CN102490041A - 用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具及利用该工装夹具加工水泵叶轮外球面的方法，包括圆盘，在圆盘的一面设置有与其同轴的圆环状的凸缘，凸缘的圆环直径小于圆盘的直径，圆盘的另一面设置有环状的叶片安装体，叶片安装体的环上对称设置有至少三个安装孔，安装孔的轴向与叶片安装体的轴向垂直。加工方法是将叶片安装于叶片安装体上，用叶片固定圈压紧固定，所有叶片安装完成后，将叶片安装体固定在车床回转卡盘上，调整回转直径与叶轮近似外球面直径相同，开启车床加工。使用本发明装置和方法，可以在普通机床上加工出符合要求的叶片端部弧面。

Description

用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具及方法

技术领域

本发明属于水泵机械制造加工技术领域，涉及一种加工水泵叶轮的工装夹具和利用该工装夹具加工水泵叶轮的方法。

背景技术

水泵叶轮是动力机械的重要部件，其机械加工精度直接影响水泵的工作效率和运行时的稳定性。由于叶轮的外径尺寸较大，叶片端部为球面（弧面），这些叶片在叶片柄中心线与叶轮旋转轴线相交并垂直时，其端部的弧面是在一个以叶片柄中心线与叶轮旋转轴线的交点为球心的球面上，但为降低加工难度和成本，提高效率，实际加工时，是将叶片端部弧面加工为在一个以叶轮旋转轴线的轴心的圆柱面上。由于叶轮的外径尺寸较大，叶片很薄，所以加工出来的圆柱面可以近似的看做球面，作为叶轮外球面（端部的弧面）。但这些叶片安装在轮毂体上时，其根部中心线与叶轮旋转轴线并不垂直，而是有一定的倾斜角度（见图1）。不同水泵类型和不同比转数的叶轮，其叶片中心线和叶轮回转轴线的倾斜角度各不相同，如轴流泵叶轮，其叶片中心线与叶轮回转轴线倾斜角度为90°，比转数为400的混流泵叶轮，其叶片中心线与叶轮回转轴线倾斜角度为54.6°，比转数为500的混流泵叶轮，其叶片中心线与叶轮回转轴线倾斜角度为58°。

加工有倾斜角度的水泵叶轮外球面时，其加工轨迹也是倾斜的，车床上的车刀板须倾斜相应角度，以使加工出的叶片端部弧面与叶片柄中心线垂直，加工难度较大，易出现加工误差，而且加工出的球面直径无法直接测量。现有技术中，常利用靠模并借助于样板进行加工和测量。因此，加工效率低，加工精度不高，从而影响水泵工作效率的提高。对于球面直径尺寸较小的叶片端部弧面，常利用数控车床加工，虽然有效提高了叶片端部弧面的加工精度，但装夹、校正、对刀等的辅助时间较长，这样就无法满足生产批量较大，加工效率要求较高的生产条件。而对于较大直径的叶片端部弧面，用数控加工方法加工，显然对数控车床的加工能力要求更高，提高了加工成本。如使用普通车床加工，由于对叶片的倾斜角度很难精确把握，使得叶片在加工时的精度难以保证，无法加工出符合要求的叶轮外球面。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种可提高加工效率和精度、降低加工成本的用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具；还提供了一种利用该工装夹具加工水泵叶轮外球面的方法。

技术方案：本发明的用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具，包括圆盘，在圆盘的一个端面上设置有与其同轴的圆环状的凸缘，凸缘的圆环直径小于圆盘的直径，圆盘的另一个端面上设置有环状的叶片安装体，叶片安装体上对称设置有至少三个安装孔，安装孔的轴向与叶片安装体的轴向相交并垂直，安装孔的孔径和轴向深度与水泵叶片柄相匹配。

本发明中，叶片安装体外侧设置有与安装孔相对应的定位面，安装孔（31）位于定位面的中心，定位面与水泵叶片的柄部轴肩的形状尺寸相匹配。

采用本发明装置加工叶轮外球面时，将叶片的叶片柄中心线由原来倾斜于回转轮毂体5中心线（见图1）变成垂直于叶片安装体的轴向（见图5），即垂直于车床回转中心线，使得球面中心点位于叶片安装体回转中心线上，刀尖的加工轨迹形成了一个圆柱面，将该圆柱面近似的看做球面，作为叶片端部弧面，即球面直径等于加工出来的回转直径。

本发明的一种利用上述工装夹具加工水泵叶轮外球面的方法，包括如下步骤： 

1）把叶片的柄部插入安装孔，使叶片端部两端端点的连线与叶片安装体的回转面基本平行，用双头螺柱的一端旋入叶片柄部的螺纹孔中，叶片固紧板穿在双头螺柱上，然后在双头螺柱另一端旋紧螺母，把叶片压紧固定在叶片安装体上；

2）所有叶片都安装到叶片安装体上后，将叶片安装体放置在车床上，用车床回转卡盘旋紧，从凸缘的圆周方向牢牢夹紧凸缘，从而限制叶片安装体轴向和周向的自由度；

3）调整车刀刀尖与叶片安装体回转中心线的距离为叶片端部弧面直径，使叶片端部弧面球心位于叶片安装体的回转中心线上，开启车床，将加工出的弧面作为水泵叶轮外球面。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

使用本发明的工装夹具和加工方法后，将根部中心线与叶轮旋转轴线的倾斜夹角，调整为叶片柄中心线与叶轮旋转轴线垂直，这样叶片端部的弧面就是在一个以叶片安装体中心点为球心的一个球面上，这时把叶片端部与叶片安装体中心点的距离调整为叶片端部与与轮毂体中心点的距离，即可在普通机床上加工出符合要求的端部弧面。

叶片安装在本发明的工装夹具上后，在车床上加工时，叶片端部的运动轨迹相对于加工刀具为重复回转切削运动，可以保证刀具的切削轨迹与叶片端部弧面一致，端部弧面加工误差小，加工质量高，有效提高叶片的加工精度和生产效率，同时提高了水泵效率。

在利用本发明的工装夹具和方法加工叶轮外球面时，可以在生产加工过程中直接测量叶片端部弧面的加工尺寸，并可以在普通车床上加工不同尺寸叶轮的端部弧面，降低了加工成本。由于工艺流程简单，加工精度容易控制，可利用本发明装置在普通车床上对尺寸较大的叶轮进行端部弧面加工。      

本发明的工装夹具与待加工叶片之间用叶片固紧板压紧固定后，叶片就被固定安装在叶片安装体上，该叶片固紧板是叶片安装在叶轮轮毂体上时使用的零部件，无须增加新的零件，结构简单，制造、安装容易，通用性好。

附图说明

图1为混流泵叶片在轮毂上的装配示意图；

图2为本发明装置的剖视图；

图3为本发明装置的俯视图；

图4为本发明装置的左视图；

图5为本发明装置与叶片安装结合的结构剖视图；

图6为图5的左视图；

图7为本发明装置与叶片安装在车床回转卡盘上的示意图。

图中有：凸缘1，圆盘2，叶片安装体3，安装孔31，定位面32，叶片固紧板4，轮毂体5，螺母6，双头螺柱7，叶片8，柄部轴肩81，车床回转卡盘9。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图2、图3和图4所示，本发明的用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具，包括圆盘2，在圆盘2的一个端面上设置有与其同轴的圆环状的凸缘1，凸缘1的圆环直径小于圆盘2的直径，圆盘2的另一个端面上设置有环状的叶片安装体3，叶片安装体3上对称设置有至少三个安装孔31，安装孔31的轴向与叶片安装体3的轴向相交并垂直，安装孔31的孔径和轴向深度与水泵叶片柄相匹配，叶片安装体3外侧设置有与安装孔31相对应的定位面32，安装孔31位于定位面32的中心，定位面32与水泵叶片的柄部轴肩81的形状尺寸相匹配。

如图所示，本发明的一种利用上述工装夹具加工水泵叶轮外球面的方法，将叶片8安装于叶片安装体3上，用叶片固定圈4压紧固定，所有叶片安装完成后，将叶片安装体3固定在车床回转卡盘9上，调整回转直径与叶轮近似外球面直径相同，装置的回转中心线与叶轮近似外球面的中心线重合，车刀刀尖的回转切削轨迹形成叶轮近似外球面的半径。具体步骤和操作如下：

1）将叶片8安装在叶片安装体3的安装孔31上，即把叶片8的柄部插入安装孔31，使叶片端部两端端点的连线与叶片安装体3的回转面基本平行，用双头螺柱7的一端旋入叶片8柄部的螺纹孔中，叶片固紧板4穿在双头螺柱7上，然后在双头螺柱7另一端旋紧螺母6，把叶片8压紧固定在叶片安装体3上；这样在双头螺柱7的拉力和叶片固紧板4的定位作用下，叶片被固定安装在叶片安装体3上。

2）所有叶片都安装到叶片安装体3上后，将叶片安装体3放置在车床上，用车床回转卡盘9旋紧后，从凸缘1的圆周方向牢牢夹紧凸缘1，从而限制叶片安装体3轴向和周向的自由度。

3）调整车刀刀尖与叶片安装体3回转中心线的距离为叶片端部弧面直径，使叶片端部弧面球心位于叶片安装体3的回转中心线上，开启车床加工出弧面，由于圆柱面可近似的看做球面，故将加工出的弧面作为水泵叶轮外球面。

Claims (3)

1.一种用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具，其特征在于，包括圆盘（2），在所述圆盘（2）的一个端面上设置有与其同轴的圆环状的凸缘（1），所述凸缘（1）的圆环直径小于圆盘（2）的直径，圆盘（2）的另一个端面上设置有环状的叶片安装体（3），在所述叶片安装体（3）上对称设置有至少三个安装孔（31），所述安装孔（31）的轴向与叶片安装体（3）的轴向相交并垂直，安装孔（31）的孔径和轴向深度与水泵叶片柄相匹配。

2.根据权利要求1所述的用于加工水泵叶轮外球面的工装夹具，其特征在于，叶片安装体（3）外侧设置有与安装孔（31）相对应的定位面（32），安装孔（31）位于所述定位面（32）的中心，定位面（32）与水泵叶片的柄部轴肩（81）的形状尺寸相匹配。

3.一种利用权利要求1所述工装夹具加工水泵叶轮外球面的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）把叶片（8）的柄部插入安装孔（31），使叶片端部两端端点的连线与叶片安装体（3）的回转面基本平行，用双头螺柱（7）的一端旋入叶片（8）柄部的螺纹孔中，叶片固紧板（4）穿在双头螺柱（7）上，然后在双头螺柱（7）另一端旋紧螺母（6），把叶片（8）压紧固定在叶片安装体（3）上；

2）所有叶片都安装到叶片安装体（3）上后，将叶片安装体（3）放置在车床上，用车床回转卡盘（9）旋紧，从凸缘（1）的圆周方向牢牢夹紧凸缘（1），从而限制叶片安装体（3）轴向和周向的自由度；

3）调整车刀刀尖与叶片安装体（3）回转中心线的距离为叶片端部弧面直径，使叶片端部弧面球心位于叶片安装体（3）的回转中心线上，开启车床，将加工出的弧面作为水泵叶轮外球面。

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