CN109129186A - 一种用于钛合金环形铸件的定位夹具及装夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于钛合金环形铸件的定位夹具及装夹方法，该定位夹具主要包括旋转工作台，两个浮动V型块组件，三个销组件，一个三爪卡盘。钛合金环形铸件通过夹具定位、夹紧在旋转工作台表面；通过三个定位销与钛合金环形铸件端面配合限制钛合金环形铸件高度方向上的线性自由度和两个旋转自由度，通过V型块与钛合金环形铸件上的椭圆结构配合限制钛合金环形铸件的周向旋转自由度，通过三爪卡盘与钛合金环形铸件的圆形内孔配合限制钛合金环形铸件平面上的线性自由度并实现夹紧。该夹具实现了对钛合金环形铸件的完全定位并且对于钛合金环形铸件的正、反面装夹均适用，装夹完成后可通过控制旋转工作台内置的伺服电机使旋转工作台带动夹具与钛合金环形铸件转动至指定角度。

Description

一种用于钛合金环形铸件的定位夹具及装夹方法

技术领域

本发明涉及一种定位夹具，具体涉及一种用于钛合金环形铸件的定位夹具及装夹方法。

背景技术

伴随着中国制造2025的到来，工业机器人的应用越来越广泛。在飞机制造业中很多零件为钛合金材质，且其毛坯多为铸造产生。而钛合金铸造完成后，其表面会形成氧化层，且其圆角表面会存在细小裂纹.不利于后续的加工与成品的使用。因此，在铸造完成后，需对钛合金表面进行加工。以往的加工为工人手工打磨，将钛合金环形铸件放在工作台上即可手持工具进行打磨，但钛合金属于难加工材料，人工打磨费时费力，且加工出的表面质量参差不齐，难以达到美观，高效。故随着自动化产业的不断发展，使用专业设备对钛合金环形铸件已成为必然。而在自动化加工中，对于零件的夹具必不可少。

钛合金环形铸件装夹中需要注意以下几个问题。1、钛合金环形铸件需要打磨的表面位置分布广泛，使用夹具一次装夹必然会使有些部位无法打磨到。2、钛合金环形铸件径向尺寸大，约920mm，加工工具需要较大的加工范围，因此加工设备尺寸也会偏大。3、钛合金质地坚硬，长期接触容易损坏夹具。对此，提出以下方法解决：1、将夹具设计成既可适应正面装夹也可适应翻面装夹，两者之间不能相互干啥但又必须实现对两种装夹方式均可有效装夹。2、将夹具安装在旋转工作台上，旋转工作台可带动钛合金环形铸件转动至指定角度，这样实际需要的加工范围不需要很大，每次加工一定度数范围内的部位即可，加工设备的尺寸也可因此降低。3、销使用硬质合金钢淬火，V型块与环形铸件直接接触的部分也做淬火处理，提高硬度。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种在应用于钛合金环形铸件的定位夹具。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，包括旋转工作台，设置在旋转工作台上的三爪卡盘以及至少五个定位组件，所述定位组件包括销组件以及浮动V型块组件，三爪卡盘通过在三爪卡盘法兰设置在旋转工作台中心。

在上述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，所述三爪卡盘法兰通过T槽螺栓与螺母安装在旋转工作台台面上的T型槽内；所述销组件与浮动V型块组件使用T槽螺栓与螺母直接安装在旋转工作台台面上的T型槽内。

在上述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，每个销组件包括一个内侧销，一个外侧销，一个销座；所述销座通过两组T槽螺栓和螺母安装在旋转工作台上表面的T型槽内，其上开有细牙螺纹孔，对应钛合金环形铸件端面位置且避开该面上浇冒口位置；所述外侧销与内侧销通过细牙螺纹安装在销座上并使用螺母锁紧，三个外侧销与三个内侧销相对于旋转工作台台面分别等高；所述内侧销与外侧销材质为铬钼钒，经淬火处理；所述内侧销，外侧销，销座表面均经发黑处理。

在上述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，所述浮动V型块组件包括V型块，导向柱，法兰铜套，弹簧，限位块，V块座，平键，上罩，下罩；V块座与旋转工作台连接的一侧开有键槽，与平键之间为过盈配合且通过螺栓锁紧，平键一般位于V块座的键槽内另一半位于旋转工作台上的T型槽内并与T型槽过盈配合，V块座通过两组T槽螺栓与螺母锁紧在旋转工作台台面；V块座上开有两个沉头安装孔，导向柱的一端做有外螺纹，该端穿过V块座上的安装孔后从另一侧使用螺母锁紧；V型块上开有与V块座对应的安装孔，安装孔内装有法兰铜套，两法兰铜套分别套在两导向柱上，法兰铜套与导向柱为间隙配合；两个弹簧套在两导向柱上且位于V型块和V块座之间；限位块安装在V块座上，下罩安装在V型块上，上罩安装在导向柱另一端上；所述导向柱材质为3Cr13；所述弹簧材质为不锈钢；所述V型块与导向柱经淬火处理；所述V型块，V块座，上罩，下罩，限位块，平键均经发黑处理。

在上述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，旋转工作台上表面加工有至少2条将旋转工作台表面2等分的T型槽；旋转工作台上表面中心位置加工有与旋转工作台上表面同心的定位孔；旋转工作台内置伺服电机。

在上述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，三爪卡盘使用直径500mm的标准三爪卡盘。

在上述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，三爪卡盘法兰与三爪卡盘连接的一侧设有与三爪卡盘的止口槽配合的圆型凸台，与旋转工作台连接的一侧加工有与旋转工作台定位孔配合的圆型凸台；与T型槽对应的位置开有T槽螺栓安装孔。

一种采用定位夹具的装夹方法，其特征在于，包括：

正面装夹步骤：将钛合金环形铸件上表面朝上，移动到夹具上方，将钛合金环形铸件中心孔对准三爪卡盘的中心位置，并将钛合金环形铸件绕圆心旋转至钛合金环形铸件椭圆结构，使钛合金环形铸件椭圆结构对准A浮动V型块组件V型槽位置后落下钛合金环形铸件，拧开三爪卡盘，使三爪卡盘的夹爪撑开顶住钛合金环形铸件的内圆孔，限制钛合金环形铸件的水平方向线性自由度，并提供夹紧力；

反面装夹步骤；三个内侧销与钛合金环形铸件不接触，三个外侧销与钛合金环形铸件接触，A浮动V型块组件与钛合金环形铸件不接触，B浮动V型块组件与钛合金环形铸件接触，装夹原理与正面装夹时相同。

在上述的一种采用定位夹具的装夹方法，包括：正面装夹步骤中，拧开三爪卡盘前，

所述钛合金环形铸件三个外侧销与钛合金环形铸件不接触，三个内侧销与钛合金环形铸件下表面环形带状端面接触，三个点接触构成平面，限制钛合金环形铸件高度方向的线性自由度和两个旋转自由度；

所述钛合金环形铸件的椭圆结构卡入一个A浮动V型块组件中并将A浮动V型块组件的V型块压下，A浮动V型块组件对椭圆结构的对中定位，且由于A浮动V型块能够上下浮动，钛合金环形铸件高度方向的自由度不受限制，此时B浮动V型块组件与钛合金环形铸件不接触，由此限制钛合金环形铸件的周向旋转自由度。

10、根据权利要求8所述的一种采用定位夹具的装夹方法，其特征在于，包括：在装夹步骤中，如需旋转钛合金环形铸件，可通过控制旋转工作台内置的伺服电机控制其旋转，使其带动钛合金环形铸件转动至指定角度；如需拆下钛合金环形铸件，只需拧合三爪卡盘，使其夹爪合拢，再将钛合金环形铸件向上方移动，离开浮动V型块组件的V型槽内，即可自由移动。

本发明具有如下优点：1、实现了使用一套夹具，不用拆卸或更换夹具即对钛合金环形铸件正反面均可有效装夹，方便快捷，减少了工人在装夹过程中的操作量。2、将夹具安装在旋转工作台上，可通过控制旋转工作台旋转钛合金环形铸件至指定角度，减小了实际所需要的加工范围，进而可降低加工设备的尺寸。3、使用浮动V型块，既不会影响零件的高度方向上的线性自由度，又可在弹簧力和钛合金环形铸件的重力的共同作用下，使V型块与钛合金环形铸件的椭圆结构保持一定的压紧力，有效实现对环形铸件的周向定位。4、浮动V型块与旋转工作台之间通过平键定位，即使经过多次拆装，也可以保证与旋转工作台的相对精度，进而保证多次拆装后夹具对钛合金环形铸件的装夹效果不变。5、使用三爪卡盘，能有效实现对钛合金环形铸件的定心作用，同时还可以提供足够的夹紧力。本夹具中三爪卡盘是唯一的夹紧力来源，故装夹时只需拧松(紧)三爪卡盘即可，操作简单。6、与钛合金环形铸件直接接触的销，使用硬质合金钢铬钼钒，并做淬火处理提高硬度。与钛合金环形铸件直接接触的V型块，做淬火处理，提高硬度。提高这两者的硬度，有利于降低在装夹过程中钛合金环形铸件对夹具的磨损，提高夹具的寿命。7、导向柱与弹簧使用不锈钢材料，其他零件均做发黑处理，有效防锈。即使经常沾淋冷却液，也不会发生锈蚀影响夹具的正常使用，且颜色整齐美观。

附图说明.

图1a为本发明的正面装夹示意图。

图1b为本发明的反面装夹示意图。

图2为本发明的整体示意图。

图3为本发明的销组件示意图。

图4a为浮动V型块组件的主视结构示意图。

图4b为浮动V型块组件的立体结构示意图。

图5为本发明的三爪卡盘安装示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

其中，1-旋转工作台、2-三爪卡盘、3-A浮动V型块组件、4-销组件、5-三爪卡盘法兰、6-销座、7-外侧销、8-内侧销、9-上罩A、10-下罩、11-V型块、12-导向柱、13-法兰铜套、14-弹簧、15-限位块、16-V块座、17平键、18-钛合金环形铸件、19-B浮动V型块组件。

一、首先介绍本发明所采用的系统结构。

如图1a所示的正面装夹示意图及图1b所示的反面装夹示意图,主要包括旋转工作台1，三爪卡盘2与三爪卡盘法兰5，浮动V型块组件3与19，销组件4，钛合金环形铸件18。三爪卡盘2通过三爪卡盘法兰5安装在旋转工作台1上，浮动V型块组件3与19，销组件4均通过T槽螺栓与螺母安装在旋转工作台1上，钛合金环形铸件18装夹在夹具上。

如图2所示的整体示意图可表示三个销组件4，A浮动V型块组件3，B浮动V型块组件，三爪卡盘2在旋转工作台1上布置。三个销组件4通过T槽螺栓与螺母直接安装在旋转工作台1的T型槽内，A浮动V型块组件3与B浮动V型块组件19则先通过平键17定位在旋转工作台1的T槽内上，保证两个浮动V型块组件与旋转工作台1的相对位置，再用T槽螺栓与螺母锁紧。三爪卡盘2经三爪卡盘法兰5安装在旋转工作台1上，三者之间通过定位孔与凸台保持同心关系，并通过T槽螺栓与螺母锁紧。

如图3所示的销组件示意图，本夹具共有三个销组件4，每个销组件4均由一个外侧销7，一个内侧销8和一个销座6组成。销座6上开有用于安装在旋转工作台1上的螺栓孔，用于将销组件4安装在旋转工作台1上。销块6上还开有两个细牙螺纹孔用于安装外侧销7和内侧销8。安装两个销时需注意，销装入销座6后，需要打千分表测量与旋转工作台1表面的距离，保证三个外侧销7与三个内侧销8的顶端相对于旋转工作台1的表面分别相等。调整好高度后，拧紧螺母固定。

如图4a与4b所示的浮动V型块组件示意图，两个浮动V型块组件3与19大致相同，仅两者的V型块11高度不同，每个浮动V型块组件3均包括两个上罩9，两个下罩10，一个V型块11，两个导向柱12，两个法兰铜套13，两个弹簧14，一个限位块15，一个V块座16，一个平键17。导向柱12安装在V块座16上并在末端用螺母锁住。弹簧14套在导向柱12外侧，V型块11上开有两个安装孔用于安装法兰铜套13，法兰铜套13与导向柱12为间隙配合，套在导向柱12上，可沿导向柱12滑动。限位块15安装在V块座16上，限制V型块11上，限制V型块11的下行程。下罩10安装在V型块11上，随V型块11上下移动，上罩9安装在导向柱12末端，不随V型块11上下移动。上罩9与下罩10均为空心的，一端封闭的圆柱体，而上罩9的内孔径大于下罩10的外径。随着V型块11向上运动，最终下罩10会顶到上罩9，使V型块11无法继续向上移动，从而限制V型块11的上行程。同时，在V型块11的行程内，上罩9的最下端始终高于下罩19的最上端，形成迷宫，避免水和废屑进入法兰铜套13的位置，影响法兰铜套13在导向柱12上的正常滑动。V块座16与旋转工作台1接触的一侧开有平键槽，装入平键17后再装在旋转工作台1的T型槽上，保证浮动V型块组件3的方向正对着旋转工作台1的圆心。装夹钛合金环形铸件18时，受钛合金环形铸件18重力作用，V型块11被压下，但通过弹簧14保证V型块11与钛合金环形铸件18之间的压力，确保V型块11对钛合金环形铸件18上椭圆结构的对中定位效果。如图5所示的三爪卡盘安装示意图，包括旋转工作台1，三爪卡盘2，三爪卡盘法兰5。三爪卡盘2端面开有止口，与三爪卡盘法兰5上表面的圆凸台配合，保证三爪卡盘2与三爪卡盘法兰5同轴。旋转工作台1中心位置开有定位孔，与三爪卡盘法兰5的下表面圆凸台配合保证旋转工作台1与三爪卡盘法兰5之间的同轴。至此，旋转工作台1与三爪卡盘2实现同轴。三者之间通过螺栓螺母固定。

二、下面是上述系统结构的具体操作方法。

如图1a所示的正面装夹示意图，正面装夹时将钛合金环形铸件18上表面朝上，移动到夹具上方，将钛合金环形铸件中心18孔对准三爪卡盘的中心位置，并将钛合金环形铸件18绕圆心旋转至使钛合金环形铸件椭圆结构对准A浮动V型块组件3的V型槽位置后落下钛合金环形铸件，拧开三爪卡盘2，使三爪卡盘2的夹爪撑开顶住钛合金环形铸件18的内圆孔完成夹紧。装夹时三个外侧销7与钛合金环形铸件18不接触，三个内侧销8与钛合金环形铸件18下表面环形带状端面接触，三个点接触构成平面，限制钛合金环形铸件18高度方向的线性自由度和两个旋转自由度。钛合金环形铸件18的椭圆结构卡入一个A浮动V型块组件3中，B浮动V型块组件19与钛合金环形铸件不接触，由此限制钛合金环形铸件18的周向旋转自由度。三爪卡盘2撑开顶住钛合金环形铸件18的内圆孔，限制钛合金环形铸件18的水平方向线性自由度，并提供夹紧力。

如图1b所示的反面装夹示意图，反面装夹时三个内侧销8与钛合金环形铸件18不接触，三个外侧销7与钛合金环形铸件18接触，A浮动V型块组件3与钛合金环形铸件18不接触，B浮动V型块组件19与钛合金环形铸件18接触，装夹原理与正面装夹时相同。

如图1a所示的正面装夹示意图及图1b所示的反面装夹示意图，需要钛合金环形铸件18旋转时可通过控制旋转工作台1转动带动钛合金环形铸件18转动至所需角度。需要将钛合金环形铸件18从夹具上拆除时只需拧合三爪卡盘2，使三爪卡盘2的夹爪合拢，即可将钛合金环形铸件18向夹具正上方移动并脱离夹具。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，包括旋转工作台，设置在旋转工作台上的三爪卡盘以及至少五个定位组件，所述定位组件包括销组件以及浮动V型块组件，三爪卡盘通过在三爪卡盘法兰设置在旋转工作台中心。

2.根据权利要求1所述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，所述三爪卡盘法兰通过T槽螺栓与螺母安装在旋转工作台台面上的T型槽内；所述销组件与浮动V型块组件使用T槽螺栓与螺母直接安装在旋转工作台台面上的T型槽内。

3.根据权利要求2所述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，每个销组件包括一个内侧销，一个外侧销，一个销座；所述销座通过两组T槽螺栓和螺母安装在旋转工作台上表面的T型槽内，其上开有细牙螺纹孔，对应钛合金环形铸件端面位置且避开该面上浇冒口位置；所述外侧销与内侧销通过细牙螺纹安装在销座上并使用螺母锁紧，三个外侧销与三个内侧销相对于旋转工作台台面分别等高；所述内侧销与外侧销材质为铬钼钒，经淬火处理。

4.根据权利要求3所述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，所述浮动V型块组件包括V型块，导向柱，法兰铜套，弹簧，限位块，V块座，平键，上罩，下罩；V块座与旋转工作台连接的一侧开有键槽，与平键之间为过盈配合且通过螺栓锁紧，平键一半位于V块座的键槽内另一半位于旋转工作台上的T型槽内并与T型槽过盈配合，V块座通过两组T槽螺栓与螺母锁紧在旋转工作台台面；V块座上开有两个沉头安装孔，导向柱的一端做有外螺纹，该端穿过V块座上的安装孔后从另一侧使用螺母锁紧；V型块上开有与V块座对应的安装孔，安装孔内装有法兰铜套，两法兰铜套分别套在两导向柱上，法兰铜套与导向柱为间隙配合；两个弹簧套在两导向柱上且位于V型块和V块座之间；限位块安装在V块座上，下罩安装在V型块上，上罩安装在导向柱另一端上；所述导向柱材质为3Cr13；所述弹簧材质为不锈钢；所述V型块与导向柱经淬火处理。

5.如权利要求1所述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，旋转工作台上表面加工有至少2条将旋转工作台表面2等分的T型槽；旋转工作台上表面中心位置加工有与旋转工作台上表面同心的定位孔；旋转工作台内置伺服电机。

6.如权利要求1所述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，三爪卡盘使用直径500mm的标准三爪卡盘。

7.如权利要求6所述的一种用于钛合金环形铸件的定位夹具，其特征在于，三爪卡盘法兰与三爪卡盘连接的一侧设有与三爪卡盘的止口槽配合的圆型凸台，与旋转工作台连接的一侧加工有与旋转工作台定位孔配合的圆型凸台；与T型槽对应的位置开有T槽螺栓安装孔。

8.一种采用权利要求1所述的定位夹具的装夹方法，其特征在于，包括：

正面装夹步骤：将钛合金环形铸件上表面朝上，移动到夹具上方，将钛合金环形铸件中心孔对准三爪卡盘的中心位置，并将钛合金环形铸件绕圆心旋转至钛合金环形铸件椭圆结构对准A浮动V型块组件V型槽位置后落下钛合金环形铸件，拧开三爪卡盘，使三爪卡盘的夹爪撑开顶住钛合金环形铸件的内圆孔，限制钛合金环形铸件的水平方向线性自由度，并提供夹紧力；

反面装夹步骤；三个内侧销与钛合金环形铸件不接触，三个外侧销与钛合金环形铸件接触，A浮动V型块组件与钛合金环形铸件不接触，B浮动V型块组件与钛合金环形铸件接触，装夹原理与正面装夹时相同。

9.根据权利要求8所述的一种采用定位夹具的装夹方法，其特征在于，包括：正面装夹步骤中，拧开三爪卡盘前，

所述钛合金环形铸件三个外侧销与钛合金环形铸件不接触，三个内侧销与钛合金环形铸件下表面环形带状端面接触，三个点接触构成平面，限制钛合金环形铸件高度方向的线性自由度和两个旋转自由度；

所述钛合金环形铸件的椭圆结构卡入一个A浮动V型块组件中并将A浮动V型块组件的V型块压下，A浮动V型块组件对椭圆结构的对中定位，且由于A浮动V型块能够上下浮动，钛合金环形铸件高度方向的自由度不受限制，此时B浮动V型块组件与钛合金环形铸件不接触，由此限制钛合金环形铸件的周向旋转自由度。

10.根据权利要求8所述的一种采用定位夹具的装夹方法，其特征在于，包括：在装夹步骤中，如需旋转钛合金环形铸件，可通过控制旋转工作台内置的伺服电机控制其旋转，使其带动钛合金环形铸件转动至指定角度；如需拆下钛合金环形铸件，只需拧合三爪卡盘，使其夹爪合拢，再将钛合金环形铸件向上方移动，离开浮动V型块组件的V型槽内，即可自由移动。