一种航空长桁件模块化装夹校形装置与装夹方法与流程

1.本发明属于装夹技术领域，涉及一种航空长桁件模块化装夹校形装置与装夹方法，实现航空长桁件的自动装夹校形。


背景技术：

2.长桁件作为重要的承力和连接件，在航空装备中应用广泛，这类零件一般由较轻的铝锂合金或铝镁合金型材作为基材，对其上下型面及翼缘进行数控加工制成，作为重要的航空零件，其加工质量直接影响航空装备的整体质量和寿命，因而其对加工精度的要求很高，而该类零件属于薄壁零件且材质较软，极易产生变形，作为影响零件最终加工几何精度的核心环节，保证航空长桁件数控加工过程中的可靠夹持和校形很有必要。
3.实际生产中，一般通过楔形块顶出机构对此类长桁件的腹板进行夹紧，操作工人需要手动拧楔形块螺钉的方式，进行零件的上件装夹与卸件，工件夹紧后，通过打表，调整楔形块螺钉的方式，来校正整个零件毛坯在直线度上的偏差。这种传统的夹具工装与装夹方法，生产辅助时间长，工人劳动强度大，由于人工操作，夹紧力不可控，极易在零件装夹表面形成压痕，而且夹具工装与零件难以紧密贴合，加工时会产生振动，影响最终加工精度。
4.2018年，重庆理工大学在专利cn 208811949 u中公开了“一种基于磁流变液的柔性夹具”，通过多个夹臂的配合，能够实现对异形工件的有效夹持，并且对异形工件的夹持效果更好，稳定性更强，但是不适用于长桁件的装夹。2014年，天津市裕泰机械有限责任公司在专利cn204053517u中公开了“一种工字钢夹紧装置”，该夹紧装置采用齿轮齿条传动机构，对工件施力夹紧，结构简单，但是只适用于刚性较好，不易变形的钢材。


技术实现要素：

5.本发明主要解决的技术问题是克服上述方法的不足，针对航空长桁件在数控加工中的装夹问题，发明了一种航空长桁件模块化装夹校形装置与装夹方法。该装置以磁流变液作为施力介质，利用磁流变液的优良流动特性柔性填充装夹间隙，实现磁流变液与零件装夹面的紧密贴合，通过施加磁场，磁流变液转化为类固体形态，沿磁场方向形成颗粒链挤压工件，实现对零件的自动夹紧，通过改变磁场大小，对零件局部变形区域施加更大夹持力，实现零件的校形。
6.本发明所采用的技术方案是一种航空长桁件模块化装夹校形装置，其特征是，校形装置由底板1、定位块2、夹持块3、滑台4、导轨5、丝杠座6、丝杠7、手轮8、弹性软膜9、型腔10、磁流变液11、电磁铁12组成；底板1起支撑整个装置的作用，在底板1四角区域设置螺栓孔与机床工作台连接固定；定位块2通过螺栓固定在底板1上，装夹时与航空长桁件的腹板与待加工翼缘内表面贴合，对零件进行定位；夹持块3坐在滑台4上与定位块2相对，对零件腹板的另一侧施加夹持力，夹紧零件13。导轨5安装在底板1上，滑台4与导轨5组成直线运动副，对夹持块3进行限位；丝杠座6固定在底板1上，丝杠7安装在丝杠座6中，手轮8与丝杠7的一端固定连接；根据所夹持的零件的腹板不同厚度，通过转动手轮8旋转丝杠7对夹持块3位
置进行调整。
7.定位块2和夹持块3内部均安装有电磁铁12，采用两个电磁铁12对极式放置，加工时打开电源，可获得垂直穿过薄壁零件13的较大磁场。弹性软膜9作为夹持块3的夹持面，可柔性贴合零件13腹板的表面，弹性软膜9后的型腔10用来储存磁流变液11，在施加磁场后，磁流变液11在该磁场作用下沿磁场方向励磁固化成链，挤压零件13的腹板。
8.为减小电磁铁产生磁场强度的损失，使磁流变液获得更强的磁场，设计底板1和滑台4作为磁轭，使用相对磁导率较高的q235钢，其磁阻较小，磁感线通过磁轭形成回路，磁漏较少。电磁铁12铁芯采用电工纯铁dt4c，其电磁性能好，磁性稳定又无磁时效；定位块2、夹持块3采用q235钢，有利于磁场水平穿透。
9.一种航空长桁件模块化装置装夹方法，其特征是，该方法采用模块化的装夹校形装置进行装夹，并根据实际需要对模块化装置进行组合，构建组合工装；采用位置可调节结构进行调整；采用磁流变液作为施力介质，可与工件紧密贴合，增加了装夹刚度，有效的减少了零件加工中的震颤；具体的装夹过程为：
10.首先将多组模块化的装夹校形装置放在机床工作台上，阵列式排布安装，各组装置通过螺栓与工作台固定；根据待加工零件的种类型号，通过手轮8转动各模块化装置丝杠7，带动夹持块3沿导轨5移动调整至适当的位置，以确保零件安装时，弹性软膜9可随形紧密贴合在零件13的腹板上；然后，根据零件加工所需夹持力，设置初始电流大小，以保证磁流变液在电磁铁提供的横向磁场的励磁固化作用下，能提供足够的挤压力夹持零件的腹板，稳定装夹零件；零件装夹的具体步骤如下：
11.步骤一准备工作完毕后，将零件13从组合工装的一端放入，使零件13待加工翼缘内表面和一侧腹板紧贴在定位块4上，弹性软膜9随形紧密贴合在零件13的另一侧腹板；
12.步骤二开启电磁铁的电源开关，定位块2和夹持块3内对极式安装的电磁铁12产生横向磁场，使型腔10中的磁流变液11在磁场的励磁固化作用下挤压零件，从而达到零件夹紧的目的；
13.步骤三待各模块夹紧零件后，打表测量零件的整体直线度，对零件局部直线度不达标的位置，相应的增大该区域对应的夹紧模块的电流，以增加夹持块3对零件13的夹持力，来校正该区域内零件13的变形，待打表测量得到工件的整体直线度满足装夹要求后，则装夹完成；
14.步骤四装夹完成后，开始对零件13加工；加工完成后，关闭电磁铁12的电源，电磁铁产生的横向磁场消失，使磁流变液11恢复液态，撤去夹持力，从组合工装的端部取下零件。
15.本发明的有益效果是模块化的工装和位置可调节的设计，增加了夹具工装的通用性，可适应不同型号零件在加工制造中的装夹需求。采用磁流变液作为施力介质，可与零件紧密贴合，增加了装夹刚度，有效的减少了零件加工中的震颤。通过调整电流大小，改变磁场强度，进而可对夹紧力进行调整，实现了装夹自动化与夹持力可控，解决了人工装夹存在的劳动强度高、生产辅助时间长和零件损伤的问题。以电作为驱动，没有对其他动力源的需求，增加了该装夹模块对应用环境的适应性，提升了零件的加工效率和质量。
附图说明
16.图1—模块化装夹校形装置结构示意图。其中，1—底板，2—定位块，3—夹持块，4—滑台，5—导轨，6—丝杠座，7—丝杠，8—手轮。
17.图2—模块化装夹校形装置内部结构图。其中，2—定位块，3—夹持块，9—弹性软膜，10—型腔，11—磁流变液，12—电磁铁，13—零件。
18.图3—加工零件组合工装示意图。i—1号模块，ii—2号模块，iii—3号模块，iv—4号模块，13—零件。
具体实施方式
19.结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式。
20.本实施例中的羰基铁粉磁流变液由40％体积分数羰基铁粉与60％体积分数硅油制成，密度3.55g/ml。待加工的航空长桁件为铝镁合金材料，腹板厚度约为1mm、长度尺寸为1200mm。首先将4组模块化装夹校形装置1号模块i、2号模块ii、3号模块iii、4号模块iv放在机床工作台上，阵列式排布安装组成加工零件的工装，如图3所示。各模块通过螺栓与机床工作台连接固定。
21.底板1、定位块2、夹持块3和滑台4采用q235钢。电磁铁12铁芯采用电工纯铁dt4c。
22.本发明设计的模块化装夹校形装置由底板1、定位块2、夹持块3、滑台4、导轨5、丝杠座6、丝杠7、手轮8、弹性软膜9、型腔10、11磁流变液、电磁铁12组成，见图1和图2。在底板1四角区域设置螺栓孔通过螺栓与机床工作台连接固定。定位块2通过螺栓固定在底板1上，装夹时与航空长桁件的腹板与待加工零件翼缘内表面贴合，对零件进行定位。夹持块3安装在滑台4上与定位块2相对，对零件腹板的另一侧施加夹持力，夹紧零件。滑台4与导轨5组成直线运动副，对夹持块3进行调整限位。丝杠座6固定在底板1上，丝杠7安装在丝杠座6中，手轮8与丝杠7的一端固定连接。根据所夹持的零件的腹板不同厚度，通过转动手轮8旋转丝杠7对夹持块3位置进行调整，以确保零件上件时，弹性软膜9可随形紧密贴合在零件的腹板上。
23.定位块2和夹持块3内部均安装有电磁铁12，采用两个电磁铁12对极式放置，加工时打开电源，可获得垂直穿过薄壁零件13的较大磁场。弹性软膜9作为夹持块3的夹持面，可柔性贴合零件13腹板的表面，弹性软膜9后的型腔10用来储存磁流变液11，在施加磁场后，磁流变液11在该磁场作用下沿磁场方向励磁固化成链，挤压零件13的腹板。
24.装夹校形方法具体步骤如下：
25.步骤一、将零件从组合工装的一端放入，使零件待加工翼缘内表面和一侧腹板紧贴在定位块4上，弹性软膜9随形紧密贴合在零件的另一侧腹板。
26.步骤二、开启电磁铁的电源开关，夹紧零件13。
27.步骤三、打表测量工件的整体直线度，若直线度满足要求，进入步骤五；若局部直线度未达到要求，进入步骤四。
28.步骤四、相应的增大该区域对应的夹紧模块的电流，以增加夹持块3对零件13的夹持力，来校正零件的局部变形，进入步骤三。
29.步骤五、装夹校形完成后，零件开始加工。
30.步骤六、加工完成后，关闭电磁铁的电源，从组合工装的端部取下零件。
31.本发明的一种航空长桁件模块化装夹校形装置与装夹方法实现了航空长桁件的自动装夹和校形，提升了零件的加工效率和质量。

技术特征：
1.一种航空长桁件模块化装夹校形装置，其特征是，该装置由底板(1)、定位块(2)、夹持块(3)、滑台(4)、导轨(5)、丝杠座(6)、丝杠(7)、手轮(8)、弹性软膜(9)、型腔(10)、磁流变液(11)和电磁铁(12)组成；底板(1)在四角区域设置螺栓孔与机床工作台连接固定；定位块(2)通过螺栓固定在底板(1)上，装夹时与航空长桁件的腹板与待加工翼缘内表面贴合，对零件(13)进行定位；夹持块(3)安装在滑台(4)上与定位块(2)相对，对零件(13)腹板的另一侧施加夹持力夹紧零件(13)；导轨(5)安装在底板(1)上，滑台(4)与导轨(5)组成直线运动副，对夹持块(3)进行限位；丝杠座(6)固定在底板(1)上，丝杠(7)安装在丝杠座(6)中，手轮(8)与丝杠(7)的一端固定连接；根据所夹持的零件的腹板不同厚度，通过转动手轮(8)旋转丝杠(7)对夹持块(3)的位置进行调整；定位块(2)和夹持块(3)内部均安装有电磁铁(12)，采用两个电磁铁(12)对极式放置；加工时打开电源，可获得垂直穿过薄壁零件(12)的较大磁场；弹性软膜(9)作为夹持块(3)的夹持面，可柔性贴合零件(13)腹板的表面，弹性软膜(9)后的型腔(10)用来储存磁流变液(11)，在施加磁场后，磁流变液(11)在该磁场作用下沿磁场方向励磁固化成链，挤压零件(13)的腹板；为减小电磁铁产生磁场强度的损失，使磁流变液获得更强的磁场，设计底板(1)和滑台(4)作为磁轭，使用相对磁导率较高的q235钢，其磁阻较小，磁感线通过磁轭形成回路，磁漏较少；电磁铁(12)铁芯采用电工纯铁dt4c，其电磁性能好，磁性稳定又无磁时效；定位块(2)、夹持块(3)采用q235钢，有利于磁场水平穿透。2.一种航空长桁件模块化装夹方法，其特征是，该方法采用模块化的装夹校形装置进行装夹，并根据实际需要对模块化装置进行组合，构建组合工装；采用位置可调节结构进行调整；采用磁流变液作为施力介质，可与工件紧密贴合，增加了装夹刚度，有效的减少了零件加工中的震颤；具体的装夹过程为：首先将多组装夹校形装置在机床工作台上阵列式排布安装，通过螺栓与工作台固定；根据待加工零件的种类型号，通过转动各组装置手轮(8)旋转丝杠(7)带动夹持块(3)沿导轨(5)移动调整至适当的位置；以确保零件上件时，弹性软膜(9)可随形紧密贴合在零件(13)的腹板上；再根据零件加工所需夹持力，设置初始电流大小，以保证磁流变液(11)在电磁铁提供的横向磁场的励磁固化作用下，能提供足够的挤压力夹持零件的腹板，稳定装夹零件；零件装夹的具体步骤如下：步骤一准备工作完毕后，将零件(13)从组合工装的一端放入，使零件待加工翼缘内表面和一侧腹板紧贴在定位块(4)上，弹性软膜(9)随形紧密贴合在零件(13)的另一侧腹板；步骤二开启电磁铁的电源开关，定位块(2)和夹持块(3)内对极式安装的电磁铁产生横向磁场，使型腔(10)中的磁流变液(11)在磁场的励磁固化作用下挤压零件，从而达到夹紧零件的目的；步骤三待各模块夹紧零件后，打表测量零件的整体直线度来反映零件整体变形情况，对零件局部直线度不达标的位置，相应的增大该区域对应的夹紧模块的电流，以增加夹持块(3)对零件的夹持力，来校正该区域内零件的变形，待打表测量得到工件的整体直线度满足装夹要求后，则装夹完成；步骤四装夹完成后，开始对零件(13)加工；加工完成后，关闭电磁铁的电源，电磁铁产生的横向磁场消失，使磁流变液恢复液态，撤去夹持力，从组合工装的端部取下零件。
技术总结
本发明一种航空长桁件模块化装夹校形装置与装夹方法属于装夹技术领域，涉及一种航空长桁件模块化装夹校形装置与装夹方法，实现航空长桁件的自动装夹校形。该装置由底板、定位块、夹持块、滑台、导轨、丝杠座、丝杠、手轮、弹性软膜、型腔、磁流变液、电磁铁组成。该方法采用模块化的装夹校形装置进行装夹，并根据实际需要对模块化装置进行组合，构建组合工装。采用位置可调节结构进行调整；采用磁流变液作为施力介质，可与工件紧密贴合，增加了装夹刚度，有效的减少了零件加工中的震颤。本发明模块化的工装和可调节的设计，增加了夹具工装的通用性，可适应不同型号零件在加工制造中的装夹需求，实现了航空长桁件的自动装夹和校形。实现了航空长桁件的自动装夹和校形。实现了航空长桁件的自动装夹和校形。


技术研发人员：刘海波 兰天 李特 罗琪 薄其乐 王永青 郭东明
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021/6/29