用于筒形工件的连杆式内撑固定工装的制作方法

本技术涉及筒形工件装夹，特别地，涉及一种用于筒形工件的连杆式内撑固定工装。

背景技术：

1、复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法复合而成，兼具多种材料优势，在现代工业中占据关键地位。随着复合材料技术的不断发展，其在航空航天等领域的应用日益广泛，对筒形、圆台筒形复合材料工件的加工精度和稳定性提出了更高要求。

2、目前，复合材料机械加工中常见的内撑式固定方法主要为充气袋内撑方式。该方式利用柔性充气袋在充气膨胀后产生的径向压力，对工件内壁进行支撑和定位，尤其适用于内壁光滑、无复杂凸起的薄壁或异形中空工件。充气袋内撑装置通常包括充气袋本体、充气系统、支撑框架或芯轴以及密封件等部分。其工作过程主要包括装夹准备、充气膨胀、贴合支撑及卸荷取件等步骤，通过气体压力转化为柔性径向支撑力实现工件的固定。

3、然而，充气袋内撑方式存在明显的局限性。由于充气袋材质柔软，抗冲击和抗切割能力较差，当工件侧壁存在待加工孔位或窗口结构时，加工过程中的刀具旋转、进给及切削动作极易刮擦或刺破充气袋，导致漏气、支撑刚性下降、工件定位偏移及支撑失效等问题。这不仅会造成生产中断、工时和材料浪费，还可能因充气袋破损碎片卷入加工设备而影响机床精度甚至引发安全事故。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，能够适应筒形、圆台筒形复合材料工件内壁结构，兼具柔性贴合特性和高刚性支撑能力，以解决现有充气袋内撑方式在加工带孔位或窗口工件时的可靠性不足的技术问题。

2、本实用新型提供一种用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，包括底座、支撑柱、固定组件、顶部环形滑块以及内撑组件；支撑柱布设于底座上，支撑柱上设有固定组件、顶部环形滑块以及驱动机构，固定组件设置有两组，两组固定组件呈间隔排布且靠近底座布设，顶部环形滑块可滑动地套设于支撑柱上并靠近支撑柱的自由端布设，驱动机构的动力输出端连接顶部环形滑块并驱使顶部环形滑块沿支撑柱的轴向运动；内撑组件分别通过第一连杆可转动地连接在两组固定组件上并组合构成四连杆机构，内撑组件通过第二连杆可转动地连接在顶部环形滑块上；内撑组件设置有多组，多组内撑组件沿支撑柱的周向等间距间隔排布。

3、进一步地，固定组件包括固定在支撑柱上的固定环圈；第一组固定组件的第一组固定环圈和第二组固定组件的第二组固定环圈呈间隔地排布；第一连杆的第一端可转动地连接于固定环圈上，第一连杆的第二端可转动地连接于内撑组件上。

4、进一步地，固定组件包括固定环形滑块和限位套筒；第一组固定组件的第一组固定环形滑块、限位套筒以及第二组固定组件的第二组固定环形滑块依次套设于支撑柱上，第一组固定环形滑块靠近底座布设并抵接在支撑柱上的台阶部，第二组固定环形滑块远离底座布设并经由限位套筒与第一组固定环形滑块间隔排布。

5、进一步地，第一组固定组件与第二组固定组件的第一连杆长度相同，且第一组固定组件与第二组固定组件的第一连杆呈平行布设。

6、进一步地，第一连杆与第二连杆的长度相同或者不同；第一连杆与第二连杆的延长线呈相交地布设。

7、进一步地，顶部环形滑块与支撑柱之间设置有导向机构，导向机构的导向方向与支撑柱的轴向同向布设。

8、进一步地，内撑组件包括撑板和柔性点阵装置；第一连杆以及第二连杆分别可转动地连接在相对应的撑板上，柔性点阵装置布设于撑板的外侧。

9、进一步地，柔性点阵装置包括支撑框、柔性顶针以及顶针固定件，柔性顶针呈阵列的布满支撑框内腔，顶针固定件将柔性顶针顶抵固定在支撑框内；柔性顶针的一端露出至支撑框外，用于与筒形工件的内壁面抵接固定。

10、进一步地，内撑组件包括撑板和硅胶板，硅胶板的中部铰接固定在撑板上。

11、进一步地，驱动机构采用螺纹连接在支撑柱端部的螺纹套，螺纹套与顶部环形滑块可相对转动地连接布设；或者驱动机构采用固定于支撑杆端部的气缸或油缸，气缸或油缸的动力输出方向与支撑杆的轴向同向布设，气缸或油缸的动力输出端连接在顶部环形滑块上。

12、本实用新型具有以下有益效果：

13、1、显著提升加工过程的可靠性与安全性：通过完全刚性的机械结构（底座、支撑柱、连杆、内撑组件）实现支撑功能，消除了充气袋因被刀具刮擦而破裂、漏气导致支撑失效的风险，特别适用于侧壁有孔、窗口等开口结构的筒形工件加工，刀具可以无障碍地通过工件侧壁的开口进行加工，而无需担心损坏工装本体，从而保证了加工过程的连续性和稳定性，同时避免了因充气袋破损产生碎片而引发的设备损伤或安全事故。

14、2、提供优异的结构刚性与支撑稳定性：机械连杆机构能够提供远高于充气袋的刚性支撑；当驱动机构推动顶部环形滑块向下运动时，通过第二连杆迫使内撑组件向外扩张，直至与工件内壁紧密贴合，在此状态下，工件重力通过坚固的连杆机构和支撑柱传递至底座，形成一个刚性闭环作用力路径，能够有效抵抗切削力带来的振动和变形，解决了装夹稳定性差，容易产生晃动甚至振刀的问题，从而为高精度加工（如镗孔、铣削）提供了坚实的基础，保障了加工质量。

15、3、具有良好的自适应性与尺寸适用性：多组周向等间距布置的内撑组件通过独立的连杆系统驱动，构成了多个并联的四连杆机构，并且允许每个内撑组件在一定范围内独立地自适应工件内壁的微小形状误差或不圆度，确保各支撑点都能有效接触并施力，实现均匀的抱紧力分布，避免工件因局部应力过大而变形；通过驱动机构控制顶部环形滑块的行程，即可无级调节所有内撑组件的径向伸出量，使一套工装能够适应一定尺寸范围内的不同直径的筒形工件，提升了工装的通用性。

16、4、实现精确且同步的径向运动控制：驱动机构（如螺纹套、液压缸、气缸或伺服电机驱动的丝杠）能够对顶部环形滑块的轴向位移进行精确控制，该轴向位移通过连杆机构被同步且线性地转化为所有内撑组件的径向运动，使得所有支撑点的扩张和收缩是同步进行的，从而保证了工件由内腔被正确定位和夹紧，并实现自动对中，避免了因夹紧不同心而导致的加工误差，这种精确的控制能力是纯柔性充气袋难以实现的。

17、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

1.一种用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，包括底座（1）、支撑柱（2）、固定组件、顶部环形滑块（3）以及内撑组件；

2.根据权利要求1所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，固定组件包括固定在支撑柱（2）上的固定环圈；

3.根据权利要求1所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，固定组件包括固定环形滑块（7）和限位套筒（8）；

4.根据权利要求1所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，第一组固定组件与第二组固定组件的第一连杆（5）长度相同，且第一组固定组件与第二组固定组件的第一连杆（5）呈平行布设。

5.根据权利要求1所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，第一连杆（5）与第二连杆（6）的长度相同或者不同；

6.根据权利要求1所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，顶部环形滑块（3）与支撑柱（2）之间设置有导向机构，导向机构的导向方向与支撑柱（2）的轴向同向布设。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，内撑组件包括撑板（9）和柔性点阵装置（10）；

8.根据权利要求7所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，柔性点阵装置（10）包括支撑框（11）、柔性顶针（12）以及顶针固定件（13），柔性顶针（12）呈阵列的布满支撑框（11）内腔，顶针固定件（13）将柔性顶针（12）顶抵固定在支撑框（11）内；

9.根据权利要求1至6中任一项所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，内撑组件包括撑板（9）和硅胶板，硅胶板的中部铰接固定在撑板（9）上。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的用于筒形工件的连杆式内撑固定工装，其特征在于，驱动机构（4）采用螺纹连接在支撑柱（2）端部的螺纹套（14），螺纹套（14）与顶部环形滑块（3）可相对转动地连接布设；或者