CN108747520B - 一种基于叶根斜面定位的可调试夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到汽轮机叶片加工的工装夹具领域，特指一种基于叶根斜面定位的可调试夹具。夹具以叶根径向面为主定位面，叶根尾部采用定位支承板定位，安装于活动定位台的可更换定位支承钉对叶根型面定位。夹具包括：夹具体、活动上盖、夹紧板、活动定位台，角度调整块、定位平面板、角度调节杆等。活动定位台设有与夹具体相配合的滑槽，让活动定位台上下移动，适应不同叶根厚度。活动定位台左端装有定位支承钉，弧形凹槽装有角度调整块。在装夹前通过旋转角度调节杆调节角度调整块倾斜角度，更换适当长度的定位支承钉保证装夹后叶根中心与夹具回转中心相一致。通过上盖的扣合压下夹紧板实现叶片的夹紧。满足不同类型叶片的装夹，提高了叶片加工效率。

Description

一种基于叶根斜面定位的可调试夹具

技术领域

本发明涉及到汽轮机叶片加工的工装夹具领域，特指一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，适用于不同叶根形式以及叶根尺寸的叶片的装夹定位。

背景技术

汽轮机叶片作为汽轮机核心部分，其加工质量和效率对汽轮机组的安全性和经济性起着重要作用。而加工质量很大一部分取决于工装夹具的精度和稳定性。

传统的夹具以叶根榫齿定位加工叶片型面，叶冠等。在装夹过程中易损伤叶根型面，而当以径向面为定位平面时，为达到定位要求，通常采用加垫片的方法。调整不便，定位磨损后不能重用，且压件与工件小面积接触，会损伤表面。与此同时，现有的夹具，在加工时往往只能进行一种叶片的装夹，无法适应多规格叶片的装夹，所以往往需要针对不同规格和型号的叶片设计并制造不同的专用夹具，制造成本高，重复定位精度低，调整困难。

因此有必要设计一种适用范围广，刚性好，重复定位精度高的夹具以满足越来越高的加工要求和成本控制。

发明内容

本发明提供了一种针对叶根斜面定位的可调试夹具装置,操作方便,使用简单,其能解决现有汽轮机叶片加工工装通用性差、定位精度不高的问题,适合多种叶根形式及安装角的叶片,不仅能够保证工件的加工质量要求,提高劳动生产率,而且能够节约夹具制造材料及生产成本、缩短校验夹具的时间。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的：

一种基于叶根斜面定位的可调试夹具,包括夹具体、活动上盖、夹紧板、上盖螺杆、活动定位台、定位台螺杆、螺杆固定板、定位支承钉、定位支承板、角度调整块、定位平面板、压板、压紧螺母、压紧螺栓、固定螺钉、沉头螺钉、夹紧板转轴、螺杆手柄、角度调节手柄、角度调节杆、自锁螺钉、六角螺栓、固定套。所述夹具体与机床主轴连接。

所述夹具体中心纵向方向具有滑槽，所述活动上盖和所述活动定位台均通过滑槽与之相连接。配合精度为H7/f7。两个用于安装定位支承板的M10螺纹孔沿夹具体中心垂直方向对称分布，所述定位支承板通过固定螺钉与夹具体固定连接。

夹具体中心具有两个螺杆安装腔，通过所述两个螺杆固定板分别将所述上盖螺杆及所述定位台螺杆安装在夹具体上下两螺杆安装腔。保证两螺杆正常旋转。定位台螺杆与活动定位台通过螺纹相连接，上盖螺杆与活动上盖同样通过螺纹相连接，所述螺杆手柄可拆卸，既可以套在定位台螺杆方形段，也可以套在上盖螺杆方形段。

上盖螺杆与定位台螺杆均使用爱克姆螺纹，牙型角20°。

所述角度调整块圆弧面中间具有T型槽，通过该槽与活动定位台相连接。角度调整块一端具有压紧边，另一端为平面。角度调整块压紧边一端沿弧形边具有角度刻度。活动定位台平面距右端边缘30mm对应位置同样具有角度刻度。具体为：活动定位台上具有100个等分刻度,最小分度为0.5°角度调整块上具有50个等分刻度，总范围24.5°，每一分度0.49°，与活动定位台最小分度相差0.01°。角度调整块距压紧边50mm的圆弧面上具有蜗轮齿。蜗轮齿厚度为5mm。

所述活动定位台为L形，中间具有弧形凹槽。其左端具有3行5列共15个直径12mm通孔，通孔间距35mm，通孔与所述定位支承钉配合，可于通孔位置安装定位支承钉。活动定位台弧形凹槽内距右端边缘20mm中心处通有直径15mm通孔供所述压紧螺栓通过。压紧螺栓从活动定位台下方通过通孔，压紧螺栓穿过活动定位台后上半部分套有压板，压板上方旋有压紧螺母。压板覆盖角度调整块的压紧边。活动定位台前端距右平面50mm处具有调节杆安装孔，可将所述角度调节杆安装于该孔中。所述固定套套在角度调节杆上，封紧调节杆安装孔的同时固定套通过所述六角螺栓固定在活动定位台上，保证角度调节杆正常转动，并使角度调节杆的手柄段位于角度调节杆安装孔外。所述角度调节手柄通过所述自锁螺钉安装于角度调节杆手柄段。

角度调节杆中间段为锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)结构，头数为1。旋入调节杆安装孔后，角度调节杆的蜗杆结构和角度调整块蜗轮齿相配合。通过旋转固定于角度调节杆上的角度调节手柄，可实现角度调整块的转动。

所述定位平面板均布四个沉头孔，通过所述沉头螺钉固定于角度调整块上方。多次使用后定位平面板存在磨损。需更换定位平面板。

所述夹紧板通过所述夹紧板转轴与活动上盖铰接，夹紧板转轴具有一段螺纹。夹紧板转轴穿过转轴孔，并通过该段螺纹，安装于活动上盖螺杆螺纹孔处。夹紧板装配后位于活动上盖下方。

叶片定位前根据叶片安装角，旋转角度调节杆驱动角度调整块转动以此实现定位平面板倾斜角度的调节。通过压紧边刻度读出角度值，其读取方式类比游标卡尺，在确定后旋转压紧螺母压下压板保证角度调整块不再转动。实现基于不同安装角的定位面倾斜角度调节功能。

定位台螺杆与活动定位台通过螺纹相连接，将螺杆手柄套在螺杆方形段，旋转定位台螺杆驱动活动定位台垂直方向移动。由于角度调整块和定位支承钉均装配于活动定位台，移动活动定位台可改变定位件空间位置。保证叶根中心与夹具回转中心相一致，实现对于不同规格厚度叶根定位功能。

夹紧板通过夹紧板转轴与活动上盖铰接，夹紧板装配后位于活动上盖下方。将螺杆手柄套在上盖螺杆方形段，旋转上盖螺杆驱动活动上盖垂直方向移动，可以将夹紧板压在叶根径向面，实现叶根夹紧功能。

本发明的增益效果：

对于不同规格叶片叶根只需根据径向面角度和叶根宽度尺寸不同，调节角度调整块倾斜度，更换定位支承钉，保证叶片叶根中心与回转中心相一致。而定位位置的可调性有效提高夹具的通用性能,减少了生产中需根据不同叶片规格设计不同专用夹具的困扰。

角度调整块侧面具有刻度，在调整角度调整块倾斜角度的过程中可进行判别，调整后的角度即叶根径向面理论角度的一半，保证叶根径向面与定位平面台紧贴，一旦调整到位在后续装夹叶片时无需再次调节，并且角度调整块均为实心，进一步保证了装夹的稳定性和精度。对于使用多次的夹具只需更换定位平面板，而不必拆卸精度较高的角度调整块，提高了使用寿命，降低了工装成本。

附图说明

图1为本发明用于汽轮机叶片加工的可调试夹具三维结构示意图；

图2为上盖螺杆及活动台螺杆安装示意图(去除螺杆手柄)；

图3为T型叶根定位示意图(去除螺杆手柄)；

图4为外包凸肩双T型叶根定位示意图(去除螺杆手柄)；

图5为叶根夹紧示意图(去除螺杆手柄)；

图6为安装角度调节杆的局部剖视图；

图7为角度调整块的三维结构示意图；

图8为活动定位台的三维结构示意图；

图9为定位支承钉的结构示意图；

图10为夹紧板转轴的三维结构示意图；

图11为叉型叶根的三维结构示意图；

图12为外包凸肩双T型叶根的三维结构示意图。

附图标记：1—夹具体、2—活动上盖、3—夹紧板、4—上盖螺杆、5—活动定位台、6—定位台螺杆、7—螺杆固定板、8—定位支承钉、9—定位支承板、10—角度调整块、11—定位平面板、12—压板、13—压紧螺母、14—压紧螺栓、15—固定螺钉、16—沉头螺钉、17—夹紧板转轴、18—螺杆手柄、19—角度调节手柄、20—角度调节杆、21—自锁螺钉、22—六角螺栓、23—固定套、24—叶片型面、25—叶片根部、26—螺杆安装腔、27—螺纹孔、28—T型槽、29—压紧边角度刻度、30—压紧边、31—直径12mm通孔、32—弧形凹槽、33—活动定位台角度刻度、34—直径15mm压紧螺栓安装通孔、35—叶根型面、36—叶根径向面、37—外包凸肩双T型叶根、38—夹具体尾端、39—活动定位台A面、40—角度调整块蜗轮齿、41—夹紧板转轴螺纹段、42—角度调节杆手柄段、43—角度调节杆ZK蜗杆段、45—角度调节杆安装孔、46—活动上盖螺纹孔、47—转轴孔、48—定位支承钉支承高度。

具体实施方式

一种基于叶根斜面定位的可调试夹具,包括夹具体1、活动上盖2、夹紧板3、上盖螺杆4、活动定位台5、定位台螺杆6、螺杆固定板7、定位支承钉8、定位支承板9、角度调整块10、定位平面板11、压板12、压紧螺母13、压紧螺栓14、固定螺钉15、沉头螺钉16、夹紧板转轴17、螺杆手柄18、角度调节手柄19、角度调节杆20、自锁螺钉21、六角螺栓22、固定套23。所述夹具体1与机床主轴连接。

上盖螺杆4及定位台螺杆6通过两个螺杆固定板7分别安装在夹具体1上下两螺杆安装腔。定位台螺杆6与活动定位台5通过螺纹连接，同时活动定位台5通过滑槽与夹具体1相配合连接。活动定位台5左端装有定位支承钉8，并在中心的弧形凹槽装有角度调整块10。角度调节杆20装配于调节杆安装孔45内，与角度调整块组成蜗轮蜗杆机构。在装夹前通过旋转角度调节杆可调节角度调整块10倾斜角度，并旋转压紧螺母13压下压板12，压板12覆盖角度调整块10的压紧边30，使之倾斜角度稳定。更换适当长度的定位支承钉8保证装夹后叶根中心与夹具回转中心相一致。旋转定位台螺杆6驱动活动定位台5上下移动，适应不同叶根厚度。上盖螺杆4与活动上盖2通过螺纹相连接，旋转上盖螺杆4驱动活活动上盖2向下移动，通过上盖的扣合压下夹紧板3实现叶片的夹紧。

本发明所述的基于叶根斜面定位的可调试夹具安装方式如下：

(1)夹具体1中心具有两个螺杆安装腔，将上盖螺杆4及定位台螺杆6分别安装在夹具体1上下两螺杆安装腔。使用固定螺钉15将两个螺杆固定板7分别固定于两螺杆安装腔位置，保证两螺杆正常旋转。

(2)活动定位台5与定位台螺杆6通过螺纹相连接，旋动定位台螺杆6驱动活动定位台5垂直方向移动，将活动定位台5滑槽位置与夹具体1滑槽对齐，继续旋转定位台螺杆6将活动定位台5移动至合适位置，使活动定位台5与夹具体1滑槽完全配合。

(3)活动上盖2与上盖螺杆4同样采取螺纹连接，采取与步骤2相同安装方式。

(4)所述定位平面板11均布四个沉头孔，通过沉头螺钉16与固定于角度调整块10上方。与定位平面板11装配好后的角度调整块10沿活动定位台5的T型槽滑入，保证定位平面板11与水平面平行。活动定位台5平面距右端边缘20mm中心处通有直径15mm通孔供所述压紧螺栓14通过。压紧螺栓14从活动定位台5下方通过通孔，压紧螺栓14穿过活动定位台后上半部分套有压板12，压紧螺母13旋过压紧螺栓14可压下压板12。压板12覆盖角度调整块10的压紧边。旋转压紧螺母13压下压板12，保证角度调整块10不再转动。

(5)将角度调节杆20旋入位于活动定位台前端距右平面50mm处的调节杆安装孔中，旋转到底，保证手柄段向外。将固定套23套在角度调节杆20上，沿角度调节杆20轴向移动，封紧调节杆安装孔，并用六角螺栓22将固定套23固定在活动定位台上，使角度调节杆20的手柄段位于调节杆安装孔外。再使用自锁螺钉21将角度调节手柄19安装于角度调节杆20手柄段。

(6)准备各规格长度定位支承钉8，定位支承钉8具体尺寸根据所需定位叶片配作。根据活动定位台5的A平面到夹具回转中心的距离与所需定位叶根定位点到叶根中心线尺寸的差值，选取支承钉支承高度H。确定支承钉恰当安装位置，将定位支承钉8安装于活动定位台5左侧的某一直径12mm通孔中。本发明后续使用过程中可根据叶根尺寸形状的不同更换不同的定位支承钉8。

(7)夹紧板转轴17穿过转轴孔，安装于活动上盖2螺杆螺孔处。夹紧板3通过夹紧板转轴17与活动上盖2铰接。夹紧板3装配后位于活动上盖2下方。

(8)夹具体1尾端与机床相连接，保证机床主轴与夹具回转中心相一致。

本发明所述的基于叶根斜面定位的可调试夹具定位及装夹方式如下：

(1)首先根据需装夹叶片的安装角，手动旋转角度调节手柄19驱动与活动定位台5相连接的角度调整块10转动，调节定位平面板11倾斜角度，通过角度调整块10夹紧边的刻度观察倾斜角度，其读取方式类比游标卡尺，使之为叶片安装角的一半，旋转压紧螺母13压下压板12保证角度调整块10不再转动。

(2)通过旋转定位台螺杆6驱动活动定位台5垂直方向的移动，来调节定位平面板11与夹具回转中心垂直距离使之为叶根厚度的一半，以适应不同叶根厚度

(3)根据活动定位台5A的平面到夹具回转中心的距离与所需定位叶根定位点到叶根中心线尺寸的差值，选取定位支承钉支承高度H。将适当高度定位支承钉8安装于活动定位台5左侧通孔中，对叶根型面定位。

(4)将叶片的叶根底面抵靠在定位支承板9上，并使叶根径向面与定位平面板11贴合，将叶片沿定位支承钉8轴线方向移动，将叶根型面抵靠在安装于活动定位台5左平面上定位支承钉8尖端。叶片定位方式为以设计中心线为基准。叶根尾部抵在定位支承板9上，限制两个自由度，以叶片径向面为定位平面，限制三个自由度，叶根型面采用定位支承钉8定位，限制一个自由度。

(5)使用螺杆手柄18旋转上盖螺杆4驱动活动上盖2垂直向下移动，使得夹紧板3与叶根径向上表面贴合，拧紧上盖螺杆4，压下夹紧板3对叶片叶根夹紧。

(6)使用百分表等对首次装夹情况进行找正检验，当存在误差时，旋转压紧螺母13，松开压板12，适当旋转角度调节杆20微调角度调整块10倾斜角度。再次旋转压紧螺母13，使压板12压紧角度调整块10压紧边使之不能转动，再次重复步骤6，直到找正为止。首次检验结束后，下次装夹将无需再次找正。

使用本发明定位并装夹113A.200.001型叶片为例：该叶片叶根为T型叶根，安装角为2.5°叶根径向面最大宽度为76mm。采用本发明夹具装夹汽轮机叶片前需调整定位件位置。

(1)叶片安装角为2.5°。手动旋转角度调节手柄19驱动与活动定位台5相连接的角度调整块10转动，调节定位平面板11倾斜角度，使之为1.25°。通过角度调整块10夹紧边的刻度观察倾斜角度，其读取方式类比游标卡尺，旋转压紧螺母13压下压板12保证角度调整块10不再转动。

(2)选取T型叶根最宽处为定位位置，确定出定位支承钉8支承高度H。活动定位台5的A平面到夹具回转中心的距离与所需定位叶根定位点到叶根中心线尺寸的差值即定位支承钉8支承高度H。将选好的定位支承钉8安装于活动定位台5左侧相应通孔处。

(3)将螺杆手柄18套在定位台螺杆6方形段，旋转定位台螺杆6驱动活动定位台5垂直方向移动，由于角度调整块10和定位支承钉8均装配于活动定位台5，移动活动定位台5改变定位基准位置。确保定位平面板11距夹具回转中心线距离为叶根厚度的一半，保证叶根中心线与夹具体1回转中心线重合。

(4)上述三个步骤实现定位件的位置调整，采用本发明夹具装夹汽轮机叶片时，将叶片的叶根底面抵靠在定位支承板9上，并使叶根径向面与角度调整块10定位斜面贴合，将叶片沿水平方向移动，将叶根型面抵靠在安装于活动定位台5左平面上定位支承钉8尖端。保证叶根中心与夹具回转中心相一致。确保定位正确后，使用螺杆手柄18旋转上盖螺杆4驱动活动上盖2垂直向下移动，使得夹紧板3与叶根径向上表面贴合，拧紧上盖螺杆4，压下夹紧板3对叶片叶根夹紧。

(5)使用百分表等对首次装夹情况进行找正检验，当存在定位误差时，旋转压紧螺母13，松开压板12，适当旋转角度调节杆20微调角度调整块10倾斜角度。再次旋转压紧螺母13，使压板12压紧角度调整块10压紧边使之不能转动，再次找正检验，一般一次微调即可达到要求。接下来再次装夹叶片时无需再次检验。

(6)为减少工件变形和表面损伤，可在叶根上表面与夹紧板3之间垫铜皮保护。

Claims (10)

1.一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，所述可调试夹具包括夹具体、活动上盖、夹紧板、上盖螺杆、活动定位台、定位台螺杆、螺杆固定板、定位支承钉、定位支承板、角度调整块、定位平面板、压板、压紧螺母、压紧螺栓、固定螺钉、沉头螺钉、夹紧板转轴、螺杆手柄、角度调节手柄、角度调节杆、自锁螺钉、六角螺栓、固定套；所述夹具体与机床主轴连接；

所述夹具体中心纵向方向具有滑槽，所述活动上盖和所述活动定位台均通过滑槽与夹具体相连接；所述定位支承板与夹具体固定连接；

夹具体中心具有两个螺杆安装腔，通过两个螺杆固定板分别将所述上盖螺杆及所述定位台螺杆安装在夹具体上下两螺杆安装腔内，保证两螺杆正常旋转；定位台螺杆与活动定位台通过螺纹相连接，上盖螺杆与活动上盖同样通过螺纹相连接；

所述角度调整块圆弧面中间具有T型槽，通过该T型槽与活动定位台相连接；角度调整块一端具有压紧边，另一端为平面；角度调整块压紧边一端沿弧形边具有角度刻度，活动定位台右端弧形凹槽内侧对应位置同样具有角度刻度；角度调整块右端圆弧面上具有蜗轮齿；

所述活动定位台为L形，中间具有弧形凹槽；其左端设有若干通孔，通孔与所述定位支承钉配合，可于通孔位置安装定位支承钉；活动定位台右端弧形凹槽上设有通孔供所述压紧螺栓通过；压紧螺栓从活动定位台下方通过通孔，压紧螺栓穿过活动定位台后上半部分套有压板，压板上方旋有压紧螺母，压板覆盖角度调整块的压紧边；活动定位台前端设有调节杆安装孔，可将所述角度调节杆安装于该调节杆安装孔中；所述固定套套在角度调节杆上，封紧调节杆安装孔的同时固定套通过所述六角螺栓固定在活动定位台上，保证角度调节杆正常转动，并使角度调节杆的手柄段位于角度调节杆安装孔外，所述角度调节手柄通过所述自锁螺钉安装于角度调节杆手柄段；

所述定位平面板均布四个沉头孔，通过所述沉头螺钉固定于角度调整块上方，多次使用后定位平面板存在磨损后，能够更换定位平面板；

所述夹紧板通过所述夹紧板转轴与活动上盖铰接，夹紧板转轴具有一段螺纹，夹紧板转轴穿过转轴孔，并通过该段螺纹，安装于活动上盖螺杆螺纹孔处，夹紧板装配后位于活动上盖下方。

2.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，所述活动上盖和所述活动定位台与夹具体的配合精度为H7/f7，沿夹具体中心垂直方向对称分布有两个用于安装定位支承板的M10螺纹孔，定位支承板通过固定螺钉与夹具体固定连接。

3.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，所述螺杆手柄可拆卸，既可以套在定位台螺杆方形段，也可以套在上盖螺杆方形段。

4.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，上盖螺杆与定位台螺杆均使用爱克姆螺纹，牙型角20°。

5.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，活动定位台距右端边缘30mm的弧形凹槽内侧对应位置同样具有角度刻度，具体为：活动定位台上具有100个等分刻度，最小分度为0.5°；角度调整块上具有50个等分刻度，总范围24.5°，每一分度0.49°，与活动定位台最小分度相差0.01°；角度调整块距压紧边50mm的圆弧面上具有蜗轮齿；蜗轮齿厚度为5mm。

6.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，所述活动定位台的左端具有3行5列共15个直径12mm通孔，通孔间距35mm，通孔与所述定位支承钉配合，可于通孔位置安装定位支承钉；活动定位台弧形凹槽内距右端边缘20mm中心处通有直径15mm通孔供所述压紧螺栓通过；活动定位台前端距右端面50mm处设有调节杆安装孔。

7.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，角度调节杆中间段为锥面包络蜗杆结构，头数为1；旋入调节杆安装孔后，角度调节杆的蜗杆结构和角度调整块蜗轮齿相配合，通过旋转固定于角度调节杆上的角度调节手柄，可实现角度调整块的转动。

8.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，叶片定位前根据叶片安装角，旋转角度调节杆驱动角度调整块转动以此实现定位平面板倾斜角度的调节；通过压紧边刻度读出角度值，在确定后旋转压紧螺母压下压板保证角度调整块不再转动，实现基于不同安装角的定位面倾斜角度调节功能。

9.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，定位台螺杆与活动定位台通过螺纹相连接，将螺杆手柄套在螺杆方形段，旋转定位台螺杆驱动活动定位台垂直方向移动；由于角度调整块和定位支承钉均装配于活动定位台，移动活动定位台可改变定位件空间位置，保证叶根中心与夹具回转中心相一致，实现对于不同规格厚度叶根定位功能。

10.如权利要求1所述的一种基于叶根斜面定位的可调试夹具，其特征在于，夹紧板通过夹紧板转轴与活动上盖铰接，夹紧板装配后位于活动上盖下方；将螺杆手柄套在上盖螺杆方形段，旋转上盖螺杆驱动活动上盖垂直方向移动，可以将夹紧板压在叶根径向面，实现叶根夹紧功能。

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