CN115122123A - 工件保持装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工件保持装置及方法，并具体地提供了一种用于将工件定位在加工设备上的工件保持装置，包括：牺牲性支撑件，其用于支撑工件；工件保持层，其由施加在牺牲性支撑件上的可固化材料形成，固化完成后工件保持层将工件固定在牺牲性支撑件上的预定位置，在工件的加工期间牺牲性支撑件和工件保持层允许被加工设备的切割头破坏；可固化材料收集器，其设置在牺牲性支撑件的下方，用于收集在施加可固化材料期间、可固化材料的固化期间和/或工件的加工期间脱离牺牲性支撑件的可固化材料；固化处理单元，其包括控制器和固化速率调节器，控制器控制固化速率调节器通过改变至少一个影响固化的因素来调节可固化材料的固化速率；以及承托组件，其用于支撑牺牲性支撑件、可固化材料收集器和固化处理单元，承托组件构造成可移除地安装到加工设备上。

Description

工件保持装置及方法

技术领域

本申请涉及工件加工，特别涉及用于将工件定位在加工设备上的装置和方法，尤其是涉及一种基于固化硅橡胶的用于铣床的工件保持装置及方法。

背景技术

铣床是一种用途广泛的机床。以铣刀作为刀具加工工件表面，其加工方法又可以叫做铣削。铣削时，工件装在工作台上或分度头等附件上，通常铣刀以旋转运动为主运动，工件和铣刀的移动为进给运动。通过使用具有高速旋转的尖齿的铣刀逐步地从工件上去除材料，并借助于工件的进给，以系统的方式在工件上相对地移动铣刀，可以切掉工件中不需要的材料并将工件转换为所需的造型。除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，铣床还能加工比较复杂的型面。

铣削这一方法通常被认为是减法制造，即在原料块上连续切掉不需要的部分，直到剩下所需的三维形状。铣削几乎可以在任何材料上进行，例如铝、铜、钢、黄铜、钛、木材、泡沫、玻璃纤维以及诸如聚丙烯和丙烯酸的塑料。传统铣床是手动操作的。但是现代铣床通常是计算机控制的，被称为CNC（计算机数控）铣床。这些机器的切割路径在计算机文件中指定，并通过计算机程序控制。铣削对于快速成型非常有用，因为产品设计师可以在设计和开发阶段非常快速且廉价地生产其创作的原型而无需花费诸如注塑等大规模制造技术的成本。除了快速制作原型外，铣削还可以用于制造最终产品，其减法制造的特性特别适合木材等不是很硬的材料。

在铣削过程中，需要将工件临时固定到铣床工作台上，该步骤称为工件保持。当铣刀旋转并切入工件时，它会在材料上施加很大的力。如果工件没有被很好地固定在铣床工作台上，则很可能会意外地导致工件向铣床外飞出。这很可能会损坏工件，甚至损害铣床操作人员的身体健康。以下描述几种用于保持工件的传统方式，但这些方式或多或少地都存在一些问题：

垂直夹具

垂直夹具通过在工件顶部垂直施加压力来工作。将工件向下压，可以增加工件与铣床工作台之间的摩擦力，并借助该摩擦力来防止工件移动。垂直夹具自身可以通过多种方式（例如螺钉和其他夹具）固定在铣床工作台上。垂直夹具的一个主要缺点是夹具本身需要占据工件上方的空间，因此将妨碍旋转刀具的运动，在实际加工中会限制刀具的加工区域。同时，工作台如需要进给运动，则夹具也需同步运动，这使得结构变得更加复杂。此外，如果需要从原始材料中完全切出一部分工件，则最终这部分工件将与原始材料分离。由于垂直夹具仅在原始材料上施加压力，未必能够在最终的分离部分上施加压力，因此分离的部分可能会相对于旋转刀具产生移位，这会损坏工件甚至损害操作人员的身体健康。

水平夹具

水平夹具是作用力在水平方向上的夹具，其通过在工件的侧面水平施加压力，从而借助其产生的摩擦力来防止工件移动。水平夹具自身可以通过多种方式（例如螺钉和其他夹具）固定在铣床工作台上。由于水平夹具与工件接触的部位在工件的侧面，因此与垂直夹具相比，铣刀的加工区域更大。但是，如果需要水平切割工件直至超过材料的边缘，则旋转刀具也可能会与水平夹具本身接触。这会损坏夹具和旋转刀具，并使机器的操作人员身患危险。与使用垂直夹具类似，如果需要从原始材料中完全切出工件以形成最终形状，则最终将其与原始材料分离。由于水平夹具仅在原始材料上施加力，未必在最终分离的物体上施加力，因此分离的部分可能会相对于旋转刀具移位。这也会损坏工件且损害操作人员的身体健康。

磁力夹具

磁力夹具使用永磁铁或电磁铁在工件上施加磁力。磁力夹具放置在铣床工作台的顶部和工件底部之间，磁力将工件拉下，表面之间产生的摩擦力可防止工件意外移动。 磁力夹具本身可以使用多种方法（例如螺钉和其他夹具）固定在铣床工作台上。与垂直夹具和水平夹具不同，磁力夹具具有固定被切割出的工件的能力。然而，磁力夹具的一个主要缺点是它们仅适用于由磁性材料（例如某些金属）制成的工件。

真空工作台

真空工作台是放置在铣床工作台顶部和工件底部之间的设备。真空工作台本身可以使用多种方法（例如螺钉和其他夹具）固定在铣床工作台上。真空工作台所接触的工件的表面是多孔的，孔通向内部真空室。真空泵用于抽出真空室内的空气并使真空室保持低于大气压。真空室与外界空气之间的压力差将工件固定在适当的位置。环境中的气压向工件施加向下的力，从而增加工件与真空台表面之间的摩擦力，该摩擦能够防止工件的意外移动。真空工作台的一个主要缺点是施加在工件上的压力与工件的表面积成正比。对于较小的工件，该压力可能不足以将工件牢固定位。同样，如果需要从原始材料中完全切割出工件以形成其最终形状，则最终切割出的工件将与原始材料分离。这种分离可能导致空气泄漏回到真空室中，破坏外部空气和真空室之间的气压差。这导致施加在工件上用于防止其意外移动的压力消失。此外，真空工作台往往很昂贵。当真空泵将空气从真空室中排出时，还会产生大量可感知的噪音。

粘合剂

任何类型的粘合剂都可用于工件保持，暂时将工件粘接到铣床工作台上以将其固定就位。使用粘合剂固定的优点是能够保持被切割出的工件。但其缺点是并非所有情况下都能容易地将完成切割的工件从平台上移除，工件和工作台上可能残留有粘合剂，需要额外的清理步骤。此外，如果需要从原始材料中完全切出工件，则旋转刀具可能会与粘合剂接触。由于旋转刀具在切割工件时进行高速旋转，因此切削摩擦所产生的热量可能会使粘合剂熔化并粘在旋转刀具上，最终损坏刀具。

双面胶带

双面胶带的工作方式与粘合剂类似，两者的缺点亦类似，包括残留在工件以及旋转刀具上的胶带。

背对背单面纸胶带

这种方法将单面纸胶带粘贴在铣床工作台的顶部以及工件的底部，然后将来自工件底部的纸胶带粘接来自铣床工作台的顶部的纸胶带。该方法优于仅使用粘合剂或双面胶带，因为单面纸胶带通常更容易从工件和工作台上去除而不会留下残留物。但是，如果需要垂直切穿整个工件，则旋转刀具仍会与纸胶带以及其间的胶水接触。由于摩擦产生的热量，粘合剂可能熔化并粘在切割工具上，导致损坏旋转刀具。

桥接件和凸耳

桥接件和凸耳是小型的设计特征，不会从原始材料上切下，因此在铣削过程中通常不会离开工件。该方法可以与上述其他工件夹持固定方法结合使用，以防止工件在铣削操作过程中发生分离和移动。铣削工作完成后，将桥接件从凸耳中手动断开即可。采用这一方法的缺点是需要后续加工以磨掉凸耳，这增加了工艺步骤和成本。

发明内容

为了解决上述问题或至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种用于将工件定位在加工设备上的工件保持装置，包括：牺牲性支撑件，其用于支撑所述工件；工件保持层，其由施加在所述牺牲性支撑件上的可固化材料形成，固化完成后所述工件保持层将所述工件固定在所述牺牲性支撑件上的预定位置，在所述工件的加工期间所述牺牲性支撑件和所述工件保持层允许被所述加工设备的切割头破坏；可固化材料收集器，其设置在所述牺牲性支撑件的下方，用于收集在施加所述可固化材料期间、所述可固化材料的固化期间和/或所述工件的加工期间脱离所述牺牲性支撑件的可固化材料；固化处理单元，其包括控制器和固化速率调节器，所述控制器控制所述固化速率调节器通过改变至少一个影响固化的因素来调节所述可固化材料的固化速率；以及承托组件，其用于支撑所述牺牲性支撑件、所述可固化材料收集器和所述固化处理单元，所述承托组件构造成可移除地安装到所述加工设备上。

在一个优选实施例中，所述牺牲性支撑件呈板状且包括经由所述工件保持层与所述工件接触的平坦表面，所述平坦表面上形成至少一个贯穿所述牺牲性支撑件的通孔。所述平坦表面上可形成多个通孔，所述多个通孔中的至少一个适于安装工件夹具。

在一个优选实施例中，所述可固化材料在未固化时为黏性液体，且在固化后为具有弹性的固体，所述固体的熔点为1000摄氏度以上。一种可固化材料是硅橡胶。

在一个优选实施例中，所述影响固化的因素包括温度，所述固化速率调节器包括加热垫，所述控制器控制所述加热垫通过改变固化温度来调节所述可固化材料的固化速率。所述加热垫紧贴所述可固化材料收集器，且所述可固化材料收集器由热导性材料制成。

在一个优选实施例中，所述影响固化的因素包括紫外线，所述固化速率调节器包括紫外光源，所述控制器控制所述紫外光源通过改变紫外线照射参数来调节所述可固化材料的固化速率。所述紫外光源位于所述可固化材料收集器的下方，且所述可固化材料收集器由紫外线可透过材料制成。

另一方面，本发明提供了一种用于将工件定位在加工设备上的方法，包括：提供牺牲性支撑件，在所述工件的加工期间所述牺牲性支撑件允许被所述加工设备的切割头破坏；将可固化材料施加于所述牺牲性支撑件上；在所述可固化材料未固化时将所述工件置于所述牺牲性支撑件上；使所述可固化材料固化形成工件保持层，将所述工件固定在所述牺牲性支撑件上的预定位置；提供固化处理单元，其包括控制器和固化速率调节器，利用所述控制器控制所述固化速率调节器通过改变至少一个影响固化的因素来调节所述可固化材料的固化速率；提供可固化材料收集器，利用所述可固化材料收集器收集在施加所述可固化材料期间、所述可固化材料的固化期间和/或所述工件的加工期间脱离所述牺牲性支撑件的可固化材料；以及提供承托组件，利用所述承托组件支撑所述牺牲性支撑件、所述可固化材料收集器和所述固化处理单元，且将所述承托组件可移除地安装到所述加工设备上。

相比于现有技术，本申请的实施方式所提供的工件保持装置具有诸多优点。例如，相比于垂直夹具和水平夹钳而言，硅橡胶不占用工件在各个方向上的空间，可以在多个方向上更好地进行加工。相比于磁力夹具而言，本申请的实施方式所提供的工件保持装置对工件的材料没有特殊要求。相比于真空台而言，硅橡胶的成本低廉，没有噪音，能够胜任从原始材料分离出一整块工件的工作。相比于胶粘固定而言，硅橡胶耐高温，不会对铣刀造成不利影响。且本申请的实施方式所提供的工件保持装置借助于大气压力来固定工件，因此易于分离工件，不会产生残留物。相比于桥接件和凸耳的设计而言，本申请的实施方式所提供的工件保持装置有工艺步骤少，成本低，良率更高的诸多优势。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，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的附图中未提及的技术特征、连接关系乃至方法步骤。

图1是根据本发明的工件保持装置的整体示意图。

图2是根据本发明的工件保持装置的爆炸示意图。

图3是根据本发明的工件保持装置的固化处理单元的示意图。

图4是根据本发明的工件保持装置设置有固化传感器时的整体示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

根据本发明的工件保持装置及方法适用于各类加工工艺。以铣削加工为例，在准备步骤中将工件保持装置定位在铣床的工作台上。随后，使用固化的工件保持层（例如硅橡胶、又称硅酮橡胶，silicone rubber）将待加工的工件固定到工件保持装置上。当硅橡胶处于未固化状态时，其通常为凝胶或高粘度液体形式。由于液态硅酮的粘性，可以将其倾倒在任何物体表面上以呈现该表面形状。当硅酮随后完成固化时，其硬化且变成具有相同形状的固体橡胶。

本发明利用硅橡胶的这种特性将其应用于工件的固定。首先，将未固化的液态硅酮施加在位于工件保持装置最上方的牺牲性支撑件（例如废料板）上。当硅酮仍为液态时，将工件置于液态硅酮积聚形成的液坑上。通过在工件顶部施加压力，将硅酮挤压成一层薄的液体，该液体的形状精确到可填充工件底部和废料板顶部之间的竖直方向上的间隙，甚至包括微观层面的间隙，这将消除两个表面之间的气体。然后通过激活固化处理单元，促使液态硅酮快速固化成固态硅橡胶。随着硅酮的固化，其分别与工件底部和废料板顶部形成紧密的真空。环境中的大气压将导致固态硅橡胶在吸力作用下粘附在废料板的顶部以及工件的底部，从而将工件固定在预定位置。铣削加工完成后，可通过施加垂直于硅橡胶吸力的水平力轻松地移开工件。由于硅橡胶具有弹性，因此也可以轻松将其剥离，而不会留下任何残留物。

以上描述的工件保持装置相对于现有技术具有多方面的优势。在铣削过程中，工件保持固定在预定位置，不会以任何方式阻碍旋转刀具。由于硅酮已固化成化学惰性的固体橡胶，因此不会与任何表面发生化学反应，且易于清理，不会残留。即使旋转刀具在铣削过程中与硅橡胶接触，硅橡胶也不会粘在旋转铣刀上，原因在于硅酮的化学结构导致其在高温下不会融化。

需要说明的是，虽然上文中以硅橡胶为例描述本发明的技术构思，但其它可固化材料同样适用于本发明。优选地，可固化材料具有以下特性：

1.在未固化时为黏性液体；

2.可在较短时间内完成固化；

3.在固化后为具有弹性的固体；

4.固化后形成的固体具有高熔点，例如1000摄氏度以上，以确保在工件的加工过程中不会熔化。

为提高固化效率，实现工件的快速固定，根据本发明的工件保持装置设计成能够促进可固化材料的固化。以下结合附图描述工件保持装置中的各个部件。

底板

底板80的功能在于使托盘架70易于安装到加工机械（例如铣床）上或从其卸下，从而实现不同托盘架70的可替换性。可通过螺钉和夹具等传统方法将底板80固定在铣床工作台上。底板80可由坚固的材料制成，例如铝、铁或不锈钢等等。

托盘架

托盘架70和底板80构成承托组件。托盘架70可利用通过图1中示出的螺孔71的螺钉固定在底板80上。也可以利用设置在边缘和/或角落处的磁铁90将托盘架70安装到底板80上。磁铁不仅可以实现工件保持装置的快速安装/拆卸，而且还确保工件保持装置相对于铣床总是处于相同的位置。在图1和图2所示出的实施例中，将一组四个编程磁铁90置于底板80的角部，且将另一组四个编程磁铁90置于托盘架70的角部，两组磁铁90对齐且彼此吸引从而实现精确定位。

对齐的编程磁铁是指经历特殊磁化过程的稀土钕磁铁，该特殊磁化过程改变了磁场的形状，可以实现精确的对准特性。当两个对齐的编程磁铁相互吸引时，它们在精确位置处贴合。当托盘架70上的磁铁与底板80的磁铁贴合时，托盘架通过所有成对磁铁90之间的磁力而保持在适当位置。在每次安装工件保持装置时，由于托盘架70上的磁铁90与底板80上的磁铁之间的咬合位置是一致的且可重复的，因此能够实现工件保持装置的一致性定位。在工件加工期间，确保工件保持装置的一致性位置是重要的。例如，在之前被换下的工件保持装置上继续进行未完成的铣削操作时，至关重要的是将工件保持装置定位在与之前加工时类似的位置和方向上。否则，旋转刀具的路径将偏离预定路径，导致工件损坏。优选地，托盘架70由坚固的材料制成，例如铝或不锈钢。

热绝缘件

在一个优选实施例中，在固化处理单元50与承托组件（托盘架70和底板80）之间提供热绝缘件60以形成绝热层。该绝热层具有双重目的。首先，它用于保护固化处理单元50的电子器件51和托盘架70免受固化处理单元50产生的热量的影响。其次，它通过最小化散发到周围环境的热量来最大化传递到可固化材料收集器40的热量。热绝缘件60由良好的绝热材料制成，例如硅酸铝陶瓷纤维或醋酸乙烯乙烯酯（EVA）。热绝缘件60可以通过压配合固定在托盘架70上。压配合是一种过盈配合组装方法，一个零件在压力下被迫进入另一个零件的孔中，两个零件通过在摩擦力作用下保持在一起。

固化处理单元

提供固化处理单元50的目的是促进液态可固化材料20的固化。市场上有多种不同的可固化材料配方，例如不同的液态硅酮配方。一些硅酮可以在室温下固化，但是除非加热，它们通常需要数小时才能固化。一些类型的硅酮固化速度更快，大约几分钟，但是需要将液体加热到120摄氏度以上。近年来出现了一种新型的硅酮，通过暴露于紫外线可以在几秒钟内固化。固化处理单元根据特定类型的可固化材料的特性加速固化过程。优选地，固化处理单元50设计成允许替换。对于热固化的材料，固化处理单元50可以是对可固化材料进行加热的电子控制的加热垫。对于紫外线固化的材料，固化处理单元50可以是朝向可固化材料发射紫外线的紫外光源，该紫外光源也可通过电子方式控制。固化处理单元50可通过压配合固定到热绝缘件60上。在一个实施例中，固化处理单元50可通过电线连接到印刷电路板，并由板载电子器件51控制。图3示出电子器件的示意图。印刷电路板包括探测热量的热量传感器和/或探测紫外线状态的紫外线传感器，用于打开和关闭加热垫或紫外线光源的继电器开关，用于处理来自传感器的输入数据并控制继电器开关的微处理器。固化处理单元还具有用户界面（图1中示出显示器52），包括控制按钮，用于改变系统设置的开关，以及输出信息和显示用户反馈的显示器。

可固化材料收集器

提供可固化材料收集器40的目的是收集在施加可固化材料期间、可固化材料的固化期间和/或工件的加工期间脱离牺牲性支撑件30的可固化材料20。在图1和图2所示出的实施例中，可固化材料收集器40构造成托盘，它防止下方的固化处理单元50直接接触液态的可固化材料20。优选地，托盘促进不同类型的可固化材料20的固化过程，且托盘设计成可替换的。对于热固化的材料，托盘可使用铝等高导热材料制成。对于紫外线固化的材料，托盘可由紫外线可透过的材料制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯（也称为有机玻璃）。托盘可以通过螺钉固定或与固化处理单元50一同压配合到热绝缘件60上。

牺牲性支撑件

牺牲性支撑件30用于支撑工件10，在工件10的加工期间牺牲性支撑件30允许被加工设备的切割头破坏。优选地，将废料板用作牺牲性支撑件30。如果需要垂直切割工件材料直至超过工件10的底部，则位于工件10下方的任何层都可能与旋转刀具接触。提供废料板的主要目的是允许牺牲性切割，以保护其下方的各层不被损坏。提供废料板的第二个目的是为工件10提供一个相对于铣床的完全平坦的表面。虽然一些废料板在视觉上看起来是平整的，但由于材料厚度的细微变化，尽管肉眼一般无法察觉，废料板通常会自然地发生细微倾斜。这种倾斜将导致工件相对于铣床和旋转刀具在竖直轴线上倾斜，降低加工质量。为尽可能避免上述缺陷，可通过在废料板的整个表面上铣削一个较大的凹口来找平废料板的表面。这将确保废料板始终是平坦的，并且在整个表面上与旋转刀具的距离相等，从而为工件提供一个完全水平的支撑表面。在一个实施例中，废料板设计成在表面上形成通孔31。该通孔有多种用途。首先，通孔31使更多来自固化处理单元50的热量或紫外线到达液态的可固化材料20以促进固化。其次，通孔31还允许使用传统形式的夹具，例如背景技术部分描述的夹具，这些传统夹具能够与可固化材料20协作以确保工件固定在预定位置。优选地，废料板使用尺寸稳定、耐用且易于切割的半硬材料制成，例如中密度纤维板（MDF）。废料板可通过压配合固定到可固化材料收集器40上。通孔31可以使可固化材料（例如硅胶）到达可固化材料收集器40（例如硅胶托盘）以用于固化，通孔31还可以在铣削后撬开工件的过程中用作小型工具（例如螺丝刀）的支点。

第一实施方式

如图1和图2所示，工件保持装置包括：废料板30；硅橡胶20，涂敷在废料板30上；工件10通过硅橡胶20的固化而固定在废料垫板30上。

对应地，本申请的实施方式还提供了一种铣床工件固定方法，包括如下步骤：在承托组件上设置废料板30；在废料板30上涂敷硅橡胶20；将工件10通过硅橡胶20紧贴在废料板30上；固化硅橡胶20以固定工件10。

可以理解地，承托组件用于承托设置于其上的各种机构。与此同时，承托组件还承担着与铣床工件台的连接功能，因此其可以通过螺钉和夹具等传统方法进行自身的定位和固定。

承托组件可包括托盘架70和底板80，托盘架70对位设置在底板80上，底板80可拆卸地安装在铣床上。底板的功能在于使托盘架70易于在铣床上安装或卸下，从而保证不同的托盘架70的可替换性。

托盘架70既可以通过传统的螺钉或夹具与底板相固定，也可以利用磁铁进行固定。在采用磁铁将托盘固定在底板上时，既可以实现托盘架70的快速拆装，还便于令托盘架70在拆装前后保持在铣床上的相对位置。磁铁可以采用稀土钕磁铁，以提供足够的磁力。磁铁可以被设置在托盘架70的四个角，以提供均匀的受力。对齐的编程磁铁是指经历特殊磁化过程的稀土钕磁铁，该特殊磁化过程改变了磁场的形状，可以实现精确的对准特性。当两个对齐的编程磁铁相互吸引时，它们在精确位置处贴合。当托盘架70上的磁铁与底板80的磁铁贴合时，托盘架通过所有成对磁铁90之间的磁力而保持在适当位置。在每次安装工件保持装置时，由于托盘架70上的磁铁90与底板80上的磁铁之间的咬合位置是一致的且可重复的，因此能够实现工件保持装置的一致性定位。在工件加工期间，确保工件保持装置的一致性位置是重要的。例如，在之前被换下的工件保持装置上继续进行未完成的铣削操作时，至关重要的是将工件保持装置定位在与之前加工时类似的位置和方向上。否则，旋转刀具的路径将偏离预定路径，导致工件损坏。

工件保持装置还包括固化材料托盘40，其位于废料板30下方，用于在固化和加工的过程中收集多余的硅橡胶20。固化材料托盘40可防止液态硅橡胶20直接与下方的部件接触。固化材料托盘40的设计有助于其所对应的特定类型的硅橡胶20的固化，因此可以将固化材料托盘40设置为可拆卸的，以便适配不同的硅橡胶20。可以通过螺钉或是压入等传统方式固定固化材料托盘40的相对位置。

废料板30是能够提供承担硅橡胶20与工件10连接表面的部件。而且，在铣削的过程中，如果需要铣刀垂直切入整个工件10的底部，废料板30可以提供牺牲性的切割余量。此外，废料板30可以提供相对平坦的表面，以提高工件10的加工精度。废料板30可通过压配合安装到固化材料托盘40上，或通过螺钉、夹具等传统方式进行固定。当废料板因多次使用而达到预期寿命内的损耗量时，可以借助这些螺钉、夹具及时地进行更换。

硅橡胶20具有可固化和在未固化时为液体这两个特性。与粘合剂不同，硅橡胶20在固化之后变为具有一定弹性的固体，而且具有化学惰性，因此不易同与之贴合的其他材料的表面发生化学反应，且其熔点教高，不易熔化。由于具有如此稳定的化学结构，因此硅橡胶20不会粘在铣刀上，也不会在铣刀高速旋转所带来的高温下融化。另外，硅橡胶20还具有成本低廉的优势。

据此，在铣削操作的过程中，可以遵循如下方式操作：

1、在承托组件上设置废料板30。如前文所提及的，可以通过传统方式牢牢地固定废料板30，使其不会在铣床工作过程中发生滑移。

2、硅橡胶20处于未固化状态时是高粘度的液体，由于液态硅酮的粘性和可塑性，其可在废料板30的表面均匀展开。在废料板30上涂敷硅橡胶20。液化的硅橡胶20被涂敷在废料板30上之后，可以被缓缓地渗入废料板30上的细孔洞之中，向下渗透并接触到固化材料托盘40的表面,从而更有效地以加热或UV光固化硅橡胶。

3、将工件10通过硅橡胶20紧贴在废料板30上。通过利用硅橡胶20的粘性，可以对工件10进行初步固定。通过在工件10顶部施加压力，硅橡胶20将被挤压成一薄层。此时，硅橡胶20可以精确地填充工件10底部和废料板30顶部之间的间隙。

4、借助固化处理单元50，通过固化材料托盘40对固化硅橡胶20进行固化，以固定工件10。硅橡胶20在固化的过程中，将占据工件10与废料板之间的缝隙并使之形成负压。据此，环境中的大气压将压迫工件10以使之被牢牢地固定在指定位置。

5、经过铣削加工之后，硅橡胶20也被破坏。此时，可以通过施加垂直于硅橡胶20吸力的水平方向的力，轻松地取下工件10。由于硅橡胶20具有弹性，因此也可以轻松地进行剥离作业，而不易产生残留物。硅橡胶20属牺牲性物料,须于每次铣削加工后更换。

据此可知，相比于现有技术的诸多铣床夹具而言，本申请的实施方式所提供的工件保持装置具有诸多优点。例如，相比于垂直夹具和水平夹钳而言，硅橡胶20不占用工件10在各个方向上的空间，可以在多个方向上更好地进行加工。相比于磁力夹具而言，本申请的实施方式所提供的工件保持装置对工件10的材料没有特殊要求。相比于真空台而言，硅橡胶20的成本低廉，没有噪音，能够胜任从原始材料分离出一整块工件10的工作。相比于胶粘固定而言，硅橡胶20耐高温，不会对铣刀造成不利影响。且本申请的实施方式所提供的工件保持装置借助于大气压力来固定工件10，因此易于分离工件10，不会产生残留物。相比于桥接件和凸耳的设计而言，本申请的实施方式所提供的工件保持装置有工艺步骤少，成本低，良率更高的诸多优势。

第二实施方式

第二实施方式相对于第一实施方式的主要改进之处在于通过固化处理单元50加速硅橡胶20的固化。固化处理单元50设置在固化材料托盘40下方，通过改变至少一个影响固化的因素来调节可固化材料20的固化速率。

有些硅橡胶20在加热到120摄氏度以上的温度时，仅需要几分钟即可完成固化。也就是说，当对此类硅橡胶20加热时，可以显著地增加硅橡胶20的固化速度。据此，可以通过设置加热线圈、电磁加热装置等等多种温度调节装置，实现对硅橡胶20的加速固化。

为了适用于不同种类的硅橡胶20，可以将固化处理单元50以可拆卸的方式安装在固化材料托盘40下方。固化处理单元50可以以多种形式安装在承托组件上。可以理解地，固化处理单元50包括固化速率调节器（在本实施方式中可以理解为产生热量的机构如加热垫）、控制器和用户界面52（在本实施方式中可以理解为控制固化速率调节器的面板，包括本体、旋钮、温度显示屏、开关等部件）。为了防止加热垫的热量影响电子器件，在加热垫与承托组件之间设置热绝缘件60。固化处理单元50包括固化速率调节器，设置在热绝缘件60内，用于直接对硅橡胶20的固化进行加速；以及控制器和用户界面52，设置在热绝缘件60外，与固化速率调节器电连接，用于控制和调节固化速率调节器。

热绝缘件60具有隔绝热量的作用，所设置的热绝缘件60可以避免加热时的热量溢出到铣床工作台上。除了可防止电子器件损坏之外，热绝缘件60还能够使得传递到周围环境的热量最小化，进而使得固化速率调节器所产生的大部分热量都传递到硅橡胶20上，起到节约能源的作用。热绝缘件60可以采用类似于硅酸铝陶瓷纤维或醋酸乙烯乙烯酯（EVA）这样的优良隔热材料制成。此外，在热绝缘件60上也可以设置有孔，以供线缆穿过。

在本实施方式中，固化材料托盘40可以避免硅橡胶20与固化速率调节器接触，起到更重要的保护作用。为了提供良好的导热效果，固化材料托盘40可以使用高导热性的材料（例如金属铝、铜等等）制成。

据此，本实施方式提供了一种工件固定流程：

1、在承托组件上设置废料板30。如前文所提及的，可以通过传统方式牢牢地固定废料板30，使其不会在铣床工作过程中发生滑移。

2、在废料板30上涂敷硅橡胶20。液化的硅橡胶20被涂敷在废料板30上之后，可以被缓缓地渗入废料板30上的细微通孔31之中。硅橡胶20处于未固化状态时是高粘度的液体，由于液态有机硅材料的粘性和可塑性的特性，其可以在废料板30的表面均匀展开。

3、将工件10通过硅橡胶20紧贴在废料板30上。通过利用有机硅橡胶20的粘性特性，可以对工件10进行初步固定。通过在工件10顶部施加压力，有机硅橡胶20将被挤压成薄薄一层，此时，有机硅橡胶20可以精确地填充工件10底部和废料板30顶部之间的间隙。

4、操作电子调节机构，设定加热温度和加热时间。固化速率调节器将对硅橡胶20进行加热，使得硅橡胶20发生固化。硅橡胶20在固化的过程中，将占据工件10与废料板之间的缝隙并使之形成负压。据此，环境中的大气压将压迫工件10以使之被牢牢地固定在指定位置。完成固化之后，固化处理单元50将根据计时器或是温度传感器等装置的设定自动地停止工作。

5、经过铣削加工之后，硅橡胶20也被破坏。此时，可以通过施加垂直于硅橡胶20吸力的水平方向的力，轻松地取下工件10。由于硅橡胶20具有弹性，因此也可以轻松地进行剥离作业，而不易产生残留物。硅橡胶20属牺牲性物料,须于每次铣削加工后更换。

第三实施方式

第三实施方式与第二实施方式的主要不同之处在于，在本申请的第二实施方式中，固化处理单元50为温度调节装置；而在本申请的第三实施方式中，固化处理单元50为UV光源。据此，在本实施方式中，工件固定方法的固化硅橡胶20的步骤包括：通过照射紫外线以加速硅橡胶20的固化。有些硅橡胶20在暴露于紫外线中时，可以在几秒钟之内被固化。因此借助UV光源，可以快速地完成针对硅橡胶20的加速固化程序。

在设置UV光源时，由于不会产生过多的热量，因此承托组件可以不包括热绝缘件60。此时，固化处理单元50可以包括：固化速率调节器，用于直接对硅橡胶20的固化进行加速。电子调节机构，与固化速率调节器电连接，用于控制和调节固化速率调节器。其中，固化速率调节器可以具有阵列设置的UV灯。当采用UV光源时，可以设置对紫外线透明或半透明的废料板30，以便UV光源穿过废料板30，到达硅橡胶20的表面。另外，所设置的固化材料托盘40同样需采用对紫外线透明或半透明的材料制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯，也称为丙烯酸。

据此，本实施方式同样提供了一种铣床工件固定流程：

1、在承托组件上设置废料板30。如前文所提及的，可以通过传统方式牢牢地固定废料板30，使其不会在铣床工作过程中发生滑移。

2、在废料板30上涂敷硅橡胶20。液化的硅橡胶20被涂敷在废料板30上之后，可以被缓缓地渗入废料板30上的细孔洞之中。硅橡胶20处于未固化状态时是高粘度的液体，由于液态硅材料的粘性和可塑性的特性，其可以在废料板30的表面均匀展开。

3、将工件10通过硅橡胶20紧贴在废料板30上。通过利用硅橡胶20的粘性特性，可以对工件10进行初步固定。通过在工件10顶部施加压力，硅橡胶20将被挤压成薄薄一层，此时，硅橡胶20可以精确地填充工件10底部和废料板30顶部之间的间隙。

4、操作电子调节机构，设定UV照射时间。固化速率调节器将对硅橡胶20进行照射，使得硅橡胶20发生固化。硅橡胶20在固化的过程中，将占据工件10与废料板之间的缝隙并使之形成负压。据此，环境中的大气压将压迫工件10以使之被牢牢地固定在指定位置。完成固化之后，固化处理单元50根据计时器或是温度传感器等装置的设定自动地停止工作。

5、经过铣削加工之后，硅橡胶20也被破坏。此时，可以通过施加垂直于硅橡胶20吸力的水平方向的力，轻松地取下工件10。由于硅橡胶20具有弹性，因此也可以轻松地进行剥离作业，而不易产生残留物。硅橡胶20属牺牲性物料,须于每次铣削加工后更换。相比于采用加热固化而言，UV固化的耗能更少，固化速度更快。由于不需要隔热，所以工件保持装置的整体结构更加简单，使用寿命也更长。

第四实施方式

第四实施方式是第一至第三实施方式中任意的一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本申请的第四实施方式中，参见图1和图2，废料板30的接触工件10的表面上设置有通孔31。

通孔可以是多个，并密布或阵列分布在废料板30上。这些通孔有多种用途。首先，通孔可以供硅橡胶20渗入，以便更好地产生相对大气压强的负压，提供更稳定的固定。其次，当设置有固化处理单元50时，对于加热类型的固化速率调节器，通孔能够允许热量更快速地穿过废料板30并作用于硅橡胶20；而对于紫外线类型的固化处理单元50，通孔则允许更多的紫外线穿过废料板30并作用于硅橡胶20，也允许采用不透明的废料板30。而由于可以采用不透明的废料板30，因此废料板30的可选性增加了，这对降低成本非常有利。

此外，设置有通孔的废料板30还有进一步的好处。例如可选地，工件保持装置还可以包括固定于承托组件上的传统夹持件，传统夹持件通过通孔进一步固定工件10。其中，传统夹持件可以是水平夹钳。采用传统夹持件和本申请实施方式所提供的工件保持装置，可以更进一步地提供固定力，从而进一步防止工件10滑移。而且，这些通孔也可以成为一些小工具的支点，例如可以用于支撑螺丝刀，以便在铣削后撬开工件10。

第五实施方式

在设置了固化处理单元50之后，可以显著地加快硅橡胶20的固化。但是，硅橡胶20的用量、环境温度的变化等因素都有可能对固化所需的时间产生影响。因此简单地设置一套自动固化程序，并不能满足所有场景的自动控制固化处理单元50的需求。

有鉴于此，第五实施方式中的工件保持装置还包括固化传感器53，其与固化处理单元50通信连接。固化传感器53在监测到硅橡胶20发生固化后，向固化处理单元50发送停止信号，固化处理单元50响应于停止信号而停止对硅橡胶20的加速固化工作。

在硅橡胶20发生固化的过程中，可能从澄清透明的状态变成浑浊的状态。因此可以借助一些光学传感器，借助测量其折射或散热光的性质来监测硅橡胶20是否发生了固化。所采用的固化传感器53可以有多种可实现原理，典型地，可以采用浊度传感器进行测量。

值得一提的是，在监测到硅橡胶20发生固化后，可以延迟指定时间再向固化处理单元50发送停止信号，以便硅橡胶20固化得更加完全。或者，也可以令固化处理单元50在接收到停止信号之后，自动延迟指定的时间之后再执行停止信号。其中还可以有更为具体的控制方式，可以根据实际的工作环境进行选择和改进，因此不再予以赘述。

可以理解地，固化传感器53可以被安装在工件保持装置的承托组件上，也可以直接安装在铣床上。固化传感器53还可以和铣床本身的控制机构通信连接，以便铣床在固化完成后自动执行铣削作业。

借助于固化传感器53，可以自动化地停止固化处理单元50，能够避免多余的能量浪费，起到节能减排的效果。而且由于工作人员无需在铣床旁等待固化进程完成，整个工件10的固定和铣床的工作过程可以自动化地连续运行，因此显著地提高了铣床夹具乃至铣床整机的自动化水平。

最后应说明的是，本领域的普通技术人员可以理解，为了使读者更好地理解本申请，本申请的实施方式提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (20)

1.一种工件保持装置，所述工件保持装置用于将工件定位在加工设备上，其特征在于，所述工件保持装置包括：

牺牲性支撑件，其用于支撑所述工件；

工件保持层，其由施加在所述牺牲性支撑件上的可固化材料形成，固化完成后所述工件保持层将所述工件固定在所述牺牲性支撑件上的预定位置，在所述工件的加工期间所述牺牲性支撑件和所述工件保持层允许被所述加工设备的切割头破坏；

可固化材料收集器，其设置在所述牺牲性支撑件的下方，用于收集在施加所述可固化材料期间、所述可固化材料的固化期间和/或所述工件的加工期间脱离所述牺牲性支撑件的可固化材料；

固化处理单元，其包括控制器和固化速率调节器，所述控制器控制所述固化速率调节器通过改变至少一个影响固化的因素来调节所述可固化材料的固化速率；以及

承托组件，其用于支撑所述牺牲性支撑件、所述可固化材料收集器和所述固化处理单元，所述承托组件构造成可移除地安装到所述加工设备上。

2.如权利要求1所述的工件保持装置，其特征在于，所述牺牲性支撑件呈板状且包括经由所述工件保持层与所述工件接触的平坦表面，所述平坦表面上形成至少一个贯穿所述牺牲性支撑件的通孔。

3.如权利要求2所述的工件保持装置，其特征在于，所述平坦表面上形成多个通孔，所述多个通孔中的至少一个适于安装工件夹具。

4.如权利要求1所述的工件保持装置，其特征在于，所述可固化材料在未固化时为黏性液体，且在固化后为具有弹性的固体，所述固体的熔点为1000摄氏度以上。

5.如权利要求1所述的工件保持装置，其特征在于，所述可固化材料包括硅橡胶。

6.如权利要求1至5中任一项所述的工件保持装置，其特征在于，所述影响固化的因素包括温度，所述固化速率调节器包括加热垫，所述控制器控制所述加热垫通过改变固化温度来调节所述可固化材料的固化速率；

所述加热垫紧贴所述可固化材料收集器，且所述可固化材料收集器由热导性材料制成；

所述加工设备为铣床。

7.如权利要求1至5中任一项所述的工件保持装置，其特征在于，所述影响固化的因素包括紫外线，所述固化速率调节器包括紫外光源，所述控制器控制所述紫外光源通过改变紫外线照射参数来调节所述可固化材料的固化速率；

所述紫外光源位于所述可固化材料收集器的下方，且所述可固化材料收集器由紫外线可透过材料制成；

所述紫外线可透过材料包括聚甲基丙烯酸甲酯；

所述加工设备为铣床。

8.如权利要求1至5中任一项所述的工件保持装置，其特征在于，所述固化处理单元还包括温度传感器和紫外线传感器中的至少一个，所述控制器根据所述温度传感器和/或紫外线传感器测得的数据控制所述固化速率调节器的操作；

所述固化处理单元还包括显示界面和用户输入界面，所述显示界面用于显示当前温度、目标温度、当前紫外线参数、目标紫外线参数中的至少一个，所述用户输入界面允许用户设定目标温度和目标紫外线参数中的至少一个；

所述加工设备为铣床。

9.如权利要求1至5中任一项所述的工件保持装置，其特征在于，所述固化处理单元还包括固化传感器，其与所述控制器通信连接，当所述固化传感器监测到所述可固化材料完成固化后，向所述控制器发送固化完成信号；

所述固化传感器通过光学测量判断所述可固化材料是否完成固化；

所述加工设备为铣床。

10.如权利要求1至5中任一项所述的工件保持装置，其特征在于，还包括热绝缘件，其设置于所述固化处理单元与所述承托组件之间；

所述可固化材料收集器是收集盘，所述牺牲性支撑件通过压配合紧固到所述收集盘上，所述收集盘和所述固化速率调节器均压配合到所述热绝缘件上；

所述承托组件包括托盘和底座，所述托盘保持所述热绝缘件，所述底座构造成可移除地安装到所述加工设备上；

所述底座与所述托盘在彼此对准的位置设置磁体，所述底座与所述托盘之间的固定连接通过所述磁体的吸引实现；

所述磁体是可编程磁化磁体，其位于所述底座与所述托盘的边缘或角部；

所述加工设备为铣床。

11.一种工件保持的方法，其特征在于，包括：

提供牺牲性支撑件，在所述工件的加工期间所述牺牲性支撑件允许被所述加工设备的切割头破坏；

将可固化材料施加于所述牺牲性支撑件上；

在所述可固化材料未固化时将所述工件置于所述牺牲性支撑件上；

使所述可固化材料固化形成工件保持层，将所述工件固定在所述牺牲性支撑件上的预定位置；

提供固化处理单元，其包括控制器和固化速率调节器，利用所述控制器控制所述固化速率调节器通过改变至少一个影响固化的因素来调节所述可固化材料的固化速率；

提供可固化材料收集器，利用所述可固化材料收集器收集在施加所述可固化材料期间、所述可固化材料的固化期间和/或所述工件的加工期间脱离所述牺牲性支撑件的可固化材料；以及

提供承托组件，利用所述承托组件支撑所述牺牲性支撑件、所述可固化材料收集器和所述固化处理单元，且将所述承托组件可移除地安装到所述加工设备上。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在将所述工件置于所述牺牲性支撑件上后，对所述工件施加压力以使所述可固化材料填充所述工件与所述牺牲性支撑件之间的间隙。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，提供牺牲性支撑件包括提供具有平坦表面的板状的牺牲性支撑件，且在所述平坦表面上形成至少一个贯穿所述牺牲性支撑件的通孔。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在所述平坦表面上形成多个通孔，利用所述多个通孔中的至少一个安装用于夹持所述工件的工件夹具。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述可固化材料包括硅橡胶。

16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述影响固化的因素包括温度，所述固化速率调节器包括加热垫，所述方法包括利用所述控制器控制所述加热垫通过改变固化温度来调节所述可固化材料的固化速率；

还包括使所述加热垫紧贴所述可固化材料收集器，且利用热导性材料制造所述可固化材料收集器；

所述加工设备为铣床。

17.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述影响固化的因素包括紫外线，所述固化速率调节器包括紫外光源，所述方法包括利用所述控制器控制所述紫外光源通过改变紫外线照射参数来调节所述可固化材料的固化速率；

还包括将所述紫外光源设置在所述可固化材料收集器的下方，且利用紫外线可透过材料制造所述可固化材料收集器；

所述加工设备为铣床。

18.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述固化处理单元还包括温度传感器和紫外线传感器中的至少一个，所述方法还包括利用所述控制器根据所述温度传感器和/或紫外线传感器测得的数据控制所述固化速率调节器的操作；

所述固化处理单元还包括显示界面和用户输入界面，所述显示界面用于显示当前温度、目标温度、当前紫外线参数、目标紫外线参数中的至少一个，所述用户输入界面允许用户设定目标温度和目标紫外线参数中的至少一个；

所述加工设备为铣床。

19.如权利要求11至15中任一项所述的工件保持装置，其特征在于，所述固化处理单元还包括固化传感器，其与所述控制器通信连接，当所述固化传感器监测到所述可固化材料完成固化后，向所述控制器发送固化完成信号；

所述固化传感器通过光学测量判断所述可固化材料是否完成固化；

所述加工设备为铣床。

20.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，还包括提供热绝缘件，并将其设置于所述固化处理单元与所述承托组件之间；

所述可固化材料收集器是收集盘，所述方法包括将所述牺牲性支撑件压配合紧固到所述收集盘上，且将所述收集盘和所述固化速率调节器压配合到所述热绝缘件上；

所述承托组件包括托盘和底座，所述方法包括利用所述托盘保持所述热绝缘件，且将所述底座可移除地安装到所述加工设备上；

还包括在所述底座与所述托盘上彼此对准的位置设置磁体，利用所述磁体的吸引将所述底座与所述托盘固定连接；

所述磁体是可编程磁化磁体，其位于所述底座与所述托盘的边缘或角部；

所述加工设备为铣床。

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