CN111015259A

CN111015259A - 用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装

Info

Publication number: CN111015259A
Application number: CN201911158584.4A
Authority: CN
Inventors: 张怡娜; 何东; 付移风; 俞广胜
Original assignee: AECC Aero Engine Xian Power Control Technology Co Ltd
Current assignee: AECC Aero Engine Xian Power Control Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明属于机械加工领域，涉及一种用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，包括底座、设置在底座上用于压制待加工零件的压板，以及设置在底座上用于对待加工零件支撑的定位芯轴；压板的压紧端是弧形结构；弧形结构的开口和待加工零件上待加工孔方向相同；压板上设置有防干涉的自避让结构。本发明提供了一种抗干涉以及防装夹变形的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装。

Description

用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种零件加工工装，尤其涉及一种用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装。

背景技术

航空产品对质量有着苛刻的要求，帽盖结构零件是航空产品的重要组成部分，具有壁薄特点和台阶孔、短孔和孔底有斜槽等结构。

帽盖结构的零件是薄壁短孔类零件的一种，薄壁孔加工的方法一般有车削加工和铣削两种，这两种方法在粗加工、半精加工和精加工中都具有较大的切削力，因此须有足够的压紧力来保证零件定位的稳定性和可靠性，但压紧力过大会造成零件变形。目前，针对这类零件的工艺方法有两种：一是若孔径按顺序依次变化，则以外圆一次定位夹紧加工并保证所有孔径尺寸；二是孔径未按顺序依次变化，则需要两次定位掉头加工。外圆定位压紧的方式是三爪夹紧或V形止靠压板侧面压紧等方式。由于孔壁较薄，必须由操作者摸索掌握临界压紧力，即压紧可靠且力量大小不使零件变形的临界点，来保证零件的各个尺寸，但往往这个临界点是难以掌握的，经常出现零件孔径由于压紧力过大产生变形或压紧力过小零件偏移致使尺寸不合格的问题，导致大量的废品，影响交付，增加产品成本。

部分帽盖结构零件的孔底处有斜槽，斜槽一般是通过车削加工形成。航空发动机油泵中的零组件尺寸较小，其帽盖结构的零件孔径相对较小，因此斜槽加工时，车刀以一定的角度进刀会出现刀柄与夹具压紧部件干涉的问题。目前，针对这类问题常用的解决方法是缩小车刀刀柄局部尺寸，减少刀柄扫描面积。但刀柄局部改细会很大程度上降低刀具强度，首先会有断裂的风险，对操作者的安全造成潜在威胁；其次刀具切削振动增大，零件尺寸精度和稳定性难以保证，增加了零件废品量和产品成本。

综上所述，部分帽盖结构零件的孔、槽加工存在装夹变形、加工效率低，以及刀具与夹具干涉的技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种抗干涉以及防装夹变形的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，包括底座、设置在底座上用于压制待加工零件的压板，以及设置在底座上用于对待加工零件支撑的定位芯轴；其特征在于：所述压板的压紧端是弧形结构；所述弧形结构的开口和待加工零件上待加工孔方向相同；所述压板上设置有防干涉的自避让结构。

上述自避让结构是从压板压紧端斜向上开设。

上述自避让结构包括与压板压紧端面相连且从压板压紧端面往上依次延伸的第二平面、斜面以及第一平面；所述第一平面以及第二平面均与水平面相平行。

上述斜面的角度是不大于45°。

上述定位芯轴的上端面设置有台阶结构；所述待加工零件通过台阶结构设置在定位芯轴上。

上述底座上设置有用于紧固定位芯轴的紧固螺钉。

本发明的优点是：

本发明提供了一种针对帽盖类结构零件的自避让加工工装，是通过优化加工工艺，更改定位装夹方式，对压紧部件进行自避让、自定位结构设计，并对芯轴结构进行优化，实现夹具的抗干涉、防装夹变形和芯轴的柔性化互换等功能，使零件的装夹效率大大提高，克服了帽盖类零件的装夹变形或装夹不可靠的问题，为企业节约了加工成本，降低了消耗，对薄壁短孔类零件夹具的设计具有指导意义。该项技术可以应用于军用航空、航天、导弹、船舶、汽车以及其他非航零件加工中心工序及车工工序的工装设计中，对促进国防科技工业发展具有重大的社会、军事效益。

附图说明

图1是本发明所采用的压板的结构示意图；

图2是本发明所提供的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装的结构示意图；

图3是质量控制过程图；

其中：

1-压板；2-弧形结构；3-待加工零件；4-台阶结构；5-压紧螺钉；6-定位芯轴；7-紧固螺钉。

具体实施方式

参见图1以及图2，本发明提供了一种用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，包括底座、设置在底座上用于压制待加工零件3的压板1，以及设置在底座上用于对待加工零件支撑的定位芯轴6；压板1的压紧端是弧形结构2；弧形结构2的开口和待加工零件3上待加工孔方向相同；压板1上设置有防干涉的自避让结构。

参见图2，自避让结构是从压板1压紧端斜向上开设，自避让结构包括与压板1压紧端面相连且从压板1压紧端面往上依次延伸的第二平面、斜面以及第一平面；第一平面以及第二平面均与水平面相平行；斜面的角度是不大于45°。

定位芯轴6的上端面设置有台阶结构4；待加工零件3通过台阶结构4设置在定位芯轴6上。底座上设置有用于紧固定位芯轴6的紧固螺钉7。

定位压紧更可靠，同时，具有自避让特点能有效机提升械加工安全性的薄壁短孔类零件的自避让工装。

本发明的理论研究基础是：

1)本发明针对现有技术中的变形问题进行研究。变形产生的主要是由于零件的薄壁结构、加工工艺安排，以及装夹定位方式不合理等问题造成。本发明从改变加工工艺切入，对工艺路线进行优化，及时完成外圆基准项孔基准的转换，减少装夹时对外圆的使用频率，从而减少圆承受装夹压紧力的时间和装夹变形的可能性，具体方法：首先，以外圆定位完成基准孔和基准面的加工，保证孔面对外圆的形位公差；其次，再以孔、面定位压紧加工其余孔及斜槽。如此，外圆在孔径和斜槽的加工中仅用作单次定位，且夹紧时孔壁余量增加了零件抗变形的能力。

2)确定帽盖结构零件的定位压紧方式，基于孔定位，使用轴向压紧的方式

完成定位基准转换后，用新的基准孔和基准面进行定位，由于孔壁较薄，为了防止孔径变形，压紧力由径向改为轴向，在定位端面对应的上端面上压紧，保证定位的稳定性。使夹具的定位芯轴与零件的定位孔，夹具的止靠平面与定位平面形成两对定位副，保证定位的稳定性，再采用双向对称压板在零件上端面进行压紧，保证定位的可靠性。

3)在夹具压紧部件上增加弧面加强装置，将压板的平端面改为弧形端面

传统压紧压板的前端面是平面，为避免车孔刀具与夹具压板干涉，通常采用缩小压板与零件表面接触面积的方法，但压板前端面的平面结构会导致压紧面通过零件棱边，压紧力过于集中，易造成表面压痕或棱边塌边的缺陷。通过对压板结构进行改进，来克服压伤和压塌边的问题。将压板压紧端平面改成图1中弧形面，弧面方向与待加工孔方向一致，弧面半径大于等于待加工孔半径，使压板沿零件孔壁环形面与零件形成较大的接触面，来增加压紧面积，分散压紧力，同时环形接触面能有效的避开零件棱边。

4)在夹具压紧部件上增加自避让装置

4.1)在压紧部件上增加自定位结构

在零件装夹过程中，人工参与度高，手工控制压板在窄小环形面上的压紧位置难度大，压板沿孔径向伸出量的调整可控性差，因此装夹耗时多，装夹效率低。通过在压板上增加自定位的功能，自动控制压板的压紧位置和伸出量，降低零件装夹过程中人工的参与度，从而提高装夹效率。夹具自定位功能的实现是采取优化压板结构的方法，在压板压紧端底部增加图2中定位台阶，利用零件外圆对定位台阶的止挡作用控制压板在窄小环形面上的压紧位置，以及沿孔径方向的伸出量，实现压板的自定位。

4.2)在压紧部件上增加自避让结构

在加工孔底斜槽时，刀具沿与X轴夹角45°方向进刀，由于传统压板较厚，压板压紧端上端面与刀杆产生干涉。通过对进、退刀轨迹分析，计算出刀具运动的极限轨迹，以及零件旋转时夹具与零件形成的最大轮廓，按照最大回转外轮廓与刀具极限位置不重叠的原则，对压板结构进行改进，使满足不重叠原则。用平行于上平面的平面与小角度斜面削除压板上的干涉材料，避免压板压紧端形状突变造成的应力集中，增加压板的抗弯刚度。

压紧力是通过控制螺母在穿过压板的螺桩上的距离来实现的，压板上常用的螺桩一般高出压板上表面20mm至30mm，以便可靠的固定螺母。但在加工孔底斜槽时，伸出的螺桩与刀具干涉。因此改变螺母的压紧方式来防止干涉，用图3中带外六方头的压紧螺钉以向夹具螺纹孔内拧紧的方式压紧压板，来减小螺桩的伸出长度，避免干涉。

4.3)压板强度验证

压板是承力元件，其结构应具备足够的强度。通过对薄壁短台阶孔加工的工艺系统分析，计算出所需压紧力F_RA为29.4N。根据压板的弯矩图和截面尺寸确定危险截面有两处，分别为压紧端截面和螺钉压紧处截面，根据横截面上的正应力计算公式

计算出两个危险截面的正应力强度

压板材料45号钢的许用应力[σ]为100MP，判断出

σ_max1≤[σ]

σ_max2≤[σ]

可见，压板满足正应力强度条件。其中，σ_max1、σ_max2分别是两处危险截面处的正应力，M为危险截面处弯矩，W_z为危险截面的抗弯截面系数，L₁、L₂分别是危险截面距离。

5)在夹具底座上增加柔性结构

台阶孔系加工时，由于定位孔径尺寸差异，需要制造多套夹具，增加制造成本和资源浪费。通过对夹具底座进行柔性化设计，将定位芯轴按定位孔径尺寸进行分组，用紧固螺钉将芯轴固定在底座上，按各定位台阶孔尺寸，仅更换图2中芯轴，来实现一套夹具提供多道工序台阶孔加工的定位需求。

采用本发明所提供的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，对65件帽盖零件的孔及斜槽进行加工验证，具体操作是：

1)用软三抓抓紧零件外圆，加工定位孔(第一个孔)和定位面，完成基准的转换。

2)选择与定位孔相匹配的芯轴，将芯轴固定在夹具基座上保证定位端面止靠，通过紧固螺钉进行固定；

3)将零件的定位孔穿入定位芯轴，并使零件定位端面止靠在芯轴端面上；

4)调整压板高度在零件的上端面进行压紧，压紧时使压板的定位台阶止靠在零件外圆上，然后调整压紧螺钉使压板压紧零件，并检查压紧是否可靠。

5)首先完成零件各台阶孔的加工，再进行孔底斜槽的加工，最后检测各孔孔径尺寸、形位尺寸，以及斜槽尺寸，并进行记录。

收集统计的试验数据包括：孔径尺寸合格率、单件工时及spc过程监控结果。将原始数据与试验数据进行统计对比，形成效果对比表1和spc控制图3。数据表明，薄壁孔的自避让工装不仅明显提升了零件的尺寸合格率，而且很大程度提升了加工效率，为企业节约了加工成本。

表1

统计项目	原装夹方法	自避让工装	改善效率
				第一个孔尺寸合格率	55.4％	100％	180％
第二个孔尺寸合格率	58.3％	100％	171.5％
				第三个孔尺寸合格率	63％	100％	158.7％
单件工时	11min	5min	220％

Claims

1.一种用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，包括底座、设置在底座上用于压制待加工零件(3)的压板(1)，以及设置在底座上用于对待加工零件支撑的定位芯轴(6)；其特征在于：所述压板(1)的压紧端是弧形结构(2)；所述弧形结构(2)的开口和待加工零件(3)上待加工孔方向相同；所述压板(1)上设置有防干涉的自避让结构。

2.根据权利要求1所述的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，其特征在于：所述自避让结构是从压板(1)压紧端斜向上开设。

3.根据权利要求2所述的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，其特征在于：所述自避让结构包括与压板(1)压紧端面相连且从压板(1)压紧端面往上依次延伸的第二平面、斜面以及第一平面；所述第一平面以及第二平面均与水平面相平行。

4.根据权利要求3所述的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，其特征在于：所述斜面的角度是不大于45°。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，其特征在于：所述定位芯轴(6)的上端面设置有台阶结构(4)；所述待加工零件(3)通过台阶结构(4)设置在定位芯轴(6)上。

6.根据权利要求5所述的用于帽盖结构零件孔和槽的加工工装，其特征在于：所述底座上设置有用于紧固定位芯轴(6)的紧固螺钉(7)。