连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹装置及方法属于加工装夹领域，涉及一种面向梁框类整体结构件连续加工的柔性装夹装置及方法。该装夹装置是由支撑组件，夹持组件及电控组件组成，可对结构相似的零件进行加工。一种连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹方法，先建立工件坐标系和本地坐标系，然后建立干涉判定规则和进行干涉判定。运用BCNET系列通信模块进行协议转换，将不同的通信协议统一为Modbus通信协议，建立PLC与数控机床的通信连接。本发明专利技术的柔性可调装置可以使一套工装适用于同系列零件的装夹，降低了该装夹装置开发成本。柔性装夹方法和连续加工，具有自动化程度高、操作简便、安全可靠的特点。

Flexible clamping device and method for continuous processing of beam frame integral structural parts

The invention relates to a flexible clamping device and method for continuous processing of beam frame integral structural parts, belonging to the field of processing and clamping, and relates to a flexible clamping device and method for continuous processing of beam frame integral structural parts. The clamping device is composed of a supporting component, a clamping component and an electric control component, which can process parts with similar structure. A flexible clamping method for continuous machining of beam frame type integral structural parts is proposed. Firstly, the workpiece coordinate system and local coordinate system are established, then the interference judgment rules are established and the interference judgment is carried out. Bcnet series communication modules are used for protocol conversion, different communication protocols are unified into Modbus communication protocol, and the communication connection between PLC and CNC machine tool is established. The flexible adjustable device of the invention can make a set of tooling suitable for clamping of the same series of parts and reduce the development cost of the clamping device. Flexible clamping method and continuous processing have the characteristics of high automation, simple operation, safety and reliability.

【技术实现步骤摘要】
连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹装置及方法
本专利技术属于加工装夹领域，涉及一种面向梁框类整体结构件连续加工的柔性装夹装置及方法。
技术介绍
梁框类整体结构件在高端装备制造领域应用广泛，是飞机等高端装备的骨架结构及外壳的重要组成部件。考虑减重和结构强度需求，一般需要在梁框类整体结构件上加工出较为复杂的筋、孔及型腔等结构。在数控加工中，往往需要多道工序/多把刀具对零件外缘条、内缘条、腹板、筋条等特征形面进行粗精加工。因此，在整体结构件加工中，保证零件具有较好的定位精度、装夹刚度和稳定性十分重要。在实际生产中，操作工人一般采用压板对零件进行多点手动夹紧，但在压板与加工特征重叠时，需要机床停车并手动更换压板夹紧位置。此种经验式的人工装夹方法存在着生产辅助时间长、定位精度差、压紧力不可控、工人劳动强度大等问题。面向梁框类整体结构件，研发可连续加工的柔性自动装夹技术十分必要。近年来也有学者针对梁框类整体结构件的装夹问题提出了解决方案。2011年江西昌河航空工业有限公司在专利CN202006372U中公开了“一种工字型梁类零件加工工装”。该工装采用螺栓侧面顶紧的方式夹紧工件，适合侧面没有加工特征的一类零件，但仍需依靠工人手动操作工装。2018年成都飞机工业(集团)有限责任公司在专利CN107617911A中公开了“一种航空结构件通用高效装夹装置”。该装夹装置设有多个可伸缩支撑杆，支撑杆顶部设有真空吸盘锁紧工件，适合装夹平板型单面结构梁框类零件。上述研究均未提及梁框类整体结构件连续加工的柔性装夹装置及方法。>
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是克服上述方法的不足，针对梁框类整体结构件装夹问题，专利技术了一种能实现梁框类整体结构件连续加工的柔性装夹装置及方法。该装夹装置采用油压转角缸压板可抬起回转的方式，实现零件连续加工；采用高压气体反吹的方式，实现压点区域碎屑自清洁；采用油压转角缸压板安装角度可调和压板伸缩调整压点的方式，实现同系列零件的柔性装夹；采用Modbus通信协议实现PLC与数控机床通信，读取机床刀具运行参数，实现夹具动作判断与控制。本专利技术所采用的技术方案是一种连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹装置，其特征是，该装夹装置是由支撑组件Ⅰ，夹持组件Ⅱ及电控组件Ⅲ组成，可对结构相似的零件进行加工；所述支撑组件Ⅰ由底座1、安装在底座1上的零件支撑台2、对刀元件3、吊环螺钉4及安装在底座1中的管路系统5构成；底座1为有加强筋的内部空心结构，其内部空间进行管路系统5排布，加强筋结构既保证底座1的刚度，也可以将管路系统5限位固定；底座1上表面安装有若干个夹持组件Ⅱ，底座1四角区域的螺孔分别安装吊环螺钉4，用于夹具吊装；底座1通过压板与机床工作台固定。零件支撑台2起到对零件定位支撑的作用，设置有定位销，通过焊接的方法固定在底座1上。对刀元件3通过螺钉安装在底座1两侧靠边位置，用于数控加工中工件坐标系的建立，确保不与工装主体部分发生干涉。管路系统5由软管，电磁阀，快速接头，分路装置组成，外部油液和高压气体由总管路提供给装夹装置，经由快速接头、分路装置分路，从底座1内部管路传导至各个夹持组件Ⅱ，电磁阀控制油路和气路通断使夹持组件Ⅱ进行动作响应。所述夹持组件Ⅱ由油压转角缸6，伸缩式压板7，压头8，缸垫9，气路伸出管10，防松螺母11，侧面顶紧螺钉12组成；油压转角缸6通过紧固螺钉穿过缸垫9上的通孔固定在底座1上；油压转角缸6带动伸缩式压板7可进行回转抬起，及回复压紧的动作，实现零件连续加工；伸缩式压板7通过防松螺母11固定在油压转角缸6上，伸缩式压板7的伸出长度可根据装夹需要进行调整，调整安装角度，调整完毕后，由侧面顶紧螺钉12顶紧；从而达到柔性夹持的目的，实现同系列零件的柔性装夹；压头8焊接在伸缩式压板7上，压头8中心有高压气体通道，通过快速接头与由气路伸出管10伸出的气管连接；在夹持组件Ⅱ压紧零件时，采用高压气体反吹的方式，实现压点区域碎屑自清洁；以防止金属碎屑影响加持效果和加工质量；所述电控组件Ⅲ是以PLC为核心的电控系统，PLC具备与数控机床经由Modbus通信协议通信的功能；PLC读取机床刀具运行参数,进行算法运行及数据处理，对由支撑组件Ⅰ和夹持组件Ⅱ组成的装夹工装实现自动控制；一种连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹方法，其特征是，该方法中采用柔性装夹装置，利用PLC与机床通信，针对不同品牌型号的机床的通信协议不一致，使用BCNET系列通信模块进行协议转换，将不同的通信协议统一为Modbus通信协议；BCNET通信模块作为Modbus服务器应用，实现对Modbus应用报文的分析与响应，PLC作为Modbus客户端应用，主要是向服务器发送请求，并等待并接收服务器的响应；装夹方法的具体步骤如下：第一步建立工件坐标系和本地坐标系，工件坐标系的建立以支撑组件Ⅰ中一对刀点为坐标原点，两对刀点连线建立X轴，水平面内过坐标原点垂直X轴建立Y轴，过坐标原点垂直于X轴与Y轴建立Z轴，完成工件坐标系构建；为方便干涉区域划分和表示，在各夹持区域处分别建立本地坐标系，在本地坐标系下划分干涉区域；本地坐标系以夹持组件Ⅱ中油压转角缸6回转中心为坐标原点，以抬起状态下压头8中心与坐标原点连线作X轴，以压紧状态下压头8中心与坐标原点连线作Y轴，过坐标原点垂直于X轴与Y轴建立Z轴，完成本地坐标系构建；第二步建立干涉判定规则和进行干涉判定在本地坐标系下进行干涉区域的划分，干涉区域的形状和大小直接决定了工装的可靠性和安全；其需要考虑伸缩式压板7的回转半径和抬起高度、刀具直径、刀具进给速度等工艺参数；同时，还要进一步考虑油压转角缸6回转方向及动作响应时间；干涉判定规则如下：式中，(xm,ym,zm)一刀具在本地坐标系下的表示，l一伸缩式压板7回转半径，s一安全宽度，b一伸缩式压板7宽度，h一伸缩式压板7抬起高度，d一刀具直径，λ一安全系数，取3—6，v一刀具进给速度，t一油压转角缸6动作响应时间；进行干涉判定，首先要保证坐标系统一，通过坐标变换，将工件坐标系下的刀具位置转换到本地坐标系；坐标转换规则如下：式中，(x,y,z)一刀具在工件坐标系下的表示，(xm,ym,zm)一刀具在本地坐标系下的表示，(xom,yom,zom)一本地坐标系原点Om在工件坐标系下的表示，θ一平面内本地坐标系相对于工件坐标系的旋转角，以逆时针转角为正；第三步控制策略的具体执行过程如下：1)运用BCNET系列通信模块进行协议转换，将不同的通信协议统一为Modbus通信协议，建立PLC与数控机床的通信连接；2)根据装夹工装的实际安装布置，建立工件坐标系和各夹持区域的本地坐标系；3)获取机床运行参数如刀具进给速度、刀具直径等，结合工艺参数构建各夹持区域在本地坐标系下的干涉区域；4)读取工件坐标系下的实时刀具位置，通过坐标变换，得到刀具在各本地坐标系下的坐标；5)判断本地坐标系下刀具与各干涉区域的相对位置；当刀具处于干涉区域内时，判定该干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹装置，其特征是，该装夹装置是由支撑组件(Ⅰ)，夹持组件(Ⅱ)及电控组件(Ⅲ)组成；/n所述支撑组件(Ⅰ)由底座(1)、安装在底座(1)上的零件支撑台(2)、对刀元件(3)、吊环螺钉(4)，以及安装在底座(1)中的管路系统(5)及构成；底座(1)为有加强筋的内部空心结构，其内部空间进行管路系统(5)排布，加强筋结构既保证底座(1)的刚度，也可以将管路系统(5)限位固定；底座(1)上表面安装有若干个夹持组件Ⅱ，底座(1)四角区域的螺孔安装吊环螺钉(4)，用于夹具吊装；底座(1)通过压板与机床工作台固定；零件支撑台(2)起到对零件定位支撑的作用，设置有定位销，通过焊接的方法固定在底座(1)上；对刀元件(3)通过螺钉安装在底座(1)两侧靠边位置，用于数控加工中工件坐标系的建立，确保不与工装主体部分发生干涉；/n管路系统(5)由软管，电磁阀，快速接头，分路装置组成，外部油液和高压气体由总管路提供给装夹装置，经由快速接头、分路装置分路，从底座(1)内部管路传导至各个夹持组件(Ⅱ)，电磁阀控制油路和气路通断使夹持组件(Ⅱ)进行动作响应；/n所述夹持组件(Ⅱ)由油压转角缸(6)，伸缩式压板(7)，压头(8)，缸垫(9)，气路伸出管(10)，防松螺母(11)，侧面顶紧螺钉(12)组成；油压转角缸(6)通过紧固螺钉穿过缸垫(9)上的通孔固定在底座(1)上；油压转角缸(6)带动伸缩式压板(7)进行回转抬起，及回复压紧的动作，实现零件连续加工；伸缩式压板(7)通过防松螺母(11)固定在油压转角缸(6)上，伸缩式压板(7)的伸出长度根据装夹需要进行调整，调整安装角度，调整完毕后，由侧面顶紧螺钉(12)顶紧，从而达到柔性夹持的目的，实现同系列零件的柔性装夹；压头(8)焊接在伸缩式压板(7)上，压头(8)中心有高压气体通道，通过快速接头与由气路伸出管(10)伸出的气管连接；在夹持组件Ⅱ压紧零件时，采用高压气体反吹的方式，实现压点区域碎屑自清洁；以防止金属碎屑影响加持效果和加工质量；/n所述电控组件(Ⅲ)是以PLC为核心的电控系统，PLC具备与数控机床经由Modbus通信协议通信的功能；PLC读取机床刀具运行参数,进行算法运行及数据处理，对由支撑组件(Ⅰ)和夹持组件(Ⅱ)组成的装夹工装实现自动控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹装置，其特征是，该装夹装置是由支撑组件(Ⅰ)，夹持组件(Ⅱ)及电控组件(Ⅲ)组成；
所述支撑组件(Ⅰ)由底座(1)、安装在底座(1)上的零件支撑台(2)、对刀元件(3)、吊环螺钉(4)，以及安装在底座(1)中的管路系统(5)及构成；底座(1)为有加强筋的内部空心结构，其内部空间进行管路系统(5)排布，加强筋结构既保证底座(1)的刚度，也可以将管路系统(5)限位固定；底座(1)上表面安装有若干个夹持组件Ⅱ，底座(1)四角区域的螺孔安装吊环螺钉(4)，用于夹具吊装；底座(1)通过压板与机床工作台固定；零件支撑台(2)起到对零件定位支撑的作用，设置有定位销，通过焊接的方法固定在底座(1)上；对刀元件(3)通过螺钉安装在底座(1)两侧靠边位置，用于数控加工中工件坐标系的建立，确保不与工装主体部分发生干涉；
管路系统(5)由软管，电磁阀，快速接头，分路装置组成，外部油液和高压气体由总管路提供给装夹装置，经由快速接头、分路装置分路，从底座(1)内部管路传导至各个夹持组件(Ⅱ)，电磁阀控制油路和气路通断使夹持组件(Ⅱ)进行动作响应；
所述夹持组件(Ⅱ)由油压转角缸(6)，伸缩式压板(7)，压头(8)，缸垫(9)，气路伸出管(10)，防松螺母(11)，侧面顶紧螺钉(12)组成；油压转角缸(6)通过紧固螺钉穿过缸垫(9)上的通孔固定在底座(1)上；油压转角缸(6)带动伸缩式压板(7)进行回转抬起，及回复压紧的动作，实现零件连续加工；伸缩式压板(7)通过防松螺母(11)固定在油压转角缸(6)上，伸缩式压板(7)的伸出长度根据装夹需要进行调整，调整安装角度，调整完毕后，由侧面顶紧螺钉(12)顶紧，从而达到柔性夹持的目的，实现同系列零件的柔性装夹；压头(8)焊接在伸缩式压板(7)上，压头(8)中心有高压气体通道，通过快速接头与由气路伸出管(10)伸出的气管连接；在夹持组件Ⅱ压紧零件时，采用高压气体反吹的方式，实现压点区域碎屑自清洁；以防止金属碎屑影响加持效果和加工质量；
所述电控组件(Ⅲ)是以PLC为核心的电控系统，PLC具备与数控机床经由Modbus通信协议通信的功能；PLC读取机床刀具运行参数,进行算法运行及数据处理，对由支撑组件(Ⅰ)和夹持组件(Ⅱ)组成的装夹工装实现自动控制。


2.一种连续加工梁框类整体结构件的柔性装夹方法，其特征是，该方法中采用柔性装夹装置，利用PLC与机床通信，针对不同品牌型号的机床的通信协议不一致，使用BCNET系列通信模块进行协议转换，将不同的通信协议统一为Modbus通信协议；BCNET通信模块作为Modbus服务器应用，实现对Modbus应用报文的分析与响应，PLC作为Modbus客户端应用，是向服务器发送请求，并等待并接收服务器的响应；
第一步建立工件坐标系和本地坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李特，兰天，隋延飞，刘海波，刘阔，郭东明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21