CN110640492A - 一种套筒类零件装夹装置和方法 - Google Patents

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张耀
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Abstract

本发明属于产品工装设计领域，具体涉及一种套筒类零件装夹装置和方法，在不施加轴向力的同时能够避免零件变形。传统的加工中心夹具结构，因无角向定位，需提供更多的轴向压紧力，加剧了零件的变形。本发明套筒类零件装夹装置，底座上具有左壁体和右壁体，在左壁体上滑动安装有顶杆，在右壁体上安装有胀轴，所述顶杆和胀轴在相对的端面都具有花瓣结构，双锥轴安装在顶杆和胀轴之间，套筒类零件套装在双锥轴外侧，所述顶杆为整体式结构并且具有不同的材料分区；当顶紧顶杆时两端的花瓣结构膨胀固定套筒类零件；该装置还具有对表件，通过预装对表件确定加工零位。解决了薄壁类零件采用端面压紧容易变形、刚性差容易振动的问题。

Description

一种套筒类零件装夹装置和方法
技术领域
本发明属于产品工装设计领域，具体涉及一种套筒类零件装夹装置和方法，在不施加轴向力的同时能够避免零件变形。
背景技术
三维凸轮是航空发动机中的一个重要部件，用于控制其他零件的准确位置，因此其具有很高的精度，对加工过程的稳定性很高。某型号航空发动机用三维凸轮为圆筒状见附图1，两端分别为三维凸轮面和花键，三维凸轮部分需采用加工中心加工。受结构限制，最薄处壁厚仅为1.1mm，传统的加工中心夹具结构，多为端面压紧结构，并且一侧悬空，这样会产生变形和振动，无法加工出合格产品。因无角向定位，需提供更多的轴向压紧力，以保证产生足够的摩擦力来防止零件转动，更加剧了零件的变形。
发明内容
本发明提供一种航空发动机薄壁类零件在加工中心上方便、快速定位、加紧的工装夹具，在不施加轴向力或微小轴向力、避免薄壁零件变形的情况下，方便、快速定位、加紧零件，保证机床稳定、准确加工零件。
一种套筒类零件装夹装置，该装置的底座上具有左壁体和右壁体，在左壁体上滑动安装有顶杆，在右壁体上安装有胀轴，所述顶杆和胀轴在相对的端面都具有花瓣结构，双锥轴安装在顶杆和胀轴之间，套筒类零件套装在双锥轴外侧，所述顶杆为整体式结构并且具有不同的材料分区，花瓣结构的硬度和刚度低于其他分区的硬度和刚度；当顶紧顶杆时两端的花瓣结构膨胀固定套筒类零件；该装置还具有对表件，通过预装对表件确定加工零位。
进一步的，对于具有杆部和花瓣结构的顶杆，杆部的硬度和刚度大于花瓣结构的硬度和刚度，且花瓣结构的材料具有弹性，在顶杆释放后可以恢复原状。
进一步的，对于杆部具有台阶的顶杆，大径部分属于第一材料分区，小径部分属于第二材料分区，花瓣结构属于第三材料分区，三个分区的硬度依次降低，且第二材料分区的刚度大于第一分区和第三分区，花瓣结构的材料具有弹性，在顶杆释放后可以恢复原状。
进一步的，所述底座为“凹”型结构。
进一步的，所述胀轴在另一端具有凸台，其与右壁体连接。
进一步的，弹簧卡在台阶面和套筒类零件之间，向套筒类零件施加压力。
进一步的，所述顶杆通过直线运动轴承安装在左壁体上。
进一步的，在左壁体上还安装有支承一、回转压板、小六角头紧定螺钉、压块和支承二，回转压板一端可转动安装在支承一上，另一端与支承二卡接，在回转压板上螺纹连接有小六角头紧定螺钉，在小六角头紧定螺钉端部具有压块，该压块与顶杆抵接。
进一步的，两侧花瓣结构为锥孔形式，所述双锥轴两端的锥度与两侧花瓣结构的锥度相同。
一种套筒类零件装夹方法，该方法采用上述的套筒类零件装夹装置，具体包括以下步骤：
S1、将对表件套装在双锥轴上，移动顶杆顶紧双锥轴从而固定对表件，利用机床找正对表件并记录其加工零位的位置数据；
S2、释放顶杆，拆下对表件，将套筒类零件套装在双锥轴上，移动顶杆顶紧双锥轴从而固定套筒类零件。
进一步的，在顶紧的过程中将轴向力转化为径向力，使顶杆和胀轴的花瓣结构胀大，产生径向压力，保证装夹牢固；当释放顶杆后，所述花瓣结构恢复收缩状态。
一种航空发动机薄壁类零件铣削装夹装置和使用方法原理为：利用两个胀轴，中间用一个双锥轴连接，一个胀轴固定，另一个胀轴施加轴向力，利用弹簧将零件顶在固定胀轴上，再利用双锥轴两端的外锥和胀轴的内锥，将轴向力转化为径向力，使胀轴直径涨大，提供足够的摩擦力，从而完成对零件的定位和压紧。
加工零件前，先将对表件装在胀轴上，移动顶杆使弹簧预压紧，在翻转压紧装置，用小六角头紧定螺钉顶紧顶杆、双锥轴和胀轴，通过内外锥作用，将轴向力转化为径向力，使顶杆、胀轴“花瓣”处外圆涨大，对对表件孔产生正压力，以提供足够的摩擦力，保证装夹牢固；利用机床，找正对表件并记录轴向等位置数据用于编制程序；找正完成后，松小六角头紧定螺钉并翻转压紧装置，移动顶杆，拆卸对表件；再将零件装在胀轴上，重复上述过程，实现对零件的定位与压紧。
本发明的有益效果为：
1、解决了薄壁类零件采用端面压紧容易变形、刚性差容易振动的问题；
2、提出一种新的薄壁类零件加工中心夹具的设计思路，可不对零件施加轴向力或微小力的情况下，实现定位和夹紧，满足加工要求；
3、从孔内沿径向对零件进行涨紧，提供支撑力，增加了零件的强度，避免受切削力导致的变形；
4、从两端对零件进行支撑，增加了加工***的刚性，避免振动对加工质量的影响；
5、提出该定位方法过程中的具体受力分析，可推广性强。双锥轴两端锥度相同时，径向分力相同，锥度不同时分力不同，在应用时可根据需要设计，以满足不同的需求。
6、试用范围广。尤其在定位孔直径比较小φ2mm到φ15mm时，具有其独特的优势。
附图说明
图1是本发明套筒类零件装夹装置立体图；
图2是本发明套筒类零件装夹装置的剖视图；
图3是图2中装夹装置主体的左视图；
图4是本发明的胀轴结构图示；
图5是图4的左视图。
图6为本发明套筒类零件装夹装置的受力分析图；
图7为某型号航空发动机带三维凸轮的薄壁类零件图示。
具体实施方式
下面结合航空发动机薄壁类零件(属于一种套筒类零件)对本发明做进一步详细说明，参见图1-3，为了对该航空发动机薄壁类零件进行铣削，采用本发明的套筒类零件装夹装置，该装置包括底座1、支承一2、回转压板3、阶形螺钉4、小六角头紧定螺钉5、压块6、直线运动轴承7、顶杆8、弹簧9、双锥轴10、胀轴11、支承二12、对表件13。
底座1安装支承一2、支承二12、直线运动轴承7、顶杆8、胀轴11等，保证顶杆8在移动状态下与胀轴11有很高的同轴度要求；如图4-5所示，顶杆8、胀轴11一端有内锥孔和“花瓣”结构，可膨胀与收缩；双锥轴10两端为圆锥，分别与顶杆8、胀轴11锥孔配合，将轴向力转化为径向力；直线运动轴承7可保证顶杆8很高的轴向移动精度；弹簧9实现对零件的预压紧，方便操作；支承一 2、支承二12、回转压板3、阶形螺钉4、小六角头紧定螺钉5、压块6等组成压紧装置，给顶杆8提供足够的轴向力；压紧装置可翻转，便于顶杆8大位移移动，方便零件拆装；对表件13孔尺寸与零件孔一致，孔和外圆具有很高的同轴度要求，用于零件加工前的找正与对刀。
特别的，为了保证达到本发明的设计目的，本发明的顶杆8具有专门设计的结构特征，顶杆8为整体式结构，通过工艺手段使其具有不同的材料分区，对于具有杆部和花瓣结构的顶杆8，杆部和花瓣结构属于不同的材料分区，杆部的硬度和刚度大于花瓣结构的硬度和刚度，且花瓣结构的材料具有弹性，在顶杆8释放后可以恢复原状；对于杆部具有台阶的顶杆，大径部分属于第一材料分区，小径部分属于第二材料分区，花瓣结构属于第三材料分区，第一材料分区、第二材料分区和第三材料分区的硬度依次降低，第二材料分区的刚度大于第一分区和第三分区，且花瓣结构的材料具有弹性，在顶杆8释放后可以恢复原状。调整硬度的相关工艺手段为表面硬化，例如渗碳、渗氮、喷丸处理。
加工零件前，先将对表件13装在胀轴11上，移动顶杆8使弹簧9预压紧，在翻转压紧装置，用小六角头紧定螺钉5顶紧顶杆8、双锥轴10和胀轴11，通过内外锥作用，将轴向力转化为径向力，使顶杆8、胀轴11“花瓣”处外圆涨大，对对表件13孔产生正压力，受力情况如图6所示，以提供足够的摩擦力，保证装夹牢固；利用机床，找正对表件13并记录轴向等位置数据用于编制程序；找正完成后，松小六角头紧定螺钉5并翻转压紧装置，移动顶杆8，拆卸对表件13；再将零件装在胀轴11上，重复上述过程，实现对零件的定位与压紧。
套同类零件在加工过程中，不承受轴向力作用，避免了因轴向力造成的零件变形。双锥轴10两端圆锥和顶杆8、胀轴11锥孔锥度相同，径向分力相同，产生的涨紧力相同，保证零件受力均匀，防止压紧变形。胀轴11和顶杆8从孔内沿径向对零件进行支撑，增加了零件的强度，避免受切削力导致的变形。胀轴11 和顶杆8从两端对零件进行支撑，增加了加工***的刚性，避免振动对加工质量的影响。

Claims (10)

1.一种套筒类零件装夹装置，其特征在于：该装置的底座(1)上具有左壁体和右壁体，在左壁体上滑动安装有顶杆(8)，在右壁体上安装有胀轴(11)，所述顶杆(8)和胀轴(11)在相对的端面都具有花瓣结构(16)，双锥轴(10)安装在顶杆(8)和胀轴(11)之间，套筒类零件套装在双锥轴(10)外侧，所述顶杆(8)为整体式结构并且具有不同的材料分区，花瓣结构(16)的硬度和刚度低于其他分区的硬度和刚度；当顶紧顶杆(8)时两端的花瓣结构(16)膨胀固定套筒类零件；该装置还具有对表件(13)，通过预装对表件(13)确定加工零位。
2.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：对于具有杆部和花瓣结构的顶杆(8)，杆部的硬度和刚度大于花瓣结构的硬度和刚度，且花瓣结构的材料具有弹性，在顶杆(8)释放后可以恢复原状。
3.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：对于杆部具有台阶的顶杆，大径部分属于第一材料分区，小径部分属于第二材料分区，花瓣结构属于第三材料分区，三个分区的硬度依次降低，且第二材料分区的刚度大于第一分区和第三分区，花瓣结构的材料具有弹性，在顶杆(8)释放后可以恢复原状。
4.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：所述底座(1)为“凹”型结构。
5.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：所述胀轴(11)在另一端具有凸台，其与右壁体连接。
6.根据权利要求3所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：弹簧(9)卡在台阶面和套筒类零件之间，向套筒类零件施加压力。
7.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：所述顶杆(8)通过直线运动轴承(7)安装在左壁体上。
8.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：在左壁体上还安装有支承一(2)、回转压板(3)、小六角头紧定螺钉(5)、压块(6)和支承二(12)，回转压板(3)一端可转动安装在支承一(2)上，另一端与支承二(12)卡接，在回转压板(3)上螺纹连接有小六角头紧定螺钉(5)，在小六角头紧定螺钉(5)端部具有压块(6)，该压块(6)与顶杆(8)抵接。
9.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，其特征在于：两侧花瓣结构(16)为锥孔形式，所述双锥轴(10)两端的锥度与两侧花瓣结构(16)的锥度相同。
10.一种套筒类零件装夹方法，其特征在于，该方法采用权利要求1所述的套筒类零件装夹装置，具体包括以下步骤：
S1、将对表件(13)套装在双锥轴(10)上，移动顶杆(8)顶紧双锥轴(10)从而固定对表件(13)，利用机床找正对表件(13)并记录其加工零位的位置数据；
S2、释放顶杆(8)，拆下对表件(13)，将套筒类零件套装在双锥轴(10)上，移动顶杆(8)顶紧双锥轴(10)从而固定套筒类零件。
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