CN105436538A - 一种薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具 - Google Patents

Abstract

一种薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，限位块套装在芯轴的下端并嵌入该芯轴的底座上表面与该芯轴的环形挡板之间；内锥块套装在芯轴上；外弧块套装在内锥块上，并使该外弧块的下端面放置在限位块的上表面。外六方大螺母套装在芯轴上并与述内锥块的上端面贴合；传导盘位于外六方大螺母下端的定位盘的上表面，并通过螺钉将所述传导盘与内锥块固连；套筒位于芯轴的上方，并使该套筒下端的内六方与外六方大螺母配合。本发明安装在旋压圆筒内部，能够实现旋压圆筒的校形、撑圆、装夹，具有配合精度高、工装误差小、使用过程中产品受力均匀的特点，有效地提高圆筒的刚性及加工精度，解决了薄壁圆筒铣削中的技术难题。

Description

一种薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体是一种薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具。

背景技术

该零件是某固体火箭发动机壳体最重要的零部件之一，最终与其他零部件焊接装配，该固体火箭发动机对重量有着严格的要求。由于该产品其他零部件的尺寸及结构为固定尺寸且有互换性，产品重量稳定，因此该薄壁圆筒的重量将直接影响着该固体火箭发动机的重量。

该零件属于薄壁变壁厚圆筒件，圆筒采用旋压成型技术，圆筒内径Ф744，圆筒壁厚为3mm～6mm，圆筒总长1450mm，靠近圆筒两端的壁厚为3mm，圆筒中间部分有壁厚为6mm的加厚圆筒，距离圆筒一端38mm，加厚圆筒长度380mm。设计图纸要求在6mm厚的加厚圆筒处延轴向铣薄，以达到减重的目的，并保证整个减重带在圆周方向的角度为218°，减重带处壁厚为

传统的圆筒铣薄方法有两种，一种是将圆筒与其他零部组件焊接以提高整体刚性然后再进行铣削加工，但是这种方法提高刚性的程度有限，而且圆筒本身的圆度、直线度等形位公差依旧很大，在进行铣薄时会出现让刀、减重带壁厚不均，圆筒超重等各种问题。另一种方法是将加厚带部位的圆通替换为铣薄的锻件，并增加两条焊缝组装成圆筒，该方法的缺点是材料及人工成本较大，生产周期较长。

发明内容

为克服现有技术中存在的加工精度低的不足，本发明提出了一种薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具。

本发明包括芯轴、限位块、外弧块、内锥块、传导盘、外六方大螺母和套筒。其中：所述限位块套装在芯轴的下端并嵌入该芯轴的底座上表面与该芯轴的环形挡板之间；内锥块套装在所述芯轴上，并位于该芯轴的中部；外弧块套装在所述内锥块上，并使该外弧块的下端面放置在限位块的上表面。外六方大螺母套装在所述芯轴上并使该外六方大螺母的下端面与所述内锥块的上端面贴合；传导盘位于所述外六方大螺母下端的定位盘的上表面，并通过螺钉将所述传导盘与内锥块固连；所述套筒位于所述芯轴的上方，并使该套筒下端的内六方与所述外六方大螺母配合。

装配后的芯轴的环形挡板上表面与外弧块下表面以及内锥块下表面之间有间距，形成了内锥块的运动空间。

所述的芯轴、限位块、外弧块、内锥块、传导盘、外六方大螺母和套筒均同轴。

所述芯轴为空心轴。所述芯轴的底端有底座。该芯轴的下端有径向凸出的环形挡板，该环形挡板的外径比外弧块所组成的最大内径小20～30mm；所述底座上表面与环形挡板下表面之间的间距与限位块的厚度相同；所述芯轴上端的外圆周面为螺纹面。

所述限位块有四个，外形为“L”形。所述限位块的竖直板的上部有沉头螺钉的安装孔；该限位块的水平板的高度需与芯轴环形挡板下表面与芯轴底座上表面之间的间隙相同。将所述四个限位块环绕所述芯轴1的圆周均布，并通过沉头螺钉固定在外弧块上的凹槽内；所述四个限位块水平板的端面与芯轴圆周表面之间的间距为10～20mm。

所述外弧块有四块，组装成为圆环形。所述各外弧块的外弧面均为1/4圆，在各外弧块下端的外弧面上有径向凸出的圆筒安放台。在所述各外弧块上的圆筒安放台的中部有径向的限位块安装槽。该外弧块的内表面的两端为弧面，所述两端弧面之间为平面；在该平面上有径向凸出的滑动块。所述滑动块的端面为斜面；在该滑动块的两侧表面分别开有相互对称的导向槽，并且所述的导向槽的两侧槽壁的表面均为斜面，并且导向槽两侧槽壁的斜率与所述滑动块端面的斜率相同。在所述外弧块内表面两端弧面之间的平面上均有吊环螺钉孔。

所述内锥块的外形呈“十”字形；构成该“十”字的四个凸块为四个相互垂直的导向块，并且相邻的两个导向块之间的直角圆滑过渡。所述各导向块的端面均为斜面，并且其斜率与外弧块上的滑动块端面的斜率相同、倾斜方向相反。在各导向块的端面有与所述外弧块上的滑动块配合的凹槽，将所述外弧块上的滑动块嵌装入所述各导向块上的凹槽内，通过二者的配合，将所述内锥块的轴向运动转换为所述外弧块的径向移动。在所述内锥块中心通孔的孔径与所述芯轴的外径相同。

所述套筒的内孔的大内径与外六方大螺母的外径相同，小内径与芯轴的外径相同。所述套筒大内径端端头处的内表面为内六方。

所述外六方大螺母的内径与芯轴的外径相同。该外六方大螺母的下端端头处的圆周表面有径向凸出的定位盘；该外六方大螺母上端的外表面为六方形；所述定位盘的上表面与六方形段的下表面之间为圆形。

所述传导盘中心通孔的孔径与外六方大螺母的圆形段的外径相同。所述传导盘的下表面的外缘处有轴向凸出的定位凸台，该定位凸台的轴向高度与所述外六方大螺母下端的定位盘的轴向高度相同。在所述传导盘的定位凸台上表面的外缘均布有轴向贯通的螺栓孔，并且所述的螺栓孔的位置与分布在组成所述内锥块的各导向块的上表面的各组螺钉孔的位置对应。

本发明安装在旋压圆筒内部，能够实现旋压圆筒的校形、撑圆、装夹，以避免加工过程中的让刀、震颤、超差问题的出现。

本发明所加工的产品为旋压成型的圆筒，旋压成型后的圆筒由于内应力释放等多重原因会发生不规则变形，圆筒的待加工位置的圆跳动及直线度均大于5mm，难以满足高精度的铣削加工，在使用本发明装夹、涨紧圆筒后，待加工位置圆筒的直线度和圆度均小于0.2mm。

该薄壁圆筒内撑工装在涨紧圆筒的同时也实现了产品的装夹，装夹后的圆筒刚性提高明显，加工过程中未出现震颤、变形等情况，加工后的减重带表面粗糙度达到Ra6.3，减重带壁厚尺寸达到加工结果满足设计图纸要求。

本发明的装夹原理是利用人工转动把手及套筒拧动大螺母并向下移动，推动内锥块的向下移动，在内锥块向下移动的过程中外滑块由于限位块在轴向方向限位而只能沿着T型槽向外侧滑动，直至滑动到理论位置，从而实现圆筒内、外型面的撑圆胀紧。本发明中内锥块沿着芯轴能够实现上下滑动，通过槽的连接方式使外滑块能够实现在直径方向上的自由滑动，从而可以将不规则变形的圆筒撑圆，以达到加工精度及装夹的要求。待加工完毕后，调节内锥块，外滑块向内收缩，松开圆筒并取出。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.配合精度高，工装误差小，使用过程中产品受力均匀。

2.适用范围较广，只需更换外滑块就实现不同圆筒的装夹。

3.能够有效地提高圆筒的刚性及加工精度，解决了薄壁圆筒铣削的技术难题。

本发明中所要加工的产品为旋压成型的圆筒，在旋压成型后圆通由于内应力释放等多重原因发生不规则变形，待加工位置圆筒的圆跳动及直线度均大于5mm，难以满足高精度的铣削加工，在使用本发明装夹圆筒后，待加工位置圆筒的直线度和圆度均小于0.2mm，同时也实现了产品的装夹，完全满足加工工艺要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；其中：图1a是主视图，图1b是图1a的C-C向视图。

图2是限位块的结构示意图；其中：图2a是主视图，图2b是图2a的侧视图。

图3是外滑块示意图；其中：图3a是主视图，图3b是侧视图，图3c是图3b中的A-A向视图，图3d是图3b中的B-B向视图，图3e是图3b中的D向视图。

图4是内锥块的结构示意图；其中：图4a是主视图，图4b是图4a的D-D向视图，图4c是图4b的F-F向视图。图中：

1.芯轴；2.限位块；3.外弧块；4.内锥块；5.传动盘；6.套筒；7.把手；8.外六方大螺母；9.内六角螺钉；10.薄壁变壁厚圆筒。

具体实施方式

实施例1

本实施例是用于φ750×δ3×1450薄壁圆筒加厚环带处铣削的内型撑具。所述加厚环带处的壁厚为6mm，距离该圆筒的一端为38mm。加厚环带处沿着周向有218°的减重带，该减重带处壁厚要求为

所述的内型撑具包括芯轴1、限位块2、外弧块3、内锥块4、传导盘5、外六方大螺母8和套筒。其中：所述芯轴1的底端有底座，该芯轴的下端有径向凸出的环形挡板，并且所述底座上表面与环形挡板下表面之间的间距与限位块2的厚度相同；所述芯轴1上端的外圆周面为螺纹面。限位块2套装在所述芯轴1上，并嵌入在所述芯轴的底座与挡板之间。外六方大螺母8套装在所述芯轴的上端。内锥块4套装在芯轴上；该内锥块4的上表面与大螺母8的下表面贴合。在所述大螺母的定位盘的上表面安放有传导盘5，该传导盘与内锥块4通过内六角螺钉固连。所述外弧块3套装在内锥块4的外圆周表面，该外弧块下端的定位块装入限位块2内，并使该定位块的一个表面与限位块上的定位挡块的一个表面贴合。套筒6位于芯轴1的上端，使该套筒下端的内六方表面与所述大螺母的外六方表面配合，并通过内六角螺钉9固紧。把手7安装在所述套筒的上端。

所述的芯轴1、限位块2、外弧块3、内锥块4、传导盘5、外六方大螺母8和套筒6均同轴。

装配后的芯轴的环形挡板上表面与外弧块和下表面和内锥块下表面之间有间距，形成了内锥块的运动空间。

所述芯轴1为空心轴。在该芯轴的下端有径向凸出的环形挡板，该环形挡板的外径比外弧块3所组成的最大内径小20～30mm，使环形挡板的外表面与外弧块3所组成的内孔表面之间形成了该外弧块3径向移动空间。在该芯轴底端有径向凸出的底座，该底座的外径大于薄壁变壁厚圆筒10的外径。在所述底座下表面的中心有减重槽。

所述限位块2有四个，其外形为“L”形。所述限位块的竖直板的上部有沉头螺钉的安装孔；该限位块的水平板的高度需与芯轴环形挡板下表面与芯轴底座上表面之间的间隙相同。使用时，将所述四个限位块环绕所述芯轴1的圆周均布，并通过沉头螺钉固定在外弧块3上的凹槽内；所述四个限位块水平板的端面与芯轴圆周表面之间的间距为10～20mm。

所述外弧块3有四块，组装成为圆环形。所述各外弧块的外弧面均为1/4圆，在各外弧块下端的外弧面上有径向凸出的圆筒安放台，用于安放薄壁变壁厚圆筒10。在所述各外弧块上的圆筒安放台的中部有径向的槽，该槽的槽底表面有螺钉孔；各限位块2安放并通过螺钉固定在该槽内。该外弧块的内表面的两端为弧面，所述两端弧面之间为平面；在该平面上有径向凸出的滑动块。所述滑动块的端面为斜面；在该滑动块的两侧表面分别开有相互对称的导向槽，并且所述的导向槽的两侧槽壁的表面均为斜面，并且导向槽两侧槽壁的斜率与所述滑动块端面的斜率相同。在所述外弧块内表面两端弧面之间的平面上均有两个螺纹孔，用于吊装转运时安装吊环螺钉。

所述内锥块4的外形呈“十”字形；构成该“十”字的四个凸块为四个相互垂直的导向块，并且相邻的两个导向块之间的直角圆滑过渡。所述各导向块的端面均为斜面，并且其斜率与外弧块上的滑动块端面的斜率相同、倾斜方向相反。在各导向块的端面有与所述外弧块上的滑动块配合的凹槽，将所述外弧块上的滑动块嵌装入所述各导向块上的凹槽内，通过二者的配合，将所述内锥块的轴向运动转换为所述外弧块的径向移动。在所述各导向块的上表面分别有一组螺钉孔，用于将传导盘5与各导向块固连。

在所述内锥块的中心有通孔，该通孔的孔径与所述芯轴1的外径相同。

所述的套筒6为中空回转体。该套筒的内孔为阶梯孔，其最大内径与外六方大螺母8的外径相同，最小内径于芯轴1的外径相同。所述套筒最大内径孔段的下端的内表面为与外六方大螺母配合的内六方。

所述外六方大螺母8为中空壳体，其内径与芯轴1的外径相同。该外六方大螺母的下端端头处的圆周表面有径向凸出的定位盘；该外六方大螺母上端的外表面为六方形；所述定位盘的上表面与六方形段的下表面之间为圆形段。

所述传导盘5为圆环状。该传导盘的中心有通孔，该通孔的孔径与外六方大螺母的圆形段的外径相同。所述传导盘的下表面的外缘处有轴向凸出的定位凸台，该定位凸台的轴向高度与所述外六方大螺母下端的定位盘的轴向高度相同。在所述传导盘的定位凸台上表面的外缘均布有轴向贯通的螺栓孔，并且所述的螺栓孔的位置与分布在组成所述内锥块的各导向块的上表面的各组螺钉孔的位置对应。

在装夹过程中，首先将该工装放置在机床上找正，通过把手传递力矩，将大螺母向上移动，通过传动盘将内锥块提起，拉动外滑块向内滑动3mm～5mm，圆筒套在外滑块上。然后通过把手传递力矩，将大螺母向下移动，将内锥块向下移动，外滑块向外移动，直至将圆筒撑圆、涨紧，并在圆筒外圆压上百分表，旋转设备的平台，检查圆筒待加工部位的圆度及其上下直线度，均小于0.1mm。

装夹找正后，机床刀具按照预定的数控加工程序实现减重带的加工，用测厚仪检验减重带的筒体厚度，厚度实测值为：3.25mm～3.38mm，表面粗糙度Ra6.3，完全满足设计要求。

目前，本实施例在φ750×δ3、φ1000×δ3超高强度钢减重带加工试验成功，取得了良好的成形效果，加工精度完全满足设计要求。

Claims (8)

1.一种薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，包括芯轴、限位块、外弧块、内锥块、传导盘、外六方大螺母和套筒；其中：所述限位块套装在芯轴的下端并嵌入该芯轴的底座上表面与该芯轴的环形挡板之间；内锥块套装在所述芯轴上，并位于该芯轴的中部；外弧块套装在所述内锥块上，并使该外弧块的下端面放置在限位块的上表面；外六方大螺母套装在所述芯轴上并使该外六方大螺母的下端面与所述内锥块的上端面贴合；传导盘位于所述外六方大螺母下端的定位盘的上表面，并通过螺钉将所述传导盘与内锥块固连；所述套筒位于所述芯轴的上方，并使该套筒下端的内六方与所述外六方大螺母配合；

装配后的芯轴的环形挡板上表面与外弧块下表面以及内锥块下表面之间有间距，形成了内锥块的运动空间；

所述的芯轴、限位块、外弧块、内锥块、传导盘、外六方大螺母和套筒均同轴。

2.如权利要求1所述薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，所述芯轴为空心轴；所述芯轴的底端有底座；该芯轴的下端有径向凸出的环形挡板，该环形挡板的外径比外弧块所组成的最大内径小20～30mm；所述底座上表面与环形挡板下表面之间的间距与限位块的厚度相同；所述芯轴上端的外圆周面为螺纹面。

3.如权利要求1所述薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，所述限位块有四个，外形为“L”形；所述限位块的竖直板的上部有沉头螺钉的安装孔；该限位块的水平板的高度需与芯轴环形挡板下表面与芯轴底座上表面之间的间隙相同；将所述四个限位块环绕所述芯轴1的圆周均布，并通过沉头螺钉固定在外弧块上的凹槽内；所述四个限位块水平板的端面与芯轴圆周表面之间的间距为10～20mm。

4.如权利要求1所述薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，所述外弧块有四块，组装成为圆环形；所述各外弧块的外弧面均为1/4圆，在各外弧块下端的外弧面上有径向凸出的圆筒安放台；在所述各外弧块上的圆筒安放台的中部有径向的限位块安装槽；该外弧块的内表面的两端为弧面，所述两端弧面之间为平面；在该平面上有径向凸出的滑动块；所述滑动块的端面为斜面；在该滑动块的两侧表面分别开有相互对称的导向槽，并且所述的导向槽的两侧槽壁的表面均为斜面，并且导向槽两侧槽壁的斜率与所述滑动块端面的斜率相同；在所述外弧块内表面两端弧面之间的平面上均有吊环螺钉孔。

5.如权利要求1所述薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，所述内锥块的外形呈“十”字形；构成该“十”字的四个凸块为四个相互垂直的导向块，并且相邻的两个导向块之间的直角圆滑过渡；所述各导向块的端面均为斜面，并且其斜率与外弧块上的滑动块端面的斜率相同、倾斜方向相反；在各导向块的端面有与所述外弧块上的滑动块配合的凹槽，将所述外弧块上的滑动块嵌装入所述各导向块上的凹槽内，通过二者的配合，将所述内锥块的轴向运动转换为所述外弧块的径向移动；在所述内锥块中心通孔的孔径与所述芯轴的外径相同。

6.如权利要求1所述薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，所述套筒的内孔的大内径与外六方大螺母的外径相同，小内径与芯轴的外径相同；所述套筒大内径端端头处的内表面为内六方。

7.如权利要求1所述薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，所述外六方大螺母的内径与芯轴的外径相同；该外六方大螺母的下端端头处的圆周表面有径向凸出的定位盘；该外六方大螺母上端的外表面为六方形；所述定位盘的上表面与六方形段的下表面之间为圆形。

8.如权利要求1所述薄壁变壁厚圆筒铣削加工内型撑具，其特征在于，所述传导盘中心通孔的孔径与外六方大螺母的圆形段的外径相同；所述传导盘的下表面的外缘处有轴向凸出的定位凸台，该定位凸台的轴向高度与所述外六方大螺母下端的定位盘的轴向高度相同；在所述传导盘的定位凸台上表面的外缘均布有轴向贯通的螺栓孔，并且所述的螺栓孔的位置与分布在组成所述内锥块的各导向块的上表面的各组螺钉孔的位置对应。