[發明專利]磁流變柔性夾具系統及夾緊方法

有效

• 申請號: 201410523746.0
• 申請日: 2014-10-08
• 公開（公告）號: CN104308209A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 劉松;周瑾;李思磊;金超武
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23B31/28
• 分類號: B23B31/28
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種磁流變柔性夾具系統，其特征在于：

包括外部轉盤（7）、螺紋轉盤（2）、移動卡爪（4）、錐齒輪（3）、磁流變夾具（5）；

所述螺紋轉盤（2）安裝于外部轉盤（7）內部，且可相對于外部轉盤（7）旋轉；其中螺紋轉盤（2）一側為錐齒輪結構，另一側為面螺紋結構；所述錐齒輪（3）安裝于外部轉盤（7）上并且與所述螺紋轉盤（2）的錐齒輪結構嚙合；

所述移動卡爪（4）安裝于外部轉盤（7）的槽型導軌中；移動卡爪（4）具有與所述螺紋轉盤（2）的面螺紋結構配合的螺紋結構；

所述磁流變夾具（5）安裝于移動卡爪（4）上。?

2.根據權利1所述的磁流變柔性夾具系統，其特征在于：

上述磁流變夾具（5）包括缸體（12）、端蓋（10）、第一級鐵芯（17）、第二級鐵芯（16）、第三級鐵芯（18）、第一級勵磁線圈（14）、第二級勵磁線圈（15）、推力桿（13）、夾頭（8）；

第一級鐵芯（17）為縱截面是U字形的筒形結構；第一級勵磁線圈（14）安裝于第一級鐵芯（17）內壁；

第二級鐵芯（16）由兩個直徑大小不一樣的筒型段組成，每個筒型段縱截面均為U字形；第二級勵磁線圈（15）安裝于第二級鐵芯（16）大直徑筒形段內壁；

第三級鐵芯（18）為縱截面是U字形的筒形結構；

第二級鐵芯（16）和第三級鐵芯（18）具有中心通孔；

上述第一級、第二級、第三級鐵芯均安裝于缸體（12）中；

其中第一級鐵芯（17）位于缸體（12）底部；

第二級鐵芯（16）的小直徑筒形段套于第一級勵磁線圈（14）內部，且第二級鐵芯（16）大小直徑外分界面緊靠在第一級鐵芯（17）頂部上，第二級鐵芯（16）的小直徑端面（C）、第一級鐵芯（17）的內底面（D）和第一級勵磁線圈（14）之間形成第一級腔（22）；

第三級鐵芯（18）底部套于第二級勵磁線圈（15）內部，且第三級鐵芯（18）頂部邊沿緊靠在第二級鐵芯（16）的大直徑筒形段頂部上，第三級鐵芯（18）的小直徑端面（A）與第二級鐵芯（16）的大直徑內底面（B）、第二級勵磁線圈（15）之間形成第二級腔（20）；

推力桿（13）末端具有第一級推力盤（13a），推力桿（13）中部具有第二級推力盤（13b）；推力桿（13）安裝于缸體（12）中，貫穿第二級鐵芯（16）和第三級鐵芯（18）的中心通孔；

推力桿（13）的第一級推力盤（13a）位于第一級腔（22）中，且第一級推力盤（13a）和第一級鐵芯（17）的內底面（D）之間充有磁流變材料；

第二級推力盤（13b）位于第二級腔（20）中，且第二級推力盤（13b）和第二級鐵芯（16）的大直徑內底面（B）之間充有磁流變材料；

端蓋（10）安裝于缸體（12）端部，推力桿（13）頭部穿過端蓋，夾頭（8）安裝于推力桿（13）頭部，夾頭（8）與端蓋（10）之間安裝有復位彈簧（19），夾頭（8）安裝有限位開關（9）。?

3.根據權利2所述的磁流變柔性夾具系統，其特征在于：上述端蓋（10）、第三級鐵芯（18）的筒段內壁、推力桿（13）之間形成磁流變材料補償腔（11），其內充有磁流變材料；磁流變材料補償腔（11）與第二級腔（20）、第一級腔（22）通過補充通道（21）依次相連。?

4.利用權利要求2所述的磁流變柔性夾具系統的夾緊方法，其特征在于包括以下過程：

步驟1、裝夾準備階段，根據被夾工件的尺寸大小調節磁流變夾具（5）在移動卡爪（4）內部通孔中的位置，并用調整螺釘（6）將兩者固連成一體；

步驟2、開始裝夾工件前，在處于壓縮狀態的復位彈簧（19）的作用下，第一級推力盤（13a）和第二級推力盤（13b）分別緊靠第二級鐵芯（16）的小直徑端面（C）和第三級鐵芯（18）的小直徑端面（A），為磁流變材料的屈服變形預留一定行程；將工件放置在幾個磁流變夾具之間，驅動錐齒輪（3）帶動螺紋轉盤（2）作旋轉運動，螺紋轉盤（2）的旋轉運動帶動移動卡爪（4）在外部轉盤（7）的槽型導軌中作直線運動；當安裝在移動卡爪（4）內部的磁流變夾具（5）接觸到工件時，實現工件的定位并完成初步夾緊；

步驟3、設置磁流變夾具（5）中第一級勵磁線圈（14）的電流大小，在磁流變夾具（5）內部會形成磁場回路：磁感線依次通過第一級鐵芯（17）筒形壁、第二級鐵芯（16）大小直徑段分界處、第二級鐵芯（16）小直徑段、第二級鐵芯（16）小直徑端面（C）與第一級推力盤（13a）之間的縫隙、第一級推力盤（13a）、第一級推力盤（13a）底部與第一級鐵芯（17）之間的縫隙、第一級鐵芯（17）的底部，最后回到第一級鐵芯（17）的筒形壁，形成封閉的磁回路；設置磁流變夾具（5）中第二級勵磁線圈（15）的電流大小，在磁流變夾具（5）內部會形成磁場回路：磁感線依次通過第二級鐵芯（16）大直徑段筒形壁、第三級鐵芯（18）、第三級鐵芯（18）與第二級推力盤（13b）之間的縫隙，第二級推力盤（13b）、第二級推力盤（13b）與第二級鐵芯（16）的大直徑內底面（B）之間的縫隙、第二級鐵芯（16）的大小直徑段分界段，最后回到第二級鐵芯（16）的大直徑段筒形壁，形成封閉的磁回路；磁流變材料在一定磁場作用下力學性質會發生變化：在一定范圍內，其屈服應力δ會隨著磁場強度的增加而增加；而磁場強度由勵磁線圈電流決定，因此可以通過調節第一級勵磁線圈（14）和第二級勵磁線圈（15）的電流大小i，來調節磁流變材料的屈服應力δ(i)；屈服應力δ乘以推力盤受力面積即是屈服力f(i)；

步驟4、緩慢增加施加在錐齒輪（3）上的驅動力，移動卡爪（4）和缸體（12）向工件移動，使得處于第一級腔（22）內的磁流變材料受到第一級鐵芯（17）內底面（D）和第一級推力盤（13a）的擠壓，第二級腔（20）內的磁流變材料受到第二級鐵芯（16）的大直徑內底面（B）與第二級推力盤（13b）的擠壓；當兩處的擠壓力之和F小于這兩處的磁流變材料屈服力之和Q(i)時，受擠壓的磁流變材料變形量微小，端蓋（10）與夾頭（8）之間的距離較大，限位開關(9)未觸發；當施加在錐齒輪（3）上的驅動力增加到一定值時，兩級推力盤所受擠壓力之和F與這兩處的磁流變材料屈服力之和Q(i)相等，受擠壓的磁流變材料變形量迅速增大，端蓋（10）與夾頭（8）之間的距離迅速減小，限位開關(9)觸發，發出夾緊信號表明工件已在預設夾緊力作用下夾緊，夾緊力等于兩級腔中受擠壓的磁流變材料的屈服力之和Q(i)；外部轉盤（7）可以帶動整個夾具系統作旋轉運動，進而對工件進行旋轉切削加工；

步驟5、切斷外部轉盤（7）的旋轉驅動電源，待其停止轉動后，切斷第一級勵磁線圈（14）和第二級勵磁線圈（15）的線圈電流，兩級腔中受擠壓的磁流變材料的屈服力之和Q(i)幾乎為零，夾緊力消失，即可取出工件。