[发明专利]一种用于薄壁零件数控切削加工的冰固柔性夹具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于薄壁零件数控切削加工的冰固柔性夹具，属于机械加工领域，具体来说，是应用于薄壁金属零件在机床上进行数控切削加工时的一种定位夹紧装置，可有效提高薄壁零件的加工精度及效率。

背景技术

随着现代制造业的迅速发展，机械产品日趋轻量化和微型化，薄壁零件的应用越来越广泛。薄壁零件由于刚性差，在加工过程中因受到切削力、夹紧力以及切削热和残余应力的影响，容易产生变形，因此薄壁零件的高精、高质加工一直是困扰工艺人员的难点。对于工程实际中低刚性及几何形状不规则的薄壁零件的夹紧定位，传统机床夹具往往束手无策。

因此，人们设计了柔性夹具，即能够夹持不同形状、不同尺寸工件的夹具，有较强的适应性，不但可以弥补加工部位工件刚性的不足，而且可以增加工艺系统的阻尼，减少加工过程中的振动。目前所使用的柔性夹具主要有：相变和伪相变材料式柔性夹具、自适应性夹具、模块化程序控制式夹具等。近年来，相变式柔性夹具发展非常迅速，相继出现了温度致相变的液体相变固紧夹具、电流变夹具、磁流变夹具等。

其中，由于温度致相变的液体相变固紧夹具实现简单，得到了广泛应用。但目前能适应夹具性能要求的此类相变物质较少，归纳起来主要有石蜡基、低熔点合金及水基等。石蜡基的缺点是相对固紧力小，只适用于切削用量很小的场合；低熔点合金的缺点是成本相对较高，且一般含有锡、铅等对人体有害的重金属元素。以水基液体为相变物质的固紧夹具又被称为冰固夹具，其突出优点是相变物质廉价易得，且固紧力较石蜡基夹具大。目前，冰固柔性夹具在实际使用中存在的主要问题有温度调节器价格较高（如冰柜等）、整体冻结式冰固夹具相变时间长、消耗能量多等缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种用于薄壁零件数控切削加工的冰固柔性夹具，以弥补薄壁零件刚性的不足，减小加工中的振动。

本发明一种用于薄壁零件数控切削加工的冰固柔性夹具，包括夹紧机构与纵向定位机构；所述夹紧机构设置在机床上实现薄壁零件在机床上的固定。所述纵向定位机构同样设置于机床上，位于通过夹紧机构定位后的薄壁零件下方，包括容器、相变材料、密封板、支撑体与涡流管。其中，容器为顶部开口的箱体，内部相对侧壁间通过隔板构成冷却通道，冷却通道外侧壁与容器内侧壁间盛放有常温情况下为液体的相变材料。所述支撑体漂浮设置在容器内部相变材料上表面上。容器内水平设置有密封板，通过密封板将冷却通道以及相变材料密封；密封板上开有通孔A，使支撑体的自由端由通孔A伸出。容器相对侧壁上开有进气孔与出气孔，分别与冷却通道两端相通；且进气孔与涡流管出气端连通。

由此通过夹紧机构将薄壁零件夹紧后，在机床上定位；将纵向定位机构设置在机床上薄壁零件下方，使薄壁零件底面与支撑件接触，接触时对支撑件施加压力，由此使支撑件下沉；此时通过涡流管向冷却通道内注入冷却气体使相变材料转化为固态，将支撑体冻结固定，由此实现薄壁零件的纵向定位，进而实现薄壁零件在机床上的整体定位，此时便可对薄壁零件实施切削加工。

本发明的优点在于：

1、本发明冰固柔性夹具作为机械加工领域的薄壁零件夹具，效果明显，可有效降低薄壁零件切削加工中的振动和变形，实现零件的高效及高质加工；

2、本发明冰固柔性夹具采用水基液体为相变物质，相比其他相变物质，不但获取容易，而且液-固两相的转变也容易实现；且固紧力大，相变物质不与工件直接接触，无需花费大量时间对加工后的工件进行清洗；

3、本发明冰固柔性夹具采用涡流管所产生的冷气来实现相变物质的固化，采用自然传热的方式实现相变物质的液化；

4、本发明冰固柔性夹具在容器内设计S冷却通道，在降低相变物质容量，缩短冷却时间的同时，从涡流管输出的冷气可与相变物质进行充分接触，提高制冷效率；

5、本发明冰固柔性夹具中支撑体所承受的浮力略大于自身重力，使得金属棒与薄壁零件之间的接触力很小，对工件变形的影响基本忽略不计；

6、本发明冰固柔性夹具中支撑体在相变物质中的上下位置可根据薄壁零件的形状上下浮动，因此该装置可用于支撑自由曲面形状的薄壁零件，适用范围广；

7、该装置结构简单、实现方便、成本低廉、对环境无污染。

附图说明

图1为本发明冰固柔性夹具主视图；

图2为本发明冰固柔性夹具剖视图C-C；

图3为本发明冰固柔性夹具剖视图A-A；

图4为本发明冰固柔性夹具剖视图B-B。

图中：