一种模块式柔性工装及其使用方法与流程

1.本发明涉及零件工装领域，特别涉及一种模块式柔性工装及其使用方法。


背景技术：

2.随着社会经济水平的不断提高，人们对工业产品的个性化需求越来越多，制造业顺势朝着多品种小批量方向快速发展，随之带来的是对制造工艺柔性化的需求，而传统制造业采用的工装越来越无法满足柔性化、低成本、快速制造的需求，工装正逐步朝着柔性化、自动化的方向发展，但柔性工装的大量应用带来了成本、便捷性和可靠性等方面的一系列问题。
3.目前采用的柔性工装多为模块式的，根据需要手动进行布置、重构，在一些对工装重构精度要求高的场合，手动布置、调节、重构工装的方法已经阻碍了柔性工装的大量应用和设备综合产出率，尤其是在航空制造领域的大量大型框梁类零件的柔性化装夹制造中问题更为突出，大型框梁类零件的变形问题和精度对零件装夹的平面度要求非常高，手动调节工装往往需要花费大量的时间，无法满足航空结构件高效高质加工的需求，而自动化重构功能的柔性工装一般需要配套电机、伺服系统、数控系统等额外的电气系统，不仅结构复杂，设备成本及维护成本较高，而且并不适应于具有大量切削液和切屑的加工场合，在现场机械加工环境下的可靠性不高，适用范围受限。
4.因此，目前亟需要一种技术方案，以解决现有柔性工装结构复杂、通用性差，无法满足航空结构件高效高质加工需求的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对现有柔性工装结构复杂、通用性差，无法满足航空结构件高效高质加工需求的技术问题的技术问题，提供了一种模块式柔性工装及其使用方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种模块式柔性工装，包括底座和高度调节机构，所述底座上设置导柱，所述高度调节机构包括安装座和抱持机构，所述安装座与所述导柱滑动配合，所述安装座可拆卸连接夹具头，所述抱持机构穿过所述安装座，并被构造为在自由状态抱紧所述导柱，在外力作用下与所述导柱分离，所述外力包括拉动所述抱持机构远离所述安装座的拉力。
7.本发明的一种模块式柔性工装，通过调整底座的位置实现工装位置的改变，通过沿导柱调整高度调节机构实现夹具头高度的调整，通过更换不同类似的夹具头实现工装与不同工件或工件不同部位的适配，不需要在柔性工装上加装各种驱动装置和定位装置，成型纯机械结构的柔性工装，结构简单、体积较小、成本低、通用性强、可靠性较高，可极大的提高零件加工的柔性，减少零件装夹和平面度调整时的占机时间，机床综合产出得到提高，具有显著的技术经济效益。
8.作为本发明的优选方案，还包括用于与数控设备或机器人连接的机械爪，所述机械爪与所述抱持机构楔形配合，所述机械爪设置定位块，所述安装座设置与所述定位块适
配的定位孔。通过机械爪与抱持机构的楔形配合结构关系，使机械爪与抱持机构连接过程中，对抱持机构施加拉动其远离安装座的拉力，实现抱持机构解锁，同时，通过机械爪在高度方向的移动实现安装座相对导柱的移动，在数控设备或机器人的带动下在平面内运动，实现工装在水平面内的精确定位，工装的重构效率和精度只依赖于数控设备或机器人的精度，重构效率高、精度高。
9.作为本发明的优选方案，所述抱持机构包括依次连接的压紧部、连杆和拉力部，所述压紧部位于所述安装座内，所述拉力部位于所述安装座外，所述压紧部与所述安装座之间设置有弹力机构，所述拉力部设置施力通道，所述机械爪与所述施力通道楔形配合，所述施力通道内设置有至少一个滚柱机构。所述弹力机构包括弹簧、叠簧等通过自身形变提供弹力的机械结构，使抱持机构在弹力作用下保持与导柱的抱紧状态。
10.作为本发明的优选方案，所述压紧部包括压块，所述压块设置与所述导柱适配的配合面，两个所述抱持机构相对设置。以从两个方向对导柱施加抱紧力。
11.作为本发明的优选方案，所述压紧部包括第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部设置与所述导柱适配的夹持空间，所述第二夹持部与所述连杆连接，所述第二夹持部与所述第一夹持部楔形配合，所述第二夹持部能够相对所述第一夹持部移动，改变所述夹持空间的大小。使仅需从单一方向拉动第二夹持部与第一夹持部相对移动即可实现抱持机构的状态改变。
12.作为本发明的优选方案，所述第一夹持部包括第一夹块和第二夹块，所述第一夹块和所述第二夹块分别设置与所述导柱适配的配合面，所述第一夹块和第二夹块之间设置推力机构。所述推力机构包括弹簧、碟簧等通过自身形变提供弹力的机械结构。
13.作为本发明的优选方案，所述第二夹持部包括相对设置的两个夹臂，所述夹臂与所述第一夹持部楔形配合，所述夹臂设置滚柱机构。以通过滚柱机构降低第一夹持部与第二夹持部之间的摩擦阻力。
14.作为本发明的优选方案，所述底座包括电磁吸盘，所述电磁吸盘连接磁力控制机构，所述磁力控制机构包括齿轮、齿条和叉接部，所述齿轮与所述电磁吸盘的旋转控制端连接，所述齿条与所述叉接部连接，所述叉接部滑动设置于所述导柱，所述叉接部与所述机械爪配合。使工装无需外接电源即可实现在机床等设备上的固定，同时，在机械爪叉取抬升叉接部的过程中，齿轮和齿条相对移动，改变电磁吸盘的吸力状态，实现工装在机床等设备上的自动锁定和解锁。
15.作为本发明的优选方案，所述安装座与所述底座之间连接防转杆，所述防转杆贯穿所述叉接部。以避免在工装移动过程中发生不可控的结构转动，进一步提高重构精度。
16.一种模块式柔性工装的使用方法，包括将工装排列布置成型工装库的步骤、将工装设置于待加工工件对应位置的步骤和将工装重构于所述工装库的步骤，所述排列布置包括将工装矩阵排列、点位排列、根据夹具头类型分区排列或根据待加工工件形状排列中的任意一种或多种。
17.本发明的一种模块式柔性工装的使用方法，通过采用上述的模块式柔性工装，工装的移动、高度调节等重构过程的效率和精度只依赖于数控设备或机器人的精度，即可实现x、y、z方向的精确定位，对机械加工环境的可靠性较高， 零件装夹和平面度调整时间和占机时间短，经济效益和社会效益显著，同时，采用若干工装形成工装库，使只需要在工装
连杆，43-拉力部，431-施力通道，44-弹力机构，5-夹具头，6-机械爪，61-定位块，7-滚柱机构，8-磁力控制机构，81-齿轮，82-齿条，83-叉接部，9-防转杆。
具体实施方式
21.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
23.实施例1如图1-图15所示，一种模块式柔性工装，包括底座1和高度调节机构，所述底座1用于将工装限位于机床等工作平台的台面，所述底座1顶面设置导柱2，所述高度调节机构包括安装座3和抱持机构4，所述安装座3与所述导柱2滑动配合，所述安装座3顶部或侧壁可拆卸连接夹具头5，所述抱持机构4包括依次连接的压紧部41、连杆42和拉力部43，所述连杆42穿过所述安装座3，一端连接所述压紧部41，另一端连接所述拉力部43，所述压紧部41位于所述安装座3内，所述拉力部43位于所述安装座3外，所述压紧部41与所述安装座3之间设置有弹力机构44，所述拉力部43设置施力通道431，所述抱持机构4在所述弹力机构44作用下抱紧所述导柱2，当施加于所述施力通道431的拉动所述抱持机构4远离所述安装座3的外力大于所述弹力机构44的弹力时，所述抱持机构4与所述导柱2分离，所述安装座3能够沿所述导柱2移动，改变所述夹具头5在高度方向的位置。
24.优选的，如图1-图3所示，导柱2为圆柱结构件，安装座3为立方体结构件，安装座3顶部设置套筒，在套筒顶部设置用于连接夹具头5的接口，夹具头5与接口配合连接，通过调整安装座3在导柱2上的位置实现夹具头5高度的调整。
25.优选的，弹力机构44包括弹簧、叠簧等通过自身形变提供弹力的机械结构，使抱持机构4在弹力作用下保持与导柱2的抱紧状态，本实施例中采用叠簧作为弹力机构44，能够实现在较小形变时产生较大的弹力，使只需要拉动抱持机构4与安装座3相对移动较短距离，即可实现安装座3与导柱2的解锁，并能够确保在外力消失后安装座3与导柱2的稳定锁定。
26.优选的，本实施例通过机械爪6与拉力部43的施力通道431楔形配合，提供拉动抱持机构4远离安装座3的外力。使用时，机械爪6作为动楔块，工装作为定楔块，机械爪6伸入施力通道431叉取工装，叉取时，由于楔形的形状渐变结构，对拉力部43施加被拉动远离导柱2的外力，配合叠簧的短距离形变，实现抱持机构4与导柱2的解锁，同时，由于机械爪6与数控设备或机器人连接，能够通过程序进行位移精确控制，使高度调节机构在导柱2上的高度控制精度较高，进而实现夹具头5高度的精确调整，提高工装的重构精度和效率。
27.优选的，如图1-图7所示，拉力部43包括c型件和用于封闭c型件开口的滚柱机构7，滚柱机构7的轴线两端连接于c型件的两臂，由滚柱机构7与c型件构成施力通道431，拉力部43结构简单，且通过滚柱机构7，将机械爪6与施力通道431的滑动摩擦改变为滚动摩擦，降低机械爪6与施力通道431楔形配合过程的阻力。
28.优选的，如图4-图5所示，机械爪6包括两条爪臂，两条爪臂的端部均设置定位块61，安装座3在施力通道431的后方设置定位孔31，机械爪6解锁高度调节机构时，定位块61
伸入定位孔31中，实现机械爪6与高度调节机构的定位连接，以实现机械爪6与高度调节机构的同步移动。
29.具体的，定位块61优选为传感器，以用于通过软件实时采集机械爪6的位置，以实现对机械爪6位置的精确控制，进而实现对工装在水平方向移动的精确控制，进一步提高工装重构精度和效率。
30.优选的，如图12-图15所示，夹具头5包括用于真空吸附的真空吸盘式夹具头5、用于搭设压板的螺钉压紧式夹具头5、用于夹持缘条及筋条的夹爪式夹具头5或用于压紧零件的螺杆式夹具头5等不同形式，根据待加工零件的需要进行设计选择。
31.本实施例的一种模块式柔性工装，通过与数控设备或机器人连接的机械爪6与高度调节机构的拉力部43楔形配合，在叉取过程中通过楔形结构的形状渐变结构对拉力部43施加被拉动远离安装座3的外力，实现抱持机构4与导柱2的解锁，使安装座3能够在机械爪6的带动下沿导柱2进行移动，实现安装座3上方夹具头5的高度调整，只需要根据待加工零件进行夹具头5的更换，即可实现工装与不同工件或工件不同部位的适配，实现零件工装的柔性化和柔性工装的自动重构，无需其他气压、液压、电动驱动装置和定位装置，成型纯机械结构的柔性工装，结构简单、体积较小、成本低、通用性强、可靠性较高，可极大的提高零件加工的柔性，减少零件装夹和平面度调整时的占机时间，机床综合产出得到提高，具有显著的技术经济效益，同时，夹具头5的高度调整只依赖于数控设备或机器人的精度，使工装重构效率高、精度高。
32.实施例2本实施例的一种模块式柔性工装，在实施例1的基础上，所述底座1包括电磁吸盘，所述电磁吸盘连接磁力控制机构8，所述磁力控制机构8包括齿轮81、齿条82和叉接部83，所述齿轮81与所述电磁吸盘的旋转控制端连接，所述齿条82与所述叉接部83连接，所述叉接部83滑动设置于所述导柱2，所述叉接部83与所述机械爪6配合。
33.本实施例的一种模块式柔性工装，在现有电磁吸盘的基础上进行改进设计，电磁吸盘通过旋转控制端进行内部线圈或铁芯的旋转控制，实现对线圈和铁芯组成的电磁铁的通断电控制，旋转控制端连接齿轮81，齿轮81与竖向设置的齿条82配合，齿条82的长度延伸方向与导柱2相同，齿条82与滑动套装在导柱2上的叉接部83连接，使用时，机械爪6与叉接部83配合，并对叉接部83施加沿导柱2向上移动的举升力，叉接部83沿导柱2上移，带动齿条82直线运动，进而带动齿轮81转动，实现对电磁吸盘磁力的改变，实现电磁吸盘解锁，机械爪6继续举升，将工装移动到设定位置，通过机械爪6驱动叉接部83下移或使叉接部83在重力作用下下移，带动齿轮81反向转动，实现电磁吸盘与机床等工作平台的台面磁吸连接，该包括电磁吸盘的底座1能够在无需外接电源的情况下实现在机床等设备上的自动锁定和解锁，控制简单，使用方便，减少工装使用时的人为参与过程，实现工装移动的自动化，使柔性工装在数控设备或机器人的带动下运动，提高工装在水平面内移动的精度和效率。
34.优选的，如图1-图3所示，叉接部83包括反向设置的两个c型口，机械爪6的爪臂与c型口适配，使机械爪6能够平稳的驱动叉接部83沿导柱2移动。
35.优选的，所述安装座3与所述底座1之间连接防转杆9，所述防转杆9贯穿所述叉接部83。以避免在工装移动过程中发生不可控的结构转动，进一步提高重构精度。
36.实施例3
本实施例的一种模块式柔性工装，在实施例1或实施例2的基础上，包括两个相对设置的抱持机构4，每个抱持机构4均包括依次连接的压紧部41、连杆42和拉力部43，且压紧部41与安装座3之间均设置有弹力机构44，所述压紧部41包括压块411，所述压块411设置与所述导柱2适配的配合面412，两个相向设置的压块411组成与导柱2外形适配的夹持通道。
37.本实施例的一种模块式柔性工装，如图1-图7所示，通过两个抱持机构4从两个方向对导柱2施加抱紧力，使用时，机械爪6通过两个爪臂叉取拉力部43时，通过机械爪6与拉力部43之间楔形配合的渐变结构，将两个抱持机构4朝相反方向拉动远离安装座3，实现抱持机构4与导柱2的分离。
38.实施例4如图8-图12所示，本实施例的一种模块式柔性工装，在实施例1或实施例2的基础上，在安装座3上设置一个抱持机构4，所述抱持机构4包括依次连接的压紧部41、连杆42和拉力部43，且压紧部41与安装座3之间设置有弹力机构44，所述压紧部41包括第一夹持部413和第二夹持部414，所述第一夹持部413包括第一夹块4131和第二夹块4132，所述第一夹块4131和所述第二夹块4132分别设置与所述导柱2适配的配合面412，两个配合面412组合形成与所述导柱2适配的夹持空间，所述第一夹块4131和第二夹块4132之间设置推力机构，所述第二夹持部414包括相对设置的两个夹臂4141，所述夹臂4141与所述第一夹持部413楔形配合，所述第二夹持部414能够相对所述第一夹持部413移动，改变所述夹持空间的大小。
39.本实施例的一种模块式柔性工装，第一夹块4131、第二夹块4132和推力机构通过杆体结构件串接，推力机构设置在第一夹块4131和第二夹块4132之间，杆体结构件与安装座3连接，在第二夹持部414对第一夹持部413的夹持力小于推力机构的推力时，第一夹块4131和第二夹块4132在推力机构的作用下相对远离，扩大夹持空间，实现第一夹持部413与导柱2的分离，实现高度调节机构的解锁；使用时，通过机械爪6对拉力部43施加的拉力将第二夹持部414拉动远离安装座3，使第一夹持部413与第二夹持部414相对移动远离，减小第二夹持部414对第一夹持部413的夹持力，第一夹块4131和第二夹块4132在推力机构的作用下自动张开，实现解锁，在机械爪6施加个拉力消失后，第二夹持部414在叠簧组成的弹力机构44的作用下相对第一夹持部413移动，推动第一夹块4131和第二夹块4132靠近，实现第一夹持部413与导柱2的抱紧，实现高度调节机构的锁定。
40.优选的，所述推力机构包括弹簧、碟簧等通过自身形变提供弹力的机械结构，本实施优选为弹簧。
41.优选的，如图11-图12所示，每一所述夹臂4141排列设置多个滚柱机构7。以通过滚柱机构7降低第一夹持部413与第二夹持部414之间的摩擦阻力。
42.本实施例的一种模块式柔性工装，使仅需从单一方向拉动第二夹持部414与第一夹持部413相对移动即可实现抱持机构4的状态改变，实现纯机械结构下的高度调节机构的锁定与解锁控制。
43.实施例5一种模块式柔性工装的使用方法，包括将工装排列布置成型工装库的步骤、将工装设置于待加工工件对应位置的步骤和将工装重构于所述工装库的步骤，所述排列布置包括将工装矩阵排列、点位排列、根据夹具头5类型分区排列或根据待加工工件形状排列中的任意一种或多种。
44.本实施例的一种模块式柔性工装的使用方法，以某一大型航空框架零件加工为例，零件具有不规则外形表面，采用上述工装进行装夹，装夹前，根据待加工零件外形表面特征将设计数量的工装进行矩阵分区排列，各矩阵区域根据待加工零件结构特征进行夹具头5的预先设定，以形成由若干设置不同夹具头5的工装组成的工装库，通过程序的预先设定，数控设备或机器人可按照对应的动作流程对相应矩阵区域内的工具进行夹取，举升放置到适应位置，进而自动化完成工装摆放，再自动化完成夹具头5高度的调整，在加工完成后，将高度调节机构恢复到初始位置，再通过机械爪6移动工装回到工装库，实现工装使用过程的自动化，该方法简单可靠，重构动作均由数控设备或机器人实现，重构精度只依赖于数控设备或机器人，不需要在柔性工装上加装各种驱动装置和定位装置，即可实现x、y、z方向的精确定位，且柔性工装体积小、可靠性高、成本低、通用性强、使用范围广、推广应用价值大，对机械加工环境的可靠性较高，零件装夹和平面度调整时间和占机时间短，经济效益和社会效益显著，有利于提高加工效率和加工精度。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种模块式柔性工装，其特征在于，包括底座（1）和高度调节机构，所述底座（1）上设置导柱（2），所述高度调节机构包括安装座（3）和抱持机构（4），所述安装座（3）与所述导柱（2）滑动配合，所述安装座（3）可拆卸连接夹具头（5），所述抱持机构（4）穿过所述安装座（3），并被构造为在自由状态抱紧所述导柱（2），在外力作用下与所述导柱（2）分离，所述外力包括拉动所述抱持机构（4）远离所述安装座（3）的拉力。2.如权利要求1所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，还包括用于与数控设备或机器人连接的机械爪（6），所述机械爪（6）与所述抱持机构（4）楔形配合，所述机械爪（6）设置定位块（61），所述安装座（3）设置与所述定位块（61）适配的定位孔（31）。3.如权利要求2所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，所述抱持机构（4）包括依次连接的压紧部（41）、连杆（42）和拉力部（43），所述压紧部（41）位于所述安装座（3）内，所述拉力部（43）位于所述安装座（3）外，所述压紧部（41）与所述安装座（3）之间设置有弹力机构（44），所述拉力部（43）设置施力通道（431），所述机械爪（6）与所述施力通道（431）楔形配合，所述施力通道（431）内设置有至少一个滚柱机构（7）。4.如权利要求3所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，所述压紧部（41）包括压块（411），所述压块（411）设置与所述导柱（2）适配的配合面（412），两个所述抱持机构（4）相对设置。5.如权利要求3所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，所述压紧部（41）包括第一夹持部（413）和第二夹持部（414），所述第一夹持部（413）设置与所述导柱（2）适配的夹持空间，所述第二夹持部（414）与所述连杆（42）连接，所述第二夹持部（414）与所述第一夹持部（413）楔形配合，所述第二夹持部（414）能够相对所述第一夹持部（413）移动，改变所述夹持空间的大小。6.如权利要求5所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，所述第一夹持部（413）包括第一夹块（4131）和第二夹块（4132），所述第一夹块（4131）和所述第二夹块（4132）分别设置与所述导柱（2）适配的配合面（412），所述第一夹块（4131）和第二夹块（4132）之间设置推力机构。7.如权利要求6所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，所述第二夹持部（414）包括相对设置的两个夹臂（4141），所述夹臂（4141）与所述第一夹持部（413）楔形配合，所述夹臂（4141）设置滚柱机构（7）。8.如权利要求2所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，所述底座（1）包括电磁吸盘，所述电磁吸盘连接磁力控制机构（8），所述磁力控制机构（8）包括齿轮（81）、齿条（82）和叉接部（83），所述齿轮（81）与所述电磁吸盘的旋转控制端连接，所述齿条（82）与所述叉接部（83）连接，所述叉接部（83）滑动设置于所述导柱（2），所述叉接部（83）与所述机械爪（6）配合。9.如权利要求8所述的一种模块式柔性工装，其特征在于，所述安装座（3）与所述底座（1）之间连接防转杆（9），所述防转杆（9）贯穿所述叉接部（83）。10.如权利要求1-9任意一项所述的一种模块式柔性工装的使用方法，其特征在于，包括将工装排列布置成型工装库的步骤、将工装设置于待加工工件对应位置的步骤和将工装重构于所述工装库的步骤，所述排列布置包括将工装矩阵排列、点位排列、根据夹具头（5）类型分区排列或根据待加工工件形状排列中的任意一种或多种。

技术总结
本发明涉及零件工装领域，特别涉及一种模块式柔性工装及其使用方法，模块式柔性工装包括底座和高度调节机构，所述底座上设置导柱，所述高度调节机构包括安装座和抱持机构，所述安装座与所述导柱滑动配合，所述安装座可拆卸连接夹具头，所述抱持机构穿过所述安装座，并被构造为在自由状态抱紧所述导柱，在外力作用下与所述导柱分离，所述外力包括拉动所述抱持机构远离所述安装座的拉力。不需要加装各种驱动装置和定位装置，成型纯机械结构的柔性工装，结构简单、体积较小、成本低、通用性强、可靠性较高，可极大的提高零件加工的柔性，减少零件装夹和平面度调整的占机时间，机床综合产出得到提高，本发明还提供一种模块式柔性工装的使用方法。使用方法。使用方法。


技术研发人员：张伟伟 曾德标 郭瑞华 董光亮 刘宇阳 李连玉
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.09.11
技术公布日：2023/10/20