CN102126140B - 一种口小腔大薄壁零件的组合夹具及装夹方法 - Google Patents

Abstract

一种口小腔大薄壁零件的组合夹具及装夹方法，所述的夹具中的仿形组合心轴的外形与待加工口小腔大薄壁零件内腔的形状一致，采用线切割加工方式分成至少四瓣，加工时，将仿形组合心轴分瓣安装在薄壁零件内腔中；米字花瓣胀胎的米字花瓣部分装入仿形组合心轴的内腔中，米字花瓣部分的内腔为开口缩小的锥形腔，米字花瓣胀胎的外端装夹部分加工有内螺纹孔，上述各部分安装完成后组成一个组合体；螺纹锥度心轴通过其外端装夹在车床上，螺纹锥度心轴的中部加工有与米字花瓣胀胎内螺纹相配合的外螺纹，前端为开口缩小的锥形轴；将上述组合体通过米字花瓣胀胎的内螺纹孔旋入螺纹锥度心轴上，利用锥度配合将仿形组合心轴在薄壁零件内腔中撑起，即可进行薄壁零件的外形加工。

Description

一种口小腔大薄壁零件的组合夹具及装夹方法

技术领域

本发明是一种车削加工的螺纹夹紧组合夹具，应用于加工具有口小腔大特征的薄壁零件中，可在加工同类零件中推广使用。

背景技术

在加工口小腔大、薄壁、易变形材质的曲面腔体零件时，常规加工方法是设计专用模具通过注塑或铸造的方法成型，即使精密铸造出来的零件在尺寸公差、表面粗糙度各方面也不能达到较高精度。而且每加工一种零件就要设计一套模具，适用于批量生产的低精度零件加工，对于高精度要求的小批量零件时则会费时费力、工程量巨大且达不到设计精度。如果设计夹具将零件内腔撑起进行外形轮廓加工，由于零件内腔具有“口小腔大”的特点，若制作完全符合零件内腔轮廓的心轴采用常规方法则无法放入其中；若心轴不完全符合零件内腔轮廓，由于零件壁薄，加上零件材质易变形，心轴不能将内腔完全撑起，零件内腔存在空隙的部分，刀具加工到空隙部分外形时，容易使内腔变形，甚至将零件车破，造成零件报废，难以得到设计图纸要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种车床上用的螺纹夹紧组合夹具及装夹方法，使口小腔大零件在进行外形加工过程中内腔能够得到完全的支撑，装夹找正方便，在加工过程中零件变形小，能保证零件的精密加工尺寸及形位公差。

本发明的技术解决方案是：一种口小腔大薄壁零件的组合夹具，包括螺纹锥度心轴、米字花瓣胀胎和仿形组合心轴；

仿形组合心轴的外形与待加工口小腔大薄壁零件内腔的形状一致，采用线切割加工方式分成至少四瓣，加工时，将仿形组合心轴分瓣安装在薄壁零件内腔中；米字花瓣胀胎的米字花瓣部分装入仿形组合心轴的内腔中，米字花瓣部分的内腔为开口缩小的锥形腔，米字花瓣胀胎的外端装夹部分加工有内螺纹孔，上述各部分安装完成后组成一个组合体；螺纹锥度心轴通过其外端装夹在车床上，螺纹锥度心轴的中部加工有与米字花瓣胀胎内螺纹相配合的外螺纹，前端为开口缩小的锥形轴；将上述组合体通过米字花瓣胀胎的内螺纹孔旋入螺纹锥度心轴上，利用锥度配合将仿形组合心轴在薄壁零件内腔中撑起，即可进行薄壁零件的外形加工。

所述的仿形组合心轴分成四瓣时，首先采用线切割加工方式加工第一瓣，第一瓣的截面为120°扇形，大小为仿形组合心轴的三分之一；然后对剩下部分从第一瓣扇形原点开始沿直径方向左右切割仿形组合心轴最大直径的1/2后，再向外进行直角切割，形成三瓣，其中第二、三瓣为对称结构，另一瓣称为第四瓣。

所述的仿形组合心轴的直径尺寸比薄壁零件内腔尺寸小0.02～0.05mm。

所述的夹具材料为黄铜。

一种口小腔大薄壁零件的组合夹具装夹方法，步骤如下：

第一步，首先将仿形组合心轴的第一瓣装入口小腔大薄壁零件内腔中，然后装置对称的第二、三瓣，将前三瓣拼好后，向零件内腔中推入第四瓣；

第二步，将米字花瓣胀胎推入仿形组合心轴的内腔中，组成一个组合体；

第三步，将组合体利用螺纹方式旋入在机床上找正的螺纹锥度心轴上，利用锥度配合将零件内腔适当撑起，即可进行外形轮廓的加工。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明解决了加工口小腔大薄壁零件类产品内腔后，外形没有装夹部分无法进行后续加工的难题。加工时，仿形组合心轴完全符合零件内腔轮廓，零件内腔没有中空部分，能给零件提供相应支撑，避免了刀具将薄壁零件车破的问题。零件加工后，内腔变形小，平行度、同轴度、表面粗糙度以及厚度误差可控制在很小的范围内，满足设计的精度要求。

(2)本发明通过螺纹锥度心轴和米字花瓣胀胎内外螺纹旋入和锥度配合控制夹紧力的大小，米字花瓣胀胎上有专门的适合扳手装夹的凹槽(见附图2)，可选用力矩扳手保证夹紧力在适合范围之内。组合夹具在夹紧过程中的旋转方向与对零件加工过程中的切削力矩方向一致，在加工过程中不会出现松脱现象，使夹紧更可靠。

(3)本发明材质选择上可选用机械加工中经常用到的黄铜，材料容易准备，夹具结构简单，容易制作，并且找正装卸方便。

附图说明

图1为本发明的组合夹具加工零件图示意图；

图2为本发明的米字花瓣胀胎示意图，其中2a为主视图，2b为左视图，2c为立体图；

图3为本发明的螺纹锥度心轴示意图，其中3a为主视图，3b为立体图；

图4为本发明的仿形组合心轴及切割方法示意图；其中4a为分瓣截面示意图，4b为主剖视图，4c为立体图；

图5为本发明实施例加工后口小腔大薄壁零件主剖视图。

具体实施方式

薄壁零件是指壁厚不足其孔径1/15的零件。本发明组合夹具适宜加工口小腔大、薄壁、易变形材质的曲面腔体零件。

本发明组合夹具的设计方案，总的理念是把零件内腔完全撑起来加工外形，既能防止零件内腔变形，也能防止加工外形时内腔中空把零件车破。组合夹具由三部分组成，如图1所示，分别是螺纹锥度心轴1、米字花瓣胀胎2、仿形组合心轴3。仿形组合心轴3为分瓣结构，加工时，将仿形组合心轴3分瓣安装在薄壁零件4内腔中；米字花瓣胀胎2的米字花瓣部分装入仿形组合心轴3的内腔中，米字花瓣部分的内腔为开口缩小的锥形腔如图2a、2b所示，米字花瓣胀胎2的外端装夹部分加工有内螺纹孔，如图2c所示，在米字花瓣胀胎2的外端装夹部分加工适合扳手装夹的凹槽，可选用力矩扳手保证夹紧力在适合范围之内，上述各部分安装完成后组成一个组合体；螺纹锥度心轴1通过其外端夹持在车床上，螺纹锥度心轴1的中部加工有与米字花瓣胀胎2内螺纹相配合的外螺纹，前端为开口缩小的锥形轴，如图3所示；将上述组合体通过米字花瓣胀胎2的内螺纹孔旋入螺纹锥度心轴1上，要求夹紧过程中的旋转方向与对零件加工过程中的切削力矩方向一致，利用锥度配合将仿形组合心轴3在薄壁零件内腔中撑起，即可进行薄壁零件的外形加工。

其中，仿形组合心轴3的外形是完全符合口小腔大薄壁零件内腔的形状，其形状可根据零件内腔形状的改变而做相应改变。仿形组合心轴3要满足将内腔完全撑起来，切割瓣数要选用最少，经多次试验验证采用两瓣，三瓣的切割方法均不能将仿形组合心轴3各部分全部放入零件内腔中，切割瓣数最少为四瓣。仿形组合心轴3切割方式上选择线切割加工。

组合夹具的难点是仿形组合心轴如何装入零件“口小腔大”的内腔里，采用常规的切割方法是无法将心轴全部放入零件内腔中的。夹具设计巧妙之处在于仿形组合心轴3的切割方法(见图4仿形组合心轴及切割方法示意图)。如图4所示，当仿形组合心轴3分成四瓣时，首先采用线切割加工方式加工第一瓣31，第一瓣的截面为120°扇形，大小为仿形组合心轴3的三分之一；然后对剩下部分从第一瓣扇形原点开始沿直径方向左右切割1/2最大心轴直径后，再向外进行直角切割，形成三瓣，其中第二瓣32、第三瓣33为对称结构，另一瓣称为第四瓣34。

当仿形组合心轴3为5瓣或者6瓣以上时，采用多种切法，例如将第一瓣120度均分后沿径向切成两瓣或多瓣；或者将第四瓣沿第一瓣扇形原点径向分成两瓣等等方式。

仿形组合心轴3与零件4的内腔尺寸配合要高度一致，仿形组合心轴3直径尺寸要比零件4的内腔尺寸小0.02-0.05mm，这样才能使零件4易安装在仿形组合心轴3上，并保证一定的摩擦力而实现车削加工。若仿形组合心轴3与内腔配合间隙过大，工件安装后因没有足够的摩擦力而导致工件无法与仿形组合心轴3同步旋转，造成无法进行外形轮廓加工。

组合夹具制作材料选择上，由于要将零件内腔撑起，因此夹具材料需要选择具有一定弹性形变特点的材料，如黄铜，既能满足撑起要求，又能满足加工需要。

为保证仿形组合心轴四部分组合后满足能放入“口小腔大”的零件内腔里且把零件完全撑起，仿形组合心轴3四瓣胎的装入顺序有着严格的要求，本发明一种口小腔大薄壁零件的组合夹具装夹方法，步骤具体如下：

第一步，首先将仿形组合心轴3的第一瓣31装入口小腔大薄壁零件内腔中，然后装置对称的第二瓣32、第三瓣33，将前三瓣拼好后，向零件内腔中推入第四瓣34；

第二步，将米字花瓣胀胎2推入仿形组合心轴3的内腔中，组成一个组合体；

第三步，将组合体利用螺纹方式旋入在机床上找正的螺纹锥度心轴1上，利用锥度配合将零件内腔适当撑起，即可进行外形轮廓的加工。

本发明的工作原理可简单的概括为：车床主轴夹罐或三爪卡盘与螺纹锥度心轴的末端相连接，进行定位找正，按照夹具组合技巧通过螺纹旋紧锥度配合的方式将零件进行撑起、定位、装夹后进行后续加工。

实施例

本实施例零件图如图5所示，用于加工薄壁类的口小腔大曲面零件，零件材料为聚四氟乙烯SBF-1，壁厚2mm，表面粗糙度要求为Ra1.6，内腔公差要求均在0.1mm以内。

本实施例的加工工艺路线为：钻孔去余量——车内腔——车外形(采用组合夹具)。先在车床上一次装夹钻孔去除多余余量，然后用镗孔刀加工零件内腔，外形长度留余量后切断；将车床主轴夹罐或三爪卡盘与螺纹锥度心轴的末端相连接，进行定位找正，按照夹具组装技巧通过螺纹旋紧锥度配合的方式将零件进行撑起、定位、装夹后进行外形加工。

在加工同一种产品时组合夹具可反复多次使用，减少了材料的消耗，提高了效率，更为经济、合理。夹具一般可在数控车床上一次装夹加工出来，不卸下就直接使用，或者经定位找正后使用，均能保证其端面跳动、轴向跳动与机床主轴性能一致。

上面结合附图对本发明的使用进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合，都落入本发明的保护范围内。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种口小腔大薄壁零件的组合夹具，其特征在于：包括螺纹锥度心轴(1)、米字花瓣胀胎(2)和仿形组合心轴(3)；

仿形组合心轴(3)的外形与待加工口小腔大薄壁零件内腔的形状一致，采用线切割加工方式分成四瓣，加工时，将仿形组合心轴(3)分瓣安装在薄壁零件内腔中；米字花瓣胀胎(2)的米字花瓣部分装入仿形组合心轴(3)的内腔中，米字花瓣部分的内腔为开口缩小的锥形腔，米字花瓣胀胎(2)的后端装夹部分加工有内螺纹孔，上述各部分安装完成后组成一个组合体；螺纹锥度心轴(1)通过其后端装夹在车床上，螺纹锥度心轴(1)的中部加工有与米字花瓣胀胎(2)内螺纹相配合的外螺纹，前端为开口缩小的锥形轴；将上述组合体通过米字花瓣胀胎(2)的内螺纹孔旋入螺纹锥度心轴(1)上，利用锥度配合将仿形组合心轴(3)在薄壁零件内腔中撑起，即可进行薄壁零件的外形加工；所述的仿形组合心轴(3)首先采用线切割加工方式加工第一瓣，第一瓣的截面为120°扇形，大小为仿形组合心轴(3)的三分之一；然后对剩下部分从第一瓣扇形原点开始沿直径方向左右切割仿形组合心轴最大直径的1/2后，再向外进行直角切割，形成三瓣，其中第二、三瓣为对称结构，另一瓣称为第四瓣。

2.根据权利要求1所述的一种口小腔大薄壁零件的组合夹具，其特征在于：所述的仿形组合心轴(3)的直径尺寸比薄壁零件内腔尺寸小0.02～0.05mm。

3.根据权利要求1所述的一种口小腔大薄壁零件的组合夹具，其特征在于：所述的夹具材料为黄铜。

4.一种口小腔大薄壁零件的组合夹具装夹方法，其特征在于步骤如下：

第一步，首先将仿形组合心轴(3)的第一瓣装入口小腔大薄壁零件内腔中，然后装置对称的第二、三瓣，将前三瓣拼好后，向零件内腔中推入第四瓣；所述的仿形组合心轴(3)首先采用线切割加工方式加工第一瓣，第一瓣的截面为120°扇形，大小为仿形组合心轴(3)的三分之一；然后对剩下部分从第一瓣扇形原点开始沿直径方向左右切割仿形组合心轴最大直径的1/2后，再向外进行直角切割，形成三瓣，其中第二、三瓣为对称结构，另一瓣称为第四瓣；

第二步，将米字花瓣胀胎(2)推入仿形组合心轴(3)的内腔中，组成一个组合体；

第三步，将组合体利用螺纹方式旋入在机床上找正的螺纹锥度心轴(1)上，利用锥度配合将零件内腔适当撑起，即可进行外形轮廓的加工。

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