CN116728129B - 一种薄壁零件低应力自动装夹系统及装夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁零件低应力自动装夹系统及装夹方法，涉及机床制造及夹具技术领域，包括：底座，底座上滑动设置有两个举升机构；两个夹紧机构，分别设置在举升机构上，夹紧机构包括支架和两个凸轮，支架的中部与举升机构的伸缩端铰接，支架的一端与举升机构铰接连接，凸轮转动设置在支架上，两个凸轮以支架不同的位置为轴心进行转动，两个凸轮分别用于与薄壁零件的不同位置的型面相贴合；控制单元，与举升机构和夹紧机构控制连接；该自动装夹系统能够实现装夹力精确控制，通过自由转动的两个凸轮能够适用于不同的曲面工件的装夹定位，能对不同曲率半径工件表面进行自适应装夹，还能有效降低装夹应力。

Description

一种薄壁零件低应力自动装夹系统及装夹方法

技术领域

本发明属于机床制造及夹具技术领域，更具体地，涉及一种薄壁零件低应力自动装夹系统及装夹方法。

背景技术

现代航空航天以及高速轨道交通行业常使用钛合金、铝合金以及复合材料薄壁件作为结构支撑件。此类零件形状复杂，在装夹过程中极易发生变形，影响加工效果及成品率。造成这一问题的原因包括以下两方面：一是薄壁工件自身强度及刚性较差，二是传统工装夹具难以实现装夹力的精确控制。目前，行业内常用手段是设计专用工装并辅以人工调整。装夹效率低，并且仅适用于特定型号工件，通用性差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种薄壁零件低应力自动装夹系统及装夹方法，该自动装夹系统能够实现装夹力精确控制，通过自由转动的两个凸轮能够适用于不同的曲面工件的装夹定位，能对不同曲率半径工件表面进行自适应装夹，还能有效降低装夹应力。

为了实现上述目的，本发明提供了一种薄壁零件低应力自动装夹系统，包括：

底座，所述底座上滑动设置有两个举升机构；

两个夹紧机构，分别设置在所述举升机构上，所述夹紧机构包括支架和两个凸轮，所述支架的中部与所述举升机构的伸缩端铰接，所述支架的一端与所述举升机构铰接连接，所述凸轮转动设置在所述支架上，两个所述凸轮以所述支架不同的位置为轴心进行转动，两个所述凸轮分别用于与薄壁零件的不同位置的型面相贴合；

控制单元，与所述举升机构和所述夹紧机构控制连接。

可选地，所述举升机构包括：

支撑座，滑动设置在所述底座上；

伸缩缸，中部与所述支撑座铰接连接，所述伸缩缸的输出端通过铰接头与所述支架的中部连接；

一对锥滚子轴承，设置在所述支撑座的顶部一端，所述支架的端部设置在一对所述锥滚子轴承之间。

可选地，所述锥滚子轴承的外侧设置有端盖，所述支撑座的顶部另一端设置有限位块，所述限位块与所述伸缩缸的输出端相配合。

可选地，所述底座通过横向进给机构与所述举升机构连接，所述横向进给机构包括：

滚珠丝杠，两端通过轴承支座与所述底座连接，所述举升机构滑动设置在所述滚珠丝杠；

第一电机，设置在所述底座的端部，所述第一电机的输出端通过联轴器与所述滚珠丝杠连接，所述第一电机与所述联轴器之间设置有第一减速机；

直线导轨，沿所述底座的长度方向设置，所述直线导轨设置在所述滚珠丝杠的两侧。

可选地，所述支架为竖向设置的板状结构，两个所述凸轮分别设置在所述支架的两侧，两个所述凸轮的转动轴线互为平行。

可选地，所述夹紧机构还包括：

两个第二电机，分别设置在所述支架的两侧；

两个第二减速机，一端与所述第二电机的输出端连接，所述第二减速机的另一端通过传动轴与所述凸轮连接，所述传动轴贯穿于所述支架；

锁紧盖，将所述凸轮固定在所述传动轴上。

可选地，两个所述凸轮分别设置在所述支架的中部和所述支架的另一端。

可选地，所述凸轮的轮廓为变直径圆弧。

可选地，所述底座上设置有光栅尺，所述光栅尺的探头朝向所述滚珠丝杠。

本发明还提供了一种薄壁零件低应力自动装夹方法，利用根据上述的薄壁零件低应力自动装夹系统，该方法包括：

根据所述薄壁零件的尺寸，对两个所述举升机构之间的距离进行调整；

两个所述夹紧机构打开，将所述薄壁零件摆放到两个所述举升机构之间；

两个所述夹紧机构夹紧，两个所述凸轮转动并对所述薄壁零件的不同位置的型面进行夹紧。

本发明提供了一种薄壁零件低应力自动装夹系统及装夹方法，其有益效果在于：该薄壁零件低应力自动装夹系统可由机床数控系统控制，实现与机床主机之间的动作协调，完成对薄壁零件的全自动装夹、加工过程中对主轴自动避让等功能，适应性强，加工效率高；其中横向进给机构能够实现任意点定位，适应不同尺寸工件装夹要求，提高工装系统的适应性；举升机构由机床数控系统控制自动实现待机位和装夹位置之间切换，为自动避让主轴和刀具提供必要条件；夹紧机构中的凸轮经过优化设计，适应不同轮廓直径的工件外壁并改善夹紧点位置工件受力情况；同时，该自动装夹系统采用模块化设计，可根据工件长度增配置紧系统数量，适应不同尺寸、规格工件夹紧要求。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一种薄壁零件低应力自动装夹系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的举升机构的结构示意图。

图3示出了图2的右视图。

图4示出了图2的立体图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的横向进给机构的结构示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的夹紧机构的结构示意图。

图7示出了图6的背部示意图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的一种薄壁零件低应力自动装夹系统对带有内圆弧面的薄壁工件进行装夹时凸轮的位置示意图。

图9示出了根据本发明的一个实施例的一种薄壁零件低应力自动装夹系统的模块化配置示意图。

附图标记说明：

1、底座；2、举升机构；3、夹紧机构；4、横向进给机构；5、支架；6、凸轮；7、支撑座；8、伸缩缸；9、铰接头；10、锥滚子轴承；11、端盖；12、限位块；13、滚珠丝杠；14、轴承支座；15、第一电机；16、联轴器；17、第一减速机；18、直线导轨；19、第二电机；20、第二减速机；21、传动轴；22、锁紧盖。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种薄壁零件低应力自动装夹系统，包括：

底座，底座上滑动设置有两个举升机构；

两个夹紧机构，分别设置在举升机构上，夹紧机构包括支架和两个凸轮，支架的中部与举升机构的伸缩端铰接，支架的一端与举升机构铰接连接，凸轮转动设置在支架上，两个凸轮以支架不同的位置为轴心进行转动，两个凸轮分别用于与薄壁零件的不同位置的型面相贴合；

控制单元，与举升机构和夹紧机构控制连接。

具体的，该自动装夹系统通过夹紧机构中转动的凸轮对薄壁零件的型面进行支撑固定，在装夹零件时，先根据零件的尺寸来调整两个举升机构之间的距离，将支架转动打开，使夹紧机构处于待机位，将零件放到两个举升机构之间，然后将支架转动闭合，与此同时两个凸轮进行转动，根据零件的形状，使凸轮与零件的型面相互支撑，让工件在接触点位置受力，这样夹紧机构切换为装夹位置。该自动装夹系统能够根据薄壁零件的实际情况对来调整凸轮的转动角度和相互之间的距离，提高通用性。

可选地，举升机构包括：

支撑座，滑动设置在底座上；

伸缩缸，中部与支撑座铰接连接，伸缩缸的输出端通过铰接头与支架的中部连接；

一对锥滚子轴承，设置在支撑座的顶部一端，支架的端部设置在一对锥滚子轴承之间。

具体的，举升机构是实现夹紧机构在待机位和装夹位之间进行切换；支撑座作为举升结构的支架部分，将底座与夹紧机构进行连接，根据零件的尺寸带动夹紧机构进行滑动；支架通过一对锥滚子轴承与支撑座铰接连接，锥滚子轴承之间设置回转轴，从而使支架以回转轴为轴线进行转动；另外，伸缩缸在支撑座上转动设置，伸缩缸中的伸缩杆通过伸缩运动带动支架转动；这样，举升机构中支架在伸缩缸的驱动下，带动两个凸轮朝向零件上对应的型面进行压紧。

可选地，锥滚子轴承的外侧设置有端盖，支撑座的顶部另一端设置有限位块，限位块与伸缩缸的输出端相配合。

具体的，支架安装在锥滚子轴承之间，并用端盖进行密封固定，保证锥滚子轴承内部清洁，支架转动更加顺畅；为了实现夹紧机构在待机位和装夹位之间切换，支架需要进行转动，伸缩缸也会配合支架转动进行伸缩工作，为了实现支架与伸缩缸的联动，伸缩缸相对支撑座还会进行转动，当支架切换为装夹位时，支架远离锥滚子轴承的一侧会向下运动，当伸缩缸的伸缩杆随着支架一起运动的过程时，限位块能够对伸缩缸的伸缩杆卡接限位，避免支架转动角度过大，造成该自动装夹系统损坏。

可选地，底座通过横向进给机构与举升机构连接，横向进给机构包括：

滚珠丝杠，两端通过轴承支座与底座连接，举升机构滑动设置在滚珠丝杠；

第一电机，设置在底座的端部，第一电机的输出端通过联轴器与滚珠丝杠连接，第一电机与联轴器之间设置有第一减速机；

直线导轨，沿底座的长度方向设置，直线导轨设置在滚珠丝杠的两侧。

具体的，根据零件的尺寸，横向进给机构会带动举升机构在底座上移动，使相对的两个夹紧机构的凸轮与零件的装夹型面在装夹后能够贴合固定；在底座上设置两个滚珠丝杠，分别位于靠近底座两端的位置，并且每个滚珠丝杠配置了一个第一电机，第一电机通过第一减速机和联轴器来驱动滚珠丝杠转动，从而使举升机构在底座长度方向上进行移动，另外，在滚珠丝杠的两侧还设置了直线导轨，确保举升机构滑动更加平顺稳定。

可选地，支架为竖向设置的板状结构，两个凸轮分别设置在支架的两侧，两个凸轮的转动轴线互为平行。

可选地，凸轮的轮廓为变直径圆弧。

具体的，支架的两侧分别设置有凸轮，凸轮在支架上能够任意转动，将两个凸轮的转动轴线设置为相互不重合，这样能够通过控制旋转角度以适应不同尺寸轮廓工件多点夹紧的要求；同时，将凸轮的外轮廓设计为以回转轴的轴线为圆心的变直径弧线，使得随着凸轮旋转组件收紧，实现对夹紧力的精确控制。

在一个实施例中，当该自动装夹系统对带有内圆弧面的薄壁工件进行定位夹紧时，两个凸轮的支撑面向相反的转动，从而对零件撑开固定。

可选地，夹紧机构还包括：

两个第二电机，分别设置在支架的两侧；

两个第二减速机，一端与第二电机的输出端连接，第二减速机的另一端通过传动轴与凸轮连接，传动轴贯穿于支架；

锁紧盖，将凸轮固定在传动轴上。

具体的，夹紧机构中在支架的两侧分别设置第二电机、第二减速机和传动轴，第二电机和第二减速机设置在同一侧，再通过传动轴将动力传动给另一侧的凸轮，这样可以避免将驱动件设置在同一侧，避免产生凸轮位置设计的局限性。

可选地，两个凸轮分别设置在支架的中部和支架的另一端。

具体的，两个凸轮除了保证转动轴线相互平行外，最好将凸轮分别设置在支架的中部和远离锥滚子轴承的一端，当对薄壁零件进行装夹时，两端的举升机构根据零件的尺寸进行移动调整，使两个夹紧机构之间用于摆放零件，每个夹紧机构的凸轮能够对零件的端部型面进行贴合支撑；当零件的端部存在圆弧面薄壁时，每个夹紧机构的两个凸轮能够对圆弧面进行内撑固定，这样实现对零件装夹固定；当需要装夹的零件更换时，只需要调整两个夹紧机构之间的距离，并且对凸轮转动的角度和伸缩缸的伸出距离进行控制，这样就能适应不同尺寸零件的定位夹紧。

可选地，底座上设置有光栅尺，光栅尺的探头朝向滚珠丝杠。

具体的，当举升机构在底座上滑动时，光栅尺能够对滚珠丝杠上举升机构移动的距离进行测量，能够更加精准的控制定位精度。

本发明还提供了一种薄壁零件低应力自动装夹方法，利用根据上述的薄壁零件低应力自动装夹系统，该方法包括：

根据薄壁零件的尺寸，对两个举升机构之间的距离进行调整；

两个夹紧机构打开，将薄壁零件摆放到两个举升机构之间；

两个夹紧机构夹紧，两个凸轮转动并对薄壁零件的不同位置的型面进行夹紧。

具体的，该薄壁零件低应力自动装夹系统可根据工件的长度自由配置系统的数量，同时也可以修改支撑座的高度，这样实现对工件不同位置的装夹；装夹系统可接入数控系统，在系统的统一协调控制下，实现薄壁零件的全自动装夹、加工过程中对主轴自动避让等功能。在准备对零件进行夹紧固定时，提前对零件的形状尺寸的扫描，有针对性的调整两个举升机构之间的距离，然后将零件放置在两个夹紧机构之间，在伸缩缸的带动下，两端的支架向零件靠近，并通过转动凸块，使凸块对零件的不同型面进行贴合支撑，在零件的两端各通过两个凸块实现不同位置的定位夹紧。

实施例

如图1至图9所示，本发明提供了一种薄壁零件低应力自动装夹系统，包括：

底座1，底座1上滑动设置有两个举升机构2；

两个夹紧机构3，分别设置在举升机构2上，夹紧机构3包括支架5和两个凸轮6，支架5的中部与举升机构2的伸缩端铰接，支架5的一端与举升机构2铰接连接，凸轮6转动设置在支架5上，两个凸轮6以支架5不同的位置为轴心进行转动，两个凸轮6分别用于与薄壁零件的不同位置的型面相贴合；

控制单元，与举升机构2和夹紧机构3控制连接。

在本实施例中，举升机构2包括：

支撑座7，滑动设置在底座1上；

伸缩缸8，中部与支撑座7铰接连接，伸缩缸8的输出端通过铰接头9与支架5的中部连接；

一对锥滚子轴承10，设置在支撑座7的顶部一端，支架5的端部设置在一对锥滚子轴承10之间。

在本实施例中，锥滚子轴承10的外侧设置有端盖11，支撑座7的顶部另一端设置有限位块12，限位块12与伸缩缸8的输出端相配合。

在本实施例中，底座1通过横向进给机构4与举升机构2连接，横向进给机构4包括：

滚珠丝杠13，两端通过轴承支座14与底座1连接，举升机构2滑动设置在滚珠丝杠13；

第一电机15，设置在底座1的端部，第一电机15的输出端通过联轴器16与滚珠丝杠13连接，第一电机15与联轴器16之间设置有第一减速机17；

直线导轨18，沿底座1的长度方向设置，直线导轨18设置在滚珠丝杠13的两侧。

在本实施例中，支架5为竖向设置的板状结构，两个凸轮6分别设置在支架5的两侧，两个凸轮6的转动轴线互为平行。

在本实施例中，夹紧机构3还包括：

两个第二电机19，分别设置在支架5的两侧；

两个第二减速机20，一端与第二电机19的输出端连接，第二减速机20的另一端通过传动轴21与凸轮6连接，传动轴21贯穿于支架5；

锁紧盖22，将凸轮6固定在传动轴21上。

在本实施例中，两个凸轮6分别设置在支架5的中部和支架5的另一端。

在本实施例中，凸轮6的轮廓为变直径圆弧。

在本实施例中，底座1上设置有光栅尺，光栅尺的探头朝向滚珠丝杠13。

本发明还提供了一种薄壁零件低应力自动装夹方法，利用根据上述的薄壁零件低应力自动装夹系统，该方法包括：

根据薄壁零件的尺寸，对两个举升机构2之间的距离进行调整；

两个夹紧机构3打开，将薄壁零件摆放到两个举升机构2之间；

两个夹紧机构3夹紧，两个凸轮6转动并对薄壁零件的不同位置的型面进行夹紧。

综上，该薄壁零件低应力自动装夹系统在装夹零件时，根据所夹持零件的尺寸及形状特征，选择横向进给机构4为单组设置或对称布置，另外，在零件的外周设置对应数量的薄壁零件低应力自动装夹系统，然后根据零件的尺寸来调整举升机构2之间的距离，将零件放入举升机构2之间，再通过伸缩缸8打动夹紧机构3进行转动，与此同时凸轮在第二电机19的驱动下转动角度，通过凸轮旋转角度来与零件形成多点夹紧配合，实现薄壁零件的全自动装夹、加工过程中对主轴自动避让等功能。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (6)

1.一种薄壁零件低应力自动装夹系统，其特征在于，包括：

底座，所述底座上滑动设置有两个举升机构；

两个夹紧机构，分别设置在所述举升机构上，所述夹紧机构包括支架和两个凸轮，所述支架的中部与所述举升机构的伸缩端铰接，所述支架的一端与所述举升机构铰接连接，所述凸轮转动设置在所述支架上，两个所述凸轮以所述支架不同的位置为轴心进行转动，两个所述凸轮分别用于与薄壁零件的不同位置的型面相贴合；

控制单元，与所述举升机构和所述夹紧机构控制连接；

所述支架为竖向设置的板状结构，两个所述凸轮分别设置在所述支架的两侧，两个所述凸轮的转动轴线互为平行；

所述夹紧机构还包括：

两个第二电机，分别设置在所述支架的两侧；

两个第二减速机，一端与所述第二电机的输出端连接，所述第二减速机的另一端通过传动轴与所述凸轮连接，所述传动轴贯穿于所述支架；

锁紧盖，将所述凸轮固定在所述传动轴上；

两个所述凸轮分别设置在所述支架的中部和所述支架的另一端；

所述凸轮的轮廓为变直径圆弧。

2.根据权利要求1所述的薄壁零件低应力自动装夹系统，其特征在于，所述举升机构包括：

支撑座，滑动设置在所述底座上；

伸缩缸，中部与所述支撑座铰接连接，所述伸缩缸的输出端通过铰接头与所述支架的中部连接；

一对锥滚子轴承，设置在所述支撑座的顶部一端，所述支架的端部设置在一对所述锥滚子轴承之间。

3.根据权利要求2所述的薄壁零件低应力自动装夹系统，其特征在于，所述锥滚子轴承的外侧设置有端盖，所述支撑座的顶部另一端设置有限位块，所述限位块与所述伸缩缸的输出端相配合。

4.根据权利要求1所述的薄壁零件低应力自动装夹系统，其特征在于，所述底座通过横向进给机构与所述举升机构连接，所述横向进给机构包括：

滚珠丝杠，两端通过轴承支座与所述底座连接，所述举升机构滑动设置在所述滚珠丝杠上；

第一电机，设置在所述底座的端部，所述第一电机的输出端通过联轴器与所述滚珠丝杠连接，所述第一电机与所述联轴器之间设置有第一减速机；

直线导轨，沿所述底座的长度方向设置，所述直线导轨设置在所述滚珠丝杠的两侧。

5.根据权利要求4所述的薄壁零件低应力自动装夹系统，其特征在于，所述底座上设置有光栅尺，所述光栅尺的探头朝向所述滚珠丝杠。

6.一种薄壁零件低应力自动装夹方法，利用根据权利要求1-5任一项所述的薄壁零件低应力自动装夹系统，其特征在于，该方法包括：

根据所述薄壁零件的尺寸，对两个所述举升机构之间的距离进行调整；

两个所述夹紧机构打开，将所述薄壁零件摆放到两个所述举升机构之间；

两个所述夹紧机构夹紧，两个所述凸轮转动并对所述薄壁零件的不同位置的型面进行夹紧。