本發(fā)明屬于機械裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于航空航天制造領(lǐng)域的弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾裝置及裝夾方法。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料由兩種或者兩種以上不同物質(zhì)組成，克服單一材料缺陷，擴大材料應(yīng)用范圍，其中蜂窩復(fù)合材料是弱剛性復(fù)合材料的典型代表，起源于仿生學(xué)，具有抗壓和抗彎曲強度高、剛度高、超輕型結(jié)構(gòu)特性以及緩沖、隔熱和隔音等功能，最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，然后推廣到建筑業(yè)、家具制造、包裝和運輸業(yè)，經(jīng)濟價值高，并且可以回收利用，有利于保護和改善生態(tài)環(huán)境。

在航空制造工業(yè)中，紙蜂窩等弱剛性復(fù)合材料零件通常具有平面和曲面組合的結(jié)構(gòu)特性，在對平面進行切削加工時，復(fù)雜曲面造成了零件裝夾困難，傳統(tǒng)通用夾具無法滿足弱剛性復(fù)合材料零件特殊外形的裝夾需求，難以保證裝夾定位精度。

目前，對于弱剛性復(fù)合材料零件裝夾，一般采用定制專用夾具的方法，針對每一種零件型面制作工裝定位面，采用膠粘連接方式固定工件。如專利申請?zhí)枮閏n201610207142.4，申請日為20160401，名稱為“一種nomex蜂窩在普通數(shù)控銑床上加工的輔助裝夾方法”的發(fā)明專利，其技術(shù)方案為：本發(fā)明提供了一種nomex蜂窩在普通數(shù)控銑床上加工的輔助裝夾方法，包括以下步驟：清理工裝表面，在已刷涂脫模劑的工裝表面上鋪貼附加層，然后鋪貼一層隔離層，最后在隔離層上放置nomex蜂窩；按照附加層所選用材料的固化參數(shù)在熱壓罐或烘箱中進行固化；蜂窩脫模；數(shù)控加工nomex蜂窩。

上述專利及現(xiàn)有技術(shù)中均存在以下問題：由于弱剛性復(fù)合材料零件型面結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且種類繁多，專用夾具制造效率低，加工成本高昂，并且許多弱剛性復(fù)合材料零件屬于小批量生產(chǎn)，定制專用夾具浪費大量資源。與金屬切削加工相比，弱剛性復(fù)合材料零件切削力小，尺寸精度要求較低，對工裝夾具柔性化要求高于裝夾牢固性，特別需要一種操作簡單快速、適用范圍廣的裝夾裝置，滿足日益增長的弱剛性復(fù)合材料零件加工需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的裝夾方法效率低、成本高的問題，本發(fā)明提供一種操作靈活，適用于多品種小批量生產(chǎn)需要的柔性組合裝夾裝置及其裝夾方法。

為了實現(xiàn)上述效果，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾裝置，其特征在于：包括組合式底座、柔性支撐系統(tǒng)和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統(tǒng)安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統(tǒng)的上方；所述柔性支撐系統(tǒng)包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿、真空吸盤和彈簧，所述支撐桿的兩端分別與真空吸盤和彈簧相連，所述真空吸盤與支撐桿通過球形關(guān)節(jié)連接。球形關(guān)節(jié)能夠使得真空吸盤可以多自由度調(diào)整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。

所述真空吸盤為橡膠材料制作。

所述定位壓緊裝置包括壓板、輔助定位板和第一氣缸，所述輔助定位板與壓板通過卡槽連接，輔助定位板采用輕質(zhì)材料制作，所述第一氣缸與壓板相連，驅(qū)動壓板和輔助定位板向下運動，從而實現(xiàn)待加工零件的定位與夾緊，在鎖緊柔性裝夾系統(tǒng)后，移出輔助定位板。在移出輔助定位板前，真空吸盤吸附零件表面，實現(xiàn)對零件位置的固定。

所述輔助定位板帶有手柄，使用輕質(zhì)材料制作，通過卡槽與壓板連接，由氣缸驅(qū)動壓緊零件平面進行定位裝夾，待支撐單元鎖緊后移出。

所述組合式底座包括導(dǎo)向塊、帶孔底座和液壓缸，所述帶孔底座通過卡槽結(jié)構(gòu)與導(dǎo)向塊連接，通過調(diào)整帶孔底座數(shù)量改變可裝夾零件尺寸范圍，所述導(dǎo)向塊通過螺栓將帶孔底座固定在工作臺上，所述工作臺上設(shè)置有至少兩個液壓缸，兩個液壓缸分別設(shè)置在帶孔底座的兩側(cè)。

所述帶孔底座包括多個條狀拼接板，所述條狀拼接板的側(cè)邊設(shè)置有多個半圓形凹孔，相鄰的條狀拼接板的半圓形凹孔對齊設(shè)置形成完整的孔位。

每個支撐單元放置在帶孔底座拼接而成的孔位中，根據(jù)零件型面特征上下移動。當(dāng)支撐單元在帶孔底座拼接形成的孔位中可以移動時，支撐單元與孔位屬于間隙配合，此時零件放置支撐單元上方后，在零件重力作用下，會壓縮支撐單元中的彈簧，移去零件后，彈簧會伸長，在此過程中支撐單元會上下移動。待零件放置支撐單元上方，真空吸盤吸附零件表面后，通過兩側(cè)液壓缸使帶孔底座相互擠緊，使得支撐單元與孔位形成過盈配合，實現(xiàn)對支撐單元位置的固定，零件定位后通過氣缸驅(qū)動壓緊帶孔底座，實現(xiàn)柔性支撐系統(tǒng)鎖緊。

一種弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾方法，包括以下步驟：

第一步，根據(jù)待加工零件型面尺寸設(shè)置帶孔底座和柔性支撐單元：選取帶孔底座，與導(dǎo)向塊組合安裝于工作臺上，在帶孔底座兩側(cè)安裝液壓缸；在組合式帶孔底座的孔位中放置彈簧、支撐桿和真空吸盤，形成柔性支撐系統(tǒng)；

第二步，使用第一氣缸驅(qū)動壓板和輔助定位板實現(xiàn)零件定位壓緊：安裝至少兩個第一氣缸和壓板，將待加工零件放置在柔性支撐系統(tǒng)上，將輔助定位板安裝在壓板上，啟動定位壓緊裝置下壓零件，調(diào)整壓板和輔助定位板的高度，使柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件型面貼合的支撐面；

第三步，使用液壓缸驅(qū)動壓緊帶孔底板，鎖緊柔性支撐系統(tǒng)：啟動液壓缸使其壓緊帶孔底座，鎖緊支撐桿；液壓缸提供的壓力足以滿足支撐單元位置的固定，鎖緊效果好。

第四步，移出輔助定位板，加工零件平面。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明可以實現(xiàn)具有不同型面特征的弱剛性復(fù)合材料零件快速裝夾，自適應(yīng)不同零件外形尺寸，極大提高裝夾方式柔性化程度，并且適用于多品種小批量生產(chǎn)需要。

2、采用組合式的帶孔底座能夠使得本發(fā)明適用于多種不同尺寸的零件，方便擴展，卡槽結(jié)構(gòu)易于操作，結(jié)果簡單便于維護。

3、本申請的支撐單元的真空吸盤和支撐桿之間使用球形關(guān)節(jié)相連，使得支撐板能夠適應(yīng)帶有曲面的零件表面，彈簧能夠保證支撐桿的上下位置的位移，具有較好的自適應(yīng)能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的組合式底座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的帶孔底座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的柔性支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的柔性支撐單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的定位壓緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、工作臺；2、第一氣缸；3、壓板；4、輔助定位板；5、待加工零件；6、真空吸盤；7、支撐桿；8、彈簧；9、帶孔底座；10、導(dǎo)向塊，11、液壓缸。

具體實施方式

實施例1

一種弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾裝置，其特征在于：包括組合式底座、柔性支撐系統(tǒng)和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統(tǒng)安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統(tǒng)的上方；所述柔性支撐系統(tǒng)包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8，所述支撐桿7的兩端分別與真空吸盤6和彈簧8相連，所述真空吸盤6與支撐桿7通過球形關(guān)節(jié)連接。球形關(guān)節(jié)能夠使得真空吸盤6可以多自由度調(diào)整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。本發(fā)明可以實現(xiàn)具有不同型面特征的弱剛性復(fù)合材料零件快速裝夾，自適應(yīng)不同零件外形尺寸，極大提高裝夾方式柔性化程度，并且適用于多品種小批量生產(chǎn)需要。

實施例2

一種弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾裝置包括組合式底座、柔性支撐系統(tǒng)和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統(tǒng)安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統(tǒng)的上方；所述柔性支撐系統(tǒng)包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8，所述支撐桿7的兩端分別與真空吸盤6和彈簧8相連，所述真空吸盤6與支撐桿7通過球形關(guān)節(jié)連接。球形關(guān)節(jié)能夠使得真空吸盤6可以多自由度調(diào)整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。

所述真空吸盤6為橡膠材料制作。

所述定位壓緊裝置包括壓板3、輔助定位板4和第一氣缸2，所述輔助定位板4與壓板3通過卡槽連接，輔助定位板4采用輕質(zhì)材料制作，所述第一氣缸2與壓板3相連，驅(qū)動壓板3和輔助定位板4向下運動，從而實現(xiàn)待加工零件5的定位與夾緊，在鎖緊柔性裝夾系統(tǒng)后，移出輔助定位板4。在移出輔助定位板4前，真空吸盤6吸附零件表面，實現(xiàn)對零件位置的固定。

所述輔助定位板4帶有手柄，使用輕質(zhì)材料制作，通過卡槽與壓板3連接，由氣缸驅(qū)動壓緊零件平面進行定位裝夾，待支撐單元鎖緊后移出。

所述組合式底座包括導(dǎo)向塊10、帶孔底座9和液壓缸11，所述帶孔底座9通過卡槽結(jié)構(gòu)與導(dǎo)向塊10連接，通過調(diào)整帶孔底座9數(shù)量改變可裝夾零件尺寸范圍，所述導(dǎo)向塊10通過螺栓將帶孔底座9固定在工作臺1上，所述工作臺1上設(shè)置有至少兩個液壓缸11，兩個液壓缸11分別設(shè)置在帶孔底座9的兩側(cè)。

所述帶孔底座9包括多個條狀拼接板，所述條狀拼接板的側(cè)邊設(shè)置有多個半圓形凹孔，相鄰的條狀拼接板的半圓形凹孔對齊設(shè)置形成完整的孔位。

每個支撐單元放置在帶孔底座9拼接而成的孔位中，根據(jù)零件型面特征上下移動。當(dāng)支撐單元在帶孔底座9拼接形成的孔位中可以移動時，支撐單元與孔位屬于間隙配合，此時零件放置支撐單元上方后，在零件重力作用下，會壓縮支撐單元中的彈簧8，移去零件后，彈簧8會伸長，在此過程中支撐單元會上下移動。待零件放置支撐單元上方，真空吸盤6吸附零件表面后，通過兩側(cè)液壓缸11使帶孔底座9相互擠緊，使得支撐單元與孔位形成過盈配合，實現(xiàn)對支撐單元位置的固定，零件定位后通過氣缸驅(qū)動壓緊帶孔底座9，實現(xiàn)柔性支撐系統(tǒng)鎖緊。

實施例3

一種弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾方法，包括以下步驟：

第一步，根據(jù)待加工零件5型面尺寸設(shè)置帶孔底座9和柔性支撐單元：選取帶孔底座9，與導(dǎo)向塊10組合安裝于工作臺1上，在帶孔底座9兩側(cè)安裝液壓缸11；在組合式帶孔底座9的孔位中放置彈簧8、支撐桿7和真空吸盤6，形成柔性支撐系統(tǒng)；

第二步，使用第一氣缸2驅(qū)動壓板3和輔助定位板4實現(xiàn)零件定位壓緊：安裝至少兩個第一氣缸2和壓板3，將待加工零件5放置在柔性支撐系統(tǒng)上，將輔助定位板4安裝在壓板3上，啟動定位壓緊裝置下壓零件，調(diào)整壓板3和輔助定位板4的高度，使柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件5型面貼合的支撐面；

第三步，使用液壓缸11驅(qū)動壓緊帶孔底板，鎖緊柔性支撐系統(tǒng)：啟動液壓缸11使其壓緊帶孔底座9，鎖緊支撐桿7；液壓缸11提供的壓力足以滿足支撐單元位置的固定，鎖緊效果好。

第四步，移出輔助定位板4，加工零件平面。

實施例4

一種弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾裝置包括組合式底座、柔性支撐系統(tǒng)和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統(tǒng)安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統(tǒng)的上方；所述柔性支撐系統(tǒng)包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8，所述支撐桿7的兩端分別與真空吸盤6和彈簧8相連，所述真空吸盤6與支撐桿7通過球形關(guān)節(jié)連接。球形關(guān)節(jié)能夠使得真空吸盤6可以多自由度調(diào)整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。

所述真空吸盤6為橡膠材料制作。

所述定位壓緊裝置包括壓板3、輔助定位板4和第一氣缸2，所述輔助定位板4與壓板3通過卡槽連接，輔助定位板4采用輕質(zhì)材料制作，所述第一氣缸2與壓板3相連，驅(qū)動壓板3和輔助定位板4向下運動，從而實現(xiàn)待加工零件5的定位與夾緊，在鎖緊柔性裝夾系統(tǒng)后，移出輔助定位板4。在移出輔助定位板4前，真空吸盤6吸附零件表面，實現(xiàn)對零件位置的固定。

所述輔助定位板4帶有手柄，使用輕質(zhì)材料制作，通過卡槽與壓板3連接，由氣缸驅(qū)動壓緊零件平面進行定位裝夾，待支撐單元鎖緊后移出。

所述組合式底座包括導(dǎo)向塊10、帶孔底座9和液壓缸11，所述帶孔底座9通過卡槽結(jié)構(gòu)與導(dǎo)向塊10連接，通過調(diào)整帶孔底座9數(shù)量改變可裝夾零件尺寸范圍，所述導(dǎo)向塊10通過螺栓將帶孔底座9固定在工作臺1上，所述工作臺1上設(shè)置有至少兩個液壓缸11，兩個液壓缸11分別設(shè)置在帶孔底座9的兩側(cè)。

所述帶孔底座9包括多個條狀拼接板，所述條狀拼接板的側(cè)邊設(shè)置有多個半圓形凹孔，相鄰的條狀拼接板的半圓形凹孔對齊設(shè)置形成完整的孔位。

每個支撐單元放置在帶孔底座9拼接而成的孔位中，根據(jù)零件型面特征上下移動。當(dāng)支撐單元在帶孔底座9拼接形成的孔位中可以移動時，支撐單元與孔位屬于間隙配合，此時零件放置支撐單元上方后，在零件重力作用下，會壓縮支撐單元中的彈簧8，移去零件后，彈簧8會伸長，在此過程中支撐單元會上下移動。待零件放置支撐單元上方，真空吸盤6吸附零件表面后，通過兩側(cè)液壓缸11使帶孔底座9相互擠緊，使得支撐單元與孔位形成過盈配合，實現(xiàn)對支撐單元位置的固定，零件定位后通過氣缸驅(qū)動壓緊帶孔底座9，實現(xiàn)柔性支撐系統(tǒng)鎖緊。

一種弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾方法，包括以下步驟：

第一步，根據(jù)待加工零件5型面尺寸設(shè)置帶孔底座9和柔性支撐單元：選取帶孔底座9，與導(dǎo)向塊10組合安裝于工作臺1上，在帶孔底座9兩側(cè)安裝液壓缸11；在組合式帶孔底座9的孔位中放置彈簧8、支撐桿7和真空吸盤6，形成柔性支撐系統(tǒng)；

第二步，使用第一氣缸2驅(qū)動壓板3和輔助定位板4實現(xiàn)零件定位壓緊：安裝至少兩個第一氣缸2和壓板3，將待加工零件5放置在柔性支撐系統(tǒng)上，將輔助定位板4安裝在壓板3上，啟動定位壓緊裝置下壓零件，調(diào)整壓板3和輔助定位板4的高度，使柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件5型面貼合的支撐面；

第三步，使用液壓缸11驅(qū)動壓緊帶孔底板，鎖緊柔性支撐系統(tǒng)：啟動液壓缸11使其壓緊帶孔底座9，鎖緊支撐桿7；液壓缸11提供的壓力足以滿足支撐單元位置的固定，鎖緊效果好。

第四步，移出輔助定位板4，加工零件平面。

本發(fā)明可以實現(xiàn)具有不同型面特征的弱剛性復(fù)合材料零件快速裝夾，自適應(yīng)不同零件外形尺寸，極大提高裝夾方式柔性化程度，并且適用于多品種小批量生產(chǎn)需要。

采用組合式的帶孔底座9能夠使得本發(fā)明適用于多種不同尺寸的零件，方便擴展，卡槽結(jié)構(gòu)易于操作，結(jié)果簡單便于維護。

本申請的支撐單元的真空吸盤6和支撐桿7之間使用球形關(guān)節(jié)相連，使得支撐板能夠適應(yīng)帶有曲面的零件表面，彈簧8能夠保證支撐桿7的上下位置的位移，具有較好的自適應(yīng)能力。

實施例6

在實施例1-5的基礎(chǔ)上，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

在圖1、圖2、圖4、圖5、圖6中所示，弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾裝置包括組合式底座、柔性支撐系統(tǒng)和定位壓緊裝置,其中組合式底座由導(dǎo)向塊10、帶孔底座9和液壓缸11組成；柔性支撐系統(tǒng)包括許多支撐單元，每個單元由支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8組成；定位壓緊裝置由壓板3、輔助定位板4和第一氣缸2組成。

如圖3所示，帶孔底座9具有四種結(jié)構(gòu)，可以通過卡槽結(jié)構(gòu)相互組合，構(gòu)成尺寸范圍可變化的底座平面，以適應(yīng)不同外形尺寸零件的裝夾需求。導(dǎo)向塊10通過螺栓與工作臺1連接，通過卡槽結(jié)構(gòu)與帶孔底板9連接，形成組合式底座。帶孔底座組合形成孔位，放置彈簧8和支撐桿7，支撐桿7通過壓縮彈簧8實現(xiàn)上下自由移動，以零件型面為依據(jù)調(diào)整高度。工作臺1上帶孔底板9的兩側(cè)設(shè)置若干液壓缸11，液壓缸11啟動后推緊帶孔底座9，帶孔底座9壁面與支撐桿7接觸產(chǎn)生擠壓，依靠摩擦力鎖緊支撐桿。

真空吸盤6使用橡膠材料制作，與支撐桿7通過球形關(guān)節(jié)連接，可以實現(xiàn)多自由度調(diào)整位姿與待加工零件型面貼合。當(dāng)定位壓緊裝置啟動，向下壓緊待加工零件5時，柔性支撐系統(tǒng)基于待加工零件5型面調(diào)整位置，然后鎖緊支撐桿，形成與待加工零件5型面貼合的支撐面。

壓板3安裝在第一氣缸2上，通過第一氣缸2驅(qū)動上下移動，輔助定位板4使用輕質(zhì)材料制作，通過卡槽結(jié)構(gòu)與壓板3連接，用于定位時壓緊待加工零件5，形成支撐面，待支撐桿7鎖緊后，移出輔助定位板4，進行待加工零件5平面加工。

本發(fā)明還提供了一種使用上述弱剛性復(fù)合材料零件的柔性組合裝夾裝置進行裝夾固定的方法：

第一步：根據(jù)待加工零件5外形尺寸，選取合適數(shù)量的帶孔底座9，與導(dǎo)向塊10組合安裝于工作臺1合適位置，在帶孔底座9兩側(cè)安裝液壓缸11；

第二步：在組合式底座的孔位中放置彈簧8、支撐桿7和真空吸盤6，形成柔性支撐系統(tǒng)；安裝定位壓緊裝置的第一氣缸2和壓板3，注意調(diào)整壓板3高度，將待加工零件5放置在柔性支撐系統(tǒng)上，將輔助定位板4安裝在壓板3上；

第三步：啟動定位壓緊裝置下壓零件，待柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件5型面貼合的支撐面后，啟動液壓缸11壓緊帶孔底座9，鎖緊支撐桿7，

第四步：移出輔助定位板4。