[发明专利]连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹装置及方法

权利要求书

1.一种连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹方法，其特征是，所述柔性装夹方法基于一种装夹装置实现，该装夹装置是由支撑组件Ⅰ，夹持组件Ⅱ及电控组件Ⅲ组成；

所述支撑组件Ⅰ由底座(1)、安装在底座(1)上的零件支撑台(2)、对刀元件(3)、吊环螺钉(4)，以及安装在底座(1)中的管路系统(5)及构成；底座(1)为有加强筋的内部空心结构，其内部空间进行管路系统(5)排布，加强筋结构既保证底座(1)的刚度，也可以将管路系统(5)限位固定；底座(1)上表面安装有若干个夹持组件Ⅱ，底座(1)四角区域的螺孔安装吊环螺钉(4)，用于夹具吊装；底座(1)通过压板与机床工作台固定；零件支撑台(2)起到对零件定位支撑的作用，设置有定位销，通过焊接的方法固定在底座(1)上；对刀元件(3)通过螺钉安装在底座(1)两侧靠边位置，用于数控加工中工件坐标系的建立，确保不与工装主体部分发生干涉；

管路系统(5)由软管，电磁阀，快速接头，分路装置组成，外部油液和高压气体由总管路提供给装夹装置，经由快速接头、分路装置分路，从底座(1)内部管路传导至各个夹持组件Ⅱ，电磁阀控制油路和气路通断使夹持组件Ⅱ进行动作响应；

所述夹持组件Ⅱ由油压转角缸(6)，伸缩式压板(7)，压头(8)，缸垫(9)，气路伸出管(10)，防松螺母(11)，侧面顶紧螺钉(12)组成；油压转角缸(6)通过紧固螺钉穿过缸垫(9)上的通孔固定在底座(1)上；油压转角缸(6)带动伸缩式压板(7)进行回转抬起，及回复压紧的动作，实现零件连续加工；伸缩式压板(7)通过防松螺母(11)固定在油压转角缸(6)上，伸缩式压板(7)的伸出长度根据装夹需要进行调整，调整安装角度，调整完毕后，由侧面顶紧螺钉(12)顶紧，从而达到柔性夹持的目的，实现同系列零件的柔性装夹；压头(8)焊接在伸缩式压板(7)上，压头(8)中心有高压气体通道，通过快速接头与由气路伸出管(10)伸出的气管连接；在夹持组件Ⅱ压紧零件时，采用高压气体反吹的方式，实现压点区域碎屑自清洁；以防止金属碎屑影响加持效果和加工质量；

所述电控组件Ⅲ是以PLC为核心的电控系统，PLC具备与数控机床经由Modbus通信协议通信的功能；PLC读取机床刀具运行参数,进行算法运行及数据处理，对由支撑组件Ⅰ和夹持组件Ⅱ组成的装夹工装实现自动控制；

所述柔性装夹方法利用PLC与机床通信，针对不同品牌型号的机床的通信协议不一致，使用BCNET系列通信模块进行协议转换，将不同的通信协议统一为Modbus通信协议；BCNET通信模块作为Modbus服务器应用，实现对Modbus应用报文的分析与响应，PLC作为Modbus客户端应用，是向服务器发送请求，并等待并接收服务器的响应；

第一步建立工件坐标系和本地坐标系，

工件坐标系的建立以支撑组件Ⅰ中一对刀点为坐标原点，两对刀点连线建立X轴，水平面内过坐标原点垂直X轴建立Y轴，过坐标原点垂直于X轴与Y轴建立Z轴，完成工件坐标系构建；为方便干涉区域划分和表示，在各夹持区域处分别建立本地坐标系，在本地坐标系下划分干涉区域；本地坐标系以夹持组件Ⅱ中油压转角缸(6)回转中心为坐标原点，以抬起状态下压头(8)中心与坐标原点连线作X轴，以压紧状态下压头(8)中心与坐标原点连线作Y轴，过坐标原点垂直于X轴与Y轴建立Z轴，完成本地坐标系构建；

第二步建立干涉判定规则和进行干涉判定

在本地坐标系下进行干涉区域的划分，干涉区域的形状和大小直接决定了工装的可靠性和安全；其需要考虑伸缩式压板(7)的回转半径和抬起高度、刀具直径、刀具进给速度工艺参数；同时，还要进一步考虑油压转角缸(6)回转方向及动作响应时间；干涉判定规则如下：

式中，(x_m,y_m,z_m)—刀具在本地坐标系下的表示，l—伸缩式压板回转半径，s—安全宽度，b—伸缩式压板宽度，h—伸缩式压板抬起高度，d—刀具直径，λ—安全系数，取3—6，v—刀具进给速度，t—油压转角缸动作响应时间；

进行干涉判定，首先要保证坐标系统一，通过坐标变换，将工件坐标系下的刀具位置转换到本地坐标系；坐标转换规则如下：

式中，(x,y,z)—刀具在工件坐标系下的表示，(x_m,y_m,z_m)—刀具在本地坐标系下的表示，(x_om,y_om,z_om)—本地坐标系原点O_m在工件坐标系下的表示，θ—平面内本地坐标系相对于工件坐标系的旋转角，以逆时针转角为正；第三步控制策略具体执行过程如下：

1)运用BCNET系列通信模块进行协议转换，将不同的通信协议统一为Modbus通信协议，建立PLC与数控机床的通信连接；

2)根据装夹工装的实际安装布置，建立工件坐标系和各夹持区域的本地坐标系；

3)获取刀具进给速度和刀具直径的机床运行参数，结合工艺参数构建各夹持区域在本地坐标系下的干涉区域；

4)读取工件坐标系下的实时刀具位置，通过坐标变换，得到刀具在各本地坐标系下的坐标；

5)判断本地坐标系下刀具与各干涉区域的相对位置；当刀具处于干涉区域内时，判定该干涉区域内的夹持组件Ⅱ状态，若干涉区域对应的夹持组件Ⅱ处于压紧状态，则由电控组件Ⅲ控制夹持组件Ⅱ回转抬起；若干涉区域对应的夹持组件Ⅱ已处于抬起状态，则维持现状；当刀具处于各干涉区域外时，判定各夹持组件Ⅱ状态，若有夹持组件Ⅱ处于抬起状态，则由电控组件Ⅲ控制夹持组件Ⅱ进行吹气动作并回复压紧；若夹持组件Ⅱ均处于压紧状态，则维持现状；

6)一次判定流程完成后，若加工未完成，则重复第三步具体过程中的3)—5)继续进行；若加工完成，则结束。