CN110000579A - 一种中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具及其安装方法。将夹具轴套从夹具连接轴底部套入，通过底座螺栓将夹具连接轴与夹具底座连接，并使用底座销钉对夹具连接轴进行定位。将固连好的夹具底座固定在机床工作台上，并在机床上找正夹具连接轴外圆。加工每个离心叶轮时，将离心叶轮毛坯置于夹具连接轴上，并使用连接轴螺栓连接离心叶轮毛坯与夹具连接轴，同时使用连接轴销钉对离心叶轮毛坯进行定位。自下至上旋紧夹具轴套，直到夹具轴套上端面顶住离心叶轮毛坯底部，拧紧轴套螺栓防止夹具轴套松动。本发明能够实现中心非通孔的离心叶轮数控加工装夹定位，避免零件多次找正，从而保证了离心叶轮的加工精度及加工一致性。

Description

一种中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具及安装 方法

技术领域

本发明涉及离心叶轮加工领域，具体涉及到中心非通孔的离心叶轮数控加工专用夹具及安装方法。

背景技术

离心叶轮是压缩机、膨胀机、推进器等机构的核心部件，广泛应用于航空、航天、船舶、石油化工、冶金、兵器制造等领域。近年来，随着设计要求不断提高、研发周期不断缩短，离心叶轮的设计结构发生了改变，对其数控加工的精度和效率要求也在不断提高。因此，需要研发适应离心叶轮新结构的专用数控加工夹具，在批量加工中对离心叶轮进行快速装夹定位，从而提高离心叶轮的加工精度、加工效率和一致性。

一般离心叶轮的中心孔为通孔结构，其数控加工夹具一般采用较长的螺栓(也称为拉杆)穿过中心通孔，拉紧离心叶轮，使其固定在工装底座上，并使用销钉进行定位。这种通过拉杆拉紧的装夹方式结构简单、夹紧牢固，但只适用于中心通孔的离心叶轮，对于中心非通孔结构的离心叶轮无法实现装夹。

对于中心非通孔的离心叶轮，目前可采用的方法为使用两个压板压住离心叶轮顶部凸起，并配合长螺栓和垫块，将离心叶轮固定在工装底座上，两个压板与螺栓形成龙门结构。这种装夹方式虽然实现了中心非通孔的离心叶轮装夹，但为了避免刀具和主轴干涉碰撞螺栓和压板，必须在加工过程中频繁松开并调整压板的位置，从而导致因二次装夹而降低零件的加工精度和加工效率。

在批量加工中心非通孔的离心叶轮时，其数控加工夹具要求能实现该类结构离心叶轮的稳固装夹和精确定位，离心叶轮底部应与机床工作台具有一定的高度差，从而避免多轴加工时刀具主轴与机床工作台干涉碰撞，且应装夹方便，找正次数少，从而满足批量生产对于加工精度和加工效率的要求。

发明内容

针对中心非通孔的离心叶轮无法通过拉杆拉紧方式装夹，而通过压板压紧方式需要二次装夹从而降低加工精度和加工效率等问题，本发明提供一种装夹稳定、定位精确的中心非通孔离心叶轮批量加工专用夹具，通过对夹具进行一次装夹找正，即可在批量加工中快速装夹定位离心叶轮，避免了零件多次找正带来的加工效率低、定位基准不一致等问题。

本发明的技术方案为：

所述一种中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：包括同轴装配的夹具底座、夹具连接轴和夹具轴套；

所述夹具底座通过底座压板、压板垫块、压板螺栓及T型螺母固定在机床工作台上；所述夹具连接轴下端通过底座螺栓及底座销钉与夹具底座固定连接，中心非通孔的离心叶轮毛坯通过连接轴螺栓及连接轴销钉在离心叶轮毛坯底部与夹具连接轴上端固定连接；所述夹具轴套从下而上套装在夹具连接轴上，夹具轴套下部内侧与夹具连接轴中部螺纹连接，夹具轴套上端能够托住离心叶轮毛坯底部，为离心叶轮毛坯提供额外支撑，并在夹具轴套侧壁使用轴套螺栓锁紧，以防止夹具轴套松动。

进一步的优选方案，所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：所述夹具底座为圆环状，周向均布若干个径向导向槽，若干个螺纹通孔，若干个销钉盲孔；

所述径向导向槽向圆环外侧开口，用于穿入压板螺栓，并通过底座压板、压板垫块、压板螺栓及T型螺母将夹具底座固定在机床工作台上；

所述螺纹通孔及销钉盲孔用于与夹具连接轴连接。

进一步的优选方案，所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：所述夹具连接轴为台阶轴状，沿轴向方向自上而下依次包括上部凸起、托台、轴颈、支撑段和下部凸起；

所述上部凸起为圆柱状光杆，通过伸入离心叶轮毛坯中心盲孔与之实现间隙配合；

所述托台为圆柱状，周向均布若干螺纹通孔和若干销钉盲孔，托台的圆柱直径大于离心叶轮底部圆台直径，用于托举离心叶轮毛坯，并通过螺纹通孔和销钉盲孔将离心叶轮毛坯固定于夹具连接轴上；

所述轴颈为圆柱状，直径小于上部托台，为自下向上安装连接轴螺栓提供安装空间；

所述支撑段上部具有外螺纹，用于与夹具轴套下部的内螺纹连接；

所述下部凸起为圆柱状光杆，用于伸入夹具底座内环面与之实现间隙配合。

进一步的优选方案，所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：所述夹具轴套为圆柱套筒状；所述夹具轴套下部内表面为内螺纹，与夹具连接轴支撑段上部外螺纹实现螺纹连接；所述夹具轴套上部沿周向均布多个螺纹通孔，当夹具轴套下部内螺纹与夹具连接轴支撑段上部外螺纹螺纹连接后，夹具轴套上部螺纹通孔位置与夹具连接轴托台外圆面位置对应，通过将轴套螺栓旋入夹具轴套上部螺纹通孔中，能够使轴套螺栓顶住夹具连接轴托台外圆面。

所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将夹具轴套从夹具连接轴底部套入并实现螺纹连接；

步骤2：通过底座螺栓将夹具连接轴与夹具底座连接，并使用底座销钉对夹具连接轴进行定位，保证夹具底座的中心轴与夹具连接轴的中心轴同轴；

步骤3：将固连好的夹具底座通过底座压板、压板垫块、压板螺栓及T型螺母固定在机床工作台上，并在机床上找正夹具连接轴的外圆面，使其与机床工作台同心；该步找正工作只在批量生产中加工第一个零件时进行，后续零件的加工无需再进行该步找正；

步骤4：将中心非通孔的离心叶轮毛坯置于夹具连接轴上，并使用连接轴螺栓连接离心叶轮毛坯与夹具连接轴，并使用连接轴销钉对离心叶轮毛坯进行定位；

步骤5：自下至上旋紧夹具轴套，直到夹具轴套上端面顶住离心叶轮毛坯底部；拧紧轴套螺栓并使其顶住夹具连接轴托台外圆面，防止夹具轴套松动，提高离心叶轮的装夹稳定性；

步骤6：加工完一个离心叶轮后，松开轴套螺栓并使其远离夹具连接轴托台外圆面，自上至下松开夹具轴套与夹具连接轴的螺纹连接，使夹具连接轴的托台和轴颈露出，松开连接轴螺栓并取下加工完的离心叶轮，再执行步骤4和步骤5，完成下一个离心叶轮毛坯的安装，无需再进行找正和定位。

有益效果

1.本发明提供了一种无需二次装夹的中心非通孔离心叶轮批量数控加工专用夹具；

2.本发明通过专用夹具将离心叶轮毛坯垫高，避免了多轴加工时刀具主轴与机床工作台干涉碰撞；

3.本发明装夹稳定、零件支撑面积大，能有效控制离心叶轮在加工过程中出现轴向、径向松动；

4.本发明仅需对夹具进行一次装夹找正，即可完成离心叶轮零件的批量加工，避免零件多次找正带来的加工效率低问题；

5.本发明定位精确且基准一致，从而保证了离心叶轮批量生产的加工精度及加工一致性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具的分解结构示意图；

图2是本发明中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具组装之后的结构示意图；

图3是夹具底座1的俯视图；

图4是夹具连接轴2的透视图；

图5是夹具轴套3的透视图；

附图中各部件的标记如下：1.夹具底座，2.夹具连接轴，3.夹具轴套，4.离心叶轮毛坯，5.底座螺栓(四个)，6.底座销钉(两个)，7.连接轴螺栓(四个)，8.连接轴销钉(两个)，9.轴套螺栓(四个)，10.底座压板(四个)，11.压板垫块(四个)，12.压板螺栓(四个)，13.机床工作台。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本实施例中的中心非通孔离心叶轮批量数控加工时的专用夹具，专用夹具的组成包括：夹具底座1，夹具连接轴2，夹具轴套3，底座螺栓5(四个)，底座销钉6(两个)，连接轴螺栓7(四个)，连接轴销钉8(两个)，轴套螺栓9(四个)，底座压板10(四个)，压板垫块11(四个)，压板螺栓12(四个)。

所述夹具底座1，通过底座压板10、压板垫块11、压板螺栓12及T型螺母(图中未示出)固定在机床工作台13上，用于对整套夹具提供支撑；夹具底座1上下表面平行，要求安装后其中心轴线与机床工作台13垂直且同心。

所述夹具连接轴2通过底座螺栓5及底座销钉6与夹具底座1固定连接，其托台用于安装离心叶轮毛坯，且抬高毛坯安装高度，避免多轴加工时刀具主轴与机床工作台干涉碰撞；夹具连接轴2的托台上表面和支撑段下表面平行，安装后上部凸起、支撑段、下部凸起的中心轴线与机床工作台垂直且同心，支撑段外圆面与其中心轴线同心；托台上表面和连接轴销钉8用于在批量加工中提供建立基准坐标系的六个自由度约束；支撑段的外圆柱面与托台上表面保证垂直，与两个连接轴销钉8确定的中心保证同心；在批量加工中，在加工第一个零件时，找正夹具连接轴2支撑段的外圆柱面(俗称甩圆)，通过夹具各组成部分间的位置关系，保证夹具连接轴2托台上表面和连接轴销钉8位于正确位置，并为后续每个零件的装夹提供快速、准确、一致的定位基准，无需再逐一进行找正和定位。

所述夹具轴套3的内螺纹与夹具连接轴2的外螺纹配合，通过向上拧紧夹具轴套3，使其逐步接触并托住离心叶轮毛坯4底部，可以为离心叶轮提供除夹具连接轴2托台上表面之外的额外支撑，使离心叶轮毛坯4底部支撑面积大大增加，拧紧轴套螺栓9并使其顶住夹具连接轴2托台外圆面，可以有效防止夹具轴套3松动，从而提高离心叶轮的装夹稳定性。

安装过程为：

1.将夹具轴套3从夹具连接轴2底部套入，进行螺纹连接，不需拧紧，松弛状态下即可；

2.通过底座螺栓5将夹具连接轴2与夹具底座1连接，并使用底座销钉6对夹具连接轴2进行定位，保证夹具底座1的中心轴与夹具连接轴2的中心轴同心；

3.将固连好的夹具底座1通过底座压板10、压板垫块11、压板螺栓12及T型螺母(图中未示出)固定在机床工作台13上，并在机床上找正夹具连接轴2的外圆面，使其与机床工作台13同心，该步找正工作只在批量生产中加工第一个零件时进行，后续零件的加工无需再进行该步找正；

4.将离心叶轮毛坯4置于夹具连接轴2上，并使用连接轴螺栓7连接离心叶轮毛坯4与夹具连接轴2，并使用连接轴销钉8对离心叶轮毛坯4进行定位；

5.自下至上旋紧夹具轴套3，直到夹具轴套3上端面顶住离心叶轮毛坯4底部，拧紧轴套螺栓9并使其顶住夹具连接轴2托台外圆面，防止夹具轴套3松动，从而提高离心叶轮的装夹稳定性；

6.加工完一个离心叶轮后，松开轴套螺栓9并使其远离夹具连接轴2托台外圆面，自上至下松开夹具轴套3与夹具连接轴2的螺纹连接，使夹具连接轴2的托台和轴颈露出，松开连接轴螺栓7并取下加工完的离心叶轮，执行第4－5步，即可完成下一个离心叶轮毛坯的安装，无需再进行找正和定位。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：包括同轴装配的夹具底座、夹具连接轴和夹具轴套；

所述夹具底座通过底座压板、压板垫块、压板螺栓及T型螺母固定在机床工作台上；所述夹具连接轴下端通过底座螺栓及底座销钉与夹具底座固定连接，中心非通孔的离心叶轮毛坯通过连接轴螺栓及连接轴销钉在离心叶轮毛坯底部与夹具连接轴上端固定连接；所述夹具轴套从下而上套装在夹具连接轴上，夹具轴套下部内侧与夹具连接轴中部螺纹连接，夹具轴套上端能够托住离心叶轮毛坯底部，为离心叶轮毛坯提供额外支撑，并在夹具轴套侧壁使用轴套螺栓锁紧，以防止夹具轴套松动。

2.根据权利要求1所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：所述夹具底座为圆环状，周向均布若干个径向导向槽，若干个螺纹通孔，若干个销钉盲孔；

所述径向导向槽向圆环外侧开口，用于穿入压板螺栓，并通过底座压板、压板垫块、压板螺栓及T型螺母将夹具底座固定在机床工作台上；

所述螺纹通孔及销钉盲孔用于与夹具连接轴连接。

3.根据权利要求1所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：所述夹具连接轴为台阶轴状，沿轴向方向自上而下依次包括上部凸起、托台、轴颈、支撑段和下部凸起；

所述上部凸起为圆柱状光杆，通过伸入离心叶轮毛坯中心盲孔与之实现间隙配合；

所述托台为圆柱状，周向均布若干螺纹通孔和若干销钉盲孔，托台的圆柱直径大于离心叶轮底部圆台直径，用于托举离心叶轮毛坯，并通过螺纹通孔和销钉盲孔将离心叶轮毛坯固定于夹具连接轴上；

所述轴颈为圆柱状，直径小于上部托台，为自下向上安装连接轴螺栓提供安装空间；

所述支撑段上部具有外螺纹，用于与夹具轴套下部的内螺纹连接；

所述下部凸起为圆柱状光杆，用于伸入夹具底座内环面与之实现间隙配合。

4.根据权利要求1所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具，其特征在于：所述夹具轴套为圆柱套筒状；所述夹具轴套下部内表面为内螺纹，与夹具连接轴支撑段上部外螺纹实现螺纹连接；所述夹具轴套上部沿周向均布多个螺纹通孔，当夹具轴套下部内螺纹与夹具连接轴支撑段上部外螺纹螺纹连接后，夹具轴套上部螺纹通孔位置与夹具连接轴托台外圆面位置对应，通过将轴套螺栓旋入夹具轴套上部螺纹通孔中，能够使轴套螺栓顶住夹具连接轴托台外圆面。

5.权利要求1所述中心非通孔的离心叶轮批量数控加工专用夹具的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将夹具轴套从夹具连接轴底部套入并实现螺纹连接；

步骤2：通过底座螺栓将夹具连接轴与夹具底座连接，并使用底座销钉对夹具连接轴进行定位，保证夹具底座的中心轴与夹具连接轴的中心轴同轴；

步骤3：将固连好的夹具底座通过底座压板、压板垫块、压板螺栓及T型螺母固定在机床工作台上，并在机床上找正夹具连接轴的外圆面，使其与机床工作台同心；该步找正工作只在批量生产中加工第一个零件时进行，后续零件的加工无需再进行该步找正；

步骤4：将中心非通孔的离心叶轮毛坯置于夹具连接轴上，并使用连接轴螺栓连接离心叶轮毛坯与夹具连接轴，并使用连接轴销钉对离心叶轮毛坯进行定位；

步骤5：自下至上旋紧夹具轴套，直到夹具轴套上端面顶住离心叶轮毛坯底部；拧紧轴套螺栓并使其顶住夹具连接轴托台外圆面，防止夹具轴套松动，提高离心叶轮的装夹稳定性；

步骤6：加工完一个离心叶轮后，松开轴套螺栓并使其远离夹具连接轴托台外圆面，自上至下松开夹具轴套与夹具连接轴的螺纹连接，使夹具连接轴的托台和轴颈露出，松开连接轴螺栓并取下加工完的离心叶轮，再执行步骤4和步骤5，完成下一个离心叶轮毛坯的安装，无需再进行找正和定位。