CN104589099B - 一种用于大直径、薄壁厚的环锥形薄壁类零件立车加工的工装及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于环锥形薄壁类零件立车加工的工装，包括：工装底板，其为中心开有通孔的盘装，一芯轴一端穿过该中心通孔后固定在该工装底板上；胀形滑块，其为多个，胀形滑块一端作为装夹面其端面轮廓与待加工工件内壁面曲面匹配，另一端作为驱动端其端面为斜面；锥形块，其套接在芯轴上且其锥形面与锥形空间匹配，其可被驱动已与所述锥形空间相互作用，从而驱动各胀形滑块在所述导轨上径向滑动使所述各胀形滑块装夹面与所述工件内壁抵接，从而将其夹紧固定以进行加工。本发明还公开上述工装在立车加工中的应用。本发明可以实现对环锥形薄壁零件的夹紧固定，保证工件加工时与夹具间隙均匀以及不会轴向滑动从而加工精度高，同时便于拆装。

Description

一种用于大直径、薄壁厚的环锥形薄壁类零件立车加工的工 装及其应用

技术领域

本发明属于薄壁零件加工工艺装备领域，具体涉及一种用于环锥形薄壁零件立车加工的工装及其应用。

背景技术

在中、小型燃气轮机中，存在大量的环形薄壁机匣类零件，其具有结构复杂、尺寸大、壁厚非常薄、精度要求高等特点，例如环形薄壁机匣类零件结构尺寸最大达2000mm、壁最薄达1.5mm、制造精度最高要求IT7级。

由于环形薄壁零件直径大、壁厚薄，刚性差，容易产生变形，这类零件对工艺和设备要求非常高，制造难度相当大。在加工过程中，若立车中采用常规的使用卡盘、压板装夹工件的方法显然无法对环形薄壁零件进行装夹、校正、加工。

特别是对于一端直径大另一端直径小的呈锥形的环状薄壁类零件(环锥形)，由于其锥度的存在，在加工过程中其装夹和固定非常困难，容易产生滑动，而且由于通常工装夹具无法整体支撑整个筒体，使得零件两端部的呈自由端且弦长会非常长，导致两端刚性不足从而易变形，而且在加工时产生颤动，使得整体加工精度交较低，形状误差大。

对比文件CN102485385A公开了一种薄壁筒体紧固装置，包括芯轴，该芯轴中央设有隔套，隔套左侧的芯轴上依次设有左挡板、左锥套、左压块、挡环，隔套右侧的芯轴上依次设有右挡板、右锥套、右压块。其中隔套、左挡板、左锥套、左压块、右挡板、右锥套、右压块都可以在芯轴上滑动，左挡板和左锥套、右挡板和右锥套之间分别设有轴向间隙，挡环固定设置在芯轴上，右压块右侧的芯轴上设有紧固螺母，左锥套和右锥套的外周锥形面上分别与其配合的设有内孔为锥形、由多个半环组成的环形哈夫块。通过拧紧紧固螺母，由于挡环的阻挡，右锥套向左锥套压近，两个锥套分别带动环形哈夫块的半环块向四周胀起，在内侧将薄壁筒体胀紧，将薄壁筒体紧固在薄壁筒体紧固装置上，实现环形薄壁装夹。该方案中的装置可以将筒体较长的薄壁筒体夹紧在车床上，可以实现较好的同轴度并且加工时筒体变形较小。

但是，上述技术方案中的夹紧装置仅适用于直径不变的直筒薄壁零件的加工，对于锥形的环形薄壁零件，这种夹具无法保证零件在加工过程中不发生滑移；另外，对于筒壁与内部的环形哈夫块外壁面之间的圆周空隙，无法保证其间隙均匀；同时，左右两锥套在装夹完成后进行拆卸时常常由于锥形面结合过紧而无法拆卸；特别是，在加工零件两端部时，由于零件两端部的呈自由状态的端部较长，使得两端刚性不足从而容易产生变形，而且在加工时会产生颤动，使得整体加工精度较低，形状误差大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于环锥形薄壁类零件立车加工的工装及其应用，其通过将与环锥形薄壁零件内壁面匹配的胀块与驱动其发胀的锥形块进行结构优化设计，并通过设置压紧块和端部挡块，从而实现对环锥形薄壁零件的夹紧固定，保证工件加工时与夹具间隙均匀以及不会轴向滑动从而加工精度高，同时便于拆装。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种用于环锥形薄壁类零件立车加工的工装，其包括：

工装底板，其为中心开有通孔的盘装，一芯轴一端穿过该中心通孔后固定在该工装底板上，该工装底板上开有多条沿径向呈辐射状布置的导轨；

胀形滑块，其为多个，所述胀形滑块一端作为装夹面其端面轮廓与待加工工件内壁面曲面匹配，另一端作为驱动端其端面为斜面，各胀形滑块分别通过一个所述导轨布置在所述工装底板上并可相对径向滑动，可使得上述多个胀形滑块的装夹面围成圆形轮廓以用于与待加工的环锥形薄壁零件内壁面抵接，而所述驱动端端面则围成锥形空间且所述芯轴穿过该锥形空间；

锥形块，其套接在所述芯轴上且其锥形面与所述锥形空间匹配，其可被驱动已与所述锥形空间相互作用，从而驱动各胀形滑块在所述导轨上径向滑动使所述各胀形滑块装夹面与所述工件内壁抵接，从而将其夹紧固定以进行加工。

作为本发明的改进，所述锥形块通过螺纹套接在芯轴上的螺母驱动，该锥形块与螺母作用的端面上设置有凹槽，所述螺母对应处设置有可与其匹配的凸起，其可在所述螺母回退时带动所述锥形块退出所述锥形空间，从而便于胀形块拆卸。

作为本发明的改进，还包括压环，其用于在工件固定到位后从工件外壁面压紧，从而均匀各胀形滑块在周向上的间隙。

作为本发明的改进，还包括保护压块，其设置在工件端部，用于从端面抵紧工件，防止其在工件胀形时在胀形滑块外圆锥面上滑动。

作为本发明的改进，所述锥形块与芯轴套装的内孔上设置有台阶，用于内孔台阶与芯轴的台阶配合，防止旋紧压紧螺母过低，锥形块胀形过大，使工装、工件产生损伤。

作为本发明的改进，胀形滑块为哑铃结构，两端均有圆锥面，小端组成内孔锥面与锥形块贴合，大端组成外圆锥面与环形薄壁零件内孔型面贴合。

按照本发明的另一个方面，提供一种上述工装在环锥形薄壁零件立车加工中的应用。

本发明的用于环形薄壁零件立车加工的工装，其通过一组同心滑块的胀圆机构，将环形薄壁零件撑圆固定，解决现有加工薄壁零件刚性差，加工无法直接装夹、加工易发生颤动、校正困难等问题，可以实现直径Φ500-2000mm、壁厚1.5～6mm环形薄壁零件的端面、两端接口部位的加工。

本发明的上述用于环形薄壁零件立车加工的工装，安装在立车工作转台上，保证其与工作转台同心，其包括工装底板、胀形机构和附属紧固件；所述胀形机构安装在所述底板上；所述胀形机构，在工装底板上由内到外依次为芯轴、压紧螺母、锥形块、胀形滑块等；所述胀形滑块外型面为工件内孔型面，胀形时，两者完全贴合。通过旋转压紧螺母压紧锥形块推动胀形滑块往外移动，撑紧套在胀形滑块外圆面上的工件，达到工件胀形装夹、校型目的，同时满足工件与工作转台同心，达到校正工件的目的。

作为本发明的进一步改进，所述胀形滑块多件组成一个完整环件，相邻两件间需留10～20mm间隙，便于胀形或收缩时，相互间不干涉。胀形滑块组成的环件直径Φ500～2000，满足直径Φ500～2000 的环形工件装夹要求。

胀形滑块为哑铃结构，中部为导杆，两端均有圆锥面，小端组成内孔锥面与锥形块贴合，大端组成外圆锥面与环形薄壁零件内孔型面贴合。其中，外圆锥面的形状通过环形薄壁零件内孔型面进行设计，高度较工件高度少约10mm，使工件两端面加工区域露出工装外且工件悬长最短。

作为本发明的进一步改进，所述工装底板上上端面设有导轨，用限位压板将胀形滑块固定在工装底板导轨内沿径向滑动；工装底板中心设有芯轴销孔，用于芯轴的定位。

作为本发明的进一步改进，所述芯轴为铰制螺栓结构，上部为外螺纹，下部圆柱面为高精度销轴，与工装底板芯轴孔配合定位。

作为本发明的进一步改进，所述锥形块与压紧螺母套在芯轴上，一同安装在工装底板芯轴孔中。其下部外圆为外圆锥面，与胀形滑块的小端锥面贴合。锥形块向下移动时，推动胀形滑块往外移动，达到工件胀形、固定的目的；

作为本发明的进一步改进，所述锥形块上端平面设有半边卡槽，与压紧螺母配合使用，压紧螺母一端外圆加工有圆环翼板结构卡在锥形块上端平面半边卡槽内，旋转压紧螺母在芯轴上上下移动时，带动锥形块上下移动，防止压紧后锥形块与胀形滑块吸合，无法取下锥形块。

本发明的胀形滑块大端上下端面设有保护压块，使工件胀形时，防止工件在胀形滑块外圆锥面上滑动。

本发明的胀形机构撑圆工件时，工件外侧设有压环，用压板等方法，分别从工件外侧、内侧将压环压紧，分别加工工件的小端部位、大端部位，同时压环将胀形滑块间的间隙圆周均匀分布。

加工时，首先将工装底板、芯轴、压紧螺母、锥形块、胀形滑块、限位压块组装一起，一同放置在立车工作转台上。调整工装，保证胀形滑块外圆锥面与工作转台同心。将工件放置在胀形滑块外圆锥面上，在胀形滑块大端上下端面安装保护压块压紧工件上下端面，防止工件在胀形滑块外圆锥面上滑动。拧紧压紧螺母使胀形滑块沿工装底板径向向外移动，撑紧工件。撑紧后，使用胀形滑块锁紧螺栓将胀形滑块固定在工装底板上。然后，在工件外圆放置压环，将工件与胀形滑块间的间隙圆周均匀分布，分别从工件外侧、内侧将压环压紧，加工工件的小端部位、大端部位。压环压紧工件后，拆除工件上下端面的保护压块。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

可装夹Φ500-2000mm环形薄壁零件，壁厚1.5～6mm，满足可立车加工其两端面、距端面约5mm的内孔面和外圆面；由于环形薄壁零件刚性差，在加工环形薄壁零件两端段部时，使工件端面悬长仅有 5mm，提高工件的刚性，减少工件加工时的颤动；工件易变形，在加工前，工艺装备需对工件进行校型，达到可接受的形状误差；需校正工件与立车工作转台同心，满足加工要求。

附图说明

图1为本发明实施例的用于一种用于环形薄壁零件端部加工的工艺装备的总体结构示意图；

图中：101工装底板、102芯轴锁紧螺钉、103芯轴、104胀形滑块锁紧螺栓A、105胀形滑块、106胀形滑块锁紧螺栓B、107压环、 108保护压块锁紧螺栓、109保护压块、110限位压块锁紧螺栓、111 限位压块、112压紧螺母、113锥形块。

图2为本发明实施例的工装底板的结构示意图；

图中：201导轨、202芯轴孔。

图3为本发明实施例的芯轴的结构示意图；

图4为本发明实施例的锥形滑块的结构示意图；

图5为本发明实施例的压紧螺母的结构示意图；

图6(a)和图6(b)为本发明实施例的胀形滑块的结构示意图；

图7为本发明实施例的保护压块的结构示意图；

图8为本发明实施例的压环的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实施例的环形薄壁零件端部加工的工艺装备，包括工装底板 101、芯轴103、压紧螺母112、锥形块113、胀形滑块105、限位压块111、压环107、保护压块109及附属紧固件。

如图1，本发明的具体连接形式是，在工装底板101上，由内到外依次为芯轴103、压紧螺母112、锥形块113、胀形滑块105和压环 107。压紧螺母112和锥形块113套在芯轴103上，一同安装在工装底板101的芯轴孔202上；多件(例如本实施例中可以优选为8件) 胀形滑块105一一对应放置在工装底板101的多处(例如对应为8处) 胀形滑块导轨201内，小端朝内、大端朝外，其中多件胀形滑块105 组合成的内孔锥面与锥形块113外圆锥面贴合，组合成的外圆锥面与工件内孔型面贴合；多件(例如对应为8件)限位压板111一一对应地将多件(如8件)胀形滑块105固定在各自的导轨201内滑动；保护压块109固定在胀形滑块105大端上下端面；压环107套在8件胀形滑块105外圆锥面上的薄壁零件外圆上。

通过芯轴锁紧螺钉102将芯轴103固定在工装底板101上；通过多组(如8组)限位压块锁紧螺栓110将多件(如8件)限位压板111 固定在工装底板101上，使多件(如8件)胀形滑块105沿径向导向滑动和便于胀形滑块105拆卸；通过胀形滑块锁紧螺栓A104、胀形滑块锁紧螺栓B106将已胀形到位的胀形滑块105锁紧在工装底板101 上。

如图2，工装底板101为盘状结构，上端面开有导轨201、芯轴孔202、限位压块锁紧螺栓孔、胀形滑块锁紧螺栓孔、胀形滑块锁紧螺栓孔和芯轴锁紧螺钉孔。

导轨201用于胀形滑块105沿径向导向滑动；芯轴孔202用于芯轴103在工装底板101上的定位。

如图3，芯轴103为铰制螺栓结构，上部为外螺纹，下部圆柱面Φd为高精度销轴，圆柱面Φd与工装底板芯轴孔202配合定位。

如图5，压紧螺母112内孔设有内螺纹，内螺纹与芯轴103外螺纹配合；外圆为六方结构，其中一端外圆加工有圆环翼板结构。

如图4，锥形块113上端平面设有半边卡槽，下部外圆为外圆锥面，与胀形滑块105的小端锥面贴合，锥角a2优选设置为20°～35°，内孔设有台阶。

使用时，将压紧螺母112圆环翼板放置在锥形块113半边卡槽内，两者一同套在芯轴103上，旋转压紧螺母112向下移动时，可以使锥形块113向下移动，从而推动胀形滑块105往外移动，达到工件胀形、固定的目的；旋转压紧螺母112向上移动时，通过压紧螺母圆环翼板卡在锥形块113卡槽内，带动锥形块113向上移动，防止压紧后锥形块113与胀形滑块105吸合，无法取下锥形块。

锥形块113内孔设有过载保护，内孔台阶与芯轴103的台阶配合，防止旋紧压紧螺母112过低，锥形块113胀形过大，使工装、工件产生损伤。

如图6，工艺装备中的多件(n件)胀形滑块105可组成一个完整环件，环件直径根据环形薄壁零件尺寸具体选择，例如Φ500～2000 (mm)，满足直径Φ500～2000的环形工件装夹要求。其中每件胀形滑块105的角度为360°/n，且相邻两件间优选留10～20mm间隙，便于胀形或收缩时，相互间不干涉。

胀形滑块105为哑铃结构，两端均有圆锥面，小端组成内孔锥面与锥形块113贴合，大端组成外圆锥面与环形薄壁零件内孔型面贴合，适合加工的环形薄壁零件的内孔角度a1可以优选为0～60°。其中，外圆锥面的形状通过环形薄壁零件内孔型面进行设计，高度较工件高度少约10mm，使工件两端面加工区域露出工装外且工件悬长最短。

如图7，保护压块109横截面为阶梯形状，宽度应为100～150mm，使工件胀形时，保护工件贴合工装的同时避免保护压块109与工件间的受力过于集中。

如图8，压环107为环形结构，内孔为锥面，角度为环形薄壁零件外圆型面角度。在使用胀形滑块105将工件调整好后，将压环107 套在工件外圆面上，然后用压板等方法，分别从工件外侧、内侧将压环压紧，加工工件的小端部位、大端部位；同时压环107将工件与胀形滑块105间的间隙圆周均匀分布。

加工时，首先将工装底板101、芯轴103、压紧螺母112、锥形块 113、胀形滑块105、限位压块111组装一起，一同放置在立车工作转台上。调整工装，保证胀形滑块105外圆锥面与工作转台同心。将工件放置在胀形滑块105外圆锥面上，在胀形滑块105大端上下端面安装保护压块109压紧工件上下端面，防止工件在胀形滑块105外圆锥面上滑动。拧紧压紧螺母112使胀形滑块105沿工装底板101径向向外移动，撑紧工件。撑紧后，使用通过胀形滑块锁紧螺栓A104、胀形滑块锁紧螺栓B106将胀形滑块固定在工装底板101上。然后，在工件外圆放置压环107，将工件与胀形滑块105间的间隙圆周均匀分布，分别从工件外侧、内侧将压环压紧，加工工件的小端部位、大端部位。压环压紧工件后，拆除工件上下端面的保护压块109。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明具有多重作用，对环形薄壁零件进行装夹、校正、胀形；

(2)加工直径相差不大的环形薄壁零件，本发明中的底板101、芯轴103、压紧螺母112、锥形块113、限位压块111、保护压块109及附属紧固件均可通用；

(3)本发明的锥形块113设有过载保护机构，防止工件胀形过大；

(4)本发明设有保护压块109，防止工件在胀形滑块105外圆锥面上滑动；

(5)本发明工件外设有压环107，可将工件与胀形滑块105间的间隙圆周均匀分布；

(6)本发明可装夹Φ500-2000mm环形薄壁零件，壁厚1.5～6mm，满足可立车加工其两端面、距端面约5mm的内孔面和外圆面。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于大直径、薄壁厚的环锥形薄壁类零件立车加工的工装，其包括：

工装底板(101)，其为中心开有通孔的盘状，一芯轴一端穿过该中心通孔后固定在该工装底板(101)上，该工装底板(101)上开有多条沿径向呈辐射状布置的导轨；

胀形滑块(105)，其为多个，所述胀形滑块(105)一端作为装夹面其端面轮廓与待加工工件内壁面曲面匹配，另一端作为驱动端其端面为斜面，各胀形滑块(105)分别通过一个所述导轨布置在所述工装底板(101)上并可相对径向滑动，可使得上述多个胀形滑块(105)的装夹面围成圆形轮廓以用于与待加工的环锥形薄壁零件内壁面抵接，而所述驱动端端面则围成锥形空间且所述芯轴穿过该锥形空间；锥形块(113)，其套接在所述芯轴上且其锥形面与所述锥形空间匹配，其可被驱动以与所述锥形空间相互作用，从而驱动各胀形滑块(105)在所述导轨上径向滑动使所述各胀形滑块(105)装夹面与所述工件内壁抵接，从而将其夹紧固定以进行加工；所述胀形滑块(105)为哑铃结构，两端均有圆锥面，小端组成内孔锥面与锥形块(113)贴合，大端组成外圆锥面与环形薄壁零件内孔型面贴合；所述锥形块(113)上端平面设有半边卡槽，下部外圆为外圆锥面，与胀形滑块(105)的小端锥面贴合，锥角为20°～35°，该锥形块(113)与芯轴套装的内孔上设置有台阶，用于内孔台阶与芯轴(103)的台阶配合，防止旋紧压紧螺母(112)过低，锥形块(113)胀形过大，使工装、工件产生损伤；以及

压环(107)，其用于在工件固定到位后从工件外壁面压紧，从而将工件与胀形滑块(105)间的间隙圆周均匀分布。

2.根据权利要求1所述的一种用于大直径、薄壁厚的环锥形薄壁类零件立车加工的工装，其中，所述锥形块(113)通过螺纹套接在芯轴上的螺母驱动，该锥形块与螺母作用的端面上设置有凹槽，所述螺母对应处设置有与其匹配的凸起，其可在所述螺母回退时带动所述锥形块退出所述锥形空间，从而便于胀形滑块拆卸。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于大直径、薄壁厚的环锥形薄壁类零件立车加工的工装，其中，还包括保护压块(109)，其设置在工件端面，用于从端面抵紧工件端面，用于在使工件胀形时，防止其在胀形滑块外圆锥面上滑动。

4.一种上述权利要求1-3中任一项所述的工装在大直径、薄壁厚的环锥形薄壁零件立车加工中的应用。