CN102357813B

CN102357813B - 一种用于航空发动机叶片加工和检测的夹具

Info

Publication number: CN102357813B
Application number: CN 201110268367
Authority: CN
Inventors: 刘战强; 王兵; 万熠; 刘继刚; 任小平; 艾兴
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102357813A

Abstract

本发明公开了一种用于航空发动机叶片加工和检测的夹具，该夹具，包括安装底座、夹紧框架、转动框架和夹紧装置，安装底座上设置有导柱，夹紧框架通过导柱安装在安装底座上，夹紧框架能够沿导柱移动，夹紧框架是一个框架结构，其中间设有一个空洞，夹紧框架的两侧各设有一套夹紧装置，两套夹紧装置均固定连接在安装底座上，夹紧框架上在两套夹紧装置之间设有两个转动框架，两个转动框架各自通过销轴安装在夹紧框架上，转动框架能够绕销轴摆动，转动框架上设有弹簧柱塞，安装底座上安装有定位元件。本发明能够减小在装夹叶片时产生的夹紧应力，减小叶片的夹紧变形，提高叶片的加工精度；能够实现叶片加工和在线检测同时进行。

Description

一种用于航空发动机叶片加工和检测的夹具

技术领域

本发明涉及一种用于航空发动机叶片加工和在线检测时使用的夹具，属于航空发动机叶片加工技术领域。

背景技术

航空发动机叶片是发动机的核心部件之一，发动机的性能在很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。叶片在发动机中的功能使命及其工作特点，决定了叶片是发动机中形状复杂(三维空间曲面)、尺寸跨度大、受力状况恶劣、承载最大的零件。为满足发动机高性能、工作安全性、可靠性以及长寿命的要求，叶片必须具有精确的尺寸、准确的形状和严格的表面完整性。但在目前的数控加工工艺方法和加工装备下加工出的叶片存在很大的应力变形，对于较薄的叶片产生变形时，可能造成叶片报废。

叶片加工出现上面所述加工变形的关键原因在于加工过程中所使用叶片夹具的影响，如果夹具的装夹和定位不合理，对于叶片的加工精度和加工质量都会有很大影响。

对于叶片类型的薄壁工件的加工，可以抽象成细长轴类零件的加工，目前情况下，其加工时常用的夹具结构为用卡盘夹紧零件的一端，另一端则是采用机床尾座顶尖顶紧的方式来装夹工件，根据材料力学的相关知识可知，当细长轴类零件两端受到夹紧力时，工件会出现失稳，导致工件产生较大的挠度，过大的变形引起叶片内部存在较大的残余应力，导致加工零件出现废品。

目前使用的航空发动机叶片夹具，在加工的同时也不能够进行在线检测叶片的加工精度和表面质量，如果在加工过程中出现尺寸精度、形状精度和位置精度等不合格情况，机床会继续完成整个叶片的加工，到完全加工完或应用时才发现是不合格品或者是废品的话，就会降低生产效率，提高生产成本，甚至造成灾难性事故。如果能够实现叶片加工的在线检测，只要发现存在加工不合格的状况，随时进行修整直至合格。

发明内容

本发明针对现有航空发动机叶片加工技术存在的不足，提供一种用于航空发动机叶片加工和检测的夹具，该夹具在具备传统叶片夹具的装夹功能的同时，能够减小叶片装夹时其内部所产生的装夹应力，由此能够减小夹紧变形，提高叶片加工精度，而且在加工叶片的同时，该夹具能够实现叶片的非接触式在线检测，提高产品的合格率和生产效率。

本发明的用于航空发动机叶片加工和检测的夹具采用以下技术解决方案：

该夹具，包括安装底座、夹紧框架、转动框架和夹紧装置，安装底座上设置有导柱，夹紧框架通过导柱安装在安装底座上，夹紧框架能够沿导柱移动，夹紧框架是一个框架结构，其中间设有一个空洞，夹紧框架的两侧各设有一套夹紧装置，两套夹紧装置均固定连接在安装底座上，夹紧框架上在两套夹紧装置之间设有两个转动框架，两个转动框架各自通过销轴安装在夹紧框架上，转动框架能够绕销轴摆动，转动框架上设有第一弹簧柱塞，安装底座上安装有两个定位元件，两个定位元件处于夹紧框架中间的空洞中，其中一个定位元件上设有第二弹簧柱塞。

夹紧装置包括夹紧把手、夹紧基座、锁紧螺母、中心销、连接销和T形夹紧片，中心销穿过夹紧基座中的中心孔，并且其下部设有螺纹内孔，夹紧基座的下部设有连接螺纹，锁紧螺母通过连接螺纹安装在夹紧基座上，夹紧把手与中心销通过第一销钉连接，夹紧把手的两侧分别通过第二销钉连接有一个T形夹紧片，T形夹紧片与夹紧基座也通过第三销钉连接，夹紧把手两侧的T形夹紧片对称且用连接销连接。

上述夹具通过安装底座固定连接在机床上，叶片毛坯放置在安装底座下部并通过定位元件定位，两个转动框架转动至竖直位置，分别挂在叶片毛坯上部的工艺凸台上，将夹紧装置置于夹紧状态，夹紧力带动夹紧框架沿导柱向下运动，同时两个转动框架下移对叶片毛坯施加对称的竖直方向的夹紧力。装夹后，将机床的回转工作台转至适当位置，使叶片一侧的型面对准加工刀具，进行第一侧叶片型面的加工，在距离另一侧叶片型面适当的位置放置非接触式在线检测装置，对叶片型面的加工精度和质量进行检测，当检测到叶片的两个型面存在加工质量不合格情况时，机床工作台直接回转至要求位置进行叶片的修整，实现航空发动机叶片加工和在线检测的同时进行。

本发明与传统的航空发动机叶片夹具相比，能够减小在装夹叶片时产生的夹紧应力，相应地在加工完成后叶片中的残余应力也会减小，由此就会减小叶片的夹紧变形，提高叶片的加工精度；能够实现叶片加工和在线检测同时进行，两道工序的集成既能够提高生产效率，又能够提高产品的合格率，在加工时出现的不合格品可以随时进行修整，节约了生产成本。该夹具结构简单、重量较轻、制造容易、材料来源广泛、成本低、安装和使用方便。

附图说明

图1是本发明用于航空发动机叶片加工和检测夹具的立体结构示意图。

图2是图1的主视图。

图3是图1的右视图。

图4是图1的左视图。

图5是本发明中夹紧装置的立体结构示意图。

图6是图5的后视图。

图中：1、导柱；2、弹簧柱塞；3、安装底座；4、销轴；5、夹紧框架；6、夹紧装置；7、叶片毛坯；8、转动框架；9、定位元件；10、支撑杆；11、定位元件；12、连接框架；13、弹簧柱塞；14、连接螺栓；15、中心销；16、锁紧螺母；17、夹紧基座；18、夹紧把手；19、连接销；20、T形夹紧片。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的用于航空发动机叶片加工和检测的夹具，包括安装底座3、夹紧框架5、转动框架8和夹紧装置6。安装底座3的四个角上设置有导柱1，导柱1与安装底座3可通过螺纹连接。夹紧框架5通过四个导柱1安装在安装底座3上，夹紧框架5可沿导柱1上下移动，导柱1在夹紧框架5上下运动时起导向作用。夹紧框架5是一个框架结构，其中间设有一个空洞，以使叶片毛坯7通过该空洞放置到安装底座3上的定位元件上。夹紧框架5的左右两侧各设有一套夹紧装置6，右侧的夹紧装置与连接在安装底座3上的连接框架12固定在一起（参见图3），左侧的夹紧装置通过连接螺栓14固定安装底座3上（参见图4）。夹紧框架5上在两套夹紧装置6之间设有两个转动框架8，两个转动框架8各自通过一个销轴4安装在夹紧框架5上，转动框架8可绕销轴4摆动。转动框架8上设有弹簧柱塞2，通过调节该弹簧柱塞2,可提高定位精度,减小叶片毛坯的工艺凸台的加工误差所带来的影响，弹簧柱塞2可以通过螺纹连接安装在转动框架8的相应位置处。安装底座3上安装有定位元件9和定位元件11（参见图2），定位元件9和定位元件11的上方为夹紧框架5中间的空洞。定位元件9和定位元件11通过两个支撑杆10连接在一起，支撑杆10的作用是用来保证定位元件9和定位元件11两者的位置精度，并且能够提高整体结构的刚性。定位元件11上设有弹簧柱塞13（参见图3），其作用是防止定位元件11和定位元件9的内侧面同时定位时引起的过定位问题，弹簧柱塞13通过螺纹连接安装在定位元件11的相应位置处。弹簧柱塞13开设于所述的定位元件11的对称面处，位于定位元件11一侧的夹紧装置6通过与连接框架12相连接来施加夹紧力，另一侧的夹紧装置6通过连接螺栓14与安装底座3相连接施加夹紧力。

夹紧装置6的结构如图5和图6所示，包括中心销15、锁紧螺母16、夹紧基座17、夹紧把手18、连接销19和T形夹紧片20。中心销15穿过夹紧基座17中的中心孔，并且其下部设有螺纹内孔，左侧的夹紧装置6通过中心销15的螺纹内孔经由连接螺栓14与安装底座3进行固定连接，右侧的夹紧装置6直接通过中心销15的螺纹内孔由螺钉与连接框架12进行固定连接。夹紧基座17的下部加工有连接螺纹，该连接螺纹上安装有锁紧螺母16，夹紧基座17通过其下部的连接螺纹连接在夹紧框架5上并通过锁紧螺母16锁紧。松开锁紧螺母16可以调整夹紧基座17的安装高度，以改变夹紧框架5在竖直方向上的移动距离。夹紧把手18通过销钉与中心销15连接，夹紧把手18的两侧均通过销钉与一个T形夹紧片20连接，同时T形夹紧片20与夹紧基座17也通过一销钉连接。另外，两个T形夹紧片20通过连接销19直接连接（参见图6），以提高整体结构的刚性。连接销19的轴线与夹紧把手18与中心销15连接销钉的轴线以及夹紧把手18的两侧与T形夹紧片连接销钉的轴线不在同一直线上。该夹紧装置运用杠杆原理，中心销15分别与安装底座3和连接框架12的固定连接处为固定支点，然后转动夹紧把手18通过T形夹紧片20使夹紧基座17上下运动产生夹紧力。当把夹紧把手18分别扳至两侧的水平位置时，夹紧装置6达到夹紧状态和放松状态两个锁定位置，此时夹紧基座17对称中心线和夹紧把手18的旋转中心在同一直线上，夹紧基座17上的夹紧力通过夹紧把手18的旋转中心，该力不能产生使夹紧把手18转动的力矩，使整个夹紧装置可靠自锁。通过扳动夹紧把手18使其从放松状态变为夹紧状态时，中心销15具有2cm的行程。因为夹紧装置6已经通过中心销15与安装底座3或连接框架12进行固定连接，这样就会使得夹紧基座17进行上下运动并且移动距离为2cm，因为夹紧基座17与夹紧框架5之间通过锁紧螺母16连接，就会使夹紧框架5带动转动框架8进行上下移动，竖直向下运动时则会对叶片毛坯7进行夹紧。夹紧装置的夹紧力最大可以达到1000N，能够实现安全可靠地夹紧。

上述夹具的使用过程如下：

1.通过安装底座3将整个夹具安装固定在机床的回转工作台上。

2.进行叶片毛坯7的装夹，将两侧的夹紧装置6置于松开状态，将叶片毛坯7置于夹具中并使其处于竖直位置，使叶片毛坯7下部两侧的圆柱形工艺凸台放置于定位元件9和定位元件11的接触面上进行定位。

3.调节定位元件11上面的弹簧柱塞13，使其处于压缩状态以施加一定夹紧力，相当于是使定位元件11等效成为活动V型块，以消除过定位问题；

4.将两个转动框架8绕销轴4转动至竖直位置，分别挂在叶片毛坯7上部的两个方形工艺凸台上（参见图2）；调节两个转动框架8上面的弹簧柱塞2，使其处于压缩状态以施加一定的夹紧力，消除由于加工工艺凸台的加工误差而引起的定位不精确问题,以提高叶片毛坯的定位精度。

6.将两侧的夹紧装置6同时置于夹紧状态，夹紧力带动夹紧框架5沿导柱1向下运动，同时夹紧框架5通过销轴4带动两个转动框架8下移，两个转动框架8通过叶片毛坯7上部的两个方形工艺凸台对叶片毛坯7施加对称的竖直方向的夹紧力。

7.装夹后，进行航空发动机叶片的加工。将机床的回转工作台转至适当位置，使叶片一侧的型面对准加工刀具，进行第一侧叶片型面的加工，此时在距离另一侧叶片型面适当的位置放置一激光检测仪之类的非接触式在线检测装置，对叶片型面的加工精度和质量进行检测，当检测到叶片的两个型面存在加工质量不合格情况时，机床工作台直接回转至要求位置进行叶片的修整，实现航空发动机叶片加工和在线检测的同时进行。

Claims

1.一种用于航空发动机叶片加工和检测的夹具，包括安装底座、夹紧框架、转动框架和夹紧装置，其特征在于：安装底座上设置有导柱，夹紧框架通过导柱安装在安装底座上，夹紧框架能够沿导柱移动，夹紧框架是一个框架结构，其中间设有一个空洞，夹紧框架的两侧各设有一套夹紧装置，两套夹紧装置均固定连接在安装底座上，夹紧框架上在两套夹紧装置之间设有两个转动框架，两个转动框架各自通过销轴安装在夹紧框架上，转动框架能够绕销轴摆动，转动框架上设有第一弹簧柱塞，安装底座上安装有两个定位元件，两个定位元件处于夹紧框架中间的空洞中，其中一个定位元件上设有第二弹簧柱塞。

2.根据权利要求1所述的用于航空发动机叶片加工和检测的夹具，其特征是：所述夹紧装置包括夹紧把手、夹紧基座、锁紧螺母、中心销、连接销和T形夹紧片，中心销穿过夹紧基座中的中心孔，并且其下部设有螺纹内孔，夹紧基座的下部设有连接螺纹，锁紧螺母通过连接螺纹安装在夹紧基座上，夹紧把手与中心销通过第一销钉连接，夹紧把手的两侧分别通过第二销钉连接有一个T形夹紧片，T形夹紧片与夹紧基座也通过第三销钉连接，夹紧把手两侧的T形夹紧片对称且用连接销连接。