专利名称：一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统及其使用方法，它适用于铝合金、铝锂合金等金属材料薄板的铣削加工，属于机械加工技术领域。
背景技术：
为了满足安全、经济、舒适、环保的综合要求，新型商用飞机在机体材料和结构的选择上，一方面选用铝合金、铝锂合金等密度小、比强度高的轻质材料，另一方面大量采用多台阶薄壁结构，如机头、中后机身蒙皮等，通过对蒙皮壁板局部减薄，形成多台阶薄壁结构，可使蒙皮壁板重量减轻40%以上。
对于多台阶薄壁蒙皮壁板，传统上采用化学铣切的方法进行加工，即将金属材料要加工的部位暴露于化学介质中进行腐蚀，从而获得零件所需的形状和尺寸。但由于存在零件尺寸和厚度精度难以控制，零件疲劳性能降低，加工效率低，污染环境等问题，化学铣切正成为逐步被淘汰的落后工艺，机械铣削越来越受到重视。由于铝合金、铝锂合金多台阶薄壁蒙皮壁板质量轻，板厚小，属于弱刚性零件，在机械铣削加工过程中，极容易发生加工变形，从而影响加工精度和零件质量。其中，工件的装夹变形是首先要解决的问题，而传统的铣床夹具并不能很好地解决这个问题。本发明基于真空技术，利用真空泵对由平台、底座、管路、零件等形成的封闭系统进行抽气，从而在系统内部形成一个低于大气压力的气体状态，利用其与大气环境之间的压力差，将放置于平台上的薄板零件紧密、均匀的吸附。利用压板或其它方式，将吸附好的零件同整个真空吸附平台一起固定在铣床的工作台上，然后进行铣削。该真空吸附系统的利用，较好得解决了工件的装夹变形问题，改善了零件的加工精度，提高了加工质量。
发明内容
I、目的针对传统铣床夹具不能很好地解决薄板铣削加工中工件装夹变形的问题，本发明的目的是提供一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统及其使用方法，拟通过将薄板零件均匀地吸附固定在真空吸附平台上，较好地解决工件的装夹变形问题，从而改善零件的铣削加工精度，提高零件的加工质量。2、技术方案I)本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，包括真空平台、底座、橡胶密封条、管路、数显真空计、真空泵等部分。它们之间的位置连接关系是真空平台位于底座的上面，橡胶密封条放置于底座和真空平台上的密封槽中，管路由螺纹气嘴、四氟管、卡套、三通接头、螺纹连接头组成，它将底座、数显真空计、真空泵连接起来。所述真空平台是由一块厚铝板加工而成，材料牌号为6061-T6。真空平台整体形状为倒凹字形，便于与底座(凸字形)之间的安装定位。真空平台顶面是一系列纵横交叉的密封槽，槽与槽之间是一个个凸台，在每个凸台的四个角上分别是一个小凸台。这样设计的目的是为了保证真空平台的顶面与板料底面能有较多的接触面积，起到更好的支撑作用，减小零件的刚性变形。在若干凸台中间是一个气孔，气孔与密封槽之间是相通的，抽气时，板料与真空平台之间的气体从气孔流出。真空平台的四个角上分别是一个沉头螺纹孔，用于真空平台和底座之间的螺钉连接。所述底座是由一块厚铝板加工而成，材料牌号为6061-T6。底座整体形状为凸字形，便于与真空平台之间的安装定位。在凸台顶面靠近边缘处，是一圈密封槽，用于真空平台与底座之间的密封。凸台顶面是“几”字形的抽气槽，槽的位置与真空平台上气孔的位置相对，形成整个的气流通道。同时，“几”字形的设计一方面保证了底座的刚性，另一方面加强了对真空平台的支撑作用，提高了真空平台的刚性。在“几”字形槽的末端是一个螺纹抽气孔。底座的四个角上分别是一个螺纹孔，用于底座和真空平台之间的螺钉连接。所述橡胶密封条，主要用于真空平台与底座之间以及板料与真空平台之间的密封。对于真空平台与底座之间的密封，先把密封条放置于底座上的密封槽中，再将两部分安装起来。对于板料与真空平台之间的密封，根据板料的尺寸，确定板料的放置位置和密封区 域的大小，密封区域应略小于板料的尺寸，然后在相应的密封槽中放入密封条，将板料放在密封区域之上。工作时，密封条受到真空平台和板料的挤压，将被压入密封槽中，产生一定的压缩量，从而发挥密封作用。所述管路由螺纹气嘴、四氟管、卡套、三通接头、螺纹连接头组成，它们按序相互连接。真空系统的管路要求具有良好的密封性能，同时，由于管路的内部压力低于环境压力，管路还必须具有一定的刚性。本发明选择的四氟管为聚四氟乙烯材料制作，满足上述要求。三通接头是卡套式，通过四氟管分别连接螺纹气嘴、螺纹连接头、数显真空计的电阻规。螺纹气嘴由不锈钢材料加工而成，一端具有外螺纹结构，拧入底座上的螺纹抽气孔。螺纹连接头连接真空泵上的进气口。所述数显真空计型号为DL-4，电阻式，量程为IOPa-IOOkPa,额定电压220V。配套件有电阻规等。使用时，将电阻规的插头插入真空计上的插槽，另一端通过四氟管与三通接头连接。所述真空泵型号为TW-1A，旋片式，额定电压220V，抽气速率lL/s，极限压力10Pa。进气口为螺纹连接；配套电机与真空泵采用整体化设计，结构紧凑，轻巧合理；采用油气分离一体化设计，具有防返油、环保等优点。其中，密封槽的深度为2mm，宽度为4mm ;其中，橡胶密封条的直径为3mm。本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，其工作概况简介如下真空平台和底座用螺钉连接成一个整体，两者之间用橡胶密封条密封，形成一个封闭空间。管路、真空泵等组成抽气系统，对此封闭空间进行抽气，使其内部的压力低于大气压，利用此压力差将放置于真空平台上的板料紧密、均匀的吸附，再将吸附好的板料同固定它的真空平台、底座一起固定在铣床的工作台上，然后进行铣削加工。2)本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统的使用方法，该方法具体步骤如下步骤一清理底座的密封槽与“几”字形抽气槽，把橡胶密封条放入底座上的密封槽中，然后把真空平台放在底座上面，把四个角上的螺钉拧紧，将底座和真空平台两者连接起来；
步骤二 通过四氟管和卡套将螺纹气嘴、螺纹连接头、数显真空计的电阻规同三通接头连接起来，将螺纹气嘴拧入底座上的螺纹抽气孔，螺纹连接头与真空泵上的螺纹抽气口连接，电阻规的插头端插入真空计上的插槽；步骤三根据板料的尺寸，确定板料的合理固定位置和密封区域的大小，密封区域应略小于板料的尺寸，在相应的密封槽中放入橡胶密封条，将板料放在密封区域之上；步骤四打开数显真空计和真空泵的电源开关，用在板料上放置压块或手动的方式，对板料上表面施加一定的压力，使橡胶密封条发生一定的初始压缩变形，便于更快地抽气和密封；步骤五大约1、2分钟后，待数显真空计显示的系统压力值稳定后，撤掉压力。步骤六利用压板，将吸附好的板料同固定它的真空平台、底座一起，固定在铣床的工作台上，开始铣削加工；
步骤七加工完毕，关闭数显真空计和真空泵的电源，取下板料，卸下真空吸附系统。3、优点及功效本发明利用真空技术，通过将薄板零件均匀地吸附固定在真空平台上，较好地解决了工件的装夹变形问题，改善了零件的铣削加工精度，提高了零件的加工质量。
图I是本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统整体示意图；图2是本发明真空平台示意图；图3是本发明真空平台底面示意图；图4是本发明真空平台凸台局部示意图；图5是本发明底座不意图；图6是本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统使用方法的流程图。图中序号说明如下I、真空平台2、底座3、橡胶密封条4、数显真空计5、真空泵6、四氟管7、卡套8、三通接头9、螺纹连接头 10、沉头螺纹孔 11、电阻规12、螺纹气嘴13、凸台14、小凸台15、气孔16、螺纹抽气孔17、抽气槽18、密封槽
具体实施例方式I)见图1，本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，包括真空平台I、底座2、橡胶密封条3、管路、数显真空计4、真空泵5等部分。它们之间的位置连接关系是真空平台I位于底座2的上面，橡胶密封条3放置于底座2和真空平台I上的密封槽中，管路由螺纹气嘴12、四氟管6、卡套7、三通接头8、螺纹连接头9组成，将底座2、数显真空计4、真空泵5连接起来。
所述真空平台I是由一块厚铝板加工而成,如图2所示，材料为6061-T6。真空平台I整体形状为倒凹字形，便于与底座2 (凸字形)之间的安装定位。真空平台I底面示意图如图3所示。真空平台I顶面是一系列纵横交叉的密封槽，深度为2mm，宽度为4mm。槽与槽之间是一个个凸台13，在每个凸台13的四个角上分别是一个小凸台14，如图4所示。这样设计的目的是为了保证真空平台I的顶面与板料底面能有较多的接触面积，起到更好的支撑作用，减小零件的刚性变形。在若干凸台13中间是一个气孔15，气孔15与密封槽之间是相通的，抽气时，板料与真空平台I之间的气体从气孔15流出。真空平台I的四个角上分别是一个沉头螺纹孔10，用于真空平台I和底座2之间的螺钉连接。所述底座2是由一块厚铝板加工而成，如图5所示，材料为6061-T6。底座2整体形状为凸字形，便于与真空平台I之间的安装定位。在凸台13顶面靠近边缘处，是一圈密封槽18，深度为2mm，宽度为4_，用于真空平台I与底座2之间的密封。凸台13顶面是“几”字形的抽气槽17，槽的位置与真空平台I上气孔15的位置相对，形成整个气流通道。同时，“几”字形的设计一方面保证了底座2的刚性，另一方面加强了对真空平台I的支撑作用，提 高了真空平台I的刚性。在“几”字形的抽气槽17的一端是一个螺纹抽气孔16。底座2的四个角上分别是一个沉头螺纹孔10，用于底座2和真空平台I之间的螺钉连接。所述橡胶密封条3直径为3mm，主要用于真空平台I与底座2之间以及板料与真空平台I之间的密封。对于真空平台I与底座2之间的密封，先把密封条3放置于底座2上的密封槽18中，再将两部分安装起来。对于板料与真空平台I之间的密封，根据板料的尺寸，确定板料的放置位置和密封区域的大小，密封区域应略小于板料的尺寸，然后在相应的密封槽18中放入密封条3，将板料放在密封区域之上。工作时，密封条3受到真空平台I和板料的挤压，将被压入密封槽18中，产生一定的压缩量，从而发挥密封作用。所述管路由螺纹气嘴12、四氟管6、卡套7、三通接头8、螺纹连接头9组成。真空系统的管路要求具有良好的密封性能，同时，由于管路的内部压力低于环境压力，管路还必须具有一定的刚性。本发明选择的四氟管6为聚四氟乙烯材料制作，满足上述要求。三通接头8是卡套式，通过四氟管6分别连接螺纹气嘴12、螺纹连接头9、数显真空计4的电阻规11。螺纹气嘴12由不锈钢材料加工而成，一端具有外螺纹结构，拧入底座2上的螺纹抽气孔16。螺纹连接头9连接真空泵5上的进气口。所述数显真空计4型号为DL-4，电阻式，量程为10Pa_100kPa，额定电压220V。配件有电阻规11等。使用时，将电阻规11的插头插入真空计4上的插槽，另一端通过四氟管6与三通接头8连接。所述真空泵5型号为TW-1A，旋片式，额定电压220V，抽气速率lL/s，极限压力IOPa0进气口为螺纹连接；电机与泵采用整体化设计，结构紧凑，轻巧合理；采用油气分离一体化设计，具有防返油、环保等优点。本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，其工作概况简介如下真空平台I和底座2用螺钉连接成一个整体，两者之间用橡胶密封条3密封，形成一个封闭空间。管路、真空泵5等组成抽气系统，对此封闭空间进行抽气，使其内部的压力低于大气压，利用此压力差将放置于真空平台I上的板料紧密、均匀的吸附，再将吸附好的板料同固定它的真空平台I、底座2 —起固定在铣床的工作台上，然后进行铣削加工。2)见图6，本发明一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统的使用方法，该方法具体步骤如下步骤一清理底座2的密封槽18与“几”字形抽气槽17，把橡胶密封条3放入底座2上的密封槽18中，然后把真空平台I放在底座2上面，把四个角上的螺钉拧紧，将两者连接起来；步骤二 通过四氟管6和卡套7将螺纹气嘴12、螺纹连接头9、数显真空计4的电阻规11同三通接头8连接起来，将螺纹气嘴12拧入底座2上的螺纹抽气孔16，螺纹连接头9与真空泵5上的螺纹抽气口连接，电阻规11的插头端插入真空计4上的插槽；步骤三根据板料的尺寸，确定板料的合理固定位置和密封区域的大小，密封区域应略小于板料的尺寸，在相应的密封槽18中放入橡胶密封条3，将板料放在密封区域之上；
步骤四打开数显真空计4和真空泵5的电源开关，用在板料上放置压块或手动的方式，对板料上表面施加一定的压力，使橡胶密封条3发生一定的初始压缩变形，便于更快地抽气和密封； 步骤五大约1、2分钟后，待数显真空计4显示的系统压力值稳定后，撤掉压力。步骤六利用压板，将吸附好的板料同固定它的真空平台I、底座2 —起，固定在铣床的工作台上，开始铣削加工；步骤七加工完毕，关闭数显真空计4和真空泵5的电源，取下板料，卸下真空吸附系统。
权利要求
1.一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，其特征在于它包括真空平台、底座、橡胶密封条、管路、数显真空计、和真空泵；真空平台位于底座的上面，橡胶密封条放置于底座和真空平台上的密封槽中，管路由螺纹气嘴、四氟管、卡套、三通接头、螺纹连接头组成，它将底座、数显真空计、真空泵连接起来； 所述真空平台是由一块牌号为6061-T6厚铝板加工而成，真空平台整体形状为倒凹字形，便于与凸字形底座之间的安装定位；真空平台顶面是复数个纵横交叉的密封槽，槽与槽之间是一个个凸台，在每个凸台的四个角上分别是一个小凸台；这样设计的目的是为了保证真空平台的顶面与板料底面能有较多的接触面积，起到更好的支撑作用，减小零件的刚性变形；在复数个凸台中间是一个气孔，气孔与密封槽之间是相通的，抽气时，板料与真空平台之间的气体从气孔流出；真空平台的四个角上分别设有一个沉头螺纹孔，用于真空平台和底座之间的螺钉连接； 所述底座是由一块牌号为6061-T6厚铝板加工而成，底座整体形状为凸字形，便于与真空平台之间的安装定位；在凸台顶面靠近边缘处，是一圈密封槽，用于真空平台与底座之间的密封；凸台顶面是“几”字形的抽气槽，槽的位置与真空平台上气孔的位置相对，形成整个的气流通道；同时，“几”字形的设计一方面保证了底座的刚性，另一方面加强了对真空平台的支撑作用，提高了真空平台的刚性；在“几”字形槽的末端是一个螺纹抽气孔，底座的四个角上分别是一个螺纹孔，用于底座和真空平台之间的螺钉连接； 所述橡胶密封条用于真空平台与底座之间以及板料与真空平台之间的密封；对于真空平台与底座之间的密封，先把密封条放置于底座上的密封槽中，再将两部分安装起来，对于板料与真空平台之间的密封，根据板料的尺寸，确定板料的放置位置和密封区域的大小，密封区域应略小于板料的尺寸，然后在相应的密封槽中放入密封条，将板料放在密封区域之上；工作时，密封条受到真空平台和板料的挤压，将被压入密封槽中，产生一定的压缩量，从而发挥密封作用； 所述管路由螺纹气嘴、四氟管、卡套、三通接头、螺纹连接头组成，它们按序相互连接；真空系统的管路要求具有良好的密封性能，同时，由于管路的内部压力低于环境压力，管路还必须具有刚性；四氟管为聚四氟乙烯材料制作，满足上述要求；三通接头是卡套式，通过四氟管分别连接螺纹气嘴、螺纹连接头、数显真空计的电阻规；螺纹气嘴由不锈钢材料加工而成，一端具有外螺纹结构，拧入底座上的螺纹抽气孔，螺纹连接头连接真空泵上的进气Π ； 所述数显真空计型号为DL-4，电阻式，量程为IOPa-IOOkPa,额定电压220V，配套件有电阻规，使用时，将电阻规的插头插入真空计上的插槽，另一端通过四氟管与三通接头连接； 所述真空泵型号为TW-1A，旋片式，额定电压220V，抽气速率lL/s，极限压力lOPa，进气口为螺纹连接；配套电机与真空泵采用整体化和油气分离一体化设计。
2.一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统的使用方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一清理底座的密封槽与“几”字形抽气槽，把橡胶密封条放入底座上的密封槽中，然后把真空平台放在底座上面，把四个角上的螺钉拧紧，将底座和真空平台两者连接起来；步骤二 通过四氟管和卡套将螺纹气嘴、螺纹连接头、数显真空计的电阻规同三通接头连接起来，将螺纹气嘴拧入底座上的螺纹抽气孔，螺纹连接头与真空泵上的螺纹抽气口连接，电阻规的插头端插入真空计上的插槽； 步骤三根据板料的尺寸，确定板料的合理固定位置和密封区域的大小，密封区域应略小于板料的尺寸，在相应的密封槽中放入橡胶密封条，将板料放在密封区域之上； 步骤四打开数显真空计和真空泵的电源开关，用在板料上放置压块或手动的方式，对板料上表面施加一定的压力，使橡胶密封条发生一定的初始压缩变形，便于更快地抽气和密封； 步骤五大约1、2分钟后，待数显真空计显示的系统压力值稳定后，撤掉压力； 步骤六利用压板，将吸附好的板料同固定它的真空平台、底座一起，固定在铣床的工作台上，开始铣削加工； 步骤七加工完毕，关闭数显真空计和真空泵的电源，取下板料，卸下真空吸附系统。
3.根据权利要求I所述的一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，其特征在于该密封槽的深度为2mm，宽度为4mm。
4.根据权利要求I所述的一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，其特征在于该橡胶密封条的直径为3mm。
全文摘要
一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，它包括真空平台、底座、橡胶密封条、管路、数显真空计、和真空泵；真空平台位于底座的上面，橡胶密封条放置于底座和真空平台上的密封槽中，管路由螺纹气嘴、四氟管、卡套、三通接头、螺纹连接头组成，它将底座、数显真空计、真空泵连接起来；一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统的使用方法，该方法有七大步骤。本发明利用真空技术，通过将薄板零件均匀地吸附固定在真空平台上，较好地解决了工件的装夹变形问题，改善了零件的铣削加工精度，提高了零件的加工质量。它在机械加工技术领域里有较好的实用价值和广阔的应用前景。
文档编号B23C9/00GK102962700SQ20121049121
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者李小强, 张兴振, 李东升 申请人:北京航空航天大学