CN110666722A - 一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具及定心方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具及定心方法，属于复合材料机械加工领域。包括吸盘体和找正器，吸盘体的上部为吸附端面，吸盘体内的中部开设有贯穿吸附端面的主吸气管道，吸盘体的吸附端面开设有直径逐渐变大的同心环腔结构，每一个环腔内在垂直吸附端面方向间隔120°开设3个通气孔，且相邻的环腔内相邻的通气孔处于同一直线上，处于同一直线上的通气孔在吸盘体的内部在垂直吸附端面方向间隔120°开设有相对的螺纹孔道，处于同一直线上的通气孔的底部与对应的螺纹孔道相连通，螺纹孔道的一端与主吸气管道相连通，螺纹孔道的另一端与吸附端面的侧壁相连通，螺纹孔道内螺接有密封塞；所述找正器轴连接在环腔的通气孔内。

Description

一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具及定心方法

技术领域

本发明涉及复合材料机械加工技术领域，更具体的说是涉及一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具及定心方法。

背景技术

由于某些全型面加工的含能回转体部件具有较高的装夹可靠性和定心精度要求，而且该类复合材料属于弱刚性材料、易变形，很多常规金属夹持方法(如卡盘夹持、粘附定位等，可能损伤或污损工件)难于在该领域进行推广和应用。然而，真空吸附技术对于此类含能部件加工中的可靠和定心夹持十分有效，在防止产品夹伤和一次全型面加工等方面具有明显优势。真空吸盘利用帕斯卡原理保证吸紧端面等压受力，广泛用于弱刚性或精密零件的夹持中，如各种复合材料和光学玻璃器件的加工中。传统的凹腔式真空吸盘虽然得到较普遍的使用，但仍然存在一些问题，如吸附之后会引起工件中心内陷造成较大变形，切削液易通过吸附接触面进入真空腔而降低吸附可靠性，吸盘结构固定不能自定心、缺乏柔性难以满足多品种部件快速更换要求。这些问题都会对含能部件加工精度、生产效率和装卡安全性造成一定影响。

目前，限于含能材料机械加工与装卡的特殊应用，很少有针对该领域的通用真空吸具开发，借鉴同类工装设计经验，很多厂商定制开发有非标产品，如Applied Materials公司通过在多空陶瓷吸盘和加工硅片之间加装软性橡胶垫，并且采用均匀分布式的贯穿小孔，可减小工件形变并提高加工效率。日本的Une提出了一种圆柱销式真空吸盘，真空吸盘表面不采用多空陶瓷而是采用密集均匀分布的圆柱销，加工的复合材料工件只与短圆柱端面相接触，可以使其加工表面极为平坦，并且可以消除微小灰尘的吸附影响。Bendfeldt通过沟槽吸盘设计扩大提高了吸附面积而显著增加了工件的吸附力。Strasbaugh公司研制了一种分区真空吸盘，可以根据加工不同尺寸的薄片零件，选择真空吸附区域，即当加工小直径时可以只对内抽真空，当加工大尺寸薄片零件时，可同时对内和对外抽真空。上述的真空吸盘主要用于薄片零件的端面磨削加工，而对需要端面和外圆车削加工的情况，真空吸盘尺寸与加工零部件尺寸均需要配对使用。特别是对于小批量、变尺寸零件加工的柔性生产线，需要频繁的安装更换多种不同尺寸和规格的真空吸盘，每次均需要进行重复更换安装和定位校准，生产准备时间较长，很大程度影响了加工效率和生产柔性，灵活性下降。

综上所述，对于含能回转体加工中真空装卡技术的应用过程，仍存在着一定的推广难度，究其原因主要有：1)含能回转类零件加工和夹持安全性对真空吸具材质选型及工艺结构设计的特殊要求；2)真空吸具密封性、含能部件全型面加工时自动找正的功能要求；3)目前普遍应用的凹腔式真空吸具，功能结构单一、缺乏柔性。因此，立足含能材料的真空装卡技术现状，需改进真空吸盘结构，增强吸盘的快速、敏捷加工适应性，设计开发一种具有匀布受力、真空区可调和便捷自定心的真空吸具，以便适应含能材料部件的高效、安全加工要求，这对解决生产中的实际问题十分有益。

发明内容

本发明提供一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具及定心方法，以解决含能回转部件生产中需要快捷变换吸盘和零件自动定心的问题。通过柔性快调式真空吸盘设计实现吸盘规格便捷可控，具有快速适应不同尺寸工件的可靠装卡的功能。该装置采用环形吸盘结构设计，有效吸附面便捷可调且吸附力均匀分布，对回转零件则采用摆表找正的方式可实现其自动定心，这些功能实现极为简便，能显著提高生产效率，以满足回转类含能零部件的柔性可靠吸附和高效加工需求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具，包括吸盘体和找正器，吸盘体的上部为吸附端面，吸盘体内的中部开设有贯穿吸附端面的主吸气管道，吸盘体的吸附端面开设有直径逐渐变大的同心环腔结构，每一个环腔内在垂直吸附端面方向间隔120°开设3个通气孔，且相邻的环腔内相邻的通气孔处于同一直线上，处于同一直线上的通气孔在吸盘体的内部在垂直吸附端面方向间隔120°开设有相对的螺纹孔道，处于同一直线上的通气孔的底部与对应的螺纹孔道相连通，螺纹孔道的一端与主吸气管道相连通，螺纹孔道的另一端与吸附端面的侧壁相连通，螺纹孔道内螺接有密封塞；所述找正器轴连接在环腔的通气孔内。

进一步的，所述找正器包括：锁紧螺母，止推杆，紧定螺钉，千分表，其中，千分表的测杆上开设有螺纹，锁紧螺母通过所述螺纹螺接在测杆上，能够实现测杆的任意位置定位锁紧，止推杆的上端为用于夹持千分表的U型卡箍，通过紧定螺钉紧固夹持的方式安装在千分表的架表夹持部位，且通过紧定螺钉紧固夹持，止推杆的下端设有与所述通气孔相配合的锥形止推杆，通过止推杆与吸盘体上表面的通气孔精确配合回转摇表自定心功能。止推杆与通气孔需要配做，保证回转精度小于0.005mm，且要求真空气源系统的真空度小于-0.1Mpa。

进一步的，所述密封塞为涂有密封漆的顶丝。

进一步的，相邻环腔直径为2mm-10mm。

进一步的，在吸盘体的下部设有管接头，管接头的一端与主吸气管道相连通，管接头的另一端与吸盘体的侧壁相连通。

本发明还提供了一种含能回转零件柔性快调式自定心方法，包上述的自定心吸具，包括以下步骤：

步骤1：先将吸盘体通过卡盘或机械紧固的方法安装在机床主轴回转作台上，含能回转工件置于吸盘体中心区域；

步骤2：根据工件的外径大小在吸盘体的吸附端面处于同一直线上的通气孔中选取合适位置的通气孔作为径向定位孔A；

步骤3：利用止推杆将找正器插入定位孔A，摇摆千分表使其测杆滑过工件的大径，记录跳表状态读取最大示数a1，依此方法选定同一环槽内与定位孔A对应的120°等分定位孔B和定位孔C，分别摇表读取最大示值b1和c1；

步骤4：通过锁紧螺母将千分表测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔A为轴心再次摆动千分表，通过扳手将与定位孔A相对的螺纹孔道内的顶丝快速拧紧到找正器定位的位置；

步骤5：通过锁紧螺母将千分表测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔B为轴心再次摆动千分表，通过扳手将与定位孔B相对的螺纹孔道内的顶丝快速拧紧到找正器定位的位置；

步骤6：通过锁紧螺母将千分表测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔C为轴心再次摆动千分表，通过扳手将与定位孔C相对的螺纹孔道内的顶丝快速拧紧到找正器定位的位置；即可完成工件的自定心找正；

步骤7：撤去附件止推杆和扳手，利用管接头接通真空气路，最终实现该吸盘体的柔性快调式真空吸附。

在步骤2中，吸盘体的吸附端面的平面度小于等于0.003mm。

更进一步的技术方案是：止推杆与通气孔需要配做，保证回转精度小于0.005mm，且要求真空气源系统的真空度小于-0.1Mpa。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)本发明的适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具实现了在小批量柔性生产中，多种规格形状尺寸零件加工的真空吸紧和可靠装卡，可实现多种真空吸盘的功能集成，快速调整且更换便捷。

(2)本发明的适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具能够便捷实现对回转体工件的自定心功能，解决了以往含能部件小批量加工中，为适应不同尺寸工件装卡需要频繁更换吸盘、重复安装校正器具等繁杂操作，且其重复定心精度能满足生产要求。

(3)本发明的适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具具有结构简单，使用方便，吸附力均匀可靠的特点，而且具有环形吸盘的防积水结构特性，可解决工件与吸盘吸附面处的切削液渗漏问题，有效降低系统泄漏系数。

(4)本发明通过柔性快调式自定心功能设计，实现适于含能材料机械加工的新型快捷、可靠真空吸附方法研究，满足加工工装的柔性快调、防水防漏、压力均化、精度提升的实际需求，具有成本低廉且易与机床集成和拆卸等优点，可以显著提高产品加工质量的一致性。

附图说明

图1为本发明一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具的总体结构图。

图2为本发明一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具的剖主视图，示意出其快调变换吸附范围的工作原理。

图3为图2的俯视图，示意出各阵列孔位置关系及自定心原理。

如图所示，其中对应的附图标记名称为：

1-吸盘体，2-管接头，3-顶丝，4-扳手，5-找正器，5.1-锁紧螺母，5.2-止推杆，5.3-紧定螺钉，5.4-千分表，6-工件，7-环腔，8-主吸气管道，9-螺纹孔道，10-通气孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1:

如图1-3所示，一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具，包括吸盘体1和找正器5，吸盘体1的上部为吸附端面，吸盘体1的下部分为高精度圆柱段用以定位和装卡，通过卡盘或机械紧固的方法将吸盘体1安装在机床主轴或回转中作台上。吸盘体1内的中部开设有贯穿吸附端面的主吸气管道8，吸盘体1的吸附端面开设有直径逐渐变大的同心环腔7结构，每一个环腔7内在垂直吸附端面方向间隔120°开设3个通气孔10，且相邻的环腔7内相邻的通气孔10处于同一直线上，处于同一直线上的通气孔10在吸盘体1的内部在垂直吸附端面方向间隔120°开设有相对的螺纹孔道9，处于同一直线上的通气孔10的底部与对应的螺纹孔道9相连通，螺纹孔道9的一端与主吸气管道8相连通，螺纹孔道9的另一端与吸附端面的侧壁相连通，螺纹孔道9内螺接有密封塞；所述找正器5轴连接在环腔7的通气孔10内。

在本实施例中，所述找正器5包括：锁紧螺母5.1，止推杆5.2，紧定螺钉5.3，千分表5.4，其中，千分表5.4的测杆上开设有螺纹，锁紧螺母5.1通过所述螺纹螺接在测杆上，能够实现测杆的任意位置定位锁紧，止推杆5.2的上端为用于夹持千分表5.4的U型卡箍，通过紧定螺钉5.3紧固夹持的方式安装在千分表5.4的架表夹持部位，且通过紧定螺钉5.3紧固夹持，止推杆5.2的下端设有与所述通气孔10相配合的锥形止推杆5.2，通过止推杆5.2与吸盘体1上表面的通气孔10精确配合回转摇表自定心功能。止推杆5.2与通气孔10需要配做，保证回转精度小于0.005mm，且要求真空气源系统的真空度小于-0.1Mpa。

吸盘体1的吸附端面开设有直径逐渐变大的同心环腔7结构，满足了含能部件易变形、需匀布吸附力的加工要求，相邻环腔7直径可在制造前选定(一般在2mm-10mm之间)。

本发明中的找正器5既可作为工件6找正的推杆也具有环形吸盘顶丝3快速定位的止动器具。所述密封塞为涂有密封漆的顶丝3，能实现密封，且能通过顶丝3在螺纹孔道9内的位置调节有效真空吸附的面积。本发明的吸盘体1的结构非常新颖，顶丝3和螺纹孔道9的配合能起到根据不同直径的工件6来调整密封管道的位置，实现柔性快速调节。不必更换不同的吸盘。

优选的，在吸盘体1的下部设有管接头2，管接头2的一端与主吸气管道8相连通，管接头2的另一端与吸盘体1的侧壁相连通。

为了确保本发明的最终使用精度和系统可靠性，对其关键零部件的制造和装配的精度应当提出合理的精度要求，吸盘体1的吸附端面的平面度小于等于0.003mm。止推杆5.2与通气孔10需要配做，保证回转精度小于0.005mm，且要求真空气源系统的真空度小于-0.1Mpa。

此外，在吸盘体1的某一环腔7内要在垂直端面方向间隔120°开设3个微型通孔，该通孔系主要用于接触面缝隙渗漏导致的环腔7积水排出，且应开设在选定的有效真空环腔7外侧，但也可视使用情况进行封堵，避免泄气。

本发明还提供了一种含能回转零件柔性快调式自定心方法，包上述的自定心吸具，包括以下步骤：

步骤1：先将吸盘体1通过卡盘或机械紧固的方法安装在机床主轴回转作台上，含能回转工件6置于吸盘体1中心区域；从而设定好吸盘有效区域；为降低真空系统的泄漏系数，使用前需清理吸盘体1的残存颗粒。

步骤2：根据工件6的外径大小在吸盘体1的吸附端面处于同一直线上的通气孔10中选取合适位置的通气孔10作为径向定位孔A；

步骤3：利用止推杆5.2将找正器5插入定位孔A，摇摆千分表5.4使其测杆滑过工件6的大径，记录跳表状态读取最大示数a1，依此方法选定同一环槽内与定位孔A对应的120°等分定位孔B和定位孔C，分别摇表读取最大示值b1和c1；

步骤4：通过锁紧螺母5.1将千分表5.4测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔A为轴心再次摆动千分表5.4，通过扳手4将与定位孔A相对的螺纹孔道9内的顶丝3快速拧紧到找正器5定位的位置；

步骤5：通过锁紧螺母5.1将千分表5.4测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔B为轴心再次摆动千分表5.4，通过扳手4将与定位孔B相对的螺纹孔道9内的顶丝3快速拧紧到找正器5定位的位置；

步骤6：通过锁紧螺母5.1将千分表5.4测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔C为轴心再次摆动千分表5.4，通过扳手4将与定位孔C相对的螺纹孔道9内的顶丝3快速拧紧到找正器5定位的位置；即可完成工件6的自定心找正；

步骤7：撤去附件止推杆5.2和扳手4，利用管接头2接通真空气路，最终实现该吸盘体1的柔性快调式真空吸附。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具，其特征在于，包括吸盘体和找正器，吸盘体的上部为吸附端面，吸盘体内的中部开设有贯穿吸附端面的主吸气管道，吸盘体的吸附端面开设有直径逐渐变大的同心环腔结构，每一个环腔内在垂直吸附端面方向间隔120°开设3个通气孔，且相邻的环腔内相邻的通气孔处于同一直线上，处于同一直线上的通气孔在吸盘体的内部在垂直吸附端面方向间隔120°开设有相对的螺纹孔道，处于同一直线上的通气孔的底部与对应的螺纹孔道相连通，螺纹孔道的一端与主吸气管道相连通，螺纹孔道的另一端与吸附端面的侧壁相连通，螺纹孔道内螺接有密封塞；所述找正器轴连接在环腔的通气孔内。

2.根据权利要求1所述的一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具，其特征在于，所述找正器包括：锁紧螺母，止推杆，紧定螺钉，千分表，其中，千分表的测杆上开设有螺纹，锁紧螺母通过所述螺纹螺接在测杆上，止推杆的上端为用于夹持千分表的U型卡箍，且通过紧定螺钉紧固夹持，止推杆的下端设有与所述通气孔相配合的锥形止推杆，通过止推杆与吸盘体上表面的通气孔配合实现回转摇表。

3.根据权利要求1所述的一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具，其特征在于，所述密封塞为涂有密封漆的顶丝。

4.根据权利要求1所述的一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具，其特征在于，相邻环腔直径为2mm-10mm。

5.根据权利要求1所述的一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具，其特征在于，在吸盘体的下部设有管接头，管接头的一端与主吸气管道相连通，管接头的另一端与吸盘体的侧壁相连通。

6.一种含能回转零件柔性快调式自定心方法，包括权利要求1-5任一所述的自定心吸具，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：先将吸盘体通过卡盘或机械紧固的方法安装在机床主轴回转作台上，含能回转工件置于吸盘体中心区域；

步骤2：根据工件的外径大小在吸盘体的吸附端面处于同一直线上的通气孔中选取合适位置的通气孔作为径向定位孔A；

步骤3：利用止推杆将找正器插入定位孔A，摇摆千分表使其测杆滑过工件的大径，记录跳表状态读取最大示数a1，依此方法选定同一环槽内与定位孔A对应的120°等分定位孔B和定位孔C，分别摇表读取最大示值b1和c1；

步骤4：通过锁紧螺母将千分表测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔A为轴心再次摆动千分表，通过扳手将与定位孔A相对的螺纹孔道内的顶丝快速拧紧到找正器定位的位置；

步骤5：通过锁紧螺母将千分表测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔B为轴心再次摆动千分表，通过扳手将与定位孔B相对的螺纹孔道内的顶丝快速拧紧到找正器定位的位置；

步骤6：通过锁紧螺母将千分表测杆锁定在示值为d＝(a1+b1+c1)/3的位置，以定位孔C为轴心再次摆动千分表，通过扳手将与定位孔C相对的螺纹孔道内的顶丝快速拧紧到找正器定位的位置；即可完成工件的自定心找正；

步骤7：撤去附件止推杆和扳手，利用管接头接通真空气路，最终实现该吸盘体的柔性快调式真空吸附。

7.根据权利要求6所述的一种含能回转零件柔性快调式自定心方法，其特征在于，在步骤2中，吸盘体的吸附端面的平面度小于等于0.003mm。

8.根据权利要求6所述的一种含能回转零件柔性快调式自定心方法，其特征在于，止推杆与通气孔需要配做，保证回转精度小于0.005mm，且要求真空气源系统的真空度小于-0.1Mpa。

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