[發明專利]一種任意姿態鎖緊的自適應浮動裝夾方法及裝置

有效

• 申請號: 201910673723.0
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110421383B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 李迎光;劉長青;趙智偉;倪煬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23Q3/08
• 分類號: B23Q3/08
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種任意姿態鎖緊的自適應浮動裝夾方法及裝置，它利用滑塊機構在浮動狀態下能夠通過沿X、Y、Z軸方向自由移動，以及繞X、Y軸方向自由轉動實現根據零件變形自適應的調整，以充分釋放零件變形量。裝夾裝置浮動、鎖緊狀態的切換通過氣源實現，其任意姿態的調整無需借助電機等外部動力源。此外，該裝置能夠依靠機械結構實現任意姿態下的鎖緊，并且鎖緊力無須外部動力源提供。裝夾裝置浮動狀態下根據零件變形自適應調整裝夾位姿，然后通過機械鎖緊保證了裝夾裝備變形后零件的穩定鎖緊，以及零件后續加工中的穩定性。本發明具有成本低、效率高、可靠性好的優點，它能在無須借助電機的外部動力源及其余傳感器的情況下，根據零件變形自適應調整裝夾位姿。

技術領域

本發明涉及一種工裝夾具，尤其是一種用于加工過程中釋放零件變形并在任意姿態鎖緊的自適應浮動裝夾的工藝裝備，具體地說是一種任意姿態鎖緊的自適應浮動裝夾方法及裝置。

背景技術

對于飛行器、汽車等大型零件，由于其尺寸大、結構復雜且材料去除率高，零件加工后會產生較大的變形，甚至會造成零件的超差報廢，嚴重影響產品生產周期。

裝夾裝置在加工制造中起到定位、固定、增強工件剛度的作用，對于工件質量和加工效率有重要影響。

（1）固定裝夾方法與裝置

傳統裝夾方法及其裝置在加工過程中夾緊力大小、夾緊位置、定位器布局等保持不變，但是工件在加工過程中的剛度、應力分布均在發生變化，因此當加工操作完成后松開裝夾時，由于殘余應力釋放和重新平衡導致工件產生變形，嚴重影響工件的加工質量，傳統的裝夾方法及其裝置已難以適應于易變形零件的高精度加工需求。

（2）可調整的裝夾方法與裝置

為了增強零件的剛性、減小振動，控制零件的加工變形，部分發明研究在設計、改進裝夾裝置和裝夾方法方面做了很多工作。包括1）針對大型蒙皮類弱剛性零件的基于陣列式立柱的夾緊方法，該方法通過控制立柱伸縮構成不同弧型曲面適應零件的外形，利用真空吸附對工件進行夾緊。該方法能夠適應蒙皮類零件的數控加工，在加工前適應零件的外形進行夾緊，但難以實現加工過程中的變形自適應釋放，本質上仍屬于固定裝夾。2）在加工過程中可以調整夾緊力與改變裝夾位置的夾具，借助有限元仿真的工具，增強工件局部剛度，減小加工變形。3）基于有限元分析結果的夾緊力調整夾具，通過在線調整夾緊力達到控制工件加工變形的目的。

但以上裝夾方法與裝置的調整主要是基于加工前的分析進行事前調整或者在線調整，從而達到增強工件剛度或者減小工件變形的目的，但是由于大型結構件加工過程非常復雜，是一個強時變系統，工件自身的剛度隨著材料的去除持續變化，而且加工過程中有很多隨機因素事前難以準確預測，如材料內部殘余應力的變化，所以僅僅依靠以上裝夾方法與裝置和仍然難以滿足大型結構件加工變形控制的需求。

減少零件變形量，對于提高零件質量，延長零件使用壽命具有重要意義。已有的加工方法在本質上都屬于固定裝夾，只能進行局部加工變形監測或者控制，難以實現整體加工變形的監測和控制。

申請人曾提出了浮動裝夾自適應加工的方法及裝夾裝置，該方法通過監測零件的變形量及變形力，釋放零件變形，將零件變形量在加工過程中多次釋放及消除以達到減小零件最終變形的目的。但其從本質上仍然是一種固定裝夾，無法滿足使用要求。

發明內容

本發明的目的是針對現有的浮動裝夾大多仍屬于固定裝置，無法滿足自適應加工要求的問題，發明一種任意姿態鎖緊的自適應浮動裝夾方法，同時設計一種相應的浮動裝夾裝置，它具有成本低、效率高、可靠性好的優點，它能在無須借助電機的外部動力源及其余傳感器的情況下，根據零件變形自適應調整裝夾位姿。

本發明的技術方案之一是：