CN107470941A - 一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置及其制造方法，其特征在于夹具模块结构：活塞顶安装万向头，多个活塞排列固定在夹具箱体中，在夹具箱体一侧安装检测装置、箱角上安装辅助支撑杆、加工参考零点位标，箱体壁上安装电磁锁定装置和手动电磁铁，具箱体内存放液体、活塞腔体与夹具箱体内液体流通，构成夹具模块；制造方法：先将万向头安装在活塞杆上、活塞安装在夹具箱体上、箱角上安装辅助支撑杆、检测装置安装在夹具箱体侧面，组合成一个柔性夹具模块；与薄壁工件同形的若干柔性夹具模块组装成万向头高、低过渡、边缘交错夹具装置；结构简单、操作方便、制作成本低、其互换性及模块化程度高，拥有一定程度的自动化特性，极大地提高生产效率。

Description

一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置及其制造方法
技术领域
本发明属于加工制造领域，涉及一种应用于航空复杂薄壁件加工用柔性夹具装置的设计制造及使用方法。
背景技术
航空工业是国家经济和国防建设的战略性产业,是一个国家工业技术的集中体现。飞机蒙皮的作用是维持飞机外形，使之具有很好的空气动力特性。飞机蒙皮是典型的薄壁件，结构复杂、相对刚度较低、加工余量大、工艺性差、加工过程受到力的作用容易产生变形等。
传统的薄壁零件装配工装多采用刚性结构，装配模式采用一对一模式即一个组件对应一个型架，因此需要设计、制造大量工装。又因薄壁零件具有结构尺寸大、外形复杂、种类繁多、制造精度要求高、易变形等特点，所以在薄壁零件加工过程中需采用大量具有定位、夹紧功能的工艺装备或设备，来确保从零部件从生产到装配过程中的精确几何外形。同时，随着越来越多新型零部件的出现，对夹具的使用性能和结构提出了新的要求，旧的装配工装已经不能满足装配要求，需要一种结构简单、适应性强、柔性高的新型柔性夹具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置及其制造方法，专用于航空复杂薄壁件加工。
一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置，包括万向头、活塞、电磁锁定装置、夹具箱体、检测装置，其特征在于夹具模块结构：活塞顶安装万向头，多个活塞排列固定在夹具箱体中，在夹具箱体一侧安装检测装置、箱角上安装高度可调的辅助支撑杆、安装机床加工用的多个加工参考零点位标，在夹具箱体壁上安装电磁锁定装置和手动电磁铁，夹具箱体内存放液体、活塞腔体与夹具箱体内液体流通，构成夹具模块；
该制造方法包含以下6个步骤：
步骤1:先将万向头安装在活塞杆上；
步骤2:将完成步骤1的活塞安装在夹具箱体上；
步骤3：在夹具箱体的箱角上安装辅助支撑杆；
步骤4：安装检测装置在夹具箱体侧面，组合成一个柔性夹具模块；
步骤5：根据实际需要可选由步骤1～步骤4完成的若干柔性夹具模块组装成万向头高、低过渡或参杂、边缘交错与薄壁工件同形的夹具装置；
步骤6：在机床上选择合适的位置旋转手动电磁铁将夹具装置固定到机床上；
所述万向头表面固定橡胶吸盘、可调节的角度在±60°之间；
所述活塞可调节高度在0cm～100cm之间；
所述辅助支撑杆高度可调，可调范围在0cm～100cm之间。
本发明的有益效果为：
传统夹具在对航空复杂薄壁件，如飞机蒙皮加工时往往采用一对一模式制造工装夹具，而面对种类繁多，结构复杂的航空复杂薄壁件，需要设计大量夹具。其设计量量和成本无疑是较大的，并且各种工装夹具的模块化以及互换性较低，难以重复利用。工装夹具转换及薄壁工件的装夹采用人工装夹的方法，自动化程度较低导致其加工效率较低而且难以保证其加工精度。与传统夹具相比本发明将柔性夹具分解为若干模块，根据实际加工过程中薄壁工件外形的不同，选择合理的柔性夹具模块进行组合使用，完成各种复杂外形航空薄壁件的加工。本发明结构简单、操作方便、制作成本低、其互换性及模块化程度高，并且拥有一定程度的自动化特性可以极大地提高生产效率。
附图说明
图1为由柔性夹具模块构成的柔性夹具装置组合结构图；
图2为单个柔性夹具模块的结构图；
图3为柔性夹具的原理图；
图4a为与箱体内液体流通的活塞内阀切断流通状态图；
图4b为活塞内液体正常流通状态；
图5a为所述检测方式中的一种检测装置的原理图；
图5b为检测装置控制阀运动的流程图；
图6为万向头的结构图；
图7为本发明所述的柔性夹具装置使用步骤的示意图。
具体实施方式
附图中：1--万向头；2--活塞；3--辅助支撑杆；4--电磁锁定装置；5--手动电磁铁；6--检测装置；7--夹具箱体；8--加工参考零点位标；图3中300--薄壁工件；301--活塞杆；302--液体；图4中400--电磁阀；401--阀体；402--X方向连杆；403--Y方向连杆；404--溢流孔；图5中A、B、C为选择的三个检测点，a、b、c为检测装置6中的各个点位，L1、L2、L3为测量处理后得出的各个点位相对高度。
本发明一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置，如图1所示，由2个柔性夹具模块组成的柔性夹具装置。
单个柔性夹具模块如图2所示，其中万向头1上端固定三个小型橡胶吸盘可轻微吸附薄壁工件300，在装夹过程中能调节与薄壁工件300贴合的角度，且万向头1可调节的角度在±60°之间；活塞杆301起到支撑薄壁工件300的作用，夹具箱体7内的液体302通过压强作用进入活塞2腔体内推动活塞杆301向上运动，可调节高度在0cm～100cm之间；所述辅助支撑杆3高度可调，范围在0cm～100cm之间，在活塞2高度调整时起到支撑薄壁工件300的作用。所述手动电磁铁5起到将夹具模块固定到机床上的作用。所述检测装置6有两种类型，其一为直线检测，即在夹具的一侧放置发射装置，另一侧放置接收装置，当被检测段区域内无障碍时，接收装置成功接收到发射装置发出的信号，反馈到控制端，该检测装置处于激发态；另一种为距离检测：距离可调节，当检测装置发出的信号满足设置的距离时，该装置将信号输送到控制端并处于激发态。距离检测可根据实际需要将距离设定为具体数值x，只有当检测出的距离也为x时，该检测装置工作，处于激发状态；这种检测方法适合如已知的拥有高度差的多个平面，利用已知的高度差检验检测装置测量的是否准确。两种类型的检测装置6即可单独使用又可结合使用。每个夹具模块夹具箱体7上安装有一套电磁锁定装置4和四个手动电磁铁5、并在夹具箱体7箱角安装机床加工用的夹具零位8作为机床加工的定位零点，每个夹具模块均有多个参考零点。
制造方法，其特征在于以下6个步骤：
步骤1:先将万向头1安装在活塞2上；
步骤2:将完成步骤1的多个活塞2排列安装在夹具箱体7上；
步骤3：安装辅助支撑杆3在夹具箱体7平面角上；
步骤4：安装检测装置6在夹具箱体7侧面，组合成一个柔性夹具模块；
步骤5：在机床上选择合适的位置旋转手动电磁铁5将夹具模块固定到机床上；
步骤6：根据实际需要选由步骤1～步骤5完成的若干柔性夹具模块组装成万向头高、低过渡或高、低参杂、边缘交错与薄壁工件同形的夹具装置。
本发明夹具装置实现对航空复杂薄壁件夹持的原理是：见图3、4，当被加工薄壁工件300放置到本发明的柔性夹具上，单个或几个万向头1、活塞杆301先与薄壁工件300接触受压并自动调整角度，同时该活塞杆301受力向下运动并压缩活塞2腔体内液体302流动，对夹具箱体7内的液体302产生一定压强，该压强通过液体302释放给未与薄壁工件300接触的活塞2腔体内，并推动活塞杆301向上运动与薄壁工件300接触。各个活塞2所处不同位置与薄壁工件300接触时所受压力不同，通过液位变化实现所有活塞杆301高度自动调节；当所有的活塞杆301均与薄壁工件300接触并达到稳定状态、即满足检测装置6预设条件时，检测装置6反馈给电磁锁定装置4，激发电磁锁定装置4工作，固定所有活塞杆301高度，防止活塞杆301在薄壁工件300在被加工过程中受力产生运动。至此完成对薄壁工件300夹持，可对其表面进行加工。辅助支撑杆3的高度是根据薄壁工件300放置到柔性夹具上时与之相对应位置处的高度决定，在薄壁工件300放置前辅助支撑杆301高度应已调整完毕，其作用是在活塞杆301高度调整期间起到辅助调节、支撑薄壁工件300薄壁工件的作用，具体地说是在活塞杆301夹持完毕达到新的平衡状态时，保证薄壁工件300水平地放置到夹具上，防止薄壁工件300在夹具上出现倾斜。
图4a为所述电磁锁定装置4，由电磁阀400连接的多个阀401安装在Y方向连杆403上，X方向连杆402与Y方向连杆403垂直连接，组成固定活塞杆301的锁定机构。在活塞2壁上端开溢流孔404，防止阀401在运动过程中挤压活塞2腔体内液体302对活塞杆301产生影响。当阀401进行运动时活塞2腔体内多余的液体302通过该溢流孔404回流到夹具箱体7中，见图4b。
检测装置6安装次序：如图5a为所述检测方式中的距离检测时，还可以在多个柔性夹具模块组成的夹具装置安装在机床上后，当薄壁工件300放置到夹具上，再安装由三个检测装置6组成的检测组，测量夹具的三个位置a、b、c，还在薄壁工件上任选三个检测点并做相应标记a、b、c，由被加工尺寸可知第一至第三检测点的相对高度分别为i1、i2、i3，根据三个检测点a、b、c位置安装三个检测装置6为A、B、C，检测值计算处理后的相对高度值分别为L1、L2、L3。当被加工薄壁工件300在夹具上达到新的稳态后，即检测装置6检测出的高度值在一段时间内保持为恒定值，且处理后的相对高度值与薄壁工件300上的相对高度一致时，即i1＝L1、i2＝L2、i3＝L3，则该组检测方式达到预设检测条件；每个薄壁工件300可根据实际情况选择多组检测装置6。图5b是检测装置控制阀401运动的流程图，所有的检测方式可以看成是由串联方式的常开点连接的，当所有的检测装置6均满足预设条件时，所有的检测方式闭合，此时电磁阀400被激发工作通过Y向连杆403带动由X向连杆402连接的阀401对应活塞2运动，使阀401切断切断液体302在夹具箱体7与活塞2腔体内流通，达到固定活塞杆301的目的。此时被加工薄壁工件300即被万向头1端的橡胶吸盘固定在柔性夹具上，可进行下一步具体工序的加工。

Claims (7)

1.一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置，包括万向头、活塞、电磁锁定装置、夹具箱体、检测装置，其特征在于夹具模块结构：活塞(2)顶安装万向头(1)，多个活塞(2)排列固定在夹具箱体(7)中，在夹具箱体(7)一侧安装检测装置(6)、箱角上安装高度可调的辅助支撑杆(3)、安装机床加工用的多个加工参考零点位标(8)，在夹具箱体(7)壁上安装电磁锁定装置(4)和手动电磁铁(5)，夹具箱体(7)内存放液体、活塞(2)腔体与夹具箱体(7)内液体流通，构成夹具模块；若干柔性夹具模块组装成与薄壁工件同形的、万向头高、低过渡或高、低参杂、边缘交错的夹具装置，由夹具箱体上的手动电磁铁固定到机床上。
2.一种如权利要求1所述的加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置的制造方法，其特征在于包含以下6个步骤：
步骤1:先将万向头(1)安装在活塞杆(301)上；
步骤2:将完成步骤1的活塞(2)安装在夹具箱体(7)上；
步骤3：在夹具箱体(7)的箱角上安装辅助支撑杆(3)；
步骤4：安装检测装置(6)在夹具箱体(7)侧面，组合成一个柔性夹具模块；
步骤5：根据实际需要可选由步骤1～步骤4完成的若干柔性夹具模块组装成万向头高、低过渡或参杂、边缘交错与薄壁工件同形的夹具装置；
步骤6：在机床上选择合适的位置旋转手动电磁铁(5)将夹具装置固定到机床上。
3.根据权利要求2所述的一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置的制造方法，其特征在于步骤4中检测装置(6)安装次序：检测方式为距离检测时，在多个柔性夹具模块组成的夹具装置安装在机床上后，当薄壁工件(300)放置到夹具上，再安装由三个检测装置(6)组成的检测组，测量夹具的三个位置a、b、c，还在薄壁工件上任选三个检测点并做标记，检测点标记(5001、5002、5003)，由被加工尺寸可知第一至第三检测点A、B、C的相对高度分别为i1、i2、i3，根据三个检测点A、B、C位置安装检测装置(6)，检测值计算处理后的相对高度值分别为L1、L2、L3；当被加工薄壁工件(300)在夹具上达到新的稳态后，即检测装置(6)检测出的高度值在一段时间内保持为恒定值，且处理后的相对高度值与薄壁工件(300)上的相对高度一致时，即i1＝L1、i2＝L2、i3＝L3，则该组检测方式达到预设检测条件；每个薄壁工件(300)可根据实际情况选择多组检测装置(6)。
4.根据权利要求1所述的加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置，其特征在于：万向头(1)上端固定有三个小型橡胶吸盘，能调节与薄壁工件(300)贴合的角度；可调节的角度在±60°之间。
5.根据权利要求1所述的加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置，其特征在于：所述活塞杆(301)的调节由夹具箱体(7)内液体(302)通过压强作用流入活塞(2)腔体内，推动活塞杆(301)运动来调节高度，起到支撑薄壁工件(300)的作用；可调节高度在0cm～100cm之间；在活塞(2)壁上端开溢流孔(404)，防止阀(401)在运动过程中挤压活塞(2)腔体内液体(302)对活塞杆(301)产生影响。
6.根据权利要求1所述的加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置，其特征在于：所述辅助支撑杆(3)高度可调，可调范围在0cm～100cm之间；安装辅助支撑杆(3)的高度是根据薄壁工件(300)放置到柔性夹具上时与之相对应位置处的高度决定，在薄壁工件(300)放置前辅助支撑杆(301)高度已调整完毕，防止薄壁工件(300)在夹具上达到新的平衡状态前出现倾斜，保证薄壁工件(300)水平地放置到夹具上。
7.根据权利要求1所述的加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置，其特征在于所述电磁锁定装置(4)：由电磁阀(400)连接的多个阀(401)安装在Y方向连杆(403)上，X方向连杆(402)与Y方向连杆(403)垂直连接，组成固定活塞杆(301)的锁定机构；电磁阀(400)通过带动X方向连杆(402)使阀(401)对应活塞(2)运动，进而切断活塞(2)腔体与夹具箱体(7)内液体(302)的流通。
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