CN112405054B - 薄壁壳体类零件装夹装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，旨在解决现有技术中薄壁壳体类零件夹持方式对零件支持不够，容易导致零件变形而影响加工质量的问题，提供薄壁壳体类零件装夹装置及方法。装夹装置包括吸具体；吸具体具有吸腔；吸具体具有抽真空口；吸腔的腔面上具有支撑面，其能使零件将吸腔内位分为连通抽真空口的第一密封腔和与第一密封腔分隔的第二密封腔；吸具体还开设有连通道，连通道连通第一密封腔和第二密封腔；连通道上具有能够控制连通道通断的开关件；吸具体上开设孔道，孔道内可滑动地设置有支撑柱；吸具体上还设置有能够锁止支撑柱的锁止件。本发明的有益效果是能够提高零件的加工刚度，减轻零件加工时的颤振或让刀，提高加工质量。

Description

薄壁壳体类零件装夹装置及方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体而言，涉及薄壁壳体类零件装夹装置及方法。

背景技术

薄壁壳体类零件广泛应用于航空航天、造船等行业中。现有对薄壁壳体类零件的夹持普遍采用真空吸持的方法。

然而，薄壁壳体类零件径厚比较大、刚性差，加工过程中若采用较大真空度，则零件被强行矫形，通过反复加工其变形仍得不到有效控制；若增大吸具夹角减小径向分力，则零件刚度变小，加工过程中会出现“让刀”，使得零件的壁厚不均匀，因此现有的真空吸持方法不能有效控制薄壁壳体类零件的变形，保证产品质量。

发明内容

本发明旨在提供一种薄壁壳体类零件装夹装置，以解决现有技术中薄壁壳体类零件夹持方式对零件支持不够，容易导致零件变形而影响加工质量的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种薄壁壳体类零件装夹装置，其包括吸具体；

所述吸具体具有能够容置零件的吸腔；所述吸具体具有连通所述吸腔的抽真空口；

所述吸腔的腔面上具有用于接触支撑零件的支撑面，其在支撑面支撑零件时，能使零件将吸腔内位于零件外侧的空间分为连通抽真空口的第一密封腔和与第一密封腔分隔的第二密封腔；

所述吸具体还开设有连通道，所述连通道连通所述第一密封腔和第二密封腔；所述连通道上具有能够控制连通道通断的开关件；

所述吸具体上开设的连通第二密封腔和外界的孔道，孔道内可滑动地设置有支撑柱；所述吸具体上还设置有能够锁止所述支撑柱的锁止件。

本方案中的薄壁壳体类零件装夹装置使用时，将零件置入吸腔内，使零件支撑于支撑面上，在开关件关闭的状态下，使用抽真空设备从抽真空口抽气对第一密封腔抽真空，以对零件进行预吸持，并调校零件位置；然后打开开关件，且使抽真空设备从抽真空口抽气对第一密封腔和第二密封腔抽真空；因为第二密封腔处于真空状态，其端部被吸入第二密封腔内直至抵顶于零件的外表面；再使用锁止件锁止支撑柱，从而在零件上形成支撑柱从外向内支撑零件和第二密封腔真空外吸零件的复合支撑形式，该支撑形式能够增加薄壁零件的刚度，极大地减轻零件在加工时的颤振或“让刀”；并且，该装夹方式能够保持零件加工过程中的装夹变形状态与零件自由状态时的变形基本一致，实现对薄壁壳体类零件加工过程中变形量的控制。

在一种实施方式中：

所述支撑柱和孔道之间采用如H7/g6等较小间隙配合，从而在使其在保持对第二密封腔的封闭的前提下，能够在第二密封腔真空作用下被吸入第二密封腔以抵顶支撑零件，以和第二密封腔的真空吸力形成一组方向相反的支撑。

在一种实施方式中：

所述零件具有球弧壁，所述支撑柱的轴线通过球弧壁的球心。

在一种实施方式中：

所述支撑柱设置有多个，多个支撑柱沿周向分布，多个支撑柱的轴线共面且经过球弧壁的球心。

在一种实施方式中：

所述吸腔的腔面包括锥形面，所述支撑面为位于所述锥形面上的环面；

所述锥形面的大端开口，用作零件的置入口；

所述孔道设置在所述吸腔上位于锥形面的大端外侧部分。

在一种实施方式中：

所述锥形面的锥角为70-90°。锥形面的锥角可根据零件重量设计，一般可设置在70°～90°之间。该锥角下，在真空吸持时零件在径向受到的分力较小，同时能够保证零件加工过程与自由状态时变形的一致性。

在一种实施方式中：

置入零件时，所述第二密封腔的外端口被设置于零件外周面的外沿和吸腔腔面的外端之间的封堵件封堵。该封堵件可以采用软质密封材料制成。

在其他实施例中，第二密封腔的外端口还可以直接通过零件和吸具体的形状配合封闭。

在一种实施方式中：

所述吸具体上设有连通所述连通道的螺纹孔，所述开关件为螺纹连接于所述螺纹孔内的螺纹件，所述螺纹件能够拧入以切断所述连通道，或拧出以打开所述连通道。

在一种实施方式中：

所述零件为开口的碗状结构，且其周面为超过半球的球弧面；

所述吸具体为圆环状结构，其吸腔为以其中轴为轴线的旋转腔；

所述吸腔包括位于中间的锥形腔和连通于锥形腔小端的小柱腔和连通于锥形腔大端的大柱腔；

所述支撑柱设置于对应大柱腔处，并能够沿径向抵顶零件碗状结构的外沿；所述支撑面位于锥形腔的腔面上，用于支撑零件的轴向中间位置一圈；所述抽真空口开设于小柱腔处。

在一种实施方式中：

所述吸具体上开设有第一径向孔、第二径向孔和轴向孔；

所述第一径向孔从吸具体的外周面沿径向钻入并贯通至连通所述小柱腔；所述第二径向孔从吸具体的外周面沿径向钻入并贯通至连通所述大柱腔；所述轴向孔从吸具体的轴向端面钻入，并依次通过所述第一径向孔和所述第二径向孔；

所述第一径向孔的外端、所述第二径向孔的外端和所述轴向孔的外端分别设置有封闭件，且至少其中一个封闭件作为能够控制连通道通断的开关件。

本实施例还提供一种薄壁壳体类零件装夹方法，零件置于一吸具体的吸腔内，使零件的外周面与吸腔内表面之间环向接触，该环向接触将吸腔分为连通吸具体上的抽真空口的第一密封腔和与第一密封腔分隔的第二密封腔；

使用抽真空设备从抽真空口抽气对第一密封腔抽真空，以对零件进行预吸持，并调校零件位置；

打开封闭吸具体上连通第一密封腔和第二密封腔的连通道的开关件，且使抽真空设备从抽真空口抽气对第一密封腔和第二密封腔抽真空；吸具体上开设的连通第二密封腔和外界的孔道内可滑动地设置有支撑柱，所述支撑柱在第二密封腔被抽真空时，其端部被吸入第二密封腔内直至抵顶于零件的外表面；

使用锁止件锁止支撑柱，从而在零件上形成支撑柱从外向内支撑零件和第二密封腔真空外吸零件的复合支撑形式。

本实施例还提供一种薄壁壳体类零件加工方法，其采用前述的薄壁壳体类零件装夹方法装夹零件后，对零件进行加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1中示出了本实施例中的薄壁壳体类零件装夹装置的使用状态示意图；

图2为图1沿A-A线的剖视图；

图3示出了薄壁壳体类零件装夹装置未装夹零件时的示意图。

图标：薄壁壳体类零件装夹装置10、吸具体11、吸腔12、抽真空口13、腔面14、支撑面15、第一密封腔16、第二密封腔17、连通道18、开关件19、孔道20、支撑柱21、锁止件22、球弧壁23、球心24、锥形腔25、封堵件26、中轴27、小柱腔28、大柱腔29、第一径向孔30、第二径向孔31、轴向孔32、封闭件33、连接法兰34、锥形面35、零件40。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

配合参见图1、图2和图3，本实施例提出一种薄壁壳体类零件装夹装置10，其包括吸具体11。

吸具体11具有能够容置零件40的吸腔12；吸具体11具有连通吸腔12的抽真空口13。吸腔12的腔面14上具有用于接触支撑零件40的支撑面15，其在支撑面15支撑零件40时，能使零件40将吸腔12内位于零件40外侧的空间分为连通抽真空口13的第一密封腔16和与第一密封腔16分隔的第二密封腔17。吸具体11还开设有连通道18，连通道18连通第一密封腔16和第二密封腔17；连通道18上具有能够控制连通道18通断的开关件19。吸具体11上开设的连通第二密封腔17和外界的孔道20，孔道20内可滑动地设置有支撑柱21；吸具体11上还设置有能够锁止支撑柱21的锁止件22。锁止件22可以是螺柱结构，其螺纹连接在吸具体11上，并能够拧入抵止支撑柱21或拧出松开支撑柱21。

本方案中的薄壁壳体类零件装夹装置10使用时，将零件40置入吸腔12内，使零件40支撑于支撑面15上，在开关件19关闭的状态下，使用抽真空设备从抽真空口13抽气对第一密封腔16抽真空，以对零件40进行预吸持，并调校零件40位置；然后打开开关件19，且使抽真空设备从抽真空口13抽气对第一密封腔16和第二密封腔17抽真空；因为第二密封腔17处于真空状态，其端部被吸入第二密封腔17内直至抵顶于零件40的外表面；再使用锁止件22锁止支撑柱21，从而在零件40上形成支撑柱21从外向内支撑零件40和第二密封腔17真空外吸零件40的复合支撑形式，该支撑形式能够增加薄壁零件40的刚度，极大地减轻零件40在加工时的颤振或“让刀”；并且，该装夹方式能够保持零件40加工过程中的装夹变形状态与零件40自由状态时的变形基本一致，实现对薄壁壳体类零件40加工过程中变形量的控制。

本实施例中，支撑柱21和孔道20之间采用如H7/g6等较小间隙配合，从而在使其在保持对第二密封腔17的封闭的前提下，能够在第二密封腔17真空作用下被吸入第二密封腔17以抵顶支撑零件40，以和第二密封腔17的真空吸力形成一组方向相反的支撑。在其他实施方式中，支撑柱21也可通过在外套设密封圈的形式实现可滑动的密封。

本实施例中，零件40具有球弧壁23，支撑柱21的轴线通过球弧壁23的球心24。可选地，支撑柱21设置有多个，多个支撑柱21沿周向分布，多个支撑柱21的轴线共面且经过球弧壁23的球心24。周向分布的多个支撑柱21，能够使得另外周向均匀受力。

本实施例中，可选地，吸腔12的腔面14包括锥形面35，支撑面15为位于锥形面35上的环面；锥形面35的大端开口，用作零件40的置入口；孔道20设置在吸腔12上位于锥形面35的大端外侧部分。可选地，锥形面35的锥角α可根据零件40重量设计，一般可设置在70°～90°之间。该锥角下，在真空吸持时零件40在径向受到的分力较小，同时能够保证零件40加工过程与自由状态时变形的一致性。

本实施例中，可选地，置入零件40时，第二密封腔17的外端口被设置于零件40外周面的外沿和吸腔12腔面14的外端之间的封堵件26封堵。该封堵件26可以采用软质密封材料制成。在其他实施例中，第二密封腔17的外端口还可以直接通过零件40和吸具体11的形状配合封闭。

本实施例中，可选地，吸具体11上设有连通连通道18的螺纹孔，开关件19为螺纹连接于螺纹孔内的螺纹件，螺纹件能够拧入以切断连通道18，或拧出以打开连通道18。

本实施例中，可选地，零件40为开口的碗状结构，且其周面为超过半球的球弧面。吸具体11为圆环状结构，其吸腔12为以其中轴27为轴线的旋转腔；吸腔12包括位于中间的锥形腔25和连通于锥形腔25小端的小柱腔28和连通于锥形腔25大端的大柱腔29；支撑柱21设置于对应大柱腔29处，并能够沿径向抵顶零件40碗状结构的外沿；支撑面15位于锥形腔25的腔面14上，用于支撑零件40的轴向中间位置一圈；抽真空口13开设于小柱腔28处。可选地，吸具体11上开设有第一径向孔30、第二径向孔31和轴向孔32；第一径向孔30从吸具体11的外周面沿径向钻入并贯通至连通小柱腔28；第二径向孔31从吸具体11的外周面沿径向钻入并贯通至连通大柱腔29；轴向孔32从吸具体11的轴向端面钻入，并依次通过第一径向孔30和第二径向孔31；第一径向孔30的外端、第二径向孔31的外端和轴向孔32的外端分别由一封闭件33封闭，且至少其中一个封闭件33作为能够控制连通道18通断的开关件19。封闭件33可设置为螺柱，其通过螺纹连接的方式实现对对应口的封闭。同时，作为开关件19者可通过拧入或拧出的方式实现对连通道18的通断控制。

本实施例中，为方便薄壁壳体类零件装夹装置10的安装，可在吸具体11上设置连接法兰34，用于使吸具体11连接在机床等主轴上以便加工。

配合参见图1-图2，本实施例还提供一种薄壁壳体类零件装夹方法，零件40置于一吸具体11的吸腔12内，使零件40的外周面与吸腔12内表面之间环向接触，该环向接触将吸腔12分为连通吸具体11上的抽真空口13的第一密封腔16和与第一密封腔16分隔的第二密封腔17；

使用抽真空设备从抽真空口13抽气对第一密封腔16抽真空，以对零件40进行预吸持，并调校零件40位置；

打开封闭吸具体11上连通第一密封腔16和第二密封腔17的连通道18的开关件19，且使抽真空设备从抽真空口13抽气对第一密封腔16和第二密封腔17抽真空；吸具体11上开设的连通第二密封腔17和外界的孔道20内可滑动地设置有支撑柱21，支撑柱21在第二密封腔17被抽真空时，其端部被吸入第二密封腔17内直至抵顶于零件40的外表面；

使用锁止件22锁止支撑柱21，从而在零件40上形成支撑柱21从外向内支撑零件40和第二密封腔17真空外吸零件40的复合支撑形式。

在采用前述的薄壁壳体类零件装夹方法装夹零件40后，对零件40进行加工得到一种薄壁壳体类零件40加工方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

包括吸具体；

所述吸具体具有能够容置零件的吸腔；所述吸具体具有连通所述吸腔的抽真空口；

所述吸腔的腔面上具有用于接触支撑零件的支撑面，其在支撑面支撑零件时，能使零件将吸腔内位于零件外侧的空间分为连通抽真空口的第一密封腔和与第一密封腔分隔的第二密封腔；

所述吸具体还开设有连通道，所述连通道连通所述第一密封腔和第二密封腔；所述连通道上具有能够控制连通道通断的开关件；

所述吸具体上开设连通第二密封腔和外界的孔道，孔道内可滑动地设置有支撑柱；所述吸具体上还设置有能够锁止所述支撑柱的锁止件；

零件置于一吸具体的吸腔内，使零件的外周面与吸腔内表面之间环向接触，该环向接触将吸腔分为连通吸具体上的抽真空口的第一密封腔和与第一密封腔分隔的第二密封腔；

使用抽真空设备从抽真空口抽气对第一密封腔抽真空，以对零件进行预吸持，并调校零件位置；

打开封闭吸具体上连通第一密封腔和第二密封腔的连通道的开关件，且使抽真空设备从抽真空口抽气对第一密封腔和第二密封腔抽真空；吸具体上开设的连通第二密封腔和外界的孔道内可滑动地设置有支撑柱，所述支撑柱在第二密封腔被抽真空时，其端部被吸入第二密封腔内直至抵顶于零件的外表面；

使用锁止件锁止支撑柱，从而在零件上形成支撑柱从外向内支撑零件和第二密封腔真空外吸零件的复合支撑形式。

2.根据权利要求1所述的薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

所述零件具有球弧壁，所述支撑柱的轴线通过球弧壁的球心。

3.根据权利要求1所述的薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

所述吸腔的腔面包括锥形面，所述支撑面为位于所述锥形面上的环面；

所述锥形面的大端开口，用作零件的置入口；

所述孔道设置在所述吸腔上位于锥形面的大端外侧部分。

4.根据权利要求3所述的薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

所述锥形面的锥角为70-90°。

5.根据权利要求1所述的薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

置入零件时，所述第二密封腔的外端口被设置于零件外周面的外沿和吸腔腔面的外端之间的封堵件封堵。

6.根据权利要求1所述的薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

所述吸具体上设有连通所述连通道的螺纹孔，所述开关件为螺纹连接于所述螺纹孔内的螺纹件，所述螺纹件能够拧入以切断所述连通道，或拧出以打开所述连通道。

7.根据权利要求1所述的薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

所述零件为开口的碗状结构，且其周面为超过半球的球弧面；

所述吸具体为圆环状结构，其吸腔为以其中轴为轴线的旋转腔；

所述吸腔包括位于中间的锥形腔和连通于锥形腔小端的小柱腔和连通于锥形腔大端的大柱腔；

所述支撑柱设置于对应大柱腔处，并能够沿径向抵顶零件碗状结构的外沿；所述支撑面位于锥形腔的腔面上；所述抽真空口开设于小柱腔处。

8.根据权利要求7所述的薄壁壳体类零件装夹方法，其特征在于：

所述吸具体上开设有第一径向孔、第二径向孔和轴向孔；

所述第一径向孔从吸具体的外周面沿径向钻入并贯通至连通所述小柱腔；所述第二径向孔从吸具体的外周面沿径向钻入并贯通至连通所述大柱腔；所述轴向孔从吸具体的轴向端面钻入，并依次通过所述第一径向孔和所述第二径向孔；

所述第一径向孔的外端、所述第二径向孔的外端和所述轴向孔的外端分别设置有封闭件，且至少其中一个封闭件作为能够控制连通道通断的开关件。

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