CN108788847A - 一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具，包括：底座，放置于机床工作台上；缸体，焊接于底座上，缸体内部注有磁流变液，外壁包裹有电磁线圈；多个定位机构，均匀分布于缸体的内部；以及多个定位驱动机构，穿过缸体底部固定在底座底部的内壁上，其中，定位机构包括通过螺栓固定于定位驱动机构顶部的芯棒以及通过螺栓固定于芯棒顶部的橡胶吸盘，定位驱动机构包括：固定柱，通过螺栓固定于底座内壁上；移动槽，开设于固定柱顶部中心处；隔板，焊接于移动槽内部；伺服电机，通过螺栓固定于移动槽底部；联轴器，固定于伺服电机上方；升降杆，顶端穿过缸体底部与芯棒连接；螺纹槽，开设于升降杆底部中心处；滚珠丝杠，安装于隔板的顶部。

Description

一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具

技术领域

本发明属于夹具领域，具体涉及一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具。

背景技术

随着现代制造业的迅猛发展，产品多样化、个性化的需求给制造企业提出了挑战。尤其是在低刚度及形状不规则工件的定位夹紧领域，为了减少工装夹具的设计制造时间，缩短生产准备时间，采用柔性夹具是目前较为可行的方法。目前应用最多的柔性夹具有两类，一是可调夹具，通过调节定位夹具元件、夹紧元件的尺寸及位置实现对同类零件的装夹；二是组合夹具，采用模块化的标准件进行组合。由于柔性夹具技术的研究滞后已成为企业快速响应市场需求的瓶颈问题。现有的柔性夹具主要是组合夹具，但其实现柔性的思想是系列化标准化元件组合，难以实现任意形状尺寸的装夹，对于复杂形状的零件尤其是薄壁件无能为力。柔性夹具的刚性较差，难以适应重切削和装夹不规则形状零件，因此基于相变材料的柔性夹具应运而生。相变材料夹具是最可能实现真正意义上柔性的夹具，其原理是利用某些物质在一定条件下能进行液固两相转变的物理特性，将工件先置于液相材料中并使其处于正确位置，再使用外加条件激励液相材料发生相变，待液相材料固化后进行机械加工，加工完毕后再进行固液转换，即可取出工件，完成一次工件的装夹加工。目前应用于相变材料柔性夹具的材料主要有石蜡、低熔点合金、电流变液和磁流变液等。

目前的机械加工领域，基于相变材料的柔性夹具技术可以根据其相变激励方式分为电流变材料夹具、温度流变材料夹具，磁流变材料夹具。

典型的电流变材料称为ER材料，是由低绝缘液体和悬浮在其中的绝缘物体所构成。当ER材料介于电场中时，其粘度立刻增加，当电场超过临界值时，ER材料即成为固态，其剪切模量随着电场的进一步增强而增加，虽然这种相的转换大约在1ms内完成，但ER材料的剪切应力仅有普通碳钢剪切应力的万分之几，较难满足实际加工要求并且所需的电场强度达到5kV以上，耗能极大。

温度流变材料中用作夹具的有冰固夹具、石蜡夹具及低熔点合金夹具。冰固夹具主要应用于导热差的非金属复杂工件的磨削加工，由于金属加工时产生的热易使冰融化，故其应用非常有限。低熔点合金夹具是目前唯一成规模在实际生产中使用的柔性夹具，不仅在航空发动机和汽轮发动机叶片等薄壁件的机械加工过程中得到了广泛的应用，而且在冲压模具及塑料模具的应用也极广泛，但其相变过程耗时耗能，难以满足现代制造业快速和节能的要求，由于低熔点合金的冷凝与熔化伴随大量的放热或吸热，工件的加工精度易受到影响甚至破坏工件。

对外加磁场敏感的相变材料称为磁流变材料，简称MR材料，其中磁流变液(MRF)夹具已有很好的工程实用价值，该流体与普通的牛顿流体性质相似，一般由基液(矿物油和硅油)、可磁化的精细粒子(μm级)和表面活性剂等组成，通过控制外加磁场瞬间改变其状态，去除磁场后，又会回复到原来的状态。

综上，可知现有技术的主要缺点为：

1.现有的基于相变材料的柔性夹具固液相变时间过长，效率过低；

2.相变时对温度有一定要求，并在相变过程中会产生大量热量，从而影响加工精度；

3.材料的相变过程对环境或者工件表面易造成污染；

4.现有的磁流变液夹具仅适用于小而简单的工件，很难满足复杂及大型工件的加工要求；

5.成本过高，使用后回收过程过于复杂，材料利用率低并且不利于工件清洗。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具来解决薄壁曲面工件结构形状复杂，相对刚度较低，加工余量大，工艺性较差，且在加工过程中受铣削力的作用易发生变形和振动等问题。

本发明提供了一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具，用于加工薄壁曲面工件，具有这样的特征，包括：底座，放置于机床工作台上；缸体，焊接于底座上，缸体内部注有用于夹紧薄壁曲面工件的磁流变液，外壁包裹有用于产生磁场使所述磁流变液相变的电磁线圈；多个定位机构，均匀分布于缸体的内部，用于固定薄壁曲面工件的位置；以及多个定位驱动机构，穿过缸体的底部固定在底座底部的内壁上，用于驱动多个定位机构，其中，定位机构包括通过螺栓固定于定位驱动机构顶部的芯棒以及通过螺栓固定于芯棒顶部的用于放置薄壁曲面工件的橡胶吸盘，定位驱动机构包括固定柱、移动槽、隔板、伺服电机、联轴器、升降杆、螺纹槽以及滚珠丝杠，固定柱通过螺栓固定于底座内壁上，移动槽开设于固定柱的顶部中心处，隔板焊接于移动槽的内部，伺服电机通过螺栓固定于移动槽的底部，联轴器固定于伺服电机上方，升降杆顶端穿过缸体的底部与芯棒连接，螺纹槽开设于升降杆底部的中心处，滚珠丝杠安装于隔板的顶部，且滚珠丝杠的底端通过联轴器与伺服电机连接，顶部套接固定于螺纹槽的内部，通过伺服电机驱动滚珠丝杠进行升降。

在本发明提供的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具中，还可以具有这样的特征：其中，伺服电机还与计算机电性连接，计算机根据导入的薄壁曲面工件形状分析出每根芯棒的最佳位置，通过控制伺服电机来确定滚珠丝杠的位置，并且还能根据加工条件的需求，通过控制电流大小来控制磁力系统产生的磁场强度。

在本发明提供的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具中，还可以具有这样的特征：其中，芯棒由电磁铁以及包裹于电磁铁外部的保护套组成。

在本发明提供的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具中，还可以具有这样的特征：其中，升降杆与缸体底部的连接处焊接有密封圈，用于防止磁流变液的泄露。

在本发明提供的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具中，还可以具有这样的特征：其中，橡胶吸盘的中心处嵌有压力传感器，用于检测薄壁曲面工件与橡胶吸盘之间的位置，从而得知薄壁曲面工件是否已被夹紧。

发明的作用与效果

根据本发明的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具因为定位机构采用圆形矩阵式磁场分布方式，所以，极大加强了中心磁场强度及磁流变材料对于薄壁件的支撑刚度，加工工件的装夹过程和取出过程便捷，相变的时间在毫秒量级；因为采用的磁流变液可以多次回收多次利用，且回收过程十分容易，所以，薄壁曲面工件加工完成后也便于清洗，能够节约资源，降低生产成本；因为采用的定位驱动机构具有伺服电机、联轴器、升降杆以及滚珠丝杠，所以，能够自动进行升降。因此，本发明的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具柔性高，能够适用于各种形状复杂和特性的薄壁件，且能够精确的控制薄壁曲面工件的工位，有效的保证铣削加工的顺利进行，防止在加工过程中薄壁曲面工件移位，提高了薄壁曲面工件加工的精确度。

附图说明

图1是本发明的实施例中结构示意图；

图2是本发明的实施例中缸体结构的俯视图；

图3是本发明的实施例中缸体内部的结构示意图；

图4是本发明的实施例中芯棒的结构示意图；

图5是本发明的实施例中定位驱动机构的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

实施例：

图1是本发明的实施例中结构示意图。

如图1所示，本实施例的一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具100，用于加工薄壁曲面工件，其特征在于，包括：底座10、缸体20以及定位驱动机构30。

底座10，放置于机床工作台上。

图2是本发明的实施例中缸体结构的俯视图，图3是本发明的实施例中缸体内部的结构示意图。

如图2和图3所示，缸体20，焊接于底座10上，缸体20内部注有用于夹紧薄壁曲面工件的磁流变液21，外壁包裹有用于产生磁场使所述磁流变液相变的电磁线圈22。

图4是本发明的实施例中芯棒的结构示意图。

如图4所示，多个定位机构30，采用圆形矩阵式磁场分布方式均匀分布于缸体20的内部，用于固定薄壁曲面工件的位置。

定位机构30包括通过螺栓固定于定位驱动机构40顶部的芯棒31以及通过螺栓固定于芯棒31顶部的用于放置薄壁曲面工件的橡胶吸盘32。

芯棒31由电磁铁311以及包裹于电磁铁311外部的保护套312组成。

保护套312采用导磁性好的材料，用于保证芯棒31与缸体20的电磁线圈22所形成的磁场强度不受影响，使磁流变液21有良好的固性。

橡胶吸盘32的中心处嵌有压力传感器，用于检测薄壁曲面工件与橡胶吸盘32之间的位置，从而得知薄壁曲面工件是否已被夹紧。

图5是本发明的实施例中定位驱动机构的示意图。

如图5所示，多个定位驱动机构40，穿过缸体20的底部固定在底座10底部的内壁上，用于驱动多个定位机构30。

定位驱动机构40包括固定柱41、移动槽42、隔板43、伺服电机44、联轴器45、升降杆46、螺纹槽47以及滚珠丝杠48。

固定柱41通过螺栓固定于底座10内壁上。

移动槽42开设于固定柱41的顶部中心处。

隔板43焊接于移动槽42的内部。

伺服电机44通过螺栓固定于移动槽42的底部。

伺服电机44还与计算机50电性连接。

计算机50根据导入的薄壁曲面工件形状分析出每根芯棒32的最佳位置，通过控制伺服电机44，确定滚珠丝杠48的位置，从而把芯棒32置于最佳位置，并且还能根据加工条件的需求，通过控制电流大小来控制磁力系统产生的磁场强度。

联轴器45固定于伺服电机44上方。

升降杆46顶端穿过缸体20的底部与芯棒31连接。

升降杆46与缸体20底部的连接处焊接有密封圈，用于防止磁流变液的泄露。

螺纹槽47开设于升降杆46底部的中心处。

滚珠丝杠48安装于隔板43的顶部，且滚珠丝杠48的底端通过联轴器45与伺服电机44连接，顶部套接固定于螺纹槽47的内部，通过伺服电机44驱动滚珠丝杠48进行升降。

本实施例的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具的工作过程：

本实施例的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具100首先在缸体20注入适量的磁流变液21，之后将薄壁曲面工件的信息导入计算机50，将薄壁曲面工件放置在橡胶吸盘32上，橡胶吸盘32中心处嵌入有压力传感器，用于精确监控加工工件与橡胶吸盘之间的位置，通过计算机50对设备进行整体控制，缸体20包裹有电磁线圈22，通过设置电磁线圈22以及芯棒31的电磁铁311，电磁铁311可以通断电，在缸体20内部产生磁场，对薄壁曲面工件进行夹紧同时通过操控计算机50使定位驱动机构40工作，芯棒31可以根据薄壁曲面工件的形状由滚珠丝杠48带动着上下运动，芯棒31的位置由计算机50控制，计算机50根据导入的薄壁曲面工件形状分析出每根芯棒31的最佳位置，由于计算机50电性连接伺服电机44，计算机50使伺服电机44工作，从而带动滚珠丝杠48旋转，继而带动升降杆46做升降运动，便可调节每根芯棒32的最佳位置，从而精确的控制薄壁曲面工件的工位。在确定好每根芯棒32的位置以及所需的磁场强度后，由计算机50控制通断电，产生磁场使磁流变液固化，对薄壁曲面工件进行夹紧。

实施例的作用与效果

根据本实施例的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具因为定位机构采用圆形矩阵式磁场分布方式，所以，极大加强了中心磁场强度及磁流变材料对于薄壁件的支撑刚度，加工工件的装夹过程和取出过程便捷，相变的时间在毫秒量级；因为采用的磁流变液可以多次回收多次利用，且回收过程十分容易，所以，薄壁曲面工件加工完成后也便于清洗，能够节约资源，降低生产成本；因为采用的定位驱动机构具有伺服电机、联轴器、升降杆以及滚珠丝杠，所以，能够自动进行升降。

根据本实施例的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具因为采用的计算机能够控制定位机构的电磁线圈，所以，可以精确的定位工件和通过调整磁场强度，适应不同材料工件的装夹，可以提供不同的加工夹紧力和定位方案。

根据本实施例的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具因为电磁铁外侧包裹的保护套采用的材料为导磁性好的材料，所以保证芯棒与缸体的电磁线圈所形成的磁场强度不受影响，使磁流变液有良好的固性。

根据本实施例的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具因为采用的密封圈能够用于密封，所以能够防止磁流变液的泄露。

根据本实施例的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具因为采用的压力传感器能够精确监控加工工件与橡胶吸盘之间的位置，所以可以调整高度以有效的保证橡胶吸盘与加工工件之间的完美接触，有效的保证了加工工件的稳定性。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种加工薄壁曲面工件的磁流变夹具，用于加工所述薄壁曲面工件，其特征在于，包括：

底座，放置于机床工作台上；

缸体，焊接于所述底座上，所述缸体内部注有用于夹紧所述薄壁曲面工件的磁流变液，外壁包裹有用于产生磁场使所述磁流变液相变的电磁线圈；

多个定位机构，均匀分布于所述缸体的内部，用于固定所述薄壁曲面工件的位置；以及

多个定位驱动机构，穿过所述缸体的底部固定在所述底座底部的内壁上，用于驱动所述多个定位机构，

其中，所述定位机构包括通过螺栓固定于所述定位驱动机构顶部的芯棒以及通过螺栓固定于所述芯棒顶部的用于放置所述薄壁曲面工件的橡胶吸盘，

所述定位驱动机构包括固定柱、移动槽、隔板、伺服电机、联轴器、升降杆、螺纹槽以及滚珠丝杠，

所述固定柱通过螺栓固定于所述底座内壁上，

所述移动槽开设于所述固定柱的顶部中心处，

所述隔板焊接于所述移动槽的内部，

所述伺服电机通过螺栓固定于所述移动槽的底部，

所述联轴器固定于所述伺服电机上方，

所述升降杆顶端穿过所述缸体的底部与所述芯棒连接，

所述螺纹槽开设于所述升降杆底部的中心处，

所述滚珠丝杠安装于所述隔板的顶部，且所述滚珠丝杠的底端通过所述联轴器与所述伺服电机连接，顶部套接固定于所述螺纹槽的内部，通过所述伺服电机驱动所述滚珠丝杠进行升降。

2.根据权利要求1所述的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具，其特征在于：

其中，所述伺服电机还与计算机电性连接，

所述计算机根据导入的所述薄壁曲面工件形状分析出每根所述芯棒的最佳位置，通过控制所述伺服电机来确定所述滚珠丝杠的位置，并且还能根据加工条件的需求，通过控制电流大小来控制磁力系统产生的磁场强度。

3.根据权利要求1所述的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具，其特征在于：

其中，所述芯棒由电磁铁以及包裹于所述电磁铁外部的保护套组成。

4.根据权利要求1所述的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具，其特征在于：

其中，所述升降杆与所述缸体底部的连接处焊接有密封圈，用于防止所述磁流变液的泄露。

5.根据权利要求1所述的加工薄壁曲面工件的磁流变夹具，其特征在于：

其中，所述橡胶吸盘的中心处嵌有压力传感器，用于检测所述薄壁曲面工件与所述橡胶吸盘之间的位置，从而得知所述薄壁曲面工件是否已被夹紧。