CN112059658A

CN112059658A - 一种多内腔产品的加工工装及加工方法

Info

Publication number: CN112059658A
Application number: CN202010732670.8A
Authority: CN
Inventors: 巨龙; 陈涛; 李旭光; 韩生弟; 高峰
Original assignee: Xian Aerospace Engine Co Ltd
Current assignee: Xian Aerospace Engine Co Ltd
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: CN112059658B

Abstract

本发明提供了一种多内腔产品的加工工装及加工方法，根据多内腔产品的结构特点设计加工工装，该加工工装包夹具本体、定位销和连接装置，夹具本体为台阶圆回转体结构，大端圆盘上的轴心位置开设中心孔，中心孔两侧加工有与多内腔产品上的工艺孔配合的八个螺纹孔；定位销为台阶圆回转体结构，大端与加工工装上的中心孔配合，小端伸出中心孔与多内腔产品上的定位孔配合。加工时，以定位销为基准，配合四组穿过产品工艺孔以及加工工装螺纹孔的螺纹连接件，准确定位产品内腔位置。本发明利用一套工装即可加工四个内腔，解决了传统加工方法定位找正时间长、重复定位误差大、加工时转速较低、容易致产品表面压伤的问题，有效提高生产效率并确保产品质量。

Description

一种多内腔产品的加工工装及加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种多内腔产品的加工工装及加工方法。

背景技术

一种多内腔产品—电动气阀是火箭发动机重要组件之一，是电动气阀燃料路与气控路联合的主体结构件，由主、副阀组成，其阀体采用“十”字通道内腔结构，如图1和图2所示。由主视图和B-B展开视图可以看到该阀体有4处复杂内腔，其中第一内腔1和第二内腔2是副阀腔，第三内腔3和第四内腔4是主阀腔。依据阀门功能要求，需将第一内腔1与第四内腔4连通，第二内腔2与第三内腔3连通。各阀腔加工后要在内部装配主、副阀芯，其作用是精准控制燃料路与气路的打开和关闭，阀芯与腔体配合精度要求比较高，所以必须保证其定位的准确性。

传统工艺加工方式是利用底面4处定位孔

(标号11，12，13，14)采用组合夹具进行装夹定位，传统组合夹具包括

直径的花盘、

直径的车床专用法兰盘及其压板、角铁配合装置和相应的配重块组合而成。如图3所示，在加工产品第一内腔1和第二内腔2工序时，分别利用产品底端面距离中心线为G的两个

的定位孔(标号11，12)，做对应的两个内腔的中心定位，同时利用组合夹具上的压板压紧固定。并且要利用百分表找正中心线的位置，方可开始加工。加工第三内腔3和第四内腔4工序与第一内腔1和第二内腔2工序加工方法类似，分别利用产品底端面距离中心线为J的两个

的定位孔(标号13，14)，做对应的两个内腔的中心定位，同时利用组合夹具上的压板压紧固定，并且要利用百分表找正中心线的位置，方可开始加工。

由于传统加工方法需要4套组合夹具来加工，每次安装找正，都需要花费至少1天的时间，同时每件产品要用百分表来找正位置，至少需要10min才能找正，耗时长。同时，由于传统组合夹具直径较大，配重块受力不均匀，转速一般只能设定为400r/min以内，加工效率较低；而且采用压板压紧定位，容易导致产品表面压伤，或划伤现象。以本公司现有的美国哈挺GS200PLUS卧式后置刀塔12刀位的车床为例，当其安装组合夹具后，相邻刀位之间就会出现干涉问题。例如1号刀位刀具在加工装有组合夹具的产品时，2号刀位上的刀具就会因距离过近(小于夹具回转半径)与夹具产生碰撞，这时就需要拆掉2号刀位上的刀座，而在3号刀位上面装刀，即间隔装刀，然而这样可装夹使用的刀位就会减少，从而影响产品加工表面质量。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种多内腔产品的加工工装及加工方法，利用一套工装即可加工四个内腔，解决了传统加工方法定位找正时间长、重复定位误差大、加工时转速较低、容易致产品表面压伤、相邻刀具干涉等至少一个问题，有效提高生产效率并确保产品质量，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种多内腔产品的加工工装，多内腔产品为“十字”矩形对称结构，包括分别位于一条轴线上的两个结构相同的主阀腔和位于另一条轴线上的两个结构相同的副阀腔，多内腔产品底端面上具有四个定位孔，四个定位孔分别对应两个主阀腔和两个副阀腔的中心位置；多内腔产品上开设有四个成矩形分布的工艺孔，两个主阀腔与四个工艺孔的位置关系对称，两个副阀腔与四个工艺孔的位置关系对称；

该加工工装包夹具本体、定位销和连接装置；所述夹具本体为台阶圆回转体结构，大端圆盘上的轴心位置开设有中心孔，中心孔两侧加工有与多内腔产品上的工艺孔配合的八个螺纹孔，分别为第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔、第五螺纹孔、第六螺纹孔、第七螺纹孔和第八螺纹孔，其中，第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔分别与第五螺纹孔、第六螺纹孔、第七螺纹孔和第八螺纹孔沿大端圆盘上的轴线对称；第一螺纹孔第三螺纹孔、第五螺纹孔和第七螺纹孔至中心孔的距离分别对应多内腔产品上四个工艺孔至副阀腔底端面上定位孔的距离；第二螺纹孔、第四螺纹孔、第六螺纹孔和第八螺纹孔至中心孔的距离分别对应多内腔产品上四个工艺孔至主阀腔底端面上定位孔的距离；

所述定位销为台阶圆回转体结构，大端与中心孔配合，小端伸出中心孔与多内腔产品上的定位孔配合；

连接装置包括与螺纹孔配合的杆状螺纹件，用于与夹具本体上的螺纹孔、及多内腔产品上的工艺孔配合使两者固定连接。

第二方面，一种多内腔产品的加工方法，采用上述第一方面所述的加工工装，包括：

步骤1，多内腔产品加工前，制作与加工工装的中心孔配合的定位销；

步骤2，用车床软爪夹住夹具本体的小端圆柱结构；

步骤3，确定多内腔产品加工板料上需要加工的一个内腔，同时找出与此内腔同轴的、对应在多内腔产品底端面上的定位孔；

步骤4，将该内腔对应在底端面上的定位孔与加工工装上的定位销配合，并且将产品加工板料上的四个工艺孔与加工工装上加工出来的四个螺纹孔对齐；

步骤5，将四个与螺纹孔配合的螺栓，分别穿入多内腔产品加工板料上的四个工艺孔，同时拧入加工工装的四个螺纹孔内使之配合紧密，然后实施内腔加工；

步骤6，利用相同方式，加工其他内腔。

根据本发明提供的一种多内腔产品的加工工装及加工方法，具有以下有益效果：

(1)本发明中，利用车床加工装置通常为回转结构，将夹具本体设计为台阶圆回转体结构，定位销置于夹具本体中心位置，采用产品定位孔与定位销间隙配合方式，保证装夹的产品内腔与定位销为同轴，实现快速更换产品不同内腔加工部位的装夹方式，且工装转速可达800r/min，相较于传统组合夹因的400r/min以内，有效提高生产效率；

(2)本发明中，采用螺栓配合紧固的方式将产品加工板料固定在工装上，定位面小，保护了产品外观，避免了传统组合夹具采用压板压紧定位紧固方式导致产品表面压伤、划伤的现象；

(3)传统加工方法需要4套组合夹具来加工，每次安装找正，都需要花费至少1天的时间(根据图纸要求组装传统夹具4h，夹具周转到生产车间之后在车床上安装法兰盘、组合夹具1h，调试夹具2h,试加工并检测1h方可进行批量生产)，利用此工装总共只需要2h就能解决定位问题(包括加工合适的三爪卡盘“软爪”，将夹具装夹于“软爪”内以保证定位精度，安装产品，试加工并检测)；同时采用每次加工一批产品更换一个定位销的方式，使得产品中心定位更加准确，且将每件产品的找正时间由10min(传统组合夹具需要利用直角尺和百分表配合找正产品的轴向平面度)降至1min内(本发明工装只需将产品安装在工装上拧紧螺栓即可)，使产品找正时间减少，避免了重复定位误差，提高产品定位精度；

(4)传统加工方式每生产一批产品需要用四套组合夹具，而本发明中工装一次生产可长期使用，降低生产成本；

(5)利用产品的结构，将产品底端面的小孔与定位轴配合，通过变换产品的位置，定位不同的内腔，加工四个产品内腔，实现了在一个工装上快速更换产品不同位置；

(6)本发明中，加工工装的主体结构夹具本体为台阶圆回转体结构，其上采用杆状螺纹件固定多内腔产品，夹具本体结构简单、体积小，对刀具不产生影响，无需拆除刀具，利于提高生产效率并确保产品质量。

附图说明

图1为本发明中多内腔产品的结构示意图；

图2为图1的B-B展开视图；

图3为本发明中多内腔产品的定位孔和工艺孔位置视图；

图4为多内腔产品工艺孔与加工工装上螺纹孔对应视图；

图5为多内腔产品工艺孔与加工工装上螺纹孔对应视图；

图6为本发明中加工工装中夹具本体结构示意图；

图7为本发明中加工工装的夹具本体-定位销配合后的剖视图；

图8为本发明中加工工装中定位销的结构示意图；

图9为加工第二内腔时装夹示意图；

图10为加工第一内腔时装夹示意图；

图11为加工第三内腔时装夹示意图；

图12为加工第四内腔时装夹示意图。

附图说明标号

1-第一内腔；2-第二内腔；3-第三内腔；4-第四内腔；11-第一定位孔；12-第二定位孔；13-第三定位孔；14-第四定位孔；21-第一工艺孔；22-第二工艺孔；23-第三工艺孔；24-第四工艺孔；31-第一螺纹孔；32-第二螺纹孔；33-第三螺纹孔；34-第四螺纹孔；35-第五螺纹孔；36-第六螺纹孔；37-第七螺纹孔；38-第八螺纹孔；41-中心孔；42-定位销。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明人经过对多内腔产品—电动气阀阀体的结构特点和传统加工工艺进行分析，发现：(i)产品底端面的四个定位孔(分别定义为第一定位孔11，第二定位孔12，第三定位孔13，第四定位孔14)分别对应两个主阀腔和两个副阀腔的中心位置(第一定位孔11对应第一内腔1，第二定位孔12对应第二内腔2，第三定位孔13对应第三内腔3，第四定位孔14对应第四内腔4)，加工内腔的每道工序都要利用产品底端面的一个定位孔来确定产品工序加工时的中心位置；

(ii)副阀腔即第一内腔1、第二内腔2为两个相同的内腔结构，主阀腔即第三内腔3、第四内腔4为两个相同的内腔结构；

(iii)电动气阀阀体外形为典型的“十字”矩形对称结构，在定位加工时，第一内腔1、第二内腔2工序虽然在产品上所处的位置不同，但是其外部矩形的位置及矩形上的4个工艺孔的位置是对称的，安装时可以使用相同的工艺孔位置；第三内腔3、第四内腔4也有着同样的结构特点；四个工艺孔的位置如图3所示，分别定义为第一工艺孔21，第二工艺孔22，第三工艺孔23，第四工艺孔24。

利用上述特点分析，本发明人确定，在加工对称的内腔时，利用多内腔产品上的四个工艺孔与工装上加工出来的4个螺纹孔通过螺纹连接件配合方式来压紧定位，同时结合产品上的定位孔与工装上的定位销配合来确定产品工序加工时的中心位置。这样第一内腔1、第二内腔2以及第三内腔3、第四内腔4加工工序，分别可以利用相同的定位销与四个定位孔配合来定位。

接着利用加工四个内腔时四个工艺孔的位置关系，在一个工装上同时做出第一内腔1、第二内腔2以及第三内腔3、第四内腔4加工工序的8个螺纹孔，如图4和图5中标号31～38的位置所示。

基于上述分析，提供了一种多内腔产品的加工工装，如图6至图8所示，包括：夹具本体、定位销42和连接装置；

所述夹具本体为台阶圆回转体结构，大端圆盘上的轴心位置开设有中心孔41，中心孔41两侧加工有与产品上的工艺孔配合的8个螺纹孔，分别为第一螺纹孔31、第二螺纹孔32、第三螺纹孔33、第四螺纹孔34、第五螺纹孔35、第六螺纹孔36、第七螺纹孔37和第八螺纹孔38，其中，第一螺纹孔31、第二螺纹孔32、第三螺纹孔33、第四螺纹孔34分别与第五螺纹孔35、第六螺纹孔36、第七螺纹孔37和第八螺纹孔38沿大端圆盘上的轴线对称；第一螺纹孔31第三螺纹孔33、第五螺纹孔35和第七螺纹孔37至中心孔41的距离分别对应产品上四个工艺孔至副阀腔底端面上定位孔的距离；第二螺纹孔32、第四螺纹孔34、第六螺纹孔36和第八螺纹孔38至中心孔41的距离分别对应产品上四个工艺孔至主阀腔底端面上定位孔的距离；当副阀腔对应的定位孔在中心孔位置时，第一螺纹孔31第三螺纹孔33、第五螺纹孔35和第七螺纹孔37与产品上的四个工艺孔的位置对应；当主阀腔对应的定位孔在中心孔位置时，第二螺纹孔32、第四螺纹孔34、第六螺纹孔36和第八螺纹孔38与产品上的四个工艺孔的位置对应；

所述定位销42为台阶圆回转体结构，大端与中心孔配合，小端伸出中心孔与多内腔产品上的定位孔配合；

连接装置包括与螺纹孔配合的杆状螺纹件，如螺栓或螺钉，用于与夹具本体上的螺纹孔、及多内腔产品上的工艺孔配合使两者固定连接。

在本发明中，夹具本体上大端圆盘的半径不小于多内腔产品的外形边长，使得装夹后加工时，夹具本体能够完全负载多内腔产品的加工板料。

在本发明中，夹具本体的小端圆柱的轴心开设有中空槽体，中空槽体与中心孔41连通，便于定位销的拆卸。

本发明还提供了一种多内腔产品的加工方法，采用上述的加工工装实施，包括：

步骤(1)，多内腔产品加工前，制作与加工工装中心孔41配合的定位销；

步骤(2)，用车床软爪夹住夹具本体的小端圆柱结构；

步骤(3)，确定多内腔产品加工板料上需要加工的一个内腔(如内腔2)，同时找出与此内腔同轴的、对应在多内腔产品底端面上的定位孔(如第二定位孔12)；

步骤(4)，将该内腔(如内腔2)对应在底端面上的定位孔(如第二定位孔12)，与加工工装上的定位销41配合，并且将多内腔产品加工板料上的四个工艺孔与工装上加工出来的四个螺纹孔对齐(如第三工艺孔23、第一工艺孔21、第二工艺孔22、第四工艺孔24分别对齐第一螺纹孔31第三螺纹孔33、第五螺纹孔35和第七螺纹孔37)；如图9所示，

步骤(5)，将四个与螺纹孔配合的螺栓，分别穿入产品加工板料上的四个工艺孔，同时拧入加工工装的四个螺纹孔内使之配合紧密；然后实施内腔加工；

步骤(6)，利用相同原理，分别定位其他内腔(如内腔2，3，4)，如图10至图12所示，加工时转速由传统组合夹具的400r/min提升至800r/min。

在本发明中，多内腔产品加工板料与最终的多内腔产品结构相同，区别仅在于多内腔产品加工板料尚未加工有内腔。多内腔产品加工板料上的四个定位孔的结构和规格相同，四个工艺孔的结构和规格相同。

在本发明中，以每批投产200件为例，在安装拆卸完200件产品之后，定位销(黄铜材料)会产生0.006mm的磨损使得定位销与阀体的过盈配合不紧密影响定位精度，由于定位销的磨损变形，因此每加工一批次产品后，更换定位销42。

在本发明中，定位销42的大端与工装中心孔过盈配合，与产品定位孔间隙配合。

本发明中，采用上述一套工装来加工四道工序，加工产品时按照产品内腔对应的底端面定位孔与定位销配合，同时利用4个工艺孔与工装上的螺纹孔通过螺栓配合连接方式来压紧定位，更加便捷的实现产品内腔更换。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种多内腔产品的加工工装，多内腔产品为“十字”矩形对称结构，包括分别位于一条轴线上的两个结构相同的主阀腔和位于另一条轴线上的两个结构相同的副阀腔，多内腔产品底端面上具有四个定位孔，四个定位孔分别对应两个主阀腔和两个副阀腔的中心位置；多内腔产品上开设有四个成矩形分布的工艺孔，两个主阀腔与四个工艺孔的位置关系对称，两个副阀腔与四个工艺孔的位置关系对称；

其特征在于，该加工工装包夹具本体、定位销(42)和连接装置；

所述夹具本体为台阶圆回转体结构，大端圆盘上的轴心位置开设有中心孔(41)，中心孔(41)两侧加工有与多内腔产品上的工艺孔配合的八个螺纹孔，分别为第一螺纹孔(31)、第二螺纹孔(32)、第三螺纹孔(33)、第四螺纹孔(34)、第五螺纹孔(35)、第六螺纹孔(36)、第七螺纹孔(37)和第八螺纹孔(38)，其中，第一螺纹孔(31)、第二螺纹孔(32)、第三螺纹孔(33)、第四螺纹孔(34)分别与第五螺纹孔(35)、第六螺纹孔(36)、第七螺纹孔(37)和第八螺纹孔(38)沿大端圆盘上的轴线对称；第一螺纹孔(31)第三螺纹孔(33)、第五螺纹孔(35)和第七螺纹孔(37)至中心孔(41)的距离分别对应多内腔产品上四个工艺孔至副阀腔底端面上定位孔的距离；第二螺纹孔(32)、第四螺纹孔(34)、第六螺纹孔(36)和第八螺纹孔(38)至中心孔(41)的距离分别对应多内腔产品上四个工艺孔至主阀腔底端面上定位孔的距离；

所述定位销(42)为台阶圆回转体结构，大端与中心孔(41)配合，小端伸出中心孔(41)与多内腔产品上的定位孔配合；

2.根据权利要求1所述的加工工装，其特征在于，所述夹具本体上大端圆盘的半径不小于多内腔产品的外形边长。

3.根据权利要求1所述的加工工装，其特征在于，所述夹具本体的小端圆柱的轴心开设有中空槽体，中空槽体与中心孔(41)连通。

4.根据权利要求1所述的加工工装，其特征在于，所述连接装置为螺栓或螺钉。

5.一种多内腔产品的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，多内腔产品加工前，制作与加工工装的中心孔(41)配合的定位销；

步骤2，用车床软爪夹住夹具本体的小端圆柱结构；

步骤4，将该内腔对应在底端面上的定位孔与加工工装上的定位销(41)配合，并且将产品加工板料上的四个工艺孔与加工工装上加工出来的四个螺纹孔对齐；

步骤6，利用相同方式，加工其他内腔。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，每加工一批次产品后，更换定位销(42)。

7.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述定位销(42)的大端与中心孔(41)过盈配合，与多内腔产品加工板料上的定位孔间隙配合。

8.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，多内腔产品加工板料上的四个定位孔的结构和规格相同，四个工艺孔的结构和规格相同。