一种薄壁曲面构件车削加工装夹系统及适应性装夹方法技术方案

本发明专利技术公开了一种薄壁曲面构件车削加工装夹系统及适应性装夹方法，该装夹系统包括气压回路、真空吸附夹具和电磁控制回路三部分；曲面构件定位夹紧于真空吸附夹具上表面，夹具辅助支撑上的橡胶密封圈与曲面内廓形接触，将构件内的密闭空间分隔为法兰端面、第一真空腔和第二真空腔三个独立的吸附力作用区域；夹具内部设置三条独立的真空通道，采用气动软管将真空通道与各分回路连通，利用电磁换向阀控制上述回路的通断；该真空吸附装夹系统具有多种装夹模式，可根据曲面构件的工艺阶段适应性调整，在半精加工阶段减小构件装夹卸载后的应力变形，在精密加工阶段控制构件的真空吸附装夹变形，满足了薄壁曲面构件不同车削阶段的差异化装夹需求。化装夹需求。化装夹需求。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁曲面构件车削加工装夹系统及适应性装夹方法


[0001]本专利技术属于薄壁曲面构件车削加工装夹
，具体涉及一种真空吸附装夹系统及适应性装夹方法。

技术介绍

[0002]应用于能源动力、航空航天等领域的一系列弱刚性薄壁曲面构件，由于其壁厚小且轮廓尺寸大，加工时受材料内应力、装夹应力以及加工残余应力等因素的综合影响，变形剧烈且形式复杂。其中，起夹紧与定位功能的装夹装置不仅直接影响薄壁构件的装夹变形，还会制约余量材料去除过程中的不平衡应力释放，导致装夹卸载后薄壁曲面构件加工精度超差。
[0003]为了提升薄壁曲面构件的车削加工精度，常采用真空吸附装夹方法取代传统的机械装夹方法。该方法利用夹具体内部的真空腔与大气间的压力差将薄壁曲面构件压在夹具表面，具有操作简单、装夹可靠的优点。专利技术专利CN111702532A公开了“一种薄壁零件夹持方法与夹具”，通过优化夹具的环槽气道位置实现了曲面构件法兰端面吸附装夹，避免了直接吸附曲面构件回转面造成的大装夹变形。专利技术专利CN112676891A公开了“一种高精度加工的分体式调心装置及其调心方法”，通过法兰端面吸附装夹的方法将薄壁曲面构件固定在调心装置的夹持座上，利用光学调节螺纹件调整夹持座与底座间的相对位置，进而间接完成弱刚性曲面构件的精密调心操作。
[0004]现有技术方案主要采用法兰端面吸附装夹的方法减小薄壁曲面构件的装夹变形，但却增强了装夹边界对不平衡应力释放的约束效果，加剧了装夹卸载后曲面构件的变形超差问题。薄壁曲面构件的加工精度受残余应力和装夹应力共同影响，然而随着构件材料去除的增加，产生的不平衡应力逐步累积，此时残余应力诱导的加工变形对构件成形精度的影响更为显著。这表明在不同的加工阶段，影响薄壁曲面构件加工精度的主要问题是不同的，对装夹装置的需求也是不同的，甚至是对立的。当前装夹模式固定、功能单一的真空吸附装置无法满足薄壁曲面构件不同车削工艺阶段的差异化装夹需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于曲面构件车削加工的装夹系统及适应性装夹方法，以解决现有真空吸附装夹装置难以满足曲面构件不同工艺阶段最优装夹需求的问题。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种薄壁曲面构件车削加工装夹系统，包括气压回路、真空吸附夹具和电磁控制回路三部分；
[0008]气压回路包括主回路和五个分回路，主回路包含通过气动软管顺次连接的真空泵1、可调节流阀2以及压力表5，以及真空泵1和可调节流阀2之间并联着依次连接的卸荷阀3和消声器4；五个分回路为第一分回路、第二分回路、第三分回路、第四分回路和第五分回
路，分别由第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀9、第三电磁换向阀7、第四电磁换向阀10和第五电磁换向阀8控制，五个分回路彼此独立，通过卡套接头与主回路相连接；
[0009]真空吸附夹具11表面设有三个真空环槽带，从外到内依次为第一真空环槽带113、第三真空环槽带115和第二真空环槽带114；真空吸附夹具11内部设有第一竖直气道117、第二竖直气道118、第三竖直气道119以及第一水平气道120、第二水平气道121、第三水平气道122；其中，第二竖直气道118轴线与真空吸附夹具11回转轴重合，第一竖直气道117与第三竖直气道119分别位于第二竖直气道118两侧；第二水平气道轴线121与真空吸附夹具11回转轴相交且位置垂直，第一水平气道120与第三水平气道122分别位于第二水平气道121两侧；各竖直气道轴线与对应的水平气道轴线相交且位置垂直；水平气道两端均采用堵头密封，并且分别与对应的真空环槽带以及竖直气道相导通，在吸附夹具内部构成三条密封的真空通道；第一竖直气道117与第五分回路连通，第二竖直气道118分别与第一分回路、第三分回路连通，第三竖直气道119分别与第二分回路、第四分回路连通；真空吸附夹具11上表面设有辅助支撑124与安装孔116，侧面周向均布配平螺孔123，其中辅助支撑124上表面粘有橡胶密封圈13。
[0010]所述电磁换向阀均为常闭式两位两通阀。
[0011]所述卡套接头材料为不锈钢。
[0012]所述竖直气道尾部设有管螺纹，通过气动旋转接头与各分回路相连接。
[0013]所述第一分回路和第三分回路通过三通卡套接头连接在一起。
[0014]所述第二分回路和第四分回路通过三通卡套接头连接在一起。
[0015]一种用于薄壁曲面车削加工的适应性装夹方法，包括以下步骤：
[0016]步骤一、真空吸附装夹系统动作分析；将薄壁曲面构件12置于真空吸附夹具11上表面，将真空吸附系统的真空负压调整至0.02Mpa～0.03Mpa，在当前真空度条件下调整薄壁曲面构件12跳动至预设值，随后增大系统真空负压至0.04Mpa～0.05Mpa，进而将薄壁曲面构件12固定在真空吸附夹具11上；此时辅助支撑124上的橡胶密封圈13与薄壁曲面构件12内表面接触，将薄壁曲面构件12内表面与真空吸附夹具11上表面构成的密封空间分隔为两个互不导通的真空密封腔，其中远离法兰的为第一真空腔111，靠近法兰的为第二真空腔112；定义第一真空腔吸附为装夹模式1，第二真空腔吸附为装夹模式2，法兰端面吸附为装夹模式3；
[0017]在半精加工阶段，选定装夹模式1与装夹模式2作为薄壁曲面构件12当前工艺阶段的装夹方案；当刀具切削第二真空腔112对应的曲面外轮廓时，装夹模式1启动，吸附第一真空腔111完成薄壁曲面构件12的定位与夹紧；同样地，当刀具切削第一真空腔111对应的曲面外轮廓时，装夹模式2启动，吸附第二真空腔112完成薄壁曲面构件12的定位与夹紧；依据薄壁曲面构件12的几何结构以及切削参数计算上述两种情况刀具切削的持续时间分别为T1和T2；
[0018]在精密加工阶段，选定装夹模式3作为薄壁曲面构件12当前工艺阶段的装夹方案；此时，待去除的余量材料较少，装夹卸载后不平衡应力释放诱发的加工变形对曲面构件的成形精度影响较小，因此采用法兰吸附装夹的方法减小薄壁曲面构件12的真空吸附装夹变形；
[0019]加工完成后，打开卸荷阀3，空气沿消声器4进入，经可调节流阀2最终充满整个真
空吸附夹具11，随后取下薄壁曲面构件12，关闭真空系统；
[0020]步骤二、真空吸附装夹系统的电磁控制回路设计；真空吸附装夹系统的电磁控制回路由并联在24V直流电源中的8条支路组成；其中第一支路由常闭触点C2、电磁线圈Y1和指示灯L1串联组成；第二支路由常闭触点C4和延时闭合线圈D1串联组成；第三支路由常闭触点C3与延时闭合线圈D2串联组成；第四支路由常开触点C1、常闭触点C4、电磁线圈Y2、指示灯L2和延时闭合线圈D3组成，其中常开触点C1、常闭触点C4、电磁线圈Y2和指示灯L2为串联关系，指示灯L2和延时闭合线圈D3为并联关系；第五支路由常开触点C3、常闭触点C4和延时闭合线圈D4串联组成；第六支路由电磁线圈Y3和指示灯L3串联组成；第七支路由电磁线圈Y4和指示灯L4串联组成；第八支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁曲面构件车削加工装夹系统，其特征在于，该薄壁曲面构件车削加工装夹系统包括气压回路、真空吸附夹具和电磁控制回路三部分；气压回路包括主回路和五个分回路，主回路包含通过气动软管顺次连接的真空泵(1)、可调节流阀(2)以及压力表(5)，以及真空泵(1)和可调节流阀(2)之间并联着依次连接的卸荷阀(3)和消声器(4)；五个分回路为第一分回路、第二分回路、第三分回路、第四分回路和第五分回路，分别由第一电磁换向阀(6)、第二电磁换向阀(9)、第三电磁换向阀(7)、第四电磁换向阀(10)和第五电磁换向阀(8)控制，五个分回路彼此独立，通过卡套接头与主回路相连接；真空吸附夹具(11)表面设有三个真空环槽带，从外到内依次为第一真空环槽带(113)、第三真空环槽带(115)和第二真空环槽带(114)；真空吸附夹具(11)内部设有第一竖直气道(117)、第二竖直气道(118)、第三竖直气道(119)以及第一水平气道(120)、第二水平气道(121)、第三水平气道(122)；其中，第二竖直气道(118)轴线与真空吸附夹具(11)回转轴重合，第一竖直气道(117)与第三竖直气道(119)分别位于第二竖直气道(118)两侧；第二水平气道轴线(121)与真空吸附夹具(11)回转轴相交且位置垂直，第一水平气道(120)与第三水平气道(122)分别位于第二水平气道(121)两侧；各竖直气道轴线与对应的水平气道轴线相交且位置垂直；水平气道两端均采用堵头密封，并且分别与对应的真空环槽带以及竖直气道相导通，进而在吸附夹具内部构成三条密封的真空通道；第一竖直气道(117)与第五分回路连通，第二竖直气道(118)分别与第一分回路、第三分回路连通，第三竖直气道(119)分别与第二分回路、第四分回路连通；真空吸附夹具(11)上表面设有辅助支撑(124)与安装孔(116)，侧面周向均布配平螺孔(123)，其中辅助支撑(124)上表面粘有橡胶密封圈(13)。2.根据权利要求1所述薄壁曲面构件车削加工装夹系统，其特征在于，所述电磁换向阀均为常闭式两位两通阀。3.根据权利要求1所述薄壁曲面构件车削加工装夹系统，其特征在于，所述卡套接头材料为不锈钢。4.根据权利要求1所述薄壁曲面构件车削加工装夹系统，其特征在于，所述竖直气道尾部设有管螺纹，通过气动旋转接头与各分回路相连接。5.根据权利要求1所述薄壁曲面构件车削加工装夹系统，其特征在于，所述第一分回路和第三分回路通过三通卡套接头连接在一起。6.根据权利要求1所述用于薄壁曲面构件车削加工的真空吸附装夹系统，其特征在于，所述第二分回路和第四分回路通过三通卡套接头连接在一起。7.一种用于薄壁曲面车削加工的适应性装夹方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、真空吸附装夹系统动作分析；将薄壁曲面构件(12)置于真空吸附夹具(11)上表面，将真空吸附系统的真空负压调整至0.02Mpa～0.03Mpa，在当前真空度条件下调整薄壁曲面构件(12)跳动，随后增大系统真空负压至0.04Mpa～0.05Mpa，进而将薄壁曲面构件(12)固定在真空吸附夹具(11)上；此时辅助支撑(124)上的橡胶密封圈(13)与薄壁曲面构件(12)内表面接触，将薄壁曲面构件(12)内表面与真空吸附夹具(11)上表面构成的密封空间分隔为两个互不导通的真空密封腔，其中远离法兰的为第一真空腔(111)，靠近法兰的为第二真空腔(112)；定义第一真空腔吸附为装夹模式1，第二真空腔吸附为装夹模式2，法兰端面吸附为装夹模式3；
在半精加工阶段，选定装夹模式1与装夹模式2作为薄壁曲面构件(12)当前工艺阶段的装夹方案；当刀具切削第二真空腔112对应的曲面外轮廓时，装夹模式1启动，吸附第一真空腔(111)完成薄壁曲面构件(12)的定位与夹紧；同样地，当刀具切削第一真空腔(111)对应的曲面外轮廓时，装夹模式2启动，吸附第二真空腔(112)完成薄壁曲面构件(12)的定位与夹紧；依据薄壁曲面构件(12)的几何结构以及切削参数计算上述两种情况刀具切削的持续时间分别为T1和T2；在精密加工阶段，选定装夹模式3作为薄壁曲面构件(12)当前工艺阶段的装夹方案；此时，待去除的余量材料较少，装夹卸载后不平衡应力释放诱发的加工变形对曲面构件的成形精度影响较小，因此采用法兰吸附装夹的方法减小薄壁曲面构件(12)的真空吸附装夹变形；加工完成后，打开卸荷阀(3)，空气沿消声器(4)进入，经可调节流阀(2)最终充满整个真空吸附夹具(11)，随后取下薄壁曲面构件(12)，关闭真空系统；步骤二、真空吸附装夹系统的电磁控制回路设计；真空吸附装夹系统的电磁控制回路由并联在24V直流电源中的8条支路组成；其中第一支路由常闭触点C2、电磁线圈Y1和指示灯L1串联组成；第二支路由常闭触点C4和延时闭合线圈D1串联组成；第三支路由常闭触点C3与延时闭合线圈D2串联组成；第四支路由常开触点C1、常闭触点C4、电磁线圈Y2、指示灯L2和延时闭合线圈D3组成，其中常开触点C...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉文，闫舒洋，齐书韬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：