CN111112690B - 一种精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，包括：基础盘、座盘、内六角圆柱螺钉、挡块、滑阀嵌块、定位块、锁紧手柄；底盘底部通过球形头螺钉定位在基础盘上；滑阀嵌块一侧安装待加工滑阀，另一侧定位在定位块上，锁紧手柄将定位块锁定在底盘上；挡块布置在待加工滑阀另一侧，对待加工滑阀进行限位；调整球形头螺钉与底盘螺纹孔的旋合长度，改变夹具倾斜角度，满足待加工滑阀上倾斜角度孔的加工。本发明结构工艺性强，安装简单，易保证加工精度；多功能化，可加工多种零件倾斜角度孔，利用率高；制造精度高。

Description

一种精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具。

背景技术

以四代坦克高功率密度和两栖高航速柴油机为代表的新一代装甲突击装备动力系统是我国未来陆军武器装备的核心，具有高功率密度、全域高机动性、大流量、超短喷油持续期的典型特点。随着我国陆军装备水平的逐步提高，新一代装甲突击装备动力系统选择高压共轨供油系统是必然需求。该系统中影响喷油器性能的的重要指标是核心关键零部件滑阀偶件对电磁阀响应时间，电磁阀不能直接控制针阀偶件的开启与关闭，通过滑阀偶件来控制针阀的开启与关闭，滑阀偶件进、泄油计量孔流量之比决定针阀开启与关闭的速率。因此，滑阀偶件制造技术是提升工艺基础能力关键。

滑阀偶件由图1滑阀、滑阀套及图2阀块组成，主要作用是根据ECU指令，在电磁阀驱动下带动针阀偶件完成燃油喷射。其中，滑阀进/泄油孔、阀块进/泄油孔两种阀类零件加工精度一致性不高造成滑阀偶件进/泄油量比一致性差是主要影响因素。滑阀偶件进/泄油孔加工精度一致性包括滑阀、阀块(以下简称阀类零件)的微细计量孔(以下简称微孔)直径和相关关联尺寸(以下简称尺寸)一致性两种综合指标。虽然阀类零件加工微孔采用超声振动工艺实现孔径一致性，但该工艺需要一种夹具来消除超声振动不良高频回弹振动力(以下简称振动力)，使用何种结构及类型的夹具既要保证尺寸一致性又能有效消除振动力成为实现超声振动微孔加工的关键。

实际生产中，在高硬度材料微孔精密加工工艺技术较为薄弱。传统直列泵偶件工艺技术及经验对于新型阀类零件(滑阀材料9CrWMn工具钢，硬度要求62～65HRC；阀块材料W6Mo5Cr4V2合金钢，硬度要求62～66HRC)高精度微孔加工无借鉴之处。因此，选用国际上较为先进的超声振动夹持钻头工艺技术进行阀类零件微孔加工，但按常规经验选用以下两种夹具时出现加工弊端：

第一种：组合夹具组合夹具分槽系组合夹具和孔系组合夹具，我国目前广泛使用的多是槽系组合夹具。槽系组合夹具按其承载能力的大小分为三种系列：16mm槽系列、12mm槽系列和8mm/6mm槽系列。根据阀类零件结构选用8mm/6mm槽系列。加工阀类零件微孔时按常规经验组合夹具：基础元件选圆基础板，定位元件选V形支撑，压紧元件选平压板。操作者在组合夹具安装好阀类零件启动超声振动仪，微细钻头(以下简称钻头)切削工件，由于工件和组合夹具刚性夹持面接触，钻头既要承载切削力又要承载刚性面接触产生的振动力，钻头震颤折断频率增高在微孔内易折断，目前没有有效手段既能取出直径钻头又不损坏工件。因此，常规组合夹具不适合阀类零件超声振动微孔加工。

第二种：专用夹具根据阀类零件不同结构设计专用夹具。专用夹具虽然有针对性强，结构紧凑，操作简便，生产率高的特点，但缺点也多：设计制造周期长，产品更新换代后，只要该零件尺寸形状变化，夹具即报废。按照阀类零件结构设计专用夹具，可保证尺寸一致性却因其制造精度极高，加工周期长，耗费了大量人力、物力。大量设计、使用专用夹具，不适合现代企业对夹具发展标准化、高效化、精密化、柔性化及模块化的要求，也不符合现有生产实际情况。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，一方面用精密夹具来保证阀类零件微孔尺寸一致性，消除不良振动力防止折断钻头提供技术支撑，实现滑阀偶件进/泄油孔精度一致性等技术指标，确保滑阀偶件性能的高精度、高速、高灵敏和高可靠性度；另一方面增加夹具倾斜角度可调功能，操作者快速柔性化调整夹具角度，进行有效精确装夹定位，解决一些如图3所示小型零件难用普通钻床加工空间角度孔的的问题，最终目的是保证滑阀偶件进/泄油孔精度一致性等技术指标，提升工艺基础能力，突破滑阀偶件关键技术制造。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，其包括：基础盘1、座盘3、内六角圆柱螺钉4、挡块5、滑阀嵌块6、定位块7、锁紧手柄8；底盘3为柱状结构，其下部开圆形凹槽，上部沿径向开设有半圆直槽，半圆直槽两端为弧形，由上至下分别为长度和宽度均依次减小的第一槽、第二槽和第三槽，第三槽与圆形凹槽连通，底盘3侧壁底部开设有多个均匀分布的螺纹孔，螺纹孔内装入球形头螺钉，基础盘1上开设有定位槽，球形头螺钉的球形头嵌入定位槽中，对底盘3定位；滑阀嵌块6包括本体块、形成在本体块一侧的安装板和形成在本体块另一侧的定位板，安装板下部设置定位孔，待加工滑阀通过定位孔定位安装在安装板一侧，定位板和安装板之间形成凹槽；定位块7包括上部块和下部块，下部块嵌入第二槽内，第二槽端部沿径向开通有螺纹孔，下部块上开有螺纹槽，锁紧手柄8由外部穿过螺纹孔并连接螺纹槽，上部块上开有定位槽，定位板嵌入定位槽，定位槽一侧的上部块侧壁嵌入定位板和安装板之间的凹槽内，并使得上部块的侧壁贴紧安装板另一侧侧壁；定位块7的上部块和滑阀嵌块6布置在第一槽内，待加工滑阀的另一侧布置挡块5，挡块5位于第一槽内，其上开设V型槽，卡挡在待加工滑阀的另一侧，挡块5上开设螺纹孔，内六角圆柱螺钉4从下至上依次穿过第三槽、第二槽和第一槽并拧到挡块5的螺纹孔中，内六角圆柱螺钉4的圆柱头卡在第三槽底端面；调整球形头螺钉与底盘3螺纹孔的旋合长度，改变夹具倾斜角度，满足待加工滑阀上倾斜角度孔的加工。

(三)有益效果

上述技术方案所提供精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，选用材料变形量低，受冲击载荷性能强；组件设计结构工艺性强，安装简单，易保证加工精度；多功能化，可加工多种零件倾斜角度孔，利用率高；制造精度高，节约专用夹具制造费用，符合工厂现有实际加工技术；本夹具的发明实现了滑阀进/泄油孔、阀块进/泄油孔的精准定位，提高了零件加工精度一致性，确保了产品质量。

附图说明

图1-滑阀简图。

图2-阀块简图。

图3-中间垫简图。

图4-1、4-2、4-3-夹具装配结构仰视图、主视图、俯视图。

图5-基础盘简图。

图6-开槽球形头短螺钉简图。

图7-开槽球形头长螺钉简图。

图8-座盘简图。

图9-挡块简图。

图10-硬质合金嵌块简图。

图10-1-滑阀嵌块使用简图。

图11-定位块简图。

图12-锁紧手柄简图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

参照图4至图12所示，本发明夹具包括：基础盘1、座盘3、内六角圆柱螺钉4、挡块5、滑阀嵌块6、定位块7、锁紧手柄8；底盘3为柱状结构，其下部开圆形凹槽，上部沿径向开设有半圆直槽，半圆直槽两端为弧形，由上至下分别为长度和宽度均依次减小的第一槽、第二槽和第三槽，第三槽与圆形凹槽连通，底盘3侧壁底部开设有多个均匀分布的螺纹孔，螺纹孔内装入球形头螺钉，基础盘1上开设有定位槽，球形头螺钉的球形头嵌入定位槽中，对底盘3定位；滑阀嵌块6包括本体块、形成在本体块一侧的安装板和形成在本体块另一侧的定位板，安装板下部设置定位孔，待加工滑阀通过定位孔定位安装在安装板一侧，定位板和安装板之间形成凹槽；定位块7包括上部块和下部块，下部块嵌入第二槽内，第二槽端部沿径向开通有螺纹孔，下部块上开有螺纹槽，锁紧手柄8由外部穿过螺纹孔并连接螺纹槽，上部块上开有定位槽，定位板嵌入定位槽，定位槽一侧的上部块侧壁嵌入定位板和安装板之间的凹槽内，并使得上部块的侧壁贴紧安装板另一侧侧壁；定位块7的上部块和滑阀嵌块6布置在第一槽内，待加工滑阀的另一侧布置挡块5，挡块5位于第一槽内，其上开设V型槽，卡挡在待加工滑阀的另一侧，挡块5上开设螺纹孔，内六角圆柱螺钉4从下至上依次穿过第三槽、第二槽和第一槽并拧到挡块5的螺纹孔中，内六角圆柱螺钉4的圆柱头卡在第三槽底端面；调整球形头螺钉与底盘3螺纹孔的旋合长度，改变夹具倾斜角度，满足待加工滑阀上倾斜角度孔的加工。

底盘3侧壁底部开有四个螺纹孔，其中三个螺纹孔的长度大于第四个螺纹孔的长度，长螺纹孔内装入开槽球形头长螺钉9，短螺纹孔内装入开槽球形头短螺钉2。

底盘3外周面底部开设有环形凹台，用于为底盘3倾斜布置时提供让位空间。

开槽球形头短螺钉2、开槽球形头长螺钉9与座盘3属于高精度螺纹M8X1.5-4H4g配合，开槽球形头短螺钉2、开槽球形头长螺钉9与座盘3旋合长度可调，能加工不同结构零件倾斜角度孔。

开槽球形头短螺钉2、开槽球形头长螺钉9的球形头上开设有一字槽，用于使用工具拧动螺钉。

挡块5用内六角圆柱螺钉4固定在座盘3的半圆直槽22×66.5内，防止零件加工位置改变，起定位作用；滑阀嵌块6装滑阀后插入定位块7横槽内，用锁紧手柄8锁紧作用，起固定夹紧作用。挡块5、座盘3、滑阀嵌块6及定位块7等选用中空结构，振动力被分散消除，杜绝发生钻头折断现象。

基础盘1加工精度参数：材料Cr15；硬度28～32HRC；加工机床选用车削中心、高精度立式加工中心、高精度数控平面磨床；零件上端面基准面，下端面及4-φ13孔底平面平行度选用0.01、垂直度选用φ0.04；上端面表面粗糙度选用0.4，下端面表面粗糙度选用0.8。

开槽球形头短螺钉2、开槽球形头长螺钉9加工精度参数：材料40Cr；加工机床选用车削中心、高精度数控四轴磨床；零件螺纹精度选用M8X1.5-4g。

座盘3加工精度参数：材料Cr15；硬度58～62HRC；加工机床选用车削中心、高精度立式加工中心、高精度数控平面磨床、高精度外圆磨床。零件外圆A基准面，半圆直槽22×66.5、半圆直槽6×46、半圆直槽4×42对称度均选用0.03，φ66.4同轴度选用φ0.02，2-M4螺纹孔垂直度选用0.04；零件下端面B基准面，半圆直槽22×66.5、半圆直槽6×46、半圆直槽4×42垂直度均选用φ0.04，平行度选用0.02，4-M8×1.5-4H垂直度选用φ0.02，；下端面表面粗糙度选用0.4，半圆直槽表面粗糙度选用0.8。

挡块5加工精度参数：材料18Cr2Ni4WA；硬度≥79HRA；加工机床选用高精度线切割机、高精度立式加工中心、高精度数控角度磨床、高精度数控平面磨床；零件V型槽对称度选用0.01、垂直度选用0.02、表面粗糙度选用0.1。

硬质合金滑阀嵌块6加工精度参数：材料低合金耐磨钢WEL-TEN AR360C；硬度HB≥235～401；加工机床选用高精度线切割机、高精度数控平面磨床、电火花打孔机；零件对称度选用0.02，垂直度选用φ0.01。

定位块7加工精度参数：材料18Cr2Ni4WA；硬度≥79HRA；加工机床选用高精度线切割机、高精度立式加工中心、高精度数控工具磨床、高精度数控平面磨床；零件垂直度选用φ0.02、对称度选用0.02、平行度选用0.02，表面粗糙度选用0.8。

如图4所示，加工阀类零件时，第一步:座盘3左端轴向螺纹孔安装1件开槽球形头短螺钉2，其余三个螺纹孔安装开槽球形头长螺钉9，之后放入基础盘1内；第二步:零件插入滑阀嵌块6，并定位销定位后压进定位块7横槽，旋合锁紧手柄8，锁紧手柄8平面顶住定位块7的定位孔底端面；第三步操作者安装挡块5，确定工件微孔的加工中心与超声振动钻头中心重合，用内六角圆柱头螺钉4固定锁紧挡块5。操作者开启超声振动仪，钻头加工零件。

本夹具中挡块5的V型槽结构采用两级，零件直径(1～8)mm用开口尺寸V型槽(9.5±0.1)mm定位，零件直径≥8mm用开口尺寸V型槽14.1mm定位。

本夹具中，座盘3与开槽球形头短螺钉2、开槽球形头长螺钉9的螺纹配合M8×1.5-4H4g，公差精度属于：精密。调整夹具倾斜角度，开槽球形头短螺钉2、开槽球形头长螺钉9之间旋合长度不同，加工孔的倾斜角度不同，螺纹旋合的高精度决定角度校正值的高精度，可以精确快速得到预定角度。

本夹具中，中空基础盘1与高精度机床工作台接触，超声振动仪加工零件微孔，座盘等组件将振动力引导到基础盘，中空设计的基础盘将振动力消除。

本夹具中，挡块5与座盘3用内六角圆柱螺钉4固定连接，压紧挡,5上端面，内六角圆柱螺钉4从座盘3的φ45孔拧到挡块5的M2.5螺纹孔中，内六角圆柱螺钉4的圆柱头卡住φ45孔底端面，定位准确，操作简单。基础盘1去掉，四个内六角圆柱螺钉4底面可以放入普通钻床工作平台定位槽内，可实现多种零件空间孔的加工。

由上述技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：

1.保证零件尺寸一致性。本夹具中的定位元件挡块两级V型槽设计角度精度要求60°±2′与阀类零件角度高度相符，对称度精度要求0.01，防止零件两个接触点位置不一致，垂直度0.02保证零件加工面与钻头垂直。压紧元件硬质合金嵌块将零件压紧后手柄锁紧，硬质合金嵌块采用材料低合金耐磨钢WEL-TEN AR360C，该合金材料以高强韧性、高硬韧性著称，承载变形量极小，保证零件定位锁紧牢固。

2.快速装夹零件，及时更换产品，提高生产效率。本夹具锁紧元件定位块、锁紧手柄螺纹旋合联接，操作者更换零件定位块滑动后移，锁紧手柄旋合螺纹压紧定位块，不需重复测量工件加工尺寸距离，装夹零件简单快速。

3.本夹具中空结构设计，工艺性强，有效消除振动力。零件与夹具定位基准平面接触设计成素母线多点接触，有效消除振动力防止钻头震颤折断。

4.使用性好，调整空间角度操作简单，安全省力。本夹具装夹空间倾斜角度孔的零件，调整角度迅速有效，旋合座盘下端四个螺钉就行。以中间垫(图3)为例：先将零件装入挡块、硬质合金嵌块(图10)及定位块后锁紧手柄，然后座盘螺钉调整步骤如下：首先旋出轴向右端开槽球形头长螺钉(以下简称长螺钉)，轴向角度达到17.5°；第二步旋出后端纵向长螺钉，轴向角度达到2.4°；第三步旋出前端纵向长螺钉，直到三个长螺钉与轴向左端开槽球形头短螺钉(以下简称短螺钉)在一个平面，角度调整完成。

5.经济型好，排屑方便。本发明属于多功能可调夹具，可在多种零件孔系加工时使用，减少专用夹具设计，降低了专用夹具制造劳动量和制造费用，获得较高经济效益；同时座盘等组件采用中空结构排屑及时方便

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，其特征在于，包括：基础盘（1）、底盘（3）、内六角圆柱螺钉（4）、挡块（5）、滑阀嵌块（6）、定位块（7）、锁紧手柄（8）；底盘（3）为柱状结构，其下部开圆形凹槽，上部沿径向开设有半圆直槽，半圆直槽两端为弧形，由上至下分别为长度和宽度均依次减小的第一槽、第二槽和第三槽，第三槽与圆形凹槽连通，底盘（3）侧壁底部开设有多个均匀分布的螺纹孔，螺纹孔内装入球形头螺钉，基础盘（1）上开设有定位槽，球形头螺钉的球形头嵌入定位槽中，对底盘（3）定位；滑阀嵌块（6）包括本体块、形成在本体块一侧的安装板和形成在本体块另一侧的定位板，安装板下部设置定位孔，待加工滑阀通过定位孔定位安装在安装板一侧，定位板和安装板之间形成凹槽；定位块（7）包括上部块和下部块，下部块嵌入第二槽内，第二槽端部沿径向开通有螺纹孔，下部块上开有螺纹槽，锁紧手柄（8）由外部穿过螺纹孔并连接螺纹槽，上部块上开有定位槽，定位板嵌入定位槽，定位槽一侧的上部块侧壁嵌入定位板和安装板之间的凹槽内，并使得上部块的侧壁贴紧安装板另一侧侧壁；定位块（7）的上部块和滑阀嵌块（6）布置在第一槽内，待加工滑阀的另一侧布置挡块（5），挡块（5）位于第一槽内，其上开设V型槽，卡挡在待加工滑阀的另一侧，挡块（5）上开设螺纹孔，内六角圆柱螺钉（4）从下至上依次穿过第三槽、第二槽和第一槽并拧到挡块（5）的螺纹孔中，内六角圆柱螺钉（4）的圆柱头卡在第三槽底端面；调整球形头螺钉与底盘（3）螺纹孔的旋合长度，改变夹具倾斜角度，满足待加工滑阀上倾斜角度孔的加工；

所述底盘（3）侧壁底部开有四个螺纹孔，其中三个螺纹孔的长度大于第四个螺纹孔的长度，长螺纹孔内装入开槽球形头长螺钉（9），短螺纹孔内装入开槽球形头短螺钉（2）；

所述底盘（3）外周面底部开设有环形凹台，用于为底盘（3）倾斜布置时提供让位空间；

所述开槽球形头短螺钉（2）、开槽球形头长螺钉（9）的球形头上开设有一字槽，用于使用工具拧动螺钉；

所述基础盘（1）布置在机床工作台上，中心开有通孔，通过通孔消除加工振动力；

所述基础盘（1）材料Cr15，硬度28～32HRC；开槽球形头短螺钉（2）、开槽球形头长螺钉（9）材料40Cr。

2.如权利要求1所述的精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，其特征在于，所述底盘（3）材料Cr15，硬度58～62HRC。

3.如权利要求2所述的精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，其特征在于，所述挡块（5）材料18Cr2Ni4WA，硬度≥79HRA；定位块（7）材料18Cr2Ni4WA，硬度≥79HRA。

4.如权利要求3所述的精密倾斜角度可调微细计量孔加工夹具，其特征在于，所述滑阀嵌块（6）材料低合金耐磨钢WEL-TEN AR360C。