CN106926037A - 一种适用于复杂曲面加工的夹具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于加工制造相关技术领域，其公开了一种适用于复杂曲面加工的夹具，其包括底座、支撑架、承载结构及驱动件，所述支撑架设置在所述底座上，所述承载结构设置在所述支撑架上，所述驱动件连接于所述承载结构；所述承载结构包括柔性基质体及设置在所述柔性基质体上的电路层，所述柔性基质体开设有收容腔；所述电路层用于将加工时接收到的振动信号转换为电信号后传输给所述驱动件；所述驱动件用于将气体或者液体充入所述收容腔以使所述柔性基质体产生变形以与待加工的薄壁件相贴合，或者根据接收到的所述电信号调节所述收容腔内的所述气体或者液体的压力及体积，以进一步减小振动。本发明还涉及上述夹具的使用方法。

Description

一种适用于复杂曲面加工的夹具及其使用方法

技术领域

本发明属于加工制造相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于复杂曲面加工的夹具及其使用方法。

背景技术

在机械加工制造过程中为了加固加工对象，使加工对象定位在正确的位置以接收施工或者检测，通常需要使用夹具。合理的机械夹具能够有效的提高机械加工的质量和效率，以航空产业为例，为了控制飞机的整体质量和性能，其结构件中存在大量非结构化的复杂曲面、薄壁结构，此类结构形状复杂、相对刚度较低、加工余量大、工艺性差，铣削过程受切削力的作用容易产生变形和振动，导致加工工艺性差，精度难以保证，出现壁厚不均和严重变形等质量问题。同时，此类工件彼此之间结构差异明显，专门为其定制的夹具使用范围有限，增加了制造成本。

为了适应此类加工的需求，人们开始研制柔性夹具，即通过对夹具的设计、制造、使用的单一过程改变为循环使用过程。组合夹具和拼装夹具是目前夹具柔性化的主要应用方向，通过使用预先制造好的各种不同形状、规格和尺寸的标准元件来进行夹具的组合和拼装。但此类夹具对组合元件的要求高，首次投资高，装配调试要求技术高，且难以装夹不规则形状零件，零件种类和数量多需要专业管理，使用和维护成本较高。

此外，还可以采用填充物辅助增强的方法，即在复杂薄壁结构件空腔内加注填充物，使结构件成为实心刚性体，具体流程为：(1)结构件在粗加工及热处理去应力后，结构件内腔型面精加工至图纸精度要求；(2)结构件内腔填充复合要求的填充物，加工外形面至图纸要求；(3)取出符合要求的填充物，完成结构件的加工。采取填充的方法能够适应不同的几何形状，且能够保证不同部位的受力均匀，但填充材料的选择和用量都需要根据实际的加工原材料进行匹配，技术方案不具备可移植性。相应地，本领域存在着发展一种简便可靠、低成本且适用性强的薄壁件加工方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于复杂曲面加工的夹具及其使用方法，其基于薄壁件的加工特点，针对薄壁件的加工方法及夹具进行了设计。所述夹具的电路层能够实时对薄壁件加工过程中的实时状态进行监测，通过调整夹具内的介质的压力及体积可以对工件的夹持力等进行实时改变，可以改变工件及夹具的整体惯量，从而改变整体振动频率，进一步减小振动。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于复杂曲面的夹具，其包括底座、支撑架、承载结构及驱动件，其特征在于：

所述支撑架设置在所述底座上，所述承载结构设置在所述支撑架上，所述驱动件连接于所述承载结构；

所述承载结构包括柔性基质体及设置在所述柔性基质体上的电路层，所述柔性基质体开设有收容腔；所述电路层用于将加工时接收到的振动信号转换为电信号后传输给所述驱动件；所述驱动件用于将气体或者液体充入所述收容腔以使所述柔性基质体产生变形以与待加工的薄壁件相贴合，或者根据接收到的所述电信号调节所述收容腔内的所述气体或者液体的压力及体积，以改变所述薄壁件及所述夹具的整体惯量来进一步减小振动。

进一步地，所述承载结构包括托盘及设置在所述托盘上的柔性组件，所述托盘连接于所述支撑架；所述柔性基质体及所述电路层包含于所述柔性组件。

进一步地，所述柔性基质体是由柔性材料制成的，其用于吸收加工时的振动。

进一步地，所述柔性基质体的厚度为1毫米～200毫米。

进一步地，所述收容腔在无压力时的体积为0.01～10立方厘米，充压时的体积为1～500立方厘米。

进一步地，所述夹具还包括连接于所述承载结构的数据采集模块，所述数据采集模块包括数据采集卡及数据处理组件，所述数据采集卡通过所述电路层上的传感器来采集信号数据，并将所述信号数据传输给所述数据处理组件，所述数据处理组件分析和处理接收到的所述信号数据，并将分析及处理后的所述信号数据传输给加工设备终端。

按照本发明的另一方面，提供了一种如上所述的适用于复杂曲面的夹具的使用方法，其包括以下步骤：

(1)将待加工的薄壁件设置在机床上，转动机床的夹紧机构使得所述薄壁件的非工作面与所述夹具相接触；

(2)根据所述薄壁件的尺寸来选择所述夹具的数量；

(3)所述驱动件将气体或者液体充入所述收容腔，以调整所述收容腔内的压力，进而使所述柔性组件产生变形以与所述薄壁件贴合，以此所述夹具对所述薄壁件支撑；

(4)所述夹具吸收加工过程中的振动，同时所述电路层将接收到的振动信号转换为电信号后传输给所述驱动件，所述驱动件根据接收到的所述电信号调节所述收容腔内的所述气体或者所述液体的压力及体积，以改变所述薄壁件及所述夹具的整体惯量，进一步减小振动。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于复杂曲面加工的夹具及其使用方法主要具有以下有益效果：

(1)本发明提供的适用于复杂曲面加工的夹具适用性强，能够有效地贴合多种复杂曲面，具有很强的自适应顺形性，免去不同工件需要使用不同夹具的弊端；

(2)夹具为柔性，能够有效地减少加工中振动产生的误差，不仅对工件无损，还具有极好的保护性；夹具自身吸收振动、调整平衡振动、改变工件和夹具整体的固有频率以减小振动；

(3)夹具设置有数据采集模块，数据采集模块能够实时监控及检测加工过程中的各种信息，将加工过程形成闭环，有效提高加工精度和质量；

(4)夹具的使用简单，通用性较好，适用于各种需要夹持的复杂曲面；

(5)夹具为多点夹持控制，能够有效地实现工件的中心平衡和位置控制。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的适用于复杂曲面加工的夹具的使用状态示意图。

图2是图1中的适用于复杂曲面加工的夹具的使用流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明较佳实施方式提供的适用于复杂曲面加工的夹具，所述夹具为柔性夹具。所述夹具包括底座、支撑架、承载结构、数据采集模块及驱动件，所述支撑架设置在所述底座上，所述底座用于支撑所述支撑架、所述承载结构及所述数据采集模块。所述承载结构设置在所述支撑架上，所述数据采集模块连接于所述承载结构。所述驱动件连接于所述承载结构。

所述承载结构包括托盘及设置在所述托盘上的柔性组件，所述托盘连接于所述支撑架。所述柔性组件包括柔性基质体及电路层，所述电路层设置在所述柔性基质体上。本实施方式中，所述柔性基质体是由柔性材料制成的，如橡胶、塑料；所述柔性基质体的厚度为1毫米～200毫米。

所述柔性基质体开设有收容腔，所述收容腔用于收容气体或者液体，其内的压力可以调节。通过调整所述收容腔内的压力可以使薄壁件与所述夹具完全贴合。加工产生的振动被所述夹具所吸收，所述电路层接受振动信号，并将所述振动信号转换成电信号后传输给所述驱动件，所述驱动件以接收到的所述电信号为依据做出动作调整，平衡振动，其通过调节所述收容腔内的介质(气体或者液体)的压力及体积，来改变工件和夹具整体的惯量，从而调整整体固有频率，进一步减小振动。

本实施方式中，所述收容腔在无压力时的体积为0.01立方厘米～10立方厘米，充压时的体积为1立方厘米～500立方厘米；所述电路层设置有应力传感器、温度传感器、振动传感器、气压传感器、液压传感器及距离传感器，其上设置的传感器的总数为10个～50个，上述的各种传感器分别用于收集加工过程中产生的信号数据。

所述数据采集模块连接于所述电路层，其包括数据采集卡及数据处理组件，所述数据采集卡通过所述电路层上的传感器来采集信号数据，并将所述信号数据传输给所述数据处理组件，所述数据处理组件分析和处理接收到的所述信号数据，并将分析和处理后的所述信号数据传输给加工设备终端。

请参阅图2，所述夹具的使用方法主要包括以下步骤：

步骤一，将待加工的薄壁件设置在机床上，转动机床的夹紧机构使得所述薄壁件的非工作面与所述夹具相接触。具体地，所述夹具通常位于所述薄壁件的非工作面的下方，当然，也可以根据实际需要，将所述夹具调整至所述薄壁件的后方或者其他位置。

步骤二，根据薄壁件的尺寸来选择所述夹具的数量。具体地，根据薄壁件的尺寸选取需要的所述承载结构的尺寸和数量，如薄壁件面积很大时，可以同时使用多个所述夹具来承载所述薄壁件的不同区域。

步骤三，所述驱动件将气体或者液体充入所述收容腔，以调整所述收容腔内的压力，进而使所述柔性组件与所述薄壁件完全贴合。

步骤四，所述电路层将接受到的振动信号转换为电信号传输给所述驱动件，所述驱动件依据接收到的所述电信号调节所述收容腔内的气体或者液体的压力及体积，以减小振动。具体地，所述步骤四还包括将所述数据采集模块与所述加工设备终端相连接，所述数据采集模块采集、分析及处理来自所述电路层的信号数据后并传输给所述加工设备终端。

本发明提供的适用于复杂曲面加工的夹具及其使用方法，其适用性强，能够有效地贴合多种复杂曲面，具有很强的自适应顺形性，免去不同工件需要使用不同夹具的弊端；夹具为柔性，能够有效地减少加工中振动产生的误差，不仅对工件无损，还具有极好的保护性；夹具自身吸收振动、夹具可作出动作调整平衡振动、改变工件和夹具整体的固有频率以减小振动；夹具设置有数据采集模块，数据采集模块能够实时监控及检测加工过程中的各种信息，将加工过程形成闭环，有效提高加工精度和质量；夹具的使用简单，通用性较好，适用于各种需要夹持的复杂曲面；夹具为多点夹持控制，能够有效地实现工件的中心平衡和位置控制，且安装使用简单方便。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于复杂曲面加工的夹具，其包括底座、支撑架、承载结构及驱动件，其特征在于：

所述支撑架设置在所述底座上，所述承载结构设置在所述支撑架上，所述驱动件连接于所述承载结构；

所述承载结构包括柔性基质体及设置在所述柔性基质体上的电路层，所述柔性基质体开设有收容腔；所述电路层用于将加工时接收到的振动信号转换为电信号后传输给所述驱动件；所述驱动件用于将气体或者液体充入所述收容腔以使所述柔性基质体产生变形以与待加工的薄壁件相贴合，或者根据接收到的所述电信号调节所述收容腔内的所述气体或者液体的压力及体积，以改变所述薄壁件及所述夹具的整体惯量来进一步减小振动。

2.如权利要求1所述的适用于复杂曲面加工的夹具，其特征在于：所述承载结构包括托盘及设置在所述托盘上的柔性组件，所述托盘连接于所述支撑架；所述柔性基质体及所述电路层包含于所述柔性组件。

3.如权利要求1-2任一项所述的适用于复杂曲面加工的夹具，其特征在于：所述柔性基质体是由柔性材料制成的，其用于吸收加工时的振动。

4.如权利要求1-2任一项所述的适用于复杂曲面加工的夹具，其特征在于：所述柔性基质体的厚度为1毫米～200毫米。

5.如权利要求1-2任一项所述的适用于复杂曲面加工的夹具，其特征在于：所述收容腔在无压力时的体积为0.01～10立方厘米，充压时的体积为1～500立方厘米。

6.如权利要求1-2任一项所述的适用于复杂曲面加工的夹具，其特征在于：所述夹具还包括连接于所述承载结构的数据采集模块，所述数据采集模块包括数据采集卡及数据处理组件，所述数据采集卡通过所述电路层上的传感器来采集信号数据，并将所述信号数据传输给所述数据处理组件，所述数据处理组件分析和处理接收到的所述信号数据，并将分析及处理后的所述信号数据传输给加工设备终端。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的适用于复杂曲面加工的夹具的使用方法，其包括以下步骤：

(1)将待加工的薄壁件设置在机床上，转动机床的夹紧机构使得所述薄壁件的非工作面与所述夹具相接触；

(2)根据所述薄壁件的尺寸来选择所述夹具的数量；

(3)所述驱动件将气体或者液体充入所述收容腔，以调整所述收容腔内的压力，进而使所述柔性组件产生变形以与所述薄壁件贴合，以此所述夹具对所述薄壁件支撑；

(4)所述夹具吸收加工过程中的振动，同时所述电路层将接收到的振动信号转换为电信号后传输给所述驱动件，所述驱动件根据接收到的所述电信号调节所述收容腔内的所述气体或者所述液体的压力及体积，以改变所述薄壁件及所述夹具的整体惯量，进一步减小振动。