CN101642880A - 用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置 - Google Patents

Abstract

用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置，它涉及一种夹紧装置。本发明解决了常规的夹紧装置在夹持薄壁平面类工件时工件出现夹紧变形以及无法满足不同口径零件的装夹问题。本发明的上吸盘的下端面固装在下吸盘的上端面上，所述吸盘阀体设置在下吸盘的一侧端面上，上吸盘上开有呈矩阵分布的若干个阶梯通孔，下吸盘的上端面的中部开有矩形凹槽，在所述下吸盘的上端面上沿矩形凹槽的四周由内向外开有多个回字形凹槽，多个回字形凹槽与相对应位置处的阶梯通孔相连通。本发明结构简单、工作可靠、可根据需要灵活设计真空吸盘的大小；可以吸附夹紧不同尺寸的薄壁类平面零件，只需调节吸盘阀体上的开关阀即可。

Description

用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置

技术领域

本发明涉及一种夹紧装置，具体涉及一种用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置。

背景技术

随着科学技术的发展，对产品零件的制造精度的要求越来越高，迫切需要超精密加工装备，尤其是超精密加工机床，其核心部件的设计与制造会影响零件的加工精度与表面质量。在超精密加工机床的设计中，工件的夹持系统是非常关键的部分，其结构设计与制造精度将直接影响到加工零件的尺寸精度与形位精度。因此，如何能设计制造出结构巧妙的工件夹持系统是超精密加工机床的核心技术之一。对超精密加工机床来说，其工件夹持系统的设计主要考虑两个方面的问题：一是夹持系统本身的制造精度与定位精度问题，另一个是夹持系统夹紧工件时的尺寸变动范围、薄壁件夹紧的变形情况及操作的方便性，这两个方面的问题是夹持系统设计与制造的关键技术。常规的用于夹持薄壁平面工件的夹紧装置在夹持薄壁平面类工件时存在以下问题：1、薄壁工件出现不同程度的夹紧变形；2、无法满足不同口径零件的装夹要求。

发明内容

为了解决常规的夹紧装置在夹持薄壁平面类工件时工件出现夹紧变形以及无法满足不同口径零件的装夹问题，进而提供了一种用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置由上吸盘、下吸盘和吸盘阀体组成，所述上吸盘的下端面固装在下吸盘的上端面上，所述吸盘阀体设置在下吸盘的一侧端面上，所述上吸盘上开有呈矩阵分布的若干个阶梯通孔，所述下吸盘的上端面的中部开有矩形凹槽，所述下吸盘的上端面上沿矩形凹槽的四周由内向外开有多个回字形凹槽，所述多个回字形凹槽与相对应位置处的阶梯通孔相连通，在下吸盘的同一侧端面上分别开有连接弯孔和多个弯孔，所述多个弯孔的数量与多个回字形凹槽的数量一致设置，所述吸盘阀体由与连接弯孔和多个弯孔数量之和相一致的多个开关控制阀集成在一起构成，所述连接弯孔分别与矩形凹槽和相对应的开关控制阀连通，每个弯孔分别与相对应的回字形凹槽和相对应的开关控制阀连通。

本发明具有以下有益效果：本发明的用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置采用了真空泵和吸盘吸附工件，采用了真空吸附原理，零件直接放在高平面度的工作台上，由工作台平面上的微小孔阵列通过真空泵而产生负压，由负压吸附夹紧工件，其夹紧力的大小可由真空泵气源的压力来调节，工件的夹紧变形小，上吸盘表面精度高，可大大减小或消除真空吸盘吸附面对零件加工后平面度的影响；本发明主要针对的是光学平面类零件的超精密加工，该工件夹持系统结构简单、操作方便、工作可靠、可根据需要灵活设计真空吸盘的大小；可以吸附夹紧不同尺寸的薄壁类平面零件，只需调节吸盘阀体上的开关阀即可。本发明不仅可用于加工精度高的超精密机床中，实现薄壁平面类零件的夹紧；也可用于薄壁件精密加工时的夹紧。

附图说明

图1为本发明的整体结构主视图，图2是上吸盘的俯视图，图3是图2的右视图，图4是下吸盘的俯视图，图5是图4的A-A剖视图，图6是图4的右视图，图7是吸盘阀体的主视图，图8是图7的B-B剖视图，图9是开关控制阀的结构示意图，图10是图7的D-D剖视图，图11是图8的E-E剖视图，图12是薄壁工件对其加工后平面度的影响分析示意图，其中(a)图是工件吸附前的示意图，(b)图是工件吸附后的示意图，(c)图是工件加工后的示意图，(d)图是解除吸附后的示意图；图13真空吸盘面形误差对薄壁工件平面度的影响分析示意图，其中(e)图是工件吸附前的示意图，(f)图是工件吸附后的示意图，(g)图是工件加工后的示意图，(h)图是解除吸附后的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～11所示，本实施方式的用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置由上吸盘1、下吸盘2和吸盘阀体3组成，所述上吸盘1的下端面固装在下吸盘2的上端面上，所述吸盘阀体3设置在下吸盘2的一侧端面上，所述上吸盘1上开有呈矩阵分布的若干个阶梯通孔1-1，所述下吸盘2的上端面的中部开有矩形凹槽2-1，所述下吸盘2的上端面上沿矩形凹槽2-1的四周由内向外开有多个回字形凹槽2-2，所述多个回字形凹槽2-2与相对应位置处的阶梯通孔1-1相连通，在下吸盘2的同一侧端面上分别开有连接弯孔2-10和多个弯孔2-3，所述多个弯孔2-3的数量与多个回字形凹槽2-2的数量一致设置，所述吸盘阀体3由与连接弯孔2-10和多个弯孔2-3数量之和相一致的多个开关控制阀4集成在一起构成，所述连接弯孔2-10分别与矩形凹槽2-1和相对应的开关控制阀4连通，每个弯孔2-3分别与相对应的回字形凹槽2-2和相对应的开关控制阀4连通。

具体实施方式二：如图1～6所示，本实施方式每个开关控制阀4由阀主体3-1、阀芯3-2、弹簧3-3和手柄3-4组成，所述阀主体3-1上开有多个内腔3-1-1，每个阀芯3-2安装在对应的内腔3-1-1中，每个内腔3-1-1中的阀芯3-2上套装有弹簧3-3，每个阀芯3-2的外端安装有手柄3-4，所述阀主体3-1上开有多个用于连通多个内腔3-1-1的多个通道3-1-2，且所述多个通道3-1-2互相连通。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1～6所示，本实施方式所述回字形凹槽2-2的数量为七个，七个回字形凹槽2-2分别是第一回字形凹槽2-2-1、第二回字形凹槽2-2-2、第三回字形凹槽2-2-3、第四回字形凹槽2-2-4、第五回字形凹槽2-2-5、第六回字形凹槽2-2-6和第七回字形凹槽2-2-7，开关控制阀4的数量为八个，八个开关控制阀4分别是第一开关控制阀4-1、第二开关控制阀4-2、第三开关控制阀4-3、第四开关控制阀4-4、第五开关控制阀4-5、第六开关控制阀4-6、第七开关控制阀4-7和第八开关控制阀4-8，所述下吸盘2上开有七个弯孔，七个弯孔分别是第一弯孔2-3-1、第二弯孔2-3-2、第三弯孔2-3-3、第四弯孔2-3-4、第五弯孔2-3-5、第六弯孔2-3-6和第七弯孔2-3-7，所述第一回字形凹槽2-2-1通过第一弯孔2-3-1与第一开关控制阀4-1连通，所述第二回字形凹槽2-2-2通过第二弯孔2-3-2与第二开关控制阀4-2连通，所述第三回字形凹槽2-2-3通过第三弯孔2-3-3与第三开关控制阀4-3连通，所述第四回字形凹槽2-2-4通过第四弯孔2-3-4与第四开关控制阀4-4连通，所述第五回字形凹槽2-2-5通过第五弯孔2-3-5与第五开关控制阀4-5连通，所述第六回字形凹槽2-2-6通过第六弯孔2-3-6与第六开关控制阀4-6连通，所述第七回字形凹槽2-2-7通过第七弯孔2-3-7与第七开关控制阀4-7连通，所述矩形凹槽2-1通过中部凹槽弯孔2-10与第八开关控制阀4-8连通。如此设计，可以根据实际需要制作大小相当的吸盘。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式所述上吸盘1的厚度H为55～60mm。如此设计，减小了夹紧装置的尺寸。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：如图5所示，本实施方式所述下吸盘2的厚度H1为45～55mm。如此设计，减小了夹紧装置的尺寸。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

设计思路：

本发明专利主要从两方面对之进行详细分析，由此减小薄壁件的夹紧变形，提高零件加工后的平面度。

1、吸附力对工件夹紧变形的影响

真空吸附方式的夹紧力来自于待加工工件与真空吸盘间真空压强产生的压力，薄壁件被放置于真空吸盘表面，当用飞刀方式进行超精密切削加工时，受到金刚石刀具的切向力的作用，切向力需由真空吸盘与薄壁件间的摩擦力来进行平衡，摩擦力的计算方法可以用公式(1)表示：

F＝μW        (1)

式中：F为薄壁件与真空吸盘间的摩擦力，μ为摩擦系数，W为表面正压力。

因此要计算该夹紧装置真空吸附的夹紧力，必须知道薄壁件与真空吸盘表面的摩擦系数和薄壁件表面所受的正压力。薄壁件表面所受正压力即为真空度产生的压强与受压面积的乘积。

由于在超精密切削加工过程中的切削用量很小，因而其切削力一般在0.1N～10N之间，有的甚至更小。因此，对于薄壁件来说，只要真空吸附时产生的摩擦力F远大于该切削力范围即可，如果真空吸附时产生的摩擦力F过大，则会造成薄壁工件的夹紧变形，在设计选择真空泵的吸附压强范围时，该点是重点考虑的一个环节。一般来说，真空泵的吸附压强在-0.6～-1MPa之间就可完全满足要求。

2、薄壁毛坯件及真空吸盘的面形精度对薄壁件夹紧变形的影响

薄壁类工件装夹于真空吸盘上表面，以真空吸盘表面为基准。因此，薄壁件毛坯及真空吸盘的面形精度对薄壁件的最终加工结果有着很大的影响。不计机床导轨、主轴及真空吸盘的误差，只考虑工件毛坯件形状对其加工后平面度的影响，其影响情况如图12所示，真空吸盘解除吸附后，零件产生“上翘”的平面度误差。消除毛坯件对其加工后平面度的影响方法有两种：(I)在保证薄壁件与真空吸盘间的摩擦力远大于其切削力的情况下，使其摩擦力F减小；(II)加工完薄壁件的一端面后，再加工另一端面，并多次重复，由此减小其夹紧变形，提高加工后薄壁工件的平面精度。

不计机床导轨、主轴及工件毛坯的误差，只考虑真空吸盘面形误差对薄壁工件加工后平面度的影响，如图13所示。由图13的分析可知，真空吸盘的面形精度对吸附于其上的薄壁工件最终加工精度有很大的影响。如果真空吸盘面形精度较好，可以减小甚至消除薄壁件的面形误差。因此，对于真空吸盘表面来说，需要极高的面形精度，最终解决的办法是：首先对真空吸盘的吸附面进行超精密加工，本发明专利给出的真空吸盘其面形精度已达到0.15μm/10×410mm，完全能满足大口径薄壁类零件真空吸附夹紧时对其平面度的要求。

工作原理：在吸附薄壁工件10前，将上吸盘1的上端面在超精密机床上铣削加工，使上吸盘1的上端面与机床导轨平行，然后将真空泵输出管道与吸盘阀体3连接。当薄壁工件10放置在上吸盘1上面中心位置时，根据零件的尺寸大小，如果薄壁工件10尺寸未能完全覆盖到上吸盘1的最外层阶梯通孔1-1时，可关闭阀体上的第一开关控制阀4-1，而其它开关控制阀处于正常工作状态，此时打开真空泵的开关阀，几秒钟内工件即被吸附在上吸盘上；薄壁工件10加工完成后，将真空泵的开关阀关闭几十秒钟后薄壁工件10即可取下；如果薄壁工件10尺寸未能覆盖到次外层阶梯通孔1-1时，在关闭第一开关控制阀4-1的同时，关闭第二开关控制阀4-2；此时，第一开关控制阀4-1和第二开关控制阀4-2处于不工作状态的情况下，保持控制薄壁工件10覆盖到的其它阶梯通孔的开关控制阀正常工作；当工件尺寸再次变小时，可依此进行类推，即可实现不同尺寸工件的真空吸附装夹。当外接真空泵开始工作时，薄壁工件10能以负压形式夹紧在上吸盘1的上端面上，如需要卸下薄壁工件10，将真空泵的开关阀关闭几十秒钟后即可。另外，吸附力的大小可通过真空泵的压力阀来进行调节，使真空泵的吸附压强保持在-0.6～-1MPa之间，以进一步减小或消除工件的夹紧变形。

Claims (5)

1、一种用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置，所述夹紧装置由上吸盘(1)、下吸盘(2)和吸盘阀体(3)组成，其特征在于：所述上吸盘(1)的下端面固装在下吸盘(2)的上端面上，所述吸盘阀体(3)设置在下吸盘(2)的一侧端面上，所述上吸盘(1)上开有呈矩阵分布的若干个阶梯通孔(1-1)，所述下吸盘(2)的上端面的中部开有矩形凹槽(2-1)，所述下吸盘(2)的上端面上沿矩形凹槽(2-1)的四周由内向外开有多个回字形凹槽(2-2)，所述多个回字形凹槽(2-2)与相对应位置处的阶梯通孔(1-1)相连通，在下吸盘(2)的同一侧端面上分别开有连接弯孔(2-10)和多个弯孔(2-3)，所述多个弯孔(2-3)的数量与多个回字形凹槽(2-2)的数量一致设置，所述吸盘阀体(3)由与连接弯孔(2-10)和多个弯孔(2-3)数量之和相一致的多个开关控制阀(4)集成在一起构成，所述连接弯孔(2-10)分别与矩形凹槽(2-1)和相对应的开关控制阀(4)连通，每个弯孔(2-3)分别与相对应的回字形凹槽(2-2)和相对应的开关控制阀(4)连通。

2、根据权利要求1所述的用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置，其特征在于：每个开关控制阀(4)由阀主体(3-1)、阀芯(3-2)、弹簧(3-3)和手柄(3-4)组成，所述阀主体(3-1)上开有多个内腔(3-1-1)，每个阀芯(3-2)安装在对应的内腔(3-1-1)中，每个内腔(3-1-1)中的阀芯(3-2)上套装有弹簧(3-3)，每个阀芯(3-2)的外端安装有手柄(3-4)，所述阀主体(3-1)上开有多个用于连通多个内腔(3-1-1)的多个通道(3-1-2)，且所述多个通道(3-1-2)互相连通。

3、根据权利要求2所述的用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置，其特征在于：所述回字形凹槽(2-2)的数量为七个，七个回字形凹槽(2-2)分别是第一回字形凹槽(2-2-1)、第二回字形凹槽(2-2-2)、第三回字形凹槽(2-2-3)、第四回字形凹槽(2-2-4)、第五回字形凹槽(2-2-5)、第六回字形凹槽(2-2-6)和第七回字形凹槽(2-2-7)，开关控制阀(4)的数量为八个，八个开关控制阀(4)分别是第一开关控制阀(4-1)、第二开关控制阀(4-2)、第三开关控制阀(4-3)、第四开关控制阀(4-4)、第五开关控制阀(4-5)、第六开关控制阀(4-6)、第七开关控制阀(4-7)和第八开关控制阀(4-8)，所述下吸盘(2)上开有七个弯孔，七个弯孔分别是第一弯孔(2-3-1)、第二弯孔(2-3-2)、第三弯孔(2-3-3)、第四弯孔(2-3-4)、第五弯孔(2-3-5)、第六弯孔(2-3-6)和第七弯孔(2-3-7)，所述第一回字形凹槽(2-2-1)通过第一弯孔(2-3-1)与第一开关控制阀(4-1)连通，所述第二回字形凹槽(2-2-2)通过第二弯孔(2-3-2)与第二开关控制阀(4-2)连通，所述第三回字形凹槽(2-2-3)通过第三弯孔(2-3-3)与第三开关控制阀(4-3)连通，所述第四回字形凹槽(2-2-4)通过第四弯孔(2-3-4)与第四开关控制阀(4-4)连通，所述第五回字形凹槽(2-2-5)通过第五弯孔(2-3-5)与第五开关控制阀(4-5)连通，所述第六回字形凹槽(2-2-6)通过第六弯孔(2-3-6)与第六开关控制阀(4-6)连通，所述第七回字形凹槽(2-2-7)通过第七弯孔(2-3-7)与第七开关控制阀(4-7)连通，所述矩形凹槽(2-1)通过连接弯孔(2-10)与第八开关控制阀4-8连通。

4、根据权利要求1、2或3所述的用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置，其特征在于：所述上吸盘(1)的厚度H为55～60mm。

5、根据权利要求1、2或3所述的用于夹持薄壁平面工件的真空吸附夹紧装置，其特征在于：所述下吸盘(2)的厚度H1为45～55mm。

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