CN111702394A - 适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置，包括基体、夹紧组件、胀力芯轴组件和锥度芯轴。下管筒件通过夹紧组件自定心装夹找正，使基准要素与异地插板同轴。将下管筒件套设于胀力芯轴上，以及通过锥度芯轴同轴插装于胀力芯轴，使胀力块逐渐撑开，对被测要素形成内撑固定，使被测要素与胀力芯轴同轴。而胀力芯轴又与第一插板同轴线设置。综上，以第一插板轴线为公共基准，并分别通过夹紧组件转化基准要素、以及通过胀力芯轴转化被测要素至与第一插板同轴，进而保证基准要素与被测要素的同轴关系，进而保证焊后位置度公差。同时第一插板、第一定位套、胀力芯轴、锥度芯轴共锥面设置，进一步提高位置度公差精度。

Description

适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置。

背景技术

焊接工艺用于将若干零件拼装成一体，是机械加工中的一种常见加工工艺。如果只是简单的将零件拼合组装，焊接工艺是能够满足的，但是如果需要保证一些高精度的焊后尺寸，就需要焊接夹持装置进行定位装夹才能保证。

其中，保证焊后的形位公差难度是比较大的，比如对于钣金类或薄壁管筒类零件之间的拼合焊接，由于零件自身的尺寸公差精度较低，并且作为基准要素和被测要素自身的尺寸公差精度也较低的时候，如果需要保证焊后零件具有较高的位置度、同轴度等位置公差，传统的焊接夹具是无法进行较好的定位装夹的，进而在保证高精度的位置公差时也较为困难。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明公开了一种适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置，包括基体、夹紧组件、胀力芯轴组件和锥度芯轴。其中夹紧组件采用类似三爪卡盘的设计。使用时，下管筒件通过夹紧组件自定心装夹找正，使基准要素与异地插板同轴。将下管筒件套设于胀力芯轴上，以及通过锥度芯轴同轴插装于胀力芯轴，使胀力块逐渐撑开对被测要素形成内撑固定，使被测要素与胀力芯轴同轴。而胀力芯轴又与第一插板同轴线设置。综上，以第一插板轴线为公共基准，并分别通过夹紧组件转化基准要素、以及通过胀力芯轴转化被测要素至与第一插板同轴，进而保证基准要素与被测要素的同轴关系，进而保证焊后位置度公差。同时第一插板、第一定位套、胀力芯轴、锥度芯轴之间相互都为锥面的孔轴配合，能够通过相互之间的挤压力消除间隙，避免装夹固定时夹持装置自身的间隙误差，进一步提高焊后位置度公差精度。

名词解释：

滑配：直径差不超过位置公差值20％的孔轴配合。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置，包括基体、夹紧组件、胀力芯轴组件和锥度芯轴，用于管筒件的焊接；管筒件包括具有基准要素的下管筒件和具有被测要素的上管筒件，基准要素和被测要素都为回转面；所述基体包括水平设置的基底板和垂直设置在基底板上的第一插板，在第一插板的中心开设有第一定位孔；在第一插板的周缘环设有三个夹紧组件，三个夹紧组件所构成的夹持面的轴心线与第一插板上的第一定位孔的轴心线同轴线，三个夹紧组件能沿第一插板径向朝第一定位孔的轴心线方向移动，并能将基准要素夹持在三个夹紧组件的夹持面上；

胀力芯轴组件包括胀力芯轴和胀力块；胀力块具有相对设置的定位面和锥度面，锥度面为圆锥面，定位面为圆弧面且与被测要素内腔圆弧相适配；胀力芯轴呈T字型，分为圆盘段和长轴段，从圆盘段的外端沿胀力芯轴的轴心线开设有锥度孔，在圆盘段的圆周上沿径向均匀开设有多个胀力块插孔；在每个胀力块插孔内均滑配插装有一个胀力块；

锥度芯轴包括能容纳于锥度孔内的锥度部；当锥度芯轴插入胀力芯轴的锥度孔中时，锥度芯轴能对胀力块产生沿圆盘段径向的力，使胀力块沿圆盘段径向外移，进而使多个胀力块的定位面同时远离胀力芯轴的轴心线并共同顶紧夹持在被测要素的内腔弧面上。

进一步的，胀力芯轴的细长轴部分能插入第一插板的第一定位孔内，且胀力芯轴与第一插板的第一定位孔同轴线；胀力块插入胀力块插孔后，定位面靠近圆盘段的圆周、锥度面靠近圆盘段的轴心线，且锥度面与锥度孔的锥面斜向一致；锥度部与锥度孔的圆锥面相适配，并与锥度面的圆锥面相适配；当锥度芯轴插入胀力芯轴的锥度孔中时，锥度部能推动多个胀力块顶紧夹持在被测要素的内腔并使被测要素与胀力芯轴和第一插板的第一定位孔均同轴线；三个夹紧组件能将基准要素夹持并定位于与第一插板的第一定位孔同轴线。

上述自适应找正夹持装置，还包括第一定位套；第一定位套中设有胀力芯轴定位孔；胀力芯轴定位孔与第一定位套的外周同轴线设置，第一定位套能滑配插接于第一定位孔中并与第一定位孔同轴线设置；胀力芯轴的细长轴部分滑配插接于胀力芯轴定位孔中，通过第一定位套将胀力芯轴连接在第一插板的第一定位孔中；

第一定位孔、胀力芯轴定位孔均为锥度孔；

第一定位套外周面为与第一定位孔相适配的圆锥面；胀力芯轴细长轴部分的外周面也为圆锥面，且与胀力芯轴定位孔的锥面相适配。

作为优选方案，还包括端部设有锥面顶尖的顶杆，基体还包括垂直设置在基底板上的第三插板，管筒件位于第一插板和第三插板之间；

第三插板上设有与第一插板的第一定位孔同轴线的顶杆孔；顶杆的外周滑配插接于顶杆孔中；

锥度芯轴的大端面上设有与顶杆端部的锥面顶尖相适配，并与锥度部同轴线设置的中心孔；顶杆能够沿顶杆孔轴向移动，使顶杆的锥面顶尖插接于中心孔内，提供锥度芯轴向胀力芯轴方向推动的轴向力。

进一步的，还包括加力螺栓；顶杆孔后方设有加力螺纹孔；

加力螺栓螺纹连接于加力螺纹孔，并通过相对于加力螺纹孔的螺旋前进运动，产生推动顶杆向锥度芯轴移动的外力。

上述自适应找正夹持装置，夹紧组件包括调整螺栓、螺栓挡销和夹紧块；

第一插板端面设有环形布局，并与夹紧组件一一对应的第一凸块；第一凸块侧面具有沿第一插板径向开设，并指向第一插板圆心的第一螺纹孔；

调整螺栓顶部设有环形槽；夹紧块正面与基准要素的外周轮廓形状相适配，并且背面设有容纳孔；

调整螺栓通过螺纹连接于第一螺纹孔，并且顶部容纳于夹紧块背面的容纳孔中；

螺栓挡销对称设于调整螺栓两侧，并且沿垂直于第一螺纹孔方向插接于夹紧块上，以及中部卡设于调整螺栓的环形槽中；

调整螺栓通过相对于第一螺纹孔的旋入旋出，能够带动夹紧块沿第一插板径向进行移动，并通过夹紧块正面对基准要素进行定位。

进一步的，第一插板还设有第一导向条；第一导向条为沿第一插板径向设置，并对称设置于夹紧块两侧的凸条。

作为优选方案，胀力芯轴中还设有位于锥度孔后方，并与锥度孔同轴的导向孔；锥度芯轴还包括设于锥度部底部，并与锥度部同轴的导向部；导向部穿过锥度孔并容纳于导向孔。

更优选的，胀力芯轴组件还包括与胀力块一一对应的胀块插销；在胀力芯轴圆盘段的外端面上还开设有胀块插销孔；胀力块端面设有腰型孔，腰型孔长度方向沿胀力芯轴径向开设；胀块插销一端过盈配合于胀块插销孔，另一端容纳于腰型孔。

更进一步，基体还包括第二插板；第二插板位于胀力芯轴组件下方，并且顶部设有承载螺栓；承载螺栓与第二插板螺纹连接；

承载螺栓能够通过螺旋上升，使承载螺栓与上管筒件周面相贴合。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1)以第一插板轴线为公共基准，并分别通过夹紧组件转化基准要素、以及通过胀力芯轴转化被测要素至与第一插板同轴，进而保证基准要素与被测要素的同轴关系，进而保证焊后位置度公差。

2)夹紧组件之于基准要素，胀力芯轴之于被测要素，都是通过加力夹紧进行固定，无关基准要素和被测要素的公差精度，从而自适应的进行位置找正，进而准确定位。

3)第一插板、第一定位套、胀力芯轴、锥度芯轴之间相互都为锥面的孔轴配合，能够通过相互之间的挤压力消除间隙，避免装夹固定时夹持装置自身的间隙误差，进一步提高焊后位置度公差精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的管筒件结构图；

图2为本发明一个实施例的管筒件实际尺寸图；

图3为本发明一个实施例的自适应找正夹持装置整体结构图；

图4为本发明一个实施例的自适应找正夹持装置的半剖视图；

图5为本发明一个实施例的图4的I处放大图；

图6为本发明一个实施例的图4的A向视图；

图7为本发明一个实施例的图6的II处放大图；

图8为本发明一个实施例的基体整体结构图；

图9为本发明一个实施例的第一插板整体结构图；

图10为本发明一个实施例的第二插板整体结构图；

图11为本发明一个实施例的第三插板整体结构图；

图12为本发明一个实施例的第一定位套结构图；

图13为本发明一个实施例的胀力芯轴组件整体结构图；

图14为本发明一个实施例的胀力芯轴组件剖视图；

图15为本发明一个实施例的胀力芯轴结构图；

图16为本发明一个实施例的胀力块结构图；

图17为本发明一个实施例的锥度芯轴结构图。

附图中标记及对应的零部件名称：

M-管筒件、MS-下管筒件、MX-上管筒件、D1-被测要素、D2-基准要素、A-基准、t-位置公差、Q-焊接位置、H1-焊接高度、H2-零件总高、1-基体、1a-基底板、1b-第一插板、1b1-第一凸块、1b2-第一螺纹孔、1b3-第一导向条、1b4-第一定位孔、1c-第二插板、1c1-承载螺栓、1d-第三插板、1d1-顶杆孔、1d2-加力螺纹孔、2-夹紧组件、2a-调整螺栓、2b-螺栓挡销、2c-夹紧块、3-第一定位套、3a-胀力芯轴定位孔、4-胀力芯轴组件、4a-胀力芯轴、4a1-胀力芯轴杆、4a2-胀力芯轴盖、4a3-导向孔、4a4-锥度孔、4a5-胀力块插孔、4a6-胀块插销孔、4b-胀块插销、4c-胀力块、4c1-定位面、4c2-锥度面、4c3-腰型孔、5-锥度芯轴、5a-导向部、5b-锥度部、5c-手持部、5d-中心孔、6-顶杆、7-加力螺栓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也包括复数。

在一些实施例中，一种适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置，用于管筒件M的焊接。管筒件M如图1所示为管筒类的薄壁零件，并包括上管筒件MX和下管筒件MS，上管筒件MX和下管筒件MS均为薄壁管筒类零件，其要求对焊加工的位置精度较高，即焊接后上管筒件MX的轴线和下管筒件MS轴线需保证同轴，其同轴度误差不得超过规定值。该类零件一般为精密度较高的难加工件，在航空航天领域应用较为普遍，航空航天领域的不少薄壁管筒类零件均需要对焊加工，该类零件由于工作环境恶劣，通常要求高强度低重量耐高温等特性，并且在自身较小的结构上具有多种复杂的加工元素，加工精度要求较高。其中上管筒件MX具有回转面结构的被测要素D1，下管筒件MS具有回转面结构的基准要素D2。本申请需要将上管筒件MX的底面和下管筒件MS的顶面进行全周对焊，成为图1所示的整体管筒件M结构，并保证焊接后焊接高度H1、零件总高H2的尺寸，并以基准要素D2为基准A，保证被测要素D1对基准A的位置公差t。该零件的焊接难度就在如何保证位置公差t上，作为类似钣金结构的薄壁类零件，无论是被测要素D1还是基准要素D2，其尺寸精度较低，都具有较大的公差，在此种情况下，如果同一批产品，采用传统的孔轴配合方式对管筒件M进行装夹定位，就会出现较大的重复定位误差，该重复定位误差值大多会超过位置公差t本身的最大允许值，这样就起不到定位作用，也就无法保证焊后的位置公差t，本申请的目的正是为了解决该问题，下面进行详述。

本申请提出的自适应找正夹持装置包括如图3所示的基体1、夹紧组件2、胀力芯轴组件4和锥度芯轴5。基体1包括图8所示相互垂直的基底板1a和第一插板1b。夹紧组件2环设第一插板1b周缘若干，在本实施方式中，共设置了三个夹紧组件2，三个夹紧组件2能够通过沿第一插板1b径向同时朝第一插板1b圆心方向移动，从而对下管筒件MS进行图3所示的装夹，并将基准要素D2定位于与第一插板1b同轴线；这里需要说明的是。三个夹紧组件2进行环形阵列布局，夹紧组件2彼此之间相互配合，其装夹原理类似三爪卡盘，其移动方向都是指向第一插板1b圆心，在第一插板1b的圆心处开设有第一定位孔1b4，即在三个夹紧组件2正对第一插板1b的圆心位置设有第一定位孔1b4，如同在普通车床的装夹头上所设的主轴孔类似，故能够对基准要素D2进行自定心的装夹找正。

如图13所示，胀力芯轴组件4包括胀力芯轴4a和胀力块4c。胀力块4c如图16所示具有相对设置的定位面4c1和锥度面4c2，其中锥度面4c2为锥面，而定位面4c1与被测要素D1轮廓一致，用于对被测要素D1进行内撑固定。胀力芯轴4a采取如垂直插装于第一插板1b上的方式与第一插板1b同轴线设置，并且底部如图5所示指向第一插板1b，在胀力芯轴4a的远离第一插板1b的端面中心，沿轴向开设锥度孔4a4和沿径向开设有胀力块插孔4a5，锥度孔4a4和胀力块插孔4a5相贯。胀力块4c如图13和图14所示滑配插装于胀力芯轴4a上的胀力块插孔4a5内；锥度面4c2位于胀力芯轴4a内侧，并指向锥度孔4a4，即锥度面4c2的斜面方向与锥度孔4a4的斜面方向一致，具体如图14所示。

如图17所示，锥度芯轴5包括容纳于锥度孔4a4中的锥度部5b。锥度部5b、锥度孔4a4、锥度面4c2的锥面轮廓如图5所示保持一致，其锥面相互适配。

本申请提出的自适应找正夹持装置使用如图3和图4所示，先将下管筒件MS置于第一插板1b端面，并且使下管筒件MS底面与第一插板1b端面保持贴合，然后启动夹紧组件2，通过夹紧组件2彼此配合，完成图6所示对基准要素D2的装夹固定，使基准要素D2与第一插板1b保持同轴关系。然后将上管筒件MX置于下管筒件MS前方，再将胀力芯轴组件4穿设入上管筒件MX中，并采取直接插装入第一插板1b上的第一定位孔1b4内的方式，使胀力芯轴组件4处于与第一插板1b同轴的位置上。然后调整上管筒件MX相对下管筒件MS的轴向位置，从而保证图1所示所需的焊接高度H1和零件总高H2。再将锥度芯轴5如图4和图5所示插装于胀力芯轴4a顶部，并使锥度部5b容纳于锥度孔4a4，然后对锥度芯轴5逐渐施加轴向力，使锥度部5b的锥面与胀力块4c的锥度面4c2保持贴合，并随着锥度芯轴5轴向前进，使锥度部5b对胀力块4产生沿胀力芯轴4a径向的分力，使胀力块4径向移动逐渐远离胀力芯轴4a，从而被逐渐撑开，直至定位面4c1与被测要素D1的内周面贴合，从而对被测要素D1进行内撑式的装夹固定，使被测要素D1与胀力芯轴4a处于同轴位置。综上，基准要素D2、胀力芯轴组件4均与第一插板1b的第一定位孔1b4保持同轴关系，并且被测要素D1与胀力芯轴4a处于同轴位置，这样便以第一插板1b公共基准，将基准要素D2和被测要素D1都转化至与第一插板1b具有同轴关系，从而保证了基准要素D2和被测要素D1的彼此同轴，进而保证焊后位置公差t。

这里需要指出的是，作为薄壁管筒类零件，即便被测要素D1和基准要素D2的尺寸公差精度较低，但是对于基准要素D2，采取的是夹紧组件2对基准要素D2外周面进行夹紧的自定心找正方式；而对于被测要素D1，采取的是胀力芯轴组件4对被测要素D1内周面进行内撑式装夹固定的自定心找正方式；故无论基准要素D2和被测要素D1的实际尺寸为何值，都能够使得基准要素D2和被测要素D1的彼此同轴，即依靠自适应找正完成对管筒件M的定位。同时，根据实际加工经验总结，本申请中所述的滑配为两者差值不超过位置公差t值20％的间隙配合。

进一步的，图15给出了胀力芯轴4a的具体结构，包括胀力芯轴杆4a1和设于胀力芯轴杆4a1顶部的胀力芯轴盖4a2。锥度孔4a4孔口位于设于胀力芯轴盖4a2顶面；胀力芯轴盖4a2周面设有沿胀力芯轴4a径向开设的胀力块插孔4a5；胀力块4c插接滑配于胀力块插孔4a5。

在一些实施例中，对于管筒件M，如果其零件总高H2值较大，如果在焊接装夹过程中，采用将胀力芯轴组件4直接插装于第一插板1的方式安装，胀力芯轴4a就必须为长径比较大的细长轴结构，这样的结构在受锥度芯轴5顶紧力的时候，容易因为自身刚度不足而弯曲，为了避免该问题发生。故自适应找正夹持装置还包括如图12所示的第一定位套3。第一定位套3中设有胀力芯轴定位孔3a；胀力芯轴定位孔3a与第一定位套3同轴线设置。

如图9所示，第一插板1b设有第一定位孔1b4，第一定位孔1b4轴线处于第一插板1b圆心位置。第一定位套3如图5所示滑配插接设置于第一定位孔1b4中；胀力芯轴杆4a1滑配插接于胀力芯轴定位孔3a中。这样以第一定位套3和胀力芯轴组件4组合的方式来装夹定位，较之直接将胀力芯轴4a插装第一插板1b方式，能够减小胀力芯轴4a的长径比，从而提高胀力芯轴4a自身刚度，防止其使用过程中的弯曲形变。

在一些实施例中，如图5、图9和图12所示，第一定位孔1b4、胀力芯轴定位孔3a均为锥度孔。第一定位套3外周面为与第一定位孔1b4形状互补的锥面；胀力芯轴杆4a1为与胀力芯轴定位孔3a形状互补的锥面。这样，当锥度芯轴5在向胀力芯轴组件4施加轴向力的过程中，由于力的传导，第一定位套3与第一定位孔1b4的锥面之间、胀力芯轴杆4a1和胀力芯轴定位孔3a的锥面之间，都将会因轴向力而产生垂直于各自锥面的分力，进行形成针对彼此的挤压力，从而消除彼此之间的间隙。而如果采用常规的直圆柱面的孔轴配合方式，无论如何提高第一定位孔1b4、第一定位套3和胀力芯轴组件4的制造精度，其孔轴配合位置都会有间隙，这样的间隙将成为焊接加工中的定位误差，从而降低加工精度，故彼此配合位置锥面贴合的设计，能够真正意义上消除间隙，提高加工精度，最终保证位置公差t。

在一些实施例中，如图3所示，自适应找正夹持装置还包括顶部为锥面的顶杆6。基体1还包括插接于基底板1a上的第三插板1d；胀力芯轴组件4位于第一插板1b和第三插板1d之间。

如图11所示，第三插板1d设有与第一插板1b同轴线的顶杆孔1d1。顶杆6底部如图4和图5所示滑配插接于顶杆孔1d1中。

锥度芯轴5顶面设有如图17所示与顶杆6顶部形状互补，并与锥度部5b同轴线设置的中心孔5d。顶杆6如图4和图5所示能够沿顶杆孔1d1轴向移动，使顶杆6顶部插接于中心孔5d，以及提供锥度芯轴5沿胀力芯轴4a轴向，并向胀力芯轴4a底部移动时所需外力。这里顶杆6的设置，一方面是产生锥度芯轴5轴向移动所需外力，另一方面是考虑到管筒件M装夹固定之后，在位于上管筒件MX一端是处于悬空状态的“悬梁”结构，不具有任何径向支撑的构件，如果零件总高H2较大，这样的“悬梁”结构可能由于管筒件M或胀力芯轴组件4自重而出现弯曲，从而影响焊后尺寸，故增加顶杆6和中心孔5d，两者彼此的锥面配合能够为管筒件MS的端部提供径向支撑力，防止弯曲，也使得装夹固定更加有效。

本申请中还给出了一个顶杆6对锥度芯轴5施加轴向力的优选结构，如图3和图4所示，自适应找正夹持装置还包括加力螺栓7。顶杆孔1d1后方设有图11所示的加力螺纹孔1d2。加力螺栓7螺纹连接于加力螺纹孔1d2，并通过相对于加力螺纹孔1d2的螺旋前进运动，产生推动顶杆6向顶杆孔1d1移动的外力。

在一些实施例中，给出了夹紧组件2优选结构，如图6和图7所示，夹紧组件2包括调整螺栓2a、螺栓挡销2b和夹紧块2c。如图9所示，第一插板1b端面设有环形阵列布局，并与夹紧组件2一一对应的第一凸块1b1。第一凸块1b1侧面具有沿第一插板1b径向开设，并指向第一插板1b圆心的第一螺纹孔1b2。

调整螺栓2a顶部设有图7所示的环形槽；夹紧块2c正面与基准要素D2轮廓形状一致，并且背面设有容纳孔。调整螺栓2a通过螺纹连接于第一螺纹孔1b2，并且顶部容纳于夹紧块2c背面的容纳孔中。螺栓挡销2b对称设于调整螺栓2a两侧，并且沿垂直于第一螺纹孔1b2方向插接于夹紧块2c上，以及中部卡设于调整螺栓2a的环形槽中。这样，因为螺栓挡销2b与调整螺栓2a的环形槽卡接配合的关系，使调整螺栓2a能够通过相对于第一螺纹孔1b2的旋入旋出，带动夹紧块2c沿第一插板1b径向进行移动，并通过夹紧块2c正面对基准要素D2外周面贴合夹紧，进而对基准要素D2进行定位。同时，为了约束夹紧块2c的运动轨迹，如图6和图7所示，第一插板1b还设有第一导向条1b3；第一导向条1b3为沿第一插板1b径向设置，并对称设置于夹紧块2c两侧的凸条。

同时需要说明的是，这里能够有多种结构来代替本申请中的三个夹紧组件2的设置来实现本申请中所需要的自定心功能，比如三爪卡盘机构，通过三爪同时移动自定心；又比如四爪卡盘机构，通过四爪调心对零件定心；本申请中为了简化制造成本，通过将夹紧块2c正面与基准要素D2轮廓形状一致，使夹紧组件2能够分别移动，来实现对基准要素D2的圆心定位于固定位置；当然，也可将夹紧块2c设置为V型块结构，夹紧块2c正面设置为V型面，利用V型块的对中功能实现对基准要素D2的自定心等等，这里的可替代结构很多不再做详述。在一些实施例中，如图15所示，胀力芯轴4a中还设有位于锥度孔4a4后方，并与锥度孔4a4同轴的导向孔4a3。锥度芯轴5还包括如图17所示设于锥度部5b底部，并与锥度部5b同轴的导向部5a。导向部5a穿过锥度孔4a4并容纳于导向孔4a3。这样锥度芯轴5能够更容易插接于胀力芯轴4a中。更进一步的，如图17所示，锥度芯轴5还包括设于锥度部5b顶部的手持部5c。中心孔5d设于手持部5c顶面；这样便于操作者对锥度芯轴5的手持操作，方便锥度芯轴5的插入拔出。

在一些实施例中，为了使得胀力芯轴组件4为一个不可分离的整体结构，如图13和图14所示，胀力芯轴组件4还包括与胀力块4c一一对应的胀块插销4b。胀力芯轴4a顶面设有胀块插销孔4a6。胀力块4c端面设有图16所示的腰型孔4c3，腰型孔4c3长度方向沿胀力芯轴4a径向开设；胀块插销4b如图14所示一端过盈配合于胀块插销孔4a6，另一端容纳于腰型孔4c3。这样，由于胀块插销4b和腰型孔4c3的相互配合，能够限制胀力块4c的移动行程，并防止胀力块4c与胀力芯轴组件4分离，便于存放和使用。

在一些实施例中，如图5所示，胀力芯轴组件4对上管筒件MX的支撑位置是位于其端部的，那么在上管筒件MX和下管筒件MS的焊接贴合位置就处于悬空状态，如果此位置没有承载结构，上管筒件MX容易发生翻转，致使其轴线与胀力芯轴组件4不再同轴并产生一定夹角，为了防止此问题发生，可通过在上管筒件MX和下管筒件MS的焊接贴合位置下方加垫块承载的方式来避免上管筒件MX的翻转，也可以如图8和图10所示，在基体1设置包括第二插板1c。第二插板1c如图3和图4所示位于胀力芯轴组件4下方，并且顶部设有承载螺栓1c1；承载螺栓1c1与第二插板1c螺纹连接。承载螺栓1c1能够通过螺旋上升，使承载螺栓1c1与上管筒件MX周面相贴合；从而起到对上管筒件MX的承载作用。在对上管筒件MX和下管筒件MS进行图3和图4的装夹固定，并将承载螺栓1c1承载上管筒件MX后，便可开始焊接工作，此时由于承载螺栓1c1的干涉，可先对上管筒件MX和下管筒件MS贴合处的上半圆弧进行焊接，当焊接弧长超过3/5圆弧时，可将承载螺栓1c1进行卸载，再将承载螺栓1c1的干涉位置，即上管筒件MX和下管筒件MS贴合处的下半圆弧进行焊接，此时即完成上管筒件MX和下管筒件MS的全周焊接。这里需要说明的是，焊接过程中，上管筒件MX和下管筒件MS都是固定不同的，通过自动回转焊枪，或者通过自动回转机构夹持传统焊枪围绕上管筒件MX和下管筒件MS的贴合处进行焊接，自动回转焊枪为现有技术，在此不再赘述。图2是一个实际加工管筒件M的例子，如图所示基准要素D2尺寸为

被测要素D1尺寸为

焊接位置采用钨极惰性气体保护焊TIG I型焊缝进行全周焊接，并以基准要素D2为基准A，保证被测要素D1相对基准要素D2的位置公差t的值为Φ0.3mm，以及焊接高度H1尺寸80mm，零件总高H2尺寸186mm。由上述条件可知，基准要素D2的公差为0.3mm，被测要素D1的公差为0.2mm，采用传统的孔轴配合方式进行定位，由于配合间隙，两者之间相对误差至少为0.5mm，则在相对误差至少为0.5mm的情况下再保证位置公差t值Φ0.3mm，传统的装夹定位方式无法做到，而采用本申请提出的自适应找正夹持装置，夹紧组件2对基准要素D2外周面进行自定心的夹紧，能够消除基准要素D2的公差0.3mm带来的误差，胀力芯轴组件4对被测要素D1进行内撑式的胀紧，能够消除被测要素D1的公差0.2mm带来的误差，并且被测要素D1和基准要素D2都被转化至与第一插板1b同轴，从而保证彼此同轴，在此定位满足的情况下在进行焊接，就能够保证被测要素D1相对基准要素D2的位置公差t的值为Φ0.3mm。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于管筒类零件对焊加工的自适应找正夹持装置，包括基体(1)、夹紧组件(2)、胀力芯轴组件(4)和锥度芯轴(5)，用于管筒件(M)的焊接；管筒件(M)包括具有基准要素(D2)的下管筒件(MS)和具有被测要素(D1)的上管筒件(MX)，其特征在于：所述基体(1)包括水平设置的基底板(1a)和垂直设置在基底板(1a)上的第一插板(1b)，在第一插板(1b)的中心开设有第一定位孔(1b4)；在第一插板(1b)的周缘环设有三个夹紧组件(2)，三个夹紧组件(2)所构成的夹持面的轴心线与第一插板(1b)上的第一定位孔的轴心线同轴线，三个夹紧组件(2)能沿第一插板(1b)径向朝第一定位孔的轴心线方向移动，并能将基准要素(D2)夹持在三个夹紧组件(2)的夹持面上；

胀力芯轴组件(4)包括胀力芯轴(4a)和胀力块(4c)；胀力块(4c)具有相对设置的定位面(4c1)和锥度面(4c2)，锥度面(4c2)为圆锥面，定位面(4c1)为圆弧面且与被测要素(D1)内腔圆弧相适配；胀力芯轴(4a)呈T字型，分为圆盘段和长轴段，从圆盘段的外端沿胀力芯轴(4a)的轴心线开设有锥度孔(4a4)，在圆盘段的圆周上沿径向均匀开设有多个胀力块插孔(4a5)；在每个胀力块插孔(4a5)内均滑配插装有一个胀力块(4c)；

锥度芯轴(5)包括能容纳于锥度孔(4a4)内的锥度部(5b)；当锥度芯轴(5)插入胀力芯轴(4a)的锥度孔(4a4)中时，锥度芯轴(5)能对胀力块(4c)产生沿圆盘段径向的力，使胀力块(4c)沿圆盘段径向外移，进而使多个胀力块(4c)的定位面(4c1)同时远离胀力芯轴(4a)的轴心线并共同顶紧夹持在被测要素(D1)的内腔弧面上。

2.根据权利要求1所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：胀力芯轴(4a)的细长轴部分能插入第一插板(1b)的第一定位孔(1b4)内，且胀力芯轴(4a)与第一插板(1b)的第一定位孔(1b4)同轴线；胀力块(4c)插入胀力块插孔(4a5)后，定位面(4c1)靠近圆盘段的圆周、锥度面(4c2)靠近圆盘段的轴心线，且锥度面(4c2)与锥度孔(4a4)的锥面斜向一致；锥度部(5b)与锥度孔(4a4)的圆锥面相适配，并与锥度面(4c2)的圆锥面相适配；当锥度芯轴(5)插入胀力芯轴(4a)的锥度孔(4a4)中时，锥度部(5b)能推动多个胀力块(4c)顶紧夹持在被测要素(D1)的内腔并使被测要素(D1)与胀力芯轴(4a)和第一插板(1b)的第一定位孔均同轴线；三个夹紧组件(2)能将基准要素(D2)夹持并定位于与第一插板(1b)的第一定位孔(1b4)同轴线。

3.根据权利要求2所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：还包括第一定位套(3)；第一定位套(3)中设有胀力芯轴定位孔(3a)；胀力芯轴定位孔(3a)与第一定位套(3)的外周同轴线设置，第一定位套(3)能滑配插接于第一定位孔(1b4)中并与第一定位孔(1b4)同轴线设置；胀力芯轴(4a)的细长轴部分滑配插接于胀力芯轴定位孔(3a)中，通过第一定位套(3)将胀力芯轴(4a)连接在第一插板(1b)的第一定位孔中；

第一定位孔(1b4)、胀力芯轴定位孔(3a)均为锥度孔；

第一定位套(3)外周面为与第一定位孔(1b4)相适配的圆锥面；胀力芯轴(4a)细长轴部分的外周面也为圆锥面，且与胀力芯轴定位孔(3a)的锥面相适配。

4.根据权利要求3所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：还包括端部设有锥面顶尖的顶杆(6)，基体(1)还包括垂直设置在基底板(1a)上的第三插板(1d)，管筒件(M)位于第一插板(1b)和第三插板(1d)之间；

第三插板(1d)上设有与第一插板(1b)的第一定位孔(1b4)同轴线的顶杆孔(1d1)；顶杆(6)的外周滑配插接于顶杆孔(1d1)中；

锥度芯轴(5)的大端面上设有与顶杆(6)端部的锥面顶尖相适配，并与锥度部(5b)同轴线设置的中心孔(5d)；顶杆(6)能够沿顶杆孔(1d1)轴向移动，使顶杆(6)的锥面顶尖插接于中心孔(5d)内，提供锥度芯轴(5)向胀力芯轴(4a)方向推动的轴向力。

5.根据权利要求4所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：还包括加力螺栓(7)；顶杆孔(1d1)后方设有加力螺纹孔(1d2)；

加力螺栓(7)螺纹连接于加力螺纹孔(1d2)，并通过相对于加力螺纹孔(1d2)的螺旋前进运动，产生推动顶杆(6)向锥度芯轴(5)移动的外力。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：夹紧组件(2)包括调整螺栓(2a)、螺栓挡销(2b)和夹紧块(2c)；

第一插板(1b)端面设有环形布局，并与夹紧组件(2)一一对应的第一凸块(1b1)；第一凸块(1b1)侧面具有沿第一插板(1b)径向开设，并指向第一插板(1b)圆心的第一螺纹孔(1b2)；

调整螺栓(2a)顶部设有环形槽；夹紧块(2c)正面与基准要素(D2)的外周轮廓形状相适配，并且背面设有容纳孔；

调整螺栓(2a)通过螺纹连接于第一螺纹孔(1b2)，并且顶部容纳于夹紧块(2c)背面的容纳孔中；

螺栓挡销(2b)对称设于调整螺栓(2a)两侧，并且沿垂直于第一螺纹孔(1b2)方向插接于夹紧块(2c)上，以及中部卡设于调整螺栓(2a)的环形槽中；

调整螺栓(2a)通过相对于第一螺纹孔(1b2)的旋入旋出，能够带动夹紧块(2c)沿第一插板(1b)径向进行移动，并通过夹紧块(2c)正面对基准要素(D2)进行定位。

7.根据权利要求6所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：第一插板(1b)还设有第一导向条(1b3)；第一导向条(1b3)为沿第一插板(1b)径向设置，并对称设置于夹紧块(2c)两侧的凸条。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：胀力芯轴(4a)中还设有位于锥度孔(4a4)后方，并与锥度孔(4a4)同轴的导向孔(4a3)；锥度芯轴(5)还包括设于锥度部(5b)底部，并与锥度部(5b)同轴的导向部(5a)；导向部(5a)穿过锥度孔(4a4)并容纳于导向孔(4a3)。

9.根据权利要求1～5中任意一项所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：胀力芯轴组件(4)还包括与胀力块(4c)一一对应的胀块插销(4b)；在胀力芯轴(4a)圆盘段的外端面上还开设有胀块插销孔(4a6)；胀力块(4c)端面设有腰型孔(4c3)，腰型孔(4c3)长度方向沿胀力芯轴(4a)径向开设；胀块插销(4b)一端过盈配合于胀块插销孔(4a6)，另一端容纳于腰型孔(4c3)。

10.根据权利要求1～5中任意一项所述的自适应找正夹持装置，其特征在于：基体(1)还包括第二插板(1c)；第二插板(1c)位于胀力芯轴组件(4)下方，并且顶部设有承载螺栓(1c1)；承载螺栓(1c1)与第二插板(1c)螺纹连接；

承载螺栓(1c1)能够通过螺旋上升，使承载螺栓(1c1)与上管筒件(MS)周面相贴合。

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