[发明专利]弱刚性工件柔性夹具装置

说明书

技术领域

本发明属于工件加工装夹领域，特别涉及一种应用于柔性结构工件装夹的弱刚性工件柔性夹具装置。

背景技术

随着我国航空工业的发展，对飞机的性能要求愈来愈高，为减轻飞机重量，提高机械性能，在飞机零部件中越来越多的使用整体结构件。这一类复杂曲面零件具有大尺寸、复杂型面、薄壁件、低损伤等技术特点，加工过程中极易产生振动和加工变形，使得表面加工质量很难控制。譬如，在航空工业中，大的整体结构件长10m、高0.1m、厚度为1.5～4mm，表面质量要求粗糙度值为0.4～0.8μm、形位偏差为±125μm（要求抗腐蚀的零件表面且要求具有高疲劳强度的零件表面等，都严格规定较小的表面粗糙度值，但表面尺寸及形位公差却可以稍大）。在这类高精、高性能产品加工要求下，如何通过夹具的布局使这类高柔性的薄壁结构件在装夹过程中引起的静态装夹变形最小化，同时更能有效地抑制工件的加工振动或颤振，提高工件的动态可加工性正成为当前夹具设计的挑战性任务之一。因此提升薄壁多框体结构件的可加工性显得尤为重要。现有加工这类工件的夹具一般是普通夹具改造而成，即在普通夹具上增加了一些调整机构，在预测工件局部变形后根据变形量调整夹具位置。

现有夹具设计主要存在以下问题：（1）基于刚性或高刚度工件的假设，以预测由于工件的局部变形、夹具定位元件的变形导致工件在夹紧过程中的静态位移，并以此作为工件的加工误差，误差较大；（2）基于静态或准静态假设，预测柔性工件的静态变形，这种方法是在外界的激励频率超过工件的固有频率或工件-夹具系统的固有频率时才有效。然而，当激励频率接近工件-夹具系统的固有频率时，系统瞬态响应是不能忽略的；（3）基于不动点载荷的假设，在预测工件-夹具系统的动态响应时，外载荷作用点的移动（例如加工力），经常被忽略；（4）在主动夹具中，主动夹具元件的响应是通过反馈控制来调节，在调整的同时，也影响了工件的动力学响应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对弱刚性工件加工过程中易于产生加工振动和变形等问题，提供一种弱刚性工件柔性夹具装置，能够根据走刀位置所检测到的工件振动信息，主动调整夹紧力的大小和夹紧力作用的位置，在减小工件的整体变形的同时，很好地抑制工件的加工振动，提高工件的铣削稳定性，提高工件动态可加工性，最终实现工件加工表面质量的提高。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种弱刚性工件柔性夹具装置，由多个夹具总成共同构成，其特别之处在于：所述每个夹具总成由执行模块、信息采集模块和控制模块组成，所述执行模块包括装夹机构以及驱动所述装夹机构升降和平移的升降机构和水平移动机构，所述升降机构包括升降台，所述水平移动机构固定安装在升降台上，所述装夹机构固定安装在水平移动机构上；所述信息采集模块包括安装在装夹机构上用于获取工件在切削力作用下产生的振动位移和工件振动频率的振动位移传感器、分别安装在升降机构和水平移动机构上用于获取加工过程中装夹机构位置信息的竖直位移传感器和水平位移传感器，以及安装在装夹机构上的压力传感器；所述控制模块包括与各传感器相连的信息采集卡和用于处理信息采集模块信息的PC机和控制各机构运行的控制器。

上述技术方案中，所述升降机构包括对称布置的一对支座，在每一支座顶部设置有步进电机，在支座中部设有竖直导轨，所述升降台两端嵌置在竖直导轨内，所述步进电机的输出端连接有竖直丝杠，所述竖直丝杠穿过升降台并与之螺纹配合。

进一步地，所述步进电机通过电机支架与支座固定；所述竖直位移传感器安装在支座上部。

更进一步地，所述支座与竖直导轨之间设有肋板。

上述技术方案中，所述水平移动机构包括固定安装在升降台上的水平导轨，水平导轨两端通过轴承支设有两根水平丝杠，每一水平丝杠分别通过联轴器与伺服电机的输出端相连；所述装夹机构包括滑板，滑板的底部设有丝杠孔，所述滑板嵌置在水平导轨内，且水平丝杠穿过丝杠孔并与丝杠孔螺纹配合。

进一步地，所述水平位移传感器安装在轴承内侧、两根水平丝杠之间。

上述技术方案中，所述装夹机构为一个液压夹紧机构，包括液压油缸，液压油缸顶部设置有液压油管，液压油缸包括活塞缸和活塞杆，所述活塞杆前端设置有夹紧触点。

进一步地，所述压力传感器设置于活塞杆与夹紧触点之间，所述振动位移传感器安装在活塞缸上。

更进一步地，所述活塞缸外壁固定设置有外槽，外槽内嵌置有内槽，所述振动位移传感器位于内槽内，所述外槽与内槽可相对滑动并通过定位螺栓相对固定。