CN112222492A - 一种用于叶片汽道加工的柔性夹具 - Google Patents

一种用于叶片汽道加工的柔性夹具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，涉及机械加工技术领域，包括两端的夹紧机构和中间辅助支撑机构；中间辅助支撑机构包括底板，底板上平行设置有两条燕尾导轨，导轨上设置有滑座；环形支架设置在滑座上且可随导轨滑动；所述环形支架内设置有深沟球轴承；所述轴承与轴套过盈配合，轴套上分布有多个支撑螺栓，螺栓顶端设置具有反馈性能的触头单元。所述触头单元采用振动传感器和高频响应性能好的磁流变阻尼器，以增强加工工艺刚度。本发明可以适应不同尺寸的叶片，具有良好的柔性，在绕铣较长汽道时提供辅助支撑，减少加工过程振动和弯曲变形，可以有效减少汽道变形，提高加工精度。

Description

一种用于叶片汽道加工的柔性夹具
技术领域
本发明属于机械加工复杂薄壁类零件技术领域，具体涉及一种用于汽轮机叶片汽道加工的专用柔性夹具。
背景技术
汽轮机在火力发电、核电、航空、船舶等领域具有广泛的应用。汽轮机效率高、寿命长，目前仍然是火力发电企业最主要的原动机械。叶片作为汽轮机设备中数量最多的关键部件，需要在高温、高压、高转速等极其恶劣的环境下工作，为满足其使用性能、高可靠性等要求，汽轮机叶片加工质量十分重要。但汽轮机叶片属于薄壁类零件，具有结构复杂、刚性差等特点，对于加工汽道较长的叶片，极易产生变形、振动等问题，这成为一直困扰着汽轮机叶片制造行业的难题。为了提高加工质量，对于汽道较长的叶片一般采用往复铣削的加工方式，先加工一面再加工另一面。这种加工方式虽然一定程度的减小了变形和振动，但降低了加工效率，严重影响到企业效益。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于复杂薄壁叶片类零件汽道加工的专用柔性夹具，该夹具仍然适合汽道绕铣的加工方式，在不降低加工效率的同时，有效减少加工过程中的振动和变形，提高叶片加工质量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，包括两端的夹紧机构和中间辅助支撑机构，叶片两端工艺头被夹紧机构夹紧固定，叶片汽道通过中间辅助支撑机构支撑，两端夹紧机构、中间辅助支撑机构和叶片三者做同速、同轴旋转运动。
进一步的，所述包夹紧机构包括一个虎钳和一个顶尖；其中，虎钳包括左虎钳和右虎钳，顶尖包括左顶尖和右顶尖；所述左虎钳夹紧叶冠工艺头，左顶尖顶进叶冠中心孔，所述右虎钳夹紧叶根工艺头，右顶尖顶进叶根中心孔。
进一步的，所述中间辅助支撑机构包括支撑螺栓、套筒和轴承；所述套筒通过轴承安装在环形架上，所述支撑螺栓穿过套筒，支撑螺栓的顶端设置有触头单元A，所述触头单元A用来夹持支撑叶片汽道。
进一步的，所述触头单元A包括挤压式磁流变阻尼器、限位盖、球头和位移传感器；所述磁流变阻尼器上方为球窝结构，下方螺纹连接于支撑螺栓；球窝结构上方设置有限位盖，所述限位盖通过螺钉连接于磁流变阻尼器，球窝结构和限位盖共同来限定球头的旋转；所述位移传感器设置在球头上用来测量叶片汽道在加工振动过程中产生的位移偏差量。
进一步的，所述球头顶部为平面结构，位移传感器设置在该平面结构上。
进一步的，所述套筒外圈上均布有数个螺纹孔，支撑螺栓通过螺纹孔与套筒连接。
进一步的，还包括底板和燕尾导轨，所述底板上两侧平行设置有燕尾导轨；滑座设置在燕尾导轨上且可沿燕尾导轨滑动；所述滑座上设置有支脚，支脚与支撑腿和环形架构成一体支撑结构。
进一步的，所述轴承和套筒过盈配合。
进一步的，所述中间辅助支撑机构通过滑座可沿燕尾导轨左右滑动，滑座上螺纹连接用于固定滑座位置的定位螺栓。
进一步的，每个支撑螺栓末端都焊接有圆环，便于手动调节。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.发明装置实在通用的铣床基础上加装了导轨、辅助支撑机构等，保留了原有工装，具有拆装方便，成本低的特点。
2.设置轴承，在仍然使用绕铣加工方式的同时提供支撑，减少工件变形，套筒设置多个螺纹孔，可以根据实际情况使用数个支撑螺栓，解决了薄壁零件装夹难的难题。
3.设置有触头单元，触头单元设置磁流变阻尼器和位移传感器；当对叶片进行铣削加工时，可以实时获得振动状态，当振动程度超过设定值时，可以及时调控磁流变阻尼器，通过调整挤压式磁流变阻尼器中的励磁线圈的电流大小来控制磁场强度变化，进而改变输出阻尼大小，最终达到减震的目的。
4.球头可以在挤压式磁流变阻尼器和限位盖组成的球形结构内旋转，从而调整位移传感器对叶片的挤压压力。
5.与通常采用往复式铣削较长汽道的加工方案相比，本发明采用的绕铣方案可以有效减少刀具磨损，降低换刀次数，提高加工效率，从而增加企业效益。
6.本发明可以适应不同尺寸的叶片，具有良好的柔性，在绕铣较长汽道时提供辅助支撑，减少加工过程振动和弯曲变形，可以有效减少汽道变形，提高加工精度。
附图说明
图1为根据本发明实施例涉及到的立体结构示意图；
图2是本发明实施例涉及到的整体结构的主视图；
图3是本发明图1中A处局部放大剖视图。
附图标记如下：
1-燕尾导轨；2-滑座；3-支脚；4-支撑腿；5-底板；6-定位螺钉；7-环形架；8-轴承；9-套筒；10-支撑螺栓；11-挤压式磁流变阻尼器；12-限位盖；13-球头；14-位移传感器；15-螺钉；16-左顶尖；17-右顶尖；18-左虎钳；19-叶冠工艺头；20-叶片；21-叶根工艺头；22-右虎钳。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的
结合附图1-图3所示，本发明涉及到的一种用于叶片汽道加工专用柔性夹具，包括两端的夹紧机构和中间辅助支撑机构，叶片20的两端被夹紧机构夹紧固定，叶片20的汽道被中间辅助支撑机构支撑，两端夹紧机构、中间辅助支撑机构和叶片20三者可做同速、同轴旋转运动。
叶片20的两端各有一组夹紧机构，其中，左虎钳18夹紧叶冠工艺头19，左顶尖16顶进叶冠中心孔，右虎钳22夹紧叶根工艺头21，右顶尖17顶进叶根中心孔。中间辅助支撑机构还包括底板5和燕尾导轨1，所述底板上两侧平行设置有燕尾导轨1；滑座6设置在燕尾导轨1上且可沿燕尾导轨1滑动；所述滑座5上设置有支脚3，支脚3与支撑腿4、环形架7构成一体支撑结构；所述环形架内设置有轴承8；所述轴承8内设置有套筒9，二者过盈配合。中间辅助支撑机构可以根据叶片实际尺寸和加工位置，滑动滑座2调整到合适位置，再拧紧滑座上的定位螺钉6，从而使得滑座2固定在该位置处，所述套筒9两侧上均匀分布有数个螺纹孔，支撑螺栓10通过螺纹孔与套筒9连接，支撑螺栓10的数量和分布位置根据叶片20实际形状确定，以达到最好的辅助支撑作用。
每个支撑螺栓10顶端设置有触头单元A，触头单元A包括挤压式磁流变阻尼器11、限位盖12、球头13和位移传感器14；磁流变阻尼器11上方为球窝结构，下方螺纹连接于支撑螺栓10；中心开有球孔可限定球头13在球窝的限位盖12通过螺钉15连接于磁流变阻尼器11，球头13顶部为平面结构，位移传感器14设置在该平面上。转动球头13，使得其顶部的位移传感器14处于汽道曲面的法线方向，再拧紧支撑螺栓10，使位移传感器14与汽道曲面法向接触。位移传感器14可以监测加工过程中的振动，挤压式磁流变阻尼器11接收到数据后会改变磁流变液体的固化程度，从而改变输出阻尼。
本发明采用可旋转夹具，使得依然可以采用汽道绕铣的加工方案，在对汽道提供辅助支撑防止受力变形的同时，也可以减弱铣削振动，最终达到提高加工质量的目的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，包括两端的夹紧机构和中间辅助支撑机构，叶片(20)两端工艺头被夹紧机构夹紧固定，叶片(20)汽道通过中间辅助支撑机构支撑，两端的夹紧机构、中间辅助支撑机构和叶片(20)三者做同速、同轴旋转运动。
2.根据权利要求1所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，所述夹紧机构包括一个虎钳和一个顶尖；其中，虎钳包括左虎钳(18)和右虎钳(22)，顶尖包括左顶尖(16)和右顶尖(17)；所述左虎钳(18)夹紧叶冠工艺头(19)，左顶尖(16)顶进叶冠中心孔，所述右虎钳(22)夹紧叶根工艺头(21)，右顶尖(17)顶进叶根中心孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，所述中间辅助支撑机构包括支撑螺栓(10)、套筒(9)和轴承(8)；所述套筒(9)通过轴承(8)安装在环形架(7)上，所述支撑螺栓(10)穿过套筒(9)，支撑螺栓(10)的顶端设置有触头单元A，所述触头单元A用来夹持支撑叶片(20)汽道。
4.根据权利要求3所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，所述触头单元A包括挤压式磁流变阻尼器(11)、限位盖(12)、球头(13)和位移传感器(14)；所述磁流变阻尼器(11)上方为球窝结构，下方螺纹连接于支撑螺栓(10)；球窝结构上方设置有限位盖(12)，所述限位盖(12)通过螺钉(15)连接于磁流变阻尼器(11)，球窝结构和限位盖(12)共同来限定球头(13)的旋转；所述位移传感器(14)设置在球头(13)上用来测量叶片(20)汽道在加工振动过程中产生的位移偏差量。
5.根据权利要求4所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，所述球头(13)顶部为平面结构，位移传感器(14)设置在该平面结构上。
6.根据权利要求3所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，所述套筒(9)外圈上均布有数个螺纹孔，支撑螺栓(10)通过螺纹孔与套筒(9)连接。
7.根据权利要求3所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，还包括底板(5)和燕尾导轨(1)，所述底板(5)上两侧平行设置有燕尾导轨(1)；滑座(6)设置在燕尾导轨(1)上且可沿燕尾导轨(1)滑动；所述滑座(5)上设置有支脚(3)，支脚(3)与支撑腿(4)和环形架(7)构成一体支撑结构。
8.根据权利要求3所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，所述轴承(8)和套筒(9)过盈配合。
9.根据权利要求1所述的一种用于叶片汽道的加工的柔性夹具，其特征在于，所述中间辅助支撑机构通过滑座(2)可沿燕尾导轨(1)左右滑动，滑座(2)上螺纹连接用于固定滑座位置的定位螺栓(6)。
10.根据权利要求2或3任一项所述的一种用于叶片汽道加工的柔性夹具，其特征在于，每个支撑螺栓(10)末端都焊接有圆环(23)，便于手动调节。
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