CN110757198B - 一种榫槽拉削夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种榫槽拉削夹具，属于机械加工领域。一种榫槽拉削夹具，包括一个夹具体，通过第一固定装置安装于拉床工作台上；一个测量头，安装于夹具体的中心处的梯台状通孔上；一个试样架，安装于夹具体上；一个试样块，安装于试样架上；上述部件用于试样工作，模拟轮盘的榫槽的拉削，调整拉床的参数；一个定位套，用于试样拉削结束后，拆卸所述测量头、试样架、试样块后将所述定位套安装于夹具体的中心处的梯台状通孔上，并通过第二固定装置将轮盘固定于夹具体上。本发明的夹具试样操作简单、调整机床参数方便、精度高，同时避免了轮盘的浪费，大大降低了生产成本。

Description

一种榫槽拉削夹具

技术领域

本发明涉及电力能源行业中的机械加工领域，具体地说，涉及一种榫槽拉削夹具。

背景技术

燃气轮机被誉为制造业“皇冠上的明珠”，燃气轮机转子就是这颗“明珠”的核心。燃气轮机的转子是由各级轮盘装配而成，为了适应高温高压恶劣的工作环境、满足复杂的动力学原理，轮盘榫槽截面尺寸精度和位置精度就有了极其苛刻的要求。截面尺寸的高精度考验的是拉刀的设计制造能力，而位置精度考验的就是拉夹具的设计制造能力了。

榫槽位于轮盘圆锥面（如图1-4所示），沿中心轴线倾斜(倾斜角度为90-β),且槽底径向尺寸线性变化(半锥角度θ)。拉削运动是直线运动，拉刀尺寸精度决定榫槽截面(C向视图)尺寸精度。这就要求拉夹具将轮盘坯料进行旋转、倾斜变换使榫槽截面垂直于拉削运动方向(BO线)，实现榫槽的拉削加工。在以轮盘轴线为坐标轴的常用坐标系(o系)下，旋转、倾斜以及轮槽深度都是三维坐标，需要通过三坐标测量仪测点拟合线段来测量，这种方法对于拉床的在线调整测量是不适用的。轮盘在最终确定拉床的参数时，需要试拉削操作，试拉削直接以一个轮盘作为样本通过不断调整其参数使其最终获得目标参数，但是对于某些特殊材质轮盘来说，轮盘价值较高，试拉削会造成资源浪费，而且，调整参数过程复杂。

因此，急需一种可以加工燃气轮机转子轮盘三维空间榫槽的拉削夹具，能够降低成本，且操作简便快捷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种夹具，将以轮盘轴线为坐标轴的常用坐标系(o系)转换为以榫槽截面的法线(OB)为坐标轴(Z”轴) 的坐标系(o”系)，在新坐标系(o”系)中设置方形底面的长方体试样块，其方形底面与榫槽截面重合。这样旋转、倾斜以及轮槽深度在试样上都表现为二维坐标，容易实现测量调整，进而保证三维空间榫槽的加工精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种榫槽拉削夹具，包括,

一个夹具体，通过第一固定装置安装于拉床工作台上；

一个测量头，安装于夹具体的中心处的梯台状通孔上；

一个试样架，安装于夹具体上；

一个试样块，安装于试样架上；

上述部件用于试样工作，模拟轮盘的榫槽的拉削，调整拉床的参数；

一个定位套，用于试样拉削结束后，拆卸所述测量头、试样架、试样块后将所述定位套安装于夹具体的中心处的梯台状通孔上，并通过第二固定装置将轮盘固定于夹具体上。

进一步的技术方案，所述的夹具体的内圈设有若干第一通孔，第一螺栓穿过第一通孔与拉床工作台芯轴相连；夹具体的外圈设有若干第二通孔，第二螺栓穿过第二通孔、分度盘通孔与拉床工作台芯轴相连；夹具体上设有若干第三通孔，与第一顶开螺钉配合可顶开工作台芯轴用于拆卸夹具体。

进一步的技术方案，所述的夹具体上设有起吊螺钉，用于起吊夹具。

进一步的技术方案，所述的测量头包括底座、设于底座上的锥形支撑部、设于锥形支撑部顶部的球状头部、设于底座下方的定位柱；所述的定位柱与夹具体的梯台状通孔配合实现定位，所述的底座的外圈设有若干第四通孔和第五通孔，第四通孔与第二顶开螺钉配合拆卸测量头，第五通孔与螺钉配合实现底座与夹具体的连接。

进一步的技术方案，所述的试样架包括架体，设于架体上的、可放置试样块的试样槽，设于试架体上、位于试样块一侧的限位装置；所述的试样槽的底部设有第六通孔，通过与螺栓配合连接试样槽和试样块；所述的架体的前侧面设有位置确认槽，用于确定夹具系统的安装位置。

所述的架体上设有若干安装孔，圆柱销和圆柱削边销穿过安装孔，与试样架过盈配合，与夹具体间隙配合实现试样架的定位，再通过第一螺钉将试样架固定于夹具体上。

进一步的技术方案，所述的架体呈直角梯形棱台状，所述的试样槽位于架体倾斜侧边上，且试样槽的两端部的开口贯穿架体前侧面和后侧面，所述的试样槽的下侧边设有限位块，所述的限位装置为键，与位于试样槽上、靠近架体后侧面的键槽配合，实现试样块的限位。

进一步的技术方案，所述的试样槽呈倾斜状，从架体前侧面向后侧面倾斜，倾斜角度与榫槽走向的锥角大小相等。

进一步的技术方案，所述的限位块与试样槽相接的侧边与试样块H8/h7配合。

进一步的技术方案，所述的架体呈直角梯形棱台状，所述的试样槽位于架体倾斜侧边上，且试样槽的两端部的开口贯穿架体前侧面和后侧面，所述的限位装置为T型挡板，设于架体后侧面，实现试样块的限位。

进一步的技术方案，所述的试样块为上下底面是方形的长方体状，锐边倒钝处理，其中心轴线处设有安装孔。

进一步的技术方案，所述的定位套包括中空状的套体，设于套体外圈设有安装座，设于安装座上的安装孔；所述的套体的底部与夹具体的梯台状通孔卡合，螺钉与安装孔配合将定位套固定于夹具体上。

进一步的技术方案，所述的第二固定装置包括螺纹衬套、双头螺柱、螺纹圆柱销轴、螺纹圆柱削边销轴；所述的螺纹圆柱销轴和螺纹圆柱削边销轴用于工件在夹具体上的周向定位；所述的双头螺柱插入螺纹衬套内、与压板和螺母配合实现工件与夹具体的紧固。

有益效果

现有技术中因为榫槽空间结构复杂，精度高，只能通过试拉削来确认空间位置。假设需要试拉的假轮盘尺寸约φ870/φ62×107或者φ844.83/φ62×178.71，实际试拉削最佳位置只有1处，而通过采用本发明的试样架，将试样尺寸（即采用试样块）缩小至80×80×50 、125×125×80或者其他尺寸，因方形试样块有4个相同的侧面，故每件试样可以试验4次，都位于最佳位置。这极大的降低了耗材成本。申请人生产车间的燃气轮机压气机转子第5级真轮盘拉削已经完成且通过尺寸验收，榫槽的加工精度合格。通过试样架、试样块的试样操作，调整机床参数方便、精度高，同时避免了轮盘的浪费，大大降低了生产成本。

附图说明

图1为轮盘榫槽位置图；

图2为图1的左视图；

图3为图2的A-A向角度示意图；

图4为图3的C向示意图；

图5为本发明的夹具体、测量头和试样架装配的主视图；

图6为本发明的夹具体、测量头和试样架装配的俯视图；

图7为实施例1中的试样架的主视图；

图8为实施例1中的试样架的俯视图；

图9为图7中A-A图；

图10为图9的A向图；

图11为图9的B向图；

图12为实施例2中的试样架的主视图；

图13为实施例2中的试样架的俯视图；

图14为图12的A向图；

图15为T型挡板的示意图；

图16为夹具体、定位套、轮盘装配的主视图；

图17为图16中A-A剖切图；

图18为测量头的主视图；

图19为测量头的俯视图；

图20为定位套的主视图；

图21为定位套的俯视图；

图22为拉削后的试样块的右视图；

图23为拉削后的试样块的主视图；

图24为拉削后的试样块的左视图；

图中标记：1夹具体，2第一螺栓，3第二螺栓，4测量头，5螺钉，6第二顶开螺钉，7第一顶开螺钉，8起吊螺钉，9圆柱销，10圆柱削边销，11试样架，12第一螺钉，13键，14第二螺钉，15定位套，16第三螺钉，17第三顶开螺钉，18螺纹衬套，19螺纹圆柱销轴，20螺纹圆柱削边销轴，21双头螺柱，22压板，23螺母，24试样块，25轮盘，26榫槽，27第一通孔，28第二通孔，29第三通孔；30底座，31锥形支撑部，32球状头部，33定位柱，34梯台状通孔，35第四通孔，36第五通孔；37架体，38试样槽，39第六通孔，40位置确认槽，41限位块，42键槽，43 T型挡板，44套体，45安装座，46安装孔。

具体实施方式

下面结合实施例及应用例对本发明作详细说明。需要指出的是，所举实施例是本发明的较佳实施方式，而不是对本发明要求保护范围的限制，本发明的应用及使用方法也不局限于所举应用例。

实施例1

如图5-24所示，一种榫槽拉削夹具，包括,

一个夹具体1，通过第一固定装置安装于拉床工作台上；

一个测量头4，安装于夹具体1的中心处的梯台状通孔上；

一个试样架11，安装于夹具体1上；

一个试样块24，安装于试样架11上；

上述部件用于试样工作，模拟轮盘25的榫槽26的拉削，调整拉床的参数；

一个定位套15，用于试样拉削结束后，拆卸所述测量头4、试样架11、试样块24后将所述定位套15安装于夹具体1的中心处的梯台状通孔上，并通过第二固定装置将轮盘25固定于夹具体1上。

所述的夹具体1的内圈设有若干第一通孔27，第一螺栓2穿过第一通孔27与拉床工作台芯轴相连；夹具体1的外圈设有若干第二通孔28，第二螺栓3穿过第二通孔28、分度盘通孔与拉床工作台芯轴相连；夹具体1上设有若干第三通孔29，与第一顶开螺钉7配合可顶开工作台芯轴用于拆卸夹具体1。

所述的夹具体1上设有起吊螺钉8，用于起吊夹具。

所述的测量头4包括底座30、设于底座30上的锥形支撑部31、设于锥形支撑部31顶部的球状头部32、设于底座30下方的定位柱33；所述的定位柱33与夹具体的梯台状通孔34配合实现定位，所述的底座30的外圈设有若干第四通孔35和第五通孔36，第四通孔35与第二顶开螺钉6配合拆卸测量头4，第五通孔36与螺钉5配合实现底座30与夹具体1的连接。

试拉削工装装配完毕后，测量头圆心位于拉床的设计零点P，拉床运动机构的旋转，倾斜都围绕此点进行。机床工作台的倾斜方向的环绕轴线是过P点的水平轴，机床工作台的旋转方向的环绕轴线是过P点的铅垂轴，榫槽深度是由P点至拉刀的垂直距离(PB)决定。通过测量测量头球面与试样端面的距离(OP)来验证拉夹具的安装精度。 P点是拉床运动机构中极其重要的一个空间点，却是个虚拟点，在拉床上并不存在。本发明通过在夹具体上加装测量头，将测量头的球心置于P点，将虚拟点进行实体化，利于采用通用测量工具测量判断夹具各个零件的安装精度，也利于控制榫槽深度。

所述的试样架11包括架体37，设于架体37上的、可放置试样块24的试样槽38，设于架体37上、位于试样块24一侧的键13；所述的试样槽38的底部设有第六通孔39，通过与螺栓配合连接试样槽和试样块；所述的架体37的前侧面设有位置确认槽40，用于确定夹具系统的安装位置。位置确认槽与试样块上的榫槽相同，如果调整到位，在拉床刀架上安装百分表，可以测量三个面的跳动。位置确认槽的槽底面竖直，侧面水平。相当于图23中，有EF面两个，MN面一个；而EF水平，MN竖直。

所述的架体37上设有若干安装孔，圆柱销9和圆柱削边销10穿过安装孔，与试样架11过盈配合，与夹具体1间隙配合实现试样架的定位，再通过第一螺钉12将试样架11固定于夹具体1上，圆柱销限制架体的两个自由度，圆柱削边销限制一个自由度，防止过定位；所述的键13与位于试样槽上、靠近架体后侧面的键槽42配合，实现试样块24的限位，键13通过第二螺钉14固定于键槽42内。

所述的架体37呈直角梯形棱台状，所述的试样槽38位于架体37倾斜侧边上，且试样槽38的两端部的开口贯穿架体37前侧面和后侧面，所述的试样槽38的下侧边设有限位块41，所述的试样槽38呈倾斜状，从架体前侧面向后侧面倾斜，倾斜角度与轮盘的榫槽走向的锥角大小相等。所述的限位块与试样槽相接的侧边与试样块H8/h7配合。

从图7-9所示的试样架的结构示意图可以看出，三个坐标系共用一个零点(点O)，坐标系OXYZ为以轮盘轴线为坐标轴的常用坐标系，轮盘轴线平行于Z轴。坐标系OX’Y’Z’为坐标系oXYZ绕Y轴旋转而成，旋转角度为榫槽倾斜角度(90-β)。坐标系OX”Y”Z”为坐标系oX’Y’Z’绕X’轴旋转而成，旋转角度为榫槽半锥角度(θ)。O点与Ｐ点连线与ＹY’轴重合，也就是轮盘截面的半径（OP）。P点到Z”轴的垂直距离线段（BP）与Y”轴平行，数值上等于轮盘半径和半锥角度的余弦值的乘积。方形底面的长方体试样位于键和试样架两侧面围成的方形空间内。

因为榫槽截面尺寸大小有区别，所需的试样块大小不同，试样架的大小也不同，小试样架结构适用于小榫槽。为了满足大榫槽的要求，本发明还设计了大试样架（实施例2），用T型挡板来代替键来围成试样空间，原理跟小试样是一致的，根据实际需要调整使用。

所述的试样块24为上下底面是方形的长方体状，锐边倒钝处理，其中心轴线处设有安装孔。

将工作台倾斜旋转至指定位置，然后进行试拉削。从图22-24所示，如果正确的话，试样上拉出的榫槽与试样端面平行，深度H反应了榫槽的深度值,线段EF对于基准A的直线度反应了倾斜角度β的偏差,线段MN对于基准B的直线度反应了半锥角度θ的偏差。通过数控中心或者三坐标测量仪测量试样榫槽即可分析出拉床运动是否到达指定位置，然后调整参数，再次试拉削，直至满足要求。

所述的定位套15包括中空状的套体44，位于套体44外圈设有安装座45，设于安装座45上的安装孔46；所述的套体44的底部与夹具体1的梯台状通孔24卡合，第三螺钉16与安装孔配合将定位套15固定于夹具体1上。拆卸时，通过第三顶开螺钉17将定位套拆除。

所述的第二固定装置包括螺纹衬套18、双头螺柱21、螺纹圆柱销轴19、螺纹圆柱削边销轴20；所述的螺纹圆柱销轴19和螺纹圆柱削边销轴20用于轮盘在夹具体1上的周向定位；所述的双头螺柱21插入螺纹衬套18内、与压板22和螺母配合实现轮盘25与夹具体1的紧固。

从图16-17可以看出，试样拉削结束后，按照正式拉削工装图安装工件，拆卸所述测量头、试样架、试样块后，定位套通过止口和端面定位，螺钉紧固到夹具体上，顶开螺钉在拆卸定位套（件15）时使用，此处不要安装。螺纹衬套安装到夹具体上，双头螺柱安装到螺纹衬套中。螺纹圆柱销轴和螺纹圆柱削边销轴安装到夹具体上，用于周向定位。工件坯料通过止口、端面和销轴实现与夹具体的定位，通过双头螺柱、压板和螺母实现与夹具体的紧固。将调整好的参数注入拉床，进行正式拉削，由于夹具体就是试拉时的夹具体，所以榫槽位置精度跟试拉时一致。分度机构依次旋转，直至拉出全部榫槽。

实施例2

如图5-24所示，一种榫槽拉削夹具，包括,

一个夹具体1，通过第一固定装置安装于拉床工作台上；

一个测量头4，安装于夹具体1的中心处的梯台状通孔上；

一个试样架11，安装于夹具体1上；

一个试样块24，安装于试样架11上；

上述部件用于试样工作，模拟轮盘25的榫槽26的拉削，调整拉床的参数；

一个定位套15，用于试样拉削结束后，拆卸所述测量头4、试样架11、试样块24后将所述定位套15安装于夹具体1的中心处的梯台状通孔上，并通过第二固定装置将轮盘25固定于夹具体1上。

所述的夹具体1的内圈设有若干第一通孔27，第一螺栓2穿过第一通孔27与拉床工作台芯轴相连；夹具体1的外圈设有若干第二通孔28，第二螺栓3穿过第二通孔28、分度盘通孔与拉床工作台芯轴相连；夹具体1上设有若干第三通孔29，与第一顶开螺钉7配合可顶开工作台芯轴用于拆卸夹具体1。

所述的夹具体1上设有起吊螺钉8，用于起吊夹具。

所述的测量头4包括底座30、设于底座30上的锥形支撑部31、设于锥形支撑部31顶部的球状头部32、设于底座30下方的定位柱33；所述的定位柱33与夹具体的梯台状通孔34配合实现定位，所述的底座30的外圈设有若干第四通孔35和第五通孔36，第四通孔35与第二顶开螺钉6配合拆卸测量头4，第五通孔36与螺钉5配合实现底座30与夹具体1的连接。

如图12-15所示，所述的试样架11包括架体37，设于架体37上的、可放置试样块24的试样槽38，设于试架体上、位于试样块一侧的T型挡板43，所述的试样槽38的底部设有第六通孔39，通过与螺栓配合连接试样槽和试样块；所述的架体37的前侧面设有位置确认槽40，用于确定夹具系统的安装位置。所述的架体37上设有若干安装孔，圆柱销9和圆柱削边削10穿过安装孔，与试样架11过盈配合，与夹具体1间隙配合实现试样架的定位，再通过第一螺钉12将试样架11固定于夹具体1上；所述的架体37呈直角梯形棱台状，所述的试样槽38位于架体37倾斜侧边上，且试样槽38的两端部的开口贯穿架体37前侧面和后侧面，所述的T型挡板43位于架体后侧面，用于试样块的限位。

上述图中的大试样架第二次旋转角度为0°。第二次旋转角度由燃机轮盘半锥角度决定，可以不为0°，因为申请人实际生产项目中所用到大试样架结构的燃机轮盘半锥角度刚好为0°，所以图示为0°。

所述的试样槽38呈倾斜状，从架体前侧面向后侧面倾斜，倾斜角度与轮盘的榫槽走向的锥角大小相等。所述的限位块与试样槽相接的侧边与试样块H8/h7配合。

所述的试样块24为上下底面是方形的长方体状，锐边倒钝处理，其中心轴线处设有安装孔。

所述的定位套15包括中空状的套体44，位于套体44外圈设有安装座45，设于安装座45上的安装孔46；所述的套体44的底部与夹具体1的梯台状通孔24卡合，第三螺钉16与安装孔配合将定位套15固定于夹具体1上。拆卸时，通过第三顶开螺钉17将定位套拆除。

所述的第二固定装置包括螺纹衬套18、双头螺柱21、螺纹圆柱销轴19、螺纹圆柱削边销轴20；所述的螺纹圆柱销轴19和螺纹圆柱削边销轴20用于轮盘在夹具体1上的周向定位；所述的双头螺柱21插入螺纹衬套18内、与压板22和螺母配合实现轮盘25与夹具体1的紧固。

Claims (10)

1.一种榫槽拉削夹具，其特征在于，包括

一个夹具体，通过第一固定装置安装于拉床工作台上；

一个测量头，安装于夹具体的中心处的梯台状通孔上；

一个试样架，安装于夹具体上；

一个试样块，安装于试样架上；

上述部件用于试样工作，模拟轮盘的榫槽的拉削，调整拉床的参数；

一个定位套，用于试样拉削结束后，拆卸所述测量头、试样架、试样块后将所述定位套安装于夹具体的中心处的梯台状通孔上，并通过第二固定装置将轮盘固定于夹具体上；

所述的试样架包括架体，设于架体上的、可放置试样块的试样槽，设于试架体上、位于试样块一侧的限位装置；所述的试样槽的底部设有第六通孔，通过与螺栓配合连接试样槽和试样块；所述的架体的前侧面设有位置确认槽，所述的架体上设有若干安装孔，圆柱销和圆柱削边销穿过安装孔，与试样架过盈配合，与夹具体间隙配合实现试样架的定位，再通过第一螺钉将试样架固定于夹具体上；

所述的测量头包括底座、设于底座上的锥形支撑部、设于锥形支撑部顶部的球状头部、设于底座下方的定位柱；所述的定位柱与夹具体的梯台状通孔配合实现定位，所述的底座的外圈设有若干第四通孔和第五通孔，第四通孔与第二顶开螺钉配合拆卸测量头，第五通孔与螺钉配合实现底座与夹具体的连接。

2.根据权利要求1所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的夹具体的内圈设有若干第一通孔，第一螺栓穿过第一通孔与拉床工作台芯轴相连；夹具体的外圈设有若干第二通孔，第二螺栓穿过第二通孔、分度盘通孔与拉床工作台芯轴相连；夹具体上设有若干第三通孔，与第一顶开螺钉配合可顶开工作台芯轴用于拆卸夹具体。

3.根据权利要求2所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的夹具体上设有起吊螺钉，用于起吊夹具。

4.根据权利要求1所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的架体呈直角梯形棱台状，所述的试样槽位于架体倾斜侧边上，且试样槽的两端部的开口贯穿架体前侧面和后侧面，所述的试样槽的下侧边设有限位块，所述的限位装置为键，与位于试样槽上、靠近架体后侧面的键槽配合，实现试样块的限位。

5.根据权利要求4所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的试样槽呈倾斜状，从架体前侧面向后侧面倾斜，倾斜角度与榫槽走向的锥角大小相等。

6.根据权利要求4所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的限位块与试样槽相接的侧边与试样块H8/h7配合。

7.根据权利要求1所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的架体呈直角梯形棱台状，所述的试样槽位于架体倾斜侧边上，且试样槽的两端部的开口贯穿架体前侧面和后侧面，所述的限位装置为T型挡板，设于架体后侧面，实现试样块的限位。

8.根据权利要求1所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的试样块为上下底面是方形的长方体状，锐边倒钝处理，其中心轴线处设有安装孔。

9.根据权利要求1所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的定位套包括中空状的套体，设于套体外圈设有安装座，设于安装座上的安装孔；所述的套体的底部与夹具体的梯台状通孔卡合，螺钉与安装孔配合将定位套固定于夹具体上。

10.根据权利要求1所述的榫槽拉削夹具，其特征在于，所述的第二固定装置包括螺纹衬套、双头螺柱、圆柱销轴、圆柱削边销轴；所述的圆柱销轴和圆柱削边销轴用于工件在夹具体上的周向定位；所述的双头螺柱插入螺纹衬套内、与压板和螺母配合实现工件与夹具体的紧固。

Images