[发明专利]真空吸涨夹具及使用该夹具加工复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料精密切削加工技术领域，尤其涉及一种真空吸涨夹具以及使用该夹具在高速铣削条件下加工工件的方法。

背景技术

复合材料具有密度小、强度和刚度高、耐温、耐磨、抗疲劳性好、阻尼性能好、耐烧蚀、抗辐射、换能以及其他物理功能等特点，借此，复合材料已在建筑、交通运输、化工、船舶、航空航天和通用机械等领域广泛使用。

复合材料是一种典型的难加工材料，其不良的机械加工性导致了高昂的加工费用，加工效率低使其商品化程度远远未能达到人们的期望值，因此亟需研究复合材料的高效加工方法。高速铣削是复合材料加工的一种重要手段，其能更好的满足复杂型面类复合材料零部件的精密机械加工要求，具有较高的加工质量和加工效率。高速铣削既能保持极佳的表面几何精度，又能保证良好的表面粗糙度，且不存在由于切削温度上升引起的工具硬度下降，可以大幅度延长工具寿命，同时又具有快速高效的特点。

薄壁类零件因其结构紧凑、重量轻、耗材少、成本低等特点而被广泛应用。但由于薄壁零件的刚性差、强度弱，在高速铣削过程中，由夹具夹紧力和铣削力载荷的作用极易产生加工变形的变形，使零件形位误差增大，影响工件的面型精度且不易保证零件的加工质量。其次，振动问题直接影响工件的表面粗糙度。而复合材料的多样性决定了其具有多种多样的力学行为特征，其加工工艺、切削条件以及装夹方法（固持方法）与传统的金属材料多有不同。以蜂窝芯材料为例：切割工艺有金刚砂刀具切割、高压水射流切割、激光切割、高速数控加工技术等；装夹方法多为粘接固持，如聚乙二醇法、双面粘结带法、真空吸附法等，粘结效果不佳且后续清理难度大。但是，目前尚无结构简单合理、实施经济的复合材料薄壁件的定位和夹紧装置，以提高薄壁零件的加工精度和表面质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空吸涨夹具及使用该夹具加工复合材料的方法，以解决薄壁件加工过程中刚性不足与振动的问题，提高加工精度和表面质量。

为了实现本发明的目的，本发明提供的真空吸涨夹具包括夹具本体；真空吸盘，用于固持工件，且设于所述夹具本体的顶面；真空孔道，设于所述夹具本体内部，一端与所述真空吸盘相连，另一端用于和真空发生器连接；定位机构，用于限制工件移动和转动，且设于所述夹具本体的侧面；压电晶体微动机构，用于支撑工件和保证所需涨紧力输出，且所述压电晶体微动机构的直线运动输出部件设于所述夹具本体的侧面。

为了实现本发明的目的，本发明提供的使用上述真空吸涨夹具加工复合材料的方法包括以下步骤：步骤一、建立工件的三维CAD实体模型；规划刀具路径，生成CAM程序，仿真加工过程，并完善模型；步骤二、在主要受力和变形区域内，确定工件的关键定位点的位置，并优化布局，在夹具的两壁上安装定位机构，固定工件位置；步骤三、根据工件的复合材料类型，估算总切削力大小，确定真空吸盘的结构、形式，确定真空度大小和真空吸盘的安装方式；步骤四、将工件安装在夹具上，对工件定位，真空吸紧，对压电叠堆施加电压，压电晶体微动机构顶紧工件的两壁，快速检测与诊断，夹紧和涨紧过程确认，加工开始，夹紧状态和涨紧状态异常监测与处理的过程直至加工结束。

本发明用于复合材料工件复杂型面的高速铣削精加工阶段，可以保证夹紧力分布均匀，解决工件加工过程中的刚性不足与振动的问题，从而避免工件夹紧变形，提高加工精度和表面质量。

附图说明

图1为本发明真空吸涨夹具的优选实施例的结构示意图；

图2为图1所示优选实例的夹具本体结构示意图。

图3为图1所示优选实施例的压电晶体微动机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1和图2图3示意性的示出了本发明真空吸涨夹具的优选实施例的结构，如图所示，本优选实施例包括夹具支座1、夹具本体3、夹具本体3的顶面4、真空孔道5、定位机构和压电晶体微动机构13。夹具支座1顶面上设有用于定位被加工工件的定位面2，夹具本体3的顶面4上设有真空吸盘5夹具本体3内部设置有真空孔道6，真空孔道6一端与真空吸盘5相连，另一端用于与设置于夹具本体3外部的真空发生器连接，真空发生器则连接于供气系统。