CN114227312A - 一种3d打印翼舵类结构件装夹装置及装夹方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印翼舵类结构件装夹装置，包括上压板、下支撑板、定位销；上压板外形与翼舵结构相同，相邻两侧的直角边用于找正工装，底部加工成与翼舵上型面随形的型面；下支撑板：与上压板同尺寸，其上设置多出减重槽，上部加工与翼舵下型面随形的型面，中间设筋条支撑块和对接槽支撑块，分别与翼舵内部筋条和对接槽位置对应，用于支撑翼舵下型面，其他位置留间隙；定位销装在上压板和下支撑板上开设的对应的定位孔内，对上压板和下支撑板进行定位。本发明结构简单、可靠性高，实现了翼舵类结构件的以型面定位的快速装夹定位，通过扫描基准块实现翼舵类结构件的准确的基准建立。

Description

一种3D打印翼舵类结构件装夹装置及装夹方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及一种3D打印翼舵类结构件装夹装置及装夹方法。
背景技术
翼面类零件在航空、航天领域有广泛需求，此类零件多为薄壁复杂异型型面结构。常用方法有利用铸件表面留余量加工成型、板料直接加工成型等，这些方法由于型面余量较大，加工周期较长。本智力成果提出一种新的工艺方法，零件毛坯采用3D打印成型，型面不留机加余量，仅在装配特征留机加余量，可以有效减少切削时间。但3D打印同样存在自身的加工特点：(1)不能铸出工艺夹头导致异形结构件装夹困难；(2)型面精度与理论模型存在少量偏差使利用外形装夹定位带来了偏差；(3)外形轮廓精度存在精度偏差，比如壁厚小于1的区域容易出现缺损现象，大尺寸零件存在变形，使以外形找正的精度受到影响；(4)异形薄壁零件如利用千斤顶装夹，装夹找正操作工作量，且容易因装夹力不当出现变形现象，不能满足翼舵类结构件较高的型面精度要求。因此，需要设计一种应用于3D打印翼舵类结构件的装夹、找正方法，提升找正精度，降低装夹难度，满足产品的质量要求。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种3D打印翼舵类结构件装夹装置及装夹方法，满足零件较高的找正精度要求和质量要求。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种3D打印翼舵类结构件装夹装置，其包括上压板1、下支撑板2、定位销3；上压板1外形与翼舵结构相同，相邻两侧的直角边用于找正工装，底部加工成与翼舵上型面随形的型面；下支撑板2：与上压板1同尺寸，其上设置多出减重槽，上部加工与翼舵下型面随形的型面，中间设筋条支撑块和对接槽支撑块，分别与翼舵内部筋条和对接槽位置对应，用于支撑翼舵下型面，其他位置留间隙；定位销3装在上压板1和下支撑板2上开设的对应的定位孔内，对上压板1和下支撑板2进行定位。
本发明还提供一种3D打印翼舵类结构件装夹方法，其包括以下步骤：
步骤一：将下支撑板2放置在机床工作台上并固定，固定可采用定位键与工作台的T型槽定位；
步骤二：将翼舵类零件8放置在下支撑板2的型面上，检测型面贴合间隙，移动翼舵类零件8实现翼舵类零件8贴合工装型面；
步骤三：将上压板1放在翼舵类零件8上，并用2个定位销3实现上压板1与下支撑板2的定位；
步骤四：找正翼舵类零件8的弦平面线，用压块5、螺栓6、千斤顶7将工装及零件一起固定在机床工作台上。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的3D打印翼舵类结构件装夹装置及装夹方法，结构简单、可靠性高，实现了翼舵类结构件的以型面定位的快速装夹定位，通过扫描基准块实现翼舵类结构件的准确的基准建立。本方法的精度较高，可以实现翼舵类结构件型面精度要求，较铸件毛坯或板料毛坯的传统加工方法，加工余量小，使生产周期大幅降低。本设计是针对异型零件快速装夹和基准建立的一种简单高效、经济实用的设计。
附图说明
图1为一种3D打印翼舵类结构件装夹装置的结构示意图；
图1中包含：1上压板2下支撑板，3定位销、4垫板、5压块、6螺栓、7千斤顶、8工件。
图2为上压板图示。
图3为下支撑板图示。
图4为3D打印翼舵类结构件基准块及扫描数据。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1至图3所示，本实施例3D打印翼舵类结构件装夹装置包括上压板1、下支撑板2、定位销3、垫板4、压块5、螺栓6、千斤顶7。
上压板1：外形与翼舵结构相同，相邻两侧的直角边可用于找正工装，底部加工成与翼舵上型面随形的型面。
下支撑板2：与上压板1同尺寸，其上设置多出减重槽，上部加工与翼舵下型面随形的型面，中间设筋条支撑块和对接槽支撑块，分别与翼舵内部筋条和对接槽位置对应，用于支撑翼舵下型面，其他位置留间隙。
定位销3：装在上压板1和下支撑板2上开设的对应的定位孔内，采用小间隙(间隙0.01)配合实现快速定位，避免发生相对移动。定位销3有两个，间隔布置。上压板1和下支撑板2上，定位孔开设在定位面上，定位面为平面，分别位于上压板1和下支撑板2上同一侧的带状区域内。
垫板4：可采用石棉橡胶板材等软质材料，粘贴在上压板1底部型面，用于适应零件型面的少量偏差。
压块5、螺栓6、千斤顶7形成装夹组件，装夹组件有多组，间隔布置在机床和上压板1上，实现对零件与机床的装夹。千斤顶7布置在机床上，压块5一端压在上压板1上，另一端通过螺栓6连接千斤顶7。
上述装夹装置，通过型面定位实现型面无余量异形翼舵结构件的快速定位；装置支撑位置选在安装槽区域和筋条区域，提供足够的支撑，不会因局部偏差使整体基准改变；垫板采用橡胶板材，软质材料可适应零件少量变形，同时可提供足够摩擦力。
基于上述装夹装置，本发明还提供一种3D打印翼舵类结构件装夹方法，主要包括3D打印翼舵类结构件的毛坯的留量要求、划线要求、操作流程及找正过程。
3D打印翼舵类结构件的毛坯留量要求：型面不留机加余量，仅在装配特征留机加余量，同时在选用厚度较厚的对接面设置基准块，并与3D打印翼舵类结构件一共成型。
划线要求：在机床加工前，由钳工划翼舵类结构件的弦平面线。
3D打印翼舵类结构件装夹方法包括以下步骤：
步骤一：将下支撑板2放置在机床工作台上并固定，固定可采用定位键与工作台的T型槽定位；
步骤二：将翼舵类零件8放置在下支撑板2的型面上，检测型面贴合间隙，移动翼舵类零件8实现翼舵类零件8贴合工装型面。
步骤三：将上压板1放在翼舵类零件8上，并用2个定位销3实现上压板1与下支撑板2的定位。
步骤四：找正翼舵类零件8的弦平面线，用压块5、螺栓6、千斤顶7将工装及零件一起固定在机床工作台上。
步骤二中，翼舵类零件8放置在下支撑板2的型面上，需要进行找正，找正过程如下：
步骤S1：在翼舵类零件8上与舱段接触的对接面区域设置长方形基准块，长度大于20mm，宽10mm，高度比型面高10mm，2处基准块设在对接面的两端，基准块与3D打印翼舵类结构件同时打印成型，如图4所示。
步骤S2：3D打印翼舵类结构件打印后连同基准块一起激光扫描，与理论毛坯模型比对，在型面拟合符合加工精度要求后，并标记出基准块的实际余量值，标记的位置选取3D打印的成型面，不能选与基板贴合的表面。
步骤S3：在机床上装夹后，拉直基准块表面，通过百分表测量基准块，根据激光扫描数据，调整机床的B轴，使基准块表面的高度差与激光扫描数据相同。从而，利用基准块到翼尖的理论值减去基准块的实际余量值，以基准块建立的基准，获得翼尖到基准块的实际值，获得了零件在宽度方向的基准。此方法可有效避免零件外形轮廓偏差引起的找正误差。
步骤S4：根据激光扫描在长度方向端面的余量，确定零件的实际去除量，从而确定了零件在长度方向的基准。
完成翼面类异型零件的装夹后即可以开始加工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，包括上压板(1)、下支撑板(2)、定位销(3)；上压板(1)外形与翼舵结构相同，相邻两侧的直角边用于找正工装，底部加工成与翼舵上型面随形的型面；下支撑板(2)：与上压板(1)同尺寸，其上设置多出减重槽，上部加工与翼舵下型面随形的型面，中间设筋条支撑块和对接槽支撑块，分别与翼舵内部筋条和对接槽位置对应，用于支撑翼舵下型面，其他位置留间隙；定位销(3)装在上压板(1)和下支撑板(2)上开设的对应的定位孔内，对上压板(1)和下支撑板(2)进行定位。
2.如权利要求1所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，所述定位销(3)与上压板(1)和下支撑板(2)采用间隙0.01mm的小间隙配合。
3.如权利要求2所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，所述定位销(3)有两个，间隔布置。
4.如权利要求3所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，所述上压板(1)和下支撑板(2)上，定位孔开设在定位面上，定位面为平面，分别位于上压板(1)和下支撑板(2)上同一侧的带状区域内。
5.如权利要求4所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，还包括：垫板(4)，采用石棉橡胶板材软质材料，粘贴在上压板(1)底部型面，用于适应零件型面的少量偏差。
6.如权利要求5所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，还包括：装夹组件，装夹组件有多组，间隔布置在机床和上压板(1)上，实现对零件与机床的装夹。
7.如权利要求6所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，所述装夹组件包括压块(5)、螺栓(6)、千斤顶(7)，千斤顶(7)布置在机床上，压块(5)一端压在上压板(1)上，另一端通过螺栓(6)连接千斤顶(7)。
8.一种3D打印翼舵类结构件装夹方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将下支撑板(2)放置在机床工作台上并固定，固定可采用定位键与工作台的T型槽定位；
步骤二：将翼舵类零件(8)放置在下支撑板(2)的型面上，检测型面贴合间隙，移动翼舵类零件(8)实现翼舵类零件(8)贴合工装型面；
步骤三：将上压板(1)放在翼舵类零件(8)上，并用2个定位销(3)实现上压板(1)与下支撑板(2)的定位；
步骤四：找正翼舵类零件(8)的弦平面线，用压块(5)、螺栓(6)、千斤顶(7)将工装及零件一起固定在机床工作台上。
9.如权利要求8所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置，其特征在于，步骤二中，翼舵类零件(8)放置在下支撑板(2)的型面上时，进行找正，找正过程如下：
步骤S1：在翼舵类零件(8)上与舱段接触的对接面区域设置长方形基准块，长度大于20mm，宽10mm，高度比型面高10mm，2处基准块设在对接面的两端，基准块与3D打印翼舵类结构件同时打印成型；
步骤S2：3D打印翼舵类结构件打印后连同基准块一起激光扫描，与理论毛坯模型比对，在型面拟合符合加工精度要求后，并标记出基准块的实际余量值，标记的位置选取3D打印的成型面，不能选与基板贴合的表面；
步骤S3：在机床上装夹后，拉直基准块表面，通过百分表测量基准块，根据激光扫描数据，调整机床的B轴，使基准块表面的高度差与激光扫描数据相同；利用基准块到翼尖的理论值减去基准块的实际余量值，以基准块建立的基准，获得翼尖到基准块的实际值，获得零件在宽度方向的基准；
步骤S4：根据激光扫描在长度方向端面的余量，确定零件的实际去除量，确定零件在长度方向的基准。
10.一种基于权利要求1-7中任一项所述的3D打印翼舵类结构件装夹装置在3D打印技术领域中的应用。
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