一种多工位柔性夹具的制作方法

本发明涉及机械类的铣工加工技术领域，更具体地说，涉及一种多工位柔性夹具。

背景技术：

航空航天产品对工件的机械精密度要求较高，例如一个特定型号的产品，其材料为铜，外径长外圆上有一个扁平面，同时零件端面有内孔、偏心小孔、缺口，端面对内孔垂直度0.003mm，外圆上扁平面对端面垂直度0.01mm，缺口的一条边与外圆上扁平面的法线夹角28°10′，加工中微小的尺寸偏差，就会严重地影响到产品的使用性能。

目前，该产品的偏心小孔及缺口的一般采用下述三种加工方法：

第一种，虎钳装夹零件外圆与扁平面，找正内孔，加工偏心小孔及缺口，在实际操作时虎钳容易夹伤产品的外圆，造成批次性报废。

第二种，开口套套住零件外圆，三爪装夹开口套进行加工。此方法要找正零件内孔，同时找正零件外圆上的扁平面，因零件扁平面较小，找正难度大且误差较大，造成零件角度出现超差或者产品报废。

第三种，使用专用工装，六方镗一个比零件外圆尺寸大几个微米的内孔，同时将零件平面露出，虎钳装夹工装，找正零件内孔及平面。此种方法装夹一次，加工一件零件，总共换刀四次。加工时间8分25秒。装夹、换刀、找正、清扫时间7分10秒，真正有效加工时间为1分15秒。该方法的缺点是：有效切削时间较少，大部分用在辅助时间上，频繁的换刀对数控机床换刀机构磨损较大，主轴高转速的频繁停止和启动对机床的主轴影响特别大，同时短时间的找正和装夹也是对工人劳动强度的增加。

综上所述，如何避免工件受损、提高加工效率、降低工人劳动量，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多工位柔性夹具，解决单个工件有效加工时间短、加工效率低、工人劳动强度大的问题，同时减少主轴频繁高速启、停时的磨损。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多工位柔性夹具，包括夹具体，所述夹具体设有定位槽、供虎钳夹持的夹持面，所述定位槽的开口朝上、且端部延伸至所述夹持面，所述定位槽中设有弹性件和至少两个定位块，每一所述定位块设有用于放置待加工的工件的定位孔，所述定位块与所述定位槽间隙配合，所述弹性件用于在虎钳夹持所述夹持面时、朝所述夹持面挤压所述定位块，以便将所述定位块压紧在所述虎钳的表面。

优选的，所述定位孔的侧壁包括用于与工件的外圆间隙配合的c形定位面，所述c形定位面具有两个平行分布、间隔预设距离的棱边，所述棱边用于在虎钳夹持所述夹持面时与虎钳接触，以便虎钳将工件的扁平面推动至与所述夹持面共面的状态。

优选的，所述定位孔为用于放置不同规格的工件的台阶孔。

优选的，所述定位块设有安装孔，所述弹性件的端部设于所述安装孔中。

优选的，所述弹性件为弹簧。

优选的，所述定位块的底部设有限位凸起，所述定位槽的槽底设有与所述限位凸起配合的限位凹槽。

优选的，所述定位槽的横截面呈t形。

优选的，所述夹持面包括相对分布的左夹持面和右夹持面，所述定位槽从所述左夹持面延伸至所述右夹持面，同一个所述定位槽中设有两个所述定位块，所述弹性件设置在同一所述定位槽中的两个所述定位块的中间。

本发明提供的多工位柔性夹具在实际应用中，待加工的工件放置在定位块的定位孔中，定位块放置在夹具体的定位槽中，夹具体固定在加工中心的加工平台上。定位槽的端部延伸至夹具体的夹持面，使得定位块的侧壁暴露在虎钳侧，当虎钳夹持夹持面时，定位槽中的弹性件利用自身弹性回复力朝向虎钳的方向挤压定位块，虎钳与弹性件配合将定位块夹紧，从而间接固定工件的位置。

第一，由于定位块的侧壁与工件相贴合，从而实现对工件的固定，因此相比于现有技术中虎钳直接夹持工件的方式，降低了工件受损的风险。

第二，弹性件为定位块提供了活动余量，并将定位块压紧在虎钳的表面，由于虎钳的钳口距离是一定的、且可控的，因此虎钳能够准确控制定位块的位置，进而间接定位工件的位置。在装夹不同批次工件时，虎钳位置固定，便可以将多批次工件定位在相同的位置，使得不同批次的工件不需要进行重复找正，从而降低了找正难度，提高了找正效率。

第三，由于多工位柔性夹具配备有至少两个定位块，每个定位块均能够固定一个工件，因此多工位柔性夹具可以一次性对多个工件进行定位，而不需要对每个工件进行单独定位，从而提高了加工效率，降低了工人的劳动量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为多工位柔性夹具在装夹工件状态下的结构示意图；

图2为多工位柔性夹具在装夹工件状态下的俯视图；

图3为定位块与弹性件装配示意图。

图4为夹具体的俯视图；

图5为夹具体的侧视图；

图6为弹性件结构示意图；

图7为定位块的俯视图；

图8为定位块的主视图；

图9为定位块的左视图；

图10为定位块的右视图。

图1～10中的附图标记为：

夹具体1、定位槽11、限位凹槽12、夹持面13；定位块2、定位孔21、限位凸起22、安装孔23、夹持侧壁24、c形定位面25、棱边26；弹簧3；工件4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供了一种多工位柔性夹具，包括夹具体1、弹性件、定位块2。

夹具体1需配合虎钳一起使用，虎钳具有两个钳口，一个为固定钳口、另一个为活动钳口，夹具体1的尺寸根据虎钳钳口设计。夹具体1的外侧壁中与虎钳配合的侧壁称为夹持面13，夹持面13一般为平面，虎钳具有两个相对分布的钳口，相应的夹具体1的夹持面13包括相对分布的左夹持面和右夹持面。在实际设计时，夹具体1的外形的相互垂直度、平行度、平面度控制在0.01mm内。

夹具体1的顶面设置有定位槽11，定位槽11与定位块2配合使用，二者间隙配合，间隙宜控制在0.02mm内。在实际设计时，定位槽11的数量没有限制，可以为一个、也可以为多个。同一个定位槽11可以从左夹持面和/或右夹持面向内延伸至夹具体1的中部，此时弹性件可以一端与定位槽11的侧壁相抵、另一端与定位块2的侧壁相抵；或者，同一个定位槽11也可以从左夹持面延伸至右夹持面，此时同一个定位槽11中可以设有两个定位块2，弹性件设置在同一定位槽11中的两个定位块2的中间，弹性件的左端与左侧的定位块2相抵、右端与右侧的定位块2相抵。

夹具体1作为大批量生产专用工装，其需要具备较高的刚性和耐磨性，综合成本考虑，材质宜用不锈钢(如2cr13)，热处理硬度值取38～42hrc。为防止夹具体1生锈，影响定位精度，应对其进行发蓝处理。

在实际加工时，夹具体1的加工工艺方法可参考下述步骤：

(1)下料；

(2)铣：虎钳装夹多次翻面铣六方，各面留磨余量0.2mm，保证垂直度、平行度0.1mm；

(3)钳：去除外形毛刺；

(4)线切(快)：虎钳压装，粗且定位槽11各面留精加工余量1mm；

(5)钳：去除毛刺；

(6)热：固溶时效38～42hrc；

(7)平磨：夹具体坯料吸附在工作台面上，平磨各面，保证垂直度、平行度平面度0.01mm；

(8)钳：去除毛刺；

(9)线切(慢)：压装夹具体坯料，找正平面跳动0.01mm以内，线切定位槽11、t型槽及通槽与t型槽相交的直角处的倒角c1；

(10)钳：去除毛刺；

(11)表：发蓝；

(12)入库。

定位块2可以在定位槽11中自由滑动。每个定位块2均设置定位孔21，定位孔21与工件4间隙配合，间隙尺寸控制在0.02mm以内，以便快速安装、拆卸工件4。定位孔21深度优选比工件4总长小预设高度，此处预设高度可以为2mm，让工件4顶面比定位块2高出2mm，此种设计即可做定位之用，又可保证工件4较轻松地被取出，还可保证工件4加工过程中，有足够的让刀空间，虎钳及定位块2顶面不被破坏，此种设计还有一个优点是，不至于因间隙太小导致工件4取出困难而且造成工件4外圆被划伤。

在大批量生产过程中，由于需要进行成百上千次的滑动，因此对工件4的耐磨性要求较高，所以定位块2也需要具有一定的刚性和耐磨性，其材料及热处理方法可以参考夹具体1。为防止定位块2生锈，影响定位精度，应对其进行发蓝处理。

在实际加工时，定位块2的加工工艺方法可参考下述步骤：

(1)下料；

(2)铣：虎钳装夹，铣六方、限位凸起22，各面留磨余量0.2mm；

(3)钳：去毛刺；

(4)热：固溶时效38～42hrc；

(5)平磨：虎钳装夹，平磨各面；

(6)钳：去毛刺；

(7)数铣：虎钳两次装夹，分别铣、镗定位孔21及安装孔23；

(8)钳：去毛刺；

(9)表：发蓝；

(10)入库。

弹性件设置在夹具体1的定位槽11中，用于朝向定位槽11的端部挤压定位块2，弹性件具有弹性、能够抵推定位块2即可，优选弹性件为弹簧3，下文以弹簧3为例进行说明。

弹簧3的选用，因在实际作业时要使用乳化液不停地冲刷刀具及多工位柔性夹具，因此弹簧3需耐腐蚀、刚性好。结合成本考虑，材料可以选用不锈钢1cr18ni9，再做一个表面钝化。为保证虎钳夹紧多工位柔性夹具，加工时工件4不发生偏移，弹簧3压缩状态的弹力必须大于铣刀对工件4作用的铣削力及定位块2自身的静摩擦力的和。经过实践，在弹簧3钢丝直径为1.5，弹簧3中径为8.5，螺距2.5，圈数12时，工件4在弹簧3收缩方向完全不动，即弹簧3压缩状态的弹力大于铣刀对工件4作用的铣削力及定位块2自身的静摩擦力的之和。

在实际加工时，弹簧3的加工工艺方法可参考下述步骤：

(1)下料；

(2)车：绕制成形，清洗；

(3)热：去应力回火；

(4)钳：剪单件、校正；

(5)热：去应力回火；

(6)钳：校正；

(7)热：12小时油温加荷；

(8)钳：立定处理、精磨端面；

(9)表：表面钝化；

(10)成检；

(11)入库。

本申请提供的多工位柔性夹具配合数控加工中心、虎钳、定位器使用。在实际操作中，将虎钳放置于加工中心的工作台中心处，并用压板压紧固定；将定位器安装在虎钳侧面；将夹具体11放置于工作台上。然后将两个定位块2与弹簧3组合，并一同放置在同一个定位槽11中。然后，将组装好的多工位柔性夹具整体放置于虎钳中，使得夹具体1的宽度方向的一个面(即第一个夹持面13)需贴紧虎钳的固定钳口，长度方向的一个面需贴紧定位器。然后操作人员控制虎钳扳手缓缓旋转，推进虎钳的活动钳口移动，在虎钳的两个钳口不断收紧的过程中，活动钳口推动工件4及定位块2不断彼此靠近，定位块2将力传递到弹簧3上，待夹具体1的宽度方向的另一个面(即第二个夹持面13)压紧在活动钳口后，压缩状态的弹簧3利用弹力将定位块2压紧在虎钳的活动钳口。

第一，由于定位块2的定位孔21与工件4间隙配合，二者的侧壁大体处于贴合状态，因此，相比于现有技术中虎钳直接夹持工件4的方式，降低了工件4受损的风险。

第二，由于虎钳的钳口距离是一定的、且可控的，而定位块2采用柔性定位方式，即通过弹性件和虎钳共同对定位块2定位，使得定位块2最终会紧贴在虎钳的钳口的表面。在实际加工时，多工位柔性夹具会多次使用、并对不同批次的工件4进行装夹作业。在第一次装夹完成后，加工中心可以通过配备的检测设备自动检测工件4的内孔的位置，并对其进行记录。则在后续加工其他批次工件4的过程中，操作人员可以保持虎钳的固定钳口的位置不变，从而将各批次的工件4定位在相同的位置。因此，即使重复装夹、即使夹具体1配备的多个定位块2的实际尺寸存在误差，装夹完成后的工件4的中心距始终一样，从而解决定位块2尺寸不一致、定位孔21中心距尺寸不一致的问题，保证工件4加工尺寸的一致性。也因此，加工时可以仅对第一批工件4的内孔位置进行检测，而后面各批次的工件4不需要进行重复找正，解决每次装夹重复找正、重复定位精度低的问题，降低了找正难度，提高了找正效率。

第三，由于多工位柔性夹具配备有至少两个定位块2，例如图1所示的方案中，其一次装夹可以完成6件工件4的加工，而不需要对每个工件4进行单独定位，从而有效减少装夹时间，降低工人劳动强度，进而大幅度降低总加工时间。

进一步的，针对圆形带扁平面的工件4，该类工件4的周向具有c字形的圆弧形侧壁和扁平面，本申请提供的一种优选实施例中，定位孔21的侧壁包括用于与工件4的外圆间隙配合的c形定位面25，c形定位面25具有两个平行分布、间隔预设距离的棱边26，在虎钳夹持夹持面13时，棱边26与虎钳的活动钳口接触，以便虎钳将工件4的扁平面推动至与夹持面13共面的状态。

具体的，定位块2的用于与虎钳接触的侧壁为夹持侧壁24，夹持侧壁24为与夹持面13平行的平面结构，定位孔21由夹持侧壁24向内凹陷而成。

在实际操作中，当组装定位块2和工件4时，将工件4放入定位块2的定位孔21内，此时需注意，工件4的外圆处的扁平面需要露出来，并大致与夹持侧壁24平行。则在控制虎钳的活动钳口移动时，工件4在轻触活动钳口后能够实现自动找平，待活动钳口移动到位后，弹性件将工件4、定位块2一同压紧在活动钳口的表面。这对于确保大批量工件4加工质量的稳定性及加工的高效性，其加工优势更加显著。

可选的，在实际使用时，由于工件4的规格存在差异，因此，也可以将定位孔21设置为能够放置不同规格的工件4的台阶孔，来保证不同规格的工件4均能加工。

可选的，为了方便安装弹簧3，定位块2还可以设置安装孔23，弹性件的端部设于安装孔23中，安装孔23与弹簧3大径间隙1mm以内。为防止定位块2被弹簧3回弹力顶的重心不稳发生偏移，安装孔23应设置于定位块2的端面的中心位置。

可选的，为保证定位块2在定位槽11中自由滑动且不发生竖直方向的窜动，可以在定位块2和定位槽11中设置相应的限位结构，例如，定位块2的底部设有限位凸起22，定位槽11的槽底设有限位凹槽12，限位凸起22与限位凹槽12间隙配合，间隙控制在0.02mm以内。限位凸起22与限位凹槽12有利于定位块2的准确定位和移动，既可起到滑动时的导向作用，也可以起到避免定位块2上下窜动的限位作用。在实际使用时，优选定位槽11的横截面呈t形，此时定位槽11包括上下分布的上槽体和下槽体，且上槽体的宽度小于下槽体的宽度。为防止上槽体和下槽体相交的直角与限位凸起22的根部发生干涉，优选上槽体和下槽体相交的直角处倒角c1。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的多工位柔性夹具进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。