CN112140198A - 一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具及装夹方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具及装夹方法，所述加工夹具主要包括底座、真空吸附装置；其中底座和真空吸附装置通过零点定位系统联接；真空吸附装置具有膨胀与收缩功能；毛毡通过胶带内嵌于真空吸附装置表面凹槽；贴膜装置安装在真空吸附装置的底部滑轨上。通过在真空腔内放置毛毡，分隔零件与真空吸附装置，同时保证真空透气，对零件提供支撑；采用真空吸附装置的膨胀收缩功能，张紧零件，实现薄壁件的固持；在加工过程中，用贴膜装置铺设粘性薄膜覆盖孔洞，避免已加工孔漏气失效，保证真空吸附系统气密性；实现了钻孔加工高效稳定。

Description

一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具及装夹方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，特别是涉及碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工。
背景技术
碳纤维复合材料是一种新型多功能特种工程材料，因其轻量化、高比强的优越特性被广泛应用于航空航天领域。航空发动机中时常见碳纤维圆筒薄壁构件，为满足降噪要求，常需在这种构件上数控钻制大量小直径阵列群孔，这种薄壁圆筒特殊结构的群孔加工对传统的夹具和方法提出了新的挑战。
传统机械固持方案是在夹具体上制作避让下陷，使用分段式卡箍箍紧零件，这种方法在使用过程中存在明显不足。首先，因避让下陷密集，钻孔部位缺少有效支撑，钻头制孔中碳纤维容易撕裂和分层；其次，固持力集中在卡箍周围，卡箍远处的薄壁零件在钻头退刀时容易形变拉起，从而导致刮伤孔壁；最后，卡箍遮挡加工孔位，加工过程中需多次拆装卡箍，操作复杂繁琐，加工效率低。
另外，目前传统真空吸附夹具无法对此类零件进行装夹。首先，传统真空吸附中夹具需与零件无缝贴合，因而夹具表面外形与零件一致，这时大直径圆筒薄壁构件难以装夹操作；其次，真空吸附夹具表面铺设有真空装夹管道，钻孔时会破坏真空管道；最后，薄壁零件钻孔后真空气密性不足，真空吸附固持失效。综上所述，设计一种便捷有效的专用工装，解决碳纤维圆筒薄壁构件小直径群孔加工的固持难题，对提高碳纤维圆筒薄壁构件群孔的加工质量和加工效率有重要意义。
通过查阅现有专利和学术论文，未发现有与本专利相同的内容。
发明内容
本发明提出了一种用于碳纤维圆筒薄壁构件小直径群孔加工的夹具及方法，该发明能够实现碳纤维圆筒薄壁构件小直径群孔加工中的真空吸附，保证零件的有效固持，实现高效稳定钻孔。
本发明所采用的技术方案是：
一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具，所述加工夹具主要包括底座1、真空吸附装置2；所述真空吸附装置2安装固定于底座1上；所述真空吸附装置2为环形，并分为至少四瓣吸附腔，所述吸附腔可沿径向移动，使真空吸附装置2直径增大或缩小；所述吸附腔外径上制有凹槽，凹槽中贴有毛毡3；所述真空吸附装置2底部沿外径设有滑轨10，在滑轨10上安装有可沿滑轨移动的贴膜装置4，贴膜装置4沿轴向贴合真空吸附装置2上，贴膜装置4上卷有粘性薄膜6，贴膜装置4沿滑轨移动时将性薄膜6贴敷于真空吸附装置2上。
所述真空吸附装置2的吸附腔通过膨胀芯轴装置径向移动。
所述真空吸附装置2上设置有定位销7。
一种碳纤维圆筒薄壁件群孔加工的装夹方法，包括以下步骤：
步骤一、将底座1固定在机床工作台上；
步骤二、将真空吸附装置2固定在底座1上；
步骤三、在真空吸附装置2上粘贴合适尺寸的毛毡3；
步骤四、利用膨胀芯轴装置收缩真空吸附装置2，将毛坯5套进工装并定位，扩张真空吸附装置2，固定毛坯5；
步骤五、启动真空吸附装置，使毛坯5有效固持在工装上，完成零件装夹。
步骤六、钻制群孔：贴膜装置4跟随机床加工头转动对制出的孔贴膜覆盖，封闭漏气部位，保持真空系统气密性，保证真空吸附装置有效；
步骤七、完成零件加工后，关闭真空系统，取下螺钉8，收缩真空吸附装置2；拔出定位销7，取下零件，去除零件上覆盖的薄膜。
所述真空吸附装置2设置定位销7定位毛坯5。
本发明在碳纤维圆筒薄壁构件小直径群孔加工过程中，通过在夹具和零件间铺设毛毡，既解决了制孔时损坏真空吸附装置的症结问题，又对薄壁零件提供了有效支撑；通过贴膜装置，避免已加工孔漏气失效，保证真空吸附装置气密性。
本发明的有益效果是：
1. 通过在真空腔内放置毛毡，以分隔零件与真空吸附装置，避免钻孔时损伤夹具体，同时在保证真空透气有效的前提下，对零件提供有效支撑；
2. 利用真空腔铣夹的膨胀收缩功能，张紧零件，启动真空吸附装置，实现零件薄壁零件的固持；
3. 在加工过程中，同时利用自动贴膜装置铺设粘性薄膜（6）覆盖孔洞，避免已加工孔漏气失效，保证真空吸附系统气密性。
4. 通过对碳纤维圆筒薄壁件群孔加工中的真空吸附固持，实现了钻孔加工高效稳定。
附图说明
图1为典型碳纤维圆筒薄壁件立体示意图；
图2 为典型碳纤维圆筒薄壁件群孔示意图；
图3为典型碳纤维圆筒薄壁件俯视图；
图4为碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具的主视图；
图5为一种碳纤维圆筒薄壁件群孔加工的装夹方法流程图。
图中：1-底座；2-真空吸附装置；3-毛毡；4-贴膜装置；5-毛坯；6-粘性薄膜；7-定位销；8-螺钉；9-胶带；10-滑轨；11-零件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本专利的具体实施方式进行说明，但本发明专利并不限于本实例。
实施例1
本发明一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具，所述加工夹具主要包括底座1、真空吸附装置2；所述真空吸附装置2安装固定于底座1上；所述真空吸附装置2为环形，并分为至少四瓣吸附腔，所述吸附腔可沿径向移动，使真空吸附装置2直径增大或缩小；所述吸附腔外径上制有凹槽，凹槽中贴有毛毡3；所述真空吸附装置2底部沿外径设有滑轨10，在滑轨10上安装有可沿滑轨移动的贴膜装置4，贴膜装置4沿轴向贴合真空吸附装置2上，贴膜装置4上卷有粘性薄膜6，贴膜装置4沿滑轨移动时将性薄膜6贴敷于真空吸附装置2上。
所述真空吸附装置2的吸附腔通过膨胀芯轴装置径向移动。
实施例2
本发明一种碳纤维圆筒薄壁件群孔加工的装夹方法，包括以下步骤：
步骤一、将底座1固定在机床工作台上；
步骤二、将真空吸附装置2固定在底座1上；
步骤三、在真空吸附装置2上粘贴合适尺寸的毛毡3；
步骤四、利用膨胀芯轴装置收缩真空吸附装置2，将毛坯5套进工装并定位，扩张真空吸附装置2，固定毛坯5；
步骤五、启动真空吸附装置，使毛坯5有效固持在工装上，完成零件装夹。
步骤六、钻制群孔：贴膜装置4跟随机床加工头转动对制出的孔贴膜覆盖，封闭漏气部位，保持真空系统气密性，保证真空吸附装置有效；
步骤七、完成零件加工后，关闭真空系统，取下螺钉8，收缩真空吸附装置2；拔出定位销7，取下零件，去除零件上覆盖的薄膜。
所述真空吸附装置2设置定位销7定位毛坯5。
实施例3
本发明一种碳纤维圆筒薄壁件群孔加工的装夹方法，包括以下步骤：
步骤一、将底座1固定在机床工作台上。
步骤二、通过零点定位系统将真空吸附装置2固定在底座1上。
步骤三、将合适尺寸的毛毡3内嵌真空吸附装置2的表面凹槽，两者用胶带9粘合，保证毛毡表面平整；
步骤四、收缩真空吸附装置2，将外径为D=Ø800mm,厚度t=2mm的圆筒薄壁毛坯5装在真空吸附装置2上。用4个定位销7初定位毛坯位置后，扩张真空吸附装置2，使毛坯紧贴在夹具表面。拧紧螺钉8保证毛坯位置不变。
步骤五、启动真空吸附装置，使毛坯5有效固持在夹具体上，完成零件装夹。
步骤六、启动机床进行孔径Ø2，周向孔间距t1=6，轴向孔间距t2=8的小直径群孔加工，加工顺序为：优先自上而下制列向孔，再顺时针方向旋转制下一列孔。每完成一列孔的加工，贴膜装置4都自动铺设粘性薄膜6，封闭已加工孔洞，保持真空系统气密性，保证真空吸附装置有效。
步骤七、完成零件加工后，关闭真空吸附装置，取下所有螺钉7，收缩真空吸附装置2，使零件11与真空吸附装置2表面分离。拔出定位销7，取下零件，去除零件上覆盖的薄膜，交付零件。剥离毛毡3，清洗毛毡3中切屑，以备下次使用。

Claims (5)

1.一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具，其特征在于：所述加工夹具主要包括底座（1）、真空吸附装置（2）；所述真空吸附装置（2）安装固定于底座（1）上；所述真空吸附装置（2）为环形，并分为至少四瓣吸附腔，所述吸附腔可沿径向移动，使真空吸附装置（2）直径增大或缩小；所述吸附腔外径上制有凹槽，凹槽中贴有毛毡（3）；所述真空吸附装置（2）底部沿外径设有滑轨（10），在滑轨（10）上安装有可沿滑轨移动的贴膜装置（4），贴膜装置（4）沿轴向贴合真空吸附装置（2）上，贴膜装置（4）上卷有粘性薄膜（6），贴膜装置（4）沿滑轨移动时将性薄膜（6）贴敷于真空吸附装置（2）上。
2.根据权利要求1所述一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具，其特征在于，所述真空吸附装置（2）的吸附腔通过膨胀芯轴装置径向移动。
3.根据权利要求1所述一种碳纤维圆筒薄壁件群孔的加工夹具，其特征在于，所述真空吸附装置（2）上设置有定位销（7）。
4.一种碳纤维圆筒薄壁件群孔加工的装夹方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将底座（1）固定在机床工作台上；
步骤二、将真空吸附装置（2）固定在底座（1）上；
步骤三、在真空吸附装置（2）上粘贴合适尺寸的毛毡（3）；
步骤四、利用膨胀芯轴装置收缩真空吸附装置（2），将毛坯（5）套进工装并定位，扩张真空吸附装置（2），固定毛坯（5）；
步骤五、启动真空吸附装置，使毛坯（5）有效固持在工装上，完成零件装夹；
步骤六、钻制群孔：贴膜装置（4）跟随机床加工头转动对制出的孔贴膜覆盖，封闭漏气部位，保持真空系统气密性，保证真空吸附装置有效；
步骤七、完成零件加工后，关闭真空系统，取下螺钉（8），收缩真空吸附装置（2）；拔出定位销（7），取下零件，去除零件上覆盖的薄膜。
5.根据权利要求4所述一种碳纤维圆筒薄壁件群孔加工的装夹方法，其特征在于，所述真空吸附装置（2）设置定位销（7）定位毛坯（5）。
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