CN110640492A - 一种套筒类零件装夹装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于产品工装设计领域,具体涉及一种套筒类零件装夹装置和方法,在不施加轴向力的同时能够避免零件变形。传统的加工中心夹具结构,因无角向定位,需提供更多的轴向压紧力,加剧了零件的变形。本发明套筒类零件装夹装置,底座上具有左壁体和右壁体,在左壁体上滑动安装有顶杆,在右壁体上安装有胀轴,所述顶杆和胀轴在相对的端面都具有花瓣结构,双锥轴安装在顶杆和胀轴之间,套筒类零件套装在双锥轴外侧,所述顶杆为整体式结构并且具有不同的材料分区;当顶紧顶杆时两端的花瓣结构膨胀固定套筒类零件;该装置还具有对表件,通过预装对表件确定加工零位。解决了薄壁类零件采用端面压紧容易变形、刚性差容易振动的问题。
Description
技术领域
本发明属于产品工装设计领域,具体涉及一种套筒类零件装夹装置和方法,在不施加轴向力的同时能够避免零件变形。
背景技术
三维凸轮是航空发动机中的一个重要部件,用于控制其他零件的准确位置,因此其具有很高的精度,对加工过程的稳定性很高。某型号航空发动机用三维凸轮为圆筒状见附图1,两端分别为三维凸轮面和花键,三维凸轮部分需采用加工中心加工。受结构限制,最薄处壁厚仅为1.1mm,传统的加工中心夹具结构,多为端面压紧结构,并且一侧悬空,这样会产生变形和振动,无法加工出合格产品。因无角向定位,需提供更多的轴向压紧力,以保证产生足够的摩擦力来防止零件转动,更加剧了零件的变形。
发明内容
本发明提供一种航空发动机薄壁类零件在加工中心上方便、快速定位、加紧的工装夹具,在不施加轴向力或微小轴向力、避免薄壁零件变形的情况下,方便、快速定位、加紧零件,保证机床稳定、准确加工零件。
一种套筒类零件装夹装置,该装置的底座上具有左壁体和右壁体,在左壁体上滑动安装有顶杆,在右壁体上安装有胀轴,所述顶杆和胀轴在相对的端面都具有花瓣结构,双锥轴安装在顶杆和胀轴之间,套筒类零件套装在双锥轴外侧,所述顶杆为整体式结构并且具有不同的材料分区,花瓣结构的硬度和刚度低于其他分区的硬度和刚度;当顶紧顶杆时两端的花瓣结构膨胀固定套筒类零件;该装置还具有对表件,通过预装对表件确定加工零位。
进一步的,对于具有杆部和花瓣结构的顶杆,杆部的硬度和刚度大于花瓣结构的硬度和刚度,且花瓣结构的材料具有弹性,在顶杆释放后可以恢复原状。
进一步的,对于杆部具有台阶的顶杆,大径部分属于第一材料分区,小径部分属于第二材料分区,花瓣结构属于第三材料分区,三个分区的硬度依次降低,且第二材料分区的刚度大于第一分区和第三分区,花瓣结构的材料具有弹性,在顶杆释放后可以恢复原状。
进一步的,所述底座为“凹”型结构。
进一步的,所述胀轴在另一端具有凸台,其与右壁体连接。
进一步的,弹簧卡在台阶面和套筒类零件之间,向套筒类零件施加压力。
进一步的,所述顶杆通过直线运动轴承安装在左壁体上。
进一步的,在左壁体上还安装有支承一、回转压板、小六角头紧定螺钉、压块和支承二,回转压板一端可转动安装在支承一上,另一端与支承二卡接,在回转压板上螺纹连接有小六角头紧定螺钉,在小六角头紧定螺钉端部具有压块,该压块与顶杆抵接。
进一步的,两侧花瓣结构为锥孔形式,所述双锥轴两端的锥度与两侧花瓣结构的锥度相同。
一种套筒类零件装夹方法,该方法采用上述的套筒类零件装夹装置,具体包括以下步骤:
S1、将对表件套装在双锥轴上,移动顶杆顶紧双锥轴从而固定对表件,利用机床找正对表件并记录其加工零位的位置数据;
S2、释放顶杆,拆下对表件,将套筒类零件套装在双锥轴上,移动顶杆顶紧双锥轴从而固定套筒类零件。
进一步的,在顶紧的过程中将轴向力转化为径向力,使顶杆和胀轴的花瓣结构胀大,产生径向压力,保证装夹牢固;当释放顶杆后,所述花瓣结构恢复收缩状态。
一种航空发动机薄壁类零件铣削装夹装置和使用方法原理为:利用两个胀轴,中间用一个双锥轴连接,一个胀轴固定,另一个胀轴施加轴向力,利用弹簧将零件顶在固定胀轴上,再利用双锥轴两端的外锥和胀轴的内锥,将轴向力转化为径向力,使胀轴直径涨大,提供足够的摩擦力,从而完成对零件的定位和压紧。
加工零件前,先将对表件装在胀轴上,移动顶杆使弹簧预压紧,在翻转压紧装置,用小六角头紧定螺钉顶紧顶杆、双锥轴和胀轴,通过内外锥作用,将轴向力转化为径向力,使顶杆、胀轴“花瓣”处外圆涨大,对对表件孔产生正压力,以提供足够的摩擦力,保证装夹牢固;利用机床,找正对表件并记录轴向等位置数据用于编制程序;找正完成后,松小六角头紧定螺钉并翻转压紧装置,移动顶杆,拆卸对表件;再将零件装在胀轴上,重复上述过程,实现对零件的定位与压紧。
本发明的有益效果为:
1、解决了薄壁类零件采用端面压紧容易变形、刚性差容易振动的问题;
2、提出一种新的薄壁类零件加工中心夹具的设计思路,可不对零件施加轴向力或微小力的情况下,实现定位和夹紧,满足加工要求;
3、从孔内沿径向对零件进行涨紧,提供支撑力,增加了零件的强度,避免受切削力导致的变形;
4、从两端对零件进行支撑,增加了加工系统的刚性,避免振动对加工质量的影响;
5、提出该定位方法过程中的具体受力分析,可推广性强。双锥轴两端锥度相同时,径向分力相同,锥度不同时分力不同,在应用时可根据需要设计,以满足不同的需求。
6、试用范围广。尤其在定位孔直径比较小φ2mm到φ15mm时,具有其独特的优势。
附图说明
图1是本发明套筒类零件装夹装置立体图;
图2是本发明套筒类零件装夹装置的剖视图;
图3是图2中装夹装置主体的左视图;
图4是本发明的胀轴结构图示;
图5是图4的左视图。
图6为本发明套筒类零件装夹装置的受力分析图;
图7为某型号航空发动机带三维凸轮的薄壁类零件图示。
具体实施方式
下面结合航空发动机薄壁类零件(属于一种套筒类零件)对本发明做进一步详细说明,参见图1-3,为了对该航空发动机薄壁类零件进行铣削,采用本发明的套筒类零件装夹装置,该装置包括底座1、支承一2、回转压板3、阶形螺钉4、小六角头紧定螺钉5、压块6、直线运动轴承7、顶杆8、弹簧9、双锥轴10、胀轴11、支承二12、对表件13。
底座1安装支承一2、支承二12、直线运动轴承7、顶杆8、胀轴11等,保证顶杆8在移动状态下与胀轴11有很高的同轴度要求;如图4-5所示,顶杆8、胀轴11一端有内锥孔和“花瓣”结构,可膨胀与收缩;双锥轴10两端为圆锥,分别与顶杆8、胀轴11锥孔配合,将轴向力转化为径向力;直线运动轴承7可保证顶杆8很高的轴向移动精度;弹簧9实现对零件的预压紧,方便操作;支承一 2、支承二12、回转压板3、阶形螺钉4、小六角头紧定螺钉5、压块6等组成压紧装置,给顶杆8提供足够的轴向力;压紧装置可翻转,便于顶杆8大位移移动,方便零件拆装;对表件13孔尺寸与零件孔一致,孔和外圆具有很高的同轴度要求,用于零件加工前的找正与对刀。
特别的,为了保证达到本发明的设计目的,本发明的顶杆8具有专门设计的结构特征,顶杆8为整体式结构,通过工艺手段使其具有不同的材料分区,对于具有杆部和花瓣结构的顶杆8,杆部和花瓣结构属于不同的材料分区,杆部的硬度和刚度大于花瓣结构的硬度和刚度,且花瓣结构的材料具有弹性,在顶杆8释放后可以恢复原状;对于杆部具有台阶的顶杆,大径部分属于第一材料分区,小径部分属于第二材料分区,花瓣结构属于第三材料分区,第一材料分区、第二材料分区和第三材料分区的硬度依次降低,第二材料分区的刚度大于第一分区和第三分区,且花瓣结构的材料具有弹性,在顶杆8释放后可以恢复原状。调整硬度的相关工艺手段为表面硬化,例如渗碳、渗氮、喷丸处理。
加工零件前,先将对表件13装在胀轴11上,移动顶杆8使弹簧9预压紧,在翻转压紧装置,用小六角头紧定螺钉5顶紧顶杆8、双锥轴10和胀轴11,通过内外锥作用,将轴向力转化为径向力,使顶杆8、胀轴11“花瓣”处外圆涨大,对对表件13孔产生正压力,受力情况如图6所示,以提供足够的摩擦力,保证装夹牢固;利用机床,找正对表件13并记录轴向等位置数据用于编制程序;找正完成后,松小六角头紧定螺钉5并翻转压紧装置,移动顶杆8,拆卸对表件13;再将零件装在胀轴11上,重复上述过程,实现对零件的定位与压紧。
套同类零件在加工过程中,不承受轴向力作用,避免了因轴向力造成的零件变形。双锥轴10两端圆锥和顶杆8、胀轴11锥孔锥度相同,径向分力相同,产生的涨紧力相同,保证零件受力均匀,防止压紧变形。胀轴11和顶杆8从孔内沿径向对零件进行支撑,增加了零件的强度,避免受切削力导致的变形。胀轴11 和顶杆8从两端对零件进行支撑,增加了加工系统的刚性,避免振动对加工质量的影响。
Claims (10)
1.一种套筒类零件装夹装置,其特征在于:该装置的底座(1)上具有左壁体和右壁体,在左壁体上滑动安装有顶杆(8),在右壁体上安装有胀轴(11),所述顶杆(8)和胀轴(11)在相对的端面都具有花瓣结构(16),双锥轴(10)安装在顶杆(8)和胀轴(11)之间,套筒类零件套装在双锥轴(10)外侧,所述顶杆(8)为整体式结构并且具有不同的材料分区,花瓣结构(16)的硬度和刚度低于其他分区的硬度和刚度;当顶紧顶杆(8)时两端的花瓣结构(16)膨胀固定套筒类零件;该装置还具有对表件(13),通过预装对表件(13)确定加工零位。
2.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:对于具有杆部和花瓣结构的顶杆(8),杆部的硬度和刚度大于花瓣结构的硬度和刚度,且花瓣结构的材料具有弹性,在顶杆(8)释放后可以恢复原状。
3.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:对于杆部具有台阶的顶杆,大径部分属于第一材料分区,小径部分属于第二材料分区,花瓣结构属于第三材料分区,三个分区的硬度依次降低,且第二材料分区的刚度大于第一分区和第三分区,花瓣结构的材料具有弹性,在顶杆(8)释放后可以恢复原状。
4.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:所述底座(1)为“凹”型结构。
5.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:所述胀轴(11)在另一端具有凸台,其与右壁体连接。
6.根据权利要求3所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:弹簧(9)卡在台阶面和套筒类零件之间,向套筒类零件施加压力。
7.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:所述顶杆(8)通过直线运动轴承(7)安装在左壁体上。
8.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:在左壁体上还安装有支承一(2)、回转压板(3)、小六角头紧定螺钉(5)、压块(6)和支承二(12),回转压板(3)一端可转动安装在支承一(2)上,另一端与支承二(12)卡接,在回转压板(3)上螺纹连接有小六角头紧定螺钉(5),在小六角头紧定螺钉(5)端部具有压块(6),该压块(6)与顶杆(8)抵接。
9.根据权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,其特征在于:两侧花瓣结构(16)为锥孔形式,所述双锥轴(10)两端的锥度与两侧花瓣结构(16)的锥度相同。
10.一种套筒类零件装夹方法,其特征在于,该方法采用权利要求1所述的套筒类零件装夹装置,具体包括以下步骤:
S1、将对表件(13)套装在双锥轴(10)上,移动顶杆(8)顶紧双锥轴(10)从而固定对表件(13),利用机床找正对表件(13)并记录其加工零位的位置数据;
S2、释放顶杆(8),拆下对表件(13),将套筒类零件套装在双锥轴(10)上,移动顶杆(8)顶紧双锥轴(10)从而固定套筒类零件。
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