一种适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统的制作方法

本发明涉及大型弱刚性薄壁件的加工领域，尤其涉及一种适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统。

背景技术：

在现代化的航空工业中，由大型毛坯直接加工而成的大型整体航空结构件成为了飞机结构的重要组成部分。大型航空结构件有着提升机身强度和可靠性，减轻机体重量，减少零件数量和装配工作量等显著优点，但是因为其自身存在尺寸大、材料去除率高、刚度差等条件，导致了大型航空结构件加工变形难以控制。

航空结构件加工变形超差会影响后续零件装配和零件服役性能，甚至造成安全事故；因此在航空结构件加工完成后，都需要对其形位误差进行测试，并对变形轻微超差的零件进行校形。但目前校形工艺还并不成熟，需要耗费大量人力物力，且通过引入塑性变形的校正方法很容易引起零件宏观或微观的损伤，带来安全隐患，因此在加工过程中对加工变形进行控制非常重要，可以大大提高航空结构件的制造效率和质量。

为了解决切削加工中过程引起的工件变形，有经验的技术人员通过在在粗、精加工工序间，释放装夹，将零件静置，使其内应力充分释放，然后根据应力释放造成的变形状态调整装夹进行精加工。但在加工过程中，调节装夹这一步骤一般采用手工放置垫块的方法，对技术人员的操作技巧要求很高，既不利于控制精度，又不适用于工厂化的大规模生产。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统，使得大型壁板类薄壁件的粗加工、应力释放、精加工都能够在同一加工平台上进行，减少了工作量，提高了加工效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统，包括基座、多个调节模块和多个夹具模块，多个所述调节模块分别固定连接在所述基座上，多个所述夹具模块分别一一对应固定连接在多个所述调节模块上，多个所述夹具模块分别用于夹持所述薄壁件，其中：所述调节模块包括高度调节单元、压力传感单元和固定单元，所述压力传感单元连接在所述高度调节单元上，所述固定单元固定连接在所述压力传感单元上，所述高度调节单元用于调节所述压力传感单元和所述固定单元的高度以调节所述夹具模块的高度，所述压力传感单元用于检测所述薄壁件对所述夹具模块的压力，所述固定单元用于固定连接所述夹具模块。

优选地，所述高度调节单元包括第一底座、导杆、螺纹套筒、第一螺杆、轴承和滑块，所述导杆和所述螺纹套筒的下端分别固定连接在所述第一底座上，所述滑块套在所述导杆的上端以能够沿着所述导杆上下滑动，所述第一螺杆的下端通过螺纹连接在所述螺纹套筒上，所述轴承连接在所述第一螺杆的上端面和所述滑块的下端面之间以通过旋钮所述第一螺杆来调节所述滑块的高度，所述压力传感单元固定连接在所述滑块上。

优选地，所述第一螺杆上还设有手拧环，所述手拧环固定连接在所述第一螺杆的上端以通过手拧环来旋钮所述第一螺杆。

优选地，所述第一螺杆上还设有第一锁紧螺母，所述第一锁紧螺母连接在所述第一螺杆的杆身处以通过所述第一锁紧螺母固定手拧环的高度。

优选地，所述固定单元包括固定块和第二锁紧螺母，所述固定块下固定设置第二螺杆，所述固定块通过所述第二螺杆固定连接在所述压力传感单元上，所述第二锁紧螺母连接在所述第二螺杆的杆身处以通过所述第二锁紧螺母固定所述固定块的高度。

优选地，多个所述夹具模块中的至少一个为吸盘固定模块，所述吸盘固定模块的中心处设有支撑台以放置所述薄壁件，所述支撑台的四周设有凹槽，所述凹槽内设有真空接口以通过所述真空接口对所述凹槽内抽真空，在所述凹槽的外圈处设有密封圈。

优选地，多个所述夹具模块中的至少一个为螺栓固定模块，所述螺栓固定模块的中心处设有螺栓孔以通过螺栓固定连接所述薄壁件。

优选地，多个所述夹具模块中的至少一个为平口钳固定模块，所述平口钳固定模块包括第二底座、第一夹紧块单元和第二夹紧块单元，所述第一夹紧块单元包括第一移动座和第一夹紧块，所述第二夹紧块单元包括第二移动座和第二夹紧块，所述第一移动座和所述第二移动座分别可移动地连接在所述第二底座上，所述第一夹紧块固定连接在所述第一移动座的端部，所述第二夹紧块可移动地连接在所述第二移动座的端部，所述第一夹紧块与所述第二夹紧块相对设置以夹持所述薄壁件。

优选地，多个所述夹具模块中的至少一个为圆头固定模块，所述圆头固定模块包括第三底座、第一圆头螺栓单元和第二圆头螺栓单元，所述第一圆头螺栓单元包括第三移动座和第一圆头螺栓，所述第二圆头螺栓单元包括第四移动座和第二圆头螺栓，所述第三移动座和所述第四移动座分别可移动地连接在所述第三底座上，所述第一圆头螺栓连接在所述第三移动座上，所述第二圆头螺栓连接在所述第四移动座上，其中所述第一圆头螺栓和所述第二圆头螺栓的圆头端部相对设置以夹持所述薄壁件。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统满足精度高、能够实现无应力装夹、在工序之间能够释放变形、零部件标准化的要求，能够有效地控制加工变形；而且该夹具系统适用于加工过程中的粗加工环节、应力释放环节、精加工环节等全过程，在粗加工环节，起到定位和无应力装夹的作用，在应力释放环节，可以通过压力传感单元来相应调节高度调节单元的高度，起到应力释放的作用，在精加工环节，又可起到定位和无应力装夹的作用，将现有的分散的大型壁板类薄壁件的粗加工、应力释放、精加工过程统一成可以在不改变工装的前提下，都能够在同一加工平台上进行，减少了工作量，提高了加工效率。

在进一步的方案中，该夹具系统还配套了多种类型的夹具模块，可以适用于多种类型零件的装夹和固定。

附图说明

图1是采用本发明优选实施例的适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统对待加工的薄壁件进行夹持的示意图；

图2是图1中的夹具系统中的调节模块的结构示意图；

图3是图1中的吸盘固定模块的结构示意图；

图4是图1中的螺栓固定模块的结构示意图；

图5是图1中的平口钳固定模块的结构示意图；

图6是图1中的圆头固定模块的结构示意图；

图7是图1中的待加工的薄壁件的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，是采用本发明优选实施例的适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统对待加工的薄壁件进行夹持的示意图，其中该夹具系统包括基座70、多个调节模块80和多个夹具模块90，多个调节模块80分别固定连接在基座70上，多个夹具模块90分别一一对应固定连接在多个调节模块80上，多个夹具模块90分别用于夹持薄壁件60，其中：调节模块80包括高度调节单元、压力传感单元和固定单元，压力传感单元连接在高度调节单元上，固定单元固定连接在压力传感单元上，高度调节单元用于调节压力传感器和固定单元的高度以调节夹具模块90的高度，压力传感单元用于检测薄壁件60对夹具模块90的压力，固定单元用于固定连接夹具模块90。多个夹具模块90包括吸盘固定模块20、螺栓固定模块30、平口钳固定模块40、圆头固定模块50中的至少一种。

如图2所示，高度调节单元包括第一底座107、导杆105、螺纹套筒109、第一螺杆113、轴向推力轴承112、滑块104、第一锁紧螺母110，导杆105的下端通过定位孔和固定螺丝108固定连接在第一底座107上，滑块104套在导杆105的上端以能够沿着导杆105上下滑动，螺纹套筒109的下端通过固定螺丝106固定连接在第一底座107上，第一螺杆113的下端通过螺纹连接在螺纹套筒109上，轴向推力轴承112连接在第一螺杆113的上端面和滑块104的下端面之间以通过旋钮第一螺杆113来调节滑块104的高度，其中第一螺杆113上设有手拧环111，手拧环111固定连接在第一螺杆113的上端以通过手拧环111来旋钮第一螺杆113，且在第一螺杆113上还设有第一锁紧螺母110，第一锁紧螺母110连接在第一螺杆113的杆身处以通过第一锁紧螺母110固定手拧环111的高度。压力传感单元包括压力传感器103，压力传感器103固定连接在滑块104上。固定单元包括固定块101和第二锁紧螺母102，固定块101下固定设置第二螺杆，固定块101通过第二螺杆固定连接在压力传感器103上，第二锁紧螺母102连接在第二螺杆的杆身处以通过第二锁紧螺母102固定该固定块101的高度。

如图3所示，吸盘固定模块20通过螺栓固定连接在调节模块80的固定块101上，吸盘固定模块20的中心处设有支撑台201以放置薄壁件60，支撑台201的四周设有凹槽204，凹槽204内设有真空接口203以连接真空泵并对凹槽204内抽真空，利用气压差实现对薄壁件60的固定；凹槽204的外圈处设有密封圈槽202，通过在密封圈槽202内加入密封圈(图中未示)，使得薄壁件60固定得更加紧密；通过该吸盘固定模块20可以实现对薄壁件60的光滑平板部位的装夹和固定。

如图4所示，螺栓固定模块30的支撑台302通过螺栓固定连接在调节模块80的固定块101上，在支撑台302的中心处设有螺栓孔301以通过螺栓固定连接薄壁件60，薄壁件60可以通过螺栓穿过螺栓孔301连接在支撑台上，依靠螺栓的夹紧力实现固定；通过该螺栓固定模块30可以实现对薄壁件60的加工余量等部位处进行螺栓装夹和固定。

如图5所示，平口钳固定模块40包括第二底座405、第一夹紧块单元和第二夹紧块单元，第二底座405通过螺栓固定连接在调节模块80的固定块101上，第一夹紧块单元包括第一移动座408和第一夹紧块406，第一移动座408通过第二底座405上的T型槽和螺栓407可移动地连接在第二底座405上，第一夹紧块406固定连接在固定底座408的端面上；第二夹紧单元包括第二移动座403、第二夹紧块401、螺杆404，第二移动座403通过第二底座405上的T型槽和螺栓402可移动地连接在第二底座405上，第二夹紧块401上设有导杆可滑动地连接在移动底座403的端面上，螺杆404通过螺纹连接在第二移动座403上，螺杆404的一端顶在第二夹紧块401上，另一端用于控制螺杆404的伸入长度以通过螺杆404可以控制第二夹紧块401移动；其中第一夹紧块401与第二夹紧块406相对设置以夹持薄壁件60；通过该平口钳固定模块40可以实现对薄壁件60的肋结构进行装夹和固定。

如图6所示，圆头固定模块50包括第三底座509、第一圆头螺栓单元和第二圆头螺栓单元，第一圆头螺栓单元包括第三移动座501和第一圆头螺栓502，第二圆头螺栓单元包括第四移动座505和第二圆头螺栓506，第三移动座501通过第三底座509上的T型槽和螺栓503可移动地连接在第三底座509上，第一圆头螺栓502连接在第三移动座501上，第四移动座505通过第三底座509上的T型槽和螺栓507可移动地连接在第三底座509上，第二圆头螺栓506连接在第第四移动座505上，其中第一圆头螺栓502的圆头端部504和第二圆头螺栓506的圆头端部508相对设置以夹持薄壁件60；通过该圆头固定模块50可以实现对薄壁件60的小型凸起部进行装夹和固定。

对于复杂的待加工零件，主要指壁厚相对于长宽尺寸来说较小、成型较为复杂的弱刚度薄壁件，如本实施例所设，根据大型弱刚性航空结构件加工变形控制方法，采用如下的实施方式：

1)根据待加工零件设计要求选择合适尺寸的毛坯件，本实施例中使用铝合金预拉伸板材作为毛坯材料，在待加工零件尺寸基础上，留出加工余量和工艺凸台需要的材料；毛坯下料后，修平毛坯反面表面，根据图7所示中的位置601～606在毛坯周边位置锪孔制作工艺凸台用以装夹，用螺栓固定模块30来进行固定；在待加工零件中部位置607设置1个吸盘固定模块20，在待加工零件肋结构的位置608设置1个平口钳固定模块40，在待加工零件的凸起结构的位置609设置1个圆头固定模块50，将上述的夹具模块分别固定在调节模块80上，然后再将各个调节模块80分别安装在基座70的合适的位置处，并通过各个调节模块80将各个夹具模块90调整Z方向至合适的高度；最后将待加工的薄壁件60的位置601～609分别对应固定在相应的夹具模块90上，如图1所示。

2)待加工的薄壁件60的位置601～609分别对应固定在相应的夹具模块90上后，调节各个调节模块的X、Y向位置，并检测各个调节模块90上的压力传感器103的测力数值，确保X、Y向装夹力小于5N；

3)根据零件结构特征和规划粗加工工艺，粗加工中根据零件结构特征和毛坯材料残余应力水平，保留3mm以上、合适的余量，本实施例中应用的铝合金预拉伸板材残余应力水平较低，加工余量可以设置为3mm；

4)粗加工完成后，检测各个压力传感器103的测力数值，根据基于可调节夹具的大型弱刚性航空结构件加工变形控制方法规划粗加工工艺和求解各个单元承受的工件重力数值，同时观测各个压力传感器103的测力数值，通过调节各个调节模块80的X、Y向位置以及通过各个调节模块80的高度调节单元调节各个夹具模块90的Z向高度位置，确保X、Y向装夹力小于5N、Z向装夹力与计算得到的对应于各个夹具模块90的接触力的差值小于5N；

5)采用逐层加工的方法，对薄壁件60进行正面结构精加工，加工完成后释放装夹取下薄壁件60。

6)根据航空结构件的加工质量要求，对薄壁件60的加工形位误差等进行测试，如出现变形过大，或过切、欠切等情况，在后续零件加工中适当增大步骤3)中的粗加工余量；若通过控制加工余量仍然无法控制变形，则需要对该批次毛坯材料进行残余应力测试，如果测试不合格则需要更换毛坯材料或在加工前对毛坯材料进行去应力处理。

大型弱刚性航空结构件的加工变形是由于加工过程中工件内应力场随材料去除、并受到切削力热作用影响而逐步演变造成的，最终加工变形是加工完成后工件内应力场重新达到平衡状态的结果。在现有技术中，在粗加工完成后，卸除装夹、进行应力释放处理得到充分释放变形，通过重新装夹以在精加工阶段切除已经产生的加工变形、提高最终零件的加工精度；而使用本发明优选实施例的适用于大型壁板类薄壁件的夹具系统对薄壁件进行夹持来进行加工过程中，通过在调节模块上设置了高度调节单元和压力传感单元，能够在薄壁件加工过程的应力释放过程通过压力传感单元来相应调节高度调节单元的高度以起到应力释放的作用，以便于在精加工阶段切除已经产生的加工变形、保证最终零件的加工精度，使得在进行大型壁板类薄壁件的粗加工、应力释放、精加工工序过程中均无需拆卸夹具，在同一加工平台即可进行，减少了工作量，提高了加工效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。