海绵真空吸盘夹具(薄壁铝合金检具加工柔性工装夹具的设计)

前 言

今天为大家分享一篇关于薄壁铝合金检具加工柔性工装夹具的设计推送。在汽车主模型检具中，许多零件属于大型铝合金复杂薄壁结构件，厚度远小于长宽尺寸，薄壁整体结构件材料切除率高达90%以上，平均厚度4mm，局部区域厚度小于1mm。由于薄壁零件刚性差、强度弱，加工中极易变形，导致加工难度较大，难以保证零件的加工质量。

图1 汽车主模型

由于工件薄壁处均为曲面，并且整个表面均为待加工面，普通夹具既不方便夹持曲面，又容易与铣刀发生干涉，所以在实际加工过程中，通常用的辅助支承夹具为代木，代木是一种复合树脂材料，具有良好的切削性能，比较容易加工成各种高度的支承条。

代木支承条的顶端用小的楔形代木块垫上，然后再将代木顶端与工件之间、代木底端与工作台之间用502胶水粘结起来，防止加工的时候发生移动。

图2 引擎盖部分加工时的辅助支承

然而代木支承存在以下弊端：生产准备时间长；支承位置凭经验确定，疏密不一，无法控制精度；刚性较差，支承稳定性不够；大部分代木与工件的接触方式为线接触，且接触位置为工件外缘曲边上，支承效果不理想；借助502胶水来固定代木，加工后需要用有机溶剂丙酮清洗，长期吸入丙酮对工人的健康不利。

一

柔性工装夹具结构与功能分析

针对汽车主模型检具中引擎盖模拟块的尺寸大小，做出如图2所示的初步工装系统模型。该模型并非柔性工装系统的布局图，仅体现出柔性工装系统应包括的结构特征，含有：底座结构、滑动结构、支承结构和夹紧结构。其中，滑动结构由液压控制系统驱动，包括相关的液压控制机构等。夹紧结构通过真空吸附方式进行吸附夹紧，包括真空泵等真空动力源。

图3 柔性工装系统整体构思图和实物照片

1.工件 2.真空吸附夹具 3.底板 4.真空泵 5.导轨 6.液压控制箱

底座结构：根据定位准则设置定位基准，保证工件的定位精度同时连接各个结构的载体。

滑动结构：包括系统中所有起柔性定位作用的导轨、滑块、夹具上的伸缩机构以及起驱动作用的液压机构，实现夹具在X、Y、Z 三个方向上的柔性定位。

支承结构：系统中起支承作用的结构由夹具的伸缩机构和夹具头上的顶珠（如图3所示）组成。顶珠与工件的曲面构成点接触，一般情况下，只有定位元件处的接触变形才导致工件位置偏移，夹紧元件处的接触变形对工件偏移没有直接影响。这里的接触属于夹紧元件处的接触，不考虑由接触引起的变形。

图4 柔性工装夹具结构示意图

1.真空吸盘 2.顶珠 3.真空接口

顶珠材料为LY12铝合金，通过502胶水粘在吸盘内部。顶珠上部为球头形，下部为柱形,方便加工时的夹持。吸盘与顶珠的设计在铣削加工中起到支承和减振的作用。

顶珠顶部的球头结构同曲面薄壁件表面始终为点接触，可以很好的适应各种曲面结构。但并不是所有曲率的曲面都可以吸附，对于曲率还是有一定的要求。如图4所示，理想情况下，假设工件表面无限光滑，吸盘与顶珠能够吸住工件的最小半径为10.5mm，但实际上由于工件表面存在粗糙度等因素，满足工件正常吸附的最小半径将大于10.5mm。

图5 顶珠示意图

夹紧结构：由升降柱顶部的真空吸盘（如图5所示）和真空泵组成。真空吸盘应具有足够的柔度和贴合度，才能满足工件表面的吸附要求。真空泵的选取要使得吸盘对工件有足够的吸附力，以减小加工过程中由振动或翘曲引起的变形。

图6 支承模块和滑动示意图

二

柔性工装夹具应用中的计算机系统

计算机控制系统，用于根据工件坐标信息文件对整个柔性工装系统进行规划和决策，并生成对应的控制指令发送给相应的执行机构。计算机控制系统不仅可以实现各支承单元的移动操控，还可以实现各支承机构在工件上的布局优化计算，从而实现整个柔性工装系统的自动化。

图7 计算机控制系统

结 语

本文中所设计的柔性工装系统，适用于主模型检具和其他铝合金曲面薄壁件的铣削等加工。根据铣削装夹中的实际工作情况，设计了四种高度规格的柔性夹具。根据上海申模公司提供的数据，该工装的装夹时间是代木式的1/3，工件加工精度提高20%，具有较大实用性，加上工装设计大部分采用标准模块化结构，也降低了制造和维护的成本。

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