專(zhuān)利名稱：一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是應(yīng)用于薄壁金屬零件在機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控切削加工時(shí)的一種定位夾緊裝置，可有效提高薄壁零件的加工精度及效率。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨輕量化和微型化，薄壁零件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。薄壁零件由于剛性差，在加工過(guò)程中因受到切削力、夾緊力以及切削熱和殘余應(yīng)力的影響，容易產(chǎn)生變形，因此薄壁零件的高精、高質(zhì)加工一直是困擾工藝人員的難點(diǎn)。對(duì)于工程實(shí)際中低剛性及幾何形狀不規(guī)則的薄壁零件的夾緊定位，傳統(tǒng)機(jī)床夾具往往束手無(wú)策。因此，人們?cè)O(shè)計(jì)了柔性?shī)A具，即能夠夾持不同形狀、不同尺寸工件的夾具，有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不但可以彌補(bǔ)加工部位工件剛性的不足，而且可以增加工藝系統(tǒng)的阻尼，減少加工過(guò)程中的振動(dòng)。目前所使用的柔性?shī)A具主要有:相變和偽相變材料式柔性?shī)A具、自適應(yīng)性?shī)A具、模塊化程序控制式夾具等。近年來(lái)，相變式柔性?shī)A具發(fā)展非常迅速，相繼出現(xiàn)了溫度致相變的液體相變固緊夾具、電流變夾具、磁流變夾具等。其中，由于溫度致相變的液體相變固緊夾具實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，得到了廣泛應(yīng)用。但目前能適應(yīng)夾具性能要求的此類(lèi)相變物質(zhì)較少，歸納起來(lái)主要有石蠟基、低熔點(diǎn)合金及水基等。石蠟基的缺點(diǎn)是相對(duì)固緊力小，只適用于切削用量很小的場(chǎng)合；低熔點(diǎn)合金的缺點(diǎn)是成本相對(duì)較高，且一般含有錫、鉛等對(duì)人體有害的重金屬元素。以水基液體為相變物質(zhì)的固緊夾具又被稱為冰固夾具，其突出優(yōu)點(diǎn)是相變物質(zhì)廉價(jià)易得，且固緊力較石蠟基夾具大。目前，冰固柔性?shī)A具在實(shí)際使用中存在的主要問(wèn)題有溫度調(diào)節(jié)器價(jià)格較高(如冰柜等)、整體凍結(jié)式冰固夾具相變時(shí)間長(zhǎng)、消耗能量多等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，以彌補(bǔ)薄壁零件剛性的不足，減小加工中的振動(dòng)。本發(fā)明一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，包括夾緊機(jī)構(gòu)與縱向定位機(jī)構(gòu)；所述夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)薄壁零件在機(jī)床上的固定。所述縱向定位機(jī)構(gòu)同樣設(shè)置于機(jī)床上，位于通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)定位后的薄壁零件下方，包括容器、相變材料、密封板、支撐體與渦流管。其中，容器為頂部開(kāi)口的箱體，內(nèi)部相對(duì)側(cè)壁間通過(guò)隔板構(gòu)成冷卻通道，冷卻通道外側(cè)壁與容器內(nèi)側(cè)壁間盛放有常溫情況下為液體的相變材料。所述支撐體漂浮設(shè)置在容器內(nèi)部相變材料上表面上。容器內(nèi)水平設(shè)置有密封板，通過(guò)密封板將冷卻通道以及相變材料密封；密封板上開(kāi)有通孔A，使支撐體的自由端由通孔A伸出。容器相對(duì)側(cè)壁上開(kāi)有進(jìn)氣孔與出氣孔，分別與冷卻通道兩端相通；且進(jìn)氣孔與渦流管出氣端連通。由此通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)將薄壁零件夾緊后，在機(jī)床上定位；將縱向定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)床上薄壁零件下方，使薄壁零件底面與支撐件接觸，接觸時(shí)對(duì)支撐件施加壓力，由此使支撐件下沉；此時(shí)通過(guò)渦流管向冷卻通道內(nèi)注入冷卻氣體使相變材料轉(zhuǎn)化為固態(tài)，將支撐體凍結(jié)固定，由此實(shí)現(xiàn)薄壁零件的縱向定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)薄壁零件在機(jī)床上的整體定位，此時(shí)便可對(duì)薄壁零件實(shí)施切削加工。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:1、本發(fā)明冰固柔性?shī)A具作為機(jī)械加工領(lǐng)域的薄壁零件夾具，效果明顯，可有效降低薄壁零件切削加工中的振動(dòng)和變形，實(shí)現(xiàn)零件的高效及高質(zhì)加工；2、本發(fā)明冰固柔性?shī)A具采用水基液體為相變物質(zhì),相比其他相變物質(zhì),不但獲取容易，而且液-固兩相的轉(zhuǎn)變也容易實(shí)現(xiàn)；且固緊力大，相變物質(zhì)不與工件直接接觸，無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)加工后的工件進(jìn)行清洗；3、本發(fā)明冰固柔性?shī)A具采用渦流管所產(chǎn)生的冷氣來(lái)實(shí)現(xiàn)相變物質(zhì)的固化，采用自然傳熱的方式實(shí)現(xiàn)相變物質(zhì)的液化；4、本發(fā)明冰固柔性?shī)A具在容器內(nèi)設(shè)計(jì)S冷卻通道，在降低相變物質(zhì)容量，縮短冷卻時(shí)間的同時(shí)，從渦流管輸出的冷氣可與相變物質(zhì)進(jìn)行充分接觸，提高制冷效率；5、本發(fā)明冰固柔性?shī)A具中支撐體所承受的浮力略大于自身重力，使得金屬棒與薄壁零件之間的接觸力很小，對(duì)工件變形的影響基本忽略不計(jì)；6、本發(fā)明冰固柔性?shī)A具中支撐體在相變物質(zhì)中的上下位置可根據(jù)薄壁零件的形狀上下浮動(dòng)，因此該裝置可用于支撐自由曲面形狀的薄壁零件，適用范圍廣；7、該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。


圖1為本發(fā)明冰固柔性?shī)A具主視圖；圖2為本發(fā)明冰固柔性?shī)A具剖視圖C-C ；圖3為本發(fā)明冰固柔性?shī)A具剖視圖A-A ；圖4為本發(fā)明冰固柔性?shī)A具剖視圖B-B。圖中:1_夾緊機(jī)構(gòu) 2_縱向定位機(jī)構(gòu)3_薄壁零件 4_機(jī)床5-T型滑槽 6-T型螺母7_通槽101-壓板102-支撐柱 103-調(diào)整螺栓 104-固定螺母201-容器202-相變材料203-密封板 204-支撐體 205-定位頂蓋206-渦流管 207-冷卻通道 208-進(jìn)氣孔 209-出氣孔204a-支撐塊 204b_支撐桿
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，包括夾緊機(jī)構(gòu)I與縱向定位機(jī)構(gòu)2，如圖1所示。所述夾緊機(jī)構(gòu)I用來(lái)夾緊薄壁零件3，可設(shè)置在機(jī)床4上，實(shí)現(xiàn)薄壁零件3在機(jī)床4上的固定，夾緊機(jī)構(gòu)I由壓板101、支撐柱102、調(diào)整螺栓103與固定螺母104構(gòu)成。其中，支撐柱102與調(diào)整螺栓103均豎直設(shè)置，且支撐柱102的高度小于調(diào)整螺栓103的高度 ’支撐柱102與調(diào)整螺栓103底部具有螺紋連桿，由此通過(guò)螺紋連桿與設(shè)置在機(jī)床4上橫向T型滑槽5中的T型螺母6相互配合，實(shí)現(xiàn)支撐柱102、調(diào)整螺栓103與機(jī)床4間的定位，如圖4所示；通過(guò)將支撐柱102與調(diào)整螺栓103安裝在機(jī)床4上不同橫向位置T型滑槽5上，可實(shí)現(xiàn)支撐柱102與調(diào)整螺栓103在機(jī)床4上的縱向位置調(diào)節(jié)。同時(shí)支撐柱102與調(diào)整螺栓103可沿T型滑槽5滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支撐柱102與調(diào)整螺栓103在機(jī)床4上的相對(duì)位置的調(diào)節(jié)。上述調(diào)整螺栓103上套有壓板101，調(diào)整螺栓103頂部螺紋連接有固定螺母104 ;由此通過(guò)上下調(diào)節(jié)壓板101的位置，以及支撐柱102與調(diào)整螺栓103間的距離，使壓板101將薄壁零件3壓在支撐柱102頂面上，通過(guò)擰緊調(diào)整螺母103使壓板101壓緊薄壁零件3 ;通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可采用多個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)I配合，實(shí)現(xiàn)幾何形狀不規(guī)則的薄壁零件3的壓緊定位。為了實(shí)現(xiàn)薄壁零件3壓緊后的穩(wěn)定性，因此本發(fā)明中夾緊機(jī)構(gòu)I為n個(gè)，n > 2，可對(duì)薄壁零件3周向均勻分布的n點(diǎn)進(jìn)行夾緊，優(yōu)選為4個(gè)；且通過(guò)選用不同高度的支撐柱102，實(shí)現(xiàn)薄壁零件3與機(jī)床4間豎直位置調(diào)節(jié)。所述縱向定位機(jī)構(gòu)2同樣設(shè)置于機(jī)床4上，位于通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)I定位后的薄壁零件3下方，如圖2、圖3、圖4所示，包括容器201、相變材料202、密封板203、支撐體204、定位頂蓋205與渦流管206。其中，容器201為頂部開(kāi)口的箱體，內(nèi)部通過(guò)豎直設(shè)置的隔板構(gòu)成S型冷卻通道207，冷卻通道207外側(cè)壁與容器201內(nèi)側(cè)壁間盛放有常溫情況下為液體的相變材料202。所述支撐體204為由支撐塊204a與支撐桿204b構(gòu)成的一體化空心結(jié)構(gòu)，支撐塊204a頂面上豎直連接支 撐桿204b ;支撐體204漂浮設(shè)置在容器201內(nèi)部相變材料202上表面上。本發(fā)明中相變材料202選用水基液體，不但獲取容易，而且液-固兩相的轉(zhuǎn)變也容易實(shí)現(xiàn)；支撐體204選用空心鋁制支撐體。容器201內(nèi)水平設(shè)置有密封板203，密封板203與冷卻通道207頂面固定，且與容器201內(nèi)側(cè)壁周向固定，由此通過(guò)密封板203將冷卻通道207以及相變材料202密封。密封板203上開(kāi)有通孔A，使支撐體204中支撐桿204b的自由端由通孔A伸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)支撐桿204b的徑向定位；上述支撐桿204b與通孔A間的縫隙很小，可忽略不計(jì)，因此不會(huì)影響密封板203對(duì)相變材料202的密封效果。容器201頂面還通過(guò)定位頂蓋205固定密封，定位頂蓋205上開(kāi)有通孔B，通孔B位置與密封板203上通孔A位置相對(duì)應(yīng)，由此支撐體204中支撐桿204b自由端依次伸出通孔A與通孔B，由此通過(guò)通孔A與通孔B可實(shí)現(xiàn)支撐體204中支撐桿204b自由端徑向上的兩點(diǎn)定位。容器201相對(duì)側(cè)壁上開(kāi)有進(jìn)氣孔208與出氣孔209，分別與冷卻通道207兩端相通。其中，進(jìn)氣孔208與渦流管206出氣端連通，通過(guò)開(kāi)啟渦流管206的冷氣閥門(mén)，由進(jìn)氣孔208向冷卻通道207內(nèi)部輸入冷卻氣體，冷卻氣體由出氣孔209排出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)容器201內(nèi)部變相物質(zhì)的冷卻過(guò)程。由于冷卻通道207的S型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在冷卻過(guò)程中，可使冷卻氣體對(duì)變相材料進(jìn)行充分冷卻，提高冷卻效率。容器201底面相對(duì)兩側(cè)具有外突邊緣，外突邊緣上均開(kāi)有通槽7，由此使機(jī)床4上橫向T型滑槽5內(nèi)設(shè)置的T型螺栓穿過(guò)通槽7后，由螺母與T型螺栓配合擰緊，實(shí)現(xiàn)容器201與機(jī)床4間的定位，如圖3所示，且容器201在機(jī)床4上可沿T型滑槽5滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在機(jī)床4中的橫向位置調(diào)整；同時(shí)，通過(guò)T型螺栓與通槽7間的位置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)容器201與加床4間縱向位置調(diào)整。由此上述結(jié)構(gòu)中，通過(guò)采用合適高度的支撐柱102對(duì)薄壁零件3與縱向定位機(jī)構(gòu)2間的上下位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使薄壁零件3底面與支撐體204中支撐桿204b自由端接觸，隨后將薄壁零件3壓緊固定。由于在薄壁零件3底面與支撐體204中支撐桿204b自由端接觸后，薄壁零件3會(huì)對(duì)支撐桿204b施加一個(gè)較小的壓力，但由于支撐桿204b漂浮在常溫狀態(tài)下的相變材料202上表面，因此支撐桿204b受到壓力下沉，同時(shí)返回給薄壁零件3底面一個(gè)向上的支撐力。由于支撐體203的浮力與重力的大小均與支撐體203的尺寸有關(guān)，受尺寸限制，在保證薄壁零件3漂浮的情況下，盡可能減小支撐體204所受到的浮力與自身重力的差值，由此不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生大的變形。而通過(guò)開(kāi)啟渦流管206的冷氣閥門(mén)，對(duì)相變材料202進(jìn)行冷卻，使相變材料202由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，同時(shí)使支撐體204浸入相變材料202部分凍結(jié)在相變材料202內(nèi)，實(shí)現(xiàn)支撐體204與相變材料202間的軸向定位，由此通過(guò)支撐體204便可實(shí)現(xiàn)對(duì)薄壁零件3的支撐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)薄壁零件3的縱向定位；此時(shí)，便可對(duì)薄壁零件3實(shí)施切削加工。加工完成后，將薄壁零件3從夾緊機(jī)構(gòu)I上取下，經(jīng)一段時(shí)間的自然傳熱后，容器201內(nèi)的相變物質(zhì)融化為液態(tài)，由此恢復(fù)初始狀態(tài)。為保證縱向定位機(jī)構(gòu)2對(duì)薄壁零件3的穩(wěn)定定位與支撐，因此優(yōu)選為在相變材料202上表面至少兩個(gè)不同橫向位置上設(shè)置支撐體204，且其中一個(gè)橫向位置上至少設(shè)置兩個(gè)支撐體204，由此形成對(duì)薄壁零件3的不共線的多點(diǎn)支撐。
權(quán)利要求
1.一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:包括夾緊機(jī)構(gòu)與縱向定位機(jī)構(gòu)； 所述夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)薄壁零件在機(jī)床上的固定； 所述縱向定位機(jī)構(gòu)同樣設(shè)置于機(jī)床上，位于通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)定位后的薄壁零件下方，包括容器、相變材料、密封板、支撐體與渦流管；其中，容器為頂部開(kāi)口的箱體，內(nèi)部相對(duì)側(cè)壁間通過(guò)隔板構(gòu)成冷卻通道，冷卻通道外側(cè)壁與容器內(nèi)側(cè)壁間盛放有常溫情況下為液體的相變材料；所述支撐體漂浮設(shè)置在容器內(nèi)部相變材料上表面上；容器內(nèi)水平設(shè)置有密封板，通過(guò)密封板將冷卻通道以及相變材料密封；密封板上開(kāi)有通孔A，使支撐體的自由端由通孔A伸出；容器相對(duì)側(cè)壁上開(kāi)有進(jìn)氣孔與出氣孔，分別與冷卻通道兩端相通；且進(jìn)氣孔與渦流管出氣端連通。
2.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述夾緊機(jī)構(gòu)由壓板、支撐柱、調(diào)整螺栓與固定螺母構(gòu)成；其中，支撐柱與調(diào)整螺栓均豎直設(shè)置，且支撐柱的高度小于調(diào)整螺栓的高度；調(diào)整螺栓上套有壓板，調(diào)整螺栓頂部螺紋連接有固定螺母；通過(guò)上下調(diào)節(jié)壓板的位置，以及支撐柱與調(diào)整螺栓間的距離，使壓板將薄壁零件壓在支撐柱頂面上，通過(guò)擰緊螺母使壓板壓緊薄壁零件。
3.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述冷卻通道為S型。
4.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述容器頂面還通過(guò)定位頂蓋固定密封，定位頂蓋上開(kāi)有通孔B，通孔B位置與密封板上通孔A位置相對(duì)應(yīng)，由此支撐體中支撐桿自由端依次伸出通孔A與通孔B。
5.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述支撐柱與調(diào)整螺栓底面具有螺紋連桿，通過(guò)螺紋連桿與機(jī)床上T型滑槽內(nèi)設(shè)置的T型螺母相互配合，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)連接。
6.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述容器底面相對(duì)兩側(cè)具有外突邊緣，外突邊緣上開(kāi)有通槽，使機(jī)床上橫向T型滑槽內(nèi)設(shè)置的T型螺栓穿過(guò)通槽后，由螺母與T型螺栓配合擰緊，實(shí)現(xiàn)容器與機(jī)床間的定位。
7.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述相變材料上表面至少兩個(gè)不同橫向位置上設(shè)置支撐體，且其中一個(gè)橫向位置上至少設(shè)置兩個(gè)支撐體。
8.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述相變材料為水基液體。
9.如權(quán)利要求1所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述夾緊機(jī)構(gòu)為n個(gè)，n > 2，可對(duì)薄壁零件周向均勻分布的n點(diǎn)進(jìn)行夾緊。
10.如權(quán)利要求9所述一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，其特征在于:所述所述夾緊機(jī)構(gòu)為4個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于薄壁零件數(shù)控切削加工的冰固柔性?shī)A具，包括夾緊機(jī)構(gòu)與縱向定位機(jī)構(gòu)；其中，夾緊機(jī)構(gòu)將薄壁零件夾緊后，在機(jī)床上定位?？v向定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)床上薄壁零件下方，整體為一盛放有相變材料的容器，相變材料上表面漂浮設(shè)置有豎直的支撐件；且容器內(nèi)相對(duì)兩側(cè)壁間還設(shè)計(jì)有冷卻通道；由此，夾緊機(jī)構(gòu)將薄壁零件夾緊后，使薄壁零件底面與支撐件接觸，接觸時(shí)對(duì)支撐件施加壓力，由此使支撐件下沉；此時(shí)通過(guò)渦流管向冷卻通道內(nèi)注入冷卻氣體使相變材料轉(zhuǎn)化為固態(tài)，將支撐體凍結(jié)固定，由此實(shí)現(xiàn)薄壁零件的縱向定位。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為效果明顯，實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，有效提高弱剛性工藝系統(tǒng)數(shù)控切削加工時(shí)的效率及加工質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23Q3/08GK103100907SQ201310033060
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者楊毅青, 代巍, 陳甜甜 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)