CN111702521B - 异型体零件加工方法、夹具和夹具设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可实现异型体零件空间多位置度控制要求的五轴铣削组合定位加工方法、夹具和夹具设计方法。其中，定位方法是用夹具先确定加工件的加工要素来定位加工件位置，再通过加工件位置调整夹具方向找加工件现有的面夹紧加工件，装夹操作一步到位。本发明打破了现有将加工件先用不稳定面定位装夹在工作台上，后通过量具或模拟加工方式逐步调整夹具方向来调整加工件找正加工要素的加工思路。现有加工方法由于加工件为复杂结构体，经常操作者通过多次调整夹具才能找正加工位置，而采用本发明的方法和夹具后定位准确方便，装夹稳定、可靠，调整便捷、工作效率高，产品制造质量稳定。

Description

异型体零件加工方法、夹具和夹具设计方法

技术领域

本发明涉及一种可实现异型体零件空间多位置度控制要求的五轴铣削组合定位加工方法、夹具和夹具设计方法，具体地说是一种用于解决多空间要素的空间位置度控制，且外形不正、基准不稳定，无法在外形体上找到可作为加工定位基准的加工件用于定位加工的定位方法、夹具设计方法和夹具。

背景技术

由于国际竞争越来越激烈，局势也越来越紧张，军事武器的发展也是在竞争领域之一，随着科技的发展，各种新型武器不断升级，由此各式各样的外形复杂的零组件应运而生。为了满足性能要求，保证功能强大，外形复杂的零组件越来越多地应用到各个领域。

因此，异型体零件空间多位置度控制必不可少，不仅在航空航天领域才能用到，在其他领域屡见不鲜。异型体零件空间多位置度控制要求是一种空间尺寸多，外形结构复杂，外无法找到现有的可作为定位加工基准线。传统的加工方法为，找到一个满足加工要求的现面或线作为定位基准，以该基准直接进行加工零件各个尺寸。然而，异型体、空间多位置度控制的零件是没有现有的定位基准面或线。特别是钣焊件和铸件，其公差尺寸和形状不稳定，它的外形本身存在得有面或线，但是其与加工位置关系不稳定，或者面太小，无法满足定位要素，勉强之，容易引起定位不准确造成的机加后加工尺寸超差或者加工后的多空间位置与整个加工件协调性差，存在偏移情况，或者定位难，操作过程缓慢，效率不高。

发明内容

现有技术中由于待加工件为异型体零件，且零件尺寸关系为多个要素的空间位置度控制，零件外形无可用作为定位控制的基准面，零件定位装夹难度非常大，空间位置的保证很难实现，针对上述问题，本发明的目的是提供一种保障复杂异型体零(组)件多空间要素的空间位置度控制方法，根据该方法设计夹具，此方法和夹具定位准确，方便，装夹稳定、可靠，调整便捷、工作效率高，产品制造质量稳定。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

虽然复杂异型体零(组)件外形没有可定位条件的面或线，但其要求加工的多个要素的空间位置度控制在零(组)件上是不变的，只要定位好零(组)件上需要加工的多个要素的空间位置，夹紧零(组)件，就可以加工了。然而，既然待加工的零(组)件是一个杂异型体零(组)件，且零(组)件外形没有可定位条件的面或线，就需要一个可转换为可定位条件的面或线中间夹具，将该夹具与杂异型体零(组)件组合为一体，再以夹具上特设定的面或线为基准定位组合件。

一种异型体零件的加工方法，包括异型体零件的空间多位置度定位和异型体零件的装夹，先利用定位夹具确定异型体零件的加工要素，再利用装夹夹具装夹异型体零件，其中，确定异型体零件的加工要素时选择的基准位于异型体零件之外的定位夹具上。

进一步，异型体零件的加工方法包括以下步骤：

步骤一，在异型体零件外选择一个或多个非异型体零件自身的点、线或面作为基准；

步骤二，设计和加工定位夹具，定位夹具上同时包含步骤一中选择的基准以及控制要素，所述控制要素为定位夹具上的点、线或面，且控制要素与基准之间的位置关系符合异型体零件的加工要素，将异型体零件安装在定位夹具上；

步骤三，设计和加工装夹夹具，并采用装夹夹具把异型体零件固定，将装夹夹具和异型体零件作为一个整体一起机床上进行加工。

一种异型体零件加工用夹具的设计方法，包括定位夹具和装夹夹具，根据异型体零件上的多个加工要素的空间位置设计定位夹具的控制要素，由异型体零件的多个加工要素的空间位置统一反推到定位夹具上设定的点、面或线，其中，

定位夹具的控制要素与定位夹具用于定位的基准关系满足异型体零件加工尺寸；

定位夹具的控制要素与异型体零件加工的尺寸相符，且控制要素公差小于待加工异型体零件的公差；

定位夹具的控制要素能保证控制到异型体零件六个自由度；

装夹夹具的刚性满足与异型体零件组合后加工该异型体零件的刚性要求。

进一步，所述定位夹具的控制要素包括芯轴的端面、芯轴的圆柱表面、芯轴的轴线。

一种用于异型体零件加工的夹具，包括，

底板，所述底板的至少一个表面作为异型体零件的定位基准面；

定位板，所述定位板连接在底板的定位基准面上，通过其表面确定异型体零件的方向或角度；

定位芯轴，所述定位芯轴活动连接在支架上，用于定位异型体零件的空间尺寸和位置度，支架可拆卸连接在底板的定位基准面上；

压板，所述压板可拆卸连接在底板的定位基准面上，用于压紧异型体零件；

垫块，所述垫块位于异型体零件与定位板上表面之间且可拆卸连接在底板的定位基准面上，用于支撑异型体零件。

优选的，用于异型体零件加工的夹具还包括检验芯轴，所述检验芯轴与定位芯轴相互替换且可拆卸连接在支架上。

优选的，用于异型体零件加工的夹具还包括对刀点，所述对刀点位于定位芯轴上。

一种采用上述夹具的异型体零件加工方法，包括，

步骤一，将异型体零件装夹在夹具上，其中，定位板确定异型体零件的方向，定位芯轴插入异型体零件上的孔位，压板压紧异型体零件的表面，垫块支撑在异型体零件与底板之间；

步骤二，以底板上表面作为基准面，定位芯轴的端面和表面作为控制要素，确保定位芯轴的控制要素到基准面的尺寸和位置度与异型体零件的加工要素相同，然后调整压板的压紧位置，或者调整垫块的支撑位置或垫块尺寸，或者同时调整压板和垫块，确保异型体零件的所有加工要素符合设计要求；

步骤三，拆卸定位芯轴和定位板，将压板和垫块与异型体零件组装夹紧后作为整体在机床的工作台上进行加工。

优选的，所述步骤一和步骤二之间，通过检验芯轴检查异型体零件上的加工余量。

优选的，所述步骤三之后，再次通过检验芯轴检查异型体零件的尺寸和位置度。

采用本发明的定位装夹方法、夹具设计方法以及夹具后，异型体零件的加工与现有技术之间的区别表现为：

现有技术中的定位装夹思路：先夹紧组件，通过调整夹具结合量具或模拟加工来变换组件位置。

本发明的定位装夹思路：先控制加工件的加工要素，确定组件的位置，调整夹具将组件夹紧。

与现有技术相比，本发明的优点是:

1、定位快，生产周期短，操作时间可控，便于组织生产；

2、定位要素统一，产品一致性好；

3、容易检查处上工序产品的合格性；

4、零件外形多复杂都不影响定位；

5、操作简单，更换操作者无需过多指导；

6、操作简单，工人加工不容易疲劳；

7、很适用于大批量生产。

附图说明

图1为异型体零件与夹具组合后的整体示意图；

图2为异型体零件加工时采用的定位、装夹夹具结构示意图；

图3为包含加工要素(尺寸)的异型体零件的仰视图；

图4为图3的前视图，包含加工要素(尺寸)；

图5为图4中C-C截面和D-D截面的示意图；

图6为现有技术中定位异型体零件的方法示意图；

图7为本发明中定位异型体零件的方法示意图；

图中：1-机床工作台；2-异型体零件；3-压板；4-芯轴；5-底板；6-垫块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

异型体零件空间多位置度控制是各加工领域常遇到的一种零组件结构问题，特别在航空航天领域使用最多，其工艺方法直接影响了产品的质量和生产任务，还影响主机装配。

异型体零件空间多位置度控制加工过程中，定位是其中的关键。操作者将待加工件粗装夹在设备工作台上，然后要对要加工的各个位置进行寻找，装夹调试，模拟加工，目视检查加工的位置满足要求后才能夹紧，再次模拟加工。控制的要素越多，就越难定位。经常发生的现象是，找到这个位置，另外一个位置就偏了的情况。

由于零件为异型体，所以在加工空间多位置度控制的尺寸时，若采用传统的加工方法，操作者是很难定位的，即使勉强能定，也需要很长的时间和精力。为此，本实施例旨在提供一种快速定位，可实现异型体零件空间多位置度控制要求的五轴铣削组合定位工艺技术方法，先按异型体零件空间需加工位置和设备工作台设计定位、装夹夹具，零件需加工的位置已在定位夹具上能快速找出来，夹具上有对刀点就行。

如图3～图5所示，为一种异型体零(组)件，该异型体零(组)件燃油-属于滑油散热器总成加工技术领域，该燃油-滑油散热器总成是发动机滑油系统配套附件，该异型体零(组)件加工过程中涉及到钣金、焊接、机械加工、表面处理以及装配、试验等。异型体零(组)件的材料主要为5A02和6063铝合金板材，产品安装尺寸为异型体空间，多位置度控制的组焊件。在机械加工过程中，由于被加工件多位置度，空间复杂，结构异型，现有的平面稳定性差，定位很难。

本发明实施例是加工如附图3～图5所示的零组件，加工要素包括L1、L2、L3、L4、L5、L6。该异型体零(组)件是一个组焊件，其外形多处平面是钣金组焊的面，其平面度控制不稳定，少部分的机加零件面面积小，无法用作为加工该零件的定位基准。因此在加工该组件时，采用本实施例所述的可实现异型体零件空间多位置度控制要求的五轴铣削组合定位工艺技术方法。

为了便于理解，先以图6和图7来比较说明本发明与现有技术的区别：

如图6所示，传统的装夹加工思路为:先用H1和H2垫块高度装夹加工件，后逐步找正

和

孔加工位置L1和L2。

如图7所示，本发明的装夹加工思路为:先用定位夹具找正

和

孔加工位置L1和L2，后调整装夹夹具(垫块)高度装夹加工件。

由于采用本发明的加工方法时，需要根据异型体零件的加工要素设计定位夹具和装夹夹具，因此下面简述设计夹具与异型体零(组)件的组合关系为：

1、设计的夹具需按零(组)件多个要素的空间位置设计夹具的控制要素，由零(组)件多个要素的空间位置统一返推到夹具设定的点、面或线。

2、夹具的控制要素与夹具用于定位基准关系需满足零(组)件加工尺寸。

3、夹具的控制要素与零(组)件加工的尺寸相符，且控制要素公差是加工件公差的1/3。

4、夹具的控制要素能保证控制到零(组)件六个自由度。

5、夹具通过计量合格后，零(组)件的被控制要素能满足加工后的尺寸要求。

6、夹具刚性要满足与零(组)件组合后加工该零组件的刚性要求。

按照上述设计原则和要求，本实施例中设计了如图1和图2所示的夹具，包括底板5，定位板，压板3，定位芯轴4，垫块6，其中底板5固定在机床工作台1上，底板5的上表面作为基准面，定位板未在图中画出，定位板固定在底板5上，定位异型体零件2的某个方向，定位的要素可以是一个面或一个点或一条线，由于本实施例中的控制要素主要为定位芯轴4的轴线、端面和表面，因此不详细讨论定位板。垫块6为圆台状，上下两个端面为平面，不同高度的垫块6用于支撑在异型体零件2不同位置。压板3由压块和支撑螺栓组成，支撑螺栓的高度可调，使得压块可以压紧异型体零件2的不同高度表面。该套夹具的控制要素是定位芯轴4的轴线和定位芯轴4的端面，压板3和垫块6的位置根据定位芯轴4确定，待定位芯轴4的轴线和定位芯轴4的端面将加工要素确定后，压板3和垫块6将异型体零件2锁定装夹，此时拆卸掉定位芯轴4仍能保证异型体零件2需要控制的位置。加工时，定位板和定位芯轴4拆卸后，异型体零件2与压板3、底板5和垫块6共同组成整体。

以下详述加工图3～图5中异型体零件2的具体定位装夹方法如下：

1、将异型体零(组)件装配在夹具上，插上4处孔的定位芯轴4，端面靠齐，调整垫块6贴紧异型体零件2，轻拧紧压块3。

2、分解定位芯轴4，换上检验芯轴，检查工序组焊控制的组件尺寸是否保证所留的加工余量孔处在加工后的孔内，若有不满足，可适当松开压块3，调整垫块6来调整组件，通过检验芯轴观察到4处孔完全处在检验芯轴外圆内后，可拧紧压板6，保证异型体零件2与夹具为一个组合体。

3、分解检验芯轴和定位板，留出进刀空间。

4、将夹具和异型体零件2组成的组合体装夹在机床工作台1上进行加工，其中，尺寸L1、L2、L3、L4、L5、L6空间位置控制要求可由夹具设定好的基准面进行定位保证，例如L1、L2由相对的两根定位芯轴4的端面距离定位保证，L3、L4由同侧的两根定位芯轴4轴线的间距定位保证，L5、L6由相对的两根定位芯轴4的轴线定位保证，而孔径

和

可由刀具保证。

5、加工完成品后，将异型体零件2从夹具上分解出来，在夹具上装上定位板。将已加工好的异型体零件2装配在夹具上，插上检验芯轴。可用作检查加工后的组件是否合格。

采用本发明加工的异型体零件2，工艺方法定位准确，方便，装夹稳定、可靠，调整便捷、工作效率高，产品制造质量稳定。传统的加工选加工零件非加工位置上的某一点、线、面为基准装夹，再找正加工要素，本发明中先找正要加工的加工要素位置，再将零件装夹，不再找正加工要素，拆掉夹具的控制要素后，直接对零件进行加工，这是一种新的加工思路。

以上为本实施例的工作原理和结构特点，凡是依据本结构方案制作的该类装置，均属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种异型体零件的加工方法，包括异型体零件的空间多位置度定位和异型体零件的装夹，其特征在于：先利用定位夹具确定异型体零件的加工要素，再利用装夹夹具装夹异型体零件，其中，确定异型体零件的加工要素时选择的基准位于异型体零件之外的定位夹具上，加工方法包括以下步骤：

步骤一，在异型体零件外选择一个或多个非异型体零件自身的点、线或面作为基准；

步骤二，设计和加工定位夹具，定位夹具上同时包含步骤一中选择的基准以及控制要素，所述控制要素为定位夹具上的点、线或面，且控制要素与基准之间的位置关系符合异型体零件的加工要素，将异型体零件安装在定位夹具上；

步骤三，设计和加工装夹夹具，并采用装夹夹具把异型体零件固定，将装夹夹具和异型体零件作为一个整体一起机床上进行加工。

2.一种异型体零件加工用夹具的设计方法，其特征在于：包括定位夹具和装夹夹具，根据异型体零件上的多个加工要素的空间位置设计定位夹具的控制要素，由异型体零件的多个加工要素的空间位置统一反推到定位夹具上设定的点、面或线，其中，

定位夹具的控制要素与定位夹具用于定位的基准关系满足异型体零件加工尺寸；

定位夹具的控制要素与异型体零件加工的尺寸相符，且控制要素公差小于待加工异型体零件的公差；

定位夹具的控制要素能保证控制到异型体零件六个自由度；

装夹夹具的刚性满足与异型体零件组合后加工该异型体零件的刚性要求；

所述定位夹具的控制要素包括芯轴的端面、芯轴的圆柱表面、芯轴的轴线。

3.一种采用异型体零件加工夹具的异型体零件加工方法，其特征在于：异型体零件加工夹具包括，

底板，所述底板的至少一个表面作为异型体零件的定位基准面；

定位板，所述定位板连接在底板的定位基准面上，通过其表面确定异型体零件的方向或角度；

定位芯轴，所述定位芯轴活动连接在支架上，用于定位异型体零件的空间尺寸和位置度，支架可拆卸连接在底板的定位基准面上；

压板，所述压板可拆卸连接在底板的定位基准面上，用于压紧异型体零件；

垫块，所述垫块位于异型体零件与定位板上表面之间且可拆卸连接在底板的定位基准面上，用于支撑异型体零件；

检验芯轴，所述检验芯轴与定位芯轴相互替换且可拆卸连接在支架上；

对刀点，所述对刀点位于定位芯轴上；

加工方法包括，

步骤一，将异型体零件装夹在夹具上，其中，定位板确定异型体零件的方向，定位芯轴插入异型体零件上的孔位，压板压紧异型体零件的表面，垫块支撑在异型体零件与底板之间；

步骤二，以底板上表面作为基准面，定位芯轴的端面和表面作为控制要素，确保定位芯轴的控制要素到基准面的尺寸和位置度与异型体零件的加工要素相同，然后调整压板的压紧位置，或者调整垫块的支撑位置或垫块尺寸，或者同时调整压板和垫块，确保异型体零件的所有加工要素符合设计要求；

步骤三，拆卸定位芯轴和定位板，将压板和垫块与异型体零件组装夹紧后作为整体在机床的工作台上进行加工。

4.根据权利要求3所述的采用异型体零件加工夹具的异型体零件加工方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二之间，通过检验芯轴检查异型体零件上的加工余量。

5.根据权利要求3所述的采用异型体零件加工夹具的异型体零件加工方法，其特征在于：所述步骤三之后，再次通过检验芯轴检查异型体零件的尺寸和位置度。

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