一种用于铣削加工碳纤维复合材料的可调式吸附夹具的制作方法

本发明属于机械加工夹具领域，涉及一种用于铣削加工碳纤维复合材料的可调式吸附夹具。

背景技术：

碳纤维复合材料具有质量轻、强度高、硬度高和耐腐蚀性的特点，已经被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。碳纤维复合材料属于典型的难加工材料，其细观呈纤维和树脂构成的混合形态，宏观上呈现各向异性和叠层特征，加工中易出现分层、撕裂、毛刺等加工损伤以及刀具磨损情况，严重制约飞机构件的高质高效加工。碳纤维复合材料制件一般经过铺放固化后整体成型，为满足装配和尺寸精度要求，需进一步对其进行铣削等二次加工。首先，由于碳纤维复合材料板的尺寸大，例如一次固化成型的碳纤维复合材料尾翼毛坯长度为5-6m，实际加工中，若不能对其可靠装夹则会产生振动和变形等现象。目前的装夹方法有压板夹压工件四周的方法，该类装夹方法比较复杂，工作量大，生产效率比较低，同时，加工时因受力不均匀容易产生工件变形降低加工精度。另一种用于壁板铣削加工的夹具是模块化的真空吸附式组合夹具，该夹具可通过吸盘吸附工件完成快速定位夹紧，加工效率高。但是模块化吸附夹具在高度上以及板件倾斜角度上无法调整，同时也不能实现对碳纤维复合材料工件的随型吸附。夹具在复合材料大型件的工程制造中具有重要应用，由于飞机结构多采用整体壁板、整体隔框等大型结构件，若夹具的夹紧力不均匀或定位不准确，在铣削过程中因零件受力不均衡以及刚度的变化引起的变形则无法控制，极易将板件撕裂或产生制造误差而造成零件的报废。其次，当零件的尺寸、面积发生改变或者零件带有型面时，就必须制造相应的夹具，增加了工装制造成本和生产周期。所以，为提高碳纤维复合材料大型结构件的高质、高效加工，可调式随型吸附夹具结构的设计成为碳纤维复合材料高速铣削加工的重要环节。

目前，部分学者已对碳纤维复合材料展开实验研究，例如，akirahosokawa等人发表的《machiningofcfrpwithhighhelixendmill》一文在《cirpannals-manufacturingtechnology》2014年第63期第89-92页中，将碳纤维复合材料板件倾斜一定角度对提高刀具寿命和保证加工精度都是有益的，采用带螺旋角的立铣刀进行倾斜铣削时，能够有效抑制毛刺产生提高工件表面的光整性；倾斜铣削时，因为立铣刀有效切削部分一直在变化，能够保证刀刃受力均匀且能进行散热，从而能够保证刀具使用寿命。然而实际加工中并没有针对碳纤维复合材料可以调整倾斜角度的专用吸附夹具。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的不足，发明了一种铣削加工碳纤维复合材料的可调式吸附夹具。该夹具可通过丝杠螺母、滑动导轨与紧固螺栓，实现对碳纤维复合材料工件高度上的准确调整；通过调整支撑座和支撑肋的角度，实现对碳纤维复合材料工件倾斜角度的调整，通过吸盘吸附工件定位在装有密封圈的吸盘底座的上表面，实现对碳纤维复合材料的定位。

本发明的技术方案是一种用于铣削加工碳纤维复合材料的可调式吸附夹具，其特征是，可调式吸附夹具由吸附装置、工件倾斜角度调节装置和支撑平台高度调节装置三部分组成；

所述吸附装置中，共有2-4套结构相同的吸盘组件，吸盘组件均布安装在支撑平台9上，每套吸盘组件中，先将密封圈19安装在吸盘底座2中，再将吸盘1安装在吸盘底座2中，吸盘1的末端橡胶盘口要比吸盘底座上表面高出一定的距离，并通过吸盘1下端的长螺栓与支撑座6的螺纹孔6a连接固定，支撑肋3的扁形上端插入到支撑座6的π形槽6d中，通过支撑座螺栓4将支撑座6与支撑肋3上端连接在一起，调整好吸盘组件角度后，由安装在支撑肋环形槽3a中的紧定螺栓5固定；支撑肋3的另一端通过固定螺栓、螺母7、8固定在支撑平台9上；

所述工件倾斜角度调节装置中，支撑肋3的上端为扁形，其上加工有螺栓孔3b和环形槽3a,支撑肋的下端为圆柱体，圆柱体中心有固定螺栓孔3c；支撑座6的形状左上端为平板状，平板上加工有螺纹孔6a,支撑座6的右半部为长方体，长方体的中间加工有π形槽6d,长方体上加工有支撑座螺栓孔6b和紧定螺栓孔6c,平板与长方体之间有加强筋6e,支撑座6可以绕支撑座螺栓孔6b的轴心转动，当转到一定角度时，将环形槽3a的外端紧定螺栓螺母拧紧，固定位置。

所述支撑平台高度调节装置中，底座21上装有左、右滑动外导轨18、20，底座21中部装有套筒12，上、下滚珠轴承23、24安装在套筒12上面，螺母11下端与上、下滚珠轴承23、24内圈过盈配合，丝杠10安装在螺母11中；左滑动内导轨13安装到左滑动外导轨18中，右滑动内导轨14安装到右滑动外导轨20中，且内、外导轨上都有毫米级精度的刻度标尺17进行高度上精确调整，通过左、右导轨紧固螺栓15、16固定左、右内外滑动导轨使之锁紧在内导轨的锁紧槽中。

本发明的有益效果是可调式吸附夹具可通过丝杠螺母、滑动导轨与紧固螺栓，实现对碳纤维复合材料工件高度上的准确调整；通过调整支撑座和支撑肋的角度，实现对碳纤维复合材料铣削工件倾斜角度的调整，以及对微曲工件的随型吸附。可实现在一套专用夹具下完成对碳纤维复合材料高度和倾斜角度上的吸附调整，同时吸附夹具不会对制件产生夹持损伤，提高加工效率，保证加工精度，能够满足制件的装配要求。相比于模块化的吸附夹具而言，该夹具灵活方便，使用可靠。

附图说明

图1为可调式吸附夹具整体结构外观图，图2为可调式吸附夹具的主剖视图。图中：1—吸盘，2—吸盘底座，3—支撑肋，4—螺栓，5—紧定螺栓，6—支撑座，7—固定螺栓，8—固定螺母，9—支撑平台，10—丝杠，11—螺母，12—套筒，13—左滑动内导轨，14—右滑动内导轨，15左导轨紧固螺栓，16—右导轨紧固螺栓，17—刻度标尺，18—左滑动外导轨，19—密封圈，20—右滑动外导轨，21—底座，23、24—上、下滚珠轴承。

图3为支撑肋3的结构图，其中，3a—环形槽，3b—螺栓孔，3c—固定螺栓孔。

图4为吸盘底座支撑座6的结构图，其中，6a—螺纹孔，6b—紧定螺栓孔，6c—支撑座螺栓孔，6d—π形槽，6e—加强筋,

具体实施方式

下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。

本实施例的可调式吸附夹具整体结构外观图如图1所示，图2为可调式吸附夹具的主剖视图。可调式吸附夹具可通过丝杠螺母、滑动导轨与紧固螺栓，实现对碳纤维复合材料工件高度上的准确调整；通过调整支撑座和支撑肋的角度，实现对碳纤维复合材料铣削工件倾斜角度的调整，以及对微曲工件的随型吸附。

夹具使用具体操作步骤：将底座21使用螺栓螺母固定在工作台上，底座21上分别固定有套筒12和左滑动外导轨18、右滑动外导轨20，套筒12通过上、下滚珠轴承23、24与螺母11下端小直径筒壁过盈连接。左滑动外导轨18与左滑动内导轨13滑动连接，右滑动外导轨20与右滑动内导轨14滑动连接，并且内、外导轨上都有刻度标尺17保证高度上调整精度。螺母11与固定在支撑平台9中间的丝杠10进行旋转连接。当手动转动螺母11时，丝杠就会带动左、右滑动内导轨13、14直线上升或下降，当上升或者下降一定高度要求时，可通过左、右滑动外导轨18、20两侧的左导轨紧固螺栓15和右导轨紧固螺栓16将螺栓底部压在内导轨的锁紧槽中，实现轴向定位，并且保证工件在夹具上在加工时候的稳固可靠性。

吸附装置中，本实施例共有2套结构相同的吸盘组件，吸盘组件均布安装在支撑平台9上，每套吸盘组件中，先将密封圈19安装在吸盘底座2中，再将吸盘1安装在吸盘底座2中，防止在吸附时发生漏气现象而造成吸附不可靠。吸盘1的末端橡胶盘口要比吸盘底座上表面高出一定的距离，使得工件被吸附时定位在吸盘底座上，同时吸盘1可以随支撑座调整角度，吸附碳纤维复合材料板件。并通过吸盘1下端的长螺栓与支撑座6的螺纹孔6a连接固定。吸盘中间有气孔，吸盘下端通过吸气管与外接真空泵连接，当真空泵工作时吸盘会将碳纤维复合材料板件吸附在吸盘底座的上表面达到定位的目的。进而实现对碳纤维复合材料的铣削加工。考虑到单个吸盘受力面积小以及真空泵的吸压有限，所以在一个夹具单元上也可以装有2-4个吸盘同时使用，保证板件铣削时不会因存在扭矩而使工件转动。

支撑座6通过π形槽6d与支撑肋3的扁形上端连接，通过支撑座螺栓4将支撑座6与支撑肋3上端连接在一起，吸盘组件调整好角度后，由安装在支撑肋环形槽3a中的紧定螺栓5固定；支撑肋3的另一端通过固定螺栓、螺母7、8安装在支撑平台9上。支撑座6与支撑肋3通过两对螺栓、螺母配合固定，一对螺栓螺母用于支撑座和支撑肋的铰接，另一对用于环形槽处，在调整支撑座的倾斜角度后起到拧紧锁死的作用；支撑肋3可以360度旋转以调整吸附位置。支撑肋的上端带有固定螺栓孔与环形槽。支撑座6可以绕螺栓4的轴心转动，当转到一定角度时，将环形槽3a的外端紧定螺栓5与螺母拧紧，固定位置。

本发明通过简单的操作，使用一套可调吸附夹具完成对碳纤维复合材料的铣削加工角度和高度上的调整，与传统夹紧夹具和模块化吸附夹具相比，该夹具功能全面，灵活性强，使用可靠，可提高加工精度和加工效率。