CN109047931B - 一种十字加工装置及使用该装置加工零件型腔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字加工装置及使用该装置加工零件型腔的方法，十字加工装置包括上十字模架和下十字模架，上十字模架和下十字模架上下相对设置；上十字模架包括上十字支撑架和刀具，在上十字支撑架的四个支撑臂上各安装一套刀具；下十字模架包括下十字支撑架和夹具，在下十字支撑架的四个支撑臂上各安装一套夹具，待加工零件被夹持在夹具上。本发明的十字加工装置，采用十字结构的设计相对于目前的单件单工位的加工方式可同时加工四件零件，同时提高设备空间利用率及功耗利用，极大限度发挥设备的功能，提高了加工效率，能满足批量化生产应用。

Description

一种十字加工装置及使用该装置加工零件型腔的方法

技术领域

本发明属于型腔加工领域，具体涉及一种十字加工装置及使用该装置加工零件型腔的方法。

背景技术

在航空发动机加工领域，一般采用“科研试制→小批量验证→批量生产”模式研制生产。研制及小批量生产阶段，零件型腔多采用单件单工位加工方法，效率低下，这种加工方法不利于大批量生产。比如，航空发动机涡轮导向叶片缘板型孔为异型孔，不易加工，目前都是采用单件单工位加工，同时，这种粗放型加工方式导致设备占用率高、利用率低，难以满足大批量生产任务要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种十字加工装置及使用该装置加工零件型腔的方法，能同时加工多个零件，提升大批量生产过中的效率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种十字加工装置，包括上十字模架和下十字模架，上十字模架和下十字模架上下相对设置；

上十字模架包括上十字支撑架和刀具，在上十字支撑架的四个支撑臂上各安装一套刀具；

下十字模架包括下十字支撑架和夹具，在下十字支撑架的四个支撑臂上各安装一套夹具，待加工零件被夹持在夹具上；

工作时，刀具能够准确下落加工待加工零件。

进一步，夹具包括第一底座，第一底座上设有用于放置待加工零件的支撑块和用于将待加工零件定位的定位结构，定位结构设置在支撑块周围。

进一步，支撑块的中部开孔内设有支点轴，支撑块与支点轴通过杠杆轴铰接，支撑块绕杠杆轴转动，支撑块一端设有压紧把手，另一端设有顶紧销。

进一步，定位结构包括第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块，第一定位块、第二定位块及第四定位块上均设有定位销，第一定位块和第二定位块设在第一底座一侧，第四定位块设在第一底座的另一侧，第三定位块设在压紧把手一侧。

进一步，夹具还包括第二底座、分度销和旋转轴；第二底座上开有U型槽，第一底座安装在第二底座的U型槽内；

第一底座和第二底座上设有用于安装旋转轴的轴孔，旋转轴贯穿第二底座和第一底座；第一底座和第二底座的一端开有销孔，分度销插设在销孔内；

销孔为“8”字孔，分度销的连接端上开有槽。

进一步，四套刀具通过EROWA模块与上十字支撑架的四个支撑臂连接，四套夹具通过EROWA模块与下十字支撑架的四个支撑臂连接，上十字模架通过EROWA模块与机床主轴连接，下十字模架通过EROWA模块与机床工作台连接。

使用上述的十字加工装置加工零件型腔的方法，包括以下步骤：

1)在四个夹具内各安装一个待加工零件；

2)利用刀具同时对四个待加工零件同时进行型腔加工。

进一步，安装待加工零件前，还包括对十字加工装置进行调整的操作，具体如下：

1)根据待加工零件设计夹具；

2)将夹具固定安装在下十字支撑架上，组装好下十字模架；将刀具安装在上十字支撑架上，组装好上十字模架；

3)调节上十字模架和下十字模架的位置，使上十字模架和下十字模架的中心对齐，即完成对十字加工装置的调整。

使用上述的十字加工装置加工零件型腔的方法，待加工零件为航空发动机涡轮导向叶片的下缘板，下缘板上设有第一型孔和第二型孔，且第一型孔和第二型孔之间角度为0°，具体包括以下步骤：

1)将下缘板放置在第一底座的支撑块上，调节压紧把手，支点轴作为支撑块的支点，支撑块绕杠杆轴转动，当设有压紧把手的支撑块一端下降时，支撑块另一端抬起，顶紧销顶紧下缘板的下表面，同时结合定位块和定位销将下缘板的位置固定；

2)利用刀具对下缘板进行加工，先加工第一型孔，待下缘板的第一型孔完成后，将上十字模架平行移动至第二型孔对应位置，再进行第二型孔的加工，加工结束。

使用上述的十字加工装置加工零件型腔的方法，待加工零件为航空发动机涡轮导向叶片的上缘板，上缘板上设有第一型孔和第二型孔，且第一型孔和第二型孔之间非0°，具体包括以下步骤：

1)将上缘板放置在第一底座的支撑块上，调节压紧把手，支点轴作为支撑块的支点，支撑块绕杠杆轴转动，当设有压紧把手的支撑块一端下降时，支撑块另一端抬起，顶紧销顶紧上缘板的下表面，同时结合定位块和定位销将上缘板的位置固定；

2)利用刀具对上缘板进行加工，先加工第一型孔，待上缘板第一型孔完成后，将分度销旋转90°后再下压或抬起调整至分度销第二位置处，第一底座绕旋转轴转动至预设位置，然后再将分度销旋转90°后将第一底座锁紧在第二底座内，然后将上十字模架平行移动至第二型孔对应位置，再进行第二型孔的加工，加工结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的十字加工装置，采用十字结构的设计相对于目前的单件单工位的加工方式可同时加工四件零件，同时提高设备空间利用率及功耗利用，极大限度发挥设备的功能，提高了加工效率，能满足批量化生产应用。

进一步，夹具为固定底座，通过在固定底座上设置支撑块和定位结构，可以将零件定位到唯一位置，保证批量加工的基础。

进一步，通过在支撑块上设置压紧把手、支点轴和杠杆轴，利用杠杆原理，通过调节压紧把手带动支撑块绕杠杆轴转动，当设有顶紧销的支撑块一端抬起时，顶紧销就会顶紧待加工零件的下表面，同时结合定位结构的多个定位块和定位销将待加工零件的位置固定在唯一指定的位置。

进一步，夹具包括能够活动的第一底座和固定的第二底座，将销孔设计为8字型，对应的分度销上开有槽，使用过程中仅需将分度销旋转90°，分度销就可以在“8”字孔内下落或抬起，进而调整分度销至第二位置处，同时第一底座绕旋转轴转动至预设的相应位置，再旋转分度销90°后将第一底座锁紧在第二底座内，即可快速转换工位，相比于拔插销子的方式更为省力、方便。

进一步，本发明的连接部位均采用EROWA模块连接，保证各部位装配精确，并且能够快速安装。

本发明公开的十字加工装置加工零件型腔的方法，可同时加工4件零件，提高了加工效率，并且每次只需要根据零件结构设计不同结构的夹具，可用于多种零件的加工，可在其它相似零件批量化加工生产上推广。

本发明公开的十字加工装置加工航空发动机涡轮导向叶片上缘板和下缘板型腔的方法，针对航空发动机涡轮导向叶片上缘板和下缘板型孔结构设计出不同的夹具结构，加工时，当两个工位角度是0°时，加工完第一型孔后可通过机床移动主轴坐标，将上十字模架平行移动至第二型孔对应位置再进行加工第二工位；当加工工位之间角度非0°时，加工完第一型孔后可通过调整夹具上的分度销15位置来保证角度，再通过机床主轴平移来保证第二工位的加工位置；通过本十字加工装置对其进行加工，可弥补国内在批量化应用加工这种涡轮叶片缘板型孔的空白。

附图说明

图1为本发明十字加工装置的整体结构示意图；

图2为下十字模架正视图；

图3为下十字模架俯视图；

图4为附带待加工零件的下十字模架俯视图；

图5为本发明的上十字模架正视图；

图6为本发明的上十字模架俯视图；

图7为本发明的夹具俯视图；

图8为是图7的A-A剖视图；

图9为夹具结构中分度销的俯视图；

图10为夹具结构中分度销的正视图；

图11为夹具结构中底座的正视图；

图12为夹具结构中底座的侧视图；

图13为本发明十字加工装置的另一种结构示意图；

图14为图13中夹具的结构俯视图；

图15为图13的下十字模架俯视图；

图16为附带图14的夹具结构的下十字模架的俯视图；

其中：1为上十字支撑架，2为刀具，3为夹具，4为下十字支撑架，5为第一底座，6为第二底座，7为支撑块，8为第一定位块，9为第二定位块，10为第三定位块，11为第四定位块，12为支点轴，13为压紧把手，14为旋转轴，15为分度销，16为待加工零件，17为槽，18为轴孔，19为销孔，20为顶紧销，21为EROWA模块。

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1～6所示，本发明的十字加工装置包括上十字模架和下十字模架，上十字模架和下十字模架上下相对设置；上十字模架包括上十字支撑架1和刀具2，在上十字支撑架1的四个支撑臂上各安装一套刀具2；下十字模架包括下十字支撑架4和夹具3，在下十字支撑架4的四个支撑臂上各安装一套夹具3，待加工零件16被夹持在夹具3上。

优选地，四套刀具2通过EROWA模块21与上十字支撑架1的四个支撑臂连接，四套夹具3通过EROWA模块21与下十字支撑架4的四个支撑臂连接，上十字模架通过EROWA模块21与机床主轴连接，下十字模架通过EROWA模块21与机床工作台连接。

四套夹具3装在下十字支撑架4的四个支撑臂上，四套夹具3的中心相对于下十字支撑架4的中心的距离需要调整成一致的，手动安装四套夹具3，偏差较大，不能保证很好的相对位置，而通过现有的EROWA模块21定位的话，就可以保证夹具3与下十字支撑架4的安装定位精度，并且能够快速安装。同理，刀具2与上十字支撑架1采用EROWA模块21定位连接。

使用十字加工装置对待加工零件进行加工的方法，包括以下步骤：

1)根据零件设计夹具3，将夹具3安装好；

2)将安装好的夹具3固定安装在下十字支撑架4上，组装好下十字模架；将刀具2安装在上十字支撑架1上，组装好上十字模架；

3)调节上十字模架和下十字模架的位置，使上十字模架和下十字模架的中心对齐，即可完成加工前的准备；

4)在四个夹具3内各安装一个待加工零件16；

5)刀具2对四个待加工零件16同时进行加工。

夹具3的结构需要根据待加工零件16的尺寸来设计，下面具体针对航空发动机涡轮导向叶片缘板型孔的加工来说明。

航空发动机涡轮导向叶片缘板分为上缘板和下缘板，上缘板上设有两个类似月牙形的异形型孔，两个异形型孔在零件上沿圆弧分布，两个型孔径向线有一定夹角。下缘板结构与上缘板结构类似，两个型孔径向线平行夹角为零。

针对上缘板加工异形型孔时，两个型孔之间角度非0°，设计的夹具3结构如图7～8所示，夹具3包括第一底座5、第二底座6、分度销15和旋转轴14；第一底座5上设有用于放置上缘板的支撑块7和用于将上缘板定位的定位结构，定位结构设置在支撑块7周围；支撑块7的中部开孔内设有支点轴12，支撑块7一端设有压紧把手13，另一端设有顶紧销20，支撑块7与支点轴12通过杠杆轴(图中未示)铰接，杠杆轴横向贯穿支撑块7和支点轴12，利用杠杆原理，支点轴12作为支点，通过拧动压紧把手13，使支撑块7绕杠杆轴转动，当设有压紧把手13的支撑块7一端下落时，支撑块7另一端就会抬起，进而使顶紧销20顶住上缘板的下表面。

定位结构包括第一定位块8、第二定位块9、第三定位块10及第四定位块11，第一定位块8和第二定位块9设在第一底座5一侧，第三定位块10设在夹紧把手一侧，第四定位块11设在第一底座5的另一侧，第一定位块8、第二定位块9和第四定位块11上均设有定位销。依据六点定位原则，第一定位块8、第二定位块9及其上的定位销与零件的接触面会形成四个定位点，第四定位块11上的定位销与零件的接触面作为第五个定位点，第三定位块10与零件的接触面作为第六个定位点，从而将上缘板的位置固定在唯一指定的位置。

如图9～12所示，第二底座6上开有U型槽，第一底座5安装在第二底座6的U型槽内；第一底座5和第二底座6上设有用于安装旋转轴14的轴孔18，旋转轴14贯穿第二底座6和第一底座5；第一底座5和第二底座6的一端开有销孔19，分度销15插设在销孔19内；销孔19为“8”字孔，分度销15的连接端上开有槽17。

因为上缘板的两个型孔夹角较小，导致对应两个工位的孔离得太近，有重叠部分形成，所以将销孔19设计为“8”字孔，销孔19的分布位置是由上缘板的两个型孔夹角决定的。若加工零件的两个型腔或者更多型腔之间夹角不同时，第二底座6上“8”字孔会分离形成两个或者多个独立的孔。

通过第一底座5上的定位块、定位销及支撑块7结构，将上缘板定位夹紧，加工完第一型孔后需要通过调整夹具3上的分度销15位置来保证角度，再通过机床平移来保证第二型孔的加工位置。

根据上缘板结构采用“两位一轴”结构的形式即两个工位一个销轴的结构形式，使用过程中仅需将分度销15旋转90°，再调整至另外一点即可快速转换工位，相比于拔插销子的方式更为省力、方便、节约空间。

在使用过程中，将下十字支撑架4连同夹具3部分通过EROWA模块21与机床工作台连接，将上十字支撑架1连同刀具2通过EROWA模块21与机床主轴连接，将上十字模架和下十字模架两部分适当微调找正对齐后，即可完成准备进行加工。然后依次将上缘板装入4套夹具3，通过手动调节压紧把手13，使支撑块7绕杠杆轴转动，当设有顶紧销的支撑块一端抬起时，顶紧销20就会顶紧上缘板的下表面，配合定位结构，将上缘板的位置固定在唯一指定的位置；调用加工程序进行第一型孔加工，完成加工后将分度销15旋转90°，分度销15在销孔19中下压或抬起，调整分度销15至第二位置处，第一底座5绕旋转轴14转动至相应位置，然后再将分度销15旋转90°，分度销15就会卡在销孔19内，即可将第一底座5和第二底座6锁紧，最终实现快速转换至第二型孔加工工位的目的。

针对下缘板加工异形型孔时，两个型孔角度为0°，加工完第一型孔后可通过机床移动主轴坐标，将上十字模架平行移动至第二型孔对应位置再进行加工第二型孔。如图13～16所示，夹具3包括第一底座5，第一底座5上设有用于放置下缘板的支撑块7和用于将下缘板定位的定位结构，定位结构设置在支撑块7周围。支撑块7的中部开孔内设有支点轴12，支撑块7一端设有压紧把手13，另一端设有顶紧销20，支撑块7与支点轴12通过杠杆轴铰接，利用杠杆原理，支点轴12作为支点，通过拧动压紧把手13，使支撑块7绕杠杆轴转动，当设有压紧把手13的支撑块7一端下落时，支撑块7另一端就会抬起，进而使顶紧销20顶住下缘板的下表面；定位结构包括第一定位块8、第二定位块9、第三定位块10及第四定位块11，第一定位块8和第二定位块9设在第一底座5一侧，第三定位块10设在夹紧把手一侧，第四定位块11设在第一底座5的另一侧，第一定位块8、第二定位块9和第四定位块11上均设有定位销。

在使用过程中，将下十字支撑架4连同夹具3部分通过EROWA模块21与机床工作台连接，将上十字支撑架1连同刀具2通过EROWA模块21与机床主轴连接，将上十字模架和下十字模架两部分适当微调找正对齐后，即可完成准备进行加工。然后依次将下缘板装入4套夹具3，通过手动调节压紧把手13向下移动，调用加工程序进行第一型孔加工，完成加工后，将上十字模架平行移动至第二型孔对应位置，再进行第二型孔的加工。

综上所述，根据加工零件的种类、加工部位等各方面的差异，夹具上的定位块、定位销及压紧结构的大小、分布位置等均会存在差异。

加工时，当两个工位角度是0°时，加工完第一型孔后可通过机床移动主轴坐标，将上十字模架平行移动至第二型孔对应位置再进行加工第二工位；当加工工位之间角度非0°时，加工完第一型孔后可通过调整夹具上的分度销15位置来保证角度，再通过机床主轴平移来保证第二工位的加工位置。推广来说，加工这种加工部位存在角度差异及位置不同的零件，通过特定的夹具及分度销15来调整角度，通过机床主轴或工作台来水平移动上十字模架或下十字模架保证位置，最终能够实现快速、高效转换工位满足加工要求。

本发明虽然是以航空发动机涡轮导向叶片缘板型孔加工为例进行说明，但不限于本十字加工装置只能加工涡轮导向叶片缘板型孔。例如给轴加工轴孔时，夹具结构可采用三爪自定心卡盘结构，将三爪自定心卡盘与下十字支撑架上固定安装，使用三爪自定心卡盘把轴夹紧，然后使用上十字模架上的刀具就可以对四个轴同时进行加工。

本发明的十字加工装置可提升零件大批量生产过中的效率，可推广至同类或相似零件复杂形状型腔加工。

Claims (5)

1.一种十字加工装置，其特征在于：包括上十字模架和下十字模架，上十字模架和下十字模架上下相对设置；

上十字模架包括上十字支撑架(1)和刀具(2)，在上十字支撑架(1)的四个支撑臂上各安装一套刀具(2)；

下十字模架包括下十字支撑架(4)和夹具(3)，在下十字支撑架(4)的四个支撑臂上各安装一套夹具(3)，待加工零件(16)被夹持在夹具(3)上；

工作时，刀具(2)能够准确下落加工待加工零件(16)；

夹具(3)包括第一底座(5)、第二底座(6)、分度销(15)和旋转轴(14)，第一底座(5)上设有用于放置待加工零件(16)的支撑块(7)和用于定位待加工零件(16)的定位结构，定位结构设置在支撑块(7)周围；

第二底座(6)上开有U型槽，第一底座(5)安装在第二底座(6)的U型槽内；

第一底座(5)和第二底座(6)上设有用于安装旋转轴(14)的轴孔(18)，旋转轴(14)贯穿第二底座(6)和第一底座(5)；第一底座(5)和第二底座(6)的一端开有销孔(19)，分度销(15)插设在销孔(19)内；

销孔(19)为“8”字孔，分度销(15)的连接端上开有槽(17)。

2.根据权利要求1所述的十字加工装置，其特征在于：支撑块(7)中部开孔，且在该孔内设有支点轴(12)，支撑块(7)与支点轴(12)通过杠杆轴铰接，支撑块(7)绕杠杆轴转动；支撑块(7)一端设有压紧把手(13)，另一端设有顶紧销(20)。

3.根据权利要求1所述的十字加工装置，其特征在于：定位结构包括第一定位块(8)、第二定位块(9)、第三定位块(10)和第四定位块(11)，第一定位块(8)、第二定位块(9)及第四定位块(11)上均设有定位销，第一定位块(8)和第二定位块(9)设在第一底座(5)一侧，第四定位块(11)设在第一底座(5)的另一侧，第三定位块(10)设在压紧把手(13)一侧。

4.根据权利要求1所述的十字加工装置，其特征在于：四套刀具(2)通过EROWA模块(21)与上十字支撑架(1)的四个支撑臂连接，四套夹具(3)通过EROWA模块(21)与下十字支撑架(4)的四个支撑臂连接，上十字模架通过EROWA模块(21)与机床主轴连接，下十字模架通过EROWA模块(21)与机床工作台连接。

5.使用权利要求1～4任意一项所述的十字加工装置加工零件型腔的方法，其特征在于，待加工零件为航空发动机涡轮导向叶片的上缘板，上缘板上设有第一型孔和第二型孔，且第一型孔和第二型孔之间角度非0°，具体包括以下步骤：

1)将上缘板放置在第一底座(5)的支撑块(7)上，调节压紧把手(13)，支点轴(12)作为支撑块(7)的支点，支撑块(7)绕杠杆轴转动，当设有压紧把手(13)的支撑块(7)一端下降时，支撑块(7)另一端抬起，顶紧销(20)顶紧上缘板的下表面，同时结合定位块和定位销将上缘板的位置固定；

2)利用刀具(2)对上缘板进行加工，先加工第一型孔，待上缘板第一型孔完成后，将分度销(15)旋转90°后再下压或抬起调整至分度销(15)第二位置处，第一底座(5)绕旋转轴(14)转动至预设位置，然后再将分度销(15)旋转90°后将第一底座(5)锁紧在第二底座(6)内，然后将上十字模架平行移动至第二型孔对应位置，再进行第二型孔的加工，加工结束。

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