一种夹持机构及其夹持对中方法与流程

1.本发明涉及摩擦焊设备技术领域，特别是涉及一种夹持机构及其夹持对中方法。


背景技术：

2.摩擦焊工艺一般要求：焊接完成后，两部分焊接的轴线偏移误差很小。在气门生产中，头-杆焊或者杆-杆焊的误差要求：在焊口处跳动一般在0.15mm左右。
3.首先，重复工作中，钳口的两部分都把工件夹紧在同一个轴线位置，这就要求夹钳两部分应该自动同步相向移动，每次夹紧工件时的轴线不变。
4.其次，因此摩擦焊的夹钳夹住工件后，在焊接过程中，由于受到摩擦力以及其它偶发外力的影响，被夹工件的摆动必须在很小的范围之内，这就要求夹钳两部分需要强制对中，也就是说，在工件夹紧后工件不仅需要一个夹持力防止工件转动，而且还需要有一个轴线对中抗偏移的保持力防止工件偏移。
5.针对上述问题，现有技术中的解决方案主要有两种：
6.一种是双油缸 齿轮齿条，两个齿条分别在同一个齿轮的两侧啮合，齿轮只能转动，齿条可以啮合相向平移。两个齿条分别由两个同样的油缸驱动，齿轮无驱动。两个油缸驱动两个齿条相向移动夹紧工件，因为两个油缸相同，因此夹钳的两部分钳口作用在工件上的力是相等的，是一个平衡力f。这个平衡力f对于工件的偏移无保持作用。在理想状态下，这个齿轮通过与齿条啮合可以保证工件不会发生偏移，有一个被动的保持力。
7.然而，a)齿条齿轮加工总有一定误差，安装的时候保证其啮合无间隙非常困难。只要啮合有间隙，就不能保证夹紧后，工件与夹钳带动两个齿条在外力的作用下会存在移动，不能很好的保持工作轴线。另外，即使齿轮齿条无间隙，这个保持力是被动的，当一个外力推动工件偏离工做轴线时，齿轮齿条接触面由外力产生变形来对抗外力，此时齿条齿轮发生形变，轴线出现偏移，通过加大齿轮与齿条的刚性可以减少变形影响，但始终无法根本解决偏移问题。b)工作过程中，齿轮与齿条在抵抗偏移力的时候存在磨损，这就加大了齿轮与齿条啮合面之间的间隙，由于间隙的存在，夹钳夹紧后就不能保证工件轴线的位置，焊接后产生较大的跳动误差。
8.另一种是单油缸 齿轮齿条，该方案不存在被动对中所产生的问题，齿轮齿条间隙的存在也不会影响对中的效果，而且夹紧时，齿轮和齿条的啮合面是被压紧的，工件、夹钳和两个齿条不能同时向左偏移；因为工件是被夹紧的，由于右夹钳的阻挡，左夹钳与上齿条也不能向右偏移，由于油缸推力，右夹钳和下齿条也不能向右偏移。这样就强制对中了。但经过长时间使用，虽然齿轮与齿条的间隙不能影响其对中效果，但是由于夹紧时，齿轮与齿条的啮合面的磨损会使每次夹紧后工件中心会逐渐向左偏移。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种夹持机构及其夹持对中方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用第一夹紧油缸和第二夹紧油缸与第一对中油缸和第二对中油缸驱动中心齿轮
齿条两种方式来对工件进行夹紧；同时，后一种方式能使夹块同步运动，实现了工件夹持的强制对中效果，此对中效果不受齿轮齿条磨损或者安装过程中产生的间隙的影响，使得两侧中心齿轮齿条的磨损量相同，进而保证了焊接件的同轴度。
10.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种夹持对中机构，包括底座、第一夹紧油缸、第二夹紧油缸、第一夹块、第二夹块、线轨、中心齿轮、上齿条、下齿条和强制对中组件，所述第一夹紧油缸和第二夹紧油缸分别固定在所述底座的两侧，所述第一夹紧油缸的活塞杆头部固定在第一夹块上，所述第二夹紧油缸的活塞杆头部固定在第二夹块上，所述第一夹块和第二夹块固定在线轨的滑块上，待焊接工件被夹持在第一夹块和第二夹块之间，所述线轨固定在所述底座上；所述第一夹块的背面固定有所述上齿条，所述第二夹块的背面固定有所述下齿条，所述上齿条和下齿条分别位于所述中心齿轮的上下侧并与所述中心齿轮相啮合；所述中心齿轮安装在底座上，所述强制对中组件用于驱动所述中心齿轮转动。
11.优选地，所述强制对中组件包括运动方向相反的第一摆臂机构和第二摆臂机构，所述第一摆臂机构的一端安装在所述底座上并与第一夹紧油缸的位置相对应，另一端通过轴套一与所述中心齿轮相连接；所述第二摆臂机构的一端安装在所述底座上并与第二夹紧油缸的位置相对应，另一端通过轴套二与所述中心齿轮相连接。
12.优选地，所述第一摆臂机构包括通过转轴连接的第一对中油缸和第一摆臂，所述第一对中油缸与所述底座相铰接，所述第一对中油缸与所述第一摆臂的一端相铰接，所述第一摆臂的另一端与套设在所述中心齿轮上的轴套一固定连接。
13.优选地，所述第二摆臂机构包括通过转轴连接的第二对中油缸和第二摆臂，所述第二对中油缸与所述底座相铰接，所述第二对中油缸与所述第二摆臂的一端相铰接，所述第二摆臂的另一端与套设在所述中心齿轮上的轴套二固定连接。
14.优选地，所述的对中油缸对中油缸可用其他形式替代，从而实现上述功能。
15.所述代替对中油缸的方式有：1)用气缸代替油缸，实现上述功能；2)用电机驱动连杆从而实现上述功能；3)用旋转气缸方式，利用齿轮齿条实现上述功能；等等。
16.优选地，所述轴套一和轴套二紧邻设置，所述轴套一和轴套二上均设有螺钉，所述螺钉用于促使所述轴套一和轴套二与所述中心齿轮夹紧。
17.优选地，所述底座内部开设有键槽结构，所述上齿条和下齿条设有键槽结构；所述第一夹块和第二夹块设有键槽结构，第一夹块与上齿条通过键槽定位进行安装，从而保证安装精度；第二夹块与下齿条通过键槽定位进行安装，从而保证安装精度。
18.本发明还提供一种夹持对中方法，包括以下步骤：
19.首先，第一夹块和第二夹块用于夹紧工件，第一夹紧油缸推动第一夹块，第二夹紧油缸推动第二夹块；此时，安装在底座上的中心齿轮与上齿条和下齿条同时啮合，第一对中油缸和第二对中油缸铰接安装在底座上，第一对中油缸和第二对中油缸通过第一、第二摆臂驱动中心齿轮做旋转运动，两个对中油缸的运动方向相反但运动幅度相同；当需要对待焊接件进行夹紧时，第一夹紧油缸和第二夹紧油缸分别推动第一夹块和第二夹块夹紧工件，同时，第一对中油缸和第二对中油缸通过第一摆臂和第二摆臂驱动中心齿轮旋转，中心齿轮驱动上齿条和下齿条带动第一夹块和第二夹块同步移动，实现了工件夹持的强制对中效果，此对中效果不受齿轮齿条磨损或者安装过程所产生的间隙的影响。同时，第一对中油
缸和第二对中油缸还能使第一夹块和第二夹块同步运动，提供辅助夹紧；当第一夹紧油缸和第二夹紧油缸拉动夹块松开工件，同时第一对中油缸和第二对中油缸通过第一摆臂和第二摆臂驱动中心齿轮逆向转动，中心齿轮驱动上下齿条并带动第一夹块和第二夹块同步移动松开工件。
20.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
21.本发明中的夹持机构及其夹持对中方法，采用第一夹紧油缸和第二夹紧油缸和第一对中油缸和第二对中油缸驱动中心齿轮方式来对工件进行夹紧；第一夹紧油缸和第二夹紧油缸分别推动第一夹块和第二夹块提供夹紧作用，同时第一对中油缸和第二对中油缸通过第一摆臂和第二摆臂驱动中心齿轮旋转，中心齿轮驱动上下齿条并带动夹块同步移动夹紧工件，是的夹持机构能够更加稳定的将待焊接工件进行夹持；同时第一对中油缸和第二对中油缸通过第一摆臂和第二摆臂驱动中心齿轮旋转，中心齿轮驱动上下齿条同步运动，实现了工件夹持的强制对中效果，此对中效果不受齿轮齿条磨损或者安装过程所产生的间隙的影响，进而使得中心齿轮两侧的磨损量相同，避免中心齿轮齿条间隙导致的同轴不到位现象，进而保证了焊接机的同轴度。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为夹持机构的局部俯视图；
24.图2为夹持机构的局部后视图；
25.图3为夹持机构的整体结构示意图；
26.图4为背景技术中解决方式示意图，其中4a为双油缸 齿轮齿条，4b为单油缸 齿轮齿条；
27.其中，1第一夹紧油缸；2第二夹紧油缸；3第一夹块；4第二夹块；5线轨；6待焊接工件；7第一摆臂；8第二摆臂；9下齿条；10上齿条；11中心齿轮；12第一对中油缸；13第二对中油缸；14油缸；15夹钳；16齿条；17齿轮。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
29.本发明的目的是提供一种夹持机构及其夹持对中方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用第一夹紧油缸和第二夹紧油缸与第一对中油缸和第二对中油缸驱动中心齿轮齿条两种方式来对工件进行夹紧；同时，后一种方式能使夹块同步运动，实现了工件夹持的强制对中效果，此对中效果不受齿轮齿条磨损或者安装过程中产生的间隙的影响，进而保证了焊接件的同轴度。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.如图1-3所示，本实施例提供一种夹持对中机构，包括底座、中心齿轮11、上齿条10、下齿条9、强制对中组件、第一夹紧油缸1、第二夹紧油缸2、第一夹块3、第二夹块4、线轨5，第一夹紧油缸和第二夹紧油缸分别固定在底座的两侧，第一夹紧油缸1的活塞杆头部固定在第一夹块3上，第二夹紧油缸2的活塞杆头部固定在第二夹块4，第一夹块和第二夹块分别规定在线轨5的滑块上，线轨5固定在底座上，第一夹块3和第二夹块4在第一夹紧油缸1和第二夹紧油缸2的推动下沿底座上的线轨5移动，从而实现对待焊工件6的夹持；第一夹块3块的背面固定有上齿条10，第二夹块4的背面固定有下齿条9，上齿条10和下齿条9分别位于中心齿轮11的上下侧并与中心齿轮11相啮合；中心齿轮11安装在中心齿轮11上，强制对中组件用于驱动中心齿轮11运动。
32.第一夹块3和第二夹块4用于夹紧工件；上齿条10与第一夹块3固定连接，下齿条9与第二夹块4固定连接；第一夹紧油缸推动第一夹块，第二夹紧油缸推动第二夹块；中心齿轮11与上齿条10和下齿条9同时啮合，中心齿轮11安装在底座上，只可旋转运动。第一对中油缸12和第二对中油缸14通过第一摆臂7和第二摆臂8驱动中心齿轮11做旋转运动，对工件进行辅助夹紧。
33.底座设置在摩擦焊设备上，底座为整个夹持机构提供支撑与安装基础；本发明中的夹持机构，工作中第一夹紧油缸和第二夹紧油缸分别推动第一夹块和第二夹块夹紧工件，同时第一对中油缸和第二对中油缸通过第一摆臂7和第二摆臂8给中心齿轮11加入驱动力，从而使中心齿轮11转动，中心齿轮11安装在底座上，中心齿轮11通过与上齿条10和下齿条9相啮合，从而驱动齿条运动，使得上齿条10和下齿条9带动第一夹块3和第二夹块4向中间靠拢并夹紧工件，此夹紧作用为辅助夹紧，主要夹紧力由第一夹紧油缸1和第二夹紧油缸2提供，使得第一夹块3和第二夹块4能够更好的将待焊接件进行夹紧。
34.于本实施例中，为了进一步地保证上下齿条运动的同步性，该夹持机构还包括有强制对中组件(强制对中机构)，如图2和图3所示，强制对中组件包括第一摆臂机构和第二摆臂机构，第二摆臂机构包括通过转轴连接的第二对中油缸13和第二摆臂8，第二对中油缸13与底座相铰接，第二摆臂8与第二对中油缸13的活塞杆头部相铰接，第二摆臂8的另一端与套设在中心齿轮11上的轴套二固定连接。第一摆臂机构包括通过转轴连接的第一对中油缸12和第一摆臂7，第一强对中油缸12与底座相铰接，第一摆臂与第一对中油缸12的活塞杆头部相铰接，第一摆臂7的另一端与套设在中心齿轮11上的轴套一固定连接。此处的核心在于第一摆臂机构和第二摆臂机构组成强制对中机构，它消除了其他设备中用中心齿轮齿条被动对中的缺陷，被动对中的结构中，只有两个输出相同夹紧力的第一夹紧油缸1和第二夹紧油缸2的对中机构，因此无主动对中动力，工作时的第一夹块3和第二夹块4左右对中行为只是通过上齿条10、下齿条9和中心齿轮11被动啮合完成的，中心齿轮11无驱动力。由于中心齿轮齿条的安装会存在一定间隙，更重要的是在使用过程中，中心齿轮11与上齿条10和下齿条9会存在磨损，使得两者之间的间隙会更大，又由于第一夹紧油缸1和第二夹紧油缸2提供的夹紧力相等，是对平衡力，无对中能力，这时如果不及时对中心齿轮11、上齿条10、下齿条9进行调整或者更换，就不能保证左右对中的精度。本发明中在工作时通过给中心齿轮11加入驱动力，使中心齿轮11对称压紧上齿条10和下齿条9，进而通过第一夹块3和第二夹
块4来约束工件，防止其左右摆动。上齿条10和下齿条9与中心齿轮8的接触面工作时是压紧状态，工件若要左右摆动必须要使上齿条10和下齿条9顶开中心齿轮11反向移动，只要第一对中油缸12和第二对中油缸12施加给中心齿轮11的力足够大，工件就不会摆动，这个过程中，中心齿轮11与上齿条10和下齿条9的受力接触面始终是同一侧。第一：在这个过程中，中心齿轮11与上齿条10和下齿条9的背隙未参与对中过程，因此中心齿轮11与上齿条10和齿条9的背隙不影响对中精度，第二：由于上齿条10和下齿条9对称分布并与中心齿轮11的作用力相等，因此上齿条10和下齿条9与中心齿轮11的压紧面或称为工作面磨损一致。由于这两个原因，中心齿轮11与上齿条10与下齿条9的安装间隙以及工作过程中中心齿轮11与上齿条10和下齿条9的磨损所造成的间隙并不影响对中的精度。
35.第一摆臂机构和第二摆臂机构结构相同，分别位于中心齿轮的两侧，且第一对中油缸12和第二对中油缸13分别固定在底座的两侧，并铰接在底座上，第一对中油缸12和第二对中油缸13通过第一摆臂7和第二摆臂8与中心齿轮11连接，并驱动中心齿轮11转动。当中心齿轮11逆时针转动，中心齿轮11驱动上齿条10和下齿条9，进而驱动第一夹块3和第二夹块4向中间靠拢夹紧工件，第二对中油缸13驱动第二摆臂8的连接转轴向上运动，第一对中油缸12驱动第一摆臂7的连接转轴向下运动，两个摆臂机构的运动方向相反但运动幅度相同，进而能够保证中心齿轮11转动不打滑的同时，上下齿条的运动量是相同的，即使在长时间的使用过程中中心齿轮11会发生磨损，中心齿轮11与上齿条10和下齿条9啮合部分的磨损量也是相同的，从而保证了夹持机构每次都能够夹持到位并保证待焊接件的同轴度。当中心齿轮11顺时针转动，中心齿轮11驱动上齿条10和下齿条9，进而驱动第一夹块3和第二夹块4远离，第二对中油缸13和第二摆臂8的连接转轴向下运动，第一对中油缸12和第一摆臂7的连接转轴向上拱起，夹持机构松开当前工件。
36.为了保证两个摆臂机构与中心齿轮11的连接牢固性，轴套一和轴套二紧邻设置，传动轴上套设有螺钉，螺钉用于夹紧轴套一和轴套二，从而依靠摩擦力使两个摆臂机构在运动过程中轴套不滑套。
37.于本实施例中为了实现第一夹块3和第二夹块4带动上齿条10和齿条9顺畅移动，在第一夹块3和第二夹块4带动上齿条10和齿条开设键槽，使其安装的更牢固。
38.本发明中的夹持机构，本发明中第一夹紧油缸1和第二夹紧油缸2提供主要夹紧力。第一对中油缸12和第二对中油缸13是强制对中油缸，工作时，防止棒料左右偏移。采用第一夹紧油缸1、第二夹紧油缸2、第一对中油缸12和第二对中油缸13驱动中心齿轮11方式来对工件进行夹紧；第一夹紧油缸1和第二夹紧油缸2分别推动第一夹块3和第二夹块4提供夹紧作用，同时第一对中油缸12和第二对中油缸13通过第一摆臂7和第二摆臂8驱动中心齿轮11旋转，中心齿轮11驱动上齿条10和下齿条9并带动第一夹块3和第二夹块4同步移动夹紧工件，是的夹持机构能够更加稳定的将待焊接工件进行夹持；同时第一对中油缸12和第二对中油缸13通过第一摆臂7和第二摆臂8驱动中心齿轮11旋转，中心齿轮11驱动上齿条10和下齿条9同步运动，实现了工件夹持的强制对中效果，此对中效果不受齿轮齿条磨损或者安装过程所产生的间隙的影响，避免中心齿轮齿条间隙导致的同轴不到位现象，进而保证了焊接机的同轴度。
39.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本
发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
40.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。