本發(fā)明屬于加工制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于復(fù)雜曲面加工的夾具及其使用方法。

背景技術(shù)：

在機(jī)械加工制造過程中為了加固加工對象，使加工對象定位在正確的位置以接收施工或者檢測，通常需要使用夾具。合理的機(jī)械夾具能夠有效的提高機(jī)械加工的質(zhì)量和效率，以航空產(chǎn)業(yè)為例，為了控制飛機(jī)的整體質(zhì)量和性能，其結(jié)構(gòu)件中存在大量非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜曲面、薄壁結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、相對剛度較低、加工余量大、工藝性差，銑削過程受切削力的作用容易產(chǎn)生變形和振動(dòng)，導(dǎo)致加工工藝性差，精度難以保證，出現(xiàn)壁厚不均和嚴(yán)重變形等質(zhì)量問題。同時(shí)，此類工件彼此之間結(jié)構(gòu)差異明顯，專門為其定制的夾具使用范圍有限，增加了制造成本。

為了適應(yīng)此類加工的需求，人們開始研制柔性夾具，即通過對夾具的設(shè)計(jì)、制造、使用的單一過程改變?yōu)檠h(huán)使用過程。組合夾具和拼裝夾具是目前夾具柔性化的主要應(yīng)用方向，通過使用預(yù)先制造好的各種不同形狀、規(guī)格和尺寸的標(biāo)準(zhǔn)元件來進(jìn)行夾具的組合和拼裝。但此類夾具對組合元件的要求高，首次投資高，裝配調(diào)試要求技術(shù)高，且難以裝夾不規(guī)則形狀零件，零件種類和數(shù)量多需要專業(yè)管理，使用和維護(hù)成本較高。

此外，還可以采用填充物輔助增強(qiáng)的方法，即在復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件空腔內(nèi)加注填充物，使結(jié)構(gòu)件成為實(shí)心剛性體，具體流程為：(1)結(jié)構(gòu)件在粗加工及熱處理去應(yīng)力后，結(jié)構(gòu)件內(nèi)腔型面精加工至圖紙精度要求；(2)結(jié)構(gòu)件內(nèi)腔填充復(fù)合要求的填充物，加工外形面至圖紙要求；(3)取出符合要求的填充物，完成結(jié)構(gòu)件的加工。采取填充的方法能夠適應(yīng)不同的幾何形狀，且能夠保證不同部位的受力均勻，但填充材料的選擇和用量都需要根據(jù)實(shí)際的加工原材料進(jìn)行匹配，技術(shù)方案不具備可移植性。相應(yīng)地，本領(lǐng)域存在著發(fā)展一種簡便可靠、低成本且適用性強(qiáng)的薄壁件加工方法的技術(shù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種適用于復(fù)雜曲面加工的夾具及其使用方法，其基于薄壁件的加工特點(diǎn)，針對薄壁件的加工方法及夾具進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所述夾具的電路層能夠?qū)崟r(shí)對薄壁件加工過程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，通過調(diào)整夾具內(nèi)的介質(zhì)的壓力及體積可以對工件的夾持力等進(jìn)行實(shí)時(shí)改變，可以改變工件及夾具的整體慣量，從而改變整體振動(dòng)頻率，進(jìn)一步減小振動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種適用于復(fù)雜曲面的夾具，其包括底座、支撐架、承載結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)件，其特征在于：

所述支撐架設(shè)置在所述底座上，所述承載結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述支撐架上，所述驅(qū)動(dòng)件連接于所述承載結(jié)構(gòu)；

所述承載結(jié)構(gòu)包括柔性基質(zhì)體及設(shè)置在所述柔性基質(zhì)體上的電路層，所述柔性基質(zhì)體開設(shè)有收容腔；所述電路層用于將加工時(shí)接收到的振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸給所述驅(qū)動(dòng)件；所述驅(qū)動(dòng)件用于將氣體或者液體充入所述收容腔以使所述柔性基質(zhì)體產(chǎn)生變形以與待加工的薄壁件相貼合，或者根據(jù)接收到的所述電信號調(diào)節(jié)所述收容腔內(nèi)的所述氣體或者液體的壓力及體積，以改變所述薄壁件及所述夾具的整體慣量來進(jìn)一步減小振動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述承載結(jié)構(gòu)包括托盤及設(shè)置在所述托盤上的柔性組件，所述托盤連接于所述支撐架；所述柔性基質(zhì)體及所述電路層包含于所述柔性組件。

進(jìn)一步地，所述柔性基質(zhì)體是由柔性材料制成的，其用于吸收加工時(shí)的振動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述柔性基質(zhì)體的厚度為1毫米～200毫米。

進(jìn)一步地，所述收容腔在無壓力時(shí)的體積為0.01～10立方厘米，充壓時(shí)的體積為1～500立方厘米。

進(jìn)一步地，所述夾具還包括連接于所述承載結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)處理組件，所述數(shù)據(jù)采集卡通過所述電路層上的傳感器來采集信號數(shù)據(jù)，并將所述信號數(shù)據(jù)傳輸給所述數(shù)據(jù)處理組件，所述數(shù)據(jù)處理組件分析和處理接收到的所述信號數(shù)據(jù)，并將分析及處理后的所述信號數(shù)據(jù)傳輸給加工設(shè)備終端。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種如上所述的適用于復(fù)雜曲面的夾具的使用方法，其包括以下步驟：

(1)將待加工的薄壁件設(shè)置在機(jī)床上，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床的夾緊機(jī)構(gòu)使得所述薄壁件的非工作面與所述夾具相接觸；

(2)根據(jù)所述薄壁件的尺寸來選擇所述夾具的數(shù)量；

(3)所述驅(qū)動(dòng)件將氣體或者液體充入所述收容腔，以調(diào)整所述收容腔內(nèi)的壓力，進(jìn)而使所述柔性組件產(chǎn)生變形以與所述薄壁件貼合，以此所述夾具對所述薄壁件支撐；

(4)所述夾具吸收加工過程中的振動(dòng)，同時(shí)所述電路層將接收到的振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸給所述驅(qū)動(dòng)件，所述驅(qū)動(dòng)件根據(jù)接收到的所述電信號調(diào)節(jié)所述收容腔內(nèi)的所述氣體或者所述液體的壓力及體積，以改變所述薄壁件及所述夾具的整體慣量，進(jìn)一步減小振動(dòng)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的適用于復(fù)雜曲面加工的夾具及其使用方法主要具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的適用于復(fù)雜曲面加工的夾具適用性強(qiáng)，能夠有效地貼合多種復(fù)雜曲面，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)順形性，免去不同工件需要使用不同夾具的弊端；

(2)夾具為柔性，能夠有效地減少加工中振動(dòng)產(chǎn)生的誤差，不僅對工件無損，還具有極好的保護(hù)性；夾具自身吸收振動(dòng)、調(diào)整平衡振動(dòng)、改變工件和夾具整體的固有頻率以減小振動(dòng)；

(3)夾具設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控及檢測加工過程中的各種信息，將加工過程形成閉環(huán)，有效提高加工精度和質(zhì)量；

(4)夾具的使用簡單，通用性較好，適用于各種需要夾持的復(fù)雜曲面；

(5)夾具為多點(diǎn)夾持控制，能夠有效地實(shí)現(xiàn)工件的中心平衡和位置控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的適用于復(fù)雜曲面加工的夾具的使用狀態(tài)示意圖。

圖2是圖1中的適用于復(fù)雜曲面加工的夾具的使用流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的適用于復(fù)雜曲面加工的夾具，所述夾具為柔性夾具。所述夾具包括底座、支撐架、承載結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集模塊及驅(qū)動(dòng)件，所述支撐架設(shè)置在所述底座上，所述底座用于支撐所述支撐架、所述承載結(jié)構(gòu)及所述數(shù)據(jù)采集模塊。所述承載結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述支撐架上，所述數(shù)據(jù)采集模塊連接于所述承載結(jié)構(gòu)。所述驅(qū)動(dòng)件連接于所述承載結(jié)構(gòu)。

所述承載結(jié)構(gòu)包括托盤及設(shè)置在所述托盤上的柔性組件，所述托盤連接于所述支撐架。所述柔性組件包括柔性基質(zhì)體及電路層，所述電路層設(shè)置在所述柔性基質(zhì)體上。本實(shí)施方式中，所述柔性基質(zhì)體是由柔性材料制成的，如橡膠、塑料；所述柔性基質(zhì)體的厚度為1毫米～200毫米。

所述柔性基質(zhì)體開設(shè)有收容腔，所述收容腔用于收容氣體或者液體，其內(nèi)的壓力可以調(diào)節(jié)。通過調(diào)整所述收容腔內(nèi)的壓力可以使薄壁件與所述夾具完全貼合。加工產(chǎn)生的振動(dòng)被所述夾具所吸收，所述電路層接受振動(dòng)信號，并將所述振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換成電信號后傳輸給所述驅(qū)動(dòng)件，所述驅(qū)動(dòng)件以接收到的所述電信號為依據(jù)做出動(dòng)作調(diào)整，平衡振動(dòng)，其通過調(diào)節(jié)所述收容腔內(nèi)的介質(zhì)(氣體或者液體)的壓力及體積，來改變工件和夾具整體的慣量，從而調(diào)整整體固有頻率，進(jìn)一步減小振動(dòng)。

本實(shí)施方式中，所述收容腔在無壓力時(shí)的體積為0.01立方厘米～10立方厘米，充壓時(shí)的體積為1立方厘米～500立方厘米；所述電路層設(shè)置有應(yīng)力傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、氣壓傳感器、液壓傳感器及距離傳感器，其上設(shè)置的傳感器的總數(shù)為10個(gè)～50個(gè)，上述的各種傳感器分別用于收集加工過程中產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)。

所述數(shù)據(jù)采集模塊連接于所述電路層，其包括數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)處理組件，所述數(shù)據(jù)采集卡通過所述電路層上的傳感器來采集信號數(shù)據(jù)，并將所述信號數(shù)據(jù)傳輸給所述數(shù)據(jù)處理組件，所述數(shù)據(jù)處理組件分析和處理接收到的所述信號數(shù)據(jù)，并將分析和處理后的所述信號數(shù)據(jù)傳輸給加工設(shè)備終端。

請參閱圖2，所述夾具的使用方法主要包括以下步驟：

步驟一，將待加工的薄壁件設(shè)置在機(jī)床上，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床的夾緊機(jī)構(gòu)使得所述薄壁件的非工作面與所述夾具相接觸。具體地，所述夾具通常位于所述薄壁件的非工作面的下方，當(dāng)然，也可以根據(jù)實(shí)際需要，將所述夾具調(diào)整至所述薄壁件的后方或者其他位置。

步驟二，根據(jù)薄壁件的尺寸來選擇所述夾具的數(shù)量。具體地，根據(jù)薄壁件的尺寸選取需要的所述承載結(jié)構(gòu)的尺寸和數(shù)量，如薄壁件面積很大時(shí)，可以同時(shí)使用多個(gè)所述夾具來承載所述薄壁件的不同區(qū)域。

步驟三，所述驅(qū)動(dòng)件將氣體或者液體充入所述收容腔，以調(diào)整所述收容腔內(nèi)的壓力，進(jìn)而使所述柔性組件與所述薄壁件完全貼合。

步驟四，所述電路層將接受到的振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給所述驅(qū)動(dòng)件，所述驅(qū)動(dòng)件依據(jù)接收到的所述電信號調(diào)節(jié)所述收容腔內(nèi)的氣體或者液體的壓力及體積，以減小振動(dòng)。具體地，所述步驟四還包括將所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述加工設(shè)備終端相連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集、分析及處理來自所述電路層的信號數(shù)據(jù)后并傳輸給所述加工設(shè)備終端。

本發(fā)明提供的適用于復(fù)雜曲面加工的夾具及其使用方法，其適用性強(qiáng)，能夠有效地貼合多種復(fù)雜曲面，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)順形性，免去不同工件需要使用不同夾具的弊端；夾具為柔性，能夠有效地減少加工中振動(dòng)產(chǎn)生的誤差，不僅對工件無損，還具有極好的保護(hù)性；夾具自身吸收振動(dòng)、夾具可作出動(dòng)作調(diào)整平衡振動(dòng)、改變工件和夾具整體的固有頻率以減小振動(dòng)；夾具設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控及檢測加工過程中的各種信息，將加工過程形成閉環(huán)，有效提高加工精度和質(zhì)量；夾具的使用簡單，通用性較好，適用于各種需要夾持的復(fù)雜曲面；夾具為多點(diǎn)夾持控制，能夠有效地實(shí)現(xiàn)工件的中心平衡和位置控制，且安裝使用簡單方便。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。