CN112828633B - 一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，用于加工任意外形的薄壁零件，包括：底座；机械压紧部，包括内部放置有薄壁零件并通过螺母固定于底座上、顶部均布有四个通槽且底部具有环形缺口的支撑套筒以及设置于支撑套筒顶部的环形压块；密封盖，设置于薄壁零件的顶部；进液孔，开设于支撑套筒的顶部边缘处；机械夹紧部，包括通过固定螺母固定于底座上并嵌合于环形缺口处的夹紧支撑件、通过螺母固定于底座上并设置于薄壁零件一侧的固定V型块、设置于薄壁零件另一侧的活动V型块以及依次穿过夹紧支撑件和活动V型块并用于调节活动V型块位置的夹紧螺母；以及排液管，一端设置于支撑套内壁延伸出的排液孔内，另一端穿过夹紧支撑件。

Description

一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具。

背景技术

机械加工领域中薄壁类零件的加工是一个久攻不破的难题，因为其具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，尤其是一些关键件。但薄壁零件的加工精度控制一直是个难题，原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，不易保证零件的加工质量。如何提高薄壁零件的加工精度是业界一直以来关心的话题，本专利可以对薄壁任意外形框类、壳体类等零件进行加工。在对这些类型零件进行加工的过程中，由于其外形特殊，刚度小，薄壁零件一般是不能使用卡抓直进行夹持的。薄壁零件由于刚性差，在加工过程中容易产生振动和变形，导致其形位公差和尺寸公差无法得到保证，故其加工所面临的首要技术性难题就是薄壁类零件的装夹方案。薄壁类零件的特性有：重量轻、厚度薄、刚度小且极易变形，特别是对于航空航天等精密加工领域的薄壁类零件，其精度高、尺寸小、材料要求特殊，这些都使得薄壁类零件的机械加工变得尤为困难。

在以上类型的薄壁件加工过程中，若采用传统夹具对薄壁类零件进行装夹，一方面传统夹具有一定的通用性，但随着多品种、小批量生产的需求日益增加，尤其是薄壁零件特殊外形装夹的需要，加工成本和效率也变得异常重要；另一方面，传统夹具无法确定其夹紧力，不合理的夹紧力会导致零件的变形，造成零件加工的误差，使零件加工的合格率降低，因此需在加工过程中对夹紧力实时监控。

目前的机械加工领域，对于薄壁框类零件的装夹，常采用的方法如下：

1、用橡胶气囊解决夹持问题：对于加工中出现的变形和振动问题，利用橡胶气囊作为夹具来解决其中的问题。这种装夹方式的缺陷在于：1)由于薄壁类零件是紧贴在橡胶上的，从而无法实现对零件加工的精度有效控制；2)除此之外，还由于气囊的变形率，因而不能满足不规则外形的薄壁类零件的装夹。

2、辅助支撑装夹方式：原理就是在薄壁件外部填充磁流变液，通过添加外部磁场，待其固化后对其产生支撑作用。但其缺点在于：1)此类夹具工件的顶端并未施加约束，在进行铣削加工时可能产生垂直方向上的振动，从而影响工件的加工精度；2)此类夹具填充磁流变液的空腔是非封闭的，容易造成磁流变液溢出，而且切屑容易掺杂进入磁流变液，影响其性能，且会导致磁流变液的使用寿命降低。

综上可知现有技术的主要缺点为：

1.现有夹具技术在对装夹的精度，可控性方面受到很大的限制；

2.夹具调整时间长、成本高，而且夹紧力很难调整控制，可适性较差，夹具调整过于依赖经验；

3.柔性化程度不高，加工零件的外形受限较大、粗精加工方式受局限。

针对以上缺陷，特别需要一种简单而又实用的薄壁框类、壳体类等零件的装夹装置，来满足日益增长的多品种小批量薄壁件精密机械加工的需要。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具。

本发明提供了一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，用于加工任意外形的薄壁零件，具有这样的特征，包括：底座，放置于工作台上；机械压紧部，用于压紧薄壁零件，包括内部放置有薄壁零件并通过螺母固定于底座上、顶部均布有四个通槽且底部具有环形缺口的支撑套筒以及设置于支撑套筒顶部的环形压块，环形压块的两端卡进两个通槽内配合固定环形压块的第一延伸臂；密封盖，设置于薄壁零件的顶部，两端具有卡进另两个通槽内的第二延伸臂，用于密封支撑套筒内部的空腔，且环形压块置于密封盖的上表面；进液孔，开设于支撑套筒的顶部边缘处，用于磁流变液注入支撑套筒的空腔；机械夹紧部，用于夹紧薄壁零件，包括通过固定螺母固定于底座上并嵌合于支撑套筒的环形缺口处的夹紧支撑件、通过螺母固定于底座上并设置于薄壁零件一侧的固定V型块、设置于薄壁零件另一侧的活动V型块以及依次穿过夹紧支撑件和活动V型块并用于调节活动V型块位置的夹紧螺母；以及排液管，一端设置于支撑套内壁延伸出的排液孔内，另一端穿过夹紧支撑件，用于排出支撑套筒的空腔内的磁流变液。

在本发明提供的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具中，还可以具有这样的特征：其中，薄壁零件为薄壁壳体类、框类零件。

在本发明提供的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具中，还可以具有这样的特征：其中，密封盖的内壁以及支撑套筒的内壁延伸端均开设有梯形卡槽，梯形卡槽内设置橡胶密封圈，且橡胶密封圈与薄壁零件的外壁贴合，用于对空腔进行密封。

在本发明提供的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具中，还可以具有这样的特征：其中，通槽所在的高度与薄壁零件的高度相同。

在本发明提供的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具中，还可以具有这样的特征：其中，密封盖的上表面所在的高度低于包薄壁零件的高度。

在本发明提供的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具中，还可以具有这样的特征：其中，进液孔以及排液管的伸出端均通过橡胶塞进行密封，用于控制磁流变液的排出。

发明的作用与效果

根据本实施例所涉及的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，因为机械压紧部具有支撑套筒以及环形压块，所以能够限制薄壁零件在垂直方向上的位移；因为机械夹紧部具有夹紧支撑件、固定V型块、活动V型块以及夹紧螺母，所以能够通过夹紧螺母调节活动V型块，进而能够限制薄壁零件在水平方向上的位移；因为具有进液孔和排液管，所以能够控制磁流变液的注入与排出；因为具有通过第二延伸臂与支撑套筒固定的密封盖，所以能够密封支撑套筒内部的空腔。

综上，本实施例的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具中磁流变液通过进液孔注入空腔以及通过排液导管将磁流变液排出，方便快捷；而且密封式的磁流变液腔，不会导致切屑掺杂进入磁流变液，影响其使用寿命以及性能。

因此，本实施例的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具为薄壁框架、壳体类等任意外形零件360度柔性可控制夹具装置，不仅操作灵活，对于薄壁零件的外形形状、尺寸适用性强，而且还能够根据薄壁零件所受到的夹紧力及时、有效地保证和控制薄壁框类零件装夹的稳定性、精确性、可靠性。

此外，本实施例的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具适用于航天航空、汽车、船舶及核电等关键件在多品种、小批量等中的加工应用，还可以实现任意外形零件，尤其是薄壁零件的柔性装夹，通过机械夹紧部与密封盖和橡胶密封圈相结合，实现对零件的铣削加工。

附图说明

图1是本发明的实施例中任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具的结构示意图；

图2是本发明的实施例中任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具的机械压紧部的结构示意图；

图3是本发明的实施例中任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具的安装有密封盖的机械压紧部的结构示意图；

图4是本发明的实施例中任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具的安装有密封盖的机械压紧部的截面示意图；

图5是本发明的实施例中任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具的梯形卡槽的示意图；

图6是本发明的实施例中任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具的机械夹紧部的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

实施例：

如图1所示，本实施例的一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具100，用于加工任意外形的薄壁零件9，包括：底座1、机械压紧部2、密封盖3、进液孔4、机械夹紧部5以及排液管6。

本实施例中，薄壁零件9为薄壁壳体类、框类零件等。

底座1放置于工作台上。

如图1和图2所示，机械压紧部2用于压紧薄壁零件9，包括内部放置有薄壁零件9并通过螺母固定于底座1上、顶部均布有四个通槽23且底部具有环形缺口的支撑套筒21以及设置于支撑套筒21顶部的环形压块22，且环形压块22的两端卡进两个通槽23内配合固定环形压块22的第一延伸臂24。

本实施例中，底座1的宽度与圆形的支撑套筒21的直径相同，且通槽23所在的高度与薄壁零件9的高度相同，而后通过螺母将环形压块22固定在支撑套筒上，进而限制薄壁零件9在垂直方向上的位移。

如图1、图3至图5所示，密封盖3设置于支撑套筒21的顶部，两端具有卡进另两个通槽23内的第二延伸臂31，用于密封支撑套筒21内部的空腔25，且环形压块22置于密封盖6的上表面。

此外，密封盖3的内壁以及支撑套筒21的内壁延伸端均开设有梯形卡槽7，梯形卡槽7内设置橡胶密封圈8，且橡胶密封圈8与薄壁零件9的外壁贴合，从而将注入空腔25的磁流变液密封，用于对空腔25进行密封，防止磁流变液外溢以及切屑混杂进入磁流变液，影响其性能。

本实施例中，密封盖3的上表面所在的高度略低于薄壁零件9的高度，以便防止环形压块22对薄壁零件9产生压紧力时出现干涉现象。

进液孔4开设于支撑套筒21的顶部边缘处，用于磁流变液注入支撑套筒21的空腔25。

如图1和图6所示，机械夹紧部5用于夹紧薄壁零件9，包括通过固定螺母51固定于底座1上并嵌合于支撑套筒21的底部环形缺口处的夹紧支撑件52、通过螺母固定于底座1上并设置于薄壁零件9一侧的固定V型块53、设置于薄壁零件9另一侧的活动V型块54以及依次穿过夹紧支撑件52和活动V型块54并用于调节活动V型块54位置的夹紧螺母55。

本实施例中，当夹紧螺母55往径向拧动时，可推动活动V型块往薄壁零件9所在的方向运动，进而将薄壁零件9夹紧，使得固定V型块与活动V型块成啮合夹紧状态，待薄壁零件9的底端经固定V型块与活动V型块夹紧后，为防止薄壁零件9在加工时会产生垂直方向的细微抖动，故采用机械压紧部5对薄壁零件9顶端添加压力。

本实施例中，机械夹紧部5的夹紧支撑件52通过螺母固定于底座1之上，使得夹紧支撑件52与支撑套筒21组成一个完整的圆形。

排液管6一端设置于支撑套筒21内壁延伸出的排液孔内，另一端穿过夹紧支撑件52，用于排出支撑套筒21的空腔25内的磁流变液。

本实施例中，进液孔4以及排液管6的伸出端均通过橡胶塞进行密封，其中，排液管6的伸出端用橡胶塞密封后，磁流变液可通过进液孔4注入空腔25，直至注满，而后采用橡胶塞对进液孔3进行密封，用于控制磁流变液的排出，使得空腔25构成为一个密封的磁流变液腔。

本实施例的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具的具体操作方法如下：

步骤1，在底座1上安装固定V型块53，用以对薄壁零件9进行定位。

步骤2，在底座1上安装固定支撑套筒21，同时将橡胶密封圈8安装到内壁延伸出的梯形卡槽7内。

步骤3，将薄壁零件9直接从支撑套筒21顶端插入，底部与底座1接触，薄壁零件9的一侧在固定V型块53的限制下进行定位，同时，薄壁零件9的外壁与支撑套筒21内设置的橡胶密封圈8相接触，将空腔25的下端密封。

步骤4，排液管5的一端安装设置于支撑套筒21内壁的延伸出的排液孔，另一端穿过夹紧支撑件52上的孔，同时夹紧螺母55穿过夹紧支撑件52，另一端插入活动V型块54，活动V型块54的一边与薄壁零件9相接触，然后将夹紧支撑件52固定在底座1上，此时夹紧支撑件52可与支撑套筒21对接形成一个完整的圆形，接着将夹紧螺母55向左拧紧，从而推动活动V型块54向薄壁零件9所在一侧运动，进而将薄壁零件9的下端夹紧。

步骤5，薄壁零件9的下端固定后，将橡胶密封圈8设置在梯形卡槽7内，然后将其通过螺母安装固定于支撑套筒21上，接着将环形压块22通过螺母安装固定于支撑套筒21上。

步骤6，采用橡胶塞对排液管6的伸出端进行密封，而后将磁流变液通过进液孔4注入空腔25，直至注满空腔25后用橡胶塞对进液孔4进行密封。

步骤7，添加外部磁场，使得磁流变液产生毫米级的状态转变，即液态-固态转变，在铣削薄壁零件9的内壁时，薄壁零件9会产生微小变形，此时会对固化后的磁流变液产生挤压力，同时薄壁零件9会受到固化后的磁流变液的反作用力，从而达到通过固化的磁流变液对薄壁零件9进行辅助支撑的目的。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，因为机械压紧部具有支撑套筒以及环形压块，所以能够限制薄壁零件在垂直方向上的位移；因为机械夹紧部具有夹紧支撑件、固定V型块、活动V型块以及夹紧螺母，所以能够通过夹紧螺母调节活动V型块，进而能够限制薄壁零件在水平方向上的位移；因为具有进液孔和排液管，所以能够控制磁流变液的注入与排出；因为具有通过第二延伸臂与支撑套筒固定的密封盖，所以能够密封支撑套筒内部的空腔。

根据本实施例所涉及的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，因为密封盖的内壁以及支撑套筒的内壁延伸端均开设有梯形卡槽，且梯形卡槽内设置薄壁零件的外壁贴合的橡胶密封圈，所以能够对空腔的下端进行很好地密封。

根据本实施例所涉及的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，因为通槽所在的高度与薄壁零件的高度相同，所以能够进一步限制薄壁零件在垂直方向上的位移。

根据本实施例所涉及的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，因为密封盖的上表面所在的高度略低于薄壁零件的高度，所以能够防止环形压块对薄壁零件产生压紧力时产生的干涉现象。

根据本实施例所涉及的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，因为进液孔以及排液管的伸出端均通过橡胶塞进行密封，所以能够防止磁流变液的泄露，形成了密封式的磁流变液腔。

综上，本实施例的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具中磁流变液通过进液孔注入空腔以及通过排液导管将磁流变液排出，方便快捷；而且密封式的磁流变液腔，不会导致切屑掺杂进入磁流变液，影响其使用寿命以及性能。

因此，本实施例的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具为薄壁框架、壳体类等任意外形零件360度柔性可控制夹具装置，不仅操作灵活，对于薄壁零件的外形形状、尺寸适用性强，而且还能够根据薄壁零件所受到的夹紧力及时、有效地保证和控制薄壁框类零件装夹的稳定性、精确性、可靠性。

此外，本实施例的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具适用于航天航空、汽车、船舶及核电等关键件在多品种、小批量等加工应用，还可以实现任意外形零件，尤其是薄壁零件的柔性装夹，通过机械夹紧部与密封盖和橡胶密封圈相结合，实现对零件的铣削加工。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

对上述实施例的夹具做适当改变即将磁流变液注入薄壁零件的内孔，然后采用与铣削加工同样的方式将其密封，也可对薄壁零件进行车削加工。

Claims (6)

1.一种任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，用于加工任意外形的薄壁零件，其特征在于，包括：

底座，放置于工作台上；

机械压紧部，用于压紧所述薄壁零件，包括内部放置有所述薄壁零件并通过螺母固定于所述底座上、顶部均布有四个通槽且底部具有环形缺口的支撑套筒以及放置于所述支撑套筒顶部的环形压块，所述环形压块的两端卡进两个所述通槽内配合固定所述环形压块的第一延伸臂；

密封盖，设置于所述薄壁零件的顶部，两端具有卡进另两个所述通槽内的第二延伸臂，用于密封所述支撑套筒内部的空腔，且所述环形压块置于所述密封盖的上表面；

进液孔，开设于所述支撑套筒的顶部边缘处，用于磁流变液注入所述支撑套筒的空腔；

机械夹紧部，用于夹紧所述薄壁零件，包括通过固定螺母固定于所述底座上并嵌合于所述支撑套筒的所述环形缺口处的夹紧支撑件、通过螺母固定于所述底座上并设置于所述薄壁零件一侧的固定V型块、设置于所述薄壁零件另一侧的活动V型块以及依次穿过所述夹紧支撑件和所述活动V型块并用于调节所述活动V型块位置的夹紧螺母；以及

排液管，一端设置于所述支撑套内壁延伸出的排液孔内，另一端穿过所述夹紧支撑件，用于排出所述支撑套筒的所述空腔内的磁流变液。

2.根据权利要求1所述的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，其特征在于：

其中，所述薄壁零件为薄壁壳体类、框类零件。

3.根据权利要求1所述的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，其特征在于：

其中，所述密封盖的内壁以及所述支撑套筒的内壁延伸端均开设有梯形卡槽，所述梯形卡槽内设置橡胶密封圈，且所述橡胶密封圈与所述薄壁零件的外壁贴合，用于对所述空腔进行密封。

4.根据权利要求1所述的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，其特征在于：

其中，所述通槽所在的高度与所述薄壁零件的高度相同。

5.根据权利要求1所述的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，其特征在于：

其中，所述密封盖的上表面所在的高度低于所述薄壁零件的高度。

6.根据权利要求1所述的任意外形薄壁件的磁流变柔性夹具，其特征在于：

其中，所述进液孔以及所述排液管的伸出端均通过橡胶塞进行密封，用于控制磁流变液的排出。

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