复合材料外形铣切和钻孔夹具的制作方法

[0001]
本实用新型属于复合材料构件制造的技术领域，具体涉及一种复合材料外形铣切和钻孔夹具，更具体地，涉及一种用于复合材料制件外形铣切、钻孔的铣切夹具，用于复合材料成型后的铣切和钻孔工序。


背景技术：

[0002]
目前复合材料应用日益增长，尤其在航空航天领域有了较大的应用。复合材料在温度和压力作用下可成型各种结构的制件，再通过机械加工和钻孔达到可交付装配状态。复合材料制件的钻孔、外形切割是保证装配的关键工序，目前较为广泛采用的是手工切割外形、钻模钻孔、手工靠模铣切等方案，但随着数控技术的发展，数控切割复合材料制件也得到大规模应用。
[0003]
复合材料制件数控铣切过程通过以下步骤完成：1、复合材料制件在成型模具完成固化成型，在复合材料制件边缘使用成型模具上的钻模钻制定位孔；2、将制件转移至铣切夹具上，依靠钻制的定位孔进行定位安装；3、对制件进行数控钻孔、外形铣切。复合材料制件能否精确铣切取决于制件在铣切夹具上的安装工序，而影响制件在夹具上安装精度的因素主要有以下几点：1、成型工装上的钻模制造精度，该精度一般要求小于
±
0.1mm；2、制件的铣切定位孔钻制精度，该因素受操作人员影响较大；3、铣切夹具的定位销孔精度，该精度一般要求小于
±
0.1mm。因制件成型后转移到铣切夹具上上述干扰因素叠加，导致制件转移至铣切夹具上时铣切定位孔与铣切工装定位销存在一定干涉，严重时无法对制件进行安装，如对定位孔进行任意扩孔则不能保证制件安装位置的准确，特别是随着制件尺寸的加大，工装制造难度和制件成型后尺寸热膨胀影响加大，制件在铣切夹具上准确、方便定位的难度更大。因此如何提高制件在铣切夹具上的安装精度是保证制件钻孔、铣切精度的关键因素。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的是一个集快速准确定位、真空吸附、钻孔、外形铣切功能为一体的铣切夹具，能够适应制件一定范围尺寸变化，实现制件快速准确定位，完成制件钻孔、外形铣切，缩短生产准备时间，提高数控设备的使用效率。
[0005]
本实用新型的技术方案为：
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一种复合材料外形铣切和钻孔夹具包括偏心转动定位装置1、真空吸附槽2、密封保护槽3、夹钳4、钻孔躲避槽5和铣切躲避槽6；其中，所述的复合材料外形铣切和钻孔夹具的中央平整，设置有真空吸附槽2，真空吸附槽2的四周设置有密封保护槽3，密封保护槽3内设置有密封橡胶条3-1，以确保真空吸附的有效性，在密封保护槽3外部沿周向均匀设置有多个钻孔躲避槽5，钻孔躲避槽5的外部沿周向开设有铣切躲避槽6；铣切躲避槽6外部设置有偏心转动定位装置1，用于对制件进行快速、准确定位。铣切躲避槽6的外部四角处，分别设置有一个夹钳4，用于在真空吸附前对制件的夹紧。
[0007]
进一步地，偏心转动定位装置1设置有2-4个。
[0008]
优选地，位于铣切躲避槽6外部的一对侧边上，分别设置有一偏心转动定位装置1。
[0009]
所述的偏心转动定位装置1包括销孔1-1、内偏心套1-2、外偏心套1-3、固定套1-4、定位销1-5；其中，固定套1-4设置于偏心转动定位装置1的最外层，通过固定套1-4将偏心转动定位装置1固定在复合材料外形铣切和钻孔夹具上。
[0010]
固定套1-4的内部由外至内依次设置有外偏心套1-3和内偏心套1-2，内偏心套1-2中具有销孔1-1，销孔1-1用于设置定位销1-5；复合材料制件转移到复合材料外形铣切和钻孔夹具上时，通过转动偏心转动定位装置1的内偏心套1-2和外偏心套1-3，使复合材料制件的定位孔与铣切工装定位销孔1-1重合，插入定位销1-5，完成复合材料制件在复合材料外形铣切和钻孔夹具上的定位；其中，销孔1-1、外偏心套1-3与固定套1-4均为圆形，且在初始位置时，三者的圆心同心，且与内偏心套1-2的圆心非同心。
[0011]
进一步地，所述的真空吸附槽2底部钻制真空导气孔2-1，通过在复合材料外形铣切和钻孔夹具内部钻制的管路2-2引导至复合材料外形铣切和钻孔夹具外缘，真空吸附槽2的外部连接处为一快速接头2-3，用于在使用时快速连接。
[0012]
本实用新型的效果和益处是：
[0013]
本实用新型提供的复合材料外形铣切和钻孔夹具是一种集快速准确定位、真空吸附、钻孔、外形铣切功能为一体的铣切夹具。铣切夹具上安装的偏心转动定位装置可依据制件制造公差进行尺寸设计，实现定位孔由单孔定位变为公差内区域定位，制件在铣切夹具安装时通过偏心转动定位装置，可实现快速定位，解决制件制造精度与铣切工装精度不一致的难题；能够保证制件准确快速安装到铣切夹具上，避免干涉问题的产生，大大提高铣切准备效率；且引入公差控制概念，保证制件铣切公差在允许公差范围内，实现制件铣切精度可控，保证制件铣切重复性，尤其对于尺寸较大的制件，其改善效果更加明显。偏心转动定位装置的使用可以在保证制件铣切精度的基础上降低制件成型工装和铣切工装制造精度，从而降低工装制造成本，且操作简便。铣切夹具通过真空吸附、夹钳配合使用的方式，设置的真空腔能够增强吸附效果，使制件固定更加牢固，保证制件铣切稳定性，从而有效的保证了零件加工精度。在钻孔和铣切位置设置躲避槽，并与制件形成尺寸关联，可在复合材料制件钻孔、切割时提供保护和支撑，能够防止制件出现劈裂情况，提高制件铣切一次性合格率。
附图说明
[0014]
图1为本实用新型实施例中提供的复合材料外形铣切和钻孔夹具的结构示意图。
[0015]
图2a和图2b为本实用新型实施例中提供的复合材料外形铣切和钻孔夹具的偏心转动定位装置结构与原理示意图。
[0016]
图中：1偏心转动定位装置；2真空吸附槽；3密封保护槽；4夹钳；5钻孔躲避槽；6铣切躲避槽；1-1销孔；1-2内偏心套；1-3外偏心套；1-4固定套；1-5定位销；1-6第一圆心；1-7第二圆心；2-1真空导气孔；2-2管路；2-3快速接头；3-1密封橡胶条。
具体实施方式
[0017]
以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。
[0018]
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本实用新型的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本实用新型的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
[0019]
在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。
[0020]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0021]
图1为本实用新型实施例中提供的复合材料外形铣切和钻孔夹具的结构示意图。参见图1，在本实施例中，一种复合材料外形铣切和钻孔夹具包括偏心转动定位装置1、真空吸附槽2、密封保护槽3、夹钳4、钻孔躲避槽5和铣切躲避槽6。其中，复合材料外形铣切和钻孔夹具的中央平整(制件型面平整处)，设置有真空吸附槽2，真空吸附槽2的四周设置有密封保护槽3，密封保护槽3内设置有密封橡胶条3-1，以确保真空吸附的有效性，在密封保护槽3外部沿周向均匀设置有多个钻孔躲避槽5，钻孔躲避槽5的外部沿周向开设有铣切躲避槽6；位于铣切躲避槽6外部，设置有偏心转动定位装置1，用于对制件进行快速、准确定位。优选地，位于铣切躲避槽6外部的一对侧边上，分别设置有一偏心转动定位装置1；铣切躲避槽6的外部四角处，分别设置有一个夹钳4，用于在真空吸附前对制件的夹紧。
[0022]
图2a和图2b为本实用新型实施例中提供的复合材料外形铣切和钻孔夹具的偏心转动定位装置结构与原理示意图。参见图2a和图2b，在本实施例中，偏心转动定位装置1包括销孔1-1、内偏心套1-2、外偏心套1-3、固定套1-4、定位销1-5；其中，固定套1-4设置于偏心转动定位装置1的最外层，通过固定套1-4将偏心转动定位装置1固定在复合材料外形铣切和钻孔夹具上，其数量可根据制件尺寸增加，一般不多于4个。
[0023]
固定套1-4的内部由外至内依次设置有外偏心套1-3和内偏心套1-2，内偏心套1-2中具有销孔1-1，销孔1-1用于设置定位销1-5。复合材料制件转移到复合材料外形铣切和钻孔夹具上时，通过转动偏心转动定位装置1的内偏心套1-2和外偏心套1-3，使复合材料制件的定位孔与铣切工装定位销孔1-1重合，插入定位销1-5，完成复合材料制件在复合材料外形铣切和钻孔夹具上的定位。偏心转移定位装置1的销孔1-1、外偏心套1-3与固定套1-4为同一圆心，即第一圆心1-6，内偏心套1-2为单独的第二圆心1-7，第一圆心1-6与第二圆心1-7距离为d。转动外偏心套1-3可使第二圆心1-7围绕第一圆心1-6转动，转动内偏心套1-2，可使第一圆心1-6围绕第二圆心1-7转动。将第一圆心1-6初始位置定位为(0,0)，第一圆心1-6运动轨迹定位为(x，y)。经过外偏心套1-3和内偏心套1-2转动后，第一圆心1-6位置轨迹为：
[0024]
x2+y2≤(2d)2[0025]
即销孔1-1的圆心，即第一圆心1-6会在相对理论位置2d的距离内运动，且可出现在半径为2d的圆内的所有位置，因此可定义制件的定位孔位置公差(d)与两圆心距离d关系为：d≥2d，即可保证铣切夹具定位孔位置满足制件公差要求。
[0026]
真空吸附槽2，具有一定的空间，其底部钻制真空导气孔2-1，通过在工装内部钻制的管路2-2引导至工装外缘，其外部连接处为一快速接头2-3，可在使用时快速连接。
[0027]
所述密封保护槽3内安装密封橡胶条3-1，密封橡胶条3-1填满整个密封槽3，制件
与密封橡胶条3-1上方接触，形成密闭腔，其中密封橡胶条3-1可以为空心橡胶管或其他柔性橡胶密封圈。
[0028]
所述钻孔躲避槽5位于制件钻孔位置下方，直径大于制件孔2mm，深约5mm；所述铣切躲避槽6位于制件实际边缘处，为避免铣切时与钻头干涉，铣切躲避槽6留出约1mm躲避距离，躲避槽尺寸依据铣切尺寸制定，宽度通常为8mm-12mm，深约10mm。
[0029]
使用上述的复合材料外形铣切和钻孔夹具包括以下步骤：
[0030]
(1)将已钻制好定位孔的复合材料制件在夹具上定位，转动偏心转动定位装置1的内偏心套1-2和外偏心套1-3，使复合材料制件定位孔与铣切工装定位销孔1-1重合，插入定位销1-5，完成复合材料制件在铣切工装上的定位；
[0031]
(2)将夹具夹钳4压紧，此时制件与密封保护槽3内安装密封橡胶条3-1形成接触，将其内部真空吸附槽2密封；
[0032]
(3)将真空快速接头2-3与外部真空源连接，通过在工装内部钻制的管路2-2和真空导气孔2-1，将真空吸附槽2内空气排空，形成真空腔，将制件紧紧吸附；
[0033]
(4)数控机床与工装进行定位对刀后，对制件实施钻孔，钻头在穿透制件时，钻孔躲避槽5对钻头实现躲避，同时对制件边缘提供支撑，防止孔边缘损伤；
[0034]
(5)对制件实施外形铣切，铣刀进入切割躲避槽6中，并沿着轨迹运动，完成制件铣切。
[0035]
以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本实用新型的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本实用新型限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本实用新型的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本实用新型的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

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