CN104385001B - Gis系列储油箱加工专用性组合式夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种GIS系列储油箱加工专用性组合式夹具。采用该套夹具，比传统加工工艺减少了一道工序，加工效率提高了20%；装夹和拆卸工件方便快捷，装夹和拆卸时间缩短了60%；工件定位调节方便，定位基准精确可靠，提高了工件的加工质量，加工精度和形位公差精度提高了45%；首件定位调节固定后，后续工件装夹时，无需再次调节定位，提高了生产效率，单件生产周期缩短了30%；提高了密封法兰面的加工质量，提高了储油箱装配后的密封性，绝缘油消耗量降低了15%。

Description

GIS系列储油箱加工专用性组合式夹具

技术领域

本发明涉及一种机床夹具，具体涉及一种用于油浸倒置式电流互感器关键配套件储油箱机械加工的专用性组合式机床夹具。

背景技术

电流互感器储油箱是油浸倒置式电流互感器的关键部件，广泛应用于高压、超高压、特高压等各种电压等级开关设备，其由箱体和箱盖组成，主要作用是存储及提供油纸绝缘所需的绝缘油，维持电力系统对高压互感器在运行期间的绝缘水平，其性能的优劣对防止进潮进水，防止外界杂质的进入，防止绝缘油外泄与降低油耗，延长设备运行寿命，以及适应检修作业而提供取油样或必要时的大量进、放油或少量补油等方面具有重要意义。储油箱以铸造工艺方法生产铸件毛坯后，再利用加工中心对铸件毛坯进行机械加工，机床夹具是储油箱机械加工过程中不可或缺的专用性工艺装备。

机床夹具是为使工件能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其它表面的相互位置精度等技术要求，在机床上加工工件时将工件准确定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地定位、夹紧的装置。按使用特点可分为：万能通用夹具、专用性夹具、可调夹具、组合夹具。通常由定位元件、夹紧装置、对刀引导元件、分度装置、连接元件以及夹具体等组成。夹具设计的质量，对工件的产品质量、生产效率、加工成本以及生产安全等有直接的影响。为此，设计夹具时必须考虑其实用性、经济性、可靠性等。

如图1、图2、图3所示，传统的储油箱加工工艺分为三道工序，工序1、工序2和工序3。工序1：以大端法兰背面a为定位基准面，粗加工小端法兰面g，即工步01，并以该面g作为工序2的定位基准面。工序2：以粗加工的小端法兰面g作为定位基准面，该工序包括3个工步，工步01，铣削加工大端法兰端面；工步02，钻孔；工步03，攻丝。工序3：以工序2加工后的大端法兰面e上对称分布的4个通孔f作为定位基准，该工序包括6个工步，工步01，铣削（精加工）加工小端法兰端面；工步02，小端法兰面钻孔；工步03，铣削加工侧面凸台端面；工步04，侧面凸台内孔镗孔；工步05，侧面凸台钻孔；工步06，攻丝。

储油箱的传统加工工艺采用两套机床夹具：三爪卡盘（万能通用夹具）、专用性组合夹具100。工序1和工序3同时采用专用性组合夹具100，工序2采用三爪卡盘。

如图4所示，传统机械加工的专用性组合夹具100，该夹具100包括底板101、夹紧装置（图中，元件102～105，工序3加工时为定位装置）、定位装置（图中，元件106～109，工序3加工时为夹紧装置）及若干连接元件组成。夹紧装置由8根支柱102、2个横梁103、4个气缸104、4个定位螺柱105组成，底板101左右两侧各安装4根支柱102，2个横梁103分别安装在底板101左右两侧的4根支柱102上部，4个气缸104安装在底板101左右两侧，每侧2个位于横梁103的正下方，4个定位螺柱105分别安装在4个气缸104的上部，4个定位螺柱105的上部穿过横梁103上开设的通孔，该4个通孔与工件的4个通孔f位置和尺寸相对应。定位装置由4个方支柱106、4个支板107、4个定位螺栓108、4个锁紧螺母109组成，底板101左右两侧各安装2个方支柱106，分别位于两侧横梁103的外侧，与4个气缸104的安装位置相对应，4个支板107分别安装在4个方支柱106上部，4个定位螺栓108分别安装在4个支板107的靠近产品侧，即大端法兰背面上方，锁紧螺母109目的是固定定位螺栓108，防止加工时定位螺栓108松动。

如图5所示，传统机械加工时工序1工件的装夹和拆卸，装夹前4个气缸104均在非工作状态，支板107和定位螺栓108始终处于工作状态。首先将工件大端向下在2个横梁103和4个定位螺栓108之间由一侧推入到夹具100的中心部位，放置在夹具100的2个横梁103上面，然后升起气缸104，带动螺柱105上升到工作位置，最后旋转4个定位螺栓108压紧大端法兰背面a，且调节4个定位螺栓，使工件处于水平状态，完成工件的定位和夹紧。拆卸工件时，降下4个气缸104，将工件由一侧抽出即可。使用该夹具的定位装置对工件定位时，工件处于悬空位置，由于大端法兰背面a向上，定位调节不方便，调节定位螺栓108时需要抵抗气缸104的压紧力，手工调节定位难以与之抗衡，而且大端法兰背面a的定位接触点不固定，工件每次装夹均需重复调节定位。作为后序定位基准面的小端法兰面g加工质量难以保证，以致影响工序2、3的加工质量，造成两端法兰各自的厚度均匀性差，其它部位的位置尺寸和形位公差精度低，同时生产效率低。

传统机械加工时工序2工件的装夹和拆卸，首先将三爪卡盘安装在加工中心的工作台面上，然后将工件小端向下放置在三爪卡盘上，由于大端法兰不是圆形，需要经过多次对刀，调整工件位置，使工件前、后、左、右居中，最后将工件夹紧。使用三爪卡盘对工件夹紧，每个工件均需多次对刀调节定位，生产效率低，且大端法兰处于悬空位置，平面度、法兰厚度和形位公差精度难以保证，以致影响工序3的加工质量。

如图6所示，传统机械加工时工序3工件的装夹和拆卸，装夹前4个气缸104均在非工作状态，支板107和定位螺栓108转回外侧。首先升起气缸104，带动螺柱105上升到工作位置，然后将工序2加工后的工件大端向下放置在夹具100的2个横梁103上面，并且使4个定位螺柱105的上端穿过工件大端法兰面上的4个通孔f，但不超过大端法兰背面a，然后将支板107和定位螺栓108转到工作位置，用螺栓110将支板107固定，最后旋转定位螺栓108压紧大端法兰背面a，完成工件的定位和夹紧。拆卸工件时，首先旋转定位螺栓108脱离大端法兰背面a，然后松开螺栓110，将支板107和定位螺栓108转回外侧，最后降下气缸104，使螺柱105脱离大端法兰面上的4个通孔f，即可将工件无阻碍地取下。使用该夹具的夹紧装置对工件夹紧，操作不方便，装夹速度慢，批量生产效率低。

传统加工工艺工序图

因此，为了克服上述问题，有必要提供一种利用简单经济的组合装配、适用于储油箱加工需要的专用性夹具。

发明内容

为了克服使用传统机械加工夹具加工储油箱时“两端法兰厚度合格率低、位置尺寸和形位公差精度低、生产效率低、密封面质量差、储油箱装配密封性差、绝缘油消耗量高”的问题，本发明提供一种专用性组合式夹具，该夹具不仅定位精确、夹紧牢靠，提高了加工精度、密封面质量和储油箱装配后的密封性，而且装夹和拆卸工件方便快捷，极大提高了机械加工生产效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明包括底板（201）、上/下定位夹紧装置、左/右定位夹紧装置、前/后定位夹紧装置及若干连接固定元件组成：

上/下定位夹紧装置：定位部由4根支柱（202）、4个定位螺栓（203）、4个锁紧螺母204组成，4根支柱（202）均布安装在底板（201）左右两侧，4个定位螺栓（203）分别安装在4根支柱（202）的顶部；夹紧部一由4根支柱（202）、2个横梁（205）、4个气缸（206）组成，4根支柱（202）均布安装在底板201前后两侧，2个横梁（205）分别安装在前后两侧2根支柱（202）的顶部，2个横梁（205）的顶部两端各安装2个气缸（206）；夹紧部二由4个转角气缸（207）组成，分别均布安装在底板（201）的中心部位；

左/右定位夹紧装置：定位部由横梁（208）、定位螺栓（209）、锁紧螺母（210）组成，横梁（208）安装在左侧的两根支柱（202）的上部，定位螺栓209安装在横梁208的两头，即位于工件左、右侧凸台的两侧；夹紧部由横梁（211）、支柱（212）、气缸（213）组成，横梁（211）安装在右侧的两根支柱（202）的上部，气缸（213）安装在横梁（211）的内侧，支柱（212）安装在横梁（211）中间下部；

前/后定位夹紧装置：定位部由支撑板（214）、定位螺栓（215）、锁紧螺母（216）组成，底板201上开设有矩形槽，以保证定位部的安装位置和操作空间，支撑板214安装在底板（201）的矩形槽内，定位螺栓（215）安装在支撑板（214）上；夹紧部由支撑板（217）、气缸（218）组成，支撑板（217）安装在底板（201）上，以保证气缸218的安装位置，底板（201）上开设有矩形通孔，以保证夹紧部的安装位置和操作空间，气缸（218）安装在底板（201）和支撑板（217）的连接区域。

本发明的有益效果是：采用该套夹具，比传统加工工艺减少了一道工序，加工效率提高了20%；装夹和拆卸工件方便快捷，装夹和拆卸时间缩短了60%；工件定位调节方便，定位基准精确可靠，提高了工件的加工质量，加工精度和形位公差精度提高了45%；首件定位调节固定后，后续工件装夹时，无需再次调节定位，提高了生产效率，单件生产周期缩短了30%；提高了密封法兰面的加工质量，提高了储油箱装配后的密封性，绝缘油消耗量降低了15%。

附图说明

图1、2是机械加工定位夹紧工艺设计示意图。

图3是传统机械加工专用性夹具100结构示意图。

图4是传统机械加工工序1工件装夹示意。

图5是传统机械加工工序3工件装夹示意。

图6是本发明工序1夹具200结构示意图。

图7、8是本发明工序1工件装夹示意图。

图9是本发明工序2夹具300结构示意图。

图10是本发明工序1工件装夹示意图。

图中，a. 大端法兰背面,b.小端法兰内腔面,c.左/右侧面,d.小端法兰外圆面前/后两个点位,e.大端法兰面,f.大端法兰面4个通孔，g.小端法兰面

101.底板，102.圆支柱，103.水平横梁，104.气缸，105.定位螺柱，106.方支柱，107，支板，108.定位螺栓，109.锁紧螺母，110.螺栓，201.底板，202.圆支柱，203.定位螺栓，204.锁紧螺母，205.水平横梁，206.气缸，207.转角气缸，208.垂直横梁，209.定位螺栓，210.锁紧螺母，211.带支座垂直横梁，212.圆支柱，213.气缸，214.支撑板，215.定位螺栓，216.锁紧螺母，217.支撑板，218.气缸，301.底板，302.圆支柱，303.水平横梁，304.气缸，305.定位螺柱，306.转角气缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

1.加工工艺路线设计。参见下表所示，机械加工的工艺过程分为两道加工工序：工序1和工序2。工序1包括3个工步：工步01，铣削加工大端法兰端面；工步02，钻孔；工步03，攻丝。工序2包括6个工步：工步01，铣削加工小端法兰端面；工步02，小端法兰钻孔；工步03，铣削加工侧面凸台端面；工步04，侧面凸台内孔镗孔；工步05，侧面凸台钻孔；工步06，攻丝。

2.定位基准和夹紧方案。根据下表中所述的加工工艺路线，设计出各工序的定位基准和装夹方案。参见图1、2所示，工序1以大端法兰背面a作为定位基准，并以大端法兰背面a和小端法兰内腔面b作为上/下方向的夹紧点；以壳体部位左/右侧面c（凸台两侧的表面）分别作为左/右方向的定位基准和夹紧点；以小端法兰外圆面前/后两个点位d分别作为前/后方向的定位基准和夹紧点。工序2以工序1加工后的大端法兰面e上对称分布的4个通孔f作为前、后、左、右方向的定位基准，以加工后的大端法兰面e和大端法兰背面a作为上/下方向的夹紧点。

3.夹具设计与制作方案。根据下表中所述的加工工艺路线设计，每道工序各需一套夹具，即工序1夹具和工序2夹具，两套夹具采用相同的结构设计。夹具的结构包括：夹具体、定位元件、夹紧装置和连接元件。夹具体的结构由底板、支柱、横梁及连接元件组成，结构简单，易于制作和安装；定位元件由螺栓和螺母组成，用螺栓调节工件定位，使工件居于夹具体正中，方便快捷，定位精确，用螺母将螺栓锁紧，批量加工时无需重复对刀和调节定位；夹紧装置采用气缸和转角气缸组合夹紧方式，机械自动化程度高，易于装夹和拆卸工件。

参见图6。工序1夹具200，包括底板201、上/下定位夹紧装置（图中，元件202～207）、左/右定位夹紧装置（图中，元件208～213）、前/后定位夹紧装置（图中，元件213～218）及若干连接固定元件组成。

上/下定位夹紧装置。定位部由4根支柱202、4个定位螺栓203、4个锁紧螺母204组成，4根支柱202均布安装在底板201左右两侧，4个定位螺栓203分别安装在4根支柱202的顶部，锁紧螺母204目的是便于批量生产时首件定位加工合格后，固定定位螺栓203，避免重复进行定位操作。夹紧部1由4根支柱202、2个横梁205、4个气缸206组成，4根支柱202均布安装在底板201前后两侧，2个横梁205分别安装在前后两侧2根支柱202的顶部，2个横梁205的顶部两端各安装2个气缸206。夹紧部2由4个转角气缸207组成，分别均布安装在底板201的中心部位。

左/右定位夹紧装置。定位部由横梁208、定位螺栓209、锁紧螺母210组成，横梁208安装在左侧的两根支柱202的上部，定位螺栓209安装在横梁208的两头，即位于工件左、右侧凸台的两侧，使用锁紧螺母210目的是便于批量生产时首件定位加工合格后，固定定位螺栓209，避免重复进行定位操作。夹紧部由横梁211、支柱212、气缸213组成，横梁211安装在右侧的两根支柱202的上部，气缸213安装在横梁211的内侧，支柱212安装在横梁211中间下部，起支撑横梁211的作用，避免气缸213夹紧工件时横梁211变形。

前/后定位夹紧装置。定位部由支撑板214、定位螺栓215、锁紧螺母216组成，底板201上开设有矩形槽，以保证定位部的安装位置和操作空间，支撑板214安装在底板201的矩形槽内，定位螺栓215安装在支撑板214上，锁紧螺母216目的是便于批量生产时首件定位加工合格后，固定定位螺栓215，避免重复进行定位操作。夹紧部由支撑板217、气缸218组成，支撑板217安装在底板201上，以保证气缸218的安装位置，底板201上开设有矩形通孔，以保证夹紧部的安装位置和操作空间，气缸218安装在底板201和支撑板217的连接区域。

参见图7、8。工序1工件装夹，装夹前各气缸均在非工作状态，首先将工件放置在工序1夹具200上，大端法兰背面a放置在4个定位螺栓203上，调节4个定位螺栓203，使工件整体处于水平位置，待定位调节好后，用4个锁紧螺母204将4个定位螺栓203锁紧；调节2个定位螺栓209，使工件宽度左/右方向居于工序1夹具200正中，同时长度方向与工序1夹具200前后方向平行，待定位调节好后，用2个锁紧螺母210将4个定位螺栓209锁紧；调节定位螺栓215，使工件长度前/后方向居于工序1夹具200正中，待定位调节好后，用锁紧螺母216将定位螺栓215锁紧；将4个转角气缸207的压臂同时转到工作位置，压臂向下运动带动压紧螺栓压紧小端法兰内腔表面b；最后将4个气缸206、2个气缸213、气缸218升起，分别压紧端法兰背面a、侧面c、小端法兰外圆面点位d。拆卸工件时，首先将4个转角气缸207的压臂向上移动，然后转回工件内侧，最后4个气缸206、2个气缸213、气缸218，即可将工件无阻碍地取下。

参见图9。工序2夹具300，包括底板301、定位装置（图中，元件302～305）、夹紧装置（图中，元件306）及若干连接固定元件组成。

定位装置由8根支柱302、2个横梁303、4个气缸304、4个定位螺柱305组成，底板301左右两侧各安装4根支柱302，2个横梁303分别安装在底板301左右两侧的4根支柱302上部，4个气缸304安装在底板301左右两侧，每侧2个位于横梁303的正下方，4个定位螺柱305分别安装在4个气缸304的上部，4个定位螺柱305的上部穿过横梁303上开设的通孔，该4个通孔与工件的4个通孔f位置和尺寸相对应。

夹紧装置由4个转角气缸306组成，底板301左右两侧各安装2个转角气缸306，分别位于两侧横梁303的外侧，与4个气缸304的安装位置相对应。

参见图10。工序2工件装夹，装夹前各气缸均在非工作状态，首先升起气缸304，带动螺柱305上升到工作位置，然后将工序1加工后的工件大端向下放置在工序2夹具300上的2个横梁303上面，并且使4个螺柱305的上端穿过工件大端法兰面上的4个通f孔，但不超过大端法兰背面a，最后将转角气缸306的压臂和压紧螺栓转到工作位置，压臂向下运动压紧大端法兰背面a，完成工件的装夹和定位。拆卸工件时，首先将转角气缸306的压臂向上移动，然后转回工件外侧，最后降下气缸304，使螺柱305脱离大端法兰面上的4个通孔f，即可将工件无阻碍地取下。

Claims (1)

1. GIS系列储油箱加工专用性组合式夹具，其特征在于，包括底板（201）、上/下定位夹紧装置、左/右定位夹紧装置、前/后定位夹紧装置及若干连接固定元件组成：

上/下定位夹紧装置：定位部由4根支柱（202）、4个定位螺栓（203）、4个锁紧螺母（204）组成，4根支柱（202）均布安装在底板（201）左右两侧，4个定位螺栓（203）分别安装在4根支柱（202）的顶部；夹紧部一由4根支柱（202）、2个横梁（205）、4个气缸（206）组成，4根支柱（202）均布安装在底板（201）前后两侧，2个横梁（205）分别安装在前后两侧2根支柱（202）的顶部，2个横梁（205）的顶部两端各安装2个气缸（206）；夹紧部二由4个转角气缸（207）组成，分别均布安装在底板（201）的中心部位；

左/右定位夹紧装置：定位部由横梁（208）、定位螺栓（209）、锁紧螺母（210）组成，横梁（208）安装在左侧的两根支柱（202）的上部，定位螺栓（209）安装在横梁（208）的两头，即位于工件左、右侧凸台的两侧；夹紧部由横梁（211）、支柱（212）、气缸（213）组成，横梁（211）安装在右侧的两根支柱（202）的上部，气缸（213）安装在横梁（211）的内侧，支柱（212）安装在横梁（211）中间下部；

前/后定位夹紧装置：定位部由支撑板（214）、定位螺栓（215）、锁紧螺母（216）组成，底板（201）上开设有矩形槽，以保证定位部的安装位置和操作空间，支撑板（214）安装在底板（201）的矩形槽内，定位螺栓（215）安装在支撑板（214）上；夹紧部由支撑板（217）、气缸（218）组成，支撑板（217）安装在底板（201）上，以保证气缸（218）的安装位置，底板（201）上开设有矩形通孔，以保证夹紧部的安装位置和操作空间，气缸（218）安装在底板（201）和支撑板（217）的连接区域。