CN103264303A - 低刚度薄壁腔体零件气动式精密装夹装置 - Google Patents

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本发明低刚度薄壁腔体零件气动式精密装夹装置属于机械加工领域，特别涉及一种低硬度薄壁腔体覆层零件精密装夹装置，该装置具有在二维回转工作台上对零件进行可靠夹紧及精密定位功能。该装置由初步定位部件、气动夹紧部件和精密调整部件三部分组成；所述初步定位部件由上夹具体、下夹具体组成；夹紧部件采用真空吸附技术；精密调整部件是由围绕在下夹具体上的4个环形支架，4个螺旋微进给机构和固定支架组成。本发明将夹紧装置和调整装置集成为一体，并根据工件材料的力学特性对夹紧力进行气动调整，安装方便，结构紧凑，定心精度高。

Description

低刚度薄壁腔体零件气动式精密装夹装置
技术领域
本发明属于机械加工领域，特别涉及一种低硬度薄壁腔体覆层零件精密装夹装置，该装置具有在二维回转工作台上对零件进行可靠夹紧及精密定位功能。
背景技术
在对薄壁、低刚度、封闭腔体式的零件表面涂覆层进行五轴加工时，需要工件进行加减速度大、运动速度快的直线、回转及偏摆等运动，为了保持零件在加工过程中不窜动、不脱离、不倾斜，就要求零件工装具有可靠的夹紧力和定心能力。同时由于零件本身具有低刚度薄壁腔体的特点，夹紧力施加过大会引起零件变形导致加工质量不合格。此外，该零件除底部外其他表面均已涂覆待加工覆层，导致外表面全部为待加工面不能进行夹持。综上所述需要设计可在二维回转工作台上使用的专用安装夹具,以实现零件稳定装卡并可与转台同心高速运动。
对于这类特殊零件，常规装夹方法是利用带定心功能的三爪卡盘对工件进行夹紧，但该方法应用到薄壁零件时极易造成工件的变形。专利公告号为CN102179538名称为：“一种用于低硬度材料加工的夹具设计方法及夹具装置”的专利中，通过加宽三爪卡盘的方式使塑料或橡胶产品装夹在夹具上，以保证产品的外观和尺寸不会因为装夹的方式产生影响，但这种方式仍然未摆脱传统接触式装夹中夹持应力集中导致的工件变形问题，此外该方式在二维工作台上无法实现工件与转台的精密定心。专利公告号为CN101972943名称为：“一种薄壁回转体零件的车工定位夹具及装夹方法”的专利中，发明了一种薄壁回转体零件的车工定位夹具，该夹具的结构设计使得零件在装夹时主要受轴向力，径向力很小并且受力均匀，有较强的实用性，但该装夹装置由于采用接触式装夹，仍没有很好解决对低刚度薄壁材料夹持变形问题，且不适用于二维双轴转台，无法提供与回转台保持精密同心的定心功能，因而亦不能很好地解决该类零件的装夹问题。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明了一种低刚度薄壁腔体类零件精密装夹装置，装置采用气动夹紧方式，并配合精密微进给机构进行定位微调整，该装置可实现在二维回转工作台上对工件进行可靠夹紧及精密定位。本发明将夹紧装置和调整装置集成为一体，并根据工件材料的力学特性对夹紧力进行气动调整，安装方便，结构紧凑，定心精度高。
本发明解决该问题所采用的技术方案是一种气动式精密装夹装置，其特征是，该装置由初步定位部件Ⅰ、气动夹紧部件Ⅱ和精密调整部件Ⅲ三部分组成。
所述初步定位部件Ⅰ由上夹具体1、下夹具体2组成，两者间在接触表面涂覆增加密封效果的高分子密封材料聚四氟乙烯；下夹具体2通过法兰8固定在工作台上；
所述夹紧部件Ⅱ采用真空吸附技术，将工件内腔的气体通过内气道5吸走，内气道5通过O型密封圈4与下夹具体2形成气密封，在下夹具体2与内气道5间安装精密推力球轴承3，轴承的内圈分别用衬套6，紧固螺纹套7固定至内气道5上，在下夹具体2上把轴承的外圈用法兰8固定；
所述精密调整部件Ⅲ是由围绕在下夹具体2上的4个环形支架13，4个螺旋微进给机构18和固定支架15组成，固定支架15通过T型槽螺栓14和T型槽螺栓紧固螺母16固定在工作台上；环形支架13通过环型支架紧固螺栓12，环型支架紧固螺母17与固定支架15连接，螺旋微进给机构18的调整头顶在上夹具体1的外壁上。
本发明的有益效果是，保证低刚度薄壁腔体类零件的精密定位以及可靠夹紧，通过调整，能够达到微米级别的定心精度，由于采用气动式压紧的方式，避免了工件刚度过低而导致的夹紧变形，同时由于该装置整体结构紧凑，整体高度低，有效降低了工件在摆动过程中转台可倾轴的误差放大，整体装置操作简单，性能可靠。
附图说明
图1是夹具整体外观图，图2是该装夹装置主体部分的全剖视图。其中：1-上夹具体，2-下夹具体，3-精密推力球轴承，4-O型密封圈，5-内气道，6-衬套，7-紧固螺纹套，8-法兰，9-紧固螺栓，10-垫圈，11-工作台，12-环型支架紧固螺栓，13-环形支架，14-T型槽螺栓，15-固定支架，16- T型槽螺栓紧固螺母，17-环型支架紧固螺母，18-螺旋微进给机构，19-压板支板，20-压板。Ⅰ-定位部件，Ⅱ-夹紧部件，Ⅲ-调整部件。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。该装夹装置由初步定位部件、气动夹紧部件和精密调整部件组成，其中初步定位部件可对工件进行初步定位，并限制住工件水平方向的自由度，气动夹紧部件令工件腔体内部形成真空环境，将工件吸附在夹具表面，限制住工件垂直方向的自由度，最后通过调整精密进给部件实现零件的精密定心。
参见图1、图2，本发明的气动式装夹装置分为初步定位部件Ⅰ，气动夹紧部件Ⅱ，精密调整部件Ⅲ三部分。
所述初步定位部件Ⅰ由上夹具体1，下夹具体2组成，加工时工件放在上夹具体1上，上夹具体1放在下夹具体2上，它们之间均采用直接接触的间隙密封，并在接触表面涂覆高分子密封材料增加密封性。下夹具体2通过它上面的法兰固定在工作台上。气动夹紧部件Ⅱ采用真空吸附技术，工件内腔的气体通过内气道5被吸走，气管可接到内气道5的下面，内气道5通过O型密封圈4与下夹具体2形成密封，为了克服工件台转动时的阻力，在下夹具体2与内气道5间安装精密推力球轴承3，分别用衬套6，紧固螺纹套7固定它的内圈到内气道5上，以及用法兰8固定它的外圈到下夹具体2上。精密调整部件Ⅲ由围绕在下夹具体2上的4个环形支架13，环形支架13上面通过螺纹固定的4个螺旋微进给机构18，以及起到固定作用的固定支架15组成，固定支架15通过T型槽螺栓14，T型槽螺栓紧固螺母16固定在工作台上。环形支架13与固定支架15通过环型支架紧固螺栓12，环型支架紧固螺母17连接，螺旋微进给机构18的调整头顶在上夹具体1的外壁上。
具体的实施中，分为初步定位阶段，夹紧阶段和调整阶段三个部分。在初步定位阶段，把工件安放在上夹具体1的上表面上，要保证工件的内圆套在上夹具体1的环形凸台上，两者间为间隙配合，限制住工件X和Y向的自由度，上夹具体1放在下夹具体2上面，它们之间均采用直接接触的间隙密封，并且在接触表面涂覆高分子密封材料聚四氟乙烯，增加密封效果。
在气动夹紧阶段采用真空吸附夹紧，工件内腔是封闭的，通过内气道5连接真空吸气回路，工件内腔的气体被部分吸走形成负压环境，工件被压紧到上夹具体1上。此时，工件与上夹具体1，上夹具体1与下夹具体2之间的缝隙被压紧密封，真空发生装置的气管接到内气道5下面的螺纹上，内气道5通过O型密封圈4与下夹具体2形成密封，由于工件放在二维转台上，会因加工需要产生回转及摆动，在下夹具体2与内气道5间安装精密推力球轴承3以减少阻力。
在精密调整阶段，气动夹紧后，通过外部真空发生装置调整真空度，调整固定在环形支架13上面通过螺纹固定的4个螺旋微进给机构18，推动上夹具1在下夹具体2上精密滑动，达到定心的目的，调整过程用千分表辅助测量定心程度，经调整完成定心需求。
在使用过程中，定位部分保证初步定心，通过真空吸附作用，夹紧工件，再通过精密进给机构的调整，达到精确的定心要求。同时，内部的内气道5的设计，使得在加工中工作台高速运动的情况下也能保证夹具体的良好密封。本发明将三个功能部分集合到一起，可有效精确夹紧带低刚度薄壁封闭腔体类零件，性能可靠，操作十分方便。
本发明能有效保证低刚度薄壁回转体封闭零件的定位以及夹紧，通过调整，能过达到微米级别的定心精度，也可以避免工件刚度过低而产生的夹紧变形，整体装置操作简单，结构紧凑，性能可靠，对高质量完成的零件加工起到关键作用。

Claims (1)

1.一种低刚度薄封闭壁腔体式零件精密装夹装置，其特征是，该装置由初步定位部件（Ⅰ）、气动夹紧部件（Ⅱ）和精密调整部件（Ⅲ）三部分组成；
所述初步定位部件（Ⅰ）由上夹具体（1）、下夹具体（2）组成，两者间在接触表面涂覆增加密封效果的高分子密封材料聚四氟乙烯；下夹具体（2）通过法兰（8）固定在工作台上；
所述夹紧部件（Ⅱ）采用真空吸附技术，将工件内腔的气体通过内气道（5）吸走，内气道（5）通过O型密封圈（4）与下夹具体（2）形成气密封，在下夹具体（2）与内气道（5）间安装精密推力球轴承（3），轴承的内圈分别用衬套（6），紧固螺纹套（7）固定至内气道（5）上，在下夹具体（2）上把轴承的外圈用法兰（8）固定；
所述精密调整部件（Ⅲ）是由围绕在下夹具体（2）上的4个环形支架（13），4个螺旋微进给机构（18）和固定支架（15）组成，固定支架（15）通过T型槽螺栓（14）和T型槽螺栓紧固螺栓（16）固定在工作台上；环形支架（13）通过环型支架紧固螺栓（12），环型支架紧固螺母（17）与固定支架（15）连接，螺旋微进给机构（18）的调整头顶在上夹具体（1）的外壁上。
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