CN110653572A - 轴对称薄壁悬空结构的加工方法、车削及铣削装夹装置 - Google Patents

轴对称薄壁悬空结构的加工方法、车削及铣削装夹装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种轴对称薄壁悬空结构的加工方法，轴对称薄壁悬空结构包括轴以及基于轴对称的平面或槽特征，包括步骤：采用三爪卡盘，装夹轴对称薄壁悬空结构的零件，粗车轴端面及外圆，留有余量；线切割加工固定形状的槽并去除平面多余的加工余量，留工艺余量1～3mm；制两顶尖孔或倒角孔；车端面，并在槽内以及轴对称薄壁悬空结构的轴端面钻顶尖孔或制倒角孔；双顶尖孔或倒角孔在同一轴线上；将轴对称薄壁悬空结构的零件装夹到车削工装，三爪卡盘装夹工装定位柱的柱面，工装平面侧面的顶尖顶住零件凹槽底部的顶尖孔，另一端用车床尾座的顶尖顶住顶尖孔或倒角孔，精加工零件外圆的各档尺寸；研磨顶尖孔；精铣悬臂对称两平面。

Description

轴对称薄壁悬空结构的加工方法、车削及铣削装夹装置
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及轴对称薄壁悬空结构零件的精密机械加工。
背景技术
在航天领域，轴对称薄壁悬空结构比较常见，零件属于典型弱刚性零件，加工薄壁平面过程中易产生变形和切削颤振，加工尺寸精度和对称度指标控制难度大；结构上平面与圆柱相结合，形状不规则，装夹准备时间很长；两面薄壁基于圆柱的轴心基准对称，在加工过程中既要控制悬臂结构的尺寸，又要保证两个薄壁悬空平面基于轴心对称，给工艺设计和零件加工带来较大的挑战。
在以往的加工过程中，对称平面铣削分为粗铣和精铣，铣削是采用V形块和内撑板结合，加工准备时间长，对称两平面的加工要二次装夹，而且第二面的加工工艺要求每一件都必须对零件进行矫正，以保证对称度的要求，加工效率很低，而且工装可靠性不高，产品尺寸极容易超差。
为了提高产品的加工效率，能够满足类似结构不同型号、不同尺寸的产品加工，本发明提出了一种轴对称薄壁悬空结构的精密制造方法及柔性装夹装置。该加工方法优化了现有的加工流程，而且通过铣削装夹装置，一次装夹可以实现正反两个面的加工，大幅提高了加工效率和定位精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴对称薄壁悬空结构的加工方法，所述轴对称薄壁悬空结构包括轴以及基于轴对称的平面或槽特征，其特征在于，包括步骤：
步骤1：粗车；采用三爪卡盘，装夹轴对称薄壁悬空结构的零件，粗车轴端面及外圆，留有余量，轴作为后续加工的粗基准；
步骤2：线切割；线切割槽和平面；线切割加工固定形状的槽并去除平面多余的加工余量，根据平面大小，留工艺余量1～3mm；
步骤3：制两顶尖孔或倒角孔；车端面，并在轴对称薄壁悬空结构的槽内以及轴对称薄壁悬空结构的轴端面钻顶尖孔或制倒角孔；双顶尖孔或倒角孔在同一轴线上；
步骤4：精车轴外圆；将轴对称薄壁悬空结构的零件装夹到车削工装，三爪卡盘装夹工装定位柱的柱面，工装平面侧面的顶尖顶住零件凹槽底部的顶尖孔，另一端用车床尾座的顶尖顶住顶尖孔或倒角孔，精加工零件外圆的各档尺寸；
步骤5：研磨顶尖孔，作为后续加工的精基准；
步骤6：铣削平面；精铣悬臂对称两平面。
本发明实施例还提供了一种轴对称薄壁悬空结构的车削工装，用于将权利要求1所述的轴对称薄壁悬空结构在机床上进行空间位置限定，其特征在于，所述车削工装包括板和轴，所述板固定安装于所述轴上，板相对于轴的轴线基准对称；所述轴与所述轴对称薄壁悬空结构的轴共轴线；
所述车削工装的板与所述轴对称薄壁悬空结构的槽间隙配合，所述板放置于所述轴对称薄壁悬空结构的两个薄壁形成的槽内，所述板相对于轴对称薄壁悬空结构的轴线基准对称。
优选地，所述板远离所述圆柱的一侧边，设置有顶尖，顶尖所在的轴线与轴的轴线基准平行；所述顶尖安装于所述轴对称薄壁悬空结构的薄壁内侧顶壁的顶尖孔内，用于调整固定所述车削工装与所述轴对称薄壁悬空结构的横向相对位置，使所述轴与所述轴对称薄壁悬空结构的轴重合。
本发明实施例还提供了一种轴对称薄壁悬空结构的铣削装夹装置，用于装夹权利要求1所述的轴对称薄壁悬空结构，其特征在于，所述铣削柔性装夹装置包括：
底座，所述底座设置有凹槽；
两个支撑臂，所述支撑臂设置于所述底座上，并且能够沿所述凹槽移动；
撑板，所述撑板的两端可拆卸的固定放置于所述两个支撑臂上；撑板的高度中心平面与两个顶尖单元的轴线所在的高度重合；
两个顶尖单元，所述两个顶尖单元分别设置在所述撑板沿所述凹槽方向的两侧，其中一个顶尖单元顶住撑板的一侧，撑板的另一侧上套设有轴对称薄壁悬空结构，所述另一个顶尖单元顶住所述轴对称薄壁悬空结构的轴；
当所述支撑臂移动至远离撑板时，所述撑板能够绕所述对称薄壁悬空结构的轴进行翻转至所述撑板另一面。
优选地，所述轴对称薄壁悬空结构安装在所述撑板上，所述撑板设置有顶尖，与所述轴对称薄壁悬空结构的槽内的顶尖孔配合。
优选地，所述两个支撑臂的底部设置有滑动键，在底板的凹槽内滑动。
优选地，所述两个支撑臂通过安装销固定在凹槽内。
优选地，在底板上有若干个安装定位孔，两个顶尖单元通过安装定位孔固定在底板上。
优选地，两个顶尖单元中，其中一个顶尖单元的顶尖头位置固定，另一个顶尖单元的顶尖头可以伸缩。
附图说明
图1为本发明实施例的轴对称薄壁悬空结构精密制造方法工序流程示意图；
图2为本发明实施例提供的对称薄壁悬空结构；
图3为本发明实施例提供的轴对称薄壁悬空车削工装示意图。
图4为本发明实施例提供的零件与轴对称薄壁悬空结构铣削装夹装置安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供以下结合附图和具体实施例对本发明提出的轴对称薄壁悬空结构精密制造方法及柔性装夹装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
轴对称薄壁悬空结构精密制造方法，工艺流程图参照图1，整体工艺路是以外圆为粗基准加工内孔，通过制作同一轴线的双顶尖孔，利用双顶尖，实现零件外圆各档台阶和对称薄壁悬空两平面基于同一回转轴的定位
步骤1：粗车。粗车的具体步骤是采用三爪卡盘，装夹零件，零件结构参照图2，粗车轴端面及外圆，留有一定的余量，轴作为后续加工的粗基准。
步骤2：线切割槽和平面；线切割加工固定形状的槽并去除平面多余的加工余量，根据平面大小，留工艺余量1～3mm。
步骤3：车端面并钻两顶尖孔；在零件轴的端面中心钻顶尖孔，或者零件端面有内孔，在孔口加工60°倒角；另一端在线切割凹槽底部加工顶尖孔，双顶尖孔在同一轴线上。
步骤4：精车轴外圆；将产品装夹到车削专用工装，结构参照图3，三爪卡盘装夹工装定位柱的柱面，工装平面侧面的顶尖顶住零件凹槽底部的顶尖孔，另一端用车床尾座的顶尖顶住顶尖孔或60°倒角孔，精加工零件外圆的各档尺寸。
其中，如图3所示，为轴对称薄壁悬空结构的车削工装，用于将轴对称薄壁悬空结构在机床上进行空间位置限定，所述车削工装包括板32和轴31，所述板32固定安装于所述轴31上,板32相对于轴31的轴线基准对称；所述轴31与所述轴对称薄壁悬空结构的轴共轴线。
所述车削工装的板32与所述轴对称薄壁悬空结构的槽21间隙配合，所述板放置于所述轴对称薄壁悬空结构的两个薄壁22a、22b形成的槽21内，所述板相对于轴对称薄壁悬空结构的轴线基准对称。
根据本发明的一个实施例，所述板远离所述轴的一侧边，设置有顶尖321，顶尖所在的轴线与轴的轴线基准平行；所述顶尖安装于所述轴对称薄壁悬空结构的薄壁内侧顶壁的顶尖孔23内，用于调整固定所述车削工装与所述轴对称薄壁悬空结构的横向相对位置，使所述轴与所述轴对称薄壁悬空结构的轴重合。
步骤5：研磨顶尖孔，作为后续加工的精基准。
步骤6：精铣悬臂两平面。
其中，步骤6中，精铣悬臂两平面用到了如图4所示的铣削装夹装置。
如图4所示，铣削装夹装置用于装夹轴对称薄壁悬空结构的零件，所述铣削柔性装夹装置包括：
底座1，所述底座设置有凹槽8。
两个支撑臂2a、2b，所述支撑臂设置于所述底座上，并且能够沿所述凹槽8移动。
撑板3，所述撑板的两端可拆卸的固定放置于所述两个支撑臂上；撑板的高度中心平面与两个顶尖单元的轴线所在的高度重合。
两个顶尖单元4a、4b，所述两个顶尖单元分别所述撑板沿所述凹槽方向的两侧，其中一个顶尖单元4a顶住撑板的一侧，撑板的另一侧上套设有轴对称薄壁悬空结构，所述另一个顶尖单元4b顶住所述轴对称薄壁悬空结构的轴。
当所述支撑臂沿凹槽移动远离撑板时，所述撑板3能够绕所述对称薄壁悬空结构的轴进行翻转至所述撑板另一面。
挡块5，所述挡块在零件翻转完成后，限定支撑臂移动返回靠近撑板的位置，固定撑板于支撑臂上后，开始铣削加工另一面。
根据本发明的一个实施例，所述轴对称薄壁悬空结构安装在所述撑板3上，所述撑板设置有顶尖，与所述轴对称薄壁悬空结构的槽内的顶尖孔配合。
根据本发明的一个实施例，所述两个支撑臂的底部设置有滑动键6，在底板1的凹槽内滑动。
根据本发明的一个实施例，所述两个支撑臂通过安装销7固定在凹槽内，通过挡块进行限位。
根据本发明的一个实施例，在底板上有若干个安装定位孔，两个顶尖单元4a、4b通过安装定位孔固定在底板上。
根据本发明的一个实施例，两个顶尖单元4a、4b中，其中一个顶尖单元的顶尖头位置固定，另一个顶尖单元的顶尖头可以伸缩。
采用铣削装夹装置对零件进行精铣加工过程：首先，搭建铣削工装。先将移动支撑装置放置在底板1上的T型槽8内，通过安装销7固定在某一位置，将撑板3通过销和螺钉定位并固定在支撑壁上，撑板的高度中心平面与顶尖轴线所在的高度重合，安装两个顶尖座，顶尖头固定的顶尖放在撑板上有孔的一侧，并顶住撑板上的顶尖孔，顶尖头可以活动的顶尖放在撑板的另一侧，通过安装定位孔固定在底板上。
然后，将零件装夹到柔性装夹装置，撑板装入零件槽内，并用撑板的顶尖顶住凹槽底部的顶尖孔，零件的轴用顶尖顶住顶尖孔或60°倒角孔。铣削平面采用直线型单向走刀路径，沿着与轴线垂直的方向，从靠近顶尖一端向远离顶尖一端进行铣削。
接下来，拆下支撑臂安装销子、与撑板连接的销子和螺钉，拉开移动2个支撑臂，撑板和零件在双顶尖的装夹作用下悬空，翻转撑板3旋转180°，再将2个支撑臂2a、2b拉回，直至挡块5所限制的距离，用安装销7固定支撑臂，此时撑板3上的定位孔和螺钉孔与支撑臂的孔正好对齐，采用定位销和螺钉定位和紧固。
再检查零件是否夹紧。
最后以同样的方式加工另一面。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种轴对称薄壁悬空结构的加工方法，所述轴对称薄壁悬空结构包括轴以及基于轴对称的平面或槽特征，其特征在于，包括步骤：
步骤1：粗车；采用三爪卡盘，装夹轴对称薄壁悬空结构的零件，粗车轴端面及外圆，留有余量，轴作为后续加工的粗基准；
步骤2：线切割槽和平面；线切割加工固定形状的槽并去除平面多余的加工余量，根据平面大小，留工艺余量1～3mm；
步骤3：制两顶尖孔或倒角孔；车端面，并在轴对称薄壁悬空结构的槽内以及轴对称薄壁悬空结构的轴端面钻顶尖孔或制倒角孔；双顶尖孔或倒角孔在同一轴线上；
步骤4：精车轴外圆；将轴对称薄壁悬空结构的零件装夹到车削工装，三爪卡盘装夹工装定位柱的柱面，工装平面侧面的顶尖顶住零件凹槽底部的顶尖孔，另一端用车床尾座的顶尖顶住顶尖孔或倒角孔，精加工零件外圆的各档尺寸；
步骤5：研磨顶尖孔，作为后续加工的精基准；
步骤6：精铣悬臂对称两平面。
2.一种轴对称薄壁悬空结构的车削工装，用于将权利要求1所述的轴对称薄壁悬空结构在机床上进行空间位置限定，其特征在于，所述车削工装包括板和轴，所述板固定安装于所述轴上，板相对于轴的轴线基准对称；所述轴与所述轴对称薄壁悬空结构的轴共轴线；
所述车削工装的板与所述轴对称薄壁悬空结构的槽间隙配合，所述板放置于所述轴对称薄壁悬空结构的两个薄壁形成的槽内，所述板相对于轴对称薄壁悬空结构的轴线基准对称。
3.如权利要求2所述的轴对称薄壁悬空结构的车削工装，其特征在于，所述板远离所述圆柱的一侧边，设置有顶尖，顶尖所在的轴线与轴的轴线基准平行；所述顶尖安装于所述轴对称薄壁悬空结构的薄壁内侧顶壁的顶尖孔内，用于调整固定所述车削工装与所述轴对称薄壁悬空结构的横向相对位置，使所述轴与所述轴对称薄壁悬空结构的轴重合。
4.一种轴对称薄壁悬空结构的铣削装夹装置，用于装夹权利要求1所述的轴对称薄壁悬空结构，其特征在于，所述铣削柔性装夹装置包括：
底座，所述底座设置有凹槽；
两个支撑臂，所述支撑臂设置于所述底座上，并且能够沿所述凹槽移动；
撑板，所述撑板的两端可拆卸的固定放置于所述两个支撑臂上；撑板的高度中心平面与两个顶尖单元的轴线所在的高度重合；
两个顶尖单元，所述两个顶尖单元分别设置在所述撑板沿所述凹槽方向的两侧，其中一个顶尖单元顶住撑板的一侧，撑板的另一侧上套设有轴对称薄壁悬空结构，所述另一个顶尖单元顶住所述轴对称薄壁悬空结构的轴；
当所述支撑臂移动至远离撑板时，所述撑板能够绕所述对称薄壁悬空结构的轴进行翻转至所述撑板另一面。
5.如权利要求4所述的铣削装夹装置，其特征在于，所述轴对称薄壁悬空结构安装在所述撑板上，所述撑板设置有顶尖，与所述轴对称薄壁悬空结构的槽内的顶尖孔配合。
6.如权利要求4所述的铣削装夹装置，其特征在于，所述两个支撑臂的底部设置有滑动键，在底板的凹槽内滑动。
7.如权利要求6所述的铣削装夹装置，其特征在于，所述两个支撑臂通过安装销固定在凹槽内。
8.如权利要求4所述的铣削装夹装置，其特征在于，在底板上有若干个安装定位孔，两个顶尖单元通过安装定位孔固定在底板上。
9.如权利要求4所述的铣削装夹装置，其特征在于，两个顶尖单元中，其中一个顶尖单元的顶尖头位置固定，另一个顶尖单元的顶尖头可以伸缩。
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