本实用新型涉及夹具技术领域，特别涉及一种自适应柔性夹具总成。
背景技术：
精密工件在加工过程中需要夹具夹持，传统夹持工具不适用具有复杂曲面的工件，因此夹持具有复杂曲面的工件时往往受力不均匀，易导致夹持力不足，使得加工过程中工件移位，或者易导致局部夹持应力过大，使得工件变形，降低工件精度，甚至造成结构损坏。为改善上述技术缺陷，通常采用组合式、拼装式夹具或浇筑模具式夹具的方式夹持该类工件，但组合式、拼装式夹具的种类多，拼装复杂，浇筑模具式夹具一模具对应一工件，加工周期长，成本高；
基于上述技术缺陷，本实用新型提供了一种自适应柔性夹具总成，该夹具利用磁流变液设计成电磁锁紧装置，并组合成阵列式夹具，对具有复杂曲面轮廓的精密工件进行夹持，且自适应于各种复杂曲面轮廓。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型提供一种自适应柔性夹具总成，自适应柔性夹具总成，该夹具利用磁流变液设计成电磁锁紧装置，并组合成阵列式夹具，对具有复杂曲面轮廓的精密工件进行夹持，且自适应于各种复杂曲面轮廓。
本实用新型的自适应柔性夹具总成，包括若干个阵列排布的电磁锁紧装置，所述电磁锁紧装置包括缸筒组件、密封滑动配合安装于缸筒组件内的滑移组件、设置于缸筒组件上的励磁线圈、连接于滑移组件上并伸至缸筒组件外的夹持部以及填充于缸筒组件内的磁流变液，所述滑移组件将缸筒组件内沿滑移方向至少分隔为两个腔室，所述滑移组件上开设有供磁流变液在各个腔室流动的过流通道，所述励磁线圈控制磁流变液的粘度可使得滑移组件形成锁止状态或者滑移状态。
进一步，所述滑移组件包括活塞杆以及连接于活塞杆上的至少两个活塞，所述活塞杆上端伸至缸筒组件外形成夹持部，缸筒组件内相邻活塞之间、活塞与缸筒组件顶部以及活塞与缸筒组件底部之间形成若干个腔室。
进一步，所述过流通道由若干段贯通流道构成，所述贯通流道使得相邻腔室贯通，所述贯通流道包括分别垂直于活塞杆开设的两过流孔以及沿活塞杆长度方向开设于活塞杆中部的过流道，所述两个过流孔分别与两个相邻腔室贯通，过流道连通于两个过流孔。
进一步，缸筒组件包括缸筒和内套于缸筒内的绕线筒，绕线筒与缸筒之间形成密封的环形安装腔，所述励磁线圈安装于该安装腔内，所述滑移组件与绕线筒内壁滑动密封配合。
进一步，所述夹持部上用于与工件接触面处设置有弹性垫层。
进一步，滑移组件与缸筒组件之间设置有使滑移组件滑动并带动夹持部向外滑动复位的弹性件。
进一步，所述缸筒包括上下端开口的筒体以及盖于筒体两开口端的上盖板和下盖板。
进一步，所述缸筒组件还包括上密封件和下密封件，所述上密封件通过上盖板密封压于绕线筒上端，所述下密封件通过下盖板压于绕线筒下端，所述活塞杆与上密封件滑动密封配合。
进一步，所述活塞杆下端伸至缸筒组件外连接有接触开关活动触点，所述缸筒组件外连接有与接触开关活动触点配合的接触开关静止触点。
本实用新型的有益效果：
本实用新型利用磁流变液设计成电磁锁紧装置，组合成阵列式夹具，对具有复杂曲面轮廓的精密工件进行柔性夹持，且自适应于各种复杂曲面轮廓，同时该结构各点的夹持力可控，利于调整各夹持点夹持力相同，解决了传统夹持工具应用于复杂曲面轮廓的精密加工工件夹持过程中工件受力不均匀的问题，改善了夹持力不足造成工件位移或造成的局部应力过大变形的问题，提高了工件加工精度；利用磁流变液在磁场施加和撤离过程中液态-固态-液态的转变，可实现对具有不同异型曲面的精密加工工件多次重复夹持使用，可适配不同形状的曲面夹持，夹具加工制造短，成本低，同时也解决了组合式和拼装式夹具种类多，拼装复杂的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为整体结构示意图；
图2为电磁锁紧装置结构示意图；
具体实施方式
图1为整体结构示意图；图2为电磁锁紧装置结构示意图；
本实施例提供了一种自适应柔性夹具总成，包括若干个阵列排布的电磁锁紧装置，所述电磁锁紧装置包括缸筒组件、密封滑动配合安装于缸筒组件内的滑移组件、设置于缸筒组件上的励磁线圈1、连接于滑移组件上并伸至缸筒组件外的夹持部14以及填充于缸筒组件内的磁流变液，所述滑移组件将缸筒组件内沿滑移方向至少分隔为两个腔室，所述滑移组件上开设有供磁流变液在各个腔室流动的过流通道，所述励磁线圈控制磁流变液的粘度可使得滑移组件形成锁止状态或者滑移状态。
锁止状态为磁流变液粘度较大时滑移组件形成的状态，此时磁流变液无法通过过流通道任意流动，即滑移组件无法在缸筒组件内滑动；滑移状态为磁流变液粘度较小时滑移组件形成的状态，此时磁流变液可通过过流通道内任意流动，滑移组件可在缸筒组件内滑动；结合图1所示，各个电磁锁紧装置固定于基座15上，电磁锁紧装置阵列排布使得夹持部构成了夹持平面，图1中为夹具的一部分，实际夹持过程中两个图1中的结构分别安装于驱动件上相互靠近对工件形成夹持，夹持部抵在工件表面夹持时，夹持部受压带动滑移组件滑动，励磁线圈由耐高温漆包铜线制成，漆包铜线与外部电源连接；磁流变液具有可逆的磁控相变特性；在夹持初期励磁线圈不通电，此时磁流变液粘度较小为流体状态，相应的滑移组件可滑动，各个电磁锁紧装置中的夹持部随着工件的夹持面自适应伸缩形变，当夹持完成后励磁线圈通电使得磁流变液粘度变大甚至变为固态，此时夹持部锁止，为工件提供稳定的夹持力；利用磁流变液设计成电磁锁紧装置，组合成阵列式夹具，对具有复杂曲面轮廓的精密工件进行柔性夹持，且自适应于各种复杂曲面轮廓，同时该结构各点的夹持力可控，利于调整各夹持点夹持力相同，解决了传统夹持工具应用于复杂曲面轮廓的精密加工工件夹持过程中工件受力不均匀的问题，改善了夹持力不足造成工件位移或造成的局部应力过大变形的问题，提高了工件加工精度；利用磁流变液在磁场施加和撤离过程中液态-固态-液态的转变，可实现对具有不同异型曲面的精密加工工件多次重复夹持使用，可适配不同形状的曲面夹持，夹具加工制造短，成本低，同时也解决了组合式和拼装式夹具种类多，拼装复杂的问题。
本实施例中，所述滑移组件包括活塞杆2以及连接于活塞杆上的至少两个活塞3，所述活塞杆上端伸至缸筒组件外形成夹持部，缸筒组件内相邻活塞之间、活塞与缸筒组件顶部以及活塞与缸筒组件底部之间形成若干个腔室。结合图2所示，本实施例中设置有两个活塞，在缸筒组件内部形成上、中、下三个腔室，活塞杆伸至缸筒组件顶部的部分可设置为伸缩结构以调整长度，通过多个活塞分隔形成的腔室，使得磁流变液在流动时提供较大的阻尼力，而且利于在磁流变液粘度变大时对滑移组件形成良好的锁止效果；
本实施例中，所述过流通道由若干段贯通流道构成，所述贯通流道使得相邻腔室贯通，所述贯通流道包括分别垂直于活塞杆开设的两过流孔4以及沿活塞杆长度方向开设于活塞杆中部的过流道5，所述两个过流孔分别与两个相邻腔室贯通，过流道连通于两个过流孔。结合图2所示，通过该结构的过流通道使得磁流变液在各个腔室流动时需要经过多次弯折转向，利于增大阻尼力，并且利于进一步提高对滑移组件的锁止效果。
本实施例中，缸筒组件包括缸筒6和内套于缸筒内的绕线筒7，绕线筒与缸筒之间形成密封的环形安装腔，所述励磁线圈安装于该安装腔内，所述滑移组件与绕线筒内壁滑动密封配合。活塞与绕线筒内圆滑动密封配合，该绕线筒为铝制不导磁材料制成，绕线筒作为励磁线圈的线圈支撑，另外该结构在缸筒内形成了安装腔将励磁线圈与磁流变液隔离。
本实施例中，所述夹持部上用于与工件接触面处设置有弹性垫层8。弹性垫层可以为片状结构贴合于夹持部上，弹性垫层不限于片状结构，只要使得夹持部与工件接触面处形成弹性层的结构均属于弹性垫层的范畴内，例如图2中，在夹持部处外套有橡胶套，使得夹持部与工件接触面处形成了弹性垫层，通过该垫层使得夹具对工件形成柔性夹持效果，避免了对复杂曲面面型的损伤。
本实施例中，滑移组件与缸筒组件之间设置有使滑移组件滑动并带动夹持部向外滑动复位的弹性件9。弹性件采用圆柱螺旋弹簧，当然也可采用碟片弹簧等其他已知的弹性结构，弹性件可设置于缸筒组件内部，此时弹性件可设置于活塞与缸筒组件底部之间并为活塞提供具有向上滑动的弹性力，结合图2所示，本实施例中弹性件设置于缸筒组件外部，其中夹持部位连接于活塞杆上端部的圆盘结构，其中弹性件套于活塞杆上且位于缸筒组件顶部以及夹持部之间并对夹持部提供使其上滑的弹性力，当工件加工完后对励磁线圈断电利于使得夹持部自动复位卸载相应的夹持力。
本实施例中，所述缸筒包括上下端开口的筒体6a以及盖于筒体两开口端的上盖板6b和下盖板6c。上盖板、缸筒、下盖板、活塞杆由导磁不锈钢材料制成，组成闭合磁路，其中缸筒为圆柱筒，相应的活塞为柱形结构，上盖板和下盖板为圆环状并与缸筒同轴设置，上盖板和下盖板与缸筒通过螺钉连接，其中活塞杆穿过上盖板的内圆，该结构使得电磁锁紧装置柱体细长，克服了传统磁流变阻尼器励磁线圈置于活塞头上，柱体粗大，不适合阵列式安装的问题。
本实施例中，所述缸筒组件还包括上密封件10和下密封件11，所述上密封件通过上盖板6b密封压于绕线筒上端，所述下密封件通过下盖板压于绕线筒下端，所述活塞杆与上密封件滑动密封配合。结合图2所示，上密封件和下密封件结构相同，以上密封件为例说明，上密封件包括圆盘形密封片10a以及径向凸起于密封片内圆的密封套10b，其中密封片通过上盖板压于绕线筒上端，密封套位于活塞杆与上盖板内圆之间并形成密封，下密封件与密封件的结构类似，此处不再赘述；该结构对缸筒形成密封，提高电磁锁紧装置的密封效果。
本实施例中，所述活塞杆下端伸至缸筒组件外连接有接触开关活动触点12，所述缸筒组件外连接有与接触开关活动触点12配合的接触开关静止触点13。接触开关静止触点安装于下盖板上，接触开关活动触点安装于活塞杆靠近下端位置随活塞杆运动，在常态下时，接触开关静止触点与接触开关活动触点接触，在夹持状态时，活塞杆滑动使得接触开关活动触点远离接触开关静止触点，二者断开，接触开关静止触点外接键盘电路，用于监测活塞移动情况；两触点接触时，外接键盘电路产生通路信号，接触开关活动触点参与夹持使活塞杆运动时，两触点断开，外接键盘电路产生断路信号；结合键盘电路可监测电磁锁紧装置与工件接触情况，可判断参与夹持的电磁锁紧装置的数量以及具体位置，
结合图1和图2所示，夹持过程分为三阶段：
阶段一：
在对具有复杂曲面工件进行夹持过程中，部分电磁锁紧装置夹持部接触工件表面，接触力逐渐增大，活塞杆位移，弹性件9被压缩，活塞随活塞杆运动，此过程中，接触开关活动触点随活塞杆尾部运动，与接触开关静止触点分开，键盘电路产生断路信号，控制电路监测到该移动触点接触工件表面；在夹持阶段1过程中，励磁线圈不施加电流，磁路中无磁场，磁流变液为粘度较低的液态，上、中、下腔室中的磁流变液可自由流动；夹持过程中，
单点夹持力fp＝kx；
其中k为弹性件刚度系数，x为弹性件压缩位移，设计时选用弹性件刚度系数较小，该力可忽略；
阶段二：
至合适夹持位置时，计算键盘电路产生断路信号个数n，依据工件夹持力总和ftotal限制计算单点最大夹持力fmax，设计单点夹持力f＜fmax。随后对产生断路信号的电磁锁紧装置中励磁线圈施加电流i，缸筒中产生磁场强度为h的磁场，磁流变液在磁场作用下粘度提高，由液态变为固态；
阶段三：施加电流后，在合适夹持位置时继续施加少量夹持位移，实现完全夹持，所有夹持点夹持力fp相等且等于设计单点夹持力f。此夹持阶段中，当单点夹持力fp＜f时，活塞杆不移动，夹持力等于橡胶套压缩力；
其中，u为橡胶套压缩位移，k(u)为橡胶套压缩刚度，e为橡胶套压缩模量，a为橡胶套压缩面积，h为橡胶套厚度，d为橡胶套直径；在夹持过程中fp逐渐增大，当fp＝f时，活塞杆开始运动。夹持完成时，所有夹持点夹持力fp＝f，该过程中，在磁场作用下，过流通道中的磁流变液在磁场作用下粘度提高，由液态变为固态，提供阻力，要使其中固态磁流变液移动，需要克服磁流变液和过流通道的摩擦力与磁流变液的屈服力，当外力施加到磁流变液中的应力小于磁流变液屈服应力时，磁流变液不能流动。磁流变液和过流通道的摩擦力与通道长度，磁流变液粘度，通道壁粗糙度相关，对于确定的结构，
摩擦力ff＝μτ；
其中μ为摩擦系数，包括除磁流变液粘度τ以外的所有因素；
磁流变液粘度τ∝h2；
其中h为磁场强度；
磁流变液的屈服应力γ∝h2；
对于本专利所述的磁路结构h∝i
夹持力fp＝f∝i2
因此夹持力fp＝f＝ai2
其中，a为除控制电流外的所有因素，由于磁流变液存在磁饱和现象，即磁场达到一定程度后磁流变液的粘度，屈服应力不再增加，因此，本专利中的内容中的磁场强度限制于过流通道中磁场强度低于磁流变液达到磁饱和时的磁场强度。
工件加工完成后，撤除励磁线圈中的电流，撤开夹具，取出工件。此时过流通道中无磁场，磁流变液由固态相变回液态，可自由流动，在弹性件9回弹力的作用下，夹持部复位；接触开关活动触点随活塞杆回到初始位置并与接触开关静止触点接触，使键盘电路产生通路信号，控制电路监测到该移动触点回复初始位置。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
1.一种自适应柔性夹具总成，其特征在于：包括若干个阵列排布的电磁锁紧装置，所述电磁锁紧装置包括缸筒组件、密封滑动配合安装于缸筒组件内的滑移组件、设置于缸筒组件上的励磁线圈、连接于滑移组件上并伸至缸筒组件外的夹持部以及填充于缸筒组件内的磁流变液，所述滑移组件将缸筒组件内沿滑移方向至少分隔为两个腔室，所述滑移组件上开设有供磁流变液在各个腔室流动的过流通道，所述励磁线圈控制磁流变液的粘度可使得滑移组件形成锁止状态或者滑移状态。
2.根据权利要求1所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：所述滑移组件包括活塞杆以及连接于活塞杆上的至少两个活塞，所述活塞杆上端伸至缸筒组件外形成夹持部，缸筒组件内相邻活塞之间、活塞与缸筒组件顶部以及活塞与缸筒组件底部之间形成若干个腔室。
3.根据权利要求2所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：所述过流通道由若干段贯通流道构成，所述贯通流道使得相邻腔室贯通，所述贯通流道包括分别垂直于活塞杆开设的两过流孔以及沿活塞杆长度方向开设于活塞杆中部的过流道，所述两个过流孔分别与两个相邻腔室贯通，过流道连通于两个过流孔。
4.根据权利要求2所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：缸筒组件包括缸筒和内套于缸筒内的绕线筒，绕线筒与缸筒之间形成密封的环形安装腔，所述励磁线圈安装于该安装腔内，所述滑移组件与绕线筒内壁滑动密封配合。
5.根据权利要求1所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：所述夹持部上用于与工件接触面处设置有弹性垫层。
6.根据权利要求1所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：滑移组件与缸筒组件之间设置有使滑移组件滑动并带动夹持部向外滑动复位的弹性件。
7.根据权利要求4所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：所述缸筒包括上下端开口的筒体以及盖于筒体两开口端的上盖板和下盖板。
8.根据权利要求7所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：所述缸筒组件还包括上密封件和下密封件，所述上密封件通过上盖板密封压于绕线筒上端，所述下密封件通过下盖板压于绕线筒下端，所述活塞杆与上密封件滑动密封配合。
9.根据权利要求2所述的自适应柔性夹具总成，其特征在于：所述活塞杆下端伸至缸筒组件外连接有接触开关活动触点，所述缸筒组件外连接有与接触开关活动触点配合的接触开关静止触点。
技术总结