CN105269354B - 薄壁框类零件的装夹装置及其装夹方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁框类零件的装夹装置，用于非磁性薄壁框类待加工零件被加工时对其进行夹持固定，其特征在于，包括：底板部，呈上部开口的槽状，用于容纳待加工零件，包括底部和侧边，底部中空，其内设置有电磁铁，通电后用来产生磁力；位置限定部，设置于底板部内，包括多个由可磁化材料制成的球体，球体在磁力作用下固定在预定位置，用于限定待加工零件的位置。同时还提供了一种利用上述薄壁框类零件的装夹装置进行零件装夹的方法。

Description

薄壁框类零件的装夹装置及其装夹方法

技术领域

本发明属于机械装置领域，尤其是涉及一种应用在汽车、航空航天以及关键精密加工领域内的薄壁框类零件加工装夹装置。

背景技术

机械加工领域中薄壁类零件的加工是一个久攻不破的难题，随着目前市场化中薄壁件产品批量小、品种多的需求日益增长，必将导致夹具、加工成本上涨。为了适应柔性化薄壁件加工的需求，尤其是解决薄壁件加工装夹设计问题，本专利主要针对薄壁框类零件的加工。在对薄壁框类零件进行加工的过程中，由于其外形特殊，刚度小，故其加工所面临的首要技术性难题就是薄壁框类零件的装夹问题。薄壁框类零件的特性有：重量轻、厚度薄、刚度小且极易变形，特别是对于航空航天领域的薄壁框类零件，其精度高、尺寸小、材料要求特殊，这些都使得薄壁框类零件的机械加工时的装夹固定变得尤为困难。这是因为：在加工的过程中，若采用传统夹具对薄壁框类零件进行装夹，一方面由于传统夹具的通用性，无法满足薄壁框类零件特殊外形装夹的需要，进而无法满足装夹定位精度；另一方面，传统夹具无法确定其夹紧力，不合理的夹紧力会导致零件的变形，造成零件加工的误差，使零件加工的合格率降低。

目前的机械加工领域，对于薄壁框类零件的装夹，为了解决以上的薄壁框类零件加工时的装夹问题常采用的方法是：

方法之一，利用油膜产生真空进行装夹。装夹过程中，首先在夹具体上的安装体凹槽内的滑动定位板上端面均匀涂抹机油，然后将薄壁框类零件与滑动定位板的端面贴平，在薄壁框类零件的上端面沿纵向均匀施加压力，将薄壁框类零件和滑动板之间的空气排空，使其中间成为真空，从而利用油吸产生的大气压力以及机油表面的张力将薄壁框类零件吸附在滑动定位板上。这种装夹方式的缺陷在于：1)机油容易造成系统设备的污染，成本高，不环保；2)由于薄壁框类零件是紧贴在滑动定位板上的，从而无法实现对零件的粗加工；3)除此之外，由于带有凹槽的安装板的形状比较单一，因而不能满足不规则外形的薄壁框类零件的装夹。

方法之二，利用真空吸盘产生的真空实现对薄壁框类零件的装夹。在进行装夹之前，先把真空泵机组连接到夹具体吸盘上，然后把需要装夹的零件装夹在夹具体真空泵吸盘上，确认装夹到位后，开启真空泵机组进入工作状态。这种装夹方式的缺陷在于：1)首先利用大气产生的真空对零件进行装夹，这就对零件毛坯件的表面质量要求非常高；2)并且这种装夹方式无法实现一次夹具的定位及夹紧，需要辅助添加其他附件，夹具调整时间久。3)夹紧力很难控制，薄壁件形状受限较大。

方法之三，采用传统的装夹方式，通过优化设计装夹装置中的夹紧方案，即使用传统夹具对薄壁框类零件的外边缘的某些特定点进行夹紧。这种装夹方式虽然简单，但是其明显缺陷在于：传统夹具由于无法控制其夹紧力，容易导致薄壁框类零件的变形，导致加工精度误差较大。

综上可知现有技术的主要缺点为：

1)柔性化程度不高，加工零件的外形受限较大、粗精加工方式受局限。

2)夹具调整时间长、成本高，而且夹紧力很难调整控制。

3)可适性较差，夹具调整过于依赖经验，精度难以控制。

针对以上缺陷，特别需要一种简单而又实用的薄壁框类零件的装夹装置，来满足日益增长的多品种小批量薄壁框类件精密机械加工的需要。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，提供了一种薄壁框类零件的装夹装置以及装夹方法，该装置和对应的装夹方法可对非磁性材料如航天航空的镁铝合金，钛合金，铜基合金的薄壁框类零件进行装夹，利于零件的紧密加工。

本发明提供的一种薄壁框类零件的装夹装置，用于非磁性薄壁框类待加工零件被加工时对其进行夹持固定，其特征在于，包括：底板部，呈上部开口的槽状，用于容纳待加工零件，包括底部和侧边，底部中空，其内设置有电磁铁，通电后用来产生磁力；位置限定部，设置于底板部内，包括多个由可磁化材料制成的球体，球体在磁力作用下固定在预定位置，用于限定待加工零件的位置。

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，还可以具有这样的特征，还包括：夹紧部，包括多组夹持杆和多组推板，夹持杆可活动的设置在底板部的侧边上，穿过设置在侧边上的通孔，推板一侧同夹持杆接触，一侧同球体接触，用于挤压球体。

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，还可以具有这样的特征其特征在于，夹紧部还包括：垫板，设置于底板部上，用于承载待加工零件。

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，还可以具有这样的特征：其中，底板部呈矩形，推板包括：两组滑动推板，设置于侧边的一组对边上，一面和球体接触，另一面和夹持杆接触，通过夹持杆的活动而滑动挤压球体；和两组固定推板，设置于侧边的另一组对边上，位于夹持杆和球体之间，同对应的侧边固定连接。

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，还可以具有这样的特征：其中，夹紧部还包括：应力测量填充块，设置与滑动推板和球体之间，其上镶嵌有压力应变片，用于与压力测量仪表连接来实时测量夹持杆对球体之间的夹持力。

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，还可以具有这样的特征：其中，夹紧部还包括：弹簧，设置于固定推板和侧边之间，用于控制固定推板同球体之间的压力。

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，还可以具有这样的特征：其中，夹持杆外周设置有螺纹，通孔设置有对应相配合的内螺纹，通孔的数目为多个，分别沿着底板部的侧边长度方向均匀设置；夹持杆的数目为两个。

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，还可以具有这样的特征：其中，球体由磁性的钢材制作。

本发明还提供一种使用上述薄壁框类零件的装夹装置进行装夹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将待加工零件的四周根据外形轮廓包围上一圈柔性保护层；

第二步，将合适大小的球体放置到保护层外部来填充底板部；

第三步，通电加载合适大小的磁场用于吸引球体来固定经过粗加工后的零件；

第四步，调节夹持杆和多组推板的位置对球体施加挤压作用来夹持固定代加工零件。

本发明提供的使用上述薄壁框类零件的装夹装置进行装夹的方法，其特征在于：其中，柔性保护层的材料为橡胶、橡皮泥或其混合物。

发明作用与效果

本发明提供的薄壁框类零件的装夹装置，包括其内设置有电磁铁，通电后用来产生磁力的底板部和多个由可磁化材料制成的球体组成的位置限定部，这样的设计使得不规则外形(通过粗加工后)的薄板类零件放置在底板部上，通过在底板部上放置一定数量的钢球，通过通电产生磁场使得钢球牢牢的围绕代加工零件的轮廓而固定，起到零件装夹的作用，如此该装夹装置具有：

操作灵活，薄壁件外形形状、尺寸适用性强，而且还能够有效的保证在加工过程中薄壁框类零件装夹的稳定性、精确性、可靠性；

通过施加磁力，吸附夹紧钢球，使得夹紧方式柔性化程度高，可自适应任意薄板类零件、薄壁框类零件外形尺寸；

电磁铁的设计可以再当通电时产生磁力使钢球紧紧贴附在底板上端面，断电时释放吸力，实现快装快拆，使用快捷方便。

附图说明

图1为本发明薄壁框类零件的装夹装置结构示意图；

图2为本发明薄壁框类零件的装夹装置底板部和内部电磁铁示意图；

图3为使用本发明薄壁框类零件的装夹装置装夹进行粗加工时的装夹示意图；

图4为本发明薄壁框类零件的装夹装置装夹进行粗加工内轮廓时的示意图；

图5为本发明薄壁框类零件的装夹装置装夹进行精加工时的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的薄壁框类零件的装夹装置及其装夹方法作具体阐述。

实施例1

图1为本实施例的薄壁框类零件的装夹装置结构示意图

图2为本实施例的薄壁框类零件的装夹装置底板部和内部电磁铁示意图

如图1，2所示，薄壁框类零件的装夹装置100包括：底板部10和设置于底板部内的位置限定部20和用于夹紧位置限定部20的夹紧部30。

其中：

底板部10，呈上部开口的槽状，为矩形，用于容纳待加工零件，包括底部 11和侧边12，其底部11中空，其内设置有电磁铁13，通电后用来产生磁力，将电磁铁安装在底板部10的中空部可以绝缘和保证安全；

其中四个侧边12上设置有三个以上的通孔14，这里使用螺纹孔，通孔14 用于穿过夹紧部30。

位置限定部20，设置于底板部10内，包括多个由可磁化材料制成的球体 21，可制作球体球体21的材料包括钢材和其他磁性材料，在磁力作用下固定在预定位置，用于限定待加工零件的位置。

夹紧部30，包括多组夹持杆31和多组推板32和设置于底板部10上，用于承载待加工零件的垫板33和应力测量填充块34和弹簧35；其中，

夹持杆31为螺纹杆，即在本实施例中夹持杆31为螺栓，其可活动的设置在底板部10的侧边12上，穿过设置在侧边12上的通孔14，这里夹持杆31的数目为2个，而对应的通孔14数目为7个，分别沿着底板部10的侧边12长度方向均匀设置；

推板32，包括：两组滑动推板321和两组固定推板322，

其中，两组滑动推板321设置于侧边12的一组对边上，一面和球体21接触，另一面和夹持杆31接触，通过夹持杆31与通孔14的螺纹的旋动而滑动挤压球体21达到挤压夹紧的目的；

两组固定推板322设置于侧边12的另一组对边上，位于夹持杆31和球体 21之间，同对应的侧边12通过螺栓固定连接，而在固定推板322和侧边12之间设置有弹簧35(图1,2中未画出，在图4,5中有标记)；

垫板33，设置于底板部10上，用于承载待加工零件，其形状和大小要求能覆盖住代加工零件毛坯；

应力测量填充块34，设置于滑动推板321和球体21之间，其上镶嵌有压力应变片，用于与压力测量仪表连接来实时测量夹持杆31对球体21之间的夹持力。

实施例的作用和有益效果

本实施例提供的薄壁框类零件的装夹装置，包括其内设置有电磁铁，通电后用来产生磁力的底板部和多个由可磁化材料制成的球体组成的位置限定部，这样的设计使得不规则外形(通过粗加工后)的薄板类零件放置在底板部上，通过在底板部上放置一定数量的钢球，通过通电产生磁场使得钢球牢牢的围绕代加工零件的轮廓而固定，起到零件装夹的作用，如此该装夹装置具有：

操作灵活，薄壁件外形形状、尺寸适用性强，而且还能够有效的保证在加工过程中薄壁框类零件装夹的稳定性、精确性、可靠性；

通过施加磁力，吸附夹紧钢球，使得夹紧方式柔性化程度高，可自适应任意薄板类零件、薄壁框类零件外形尺寸；

电磁铁的设计可以再当通电时产生磁力使钢球紧紧贴附在底板上端面，断电时释放吸力，实现快装快拆，使用快捷方便。

本实施例中的薄壁框类零件的装夹装置，还具有包括多组夹持杆和多组推板的夹紧部，其中夹持杆为螺栓，而多组推板包括固定推板和滑动推板，这样的设计使得：

可以通过夹持杆的螺旋来对钢球施加挤紧作用，从而更好的将零件固定，固定更牢靠；

固定推板上设置有弹簧，可以保护挤压力过大带来的对零件的变形损坏。

本实施例中的薄壁框类零件的装夹装置，还具有应力测量填充块，配合读数仪表，可以再装夹过程的螺栓旋转过程中监测应力，从而更好的保护加工零件不发生变形。

本实施例中的薄壁框类零件的装夹装置中的底板部侧边上布置多个螺纹孔可以使本发明技术方案的装夹装置适用性增强，能够适用于多种外形尺寸的薄壁框类零件的装夹。

实施例2

图3为使用上述实施例的薄壁框类零件的装夹装置装夹进行粗加工时的装夹示意图

下面对使用上述实施例1中的薄壁框类零件的装夹装置进行装夹和在加工机械上进行加工的过程进行详细的说明。

如图3所示，矩形薄板零件毛坯被装夹在夹具体上：毛坯下端面和垫板33 上端面接触，垫板33下端面和底板部10(内设置有电磁铁)的上端面接触，毛坯通过应力测量填充块34和夹持杆31螺旋夹紧两侧端面进行固定(即此时两组滑动推板321和两组固定推板322都已拆卸)，其夹紧力由夹持杆31提供，通过拧动夹持杆31产生夹紧力。其中应力测量填充块34形状的选取可以由矩形薄板零件毛坯外形尺寸来确定，镶嵌在应力测量填充块34内的压力应变片配合度数仪表，能够读取出夹持杆31作用在矩形薄板零件毛坯上的夹紧力，从而可以控制夹紧力，对加工完成的薄板零件起到保护作用。图中圆弧线是粗加工的走刀线。

图4为上述实施例的薄壁框类零件的装夹装置装夹进行粗加工内轮廓时的示意图

如图4所示，经过粗加工后的矩形薄板零件毛坯被放置在上述实施例1的薄壁框类零件的装夹装置上，按照下列步骤装夹：

第一步，将待加工零件(即上述的具有设计轮廓的经过粗加工后的矩形薄板零件毛坯)的四周根据外形轮廓包围上一圈柔性保护层，这里使用的是根据零件轮廓设计制作好的橡胶圈；

第二步，分别安装好适当尺寸的两组滑动推板321和两组固定推板322，同时将夹持杆31旋入到合适位置的通孔14中，使得两组滑动推板321和两组固定推板322将待加工零件包围，然后将合适大小的钢球(外径2-10mm)放置到保护层外部来填充底板部；

第三步，通电加载合适大小的磁场用于吸引钢球来固定经过粗加工后的零件；

第四步，调节夹持杆31和两组滑动推板321的位置对钢球施加挤压作用来夹持固定代加工零件。

待夹持好后，即可以按照正常程序进行加工，此步完成对内轮廓框的其余材料的去除，以备后续精加工用。

图5为上述实施例的薄壁框类零件的装夹装置装夹进行精加工时的示意图

如图5所示，该图是薄壁框类零件在所有粗加工完成，对其进行精加工的示意图，精加工主要针对上表面和下表面对其进行表面修整以获得要求的表面粗造度和加工精度，由于在粗加工后材料刚度下降，为了提高薄壁框类零件刚度，添加如图5中所示的交叉填充物(橡皮泥或类似功能材料)。加工上下表面时，可以通过该夹具分别装夹工件正反面精加工。

实施例的作用和有益效果

本实施例的装夹方法，在零件四周端面紧贴橡胶条，对零件起到保护作用，避免钢球对零件夹紧所产生的损坏。

装夹过程中，一套夹具可实现粗精加工装夹，减少重复定位工艺及产生的误差。

Claims (9)

1.一种薄壁框类零件的装夹装置，用于非磁性薄壁框类待加工零件被加工时对其进行夹持固定，其特征在于，包括：

底板部，呈上部开口的槽状，用于容纳待加工零件，包括底部和侧边，底部中空，其内设置有电磁铁，通电后用来产生磁力；

位置限定部，设置于所述底板部内，包括多个由可磁化材料制成的球体，所述球体在所述磁力作用下固定在预定位置，用于限定所述待加工零件的位置；以及

夹紧部，包括多组夹持杆和多组推板，

其中，所述夹持杆可活动的设置在所述底板部的侧边上，穿过设置在所述侧边上的通孔，

所述推板一侧同所述夹持杆接触，一侧同所述球体接触，用于挤压所述球体。

2.根据权利要求1所述的薄壁框类零件的装夹装置，其特征在于，

所述夹紧部还包括：

垫板，设置于所述底板部上，用于承载所述待加工零件。

3.根据权利要求1所述的薄壁框类零件的装夹装置，其特征在于：

其中，所述底板部呈矩形，

所述推板包括：

两组滑动推板，设置于所述侧边的一组对边上，一面和所述球体接触，另一面和所述夹持杆接触，通过所述夹持杆的活动而滑动挤压所述球体；和

两组固定推板，设置于所述侧边的另一组对边上，位于所述夹持杆和所述球体之间，同对应的所述侧边固定连接。

4.根据权利要求3所述的薄壁框类零件的装夹装置，其特征在于：

其中，所述夹紧部还包括：

应力测量填充块，设置于所述滑动推板和所述球体之间，其上镶嵌有压力应变片，用于与压力测量仪表连接来实时测量所述夹持杆对所述球体之间的夹持力。

5.根据权利要求3所述的薄壁框类零件的装夹装置，其特征在于：

其中，所述夹紧部还包括：

弹簧，设置于所述固定推板和所述侧边之间，用于控制所述固定推板同所述球体之间的压力。

6.根据权利要求1所述的薄壁框类零件的装夹装置，其特征在于：

其中，所述夹持杆外周设置有螺纹，所述通孔设置有对应相配合的内螺纹，

所述通孔的数目为多个，分别沿着所述底板部的侧边长度方向均匀设置；

所述夹持杆的数目为两个。

7.根据权利要求1所述的薄壁框类零件的装夹装置，其特征在于：

其中，所述球体由磁性的钢材制作。

8.一种使用权利要求2-7中任意一种薄壁框类零件的装夹装置进行装夹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将所述待加工零件的四周根据外形轮廓包围上一圈柔性保护层；

第二步，将合适大小的所述球体放置到所述保护层外部来填充所述底板部；

第三步，通电加载合适大小的磁场用于吸引所述球体来固定所述待加工零件；

第四步，调节所述夹持杆和所述多组推板的位置对所述球体施加挤压作用来夹持固定所述待加工零件。

9.如权利要求8所述的使用薄壁框类零件的装夹装置进行装夹的方法，其特征在于：

其中，所述柔性保护层的材料为橡胶、橡皮泥或其混合物。