本發明屬于機械裝置領域，尤其涉及一種應用于航空航天制造領域的弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾裝置及裝夾方法。

背景技術：

復合材料由兩種或者兩種以上不同物質組成，克服單一材料缺陷，擴大材料應用范圍，其中蜂窩復合材料是弱剛性復合材料的典型代表，起源于仿生學，具有抗壓和抗彎曲強度高、剛度高、超輕型結構特性以及緩沖、隔熱和隔音等功能，最早應用于航空航天領域，然后推廣到建筑業、家具制造、包裝和運輸業，經濟價值高，并且可以回收利用，有利于保護和改善生態環境。

在航空制造工業中，紙蜂窩等弱剛性復合材料零件通常具有平面和曲面組合的結構特性，在對平面進行切削加工時，復雜曲面造成了零件裝夾困難，傳統通用夾具無法滿足弱剛性復合材料零件特殊外形的裝夾需求，難以保證裝夾定位精度。

目前，對于弱剛性復合材料零件裝夾，一般采用定制專用夾具的方法，針對每一種零件型面制作工裝定位面，采用膠粘連接方式固定工件。如專利申請號為cn201610207142.4，申請日為20160401，名稱為“一種nomex蜂窩在普通數控銑床上加工的輔助裝夾方法”的發明專利，其技術方案為：本發明提供了一種nomex蜂窩在普通數控銑床上加工的輔助裝夾方法，包括以下步驟：清理工裝表面，在已刷涂脫模劑的工裝表面上鋪貼附加層，然后鋪貼一層隔離層，最后在隔離層上放置nomex蜂窩；按照附加層所選用材料的固化參數在熱壓罐或烘箱中進行固化；蜂窩脫模；數控加工nomex蜂窩。

上述專利及現有技術中均存在以下問題：由于弱剛性復合材料零件型面結構復雜并且種類繁多，專用夾具制造效率低，加工成本高昂，并且許多弱剛性復合材料零件屬于小批量生產，定制專用夾具浪費大量資源。與金屬切削加工相比，弱剛性復合材料零件切削力小，尺寸精度要求較低，對工裝夾具柔性化要求高于裝夾牢固性，特別需要一種操作簡單快速、適用范圍廣的裝夾裝置，滿足日益增長的弱剛性復合材料零件加工需要。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術中存在的裝夾方法效率低、成本高的問題，本發明提供一種操作靈活，適用于多品種小批量生產需要的柔性組合裝夾裝置及其裝夾方法。

為了實現上述效果，本發明是通過下述技術方案實現的：

一種弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾裝置，其特征在于：包括組合式底座、柔性支撐系統和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統的上方；所述柔性支撐系統包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿、真空吸盤和彈簧，所述支撐桿的兩端分別與真空吸盤和彈簧相連，所述真空吸盤與支撐桿通過球形關節連接。球形關節能夠使得真空吸盤可以多自由度調整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。

所述真空吸盤為橡膠材料制作。

所述定位壓緊裝置包括壓板、輔助定位板和第一氣缸，所述輔助定位板與壓板通過卡槽連接，輔助定位板采用輕質材料制作，所述第一氣缸與壓板相連，驅動壓板和輔助定位板向下運動，從而實現待加工零件的定位與夾緊，在鎖緊柔性裝夾系統后，移出輔助定位板。在移出輔助定位板前，真空吸盤吸附零件表面，實現對零件位置的固定。

所述輔助定位板帶有手柄，使用輕質材料制作，通過卡槽與壓板連接，由氣缸驅動壓緊零件平面進行定位裝夾，待支撐單元鎖緊后移出。

所述組合式底座包括導向塊、帶孔底座和液壓缸，所述帶孔底座通過卡槽結構與導向塊連接，通過調整帶孔底座數量改變可裝夾零件尺寸范圍，所述導向塊通過螺栓將帶孔底座固定在工作臺上，所述工作臺上設置有至少兩個液壓缸，兩個液壓缸分別設置在帶孔底座的兩側。

所述帶孔底座包括多個條狀拼接板，所述條狀拼接板的側邊設置有多個半圓形凹孔，相鄰的條狀拼接板的半圓形凹孔對齊設置形成完整的孔位。

每個支撐單元放置在帶孔底座拼接而成的孔位中，根據零件型面特征上下移動。當支撐單元在帶孔底座拼接形成的孔位中可以移動時，支撐單元與孔位屬于間隙配合，此時零件放置支撐單元上方后，在零件重力作用下，會壓縮支撐單元中的彈簧，移去零件后，彈簧會伸長，在此過程中支撐單元會上下移動。待零件放置支撐單元上方，真空吸盤吸附零件表面后，通過兩側液壓缸使帶孔底座相互擠緊，使得支撐單元與孔位形成過盈配合，實現對支撐單元位置的固定，零件定位后通過氣缸驅動壓緊帶孔底座，實現柔性支撐系統鎖緊。

一種弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾方法，包括以下步驟：

第一步，根據待加工零件型面尺寸設置帶孔底座和柔性支撐單元：選取帶孔底座，與導向塊組合安裝于工作臺上，在帶孔底座兩側安裝液壓缸；在組合式帶孔底座的孔位中放置彈簧、支撐桿和真空吸盤，形成柔性支撐系統；

第二步，使用第一氣缸驅動壓板和輔助定位板實現零件定位壓緊：安裝至少兩個第一氣缸和壓板，將待加工零件放置在柔性支撐系統上，將輔助定位板安裝在壓板上，啟動定位壓緊裝置下壓零件，調整壓板和輔助定位板的高度，使柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件型面貼合的支撐面；

第三步，使用液壓缸驅動壓緊帶孔底板，鎖緊柔性支撐系統：啟動液壓缸使其壓緊帶孔底座，鎖緊支撐桿；液壓缸提供的壓力足以滿足支撐單元位置的固定，鎖緊效果好。

第四步，移出輔助定位板，加工零件平面。

本發明的優點在于：

1、本發明可以實現具有不同型面特征的弱剛性復合材料零件快速裝夾，自適應不同零件外形尺寸，極大提高裝夾方式柔性化程度，并且適用于多品種小批量生產需要。

2、采用組合式的帶孔底座能夠使得本發明適用于多種不同尺寸的零件，方便擴展，卡槽結構易于操作，結果簡單便于維護。

3、本申請的支撐單元的真空吸盤和支撐桿之間使用球形關節相連，使得支撐板能夠適應帶有曲面的零件表面，彈簧能夠保證支撐桿的上下位置的位移，具有較好的自適應能力。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖。

圖2是本發明的組合式底座系統結構示意圖。

圖3是本發明的帶孔底座結構示意圖。

圖4是本發明的柔性支撐系統結構示意圖。

圖5是本發明的柔性支撐單元結構示意圖。

圖6是本發明的定位壓緊裝置結構示意圖。

圖中：1、工作臺；2、第一氣缸；3、壓板；4、輔助定位板；5、待加工零件；6、真空吸盤；7、支撐桿；8、彈簧；9、帶孔底座；10、導向塊，11、液壓缸。

具體實施方式

實施例1

一種弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾裝置，其特征在于：包括組合式底座、柔性支撐系統和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統的上方；所述柔性支撐系統包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8，所述支撐桿7的兩端分別與真空吸盤6和彈簧8相連，所述真空吸盤6與支撐桿7通過球形關節連接。球形關節能夠使得真空吸盤6可以多自由度調整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。本發明可以實現具有不同型面特征的弱剛性復合材料零件快速裝夾，自適應不同零件外形尺寸，極大提高裝夾方式柔性化程度，并且適用于多品種小批量生產需要。

實施例2

一種弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾裝置包括組合式底座、柔性支撐系統和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統的上方；所述柔性支撐系統包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8，所述支撐桿7的兩端分別與真空吸盤6和彈簧8相連，所述真空吸盤6與支撐桿7通過球形關節連接。球形關節能夠使得真空吸盤6可以多自由度調整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。

所述真空吸盤6為橡膠材料制作。

所述定位壓緊裝置包括壓板3、輔助定位板4和第一氣缸2，所述輔助定位板4與壓板3通過卡槽連接，輔助定位板4采用輕質材料制作，所述第一氣缸2與壓板3相連，驅動壓板3和輔助定位板4向下運動，從而實現待加工零件5的定位與夾緊，在鎖緊柔性裝夾系統后，移出輔助定位板4。在移出輔助定位板4前，真空吸盤6吸附零件表面，實現對零件位置的固定。

所述輔助定位板4帶有手柄，使用輕質材料制作，通過卡槽與壓板3連接，由氣缸驅動壓緊零件平面進行定位裝夾，待支撐單元鎖緊后移出。

所述組合式底座包括導向塊10、帶孔底座9和液壓缸11，所述帶孔底座9通過卡槽結構與導向塊10連接，通過調整帶孔底座9數量改變可裝夾零件尺寸范圍，所述導向塊10通過螺栓將帶孔底座9固定在工作臺1上，所述工作臺1上設置有至少兩個液壓缸11，兩個液壓缸11分別設置在帶孔底座9的兩側。

所述帶孔底座9包括多個條狀拼接板，所述條狀拼接板的側邊設置有多個半圓形凹孔，相鄰的條狀拼接板的半圓形凹孔對齊設置形成完整的孔位。

每個支撐單元放置在帶孔底座9拼接而成的孔位中，根據零件型面特征上下移動。當支撐單元在帶孔底座9拼接形成的孔位中可以移動時，支撐單元與孔位屬于間隙配合，此時零件放置支撐單元上方后，在零件重力作用下，會壓縮支撐單元中的彈簧8，移去零件后，彈簧8會伸長，在此過程中支撐單元會上下移動。待零件放置支撐單元上方，真空吸盤6吸附零件表面后，通過兩側液壓缸11使帶孔底座9相互擠緊，使得支撐單元與孔位形成過盈配合，實現對支撐單元位置的固定，零件定位后通過氣缸驅動壓緊帶孔底座9，實現柔性支撐系統鎖緊。

實施例3

一種弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾方法，包括以下步驟：

第一步，根據待加工零件5型面尺寸設置帶孔底座9和柔性支撐單元：選取帶孔底座9，與導向塊10組合安裝于工作臺1上，在帶孔底座9兩側安裝液壓缸11；在組合式帶孔底座9的孔位中放置彈簧8、支撐桿7和真空吸盤6，形成柔性支撐系統；

第二步，使用第一氣缸2驅動壓板3和輔助定位板4實現零件定位壓緊：安裝至少兩個第一氣缸2和壓板3，將待加工零件5放置在柔性支撐系統上，將輔助定位板4安裝在壓板3上，啟動定位壓緊裝置下壓零件，調整壓板3和輔助定位板4的高度，使柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件5型面貼合的支撐面；

第三步，使用液壓缸11驅動壓緊帶孔底板，鎖緊柔性支撐系統：啟動液壓缸11使其壓緊帶孔底座9，鎖緊支撐桿7；液壓缸11提供的壓力足以滿足支撐單元位置的固定，鎖緊效果好。

第四步，移出輔助定位板4，加工零件平面。

實施例4

一種弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾裝置包括組合式底座、柔性支撐系統和定位壓緊裝置，所述柔性支撐系統安裝在組合式底座上，所述定位壓緊裝置位于柔性支撐系統的上方；所述柔性支撐系統包括多個支撐單元，每個支撐單元包括有支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8，所述支撐桿7的兩端分別與真空吸盤6和彈簧8相連，所述真空吸盤6與支撐桿7通過球形關節連接。球形關節能夠使得真空吸盤6可以多自由度調整位姿，使之與可裝夾零件型面貼合。

所述真空吸盤6為橡膠材料制作。

所述定位壓緊裝置包括壓板3、輔助定位板4和第一氣缸2，所述輔助定位板4與壓板3通過卡槽連接，輔助定位板4采用輕質材料制作，所述第一氣缸2與壓板3相連，驅動壓板3和輔助定位板4向下運動，從而實現待加工零件5的定位與夾緊，在鎖緊柔性裝夾系統后，移出輔助定位板4。在移出輔助定位板4前，真空吸盤6吸附零件表面，實現對零件位置的固定。

所述輔助定位板4帶有手柄，使用輕質材料制作，通過卡槽與壓板3連接，由氣缸驅動壓緊零件平面進行定位裝夾，待支撐單元鎖緊后移出。

所述組合式底座包括導向塊10、帶孔底座9和液壓缸11，所述帶孔底座9通過卡槽結構與導向塊10連接，通過調整帶孔底座9數量改變可裝夾零件尺寸范圍，所述導向塊10通過螺栓將帶孔底座9固定在工作臺1上，所述工作臺1上設置有至少兩個液壓缸11，兩個液壓缸11分別設置在帶孔底座9的兩側。

所述帶孔底座9包括多個條狀拼接板，所述條狀拼接板的側邊設置有多個半圓形凹孔，相鄰的條狀拼接板的半圓形凹孔對齊設置形成完整的孔位。

每個支撐單元放置在帶孔底座9拼接而成的孔位中，根據零件型面特征上下移動。當支撐單元在帶孔底座9拼接形成的孔位中可以移動時，支撐單元與孔位屬于間隙配合，此時零件放置支撐單元上方后，在零件重力作用下，會壓縮支撐單元中的彈簧8，移去零件后，彈簧8會伸長，在此過程中支撐單元會上下移動。待零件放置支撐單元上方，真空吸盤6吸附零件表面后，通過兩側液壓缸11使帶孔底座9相互擠緊，使得支撐單元與孔位形成過盈配合，實現對支撐單元位置的固定，零件定位后通過氣缸驅動壓緊帶孔底座9，實現柔性支撐系統鎖緊。

一種弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾方法，包括以下步驟：

第一步，根據待加工零件5型面尺寸設置帶孔底座9和柔性支撐單元：選取帶孔底座9，與導向塊10組合安裝于工作臺1上，在帶孔底座9兩側安裝液壓缸11；在組合式帶孔底座9的孔位中放置彈簧8、支撐桿7和真空吸盤6，形成柔性支撐系統；

第二步，使用第一氣缸2驅動壓板3和輔助定位板4實現零件定位壓緊：安裝至少兩個第一氣缸2和壓板3，將待加工零件5放置在柔性支撐系統上，將輔助定位板4安裝在壓板3上，啟動定位壓緊裝置下壓零件，調整壓板3和輔助定位板4的高度，使柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件5型面貼合的支撐面；

第三步，使用液壓缸11驅動壓緊帶孔底板，鎖緊柔性支撐系統：啟動液壓缸11使其壓緊帶孔底座9，鎖緊支撐桿7；液壓缸11提供的壓力足以滿足支撐單元位置的固定，鎖緊效果好。

第四步，移出輔助定位板4，加工零件平面。

本發明可以實現具有不同型面特征的弱剛性復合材料零件快速裝夾，自適應不同零件外形尺寸，極大提高裝夾方式柔性化程度，并且適用于多品種小批量生產需要。

采用組合式的帶孔底座9能夠使得本發明適用于多種不同尺寸的零件，方便擴展，卡槽結構易于操作，結果簡單便于維護。

本申請的支撐單元的真空吸盤6和支撐桿7之間使用球形關節相連，使得支撐板能夠適應帶有曲面的零件表面，彈簧8能夠保證支撐桿7的上下位置的位移，具有較好的自適應能力。

實施例6

在實施例1-5的基礎上，下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

在圖1、圖2、圖4、圖5、圖6中所示，弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾裝置包括組合式底座、柔性支撐系統和定位壓緊裝置,其中組合式底座由導向塊10、帶孔底座9和液壓缸11組成；柔性支撐系統包括許多支撐單元，每個單元由支撐桿7、真空吸盤6和彈簧8組成；定位壓緊裝置由壓板3、輔助定位板4和第一氣缸2組成。

如圖3所示，帶孔底座9具有四種結構，可以通過卡槽結構相互組合，構成尺寸范圍可變化的底座平面，以適應不同外形尺寸零件的裝夾需求。導向塊10通過螺栓與工作臺1連接，通過卡槽結構與帶孔底板9連接，形成組合式底座。帶孔底座組合形成孔位，放置彈簧8和支撐桿7，支撐桿7通過壓縮彈簧8實現上下自由移動，以零件型面為依據調整高度。工作臺1上帶孔底板9的兩側設置若干液壓缸11，液壓缸11啟動后推緊帶孔底座9，帶孔底座9壁面與支撐桿7接觸產生擠壓，依靠摩擦力鎖緊支撐桿。

真空吸盤6使用橡膠材料制作，與支撐桿7通過球形關節連接，可以實現多自由度調整位姿與待加工零件型面貼合。當定位壓緊裝置啟動，向下壓緊待加工零件5時，柔性支撐系統基于待加工零件5型面調整位置，然后鎖緊支撐桿，形成與待加工零件5型面貼合的支撐面。

壓板3安裝在第一氣缸2上，通過第一氣缸2驅動上下移動，輔助定位板4使用輕質材料制作，通過卡槽結構與壓板3連接，用于定位時壓緊待加工零件5，形成支撐面，待支撐桿7鎖緊后，移出輔助定位板4，進行待加工零件5平面加工。

本發明還提供了一種使用上述弱剛性復合材料零件的柔性組合裝夾裝置進行裝夾固定的方法：

第一步：根據待加工零件5外形尺寸，選取合適數量的帶孔底座9，與導向塊10組合安裝于工作臺1合適位置，在帶孔底座9兩側安裝液壓缸11；

第二步：在組合式底座的孔位中放置彈簧8、支撐桿7和真空吸盤6，形成柔性支撐系統；安裝定位壓緊裝置的第一氣缸2和壓板3，注意調整壓板3高度，將待加工零件5放置在柔性支撐系統上，將輔助定位板4安裝在壓板3上；

第三步：啟動定位壓緊裝置下壓零件，待柔性支撐單元上下移動形成與待加工零件5型面貼合的支撐面后，啟動液壓缸11壓緊帶孔底座9，鎖緊支撐桿7，

第四步：移出輔助定位板4。