CN112077773B - 用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其包括夹紧夹具、支撑夹具和导轨。底座和导轨滑块通过第七螺栓与导轨固定连接，螺纹杆的第一端和底座的盲孔固连，其第二端穿过方形升杆侧耳的螺纹孔与底座的螺纹孔固连，扳手销和螺纹杆的通孔连接，球头夹下端与方形平台的通孔和燕尾槽固定连接，球杆的球头和球头夹的球槽固定连接，球杆的非球头端和支撑杆的第一端连接，支撑杆的第二端与转块夹的通孔和半圆槽连接；圆形底座和导轨滑块通过第七螺栓与导轨固定连接，圆形升杆的外螺纹和圆形底座的内螺纹连接，U形夹的沉头通孔和圆形升杆的方形平台固定连接。本发明具有自由度高、灵活性好、可靠性强和适用范围广的特点。

Description

用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具及使用方法

技术领域

本发明涉及材料无损检测领域，特别涉及一种用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具及使用方法。

背景技术

复合材料因具有重量轻、强度高和加工成型方便等优点，广泛应用于航空、航天、汽车、化工等领域，且在各领域重大设备中，使用比例逐年增高。受制造工艺以及服役过程内外环境因素影响，复合材料结构不可避免存在分层、脱粘、夹杂和空隙等缺陷。为保证各重大设备安全平稳运行，复合材料结构缺陷检测与质量评估需求十分迫切。

超声检测技术因具有显示直观、检测灵敏度高、结果易存储、适用范围广、容易实现自动化检测等优点，在复合材料无损检测中应用最为广泛。其中，喷水穿透式扫描检测技术是复合材料超声检测中最常用的方法。该方法是通过激励探头激发超声波经过复合材料传入接收探头后，用声能的衰减表征材料的缺陷信息。喷水检测过程中，探头角度可调，与工件不接触，便于实现沿平面固定角度或沿曲面变角度的自动化扫查检测；并且，与脉冲反射法相比，穿透法的声程短，更适用于具有高声衰减特性复合材料的缺陷检测。

目前，随新需求出现和制造工艺更新，复合材料制件由形状简单层板向复杂形状发展，大厚度、双曲面、多拐角、多空腔结构增多，缺陷检测难度逐渐加大，曲面跟踪或3D仿形检测成为复合材料喷水超声C扫描检测发展方向。然而，曲面跟踪或仿形检测过程中，水柱喷射方向实时变化，复合材料制件受力方向也实时变化。为保证不同受力方向下复合材料制件持续稳定而不晃动，工装夹具适用性以及稳定性显得尤为重要。然而，目前使用的喷水超声扫描检测夹具多为仪器设备本身携带，多适用于形状简单、规则复合材料制件的喷水超声检测。对于形状复杂制件，仪器设备自带夹具因存在自由度不高、适用范围有限以及灵活性差等缺点，无法对制件进行稳固而有效夹持，严重干扰超声检测结果，导致缺陷漏检或误判，甚至导致制件不可检。

因此，针对异形复合材料制件的检测需求，急需设计一套用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具。

发明内容

针对现有异形复合材料制件喷水超声检测工装夹具存在的问题，本发明提供一种用于异形复合材料制件的喷水超声检测多自由度工装夹具，以保证喷水超声检测过程中复合材料制件被稳固夹持，进而获得稳定可靠超声检测信号，为异形复合材料制件超声可视化检测提供有力支撑。

本发明提供了一种用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其包括夹紧夹具、支撑夹具和导轨，所述导轨的燕尾槽和导轨滑块滑动连接。所述夹紧夹具，其包括底座、螺纹杆、扳手销、方形升杆、球头夹、球杆、支撑杆、转块夹、双向连接器、与偏心紧固扳手配合的第一螺栓、固定转块夹的第二螺栓与第三螺栓、安装球头夹的第四螺栓、紧固球头夹的紧固螺钉、固定球头夹的第五螺栓、和盖板配套的第六螺栓、固定底座或者圆形底座的第七螺栓和紧固复合材料制件第一紧固螺栓；所述方形升杆，其包括升杆主体、侧耳和方形平台，所述升杆主体的下端的一侧设有侧耳，所述侧耳的中心设有螺纹孔，所述升杆主体的上端设有方形平台，所述方形平台的上表面设有燕尾槽和通孔；所述球头夹，其包括第一半球头夹和第二半球头夹，所述第一半球头夹的下端设有螺纹通孔，所述第一半球头夹相对远离第二半球头夹的一侧面设有紧固螺纹孔和包裹球杆的螺纹通孔，所述第二半球头夹的下端设有燕尾导轨，所述第二半球头夹相对远离第一半球头夹的一侧面设有紧固螺纹孔和包裹球杆的螺纹通孔，所述第二半球头夹相对的两侧面上设有紧固螺纹孔，所述第一半球头夹通过所述第四螺栓和所述第二半球头夹固定连接；所述转块夹的第一端为半圆结构，所述半圆结构的中心设有通孔，所述半圆结构的半圆面上设有半圆槽，所述转块夹的第二端为U形夹结构，所述U形夹结构的对称两侧设有螺纹通孔。所述底座的下端位于所述导轨滑块的上表面，所述底座和所述导轨滑块通过所述第七螺栓与所述导轨固定连接，所述螺纹杆的第一端和所述底座的盲孔固定连接，所述螺纹杆的第二端穿过侧耳的螺纹孔通过第六螺栓和盖板与所述底座的螺纹孔固定连接，所述螺纹杆的第二端设有通孔，所述扳手销和所述螺纹杆的通孔连接，转动扳手销可使螺纹杆绕竖直方向自由旋转，驱使方形升杆沿竖直方向升降；所述球头夹下端通过第五螺栓和所述燕尾导轨与所述方形平台的通孔和燕尾槽固定连接，所述球杆的球头通过紧固螺钉和所述球头夹的球槽固定连接，所述球杆的非球头端通过双向连接器和所述支撑杆的第一端连接，与偏心紧固扳手配合的第一螺栓分布于所述双向连接器的两端，所述支撑杆的第二端通过第二螺栓和第三螺栓与所述转块夹的通孔和半圆槽连接，所述紧固螺钉可对球杆进行固定，所述偏心紧固扳手与所述第一螺栓配合使用，可对球杆或支撑杆进行夹紧或松开操作，所述第二螺栓和所述第三螺栓可控制转块夹绕其半圆结构圆心的旋转。所述支撑夹具，其包括圆形底座、圆形升杆、U形夹、第二紧固螺栓和固定U形夹的第八螺栓，所述圆形底座的上端为空心圆柱结构，所述空心圆柱结构的内壁设有内螺纹，所述圆形底座的下端对称设有带通孔的侧耳，所述圆形升杆的下端为空心圆柱，所述空心圆柱的外壁设有外螺纹，所述圆形升杆的上端为方形平台，所述方形平台的中心设有螺纹盲孔，所述U形夹的下端设有沉头通孔和减重通孔，所述U形夹的相对两侧面设有螺纹通孔；所述圆形底座的下端位于所述导轨滑块的上表面，所述圆形底座和所述导轨滑块通过所述第七螺栓与所述导轨固定连接，所述圆形升杆的外螺纹和所述圆形底座的内螺纹连接，通过螺纹可将圆形升杆旋进圆形底座中，通过转动圆形升杆实现圆形升杆的升降运动，所述U形夹的沉头通孔通过第八螺栓和所述圆形升杆的方形平台固定连接，所述第八螺栓可控制U形夹绕圆形升杆得轴线进行旋转。

可优选的是，所述底座的上端为方形空心结构，所述方形空心结构的一侧设有开口，所述开口所在的侧面的上端设有螺纹孔，所述底座的下端为平板结构，所述平板结构上与所述开口同侧的侧面设有盲孔，所述平板左右两侧面对称设有通孔侧耳。

可优选的是，所述底座上的盲孔、所述螺纹杆、所述方形升杆的侧耳和所述盖板的轴线在同一条直线上。

可优选的是，所述偏心紧固扳手的数量和所述第一螺栓的数量相等。

可优选的是，所述底座的方形空心结构尺寸大于所述方形升杆的外形尺寸，所述方形升杆上端和所述球头夹连接位置的外形尺寸相同。

可优选的是，所述转块夹半圆结构上的半圆槽和中心通孔的尺寸大于所述第二螺栓和所述第三螺栓的外形尺寸。

本发明的另一方面，提供一种用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具的使用方法，其具体操作步骤如下：

S1、进行导轨的安装，根据实际检测需求配置导轨的数量，并将导轨固定在喷水超声扫描平台的指定位置；

S2、夹具底座的初装，底座安装包括夹紧夹具中底座和支撑夹具中圆形底座的安装，具体操作为：

S21、根据实际检测需求，确定夹紧夹具和支撑夹具的数量，进而确定安装底座和圆形底座所用导轨滑块的数量；

S22、将导轨滑块从导轨端部放入其导轨的燕尾槽中，并根据复合材料制件的尺寸大小和摆放位置，使导轨滑块沿导轨的燕尾槽滑动到指定位置；

S23、通过导轨滑块和第七螺栓将底座和圆形底座分别与导轨进行固定；

S3、夹紧夹具的组装，具体操作为：

S31、先将螺纹杆插入底座下端的盲孔后，在将方形升杆插入底座中，转动螺纹杆，将螺纹杆旋进方形升杆的侧耳的螺纹孔中；

S32、利用第六螺栓和盖板将螺纹杆固定于底座的侧壁前方，同时将扳手销穿过螺纹杆上部通孔；

S33、将第一半球头夹装配在方形升杆的方形平台上，将球杆的球头放入第一半球头夹的凹形半球内，再将第二半球头夹下端的燕尾导轨插入方形升杆的方形平台的燕尾槽中；

S34、将第一半球头夹和第二半球头夹组装一起，来包裹球杆的球头，旋转球杆至合适位置，通过拧紧固螺钉对球杆进行固定；

S35、通过双向连接器将球杆和支撑杆连接，松开紧固扳手，将支撑杆旋转或移动至合适位置，再拧紧紧固扳手来拧紧支撑杆，将转块夹14与支撑杆8进行连接，将第一紧固螺栓旋进转块夹的U形夹侧壁螺纹通孔中，至此，完成夹紧夹具的组装；

S4、支撑夹具的组装，具体操作为：

S41、将圆形升杆旋进圆形底座内，同时，通过第八螺栓将U形夹紧固于圆形升杆的方形平台上；

S42、将第二紧固螺栓分别旋进U形夹侧壁的两个螺纹孔中，至此，完成支撑夹具的组装；

S5、复合材料制件的夹紧固定，具体操作为：

S51、将复合材料制件放置于支撑夹具上，利用支撑夹具对复合材料制件进行辅助固定；

S511、根据复合材料制件的尺寸和底部形状以及摆放位置，调整圆形底座的位置，使两支撑夹具位于复合材料制件底部的位置；

S512、拧松两支撑夹具中的第八螺栓，旋转U形夹，当U形夹两侧壁与复合材料制件平行后，拧紧第八螺栓，固定U形夹；

S513、转动两支撑夹具中第二紧固螺栓，让U形夹预留出足够空间，放置复合材料制件；

S514、调整复合材料制件垂直后，拧紧第二紧固螺栓辅助固定复合材料制件；

S52、利用夹紧夹具对复合材料制件进行夹紧固定；

S521、调整底座的位置，使夹紧夹具位于复合材料制件两侧；

S522、通过夹紧夹具的多自由度组合使用，使夹紧夹具中转块夹的U形夹结构的侧壁与复合材料制件平行；

S523、转动扳手销，升降夹紧夹具，使转块夹夹持复合材料制件中部偏上部位，拧紧第一紧固螺栓，完成对复合材料制件的紧固。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.通过导轨滑块沿导轨滑动可自由调节支撑夹具和夹紧夹具的位置，便于固定不同尺寸复合材料制件；

2.支撑夹具和夹紧夹具的高度均可灵活调节，便于夹持下端形状复杂复合材料制件，并将制件固定在特定高度位置；

3.夹紧夹具中的球杆、支撑杆和转块夹多自由度组合，可使转块夹在空间大范围内移动或转动，便于夹紧形状复杂的复合材制件；

4.根据使用需求，可自由灵活选择支撑夹具、夹紧夹具以及导轨的数量。

附图说明

图1为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中夹紧夹具的结构示意图；

图2为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中底座的结构示意图；

图3为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中方形升杆的结构示意图；

图4为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具在A区域的局部放大图；

图5A和图5B分别为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中第二半球头夹、第二半球头夹的结构示意图；

图6为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中转块夹的结构示意图；

图7为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中支撑夹具的结构示意图；

图8为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中圆形升杆的结构示意图；

图9为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中U形夹的结构示意图；

图10为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中长方形复合材料制件夹持效果示意图；以及

图11为本发明用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具中曲面复合材料制件夹持效果示意图。

主要附图标记：

导轨1，底座2，方形空心结构201，平板结构202，盲孔203，通孔侧耳204，螺纹杆3，扳手销4，方形升杆5，侧耳501，升杆主体502，方形平台503，燕尾槽504，球头夹6，第一半球头夹601，第二半球头夹602，燕尾导轨603，球槽604，球杆7，支撑杆8，双向连接器9，偏心紧固扳手10，第一螺栓11，第二螺栓12，第三螺栓13，转块夹14，半圆结构1401，U形夹结构1402，半圆槽1403，第一紧固螺栓15，第四螺栓16，紧固螺钉17，第五螺栓18，第六螺栓19，盖板20，第七螺栓21，圆形底座23，圆形升杆24，空心圆柱2401，方形平台2402，U形夹25，沉头通孔2501，减重通孔2502，螺纹通孔2503，第二紧固螺栓26，第八螺栓27，长方形复合材料制件28，曲面复合材料制件29。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

用于异形复合材料制件的喷水超声检测多自由度工装夹具，如图1所示，其包括夹紧夹具、支撑夹具和导轨1。导轨1上设有燕尾槽和沉头孔，导轨1的燕尾槽和导轨滑块滑动连接，通过螺栓可将导轨1固定在喷水超声扫描平台的指定位置，导轨1的燕尾槽内可让导轨滑块自由滑动。支撑夹具主要承载复合材料制件垂直方向重力；夹紧夹具主要起到夹紧固定制件作用，保证超声检测过程中，异形复合材料制件稳定而不晃动。夹紧夹具、支撑夹具和导轨1的数量可根据实际检测需求进行灵活配置。

夹紧夹具，其包括底座2、螺纹杆3、扳手销4、方形升杆5、球头夹6、球杆7、支撑杆8、转块夹14、双向连接器9、与偏心紧固扳手10配合的第一螺栓11、固定转块夹14的第二螺栓12与第三螺栓13、安装球头夹6的第四螺栓16、紧固球头夹6的紧固螺钉17、固定球头夹6的第五螺栓18、和盖板20配套的第六螺栓19、固定底座2或者圆形底座23的第七螺栓21和紧固复合材料制件第一紧固螺栓15。

底座2，如图2所示，底座2的上端为方形空心结构201，方形空心结构201的一侧设有开口，开口所在的侧面的上端设有螺纹孔，底座的下端为平板结构202，平板结构202上与开口同侧的侧面设有盲孔203，平板左右两侧面对称设有通孔侧耳204。

方形升杆5，如图3所示，其包括升杆主体502、侧耳501和方形平台503，升杆主体502的下端的一侧设有侧耳501，侧耳501的中心设有螺纹孔，升杆主体502的上端设有方形平台503，方形平台503的上表面设有燕尾槽504和通孔。

球头夹6，如图5A和5B所示，其包括第一半球头夹601和第二半球头夹602，第一半球头夹601的下端设有螺纹通孔，第一半球头夹601相对远离第二半球头夹602的一侧面设有紧固螺纹孔和包裹球杆7的螺纹通孔，第二半球头夹602的下端设有燕尾导轨603，第二半球头夹602相对远离第一半球头夹601的一侧面设有紧固螺纹孔和包裹球杆7的螺纹通孔，第二半球头夹602相对的两侧面上设有紧固螺纹孔，第一半球头夹601通过第四螺栓16和第二半球头夹602固定连接。

如图6所示，转块夹14的第一端为半圆结构1401，半圆结构1401的中心设有通孔，半圆结构1401的半圆面上设有半圆槽1403，转块夹14的第二端为U形夹结构1402，U形夹结构1402的对称两侧设有螺纹通孔。

如图1所示，底座2的下端位于导轨滑块的上表面，底座2和导轨滑块通过第七螺栓21与导轨1固定连接，螺纹杆3的第一端和底座2的盲孔固定连接；如图4所示，螺纹杆3的第二端穿过侧耳501的螺纹孔通过第六螺栓19和盖板20与底座2的螺纹孔固定连接，螺纹杆3的第二端设有通孔，扳手销4和螺纹杆3的通孔连接，转动扳手销4可使螺纹杆3绕竖直方向自由旋转，驱使方形升杆5沿竖直方向升降。

球头夹6下端通过第五螺栓18和燕尾导轨603与方形平台503的通孔和燕尾槽504固定连接，球杆7的球头通过紧固螺钉17和球头夹6的球槽604固定连接，球杆7的非球头端通过双向连接器9和支撑杆8的第一端连接，与偏心紧固扳手10配合的第一螺栓11分布于双向连接器9的两端，支撑杆8的第二端通过第二螺栓12和第三螺栓13与转块夹14的通孔和半圆槽1403连接。

拧紧固螺钉17可对球杆7进行固定，拧松第四螺栓16和紧固螺钉17，球杆7可绕自身的球心进行大范围转动；偏心紧固扳手10与第一螺栓11配合使用，可对球杆7或支撑杆8进行夹紧或松开操作：松开双向连接器9两端的紧固扳手10，双向连接器9可带动支撑杆8一起绕球杆7的轴线进行旋转，支撑杆8可带动转块夹14一起绕支撑杆8轴线进行旋转以及沿支撑杆8轴线方向进行移动；紧固双向连接器9的两个紧固扳手10时，双向连接器9和支撑杆8均无法转动或移动。松开第二螺栓12和第三螺栓13时，转块夹14可绕其半圆结构1401的圆心进行旋转；拧紧第二螺栓12和第三螺栓13时，转块夹14与支撑杆8不发生相对运动。

由以上可知，夹紧夹具拥有非常多的自由度：松开第七螺栓21时，夹紧夹具可沿导轨1的燕尾槽进行滑动；转动扳手销4，可调整夹紧夹具的整体高度；拧松紧固螺钉17和第六螺栓16，可在一定范围内立体旋转球杆7；松开紧固扳手10，支撑杆8可分别绕球杆7轴线和支撑杆8自身轴线进行旋转，也可沿支撑杆8轴线方向进行移动；松开第二螺栓12和第三螺栓13时，转块夹14可绕其半圆结构1401的圆心进行旋转。

支撑夹具，如图7所示，其包括圆形底座23、圆形升杆24、U形夹25、第二紧固螺栓26和固定U形架25的第八螺栓27。圆形底座23的上端为空心圆柱结构，空心圆柱结构的内壁设有内螺纹，圆形底座23的下端对称设有带通孔的侧耳；如图8所示，圆形升杆24的下端为空心圆柱2401，空心圆柱2401的外壁设有外螺纹，圆形升杆24的上端为方形平台2402，方形平台2402的中心设有螺纹盲孔；如图9所示，U形夹25的下端设有沉头通孔2501和减重通孔2502，U形夹25的相对两侧面设有螺纹通孔2503；

圆形底座23的下端位于导轨滑块的上表面，圆形底座23和导轨滑块通过第七螺栓21与导轨1固定连接，圆形升杆24的外螺纹和圆形底座23的内螺纹连接，通过螺纹可将圆形升杆24旋进圆形底座23中，通过转动圆形升杆24实现圆形升杆24的升降运动；U形夹25的沉头通孔2501通过第八螺栓27和圆形升杆24的方形平台2402固定连接，拧松第八螺栓27时，U形夹25可绕圆形升杆24轴线进行旋转；U形夹25一侧壁加工有两个螺纹通孔2503，分别与两个螺栓配合使用，可对复合材料制件进行辅助夹持，实际使用中，根据是否需要辅助夹持，决定是否在圆形升杆24上安装U形夹25。

由上述可知，支撑夹具也具有非常多的自由度：松开第七螺栓21时，支撑夹具可沿导轨1的燕尾槽方形进行滑动；转动圆形升杆24，可调整支撑夹具的整体高度；拧松第八螺栓27时，U形夹25可绕圆形升杆24轴线进行旋转，方便夹持不同方向复合材料制件。

进一步，为了保证夹紧工装能够不卡涩，其底座2上的盲孔203、螺纹杆3、方形升杆5的侧耳501和盖板20的轴线在同一条直线上。

具体而言，双向连接器9两端的偏心紧固扳手10的数量和第一螺栓11的数量相等。

底座2的方形空心结构尺寸大于方形升杆5的外形尺寸，方形升杆5上端和球头夹6连接位置的外形尺寸相同。

在本发明的一个优选实施例中，转块夹14半圆结构上的半圆槽和中心通孔的尺寸大于第二螺栓12和第三螺栓13的外形尺寸。

以下结合实施例对本发明一种用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具做进一步描述：

下面以长方形和曲面两个不同形状复材制件夹持过程为例，结合图10和图11，对本发明夹具的使用详细说明。

实施例一

利用本发明的工装夹具夹持长方形复合材料制件28的具体操作步骤如下：

S1、进行导轨1的安装，根据实际检测需求配置导轨1的数量，在长方形复合材料制件28的夹持中，选择配置一个导轨1，由于导轨1的燕尾槽底端加工有沉头孔，因此通过螺栓，将导轨1固定在喷水超声扫描平台的指定位置。

S2、夹具底座的初装，底座安装包括夹紧夹具中底座和支撑夹具中圆形底座的安装，具体操作为：

S21、根据实际检测需求，确定夹紧夹具和支撑夹具的数量，进而确定安装底座2和圆形底座23所用导轨滑块的数量，对于长方形复合材料制件28的夹持，选用两个支撑夹具和两个夹持夹具，导轨滑块的数量为四对；

S22、将四对导轨滑块从导轨端部放入其导轨1的燕尾槽中，并根据长方形复合材料制件28的尺寸大小和摆放位置，使导轨滑块沿导轨1的燕尾槽滑动到指定位置；

S23、通过导轨滑块和第七螺栓21将底座2和圆形底座23分别与导轨1进行固定。

S3、夹紧夹具的组装，具体操作为：

S31、如图1所示，先将螺纹杆3插入底座2下端的盲孔后，在按图3所示，将方形升杆5插入底座2中，转动螺纹杆3，将螺纹杆3旋进方形升杆5侧耳501的螺纹孔中；

S32、利用第六螺栓19和盖板20将螺纹杆3固定于底座2的侧壁前方，将扳手销4穿过螺纹杆3上部通孔，如图4所示；

S33、通过第一半球头夹601底部四个螺纹通孔，如图5左图所示，配合四个第五螺栓18，将第一半球头夹601装配在方形升杆5方形平台503上。将球杆7球头放入第一半球头夹601的凹形半球内，再按图5所示，将第二半球头夹602下端的燕尾导轨插入方形升杆5方形平台503的燕尾槽504中；

S34、通过四个第四螺栓16将第一半球头夹601和第二半球头夹602组装一起，来包裹球杆7的球头，旋转球杆7至合适位置，通过拧紧固螺钉17对球杆7进行固定；

S35、通过双向连接器9连接球杆7和支撑杆8，松开紧固扳手10，将支撑杆8旋转或移动至合适位置，再通过拧紧紧固扳手10来拧紧固支撑杆8；通过第三螺栓13和第二螺栓12，按图6所示，将转块夹14与支撑杆8进行连接；将第一紧固螺栓15旋进转块夹14的U形夹结构1402侧壁的螺纹通孔中，至此，完成夹紧夹具组装。

S4、支撑夹具的组装，具体操作为：

S41、如图7所示，将圆形升杆24旋进圆形底座23内；同时，通过U形夹25底面的沉头通孔2501以及第八螺栓27，将U形夹25紧固于圆形升杆24的方形平台2402上；

S42、将两个第二紧固螺栓26分别旋进U形夹25侧壁的两个螺纹通孔2503中，至此，完成支撑夹具的组装。

S5、长方形复合材料制件28的夹紧固定，具体操作为：

S51、将长方形复合材料制件28放置于支撑夹具上，利用支撑夹具对长方形复合材料制件28进行辅助固定；

S511、根据长方形复合材料制件28的尺寸和底部形状以及摆放位置，调整圆形底座23的位置，使两支撑夹具位于长方形复合材料制件28底部位置；

S512、拧松两支撑夹具中的第八螺栓27，旋转U形夹25，当U形夹25两侧壁与长方形复合材料制件28平行后，拧紧第八螺栓27，固定U形夹25；

S513、转动两支撑夹具中第二紧固螺栓26，让U形夹25预留出足够空间，放置长方形复合材料制件28；

S514、调整长方形复合材料制件28垂直后，拧紧第二紧固螺栓26辅助固定长方形复合材料制件28。

S52、利用夹紧夹具对长方形复合材料制件28进行夹紧固定；

S521、调整底座2的位置，使夹紧夹具位于长方形复合材料制件28两侧；

S522、通过夹紧夹具的多自由度组合使用，使夹紧夹具中转块夹14的U形夹结构1402的侧壁与长方形复合材料制件28平行；

S523、转动扳手销4，升降夹紧夹具，使转块夹14夹持长方形复合材料制件28中部偏上部位，如图10所示；最后，拧紧第一紧固螺栓15，完成对长方形复合材料制件28的紧固。

实施例二

利用本发明所提供的工装夹具夹持曲面复合材料制件29的实施过程与夹持长方形复合材料制件28实施过程大体相同，均分为导轨1的安装、夹具底座的初装、夹紧夹具组装、支撑夹具组装和复合材料制件夹紧固定，在具体调节上存在差异，因此利用本发明的工装夹具夹持曲面复合材料制件29的具体实施过程如下：

S1、进行导轨1的安装，根据实际检测需求配置导轨1的数量，在曲面复合材料制件29的夹持中，选择配置一个导轨1，由于导轨1的燕尾槽底端加工有沉头孔，因此通过螺栓，将导轨1固定在喷水超声扫描平台的指定位置。

S2、夹具底座的初装，底座安装包括夹紧夹具中底座和支撑夹具中圆形底座的安装，具体操作为：

S21、根据实际检测需求，确定夹紧夹具和支撑夹具的数量，进而确定安装底座2和圆形底座23所用导轨滑块的数量，对于曲面复合材料制件29的夹持，选用两个支撑夹具和两个夹持夹具，导轨滑块的数量为四对；

S22、将四对导轨滑块从导轨端部放入其导轨1的燕尾槽中，并根据曲面复合材料制件29的尺寸大小和摆放位置，使导轨滑块沿导轨1的燕尾槽滑动到指定位置；

S23、通过导轨滑块和第七螺栓21将底座2和圆形底座23分别与导轨1进行固定。

S3、夹紧夹具的组装，具体操作为：

S31、如图1所示，先将螺纹杆3插入底座2下端的盲孔后，在按图3所示，将方形升杆5插入底座2中，转动螺纹杆3，将螺纹杆3旋进方形升杆5侧耳501的螺纹孔中；

S32、利用第六螺栓19和盖板20将螺纹杆3固定于底座2的侧壁前方，将扳手销4穿过螺纹杆3上部通孔，如图4所示；

S33、通过第一半球头夹601底部四个螺纹通孔，如图5左图所示，配合四个第五螺栓18，将第一半球头夹601装配在方形升杆5方形平台503上。将球杆7球头放入第一半球头夹601的凹形半球内，再按图5所示，将第二半球头夹602下端的燕尾导轨插入方形升杆5方形平台503的燕尾槽504中；

S34、通过四个第四螺栓16将第一半球头夹601和第二半球头夹602组装一起，来包裹球杆7的球头，旋转球杆7至合适位置，通过拧紧固螺钉17对球杆7进行固定；

S35、通过双向连接器9连接球杆7和支撑杆8，松开紧固扳手10，将支撑杆8旋转或移动至合适位置，再通过拧紧紧固扳手10来拧紧固支撑杆8；通过第三螺栓13和第二螺栓12，按图6所示，将转块夹14与支撑杆8进行连接；将第一紧固螺栓15旋进转块夹14的U形夹结构1402的侧壁螺纹通孔中，至此，完成夹紧夹具组装。

S4、支撑夹具的组装，具体操作为：

S41、如图7所示，将圆形升杆24旋进圆形底座23内；同时，通过U形夹25底面的沉头通孔2501以及第八螺栓27，将U形夹25紧固于圆形升杆24的方形平台2402上；

S42、将两个第二紧固螺栓26分别旋进U形夹25侧壁的两个螺纹通孔2503中，至此，完成支撑夹具的组装。

S5、曲面复合材料制件29的夹紧固定，具体操作为：

S51、将曲面复合材料制件29放置于支撑夹具上，利用支撑夹具对曲面复合材料制件29进行辅助固定；

S511、根据曲面复合材料制件29的尺寸和底部形状以及摆放位置，调整圆形底座23的位置，使两支撑夹具位于曲面复合材料制件29底部位置；

S512、拧松两支撑夹具中的第八螺栓27，旋转U形夹25，当U形夹25两侧壁与曲面复合材料制件29平行后，拧紧第八螺栓27，固定U形夹25；

S513、转动两支撑夹具中第二紧固螺栓26，让U形夹25预留出足够空间，放置曲面复合材料制件29；

S514、调整曲面复合材料制件29垂直后，拧紧第二紧固螺栓26辅助固定曲面复合材料制件29。

S52、利用夹紧夹具对曲面复合材料制件29进行夹紧固定；

S521、调整底座2的位置，使夹紧夹具位于曲面复合材料制件29两侧；

S522、通过夹紧夹具的多自由度组合使用，使夹紧夹具中转块夹14的U形夹结构1402的侧壁与曲面复合材料制件29平行；

S523、转动扳手销4，升降夹紧夹具，使转块夹14夹持曲面复合材料制件29中部偏上部位，如图10所示；最后，拧紧第一紧固螺栓15，完成对曲面复合材料制件29的紧固。

由以上长方形复合材料制件28和曲面复合材料制件29两个不同形状复材制件夹持过程可知，本发明提供的工装夹具拥有自由度高、灵活性好、适用性强的特点，对于不同形状复合材料制件夹持具有良好适用性。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其包括夹紧夹具、支撑夹具和导轨，所述导轨的燕尾槽和导轨滑块滑动连接，其特征在于，

所述夹紧夹具，其包括底座、螺纹杆、扳手销、方形升杆、球头夹、球杆、支撑杆、转块夹、双向连接器、与偏心紧固扳手配合的第一螺栓、固定转块夹的第二螺栓与第三螺栓、安装球头夹的第四螺栓、紧固球头夹的紧固螺钉、固定球头夹的第五螺栓、和盖板配套的第六螺栓、固定底座的第七螺栓、以及紧固复合材料制件的第一紧固螺栓；所述方形升杆，其包括升杆主体、侧耳和方形平台，所述升杆主体的下端的一侧设有侧耳，所述侧耳的中心设有螺纹孔，所述升杆主体的上端设有方形平台，所述方形平台的上表面设有燕尾槽和通孔；所述球头夹，其包括第一半球头夹和第二半球头夹，所述第一半球头夹的下端设有螺纹通孔，所述第一半球头夹相对远离第二半球头夹的一侧面设有紧固螺纹孔和包裹球杆的螺纹通孔，所述第二半球头夹的下端设有燕尾导轨，所述第二半球头夹相对远离第一半球头夹的一侧面设有紧固螺纹孔和包裹球杆的螺纹通孔，所述第二半球头夹相对的两侧面上设有紧固螺纹孔，所述第一半球头夹通过所述第四螺栓和所述第二半球头夹固定连接；所述转块夹的第一端为半圆结构，所述半圆结构的中心设有通孔，所述半圆结构的半圆面上设有半圆槽，所述转块夹的第二端为U形夹结构，所述U形夹结构的对称两侧设有螺纹通孔；

所述底座的下端位于所述导轨滑块的上表面，所述底座和所述导轨滑块通过所述第七螺栓与所述导轨固定连接，所述螺纹杆的第一端和所述底座的盲孔固定连接，所述螺纹杆的第二端穿过侧耳的螺纹孔通过第六螺栓和盖板与所述底座的螺纹孔固定连接，所述螺纹杆的第二端设有通孔，所述扳手销和所述螺纹杆的通孔连接，转动扳手销能使螺纹杆绕竖直方向自由旋转，驱使方形升杆沿竖直方向升降；所述球头夹下端通过第五螺栓和所述燕尾导轨与所述方形平台的通孔和燕尾槽固定连接，所述球杆的球头通过紧固螺钉和所述球头夹的球槽固定连接，所述球杆的非球头端通过双向连接器和所述支撑杆的第一端连接，与偏心紧固扳手配合的第一螺栓分布于所述双向连接器的两端，所述支撑杆的第二端通过第二螺栓和第三螺栓与所述转块夹的通孔和半圆槽连接，所述紧固螺钉可对球杆进行固定，所述偏心紧固扳手与所述第一螺栓配合使用，可对球杆或支撑杆进行夹紧或松开操作，所述第二螺栓和所述第三螺栓可控制转块夹绕其半圆结构圆心的旋转；以及

所述支撑夹具，其包括圆形底座、圆形升杆、U形夹、第二紧固螺栓和固定U形夹的第八螺栓，所述圆形底座的上端为空心圆柱结构，所述空心圆柱结构的内壁设有内螺纹，所述圆形底座的下端对称设有带通孔的侧耳，所述圆形升杆的下端为空心圆柱，所述空心圆柱的外壁设有外螺纹，所述圆形升杆的上端为方形平台，所述方形平台的中心设有螺纹盲孔，所述U形夹的下端设有沉头通孔和减重通孔，所述U形夹的相对两侧面设有螺纹通孔；所述圆形底座的下端位于所述导轨滑块的上表面，所述圆形底座和所述导轨滑块通过所述第七螺栓与所述导轨固定连接，所述圆形升杆的外螺纹和所述圆形底座的内螺纹连接，通过螺纹可将圆形升杆旋进圆形底座中，通过转动圆形升杆实现圆形升杆的升降运动，所述U形夹的沉头通孔通过第八螺栓和所述圆形升杆的方形平台固定连接，所述第八螺栓可控制U形夹绕圆形升杆得轴线进行旋转。

2.根据权利要求1所述的用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其特征在于，所述底座的上端为方形空心结构，所述方形空心结构的一侧设有开口，所述开口所在的侧面的上端设有螺纹孔，所述底座的下端为平板结构，所述平板结构上与所述开口同侧的侧面设有盲孔，所述平板左右两侧面对称设有通孔侧耳。

3.根据权利要求1或者2所述的用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其特征在于，所述底座上的盲孔、所述螺纹杆、所述方形升杆的侧耳和所述盖板的轴线在同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其特征在于，所述偏心紧固扳手的数量和所述第一螺栓的数量相等。

5.根据权利要求1所述的用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其特征在于，所述底座的方形空心结构尺寸大于所述方形升杆的外形尺寸，所述方形升杆上端和所述球头夹连接位置的外形尺寸相同。

6.根据权利要求1所述的用于异形复合材料制件的多自由度工装夹具，其特征在于，所述转块夹半圆结构上的半圆槽和中心通孔的尺寸大于所述第二螺栓和所述第三螺栓的外形尺寸。

7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的异形复合材料制件的多自由度工装夹具的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、进行导轨的安装，根据实际检测需求配置导轨的数量，并将导轨固定在喷水超声扫描平台的指定位置；

S2、夹具底座的初装，底座安装包括夹紧夹具中底座和支撑夹具中圆形底座的安装，具体操作为：

S21、根据实际检测需求，确定夹紧夹具和支撑夹具的数量，进而确定安装底座和圆形底座所用导轨滑块的数量；

S22、将导轨滑块从导轨端部放入其导轨的燕尾槽中，并根据复合材料制件的尺寸大小和摆放位置，使导轨滑块沿导轨的燕尾槽滑动到指定位置；

S23、通过导轨滑块和第七螺栓将底座和圆形底座分别与导轨进行固定；

S3、夹紧夹具的组装，具体操作为：

S31、先将螺纹杆插入底座下端的盲孔后，在将方形升杆插入底座中，转动螺纹杆，将螺纹杆旋进方形升杆的侧耳的螺纹孔中；

S32、利用第六螺栓和盖板将螺纹杆固定于底座的侧壁前方，同时将扳手销穿过螺纹杆上部通孔；

S33、将第一半球头夹装配在方形升杆的方形平台上，将球杆的球头放入第一半球头夹的凹形半球内，再将第二半球头夹下端的燕尾导轨插入方形升杆的方形平台的燕尾槽中；

S34、将第一半球头夹和第二半球头夹组装一起，来包裹球杆的球头，旋转球杆至合适位置，通过拧紧固螺钉对球杆进行固定；

S35、通过双向连接器将球杆和支撑杆连接，松开紧固扳手，将支撑杆旋转或移动至合适位置，再拧紧紧固扳手来拧紧支撑杆，将转块夹与支撑杆进行连接，将第一紧固螺栓旋进转块夹的U形夹侧壁螺纹通孔中，至此，完成夹紧夹具的组装；

S4、支撑夹具的组装，具体操作为：

S41、将圆形升杆旋进圆形底座内，同时，通过第八螺栓将U形夹紧固于圆形升杆的方形平台上；

S42、将第二紧固螺栓分别旋进U形夹侧壁的两个螺纹孔中，完成支撑夹具的组装；

S5、复合材料制件的夹紧固定，具体操作为：

S51、将复合材料制件放置于支撑夹具上，利用支撑夹具对复合材料制件进行辅助固定；

S511、根据复合材料制件的尺寸和底部形状以及摆放位置，调整圆形底座的位置，使两支撑夹具位于复合材料制件底部的位置；

S512、拧松两支撑夹具中的第八螺栓，旋转U形夹，当U形夹两侧壁与复合材料制件平行后，拧紧第八螺栓，固定U形夹；

S513、转动两支撑夹具中第二紧固螺栓，让U形夹预留出足够空间，放置复合材料制件；

S514、调整复合材料制件垂直后，拧紧第二紧固螺栓辅助固定复合材料制件；

S52、利用夹紧夹具对复合材料制件进行夹紧固定；

S521、调整底座的位置，使夹紧夹具位于复合材料制件两侧；

S522、通过夹紧夹具的多自由度组合使用，使夹紧夹具中转块夹的U形夹结构的侧壁与复合材料制件平行；

S523、转动扳手销，升降夹紧夹具，使转块夹夹持复合材料制件中部偏上部位，拧紧第一紧固螺栓，完成对复合材料制件的紧固。

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