CN114833599A

CN114833599A - 一种机电陀螺框架组件加工工装及其加工方法

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Publication number: CN114833599A
Application number: CN202210331289.XA
Authority: CN
Inventors: 柳亚楠; 张昌星; 陈雨沼; 闵鹏; 邢康; 尹栋; 万莉; 宋月军; 阮志峰; 孙亮
Original assignee: Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Current assignee: Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2042-03-30
Also published as: CN114833599B

Abstract

本发明涉及一种机电陀螺框架组件加工工装及加工方法，以解决薄壁件浮筒加工过程中易变形、圆柱度低，从而导致与浮子框架组合时需要一一配车，加工效率低，不适合批量生产的技术问题。该工装中双定位涨紧夹具包括同轴设置的第一夹具座和定位轴；定位轴外端面与待加工浮筒的内侧相配合；压紧端面夹具包括压紧座、锁紧套和锁紧螺母；压紧座包括同轴设置的定位套、定位法兰和第二夹具座。该方法为1、使用第一个双定位涨紧夹具，车浮筒的长径圆筒段两端的端面；2、使用压紧端面夹具，车待加工浮筒的第一定位内孔和第二定位内孔；3、使用第二个双定位涨紧夹具，车短径圆筒段外圆面及短径圆筒段的右端面；4、加工浮子框架；5、组装。

Description

一种机电陀螺框架组件加工工装及其加工方法

技术领域

本发明涉及机电陀螺框架组件的加工，具体涉及一种机电陀螺框架组件加工工装及采用加工工装加工机电陀螺框架组件的方法。

背景技术

近年来，机电陀螺占据陀螺产品市场主要地位，因此机电陀螺的生产效率的提高，尤其是框架组件的生产效率的提高成为本领域人员研究的重点。

机电陀螺框架组件为机电陀螺的关键件，其内装有电机，预抽真空并充以一定压力的高纯度氦气或氢气，外部充满悬浮液体，两端有浮子配平机构，中间为枢轴(即进动轴)。框架组件的设计、制造工艺水平直接决定了机电陀螺的精度水平。另外，框架组件对气密性要求极高，其中浮筒和浮子框架通过高精度的两处外圆和两处内孔形成小间隙配合，配合间隙仅为0.006mm～0.008mm，浮子框架两处外圆设计有两处宽度为0.7mm、深为0.2mm的密封槽，并涂抹工业用结构密封胶形成密封体，所以要求浮筒和浮子框架通过高精度的两处外圆和两处内孔组装得到精度、同轴度及圆柱度均高的框架组件。

框架组件的材料均为铝棒2A12-T4，浮筒为典型的薄壁零件，最薄处壁厚仅为0.4mm，高精度薄壁零件的机械加工是普遍存在的加工难题，薄壁件的加工难点为控制零件变形、控制零件尺寸精度、控制形位精度，为了有效解决薄壁件的加工难题和提高生产效率必须要创新薄壁件的精密加工技术及方法。

图1为浮筒结构示意图，图2为浮子框架结构示意图，图3为浮筒与浮子框架组装结构示意图；浮子框架02的第一定位外圆φC₁与浮筒01的第一定位内孔φB₁配合，浮子框架02的第二定位外圆φC₂与浮筒01的第二定位内孔φB₂配合，浮筒01外侧为圆筒状，包括长径圆筒段和短径圆筒段，其中长径圆筒段的轴向长度为L_A3，短径圆筒段的轴向长度为L_A2，浮筒01的轴向长度为L_A1；因浮筒01为薄壁件，壁厚仅为0.4mm，加工后易产生变形，尺寸及圆柱度不易控制，原则上两处内孔的圆柱度控制在0.03mm之内即为合格品。原加工方法为加工完浮筒01的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂后，每件浮筒01的内孔尺寸差异大，浮子框架02不适宜加工为统一尺寸，故需要计量所有浮筒01的第一定位内孔和第二定位内孔实际尺寸及圆柱度，然后对尺寸进行分组配车浮子框架02的第一定位外圆φC₁和第二定位外圆φC₂，以确保浮子框架02和浮筒01配合以手感滑配为准。

机电陀螺框架组件的原加工方法分为浮筒加工、浮子框架加工及组合后形成框架组件的组合加工。具体过程为，1、浮筒加工：手工研磨浮筒两端面，使浮筒轴向尺寸为L_A1，两端面的平面度为0.002mm，平行度0.003mm；以两端面为基准，车第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂，因浮筒为薄壁件，加工后易产生变形，尺寸及圆柱度不易控制，实际尺寸及圆柱度并不能完全满足尺寸要求。2、浮子框架加工：经过数车、数铣及热处理工序，最后将第一定位外圆φC₁和第二定位外圆φC₂加工至相应尺寸，并为框架组件配车工序留有0.2mm的余量。3、框架组件的加工：根据实际测量的浮筒的第一定位内孔φB1和第二定位内孔φB₂的大小，一一配车浮子框架第一定位外圆φC₁和第二定位外圆φC₂，确保浮子框架和浮筒的配合为滑配；4、对组装好的框架组件，以顶尖顶左右两中心孔车浮筒的短径圆筒段的外圆φB₃及浮筒的短径圆筒段的右端面，使短径圆筒段的轴向长度L_A2符合要求，保证短径圆筒段的外圆φB₃与第一定位内孔和第二定位内孔的同轴度，及长径圆筒段的右端面与短径圆筒段外圆面的垂直度符合要求。

原机电陀螺框架组件加工方法加工流程长，耗时耗力，加工效率较低，需要一一配车，成对入库，不具备互换性，且不适合大批量生产。

发明内容

本发明目的在于解决机电陀螺框架组件中薄壁件浮筒加工过程中易变形、圆柱度低，从而导致与浮子框架组合时需要一一配车，加工效率低，不适合批量生产的技术问题，提出一种机电陀螺框架组件加工工装及其加工方法。

本发明的技术方案为：

一种机电陀螺框架组件加工工装，其特殊之处在于：

包括两个结构相同双定位涨紧夹具和压紧端面夹具；

所述双定位涨紧夹具包括自左至右同轴设置的第一夹具座和定位轴；

所述定位轴设置有开口于右端面的中心孔以及将定位轴分割为三个扇形块的三处切割槽；

所述中心孔开口处设置有涨紧锥面；

所述定位轴外端面自左至右依次为第一定位环面、过渡面和第二定位环面，且第一定位环面与待加工浮筒的长径圆筒段内侧面配合，所述第二定位环面与待加工浮筒的短径圆筒段内侧面配合；

所述压紧端面夹具包括压紧座、锁紧套和锁紧螺母；

所述压紧座包括自左至右同轴设置的定位套、定位法兰和第二夹具座；

所述锁紧套套设在定位套上，锁紧套左端设置有内凸环，右端设置有外凸环；

所述定位套内设置有与待加工浮筒外台阶面相配合的定位台阶面，定位套左端面为与待加工浮筒左端面平齐的定位端面；

所述定位法兰外侧面设置有外螺纹，所述锁紧螺母与外螺纹配合，用于将外凸环右端面和定位法兰左端面以及内凸环右端面和定位套左端面压紧。

进一步地，所述中心孔内设置有内螺纹，用于与相适配的涨紧螺钉配合涨开三个扇形块实现双定位涨紧夹具的定位夹紧。

本发明还提供一种机电陀螺框架组件的加工方法，其特殊之处在于，基于上述机电陀螺框架组件加工工装，包括以下步骤：

S1、加工浮筒：

S1.1、使用第一个双定位涨紧夹具固定待加工浮筒，该双定位涨紧夹具的第一定位环面与待加工浮筒的长径圆筒段内侧面配合，第二定位环面与待加工浮筒的短径圆筒段内侧面配合；精车待加工浮筒的长径圆筒段两端的端面，保证长径圆筒段两端的端面平行；

S1.2、使用压紧端面夹具，以步骤S1.1中精车后的待加工浮筒的长径圆筒段两端的端面与定位套的定位端面和定位台阶面相适配，精车待加工浮筒的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂，确保第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂的尺寸一致性均在0.002mm之内；

S1.3、使用第二个定位涨紧夹具，双定位涨紧夹具的第一定位环面与步骤S1.2加工后的浮筒的长径圆筒段内侧面配合，第二定位环面与步骤S1.2加工后的浮筒的短径圆筒段内侧面配合；以步骤S1.2精车后的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂进行定位固定双定位涨紧夹具，精车短径圆筒段外圆面及短径圆筒段的右端面，使浮筒短径圆筒段外圆φB₃与第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂的同轴度、短径圆筒段的轴向长度L_A2、长径圆筒段的右端面与短径圆筒段外圆面的垂直度符合设计要求；

S2、加工浮子框架：

根据S1.3加工后浮筒的计量尺寸，确定浮子框架的第一定位外圆φC₁和第二定位外圆φC₂的加工尺寸，然后以此加工尺寸为标准加工浮子框架第一定位外圆和第二定位外圆，完成浮子框架加工，要求浮筒及浮子框架的配合间隙为0.002mm～0.004mm；

S3、将步骤S1加工的浮筒和S2加工的浮子框架组装成机电陀螺框架组件。

进一步地，步骤S1.1中，精车待加工浮筒的长径圆筒段两端的端面后，使长径圆筒段两端的端面平行度小于等于0.001mm。

进一步地，步骤S1.2中，使用压紧端面夹具时，使用小测力量具进行测量长径圆筒段的内径，防止压紧端面夹具的夹紧力过大使薄壁件发生变形。

进一步地，步骤S1.2中，精车待加工浮筒的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂后，第一定位内孔φB₁的圆柱度小于等于0.004mm；第二定位内孔φB₂的圆柱度小于等于0.002mm。

进一步地，步骤S1.2中，所述第一定位内孔φB₁的加工公差为0～+0.016；

所述第二定位内孔φB₂的加工公差为0～+0.013。

进一步地，步骤S2中，所述第一定位外圆φC₁的加工公差为﹣0.002～0；

所述第二定位外圆φC₂的加工公差为﹣0.002～0。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的机电陀螺框架组件加工工装，采用两个双定位涨紧夹具，使浮筒加工的尺寸精度及形位精度得以提高，变形减小，加工后尺寸一致性提高。

2、本发明采用压紧端面夹具，防止锁紧过程中浮筒在夹具的径向位移及挤压，减小了薄壁浮筒零件的装夹变形，进一步提高了薄壁浮筒零件的尺寸精度及形位精度。

3、机电陀螺框架组件原加工方法分为浮子框架加工、浮筒加工及组合后形成框架组件的组合加工，通过本发明提供的加工工装，现在只需要对浮子框架、浮筒分别加工，不需要进行框架组件的加工，提高了框架组件的生产效率。

4、本发明提供的加工方法省去了浮筒的研磨工序、计量工序及检验工序，不需要全部浮筒零件计量出实际尺寸及形位公差，仅需计量同一批次首件产品，后续加工浮筒零件全部为在线测量控制尺寸，节省了大量加工及检验时间，从而大大提高了加工效率；此加工方法适合于机电陀螺的大批量生产，且浮筒一致性好，变形量小，不再进行组合加工。

5、本发明提供的加工方法加工后的浮筒和浮子框架组装形成的机电陀螺框架组件的零件互换性提高，不再需要浮子框架和浮筒一一配合入库，大大提高了装配效率。

附图说明

图1为浮筒结构示意图；

图2为浮子框架结构示意图；

图3为浮筒与浮子框架组装结构示意图；

图4为本发明机电陀螺框架组件加工工装实施例中双定位涨紧夹具结构示意图；

图5为本发明机电陀螺框架组件加工工装实施例中压紧端面夹具结构示意图

图6为本发明机电陀螺框架组件加工方法实施例中待加工浮筒示意图；

图7为本发明机电陀螺框架组件加工方法实施例中待加工浮子框架示意图。

附图标记如下：

01-浮筒，02-浮子框架；

1-双定位涨紧夹具，11-第一夹具座，12-定位轴，13-涨紧锥面，14-第一定位环面，15-第二定位环面，16-中心孔，17-切割槽，2-压紧端面夹具，21-锁紧套，22-锁紧螺母，23-定位套，24-定位法兰，25-第二夹具座，26-定位端面，27-定位台阶面，28-内凸环，29-外凸环，3-待加工浮筒，4-待加工浮子框架。

具体实施方式

参见图4和图5，本实施例提供一种机电陀螺框架组件加工工装，该工装包括双定位涨紧夹具1和压紧端面夹具2；

双定位涨紧夹具1包括自左至右同轴设置的第一夹具座11和定位轴12；定位轴12设置有开口于右端面的中心孔16以及将定位轴12分割为三个扇形块的三处切割槽17；中心孔16开口处设置有涨紧锥面13；中心孔16内设置有内螺纹，用于与相适配的涨紧螺钉配合涨开三个扇形块实现双定位涨紧夹具1的定位夹紧。

定位轴12外端面自左至右依次为第一定位环面14、过渡面和第二定位环面15，且第一定位环面14与待加工浮筒3的长径圆筒段内侧面配合，第二定位环面15与待加工浮筒3的短径圆筒段内侧面配合。双定位涨紧夹具1优点为定位精度高，加工零件的同轴度高，且涨紧力均匀，从而浮筒装夹及加工过程中变形控制良好，尺寸精度及形位精度较常规涨紧夹具高。

压紧端面夹具2包括压紧座、锁紧套21和锁紧螺母22；压紧座包括自左至右同轴设置的定位套23、定位法兰24和第二夹具座25；锁紧套21套设在定位套23上，锁紧套21左端设置有内凸环28，右端设置有外凸环29；定位套23内设置有与待加工浮筒3外台阶面相配合的定位台阶面27，定位套23左端面为与待加工浮筒3左端面平齐的定位端面26；定位法兰24外侧面设置有外螺纹，锁紧螺母22与外螺纹配合，用于将外凸环29右端面和定位法兰24左端面以及内凸环28右端面和定位套23左端面压紧。

压紧端面夹具2通过引入锁紧套21为夹具引导元件，将原锁紧螺帽压紧端面改为锁紧套21端面压紧，该夹具的设计优点为定位精度更高，压紧力均匀，从而使得浮筒装夹及加工过程中变形控制良好，形位精度及尺寸精度较常规压紧夹具高。

本实施例还提供采用上述机电陀螺框架组件加工工装的使用方法，包括以下步骤：

S1、加工浮筒：

S1.1、使用第一个双定位涨紧夹具1固定待加工浮筒3，该双定位涨紧夹具1的第一定位环面14与待加工浮筒3的长径圆筒段内侧面配合，第二定位环面15与待加工浮筒3的短径圆筒段内侧面配合；精车待加工浮筒3的长径圆筒段两端的端面，保证长径圆筒段两端的端面平行；本实施例中，双定位涨紧夹具1的第一定位环面14以第一定位内孔

(此时第一定位内孔φB₁还未进行车加工)和第二定位内孔

(此时第二定位内孔φB₂还未进行车加工)双定位，车加工

的两端的端面，保证

的两端的端面的平行度在0.001mm之内。

S1.2、使用压紧端面夹具2，以步骤S1.1中精车后的待加工浮筒3的长径圆筒段两端的端面与定位套23的定位端面26和定位台阶面27相适配，精车待加工浮筒3的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂，确保第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂的尺寸一致性均在0.002mm之内；本实施例中，参见图6，以精车后的

的两端的端面定位装夹压紧端面夹具2，车削第一定位内孔

和第二定位内孔

车加工至内径为第一定位内孔

和第二定位内孔

对加工完成后的第一定位内孔

和第二定位内孔

实际尺寸进行计量并确保两个定位孔的尺寸一致性均在0.002mm之内，第一定位内孔

的圆柱度控制在0.004mm之内，第二定位内孔

的圆柱度控制在0.002mm之内，确保浮筒装配浮子框架的互换性；同时，采用小测力量具进行测量长径圆筒段的内径，防止薄壁浮筒发生变形；参考公开号为CN110608652 A的中国专利，该专利公开一种内孔孔径精密测量装置及测量方法，本实施例中采用的小测力量具就是该专利中公开的内孔孔径精密测量装置。

S1.3、使用第二个双定位涨紧夹具1，双定位涨紧夹具1的第一定位环面14与步骤S1.2加工后的浮筒的长径圆筒段内侧面配合，第二定位环面15与步骤S1.2加工后的浮筒的短径圆筒段内侧面配合；以步骤S1.2精车后的第一定位内孔

和第二定位内孔

进行定位固定第二个双定位涨紧夹具1，精车短径圆筒段外圆面及短径圆筒段的右端面，将短径圆筒段外圆

加工为

使浮筒短径圆筒段外圆φB₃与第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂的同轴度符合要求，同时，短径圆筒段的轴向长度L_A2＝6.4±0.03及长径圆筒段的右端面与短径圆筒段外圆面的垂直度符合设计要求。

S2、加工浮子框架：

根据S1.3加工后浮筒的计量尺寸，参见图7，确定浮子框架的第一定位外圆

和第二定位外圆

的加工尺寸，然后以此加工尺寸为标准加工浮子框架第一定位外圆和第二定位外圆，完成浮子框架加工，要求浮筒及浮子框架的配合间隙为0.002mm～0.004mm；

S3、将步骤S1加工的浮筒和S2加工的浮子框架组装成机电陀螺框架组件，具体为，将长径圆筒段的左端沿浮子框架的右端套设在浮子框架上，第一定位内孔

卡接在第一定位外圆

的右端，第二定位内孔

卡接在第二定位外圆

的右端。

本方案创新了机电陀螺框架组件的精密加工工装及方法，改进了双定位涨紧夹具1及压紧端面夹具2，对机电陀螺框架组件的加工工艺流程进行优化，提高浮筒的尺寸精度及形位精度，良好控制了机电陀螺框架组件的变形，提高了机电陀螺框架组件的加工效率及互换性，本发明公开的夹具及方法可以推广至所有机电陀螺框架组件的加工、及所有薄壁零件的加工。

Claims

1.一种机电陀螺框架组件加工工装，其特征在于：

包括两个结构相同的双定位涨紧夹具(1)和压紧端面夹具(2)；

所述双定位涨紧夹具(1)包括自左至右同轴设置的第一夹具座(11)和定位轴(12)；

所述定位轴(12)设置有开口于右端面的中心孔(16)以及将定位轴(12)分割为三个扇形块的三处切割槽(17)；

所述中心孔(16)开口处设置有涨紧锥面(13)；

所述定位轴(12)外端面自左至右依次为第一定位环面(14)、过渡面和第二定位环面(15)，且第一定位环面(14)与待加工浮筒(3)的长径圆筒段内侧面配合，所述第二定位环面(15)与待加工浮筒(3)的短径圆筒段内侧面配合；

所述压紧端面夹具(2)包括压紧座、锁紧套(21)和锁紧螺母(22)；

所述压紧座包括自左至右同轴设置的定位套(23)、定位法兰(24)和第二夹具座(25)；

所述锁紧套(21)套设在定位套(23)上，锁紧套(21)左端设置有内凸环(28)，右端设置有外凸环(29)；

所述定位套(23)内设置有与待加工浮筒(3)外台阶面相配合的定位台阶面(27)，定位套(23)左端面为与待加工浮筒(3)左端面平齐的定位端面(26)；

所述定位法兰(24)外侧面设置有外螺纹，所述锁紧螺母(22)与外螺纹配合，用于将外凸环(29)右端面和定位法兰(24)左端面以及内凸环(28)右端面和定位套(23)左端面压紧。

2.根据权利要求1所述的机电陀螺框架组件加工工装，其特征在于：

所述中心孔(16)内设置有内螺纹，用于与相适配的涨紧螺钉配合涨开三个扇形块实现双定位涨紧夹具(1)的定位夹紧。

3.一种机电陀螺框架组件的加工方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的机电陀螺框架组件加工工装，包括以下步骤：

S1、加工浮筒：

S1.1、使用第一个双定位涨紧夹具(1)固定待加工浮筒(3)，将双定位涨紧夹具(1)的第一定位环面(14)与待加工浮筒(3)的长径圆筒段内侧面配合，第二定位环面(15)与待加工浮筒(3)的短径圆筒段内侧面配合；精车待加工浮筒(3)的长径圆筒段两端的端面，保证长径圆筒段两端的端面平行；

S1.2、使用压紧端面夹具(2)，以步骤S1.1中精车后的待加工浮筒(3)的长径圆筒段两端的端面与定位套(23)的定位端面(26)和定位台阶面(27)相适配，精车待加工浮筒(3)的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂，确保第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂的尺寸一致性均在0.002mm之内；

S1.3、使用第二双定位涨紧夹具(1)，该双定位涨紧夹具(1)的第一定位环面(14)与步骤S1.2加工后的浮筒的长径圆筒段内侧面配合，第二定位环面(15)与步骤S1.2加工后的浮筒的短径圆筒段内侧面配合；以步骤S1.2精车后的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂进行定位固定该双定位涨紧夹具(1)，精车短径圆筒段外圆面及短径圆筒段的右端面，使浮筒短径圆筒段外圆φB₃与第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂的同轴度、短径圆筒段的外圆轴向长度L_A2、长径圆筒段的右端面与短径圆筒段外圆面的垂直度符合设计要求；

S2、加工浮子框架：

S3、将步骤S1加工后的浮筒和步骤S2加工后的浮子框架组装成机电陀螺框架组件。

4.根据权利要求3所述的机电陀螺框架组件的加工方法，其特征在于：

步骤S1.1中，精车待加工浮筒(3)的长径圆筒段两端的端面后，使长径圆筒段两端的端面平行度小于等于0.001mm。

5.根据权利要求4所述的机电陀螺框架组件的加工方法，其特征在于：

步骤S1.2中，使用压紧端面夹具(2)时，使用小测力量具测量长径圆筒段的内径，防止压紧端面夹具(2)的夹紧力过大使薄壁件发生变形。

6.根据权利要求3-5任一所述的机电陀螺框架组件的加工方法，其特征在于：

步骤S1.2中，精车待加工浮筒(3)的第一定位内孔φB₁和第二定位内孔φB₂后，第一定位内孔φB₁的圆柱度小于等于0.004mm；第二定位内孔φB₂的圆柱度小于等于0.002mm。

7.根据权利要求6所述的机电陀螺框架组件的加工方法，其特征在于：

步骤S1.2中，所述第一定位内孔φB₁的加工公差为0～+0.016；

所述第二定位内孔φB₂的加工公差为0～+0.013。

8.根据权利要求7所述的机电陀螺框架组件的加工方法，其特征在于：

步骤S2中，所述第一定位外圆φC₁的加工公差为﹣0.002～0；

所述第二定位外圆φC₂的加工公差为﹣0.002～0。