CN105127807B - 一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具及其控制方法，其机械结构的核心部分，通过上下两端均分别采用万向节连接的五个气液阻尼缸，以实现可升降偏转平台根据薄壁零件的加工处理需要，进行0～80mm的升降和0～270°的偏转，并能根据需要悬停于任一空间、保持所需位姿，使得一次装夹即可在复合机床上完成整个工件加工；并且，通过视觉系统的设置，为操作人员进行微小型复杂薄壁零件的加工时，提供了直观、准确的加工信息；其控制方法采用工控机集中控制，控制方案简单合理，具有自动化程度高、在人机协同作用下，操控便捷高效，适于各类三维复杂形貌或自由曲面的微小型薄壁结构件加工等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型机床加工用精密夹具及其控制方法，尤其涉及一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具及其控制方法，属于介/微观跨尺度加工技术领域。
背景技术
微小型零件加工过程中，其在机床间工序转换时需要进行频繁的抓取，由于微小型零件的总体结构尺寸细小，体积小，因而，容易丢失或损坏；并且由于其各功能表面小，重新定位夹紧不可靠，且容易变形，轻者造成加工精度走失，严重者将导致零件报废。
特别是，对结构复杂、线形尺度小、加工工序多、精度要求高的精密微小型结构件，用传统的分散工序方法在多台机床上、经多次装夹定位进行加工，往往无法保证加工质量，有的零部件加工合格率和加工效率都非常低。
只有通过减少装夹次数，避免多次定位误差的积累，提高加工精度，才能有效保证过程的高可靠性，实现零缺陷生产。
而且，这样还可以省去多次装夹定位时间，缩短加工过程和各道工序之间的辅助时间、减少所使用的机床台数、简化物料流，进而大大缩短零件的加工成型用时，提高生产效率，进而提高生产设备的柔性，减小机床设备的总占地面积，节省投资。
发明内容
本发明的目的之一是，提供一种结构简单、布局合理，一次装夹即可在复合机床上完成整个工件加工的精密夹具，其适用于微小型复杂薄壁零件的加工。
本发明为实现上述目的，需要解决的技术问题是，如何实现对厚度为0.1～0.5mm薄壁加工材料的有效吸固、定位和夹持；以及如何实现精密夹具的可升降偏转平台执行0～80mm的升降和0～270°的偏转，并能根据需要悬停于任一空间、保持所需位姿的技术问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，包括底座、可升降偏转平台和五个气液阻尼缸；所述底座为一体式结构，包括下粗上细的两段，整体呈扁平的阶梯轴形状；
所述可升降偏转平台为一圆形板；
所述底座与所述可升降偏转平台一下一上相互平行设置，并通过上述五个气液阻尼缸连接成一整体；
上述五个气液阻尼缸中，一个为中心气液阻尼缸，该中心气液阻尼缸的中轴线与所述底座和所述可升降偏转平台的圆心之间的连线为同一直线；
上述五个气液阻尼缸与所述底座和所述可升降偏转平台的连接方式为：所述中心气液阻尼缸的下端通过万向节与所述底座形成可转动连接，其上端通过一球头销与所述可升降偏转平台形成可转动连接；
另外四个气液阻尼缸均为周边气液阻尼缸，各周边气液阻尼缸的上端与所述可升降偏转平台成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为上万向节，该四个上万向节分别均布在所述可升降偏转平台的下表面边缘内侧的同一圆周面上；
各周边气液阻尼缸的下端与所述底座成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为下万向节，该四个下万向节分别均布在所述底座的上表面边缘内侧的同一圆周面上；
所述可升降偏转平台的上表面的中心位置处设置有一真空吸盘；
在真空吸盘的外壁与可升降偏转平台的边缘之间，在可升降偏转平台的上表面上，沿径向均布有四条滑轨；
上述四条滑轨中，每条滑轨内均分别设置有一滑块，各滑块的上表面均分别设置有一竖立的沿竖直方向延伸的连接轴；在各连接轴的上端面均分别固定设置有一与连接轴垂直，并指向夹具的中轴线方向的压紧板；
所述压紧板与所述连接轴为一体式结构，各压紧板末端的下表面，均分别设置有一直角槽口，该直角槽口用于供放置在真空吸盘顶部的、待加工处理的微小型复杂薄壁零件的边缘部位插入，以被夹持固定，其深度和长度尺寸均与待加工处理的微小型复杂薄壁零件的厚度和大小尺寸相匹配；
在上述每条滑轨中，紧邻真空吸盘，均分别设置有一电磁铁，各电磁铁的线圈均分别与外部电源连接，以产生电磁力，向下吸引各自上方对应的压紧板；
在上述待加工处理的微小型复杂薄壁零件与真空吸盘顶部表面之间，还粘贴有一层双面胶薄膜。
优选为，上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，还包括有若干数量的长条状垫片；
所述垫片根据需要插入所述滑块与滑轨之间的间隙。
进一步优选，上述滑轨的两侧均分别开设有长条状通孔；沿滑轨横向上、在滑块与电磁铁之间，还设置有一定位螺栓。
进一步优选，上述底座的下段与上段连接处所形成的台阶上，从边缘沿径向均匀开设有若干数量的条形通透定位孔；所述条形通透定位孔用于将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时进行定位。
进一步优选，上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其在将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时，所述底座与所述微制造平台的底座之间还设置有一橡胶减震垫。
进一步优选，上述真空吸盘为自动数值控制真空吸盘。
进一步优选，上述的任一用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其还包括有外接的真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统；其中：
(1)、所述真空系统的末端设置有一第三空气过滤器，该第三空气过滤器通过管路与所述真空吸盘连接，在该第三空气过滤器与真空吸盘之间还设置有一压力表；
所述液压系统分别与五个气液阻尼液缸连接，以驱动各气液阻尼缸的动作执行；
所述电磁系统分别与四个电磁铁连接，以控制各电磁铁的线圈电流大小；
所述视觉成像系统安装在精密夹具的侧上方位置处，以将整个精密夹具运动状态同步成像，并将图像信息传送至外接的工控机，由工控机内的实时图像处理软件进行图像处理；
所述真空系统包括两条相互并联的控制回路，分别为第一回路和第二回路；
所述第一回路的末端与所述空气过滤器连接，通过真空泵对真空吸盘抽真空，以产生吸附力；
所述第二回路的末端与所述空气过滤器连接，用于将压缩空气送入真空吸盘，以使真空吸盘内的真空状态被破坏、恢复至正常大气压，以使真空吸盘所受吸附力变为零；
所述第一回路从末端至起始端的连接顺序为：真空开关和第一二位二通电磁阀，其中，第一二位二通电磁阀的一个端口与第一气容连接，另一个端口与第一真空控制组件的进气端连接；上述第一真空控制组件由顺次连接的第一空气过滤器、第一减压阀和第一气压表组成；上述第一真空控制组件的出气端顺次连接连有真空泵和第一真空发生器；
所述第二回路从末端至起始端的连接顺序为：单向节流阀、第二二位二通电磁阀、第二真空控制组件和压缩空气气源；
上述第二真空控制组件的出气端与第二二位二通电磁阀连接，其进气端与压缩空气气源连接；上述第二真空控制组件由顺次连接的第二气压表、第二减压阀、第二空气过滤器和第三空气过滤器组成；
(2)、所述液压系统包括液压控制组件和气动控制组件；
所述液压控制组件包括油杯、单向阀和节流阀；其中，节流阀与气液阻尼缸的液压缸的出油口连接，单向阀的出口端与气液阻尼缸的液压缸的进油口连接；上述气液阻尼缸的液压缸与节流阀通过液压油管连接，形成一液压油闭路循环；
在竖直方向上，上述油杯的标高高于所述气液阻尼缸顶部的标高；
所述气动控制组件包括第二压缩空气气源和二位四通电磁换向阀；其中，二位四通电磁换向阀的出气端口与气液阻尼缸的气缸的进气口连接，二位四通电磁换向阀的进气端口与气液阻尼缸的气缸的出气口连接，形成一压缩空气闭路循环；
(3)、所述电磁微力压紧系统包括安装在压紧板下表面上的超薄压电传感器，该超薄压电传感器用于检测待加工处理的微小型复杂薄壁零件所受电磁力的大小；
(4)、所述视觉成像系统由物镜、传像束、传光束、图像采集卡和图像处理软件组成，并安装在用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具顶部的侧上方。
上述技术方案直接带来的技术效果是，整个精密夹具结构简单、布局紧凑、合理，可以充分满足对厚度为0.1～0.5mm薄壁加工材料的有效吸固、定位和夹持；并可以实现精密夹具的可升降偏转平台执行0～80mm的升降和0～270°的偏转，并能根据需要悬停于任一空间、保持所需位姿，进而充分满足一次装夹即可在复合机床上完成整个工件加工的精密夹具，其适用于微小型复杂薄壁零件的加工的技术要求。
为更好地理解上述技术效果，现简要分析与说明如下：
1、上述技术方案中，双面胶薄膜、小型自动数值控制真空吸盘(CNC真空吸盘)与真空系统系列技术手段的采用，可以有效保证待加工处理的薄壁零件的可靠吸固与定位；夹紧板与电磁铁的配合，可以保证待加工处理的薄壁零件的正上方表面的压紧和侧表面的挤紧定位。
2、上述技术方案中，通过上下两端均分别采用万向节连接的四个周边气液阻尼缸和一个下端通过万向节与底座形成可转动连接，上端通过一球头销与上述可升降偏转平台形成可转动连接的中心气液阻尼缸，可以实现可升降偏转平台根据薄壁零件的加工处理需要，进行0～80mm的升降和0～270°的偏转，并能根据需要悬停于任一空间、保持所需位姿。
即，可以充分满足一次装夹即可在复合机床上完成整个工件加工的精密夹具，其适用于微小型复杂薄壁零件的加工的技术要求。
并且，上述技术方案中，视觉系统的设置，为操作人员进行微小型复杂薄壁零件的加工时，提供了直观、准确的加工信息，有力地保证了操作的准确性和加工的质量。
3、在上述技术方案中，双面胶薄膜的作用有两个方面：一是，使得微小型复杂薄壁零件与真空吸盘之间可靠密封，利于抽真空；二是，采用平面吸固方式，可以避免出现微铣刀刃端部在即将达到或是穿透薄壁材料底部时，可能造成对真空吸盘上表面形成冲击或磨损。
实际使用过程中，这种双面胶薄膜的厚度和宽度一般均约为1～2mm，具体依待加工的薄壁材料的具体厚度进行选择。
4、在上述技术方案中，“各压紧板末端的下表面，均分别设置有一直角槽口，该直角槽口用于供放置在真空吸盘顶部的、待加工处理的微小型复杂薄壁零件的边缘部位插入，以被夹持固定，其深度和长度尺寸均与待加工处理的微小型复杂薄壁零件的厚度和大小尺寸相匹配”这一技术特征，可以保证对薄壁加工材料的正上方表面压紧、侧表面的挤紧定位。
而，“滑轨的两侧均分别开设有长条状通孔；沿滑轨横向上、在滑块与电磁铁之间，还设置有一定位螺栓”这一技术特征，可以保证待加工处理的微小型复杂薄壁零件可以固定在一定范围内的任意位置。
5、上述技术方案中，“在将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时，所述底座与所述微制造平台的底座之间还设置有一橡胶减震垫”这一技术特征，可以对加工过程中微制造平台(可升降偏转平台)传递来的各种高频扰力形成有效阻隔和衰减缓冲。
本发明的目的之二是，提供一种上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法，其具有自动化程度高、控制方案简单合理等技术特点。
本发明为实现该目的所采用的技术方案是，一种上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法，其特征在于，所述真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统均分别由设置在精密夹具外部的工控机集中控制；
所述工控机通过第一可编程多轴运动控制卡控制电磁铁线圈的电流大小，以调节压紧板的夹紧力，并与工控机内预先设定的各种材料所能承受压力值进行比对，工控机根据比对结果通过控制软件发出微调指令，由电磁系统执行，将电磁铁线圈的电流大小调节至设定值；
所述工控机通过第二可编程多轴运动控制卡驱动二位四通电磁阀，使气液阻尼缸的活塞杆升高或降低至预先设定的位置，并与工控机内预先设定的位置数据进行比对，工控机根据比对结果通过控制软件发出微调指令，由液压系统执行，将气液阻尼缸的活塞杆升高或降低至设定的位置；
所述工控机通过第三可编程多轴运动控制卡，将视觉成像系统传送回来、经图像采集卡反馈给工控机的图像信息，由操作人员根据需要对所需观测的具体位置的具体状况，进行图像的放大/缩小，或者成像区域的选择与调整，以判断精密夹具所夹持的待加工处理的微小型复杂薄壁零件的空间位姿，并决定下一步精密夹具所需的姿态调整。
优选为，上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法，其特征在于，在工控机的集中控制下，真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统根据工控机所发出的指令，分别按如下方式进行指令的执行：
a.真空系统：首先，启动第一真空发生器和真空泵，当第一二位二通电磁阀通电、切换至右位时，真空吸盘内气体依次经第三真空过滤器、第一二位二通电磁阀的右位，分别进入第一气容和第一真空控制组件，在真空泵的抽吸下被抽成真空；
此时，待加工处理的微小型复杂薄壁零件处于被吸附状态；
当某一加工动作完成后，第一二位二通电磁阀断电；同时，第二二位二通电磁阀通电、切换至左位，真空开关关闭，压缩空气经压缩空气气源进入第二真空控制组件，后依次分别经过第二二位二通电磁阀的左位、单向节流阀、第三过滤器进入真空吸盘；
此时，真空吸盘内的真空状态被破坏，当真空度为零时，待加工处理的微小型复杂薄壁零件处于松弛状态；
b.液压系统：当二位四通电磁换向阀下位时，气液阻尼缸的气缸下腔进气，上腔排气；此时，由于液压油的密度大于气体的密度大，抗压缩性大，气液阻尼缸的活塞杆向上伸出；
同时，气液阻尼缸的液压缸上腔容积减小，排出的液压油经节流阀返回下腔，通过调节节流阀的流量大小以进行气液阻尼缸的活塞杆运动速度的调节；
当二位四通电磁换向阀上位时，气液阻尼缸的气缸上腔进气，下腔排气；此时，由于液压油的阻尼大于气体的阻尼，气液阻尼缸的活塞杆下降速度相对较慢；
同时，气液阻尼缸的液压缸下腔容积减小，排出的液压油经节流阀返回至上腔；
利用在竖直方向上，上述油杯的标高高于所述气液阻尼缸顶部的标高，将油杯中储存的液压油适时通过单向阀对气液阻尼缸的液压缸的液压油可能的泄露进行补偿；
c.电磁微力压紧系统：通过电磁微力压紧系统中的电流调节电路适时调节电磁铁线圈的电流大小实现；
d.视觉成像系统：视觉成像系统的物镜与工控机的第三驱动器连接，图像采集卡通过PCI总线与工控机通讯连接；光源发出的光通过传光束照射到整个精密夹具上，以照明现场；
视觉成像系统通过物镜和传像束把图像传送至工控机的图像采集卡，由工控机的图像处理软件进行分析处理，实现对加工过程中整个精密夹具整体或局部的全程同步观测。
上述技术方案直接带来的技术效果是，自动化程度高、控制方案简单合理，有效地降低了操作人员的操控难度和劳动强度，保证了加工成型质量的稳定性、可靠性。
综上所述，本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、精密夹具的结构简单、布局合理，一次装夹即可在复合机床上完成微小型复杂薄壁零件的加工；
2、可以实现对厚度为0.1～0.5mm薄壁加工材料的有效吸固、定位和夹持；以及精密夹具的可升降偏转平台执行0～80mm的升降和0～270°的偏转动作的自由执行，并能根据需要悬停于任一空间、保持所需位姿；并且具有自动化程度高、控制方案简单合理，可有效降低了操作人员的操控难度和劳动强度，保证加工成型质量的稳定性、可靠性。
附图说明
图1为本发明的精密夹具总装轴测结构示意图；
图2为本发明的精密夹具总装结构主视轴测结构示意图；
图3为本发明的精密夹具总装轴测结构俯视示意图；
图4为本发明的精密夹具的夹紧板的局部放大轴测结构示意图；
图5为本发明的真空系统的控制原理图；
图6为本发明的气液阻尼缸的控制原理图；
图7为本发明的工控机的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1-4所示，本发明的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其包括底座9、可升降偏转平台15和五个气液阻尼缸；上述底座为一体式结构，包括下粗上细的两段，整体呈扁平的阶梯轴形状；
上述可升降偏转平台为一圆形板；
上述底座与上述可升降偏转平台一下一上相互平行设置，并通过上述五个气液阻尼缸连接成一整体；
上述五个气液阻尼缸中，一个为中心气液阻尼缸20，该中心气液阻尼缸的中轴线与上述底座和上述可升降偏转平台的圆心之间的连线为同一直线；
上述五个气液阻尼缸与上述底座和上述可升降偏转平台的连接方式为：上述中心气液阻尼缸的下端通过万向节与所述底座形成可转动连接，其上端通过一球头销19与上述可升降偏转平台形成可转动连接；
另外四个气液阻尼缸均为周边气液阻尼缸7，各周边气液阻尼缸的上端与上述可升降偏转平台成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为上万向节14，该四个上万向节分别均布在上述可升降偏转平台的下表面边缘内侧的同一圆周面上；
各周边气液阻尼缸的下端与上述底座成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为下万向节8，该四个下万向节分别均布在上述底座的上表面边缘内侧的同一圆周面上；
上述可升降偏转平台的上表面的中心位置处设置有一真空吸盘16；
在真空吸盘的外壁与可升降偏转平台的边缘之间，在可升降偏转平台的上表面上，沿径向均布有四条滑轨13；
上述四条滑轨中，每条滑轨内均分别设置有一滑块6，各滑块的上表面均分别设置有一竖立的沿竖直方向延伸的连接轴5；在各连接轴的上端面均分别固定设置有一与连接轴垂直，并指向夹具的中轴线方向的压紧板1；
上述压紧板与上述连接轴为一体式结构，各压紧板末端的下表面，均分别设置有一直角槽口22，该直角槽口用于供放置在真空吸盘顶部的、待加工处理的微小型复杂薄壁零件18的边缘部位23插入，以被夹持固定，其深度和长度尺寸均与待加工处理的微小型复杂薄壁零件的厚度和大小尺寸相匹配；
在上述每条滑轨中，紧邻真空吸盘，均分别设置有一电磁铁2，各电磁铁的线圈4均分别与外部电源连接，以产生电磁力，向下吸引各自上方对应的压紧板；
在上述待加工处理的微小型复杂薄壁零件与真空吸盘顶部表面之间，还粘贴有一层双面胶薄膜17。
上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其还包括有若干数量的长条状垫片12；
上述垫片根据需要插入上述滑块与滑轨之间的间隙。
上述滑轨的两侧均分别开设有长条状通孔；沿滑轨横向上、在滑块与电磁铁之间，还设置有一定位螺栓3。
上述底座的下段与上段连接处所形成的台阶10上，从边缘沿径向均匀开设有若干数量的条形通透定位孔21；上述条形通透定位孔用于将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时进行定位。
上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，在将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时，上述底座与上述微制造平台的底座之间还设置有一橡胶减震垫11。
上述任一的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，上述真空吸盘为自动数值控制真空吸盘。
上述任一的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，还包括有外接的真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统；其中：
(1)、上述真空系统的末端设置有一第三空气过滤器29，该第三空气过滤器通过管路与上述真空吸盘连接，在该第三空气过滤器与真空吸盘之间还设置有一压力表30；
上述液压系统分别与五个气液阻尼缸连接，以驱动各气液阻尼缸的动作执行；
上述电磁系统分别与四个电磁铁连接，以控制各电磁铁的线圈电流大小；
上述视觉成像系统安装在精密夹具的侧上方位置处，以将整个精密夹具运动状态同步成像，并将图像信息传送至外接的工控机，由工控机内的实时图像处理软件进行图像处理；
上述真空系统包括两条相互并联的控制回路，分别为第一回路和第二回路；
上述第一回路的末端与上述空气过滤器连接，通过真空泵对真空吸盘抽真空，以产生吸附力；
上述第二回路的末端与上述空气过滤器连接，用于将压缩空气送入真空吸盘，以使真空吸盘内的真空状态被破坏、恢复至正常大气压，以使真空吸盘所受吸附力变为零；
上述第一回路从末端至起始端的连接顺序为：真空开关28和第一二位二通电磁阀27，其中，第一二位二通电磁阀27的一个端口与第一气容35连接，另一个端口与第一真空控制组件26的进气端连接；上述第一真空控制组件26由顺次连接的第一空气过滤器、第一减压阀和第一气压表组成；上述第一真空控制组件26的出气端顺次连接连有真空泵25和第一真空发生器24；
上述第二回路从末端至起始端的连接顺序为：单向节流阀31、第二二位二通电磁阀32、第二真空控制组件33和压缩空气气源34；
上述第二真空控制组件33的出气端与第二二位二通电磁阀32连接，其进气端与压缩空气气源34连接；上述第二真空控制组件33由顺次连接的第二气压表、第二减压阀、第二空气过滤器和第三空气过滤器组成；
(2)、上述液压系统包括液压控制组件和气动控制组件；
上述液压控制组件包括油杯38、单向阀37和节流阀36；其中，节流阀36与气液阻尼缸的液压缸42的出油口连接，单向阀37的出口端与气液阻尼缸的液压缸42的进油口连接；上述气液阻尼缸的液压缸42与节流阀36通过液压油管连接，形成一液压油闭路循环；
在竖直方向上，上述油杯38的标高高于上述气液阻尼缸顶部的标高；
上述气动控制组件包括第二压缩空气气源39和二位四通电磁换向阀40；其中，二位四通电磁换向阀40的出气端口与气液阻尼缸的气缸41的进气口连接，二位四通电磁换向阀40的进气端口与气液阻尼缸的气缸41的出气口连接，形成一压缩空气闭路循环；
(3)、上述电磁微力压紧系统包括安装在压紧板下表面22上的超薄压电传感器，该超薄压电传感器用于检测待加工处理的微小型复杂薄壁零件所受电磁力的大小；
(4)、上述视觉成像系统由物镜、传像束、传光束、图像采集卡和图像处理软件组成，并安装在用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具顶部的侧上方。
为更好地理解本发明，现结合附图，详细说明本发明的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法。
如图7所示，本发明的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法，其特征在于，上述真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统均分别由设置在精密夹具外部的工控机集中控制；
上述工控机通过第一可编程多轴运动控制卡控制电磁铁线圈的电流大小，以调节压紧板的夹紧力，并与工控机内预先设定的各种材料所能承受压力值进行比对，工控机根据比对结果通过控制软件发出微调指令，由电磁系统执行，将电磁铁线圈的电流大小调节至设定值；
上述工控机通过第二可编程多轴运动控制卡驱动二位四通电磁阀，使气液阻尼缸的活塞杆升高或降低至预先设定的位置，并与工控机内预先设定的位置数据进行比对，工控机根据比对结果通过控制软件发出微调指令，由液压系统执行，将气液阻尼缸的活塞杆升高或降低至设定的位置；
上述工控机通过第三可编程多轴运动控制卡，将视觉成像系统传送回来、经图像采集卡反馈给工控机的图像信息，由操作人员根据需要对所需观测的具体位置的具体状况，进行图像的放大/缩小，或者成像区域的选择与调整，以判断精密夹具所夹持的待加工处理的微小型复杂薄壁零件的空间位姿，并决定下一步精密夹具所需的姿态调整。
如图5-7所示，上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法，其特征在于，在工控机的集中控制下，真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统根据工控机所发出的指令，分别按如下方式进行指令的执行：
a.真空系统：首先，启动第一真空发生器24和真空泵25，当第一二位二通电磁阀27通电、切换至右位时，真空吸盘16内气体依次经第三真空过滤器29、第一二位二通电磁阀27的右位，分别进入第一气容35和第一真空控制组件26，在真空泵25的抽吸下被抽成真空；
此时，待加工处理的微小型复杂薄壁零件18处于被吸附状态；
当某一加工动作完成后，第一二位二通电磁阀27断电；同时，第二二位二通电磁阀32通电、切换至左位，真空开关28关闭，压缩空气经压缩空气气源34进入第二真空控制组件33，后依次分别经过第二二位二通电磁阀32的左位、单向节流阀31、第三过滤器29进入真空吸盘16；
此时，真空吸盘内的真空状态被破坏，当真空度为零时，待加工处理的微小型复杂薄壁零件18处于松弛状态；
b.液压系统：当二位四通电磁换向阀40下位时，气液阻尼缸的气缸41下腔进气，上腔排气；此时，由于液压油的密度大于气体的密度大，抗压缩性大，气液阻尼缸的活塞杆向上伸出；
同时，气液阻尼缸的液压缸42上腔容积减小，排出的液压油经节流阀36返回下腔，通过调节节流阀36的流量大小以进行气液阻尼缸的活塞杆运动速度的调节；
当二位四通电磁换向阀40上位时，气液阻尼缸的气缸41上腔进气，下腔排气；此时，由于液压油的阻尼大于气体的阻尼，气液阻尼缸的活塞杆下降速度相对较慢；
同时，气液阻尼缸的液压缸42下腔容积减小，排出的液压油经节流阀36返回至上腔；
利用在竖直方向上，上述油杯38的标高高于上述气液阻尼缸顶部的标高，将油杯38中储存的液压油适时通过单向阀37对气液阻尼缸的液压缸42的液压油可能的泄露进行补偿；
c.电磁微力压紧系统：通过电磁微力压紧系统中的电流调节电路适时调节电磁铁线圈的电流大小实现；，
d.视觉成像系统：视觉成像系统的物镜与工控机的第三驱动器连接，图像采集卡通过PCI总线与工控机通讯连接；光源发出的光通过传光束照射到整个精密夹具上，以照明现场；
视觉成像系统通过物镜和传像束把图像传送至工控机的图像采集卡，由工控机的图像处理软件进行分析处理，实现对加工过程中整个精密夹具整体或局部的全程同步观测。
补充说明：为保证加工精度，在进行薄壁零件加工处理之前，一般需要采用丙酮，对待加工的薄壁零件坯料进行浸泡预处理，之后风干备用，以将其表面清理干净。
Claims (9)
1.一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，包括底座、可升降偏转平台和五个气液阻尼缸；所述底座为一体式结构，包括下粗上细的两段，整体呈扁平的阶梯轴形状；
所述可升降偏转平台为一圆形板；
所述底座与所述可升降偏转平台一下一上相互平行设置，并通过上述五个气液阻尼缸连接成一整体；
上述五个气液阻尼缸中，一个为中心气液阻尼缸，该中心气液阻尼缸的中轴线与所述底座和所述可升降偏转平台的圆心之间的连线为同一直线；
上述五个气液阻尼缸与所述底座和所述可升降偏转平台的连接方式为：所述中心气液阻尼缸的下端通过万向节与所述底座形成可转动连接，其上端通过一球头销与所述可升降偏转平台形成可转动连接；
另外四个气液阻尼缸均为周边气液阻尼缸，各周边气液阻尼缸的上端与所述可升降偏转平台成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为上万向节，该四个上万向节分别均布在所述可升降偏转平台的下表面边缘内侧的同一圆周面上；
各周边气液阻尼缸的下端与所述底座成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为下万向节，该四个下万向节分别均布在所述底座的上表面边缘内侧的同一圆周面上；
所述可升降偏转平台的上表面的中心位置处设置有一真空吸盘；
在真空吸盘的外壁与可升降偏转平台的边缘之间，在可升降偏转平台的上表面上，沿径向均布有四条滑轨；
上述四条滑轨中，每条滑轨内均分别设置有一滑块，各滑块的上表面均分别设置有一竖立的沿竖直方向延伸的连接轴；在各连接轴的上端面均分别固定设置有一与连接轴垂直，并指向夹具的中轴线方向的压紧板；
所述压紧板与所述连接轴为一体式结构，各压紧板末端的下表面，均分别设置有一直角槽口，该直角槽口用于供放置在真空吸盘顶部的、待加工处理的微小型复杂薄壁零件的边缘部位插入，以形成过渡配合的方式被夹持固定，其深度和长度尺寸均与待加工处理的微小型复杂薄壁零件的厚度和大小尺寸相匹配；
在上述每条滑轨中，紧邻真空吸盘，均分别设置有一电磁铁，各电磁铁的线圈均分别与外部电源连接，以产生电磁力，向下吸引各自上方对应的压紧板；
在上述待加工处理的微小型复杂薄壁零件与真空吸盘顶部表面之间，还粘贴有一层双面胶薄膜。
2.根据权利要求1所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，还包括有若干数量的长条状垫片；
所述垫片根据需要插入所述滑块与滑轨之间的间隙。
3.根据权利要求1所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，所述滑轨的两侧均分别开设有长条状通孔；沿滑轨横向上、在滑块与电磁铁之间，还设置有一定位螺栓。
4.根据权利要求1所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，所述底座的下段与上段连接处所形成的台阶上，从边缘沿径向均匀开设有若干数量的条形通透定位孔；所述条形通透定位孔用于将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时进行定位。
5.根据权利要求4所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，在将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时，所述底座与所述微制造平台的底座之间还设置有一橡胶减震垫。
6.根据权利要求1-5任一所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，所述真空吸盘为自动数值控制真空吸盘。
7.根据权利要求1-5任一所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，还包括有外接的真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统；其中：
(1)、所述真空系统的末端设置有一第三空气过滤器，该第三空气过滤器通过管路与所述真空吸盘连接，在该第三空气过滤器与真空吸盘之间还设置有一压力表；
所述气液压系统分别与五个气液阻尼缸连接，以驱动各气液阻尼缸的动作执行；
所述电磁系统分别与四个电磁铁连接，以控制通过各电磁铁的线圈电流大小；
所述视觉成像系统安装在精密夹具的侧上方位置处，以将整个精密夹具运动状态同步成像，并将图像信息传送至外接工控机，由工控机内的实时图像处理软件进行图像处理；
所述真空系统包括两条相互并联的控制回路，分别为第一回路和第二回路；
所述第一回路的末端与所述空气过滤器连接，通过真空泵对真空吸盘抽真空，以产生吸附力；
所述第二回路的末端与所述空气过滤器连接，用于将压缩空气送入真空吸盘，以使真空吸盘内的真空状态被破坏、恢复至正常大气压，以使真空吸盘所受吸附力变为零；
所述第一回路从末端至起始端的连接顺序为：真空开关和第一二位二通电磁阀，其中，第一二位二通电磁阀的一个端口与第一气容连接，另一个端口与第一真空控制组件的进气端连接；上述第一真空控制组件由顺次连接的第一空气过滤器、第一减压阀和第一气压表组成；上述第一真空控制组件的出气端顺次连接连有真空泵和第一真空发生器；
所述第二回路从末端至起始端的连接顺序为：单向节流阀、第二二位二通电磁阀、第二真空控制组件和压缩空气气源；
上述第二真空控制组件的出气端与第二二位二通电磁阀连接，其进气端与压缩空气气源连接；上述第二真空控制组件由顺次连接的第二气压表、第二减压阀、第二空气过滤器和第三空气过滤器组成；
(2)、所述液压系统包括液压控制组件和气动控制组件；所述液压控制组件包括油杯、单向阀和节流阀；其中，节流阀与气液阻尼缸的液压缸的出油口连接，单向阀的出口端与气液阻尼缸的液压缸的进油口连接；上述气液阻尼缸的液压缸与节流阀通过液压油管连接，形成一液压油闭路循环；
在竖直方向上，上述油杯的标高高于所述气液阻尼缸顶部的标高；
所述气动控制组件包括第二压缩空气气源和二位四通电磁换向阀；其中，二位四通电磁换向阀的出气端口与气液阻尼缸的气缸的进气口连接，二位四通电磁换向阀的进气端口与气液阻尼缸的气缸的出气口连接，形成一压缩空气闭路循环；
(3)、所述电磁微力压紧系统包括安装在压紧板下表面上的超薄压电传感器，该超薄压电传感器用于检测待加工处理的微小型复杂薄壁零件所受电磁力的大小；
(4)、所述视觉成像系统由物镜、传像束、传光束、图像采集卡和图像处理软件组成，并安装在用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具顶部的侧上方。
8.一种如权利要求7所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法，其特征在于，所述真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统均分别由设置在精密夹具外部的工控机集中控制；
所述工控机通过第一可编程多轴运动控制卡控制电磁铁线圈的电流大小，以调节压紧板的夹紧力，并与工控机内预先设定的各种材料所能承受压力值进行比对，工控机根据比对结果通过控制软件发出微调指令，由电磁系统执行，将电磁铁线圈的电流大小调节至设定值；
所述工控机通过第二可编程多轴运动控制卡驱动二位四通电磁阀，使气液阻尼缸的活塞杆升高或降低至预先设定的位置，并与工控机内预先设定的位置数据进行比对，工控机根据比对结果通过控制软件发出微调指令，由液压系统执行，将气液阻尼缸的活塞杆升高或降低至设定的位置；
所述工控机通过第三可编程多轴运动控制卡，将视觉成像系统传送回来、经图像采集卡反馈给工控机的图像信息，由操作人员根据需要对所需观测的具体位置的具体状况，进行图像的放大/缩小，或者成像区域的选择与调整，以判断精密夹具所夹持的待加工处理的微小型复杂薄壁零件的空间位姿，并决定下一步精密夹具所需的姿态调整。
9.根据权利要求8所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具的控制方法，其特征在于，在工控机的集中控制下，真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统根据工控机所发出的指令，分别按如下方式进行指令的执行：
a.真空系统：首先，启动第一真空发生器和真空泵，当第一二位二通电磁阀通电、切换至右位时，真空吸盘内气体依次经第三真空过滤器、第一二位二通电磁阀的右位，分别进入第一气容和第一真空控制组件，在真空泵的作用下被抽成真空；
此时，待加工处理的微小型复杂薄壁零件处于被吸附状态；
当某一加工动作完成后，第一二位二通电磁阀断电；同时，第二二位二通电磁阀通电、切换至左位，真空开关关闭，压缩空气经压缩空气气源进入第二真空控制组件，后依次分别经过第二二位二通电磁阀的左位、单向节流阀、第三过滤器进入真空吸盘；
此时，真空吸盘内的真空状态被破坏，当真空度为零时，待加工处理的微小型复杂薄壁零件处于松弛状态；
b.液压系统：当二位四通电磁换向阀下位时，气液阻尼缸的气缸下腔进气，上腔排气；此时，由于液压油的密度大于气体的密度大，抗压缩性大，气液阻尼缸的活塞杆向上伸出；
同时，气液阻尼缸的液压缸上腔容积减小，排出的液压油经节流阀返回下腔，通过调节节流阀的流量大小以进行气液阻尼缸的活塞杆运动速度的调节；
当二位四通电磁换向阀上位时，气液阻尼缸的气缸上腔进气，下腔排气；此时，由于液压油的阻尼大于气体的阻尼，气液阻尼缸的活塞杆下降速度相对较慢；
同时，气液阻尼缸的液压缸下腔容积减小，排出的液压油经节流阀返回至上腔；
利用在竖直方向上，上述油杯的标高高于所述气液阻尼缸顶部的标高，将油杯中储存的液压油适时通过单向阀对气液阻尼缸的液压缸的液压油可能的泄露进行补偿；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |