一种飞机蒙皮曲面加工用夹持装置

1.本发明涉及夹持装置技术领域，具体涉及一种飞机蒙皮曲面加工用夹持装置。


背景技术：

2.在民用飞机和民用航空制造中，作为飞机机体结构重要组成部分的蒙皮是核心零件之一。飞机蒙皮类零件是构成飞机外形结构的重要受力构件，有单曲度和双曲度形状，具有结构大型且复杂、壁薄、易变形的特点，形状精度要求高，包含面、下陷、通窗、孔等结构特征，外加其变截面不等厚的特点，制造难度大。
3.综合加工效率、加工质量和加工成本因素，传统飞机蒙皮类零件一般采用的加工方法为毛坯整体成型加化学精加工的制造工艺。由于化铣制造工艺流程复杂、工艺协调性差、回收金属难度高、耗电量高、燃爆风险高、废弃的化铣液污染环境，不符合绿色制造的要求；因此航空工业一直在寻求可替代化铣的绿色、精确的蒙皮制造技术。随着金属切削理论的发展，现代多轴数控加工技术的兴起，以及柔性装夹技术的不断改善，机械加工切削工艺成为首选的替代加工方法。
4.在机械加工工艺中，对于蒙皮的装夹定位成为关键技术，若采用常规机械加工工艺和装夹定位方法，将带来较大的装夹变形，零件加工质量可靠性几乎为零；因此，蒙皮类零部件的加工，常设计一款全尺寸贴合仿形工装，将蒙皮底部与工装板完全随形贴合，从而提高加工过程中蒙皮的刚性，但是，这种工装制造周期长，分为下料、粗加工、热处理、精加工、表面硬化等工序；而且此工装仅适用于一种蒙皮，一旦型号变更，将直接面临淘汰工装的风险，增加企业运营成本。
5.因此，相关技术中，柔性工装成为蒙皮类零部件的机械加工工艺首选方案，比如多点真空吸附柔性夹持系统，例如申请号为cn202011382702.2的发明专利申请公开了一种适用于复杂曲面加工的自适应夹具。
6.对于该类多点真空吸附柔性夹持系统而言，其一般是一个电动推杆或气缸上安装一个真空吸盘，由气缸或电动推杆顶推真空吸盘竖向活动；真空吸盘在整个工装中呈离散分布，考虑到电动推杆或气缸等占位限制因素，使得相邻两真空吸盘之间会存在较大间隙，该间隙位置便相当于一个悬空区域，刀具在真空吸盘垂直上方加工时，得到较好的支撑；而当刀具加工路径进入夹持悬空区域时，蒙皮零件由于失去纵向支撑，不可避免地发生弹性变形、加工振动明显、甚至发生颤振；以上现象将直接导致加工深度误差加剧、加工面振纹明显、零件表面粗糙度不理想。
7.而且，现有的这类多点真空吸附柔性夹持工装，其真空吸盘部分都是被动式的进行翻转，而无法进行主动调节，对于一些曲率变化较大的蒙皮工件而言，仅依靠真空吸盘的被动转动调节显然难以适应，因而还有待改进。


技术实现要素：

8.为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种飞机
蒙皮曲面加工用夹持装置。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种飞机蒙皮曲面加工用夹持装置，包括若干单体模组，若干单体模组相互拼装形成所述夹持装置；所述单体模组包括:拼装板，用于实现相邻两单体模组之间的拼装；吸附组件，包括中心块和若干设于中心块四周的活动模块，所述活动模块向中心块的外侧延伸展开，且所述活动模块能够相对于中心块竖向转动；每个所述活动模块和中心块之间均设有用于驱动活动模块相对于中心块进行转动的第一驱动件；所述活动模块和中心块的顶部均设有真空吸盘；升降部件，设于拼装板上用于驱动吸附组件沿z轴方向活动；翻转驱动机构，设于升降部件和吸附组件之间，用于驱动吸附组件整体绕第一轴线和第二轴线旋转，其中第一轴线和第二轴线相垂直，且第一轴线和第二轴线均与z轴方向相垂直；所述夹持装置还包括锁紧机构，用于锁紧相邻两拼装板使相邻两拼装板保持拼装状态。
10.较之现有技术，采用本方案的优点在于：首先，本方案中，通过在中心块的四周设置可活动的活动模块，并且活动模块向中心块的外侧延伸展开，如此在拼装时，可避免升降部件等下侧部件的占位影响，使得各单体模组中的吸附组件在拼装时能够相互嵌入靠拢，进而使得相邻两单体模组之间的间隙较小，如此将真空吸盘设于中心块以及活动模块上，可以使得整体上真空吸盘之间间隔较小，如此也就使得夹持时的悬空区域很小，几乎可以忽略不计，从而能对蒙皮起到优异的支撑效果，从而有效降低了蒙皮工件在在加工时发生弹性变形、振动明显、颤振等问题。
11.其次，本方案中，吸附组件是可由翻转驱动机构驱动转动的，同时活动模块也可由第一驱动件驱动相对于中心块进行转动，如此使得真空吸盘能够由翻转驱动机构和第一驱动件驱动进行主动的角度调整，相较之传统的被动适应方式而言，显然能够更好的适应吸附蒙皮的曲面。
12.另外，本方案中将活动模块设置成由第一驱动件驱动相对于中心块进行转动，如此使得活动模块能够相对于中心块进行角度调整，使之能够更好的适应蒙皮的曲面的曲率，从而达到更好的吸附夹持效果。
13.最后，本方案中所提供的夹持装置是由若干单体模组进行拼装形成的，如此可根据蒙皮的大小来选择增减单体模组使之适应蒙皮的尺寸，比如蒙皮较大时，可以多选择一点单体模组进行拼装，以增加增大夹持装置的尺寸使之与蒙皮相适应；反之，蒙皮若较小，则可选用少量的单体模组拼装即可。
14.作为优选，所述活动模块包括至少两活动块，所述活动块上均设有真空吸盘；所述至少两个活动块依次连接，其中靠近中心块的活动块由第一驱动件驱动转动；相邻两活动块之间能够沿竖向相对转动，且相邻两活动块之间设有第二驱动件，通过第二驱动件驱动二者相对转动。
15.作为优选，所述第一驱动件和/或第二驱动件为电机。
16.作为优选，所述翻转驱动机构包括第一电机和第二电机，所述第一电机安装于升
降部件顶部用于驱动第二电机绕第一轴线旋转；所述第二电机安装在中心块的底部用于驱动整个吸附组件绕第二轴线旋转。
17.作为优选，所述锁紧机构包括螺杆、螺母、压块以及两组连杆；相邻两拼装板的接缝位置处开设有竖向延伸以供螺杆穿设的安装孔；所述压块沿螺杆的轴向活动穿设在螺杆上；所述连杆包括一端相转动连接的第一支臂和第二支臂，所述第一支臂的另一端与压块相转动连接；所述第二支臂的另一端转动连接有连接块；相邻两拼装板在拼装状态下，所述螺杆竖向穿设在安装孔中且螺杆的头端抵接在拼装板的底壁上，两所述连杆上的连接块分别连接在相邻两拼装板上，所述螺母配合在螺杆上并向下抵压压块。
18.作为优选，相邻两拼装板的对接面上均设有半圆孔，拼装状态下，两拼装板的对接面上的半圆孔合围形成所述安装孔。
19.作为优选，所述连接块与拼装板螺栓连接。
20.作为优选，相邻两拼装板的对接面上，其中一个上设有插杆，另一个上设有插孔，拼装状态下，所述插杆插入插孔中以使两拼装板在竖向上相对定位。
21.作为优选，拼装状态下，所有单体模组的第一轴线方向相同，和/或所有单体模组的第二轴线方向相同。
22.作为优选，所述升降部件为电动推杆、气缸、液压缸中的一种。
23.本发明的其他优点和效果在具体实施方式部分进行具体阐释。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图；图2为单个单体模组的结构示意图；图3为单体模组的爆炸图；图4为两单体模组拼装时的拆分图；图5为两单体模组拼装状态下的结构示意图；图6为锁紧机构的结构示意图；图7为锁紧机构的主视图。
具体实施方式
25.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1请参阅图1-7所示，本实施例提供一种飞机蒙皮曲面加工用夹持装置，本实施例实质是一种柔性的真空吸附工装，主要用于蒙皮在加工时，吸附夹持蒙皮。
27.为了方便说明，参照图1所示，以图1中所示的三轴坐标为例，定义出x轴、y轴以及z轴，其中z轴方向也可理解成竖向方向。
28.本实施例包括若干单体模组，如图1所示，若干单体模组可相互拼装形成所述夹持装置；如此设置使得本实施例所提供的夹持装置适应性更好，具体而言，可根据蒙皮的大小
来选择增减单体模组使之适应蒙皮的尺寸，比如蒙皮较大时，可以多选择一点单体模组进行拼装，以增加增大夹持装置的尺寸使之与蒙皮相适应；反之，蒙皮若较小，则可选用少量的单体模组拼装即可。
29.本实施例中各单体模组其结构基本相同，因此为了方便描述，本实施例中以其中一个单体模组为例进行说明：结合图2和图3所示，所述单体模组包括拼装板1、吸附组件2和升降部件，以下对各部件进行具体说明。
30.拼装板1用于实现相邻两单体模组之间的拼装，换言之，相邻的两个单体模组依靠各自的拼装板1相互拼接实现两单体模组间的拼装。
31.本实施例中，拼装板1的结构优选采用正方形结构，拼装时，沿x轴方向和y轴方向依次将拼装板1对接拼装。
32.为了能够使得各拼装板1在拼装后能够保持拼装状态，本实施例中，还包括锁紧机构5，用于锁紧相邻两拼装板1使相邻两拼装板1保持拼装状态，如图5所示状态。
33.吸附组件主要用于吸附夹持蒙皮，如图2和图3所示，其包括中心块21和若干设于中心块21四周的活动模块22，所述活动模块22向中心块21的外侧延伸展开；本实施例中优选为中心块21基本呈正方形结构；活动模块22具有四组，分别位于中心块21的四个周壁位置，使得活动模块22和中心块21整体形成“十”字状分布，如图2所示状态。
34.值得说明的是，本实施例中所述的活动模块22向中心块21的外侧延伸展开指的是，活动模块22具有向中心块21外侧的延伸，使得活动模块22延伸出升降部件的外围，如此保证在拼装时，可避免升降部件等下侧部件的占位影响，使得各单体模组中的吸附组件在拼装时能够相互嵌入靠拢，嵌入方式可以是：一个单体模组中的其中一个活动模块22嵌入另一个单体模组中的相邻两活动模块22之间的间隔区域内，依次类推，最终便可使相邻两单体模组之间的间隙较小，如此将真空吸盘20设于中心块21以及活动模块22上，可以使得整体上真空吸盘20之间间隔较小（此时所有的真空吸盘20相当于形成一系列分布较为密集的吸附点），如此也就使得夹持时的悬空区域很小，几乎可以忽略不计，从而能对蒙皮起到优异的支撑效果，从而有效降低了蒙皮工件在在加工时发生弹性变形、振动明显、颤振等问题。
35.可以理解的是，按照上述的拼装方式，如图1所示，会出现某些区域不会存在单体模组，此时相当于有一个空置区域，为了实现拼装板1的整体连接，可以在该空置区域按照正常拼装板1的拼装方式填补上一个独立的拼装板1，该拼装板1可参照图1中a部所示。
36.本实施例中，如图3所示，所述活动模块22能够相对于中心块21竖向转动，换言之，活动模块22能够绕垂直于z轴方向的旋转轴线转动，每个所述活动模块22和中心块21之间均设有用于驱动活动模块22相对于中心块21进行转动的第一驱动件；所述活动模块和中心块21的顶部均设有多个真空吸盘20；本实施例中具体所展示的是中心块21上设置有4个真空吸盘20，可以理解的是，相靠拢的两活动模块22之间存在一定的间隔，以保证活动模块22能够有转动空间。
37.本实施例中将活动模块22设置成由第一驱动件驱动相对于中心块21进行转动，如此使得活动模块能够相对于中心块21进行角度调整，相当于能够进行小的局部调整，使之能够更好的适应蒙皮的曲面的曲率，从而达到更好的吸附夹持效果。
38.升降部件，设于拼装板1上用于驱动吸附组件沿z轴方向活动，如此以调节吸附组件2的整体高度，使之适应蒙皮的曲面；本实施例中，升降部件优选采用电动推杆3，其竖直固定在拼装板1上；当然，在其他可选的实施方式中，升降部件还可以是气缸、液压缸等具有升降功能的部件。
39.如图3所示，翻转驱动机构设于升降部件和吸附组件2之间，用于驱动吸附组件整体绕第一轴线和第二轴线旋转，其中第一轴线和第二轴线相垂直，且第一轴线和第二轴线均与z轴方向相垂直。
40.为了方便程序控制，本实施例中，如图1所示在拼装状态下，所有单体模组的第一轴线方向相同，所有单体模组的第二轴线方向相同，本实施例中第一轴线的延伸方向可理解成x轴方向，第二轴线的延伸方向可理解成y轴方向。
41.本实施例中，各活动模块22的结构基本相同，因此本实施例中以其中一个活动模块22为例进行说明：如图2和图3所示，所述活动模块22包括至少两活动块221，理论上来说，活动块221的数量越多，可调整的点也就越多，从而使用效果也就越好，本实施例中所展示的是采用两个活动块221的情形，具体如下：所述活动块221上均设有真空吸盘20，活动块221基本呈矩形块结构，每个活动块221顶部均设置2个真空吸盘20，另外，本实施例中，活动块221上的真空吸盘20与活动块221采用球头连接，使得真空吸盘20能够相对于活动块221在一定范围内进行自由转动；并且中心块21上的真空吸盘20与中心块21也采用球头连接，使得真空吸盘20能够相对于中心块21在一定范围内进行自由转动；如此真空吸盘20能够被动转动从而更好的贴合吸附蒙皮的曲面。
42.如图3所示，两个活动块221依次连接，其中靠近中心块21的活动块221由第一驱动件驱动转动；同一活动模块中的相邻两活动块221之间也能够沿竖向相对转动，且相邻两活动块221之间设有第二驱动件，通过第二驱动件驱动二者相对转动。
43.本实施例中所述第一驱动件和第二驱动件为步进电机，为了以示区分，本实施例中，如图3所示，第一驱动件记为第一驱动电机211，第二驱动件记为第二驱动电机222.具体连接结构为；如图3所示，以中心块21其中一侧的活动模块22为例，第一驱动电机211固定在中心块21该侧的侧壁上，且其主轴与靠近中心块21的活动块221固定连接，如此通过第一驱动电机211转动带动该活动块221转动；该活动块221远离中心块21一侧的侧壁上固定设置第二驱动电机222，该第二驱动电机222的主轴与另一活动块221相固定，通过第二驱动电机222驱动该另一活动块221转动。
44.本实施例中，所述翻转驱动机构的具体结构为：如图3所示，其包括第一电机41和第二电机42，其中第一电机41和第二电机42均为步进电机；所述第一电机41安装于升降部件顶部用于驱动第二电机42绕第一轴线旋转；所述第二电机42安装在中心块21的底部用于驱动整个吸附组件绕第二轴线旋转，具体而言；第一电机41固定在电动推杆3的顶部，第一电机41的主轴上固定连接有翻转板43，第二电机42固定在翻转板43上，第二电机42的主轴上固定有固定板44，固定板44与中心块21的底壁相固定。
45.本实施例中，如图4所示，相邻两拼装板1的对接面上，这里的对接面指的是两拼装
板1相贴合的面，其中一个上固定设有插杆13，另一个上设有插孔14，拼装状态下，所述插杆13插入插孔14中以使两拼装板1在竖向上相对定位。
46.本实施例中相邻两拼装板1之间至少设有一个所述的锁紧机构5，各锁紧机构5结构相同，故本实施例以其中一个锁紧机构5为例进行具体说明：如图4和图5所示，所述锁紧机构5包括螺杆51、螺母52、压块53以及两组连杆54；相邻两拼装板1的接缝位置处开设有竖向延伸以供螺杆51穿设的安装孔10；所述压块53沿螺杆51的轴向活动穿设在螺杆51上；所述连杆54包括一端相转动连接的第一支臂541和第二支臂542，所述第一支臂541的另一端与压块53相转动连接；所述第二支臂542的另一端转动连接有连接块55；相邻两拼装板1在拼装状态下，如图5所示状态，所述螺杆51竖向穿设在安装孔10中且螺杆51的头端抵接在拼装板1的底壁上，两所述连杆54上的连接块55分别连接在相邻两拼装板1上，所述螺母52配合在螺杆51上并向下抵压压块53。
47.锁紧时，将螺杆51自下而上穿过安装孔10；然后，依次在螺杆51上套上压块53和螺母52，接着将两连杆54上的连接块55分别固定到两拼装板1上，对于连接块55与拼装板1的具体连接方式可以是：所述连接块55与拼装板1螺栓56连接，具体而言，在拼装板1上开设有供螺栓56螺纹连接的螺纹孔12，螺栓56穿过连接块55旋入螺纹孔12中。
48.接着，旋转螺母52使螺母52不断下移推挤压板，如此压板便对连杆54产生挤压力，如图7所示，最终使得第二支臂542产生一个倾斜向下的推力f，该推力f会形成一个竖直向下的分力f1和水平朝向的分力f2，由于两连接块55是分别安装在两拼装板1上的，因此两第二支臂542所形成的分力f2的方向是相对的，从而在该两分力f2的作用下，会使两拼装板1具有挤压并拢的趋势，如此两拼装板1便稳固的相抵紧。
49.而且由于螺杆51的头端是抵接在拼装板1的底部的，随着螺母52的锁紧，螺杆51的头端便会对拼装板1产生向上的推力，此时配合向下的分力f1，可以在两拼装板1的接缝位置对两拼装板1进行竖向夹紧，有助于提高拼装的牢固性。
50.由于螺杆51需要从两拼装板1的接缝位置穿出，因此本实施例中，相邻两拼装板1的对接面上均设有半圆孔11，拼装状态下，两拼装板1的对接面上的半圆孔11合围形成所述安装孔10。
51.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。