一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具及其控制方法，其机械结构的核心部分，通过上下两端均分别采用万向节连接的五个气液阻尼缸，以实现可升降偏转平台根据薄壁零件的加工处理需要，进行0～80mm的升降和0～270°的偏转，并能根据需要悬停于任一空间、保持所需位姿，使得一次装夹即可在复合机床上完成整个工件加工；并且，通过视觉系统的设置，为操作人员进行微小型复杂薄壁零件的加工时，提供了直观、准确的加工信息；其控制方法采用工控机集中控制，控制方案简单合理，具有自动化程度高、在人机协同作用下，操控便捷高效，适于各类三维复杂形貌或自由曲面的微小型薄壁结构件加工等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具及其控制方法
本专利技术涉及一种微型机床加工用精密夹具及其控制方法，尤其涉及一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具及其控制方法，属于介/微观跨尺度加工

技术介绍
微小型零件加工过程中，其在机床间工序转换时需要进行频繁的抓取，由于微小型零件的总体结构尺寸细小，体积小，因而，容易丢失或损坏；并且由于其各功能表面小，重新定位夹紧不可靠，且容易变形，轻者造成加工精度走失，严重者将导致零件报废。特别是，对结构复杂、线形尺度小、加工工序多、精度要求高的精密微小型结构件，用传统的分散工序方法在多台机床上、经多次装夹定位进行加工，往往无法保证加工质量，有的零部件加工合格率和加工效率都非常低。只有通过减少装夹次数，避免多次定位误差的积累，提高加工精度，才能有效保证过程的高可靠性，实现零缺陷生产。而且，这样还可以省去多次装夹定位时间，缩短加工过程和各道工序之间的辅助时间、减少所使用的机床台数、简化物料流，进而大大缩短零件的加工成型用时，提高生产效率，进而提高生产设备的柔性，减小机床设备的总占地面积，节省投资。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是，提供一种结构简单、布局合理，一次装夹即可在复合机床上完成整个工件加工的精密夹具，其适用于微小型复杂薄壁零件的加工。本专利技术为实现上述目的，需要解决的技术问题是，如何实现对厚度为0.1～0.5mm薄壁加工材料的有效吸固、定位和夹持；以及如何实现精密夹具的可升降偏转平台执行0～80mm的升降和0～270°的偏转，并能根据需要悬停于任一空间、保持所需位姿的技术问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，包括底座、可升降偏转平台和五个气液阻尼缸；所述底座为一体式结构，包括下粗上细的两段，整体呈扁平的阶梯轴形状；所述可升降偏转平台为一圆形板；所述底座与所述可升降偏转平台一下一上相互平行设置，并通过上述五个气液阻尼缸连接成一整体；上述五个气液阻尼缸中，一个为中心气液阻尼缸，该中心气液阻尼缸的中轴线与所述底座和所述可升降偏转平台的圆心之间的连线为同一直线；上述五个气液阻尼缸与所述底座和所述可升降偏转平台的连接方式为：所述中心气液阻尼缸的下端通过万向节与所述底座形成可转动连接，其上端通过一球头销与所述可升降偏转平台形成可转动连接；另外四个气液阻尼缸均为周边气液阻尼缸，各周边气液阻尼缸的上端与所述可升降偏转平台成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为上万向节，该四个上万向节分别均布在所述可升降偏转平台的下表面边缘内侧的同一圆周面上；各周边气液阻尼缸的下端与所述底座成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为下万向节，该四个下万向节分别均布在所述底座的上表面边缘内侧的同一圆周面上；所述可升降偏转平台的上表面的中心位置处设置有一真空吸盘；在真空吸盘的外壁与可升降偏转平台的边缘之间，在可升降偏转平台的上表面上，沿径向均布有四条滑轨；上述四条滑轨中，每条滑轨内均分别设置有一滑块，各滑块的上表面均分别设置有一竖立的沿竖直方向延伸的连接轴；在各连接轴的上端面均分别固定设置有一与连接轴垂直，并指向夹具的中轴线方向的压紧板；所述压紧板与所述连接轴为一体式结构，各压紧板末端的下表面，均分别设置有一直角槽口，该直角槽口用于供放置在真空吸盘顶部的、待加工处理的微小型复杂薄壁零件的边缘部位插入，以被夹持固定，其深度和长度尺寸均与待加工处理的微小型复杂薄壁零件的厚度和大小尺寸相匹配；在上述每条滑轨中，紧邻真空吸盘，均分别设置有一电磁铁，各电磁铁的线圈均分别与外部电源连接，以产生电磁力，向下吸引各自上方对应的压紧板；在上述待加工处理的微小型复杂薄壁零件与真空吸盘顶部表面之间，还粘贴有一层双面胶薄膜。优选为，上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，还包括有若干数量的长条状垫片；所述垫片根据需要插入所述滑块与滑轨之间的间隙。进一步优选，上述滑轨的两侧均分别开设有长条状通孔；沿滑轨横向上、在滑块与电磁铁之间，还设置有一定位螺栓。进一步优选，上述底座的下段与上段连接处所形成的台阶上，从边缘沿径向均匀开设有若干数量的条形通透定位孔；所述条形通透定位孔用于将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时进行定位。进一步优选，上述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其在将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时，所述底座与所述微制造平台的底座之间还设置有一橡胶减震垫。进一步优选，上述真空吸盘为自动数值控制真空吸盘。进一步优选，上述的任一用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其还包括有外接的真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统；其中：(1)、所述真空系统的末端设置有一第三空气过滤器，该第三空气过滤器通过管路与所述真空吸盘连接，在该第三空气过滤器与真空吸盘之间还设置有一压力表；所述液压系统分别与五个气液阻尼液缸连接，以驱动各气液阻尼缸的动作执行；所述电磁系统分别与四个电磁铁连接，以控制各电磁铁的线圈电流大小；所述视觉成像系统安装在精密夹具的侧上方位置处，以将整个精密夹具运动状态同步成像，并将图像信息传送至外接的工控机，由工控机内的实时图像处理软件进行图像处理；所述真空系统包括两条相互并联的控制回路，分别为第一回路和第二回路；所述第一回路的末端与所述空气过滤器连接，通过真空泵对真空吸盘抽真空，以产生吸附力；所述第二回路的末端与所述空气过滤器连接，用于将压缩空气送入真空吸盘，以使真空吸盘内的真空状态被破坏、恢复至正常大气压，以使真空吸盘所受吸附力变为零；所述第一回路从末端至起始端的连接顺序为：真空开关和第一二位二通电磁阀，其中，第一二位二通电磁阀的一个端口与第一气容连接，另一个端口与第一真空控制组件的进气端连接；上述第一真空控制组件由顺次连接的第一空气过滤器、第一减压阀和第一气压表组成；上述第一真空控制组件的出气端顺次连接连有真空泵和第一真空发生器；所述第二回路从末端至起始端的连接顺序为：单向节流阀、第二二位二通电磁阀、第二真空控制组件和压缩空气气源；上述第二真空控制组件的出气端与第二二位二通电磁阀连接，其进气端与压缩空气气源连接；上述第二真空控制组件由顺次连接的第二气压表、第二减压阀、第二空气过滤器和第三空气过滤器组成；(2)、所述液压系统包括液压控制组件和气动控制组件；所述液压控制组件包括油杯、单向阀和节流阀；其中，节流阀与气液阻尼缸的液压缸的出油口连接，单向阀的出口端与气液阻尼缸的液压缸的进油口连接；上述气液阻尼缸的液压缸与节流阀通过液压油管连接，形成一液压油闭路循环；在竖直方向上，上述油杯的标高高于所述气液阻尼缸顶部的标高；所述气动控制组件包括第二压缩空气气源和二位四通电磁换向阀；其中，二位四通电磁换向阀的出气端口与气液阻尼缸的气缸的进气口连接，二位四通电磁换向阀的进气端口与气液阻尼缸的气缸的出气口连接，形成一压缩空气闭路循环；(3)、所述电磁微力压紧系统包括安装在压紧板下表面上的超薄压电传感器，该超薄压电传感器用于检测待加工处理的微小型复杂薄壁零件所受电磁力的大小；(4)、所述视觉成像系统由物镜、传像束、传光束、图像采集卡和图像处理软件组成，并安装在用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具顶部的侧上方。上述技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，包括底座、可升降偏转平台和五个气液阻尼缸；所述底座为一体式结构，包括下粗上细的两段，整体呈扁平的阶梯轴形状；所述可升降偏转平台为一圆形板；所述底座与所述可升降偏转平台一下一上相互平行设置，并通过上述五个气液阻尼缸连接成一整体；上述五个气液阻尼缸中，一个为中心气液阻尼缸，该中心气液阻尼缸的中轴线与所述底座和所述可升降偏转平台的圆心之间的连线为同一直线；上述五个气液阻尼缸与所述底座和所述可升降偏转平台的连接方式为：所述中心气液阻尼缸的下端通过万向节与所述底座形成可转动连接，其上端通过一球头销与所述可升降偏转平台形成可转动连接；另外四个气液阻尼缸均为周边气液阻尼缸，各周边气液阻尼缸的上端与所述可升降偏转平台成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为上万向节，该四个上万向节分别均布在所述可升降偏转平台的下表面边缘内侧的同一圆周面上；各周边气液阻尼缸的下端与所述底座成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为下万向节，该四个下万向节分别均布在所述底座的上表面边缘内侧的同一圆周面上；所述可升降偏转平台的上表面的中心位置处设置有一真空吸盘；在真空吸盘的外壁与可升降偏转平台的边缘之间，在可升降偏转平台的上表面上，沿径向均布有四条滑轨；上述四条滑轨中，每条滑轨内均分别设置有一滑块，各滑块的上表面均分别设置有一竖立的沿竖直方向延伸的连接轴；在各连接轴的上端面均分别固定设置有一与连接轴垂直，并指向夹具的中轴线方向的压紧板；所述压紧板与所述连接轴为一体式结构，各压紧板末端的下表面，均分别设置有一直角槽口，该直角槽口用于供放置在真空吸盘顶部的、待加工处理的微小型复杂薄壁零件的边缘部位插入，以形成过渡配合的方式被夹持固定，其深度和长度尺寸均与待加工处理的微小型复杂薄壁零件的厚度和大小尺寸相匹配；在上述每条滑轨中，紧邻真空吸盘，均分别设置有一电磁铁，各电磁铁的线圈均分别与外部电源连接，以产生电磁力，向下吸引各自上方对应的压紧板；在上述待加工处理的微小型复杂薄壁零件与真空吸盘顶部表面之间，还粘贴有一层双面胶薄膜。...

【技术特征摘要】
1.一种用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，包括底座、可升降偏转平台和五个气液阻尼缸；所述底座为一体式结构，包括下粗上细的两段，整体呈扁平的阶梯轴形状；所述可升降偏转平台为一圆形板；所述底座与所述可升降偏转平台一下一上相互平行设置，并通过上述五个气液阻尼缸连接成一整体；上述五个气液阻尼缸中，一个为中心气液阻尼缸，该中心气液阻尼缸的中轴线与所述底座和所述可升降偏转平台的圆心之间的连线为同一直线；上述五个气液阻尼缸与所述底座和所述可升降偏转平台的连接方式为：所述中心气液阻尼缸的下端通过万向节与所述底座形成可转动连接，其上端通过一球头销与所述可升降偏转平台形成可转动连接；另外四个气液阻尼缸均为周边气液阻尼缸，各周边气液阻尼缸的上端与所述可升降偏转平台成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为上万向节，该四个上万向节分别均布在所述可升降偏转平台的下表面边缘内侧的同一圆周面上；各周边气液阻尼缸的下端与所述底座成可转动连接，四个可转动连接的连接处均为下万向节，该四个下万向节分别均布在所述底座的上表面边缘内侧的同一圆周面上；所述可升降偏转平台的上表面的中心位置处设置有一真空吸盘；在真空吸盘的外壁与可升降偏转平台的边缘之间，在可升降偏转平台的上表面上，沿径向均布有四条滑轨；上述四条滑轨中，每条滑轨内均分别设置有一滑块，各滑块的上表面均分别设置有一竖立的沿竖直方向延伸的连接轴；在各连接轴的上端面均分别固定设置有一与连接轴垂直，并指向夹具的中轴线方向的压紧板；所述压紧板与所述连接轴为一体式结构，各压紧板末端的下表面，均分别设置有一直角槽口，该直角槽口用于供放置在真空吸盘顶部的、待加工处理的微小型复杂薄壁零件的边缘部位插入，以形成过渡配合的方式被夹持固定，其深度和长度尺寸均与待加工处理的微小型复杂薄壁零件的厚度和大小尺寸相匹配；在上述每条滑轨中，紧邻真空吸盘，均分别设置有一电磁铁，各电磁铁的线圈均分别与外部电源连接，以产生电磁力，向下吸引各自上方对应的压紧板；在上述待加工处理的微小型复杂薄壁零件与真空吸盘顶部表面之间，还粘贴有一层双面胶薄膜。2.根据权利要求1所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，还包括有若干数量的长条状垫片；所述垫片根据需要插入所述滑块与滑轨之间的间隙。3.根据权利要求1所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，所述滑轨的两侧均分别开设有长条状通孔；沿滑轨横向上、在滑块与电磁铁之间，还设置有一定位螺栓。4.根据权利要求1所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，所述底座的下段与上段连接处所形成的台阶上，从边缘沿径向均匀开设有若干数量的条形通透定位孔；所述条形通透定位孔用于将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时进行定位。5.根据权利要求4所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，在将整个精密夹具装配到微制造平台的底座上时，所述底座与所述微制造平台的底座之间还设置有一橡胶减震垫。6.根据权利要求1-5任一所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，所述真空吸盘为自动数值控制真空吸盘。7.根据权利要求1-5任一所述的用于微小型复杂薄壁零件加工的精密夹具，其特征在于，还包括有外接的真空系统、液压系统、电磁微力压紧系统和视觉成像系统；其中：(1)、所述真空系统的末端设置有一第三空气过滤器，该第三空气过滤器通过管路与所述真空吸盘连接，在该第三空气过滤器与真空吸盘之间还设置有一压力表；所述气液压系统分别与五个气液阻尼缸连接，以驱动各气液阻尼缸的动作执行；所述电磁系统分别与四个电磁铁连接，以控制通过各电磁铁的线圈电流大小；所述视觉成像系统安装在精密夹具的侧上方位置处，以将整个精密夹具运动状态同步成像，并将图像信息传送至外接工控机，由工控机内的实时图像处理软件进行图像处理；所述真空系统包括两条相互并联的控制回路，分别为第一回路和第二回路；所述第一回路的末端与所述空气过滤器连接，通过真空泵对真空吸盘抽真空，以产生吸附力；所述第二回路的末端与所述空气过滤器连接，用于将压缩空气送入真空吸盘，以使真空吸盘内的真空状态被破坏、恢复至正常大气压，以使真空吸盘所受吸附力变为零；所述第一回路从末端至起始端的连接顺序为：真空开关和第一二位二通电磁阀，其中，第一二位二通电磁阀的一个端口与第一气容连接，另一个端口与第一真空控制组件的进气端连接；上述第一真空控制组件由顺次连接的第一空气过滤器、第一减压阀和第一气压表组成；上述第一真空控制组件的出气端顺次连接连有真空泵和第一真空发生器；所述第二回路从末端至起始端的连接顺序为：单向节...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金峰，封超，马芸慧，唐微，高丽，田和强，苏春建，钟佩思，肖林京，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37