是分离式的,分为基座、定位托盘及其上的夹具主体部分。基座部分固定于每个工序的自动化加工设备的基座上,托盘可方便地插入基座并靠气体驱动基座球锁机构将其紧固在基座上。当装夹工件时,零件被机械手抓取并放置到夹爪上,其被夹爪夹紧及松开的动作是靠控制与夹爪联结的驱动气缸模块来实现的。其中,基座球锁机构和夹爪气缸的动作可通过编程控制电磁阀模块,改变气路的通断而驱动相关动作的。

  驱动气缸要求可在断气的状态下保持自锁,保证机械手在移动托盘及其上的夹爪和工件时,工件处于被夹爪锁紧状态。

  为了使此夹具的使用范围更广,根据不同工件的CAD模型,设计与之匹配的夹爪,从而实现对多种形状工件的夹紧。作为本发明的进一步改进,夹爪的抓取平面为椭圆形、双曲抛物面、平面的任意一种。

  综上所述本发明的有益效果:采用本发明所述的夹具,采用基座、定位托盘及其上的夹具主体部分的结构设计,结构简单、价格低廉、使用方便灵活、

  定位精度高、能适应夹持多种零件等特点,并且可解决加工过程中的多次装夹及定位问题的用于自动化生产线的模块化夹具。

  其中,1 定位基座,2 定位托盘,3 驱动气缸模块,4 夹爪,5 联结辅助件,6 气路切换模块,7 安装辅助件,8 机械手抓取联结件,9 电路快速接头,10 电磁阀模块,11 托盘定位结构,12 托盘锁紧杆,13 基座定位结构,14基座球锁机构。

  本发明所述的用于自动化生产线和夹具装置,其中,定位基座1为凸型基座,定位基座1上设有基座定位结构13和与基座定位结构13相适配的基座球锁机构14;定位托盘2的一面上设有托盘锁紧杆12和与基座定位结构13相适配的托盘定位结构11,定位托盘2的另一面依次与电磁阀模块10、联结辅助件5、驱动气缸模块3相连,机械手抓取联结件连接所述定位托盘2和联结辅助件5;驱动气缸模块3与夹爪4相连;联结辅助件5的端部与气路切换模块6相连接,气路切换模块6与安装辅助件7相连接。其中,安装辅助件7的高度等于定位基座1与定位托盘2和电磁阀模块10的高度和;基座1与定位托盘2均采用耐磨材料;驱动气缸模块3采用SCHUNK型气缸;夹爪4的抓取平面可以根据被抓取物体的形状选取为椭圆形、双曲抛物面、平面的任意一种。

  如图3所示,基座1固定于每个工序的自动化加工设备的基座上,定位托盘2可方便地插入基座1并靠气体驱动基座球锁机构14将其紧固在基座1上。当装夹工件时,零件被机械手抓取并放置到夹爪4上,其被夹爪4夹紧及松开的动作是靠控制与夹爪联结的驱动气缸模块3来实现的。其中,基座球锁机构14和驱动气缸模块3的动作可通过编程控制电磁阀模块10,来改变气路的通断进而驱动相关动作的。驱动气缸要求可在断气的状态下保持自锁,保证机械手在移动定位托盘2及其上的夹爪4和工件时,工件处于被夹爪锁紧状态。另外,利用电路快速接头9实现各工位处的气路快速接通。如图5显示了其结构及其自锁原理:利用气压④对活塞产生一个向下的推力,活塞带动推杆产生向下的拉力①;推杆与固定夹爪的滑块之间采用斜面接触,起到了力方大作用,其中②为由拉杆产生的滑块水平方向的夹紧力,③为其合力;斜面的自锁原理可以保证在断气的情况下,夹具也能够保持对工件的有效夹持。

  当工件需要在多个工序间进行装夹和定位时,可借助于该夹具和机械手,实现多工序间仅需一次装夹与定位,进而减少多工序间的重复装夹与定位操作,能够极大地缩减辅助加工操作时间。如图4所示为应用该夹具完成在多个工序间的装夹与定位工作:工件在第一个工序中完成装夹及定位,在完成相关的加工操作之后,该夹具基座松开夹具托盘,机械手快速联结至该夹具的联结辅助件5,再将定位托盘2及定位托盘2之上的夹爪4及联结部分整体移动至下一个工序的夹具基座上并插入、锁紧。由于工件在第一次装夹时已完成相关定位操作,工件与定位托盘间的相对位置已确定。与此同时,定位托盘与任意工序中夹具基座间的相对位置可保证为固定不变的(精度高达2μm),且夹具的定位基座在安装到任意工序中的设备基座上时也已完成相关的位姿标定,即夹具基座与其相连的设备间的位姿也是固定不变的。在此情况下,当工件与托盘部分整体从工序1移动到第二个工序中的夹具基座上时,工件与定位托盘间的相对位姿不变,而托盘与夹具定位基座间的相对位姿,以及夹具定位基座与第二个工序间的相对位姿均已知,由此可知工件在当前设备即第二个工序中的设备中的位姿。

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