一种用于夹具系统的夹紧装置

摘要

本发明公开了一种用于夹具系统的夹紧装置，包括微位移驱动装置、行程放大装置以及位移输出装置，其特征在于：所述微位移驱动装置包括一底座，底座外设有外套，其内设有超磁致伸缩棒，所述超磁致伸缩棒一端与底座固定连接，另一端连接有输出杆，超磁致伸缩棒两侧设有骨架，所述骨架与外套之间设有线圈；所述行程放大装置包括一内设有活塞的活塞缸体，活塞一端与输出杆固定连接，另一端设有液体介质的液压腔；所述位移输出装置包括输出缸体，输出缸体内部设有输出活塞杆，输出活塞杆一端通过行程放大装置的液压腔与活塞连接。本发明通过微位移驱动装置，经行程放大装置驱动位移输出装置进行夹紧，提高了能源的利用效率，稳定性好，无污染。

权利要求

1.一种用于夹具系统的夹紧装置，包括微位移驱动装置、行程放大装置以及位移输出装置，其特征在于：所述微位移驱动装置包括一底座(1)，所述底座外设有外套(2)，其内设有超磁致伸缩棒(3)，所述超磁致伸缩棒一端与底座固定连接，另一端连接有输出杆(4)，所述超磁致伸缩棒两侧设有骨架(5)，所述骨架与外套之间设有线圈(6)；

所述行程放大装置包括一内设有活塞(8)的活塞缸体(7)，所述活塞一端与所述微位移驱动装置的输出杆固定连接，另一端与所述活塞缸体之间构成液压腔，内部设有液压介质(9)；

所述位移输出装置包括输出缸体(10)，所述输出缸体内部设有输出活塞杆(11)，所述输出活塞杆输出侧与缸体之间设有复位弹簧(12)，所述输出活塞杆另一端通过行程放大装置的液压腔与活塞连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于夹具系统的夹紧装置，其特征在于：所述微位移驱动装置与功放(13)及A/D转换器(14)连接，所述A/D转换器的信号输出端与计算机控制中心(15)连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于夹具系统的夹紧装置，其特征在于：所述行程放大装置的液压腔与压力测量仪(16)连接，压力测量仪的信号输出端与计算机控制中心电连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于夹具系统的夹紧装置，其特征在于：所述位移输出装置的输出活塞杆上设有位移传感器(17)，所述位移传感器的信号输出端与计算机控制中心连接。

说明书

一种用于夹具系统的夹紧装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种夹紧装置，具体涉及一种利用超磁致伸缩材料以及行程放大装置来驱动的夹紧装置。

背景技术

[0002] 无论是传统机械制造业，还是现代机械制造业，机床夹具的作用都是十分重要的。 而机床夹具的核心，则是夹紧装置。

[0003] 目前在生产中广泛使用的机动夹紧装置，大多采用气动或者液压传动，并配合以适当的夹紧机构。 人们之所以大量采用流体传动夹具的主要原因，一是能获得较手动夹具大得多的夹紧力，二是便于实现定位与夹紧过程的自动化控制。 中国实用新型专利CN2855645Y中公开了一种气动夹紧装置，主要由气缸、本体、滑块、连杆、传动轴、压杆以及压板等组成，利用气动原理，当气缸杆在气压作用下伸出时，便通过接头带动滑块向上运动，连杆又迫使摇杆带动传动轴及压杆围绕固定点转动从而实现对工件的压紧。 利用液压驱动的夹紧装置如中国实用新型专利CN201015851Y中公开的一种液压夹紧装置，包括液压缸和第一夹紧件以及第二夹紧件，液压缸包括缸筒和活塞杆，第一夹紧件与缸筒连接，第二夹紧件与活塞杆相连接，当液压缸中通入压力油后，活塞杆和缸筒之间产生相对运动，从而使分别与它们相连接的第一夹紧件和第二夹紧件产生相对运动，将待夹物夹紧。

[0004] 然而，在实际的使用中，液压与气动夹紧装置存在着下列不足。 ①夹紧力所需要的机械能，要经过很多能量形式转换环节，造成能量损耗大，能源利用率低。 ②存在高速旋转的机械传动装置，噪声污染比较严重。 ③液压传动夹具在很多环节上无法避免油液泄漏，并由此造成比较严重的地面及空气污染。 ④许多液压传动夹具在切削加工过程中，为保持持续夹紧力而无谓地消耗能源，对能源是一种浪费。

[0005] 可见，设计一种能源利用率高、稳定性好、无污染的夹紧装置，对于提高夹具技术水平，实现节能降耗有着重要的意义。

发明内容

[0006] 本发明目的是提供一种具有能源利用率高、稳定性好、无污染夹紧装置。

[0007] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于夹具系统的夹紧装置，包括微位移驱动装置、行程放大装置以及位移输出装置，所述微位移驱动装置包括一底座，所述底座外设有外套，其内设有超磁致伸缩棒，所述超磁致伸缩棒一端与底座固定连接，另一端连接有输出杆，所述超磁致伸缩棒两侧设有骨架，所述骨架与外套之间设有线圈；

[0008] 所述行程放大装置包括一内设有主动活塞的主动活塞缸体，所述主动活塞一端与所述微位移驱动装置的输出杆固定连接，另一端与所述主动活塞缸体之间构成液压腔，内部设有液压介质；

[0009] 所述位移输出装置包括输出缸体，所述输出缸体内部设有输出活塞杆，所述输出活塞杆输出侧与缸体之间设有复位弹簧，所述输出活塞杆另一端通过行程放大装置的液压腔与活塞连接。

[0010] 上文中，所述微位移驱动装置中设有超磁致伸缩棒，所谓超磁致伸缩简称GMM，指具有很大磁致伸缩系数的三元稀土铁化合物。 超磁致伸缩材料具有磁致伸缩应变大，机电耦合系数高，能量密度大，响应速度快，输出力大等有点，在声纳、微位移、微动力和力学传感领域都有良好的应用前景。 目前使用的超磁致伸缩材料的饱和磁致伸缩系数大于1350×10-6，轴向磁机耦合系数在0.5～0.7之间，一般采用国产稀土材料作为的超磁致伸缩材料。 超磁致伸缩棒处在圈产生的磁场中，当改变线圈中的电流时，超磁致伸缩棒所处的磁场大小就会发生变化，从而导致超磁致伸缩驱动器输出位移，通过控制线圈中的电流就可控制超磁致伸缩微驱动器的输出位移和力。 当电流升高时，磁致伸缩棒的长度会变长，然后推动输出杆进行直线运动；当电流降低时，磁致伸缩棒的长度变短，输出杆在反向运动。

[0011] 上述技术方案中，所述行程放大装置利用帕斯卡原理，当一个装置以密闭的流体为传动介质，使直径小的活塞推动直径大的活塞运动时，是一个力放大装置，但同时也是一个行程缩小装置；反之，用直径大的活塞来推动直径小的活塞运动，则是一个行程放大装置，同时是一个力缩小装置。 活塞缸体为一个封闭的装置，液体介质为传动介质，所述微位移驱动装的输出杆推动活塞缸体内的活塞运动，形成一个行程放大装置。活塞通过液压腔与输出活塞杆连接在一起，并通过封闭在液压腔内的液体介质将活塞接受的微量位移进行放大，从而推动输出活塞杆进行运动。

[0012] 所述位移输出装置包括输出缸体，所述输出缸体内部设有输出活塞杆，所述输出活塞杆通过接收液压腔的传动而进行运动，当运动停止时，由于输出活塞杆的输出端与缸体之间设有复位弹簧，，可以进行复位。

[0013] 进一步的技术方案，所述微位移驱动装置与功放及A/D转换器连接，所述A/D转换器的信号输出端与计算机控制中心连接。 所述功放及A/D转换器的设置，并且与计算机控制中心相连接，可以准确的对电流大小进行测量。

[0014] 进一步的技术方案，所述行程放大装置的液压腔与压力测量仪连接，压力测量仪的信号输出端与计算机控制中心电连接。 所述压力测量仪对压力信号进行采集，并将信号传输计算机控制中心，进而对压力进行监控。

[0015] 进一步的技术方案，所述位移输出装置的输出活塞杆上设有位移传感器，所述位移传感器的信号输出端与计算机控制中心连接。 所述位移传感器对位移信号进行采集，并将信号传输计算机控制中心，进而对位移进行测量。

[0016] 使用时，线圈通电后产生磁场，电流升高时，超磁致伸缩棒长度伸长，从而推动输出杆进行直线运动，输出杆的直线运动推动活塞缸体内的活塞运动，活塞通过液体介质将接收到的微位移传递给位移输出装置的输出活塞杆，推动输出活塞杆运动从而完成对工件的夹紧操作。

[0017] 对于基于超磁致伸缩的微位移驱动器输出值Δl1，夹紧装置分别输出位移y1：

[0018]

[0019] 式中：d1为行程放大器左端活塞右截面直径；d2为行程放大器右端活塞左截面直径。

[0020] 由式(1)可见，选取合适的比例，行程放大器可以获得较大的输出位移。同理，可以计算下方的基于超磁致伸缩和行程放大器的夹紧装置的输出位移y2。

[0021] 而对于上方的基于磁致伸缩和行程放大器的夹紧装置的输出杆进行受力分析，在最高设定压力下，可得如下受力平衡关系式：

[0022]

[0023] 式中：Fo1为位移输出装置的输出力；F1为行程放大器中油液的液压力，且其中p1为油液的最高压力，Fs1为弹簧力，且Fs1＝k(y0+y1)，k和y0分别为调压弹簧的刚度和预压缩量。

[0024] 同理，可以计算下方的基于磁致伸缩和行程放大器的夹紧装置的夹紧力Fo2，由Fo1和Fo2，可以求出工件所受的整体的夹紧力。

[0025] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

[0026] 1.由于本发明通过对微位移驱动装置中的线圈通电，使得超磁致伸缩棒的长度随着电流的升高而递增，通过活塞将长度的伸长量传递给液体介质，液体介质产生压强并驱动输出活塞杆进行夹紧操作，较之以往的装置，本发明能源利用率高，稳定性好；

[0027] 2.本发明的整个装置中，没有高速运动的机械构件，基本不会产生噪音污染；主动活塞与输出活塞杆之间的液体介质是密闭的，并且整个装置没有高速运动，泄漏问题容易解决，不会产生一般液压系统因油液挥发泄漏而造成的地面及空气污染；

[0028] 3.本发明结构简单，并且成本低廉，能有效控制输出位移，适合在生产中推广使用。

附图说明

[0029] 附图1为本发明实施例一的结构示意图；

[0030] 附图2为本发明实施例一中的微位移驱动装置结构示意图；

[0031] 附图3为本发明实施例一中微位移驱动装置静态位移输出特性曲线图；、[0032] 附图4为本发明实施例一中微位移驱动装置静态力输出特性曲线图。

[0033] 其中：1、底座；2、外套；3、磁致伸缩棒；4、输出杆；5、骨架；6、线圈；7、活塞缸体；8、活塞；9、液体介质；10、输出缸体；11、输出活塞杆；12、复位弹簧；13、功放；14、A/D转换器；15、计算机控制中心；16、压力测量仪；17、位移传感器。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

[0035] 实施例一：参见附图1至附图2所示，一种用于夹具系统的夹紧装置，包括微位移驱动装置、行程放大装置以及位移输出装置，所述微位移驱动装置包括一底座1，所述底座外设有外套2，其内设有超磁致伸缩棒3，所述超磁致伸缩棒一端与底座固定连接，另一端连接有输出杆4，所述超磁致伸缩棒两侧设有骨架5，所述骨架与外套之间设有线圈6；所述行程放大装置包括一内设有活塞8的活塞缸体7，所述活塞一端与所述微位移驱动装置的输出杆固定连接，另一端与所述活塞缸体之间构成液压腔，内部设有液压介质9；所述位移输出装置包括输出缸体10，所述输出缸体内部设有输出活塞杆11，所述输出活塞杆输出侧与缸体之间设有复位弹簧12，所述输出活塞杆另一端通过行程放大装置的液压腔与活塞连接。

[0036] 参加附图3所示，在不同预压力下的电流-位移曲线。 在相同的输入电流作用下，不同的预压力可以产生不同的位移。 但实验结果表明超磁致伸缩驱动器电流-位移曲线都有线性较好的区域，在实际应用时加上合适的偏置磁场可以使驱动器在此线性区域工作。而图4所示为驱动器在未加预压力，最大输入电流为2A时的输出力与电流之间的关系曲线。 由此可见，输出力的大小也有一段线性区域。

[0037] 夹紧装置在操作时，电流升高时，超磁致伸缩棒长度伸长，从而推动输出杆进行直线运动，输出杆的直线运动推动主动活塞缸体内的主动活塞运动，主动活塞通过液体介质将接收到的微位移传递给位移输出装置的输出活塞杆，推动输出活塞杆运动从而完成对工件的夹紧操作。 当夹紧操作结束时，依靠复位弹簧的作用，输出活塞杆回复到原位。