CN116890247A - 一种用于抑制加工变形的随动辅助装夹装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于抑制加工变形的随动辅助装夹装置。吸附支撑模块从正面吸附支撑工件,提高工件的局部刚度;智能识别模块采集工件局部特征和位置信息;竖直进给模块驱动吸附支撑模块竖直进给;进给调节模块调节竖直进给模块的进给运动,保证吸附支撑模块与工件间相对静止,实现对工件的稳定吸附支撑;快换固定模块根据机床主轴头的结构,选择主轴可用连接区域并根据其几何结构和参数,选用装夹卡扣或磁吸单元,实现装置的快速安装和拆卸;控制模块处理工件局部特征和位置信息并控制各模块运行。本发明与机床主轴随动,有效减少夹具和辅助装夹的拆装次数,通过正面吸附支撑提升工件的局部刚度,有效抑制工件的变形和振动,实现工件的低成本高精高效加工。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域,具体涉及机械加工夹具技术领域,尤其涉及一种用于抑制加工变形的随动辅助装夹装置。
背景技术
航空航天装备制造需要加工装配大量的薄壁结构件,例如飞机机翼蒙皮,飞机翼梁、飞机翼盒等,其长厚比大、刚度低,在加工时极易产生变形和振动,严重影响结构件的加工精度和质量。特别在钻削、铣削加工过程中,工件的变形和振动极易导致孔或面形、位超差,甚至导致蹩刀、断刀等加工事故的出现,从而导致工件报废。
薄壁结构件加工方式有两种:一种为传统的手工加工,该方式简单快捷、成本低,可应对不同工况下的加工,但对操作人员技术水平要求高,且加工质量难以保证。为抑制工件的加工变形,现阶段多采用增加技术人员于加工区域后方同步支撑的方式加工,然辅助操作对协调性要求高,效率低下,无法满足加工需求。另一种为机床加工,为抑制加工件的变形提高加工质量,使用机床加工时多采用大型专用夹具对构件进行大面域覆盖式的支撑和装夹,以提高加工区域的刚度特性,此方式专机专用,通用性差,成本极高。因此,如何抑制工件的加工变形和振动,实现加工件的高精高效加工是目前亟待解决的重要难题。
许亚鹏等人的专利公开号为CN 114619074,发明名称为“一种薄壁曲面零件快速装夹制孔装置及方法”的专利,发明了一种用于薄壁曲面制孔的装夹装置,通过上下两个万向夹持部件对工件进行夹紧以提高薄壁件的局部刚度,该装置局限性高,只适用于薄壁件边缘制孔且使用时需反复拆装效率低下。陈保林等人的专利公开号为CN 113182907,发明名称为“一种柔性装夹装置及装夹方法”的专利,发明了一种柔性装夹装置,在加工平台上通过阵列式可独立竖直伸缩的腔体对工件进行柔性支撑,此方案具有一定的柔性可以依据薄壁件的结构特性进行支撑,具有适用范围广、自动化程度高等优势,但仅适用于铣削加工且无法装夹飞机翼盒等存在密闭空腔的部件。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题,本发明提出了一种用于抑制加工变形的随动辅助装夹装置,该装置与机床主轴随动,可有效减少夹具和辅助装夹的拆装次数,通过正面吸附支撑提升待加工件的局部刚度,有效抑制工件的变形和振动,可实现零部件的低成本高精高效加工。
为实现上述发明目的,本发明的技术方案:
一种用于抑制加工变形的随动辅助装夹装置,包括吸附支撑模块1、智能识别模块2、竖直进给模块3、进给调节模块4、快换固定模块5以及控制模块,吸附支撑模块1可从正面吸附支撑待加工件,提高工件的局部刚度;智能识别模块2可采集工件局部特征信息和位置信息;竖直进给模块3带动吸附支撑模块1做竖直进给运动;进给调节模块4可调节竖直进给模块3的进给运动,实现对待加工件的稳定吸附支撑;快换固定模块5根据机床主轴头的结构特点,选择主轴可用连接区域并根据其几何结构和参数,选用不同的通用式装夹卡扣或磁吸单元,实现随动辅助装夹装置的快速安装和拆卸;控制模块通过线缆与吸附支撑模块1、智能识别模块2、竖直进给模块3、进给调节模块4连接,可处理工件局部特征信息和位置信息,识别工件难吸附区域并确定最优吸附支撑位置,接收和发送信号并协调控制各模块运行,实现所述装置的智能化辅助支撑。
所述吸附支撑模块1包括步进电机101、吸附模块基体102、吸盘连接件103和真空吸盘104,真空吸盘104通过吸盘连接件103安装在吸附模块基体102的下表面,真空吸盘104用于吸附待加工件,实现对待加工件的辅助支撑;步进电机101安装在吸附模块基体102的上表面,其位置与真空吸盘104所在的位置对应,通过吸盘连接件103驱动真空吸盘104按照既定运行轨迹转动;吸盘连接件103上开有气路接口,用于为真空吸盘104提供负压;吸附模块基体102与竖直进给模块3连接;
所述智能识别模块2包括工业相机201和相机镜头202,工业相机201通过连接件504与机床主轴7固定,相机镜头202通过螺纹接口连接工业相机201;
所述快换固定模块5包括电磁铁501、磁铁固定件502、进给模块固定件503和识别模块固定件504,电磁铁501依靠磁力与主轴7固定,电磁铁501通过磁铁固定件502与竖直进给模块3连接,进给模块固定件503通过进给模块基座308将竖直进给模块3与主轴7固定,识别模块固定件504将智能识别模块2与主轴7固定;进给模块固定件503与识别模块固定件504通过螺栓连接;
所述竖直进给模块3包括伺服电机301、直线导轨302、直线滑块303、丝杠304、固定支撑座305、联轴器306、进给滑块307、进给模块基座308、限位开关309、连接杆310、简支支撑座311和连接板312,丝杠304通过固定支撑座305和简支支撑座311固定在进给模块基座308上;伺服电机301固定在进给模块基座308上端并通过联轴器306与丝杠304连接;直线导轨302固定在进给模块基座308上,位于丝杠304两侧,进给滑块307与丝杠304连接并通过直线滑块303与直线导轨302连接;限位开关309固定在进给模块基座308上,分别位于丝杠304上下两端;连接杆310两端分别与连接板312和进给滑块307连接;
所述进给调节模块4包括力传感器401、加速度传感器402、位移传感器404、位移传感器固定件403,力传感器401上下两端分别与连接板312和吸附模块基体102连接,加速度传感器402固定在识别模块固定件504上,位移传感器404通过传感器固定件403连接在吸附模块基体102上。
所述控制模块与吸附支撑模块1、智能识别模块2、竖直进给模块3、进给调节模块4通过线缆连接通信,具体控制逻辑为:发送开始识别信号至智能识别模块2,接收工业相机201传输的工件特征信息和位置信息,识别工件的边缘、已加工位置等难吸附特征,确定最优吸附支撑位置;发送最优吸附位置信号至吸附支撑模块1,驱动步进电机101运行并通过吸盘连接件103将真空吸盘104移动至待吸附位置,接收移动完毕信号;发送进给信号至竖直进给模块3,控制伺服电机301运行并通过联轴器306和丝杠304将圆周运动转换为直线运动,经由连接杆310和连接板312驱动吸附支撑模块1向下进给;接受进给调节模块4信号并反馈控制竖直进给模块3的进给运动,使主轴进给的过程中吸附支撑模块1与工件保持相对稳定状态,实现所述装置对工件的稳定吸附支撑,从而抑制工件加工过程中的变形和振动。
本发明的有益效果:本发明依据标准化、模块化和通用化的设计理念,发明了一种可有效抑制工件加工变形的随动辅助装夹装置,本发明通用化程度高,通过更换固定模块可于不同类型的加工机床使用;本发明支撑范围小、适用范围广,可显著降低薄壁结构加工的辅助装夹成本;本发明可与机床主轴随动,减少拆装次数,有效提高加工效率;本发明可显著提升工件待加工区域刚度,减少工件加工过程中的变形和振动,实现薄壁结构的低成本高精高效加工。
附图说明
图1是本发明随动辅助装夹装置结构示意图;
图2是本发明吸附支撑模块结构示意图;
图3是本发明竖直进给模块结构示意图。
图中:1吸附支撑模块;2智能识别模块;3竖直进给模块;4进给调节模块;5快换固定模块;101步进电机;102吸附模块基体;103吸盘连接件;104真空吸盘;201工业相机;202相机镜头;301伺服电机;302直线导轨;303直线滑块;304丝杠;305固定支撑座;306联轴器;307进给滑块;308进给模块基座;309限位开关;310连接杆;311简支支撑座;312连接板;401力传感器;402加速度传感器;403位移传感器固定件;404位移传感器;501电磁铁;502磁铁固定件;503进给模块固定件;504识别模块固定件。
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,使本领域的技术人员更好地理解本发明中的技术方案,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,需要说明的是,本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例,基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接连可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例公开了一种可抑制工件加工变形的随动辅助装夹装置,参照说明书附图1,所述装置包括吸附支撑模块1、智能识别模块2、竖直进给模块3、进给调节模块4、快换固定模块5以及控制模块,吸附支撑模块1固定在竖直进给模块3上,从正面吸附支撑待加工件,提高工件的局部刚度;智能识别模块2通过快换固定模块5与机床主轴固定连接,采集工件局部特征信息和位置信息;竖直进给模块3通过快换固定模块5与机床7固定连接,带动吸附支撑模块1做竖直进给运动;进给调节模块4根据功能需求与吸附支撑模块1、竖直进给模块2或快换固定模块5连接固定,可调节竖直进给模块3的进给运动,实现对待加工件的稳定吸附支撑;快换固定模块5通过选用不同的通用式装夹卡扣或磁吸单元,实现随动辅助装夹装置的快速安装和拆卸;控制模块通过线缆与吸附支撑模块1、智能识别模块2、竖直进给模块3、进给调节模块4连接,可处理工件局部特征信息和位置信息,识别工件难吸附区域并确定最优吸附支撑位置,接收和发送信号并协调控制各模块运行,实现所述装置的智能化辅助支撑。
进一步地,参照图2,所述吸附支撑模块1包括步进电机101、吸附模块基体102、吸盘连接件103、真空吸盘104,真空吸盘104用于吸附被加工工件,实现对工件的辅助支撑,步进电机101通过吸盘连接件103驱动真空吸盘104按照既定运行轨迹转动,吸盘连接件103还留有气路接口,用于连接气动元件为真空吸盘104提供负压,吸附模块基体102用于安装固定吸附支撑模块1各部件并与竖直进给模块3连接。
进一步地,参照图1,所述智能识别模块2包括工业相机201和相机镜头202,工业相机201通过连接件504与机床主轴7固定,相机镜头202通过螺纹接口连接工业相机201。
进一步地,参照图1,所述快换固定模块5包括电磁铁501、磁铁固定件502、进给模块固定件503、识别模块固定件504,电磁铁501依靠磁力与主轴7固定,通过磁铁固定件502与竖直进给模块3连接,进给模块固定件503将竖直进给模块3与主轴7固定,识别模块固定件504将智能识别模块2与主轴7固定。
进一步地,参照图3,所述竖直进给模块3包括伺服电机301、直线导轨302、直线滑块303、丝杠304、固定支撑座305、联轴器306、进给滑块307、进给模块基座308、限位开关309、连接杆310、简支支撑座311、连接板312,丝杠304通过固定支撑座305和简支支撑座固定311在进给模块基座308,伺服电机301固定在进给模块基座308上端并通过联轴器306与丝杠304连接,直线导轨302固定在丝杠304两侧,进给滑块307与丝杠304连接并通过直线滑块303与直线导轨302连接,限位开关309分别固定在丝杠304上下两端,连接板310通过连接杆312与进给滑块307连接。
进一步地,参照图1,所述进给调节模块4包括力传感器401、加速度传感器402、位移传感器404、位移传感器固定件403,力传感器401上下两端分别与竖直进给模块3和吸附支撑模块1连接,加速度传感器402固定在识别模块固定件504上,位移传感器404通过传感器固定件403与吸附支撑模块1连接。
进一步地,所述控制模块与吸附支撑模块1、智能识别模块2、竖直进给模块3、进给调节模块4通过线缆连接通信,具体控制逻辑为:发送开始识别信号至智能识别模块2,接收工业相机201传输的工件特征信息和位置信息,识别工件的边缘、已加工位置等难吸附特征,确定最优吸附支撑位置;发送最优吸附位置信号至吸附支撑模块1,驱动步进电机101运行并通过吸盘连接件103将真空吸盘104移动至待吸附位置,接收移动完毕信号;发送进给信号至竖直进给模块3,控制伺服电机301运行并通过联轴器306和丝杠304将圆周运动转换为直线运动,经由连接杆310和连接板312驱动吸附支撑模块1向下进给;接受进给调节模块4信号并反馈控制竖直进给模块3的进给运动,使主轴进给的过程中吸附支撑模块1与工件保持相对稳定状态,实现所述装置对工件的稳定吸附支撑,从而抑制工件加工过程中的变形和振动。
在本实施例中,需要说明的是,机床主轴7可以但不局限于实施例中的结构,可以为多种类型数控机床主轴、龙门机床摆头等。
在本实施例中,需要说明的是,吸附支撑模块1可以为简单的真空吸盘104位置不动的部件,步进电机101可以为舵机、直流电机、伺服电机等驱动件,真空吸盘104运动方式不限于圆周运动。
在本实施例中,需要说明的是,智能识别模块2可以为热像仪,扫描仪、高速相机等其他可采集工件局部特征和位置信息的部件。
在本实施例中,需要说明的是,竖直进给模块3可以为气缸、电动缸、电动推杆,直线电机等可执行竖直进给运动的部件,竖直进给模块3零部件装配方式不限于实施例所述方式,伺服电机301可以为步进电机、直流/交流电机等驱动件。
在本实施例中,需要说明的是,进给调节模块4可以为光电开关、接近开关、扫描仪、相机等可获取主轴7、工件和所述装置状态信息的部件,所述装置可与机床数控系统直接通讯而省略部分进给调节模块4。
在本实施例中,需要说明的是,快换固定模块5可以为螺钉固定、吸附固定等其他可将所述装置固定与机床主轴7固定的部件。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于抑制加工变形的随动辅助装夹装置,其特征在于,该用于抑制加工变形的随动辅助装夹装置包括吸附支撑模块(1)、智能识别模块(2)、竖直进给模块(3)、进给调节模块(4)、快换固定模块(5)以及控制模块,吸附支撑模块(1)固定在竖直进给模块(3)上,从正面吸附支撑待加工件,提高待加工件的局部刚度;智能识别模块(2)通过快换固定模块(5)与机床主轴固定连接,采集待加工件局部特征信息和位置信息;竖直进给模块(3)通过快换固定模块(5)与机床(7)固定连接,带动吸附支撑模块(1)做竖直进给运动;进给调节模块(4)根据功能需求与吸附支撑模块(1)、竖直进给模块(2)或快换固定模块(5)连接固定,可调节竖直进给模块(3)的进给运动,实现对待加工件的稳定吸附支撑;快换固定模块(5)通过选用不同的装夹卡扣或磁吸单元,实现随动辅助装夹装置的快速安装和拆卸;控制模块通过线缆分别与吸附支撑模块(1)、智能识别模块(2)、竖直进给模块(3)、进给调节模块(4)连接,处理待加工件局部特征和位置信息,识别待加工件难吸附区域并确定最优吸附支撑位置;控制模块接收和发送信号并协调控制各模块运行,实现随动辅助装夹装置的智能化辅助支撑;
所述吸附支撑模块(1)包括步进电机(101)、吸附模块基体(102)、吸盘连接件(103)和真空吸盘(104),真空吸盘(104)通过吸盘连接件(103)安装在吸附模块基体(102)的下表面,真空吸盘(104)用于吸附待加工件,实现对待加工件的辅助支撑;步进电机(101)安装在吸附模块基体(102)的上表面,其位置与真空吸盘(104)所在的位置对应,通过吸盘连接件(103)驱动真空吸盘(104)按照既定运行轨迹转动;吸盘连接件(103)上开有气路接口,用于为真空吸盘(104)提供负压;吸附模块基体(102)与竖直进给模块(3)连接;
所述智能识别模块(2)包括工业相机(201)和相机镜头(202),工业相机(201)通过连接件(504)与机床主轴(7)固定,相机镜头(202)通过螺纹接口连接工业相机(201);
所述快换固定模块(5)包括电磁铁(501)、磁铁固定件(502)、进给模块固定件(503)和识别模块固定件(504),电磁铁(501)依靠磁力与主轴(7)固定,电磁铁(501)通过磁铁固定件(502)与竖直进给模块(3)连接,进给模块固定件(503)通过进给模块基座(308)将竖直进给模块(3)与主轴(7)固定,识别模块固定件(504)将智能识别模块(2)与主轴(7)固定;进给模块固定件(503)与识别模块固定件(504)通过螺栓连接;
所述竖直进给模块(3)包括伺服电机(301)、直线导轨(302)、直线滑块(303)、丝杠(304)、固定支撑座(305)、联轴器(306)、进给滑块(307)、进给模块基座(308)、限位开关(309)、连接杆(310)、简支支撑座(311)和连接板(312),丝杠(304)通过固定支撑座(305)和简支支撑座(311)固定在进给模块基座(308)上;伺服电机(301)固定在进给模块基座(308)上端并通过联轴器(306)与丝杠(304)连接;直线导轨(302)固定在进给模块基座(308)上,位于丝杠(304)两侧,进给滑块(307)与丝杠(304)连接并通过直线滑块(303)与直线导轨(302)连接;限位开关(309)固定在进给模块基座(308)上,分别位于丝杠(304)上下两端;连接杆(310)两端分别与连接板(312)和进给滑块(307)连接;
所述进给调节模块(4)包括力传感器(401)、加速度传感器(402)、位移传感器(404)、位移传感器固定件(403),力传感器(401)上下两端分别与连接板(312)和吸附模块基体(102)连接,加速度传感器(402)固定在识别模块固定件(504)上,位移传感器(404)通过传感器固定件(403)连接在吸附模块基体(102)上;
所述控制模块与吸附支撑模块(1)、智能识别模块(2)、竖直进给模块(3)、进给调节模块(4)通过线缆连接通信,具体控制逻辑为:发送开始识别信号至智能识别模块(2),接收工业相机(201)传输的待加工件特征信息和位置信息,识别待加工件的难吸附特征,确定最优吸附支撑位置;发送最优吸附支撑位置信号至吸附支撑模块(1),驱动步进电机(101)运行并通过吸盘连接件(103)将真空吸盘(104)移动至待吸附位置,接收移动完毕信号;发送进给信号至竖直进给模块(3),控制伺服电机(301)运行并通过联轴器(306)和丝杠(304)将圆周运动转换为直线运动,经由连接杆(310)和连接板(312)驱动吸附支撑模块(1)向下进给;接受进给调节模块(4)信号并反馈控制竖直进给模块(3)的进给运动,使主轴进给的过程中吸附支撑模块(1)与待加工件保持相对稳定状态,实现随动辅助装夹装置对待加工件的稳定吸附支撑,从而抑制待加工件加工过程中的变形和振动。
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2023
- 2023-07-31 CN CN202310949532.9A patent/CN116890247A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117226563A (zh) * | 2023-11-13 | 2023-12-15 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 一种基于激光测距的平面腹板用减振支撑系统及支撑方法 |
CN117226563B (zh) * | 2023-11-13 | 2024-03-15 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 一种基于激光测距的平面腹板用减振支撑系统及支撑方法 |
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