CN110497217B - 用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具 - Google Patents

用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具，属于机械加工技术领域。该同步伸缩式自适应多点支撑夹具包括：底座、下压板组件、下轴承固定组件、立柱、高度调节板、连杆滑块机构、丝杠螺母机构、浮动辅助支撑组件、上轴承固定组件和上压盖；所述立柱和高度调节板构成单自由度高度调整结构，结合丝杠螺母机构和连杆滑块机构，使其在空间定位和运动方式上形成以径向位置和轴向位置为控制变量的圆柱坐标系型的支撑体系。本发明不仅可以实现多点径向支撑的同步伸缩，为工件提供均匀的支撑力，而且支撑调整范围大，能够满足工件不同直径大小和高度的支撑需求。

Description

用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具
技术领域
本发明属于机械设计技术领域，具体涉及用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具。
背景技术
随着应用领域的不断拓展和性能指标的不断提升，航空航天、能源动力、国防军工等领域对所使用的仪器设备都有了更高的要求，各类结构件均向着轻量化发展。其中，环形薄壁件作为一种典型结构件，因其具有重量轻、结构紧凑等优点而得到广泛应用，如航空发动机机匣、转毂等。该类环形薄壁件在结构设计上具有形状复杂、尺寸大和壁厚薄等特点，从而导致其在加工过程中容易因刚性不足而发生失稳或振动，难以保证工件的加工精度。因此，对于环形薄壁件的装夹，除了要求夹具提供主要的定位夹紧外，还需要对工件弱刚性部位增设辅助支撑来提高其刚性。
目前，在现场加工车间，对于环形薄壁件所采用的支撑结构多为可调螺钉带顶头的辅助支撑，在支撑过程中需要逐个手动调整以完成支撑。采用该结构，不仅操作繁琐、劳动强度大，影响工件的装夹效率，而且在逐个调整支撑过程中容易因支撑力度控制不佳而导致工件受力不均匀。此外，环形薄壁件在不同加工工序中，其薄弱位置会发生变化，需要根据实际工序进行支撑调整，但所采用的支撑结构调整范围有限，无法满足工件对于不同部位的支撑需求。
发明内容
针对现有技术中存在无法满足工件对于不同部位的支撑需求的问题，本发明提供用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具，其不仅能够高效完成径向支撑的同步伸缩，为环形薄壁件提供均匀的支撑力，而且可以沿径向和轴向进行大范围调整，满足工件对于不同直径大小和高度的支撑需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具，该用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具包括底座1、下压板组件2、下轴承固定组件3、立柱4、高度调节板5、连杆滑块机构6、丝杠螺母机构7、浮动辅助支撑组件8、上轴承固定组件9和上压盖10。
底座1上通过螺纹连接固定有四根立柱4，立柱4中部安装有高度调节板5；高度调节板5上表面安装有连杆滑块机构6，连杆滑块机构6一端铰接于浮动辅助支撑组件8，另一端铰接于丝杠螺母机构7；下轴承固定组件3安装在底座1上表面中心处；上轴承固定组件9通过螺母安装在立柱4的上端；丝杠螺母机构7下端与下轴承固定组件3配合连接，其上端与上轴承固定组件9配合连接；立柱4顶部与上压盖10通过螺母固定连接，将工件11端部压紧；在支撑过程中，通过丝杠螺母机构7和连杆滑块机构6共同作用实现浮动辅助支撑组件8的同步径向移动，从而保证工件11的均匀受力；立柱4和高度调节板5构成单自由度高度调整结构，结合丝杠螺母机构7和连杆滑块机构6，使同步伸缩式自适应多点支撑夹具在空间定位和运动方式上形成以径向位置和轴向位置为控制变量的圆柱坐标系型的支撑体系。
所述底座1包括基座1-1、支撑座1-2和支撑柱1-3；基座1-1为圆环形结构，通过支撑柱1-3与支撑座1-2连接；支撑座1-2侧面设有找正带，上端面设有减重定位体，在减重定位体端面沿周向和径向设有多组螺纹孔用于固定下压板组件2和立柱4，在支撑座1-2的中心处固定有下轴承固定组件3。
所述下压板组件2共有N个，等间距的安装在支撑座1-2上表面边缘处，用于将工件11底部位置压紧；每个下压板组件2包括Z形压板2-1、压紧螺杆2-2、压紧螺母2-3和压板支撑2-4；Z形压板2-1上设有腰形孔；Z形压板2-1一端压在工件11上，另一端由压板支撑2-4支撑在支撑座1-2上表面；压板支撑2-4通过螺纹连接固定于支撑座1-2上端面；压紧螺杆2-2穿过Z形压板2-1上的腰形孔；压紧螺母2-3安装在压紧螺杆2-2上，用于压紧Z形压板2-1。
所述下轴承固定组件3包括轴承盖a3-1、轴承a3-2和密封圈a3-3；轴承a3-2置于支撑座1-2中心处的轴承座内；轴承盖a3-1通过螺母固定于支撑座1-2的上端面；密封圈a3-3用于轴承a3-2的密封。
所述立柱4共有四个，对称安装在底座1上表面；立柱4为阶梯状结构，其中间部分为螺纹结构；立柱4底端通过设有通孔的板结构固定安装于支撑座1-2的上表面，上端固定在上压盖10上。
所述高度调节板5为环形结构；高度调节板5上设有与立柱4外径对应的通孔，高度调节板5穿过立柱4、位于立柱4螺纹结构处，并通过螺母a5-1和T形螺母5-2配合固定；高度调节板5表面开有径向限位槽，用于限制连杆滑块机构6中滑块6-2的移动。
所述连杆滑块机构6共有八组；每组连杆滑块机构6包括连杆6-1和滑块6-2；滑块6-2安装在高度调节板5表面的径向限位槽内，滑块6-2一端与浮动辅助支撑组件8铰接，另一端与连杆6-1一端铰接；连杆6-1另一端与丝杠螺母机构7中的螺母b7-2铰接。
所述丝杠螺母机构7包括丝杠7-1、螺母b7-2和手柄7-3；丝杠7-1为中部开有螺纹、两端光滑的阶梯形柱状结构，其底部与下轴承固定组件3中的轴承a3-2过盈配合连接，其顶部连接有手柄7-3；丝杠7-1上端部与上轴承固定组件9中的轴承b9-3过盈配合连接；螺母b7-2为下端外圆面设有铰接孔的螺母柱，螺母b7-2与丝杠7-1通过螺纹配合连接，在支撑过程中，通过手柄7-3的旋转运动，螺母b7-2可沿丝杠7-1上下移动，借助连杆滑块机构6实现浮动辅助支撑组件8的径向同步移动。
所述浮动辅助支撑组件8包括辅助支撑架8-1、橡胶支撑体8-2和支撑固定销8-3；辅助支撑架8-1包括两个悬空端和一个固定端，其两个悬空端与橡胶支撑体8-2固定连接，固定端通过支撑固定销8-3与滑块6-2的端面铰接，在支撑过程中，橡胶支撑体8-2能在一定范围内转动，保证橡胶支撑体8-2与工件11内壁的有效贴合。
所述上轴承固定组件9包括轴承固定板9-1、轴承盖b9-2、轴承b9-3和密封圈b9-4；轴承固定板9-1为圆形板结构，周向开有与立柱4对应的通孔，中心处开有轴承b9-3的安装座；轴承b9-3置于轴承固定板9-1中心处的安装座内，并与丝杠7-1上端圆柱面过盈配合；轴承盖b9-2通过螺栓固定于轴承固定板9-1的上端面；密封圈b9-4用于轴承a3-2的密封。
所述上压盖10为环形、下表面带凸台结构；上压盖10端面上开有通孔用于安装立柱4，上压盖10通过拧紧螺母安装在立柱4上，用于压紧工件11。
进一步的，所述的下压板组件2个数N为自然数，优选为N≥6，具体根据环形薄壁件的直径尺寸进行确定。
本发明的有益效果：
(一)本发明中多组支撑体呈辐射状阵列方式，在丝杠螺母机构和连杆滑块机构的组合作用下实现同步伸缩，不仅装夹效率高，而且能够为工件提供沿圆周方向由内而外的均匀支撑力；
(二)本发明中支撑体可以沿径向和轴向实现大范围调整，能够满足不同直径大小、不同高度位置的工件支撑需求；
(三)本发明中在工件加工过程中，浮动辅助支撑组件可根据受力进行局部摆动以实现自适应支撑，不仅能够使其与环形薄壁件内壁充分贴合，从而增强局部薄弱位置处的刚度，而且能够使支撑力在加工过程中始终沿支撑部位的法线方向，从而有效抑制工件的加工变形和振动，保证加工质量和精度；
(四)本发明还可以降低工件加工中产生的噪音，创造宜人的人机交互环境。
附图说明
图1为本发明的立体示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为图2中Ⅰ处结构局部放大图；
图4为图2中Ⅱ处结构局部放大图；
图5为图2中沿A-A的剖视图；
图6为图5中Ⅲ处结构局部放大图；
图7为图2中IV处结构局部放大图。
图中：1底座；2下压板组件；3下轴承固定组件；4立柱；5高度调节板；6连杆滑块机构；7丝杠螺母机构；8浮动辅助支撑组件；9上轴承固定组件；10上压盖；11工件；1-1基座；1-2支撑座；1-3支撑柱；2-1Z形压板；2-2压紧螺杆；2-3压紧螺母；2-4压板支撑；3-1轴承盖a；3-2轴承a；3-3密封圈a；5-1螺母a和5-2T形螺母；6-1连杆；6-2滑块；7-1丝杠；7-2螺母b；7-3手柄；8-1辅助支撑架；8-2橡胶支撑体；8-3支撑固定销；9-1轴承固定板；9-2轴承盖b；9-3轴承b；9-4密封圈b。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细说明，本部分描述仅为示范性和解释性，不对本发明的保护范围有任何的限制。
如图1所示的用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具，该用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具包括底座1、下压板组件2、下轴承固定组件3、立柱4、高度调节板5、连杆滑块机构6、丝杠螺母机构7、浮动辅助支撑组件8、上轴承固定组件9和上压盖10。
底座1上通过螺纹连接固定有四根立柱4，立柱4中部安装有高度调节板5；高度调节板5上表面安装有连杆滑块机构6，连杆滑块机构6一端铰接于浮动辅助支撑组件8，另一端铰接于丝杠螺母机构7；下轴承固定组件3安装在底座1上表面中心处；上轴承固定组件9通过螺母安装在立柱4的上端；丝杠螺母机构7下端与下轴承固定组件3配合连接，其上端与上轴承固定组件9配合连接；立柱4顶部与上压盖10通过螺母固定连接，将工件11端部压紧；在支撑过程中，通过丝杠螺母机构7和连杆滑块机构6共同作用实现浮动辅助支撑组件8的同步径向移动，从而保证工件11的均匀受力；立柱4和高度调节板5构成单自由度高度调整结构，结合丝杠螺母机构7和连杆滑块机构6，使同步伸缩式自适应多点支撑夹具在空间定位和运动方式上形成以径向位置和轴向位置为控制变量的圆柱坐标系型的支撑体系。
如图1、2所示的底座1包括基座1-1、支撑座1-2和支撑柱1-3；基座1-1为圆环形结构，通过支撑柱1-3与支撑座1-2连接；支撑座1-2侧面设有找正带，上端面设有减重定位体，在减重定位体端面沿周向和径向设有多组螺纹孔用于固定下压板组件2和立柱4，在支撑座1-2的中心处固定有下轴承固定组件3。
如图2、3所示的下压板组件2共有N个，等间距的安装在支撑座1-2上表面边缘处，用于将工件11底部位置压紧；每个下压板组件2包括Z形压板2-1、压紧螺杆2-2、压紧螺母2-3和压板支撑2-4；Z形压板2-1上设有腰形孔；Z形压板2-1一端压在工件11上，另一端由压板支撑2-4支撑在支撑座1-2上表面；压板支撑2-4通过螺纹连接固定于支撑座1-2上端面；压紧螺杆2-2穿过Z形压板2-1上的腰形孔；压紧螺母2-3安装在压紧螺杆2-2上，用于压紧Z形压板2-1。
所述下轴承固定组件3包括轴承盖a3-1、轴承a3-2和密封圈a3-3；轴承a3-2置于支撑座1-2中心处的轴承座内；轴承盖a3-1通过螺母固定于支撑座1-2的上端面；密封圈a3-3用于轴承a3-2的密封。
所述立柱4共有四个，对称安装在底座1上表面；立柱4为阶梯状结构，其中间部分为螺纹结构；立柱4底端通过设有通孔的板结构固定安装于支撑座1-2的上表面，上端固定在上压盖10上。
如图2、5所示的高度调节板5为环形结构；高度调节板5上设有与立柱4外径对应的通孔，高度调节板5穿过立柱4、位于立柱4螺纹结构处，并通过螺母a5-1和T形螺母5-2配合固定；高度调节板5表面开有径向限位槽，用于限制连杆滑块机构6中滑块6-2的移动。
所述连杆滑块机构6共有八组；每组连杆滑块机构6包括连杆6-1和滑块6-2；滑块6-2安装在高度调节板5表面的径向限位槽内，滑块6-2一端与浮动辅助支撑组件8铰接，另一端与连杆6-1一端铰接；连杆6-1另一端与丝杠螺母机构7中的螺母b7-2铰接。
所述丝杠螺母机构7包括丝杠7-1、螺母b7-2和手柄7-3；丝杠7-1为中部开有螺纹、两端光滑的阶梯形柱状结构，其底部与下轴承固定组件3中的轴承a3-2过盈配合连接，其顶部连接有手柄7-3；丝杠7-1上端部与上轴承固定组件9中的轴承b9-3过盈配合连接；螺母b7-2为下端外圆面设有铰接孔的螺母柱，螺母b7-2与丝杠7-1通过螺纹配合连接，在支撑过程中，通过手柄7-3的旋转运动，螺母b7-2可沿丝杠7-1上下移动，借助连杆滑块机构6实现浮动辅助支撑组件8的径向同步移动。
如图2、5、6所示的浮动辅助支撑组件8包括辅助支撑架8-1、橡胶支撑体8-2和支撑固定销8-3；辅助支撑架8-1包括两个悬空端和一个固定端，其两个悬空端与橡胶支撑体8-2固定连接，固定端通过支撑固定销8-3与滑块6-2的端面铰接，在支撑过程中，橡胶支撑体8-2能在一定范围内转动，保证橡胶支撑体8-2与工件11内壁的有效贴合。
如图2、7所示的上轴承固定组件9包括轴承固定板9-1、轴承盖b9-2、轴承b9-3和密封圈b9-4；轴承固定板9-1为圆形板结构，周向开有与立柱4对应的通孔，中心处开有轴承b9-3的安装座；轴承b9-3置于轴承固定板9-1中心处的安装座内，并与丝杠7-1上端圆柱面过盈配合；轴承盖b9-2通过螺栓固定于轴承固定板9-1的上端面；密封圈b9-4用于轴承a3-2的密封。
所述上压盖10为环形、下表面带凸台结构；上压盖10端面上开有通孔用于安装立柱4，上压盖10通过拧紧螺母安装在立柱4上，用于压紧工件11。
进一步的，所述的下压板组件2个数N为自然数，优选为N≥6，具体根据环形薄壁件的直径尺寸进行确定。
对于本领域技术人员而言，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此，凡在本发明的权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化，均应囊括在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具，其特征在于，该用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具包括底座(1)、下压板组件(2)、下轴承固定组件(3)、立柱(4)、高度调节板(5)、连杆滑块机构(6)、丝杠螺母机构(7)、浮动辅助支撑组件(8)、上轴承固定组件(9)和上压盖(10)；
底座(1)上通过螺纹连接固定有四根立柱(4)，立柱(4)中部安装有高度调节板(5)；高度调节板(5)上表面安装有连杆滑块机构(6)，连杆滑块机构(6)一端铰接于浮动辅助支撑组件(8)，另一端铰接于丝杠螺母机构(7)；下轴承固定组件(3)安装在底座(1)上表面中心处；上轴承固定组件(9)通过螺母安装在立柱(4)的上端；丝杠螺母机构(7)下端与下轴承固定组件(3)配合连接，其上端与上轴承固定组件(9)配合连接；立柱(4)顶部与上压盖(10)通过螺母固定连接，将工件(11)端部压紧；在支撑过程中，通过丝杠螺母机构(7)和连杆滑块机构(6)共同作用实现浮动辅助支撑组件(8)的同步径向移动，从而保证工件(11)的均匀受力；立柱(4)和高度调节板(5)构成单自由度高度调整结构，结合丝杠螺母机构(7)和连杆滑块机构(6)，使同步伸缩式自适应多点支撑夹具在空间定位和运动方式上形成以径向位置和轴向位置为控制变量的圆柱坐标系型的支撑体系；
所述底座(1)包括基座(1-1)、支撑座(1-2)和支撑柱(1-3)；基座(1-1)为圆环形结构，通过支撑柱(1-3)与支撑座(1-2)连接；支撑座(1-2)侧面设有找正带，上端面设有减重定位体，在减重定位体端面沿周向和径向设有多组螺纹孔用于固定下压板组件(2)和立柱(4)，在支撑座(1-2)的中心处固定有下轴承固定组件(3)；
所述下压板组件(2)共有N个，等间距的安装在支撑座(1-2)上表面边缘处，用于将工件(11)底部位置压紧；每个下压板组件(2)包括Z形压板(2-1)、压紧螺杆(2-2)、压紧螺母(2-3)和压板支撑(2-4)；Z形压板(2-1)上设有腰形孔；Z形压板(2-1)一端压在工件(11)上，另一端由压板支撑(2-4)支撑在支撑座(1-2)上表面；压板支撑(2-4)通过螺纹连接固定于支撑座(1-2)上端面；压紧螺杆(2-2)穿过Z形压板(2-1)上的腰形孔；压紧螺母(2-3)安装在压紧螺杆(2-2)上，用于压紧Z形压板(2-1)；
所述下轴承固定组件(3)包括轴承盖a(3-1)、轴承a(3-2)和密封圈a(3-3)；轴承a(3-2)置于支撑座(1-2)中心处的轴承座内；轴承盖a(3-1)通过螺母固定于支撑座(1-2)的上端面；密封圈a(3-3)用于轴承a(3-2)的密封；
所述立柱(4)共有四个，对称安装在底座(1)上表面；立柱(4)为阶梯状结构，其中间部分为螺纹结构；立柱(4)底端通过设有通孔的板结构固定安装于支撑座(1-2)的上表面，上端固定在上压盖(10)上；
所述高度调节板(5)为环形结构；高度调节板(5)上设有与立柱(4)外径对应的通孔，高度调节板(5)穿过立柱(4)、位于立柱(4)螺纹结构处，并通过螺母a(5-1)和T形螺母(5-2)配合固定；高度调节板(5)表面开有径向限位槽，用于限制连杆滑块机构(6)中滑块(6-2)的移动；
所述连杆滑块机构(6)共有八组；每组连杆滑块机构(6)包括连杆(6-1)和滑块(6-2)；滑块(6-2)安装在高度调节板(5)表面的径向限位槽内，滑块(6-2)一端与浮动辅助支撑组件(8)铰接，另一端与连杆(6-1)一端铰接；连杆(6-1)另一端与丝杠螺母机构(7)中的螺母b(7-2)铰接；
所述丝杠螺母机构(7)包括丝杠(7-1)、螺母b(7-2)和手柄(7-3)；丝杠(7-1)为中部开有螺纹、两端光滑的阶梯形柱状结构，其底部与下轴承固定组件(3)中的轴承a(3-2)过盈配合连接，其顶部连接有手柄(7-3)；丝杠(7-1)上端部与上轴承固定组件(9)中的轴承b(9-3)过盈配合连接；螺母b(7-2)为下端外圆面设有铰接孔的螺母柱，螺母b(7-2)与丝杠(7-1)通过螺纹配合连接，在支撑过程中，通过手柄(7-3)的旋转运动，螺母b(7-2)可沿丝杠(7-1)上下移动，借助连杆滑块机构(6)实现浮动辅助支撑组件(8)的径向同步移动；
所述浮动辅助支撑组件(8)包括辅助支撑架(8-1)、橡胶支撑体(8-2)和支撑固定销(8-3)；辅助支撑架(8-1)包括两个悬空端和一个固定端，其两个悬空端与橡胶支撑体(8-2)固定连接，固定端通过支撑固定销(8-3)与滑块(6-2)的端面铰接，在支撑过程中，橡胶支撑体(8-2)能在一定范围内转动，保证橡胶支撑体(8-2)与工件(11)内壁的有效贴合；
所述上轴承固定组件(9)包括轴承固定板(9-1)、轴承盖b(9-2)、轴承b(9-3)和密封圈b(9-4)；轴承固定板(9-1)为圆形板结构，周向开有与立柱(4)对应的通孔，中心处开有轴承b(9-3)的安装座；轴承b(9-3)置于轴承固定板(9-1)中心处的安装座内，并与丝杠(7-1)上端圆柱面过盈配合；轴承盖b(9-2)通过螺栓固定于轴承固定板(9-1)的上端面；密封圈b(9-4)用于轴承a(3-2)的密封；
所述上压盖(10)为环形、下表面带凸台结构；上压盖(10)端面上开有通孔用于安装立柱(4)，上压盖(10)通过拧紧螺母安装在立柱(4)上，用于压紧工件(11)。
2.根据权利要求1所述的用于环形薄壁件加工的同步伸缩式自适应多点支撑夹具，其特征在于，所述的下压板组件(2)个数N≥6。
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