CN108297162A - 一种浮动式柔性装夹装置 - Google Patents

Abstract

一种浮动式柔性装夹装置，包括处理器1，伸缩装置4、容器6、托盘7、压板8、磁流变阻尼器活塞机构20、升降装置10、电磁装置11，所述伸缩装置4、升降装置10、电磁装置11与处理器1连接，所述压板8设置在容器6内，所述压板8与伸缩装置连接，所述升降装置10与托盘7连接，在所述压板8和托盘7分别设置一个活多个磁流变阻尼器活塞机构20，所述磁流变阻尼器活塞机构20具有柔性缸体9，所述柔性缸体9中具有磁流变液12和弹簧13，并且所述活塞16的活塞头与弹簧13相互接触，所述活塞头具有通孔14，所述柔性缸体9通过端盖15密封，在活塞的另一端具有贴片传感器18，所述贴片传感器与处理器连接，所述电磁装置11设置在容器外。

Description

一种浮动式柔性装夹装置

技术领域

本发明涉及一种装夹装置，具体的涉及一种浮动式柔性装夹装置。

背景技术

机械加工领域中曲面薄壁类零件的加工是一个久攻不破的难题，因为其具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，尤其是一些关键件。但薄壁零件的加工精度控制一直是个难题，原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工过程中薄壁件会发生局部变形及整体加工变形，尤其是定位精度差、夹持技术所产生的变形是及其重要的原因，影响加工质量和精度。如何提高薄壁零件的加工精度是业界一直以来关心的话题，本专利可以对薄壁件任意曲面、壳体类等零件进行加工。在对这些类型零件进行加工的过程中，由于其外形特殊，刚度小，薄壁零件采用传统装夹方式，如卡板，靠模很难满足薄壁类工件的加工要求，薄壁工件由于刚性差， 在加工过程中容易产生振动和变形，其形位公差和尺寸公差无法得到保证，故其加工所面临的首要技术性难题就是薄壁类零件的装夹方案。薄壁类零件的特性有：重量轻、厚度薄、刚度小且极易变形，特别是对于航空航天等精密加工领域的薄壁类零件，其精度高、尺寸小、材料要求特殊，特别是具有某些复杂曲面形状特征，这些都使得薄壁类零件的机械加工变得尤为困难。

在以上类型的薄壁件加工过程中，若采用传统夹具对薄壁类零件进行装夹，一方面传统夹具有一定的通用性，但随着多品种、小批量生产的需求日益增加，尤其是薄壁零件特殊外形装夹的需要，加工成本和效率也变得异常重要；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，因此需对装夹过程中的夹紧力大小进行控制，确保夹紧力合理选择。

目前的机械加工领域，对于薄壁曲面零件的装夹，采用如下三种方法：

首先，在机械加工领域，使用传统的组合夹具装夹，是由一套由各种不同形状、规格和用途的标准化元件和部件组成的夹具系统。使用时，按照工件的加工要求可从中选择适用的元件和部件，以搭积木的方式组装成各种专用夹具，称为柔性组合夹具。这种装夹方式虽然简单，但是其明显缺陷在于：组合元件要求质量高; 难以装夹不规则形状零件;由于是组合叠加“搭积木”而成这种柔性夹具较差，难以适应重切削；装配调试技术要求高。零件种类和数量多需要专业化管理，使用管理成本较高。

其次，随着技术的发展，出现了如专利文献200620200195.5所述额气囊式架具。所述气囊夹具，具体的橡胶气囊夹具解决部分的不规则部件的夹持问题：对于加工中出现的变形和振动问题，利用橡胶气囊作为夹具来解决其中的问题。这种装夹方式的缺陷在于：由于薄壁类零件是紧贴在橡胶上的，从而无法实现对零件加工的精度有效控制；除此之外，还由于气囊的变形率，因而不能满足不规则外形的薄壁类零件的装夹。

最后一种方式被称为辅助支撑夹具，通常使用“代木”的材料，又称可机加工树脂板材进行加工。但是代木生产准备时间长，工件在整个加工过程中需要多次翻转，每翻转一次都需要重新调整，且装夹耗时。工件薄壁处为曲面，而代木顶端为平面，大部分代木与工件的接触方式为线接触，且接触位置为工件外缘曲边上，支承效果不理想；另外对零件装夹时夹紧力大小不能进行检测，无法确保夹紧力的合理性，使得可靠性与控制性就要差很多。

综上可知现有技术的主要缺点为：

现有夹具技术在对装夹的精度，可控性方面受到很大的限制；

夹具调整时间长、成本高，而且夹紧力很难精确控制，可适性较差，夹具调整过于依赖经验；

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；

针对以上缺陷，特别需要一种简单而又实用的薄壁曲面、壳体类等零件的装夹装置，来满足日益增长的多品种小批量薄壁件精密机械加工的需要。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的浮动式柔性装夹装置，以便克服传统的装夹装置的上述缺点。

本发明专利的主要用于航天航空、汽车、船舶及核电等关键件在多品种、小批量等加工应用。该发明专利可以实现任意外形零件装夹，尤其是复杂曲面薄壁件的柔性装夹。通过浮动式柔性支撑装置，采用自适应定位与柔性夹持原理及其装置，实现对零件的加工装夹精度控制，通过利用磁流变液的磁流变效应，实现对零件薄弱部位提供辅助支撑，并通过计算机、调控装置、磁流变阻尼器活塞机构、压力传感器形成闭环，实现对零件夹持力的实时监测，确保夹紧力的合理性，提高了夹具装置的稳定性、可靠性、精密性。

发明内容

针为解决该技术问题，本发明提出一种浮动式柔性装夹装置，包括处理器1、伸缩装置4、容器6、托盘7、压板8、磁流变阻尼器活塞机构20、升降装置10、电磁装置11，

所述伸缩装置4、升降装置10、电磁装置11分别与处理器1连接，

所述压板8设置在容器6内，所述压板8与伸缩装置连接

所述升降装置10与托盘7连接，

在所述压板8和托盘7分别与一个或多个磁流变阻尼器活塞机构20连接，

所述磁流变阻尼器活塞机构20具有所述柔性支撑缸体9，所述柔性支撑缸体9中设置具有磁流变液12和弹簧13，并且所述活塞16的活塞头与弹簧13相互接触，所述活塞头具有通孔14，所述柔性支撑缸体9通过端盖15密封，在活塞的另一端具有贴片传感器18，所述贴片传感器与处理器连接，

所述电磁装置11设置在容器外。

在一个优选的实施利中所述的浮动式柔性装夹装置，所述磁流变阻尼器活塞机构20的所述活塞的另一端具有万向橡胶吸盘17，在所述万向橡胶吸盘17上具有所述贴片传感器18，所述贴片传感器18连接至处理器1。

在一个优选的实施利中所述的浮动式柔性装夹装置，所述浮动柔性装夹装置还包括液压管道5以及液压调控装置3，所述伸缩装置4为液压伸缩装置，以及所述升降装置为液压升降装置，所述液压管道与液压调控装置，液压伸缩装置以及液压升降装置连接。

在一个优选的实施利中所述的浮动式柔性装夹装置，所述容器具有磁流变液12。

在一个优选的实施利中所述的浮动式柔性装夹装置，所述容器为圆形容器，所述托盘为圆形托盘，所述压板为曲面压板。

在一个优选的实施利中所述的浮动式柔性装夹装置，所述电磁装置为电磁线圈，设置在容器6外部。

在一个优选的实施利中所述的浮动式柔性装夹装置，所述通孔14为锥形通孔。

在一个优选的实施利中所述的浮动式柔性装夹装置，所述托盘7与所述升降装置10螺纹连接，所述压板与所述伸缩装置螺纹连接，磁流变阻尼器活塞机构20分别与所述托盘7和所述曲面压板8螺纹连接。

优选地，所述容器6还包括排液口，所述排液口的位置低于在设置托盘的最低位置。

因此，本发明提出的用于浮动式柔性装夹装置，能够有效地解决现有技术中上文已经描述的过的缺点。同时，本发明提出的浮动式柔性装夹装置简化了操作方式，使得降低了操作风险，提高了生产效率，节约了生产成本。

附图说明

应理解的是，在本发明中，除明显矛盾或不兼容的情况外，全部特征、变形方式和/或具体实施例可以根据多种组合相结合。通过阅读以下作为非限制性说明的具体实施例，并结合附图，本发明的其它特征和优点将显而易见：

图1 示出了根据本发明的浮动式柔性装夹装置俯视图；

图2示出了根据本发明的浮动式柔性装夹装置柔性支撑缸的剖视图；

图3示出了根据本发明的浮动式柔性装夹装置的工作结构示意图。

具体实施方式

以应理解的是，上述附图并非真实比例，而仅仅是用于说明本发明基本原理的多种优选特征的简图。本发明所公开的设计特征，例如尺寸、方向、定位和形状根据具体应用和使用环境确定。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。在附图中，相同的参考号是指在所有附图中本发明的相同或等效元件。

图1示出了根据本发明的浮动式柔性装夹装置俯视图，用于薄壁曲面、壳体类等零件装夹。所述浮动式柔性装夹装置包括装置底座1、调控装置3、圆形容器6、磁流变阻尼器活塞机构20、线圈11、弧形夹具体、液压管道、磁流变液12、弹簧13、锥形通孔、端盖15、活塞16、万向橡胶吸盘17、压力传感器18。夹紧装置通过弹簧使活塞运动将贴有压力传感器的万向橡胶盘贴紧零件表面。

图2示出了根据本发明的浮动式柔性装夹装置磁流变阻尼器活塞机构的剖视图；

活塞16顶端受工件19外形作用，活塞16在所述柔性支撑缸体9内移动，使弹簧13自动压缩，以适应工件19外形需要。此时所述柔性支撑缸体9内的磁流变液12，由于活塞16运动，通过锥形通孔14流向一边。

当工件19定位装夹完成后，电磁线圈接通电源后产生的磁场使所述柔性支撑缸体9内的磁流变液12固化，活塞16被固定，实现对工件19的有效夹紧。

图3示出了根据本发明的浮动式柔性装夹装置的工作结构示意图；浮动式柔性夹具装置的柔性支撑装置结构示意图可以很清楚的实现任意外形薄壁曲面、壳体类等零件的装夹，可以在托盘7及压板8上任意安装、布置柔性支撑装置，实现对零件外形的全方位的柔性定位夹紧。同时，液压升降装置10可以根据零件的高度调整圆形托盘7的位置，从而对夹具进行高度调整。液压伸缩装置4可以根据零件的外形调整曲面压板的位置，以适应夹紧不同外部轮廓工件19的需要。

进一步的，在工件19的四周及底部端面紧贴有万向橡胶吸盘17，对零件在加工过程中的起到保护作用，可以避免夹紧力对零件的损坏。而圆形容器6内的磁流变液12在电磁线圈接通施加磁场固化后，可以实现对工件19薄弱部位的填充，起到辅助支撑的作用，提高整体刚度，避免薄弱处的因加工振动产生的变形，实现精确加工。本专利的目的是为现在的机械行业提供一种薄壁曲面、壳体类外形零件相变材料加多点柔性工装系统夹具装置，该装置不仅操作灵活，对薄壁外形形状，尺寸适应性强，通过自适应定位装置实现定位精度控制，而且还能对薄壁件所受的夹紧力进行监测，确保夹紧力控制在合理范围，有效保证薄壁零件装夹的稳定性、精确性、可靠性。

为实现以上目的，本专利夹具装置中包括：计算机、液压调控装置、液压缸、底座、圆形托板、曲面压板、圆形容器、液压管道、电磁线圈、磁流变液、压力传感器、柔性支撑缸体、端盖、活塞、弹簧、万向橡胶吸盘。

首先，本发明专利在底座的圆形位置上固定安装圆形容器，用以在外部缠绕电磁线圈，在圆形容器内部放置圆形托板、曲面压板、柔性支撑单元、毛坯工件、及磁流变液，而且还具有安装液压管道及压力传感器导线的作用，并且在圆形容器下方及底座两边分别安装固定液压缸升降装置及液压缸伸缩装置。

其次在圆形容器内，将圆形托板与液压缸升降装置螺纹联结，将曲面压板与液压缸伸缩装置螺纹联结。并且分别在圆形托板、曲面压板上安装若干柔性支撑装置。

在加工前，根据工件形状，调整以阵列分布的多个柔性支撑单元呈工件轮廓形状。将毛坯工件放置在圆形托板上的柔性支撑装置上，将活塞头上的万向橡胶吸盘紧贴零件表面，对零件进行定位。通过计算机控制液压调控装置控制底部液压缸升降，将零件毛坯调整在合适高度位置。

再次，由于曲面压板将毛坯工件包围，曲面压板上螺纹联结有各个方向的柔性支撑单元，根据毛坯工件表面的情况确定柔性支撑单元的位置及数量，形成360度包围。通过计算机控制液压调控装置控制两侧液压缸伸缩运动，将曲面压板上的柔性支撑单元靠近毛坯工件，使活塞头上的万能橡胶吸盘紧贴零件表面，对零件进行夹持。同时为防止柔性支撑装置的夹持力对零件表面形成过大的压力，因此在夹具与零件相接处的地方安装压力传感器，将薄壁处的所受到的压力数据传送到计算机内，通过计算机内的专用软件对液压调控装置进行控制，液压调控装置根据计算机发出的正确指令对液压缸伸缩装置进行控制，保证薄壁处的压力处于合理的范围。

最后在毛坯工件定位夹紧后，将磁流变液倒入圆形容器至略低于零件加工表面处，接通圆形容器外表面上电磁线圈的电源，产生磁场，磁流变液固化，开始加工。

与现有技术相比，本发明专利的优点主要表现在：首先，夹紧支撑可以根据需要任意位置方向布置，一套夹具实现一定范围任意形状和尺寸零件的定位装夹，实现柔性化，提高装夹效率，节省装夹工时。其次，通过合理的布局柔性支撑装置的位置以及调整合适的夹紧力能够实现有效定位、约束和支撑的作用，进而控制变形。再者，柔性支撑单元顶部的万向橡胶吸盘使得夹具对薄壁件有较好的贴合性，保证加工过程中不发生位移，并在加工过程中起到吸震的作用，提高工件的加工质量。并且，对刚性差的零件通过填以磁流变液，利用施加磁场后磁流变液固化特性提供辅助支撑。最后，相比组合夹具，零件种类少，定位装夹连续可调。

以上实施例仅作为示例，不对本发明的范围起到限定作用。本领域技术人员在此基础上，可以在本发明权利要求的保护范围内，预想到能实现相同功能的其它实施方式。

本发明的使用方式如下：

首先，将工件9放置在托盘7上使用升降装置10和在托盘7上的磁流变阻尼器活塞机构20，使得托盘上的工件9处于平稳状态。

其次，使用者设置各个磁流变阻尼器活塞机构20的压力阈值，然后通过伸缩装置4使得压板8和在压板上设置的磁流变阻尼器活塞机构20靠近工件19，并使得磁流变阻尼器活塞机构20上的贴片传感器18具在阈值范围内的读数。

通过，使用者告知处理器1最佳的处理位置，处理器1通过调整在托盘7和压板8上的磁流变阻尼器活塞机构20，对工件19进行的位置进行调整，以获得最佳的处理位置。进一步的，处理器1通过各个磁流变阻尼器活塞机构20上的贴片传感器18上的压力数值以及使用者所需的最佳处理位置获取最优调整方式。

在调整位置的过程中和或获得最终调整位置时，电磁装置11可以在处理器1需要的时候进行启动，产生磁场，磁流变液固化。该固化可以固化一个或多个磁流变阻尼器活塞机构20。对单个或多个磁流变阻尼器活塞机构20进行固化操作可以，更有利的调整处理位置。而对整体的磁流变阻尼器活塞机构20进行固化，有利于最终处理位置的固定。同时，贴片传感器18控制对各个面的压力处理，以防对处理工件19的损伤。

最后，通过往容器6内注入磁流变液体12，在电磁装置11的作用下，进一步固定处理工件19。对待加工工件19进一步的固定。

待操作完成后，对电磁装置11进行断电操作，同时打开排液装置后排出磁流变液体12，并将压板8位置初始化或调整磁流变阻尼器活塞机构20，取出工件19，完成整个加工过程。

本领域技术人员掌握多种实施例及多种变形及改进。尤其是，需明确的是，除明显矛盾或不兼容的情况外，本发明的上述特征、变形方式和/或具体实施例可以相互结合。所有这些实施例及变形及改进都属于本发明的保护范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人 员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种浮动式柔性装夹装置，包括处理器（1），其特征在于，包括：伸缩装置（4）、容器（6）、托盘（7）、压板（8）、磁流变阻尼器活塞机构（20）、升降装置(10)、电磁装置(11)，

所述伸缩装置(4)、升降装置(10)、电磁装置（11）与处理器（1）连接，

所述压板（8）设置在容器（6）内，所述压板（8）与伸缩装置连接

所述升降装置（10）与托盘（7）连接，

在所述压板（8）和托盘（7）分别设置一个活多个磁流变阻尼器活塞机构（20），所述磁流变阻尼器活塞机构（20）具有柔性缸体（9），所述柔性缸体（9）中具有磁流变液（12）和弹簧（13），并且所述活塞（16）的活塞头与弹簧（13）相互接触，所述活塞头具有通孔（14），所述柔性缸体（9）通过端盖（15）密封，在活塞的另一端具有贴片传感器（18），所述贴片传感器与处理器连接，所述电磁装置（11）设置在容器外。

2.根据权利要求1 所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，处理器（1）获取各个所述磁流变阻尼器活塞机构（20）的压力阈值。

3.根据权利要求1 所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述磁流变阻尼器活塞机构（20）的所述活塞的另一端具有万向橡胶吸盘（17），在所述万向橡胶吸盘（17）上具有所述贴片传感器（18），所述贴片传感器（18）连接至处理器（1）。

4.根据权利要求1 所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述浮动柔性装夹装置还包括液压管道（5）以及括液压调控装置（3），所述伸缩装置（4）为液压伸缩装置，以及所述升降装置为液压升降装置，所述液压管道与液压调控装置，液压伸缩装置以及液压升降装置连接。

5.根据权利要求1 所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述容器（6）有磁流变液（12）。

6.根据权利要求1 所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述容器（6）为圆形容器，所述托盘为圆形托盘，所述压板为曲面压板。

7.根据权利要求1所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述电磁装置为电磁线圈，设置在容器（6）外部。

8.根据权利要求1所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述通孔（14）为锥形通孔。

9.根据权利要求1所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述托盘（7）与所述升降装置（10）螺纹连接，所述压板与所述伸缩装置螺纹连接，柔性支撑缸体(9)分别与所述托盘（7）和所述曲面压板（8）螺纹连接。

10.根据权利要求1所述的浮动式柔性装夹装置，其特征在于，所述容器6还包括排液口，所述排液口的位置低于在设置托盘的最低位置。