本发明涉及薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输技术，属于薄壁球壳类微小构件装夹。
背景技术：
1、随着科技的迅猛发展，各种高精度、高表面质量的薄壁球壳类复杂微小构件在航空航天、生物医疗、电子信息等领域得到了广泛的应用。这类构件直径通常在1～5mm，壳层厚度20～120μm，材料质软，需要在其全表面加工出数十个横向尺寸50～200μm、纵向尺寸0.5～20μm的特征微结构，并要求达到纳米级的表面粗糙度、亚微米级的轮廓精度和微米级的微结构分布间距误差，需要采用超精密铣削加工，经过调头装夹，才能实现全表面特征结构加工，满足精度和表面质量要求。在微空间尺度约束下，复杂微小构件低密度、质软的材料特性对其装夹工艺与装置提出了较高的要求。
2、传统的面向宏观尺度零件装夹用的卡盘、弹簧夹头等机械夹紧方式等因夹紧力无法控制、装夹精度较差等原因无法适用于薄壁球壳类微小构件的装夹。对于这类构件高精度、小变形、稳定吸附的装夹需求，需要采用真空吸附的方式，设计专用吸附夹具和气路传输装置和方法，才能满足铣削过程中微小构件夹紧力和变形量关系条件。而在多轴联动超精密控形加工系统薄壁球壳类微小构件吸附装夹时，需要依据薄壁球壳直径动态调整负压大小以调节吸附力，并要求在工件轴旋转、以及调头装夹过程中，夹具和薄壁球壳间保持良好的接触吸附夹紧。由于薄壁球壳直径较小，且同批次薄壁球壳间直径相差较大，对气路传输装置的性能及负压的可调节范围要求越来越高。现有技术中，真空负压吸附主要应用于超精密机床真空吸盘的固定与调整中，用作后续机械夹具的装夹，存在夹紧力大且无法动态调整、负压无法传递至回转运动部件末端等问题，无法应用于薄壁球壳微小构件的吸附装夹中。如何基于多轴联动超精密控形加工系统，研制薄壁球壳类微小构件吸附装夹夹具，并对气路传输系统进行设计，以实现工件轴转动时薄壁球壳微小构件加工以及调头装夹过程中的稳定吸附，是薄壁球壳表面特征结构加工的关键，也是高精度和表面质量要求的重要保证。因此，迫切需要针对薄壁球壳高精度、小变形的装夹需求，提出一种薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置与方法，以实现薄壁球壳稳定装夹和特征微结构稳定可控去除。
3、公开号cn113695937a、申请日为2021年9月10日的发明专利，公开了一种用于薄壁球壳类微小构件装夹的真空吸附夹具，具体公开了包括真空吸附夹具主体和真空吸头，所述真空吸附夹具主体呈变截面锥筒状，真空吸头与真空吸附夹具主体的吸附端密封可拆卸连接，真空吸附夹具主体的连接端用于与零点定位快换装置的基准片连接，真空吸头的末端用于吸附微小薄壁球壳；真空吸附夹具主体上沿其轴向的真空腔沿连接端至吸附端孔径变小；真空腔作为主气源通道，真空吸附夹具主体在靠近吸附端对应的侧壁上开有与真空腔连通的副气源接口，真空吸头上的真空通道与真空吸附夹具主体上的真空腔同轴且连通。但该夹具没有配备专用的过渡元件和夹具内密封柱，且负压调节范围较小，工件轴回转过程中负压传输也不稳定。
技术实现思路
1、本发明为解决常规负压吸附手段的夹紧力无法控制、装夹进度差、负压无法传递至回转运动部件，导致无法满足薄壁球壳类复杂微小构件装夹需求的问题，进而提出一种薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置及方法。
2、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置包括真空吸头和真空腔体，还包括负压连通管、工件轴、过渡元件、零点快换系统、气路导通管、快换连接件和夹具底座；
3、负压连通管、工件轴、过渡元件、零点快换系统、快换连接件、夹具底座、真空腔体和真空吸头首尾依次连接，过渡元件通过气路导通管与夹具底座连接。
4、进一步的，过渡元件由安装板和圆柱体组成；
5、圆柱体中部的外壁设有定位面，圆柱体内设有气路连接孔，气路连接孔贯穿安装板和圆柱体；
6、圆柱体的上端面设有轴向第一密封槽，圆柱体上部的外侧壁由上至下依次设有周向第一密封槽和周向第二密封槽。
7、进一步的，安装板的上表面沿圆周方向均布设有多个安装孔。
8、进一步的，还包括密封柱；
9、密封柱设置在真空腔体与夹具底座之间，夹具底座朝向真空腔体的一端端面设有轴向第二密封槽，密封柱的外侧壁由上至下依次设有周向第三密封槽、周向第四密封槽和周向第五密封槽。
10、进一步的，夹具底座背向真空腔体的一面设有多个底座安装孔；夹具底座朝向真空腔体的一面设有凹槽，凹槽内设有气路切换接口。
11、本发明所述薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输方法的具体步骤包括：
12、步骤1、基于多轴联动超精密控形加工系统，首先开启空压机，产生压缩空气，进一步经过冷干机干燥、过滤处理，压缩空气传输至真空发生器，经真空发生器处理，产生真空负压；
13、步骤2、将真空发生器所产生负压连接至第一负压调节阀入口端，并从第一负压调节阀出口端引出负压并连接至负压连通管；
14、步骤3、真空负压经由工件轴内部传输通道传送至工件轴顶部，并经过专用过渡元件内部传输通道经过气路导通管传送至真空吸附夹具，形成第一负压气源，可实现工件轴回转过程中真空负压的稳定传输；
15、步骤4、将真空发生器产生的负压另分一路连接至第二负压调节阀入口端，并从第二负压调节阀出口端直接引出负压，由旋钮开关实现通断控制，形成第二负压气源，用于后续薄壁球壳调头装夹吸附；
16、步骤5、真空吸附夹具底座上开设有第一气路切换接口和第二气路切换接口，微结构加工初次装夹吸附时，气路导通管连接至第一气路切换接口，负压经夹具内部传输通道传输至真空吸头处；
17、步骤6、在薄壁球壳类复杂微小构件半球面特征微结构加工完毕之后，执行薄壁球壳调头装夹操作，将第二负压气源接入第二气路切换接口，打开第二气路切换接口，关闭第一气路切换接口，由第二负压气源提供真空负压以供吸附装夹，同时由第一气路切换接口快换接头撤除第一负压气源；
18、步骤7、由快换连接件拉钉将真空吸附夹具从零点快换系统中拆除调头，实现薄壁球壳类复杂微小构件的稳定吸附调头装夹；
19、步骤8、所述真空吸附夹具，真空吸头通过密封管螺纹连接于真空腔体上，可依据薄壁球壳复杂微小构件尺寸快速更换真空吸头。
20、进一步的，在步骤2中所述第一负压调节阀可动态调整负压吸附压力的大小，其调节范围为0～-100kpa；所述负压连通管通过快换接头连接至工件轴末端。
21、进一步的，步骤3中所述专用过渡元件通过轴向第一密封槽、周向第一密封槽、周向第二密封槽与工件轴实现完全密封；所述气路导通管连接于快换连接件，快换连接件通过密封管螺纹连接于专用过渡元件的气路连接孔上；所述气路导通管由过渡元件侧面导通孔引出，连接至真空吸附夹具上。
22、进一步的，步骤5中气路切换接口位于夹具底座上，并可通过旋钮开关实现接口通断控制；
23、第一气路切换接口用于初次装夹吸附；所述第二气路切换接口用于二次装夹吸附，实现微结构调头时的稳定吸附装夹；
24、初次装夹吸附时，气路导通管连接至第一气路切换接口，打开第一气路切换接口，关闭第二气路切换接口，负压从第一气路切换接口连通至真空腔体和真空吸头处，实现薄壁球壳初次装夹吸附。
25、进一步的，步骤6中打开第二气路切换接口、关闭第一气路切换接口后，负压传输通道由经过工件轴内部传输通道的第一负压气源转换至第二负压气源，便于真空吸附夹具拆卸。
26、本发明的有益效果是：
27、1、本发明针对现有的面向宏观尺度零件装夹用的机械夹紧方式和常规负压吸附手段无法满足薄壁球壳类复杂微小构件高精度、小变形、稳定吸附的装夹需求问题，创新性提出一种薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置与方法，由两路负压气源，配合真空吸附夹具表面两个气路切换接口，可实现工件转动过程中以及调头装夹时的吸附装夹，满足直径1～5mm薄壁球壳类复杂微小构件表面数十个横向尺度50～200μm、纵向尺寸0.5～20μm特征微结构加工时高精度、小变形的稳定吸附装夹需求；
28、2、本发明采用高性能的阿特拉斯sf2空压机，最大工作压力位10bar，排气量为0.20m3/min，很好地满足负压产生所需的压缩空气条件；采用zl112a真空发生器，可达-84kpa真空压力，最高使用压力0.7mpa，供给压力范围0.2～0.5mpa，可以实现0～-84kpa负压范围内动态调节，满足薄壁球壳类复杂微小构件吸附要求；
29、3、本发明采用专用的稳定密封的真空吸附夹具，其真空吸头内部开设有气路传输通道，且有多种规格，可自由匹配薄壁球壳直径，可实现薄壁球壳高精度、小变形稳定吸附装夹；
30、4、本发明具有一定的普适性，不仅适合于薄壁球壳类复杂微小构件表面特征结构加工时的稳定吸附，可进一步推广至其它多构型、不同材料微小构件的真空负压吸附，保证吸附稳定性进而提高加工精度。
1.薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置，包括真空吸头(8)和真空腔体(9)，其特征在于，还包括负压连通管(1)、工件轴(2)、过渡元件(3)、零点快换系统(4)、气路导通管(5)、快换连接件(6)和夹具底座(10)；
2.根据权利要求1所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置，其特征在于，过渡元件(3)由安装板和圆柱体组成；
3.根据权利要求2所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置，其特征在于，安装板的上表面沿圆周方向均布设有多个安装孔(15)。
4.根据权利要求1所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置，其特征在于，还包括密封柱(19)；
5.根据权利要求4所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输装置，其特征在于，夹具底座(10)背向真空腔体(9)的一面设有多个底座安装孔(23)；夹具底座(10)朝向真空腔体(9)的一面设有凹槽，凹槽内设有气路切换接口(24)。
6.薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输方法，其特征在于，具体包括：
7.根据权利要求6所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输方法，其特征在于，步骤2中所述第一负压调节阀可动态调整负压吸附压力的大小，其调节范围为0～-100kpa；所述负压连通管通过快换接头连接至工件轴末端。
8.根据权利要求6或7所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输方法，其特征在于，步骤3中所述专用过渡元件(3)通过轴向第一密封槽(12)、周向第一密封槽(13)、周向第二密封槽(14)与工件轴(2)实现完全密封；所述气路导通管(5)连接于快换连接件(6)，快换连接件(6)通过密封管螺纹连接于专用过渡元件(3)的气路连接孔上；所述气路导通管(5)由过渡元件(3)侧面导通孔引出，连接至真空吸附夹具上。
9.根据权利要求8所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输方法，其特征在于，步骤5中气路切换接口(24)位于夹具底座上，并可通过旋钮开关实现接口通断控制；
10.根据权利要求9所述的薄壁球壳类复杂微小构件吸附装夹用气路传输方法，其特征在于，步骤6中打开第二气路切换接口、关闭第一气路切换接口后，负压传输通道由经过工件轴内部传输通道的第一负压气源转换至第二负压气源，便于真空吸附夹具拆卸。
