CN110125439B - 一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置，包括用于安装在薄壁衬套的心轴、与心轴配合使用且用于对薄壁衬套压紧的压紧端盖；所述心轴的一端设置有用于安装薄壁衬套的定位孔，所述定位孔的轴线与心轴的轴线同轴。其使用方法为：利用薄壁衬套外圆柱面端面倒角锥面与自定心硬质胶圈的球面接触，实现径向自定心定位功能；再利用限位硬质胶圈实现衬套径向辅助定心，使零件的加工前变形和加工余量均匀分配，使夹具体轴线和零件轴线同心，同时实现轴向定位。本发明具有双自定心结构、能实现加工过程中的应力释放，且因无装夹应力，也没有修正变形，零件拆卸后不会产生新的变形，从而保证内孔尺寸满足设计要求。

Description

一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置及使用方法

技术领域

本发明涉及薄壁衬套装夹技术领域，具体的说，是一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置及使用方法。

背景技术

在民用航空中有大量直径大于90，直径和壁厚比大于40的大直径薄壁衬套，内外圆尺寸公差为0.02-0.03mm。由于材料为结构钢，且结构刚性不好，传统加工方式为数控车床从圆棒装夹开始，粗精加工外圆和内孔，一次装夹成型后切断结束。这种方式能保证很好的内外圆同轴度，但零件从机床上三爪卡盘拆卸后，往往因为应力释放，而产生零件变形，内外圆直径尺寸变形量达到0.05-0.07mm。如果内外圆留余量精加工，传统的方式会在装夹时修正变形，且会有径向夹紧力，这同样会导致内孔加工到位拆卸后，因为应力释放，而产生零件变形造成零件超差，耽误生产，增加成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置及使用方法，本发明结构简单、能快速组装，使用方便，具有双自定心结构、能实现加工过程中的应力释放，且因无装夹应力，也没有修正变形，零件拆卸后不会产生新的变形，从而保证内孔尺寸满足设计要求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置，包括用于安装在薄壁衬套的心轴、与心轴配合使用且用于对薄壁衬套压紧的压紧端盖；所述心轴的一端设置有用于安装薄壁衬套的定位孔，所述定位孔的轴线与心轴的轴线同轴。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述心轴上设置有自定心安装槽，所述自定心安装槽设置在定位孔远离压紧端盖的一侧，所述自定心安装槽为圆环形，所述自定心安装槽的圆心与心轴的轴线在同一直线上；还包括安装在自定心安装槽内的自定心硬质胶圈，所述薄壁衬套远离压紧端盖的一端与自定心硬质胶圈截面的第四象限接触；所述自定心安装槽与定位孔连通。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述心轴靠近压紧端盖的端面上设置有限位槽，所述限位槽为圆环形，所述限位槽的圆心与心轴的轴线在同一直线上；还包括安装在限位槽内的限位硬质胶圈，所述限位硬质胶圈的内径为d，所述定位孔的内径的为D，所述0.4mm≥D-d≥0.2mm；所述限位槽与定位孔连通。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述定位孔的内径为H，所述薄壁衬套的外径为h，所述0.2mm≥H-h≥0.1mm。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述心轴靠近压紧端盖的一端的外侧设置有外螺纹，所述压紧端盖包括设置有内螺纹的连接面、用于抵紧薄壁衬套靠近压紧端盖一端的压紧面。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述压紧面上设置有内孔，所述内孔的圆心与心轴的轴线在同一直线上；所述内孔的直径为E，所述薄壁衬套的内径为F，所述内孔的直径、薄壁衬套的内径、薄壁衬套的外径的关系为：H＜E＜F。从而无需特制专用刀具避免干涉，使得常规的车削加工方案就能实现内孔精车。

一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔装置的使用方法，利用薄壁衬套外圆柱面端面倒角锥面与自定心硬质胶圈的球面接触，实现径向自定心定位功能；再利用限位硬质胶圈实现衬套径向辅助定心，使零件的加工前变形和加工余量均匀分配，使夹具体轴线和零件轴线同心，同时实现轴向定位。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：将自定心硬质胶圈套装在自定心安装槽中；

步骤S2：将薄壁衬套安装到定位孔内；

步骤S3：安装限位硬质胶圈套装在限位槽中；

步骤S4：旋转压紧端盖，使连接面的内螺纹与心轴的外螺纹螺纹连接，直到压紧面压紧薄壁衬套的端面，形成夹具体；

步骤S5：通过三爪卡盘将夹具体快速安装到数控车床上；三爪卡盘夹住心轴的三爪卡盘夹紧区完成夹具体径向定位，三爪端面靠住三爪卡盘夹紧区端面，完成夹具体轴向定位，实现双自定心功能。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明有效的解决大直径薄壁衬套一次粗精车到位取下机床后内外圆变形超差的问题；

（2）本发明中定位孔与薄壁衬套之间设置有0.1-0.2mm范围内的间隙，从而实现无应力装夹、***变形以及加工过程中的应力释放。

附图说明

图1为本发明的装配轴测图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明中自定心硬质胶圈与限位硬质胶圈的位置关系示意图；

图4为本发明中心轴的结构示意图；

图5为本发明中压紧端盖的结构示意图；

图6为本发明中自定心硬质胶圈的安装示意图；

图7为本发明中限位硬质胶圈的安装示意图；

其中1、心轴；2、自定心硬质胶圈；3、限位硬质胶圈；4、压紧端盖；5、薄壁衬套；6、三爪卡盘夹紧区；7、自定心安装槽；8、定位孔；9、限位槽；10、外螺纹；11、连接面；111-螺纹孔；12、旋转面；13、压紧面；131-端盖内孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1-图7所示，一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置，包括用于安装在薄壁衬套5的心轴1、与心轴1配合使用且用于对薄壁衬套5压紧的压紧端盖4；所述心轴1的一端设置有用于安装薄壁衬套5的定位孔8，所述定位孔8的轴线与心轴1的轴线同轴。

所述心轴1上设置有自定心安装槽7，所述自定心安装槽7设置在定位孔8远离压紧端盖4的一侧，所述自定心安装槽7为圆环形，所述自定心安装槽7的圆心与心轴1的轴线在同一直线上；还包括安装在自定心安装槽7内的自定心硬质胶圈2，所述薄壁衬套5远离压紧端盖4的一端与自定心硬质胶圈2截面的第四象限接触，从而实现径向自定心定位功能；所述自定心安装槽7与定位孔8连通。

限位硬质胶圈3实现对薄壁衬套5径向辅助定位，使得加工前变形和加工余量均匀分配，使夹具体轴线和零件轴线同心，同时实现轴向定位。

零件的径向方向没有压紧力，而是通过螺纹连接利用压紧端盖4的压紧面13压紧衬套端面，同时自定心硬胶圈与钢性材料大直径薄壁衬套5接触能提供更大的摩擦力，从而实现轴向压紧，使压紧力平行于零件刚性最好的方向，防止零件径向压紧变形。

象限：象限是平面直角坐标系中里的横轴和纵轴所划分的四个区域，每一个区域叫做一个象限。象限以原点为中心，x，y轴为分界线。右上的称为第一象限，左上的称为第二象限，左下的称为第三象限，右下的称为第四象限。坐标轴上的点不属于任何象限。

优选的薄壁衬套5远离压紧端盖4的一端与硬胶圈截面第四象限45°-60°范围内接触，从而实现径向自定心定位功能。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1、图2、图4所示，所述心轴1靠近压紧端盖4的端面上设置有限位槽9，所述限位槽9为圆环形，所述限位槽9的圆心与心轴1的轴线在同一直线上；还包括安装在限位槽9内的限位硬质胶圈3，所述限位硬质胶圈3的内径为d，所述定位孔8的内径的为D，所述0.4mm≥D-d≥0.2mm；所述限位槽9与定位孔8连通。

所述定位孔8的内径为H，所述薄壁衬套5的外径为h，所述0.2mm≥H-h≥0.1mm；定位孔8并不起定位作用，而0.1-0.2mm间隙既能使加工过程中的应力释放，又能实现径向无应力装夹。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述心轴1靠近压紧端盖4的一端的外侧设置有外螺纹10，所述压紧端盖4包括设置有内螺纹的连接面11、用于抵紧薄壁衬套5靠近压紧端盖4一端的压紧面13。

进一步地，为了更好的实现本发明，如图5所示，所述压紧面13上设置有端盖内孔131，所述端盖内孔131的圆心与心轴1的轴线在同一直线上；所述端盖内孔131的直径为E，所述薄壁衬套5的内径为F，所述端盖内孔131的直径、薄壁衬套5的内径、薄壁衬套5的外径的关系为：H＜E＜F。从而无需特制专用刀具避免干涉，使得常规的车削加工方案就能实现内孔精车。

所述压紧端盖4呈圆柱体，压紧端盖4靠近芯轴的一侧设置有螺纹孔111，螺纹孔111的内螺纹与心轴1上的外螺纹10配合使用，实现压紧端盖4与心轴1的连接，压紧端盖4远离心轴1的一侧设置有端盖内孔131，端盖内孔131的轴线与螺纹孔111的轴线、心轴1的轴线在同一直线上。压紧端盖4的连接面11即为螺纹孔111设置有内螺纹的面；圆柱体的外侧面为压紧端盖4的旋转面12，压紧端盖4远离心轴1的面为压紧面13。所述端盖内孔131与螺纹孔连通。

如图2所示，压紧端盖4的端盖内孔131直径介于大直径薄壁衬套5的内径和外圆径之间，从而无需特制专用刀具避免干涉，常规的车削加工方案就能实现内孔精车。

优选的所示自定心硬质胶圈2采用橡胶材料制成，橡胶材料的自定心硬质胶圈2与钢性材料制成的薄壁衬套5接触能提供更大的摩擦力，从而实现轴向压紧。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图7所示，一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔装置的使用方法，利用薄壁衬套5外圆柱面端面倒角锥面与自定心硬质胶圈2的球面接触，实现径向自定心定位功能；再利用限位硬质胶圈3实现衬套径向辅助定心，使零件的加工前变形和加工余量均匀分配，使夹具体轴线和零件轴线同心，同时实现轴向定位。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：将自定心硬质胶圈2套装在自定心安装槽7中；

步骤S2：将薄壁衬套5安装到定位孔8内；

步骤S3：安装限位硬质胶圈3套装在限位槽9中；

步骤S4：通过旋转旋转面12，使得带动旋转压紧端盖4，使连接面11的内螺纹与心轴1的外螺纹10螺纹连接，直到压紧面13压紧薄壁衬套5的端面，形成夹具体；

步骤S5：通过三爪卡盘将夹具体快速安装到数控车床上；三爪卡盘夹住心轴1的三爪卡盘夹紧区6完成夹具体径向定位，三爪端面靠住三爪卡盘夹紧区6端面，完成夹具体轴向定位，实现双自定心功能。

需要说明的是，通过上述改进，三爪卡盘能实现自定心，从而满足心轴1与待加工的薄壁衬套5的端盖内孔131轴线同轴的同时，使夹具体的轴线和机床轴线同心，实现双自定心功能。三爪卡盘的装夹方式能实现快速装夹，节约装夹时间。

薄壁衬套5在半精加工后，内孔和外圆半径方向都只留0.2-0.3mm精车余量，会产生0.05-0.07mm的直径尺寸变形，采用夹具体装夹后，由于定位孔8的内径与薄壁衬套5之间存在间隙，使得薄壁衬套5在其径向方向没有夹紧力，并没有在装夹时修正变形，从而实现零件拆卸后，因无装夹应力，也没有修正变形，零件不会产生新的变形，保证端盖内孔131尺寸满足设计要求。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置，其特征在于：包括用于安装在薄壁衬套（5）的心轴（1）、与心轴（1）配合使用且用于对薄壁衬套（5）压紧的压紧端盖（4）；所述心轴（1）的一端设置有用于安装薄壁衬套（5）的定位孔（8），所述定位孔（8）的轴线与心轴（1）的轴线同轴；所述心轴（1）上设置有自定心安装槽（7），所述自定心安装槽（7）设置在定位孔（8）远离压紧端盖（4）的一侧，所述自定心安装槽（7）为圆环形，所述自定心安装槽（7）的圆心与心轴（1）的轴线在同一直线上；还包括安装在自定心安装槽（7）内的自定心硬质胶圈（2），所述薄壁衬套（5）远离压紧端盖（4）的一端与自定心硬质胶圈（2）截面的第四象限接触；所述自定心安装槽（7）与定位孔（8）连通；所述心轴（1）靠近压紧端盖（4）的端面上设置有限位槽（9），所述限位槽（9）为圆环形，所述限位槽（9）的圆心与心轴（1）的轴线在同一直线上；还包括安装在限位槽（9）内的限位硬质胶圈（3），所述限位硬质胶圈（3）的内径为d，所述定位孔（8）的内径的为D，0.4mm≥D-d≥0.2mm；所述限位槽（9）与定位孔（8）连通。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置，其特征在于：所述定位孔（8）的内径为H，所述薄壁衬套（5）的外径为h，0.2mm≥H-h≥0.1mm。

3.根据权利要求2所述的一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置，其特征在于：所述心轴（1）靠近压紧端盖（4）的一端的外侧设置有外螺纹（10），所述压紧端盖（4）包括设置有内螺纹的连接面（11）、用于抵紧薄壁衬套（5）靠近压紧端盖（4）一端的压紧面（13）。

4.根据权利要求3所述的一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的装置，其特征在于：所述压紧面（13）上设置有端盖内孔（131），所述端盖内孔（131）的圆心与心轴（1）的轴线在同一直线上；所述端盖内孔（131）的直径为E，所述薄壁衬套（5）的内径为F，所述端盖内孔（131）的直径、薄壁衬套（5）的内径、薄壁衬套（5）的外径的关系为：H＜E＜F。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的 装置的使用方法，其特征在于：利用薄壁衬套（5）外圆柱面端面倒角锥面与自定心硬质胶圈（2）的球面接触，实现径向自定心定位功能；再利用限位硬质胶圈（3）实现衬套径向辅助定心，使零件的加工前变形和加工余量均匀分配，使夹具体轴线和零件轴线同心，同时实现轴向定位。

6.根据权利要求5所述的一种薄壁衬套无应力装夹精车内孔的 装置的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：将自定心硬质胶圈（2）套装在自定心安装槽（7）中；

步骤S2：将薄壁衬套（5）安装到定位孔（8）内；

步骤S3：安装限位硬质胶圈（3）套装在限位槽（9）中；

步骤S4：旋转压紧端盖（4），使连接面（11）的内螺纹与心轴（1）的外螺纹（10）螺纹连接，直到压紧面（13）压紧薄壁衬套（5）的端面，形成夹具体；

步骤S5：通过三爪卡盘将夹具体快速安装到数控车床上；三爪卡盘夹住心轴（1）的三爪卡盘夹紧区（6）完成夹具体径向定位，三爪端面靠住三爪卡盘夹紧区（6）端面，完成夹具体轴向定位，实现双自定心功能。

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