CN106903338B - 一种加工薄壁t形衬套的夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种用于加工薄壁类金属材料或含碳纤维等硬脆类添加物复合材料的T型衬套夹具。其特征在于：所述的锁紧螺钉是一个芯轴式螺钉(1)，它包括左边的圆锥段(1a)和右边的螺杆段(1c)。所述的膨胀元件是带有从左到右收敛的圆锥孔(2b)的膨胀套(2)。所述的基座是一个台阶轴，它的左段有一个基座环形凸台(3a)。本发明提出了一种加工薄壁T形衬套的夹具，增大了弹性元件的变形能力，提高了夹紧的可靠性；简化了装夹步骤，提高了装夹效率；简化了结构，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种用于加工薄壁类金属材料或含碳纤维等硬脆类添加物复合材料的T型衬套夹具。
背景技术
在运动部件中，为了减少轴与座在使用过程中的磨损，需要设计T型衬套套在轴与座之间，以最大程度降低轴与座的损耗，避免零部件的频繁更换，产生不必要的成本。T型衬套是一端带有凸肩的衬套。在加工衬套的T字头外表面时，需要将衬套尾部的圆柱筒固定在车床转动轴上。传统固定方式是采用三爪卡盘直接装夹，但这种方式用于一些特殊零件的加工时存在很多弊端，尤其对于薄壁类金属衬套或含碳纤维等硬脆类添加物的复合材料时，若夹持过紧，易造成衬套变形，对于含硬脆类添加物的复合材料甚至产生裂纹；若夹持过松，易造成零件打滑，当加工含硬脆类添加物的复合材料时会降低加工表面质量，严重影响产品质量以及生产效率。中国专利申请201410711333.5“一种自膨胀夹具”公开一种可加工T型衬套的夹具。其缺点是：第一、变径套变形难度大、膨胀能力有限、夹紧的可靠性差。第二、装夹步骤繁琐，装卸工件需要拆卸多个零件，装夹效率低。第三、借助垫圈、凸缘、压盖等实现工件定位，结构复杂，制造成本高。
发明内容
本发明的目的是：提出一种加工薄壁T形衬套的夹具，以便增大弹性元件的变形能力，提高夹紧的可靠性；简化装夹步骤，提高装夹效率；简化结构，降低制造成本。
本发明的技术方案是：一种加工薄壁T形衬套的夹具，包括锁紧螺钉、膨胀元件和基座；基座的右端带有夹持段，基座的左端与膨胀元件连接，被加工的薄壁T形衬套套在膨胀元件外面，通过锁紧螺钉使膨胀元件产生变形夹紧或者松开薄壁T形衬套；其特征在于：
所述的锁紧螺钉是一个芯轴式螺钉1，它包括左边的圆锥段1a和右边的螺杆段1c，圆锥段1a的外径从左到右收敛，在芯轴式螺钉1的左端面上有容纳螺丝刀或扳手的凹槽1b，圆锥段1a的锥角不大于6°；
所述的膨胀元件是一个膨胀套2，它的基体是一个圆筒2a，圆筒2a的内孔是一个从左到右收敛的圆锥孔2b，该圆锥孔2b的锥角与芯轴式螺钉1圆锥段1a的锥角相等，膨胀套2的外径大于芯轴式螺钉1圆锥段1a的最大外径，膨胀套2的外径与被加工的薄壁T形衬套的内孔直径过渡配合；在该圆锥孔2b的内圆锥面上、靠近右端口的位置有一个横截面为矩形的膨胀套环形槽2c，膨胀套环形槽2c的右侧壁形成一个膨胀套内环形凸台2d；在膨胀套2的外圆柱面上有沿圆周均布的、贯通圆筒2a侧壁的至少6个左分隔槽2f和至少6个右分隔槽2g，左分隔槽2f沿直径方向延伸，左分隔槽2f的左端口与圆筒2a的左端口共面，右分隔槽2g沿直径方向延伸，右分隔槽2g的右端口与圆筒2a的右端口共面,左分隔槽2f和右分隔槽2g交错排列；
所述的基座是圆柱轴3，它是一个台阶轴，圆柱轴3的右段轴3c是夹持段，圆柱轴3左段轴的外径小于右段轴3c的外径，在圆柱轴3的左段轴上有一个基座环形槽3b，基座环形槽3b的左侧壁形成一个基座环形凸台3a；基座环形凸台3a位于膨胀套2的膨胀套环形槽2c内，基座环形凸台3a的外径与膨胀套环形槽2c的内径过渡配合；膨胀套2的膨胀套内环形凸台2d进入基座环形槽3b内，膨胀套2的膨胀套内环形凸台2d的外径与基座环形槽3b的内径间隙配合；在圆柱轴3左段轴的左端面中心有一个螺纹盲孔，芯轴式螺钉1的螺杆段1c拧进上述螺纹盲孔内。
本发明的优点是：提出了一种加工薄壁T形衬套的夹具，增大了弹性元件的变形能力，提高了夹紧的可靠性；简化了装夹步骤，提高了装夹效率；简化了结构，降低了制造成本。本发明的一个实施例，经对比试验证明，装夹效率可提高20倍以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中芯轴式螺钉的结构示意图。
图3是本发明中膨胀套的结构示意图。
图4是本发明中基座的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1至图4，一种加工薄壁T形衬套的夹具，包括锁紧螺钉、膨胀元件和基座；基座的右端带有夹持段，基座的左端与膨胀元件连接，被加工的薄壁T形衬套套在膨胀元件外面，通过锁紧螺钉使膨胀元件产生变形夹紧或者松开薄壁T形衬套；其特征在于：
所述的锁紧螺钉是一个芯轴式螺钉1，它包括左边的圆锥段1a和右边的螺杆段1c，圆锥段1a的外径从左到右收敛，在芯轴式螺钉1的左端面上有容纳螺丝刀或扳手的凹槽1b，用于被加工衬套难以拆卸时借助螺丝刀或扳手实施拆卸。圆锥段1a的锥角不大于6°，确保芯轴式螺钉1与膨胀元件配合达到理想的膨胀夹持效果。
所述的膨胀元件是一个膨胀套2，它的基体是一个圆筒2a，圆筒2a的内孔是一个从左到右收敛的圆锥孔2b，该圆锥孔2b的锥角与芯轴式螺钉1圆锥段1a的锥角相等，膨胀套2的外径大于芯轴式螺钉1圆锥段1a的最大外径，膨胀套2的外径与被加工的薄壁T形衬套的内孔直径过渡配合，使得薄壁T形衬套既能轻易的从膨胀套2上套入或卸下，又与膨胀套2保持一定的接触以产生摩擦力；在圆锥孔2b的内圆锥面上、靠近右端口的位置有一个横截面为矩形的膨胀套环形槽2c，膨胀套环形槽2c的右侧壁形成一个膨胀套内环形凸台2d，环形槽2c与环形凸台2d是膨胀套2与基座的连接部位；在膨胀套2的外圆柱面上有沿圆周均布的、贯通圆筒2a侧壁的至少6个左分隔槽2f和至少6个右分隔槽2g，左分隔槽2f沿直径方向延伸，左分隔槽2f的左端口与圆筒2a的左端口共面，右分隔槽2g沿直径方向延伸，右分隔槽2g的右端口与圆筒2a的右端口共面,左分隔槽2f和右分隔槽2g交错排列，这样形成的膨胀套2变形能力强，变形均匀性好，胀紧薄壁T形衬套时可有效避免局部过载。
所述的基座是圆柱轴3，它是一个台阶轴，圆柱轴3的右段轴3c是夹持段，圆柱轴3左段轴的外径小于右段轴3c的外径，在圆柱轴3的左段轴上有一个基座环形槽3b，基座环形槽3b的左侧壁形成一个基座环形凸台3a；基座环形凸台3a位于膨胀套2的膨胀套环形槽2c内，基座环形凸台3a的外径与膨胀套环形槽2c的内径过渡配合，确保夹具系统与薄壁T形衬套径向同轴；膨胀套2的膨胀套内环形凸台2d进入基座环形槽3b内，膨胀套2的膨胀套内环形凸台2d的外径与基座环形槽3b的内径间隙配合，从而实现膨胀套2与基座连接的同时具有良好的旋转自由度，利于薄壁T形衬套在夹具系统上的装夹和拆卸。
为了便于装配，在圆柱轴3的左段轴的左端圆周处有倒角3d，在膨胀套2的右端口处有内倒角2e。
为了避免膨胀套2产生永久变形，所述的膨胀套2采用弹性金属材料制造。
本发明的使用方法是：
首先，将夹具系统与车床转动轴连接。具体做法是：将所述的芯轴式螺钉1的螺杆段1c穿过膨胀套2拧入基座圆柱轴3左段轴的左端面中心的螺纹盲孔内，直至芯轴式螺钉1的左边圆锥段1a与膨胀套2的圆锥孔2b恰好接触；然后将夹具系统的基座右段轴3c固定于车床的三爪卡盘，完成夹具装夹。
其次，将待加工的薄壁T形衬套尾部的圆柱筒套在夹具的膨胀套2上并贴住基座右段轴3c的左端面，旋转衬套，借助衬套内壁、膨胀套2、芯轴式螺钉1的圆锥段1a三者之间的摩擦力，芯轴式螺钉1的螺杆段1c自由拧入基座左段轴的螺纹盲孔；在螺杆段1c自由拧入的同时，芯轴式螺钉1的圆锥段1a沿轴向推进并沿径向挤压膨胀套2，膨胀套2均匀膨胀，贴实衬套内壁，实现衬套与膨胀套2同轴；在膨胀套2与衬套内壁的轴向摩擦力作用下，衬套紧靠基座右段轴3c的左端面，实现轴向定位。当手动旋转拧紧后，芯轴式螺钉1、膨胀套2与衬套恰好达到定位卡紧，至此，待加工的薄壁T形衬套装夹完毕。
加工完成后，反方向旋转薄壁T形衬套，衬套带动膨胀套2和芯轴式螺钉1反向转动，实现芯轴式螺钉1、膨胀套2与衬套之间的松懈并完成拆卸。
整个加工过程操作简单，无需借助其他工具，具有很高的加工效率。
实施例1
本实施例中，加工对象是一种碳纤维增强树脂基复合材料T形衬套，头部凸肩厚度1.5mm，尾部圆柱筒内径10mm，壁厚1mm，加工目标是完成该T形衬套凸肩外端面的精加工。
本实施例中，采用40Cr钢制成本发明提出的薄壁T形衬套加工夹具，所述的芯轴式螺钉1左边圆锥段1a的最大外径为7mm，锥角为6°。所述的膨胀套2的圆筒基体2a的内圆锥孔2b的锥角同为6°，内圆锥孔2b的最大直径为7.2mm，圆筒2a的外径为10mm，与拟加工的T形衬套过渡配合；在圆锥孔2b的内圆锥面上、靠近右端口的位置加工横截面为矩形的膨胀套环形槽2c，环形槽2c的槽宽2mm，槽底直径8mm，环形槽2c的右侧壁形成的环形凸台2d宽1.5mm，凸台内径6mm；在膨胀套2的外圆柱面上加工交错排列的8个左分隔槽2f和8个右分隔槽2g，左分隔槽2f和右分隔槽2g沿圆周均布、贯通圆筒2a侧壁，两种分隔槽槽宽0.5mm。所述的基座是圆柱轴3，它是一个台阶轴，圆柱轴3的右段轴3c为夹持段，圆柱轴3的左段轴的基座环形槽3b槽宽1.5mm，槽底直径6mm，环形槽3b的左侧壁形成的环形凸台3a宽1.8mm，外径8mm，环形凸台3a的外径与膨胀套环形槽2c的内径过渡配合；为便于装配，在圆柱轴3的左段轴的左端圆周处加工30°倒角3d，在膨胀套2的右端口处加工45°内倒角2e，装配完成后，基座环形凸台3a位于膨胀套2的膨胀套环形槽2c内，膨胀套2的膨胀套内环形凸台2d位于基座环形槽3b内，在圆柱轴3左段轴的左端面中心有一个螺纹盲孔，芯轴式螺钉1的螺杆段1c拧进上述螺纹盲孔内。
将本发明形成的加工夹具装于车床上的三爪卡盘，即可进行该碳纤维增强树脂基复合材料T形衬套凸肩外端面的精加工。利用本发明加工此类T形衬套时，装夹和拆卸简便，加工效率显著提高，产品质量优良。
实施例2
本实施例中，加工对象是一种铝合金C形环状应力腐蚀试样，试样外径20mm，壁厚1.5mm，长度20mm，加工目标是完成该试样外表面及端面的精加工。
本实施例中，采用45#钢加工本发明所述的芯轴式螺钉1和基座圆柱轴3，采用弹簧钢加工本发明所述的膨胀套2。所述的芯轴式螺钉1左边圆锥段1a的最大外径为15mm，锥角为6°。所述的膨胀套2的圆筒基体2a的内圆锥孔2b的锥角同为6°，内圆锥孔2b的最大直径为16mm，圆筒2a的外径为17mm，与拟加工的应力腐蚀试样内径过渡配合；在圆锥孔2b的内圆锥面上、靠近右端口的位置加工横截面为矩形的膨胀套环形槽2c，环形槽2c的槽宽4mm，槽底直径15mm，环形槽2c的右侧壁形成的环形凸台2d宽2mm，凸台内径13mm；在膨胀套2的外圆柱面上加工交错排列的8个左分隔槽2f和8个右分隔槽2g，左分隔槽2f和右分隔槽2g沿圆周均布、贯通圆筒2a侧壁，两种分隔槽槽宽1mm。所述的基座是圆柱轴3，它是一个台阶轴，圆柱轴3的右段轴3c为夹持段，圆柱轴3的左段轴的基座环形槽3b槽宽2mm，槽底直径13mm，环形槽3b的左侧壁形成的环形凸台3a宽3.8mm，外径15mm，环形凸台3a的外径与膨胀套环形槽2c的内径过渡配合；为便于装配，在圆柱轴3的左段轴的左端圆周处加工30°倒角3d，在膨胀套2的右端口处加工45°内倒角2e，装配完成后，基座环形凸台3a位于膨胀套2的膨胀套环形槽2c内，膨胀套2的膨胀套内环形凸台2d位于基座环形槽3b内，在圆柱轴3左段轴的左端面中心有一个螺纹盲孔，芯轴式螺钉1的螺杆段1c拧进上述螺纹盲孔内。
将本发明形成的加工夹具装于车床上的三爪卡盘，即可进行该铝合金C形环状应力腐蚀试样外表面及端面的精加工。
实施例3
本实施例中，加工对象是一种铜合金薄壁T形衬套，凸肩厚度1.5mm，尾部圆柱筒内径8mm，壁厚1mm，加工目标是该T形衬套凸肩部位与圆筒外表面。
本实施例中，采用45#钢加工本发明所述的芯轴式螺钉1和基座圆柱轴3，采用弹簧钢加工本发明所述的膨胀套2。所述的芯轴式螺钉1左边圆锥段1a的最大外径为5mm，锥角为6°。所述的膨胀套2的圆筒基体2a的内圆锥孔2b的锥角同为6°，内圆锥孔2b的最大直径为5.4mm，圆筒2a的外径为8mm，与拟加工的T形衬套过渡配合；在圆锥孔2b的内圆锥面上、靠近右端口的位置加工横截面为矩形的膨胀套环形槽2c，环形槽2c的槽宽1.8mm，槽底直径6mm，环形槽2c的右侧壁形成的环形凸台2d宽1.5mm，凸台内径4.8mm；在膨胀套2的外圆柱面上加工交错排列的6个左分隔槽2f和6个右分隔槽2g，左分隔槽2f和右分隔槽2g沿圆周均布、贯通圆筒2a侧壁，两种分隔槽槽宽0.5mm。所述的基座是圆柱轴3，它是一个台阶轴，圆柱轴3的右段轴3c为夹持段，圆柱轴3的左段轴的基座环形槽3b槽宽1.5mm，槽底直径4.8mm，环形槽3b的左侧壁形成的环形凸台3a宽1.6mm，外径6mm，环形凸台3a的外径与膨胀套环形槽2c的内径过渡配合；为便于装配，在圆柱轴3的左段轴的左端圆周处加工30°倒角3d，在膨胀套2的右端口处加工45°内倒角2e，装配完成后，基座环形凸台3a位于膨胀套2的膨胀套环形槽2c内，膨胀套2的膨胀套内环形凸台2d位于基座环形槽3b内，在圆柱轴3左段轴的左端面中心有一个螺纹盲孔，芯轴式螺钉1的螺杆段1c拧进上述螺纹盲孔内。
将本发明形成的薄壁T形衬套加工夹具装于车床上的三爪卡盘，即可进行该铜合金薄壁T形衬套凸肩部位与圆筒外表面的加工。
Claims (5)
1.一种加工薄壁T形衬套的夹具，包括锁紧螺钉、膨胀元件和基座；基座的右端带有夹持段，基座的左端与膨胀元件连接，被加工的薄壁T形衬套套在膨胀元件外面，通过锁紧螺钉使膨胀元件产生变形夹紧或者松开薄壁T形衬套；其特征在于：
所述的锁紧螺钉是一个芯轴式螺钉(1)，它包括左边的圆锥段(1a)和右边的螺杆段(1c)，圆锥段(1a)的外径从左到右收敛，在芯轴式螺钉(1)的左端面上有容纳螺丝刀或扳手的凹槽(1b)，圆锥段(1a)的锥角不大于6°；
所述的膨胀元件是一个膨胀套(2)，它的基体是一个圆筒(2a)，圆筒(2a)的内孔是一个从左到右收敛的圆锥孔(2b)，该圆锥孔(2b)的锥角与芯轴式螺钉(1)圆锥段(1a)的锥角相等，膨胀套(2)的外径大于芯轴式螺钉(1)圆锥段(1a)的最大外径，膨胀套(2)的外径与被加工的薄壁T形衬套的内孔直径过渡配合；在该圆锥孔(2b)的内圆锥面上、靠近右端口的位置有一个横截面为矩形的膨胀套环形槽(2c)，膨胀套环形槽(2c)的右侧壁形成一个膨胀套内环形凸台(2d)；在膨胀套(2)的外圆柱面上有沿圆周均布的、贯通圆筒(2a)侧壁的至少6个左分隔槽(2f)和至少6个右分隔槽(2g)，左分隔槽(2f)沿直径方向延伸，左分隔槽(2f)的左端口与圆筒(2a)的左端口共面，右分隔槽(2g)沿直径方向延伸，右分隔槽(2g)的右端口与圆筒(2a)的右端口共面,左分隔槽(2f)和右分隔槽(2g)交错排列；
所述的基座是圆柱轴(3)，它是一个台阶轴，圆柱轴(3)的右段轴(3c)是夹持段，圆柱轴(3)左段轴的外径小于右段轴(3c)的外径，在圆柱轴(3)的左段轴上有一个基座环形槽(3b)，基座环形槽(3b)的左侧壁形成一个基座环形凸台(3a)；基座环形凸台(3a)位于膨胀套(2)的膨胀套环形槽(2c)内，基座环形凸台(3a)的外径与膨胀套环形槽(2c)的内径过渡配合；膨胀套(2)的膨胀套内环形凸台(2d)进入基座环形槽(3b)内，膨胀套(2)的膨胀套内环形凸台(2d)的外径与基座环形槽(3b)的内径间隙配合；在圆柱轴(3)左段轴的左端面中心有一个螺纹盲孔，芯轴式螺钉(1)的螺杆段(1c)拧进上述螺纹盲孔内。
2.根据权利要求1所述的加工薄壁T形衬套的夹具，其特征在于：在圆柱轴(3)的左段轴的左端圆周处有倒角(3d)。
3.根据权利要求1或2所述的加工薄壁T形衬套的夹具，其特征在于：在膨胀套(2)的右端口处有内倒角(2e)。
4.根据权利要求1或2所述的加工薄壁T形衬套的夹具，其特征在于：所述的膨胀套(2)采用弹性金属材料制造。
5.根据权利要求3所述的加工薄壁T形衬套的夹具，其特征在于：所述的膨胀套(2)采用弹性金属材料制造。
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