[发明专利]曲面类航空薄壁件的气动柔性夹具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于航空加工领域内的曲面类薄壁类零件加工装夹夹具，尤其是一种气动柔性夹具。

背景技术

航空加工领域中曲面类薄壁类零件的加工是一个久攻不破的难题，对于航空领域的薄壁框类零件，重量轻、厚度薄、刚度小且极易变形，特别是其精度高、尺寸小、外形要求特殊，这些都使得薄壁类零件的机械加工变得尤为困难，而其加工所面临的首要技术性难题就是曲面类薄壁零件的装夹问题。随着目前市场化中薄壁件产品批量小、品种多的需求日益增长，必将导致夹具、加工成本上涨。粗铣零件外表面时，因为曲面类航空薄壁件的加工性能不好，使得曲面类薄壁零件在加工的过程中容易变形。在加工的过程中，若采用传统夹具对曲面类薄壁框类零件进行装夹，一方面由于传统夹具的通用性，无法满足薄壁框类零件特殊外形装夹的需要，进而无法满足装夹定位精度；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。

目前的机械加工领域，对于薄壁类零件的装夹，常采用的方法是：

方法1.传统装夹方式，即使用传统夹具对薄壁框类零件的外边缘进行夹紧。这种装夹方式虽然简单，但是其明显缺陷在于：传统夹具由于无法控制其夹紧力，容易导致薄壁框类零件的变形，导致加工精度误差较大；

方法2.利用油膜产生真空进行装夹。装夹过程中，首先在夹具体上的安装体凹槽内的滑动定位板上端面均匀涂抹机油，然后将薄壁框类零件与滑动定位板的端面贴平，在薄壁框类零件的上端面沿纵向均匀施加压力，将薄壁框类零件和滑动板之间的空气排空，使其中间成为真空，从而利用油吸产生的大气压力以及机油表面的张力将薄壁框类零件吸附在滑动定位板上。这种装夹方式的缺陷在于：1)机油容易造成系统设备的污染，成本高，不环保；2)由于薄壁框类零件是紧贴在滑动定位板上的，从而无法实现对零件的粗加工；3)除此之外，由于带有凹槽的安装板的形状比较单一，因而不能满足不规则外形的薄壁框类零件的装夹。

方法3.利用磁力吸附装夹。通过施加磁力吸附夹紧，自适应任意薄板类零件、薄壁框类零件外形尺寸。这种装夹方式的缺陷在于：1)无法实现一次夹具的定位及夹紧，需要辅助添加其他附件，夹具调整时间久。2)磁性夹紧力很难控制，薄壁件形状受限较大。

综上可知现有技术的主要缺点为：

1)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。

2)夹具调整时间长、成本高，而且夹紧力很难调整控制。

3)可适性较差，夹具调整过于依赖经验，精度难以控制。

针对以上缺陷，特别需要一种简单而又实用的薄壁类零件的装夹装置，来满足日益增长的多品种小批量曲面类薄壁零件精密机械加工的需要。

当待加工零件为类球面的曲面类零件时，为了不破坏零件表面被加工过的地方和采用传统夹紧方式带来的使零件变形及夹具夹印，把夹具设计成一个柔性夹具体，使它利用吸盘结构吸附住加工零件的表面，并通过传感器系统时时监测吸盘对加工零件夹紧力的变化情况，利用气压系统调节吸盘的夹紧力的大小，使其吸附力不会使加工零件发生变形，这样既起到了定位的作用，也是零件在在夹具吸盘的支撑下更加不易变形，解决了该类零件加工易变形的难题。

由于加工零件较大，当铣削完成一个表面要铣削另外一个表面时，如果利用人工手动去翻转加工零件时，不仅消耗操作人员劳动力，还可能对加工零件的加工基准发生影响，降低加工零件的加工质量。因此，需要设计出一个翻转机构，机构不仅灵巧，还要在翻转的过程中不会破坏加工零件，使加工零件在翻转的过程中变形，甚至因不牢固而掉落。这样的话既降低了劳动力，又不会对加工零件翻转过后的加工基准造成影响。

发明内容

为了解决这一系列问题，通过对曲面类薄壁件的特征分析，本发明提出一种曲面类航空薄壁件的气动柔性夹具，该夹具不仅能够克服曲面类航空薄壁件的加工变形难题，还能实现对工件的自动升降、自动翻转和夹紧力的实时监测，适应柔性化薄壁件加工的需求，保证了零件的加工质量，解决薄壁件加工装夹问题。