專利名稱：用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種夾緊裝置，具體涉及一種用于夾持薄壁平面工件的真空吸 附夾緊裝置。 '
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品零件的制造精度的要求越來越高，迫切需要 超精密加工裝備，尤其是超精密加工機床，其核心部件的設(shè)計與制造會影響零 件的加工精度與表面質(zhì)量。在超精密加工機床的設(shè)計中，工件的夾持系統(tǒng)是非 常關(guān)鍵的部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造精度將直接影響到加工零件的尺寸精度與形 位精度。因此，如何能設(shè)計制造出結(jié)構(gòu)巧妙的工件夾持系統(tǒng)是超精密加工機床 的核心技術(shù)之一。對超精密加工機床來說，其工件夾持系統(tǒng)的設(shè)計主要考慮兩 個方面的問題 一是夾持系統(tǒng)本身的制造精度與定位精度問題，另一個是夾持 系統(tǒng)夾緊工件時的尺寸變動范圍、薄壁件夾緊的變形情況及操作的方便性，這 兩個方面的問題是夾持系統(tǒng)設(shè)計與制造的關(guān)鍵技術(shù)。常規(guī)的用于夾持薄壁平面 工件的夾緊裝置在夾持薄壁平面類工件時存在以下問題1、薄壁工件出現(xiàn)不 同程度的夾緊變形；2、無法滿足不同口徑零件的裝夾要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決常規(guī)的夾緊裝置在夾持薄壁平面類工件時工件出現(xiàn)夾緊變形以 及無法滿足不同口徑零件的裝夾問題，進而提供了一種用于夾持薄壁平面工件 的真空吸附夾緊裝置。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的用于夾持薄壁平 面工件的真空吸附夾緊裝置由上吸盤、下吸盤和吸盤閥體組成，所述上吸盤的 下端面固裝在下吸盤的上端面上，所述吸盤閥體設(shè)置在下吸盤的一側(cè)端面上， 所述上吸盤上開有呈矩陣分布的若干個階梯通孔，所述下吸盤的上端面的中部 開有矩形凹槽，所述下吸盤的上端面上沿矩形凹槽的四周由內(nèi)向外開有多個回 字形凹槽，所述多個回字形凹槽與相對應(yīng)位置處的階梯通孔相連通，在下吸盤 的同一側(cè)端面上分別開有連接彎孔和多個彎孔，所述多個彎孔的數(shù)量與多個回字形凹槽的數(shù)量一致設(shè)置，所述吸盤閥體由與連接彎孔和多個彎孔數(shù)量之和相 一致的多個開關(guān)控制閥集成在一起構(gòu)成，所述連接彎孔分別與矩形凹槽和相對 應(yīng)的開關(guān)控制閥連通，每個彎孔分別與相對應(yīng)的回字形凹槽和相對應(yīng)的開關(guān)控 制閥連通。
本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾 緊裝置采用了真空泵和吸盤吸附工件，采用了真空吸附原理，零件直接放在高 平面度的工作臺上，由工作臺平面上的微小孔陣列通過真空泵而產(chǎn)生負壓，由 負壓吸附夾緊工件，其夾緊力的大小可由真空泵氣源的壓力來調(diào)節(jié)，工件的夾 緊變形小，上吸盤表面精度高，可大大減小或消除真空吸盤吸附面對零件加工 后平面度的影響；本發(fā)明主要針對的是光學(xué)平面類零件的超精密加工，該工件 夾持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、工作可靠、可根據(jù)需要靈活設(shè)計真空吸盤的大 ??；可以吸附夾緊不同尺寸的薄壁類平面零件，只需調(diào)節(jié)吸盤閥體上的開關(guān)閥 即可。本發(fā)明不僅可用于加工精度高的超精密機床中，實現(xiàn)薄壁平面類零件的 夾緊；也可用于薄壁件精密加工時的夾緊。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是i:'吸盤的俯視圖，圖3是圖2 的右視圖，圖4是下吸盤的俯視圖，圖5是圖4的A-A剖視圖，圖6是圖4 的右視圖，圖7是吸盤閥體的主視圖，圖8是圖7的B-B剖視圖，圖9是開關(guān) 控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖，圖10是圖7的D-D剖視圖，圖11是圖8的E-E剖視圖， 圖12是薄壁工件對其加工后平面度的影響分析示意圖，其中(a)圖是工件吸 附前的示意圖，(b)圖是工件吸附后的示意圖，(c)圖是工件加工后的示意圖， (d)圖是解除吸附后的示意圖；圖13真空吸盤面形誤差對薄壁工件平面度的 影響分析示意圖，其中(e)圖是工件吸附前的示意圖，(f)圖是工件吸附后 的示意圖，(g)圖是工件加工后的示意圖，(h)圖是解除吸附后的示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖1 11所示，本實施方式的用于夾持薄壁平面工件
的真空吸附夾緊裝置由上吸盤l、下吸盤2和吸盤閥體3組成，所述上吸盤l的下 端面固裝在下吸盤2的上端面上，所述吸盤閥體3設(shè)置在下吸盤2的一側(cè)端面上， 所述上吸盤1上開有呈矩陣分布的若干個階梯通孔1-1，所述下吸盤2的上端面的中部開有矩形凹槽2-l ，所述下吸盤2的上端面上沿矩形凹槽2-l的四周由內(nèi) 向外開有多個回字形凹槽2-2，所述多個回字形凹槽2-2與相對應(yīng)位置處的階梯 通孔1-l相連通，在下吸盤2的同一側(cè)端面上分別開有連接彎孔2-10和多個彎孔
2- 3，所述多個彎孔2-3的數(shù)量與多個回字形凹槽2-2的數(shù)量一致設(shè)置，所述吸盤 閥體3由與連接彎孔2-10和多個彎孔2-3數(shù)量之和相一致的多個開關(guān)控制閥4集 成在一起構(gòu)成，所述連接彎孔2-10分別與矩形凹槽2-l和相對應(yīng)的開關(guān)控制閥4 連通，每個彎孔2-3分別與相對應(yīng)的回字形凹槽2-2和相對應(yīng)的開關(guān)控制閥4連 通。
具體實施方式
二如圖1 6所示，本實施方式每個開關(guān)控制閥4由閥主 體3-l、閥芯3-2、彈簧3-3和手柄3-4組成，所述閥主體3-1上開有多個內(nèi)腔
3- 1-1，每個閥芯3-2安裝在對應(yīng)的內(nèi)腔3-1-1中，每個內(nèi)腔3-1-1中的閥芯3-2 上套裝有彈簧3-3，每個閥芯3-2的外端安裝有手柄3-4，所述閥主體3-1上開 有多個用于連通多個內(nèi)腔3-1-1的多個通道3-1-2，且所述多個通道3-1-2互相 連通。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 6所示，本實施方式所述回字形凹槽2-2的數(shù) 量為七個，七個回字形凹槽2-2分別是第一回字形凹槽2-2-1、第二回字形凹 槽2-2-2、第三回字形凹槽2-2-3、第四回字形凹槽2-2-4、第五回字形凹槽2-2-5、 第六回字形凹槽2-2-6和第七回字形凹槽2-2-7，開關(guān)控制閥4的數(shù)量為八個， 八個開關(guān)控制閥4分別是第一開關(guān)控制閥4-1、第二開關(guān)控制閥4-2、第三開 關(guān)控制閥4-3、第四開關(guān)控制閥4-4、第五開關(guān)控制閥4-5、第六開關(guān)控制閥4-6、 第七開關(guān)控制閥4-7和第八開關(guān)控制閥4-8，所述下吸盤2上開有七個彎孔， 七個彎孔分別是第一彎孔2-3-1、第二彎孔2-3-2、第三彎孔2-3-3、第四彎孔 2-3-4、第五彎孔2-3-5、第六彎孔2-3-6和第七彎孔2-3-7，所述第一回字形凹 槽2-2-1通過第一彎孔2-3-1與第一開關(guān)控制閥4-1連通，所述第二回字形凹 槽2-2-2通過第二彎孔2-3-2與第二開關(guān)控制閥4-2連通，所述第三回字形凹 槽2-2-3通過第三彎孔2-3-3與第三開關(guān)控制閥4-3連通，所述第四回字形凹 槽2-2-4通過第四彎孔2-3-4與第四開關(guān)控制閥4-4連通，所述第五回字形凹 槽2-2-5通過第五彎孔2-3-5與第五開關(guān)控制閥4-5連通，所述第六回字形凹 槽2-2-6通過第六彎孔2-3-6與第六開關(guān)控制閥4-6連通，所述第七回字形凹槽2-2-7通過第七彎孔2-3-7與第七開關(guān)控制閥4-7連通，所述矩形凹槽2-1 通過中部凹槽彎孔2-10與第八開關(guān)控制閥4-8連通。如此設(shè)計，可以根據(jù)實 際需要制作大小相當(dāng)?shù)奈P。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四如圖1所示，本實施方式所述上吸盤1的厚度H為55 60 mi。如此設(shè)計，減小了夾緊裝置的尺寸。其它組成及連接關(guān)系與具體實施 方式一、二或三相同。
具體實施方式
五:如圖5所示，本實施方式所述下吸盤2的厚度Hl為45 55 imn。如此設(shè)計，減小了夾緊裝置的尺寸。其它組成及連接關(guān)系與具體實施 方式一、二或三相同。 .
設(shè)計思路
本發(fā)明專利主要從兩方面對之進行詳細分析，由此減小薄壁件的夾緊變 形，提高零件加工后的平面度。
1、吸附力對工件夾緊變形的影響
真空吸附方式的夾緊力來自于待加工工件與真空吸盤間真空壓強產(chǎn)生的 壓力，薄壁件被放置于真空吸盤表面，當(dāng)用飛刀方式進行超精密切削加工時， 受到金剛石刀具的切向力的作用，切向力需由真空吸盤與薄壁件間的摩擦力來 進行平衡，摩擦力的計算方法可以用公式(1)表示
F=(xW (1)
式中F為薄壁件與真空吸盤間的摩擦力，p為摩擦系數(shù)，W為表面正壓力。
因此要計算該夾緊裝置真空吸附的夾緊力，必須知道薄壁件與真空吸盤表 面的摩擦系數(shù)和薄壁件表面所受的正壓力。薄壁件表面所受正壓力即為真空度 產(chǎn)生的壓強與受壓面積的乘積。
由于在超精密切削加工過程中的切削用量很小，因而其切削力一般在
0.1N 10N之間，有的甚至更小。因此，對于薄壁件來說，只要真空吸附時產(chǎn) 生的摩擦力F遠大于該切削力范圍即可，如果真空吸附時產(chǎn)生的摩擦力F過大， 則會造成薄壁工件的夾緊變形，在設(shè)計選擇真空泵的吸附壓強范圍時，該點是 重點考慮的一個環(huán)節(jié)。 一般來說，真空泵的吸附壓強在-0.6 -lMPa之間就可完 全滿足要求。
72、薄壁毛坯件及真空吸盤的面形精度對薄壁.件夾緊變形的影響 薄壁類工件裝夾于真空吸盤上表面，以真空吸盤表面為基準。因此，薄壁 件毛坯及真空吸盤的面形精度對薄壁件的最終加工結(jié)果有著很大的影響。不計 機床導(dǎo)軌、主軸及真空吸盤的誤差，只考慮工件毛坯件形狀對其加工后平面度 的影響，其影響情況如圖12所示，真空吸盤解除吸附后，零件產(chǎn)生"上翹"
的平面度誤差。消除毛坯件對其加工后平面度的影響方法有兩種(I)在保證 薄壁件與真空吸盤間的摩擦力遠大于其切削力的情況下，使其摩擦力F減?。?(II)加工完薄壁件的一端面后，再加工另一端面，并多次重復(fù)，由此減小其 夾緊變形，提高加工后薄壁工件的平面精度。
不計機床導(dǎo)軌、主軸及工件毛坯的誤差，只考慮真空吸盤面形誤差對薄壁
工件加工后平面度的影響，如圖13所示。由圖13的分析可知，真空吸盤的面
形精度對吸附于其上的薄壁工件最終加工精度有很大的影響。如果真空吸盤面 形精度較好，可以減小甚至消除薄壁件的面形誤差。因此，對于真空吸盤表面
來說，需要極高的面形精度，最終解決的辦法是首先對真空吸盤的吸附面進 行超精密加工，本發(fā)明專利給出的真空吸盤其面形精度己達到
0.15ium/410x410mm，完全能滿足大口徑薄壁類零件真空吸附夾緊時對其平面 度的要求。
工作原理在吸附薄壁工件10前，將上吸盤1的上端面在超精密機床上
銑削加工，使上吸盤1的上端面與機床導(dǎo)軌平行，.然后將真空泵輸出管道與吸
盤闊體3連接。當(dāng)薄壁工件10放置在上吸盤1上面中心位置時，根據(jù)零件的 尺寸大小，如果薄壁工件10尺寸未能完全覆蓋到上吸盤1的最外層階梯通孔 1-1時，可關(guān)閉閥體上的第一開關(guān)控制閥4-1，而其它開關(guān)控制閥處于正常工 作狀態(tài)，此時打開真空泵的開關(guān)閥，幾秒鐘內(nèi)工件即被吸附在上吸盤上；薄壁 工件IO加工完成后，將真空泵的開關(guān)閥關(guān)閉幾十秒鐘后薄壁工件10即可取下；
如果薄壁工件10尺寸未能覆蓋到次外層階梯通孔1-1時，在關(guān)閉第一開關(guān)控 制閥4-l的同時，關(guān)閉第二開關(guān)控制閥4-2;此時，第一開關(guān)控制閥4-l和第 二開關(guān)控制閥4-2處于不工作狀態(tài)的情況下，保持控制薄壁工件10覆蓋到的 其它階梯通孔的開關(guān)控制閥正常工作；當(dāng)工件尺寸再次變小時，可依此進行類 推，即可實現(xiàn)不同尺寸工件的真空吸附裝夾。當(dāng)外接真空泵開始工作時，薄壁工件10能以負壓形式夾緊在上吸盤1的上端面上，如需要卸下薄壁工件10，
將真空泵的開關(guān)閥關(guān)閉幾十秒鐘后即可。另外，吸附力的大小可通過真空泵的
壓力閥來進行調(diào)節(jié)，使真空泵的吸附壓強保持在-0.6 -lMPa之間，以進一步減 小或消除工件的夾緊變形。
權(quán)利要求
1、一種用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾緊裝置，所述夾緊裝置由上吸盤(1)、下吸盤(2)和吸盤閥體(3)組成，其特征在于所述上吸盤(1)的下端面固裝在下吸盤(2)的上端面上，所述吸盤閥體(3)設(shè)置在下吸盤(2)的一側(cè)端面上，所述上吸盤(1)上開有呈矩陣分布的若干個階梯通孔(1-1)，所述下吸盤(2)的上端面的中部開有矩形凹槽(2-1)，所述下吸盤(2)的上端面上沿矩形凹槽(2-1)的四周由內(nèi)向外開有多個回字形凹槽(2-2)，所述多個回字形凹槽(2-2)與相對應(yīng)位置處的階梯通孔(1-1)相連通，在下吸盤(2)的同一側(cè)端面上分別開有連接彎孔(2-10)和多個彎孔(2-3)，所述多個彎孔(2-3)的數(shù)量與多個回字形凹槽(2-2)的數(shù)量一致設(shè)置，所述吸盤閥體(3)由與連接彎孔(2-10)和多個彎孔(2-3)數(shù)量之和相一致的多個開關(guān)控制閥(4)集成在一起構(gòu)成，所述連接彎孔(2-10)分別與矩形凹槽(2-1)和相對應(yīng)的開關(guān)控制閥(4)連通，每個彎孔(2-3)分別與相對應(yīng)的回字形凹槽(2-2)和相對應(yīng)的開關(guān)控制閥(4)連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾緊裝置，其特征在于每個開關(guān)控制閥(4)由閥主體(3-1)、閥芯(3-2)、彈簧(3-3)和手柄(3-4)組成，所述閥主體(3-1)上開有多個內(nèi)腔(3-1-1)，每個閥芯(3-2)安裝在對應(yīng)的內(nèi)腔(3-1-1)中，每個內(nèi)腔(3-1-1)中的閥芯(3-2)上套裝有彈簧(3-3)，每個閥芯(3-2)的外端安裝有手柄(3-4)，所述閥主體(3-l)上開有多個用于連通多個內(nèi)腔(3-1-1)的多個通道(3-1-2)，且所述多個通道(3-1-2)互相連通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾緊裝置，其特征在于所述回字形凹槽(2-2)的數(shù)量為七個，七個回字形凹槽(2-2)分別是第一回字形凹槽(2-2-1)、第二回字形凹槽(2-2-2)、第三回字形凹槽(2-2-3)、第四回字形凹槽(2-2-4)、第五回字形凹槽(2-2-5)、第六回字形凹槽(2-2-6)和第七回字形凹槽(2-2-7)，開關(guān)控制闊(4)的數(shù)量為八個，八個開關(guān)控制閥(4)分別是第一開關(guān)控制閎(4-1)、第二開關(guān)控制閥(4-2)、第三開關(guān)控制閥(4-3)、第四開關(guān)控制閥(4-4)、第五開關(guān)控制閥(4-5)、第六開關(guān)控制閥(4-6)、第七開關(guān)控制閥(4-7)和第八開關(guān)控制閥(4-8)，所述下吸盤(2)上開有七個彎孔，七個彎孔分別是第一彎孔(2-3-1)、第二彎孔(2-3-2)、第三彎孔(2-3-3)、第四彎孔(2-3-4)、第五彎孔(2-3-5)、第六彎孔(2-3-6)和第七彎孔(2-3-7)，所述第一回字形凹槽(2-2-1)通過第一彎孔(2-3-1)與第一開關(guān)控制閥(4-1)連通，所述第.二回字形凹槽(2-2-2)通過第二彎孔(2-3-2)與第二開關(guān)控制閥(4-2)連通，所述第三回字形凹槽(2-2-3)通過第三彎孔(2-3-3)與第三開關(guān)控制閥(4-3)連通，所述第四回字形凹槽(2-2-4)通過第四彎孔(2-3-4)與第四開關(guān)控制閥(4-4)連通，所述第五回字形凹槽(2-2-5)通過第五彎孔(2-3-5)與第五開關(guān)控制閥(4-5)連通，所述第六回字形凹槽(2-2-6)通過第六彎孔(2-3-6)與第六開關(guān)控制閥(4-6)連通，所述第七回字形凹槽(2-2-7)通過第七彎孔(2-3-7)與第七開關(guān)控制閥(4-7)連通，所述矩形凹槽(2-1)通過連接彎孔(2-10)與第八開關(guān)控制閥4-8連通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾緊裝置，其特征在于所述上吸盤(1)的厚度H為55 60mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾緊裝置，其特征在于所述下吸盤(2)的厚度H1為45 55ram。
全文摘要
用于夾持薄壁平面工件的真空吸附夾緊裝置，它涉及一種夾緊裝置。本發(fā)明解決了常規(guī)的夾緊裝置在夾持薄壁平面類工件時工件出現(xiàn)夾緊變形以及無法滿足不同口徑零件的裝夾問題。本發(fā)明的上吸盤的下端面固裝在下吸盤的上端面上，所述吸盤閥體設(shè)置在下吸盤的一側(cè)端面上，上吸盤上開有呈矩陣分布的若干個階梯通孔，下吸盤的上端面的中部開有矩形凹槽，在所述下吸盤的上端面上沿矩形凹槽的四周由內(nèi)向外開有多個回字形凹槽，多個回字形凹槽與相對應(yīng)位置處的階梯通孔相連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、可根據(jù)需要靈活設(shè)計真空吸盤的大?。豢梢晕綂A緊不同尺寸的薄壁類平面零件，只需調(diào)節(jié)吸盤閥體上的開關(guān)閥即可。
文檔編號B23Q3/06GK101642880SQ20091007273
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者張飛虎, 張龍江, 梁迎春, 健 王, 喬 許, 陳明君 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)