阅读说明：本技术 用于激光冲击实验的夹具系统 (Clamp system for laser shock experiment ) 是由 冯爱新 徐国秀 陈欢 张成龙 吴成萌 余满江 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于激光冲击实验的夹具系统,Y轴运动控制平台的底板连接于X轴运动控制平台的X轴运动板上,θ轴运动控制平台的转轴旋转自如地支撑于Y轴运动控制平台的Y轴运动板上,夹具单元安装于转轴上；夹具单元的八爪卡盘端面上沿周向均匀间隔设有多个供活动卡钳径向滑动的滑槽,每一滑槽中配置一活动卡钳；沿周向还均匀设有多个供轴向压板支架径向滑动的条形槽,条形槽中配置一轴向压板支架,条形槽中的旋紧块装配一径向调节丝杆,径向调节丝杆旋转可驱动轴向压板支架沿条形槽径向移动；每一轴向压板支架上安装一轴向调节丝杆,轴向调节丝杆旋转可驱动轴向压板在轴向压板支架上轴向移动。试样姿态由机械手实现,冲击轨迹由夹具系统实现。(The invention relates to a clamp system for a laser shock experiment, wherein a bottom plate of a Y-axis motion control platform is connected to an X-axis motion plate of the X-axis motion control platform, a rotating shaft of a theta-axis motion control platform is rotatably supported on the Y-axis motion plate of the Y-axis motion control platform, and a clamp unit is arranged on the rotating shaft; a plurality of sliding grooves for the movable calipers to slide in the radial direction are uniformly arranged on the end face of the eight-jaw chuck of the clamp unit at intervals along the circumferential direction, and each sliding groove is internally provided with one movable caliper; a plurality of strip-shaped grooves for the axial pressure plate support to slide in the radial direction are uniformly arranged along the circumferential direction, an axial pressure plate support is arranged in each strip-shaped groove, a radial adjusting screw rod is assembled on a screwing block in each strip-shaped groove, and the axial pressure plate support can be driven to move in the radial direction along the strip-shaped grooves by the rotation of the radial adjusting screw rod; an axial adjusting screw rod is arranged on each axial pressing plate support, and the axial adjusting screw rod can drive the axial pressing plates to axially move on the axial pressing plate supports in a rotating mode. The sample attitude is realized by a manipulator, and the impact trajectory is realized by a clamp system.)

用于激光冲击实验的夹具系统

技术领域

本发明涉及一种用于激光冲击实验的夹具系统，属于激光冲击加工技术领域。

背景技术

目前，激光冲击强化技术作为一种材料表面处理技术，采用超短脉冲、高峰值功率密度的激光辐照金属材料表面，金属表面吸收层吸收能量发生***性气化蒸发，产生高温高压等离子体，该等离子体受到约束层约束形成高压冲击波并向材料内部传播，在材料表层形成密集且稳定的位错结构，获得较高残余压应力，改善材料抗疲劳、耐磨损、抗腐蚀等性能。相比于传统的喷丸、滚压、挤压等材料改性技术，激光冲击强化具有强化效果佳、非接触、可控性强、适应性好等优点。

为了进一步发展激光冲击强化技术，将其应用在更多的领域，需要对其在不同材料以及工况下的强化效果进行进一步测试与研究。传统的激光冲击强化的零部件/试样所用到的夹具功能单一，对试样装夹调整过程工作量大；不能满足特定冲击环境或气氛环境的测试需求；并且目前激光冲击基本方案是光路固定，工件运动，实现冲击轨迹，然而工件运动通过机械手运动，机械手转动惯量大，转动精度不高，为实现某一种特定的冲击运动轨迹，机械手运动轨迹复杂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于激光冲击实验的夹具系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

用于激光冲击实验的夹具系统，特点是：包含X轴运动控制平台、Y轴运动控制平台、θ轴运动控制平台以及夹具单元，X轴运动控制平台的底板安装于机械手连接板上，机械手连接板连接于机械手前置法兰上，Y轴运动控制平台的底板连接于X轴运动控制平台的X轴运动板上，θ轴运动控制平台的转轴旋转自如地支撑于Y轴运动控制平台的Y轴运动板上，夹具单元设于转体法兰上，转体法兰安装于转轴上；

所述夹具单元包含八爪卡盘、轴向压板支架和轴向压板，八爪卡盘的端面上沿周向均匀间隔设有多个供活动卡钳径向滑动的滑槽，每一滑槽中配置一活动卡钳，活动卡钳的径向移动实现夹紧或释放工件；

端面上沿周向还均匀设有多个供轴向压板支架径向滑动的条形槽，每一条形槽中配置一轴向压板支架，每一条形槽中固定一旋紧块，旋紧块装配一径向调节丝杆，径向调节丝杆与轴向压板支架底端的螺纹相配合，径向调节丝杆旋转可驱动轴向压板支架沿条形槽径向移动，实现径向行程调节；每一轴向压板支架上安装一轴向调节丝杆，轴向调节丝杆与轴向压板的螺纹相配合，轴向调节丝杆旋转可驱动轴向压板在轴向压板支架上轴向移动，实现轴向行程调节。

进一步地，上述的用于激光冲击实验的夹具系统，其中，机械手前置法兰与激光冲击强化库卡机器人的机械手相连，机械手连接板上设置约束层水管接头法兰。

进一步地，上述的用于激光冲击实验的夹具系统，其中，八爪卡盘上设有连杆机构，连杆机构与活动卡钳驱动连接，可驱动活动卡钳沿滑槽径向滑动。

进一步地，上述的用于激光冲击实验的夹具系统，其中，所述X轴运动控制平台包括滑块、直线导轨、伺服电机、丝杠轴承座、丝杠以及螺母块，X轴运动控制平台的底板上布置直线导轨，滑块配合于直线导轨可沿其直线滑动，丝杠旋转自如地支撑于丝杠轴承座上，丝杠轴承座安装于底板上，丝杠上旋配一螺母块，伺服电机与丝杠驱动连接，驱动其旋转，X轴运动板置于滑块上并与螺母块连接。

进一步地，上述的用于激光冲击实验的夹具系统，其中，X轴运动控制平台的底板上布置两条平行的直线导轨，每条直线导轨上设有两只滑块。

进一步地，上述的用于激光冲击实验的夹具系统，其中，丝杠的直径为8mm，长度为80mm。

进一步地，上述的用于激光冲击实验的夹具系统，其中，θ轴运动控制平台的转轴上安装有从动带轮，一侧伺服马达的主轴上安装有主动带轮，同步带张紧于主动带轮和从动带轮上，伺服马达驱动同步带运转，带动转轴转动。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

①本发明可根据试样种类及规格，调节夹具单元实现径向与轴向定位夹紧，即可进行试样装夹；X轴运动控制平台、Y轴运动控制平台和θ轴运动控制平台的协同运动带动夹具单元进行X-Y-θ三轴运动；

②本发明具有柔性大特点，可夹持板状零件、轴承、摩擦磨损试样、疲劳试样及叶片，试样的姿态由机械手实现，而试样冲击轨迹由夹具系统实现，利用滚珠丝杆提高运动精度；

③具有精度高、结构简洁、装拆容易、方便维护等优点。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明

具体实施方式

了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1：本发明夹具系统的结构示意图；

图2：X轴运动控制平台的结构示意图；

图3：夹具单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，用于激光冲击实验的夹具系统，包含X轴运动控制平台4、Y轴运动控制平台5、θ轴运动控制平台6以及夹具单元7，X轴运动控制平台4的底板安装于机械手连接板2上，机械手连接板2连接于机械手前置法兰1上，机械手前置法兰1与激光冲击强化库卡机器人的机械手相连，机械手连接板2上设置约束层水管接头法兰3；

如图2所示，X轴运动控制平台4包括滑块41、直线导轨42、伺服电机45、丝杠轴承座47、丝杠48以及螺母块49，X轴运动控制平台4的底板上布置两条平行的直线导轨42，每条直线导轨42上设有两只滑块41，滑块41可沿其直线滑动，丝杠48旋转自如地支撑于丝杠轴承座47上，丝杠轴承座47安装于底板上，丝杠48上旋配一螺母块49，伺服电机45与丝杠48驱动连接，驱动其旋转，丝杠48的直径为8mm，长度为80mm，在承受工作载荷时，最大形变为0.02mm，应力云图的峰值为197.1MPa小于丝杠使用材料的屈服强度210MPa，符合使用要求；X轴运动板9置于滑块41上并与螺母块49连接；伺服电机45驱动丝杠48运转，使螺母块49直线运动，滑块41与直线导轨42的导向作用，使X轴运动板9可沿X轴向运动；利用伺服电机45驱动，丝杠48保证运动的精确性。

Y轴运动控制平台5的结构与X轴运动控制平台4的结构相同，Y轴运动控制平台5的Y轴运动板8可沿Y轴向运动；

Y轴运动控制平台5的底板连接于X轴运动控制平台4的X轴运动板9上，θ轴运动控制平台6的转轴69旋转自如地支撑于Y轴运动控制平台5的Y轴运动板8上，夹具单元7设于转体法兰61上，转体法兰61安装于转轴69上；转轴69上安装有从动带轮68，一侧伺服马达66的主轴上安装有主动带轮62，同步带65张紧于主动带轮62和从动带轮68上，伺服马达66驱动同步带65运转，带动转轴69转动，进而带动夹具单元7转动；

如图3所示，夹具单元7包含八爪卡盘71、轴向压板支架77和轴向压板79，八爪卡盘71的端面上沿周向均匀间隔设有四个供活动卡钳74径向滑动的滑槽，每一滑槽中配置一活动卡钳74，八爪卡盘71上设有连杆机构73，连杆机构73与活动卡钳74驱动连接，可驱动活动卡钳74沿滑槽径向滑动，活动卡钳74的径向移动实现对工件的夹紧或释放；

端面上沿周向还均匀设有四个供轴向压板支架77径向滑动的条形槽，每一条形槽中配置一轴向压板支架77，每一条形槽中固定一旋紧块76，旋紧块76装配一径向调节丝杆75，径向调节丝杆75与轴向压板支架77底端的螺纹相配合，径向调节丝杆75旋转可驱动轴向压板支架77沿条形槽径向移动，实现径向行程调节；每一轴向压板支架77上安装一轴向调节丝杆78，轴向调节丝杆78与轴向压板79的螺纹相配合，轴向调节丝杆78旋转可驱动轴向压板79在轴向压板支架77上轴向移动，实现轴向行程调节。

具体应用时，首先，X轴运动控制平台4、Y轴运动控制平台5和θ轴运动控制平台6构成X-Y-θ三轴运动装置，通过机械手前置法兰1与激光冲击强化库卡机器人的机械手安装连接。

θ轴运动控制平台6上通过转台法兰安装夹具单元7，八爪卡盘71通过螺栓连接到转体法兰61上，X轴运动控制平台4、Y轴运动控制平台5和θ轴运动控制平台6的协同运动带动夹具单元7进行X-Y-θ三轴运动。

安装完成后，通过调节连杆机构73驱动活动卡钳74沿滑槽径向滑动，活动卡钳74径向移动，先释放，再夹紧工件；

通过调节径向调节丝杆75旋转可驱动轴向压板支架77沿条形槽径向移动，对轴向压板支架77及轴向压板79进行径向行程调节；

通过调节轴向调节丝杆78旋转可驱动轴向压板79在轴向压板支架77上轴向移动，对轴向压板79进行轴向行程调节。

对工件试样进行径向与轴向定位夹紧后，进行激光冲击试验。实验结束后，松开夹具，取下工件试样。

综上所述，本发明可根据试样种类及规格，调节夹具单元实现径向与轴向定位夹紧，即可进行试样装夹；X轴运动控制平台、Y轴运动控制平台和θ轴运动控制平台的协同运动带动夹具单元进行X-Y-θ三轴运动。

本发明具有柔性大特点，可夹持板状零件、轴承、摩擦磨损试样、疲劳试样及叶片，试样的姿态由机械手实现，而试样冲击轨迹由夹具系统实现，利用滚珠丝杆提高运动精度。

具有精度高、结构简洁、装拆容易、方便维护等优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。