专利名称：空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种定位夹紧装置，尤其涉及一种空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置，可广泛应用于汽车车身大型覆盖件的定位与夹紧，如在滚压包边，钻孔铣削，冲材磨削，焊接装配，线切割，测绘划线等机械制造领域。
背景技术：
随着产品结构的轻量化以及外形美观的发展趋势，越来越多的复杂空间三维型面薄壁件在生产中出现，该类零件的定位与夹紧普遍认为是一个难点。这是因为，一方面要求夹具定位面可以与零件复杂曲面紧密贴合，实现准确定位，另一方面要求夹具的既可以提供可靠的夹紧力，而又不可以导致零件的变形过大，或甚至损伤到零件的表面。
根据零件的结构特点，为减小零件变形对加工质量的影响，目前最常用的方法是采用专用夹具或模具来进行定位与夹紧，以有效地保证曲面薄壁件的加工质量，这类夹具常具有与零件表面相同或相近的型面，以用于零件的准确定位，夹具的夹紧部件多采用局部面定位，若有过定位或干涉，很容易引起零件变形。有一些专用夹具或模具只能应用在特定的一些或某一个工艺环节，由此，某些产品就需要配有一组专用的夹具或模具。而专用夹具或模具的制造成本很高，并且最致命的问题是一种夹具只能适用于某一类零件或特定的加工工艺。当零件的表面特征或外形尺寸发生变化时，很可能使原有夹具无法使用，需要重新设计开发专用夹具或模具。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置，能够灵活适应多种零部件的加工要求，降低产品的制造成本和缩短生产加工周期。
为实现这样的目的，本发明的空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置由上下两套对称布置的夹具体组成，两个“井”字形架体通过长脚螺杆连接，架体四边配装支撑可调螺杆，中心旋入带球头螺母及螺杆手柄的螺杆，架体中部网状结构上均匀布置四行六列弹簧套筒，两个架体内侧平行布有两个挡板，挡板四周设支撑可调螺杆，四角位置有带锁紧螺母及蝶形手柄的折架式定位销，挡板上四行六列的支脚与弹簧套筒对应相连，挡板上固定四个带锁紧机构的锁紧拉板。通过可调整螺杆与折架式定位销对工件预定位，通过带伸缩弹簧的支脚实现多点接触定位，通过旋紧偏置手柄轮，锁紧拉板，旋动手柄将档板连带所有支脚均匀压向工件，实现型面的多点夹紧。
本发明的具体结构为装置最上端与最下端是两个“井”字形的架体，在“井”字形的八个端点处开有通孔，采用带手柄的长脚螺杆与螺母，贯穿通孔固定连接上下两个架体。在上下“井”字架体四条边的中部都开有螺纹口，配装四个带尺寸刻度的支撑可调螺杆，支撑可调螺杆外端有调节手柄，在上套夹具体中，四个支撑可调螺杆还分别套有弹簧。在“井”字形架体的中心分别开有螺纹孔，旋入带球头螺母及手柄的螺杆，螺杆的另一端配有螺母。在两个“井”字形架体的中部方形区域，搭接两横四竖的板条形成网状结构，其上均匀布置四行六列的螺纹不通孔，配装带底脚螺纹、内置弹簧的弹簧套筒。
上下端“井”字形架体的内侧布有两个挡板与架体相平行，挡板与架体由螺杆及螺母连接。挡板的四周边界中部各开有一个通孔，四个支撑可调螺杆穿过其中。在挡板的四个角的位置也都开有一个螺纹通孔，带有锁紧螺母及蝶形手柄的折架式定位销均可配装其中。在两个挡板上均匀开有四行六列的通孔，与架体上四行六列的螺纹不通孔对应，从通孔中穿过脚部带有橡胶类软垫的支脚，支脚的上端与弹簧套筒相连。在挡板上列放四个锁紧拉板，锁紧拉板的两端分别用“П”形压块及螺钉固定。锁紧拉板上有六个孔分别与挡板的四行六列的螺纹不通孔及支脚相对应。四个锁紧拉板的一端均布有带手柄及偏置圆盘的锁紧机构。
本发明所述锁紧拉板的孔为单侧直纹细齿面型槽，由半圆柱面以及与之相切方槽孔构成，在方槽孔与半圆柱面相对的面上，沿圆柱面轴向开有直纹细齿；所述支脚的圆柱面上沿轴向有一段切成平面，在该平面上开有直纹细齿，其齿型位置与锁紧拉板孔的齿型位置错开一个齿，从而可以啮合锁紧。
本发明的工作状态，按上下两套部件可分为两个步骤1、调整下套部件中四个带有调节手柄的支撑可调螺杆，按照螺杆上标有的刻度，可以准确升降到适当位置，然后将薄壁工件搭放在四个螺杆的上端，使得在竖直方向上，零件可以按所要求的高度定位。同时，调整工件在水平纵向与横向上的位置，以保证工件在装置的位置是确定的。可以在挡板配装两套折架式定位销，分别用来限定水平纵向与横向上的位置，将工件上水平纵向与横向两个方向上的边分别紧贴定位销，从而确定工件在装置中的位置。下挡板的四周位置均开有配装定位销的螺纹孔，不仅便于定位销的位置调换，当遇到工件边界形状复杂时，可以根据需要配置三套以上折架式定位销组合定位。
下套部件中多个带有弹簧套筒的支脚，通过自身的伸缩特性，支脚底部橡胶与薄壁零件的下方型面实现多点接触定位。接着，依次旋紧带偏置轮的手柄，使得穿插所有支脚的拉板与挡板产生相对移动，这时拉板上对应孔处的直纹细齿面与支脚上的直纹细齿面紧密啮合，实现同时锁死穿插在同一拉板上的所有支脚。最后，通过调整下套部件中四个带有调节手柄的支撑可调螺杆，使其上端脱离工件，以避免过定位。
2、根据零件具体型面的形状，在上套部件中，多个带有弹簧套筒的支脚在弹簧的作用下，可以自动伸缩，其底部橡胶与零件的上方型面实现多点贴合定位。接着，旋紧带偏置轮的拉板手柄，使得穿插所有支脚的锁紧拉板与挡板产生相对移动，这时锁紧拉板上对应孔处的直纹细齿面与支脚上的直纹细齿面紧密啮合。
最后，旋动手柄，通过球形螺母转动螺纹杆，以增加上档板与上支架之间距离，利用四个弹簧的张力，将档板连带所有支脚均匀压向工件，从而实现型面多点加紧。
加工同一规格的一批带有复杂型面的薄壁零件时，对于第一个零件在装置中的多点定位与夹紧，需按照加工的位置要求，对上下套夹具进行一系列调整。当再次定位夹紧同一规格其他零件时，无需重新调整下套夹具，只需操作上套夹具，操作简易灵活。
与传统的专用夹具或模具相比较，本发明最大的优势在于当薄壁工件的空间型面有变化时，装置无需作很大的变动，几乎是自动完成对型面的调整，具有很大的柔性；通过多支点的定位与夹紧，可以保证薄壁工件的变形量很小，同时实现精确的刚性定位。本发明装置具有操作简便，通用性好，工艺柔性好的特点，对形状各异的薄壁工件具有更大的灵活性，避免了多次装夹引入的设置误差，缩短加工时间，从而提高加工质量，很好地满足薄壁零件在生产中的工艺需求。
本发明适用于滚压包边，钻孔铣削，冲材磨削，焊接装配，线切割，测绘划线等机械制造领域。
图1本发明结构示意图。
图1中，1为手柄、2为长脚螺杆、3为弹簧套筒、4为支脚、5为软垫、6为带球头螺母、7为螺杆手柄、8为螺杆、9为弹簧、10为“井”字形的架体、11为工件、12为锁紧拉板、13为挡板、14为螺钉、15为“П”形压块、16为偏置圆盘、17为拉板手柄、18为紧固螺母、19为调节手柄、20为支撑可调螺杆、21为螺杆螺母、22为蝶形手柄、23为折架式定位销、24为锁紧螺母、25为套筒弹簧。
图2为图1中A-A投影示意图。
图2中，2为长脚螺杆、3为弹簧套筒、8为螺杆、9为弹簧、10为架体、20为支撑可调螺杆、25为套筒弹簧。
图3图1中B-B投影示意图。
图3中，12为锁紧拉板、13为挡板、14为螺钉、15为“П”形压块、16为偏置圆盘、17为拉板手柄、20为支撑可调螺杆、22为蝶形手柄、23为折架式定位销。
图4为图1中I-I局部放大示意图。
图4中，4为支脚、12为锁紧拉板。
图5为本发明整体结构三维效果视图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明由上下两套对称布置的夹具体组成，最上端与最下端是两个“井”字形的架体10，在“井”字形的八个端点处开有通孔，带手柄1的长脚螺杆2贯穿连接上下两个架体10，并用紧固螺母18固定。在上下“井”字架体10四条边的中部都开有螺纹口，配装四个带尺寸刻度的支撑可调螺杆20，支撑可调螺杆20外端有调节手柄19。在上套夹具体中，四个支撑可调螺杆20还分别套有弹簧9。在“井”字形架体10的中心分别开有螺纹孔旋入螺杆8，螺杆8的一端连接带球头螺母6及螺杆手柄7，另一端配有螺杆螺母21。在两个“井”字形架体10上分别均匀开有四行六列的螺纹不通孔，配装带底脚螺纹、内置弹簧25的弹簧套筒3。
上下端“井”字形架体10的内侧布有两个挡板13与架体10相平行，挡板13与架体10用螺杆8及螺杆螺母21连接。挡板13的四周边界中部各开有一个通孔，四个支撑可调螺杆20穿过其中；在挡板13四个角的位置也都开有一个螺纹通孔，带有锁紧螺母24及蝶形手柄22的折架式定位销23均可配装其中，图1选用的是下端挡板左侧的螺纹孔。在两个挡板13上均匀开有四行六列的通孔，与架体10上四行六列的螺纹不通孔对应，从通孔中穿过脚部带有橡胶类软垫5的支脚4，支脚4的上端与弹簧套筒3相连。在挡板13上列放四个锁紧拉板12，并分别用两个“П”形压块15及螺钉14将锁紧拉板12的两端固定。锁紧拉板12上六个单侧直纹细齿面型槽分别与挡板13的四行六列的螺纹不通孔及支脚4相对应。四个锁紧拉板12的一端均布有带拉板手柄17及偏置圆盘16的锁紧机构。
在装置的中间放有一个具有复杂型面的薄壁工件11作为事例参照。
图2所示为图1中A-A投影示意图，在“井”字架体10的中部方形区域，搭接两横四竖的板条形成网状结构，其上均匀布置四行六列的螺纹不通孔，配装内置弹簧25的弹簧套筒3。架体10的八个端点处开有通孔，贯穿长脚螺杆2；而在“井”字形的中心螺纹孔处，可以旋入螺杆8。“井”字架体10框架四条边的中点处开有螺纹孔，配装套有弹簧的支撑可调螺杆20。
图3所示为图1中B-B投影示意图，四个锁紧拉板12的两端分别有一个“П”形压块15及螺钉14固定在挡板13上，每个锁紧拉板12上有六个单侧直纹细齿面型槽，分别与挡板13的四行六列的螺纹不通孔及支脚4相对应。锁紧拉板12的右端均布有带拉板手柄17及偏置圆盘16的锁紧机构。挡板13的四个周边界中央各开有一个通孔，四个支撑可调螺杆20穿过其中；挡板13在四个角的位置开有螺纹孔，带有蝶形手柄22的折架式定位销23均可配装其中，通过旋紧锁紧螺钉24以固定折架式定位销23的位置。图3选用的是挡板左上侧的螺纹孔。
图4为图1中I-I局部放大投影示意图。如图4所示，锁紧拉板12的孔为单侧直纹细齿面型槽，采用半圆柱面以及与之相切方槽孔，在方槽孔与半圆柱面相对的面上，沿圆柱面轴向，开有直纹细齿。支脚4的圆柱面上沿轴向有一段切成平面，在该平面上开有直纹细齿，其齿型位置与拉板12孔的齿型位置刚好错开一个齿，从而可以啮合锁紧。
采用3D软件可建立本发明三维造型，图5所示的三维效果视图，可清楚的描述出本发明装置的整体结构。
本发明的工作状态，按上下两套部件可分为两个步骤1、调整下套部件中四个带有调节手柄的支撑可调螺杆20，按照螺杆上标有的刻度，可以准确升降到适当位置，然后将薄壁工件搭放在四个螺杆的上端，使得在竖直方向上，零件可以按所要求的高度定位。同时，调整工件在水平纵向与横向上的位置，以保证工件在工艺系统的位置是确定的。如果条件允许，可以在工件上开有工艺孔，则将工艺孔与带有蝶形手柄22的折架式定位销23，旋入工艺孔对齐，然后旋紧锁紧螺母24以固定折架式定位销23位置；否则可以在挡板配装两套折架式定位销23，分别用来限定水平纵向与横向上的位置，将工件上水平纵向与横向两个方向上的边分别紧贴定位销，从而确定工件在工艺系统中的位置。这里在下挡板13上的四周位置均开有配定位销螺纹孔，不仅仅是为了便于折架式定位销23的位置调换，当遇到工件边界形状复杂，只限定两个方向上的边还无法实现工件位置的确定，这时可能需要三套以上折架式定位销23来进行组合定位。
下套部件中多个带有弹簧套筒3的支脚4，在套筒弹簧25的作用下，支脚底部橡胶软垫5与工件11的下方型面实现多点接触定位。接着，旋紧带偏置圆盘16的拉板手柄17，使得穿插所有支脚4的锁紧拉板12与挡板13产生相对移动，这时锁紧拉板12上对应孔处的直纹细齿面与支脚4上的直纹细齿面紧密啮合。
调整下套部件中四个带有调节手柄的支撑可调螺杆20，使得螺杆的上端脱离工件，以避免过定位。
2、根据零件具体型面的形状，在上套部件中，多个带有弹簧套筒3的支脚4，在套筒弹簧25的作用下，支脚底部橡胶软垫5与工件11的上方型面实现多点接触定位。接着，旋紧带偏置圆盘16的拉板手柄17，使得穿插所有支脚4的锁紧拉板12与挡板13产生相对移动，这时锁紧拉板12上对应孔处的直纹细齿面与支脚4上的直纹细齿面紧密啮合。
最后，旋动螺杆手柄7，通过带球头螺母6转动螺杆8，以增加上档板13与上支架10之间距离，利用四个弹簧9的张力，将档板13连带所有支脚4均匀压向工件11，从而实现型面多点加紧。
整个装置由上下两套夹具体构成，通过长脚螺杆2和紧固螺母18，将两者连接，并可以产生内部夹紧力。
加工同一规格的一批带有复杂型面的薄壁零件时，对于第一个零件在装置中的多点定位与夹紧，需按照加工的位置要求，对上下套夹具进行一系列调整。当再次定位夹紧同一规格其他零件时，无需重新调整下套夹具，只需操作上套夹具，可见操作简易灵活。
需要指出的是根据实际加工的具体情况，如零件型面的曲率，外形轮廓的尺寸，零件的厚度，加工作用力的大小等因素，可以考虑多加支脚4，或加大套筒弹簧25的张力，或加大井字架的尺寸以放大长脚螺杆2的间距尺寸。
权利要求
1.一种空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置，由上下两套对称布置的夹具体组成，其特征在于装置上端及下端为两个“井”字形的架体(10)，架体(10)的八个端点处开有通孔，带手柄(1)的长脚螺杆(2)贯穿通孔固定连接上下两个架体(10)，每个架体(10)四条边的中部配装四个外端有调节手柄(19)的支撑可调螺杆(20)，上套夹具体中的四个支撑可调螺杆(20)还分别套有弹簧(9)，架体(10)的中心开有螺纹孔旋入螺杆(8)，螺杆(8)一端连接带球头螺母(6)及螺杆手柄(7)，另一端配有螺杆螺母(21)，架体(10)的中部方形区域，搭接两横四竖的板条形成网状结构，其上均匀布置四行六列的螺纹不通孔，配装内置弹簧(25)的弹簧套筒(3)，上下两个架体(10)的内侧平行布有两个挡板(13)，挡板(13)与架体(10)用螺杆(8)及螺杆螺母(21)连接，挡板(13)的四周边界中部各开有一个通孔，四个支撑可调螺杆(20)穿过其中，挡板(13)的四个角均开有螺纹通孔，带有锁紧螺母(24)及蝶形手柄(22)的折架式定位销(23)配装其中；挡板(13)上均匀开有四行六列的通孔与架体(10)上四行六列的螺纹不通孔对应，从通孔中穿过脚部带有软垫(5)的支脚(4)，支脚(4)的上端与弹簧套筒(3)相连，在挡板(13)上列放四个锁紧拉板(12)，锁紧拉板(12)的两端用“∏”形压块(15)及螺钉(14)固定，锁紧拉板(12)上的六个孔分别与挡板(13)的四行六列的螺纹不通孔及支脚(4)相对应，锁紧拉板(12)的一端布有带拉板手柄(17)及偏置圆盘(16)的锁紧机构。
2.根据权利要求1的空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置，其特征在于所述锁紧拉板(12)的孔为单侧直纹细齿面型槽，由半圆柱面以及与之相切方槽孔构成，在方槽孔与半圆柱面相对的面上，沿圆柱面轴向开有直纹细齿；所述支脚(4)的圆柱面上沿轴向有一段切成平面，在该平面上开有直纹细齿，其齿型位置与锁紧拉板(12)孔的齿型位置错开一个齿，从而可以啮合锁紧。
3.根据权利要求1的空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置，其特征在于所述支撑可调螺杆(20)带尺寸刻度。
全文摘要
一种空间三维型面薄壁件多点定位夹紧的柔性装置，两个“井”字形架体通过长脚螺杆连接，架体四边配装支撑可调螺杆，中心旋入带球头螺母及螺杆手柄的螺杆，架体中部网状结构上均匀布置四行六列弹簧套筒，两个架体内侧平行布有两个挡板，挡板四周设支撑可调螺杆，四角有带锁紧螺母及蝶形手柄的折架式定位销，挡板上四行六列的支脚与弹簧套筒对应相连，挡板上固定四个带锁紧机构的锁紧拉板。本发明通过可调整螺杆与折架式定位销对工件预定位，通过带伸缩弹簧的支脚实现多点接触定位，依次旋紧带偏置圆盘的拉板手柄，锁紧拉板，旋动手柄将档板连带所有支脚均匀压向工件，实现型面的多点夹紧。本发明适用于各种形状各异的薄壁工件，具有灵活方便的特点。
文档编号B25B11/00GK1695896SQ20051002621
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月26日 优先权日2005年5月26日
发明者林忠钦, 李颖哲, 王皓, 刘素平, 来新民, 陈泳, 傅博深 申请人:上海交通大学