CN110153763A - 一种3d打印件五轴切削加工的定位夹具 - Google Patents

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袁军堂
章波
汪振华
李曦
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Abstract

本发明属于切削加工领域，具体为一种3D打印件五轴切削加工的定位夹具。3D打印件具有一体打印的基座，基座整体呈圆柱形，上表面设有台阶，台阶平行于选定零件加工坐标系的X轴；夹具包括：法兰连接盘：法兰连接盘的直径根据回转工作台直径确定，法兰连接盘设置在回转工作台上，法兰连接盘与回转工作台之间设置有定位机构Ⅰ；三爪卡盘：用于夹持基座，三爪卡盘设置在法兰连接盘上，三爪卡盘与法兰连接盘之间设置有定位机构Ⅱ。本申请通过法兰盘将三爪卡盘固定在五轴机床工作台上，利用三爪卡夹紧3D打印件基座，通过调整五轴机床回转工作台角度，并利用五轴机床定位3D打印零件最高点，通过一次装夹、一个方向对刀即可实现快速定位。

Description

一种3D打印件五轴切削加工的定位夹具
技术领域
本发明属于切削加工领域，具体为一种3D打印件五轴切削加工的定位夹具。
背景技术
薄壁类零件在航空航天领域有着广泛的应用，传统的加工方法通过锻造产生毛坯，然后利用加工中心，根据零件模型进行切削加工，切削加工时需要去除大量的材料，材料浪费严重，切削刀具、冷却液消耗大，导致加工效率低，成本高。
3D打印(增材制造)作为一种新型的快速成形方法，利用零件模型直接成形出零件形状，能够成形出复杂结构零件，在航空航天薄壁件的小批量的成形有着巨大的优势。
但3D打印出的零件的表面质量和成形精度较低，无法直接使用，需要进行后续切削加工。3D打印件的形状较为复杂，一般都需要在五轴加工中心上进行切削加工。但是由于其结构特征复杂，很难在切削加工前根据3D打印零件结构对其坐标进行准确定位。
发明内容
本发明提供的一种3D打印件五轴切削加工的定位夹具，通过设置带有台阶的零件基座以及法兰盘等各定位机构，实现了3D打印零件的后续切削加工的快速装夹和精确定位的目的。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种3D打印件五轴切削加工的定位夹具，所述3D打印件具有一体打印的基座，所述基座整体呈圆柱形，上表面设有台阶，台阶平行于选定零件加工坐标系的X轴；
所述夹具包括：
法兰连接盘：法兰连接盘的直径根据回转工作台直径确定，法兰连接盘设置在回转工作台上，所述法兰连接盘与回转工作台之间设置有定位机构Ⅰ；
三爪卡盘：用于夹持基座，三爪卡盘设置在法兰连接盘上，所述三爪卡盘与法兰连接盘之间设置有定位机构Ⅱ。
进一步的，所述基座的直径比3D打印件的底面包络圆大1-2mm，高度为20-25mm；所述台阶高度为5-10mm，基座与零件3D打印成一体，切削加工后，利用线切割切除基座。
进一步的，所述定位机构Ⅰ具体为：所述回转工作台中心设有内孔，法兰连接盘下部中心设有一圆环状的下凸台，下凸台的直径与内孔的直径相同；当法兰连接盘固定在回转工作台上时，下凸台插入回转工作台的内孔中，从而实现回转工作台和法兰连接盘的定位。
进一步的，所述法兰连接盘的厚度为10-15mm，下凸台的壁厚为5-7mm，下凸台的高度为外径的1/4。
进一步的，所述回转工作台圆周上均匀的设有放置T型螺栓的T型孔，法兰连接盘上设有位置与T型孔相对应的通孔，紧固螺栓穿过通孔与T型螺栓连接，从而将法兰连接盘固定在回转工作台上。
进一步的，所述定位机构Ⅱ具体为：所述法兰连接盘上部中心设有一圆环状的上凸台，三爪卡盘底部中心设有凹槽，上凸台的直径与凹槽的直径相同；当三爪卡盘固定在法兰连接盘上时，上凸台插入三爪卡盘的凹槽中，从而实现法兰连接盘和三爪卡盘的定位。
进一步的，所述上凸台的高度为3-5mm。
进一步的，三爪卡盘周向均布有螺纹通孔，法兰连接盘上设有相对应的螺纹孔，连接螺钉穿过螺纹通孔和法兰连接盘的螺纹孔，从而将三爪卡盘固定在法兰连接盘上。
进一步的，三爪卡盘侧面设有三爪卡盘拧紧用孔，通过三爪卡盘拧紧用孔对基座进行固定夹紧和放开夹持。
本发明与现有技术相比，其显著优点如下：
(1)通过法兰盘将三爪卡盘固定在五轴机床工作台上，利用三爪卡夹紧3D打印零件基座，通过调整五轴机床回转工作台角度，并利用五轴机床定位3D打印零件最高点，通过一次装夹、一个方向对刀即可实现快速定位。
(2)3D打印零件基座与零件打印成一体，减小了设计其他夹具的成本，同时通过在基座上设有一台阶，方便了零件的定位，减小附加夹具带来的定位误差。
(3)本发明结构简单，安装快捷，定位准确，可实现3D打印零件的五轴切削加工，具有较高的实用价值。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1本申请的夹具安装示意图。
图2本申请法兰盘俯视图。
图3本申请法兰盘正视图。
图4本申请3D打印件基座俯视图。
图5本申请3D打印件基座正视图。
1-回转工作台，2-法兰连接盘，3-三爪卡盘，4-3D打印件，5-T型螺母，6-紧固螺栓，7-三爪卡盘拧紧用孔，8-连接螺钉，9-基座，10-上凸台，11-下凸台，12-台阶。
具体实施方式
如图1-5所示，一种3D打印件五轴切削加工的定位夹具包括：法兰连接盘2、三爪卡盘3、3D打印件4、连接螺钉8、紧固螺栓6、T型螺母5。
所述的法兰连接盘2通过紧固螺栓6和T型螺母5固定在五轴机床的回转工作台1上；
所述的三爪卡盘3型号为CHANDOX SK-5，通过连接螺钉8与法兰连接盘2连接；所述3D打印件4通过三爪卡盘3夹紧，通过其基座9上的台阶12和零件最高点进行定位。
所述的法兰连接盘2底面有一空心圆台，与五轴回转台中心孔进行配合定位，靠近外圆有三个均匀分布的通孔，通过紧固螺栓6与T型螺母5实现与回转工作台1的紧密配合，靠近上方凸台有三个均匀分布的螺纹通孔，通过连接螺钉8实现与三爪卡盘3的紧密配合。
法兰连接盘2直径根据回转工作台1直径大小确定，直径与回转工作台1大小相同或稍小，厚度为10-15mm；底面有一空心凸台，凸台外径等于回转工作台1中心内孔，内径比外径小5-7mm，高度为外径大小的1/4；上表面有一凸台，直径为三爪卡盘底面凹槽大小，高度3-5mm；根据三爪卡盘3螺纹通孔位置在其上表面均布对应的螺纹通孔；螺纹通孔与法兰连接盘外圆间有3个均布的直径10mm的通孔；
3D打印件基座9为一圆柱，根据零件大小确定直径，直径比零件底面包络圆大1-2mm，高度为20-25mm；与选定零件加工坐标系X轴平行的方向有一台阶12，台阶12高度5-10mm，距离基座外径5-10mm，基座与零件3D打印成一体，切削加工后，利用线切割切除。
本发明提供了一种适用于五轴加工中心零件快速定位装夹的方法，用于将3D打印零件快速精准地安装在五轴加工中心上，实现装夹定位。
法兰连接盘2、三爪卡盘3、3D打印件4装配示意图如图1所示，本适用于五轴加工中心的快速装夹结构由法兰连接盘2、T型螺母5、紧定螺栓6、三爪卡盘3、连接螺钉8、3D打印件4组成。
所述的连接法兰盘2俯视图如图2所示，正视图如图3所示，法兰盘下方的空心凸台为定位用凸台，与回转工作台1的中心孔配对，通过靠外径处轮廓圆上的三个通孔，利用放入回转工作台1中的T型螺母5和紧固螺栓6实现与回转工作连接。法兰连接盘2上方凸台用于三爪卡盘3定位，靠近上方凸台轮廓圆上三个螺纹通孔用于连接三爪卡盘3。
所述的三爪卡盘3型号为CHANDOX SK-5，通过法兰盘上表面凸台定位，用连接螺钉8进行固定安装。
所述的3D打印件俯视图如图4所示，正视图如图5所示，通过三爪卡盘3上的三爪卡盘拧紧用孔7进行固定夹紧。
本实施例的安装固定方法如下：
首先，利用法兰连接盘2上的空心下凸台11将法兰连接盘2中心定位在五轴加工中心回转工作台1中心孔中，将T型螺母5放入回转工作台1内T型槽中，用紧固螺栓6与T型螺母5配对将法兰连接盘2拧紧，使回转工作台1和法兰连接盘2两者接触面没有间隙；然后将三爪卡盘3安装在法兰连接盘2上的上凸台10上，用连接螺钉8拧入法兰连接盘2中螺纹通孔并拧紧；再将3D打印4放入三爪卡盘3内，通过三爪卡盘拧紧孔7夹紧，利用小型水平尺中观察气泡位置保证3D打印零件基座9顶面水平；最后调整机床回转工作台1的角度，通过杠杆千分表保证3D打印零件基座6上的台阶面在X方向坐标误差小于0.005mm，，利用3D打印零件4最高点进行对刀，定位3D打印零件Z方向坐标零点。
通过法兰连接盘2的中心定位可实现三爪卡盘3夹紧时中心位置与回转工作台1原点X、Y坐标零点重合，通过3D打印零件基座9的台阶定位，实现X、Y坐标轴重合，通过3D打印零件4最高点进行Z轴对刀，实现快速定位。

Claims (9)

1.一种3D打印件五轴切削加工的定位夹具，其特征在于，所述3D打印件(4)具有一体打印的基座(9)，所述基座(9)整体呈圆柱形，上表面设有台阶(12)，台阶(12)平行于选定零件加工坐标系的X轴；
所述夹具包括：
法兰连接盘(2)：法兰连接盘(2)的直径根据回转工作台(1)直径确定，法兰连接盘(2)设置在回转工作台(1)上，所述法兰连接盘(2)与回转工作台(1)之间设置有定位机构Ⅰ；
三爪卡盘(3)：用于夹持基座(9)，三爪卡盘(3)设置在法兰连接盘(2)上，所述三爪卡盘(3)与法兰连接盘(2)之间设置有定位机构Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述基座(9)的直径比3D打印件的底面包络圆大1-2mm，高度为20-25mm；所述台阶(12)高度为5-10mm，基座(9)与零件3D打印成一体，切削加工后，利用线切割切除基座(9)。
3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述定位机构Ⅰ具体为：所述回转工作台(1)中心设有内孔，法兰连接盘(2)下部中心设有一圆环状的下凸台(11)，下凸台(11)的直径与内孔的直径相同；当法兰连接盘(2)固定在回转工作台(1)上时，下凸台(11)插入回转工作台(1)的内孔中，从而实现回转工作台(1)和法兰连接盘(2)的定位。
4.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于，所述法兰连接盘(2)的厚度为10-15mm，下凸台(11)的壁厚为5-7mm，下凸台的高度为外径的1/4。
5.根据权利要求4所述的夹具，其特征在于，所述回转工作台(1)圆周上均匀的设有放置T型螺栓(5)的T型孔，法兰连接盘(2)上设有位置与T型孔相对应的通孔，紧固螺栓(6)穿过通孔与T型螺栓(5)连接，从而将法兰连接盘(2)固定在回转工作台(1)上。
6.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述定位机构Ⅱ具体为：所述法兰连接盘(2)上部中心设有一圆环状的上凸台(10)，三爪卡盘(3)底部中心设有凹槽，上凸台(10)的直径与凹槽的直径相同；当三爪卡盘(3)固定在法兰连接盘(2)上时，上凸台(10)插入三爪卡盘(3)的凹槽中，从而实现法兰连接盘(2)和三爪卡盘(3)的定位。
7.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于，所述上凸台(10)的高度为3-5mm。
8.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于，三爪卡盘(3)周向均布有螺纹通孔，法兰连接盘(2)上设有相对应的螺纹孔，连接螺钉(8)穿过螺纹通孔和法兰连接盘(2)的螺纹孔，从而将三爪卡盘(3)固定在法兰连接盘(2)上。
9.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，三爪卡盘(3)侧面设有三爪卡盘拧紧用孔(7)，通过三爪卡盘拧紧用孔(7)对基座(9)进行固定夹紧和放开夹持。
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