CN111571266A - 控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具及叶片装夹方法 - Google Patents

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黄涛
代星
张小明
丁汉
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Abstract

本发明提供一种控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，包括：磁力工作台，以及能够与磁力工作台相吸的夹具本体；所述磁力工作台具有一吸力平面；所述夹具本体包括定位台、具有两个旋转自由度的旋转关节、夹具台和叶片夹持机构；所述定位台的一个端面作为夹具定位面，用于与磁力工作台的吸力平面相吸；所述定位台的另一个端面通过旋转关节连接夹具台的一个端面；夹具台的另一个端面上设有叶片夹持机构，用于夹持毛坯叶片的叶冠。本发明能够实现毛坯叶片的叶冠部分可靠、无预应力装夹，保证叶片零件除了轴向的拉压力或压力之外，不受其它方向的装夹预应力，抑制加工变形和振动；装夹稳定可靠，具备快速松弛和重装夹能力。

Description

控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具及叶片装夹方法
技术领域
本发明涉及一种叶片加工用的夹具，尤其是一种控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具。
背景技术
叶片类零件在航空发动机领域广泛应用，一般具有结构复杂、刚性差、材料难加工、精度要求高、材料去除率大等特点。多轴加工因其加工精度高、批产能力强的优点，是实现该类零件制造最主要的加工方式。然而，由于叶片自身的特点，在加工中仍然会遇到较大困难，如大长厚比小型薄壁叶片。这类叶片尺寸小，但是长厚比大，毛坯采用精锻成型，余量较小。加工中首先通过叶片毛坯型面定位进行叶根部分加工，形成叶根部分的定位面，并采用专用夹具夹紧，如果长厚比不大，则加工过程中叶冠部分一般为悬空方式，但是对于长厚比大的叶片，型面的数控铣削工序在叶冠部分极易发生加工变形和振动，导致加工精度差和表面振纹明显。另一方面，由于叶片厚度很薄，无法采用传统的顶针固定方式制作顶尖孔，目前一般采用软材料实现面接触压紧方式，但是叶冠部分无固定定位面，压紧方式可靠性差，叶冠与软材料之间常常发生滑动从而导致零件报废，合格率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具及叶片装夹方法，能够实现毛坯叶片的叶冠部分可靠、无预应力装夹，保证叶片零件除了轴向的拉压力或压力之外，不受其它方向的装夹预应力，抑制加工变形和振动的同时，最大限度减小材料去除过程引起的应力变形。本发明采用的技术方案是：
本发明实施例提出一种控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，包括：磁力工作台，以及能够与磁力工作台相吸的夹具本体；
所述磁力工作台具有一吸力平面；
所述夹具本体包括定位台、具有两个旋转自由度的旋转关节、夹具台和叶片夹持机构；
所述定位台的一个端面作为夹具定位面，用于与磁力工作台的吸力平面相吸；所述定位台的另一个端面通过旋转关节连接夹具台的一个端面；夹具台的另一个端面上设有叶片夹持机构，用于夹持毛坯叶片的叶冠。
进一步地，叶片夹持机构包括两排螺栓座，两排螺栓座中间设有空隙，供毛坯叶片的叶冠进入；各排螺栓座上分别设有数个可调螺栓；可调螺栓的调节端在螺栓座外侧，可调螺栓的顶端朝向螺栓座内侧。
进一步地，各排螺栓座为单个一体螺栓座，或者是多个螺栓座成排设置。
进一步地，旋转关节具有两个正交旋转自由度。
进一步地，定位台的材料为能够被磁体所吸引的材料。
进一步地，磁力工作台提供的吸力必须足够抵抗夹具本体自身的重力以及毛坯叶片铣削过程的最大切削力。
本发明实施例还提出一种叶片装夹方法，适用于上述的控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，包括：
在毛坯叶片的叶根部分加工完定位面，并采用专用夹具夹紧后；
将毛坯叶片的叶冠部分伸入叶片夹持机构的两排螺栓座中间空隙；通过螺栓座上的可调螺栓在叶冠部分的两侧对其进行夹紧；
毛坯叶片的叶冠部分夹紧后，夹具本体需要固定至磁力工作台上；调节定位台，使得定位台的夹具定位面与磁力工作台的吸力平面平行或大致平行，定位台的夹具定位面与磁力工作台的吸力平面吸紧。
本发明的优点在于：针对长厚比大的叶片，叶冠部分采用稳定可靠的柔性夹具进行夹紧，叶冠在装夹过程中不会因为变形而产生装夹预应力；减小叶片末端加工变形导致的型面误差。装夹稳定可靠，具备快速松弛和重装夹能力；夹具与工件的夹紧过程可以离线完成，装夹效率高。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本实施例提出一种控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，包括磁力工作台，以及能够与磁力工作台相吸的夹具本体1；
所述磁力工作台具有一吸力平面；磁力工作台可以是一个磁力吸盘，该磁力吸盘的正面为平面，作为吸力平面，背面可作连接或固定用；
如图1所示，夹具本体1包括定位台101、具有两个旋转自由度的旋转关节102、夹具台103和叶片夹持机构104；
所述定位台101的一个端面作为夹具定位面，用于与磁力工作台的吸力平面相吸；所述定位台101的另一个端面通过旋转关节102连接夹具台103的一个端面；夹具台103的另一个端面上设有叶片夹持机构104，用于夹持毛坯叶片2的叶冠；
定位台101能够与磁力工作台相吸，因此定位台101的材料为能够被磁体所吸引的材料，例如铁、镍等；
旋转关节102优选具有两个正交旋转自由度，例如旋转关节102可采用十字万向节；
由于毛坯叶片2的叶冠部分成型精度差，没有可用的定位面，因此本实施例在毛坯叶片2的叶冠两侧各采用多个可调螺栓进行固定；适应叶片毛坯叶冠部分的不一致性，实现稳定夹紧；
叶片夹持机构104包括两排螺栓座1041，两排螺栓座1041中间设有空隙，供毛坯叶片2的叶冠进入；各排螺栓座1041上分别设有数个可调螺栓1042；可调螺栓1042的调节端在螺栓座1041外侧，可调螺栓1042的顶端朝向螺栓座1041内侧，以便顶住毛坯叶片2的叶冠；
各排螺栓座1041可以是单个一体螺栓座，也可以是多个螺栓座成排设置；
本实施例还提出了一种叶片装夹方法，包括：
在毛坯叶片2的叶根部分加工完定位面，并采用专用夹具夹紧后；
将毛坯叶片2的叶冠部分伸入叶片夹持机构104的两排螺栓座1041中间空隙；通过螺栓座1041上的可调螺栓1042在叶冠部分的两侧对其进行夹紧；
毛坯叶片2的叶冠部分夹紧后，夹具本体1需要固定至磁力工作台上；为了避免固定过程中毛坯叶片变形从而使毛坯叶片内部产生装夹预应力；调节定位台101，使得定位台101的夹具定位面与磁力工作台的吸力平面平行或大致平行，定位台101的夹具定位面与磁力工作台的吸力平面吸紧；采用这种磁力吸盘固定方式，可以实现吸紧之前叶冠部分为自由端，吸紧之后除了毛坯叶片轴向受拉力或者压力外，其余方向不受力，保证毛坯叶片不会产生扭曲变形，也保证了毛坯叶片无预应力吸紧；从而实现毛坯叶片的可靠、无预应力装夹，同时拆装灵活方便；
为了可靠吸紧，磁力工作台提供的吸力必须足够抵抗夹具本体自身的重力以及毛坯叶片铣削过程的最大切削力。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，其特征在于，包括：磁力工作台，以及能够与磁力工作台相吸的夹具本体(1)；
所述磁力工作台具有一吸力平面；
所述夹具本体(1)包括定位台(101)、具有两个旋转自由度的旋转关节(102)、夹具台(103)和叶片夹持机构(104)；
所述定位台(101)的一个端面作为夹具定位面，用于与磁力工作台的吸力平面相吸；所述定位台(101)的另一个端面通过旋转关节(102)连接夹具台(103)的一个端面；夹具台(103)的另一个端面上设有叶片夹持机构(104)，用于夹持毛坯叶片(2)的叶冠。
2.如权利要求1所述的控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，其特征在于，
叶片夹持机构(104)包括两排螺栓座(1041)，两排螺栓座(1041)中间设有空隙，供毛坯叶片2的叶冠进入；各排螺栓座(1041)上分别设有数个可调螺栓(1042)；可调螺栓(1042)的调节端在螺栓座(1041)外侧，可调螺栓(1042)的顶端朝向螺栓座(1041)内侧。
3.如权利要求2所述的控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，其特征在于，
各排螺栓座(1041)为单个一体螺栓座，或者是多个螺栓座成排设置。
4.如权利要求1或2所述的控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，其特征在于，
旋转关节(102)具有两个正交旋转自由度。
5.如权利要求1或2所述的控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，其特征在于，
定位台(101)的材料为能够被磁体所吸引的材料。
6.如权利要求1或2所述的控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，其特征在于，
磁力工作台提供的吸力必须足够抵抗夹具本体自身的重力以及毛坯叶片铣削过程的最大切削力。
7.一种叶片装夹方法，适用于如权利要求2～6中任一项所述的控制薄壁叶片加工变形的柔性夹具，其特征在于，包括：
在毛坯叶片(2)的叶根部分加工完定位面，并采用专用夹具夹紧后；
将毛坯叶片(2)的叶冠部分伸入叶片夹持机构(104)的两排螺栓座(1041)中间空隙；通过螺栓座(1041)上的可调螺栓(1042)在叶冠部分的两侧对其进行夹紧；
毛坯叶片(2)的叶冠部分夹紧后，夹具本体(1)需要固定至磁力工作台上；调节定位台(101)，使得定位台(101)的夹具定位面与磁力工作台的吸力平面平行或大致平行，定位台(101)的夹具定位面与磁力工作台的吸力平面吸紧。
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