一種柔性機床夾具的制作方法

本發明屬于機械制造及機床夾具領域，具體涉及一種柔性機床夾具。

背景技術：

隨著我國航空航天和汽車制造業的迅速發展，多軸聯動數控機床，特別是多軸銑削加工中心廣泛應用于各種復雜零件的加工中。銑削加工待加工工件過程中，工件加工質量的重要保證之一是優質的機床夾具系統。目前，在航空和汽車制造領域內，工件相對于機床工裝臺的裝夾定位加緊大多通過T形塊、壓板以及工作臺的T形槽之間的機械配合及相應的螺紋預緊來實現，該種方法的優點在于，夾具成本低、組合形式多樣、操作相對簡單。在工業制造初期，該種形式的機床夾具被廣泛應用，在制造精度要求并不苛刻的環境下，該類型的夾具在航空制造業中發揮了巨大的作用。然而，隨著高速、高精加工需求的不斷增長，組合壓板類夾具的弊端不斷涌現。特別在加工大型復雜薄壁結構件的過程中，壓板夾緊了的控制存在很大難度，過大的夾緊力容易造成零件局部變形或引起加工應力集中，夾緊力不足又會使得零件在加工過程中容易振動或發生微小滑動。對于一些特殊結構的加工件，在加工的某個階段往往還需要停機進行加工應力釋放，以消除工件變形。組合壓板類夾具在實現該種操作時，不僅效率低效而且極易因操作不當引起工件移位，造成加工定位基準漂移從而引起加工誤差。

為解決壓板組合類夾具加緊力控制困難及加工應力釋放存在操作危險的不足，本發明提出了一種柔性機床夾具。該種機床夾具通過圓錐螺紋銷軸和圓錐缺口套可實現零間隙定位，圓錐缺口套與低溫合金的熔化-凝固相變可實現零間隙緊固，從而確保整個工件與工裝的零間隙定位緊固。當可控底座內腔的低溫合金處于熔化狀態時，圓錐缺口套的底部外伸端可以在可控底座內腔空間里具有較大的活動空間，從而在工件定位加緊的初期，為該種夾具提供了大柔性的容差調節能力。在加工過程的特定階段，可以通過自動控制某些可控底座內的低溫合金熔化來消除裝夾系統的過約束力，從而消除加工應力提高加工精度。該發明專利所提出的機床夾具可應用于各類銑削加工加工中心，自動化控制調節與緊固，調節方便省時，定位加緊穩定性好，具有廣闊的應用前景。

技術實現要素：

針對上述現有技術中的不足，本實用新型提供了一種柔性機床夾具。

一種柔性機床夾具，其特征在于包括：待加工工件毛坯、圓錐螺紋銷軸、可控底座、機床工作臺和機械螺釘，所述待加工工件毛坯、圓錐螺紋銷軸、可控底座、機床工作臺和機械螺釘相互連接，所述待加工工件毛坯設置在機床工作臺上，所述可控底座通過機械螺釘設置在機床工作臺上，所述圓錐螺紋銷軸設置在可控底座上，所述可控底座通過圓錐螺紋銷軸進一步地緊固在機床工作臺上，所述待加工工件毛坯通過可控底座緊固在機床工作臺上，所述可控底座上還設置有與圓錐螺紋銷軸成套的圓錐缺口套，所述圓錐缺口套的下方還設置有多個定位合金顆粒。

所述待加工工件毛坯還包括：待加工工件毛坯定位孔、待加工工件毛坯定位孔上端面和待加工工件毛坯定位孔下端面。

所述圓錐螺紋銷軸還包括：圓錐螺紋銷軸壓緊面、圓錐螺紋銷軸圓錐面和圓錐螺紋銷軸螺紋軸。

所述可控底座還包括：可控底座上端定位面、可控底座冷卻管道、可控底座加熱電阻絲和可控底座腔壁褶皺。

所述圓錐缺口套還包括：圓錐缺口內部圓錐表面、圓錐缺口套外部圓柱表面、圓錐缺口套定位端面、圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺、圓錐缺口套變形缺口、圓錐缺口套底部螺紋孔和圓錐缺口套缺口。

工作原理：

（1）零間隙定位系統。本專利所述的一種柔性機床夾具零間隙定位系統具體的機械系統描述如下。

該零間隙定位系統由待加工工件毛坯，圓錐螺紋銷軸，圓錐缺口套共同組成。圓錐缺口套外部圓柱表面穿過待加工工件毛坯定位孔，并將圓錐缺口套定位端面與待加工工件毛坯定位孔下端面貼合。圓錐螺紋銷軸螺紋軸旋入圓錐缺口套底部螺紋孔，在通過扳手用力旋入圓錐螺紋軸的同時，圓錐螺紋銷軸圓錐面與圓錐缺口內部圓錐表面貼合，并進一步使得圓錐缺口套上部的四片懸臂片通過圓錐缺口套變形缺口和圓錐缺口套缺口產生變形向外擴張，從而使得圓錐缺口套外部圓柱表面壓緊在工件毛坯定位孔上，與此同時圓錐螺紋銷軸壓緊面壓緊在待加工工件毛坯定位孔上端面。整個裝配過程使得待加工工件毛坯的定位孔相對于圓錐缺口套軸向無串動徑向無間隙，從而形成了零間隙定位系統。

（2）柔性可調夾緊系統，夾緊分為兩部分，第一步B-圓錐螺紋銷軸和A-待加工工件毛坯 夾緊；第二步C-可控底座加熱后融化低熔點合金，B3-圓錐螺紋銷軸螺紋軸放入低熔點合金中，然后冷卻凝固B-圓錐螺紋銷軸，從而實現和C-可控底座的固持夾緊。本專利所述的一種柔性機床夾具柔性可調夾緊系統具體的機械系統描述如下。

該柔性可調夾緊系統由圓錐缺口套，可控底座，低溫合金共同組成。將多套圓錐螺紋軸和圓錐缺口套緊固在待加工工件毛坯的定位孔上，在各定位孔處都形成相應的零間隙定位系統。然后將待加工工件毛坯攜同其附帶的零間隙定位系統一起放置于可控底座上端定位面，使得圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺插入可控底座的空腔內，同時待加工工件毛坯定位孔下端面與可控底座上端定位面貼合。由于可控底座的空腔大于圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺的直徑，在較大的容差范圍內可以輕松調節可控底座的位置使得可調底座下端四個螺紋孔與機床工作臺上四個螺紋孔對正。通過機械螺釘將可調底座緊固在機床工作臺上，在可控底座的空腔與圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺所形成的空腔內填充滿低溫合金。由此，圓錐缺口套，低溫合金，可控底座及可控底座冷卻管道，可控底座加熱電阻絲便構成了柔性可調夾緊系統。

柔性可調夾緊系統的工作原理如下：裝配完該夾具系統后，即可為可控底座加熱電阻絲通電，電流流經電阻絲迅速發熱，產生的熱量可以使低溫合金迅速熔化。流態低溫合金對可控底座和零間隙定位系統之間的作用不起任何約束，因而零間隙定位系統與待加工毛坯可以自然地穩定態安置在各個可控底座表面。在確定待加工工件毛坯安置妥當后，斷開電阻絲兩端電源，同時向可控底座冷卻管道中通入冷卻水，在冷卻水的作用下，低溫合金迅速凝固。由于可控底座腔壁褶皺和圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺增大了液態低溫合金與可控底座及圓錐缺口套的接觸面積，使得低溫合金凝固后圓錐缺口套被間隙的緊固在可控底座內，從而將整個待加工工件毛坯零間隙地緊固在機床工作臺上，并且避免了外部加持力對工件加工精度的影響。

本實用新型的有益效果：

對于一些特殊的復雜結構件，在加工工程中容易產生加工應力集中，雖然在夾具的強制約束下可以達到既定的加工精度要求，一但工件脫離夾具的約束就會在自然狀態慢慢釋放應力產生變形，使工件精度降低，有時甚至造成零件尺寸超差。而該套具有零間隙大柔性的新型機床夾具可以很好的客服這一問題。待加工工件毛坯是過約束緊固在工作臺的，當工件加工到一定階段后，在保持所需基本關鍵定位關系的同時為額外的可控底座加熱電阻絲通電，可控底座加熱電阻絲發熱使得低溫合金迅速熔化，相應的零間隙定位系統與柔性可調夾緊系統間的約束關系被解除。待加工工件在保證基本定位關系的同時，工件中積累的加工應力可以被釋放。當工件的應力釋放一段時間后，斷開可控底座加熱電阻絲，同時向可控底座冷卻管道中通入冷卻水使得低溫合金凝固。這樣在新的力學平衡狀態下，待加工工件再次被無間隙與附件預緊力緊固。由此方法加工的工件由于消除了部分加工應力可以獲得更高的加工精度。此外，該套工裝的消減加工應力和在此施加約束都是通過自動控制可控底座空腔內的溫度實現，整個調節過程不涉及人力干預，更地加穩定、省時、安全，在產生加工應力的大型工件加工方面具有巨大的應用前景。

附圖標記

1待加工工件毛坯、101待加工工件毛坯定位孔、102待加工工件毛坯定位孔上端面、103待加工工件毛坯定位孔下端面、2圓錐螺紋銷軸、201圓錐螺紋銷軸壓緊面、202圓錐螺紋銷軸圓錐面、203圓錐螺紋銷軸螺紋軸、3可控底座、301可控底座上端定位面、302可控底座冷卻管道、303可控底座加熱電阻絲、304可控底座腔壁褶皺、4機床工作臺、5機械螺釘、6圓錐缺口套、601圓錐缺口內部圓錐表面、602圓錐缺口套外部圓柱表面、603圓錐缺口套定位端面、604圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺、605圓錐缺口套變形缺口、606圓錐缺口套底部螺紋孔、607圓錐缺口套缺口、7定位合金顆粒。

附圖說明

圖1為待加工工件毛坯結構示意圖；

圖2為圓錐螺紋銷軸結構示意圖；

圖3為可控底座結構示意圖；

圖4為圓錐缺口套結構示意圖；

圖5為工裝零間隙定位及可調節原理示意圖；

圖6為工裝應用總體示意圖；

具體實施方式：

實施例1：

一種柔性機床夾具，其特征在于包括：待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5，所述待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5相互連接，所述待加工工件毛坯1設置在機床工作臺4上，所述可控底座3通過機械螺釘5設置在機床工作臺4上，所述圓錐螺紋銷軸2設置在可控底座3上，所述可控底座3通過圓錐螺紋銷軸2進一步地緊固在機床工作臺4上，所述待加工工件毛坯1通過可控底座3緊固在機床工作臺4上，所述可控底座3上還設置有與圓錐螺紋銷軸2成套的圓錐缺口套6，所述圓錐缺口套6的下方還設置有多個定位合金顆粒7。

實施例2：

一種柔性機床夾具，其特征在于包括：待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5，所述待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5相互連接，所述待加工工件毛坯1設置在機床工作臺4上，所述可控底座3通過機械螺釘5設置在機床工作臺4上，所述圓錐螺紋銷軸2設置在可控底座3上，所述可控底座3通過圓錐螺紋銷軸2進一步地緊固在機床工作臺4上，所述待加工工件毛坯1通過可控底座3緊固在機床工作臺4上，所述可控底座3上還設置有與圓錐螺紋銷軸2成套的圓錐缺口套6，所述圓錐缺口套6的下方還設置有多個定位合金顆粒7。

所述待加工工件毛坯1還包括：待加工工件毛坯定位孔101、待加工工件毛坯定位孔上端面102和待加工工件毛坯定位孔下端面103。

所述可控底座3還包括：可控底座上端定位面301、可控底座冷卻管道302、可控底座加熱電阻絲303和可控底座腔壁褶皺304。

所述圓錐缺口套6還包括：圓錐缺口內部圓錐表面601、圓錐缺口套外部圓柱表面602、圓錐缺口套定位端面603、圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺604、圓錐缺口套變形缺口605、圓錐缺口套底部螺紋孔606和圓錐缺口套缺口607。

實施例3：

一種柔性機床夾具，其特征在于包括：待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5，所述待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5相互連接，所述待加工工件毛坯1設置在機床工作臺4上，所述可控底座3通過機械螺釘5設置在機床工作臺4上，所述圓錐螺紋銷軸2設置在可控底座3上，所述可控底座3通過圓錐螺紋銷軸2進一步地緊固在機床工作臺4上，所述待加工工件毛坯1通過可控底座3緊固在機床工作臺4上，所述可控底座3上還設置有與圓錐螺紋銷軸2成套的圓錐缺口套6，所述圓錐缺口套6的下方還設置有多個定位合金顆粒7。

所述待加工工件毛坯1還包括：待加工工件毛坯定位孔101、待加工工件毛坯定位孔上端面102和待加工工件毛坯定位孔下端面103。

所述圓錐螺紋銷軸2還包括：圓錐螺紋銷軸壓緊面201、圓錐螺紋銷軸圓錐面202和圓錐螺紋銷軸螺紋軸203。

所述圓錐缺口套6還包括：圓錐缺口內部圓錐表面601、圓錐缺口套外部圓柱表面602、圓錐缺口套定位端面603、圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺604、圓錐缺口套變形缺口605、圓錐缺口套底部螺紋孔606和圓錐缺口套缺口607。

實施例4：

一種柔性機床夾具，其特征在于包括：待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5，所述待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5相互連接，所述待加工工件毛坯1設置在機床工作臺4上，所述可控底座3通過機械螺釘5設置在機床工作臺4上，所述圓錐螺紋銷軸2設置在可控底座3上，所述可控底座3通過圓錐螺紋銷軸2進一步地緊固在機床工作臺4上，所述待加工工件毛坯1通過可控底座3緊固在機床工作臺4上，所述可控底座3上還設置有與圓錐螺紋銷軸2成套的圓錐缺口套6，所述圓錐缺口套6的下方還設置有多個定位合金顆粒7。

所述待加工工件毛坯1還包括：待加工工件毛坯定位孔101、待加工工件毛坯定位孔上端面102和待加工工件毛坯定位孔下端面103。

所述圓錐螺紋銷軸2還包括：圓錐螺紋銷軸壓緊面201、圓錐螺紋銷軸圓錐面202和圓錐螺紋銷軸螺紋軸203。

實施例5：

一種柔性機床夾具，其特征在于包括：待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5，所述待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5相互連接，所述待加工工件毛坯1設置在機床工作臺4上，所述可控底座3通過機械螺釘5設置在機床工作臺4上，所述圓錐螺紋銷軸2設置在可控底座3上，所述可控底座3通過圓錐螺紋銷軸2進一步地緊固在機床工作臺4上，所述待加工工件毛坯1通過可控底座3緊固在機床工作臺4上，所述可控底座3上還設置有與圓錐螺紋銷軸2成套的圓錐缺口套6，所述圓錐缺口套6的下方還設置有多個定位合金顆粒7。

所述待加工工件毛坯1還包括：待加工工件毛坯定位孔101、待加工工件毛坯定位孔上端面102和待加工工件毛坯定位孔下端面103。

所述圓錐螺紋銷軸2還包括：圓錐螺紋銷軸壓緊面201、圓錐螺紋銷軸圓錐面202和圓錐螺紋銷軸螺紋軸203。

所述可控底座3還包括：可控底座上端定位面301、可控底座冷卻管道302、可控底座加熱電阻絲303和可控底座腔壁褶皺304。

實施例6：

一種柔性機床夾具，其特征在于包括：待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5，所述待加工工件毛坯1、圓錐螺紋銷軸2、可控底座3、機床工作臺4和機械螺釘5相互連接，所述待加工工件毛坯1設置在機床工作臺4上，所述可控底座3通過機械螺釘5設置在機床工作臺4上，所述圓錐螺紋銷軸2設置在可控底座3上，所述可控底座3通過圓錐螺紋銷軸2進一步地緊固在機床工作臺4上，所述待加工工件毛坯1通過可控底座3緊固在機床工作臺4上，所述可控底座3上還設置有與圓錐螺紋銷軸2成套的圓錐缺口套6，所述圓錐缺口套6的下方還設置有多個定位合金顆粒7。

所述待加工工件毛坯1還包括：待加工工件毛坯定位孔101、待加工工件毛坯定位孔上端面102和待加工工件毛坯定位孔下端面103。

所述圓錐螺紋銷軸2還包括：圓錐螺紋銷軸壓緊面201、圓錐螺紋銷軸圓錐面202和圓錐螺紋銷軸螺紋軸203。

所述可控底座3還包括：可控底座上端定位面301、可控底座冷卻管道302、可控底座加熱電阻絲303和可控底座腔壁褶皺304。

所述圓錐缺口套6還包括：圓錐缺口內部圓錐表面601、圓錐缺口套外部圓柱表面602、圓錐缺口套定位端面603、圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺604、圓錐缺口套變形缺口605、圓錐缺口套底部螺紋孔606和圓錐缺口套缺口607。

工作原理：

（1）零間隙定位系統。本專利所述的一種柔性機床夾具零間隙定位系統具體的機械系統描述如下。

該零間隙定位系統由待加工工件毛坯，圓錐螺紋銷軸，圓錐缺口套共同組成。圓錐缺口套外部圓柱表面穿過待加工工件毛坯定位孔，并將圓錐缺口套定位端面與待加工工件毛坯定位孔下端面貼合。圓錐螺紋銷軸螺紋軸旋入圓錐缺口套底部螺紋孔，在通過扳手用力旋入圓錐螺紋軸的同時，圓錐螺紋銷軸圓錐面與圓錐缺口內部圓錐表面貼合，并進一步使得圓錐缺口套上部的四片懸臂片通過圓錐缺口套變形缺口和圓錐缺口套缺口產生變形向外擴張，從而使得圓錐缺口套外部圓柱表面壓緊在工件毛坯定位孔上，與此同時圓錐螺紋銷軸壓緊面壓緊在待加工工件毛坯定位孔上端面。整個裝配過程使得待加工工件毛坯的定位孔相對于圓錐缺口套軸向無串動徑向無間隙，從而形成了零間隙定位系統。

（2）柔性可調夾緊系統，夾緊分為兩部分，第一步B-圓錐螺紋銷軸和A-待加工工件毛坯 夾緊；第二步C-可控底座加熱后融化低熔點合金，B3-圓錐螺紋銷軸螺紋軸放入低熔點合金中，然后冷卻凝固B-圓錐螺紋銷軸，從而實現和C-可控底座的固持夾緊。本專利所述的一種柔性機床夾具柔性可調夾緊系統具體的機械系統描述如下。

該柔性可調夾緊系統由圓錐缺口套，可控底座，低溫合金共同組成。將多套圓錐螺紋軸和圓錐缺口套緊固在待加工工件毛坯的定位孔上，在各定位孔處都形成相應的零間隙定位系統。然后將待加工工件毛坯攜同其附帶的零間隙定位系統一起放置于可控底座上端定位面，使得圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺插入可控底座的空腔內，同時待加工工件毛坯定位孔下端面與可控底座上端定位面貼合。由于可控底座的空腔大于圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺的直徑，在較大的容差范圍內可以輕松調節可控底座的位置使得可調底座下端四個螺紋孔與機床工作臺上四個螺紋孔對正。通過機械螺釘將可調底座緊固在機床工作臺上，在可控底座的空腔與圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺所形成的空腔內填充滿低溫合金。由此，圓錐缺口套，低溫合金，可控底座及可控底座冷卻管道，可控底座加熱電阻絲便構成了柔性可調夾緊系統。

柔性可調夾緊系統的工作原理如下：裝配完該夾具系統后，即可為可控底座加熱電阻絲通電，電流流經電阻絲迅速發熱，產生的熱量可以使低溫合金迅速熔化。流態低溫合金對可控底座和零間隙定位系統之間的作用不起任何約束，因而零間隙定位系統與待加工毛坯可以自然地穩定態安置在各個可控底座表面。在確定待加工工件毛坯安置妥當后，斷開電阻絲兩端電源，同時向可控底座冷卻管道中通入冷卻水，在冷卻水的作用下，低溫合金迅速凝固。由于可控底座腔壁褶皺和圓錐缺口套底部圓柱凸起褶皺增大了液態低溫合金與可控底座及圓錐缺口套的接觸面積，使得低溫合金凝固后圓錐缺口套被間隙的緊固在可控底座內，從而將整個待加工工件毛坯零間隙地緊固在機床工作臺上，并且避免了外部加持力對工件加工精度的影響。

本實用新型的有益效果：

對于一些特殊的復雜結構件，在加工工程中容易產生加工應力集中，雖然在夾具的強制約束下可以達到既定的加工精度要求，一但工件脫離夾具的約束就會在自然狀態慢慢釋放應力產生變形，使工件精度降低，有時甚至造成零件尺寸超差。而該套具有零間隙大柔性的新型機床夾具可以很好的客服這一問題。待加工工件毛坯是過約束緊固在工作臺的，當工件加工到一定階段后，在保持所需基本關鍵定位關系的同時為額外的可控底座加熱電阻絲通電，可控底座加熱電阻絲發熱使得低溫合金迅速熔化，相應的零間隙定位系統與柔性可調夾緊系統間的約束關系被解除。待加工工件在保證基本定位關系的同時，工件中積累的加工應力可以被釋放。當工件的應力釋放一段時間后，斷開可控底座加熱電阻絲，同時向可控底座冷卻管道中通入冷卻水使得低溫合金凝固。這樣在新的力學平衡狀態下，待加工工件再次被無間隙與附件預緊力緊固。由此方法加工的工件由于消除了部分加工應力可以獲得更高的加工精度。此外，該套工裝的消減加工應力和在此施加約束都是通過自動控制可控底座空腔內的溫度實現，整個調節過程不涉及人力干預，更地加穩定、省時、安全，在產生加工應力的大型工件加工方面具有巨大提升。