CN103495890B - 用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置，它包括夹具体、定位框、多个真空吸盘组件、定位件；所述的夹具体通过螺栓与加工机床固定，定位框固定在夹具体的顶面，多个真空吸盘组件安装在定位框内且通过管道与真空泵连接；所述的定位件以可上下摆动的方式铰接在定位框的侧边，通过固定连接在夹具体上的定位框、铰接在夹具体上的定位件对碳纤维薄板快速完全定位，且定位件绕销钉轴线翻折，一次装夹便能实现工件四周侧面的铣削，极大提高切削效率；真空吸盘组件可在带长腰孔支撑横梁上移动调整位置，便于在碳纤维薄板的不同位置进行钻孔加工。因此，本发明具有定位快速、夹紧可靠、钻孔位置可调、工装简单、生产效率高等优点。

Description

用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置
技术领域
本发明涉及碳纤维薄板侧铣及钻孔加工技术，特别是涉及一种用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置。
背景技术
碳纤维复合材料（CFRP）是以碳纤维为增强材料、树脂为基体的复合材料，因其具有比强度和比刚度高、抗疲劳性能好、耐温性能好等优点，在航空航天领域的应用日益广泛，并已迅速发展成为继铝、钢、钛之后的四大航空航天结构材料之一，而钻孔和铣削是碳纤维复合材料制件加工工艺中一个极为重要的工序。
提高碳纤维薄板加工质量和生产效率，工装的合理设计尤为重要，通常工装需要根据产品的生产情况和实际需要自行设计制造。工装设计的质量，对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接的影响，为此，设计碳纤维薄板工装时必须考虑实用性、经济性、可靠性。加工过程中采用高效的工装夹具，可以实现对工件的快速和高精度的装夹，这已经在机械加工领域中形成了共识。现代夹具设计中，尽管已经出现大量的通用夹具以及非标夹具，以适应实际的生产加工，如中国发明专利：一种加工复合材料试片的定位夹具，公开号为：CN201534288U，该专利技术涉及一种加工复合材料试片的通用快速定位夹具：它由底板、可调高单头螺栓压板组件和双头压板组件组成，该专利可以很好的应用于复合材料试片加工的装夹。该夹具任采用螺丝装夹，在换装时花费较多的时间，装夹劳动强度大。又如中国发明专利：多点仿形刚性夹具及使用该夹具加工薄壁工件的方法，公开号为：CN102179708A，该专利技术涉及一种多点仿形刚性夹具以及使用该夹具在高速铣削条件下加工薄壁工件的方法，夹具包括夹具本体等，该多点仿形刚性仿形夹具用于薄壁工件复杂型面的高速铣削精加工阶段，但该发明专利中工件定位仅通过夹具本体表面实施，这样不能对工件正确定位，不能够保证加工质量；且该夹具只用于薄壁工件侧铣，无钻孔工序。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定位快速、夹紧可靠、钻孔位置可调、工装简单、生产效率高的用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置，它包括夹具体、定位框、多个真空吸盘组件、定位件；所述的夹具体通过螺栓与加工机床固定，定位框固定在夹具体的顶面，多个真空吸盘组件安装在定位框内且通过管道与真空泵连接；所述的定位件以可上下摆动的方式铰接在定位框的侧边。
所述的定位框为一个矩形框架，多个真空吸盘组件通过支撑横梁安装在矩形框架内；所述的定位件由左右磁性定位条和前后磁性定位块组成；所述的左右磁性定位条铰接在定位框的侧边，前后磁性定位块铰接在定位框的后边。
所述的真空吸盘组件由橡胶盘、螺纹管、真空管道、支撑横梁构成；橡胶盘与螺纹管连接，螺纹管通过螺母固定在支撑横梁的长槽内，通过调节螺母也可使得螺纹管在支撑横梁的长槽内移动调整位置，真空管道一端与螺纹管下端连接，另一端与真空泵连接，夹紧时提供真空夹紧力；所述的支撑横梁的两端通过螺钉固定安装在定位框内。
所述的左右磁性定位条包括左右定位支撑板、内外铰支座和电磁吸铁组成；所述的左右定位支撑板铰接在外铰支座的外侧，内铰支座内侧固定在定位框的侧边；所述的电磁吸铁固定在内铰支座上且位于定位框与左右定位支撑板之间。
所述的前后磁性定位块包括前后磁性定位板、内外铰支座和电磁吸铁组成；所述的前后磁性定位板铰接在外铰支座外侧，内铰支座内侧在定位框后边，所述的电磁吸铁固定在内铰支座上且位于定位框与前后磁性定位板之间。采用上述方案后，较之其他形式的工装夹具，本发明有如下优点：
（1）由定位框、左右磁性定位条和前后磁性定位块对工件快速准确完全定位，大大减少工件找正时间，提高生产效率。
（2）通过真空吸盘将工件进行有效夹紧，保证了工件可靠夹紧，定位框与碳纤维薄板下表面完全贴合，保证夹紧力分布均匀，实现一次装夹便可实现工件的四周侧铣和钻孔加工，夹紧稳定。
（3）通过左右定位支撑板和前后磁性定位板可绕销钉轴线翻折，一次装夹便能实现工件四周侧面的铣削，极大提高切削效率；
（4）通过真空吸盘组件中的橡胶盘与螺纹管连接，可在带长腰孔支撑横梁上移动调整位置，便于在碳纤维薄板的不同位置进行钻孔加工。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明的轴测图；
图2是工件使用本发明装置装夹后待加工轴测图；
图3是本发明装置的夹具体底座轴测图；
图4A是本发明左右磁性定位条的安装示意图；
图4B是本发明左右定位支撑板的轴测图；
图5A是本发明前后磁性定位块的安装示意图；
图5B是本发明前后磁性定位板的轴测图；
图6是本发明装置的真空吸盘组件轴测图；
图7是本发明装置的紧固件组件轴测图。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置，它包括夹具体1、定位框2、四个真空吸盘组件3、定位件4、支撑横梁5，紧固件组件6。
所述的夹具体1由夹具本体11和夹具体底座12组成。结合图3所示，夹具体底座12开有前后T型槽121、U型槽122、左右T型槽123，通过T螺栓把夹具体1固定在机床工作台上。所述的夹具体底座12通过T型连接块固定于机床上，紧固件组件6将夹具本体11固定在夹具体底座12上。所述的定位框2固定在夹具体1夹具本体11的顶面。
所述的定位框2为一个矩形框架。
所述的定位件4由左右磁性定位条41和前后磁性定位块42组成。所述的左右磁性定位条41铰接在定位框2的侧边，前后磁性定位块42铰接在定位框2的后边。
如图6所示，所述的真空吸盘组件3由橡胶盘31、螺纹管32、真空管道（图中未示）构成。所述的橡胶盘31与螺纹管32连接，螺纹管32通过螺母固定在支撑横梁5的长槽51内，通过调节螺母也可使得螺纹管32在支撑横梁5的长槽51内移动调整位置，便于在碳纤维薄板的不同位置进行钻孔加工。真空管道一端与螺纹管32下端连接，另一端与真空泵连接，夹紧时提供真空夹紧力，一次装夹便能实现工件四周侧面的铣削，极大提高切削效率。本发明四个真空吸盘组件3分别安装在两根支撑横梁5，支撑横梁5的两端分别通过螺钉固定安装定位框2内。
如图4A所示，所述的左右磁性定位条41由左右定位支撑板411、外铰支座412、内铰支座413、销钉414和电磁吸铁415组成。所述的左右定位支撑板411固定在外铰支座412上，通过销钉414把外铰支座412铰接在内铰支座413外侧，内铰支座413内侧固定在定位框2上，电磁吸铁415固定在内铰支座413上且位于定位框2与左右定位支撑板411之间，限制碳纤维薄板沿Y轴平移、绕Z轴转动的两个自由度。装配完成后，左右定位支撑板411与定位框2具有一定的距离。
如图4B所示，所述的左右定位支撑板411包括左右支撑板401、左右定位条402、手柄403、螺钉404。
如图4A、图4B所示，定位时，将左右定位支撑板411上的手柄403往上拨动，电磁吸铁415通电，通过磁力将左右定位支撑板411的固定，停止给电磁吸铁415通电，则可通过拨动手柄403使左右定位支撑板411绕销钉414轴线实现翻转，便于对该定位侧边进行铣削加工。
如图5A所示，所述的前后磁性定位块42由前后磁性定位板421、外铰支座422、内铰支座423、销钉424和电磁吸铁425组成。所述的前后磁性定位板421固定在外铰支座422上，通过销钉把外铰支座422铰接在内铰支座423外侧，内铰支座423内侧固定在定位框2上，电磁吸,425固定在内铰支座423上且位于定位框2与前后磁性定位板421之间，限制碳纤维薄板沿X轴平移的一个自由度。装配完成后，前后磁性定位板421与定位框2具有一定的距离。
如图5B所示，所述的前后磁性定位板421包括前后支撑块501、前后定位钉502、手柄503、螺钉504。
如图5A、图5B所示，定位时，将前后定位支撑板421上的手柄503往上拨动，电磁吸铁425通电，通过磁力将前后磁性定位板51固定，停止给电磁吸铁55通电，则可通过拨动手柄503使前后磁性定位板421绕销钉424轴线实现翻转，便于对该定位侧边进行铣削加工。
如图7所示，所述的夹具体紧固组件6包括T型块61、螺杆62、法兰螺母63组成，T型块61放置于夹具体底座1的T型槽内，法兰螺母63通过螺杆62与T型块61连接，旋紧法兰螺母63可实现夹具体2的固定。
如图2所示，本发明提出的用于碳纤维薄板侧铣及钻孔加工快速装夹的方法，它包括以下步骤：
（1）工装夹具安装。首先，依次将定位框2、左右磁性定位条41、前后磁性定位块42、真空吸盘组件3正确安装于夹具体1上，然后通过紧固组件6将夹具体本体11固定连接在夹具体底座12上；其次，对整套夹具进行测量对准、精密调节，保证定位框2下表面与夹具体2上表面紧密贴合，真空吸盘组件3的橡胶盘31上表面与定位框2上表面平齐，左右磁性定位条41的左右定位支撑板411及前后磁性定位块42的前后磁性定位板421与定位框2的外侧面平行；最后将夹具体底座12通过螺栓固定在加工机床工作台（图中未标出）上。
（2）工件完全定位。首先，将左右磁性定位条41的手柄403、前后磁性定位块42上的手柄503向上拨动，使其到达指定位置，给电磁吸铁415及电磁吸铁425通电，通过电磁吸铁的磁力作用将左右支撑板401及前后支撑块501固定在正确位置。将待加工的碳纤维薄板10放置于定位框2上，保证碳纤维薄板10的上表面与定位框2的上表面紧密贴合，根据六点定位原理可知，通过定位框2可限制碳纤维薄板10的Z轴平移、绕X轴与Y轴的转动三个自由度；其次，将碳纤维薄板10的一侧面贴合于左右磁性定位条41上的左右定位条402的表面，根据六点定位原理可知，左右磁性定位条41可限制碳纤维薄板10的Y轴平移和绕Z轴的转动的两个自由度；再次，将碳纤维薄板10的另一侧贴合于前后磁性定位块42上的前后定位钉502上，根据六点定位原理可知，前后磁性定位块42可限制碳纤维薄板10的X轴平移自由度；最后，碳纤维薄板10通过定位框2、左右磁性定位条41、前后磁性定位块42实现快速完全定位，保证了定位精度和效率。
（3）工件稳定夹紧。计算出稳定夹紧碳纤维薄板10时所需的夹紧力，设置好真空泵真空度，通过调节控制系统，提供匹配的真空动力，通过真空吸盘组件3将碳纤维薄板10夹紧固定于定位框2上，定位框2不仅起到定位作用，同时又会对碳纤维薄板10起支撑作用，使得作用于碳纤维薄板10上的夹紧力均匀一致，保证产品铣削加工成品率。此外，为便于碳纤维薄板10钻孔加工，真空吸盘组件3可在固定于定位框2上的带长槽的支撑横梁5上调节移动，调节真空吸盘组件3处于恰当位置，保证产品的完整加工。
（4）工件实现加工。碳纤维薄板10在定位夹紧之后，工件即将加工之前，停止电磁吸铁415、电磁吸铁425的通电，手动拨动左右定位支撑板411及前后磁性定位板421上的手柄，使之绕销钉轴线往外翻转，以便加工时实现一次装夹便可对工件四周铣削的目的。加工开始，对碳纤维薄板10四周侧面铣削及钻孔加工，完成后，关闭真空泵，将工件取下即可。
（5）下一工件的加工。按照步骤（2）、（3）、（4）实施即可实现下一件工件的加工。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置，其特征在于：它包括夹具体、定位框、多个真空吸盘组件、定位件；所述的夹具体通过螺栓与加工机床固定，定位框固定在夹具体的顶面，多个真空吸盘组件安装在定位框内且通过管道与真空泵连接；所述的定位件以可上下摆动的方式铰接在定位框的侧边；所述的定位框为一个矩形框架，多个真空吸盘组件通过支撑横梁安装在矩形框架内；所述的定位件由左右磁性定位条和前后磁性定位块组成；所述的左右磁性定位条铰接在定位框的侧边，前后磁性定位块铰接在定位框的后边。
2.根据权利要求1所述的用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置，其特征在于：所述的真空吸盘组件由橡胶盘、螺纹管、真空管道、支撑横梁构成；橡胶盘与螺纹管连接，螺纹管通过螺母固定在支撑横梁的长槽内，通过调节螺母也可使得螺纹管在支撑横梁的长槽内移动调整位置，真空管道一端与螺纹管下端连接，另一端与真空泵连接，夹紧时提供真空夹紧力；所述的支撑横梁的两端通过螺钉固定安装在定位框内。
3.根据权利要求1所述的用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置，其特征在于：所述的左右磁性定位条包括左右定位支撑板、内外铰支座和电磁吸铁组成；所述的左右定位支撑板铰接在外铰支座的外侧，内铰支座内侧固定在定位框的侧边；所述的电磁吸铁固定在内铰支座上且位于定位框与左右定位支撑板之间。
4.根据权利要求1所述的用于碳纤维薄板侧铣及钻孔的快速装夹装置，其特征在于：所述的前后磁性定位块包括前后磁性定位板、内外铰支座和电磁吸铁组成；所述的前后磁性定位板铰接在外铰支座外侧，内铰支座内侧在定位框后边，所述的电磁吸铁固定在内铰支座上且位于定位框与前后磁性定位板之间。
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