CN111168428B - 一种用于小弧段向心孔加工的组合夹具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于小弧段向心孔加工的组合夹具及方法，属于机械加工领域；包括基座、定位块和构型螺栓；所述基座为顶端设置有法兰盘的柱状结构，用于支撑整个组合夹具；所述法兰盘靠近外缘处的端面上开有第一通孔，用于安装所述构型螺栓；通过定位销和螺钉将所述定位块安装于所述法兰盘端面上，通过所述构型螺栓将工件压紧安装于所述定位块的圆周面上。本工装将定位部分分解成标准部件，根据零件的不同规格只需要改变定位块圆柱面半径，设计与和制造周期缩短，材料利用率大幅提升，节约了成本。

Description

一种用于小弧段向心孔加工的组合夹具及方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种用于小弧段向心孔加工的组合夹具及计算方法。

背景技术

随着我国航天事业的不断发展，形状各异的零件越来越多，例如小弧段堵头、小弧段堵盖，该类产品需要加工向心孔。目前该类零件常用的加工方法是在卧式铣床上加工，以零件内圆柱面为定位面，装夹在圆盘工装外圆柱面上，圆盘工装外圆柱面与零件内圆柱面等半径。其特点是工装适应性单一，要求每种规格的零件设计专用的圆盘工装，目前此类零件规格多样，大大增加了制造成本；且采用现有技术的工装对于不同规格零件，每次使用前都需要装夹定位和校正位置，容易出现误差。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于小弧段向心孔加工的组合夹具及方法，将工装夹具设计为模块化，通过更换不同直径的定位块即可完成不同小弧段的装夹，设计与和制造周期缩短，材料利用率大幅提升，节约了成本。

本发明的技术方案是：一种用于小弧段向心孔加工的组合夹具，其特征在于：包括基座、定位块和构型螺栓；所述基座为顶端设置有法兰盘的柱状结构，用于支撑整个组合夹具；所述法兰盘靠近外缘处的端面上开有第一通孔，用于安装所述构型螺栓；

所述定位块为对称的板状结构，一侧周面为圆柱面；所述圆柱面的圆心位于定位块的对称轴上，其圆弧半径与待加工工件内弧面的半径相同；通过定位销和螺钉将所述定位块安装于所述法兰盘端面上，保证所述定位块的圆柱面朝向所述法兰盘的外缘，其对称轴位于所述法兰盘端面的中心线上；所述定位块的对称轴上开有第二通孔，与所述法兰盘的第一通孔相对设置，在所述定位块端面上沿第二通孔的径向开有通槽；

所述构型螺栓为L型结构，其一端臂为螺杆，另一端臂为长方体旋杆；所述长方体旋杆安装于所述定位块上的通槽内，通过所述通槽限制其周向转动，其突出于所述定位块外缘的部分用于压紧待加工工件；所述螺杆依次穿过所述第二通孔和第一通孔，在所述法兰盘的底面通过螺母拧紧。

本发明的进一步技术方案是：所述基座为中空的圆柱状结构，其一端通过所述法兰盘封闭，另一端开口，开口端的外周面上设置有环状凸台。

本发明的进一步技术方案是：所述基座的第一通孔上端为光孔，下端为螺纹孔，下端螺纹与所述构型螺栓的螺杆配合安装。

本发明的进一步技术方案是：所述定位块的外周面由两个不等半径圆柱面组成，两个圆柱面的圆心均位于定位块的对称轴上；所述定位块上开有两个定位销孔和三个螺纹孔，所述定位销孔和螺纹孔均位于同一圆周上，所述圆周的圆心与所述定位块朝向法兰盘圆心的圆柱面圆心为同心；两个所述定位销孔相对于所述定位块的对称轴对称设置，用于安装定位销，限定所述定位块在所述基座上的位置；所述螺纹孔用于安装螺钉，将所述定位块固定于所述基座上。

本发明的进一步技术方案是：所述构型螺栓的长方体旋杆端头处设置有凸台，用于压紧待加工工件。

本发明的进一步技术方案是：所述基座的法兰盘端面上沿周向均布四个所述定位块，并通过四个所述构型螺栓分别固定，能够装夹四个待加工工件。

一种小弧段向心孔加工方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：将所述基座安装在卧式铣床回转工作台上，找正所述基座法兰盘的轴线与机床工作台回转中心重合；通过定位销和螺钉将所述定位块安装于所述法兰盘端面上；将待加工工件内圆弧面贴紧所述固定块的圆柱面，通过构型螺栓将工件压紧在基座上，然后通过螺母拧紧；

步骤二：设定XOZ为机床坐标，O为机床坐标原点，OX为机床x轴，OZ为机床主轴；通过如下公式计算待加工工件向心孔中心线与机床主轴的距离x1：

当R＞z1时，z2＝R-z1

x1＝z2*sinα＝(R-z1)*sinα (1)

当R＜z1时，z2＝z1-R

x1＝z2*sinα＝(z1-R)*sinα (2)

结合公式(1)、(2)得出：

x1＝z2*sinα＝│R-z1│*sinα (3)

其中，R是待加工工件外弧面的半径，z1是机床坐标原点到待加工工件外弧面的径向距离，z2是机床坐标原点到待加工工件圆心的距离，α是机床工作台绕待加工工件的圆心旋转的角度；

步骤三：依据步骤二计算得出的待加工工件向心孔中心线与机床主轴的距离x1，当R＞z1时，机床工作台沿x轴正方向平移x1，当R＜z1时，机床工作台沿x轴负方向平移x1；使得机床主轴与待加工工件上的向心孔中心线重合，即可进行向心孔加工。

有益效果

本发明的有益效果在于：

(1)采用定位块组合夹具的这种装夹原理，能确保夹具与工件基准统一，达到准确定位和快速装配的目的；

(2)制造及使用简单，在装夹找正的同时能保证零件准确定位，保证零件向心孔的加工精度；

(3)传统圆盘工装基座和定位部分是一体的，与传统圆盘工装相比，本工装将定位部分分解成标准部件，根据零件的不同规格只需要改变定位块圆柱面8半径，设计与和制造周期缩短，材料利用率大幅提升，节约了成本。

附图说明

图1为本发明R＞z1的待加工工件初始坐标示意图；

图2为本发明R＞z1的待加工工件旋转α角度后的坐标示意图；

图3为本发明R＜z1的待加工工件初始坐标示意图；

图4为本发明R＜z1的待加工工件旋转α角度后的坐标示意图；

图5为本发明工装夹具示意图，其中，5a为剖视图，5b为俯视图；

图6为本发明基座的结构示意图，其中，6a为仰视图，6b为沿底面中心线的剖视图，6c为6a的A-A剖视图，6d为俯视图；

图7为本发明定位块示意图，其中，7a是主视图，7b是侧视图，7c是7a的A-A剖视图；

图8为本发明构型螺栓示意图，其中，8a是主视图，8b是侧视图；

图9是工件结构示意图。

附图标记说明：1.螺栓，2.定位块，3.构型螺栓，4.工件，5.基座，6.螺母，7.定位销，8.定位块的圆柱面。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实例用于小弧段上的向心孔加工，包括螺钉1、定位块2、构型螺栓3、工件4、基座5和螺母6。图5所示。其中：

基座5为“工”字型中空回转体结构，为中空的圆柱体，所述基座5设置有顶部圆盘法兰和底部圆盘法兰，所述顶部法兰设置有圆柱凸台，圆柱凸台中心与顶部法兰中心重合，顶部法兰设置有4组孔，每组孔包括1个通孔、2个定位销孔、3个螺纹孔，各组孔之间的夹角为90°，底部法兰有“U”型槽，所示“U”型槽之间的夹角为90°，通过螺栓将基座安装在机床工作台上。

参照图7，所述定位块2通过定位销7和螺钉1安装在基座顶部圆盘法兰上，所述定位块外型为两个不等半径圆柱面，圆柱面8半径与被加工零件内圆柱面半径相同，所述圆柱面圆心8与零件内圆柱面圆心重合，所述定位块表面有通孔、定位销孔、“U型槽”。所述定位块的结构和尺寸相同，但定位块的定位圆柱面8尺寸不同，不同所述定位圆柱面8半径用与对应的工件内圆柱面半径相同。

参照图8，所述构型螺栓3为L型结构，其一端臂为螺杆，另一端臂为长方体旋杆；所述长方体旋杆安装于所述定位块上的通槽内，通过所述通槽限制其周向转动，其突出于所述法兰盘外缘的部分用于压紧待加工工件；所述螺杆依次穿过所述第二通孔和第一通孔，在所述法兰盘的底面通过螺母6拧紧。

装夹工件时，将基座安装在卧式铣床回转工作台上，找正基座顶部圆盘法兰轴线与机床工作台回转中心重合，将定位块放在基座合适位置上，使定位块上的销孔与基座销孔基本重合，安装定位销，通过螺钉将定位块压紧于基座端面，将工件内圆柱面贴紧基座圆柱面8，通过构型螺栓将工件压紧在基座上，使零件与工装连接在一起。

加工时，首先测量工件螺纹孔外圆柱面与顶部法兰中心的距离z1。

由图1所示，XOZ为机床坐标，O为机床坐标原点，OX为机床x轴，OZ为机床主轴(z轴)，基座几何中心与机床坐标原点O重合，O＇为工件圆心，O＇B为被加工孔中心线，当工件圆心O＇在AO延长线上，即R＞z₁时，当机床工作台旋转角度α，则△AO＇B绕O点旋转角度α，如图2所示，此时，O＇B与z轴平行，OC与x轴平行，被加工向心孔中心线与机床主轴平行(z轴)，被加工向心孔中心线与机床主轴有一定距离OC，计算出OC距离x₁，机床工作台沿x轴方向平移x₁后，机床主轴与工件上的向心孔中心线重合，即可进行向心孔加工。

z₂＝R-z₁

x₁＝z₂*sinα＝(R-z₁)*sinα……………………(1)

R为工件外圆半径，z₁为工件外圆面到工作台回转中心距离，α为被加工向心孔角度，R，z₁，α已知。

由图3所示，XOZ为机床坐标，O为机床坐标原点，OX为机床x轴，OZ为机床主轴(z轴)，基座几何中心与机床坐标原点O重合，O＇为工件圆心，O＇B为被加工孔中心线，当工件圆心O＇在AO上，即R＜z₁时，当机床工作台旋转角度α，则△AO＇B绕O点旋转角度α，如图4所示，此时，O＇B与z轴平行，OC与x轴平行，被加工向心孔中心线与机床主轴平行(z轴)，被加工向心孔中心线与机床主轴有一定距离OC，计算出OC距离x₁，机床工作台沿x轴负方向平移x₁后，机床主轴与工件上的向心孔中心线重合，即可进行向心孔加工。

z₂＝z₁-R

x₁＝z₂*sinα＝(z₁-R)*sinα……………………(2)

R为工件外圆半径，z₁为工件外圆面到工作台回转中心距离，α为被加工向心孔角度，R，z₁，α已知。

然后，结合公式(1)、(2)得出：

x₁＝z₂*sinα＝│R-z₁│*sinα……………………(3)

当R＞z₁时，机床工作台沿x轴方向平移x₁，当R＜z₁时，机床工作台沿x轴负方向平移x₁。

实施例二

以图9所示工件为加工实例，加工M3-6H向心螺纹孔，已知R＝166.5mm，α＝2.5°，实测z1＝126mm，

x1＝z2*sinα

＝│R-z1│*sinα

＝│166.5-126│*sin2.5

＝40.5*0.0436

＝1.766

已知R＞z1，机·台沿x轴方向平移1.766mm，旋转机床工作台角度2.5°，即可加工M3-6H向心螺纹孔。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种用于小弧段向心孔加工的组合夹具，其特征在于：包括基座、定位块和构型螺栓；所述基座为顶端设置有法兰盘的柱状结构，用于支撑整个组合夹具；所述法兰盘靠近外缘处的端面上开有第一通孔，用于安装所述构型螺栓；

所述定位块为对称的板状结构，一侧周面为圆柱面；所述圆柱面的圆心位于定位块的对称轴上，其圆弧半径与待加工工件内弧面的半径相同；通过定位销和螺钉将所述定位块安装于所述法兰盘端面上，保证所述定位块的圆柱面朝向所述法兰盘的外缘，其对称轴位于所述法兰盘端面的中心线上；所述定位块的对称轴上开有第二通孔，与所述法兰盘的第一通孔相对设置，在所述定位块端面上沿第二通孔的径向开有通槽；

所述构型螺栓为L型结构，其一端臂为螺杆，另一端臂为长方体旋杆；所述长方体旋杆安装于所述定位块上的通槽内，通过所述通槽限制其周向转动，其突出于所述定位块外缘的部分用于压紧待加工工件；所述螺杆依次穿过所述第二通孔和第一通孔，在所述法兰盘的底面通过螺母拧紧。

2.根据权利要求1所述用于小弧段向心孔加工的组合夹具，其特征在于：所述基座为中空的圆柱状结构，其一端通过所述法兰盘封闭，另一端开口，开口端的外周面上设置有环状凸台。

3.根据权利要求1所述用于小弧段向心孔加工的组合夹具，其特征在于：所述基座的第一通孔上端为光孔，下端为螺纹孔，下端螺纹与所述构型螺栓的螺杆配合安装。

4.根据权利要求1所述用于小弧段向心孔加工的组合夹具，其特征在于：所述定位块的外周面由两个不等半径圆柱面组成，两个圆柱面的圆心均位于定位块的对称轴上；所述定位块上开有两个定位销孔和三个螺纹孔，所述定位销孔和螺纹孔均位于同一圆周上，所述圆周的圆心与所述定位块朝向法兰盘圆心的圆柱面圆心为同心；两个所述定位销孔相对于所述定位块的对称轴对称设置，用于安装定位销，限定所述定位块在所述基座上的位置；所述螺纹孔用于安装螺钉，将所述定位块固定于所述基座上。

5.根据权利要求1所述用于小弧段向心孔加工的组合夹具，其特征在于：所述基座的法兰盘端面上沿周向均布四个所述定位块，并通过四个所述构型螺栓分别固定，能够装夹四个待加工工件。

6.一种采用权利要求1所述组合夹具进行小弧段向心孔加工的方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：将所述基座安装在卧式铣床回转工作台上，找正所述基座法兰盘的轴线与机床工作台回转中心重合；通过定位销和螺钉将所述定位块安装于所述法兰盘端面上；将待加工工件内圆弧面贴紧所述定位块的圆柱面，通过构型螺栓将工件压紧在基座上，然后通过螺母拧紧；

步骤二：设定XOZ为机床坐标，O为机床坐标原点，OX为机床x轴，OZ为机床主轴；通过如下公式计算待加工工件向心孔中心线与机床主轴的距离x 1：

当R＞z 1时，z 2＝R-z 1

x 1＝z 2*sinα＝(R-z 1)*sinα (1)

当R＜z 1时，z 2＝z 1-R

x 1＝z 2*sinα＝(z 1-R)*sinα (2)

结合公式(1)、(2)得出：

x 1＝z 2*sinα＝│R-z 1│*sinα (3)

其中，R是待加工工件外弧面的半径，z 1是机床坐标原点到待加工工件外弧面的径向距离，z 2是机床坐标原点到待加工工件圆心的距离，α是机床工作台绕待加工工件的圆心旋转的角度；

步骤三：依据步骤二计算得出的待加工工件向心孔中心线与机床主轴的距离x 1，当R＞z 1时，机床工作台沿x轴正方向平移x 1，当R＜z 1时，机床工作台沿x轴负方向平移x 1；使得机床主轴与待加工工件上的向心孔中心线重合，即可进行向心孔加工。

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