一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具及方法技术

本发明专利技术公开了一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具及方法，它解决了复杂曲面薄壁件加工过程中的加工振动问题，可以减小大型叶片等薄壁结构的加工变形，降低加工中的颤振，其技术方案为：包括设置于工作台的下部夹持部，下部夹持部上方配合设置柔性夹持部，所述柔性夹持部两端均与水平移动机构连接，水平移动机构端部与上下移动机构连接；所述柔性夹持部包括与叶片侧壁柔性贴合的弹性夹持体，弹性夹持体柔性夹持住叶片上部侧壁，下部夹持部夹持住叶片底部；加工过程中水平移动机构和上下移动机构带动弹性夹持体调整夹持叶片的位置，以预留出待加工区域。

Flexible fixture and method for milling large complicated curved surface

The invention discloses a method for flexible fixture and large sculptured surface milling blade, which solves the machining vibration process of complex surface of thin-walled problems in the processing of large decrease blade thin-walled structure deformation, reduce the flutter in the processing, the technical scheme that includes a lower clamp arranged on the working station the lower holding part, clamping part is arranged above the flexible clamping part, the flexible clamping part at both ends and a horizontal moving mechanism connected to the horizontal moving mechanism is connected with the upper end of the moving mechanism; the flexible clamping part and the side wall of the flexible blade including joint elastic clamping body, elastic clamp flexible clamp blade side wall of the upper part, the lower part of the clamping part is clamped at the bottom of the blade; position the horizontal moving mechanism in the process of up and down moving mechanism drives the elastic clamping body adjustment of clamping blade, To reserve the waiting area.

【技术实现步骤摘要】
一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具及方法
本专利技术涉及机械加工
，特别是涉及一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具及方法。
技术介绍
目前，在航天工业中，对薄壁件的切削任务是至关重要的，而薄壁件的变厚度减薄加工一直是加工制造难题。航天结构中的复杂曲面薄壁叶片的悬伸量大、刚性差，且主要以五轴铣削为主要加工方式。难加工结构和复杂加工工艺使得薄壁结构在加工中易于产生变形、回弹等现象，存在让刀、振动等问题，导致工件变形，影响工件尺寸精度、切削表面质量和加工效率。针对复杂曲面薄壁件加工过程中的加工振动问题，国内外很多学者进行了相关的研究。在优选切削参数方面，Kersting提出利用仿真，预测五轴铣削过程中的可再生切削颤振；Biemann提出了一套可以计算五轴铣削加工振动的仿真方法以及加工表面建模方法；Zhou提出了一种五轴铣削中优选切削参数抑制切削振动的方法；Arnaud给出了保证精度和表面质量的最优切削参数；Campa提出了一种估计工件切削稳定域的方法以避免颤振。这些研究工作主要是通过一定程度上调整切削参数，从而控制薄壁挠性元件的振动。通过改变切削参数虽然加工振动能够得到有效的控制，但是并不能从根源上抑制振动，因此在铣削薄壁挠性工件中起到的减振效果并不理想。并且，针对成型面比较复杂的叶轮叶片的加工，所涉及的切削参数的调整过于复杂，无法完全掌控。在夹具的优化布局方面，Selvakumar等人提出了利用实验设计算法，构建最佳的夹具布局，减少加工工件的最大弹性变形，从而抑制加工振动。但是，现有夹具与工件全部是刚性接触，在五轴铣削过程中，会导致工件变形和夹具变形，诱发振动。并且，在夹具优化研究中并未考虑夹子和定位器的数量和位置，以及夹具元素的布局等问题。现有的薄壁件铣削夹具存在明显的不足和局限性，有些专为薄壁工件设计的夹具中没有考虑对叶片根部榫头的夹持与定位，因此往往由于榫头的影响而直接影响带榫头的整体叶片的装夹与定位。如申请号201610042625.3的专利技术专利公开的一种叶片加工辅助夹具包括基座和设置于基座端面的两个用于叶片夹持的夹持块，两夹持块通过调节机构可联动调节装配于基座上，基座的两夹持块之间还设置有用于叶片径向顶紧的顶紧机构。但是此专利技术的加工辅助夹具未考虑大型叶底部的榫头，因此此专利技术无法装夹带榫头的叶片。现有的薄壁件铣削夹具存在明显的不足和局限性，有些专为薄壁工件设计的夹具无法适用于复杂曲面薄壁工件，如申请号：201510916102.2、201010268925.6、201510285645.9和201510285670.7等专利技术专利。其中申请号201010268925.6和201510916102.2的专利技术专利分别于2010年和2015年公开了一种薄壁框体构件铣削夹具，利用真空吸附式工作台代替现有的虎钳夹具，克服了因压板式装夹使零件局部受力产生弹性变形的难题，在夹持的过程中能够使薄壁框架类零件均匀受力，进而解决目前薄壁框体类零件加工时用的夹具导致零件局部受力，易使零件产生弹性变形、零件质量很难达到设计要求的问题。尽管上述专利技术的夹持效果很可观，但是其应用范畴局限在了平面薄壁件之中，无法对复杂曲面的薄壁零件进行装夹。申请号201510285645.9的专利技术专利提供了一种薄壁件铣削用柔性随动夹具，包括底板，底板上固定有若干十字滑台，每个十字滑台上均安装有垂直升降台，每个垂直升降台通过吸盘杆安装有吸盘或者通过万向球轴承安装有主球。安装有吸盘的轴为定位轴，安装有主球的轴为随动轴，随动轴与定位轴之间可以相互转换，只需要将万向球轴承换为吸盘杆，将控制模式切换为定位模式即可。同时，各轴与底板之间可以自由拆装，充分体现柔性功能，可以有效减少铣削过程中的工件变形，提高工件加工精度。尽管该专利技术的随动效果很好，但是应用范畴局限在了平面薄壁件，无法适用于复杂曲面薄壁件。申请号201510285670.7的专利技术专利提供了一种薄壁件铣削用随动支承夹具，包括支架、轴承杆和气缸，轴承杆下端通过轴承定位环固定有轴承，其中气缸一端铰接于支架，另一端铰接于轴承杆，支架和轴承杆之间通过第一连杆和第二连杆铰接。当对薄壁工件进行立铣的时，装置会随着刀具的移动，在薄壁加工面的另一侧施加支承力，对薄壁件进行辅助支承。起到一定的减少加工变形的作用。但是，此装置主要适用于平面薄壁件，对于曲面的大型薄壁叶片效果不佳：1、装置随动支承曲面薄壁表面时，会由于表面的变厚度，导致装置产生沿薄壁面法线方向的位移，又由于气缸为开环，无反馈机制，施加支承力恒定，导致薄壁件受力过大，甚至向加工面侧弯曲，易损坏刀具；同时也容易导致连杆弯曲，破坏装置。2、本装置与工件的接触为刚性接触，不能起到良好的抑制振动的作用。现有的薄壁件铣削夹具存在明显的不足和局限性，有些专为薄壁工件设计的夹具中没有随动支承或叶片夹持装置，因此无法对薄壁件加工过程中产生的颤振起到良好的抑制作用，如申请号：201310104849.9和201410353976.7等两个专利。其中，申请号201310104849.9的专利技术专利公开了一种空心涡轮叶片蜡模悬臂式夹具，夹具由前板和后板与中间板垂直固定安装，中间板相对的一侧敞开，整体呈凹形结构；叶片蜡模放置在夹具体内，叶片蜡模引晶段与前定位块凹槽装夹，叶片蜡模冒口补缩段与后定位块上表面分布的四个定位支承销装夹，实现对叶片蜡模的定位；后板外侧固连的圆柱梁装卡在加工设备三爪卡盘上，使夹具体悬空，实现主轴旋转带动叶片蜡模和夹具体一起转动，一次装夹即完成叶片蜡模叶背型面和叶盆型面的连续螺旋铣削加工。虽然该专利技术解决了无辅助定位芯头的小型空心涡轮叶片蜡模的定位问题；加工过程中避免了因两次装夹产生的定位误差，且一定程度上减少了连接刀痕，悬臂式设计增强了蜡型刚性，避免加工过程中发生断裂。但是该专利技术忽略了薄壁件的刚性小的特性，未考虑随动支承装置，因此，铣削过程中的工件变形会影响切削厚度,最终影响加工精度。叶片的变形同样会会产生切削颤振。申请号201410353976.7的专利技术专利公开的一种涡轮叶片型面修复夹具，具有一个制有矩形通孔的座体。在矩形通孔上端制有夹持高压涡轮叶片的紧力开口槽，矩形通孔下端制有向下连通贯穿槽孔开口缝，装配的紧固调节旋钮手柄的紧固螺杆，纵向通过座体一端夹持臂的端面丝母螺孔和矩形通孔，连接座体的另一端夹持臂。上述专利技术突出的特点是结构简单、操作方便、夹持稳定，仅需较小的力即可稳定可靠地固定高压涡轮叶片榫头。但是该专利技术只考虑了涡轮叶片榫头的夹持，未考虑叶片的颤振，未设置相应的叶片随动夹具。现有的薄壁件铣削夹具存在明显的不足和局限性，有些专为薄壁工件设计的夹具中虽然有随动支承装置，但是仍无法对薄壁件加工过程中产生的颤振起到良好的抑制作用，如申请号201610346138.6的专利技术专利公开了一种采用固定支承为辅，可移动的浮动支承为主的支承方式，固定支承位于工件的四周，可移动的浮动支承由智能夹具系统获取走刀路径和工件加工前的初始位置。初始装夹时，由固定和浮动的两种支承共同作用，使工件受力均匀，防止产生不必要的初始残余应力，从而减少夹紧误差，提高加工精度。但是，该专利技术中的固定夹具为刚性结构，在浮动支承的机械运动过程中以及切削过程中会产生强烈的颤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具，其特征是，包括设置于工作台的下部夹持部，下部夹持部上方配合设置柔性夹持部，所述柔性夹持部两端均与水平移动机构连接，水平移动机构端部与上下移动机构连接；所述柔性夹持部包括与叶片侧壁柔性贴合的弹性夹持体，弹性夹持体柔性夹持住叶片上部侧壁，下部夹持部夹持住叶片底部；加工过程中水平移动机构和上下移动机构带动弹性夹持体调整夹持叶片的位置，以预留出待加工区域。

【技术特征摘要】
1.一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具，其特征是，包括设置于工作台的下部夹持部，下部夹持部上方配合设置柔性夹持部，所述柔性夹持部两端均与水平移动机构连接，水平移动机构端部与上下移动机构连接；所述柔性夹持部包括与叶片侧壁柔性贴合的弹性夹持体，弹性夹持体柔性夹持住叶片上部侧壁，下部夹持部夹持住叶片底部；加工过程中水平移动机构和上下移动机构带动弹性夹持体调整夹持叶片的位置，以预留出待加工区域。2.如权利要求1所述的柔性夹具，其特征是，所述弹性夹持体为支承气囊，支承气囊中部留有供叶片穿过的空腔，支承气囊充满状态下与叶片侧壁紧密贴合；优选的，所述支承气囊为椭圆形结构。3.如权利要求2所述的柔性夹具，其特征是，所述支承气囊侧部带有气嘴，气嘴与充气机构连通。4.如权利要求1所述的柔性夹具，其特征是，所述上下移动机构包括固设于工作上的丝杠，所述丝杠上配合设置上丝杠螺母和下丝杠螺母，所述下丝杠螺母上部支撑水平移动机构，上丝杠螺母与下丝杠螺母配合将水平移动机构夹紧。5.如权利要求4所述的柔性夹具，其特征是，所述水平移动机构包括套设于丝杠的套管结构，所述套管结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋清华，高建，刘战强，万熠，史振宇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37