CN106975955A - 真空吸附数控浮动点阵托架 - Google Patents

Abstract

一种真空吸附数控浮动点阵托架，它包括工作台（1）和安装在工作台上的多个浮动托架单元（3），其特征是所述的多个浮动托架单元（3）按矩形阵列排列在工作台（1）上，工作台（1）设有支撑腿（24）；在工作台上固定有使构件（2）定位的定位装置，构件（2）通过定位装置确定其在CAM软件中的原点；数控系统中的CAM软件按构件（2）的原点和曲面形状计算出每个浮动托架单元（3）的高度，数控系统根据CAM软件计算出的数据，驱动浮动托架单元（3）中的球面支撑点形成与构件曲面一致的浮动点阵托架，将构件（2）按设定的位置安放在浮动点阵托架上并进行吸附，完成构件的定位与固定。本发明结构简单，定位方便，通用性强，能满足各种外形结构件的定位，提高定位效率，降低加工成本。

Description

真空吸附数控浮动点阵托架

技术领域

本发明涉及一种零件定位夹持技术，尤其是一种异形零件夹持定位装置，具体地说是一种用于加工类似飞机零件的真空吸附数控浮动点阵托架。

背景技术

随着我国航空航天事业的不断发展，碳纤维等高强度复合轻质材料得到了越来越广泛的应用，其中飞机机翼、尾翼等构件也都广泛采用碳纤维复合材料制造，这类大型构件的特点是外形曲面复杂，尺寸较大，构件刚性比较弱。长期以来，飞机构件的加工制造主要采用刚性模具定位，该方法具有使用方便、生产效率高、零件尺寸一致性好等特点，能够满足批量生产飞机构件的需要。但刚性模具同时存在制造费力费时、费用高、周期长等缺点，无法满足飞机试制速度加快、批量小、周期更短、制造精度要求更高的发展需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的大型异形件采用刚性夹具定位，生产制造存在成本高、周期长、精度不高，需要反复修整的问题，设计一种定位精度高、使用方便的真空吸附数控浮动点阵托架。

本发明的技术方案是：

一种真空吸附数控浮动点阵托架，它包括工作台1和安装在工作台上的多个浮动托架单元3，其特征是所述的多个浮动托架单元3按矩形阵列排列在工作台1上，工作台1设有支撑腿24，支撑腿24用于保证每个浮动托架单元3有足够的上下移动空间；在工作台上固定有使构件2定位的定位装置（可为至少两个定位销或指定的浮动托架单元），构件2通过定位装置确定其在CAM软件中的原点；每个浮动托架单元3均受控于数控系统，数控系统中的CAM软件按构件2的原点和曲面形状计算出每个浮动托架单元3的支撑杆23的高度，数控系统根据CAM软件计算出的数据，驱动浮动托架单元3中的球面支撑点形成与构件下表面曲面一致的浮动点阵托架，将构件2按设定的位置安放在浮动点阵托架上并进行吸附，完成构件的定位与固定，即可对构件进行后续的加工。

所述的浮动托架单元3包括安装座22、托架座10、支撑杆23、丝杠20、丝杠螺母21和伺服电机16，安装座22固定在工作台1上的矩形阵列的阵列点位上，托架座10与安装座22相连，支撑杆23安装在托架座10中并能在安装座10中作上下移动，支撑杆23的上端穿过安装座22并安装有球形定位座5和碗形吸盘4，且球形定位座位于碗形吸盘4中，支撑杆23的下端安装有丝杠螺母21和感应支架11，在托架座10上设有与感应支架11相匹配的感应开关12，丝杠20的一端旋装在丝杠螺母中并伸入支撑杆23中，另一端支承在轴承19中并通过联轴器15与伺服电机16相连，轴承19安装在轴承座14中，轴承座固定在托架座10中；伺服电机16受控于控制系统并按浮动托架单元3所在矩阵点位控制支撑杆23的高度，当点阵中所有浮动托架单元3的支撑杆23的高度调整完成后，将构件2按设定的位置安放在浮动点阵托架上，碗形吸盘4吸住构件2的下表面，满足加工定位要求。

所述的感应开关12的数量为三个，分别对应支撑杆23的上限位、原点和下限位。

所述的托架座10中安装有防止支撑杆23旋转的导向套9，在支撑杆23上设有与导向套相配的导向槽。

所述的导向套9安装在托架座10中靠近安装座22的一端中。

所述的安装座22由三个台阶体构成，最小的台阶体插入托架座10中，中间的台阶体插入工作台上的安装孔中，第三个台阶体作为定位面位于工作台面之上。

所述的轴承座14上安装有接油盘13。

所述的轴承19为双列轴承；所述的碗形吸盘4通过连接座6固定在支撑杆23上，连接座6上设有连通负压装置的接头7。

所述的伺服电机16安装在电机支架17上，电机支架17固定在托架座10的下端上。

所述的支撑杆23伸出安装座22的一端上套装有能伸缩的防护罩8。

本发明的有益效果：

本发明创造性将水切割技术应用于飞机结构件的加工，具有速度快、无污染、切口质量好和精度高的优点。

本发明结构简单，定位方便，通用性强，能满足各种外形结构件的定位，提高定位效率，降低加工成本。

本发明创造性采用“浮动点阵托架”进行工件的定位，它由多个浮动托架单元组成，采用全数字控制，多点定位，真空吸附；浮动托架单元均匀地分布在工作台上，浮动托架单元的排布与数量可根据构件形状和尺寸进行调整（为降低成本，浮动托架单元的数量可比工作台台面的安装孔数量少）。首先，由CAM软件按构件的曲面形状计算出每个浮动托架单元的高度，在数控系统的控制下，浮动托架单元自动调整高度，使浮动托架单元的球面支撑点形成与构件曲面一致的形状；每个浮动托架单元的上端均安装有碗形吸盘，当构件安装到位后，碗形吸盘将构件与浮动托架单元的定位点固定。

本发明 “浮动点阵托架”能够根据零件的理论数模，自动将浮动点阵托架调整成构件的型面，具有自动化程度高，定位精度高，使用方便等特点，能够满足飞机构件小批量、多品种的加工需求。它与五轴水切割加工中心集成，实现了飞机构件的数字化柔性加工。

附图说明

图1是本发明的真空吸附数控浮动点阵托架结构示意图。

图2是本发明的浮动托架单元的结构示意图。

图3是本发明在水切割设备中的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-2所示。

一种真空吸附数控浮动点阵托架，它包括工作台1和安装在工作台上的多个浮动托架单元3，如图1所示，所述的多个浮动托架单元3按矩形阵列排列在工作台1上，工作台1设有支撑腿24，支撑腿24用于保证每个浮动托架单元3有足够的上下移动空间；在工作台上固定有使构件2定位的定位装置（可为至少两个定位销或指定的浮动托架单元），构件2通过定位装置确定其在CAM软件中的原点；每个浮动托架单元3均受控于数控系统，数控系统中的CAM软件按构件2的原点和曲面形状计算出每个浮动托架单元3的高度，数控系统根据CAM软件计算出的数据，驱动浮动托架单元3中的球面支撑点形成与构件下表面曲面一致的浮动点阵托架，将构件2按设定的位置安放在浮动点阵托架上并进行吸附，完成构件的定位与固定，即可对构件进行后续的加工。

本发明的浮动托架单元3如图2所示，它由碗形吸盘4、球形定位座5、连接座6、接头7、防护罩8、导向套9、托架座10、感应支架11、感应开关12、接油盘13、轴承座14、联轴器15、伺服电机16、电机支架17、圆螺母18、轴承19、丝杠20、丝杠螺母21、安装座22和支撑杆23组成。碗形吸盘4和球形定位座5均固定安装在连接座6的上端面，接头7安装在连接座6的右侧面，连接座6与支撑杆23的上端面固定联接；支撑杆23的外圆柱套装在导向套9的内孔中，导向套9的外圆柱套装在托架座10的上侧内孔中，与托架座10固定联接，安装座22的下端外圆套装在托架座10上端的内孔中，托架座10的上端面与安装座22的下侧端面相抵，安装座22与托架座10固定联接；丝杠螺母21套装在支撑杆23的下端内孔中，丝杠螺母21与支撑杆23固定联接；感应支架11固定安装在丝杠螺母21的下端面，感应开关12安装在托架座10的右侧三个不同高度处（当感应支架11在支撑杆23带动下移动到感应开关12位置时，感应开关12发出电信号，安装在托架座10上、中、下的三个感应开关分别确定支撑杆23的上限位、机械原点和下限位）；轴承19套装在轴承座14的内孔中，轴承座14套装在托架座10下端内孔中，与其固定联接，电机支架17套装在轴承座14下端外圆上，与其固定联接；伺服电机16套装在电机支架17下端内孔中，与其固定联接；丝杠20上部套装在丝杠螺母21的内孔中，下侧外圆柱套装在轴承19的内孔中，连轴器15上端套装在丝杠20下端外圆柱上，与其固定联接，下端套装在伺服电机16的轴伸上，与其固定联接；工作台1的台面上均匀地分布着安装孔，浮动托架单元3的安装座22中部的圆柱面套装在工作台1台面的安装孔中，安装座22与工作台1台面固定联接。所述的托架座10中安装有防止支撑杆23旋转的导向套9，在支撑杆23上设有与导向套相配的导向槽。所述的导向套9安装在托架座10中靠近安装座22的一端中。所述的安装座22由三个台阶体构成，最小的台阶体插入托架座10中，中间的台阶体插入工作台上的安装孔中，第三个台阶体作为定位面位于工作台面之上。

具体使用时，先由CAM软件按构件的曲面形状计算出每个浮动托架单元的高度，数控系统根据CAM软件计算出的数据，控制伺服电机16转动，伺服电机16带动丝杠20同步转动，支撑杆23在丝杠20的驱动下上升至预定高度，多个浮动托架单元的球面支撑点形成与构件下表面曲面一致的形状；将构件按设定的位置安放在浮动点阵托架上，当构件安放到位后，开启阀门，将接头7与真空装置连通，在碗形吸盘4与构件之间形成真空，碗形吸盘4将构件固定在球形定位座5上；至此，完成构件的定位与固定，再对构件进行后续的加工。

具体应用例。

如图3所示。

一种使用本发明真空吸附数控浮动点阵托架的水切割设备，如图3所示，，它包括导轨31、龙门架32、水切割头33、Z轴单元34和工作台1，水切割头33安装在Z轴单元34上，Z轴单元安装在龙门架32上并能带动水切割头33在龙门架32上左右移动和上下移动，龙门架32在导轨31上前后移动，所述的工作台1安装在导轨31之间，在工作台1上安装有多个按矩形阵列排列的浮动托架单元3，构件2通过浮动托架单元3定位在工作台1上。具体工作时，根据零件的大小和形状，并不是每个浮动托架单元3均进入工作状态，而是由软件通过计算确定出需要调整高度的浮动托架单元3的座标，再由控制系统根据每个浮动托架单元3的升程，控制伺服电机转动的圈数来实现调高，具体实施时还可通过位移传感器来控制浮动托架单元3的升程，这些技术均属于普通的计算机数控技术。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种真空吸附数控浮动点阵托架，它包括工作台（1）和安装在工作台上的多个浮动托架单元（3），其特征是所述的多个浮动托架单元（3）按矩形阵列排列在工作台（1）上，工作台（1）设有支撑腿（24），支撑腿（24）用于保证每个浮动托架单元（3）有足够的上下移动空间；在工作台上固定有使构件（2）定位的定位装置，构件（2）通过定位装置确定其在CAM软件中的原点；每个浮动托架单元（3）均受控于数控系统，数控系统中的CAM软件按构件（2）的原点和曲面形状计算出每个浮动托架单元（3）的高度，数控系统根据CAM软件计算出的数据，驱动浮动托架单元（3）中的球面支撑点形成与构件下表面曲面一致的浮动点阵托架，将构件（2）按设定的位置安放在浮动点阵托架上并进行吸附，完成构件的定位与固定，即可对构件进行后续的加工。

2.根据权利要求1所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的浮动托架单元（3）包括安装座（22）、托架座（10）、支撑杆（23）、丝杠（20）、丝杠螺母（21）和伺服电机（16），安装座（22）固定在工作台（1）上的矩形阵列的阵列点位上，托架座（10）与安装座（22）相连，支撑杆（23）安装在托架座（10）中并能在安装座（10）中作上下移动，支撑杆（23）的上端穿过安装座（22）并安装有球形定位座（5）和碗形吸盘（4），且球形定位座位于碗形吸盘（4）中，支撑杆（23）的下端安装有丝杠螺母（21）和感应支架（11），在托架座（10）上设有与感应支架（11）相匹配的感应开关（12），丝杠（20）的一端旋装在丝杠螺母中并伸入支撑杆（23）中，另一端支承在轴承（19）中并通过联轴器（15）与伺服电机（16）相连，轴承（19）安装在轴承座（14）中，轴承座固定在托架座（10）中；伺服电机（16）受控于控制系统并按浮动托架单元（3）所在矩阵点位控制支撑杆（23）的高度，当点阵中所有浮动托架单元（3）的支撑杆（23）的高度调整结束后，将构件（2）按设定的位置安放在浮动点阵托架上，碗形吸盘（4）吸住构件（2）的下表面，满足加工定位要求。

3.根据权利要求2所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的感应开关（12）的数量为三个，分别对应支撑杆（23）的上限位、原点和下限位。

4.根据权利要求2所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的托架座（10）中安装有防止支撑杆（23）旋转的导向套（9），在支撑杆（23）上设有与导向套相配的导向槽。

5.根据权利要求3所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的导向套（9）安装在托架座（10）中靠近安装座（22）的一端中。

6.根据权利要求2所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的安装座（22）由三个台阶体构成，最小的台阶体插入托架座（10）中，中间的台阶体插入工作台上的安装孔中，第三个台阶体作为定位面位于工作台面之上。

7.根据权利要求2所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的轴承座（14）上安装有接油盘（13）。

8.根据权利要求2所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的轴承（19）为双列轴承；所述的碗形吸盘（4）通过连接座（6）固定在支撑杆（23）上，连接座（6）上设有连通负压装置的接头（7）。

9.根据权利要求2所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的伺服电机（16）安装在电机支架（17）上，电机支架（17）固定在托架座（10）的下端上。

10.根据权利要求2所述的真空吸附数控浮动点阵托架，其特征是所述的支撑杆（23）伸出安装座（22）的一端上套装有能伸缩的防护罩（8）。