CN112025345A - 一种智能多层托盘夹具及装夹方法 - Google Patents

一种智能多层托盘夹具及装夹方法 Download PDF

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杨再金
程隆方
赵光武
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    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/06—Work-clamping means
    • B23Q3/062—Work-clamping means adapted for holding workpieces having a special form or being made from a special material

Abstract

本发明提供了一种智能多层托盘夹具及装夹方法，将智能多层托盘夹具创新设计为子母板夹具形式，作为智能柔性生产线的快换机构，以便人工装夹使用智能多层托盘夹具，控制智能多层托盘夹具随着复杂壳体，在智造柔性生产线上随件转工。可广泛应用于多型复杂壳体类的机械加工，具有加工效率高、加工质量稳定、技术经济性较好、装夹加工智能、控制可靠等特点，代表了复杂壳体智能加工的重要发展方向，应用前景非常广阔。

Description

一种智能多层托盘夹具及装夹方法
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域，具体涉及一种智能多层托盘夹具及装夹方法。
背景技术
如图3所示，某复杂壳体现有或传统机械加工，采用分散工序加工，粗精分散加工工序的工装夹具多达38个，其特点：每次加工零件时都需要重新安装夹具，对刀找正后进行加工，加工辅助时间长，周转时间长且加工质量不稳定。
该复杂壳体现有或传统钻斜孔工序多达90个，采用人工手动加工，其特点：采用普通铣床人工手动钻斜孔，通过普通铣床分度盘读数来保证每件复杂壳体的加工尺寸，加工每道工序都需要重新安装夹具、换刀、对刀等，加工辅助时间较长，加工效率低且质量一致性差。
该复杂壳体是发动机燃油系统产品的关键零件，孔系结构复杂，空间油路繁多互相交错，空间位置精度高达0.02mm，目前大多采用单台立式加工中心和普通铣床等，对复杂壳体每个面上的孔系和油路进行分散工序加工，技术经济性比较差。由于刀库数少(最多30把刀)，每道工序只能机加一个孔组或一组结构尺寸相同相近的孔和油路，造成工序多达170道，机加装夹次数多达130次。由于每道机加工序需要设计专用夹具，造成夹具品种数量繁多。由于是分面分工序加工，造成孔系和油路间尺寸、位置精度和表面质量难以保证，质量一致性差。由于每个机加工序都要进行首件自检和专检等，造成质量管理效率低，加工周期长达70余天。
发明内容
发明目的：为了解决复杂壳体加工过程中的上述技术问题，本发明提供了一种智能多层托盘夹具及装夹方法，采用了以智能多层托盘为快换机构的装夹方式，即智能多层托盘夹具随着复杂壳体在智能柔性生产线上进行周转，具有柔性、精密、标准及智能的特点。以快速换装方式更换托盘，使零件换装更快速，且高效稳定。
本发明的技术方案是：
根据智造柔性生产线的工艺流程与复杂壳体外形，将智能多层托盘夹具创新设计为子母板夹具形式，作为智能柔性生产线的快换机构，以便人工装夹使用智能多层托盘夹具，控制智能多层托盘夹具随着复杂壳体，在智造柔性生产线上随件转工。
智造柔性生产线中的智能多层托盘库，将需要机械切削加工的复杂壳体安装在多层托盘夹具上，由智能堆垛升降机带动，根据智能数控计算机的控制程序，自动交换和运输复杂壳体和智能多层托盘夹具到达需要机械切削加工的工序位置，按照不同复杂壳体的智能数控程序要求，实现24小时自动化连续加工，具有开放式体系结构，以支持智能柔性生产线的集成和扩展。
一种智能多层托盘夹具，包括托盘、安装在托盘上的母板和安装在母板上的子板，子板上设置有用于定位复杂壳体定位、装夹的部件。
优选的，母板通过若干安装锥及母板下部两相对侧面的安装块与托盘连接。
优选的，子板上设置有若干铭牌，其中一个铭牌标记有基点坐标。
优选的，子板上设置有找正环，以找正环端面与环心坐标为夹具零点。
优选的，子板上设置有若干导向柱、支撑、定位销、压板，导向柱具备防错功能。
优选的，母板上设置有若干吊环。
优选的，子板通过球锁安装在母板上。
一种智能多层托盘夹具装夹复杂壳体的方法，其装夹过程如下：将定位销安装在子板上，并由导向柱保证零件装夹方向的唯一性；测量夹具零点坐标，由夹具零点坐标，按铭牌上的基点坐标值偏移坐标，得到的零件加工及定位基准坐标原点即为零件加工对刀点；最后拧紧压板，零件完成装夹。
本发明的优点是：与传统夹具相比，该智能多层托盘夹具能实现快速换装，减少了零件的装夹次数。运用定位销结合铭牌、找正环定位，定位精度高。导向柱保证零件装夹方向的唯一性，起到防错作用，装夹稳定、可靠。
附图说明
图1为智能多层托盘夹具三维建模图。
图2为智能多层托盘夹具装配图。
图3为某复杂壳体的装夹图。
图中：1-托盘、2-安装块、3-母板、4-安装锥、5-吊环、6-子板、7-铭牌、8-支撑、9-压板、10-导向柱、11-找正环、12-定位销、13-球锁。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
一种智能多层托盘夹具，包括托盘1、安装在托盘1上的母板3和安装在母板3上的子板6，子板6上设置有用于定位复杂壳体定位、装夹的部件。母板3下部两相对侧面通过安装块2与托盘1连接。子板6上设置有若干铭牌7，通过其中一个铭牌7确定基点坐标。子板6上设置有找正环11，以找正环11 端面与环心坐标为夹具零点。
以用于图3中的复杂壳体的智能多层托盘夹具为例，该智能多层托盘夹具包括一个托盘1、二个安装块2、一个母板3、四个安装锥4、四个吊环5、一个子板6、三个铭牌7、六个支撑8、四个压板9、四个导向柱10、一个找正环 11、二个定位销12、二个球锁13。三个铭牌7中的一个铭牌7标记有基点坐标，其余两个铭牌7标记零件号、工序号、夹具号等信息，铭牌7、支撑8、压板9、导向柱10、找正环11、定位销12均设置于子板6上，零件的定位孔安装在定位销12上，支撑8用于支撑零件的定位面。子板6通过球锁13安装在母板3 上，母板3通过安装锥4、安装块2安装在托盘1上，吊环5安装在母板3上。
如图4所示，将图3所示复杂壳体安装在智能多层托盘夹具上，然后将两定位销12安装在子板6上的两安装孔上，并由子板6上的导向柱10保证零件装夹方向的唯一性，测量夹具零点坐标，由夹具零点坐标，按铭牌7上的基点坐标值偏移坐标，得到的零件加工及定位基准坐标原点即为零件加工对刀点；最后拧紧压板9，零件完成装夹。
将智能多层托盘夹具安装在机床的工作台上，整体视为零点定位工装，通过液压锁紧和松开，保证零件的装夹稳定。利用零点定位工装快速实现智能多层托盘夹具和复杂壳体在机床工作台或各个工位间的切换，实现复杂壳体转移加工。复杂壳体在智能柔性生产线间流转时，只要将智能多层托盘夹具整体移送到需要的工位，就可以进行加工，实现零件的快速换装。
根据该复杂壳体的智造工艺规程中的加工内容，在两台卧式加工中心及一台五轴加工中心上，运用智能多层托盘夹具装夹零件，完成壳体零件的型面及壳体零件的斜孔的加工。
根据设计运用这种智能多层托盘夹具的快换工装，在智能柔性生产线上对该复杂壳体进行加工验证：该复杂壳体在智能柔性生产线上按照以上工艺要求，加工出首批零件，并按照首件包要求进行全尺寸测量，测量结果合格，对部分精加工孔尺寸进行了测量数据统计，如下表1所示，尺寸稳定，一致性好，满足设计要求。
表1某复杂壳体加工测量数据统计表
Figure RE-GDA0002754125110000041
Figure RE-GDA0002754125110000051
该复杂壳体周转时间统计：10件(每批)复杂壳体传统加工周转时间需要 62天，利用智能多层托盘夹具加工，周转时间可缩短为10天，生产效率提高了6倍。
本发明的一种智能多层托盘夹具及装夹方法相比于传统夹具具有如下优点：
(1)工装快换：工件在生产线间流转时，只要将托盘整体移送到需要的工位，就可以进行加工，实现快速换装，减少了零件的装夹次数。通过快换工装实现复杂壳体智能连续生产，减少了人为因素影响，极大的提高了加工效率和加工质量。
(2)定位精度高：运用铭牌确定装夹零件方向，由夹具零点坐标，按铭牌上基点坐标X、Y、Z值偏移坐标，确定零件加工及定位基准坐标原点，即为零件加工对刀点。由两定位销对应两安装孔进行安装，通过找正找正环端面与环心坐标为夹具零点，找正环误差小于0.005mm，定位精度高。
(3)装夹稳定、可靠(防错)：装夹由铭牌、定位销、找正环安装找正，夹具通过液压锁紧和松开，保证零件的装夹稳定、可靠。由导向柱保证零件装夹方向的唯一性，即当零件安装方向错误时，则无法安装零件，具有防错功能。
本发明的一种智能多层托盘夹具经过定位基准的调整，可广泛应用于多型复杂壳体类的机械加工，具有加工效率高、加工质量稳定、技术经济性较好、装夹加工智能、控制可靠等特点，代表了复杂壳体智能加工的重要发展方向，应用前景非常广阔。

Claims (8)

1.一种智能多层托盘夹具，其特征在于，包括托盘(1)、安装在托盘(1)上的母板(3)和安装在母板(3)上的子板(6)，子板(6)上设置有用于定位复杂壳体定位、装夹的部件。
2.如权利要求1所述的一种智能多层托盘夹具，其特征在于，母板3)通过若干安装锥(4)及母板(3)下部两相对侧面的安装块(2)与托盘(1)连接。
3.如权利要求1所述的一种智能多层托盘夹具，其特征在于，子板(6)上设置有若干铭牌(7)，其中一个铭牌(7)标记有基点坐标。
4.如权利要求1所述的一种智能多层托盘夹具，其特征在于，子板(6)上设置有找正环(11)，找正环(11)的基准面朝向操作者，以找正环(11)的基准面与找正环(11)的中心轴的交点为夹具零点。
5.如权利要求1所述的一种智能多层托盘夹具，其特征在于，子板(6)上设置有若干导向柱(10)、支撑(8)、定位销(12)、压板(9)，导向柱(10)具备防错功能。
6.如权利要求1所述的一种智能多层托盘夹具，其特征在于，母板(3)上设置有若干吊环(5)。
7.如权利要求1所述的一种智能多层托盘夹具，其特征在于，子板(6)通过球锁(13)安装在母板(3)上。
8.使用权利要求1～7任一所述的一种智能多层托盘夹具装夹复杂壳体的方法，其特征在于，其装夹过程如下：将定位销(12)安装在子板(6)上，并由导向柱(10)保证零件装夹方向的唯一性；测量夹具零点坐标，由夹具零点坐标，按铭牌(7)上的基点坐标值偏移坐标，得到的零件加工及定位基准坐标原点即为零件加工对刀点；最后拧紧压板(9)，零件完成装夹。
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