CN109015029A - 一种管型精密零件用带十字开口的定位夹套及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管型精密零件加工领域，具体涉及一种管型精密零件用带十字开口的定位夹套及其制备方法和使用方法，定位夹套为阶梯轴结构，在定位夹套的两端面上均开有槽体，两槽体开槽方向互相垂直，形成十字槽结构，定位夹套内部开有用于安装管型精密零件的轴孔。通过轴向和径向的定位，将被装夹的管型精密零件完全夹紧，定位夹套与管型精密零件外圆间隙很小，定位夹套在使用过程中不会因切削力的作用使夹套和零件受到损坏，最终实现管型精密零件装夹，保证工件装夹精度，使被加工工件一次装夹即可完成内腔加工，使加工步骤衔接紧密，尺寸一致性及形状位置度好，可有效提高管型精密零件的加工效率。

Description

一种管型精密零件用带十字开口的定位夹套及其制备方法和 使用方法

技术领域

本发明属于管型精密零件加工领域，具体涉及一种管型精密零件用带十字开口的定位夹套及其制备方法和使用方法。

背景技术

航空发动机燃油喷嘴精密件外形多为台阶式结构(如图1所示)，内腔加工时需夹持零件外形，内孔及内锥面对外圆的位置度等技术条件要求较高，通常要求同轴度≤0.02mm、垂直度≤0.02mm。燃油喷嘴精密件内孔及转接内锥面作为燃油流道，其作用是燃油从喷嘴中心孔中喷出，控制其燃油的流量及角度，影响燃油喷嘴工作的稳定性。所以，装夹工具的精度直接影响燃油喷嘴精密件内型腔的几何位置精度。

目前燃油喷嘴精密件加工包括专用夹具装夹、普通三爪装夹等多种装夹方式，都是将燃油喷嘴精密件直接夹在机床夹具上，由于燃油喷嘴精密件外部一般为台阶式，夹具不好夹持，造成定位不牢靠，进而影响燃油喷嘴精密件内腔的加工精度，加工质量低；工人在用夹具夹持燃油喷嘴精密件外圆时，由于不容易夹持，对工人技术要求非常高，造成加工效率低，同时容易使燃油喷嘴精密件外部变形，损伤工件外部；加工燃油喷嘴精密件内腔往往需要二次装夹，存在形状位置度公差及尺寸一致性不高的问题。加工管型精密零件时均存在这几种问题，亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管型精密零件用带十字开口的定位夹套及其制备方法和使用方法，解决了在加工管型精密零件内腔时，加工质量低、加工效率低、需二次装夹及工件易变形的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种管型精密零件用带十字开口的定位夹套，所述的定位夹套为阶梯轴结构，定位夹套内部开有用于安装管型精密零件的轴孔；

在定位夹套的一端端面上开有第一槽体，在定位夹套的另一端端面上开有第二槽体，第一槽体和第二槽体的开槽方向互相垂直。

进一步，定位夹套采用抗拉强度≥600MPa、屈服强度≥355MPa的材料。

进一步，所述材料为钢材、陶瓷或复合材料。

进一步，定位夹套的小径直径为Φd₂,第一槽体和第二槽体的宽度为t，当Φd₂≤10mm时，t为0.4～0.65mm；当Φd₂≥30mm时，t为1.05～1.55mm；当10mm<Φd₂<30mm时，t为0.65～1.05mm。

进一步，定位夹套的小径直径Φd₂最大为60mm。

进一步，轴孔采用阶梯孔或盲孔。

制备上述的管型精密零件用带十字开口的定位夹套的方法，包括以下步骤：

1)根据管型精密零件外圆最大直径与管型精密零件的长度设计定位夹套轴孔的直径ΦD₁及长度L，根据选用的卡簧或机床三爪自定心卡盘开口直径设计定位夹套的小径直径Φd₂，根据小径直径Φd₂的尺寸确定第一槽体和第二槽体的宽度t尺寸及定位夹套的大径直径Φd₁尺寸；

2)采用数控车床加工定位夹套的大径直径至尺寸Φd₁，再加工小径直径至尺寸Φd₂；

3)采用镗孔的方法，加工轴孔至尺寸ΦD₁；

4)采用线切割法加工定位夹套的第一槽体和第二槽体。

进一步，当轴孔采用阶梯孔时，在步骤2)和步骤3)之间使用钻头钻削轴孔的小孔至尺寸ΦD₂。

进一步，步骤3)中加工轴孔直径尺寸ΦD₁时，保证轴孔直径ΦD₁与管型精密零件最大外圆配合处的配合间隙为0.005～0.02mm。

使用上述的定位夹套加工管型精密零件的方法，包括以下步骤：

1)将管型精密零件塞入定位夹套的轴孔内；

2)将定位夹套的小径安装在机床三爪自定心卡盘或机床卡簧内，使用夹具夹住定位夹套两端面的第一槽体和第二槽体；

3)启动机床，开始对管型精密零件加工，直至将管型精密零件加工完成后结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的管型精密零件用带十字开口的定位夹套，采用阶梯轴结构易实现外圆面的夹持，在两端面开有槽体，将管型精密零件装入定位夹套中，采用机床三爪自定心卡盘或机床卡簧夹紧定位夹套的小径外圆面，定位夹套的小径外圆面与机床卡盘端面或卡簧端面夹紧实现定位夹套与管型精密零件的径向定位；用夹具夹紧定位夹套的两端面的槽体，第一槽体和第二槽体的开槽方向互相垂直，由两端面开设的第一槽体和第二槽体所形成的十字槽结构实现定位夹套与管型精密零件的轴向定位；通过轴向和径向的定位，将被装夹的管型精密零件完全夹紧，定位夹套与管型精密零件外圆间隙很小，定位夹套在使用过程中不会因切削力的作用使夹套和零件受到损坏，最终实现管型精密零件装夹，保证工件装夹精度。

进一步，定位夹套采用抗拉强度≥600MPa、屈服强度≥355MPa的材料，材料的强度、塑性和韧性得到一个较好的平衡，综合性能良好，可适应应变负荷环境。

进一步，通过研究定位夹套材料弹性变形、强度、收缩性能等技术参数，确定出开槽宽度与定位夹套外圆直径的关系，直接根据定位夹套的外圆直径就能确定出开槽的宽度尺寸，可快速设计出定位夹套的尺寸。

进一步，根据管型精密零件头部直径尺寸的大小选择轴孔采用阶梯孔还是盲孔，可以保证管型精密零件的装夹牢靠、定位稳定。

本发明公开的定位夹套的制造工艺简单，先加工外圆面，再加工内孔，通用设备便可实现加工，且不需要热处理工艺，生产现场使用方便，实用性强，通过定位夹套的设计，大大地提高了提高工厂生产效率，确保被加工工件形状位置度公差及尺寸的一致性。

本发明公开的使用定位夹套加工管型精密零件的方法，将定位夹套的小径安装在机床三爪自定心卡盘或机床卡簧内，使用夹具夹住定位夹套两端面的第一槽体和第二槽体，实现轴向和径向的定位夹紧，一次装夹就可完成对管型精密零件的内腔加工，加工步骤衔接紧密，定位准确度高，夹持面积大，有效避免管型精密零件变形以及夹伤管型精密零件的问题，可有效提高管型精密零件质量稳定性，使得管型精密零件的尺寸一致性及形状位置度好，可有效提高管型精密零件的加工效率。

附图说明

图1为待加工的航空发动机燃油喷嘴精密件的结构示意图；

图2为管型精密零件装入定位夹套的结构示意图；

图3为本发明的定位夹套的立体图；

图4为实施例1的定位夹套的正视图；

图5为图4的右视图；

图6为图4的左视图；

图7为实施例2的定位夹套的正视图；

图8为图7的右视图；

图9为图7的左视图；

其中，1为定位夹套，2为管型精密零件，3为第一槽体，4为第二槽体。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图2～3所示，本发明的管型精密零件用带十字开口的定位夹套，所述的定位夹套1为阶梯轴结构，定位夹套1内部开有用于安装管型精密零件2的轴孔；在定位夹套1的一端端面上开有第一槽体3，在定位夹套1的另一端面上开有第二槽体4，第一槽体3和第二槽体4的开槽方向互相垂直，形成在虚处交叉的十字槽结构。十字槽结构使装夹、拆卸工件操作方便，定位准确，装夹不会使工件变形，定位牢靠、位置精度高，圆跳动可达0.02mm以内、垂直度可达Φ0.01mm以内。

如图3所示，所述的阶梯轴结构为单台阶形式，开有第一槽体3的一端为小径，开有第二槽体4的一端为大径。

如图3所示，第一槽体3的开槽深度接近定位夹套1的台阶面处，第二槽体4的开槽深度靠近定位夹套1的小径端面，开槽深度较大，这样夹持的比较牢靠，夹持效果好。开槽深度设计较小的话，在用夹具夹持定位夹套1两端面时，有时还是会发生转动的现象。

定位夹套1的小径端面处分为带孔与不带孔两种状态：

(1)定位夹套带孔状态用于装夹头部直径大于Φ2mm以上的管型精密零件。这种带孔的定位夹套主要是为了方便制造加工，且不影响管型精密零件定位的稳定性。

(2)不带孔的定位夹套用于装夹头部直径小于Φ2mm以下的管型精密零件，主要原因是为了装夹牢靠、定位稳定。但是这种定位夹套加工难度较大，对定位夹套孔底的平面度要求较高，不允许定位夹套孔底有凹凸不平的形状，定位夹套的孔底不平会影响管型精密零件轴向定位精度。

实施例1(定位夹套小径端面处不带孔状态)

如图4～6所示，定位夹套外部采用阶梯轴，阶梯轴内部开有用于安装管型精密零件2的轴孔，定位夹套1的轴孔采用盲孔，直径为ΦD₁；在阶梯轴的右端面上开有第一槽体3，在阶梯轴的左端面上开有第二槽体4，第一槽体3和第二槽体4形成十字槽结构。

制作定位夹套的加工工艺为：1)根据管型精密零件2外圆最大直径与管型精密零件2的长度设计定位夹套1阶梯孔的大孔直径ΦD₁及长度L，根据选用的卡簧或机床三爪自定心卡盘开口直径设计定位夹套1的小径直径Φd₂，根据小径直径Φd₂的尺寸确定开槽宽度t尺寸及定位夹套1的大径直径Φd₁尺寸，大径直径Φd₁一般比小径直径Φd2大2mm；2)采用数控车床的外圆车刀加工定位夹套1的大径尺寸Φd₁，再加工小径至尺寸Φd₂；3)采用镗孔的方法，将轴孔加工至尺寸ΦD₁，保证轴孔直径ΦD₁与管型精密零件2最大外圆配合处的配合间隙为0.005～0.02mm；5)采用线切割加工定位夹套1两端面的第一槽体3和第二槽体4。

实施例2(定位夹套小径端面处带孔状态)

如图7～9所示，定位夹套外部采用阶梯轴，阶梯轴内部开有用于安装管型精密零件2的轴孔，轴孔采用阶梯孔，大孔直径为ΦD₁，小孔直径为ΦD₂；在阶梯轴的右端面上开有第一槽体3，在阶梯轴的左端面上开有第二槽体4，第一槽体3和第二槽体4形成十字槽结构。

制作定位夹套1的加工工艺为：1)根据管型精密零件2外圆最大直径与管型精密零件2的长度设计定位夹套1阶梯孔的大孔直径ΦD₁及长度L，根据选用的卡簧或机床三爪自定心卡盘开口直径设计阶梯轴的小径直径Φd₂，根据小径直径Φd₂的尺寸确定开槽宽度t尺寸及阶梯轴的大径直径Φd₁尺寸，大径直径Φd₁一般比小径直径Φd2大2mm；2)采用数控车床的外圆车刀加工定位夹套1的大径尺寸Φd₁，再加工小径至尺寸Φd₂；使用钻头钻削轴孔的小孔至尺寸ΦD₂；3)采用镗孔的方法，将轴孔的直径加工至尺寸ΦD₁，保证轴孔的大孔直径ΦD₁与管型精密零件2最大外圆配合处的配合间隙为0.005～0.02mm；4)采用线切割加工定位夹套1两端面的第一槽体3和第二槽体4。

以加工图1所示的航空发动机燃油喷嘴精密件为例说明，使用时，将航空发动机燃油喷嘴精密件塞入定位夹套1内孔内，将定位夹套1的小径安装在机床三爪自定心卡盘或机床卡簧内，同时使用夹具夹住定位夹套1两端面的第一槽体3和第二槽体4，启动机床程序，即可正常加工航空发动机燃油喷嘴精密件，最后将使用过的定位夹套1涂抹防锈油放入塑料盒或塑料袋内存放，便于循环使用。

采用机床三爪自定心卡盘或机床卡簧夹紧定位夹套1的外圆台阶面即阶梯轴的小径外圆，定位夹套1的外圆台阶面与机床卡盘端面或卡簧端面夹紧实现定位夹套1与管型精密零件2的径向定位；用夹具夹紧定位夹套1的两端面的第一槽体3和第二槽体4，由第一槽体3和第二槽体4所形成的十字槽结构实现定位夹套1与管型精密零件2的轴向定位。

通过十字槽结构可以将被装夹零件完全夹紧，定位夹套1在使用过程中不会因切削力的作用使定位夹套1和零件受到损坏，有效避免了单向十字开槽或单边开槽结构因受到切削力影响损坏定位夹套1和工件或夹持不牢靠造成装夹工件尺寸不稳定、起不到定位目的等问题。

通过研究定位夹套1材料弹性变形、强度、收缩性能等技术参数，设计第一槽体3和第二槽体4的宽度t(以下称为开槽宽度)。开槽宽度t与定位夹套1的小径直径即被夹持端面外圆直径Φd₂有一定关系，一般Φd₂在10mm以下，开槽宽度t为0.4～0.65mm；Φd₂在30mm以上，开槽宽度t为1.05～1.55mm；当10mm<Φd₂<30mm时，开槽宽度t为0.65～1.05mm。定位夹套1的小径直径Φd₂一般控制在60mm以内。

定位夹套1选用钢材，一般采用经调质的45碳素钢，抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥355MPa，伸长率≥16％，端面收缩率≥40％，冲击功≥39J，该材料具有一定的强度，塑性和韧性较好，适用于制作夹套。定位夹套1也可采用抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥355MPa的陶瓷或复合材料。

采用本定位夹套1装夹可有效避免工件变形或夹伤工件，特别针对薄壁类精密件，可减少变形量，可以有效提高工厂生产效率，确保被加工工件形状位置度公差及尺寸一致性，对航空、航天燃油管型精密零件的安装调试奠定了质量基础。本发明可提升工件装夹效率，拓宽装夹方法，特别是针对航空用的高精度燃油喷嘴零件，可广泛用于航空、航天及民用发动机高精度燃油管型精密零件。

由于轴向和径向的同时夹紧，可保证定位夹套1在装夹时也不会变形，可多次装夹使用，可用于燃油管型精密零件内腔粗、半精或精加工，可用于各种硬度材料的燃油管型精密零件加工。

采用定位夹套明显提高了航空发动机燃油管型精密零件生产效率及质量稳定性，设计专用夹套装夹燃油管型精密零件，可实现快速安装、拆卸工件；定位准确度高，夹持面积大，有效避免工件变形以及夹伤工件，可有效提高工件质量稳定性；管型精密零件用定位夹套制造工艺简便，通用设备便可实现加工，且不需要热处理工艺，生产现场使用方便，实用性强。

本发明适用于航空、航天类管型精密零件装夹加工制造，特别适用于管型精密零件最大外圆直径≤50mm、长度≤40mm的工件。本发明还可以拓宽使用范围，对于外圆直径为1～20mm的钻头或刀柄等工具也可以使用。

Claims (10)

1.一种管型精密零件用带十字开口的定位夹套，其特征在于，所述的定位夹套(1)为阶梯轴结构，定位夹套(1)内部开有用于安装管型精密零件(2)的轴孔；

在定位夹套(1)的一端端面上开有第一槽体(3)，在定位夹套(1)的另一端端面上开有第二槽体(4)，第一槽体(3)和第二槽体(4)的开槽方向互相垂直。

2.根据权利要求1所述的管型精密零件用带十字开口的定位夹套，其特征在于，定位夹套(1)采用抗拉强度≥600MPa、屈服强度≥355MPa的材料。

3.根据权利要求2所述的管型精密零件用带十字开口的定位夹套，其特征在于，所述材料为钢材、陶瓷或复合材料。

4.根据权利要求1所述的管型精密零件用带十字开口的定位夹套，其特征在于，定位夹套(1)的小径直径为Φd₂,第一槽体(3)和第二槽体(4)的宽度为t，当Φd₂≤10mm时，t为0.4～0.65mm；当Φd₂≥30mm时，t为1.05～1.55mm；当10mm<Φd₂<30mm时，t为0.65～1.05mm。

5.根据权利要求1所述的管型精密零件用带十字开口的定位夹套，其特征在于，定位夹套(1)的小径直径Φd₂最大为60mm。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的管型精密零件用带十字开口的定位夹套，其特征在于，轴孔采用阶梯孔或盲孔。

7.制备权利要求1～6任意一项所述管型精密零件用带十字开口的定位夹套的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据管型精密零件(2)外圆最大直径与管型精密零件(2)的长度设计定位夹套(1)轴孔的直径ΦD₁及长度L，根据选用的卡簧或机床三爪自定心卡盘开口直径设计定位夹套(1)的小径直径Φd₂，根据小径直径Φd₂的尺寸确定第一槽体(3)和第二槽体(4)的宽度t尺寸及定位夹套(1)的大径直径Φd₁尺寸；

2)采用数控车床加工定位夹套(1)的大径直径至尺寸Φd₁，再加工小径直径至尺寸Φd₂；

3)采用镗孔的方法，加工轴孔至尺寸ΦD₁；

4)采用线切割法加工定位夹套(1)的第一槽体(3)和第二槽体(4)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当轴孔采用阶梯孔时，在步骤2)和步骤3)之间使用钻头钻削轴孔的小孔至尺寸ΦD₂。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤3)中加工轴孔直径尺寸ΦD₁时，保证轴孔直径ΦD₁与管型精密零件(2)最大外圆配合处的配合间隙为0.005～0.02mm。

10.使用权利要求1～6任意一项所述的定位夹套加工管型精密零件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将管型精密零件(2)塞入定位夹套(1)的轴孔内；

2)将定位夹套(1)的小径安装在机床三爪自定心卡盘或机床卡簧内，使用夹具夹住定位夹套(1)两端面的第一槽体(3)和第二槽体(4)；

3)启动机床，开始对管型精密零件(2)加工，直至将管型精密零件(2)加工完成后结束。