CN109318013B - 一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具及其夹持方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具及其夹持方法，本发明利用浮动杆对工件进行浮动支撑，可以使得真空吸盘装置在压缩弹簧的作用下与工件表面自适应贴合，之后利用液压涨紧套将辅助支撑杆和支撑底柱锁紧固定，即可实现对工件的定位与夹紧，本发明可大大提高装夹效率，节省装夹工时，柔性体现在夹具能够适应大多数的曲面薄壁工件的加工，可实现夹具在空间区域任意点定位，且针对每种薄壁件单独设计出对应的定位模板，这样便能对零件实现快速定位，亦可快速更换加工工件，夹紧方案采用真空吸盘装置夹紧，方便稳定不影响表面加工质量，且夹紧点辅助支撑点位置合理布置，能保证工件在加工过程中不发生位移和变形。

Description

一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具及其夹持方法

技术领域

本发明属于夹具技术领域，具体是涉及一种汽车主模型曲面薄壁件加工防变形柔性夹具。

背景技术

曲面薄壁件目前在我们的工业制造业应用越来越广泛，汽车主模型大多线数采用的是曲面流线型设计。曲面薄壁类零件在切削的过程中极易变形，如不采用合适的辅助支撑，，难以保证零件的加工精度和质量，如何提高曲面类薄壁零件的加工精度已经是大多数制造企业关心的问题。就目前而言，曲面薄壁件一般采用五轴数控机床进行加工，因而需对工件的装夹和辅助支撑进行优化，有效防止曲面薄壁零件加工出现变形，从而保证加工精度。

曲面薄壁件加工变形的原因可以归结为以下几个方面：第一，待加工零件材料，铝合金类薄壁件的刚性差，加工极易变形；第二，工艺参数的选择，工艺参数是影响变形的主要因素；第三，工件的装夹条件，工件装夹是否合理和辅助支撑点的布置位置将直接影响工件的加工精度。在夹具设计过程中，设计人员和安装人员在选择定位夹紧点和夹紧方式的时候大多凭借经验，大多数没有通过理论计算模拟仿真哪些是合理的夹紧点和辅助支撑点。

目前，汽车主模型薄壁类零件加工过程中使用代木和铝棒作为支承夹具的方案，虽然可行，但是存在着很多弊端：生产时间长，每次装夹都需要过人工调整且拆装耗时、耗力；支承点和夹紧点凭经验确定，无法控制精度。用楔形块代木作为辅助支撑的弊端是影响表面的加工质量，易出现划痕等。

因此，针对存在的种种问题，再结合目前曲面薄壁件柔性工装系统的一些研究成果，有必要设计出一套用于曲面薄壁件加工的柔性工装夹具。

发明内容

本发明提供了一种曲面薄壁件加工防变形的柔性夹具，以解决现有夹具生产时间长，每次装夹都费时、费力，且支撑的刚性差，用胶水固定辅助支撑杆导致工件表面效果不好且清洗时有害健康，找支承点和夹紧点的位置时凭经验确定，无法控制精度等问题。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，包括夹具体、真空吸盘夹紧装置、定位装置和液压锁紧装置，其特征在于，所述定位装置的下端定位固定在所述夹具体上，且所述定位装置的上端设置有穿进车门工件的定位孔中的定位销；

所述夹具体包括框架支撑组件、底板、工作台板、浮台杆和压缩弹簧，其中，所述框架支撑组件的顶部固定设置有所述工作台板，所述框架支撑组件内位于所述工作台板的下方设置有与工作台板平行的底板，所述的底板上密集排列设置有多排多列的通孔，所述工作台板上也设置有多排多列的台阶孔，且底板上的各个通孔与其对应的所述台阶孔同轴心设置；

所述浮台杆为若干个，所述浮台杆的上端设置有限位肩，所述的压缩弹簧套设在浮台杆上，且压缩弹簧的上端抵靠住所述限位肩，所述压缩弹簧的下端抵靠住所述底板上端面，所述浮台杆的下部穿进底板的通孔中，且可沿着通孔上下浮动；

所述的真空吸盘夹紧装置包括抽真空组件、支撑底柱、调节套筒和真空吸盘装置，其中，所述支撑底柱为若干个，每个所述支撑底柱的下端穿进工作台板的台阶孔中，且其下端面与浮台杆的限位肩相抵接，所述支撑底柱的上端通过所述调节套筒连接有所述真空吸盘装置，所述真空吸盘装置与所述抽真空组件连通，以便对车门工件进行真空吸附；

所述的液压锁紧支撑装置包括液压供油组件和液压涨紧套，所述液压涨紧套固定套设在工作台板的台阶孔中，液压供油组件与液压涨紧套连通，液压涨紧套能够在液压供油组件的驱动下将支撑底柱锁紧固定。

进一步，作为优选，还包括辅助支撑组件，所述辅助支撑组件包括辅助支撑杆，且所述的辅助支撑杆下部穿进到工作台板的台阶孔中，上端端面与车门工件接触，下端端面与浮台杆的限位肩相抵触，且所述液压涨紧套能够将所述辅助支撑杆锁紧固定。

进一步，作为优选，所述的定位装置包括定位柱、定位模板和定位锁紧螺栓，其中，所述的定位模板上设有螺纹孔，以便通过定位锁紧螺栓固定在夹具体上；所述的定位柱下端螺纹连接在定位模板上，穿进车门工件的定位孔中的定位销设置在所述的定位柱的上端。

进一步，作为优选，所述的底板12上的通孔为二十八排，每排十九个；工作台板15上的台阶孔有二十八排，用阿拉伯数字1，2，3…28标记，每排十九个，用字母A，B，C…S标记。

进一步，作为优选，所述抽真空组件包括智能真空泵、气压分配器、支撑底柱、气管；其中，所述的智能真空泵固定在框架支撑组件内；所述的气压分配器带有进气口和出气口，气压分配器的进气口通过气管连接到智能真空泵上；出气口通过气管连接到真空吸盘装置上。

进一步，作为优选，所述液压供油组件包括手动液压泵、油管、液压分配器；所述的手动液压泵连接到工作台板上；所述的液压分配器带有进油口和出油口，液压分配器的进油口-通过油管与手动液压泵连接，出油口-通过油管与液压涨紧套连接。

进一步，作为优选，所述框架支撑组件包括支撑方柱和支撑框架，其中，所述支撑框架的底部固定连接有多根所述支撑方柱，所述工作台板固定设置在所述支撑框架顶部，所述底板通过螺栓连接在支撑横梁上，所述支撑横梁通过连接角铁和螺栓固定在支撑方柱上。

进一步，作为优选，所述的真空吸盘装置通过螺纹连接在调节套筒；所述的支撑底柱带有螺纹的一端通过螺纹连接在调节套筒。

进一步，作为优选，所述定位装置为呈对角布设的两组。

进一步，本发明提供了一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具的夹持使用方法，其特征在于：使用时，将整个夹具固定至机床工作台上，将车门工件吊装至整个装置上端，夹持使用方法包括以下步骤：

第一步，对车门工件进行定位，通过计算机三维软件计算出车门工件两个定位孔的距离，快速找到工作台板上对应的定位模板的定位的孔位坐标，并用定位锁紧螺栓固定，装上定位柱；

第二步，用三维软件分析出适合夹紧点和辅助支撑点的布置位置，并用计算机投影视图将这些点投影到对应工作台板上孔位坐标，辅助支撑点对应的孔位坐标穿进辅助支撑杆，夹紧点的对应孔位坐标穿进支撑底柱，并将每个辅助支撑杆和支撑底柱对应的孔位安装上液压涨紧套，将调节套筒安装到支撑底柱上，通过螺纹旋至合适位置，然后将真空吸盘装置旋进调节套筒内；

第三步，快速将车门工件定位孔对准穿进定位柱的定位销中；由于工件的表面是曲面，辅助支撑点和夹紧点高度不一，此时真空吸盘装置和辅助支撑杆在压缩弹簧的作用下与工件表面自适应贴合，此时启动手动液压站，液压涨紧套工作，将辅助支撑杆和支撑底柱锁紧固定，辅助支撑杆对车门工件起辅助支撑作用，真空吸盘装置对车门工件起夹紧作用；

第四步，启动智能真空泵，抽走真空吸盘装置中的空气，从而将车门工件夹紧，此时便可对车门工件进行切削加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明应用自动化手段，大大减少人工装夹操作，提高装夹效率，节省装夹工时。柔性体现在夹具能够适应大多数的曲面薄壁工件的加工，可以实现夹具在空间区域任意点定位，且针对每种薄壁件单独设计出对应的定位模板，这样便能对零件实现快速定位，亦可快速更换加工工件。有足够的刚度以保证夹具的稳定性及定位精度。夹紧方案采用真空吸盘装置夹紧，方便稳定不影响表面加工质量，且夹紧点辅助支撑点位置合理布置，以保证工件在加工过程中不发生位移和变形。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明所述的夹具体结构示意图；

图3是本发明所述的真空吸盘夹紧装置结构示意图；

图4是本发明所述的真空吸盘装置与支撑底柱的连接图；

图5是本发明所述的液压锁紧支撑装置结构示意图；

图6是本发明所述的液压胀紧套锁紧示意图；

图中：1.夹具体；11.支撑柱；12.底板；13.焊接框；14.支撑框架；15.工作台板；16.支撑横梁；17.连接角铁；18.浮台杆；19.压缩弹簧；

2.真空吸盘夹紧装置；21.智能真空泵；22.气压分配器；22-1.进气口；22-2.出气口；23.支撑底柱；24.调节套筒；25.真空吸盘装置；26.气管；

3.定位装置；31.定位柱；32.定位模板；33定位锁紧螺栓；

4.液压锁紧支撑装置；41.手动液压泵；42.辅助支撑杆；43.液压涨紧套；44.油管；45.液压分配器；45-1.进油口；45-2.出油口；

5.车门工件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其包括夹具体1、真空吸盘夹紧装置2、定位装置3和液压锁紧装置4，其中，所述定位装置3的下端定位固定在所述夹具体1上，且所述定位装置3的上端设置有穿进车门工件5的定位孔中的定位销。

具体的，如图1，所述的定位装置3包括定位柱31、定位模板32、定位锁紧螺栓33，所述的定位模板32有两个，且带有螺纹孔，分别通过定位锁紧螺栓33固定在夹具体1上；所述的定位柱31有两个，其一端带有螺纹，另一端带有定位销，带有螺纹一端通过螺纹连接在定位模板32上，另一端的定位销穿进车门工件5的定位孔中。

如图2所示，所述的夹具体1包括支撑方柱11、底板12、焊接框13、支撑框架14、工作台板15、支撑横梁16、连接角铁17、浮台杆18、压缩弹簧19；所述的支撑方柱11有四根，分别通过螺栓连接在支撑框架14的上；所述的底板12带有通孔，通孔有二十八排，每排十九个；底板12通过螺栓连接在支撑横梁16上；所述的工作台板15通过螺栓固定在支撑框架14上，工作台板15带有台阶孔，台阶孔有二十八排，用阿拉伯数字1,2,3…28标记，每排十九个，用字母A,B,C…S标记，工作台板15的台阶孔与底板12的通孔同心；所述的支撑横梁16通过连接角铁17和螺栓固定在支撑方柱11上；所述的压缩弹簧19穿在浮台杆18上，浮台杆18的小端端穿进底板12的通孔中，浮台杆18的上端为设置有限位肩的大端，浮台杆18和压缩弹簧19的个数有若干个，根据加工工件的外形需要布置。

如图3、图4所示，所述的真空吸盘夹紧装置2包括智能真空泵21、气压分配器22、支撑底柱23、调节套筒24、真空吸盘装置25、气管26；其中，所述的智能真空泵21放置在焊接框13内；所述的气压分配器22带有进气口22-1和出气口22-2，气压分配器22的进气口22-1通过气管26连接到智能真空泵21上；出气口22-2通过气管26连接到真空吸盘装置25上；所述的真空吸盘装置25通过螺纹连接在调节套筒24；所述的支撑底柱23带有螺纹的一端通过螺纹连接在调节套筒24，另一端穿进工作台板15的台阶孔中，端面与浮台杆18的大端面(即限位肩)接触，所述的支撑底柱23、调节套筒24、真空吸盘装置25、气管26有若干，根据加工工件的外形需要布置。

如图5、图6所示，所述的液压锁紧支撑装置4包括手动液压泵41、液压涨紧套43、油管44、液压分配器45；其中，所述的手动液压泵41通过螺栓连接到工作台板15上；所述的液压涨紧套43通过螺栓固定到工作台板15的台阶孔中；所述的液压分配器45带有进油口45-1和出油口45-2，液压分配器45的进油口45-1通过油管44与手动液压泵41连接，出油口45-2通过油管44与液压涨紧套43连接；所述的辅助支撑杆42、液压涨紧套43、油管44有若干，根据加工工件的外形需要布置。

如图5，本发明还包括辅助支撑组件，所述辅助支撑组件包括辅助支撑杆42，且所述的辅助支撑杆42下部穿进到工作台板15的台阶孔中，上端端面与车门工件5接触，下端端面与浮台杆18的限位肩相抵触，且所述液压涨紧套43能够将所述辅助支撑杆42锁紧固定。

此外，本发明还提供了一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具的夹持使用方法，其特征在于：使用时，将整个夹具固定至机床工作台上，将车门工件5吊装至整个装置上端，夹持使用方法包括以下步骤：

第一步，对车门工件5进行定位，通过计算机三维软件计算出车门工件5两个定位孔的距离，快速找到工作台板15上对应的定位模板32的定位的孔位坐标，并用定位锁紧螺栓33固定，装上定位柱31；

第二步，用三维软件分析出适合夹紧点和辅助支撑点的布置位置，并用计算机投影视图将这些点投影到对应工作台板15上孔位坐标，辅助支撑点对应的孔位坐标穿进辅助支撑杆42，夹紧点的对应孔位坐标穿进支撑底柱23，并将每个辅助支撑杆42和支撑底柱23对应的孔位安装上液压涨紧套43，将调节套筒24安装到支撑底柱23上，通过螺纹旋至合适位置，然后将真空吸盘装置25旋进调节套筒24内；

第三步，快速将车门工件5定位孔对准穿进定位柱31的定位销中；由于工件的表面是曲面，辅助支撑点和夹紧点高度不一，此时真空吸盘装置25和辅助支撑杆42在压缩弹簧19的作用下与工件表面自适应贴合，此时启动手动液压站41，液压涨紧套43工作，将辅助支撑杆42和支撑底柱23锁紧固定，辅助支撑杆42对车门工件5起辅助支撑作用，真空吸盘装置25对车门工件5起夹紧作用；

第四步，启动智能真空泵21，抽走真空吸盘装置25中的空气，从而将车门工件5夹紧，此时便可对车门工件5进行切削加工。

本发明应用自动化手段，大大减少人工装夹操作，提高装夹效率，节省装夹工时。柔性体现在夹具能够适应大多数的曲面薄壁工件的加工，可以实现夹具在空间区域任意点定位，且针对每种薄壁件单独设计出对应的定位模板，这样便能对零件实现快速定位，亦可快速更换加工工件。有足够的刚度以保证夹具的稳定性及定位精度。夹紧方案采用真空吸盘装置夹紧，方便稳定不影响表面加工质量，且夹紧点辅助支撑点位置合理布置，以保证工件在加工过程中不发生位移和变形。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其包括夹具体(1)、真空吸盘夹紧装置(2)、定位装置(3)和液压锁紧支撑装置(4)，其特征在于，所述定位装置(3)的下端定位固定在所述夹具体(1)上，且所述定位装置(3)的上端设置有穿进车门工件(5)的定位孔中的定位销；

所述夹具体(1)包括框架支撑组件、底板(12)、工作台板(15)、浮台杆(18)和压缩弹簧(19)，其中，所述框架支撑组件的顶部固定设置有所述工作台板(15)，所述框架支撑组件内位于所述工作台板(15)的下方设置有与工作台板(15)平行的底板(12)，所述的底板(12)上密集排列设置有多排多列的通孔，所述工作台板(15)上也设置有多排多列的台阶孔，且底板(12)上的各个通孔与其对应的所述台阶孔同轴心设置；

所述浮台杆(18)为若干个，所述浮台杆(18)的上端设置有限位肩，所述的压缩弹簧(19)套设在浮台杆(18)上，且压缩弹簧(19)的上端抵靠住所述限位肩，所述压缩弹簧(19)的下端抵靠住所述底板(12)上端面，所述浮台杆(18)的下部穿进底板(12)的通孔中，且可沿着通孔上下浮动；

所述的真空吸盘夹紧装置(2)包括抽真空组件、支撑底柱(23)、调节套筒(24)和真空吸盘装置(25)，其中，所述支撑底柱(23)为若干个，每个所述支撑底柱(23)的下端穿进工作台板(15)的台阶孔中，且支撑底柱(23)下端面与浮台杆(18)的限位肩相抵接，所述支撑底柱(23)的上端通过所述调节套筒(24)连接有所述真空吸盘装置(25)，所述真空吸盘装置(25)与所述抽真空组件连通，以便对车门工件(5)进行真空吸附；

所述的液压锁紧支撑装置(4)包括液压供油组件和液压涨紧套(43)，所述液压涨紧套(43)固定套设在工作台板(15)的台阶孔中，液压供油组件与液压涨紧套(43)连通，液压涨紧套(43)能够在液压供油组件的驱动下将支撑底柱(23)锁紧固定；

还包括辅助支撑组件，所述辅助支撑组件包括辅助支撑杆(42)，且所述的辅助支撑杆(42)下部穿进到工作台板(15)的台阶孔中，上端端面与车门工件(5)接触，下端端面与浮台杆(18)的限位肩相抵触，且所述液压涨紧套(43)能够将所述辅助支撑杆(42)锁紧固定；

所述的定位装置(3)包括定位柱(31)、定位模板(32)和定位锁紧螺栓(33)，其中，所述的定位模板(32)上设有螺纹孔，以便通过定位锁紧螺栓(33)固定在夹具体(1)上；所述的定位柱(31)下端螺纹连接在定位模板(32)上，穿进车门工件(5)的定位孔中的定位销设置在所述的定位柱(31)的上端。

2.根据权利要求1所述的一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其特征在于：所述的底板(12)上的通孔为二十八排，每排十九个；工作台板(15)上的台阶孔有二十八排，用阿拉伯数字1，2，3，…，28标记，每排十九个，用字母A，B，C，…，S标记。

3.根据权利要求1所述的一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其特征在于：所述抽真空组件包括智能真空泵(21)、气压分配器(22)、支撑底柱(23)、气管(26)；其中，所述的智能真空泵(21)固定在框架支撑组件内；所述的气压分配器(22)带有进气口(22-1)和出气口(22-2)，气压分配器(22)的进气口(22-1)通过气管(26)连接到智能真空泵(21)上；出气口(22-2)通过气管(26)连接到真空吸盘装置(25)上。

4.根据权利要求1所述的一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其特征在于：所述液压供油组件包括手动液压泵(41)、油管(44)、液压分配器(45)；所述的手动液压泵(41)连接到工作台板(15)上；所述的液压分配器(45)带有进油口(45-1)和出油口(45-2)，液压分配器(45)的进油口(45-1)通过油管(44)与手动液压泵(41)连接，出油口(45-2)通过油管(44)与液压涨紧套(43)连接。

5.根据权利要求1所述的一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其特征在于：所述框架支撑组件包括支撑方柱(11)和支撑框架(14)，其中，所述支撑框架(14)的底部固定连接有多根所述支撑方柱(11)，所述工作台板(15)固定设置在所述支撑框架(14)顶部，所述底板(12)通过螺栓连接在支撑横梁(16)上，所述支撑横梁(16)通过连接角铁(17)和螺栓固定在支撑方柱(11)上。

6.根据权利要求1所述的一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其特征在于：所述的真空吸盘装置(25)通过螺纹连接在调节套筒(24)；所述的支撑底柱(23)带有螺纹的一端通过螺纹连接在调节套筒(24)。

7.根据权利要求1所述的一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具，其特征在于：所述定位装置(3)为呈对角布设的两组。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种曲面薄壁件加工防变形柔性夹具的夹持使用方法，其特征在于：使用时，将整个夹具固定至机床工作台上，将车门工件(5)吊装至整个装置上端，夹持使用方法包括以下步骤：

第一步，对车门工件(5)进行定位，通过计算机三维软件计算出车门工件(5)两个定位孔的距离，快速找到工作台板(15)上对应的定位模板(32)的定位的孔位坐标，并用定位锁紧螺栓(33)固定，装上定位柱(31)；

第二步，用三维软件分析出适合夹紧点和辅助支撑点的布置位置，并用计算机投影视图将这些点投影到对应工作台板(15)上孔位坐标，辅助支撑点对应的孔位坐标穿进辅助支撑杆(42)，夹紧点的对应孔位坐标穿进支撑底柱(23)，并将每个辅助支撑杆(42)和支撑底柱(23)对应的孔位安装上液压涨紧套(43)，将调节套筒(24)安装到支撑底柱(23)上，通过螺纹旋至合适位置，然后将真空吸盘装置(25)旋进调节套筒(24)内；

第三步，快速将车门工件(5)定位孔对准穿进定位柱(31)的定位销中；由于工件的表面是曲面，辅助支撑点和夹紧点高度不一，此时真空吸盘装置(25)和辅助支撑杆(42)在压缩弹簧(19)的作用下与工件表面自适应贴合，此时启动手动液压泵(41)，液压涨紧套(43)工作，将辅助支撑杆(42)和支撑底柱(23)锁紧固定，辅助支撑杆(42)对车门工件(5)起辅助支撑作用，真空吸盘装置(25)对车门工件(5)起夹紧作用；

第四步，启动智能真空泵(21)，抽走真空吸盘装置(25)中的空气，从而将车门工件(5)夹紧，此时便可对车门工件(5)进行切削加工。

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