CN103028987A - 用于两个垂直相交轴的数控加工夹具 - Google Patents

Abstract

一种用于两个垂直相交轴的数控加工夹具，工件位于该固定支座内，在固定支座一侧的外圆表面有第二轴安装孔，该第二轴安装孔的中心线与固定支座的中心线相互垂直。压紧螺钉安装在所述固定支座开口端端面上；固定支座底部安装有调节螺钉，通过该调节螺钉使压紧块与工件第一轴外圆表面紧密配合。固定支座的内孔上端的台阶面为工件的定位止口。本发明使机床卡爪夹紧力不直接作用于工件上，有效减小工件由于装夹引起的变形，同时通过主轴装夹夹具消除了通过工件传递扭矩而引起的变形。在工件另一端予以辅助支撑，减小了切削振动对工件加工精度的影响，从而提高了产品的加工质量。

Description

用于两个垂直相交轴的数控加工夹具

技术领域

本发明涉及机械加工行业，具体是一种用于两个垂直相交轴的数控加工夹具。

背景技术

随着我国航空、航天事业的不断发展，一些形状复杂的异型零件越来越多，例如结构为两个垂直相交轴的零件。对于该类零件的加工，人们早已认识到了多轴数控技术的优越性和重要性，例如数控五轴车铣加工中心。因此国外早已在航空、航天领域大批采用此类设备代替传统加工设备，而国内在这方面则比较落后，主要存在以下问题：①多轴数控编程抽象、操作困难。②装夹、定位方式不易确定；③专用夹具设计困难等问题。

对于两个垂直相交轴选择合理的装夹、定位方式并设计合理的夹具，是在数控车铣加工中心上实现一次装夹加工首先要解决的问题。因为合理的装夹方式可以避免装夹外力带来的零件变形；而设计合理的夹具，则可以减少装夹、找正次数，充分发挥五轴车铣加工中心的加工特点，特别是对于大批量生产的零件，优势更加明显。

现有技术中加工所述两个垂直相交轴时，一般采用翻转工装作为夹具。通过翻转工装将镗、铣加工面转换成车削加工。这种加工工装存在工装设计复杂、制造周期长、经费高、使用范围小等不足，且无法发挥数控加工中心的加工特点和加工优势，增加了产品的制造成本。

发明内容

为克服现有技术中存在的结构复杂、制造周期长、成本高、使用范围小的不足，本发明提出了一种用于两个垂直相交轴的数控加工夹具。

本发明包括压紧块、调节螺钉、止动螺母、固定支座、压紧螺钉和垫片。工件位于该固定支座内。所述固定支座内孔中段处的孔径比工件被夹持部位的外径与压紧块的厚度之和大30mm。在所述固定支座一侧的外圆表面有第二轴安装孔，该第二轴安装孔的中心线与固定支座的中心线相互垂直。压紧螺钉安装在所述固定支座开口端端面上；固定支座底部安装有调节螺钉，通过该调节螺钉使压紧块与工件第一轴外圆表面紧密配合。固定支座的内孔上端的台阶面为工件的定位止口。

所述压紧块的内圆弧面的半径与所夹持的工件第一轴的半径相同；所述压紧块在夹持工件后，该压紧块的外表面与固定支座内表面之间有10～20mm的距离。

两个垂直相交轴在数控加工中心上之所以难装夹，主要是因为：第一，两个垂直相交轴存在两个垂直相交的加工基准，选择哪一个作为加工的定位基准，既可以保证两个垂直相交轴加工的尺寸精度和形位公差要求，又可以避免重复定位带来的装夹误差是很困难的；第二，数控加工中心主轴一般为液压卡爪，直接装夹两个垂直相交轴会造成装夹变形。选择何种装夹方式，既能实现一次装夹精加工该两处垂直轴，又可以克服装夹带来的外应力变形也是很困难的。

因此两个垂直相交轴，在数控加工中心上装夹夹具设计的关键是：第一，两个垂直相交轴应制定合理加工顺序和加工工艺；第二，夹具要选择合理的装夹定位基准，避免过定位或定位不准确；第三，夹具要设计合理的夹持方式，选择合理夹持部位，具有良好的装夹性能，可以提供足够的装夹力。既不能让工件和夹具之间发生相对位移，又不会使工件由于夹持力过大而引起装夹变形，从而影响工件的最终加工质量，同时实现两个垂直相交轴能够一次装夹精加工。

本发明中，

固定支座:为一端有端盖的筒状结构。内径应大于工件外径和压紧块高度的总和。外径应保证有足够的空间用于轴向、径向连接螺栓的连接。上端端面有一定位止口，且均布有轴向螺纹盲孔。一侧外圆面上有大直径圆孔，且上端开放。对称另一侧的外圆面上有蜂巢状配重减轻孔。底部有一径向凸出的端盖，厚度足够保证液压卡爪装夹强度，靠近端盖的外圆面上均布有径向螺纹通孔。

压紧螺钉：连接螺栓为标准件，用于将工件定位面压夹于固定支座上端面，即装夹工件使用，使工件在加工中只受轴向装夹外力，而不受径向装夹外力。

压紧块：压紧块为扇形结构件，工作过程中与工件外表面接触。所以压紧块上与工件接触面为圆弧面，圆弧面直径同工件外径一致；压紧块上方有调节螺钉旋入时的螺纹盲孔及旋入后的光孔，以供调节螺钉旋入、压紧。压紧块为工件加工中的辅助支撑，不做装夹使用。

调节螺钉：调节螺钉旋进固定支座外圆面径向螺孔后，前端旋进压紧块上的螺纹孔，将固定支座通过压紧块和工件连接成整体。

止动螺母：调节螺钉旋入固定支座后，止动螺母靠近固定支座外圆面上并旋于调节螺钉；旋入调节螺钉的过程会推动压紧块靠近工件，当压紧块和工件外表面通过圆弧面接触后，拧紧止动螺母，可防止在加工过程中调节螺钉松动从而导致压紧块和工件脱离。

本发明根据两个垂直相交轴的特性，通过固定支座上的连接螺栓来固定、压紧工件，使机床卡爪夹紧力不直接作用于工件上，工件外圆面不受径向装夹外力，能有效减小工件由于装夹引起的变形，同时通过主轴装夹夹具消除了传统加工方案中因主轴直接装夹工件，通过工件传递扭矩而引起的变形。为防止加工垂直相交轴的第二基准在加工中振动，影响加工精度，工件另一端予以辅助支撑，减小了切削振动对工件加工精度的影响，从而提高了产品的加工质量。经试验验证，本发明使某型号产品的优质品率从80％左右提高到100％，实现了产品“零缺陷”交付。同时加工效率由原来的120h/件提高到了50h/件。本发明不用反复车削，所以不再是消耗品，节约了成本，在批量生产中效果更为明显。

附图说明

图1是夹具结构示意图；

图2是夹具结构示意图的剖视图；

图3是夹具结构示意图的P向示意图；

图4是固定支座的示意图；

图5是固定支座的E向示意图；

图6是固定支座的D向示意图；

图7是固定支座的C向示意图；

图8是压紧螺钉的示意图；

图9是压紧块的示意图；

图10是压紧块示意图的侧视图；

图11是夹具工作原理图。其中：

1.压紧块    2.调节螺钉    3.止动螺母     4.固定支座     5.压紧螺钉

6.垫片      7.工件        8.三爪卡盘

具体实施例

实施例一

本实施例是一种用于两个垂直相交轴的加工夹具。所述的垂直相交轴包括轴线垂直的第一轴和轴线水平的第二轴，所述的第一轴和第二轴相互垂直并相交。所述的夹具包括压紧块1、调节螺钉2、止动螺母3、固定支座4、压紧螺钉5和垫片6。

固定支座4为45＃钢制成的一端有端盖的筒状。工件7位于该固定支座4内。固定支座4的内孔为阶梯孔，位于固定支座4的内孔上端的台阶面为工件的定位止口，该定位止口处的内径直径与工件定位面直径一致。所述固定支座4内孔中段处的孔径比工件被夹持部位的外径与压紧块1的厚度之和大30mm。在所述固定支座4一侧的外圆表面开有贯通的第二轴安装孔，该第二轴安装孔的中心线与固定支座4的中心线相互垂直；所述第二轴安装孔一侧的圆周与固定支座4的上端面贯通，使所述固定支座4的上端面成为断开的圆形；所述第二轴安装孔的圆周与固定支座4的上端面贯通处的宽度小于该第二轴安装孔的直径。工件的第二轴从所述的第二轴安装孔中穿出，以便于数控加工。所述第二轴安装孔的孔径比第二轴的外径大30mm。在与第二轴安装孔对称的另一侧外圆面上有蜂巢状配重减轻孔。

在所述固定支座4底部有一径向凸出的端盖，该端盖的厚度须保证液压卡爪的装夹强度。

在靠近底部端盖一端外圆面上水平均布有3个螺纹通孔，该螺纹通孔的中心线过固定支座4的中心线。调节螺钉2旋入该螺孔，并使该调节螺钉2的端头旋入压紧块1侧表面上的螺孔中，通过调节螺钉使三处压紧块1压紧在工件第一轴外圆表面上，并辅助支撑工件。

在所述固定支座4开口端的断开的圆形端面上均布有11个螺纹盲孔，该螺纹盲孔的中心线与固定支座4的中心线平行。该螺纹盲孔的中线距与固定支座4开口端定位止口的孔径距离为6～10mm，压紧螺钉5和垫片6旋入该螺纹盲孔，用于压紧工件。

压紧块1有3件，用LY12制成，均为扇面形块状。所述压紧块1的内圆弧面的直径与所夹持的工件的外径相同，即与工件第一轴的直径相同；所述压紧块在夹持工件后，该压紧块的外表面与固定支座内表面之间有10～20mm的距离。在压紧块1外圆弧面中心部位处，有用于与调节螺钉相连接的螺纹盲孔。本实施例中，压紧块1的高度为35mm，宽度为40mm。

调节螺钉2为45钢制成，为六方头结构，螺钉长度根据工件直径、固定支座厚度以及压紧块宽度决定。

止动螺母3主要用于防松。先将调节螺钉2旋入止动螺母3，再将调节螺钉2旋入固定支座4、压紧块1，旋紧调节螺钉2以推动压紧块1压紧工件，当压紧块1均匀接触工件表面后，再旋紧止动螺母3，以防止工件在加工过程中，由于切削震动而引起压紧块1松动。

本实施例中，所使用的止动螺母3、压紧螺钉5和垫片6均为标准件。

为验证本发明的效果，以加工材料30CrMnSiA，工件第一轴与第二轴垂直相交，第一轴中心线与第二轴中心线对称度要求0.1，第一轴加工内径

壁厚2.5㎜，第二轴加工内径

壁厚3㎜为例进行验证。

使用时，在加工中心上采用一般装夹方式车削第一轴用于夹具装夹用的定位、压夹端面、外圆，同时在定位端面上钻铣出用于夹具压紧用的均布通孔。

将专用夹具端盖外圆装夹于加工中心主轴上，用百分表找正夹具端面、外圆面跳动量在0.01㎜以内，加紧夹具。将调节螺钉2旋入止动螺母3，再将调节螺钉2旋入固定支座4、压紧块1。旋松调节螺钉2，使3处压紧块1形成的夹持圆直径大于工件被夹持部位的外圆。将工件放入固定支座4内腔，工件第一轴定位面放入固定支座4定位止口内，用于保证工件第一轴轴线与主轴同轴，同时工件第二轴从所述固定支座4外圆侧面贯通圆孔伸出，采用压紧螺钉5、垫片6压紧工件第一轴定位面，用百分表找正工件上端面跳动量，以确定工件定位面贴紧于固定支座4开口端端面。旋紧调节螺钉2以推动压紧块1接触工件外表面，此时，只要3处压紧块1均匀接触工件外表面即可，压紧块1对工件只做辅助支撑，不得旋紧使工件第一轴径向受力，最后旋紧止动螺母3，防止加工时压紧块1松动。

采用车削加工加工第一轴内孔各尺寸，采用镗铣加工加工第二轴内孔各尺寸。

使用本夹具装夹加工两个垂直相交轴的工件时，车、铣、镗、钳工序可一次装夹全部完成，不用象传统工艺中每种工序加工时，都要采用不同的设备，每加工一道工序都要装夹、找正，人为因素及多次装夹、找正误差对工件的加工质量影响很大。在加工时可以实现粗、精加工一次装夹完成，粗加工时先将工件各加工部位分别留余量加工，直径留约0.5～0.8mm的余量；再精加工各加工部位至图纸要求尺寸。精加工时要多次进刀，进刀量一般控制在0.05～0.1mm为宜。精加工时遵循先粗后精，同时遵循先加工第二轴再加工第一轴的原则。

本发明可在数控加工中心上完全实现两个垂直相交轴的工件一次装夹，多工种一次完成的精加工，有效减小工件由于装夹引起的变形；防止精加工时的震颤引起的工件变形与表面粗糙度低；同时克服了工件周转时间多、风险大，加工周期长，加工效率低等问题。从而提高了工件的加工质量、缩短了加工周期；本发明中夹具不用反复车削，所以不再是消耗品，节约了成本，在批量生产中效果更为明显。

Claims (3)

1.一种用于两个垂直相交轴的数控加工夹具，其特征在于，所述的夹具包括压紧块、调节螺钉、止动螺母、固定支座、压紧螺钉和垫片；工件位于该固定支座内；所述固定支座内孔中段处的孔径比工件被夹持部位的外径与压紧块的厚度之和大30mm；在所述固定支座一侧的外圆表面有第二轴安装孔，该第二轴安装孔的中心线与固定支座的中心线相互垂直；压紧螺钉安装在所述固定支座开口端端面上；固定支座底部安装有调节螺钉，通过该调节螺钉使压紧块与工件第一轴外圆表面紧密配合。

2.如权利要求1所述用于两个垂直相交轴的数控加工夹具，其特征在于，所述压紧块的内圆弧面的半径与所夹持的工件第一轴的半径相同；所述压紧块在夹持工件后，该压紧块的外表面与固定支座内表面之间有10～20mm的距离。

3.如权利要求1所述用于两个垂直相交轴的数控加工夹具，其特征在于，固定支座的内孔上端的台阶面为工件的定位止口。

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