CN108381234A - 箘型叶片加工夹具及夹持加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箘型叶片加工夹具及夹持加工方法，夹具包括：底座；叶根定位板，其内侧设有水平布置的叶根定位顶针；叶冠定位板，其内侧设有水平布置的叶冠定位顶针；两块叶身夹持板，相对可拆卸连接在底座两相对侧；自位支撑装置，包括可拆卸连接在叶身夹持板两侧的底座端面的自位支撑钉；叶根圆柱定位机构，其具有竖向设置且适于与叶根牙配合定位的定位圆柱体，以及适于将叶根从上下端面、前后侧面夹持定位的第一夹持定位顶针；和叶冠夹持定位座，与叶根圆柱定位机构配合，其具有适于将叶冠前后侧面夹持定位的第二夹持定位顶针；本发明用以解决传统箘型叶片锻造成型技术存在的加工精度低，生产效率低，以及劳动强度大的问题。

Description

箘型叶片加工夹具及夹持加工方法

技术领域

本发明涉及一种箘型叶片加工夹具及夹持加工方法，属于箘型叶片加工夹具技术领域。

背景技术

汽轮机作为能源的中转站，起着至关重要的转化作用。同时为世界提供约70%-80%的电力，为世界的经济做出巨大的贡献。然而叶片是汽轮机中需求量最多的零件，一台汽轮机有上百件甚至数千件叶片，但是叶片的加工质量却决定了能源的利用率，被誉为汽轮机的“心脏”。汽轮机叶片制造的工时约占汽轮机整机的1/3，工装量占整机的1/2左右，成本占整机的20％～25％。由于箘型叶片的叶根和汽轮机轮缘的载荷分配比较合理，具有承载能力强等优点，在国内外具有广泛的应用价值。国内汽轮机叶片的研究起步比较晚，对箘型叶片的加工仍然采用比较原始的锻造成型技术，后经过人工打磨，并用抛光技术使其达到所需精度，采用这种加工方法比较传统，而且劳动强度大，作业环境恶劣，加工精度低，生产效率低。

当前国内针对叉形叶片可以直接运用四爪卡盘进行夹紧，使其固定在数控加工中心上，获得了良好的加工工艺，为其他形状的汽轮机叶片加工奠定了基础。同时，夹具是机械制造行业中非常活跃的机械装备之一，具有不可替代的作用。在生产制造中，机床夹具都是根据企业师傅的工作经验，利用经验和类比法对加工中的工件夹具结构进行设计。夹具的结构是否合理、装夹是否方便，直接影响到产品的质量和企业的生存。在铣削机床中，任何一个零件的加工都离不开夹具的使用。夹具的主要作用是始终保持工件和刀具的正确位置，并在铣削加工过程中始终保持这个位置不变。

在汽轮机叶片制造行业中，由于夹具的专业化程度不高，任何一个设计或加工的缺陷都可能导致工作效率的下降，甚至造成整个汽轮机机组的损坏，给企业和国家带来重大经济损失。例如：2012年日本东芝一批货，设计和校核过程中疏忽，镜像角错误，导致一批货报废，损失达1000万；2011年，轮机叶片的凸台倒角尺寸错误，导致印度500片叶片的退货，公司损失高达980万。汽轮机叶片的制造涉及到相关类型的汽轮机叶片夹具的设计与研究，所以要提高汽轮机叶片的制造，其中对叶片夹具的设计效率就有比较积极的作用。

北京机电院高技术股份有限公司成功研制的叶片五轴铣加工中心并在东方汽轮机厂投入实际使用，填补了我国汽轮机扭曲叶片的机械加工的空缺，为其它汽轮机叶片的加工成型奠定了良好的基础。铣削刀具同时完成叶片内弧型面和背弧的加工，生产成本高，生产效率也高。但是由于四爪卡盘型夹具都只适合于轴类、盘类、矩形零件。在汽轮机的叶片中还有很多叶片是无法采用四爪卡盘来对其进行加工，如：菌型叶片，圆弧枞树叶根型的叶片等。

箘型叶片的载荷分配均匀，成为汽轮机行业厂家首选的叶根槽型之一，在大型机组上得到了广泛应用，由于箘型叶片不仅能够增大叶根的受力面积，同时还能提高叶根的承载能力，具有较高的强度。例如，有东芝600MW机组的调节级和绝大多数的非调节级都采用了这种叶型。

本申请采用相似性原理对箘型叶片的结构、加工工艺进行分析，结合当前企业使用的数控技术，对菌型叶片的专用夹具进行设计与研究。有望能够采用机械加工的方式来实现企业对菌型叶片的加工，以便能够取代当前比较使用的箘型叶片的锻锤技术，从而提高箘型叶片的加工质量，提高企业的竞争能力，为汽轮机箘型叶片及类似叶片的机械加工的夹具研究提供参考。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种箘型叶片加工夹具及夹持加工方法，以解决箘型叶片采用传统锻造成型技术存在的加工精度低，生产效率低，劳动强度大，以作业环境恶劣等问题。

本发明的技术方案是：箘型叶片加工夹具，包括：

底座；

叶根定位板，可拆卸连接在底座一侧端部，其内侧设有水平布置的叶根定位顶针，叶根定位顶针适于与毛坯上预先锻造的叶根孔配合定位；

叶冠定位板，可拆卸连接在与叶根定位板相对的底板另一侧端部，其内侧设有水平布置的叶冠定位顶针，叶冠定位顶针适于与毛坯上预先锻造的叶冠孔配合定位；

两块叶身夹持板，相对可拆卸连接在底座两相对侧，适于将叶身夹持在其间；

自位支撑装置，包括可拆卸连接在叶身夹持板两侧的底座端面的自位支撑钉，自位支撑钉用于支撑叶身的底部；

叶根圆柱定位机构，可拆卸连接在叶根定位板上，其具有竖向设置且适于与叶根牙配合定位的定位圆柱体，以及适于将叶根从上下端面、前后侧面夹持定位的第一夹持定位顶针；和

叶冠夹持定位座，可拆卸连接在叶冠定位板上，与叶根圆柱定位机构配合，其具有适于将叶冠前后侧面夹持定位的第二夹持定位顶针。

所述底座四个角具有凹面，在同一侧两凹面部分的底座上可拆卸安装有相对的连接板，叶根定位板通过螺栓以及螺母安装在两相对的连接板之间，叶冠定位板通过螺栓以及螺母安装在两相对的连接板之间。

所述叶根圆柱定位机构还包括第一底板，垂直连接在第一底板两侧的第一侧板，以及与第一侧板同向且垂直连接在第一底板上下两侧的第二侧板，定位圆柱体连接在两第二侧板之间，第一夹持定位顶针可拆卸设置在第一侧板和第二侧板上，配置为适于将叶根夹持在定位圆柱体处。

在第一底板上设有用于与叶根定位板连接的安装孔，在叶根定位板上设有对应的安装孔，第一底板和叶根定位板通过螺栓及螺母紧固连接。

所述叶冠夹持定位座还包括第二底板，垂直连接在第二底板两侧的第三侧板，第二夹持定位顶针可拆卸设置在第三侧板上，配置为适于将叶冠夹持在定位圆柱体处。

在第二底板上设有用于与叶冠定位板连接的安装孔，在叶冠定位板上设有对应的安装孔，第二底板和叶冠定位板通过螺栓及螺母紧固连接。

所述底座具有纵向安装孔，两块叶身夹持板通过穿设于纵向安装孔内的螺栓以及螺母安装在底座的两相对侧面。

在底座上方的两块叶身夹持板部分通过螺栓以及螺母连接。

所述自位支撑钉为3颗，其中，靠近叶冠端为1颗，靠近叶根端为2颗。

所述的箘型叶片夹具的夹持加工方法，包括以下步骤：

（1）以毛坯上预先锻造的叶根孔和叶冠孔为定位基准，在底座上安装叶根定位板和叶冠定位板，使叶根定位顶针顶入叶根孔中，叶冠定位顶针顶入叶冠孔中，并在底座上安装两块叶身夹持板，以夹持住毛坯，此时刀具按尺寸要求加工箘型叶片的叶根、叶身的外轮廓；

（2）以毛坯的下底面为基准，在底座上安装并调整自位支撑装置，使自位支撑装置承托住毛坯，拆除步骤（1）中的叶根定位板，保留步骤（1）中的叶冠定位板以及叶身夹持板，此时刀具先按尺寸要求加工叶冠的外轮廓和叶冠定位槽，再按尺寸要求加工叶根的牙和叶根端面；

（3）拆除步骤（2）中的叶身夹持板，以箘型叶片的牙为基准，安装叶根定位板以及叶根圆柱定位机构，使叶根的牙配合定位圆柱体实现定位，在叶冠定位板上安装叶冠夹持定位座，用第一夹持定位顶针夹持住叶根的上下端面及前后侧面，用第二夹持定位顶针夹持住叶冠的前后侧面，调整自位支撑装置使其顶住叶身下底面，此时刀具按尺寸要求加工叶身上端面，待加工好后，再按本步骤安装夹具实现叶身下端面的加工。

本发明的有益效果：本发明是一种装夹方便，结构合理、可靠、高效、精密的夹紧装置，与传统锻造成型技术相比，本发明工艺方法与工装夹具为控制同类产品的加工变形及产品合格率不高的研究提供相关工艺参数，在提高了加工效率和降低了加工工时的同时达到了加工精度的要求，改善了箘型叶片的表面粗糙度、能源的转化效率，有效的降低了人工劳动强度，提高了叶根的弯曲强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中底座的结构示意图；

图3是本发明中叶根定位板的结构示意图；

图4是本发明中叶冠定位板的结构示意图；

图5是本发明中叶身夹持板的结构示意图；

图6是本发明中叶根圆柱定位机构的结构示意图；

图7是本发明中叶冠夹持定位座的结构示意图；

图8是加工箘型叶片的叶根、叶身外轮廓时的夹持状态图；

图9是加工箘型叶片的叶冠外轮廓、叶冠定位槽、叶根的牙和叶根端面的夹持状态图；

图10是加工箘型叶片的叶身上下端面的夹持状态图；

附图标记说明：1底座，2叶根定位板，3叶冠定位板，4叶根定位顶针，5叶冠定位顶针，6叶身夹持板，7叶根圆柱定位机构，8定位圆柱体，9第一夹持定位顶针，10叶冠夹持定位座，11第二夹持定位顶针，12自位支撑钉，13连接板，101纵向安装孔，102凹口，21纵向通孔，22竖向通孔，71第一底板，72第一侧板，73第二侧板，111第二底板，112第三侧板。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

请参阅图1，根据本发明一种箘型叶片加工夹具，包括底座1、叶根定位板2、叶冠定位板3、叶身夹持板6、自位支撑装置、叶根圆柱定位机构7和叶冠夹持定位座10。

请一并参阅图1和图2，底座1，主要作为夹具的安装座使用，其与机床加工台可拆卸连接。具体地，底座1整体呈长方形板，在其四个角开设有凹面，在各凹面上设有安装孔，利用该安装孔、螺栓和螺母可实现底座1与机床加工台的紧固连接。底座1的中部两相对侧具有凹口102，在该凹口102面的底座1侧面上开设有用于安装叶身夹持板6的纵向安装孔101，该纵向安装孔101优选为通孔。在底座1的端面、纵向安装孔101的两侧开设有用于安装自位支撑装置的螺纹孔。

请一并参阅图1和图3，叶根定位板2，可拆卸连接在底座1一侧端部，其内侧设有水平布置的叶根定位顶针4，叶根定位顶针4适于与毛坯上预先锻造的叶根孔配合定位。具体地，在同一侧两凹面部分的底座1上可拆卸安装有相对的连接板13，叶根定位板2通过螺栓以及螺母安装在两相对的连接板13之间。连接板13与底座1的连接可采用螺钉或螺栓固定方式，优选螺栓固定方式，优选在凹面部分的底座1上的开设两个平行的通孔，在连接板13上对应开设两个通孔，通过穿设于底板和连接板13通孔中的螺栓以及螺母实现连接。另外，为了提高叶根定位板2的可靠性，叶根定位板2底部设有纵向通孔21，对应的在连接板13上也设有通孔，通过螺栓及螺母实现叶根定位板2与连接板13的紧固连接；同时，在叶根定位板2上设有竖向通孔22，对应的在底座1上端面设有螺纹孔，通过螺可钉实现叶根定位板2竖向紧固在底座1上。在叶根定位板2上部厚度方向设有通孔，在通孔内安装前述叶根定位顶针4，其中通孔和叶根定位顶针4的数量根据毛坯上预先锻造的叶根孔而定，一般为平行布置的两个。

请一并参阅图1和图4，叶冠定位板3，可拆卸连接在与叶根定位板2相对的底板另一侧端部，其内侧设有水平布置的叶冠定位顶针5，叶冠定位顶针5适于与毛坯上预先锻造的叶冠孔配合定位。具体地，该处连接板13结构以及与底座1的连接方式与前述相同，叶冠定位板3的结构以及与连接板13、底座1的连接方式与叶根定位板2相同，唯一不同之处在于，叶冠定位顶针5的数量根据毛坯上预先锻造的叶冠孔而定，一般为一个。

请一并参阅图1和图5，两块叶身夹持板6，相对可拆卸连接在底座1两相对侧，适于将叶身夹持在其间。具体地，叶身夹持板6上与底座1上纵向安装孔101相对应的位置设有安装孔，通过穿设于纵向安装孔101中的螺栓以及螺母实现叶身夹持板6紧固在底座1上。为了提高夹持力的均匀性，在底座1上方的两块叶身夹持板6部分再次通过螺栓以及螺母连接。

自位支撑装置，包括可拆卸连接在叶身夹持板6两侧的底座1端面的自位支撑钉12，自位支撑钉12用于支撑叶身的底部。自位支撑钉12与底座1上端面的螺纹孔配合连接。优选所述自位支撑钉12为3颗，其中，靠近叶冠端为1颗，靠近叶根端为2颗。

请一并参阅图1和图6，叶根圆柱定位机构7包括定位圆柱体8、第一底板71、第一侧板72和第二侧板73，其中第一侧板72为两块，分别同向垂直连接在第一底板71的两侧，第二侧板73为两块，分别同向垂直连接在第一底板71的上下两端，第一侧板72和第二侧板73同向设置。定位圆柱体8连接在两第二侧板73之间，例如可通过螺栓及螺母连接。在第一侧板72和第二侧板73上设有多个通孔，在各通孔内安装有第一夹持定位顶针9，通过多个第一夹持定位顶针9的协调配合，可将叶根夹持在定位圆柱体8处，即实现对叶根上下端面、前后侧面的夹持。叶根圆柱定位机构7与叶根定位板2可拆卸连接，优选在第一底板71上设有用于与叶根定位板2连接的安装孔，在叶根定位板2上设有对应的安装孔，第一底板71和叶根定位板2通过螺栓及螺母紧固连接，该处的安装孔优选两个。

请一并参阅图1和图7，叶冠夹持定位座10包括第二底板111和第三侧板112，其中第三侧板112为两块，分别同向垂直连接在第而底板的两侧，在第三侧板112上设有通孔，在通孔内安装有第二夹持定位顶针11，通过两个第二夹持定位顶针11的协调配合，可夹持固定住叶冠的两侧面。叶冠夹持定位座10与叶冠定位板3可拆卸连接，优选在第二底板111上设有用于与叶冠定位板3连接的安装孔，在叶冠定位板3上设有对应的安装孔，第二底板111和叶冠定位板3通过螺栓及螺母紧固连接，该处的安装孔优选两个。

根据本发明一种箘型叶片夹具的夹持加工方法，包括以下步骤：

（1）请参阅图8，以毛坯上预先锻造的两个叶根孔和叶冠孔为定位基准，在底座1上安装叶根定位板2和叶冠定位板3，使叶根定位顶针4顶入叶根孔中，叶冠定位顶针5顶入叶冠孔中，并在底座1上安装两块叶身夹持板6，以夹持住毛坯，此时刀具按尺寸要求加工箘型叶片的叶根、叶身的外轮廓。

（2）请参阅图9，以毛坯的下底面为基准，在底座1上安装并调整自位支撑钉12，其中以靠近叶冠端的1颗自位支撑钉12为基准，调整靠近叶根端的2颗自位支撑钉12，使其与基准自位支撑钉12处于同样的高度，共同承托住毛坯，拆除步骤（1）中的叶根定位板2，保留步骤（1）中的叶冠定位板3以及叶身夹持板6，此时刀具先按尺寸要求加工叶冠的外轮廓和叶冠定位槽，再按尺寸要求加工叶根的牙和叶根端面。

（3）请参阅图10，拆除步骤（2）中的叶身夹持板6，拆掉靠近叶根端的两颗自位支撑钉12，以箘型叶片的牙为基准，安装叶根定位板2以及叶根圆柱定位机构7，使叶根的牙配合定位圆柱体8实现定位，在叶冠定位板3上安装叶冠夹持定位座10，用第一夹持定位顶针9夹持住叶根的上下端面及前后侧面，用第二夹持定位顶针11夹持住叶冠的前后侧面，调整靠近叶冠端的自位支撑钉12使其顶住叶身下底面，此时刀具按尺寸要求加工叶身上端面，待加工好后，拆卸夹具，并再按本步骤安装夹具实现叶身下端面，即叶背的加工。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.箘型叶片加工夹具，其特征在于，包括：

底座（1）；

叶根定位板（2），可拆卸连接在底座（1）一侧端部，其内侧设有水平布置的叶根定位顶针（4），叶根定位顶针（4）适于与毛坯上预先锻造的叶根孔配合定位；

叶冠定位板（3），可拆卸连接在与叶根定位板（2）相对的底板另一侧端部，其内侧设有水平布置的叶冠定位顶针（5），叶冠定位顶针（5）适于与毛坯上预先锻造的叶冠孔配合定位；

两块叶身夹持板（6），相对可拆卸连接在底座（1）两相对侧，适于将叶身夹持在其间；

自位支撑装置，包括可拆卸连接在叶身夹持板（6）两侧的底座（1）端面的自位支撑钉（12），自位支撑钉（12）用于支撑叶身的底部；

叶根圆柱定位机构（7），可拆卸连接在叶根定位板（2）上，其具有竖向设置且适于与叶根牙配合定位的定位圆柱体（8），以及适于将叶根从上下端面、前后侧面夹持定位的第一夹持定位顶针（9）；和

叶冠夹持定位座（10），可拆卸连接在叶冠定位板（3）上，与叶根圆柱定位机构（7）配合，其具有适于将叶冠前后侧面夹持定位的第二夹持定位顶针（11）。

2.根据权利要求1所述的箘型叶片夹具，其特征在于：所述底座（1）四个角具有凹面，在同一侧两凹面部分的底座（1）上可拆卸安装有相对的连接板（13），叶根定位板（2）通过螺栓以及螺母安装在两相对的连接板（13）之间，叶冠定位板（3）通过螺栓以及螺母安装在两相对的连接板（13）之间。

3.根据权利要求1所述的箘型叶片夹具，其特征在于：所述叶根圆柱定位机构（7）还包括第一底板（71），垂直连接在第一底板（71）两侧的第一侧板（72），以及与第一侧板（72）同向且垂直连接在第一底板（71）上下两侧的第二侧板（73），定位圆柱体（8）连接在两第二侧板（73）之间，第一夹持定位顶针（9）可拆卸设置在第一侧板（72）和第二侧板（73）上，配置为适于将叶根夹持在定位圆柱体（8）处。

4.根据权利要求3所述的箘型叶片夹具，其特征在于：在第一底板（71）上设有用于与叶根定位板（2）连接的安装孔，在叶根定位板（2）上设有对应的安装孔，第一底板（71）和叶根定位板（2）通过螺栓及螺母紧固连接。

5.根据权利要求1所述的箘型叶片夹具，其特征在于：所述叶冠夹持定位座（10）还包括第二底板（111），垂直连接在第二底板（111）两侧的第三侧板（112），第二夹持定位顶针（11）可拆卸设置在第三侧板（112）上，配置为适于将叶冠夹持在定位圆柱体（8）处。

6.根据权利要求5所述的箘型叶片夹具，其特征在于：在第二底板（111）上设有用于与叶冠定位板（3）连接的安装孔，在叶冠定位板（3）上设有对应的安装孔，第二底板（111）和叶冠定位板（3）通过螺栓及螺母紧固连接。

7.根据权利要求1所述的箘型叶片夹具，其特征在于：所述底座（1）具有纵向安装孔（101），两块叶身夹持板（6）通过穿设于纵向安装孔（101）内的螺栓以及螺母安装在底座（1）的两相对侧面。

8.根据权利要求1所述的箘型叶片夹具，其特征在于：在底座（1）上方的两块叶身夹持板（6）部分通过螺栓以及螺母连接。

9.根据权利要求1所述的箘型叶片夹具，其特征在于：所述自位支撑钉（12）为3颗，其中，靠近叶冠端为1颗，靠近叶根端为2颗。

10.如权利要求1至9任一所述的箘型叶片夹具的夹持加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以毛坯上预先锻造的叶根孔和叶冠孔为定位基准，在底座（1）上安装叶根定位板（2）和叶冠定位板（3），使叶根定位顶针（4）顶入叶根孔中，叶冠定位顶针（5）顶入叶冠孔中，并在底座（1）上安装两块叶身夹持板（6），以夹持住毛坯，此时刀具按尺寸要求加工箘型叶片的叶根、叶身的外轮廓；

（2）以毛坯的下底面为基准，在底座（1）上安装并调整自位支撑装置，使自位支撑装置承托住毛坯，拆除步骤（1）中的叶根定位板（2），保留步骤（1）中的叶冠定位板（3）以及叶身夹持板（6），此时刀具先按尺寸要求加工叶冠的外轮廓和叶冠定位槽，再按尺寸要求加工叶根的牙和叶根端面；

（3）拆除步骤（2）中的叶身夹持板（6），以箘型叶片的牙为基准，安装叶根定位板（2）以及叶根圆柱定位机构（7），使叶根的牙配合定位圆柱体（8）实现定位，在叶冠定位板（3）上安装叶冠夹持定位座（10），用第一夹持定位顶针（9）夹持住叶根的上下端面及前后侧面，用第二夹持定位顶针（11）夹持住叶冠的前后侧面，调整自位支撑装置使其顶住叶身下底面，此时刀具按尺寸要求加工叶身上端面，待加工好后，再按本步骤安装夹具实现叶身下端面的加工。