CN112247618B - 一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具及方法，属于航空发动机叶片数控加工技术领域；包括底座、叶片叶尖夹紧组件、叶片榫根楔形面夹紧组件和叶片榫根侧面夹紧组件；叶片榫根楔形面夹紧组件通过第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴装夹叶片榫根楔形面；叶片榫根侧面夹紧组件包括球头定位销和球头螺纹夹紧定位销，从叶片榫根侧面装夹和定位；叶片叶尖夹紧组件包括底座前板、三爪卡盘和卡盘底座；三爪卡盘通过卡盘底座安装于所述底座前板的侧壁上；通过三爪卡盘对叶片叶尖的拉力定位，并限制叶片沿其工艺圆柱轴的轴向的位移。本发明在叶片装夹过程中，在保证不损坏发动机叶片的情况下，实现对整个发动机叶片的定位和夹紧。

Description

一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具及方法
技术领域
本发明属于航空发动机叶片数控加工技术领域，具体涉及一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具及方法。
背景技术
叶片是航空发动机的关键零部件，在发动机上占有重要地位，叶片加工质量严重影响航空发动机的整体性能。叶片主要具有以下特点：叶片属于曲面复杂且扭角大的薄壁零件；叶片材料主要是钛合金等难加工材料且几何精度要求高。锻造作为一种高效低成本的工艺方法，已经广泛应用于航空发动机叶片毛坯制造领域。受限于目前的锻造技术，叶片的榫根无法精锻成型，需要进行数控加工。因此，叶片榫根端面批量化加工对于叶片夹具提出了很高的要求。一方面，叶片加工夹具要求夹紧力均匀，避免由于夹具的夹紧力而导致叶片型面的变形和损伤。另一方面，叶片加工夹具要求安装方便且重复装夹定位精度高，这有利于叶片的批量化生产。针对上述要求，有必要设计一种专用夹具，完成叶片榫根端面的批量化加工。
在中国专利201210102689.X中公开了“一种树脂压紧曲面数控加工精锻叶片榫根夹具”。夹具箱盖和夹具箱体通过偏心销轴连接，夹具箱体和夹具箱盖其与叶背叶盆接触的部分以及与榫根接触的部分均涂有树脂材料层，使叶片加工稳定且不易产生变形。但是该夹具定位时采用的两个金属条在多次装夹后可能磨损变形，进而受力分布不均，最终影响加工质量。
在中国专利201210249365.9中公开了“一种精锻叶片型面定位装夹的方法及其夹具”。该夹具通过叶盆型面定位块和叶背型面夹紧块，利用高精度定位胶和涂胶的方法，对叶片实施定位夹紧，提高了叶片机械加工的定位精度。但该夹具采用硬装夹方式，夹紧力无法均匀传递到叶身型面上，有可能会造成叶片装夹变形。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具及方法，该夹具以叶片榫根楔形面、叶片榫根侧面和叶片叶尖工艺圆柱进行定位和夹紧；叶片榫根楔形面定位采用圆柱定位轴进行定位，叶片榫根侧面定位采用球头定位销和球头螺纹夹紧定位销进行定位和夹紧，叶尖采用三爪卡盘夹紧叶尖工艺圆柱并且通过三爪卡盘底座拉紧螺杆来进行夹紧定位。
本发明的技术方案是：一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具，其特征在于：包括底座、叶片叶尖夹紧组件、叶片榫根楔形面夹紧组件和叶片榫根侧面夹紧组件；所述叶片叶尖夹紧组件、叶片榫根楔形面夹紧组件分别固定安装于所述底座上表面的前后两端；
所述叶片榫根楔形面夹紧组件包括第一底座后板、第二底座后板、第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴；所述第一底座后板和第二底座后板均垂直固定于底座的后端，且平行相对设置；所述第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴相互平行并垂直固定于第一底座后板和第二底座后板之间，用于装夹和定位叶片榫根楔形面，限制叶片榫根竖直方向的移动；
所述叶片榫根侧面夹紧组件包括球头定位销和球头螺纹夹紧定位销，所述球头定位销、球头螺纹夹紧定位销分别穿过第二底座后板、第一底座后板与叶片榫根的两侧面压紧，并位于所述第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴之间，用于装夹和定位叶片榫根侧面，限制叶片榫根水平方向的移动；
所述叶片叶尖夹紧组件包括底座前板、三爪卡盘和卡盘底座，所述底座前板垂直固定于底座的前端；所述三爪卡盘通过卡盘底座安装于所述底座前板的侧壁上，并朝向所述叶片榫根楔形面夹紧组件；所述卡盘底座的底面中心处同轴固定有拉紧螺杆，所述拉紧螺杆穿过所述底座前板上的螺纹孔，并通过夹紧螺母紧固；所述三爪卡盘的卡爪用于夹紧叶片叶尖的工艺圆柱，通过拧紧所述夹紧螺母对所述卡盘底座、三爪卡盘和叶片叶尖的工艺圆柱轴产生轴向拉力，进而通过拉力对叶片叶尖定位，并限制叶片沿其工艺圆柱轴的轴向的位移。
本发明的进一步技术方案是：所述叶片叶尖夹紧组件还包括底座前板三角加强筋，用于将所述底座前板紧固于底座上。
本发明的进一步技术方案是：所述底座的后端开有四个紧固螺栓安装孔和四个销钉定位孔，通过四个底座紧固螺栓、四个底座定位销钉与第一底座后板和第二底座后板连接；底座的前端开有三个紧固螺栓安装孔和两个销钉定位孔，通过三个紧固螺栓、两个底座定位销钉与底座前板和底座前板加强筋连接。
本发明的进一步技术方案是：所述第一底座后板和第二底座后板上部均开有三个销钉孔，所述第一圆柱定位轴的两端分别通过第一螺纹定位销、第一螺纹定位销垫片、第二螺纹定位销、第二螺纹定位销垫片与第一底座后板和第二底座后板连接；所述第二圆柱定位轴的两端分别通过第三螺纹定位销、第三螺纹定位销垫片、第四螺纹定位销、第四螺纹定位销垫片与第一底座后板和第二底座后板连接。
本发明的进一步技术方案是：所述三爪卡盘的端面上沿周向均布三个紧固螺栓安装孔，所述三爪卡盘通过沿周向均布的第一卡盘紧固螺栓、第二卡盘紧固螺栓、第三卡盘紧固螺栓与所述卡盘底座固定连接。
一种采用航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具进行装夹的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：将所述第一圆柱定位轴的两端分别通过第一螺纹定位销、第一螺纹定位销垫片、第二螺纹定位销垫片、第二螺纹定位销定位并夹紧安装于第一底座后板、第二底座后板上；
步骤二：将所述球头定位销插入第二底座后板；
步骤三：将叶片榫根放于第一圆柱定位轴上放，然后将所述第二圆柱定位轴的两端分别通过第三螺纹定位销垫片、第三螺纹定位销、第四螺纹定位销垫片、第四螺纹定位销定位并夹紧安装于第一底座后板、第二底座后板上；
步骤四：用所述三爪卡盘的卡爪夹紧叶片叶尖的工艺圆柱；
步骤五：将所述拧紧球头螺纹夹紧定位销插入第一底座后板，与叶片榫根侧面接触；
步骤六：使用力矩扳手对所述夹紧螺母进行拧紧，通过三爪卡盘底座拉紧螺杆配合使用夹紧螺母沿叶片积叠轴方向进行拉紧；
步骤七：将所述球头螺纹夹紧定位销进行拧紧，用于限制叶片在加工时的左右位移。
本发明的进一步技术方案是：所述第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴安装位置位于叶片榫根楔形面的平直段。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明提出一种用于航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具，该夹具通过对叶片榫根楔形面、榫根侧面和叶尖工艺圆柱三个部位的定位和夹紧，在保证不损坏发动机叶片的情况下，实现对整个发动机叶片的定位和夹紧；叶片榫根楔形面定位采用圆柱定位轴进行定位，叶片榫根侧面定位采用球头定位销和球头螺纹夹紧定位销进行定位和夹紧，叶尖采用三爪卡盘夹紧叶尖工艺圆柱并且通过三爪卡盘底座拉紧螺杆来进行夹紧定位为本发明的要点。本发明在叶片装夹过程中，对叶片可进行快速定位和夹紧，能够满足榫根端面与叶片榫根楔形面的位置要求，保证楔形面的中分面与榫根端面误差不超过0.05。且具有结构简单、安装方便、定位准确的特点，对于实现叶片的批量化高效生产具有重要意义。
附图说明
图1为本发明一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具示意图；
图2为本发明夹具的右侧示意图；
图3为本发明夹具的底座示意图；
图4为本发明夹具的左侧示意图；
附图标记说明：1.底座 2.第一底座后板 3.第二底座后板 4.第一螺纹定位销 5.第一螺纹定位销垫片 6.第一圆柱定位轴 7.第二螺纹定位销垫片 8.第二螺纹定位销 9.第三螺纹定位销垫片 10.第三螺纹定位销 11.球头定位销 12.第二圆柱定位轴 13.第四螺纹定位销垫片 14.第四螺纹定位销 15.球头螺纹夹紧定位销 16.三爪卡盘 17.卡盘底座 18.第一卡盘紧固螺栓 19.第二卡盘紧固螺栓 20.第三卡盘紧固螺栓 21.夹紧螺母垫片 22.夹紧螺母 23.卡盘底座拉紧螺杆 24.第一加强筋紧固螺栓 25.底座前板 26.底座前板三角加强筋 27.第二加强筋紧固螺栓 28.底座紧固螺栓 29.底座定位销钉。
具体实施方式
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”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
本实施例是一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具。
参阅图1～图4，本实施例是用于叶片榫根端面加工的专用夹具，由底座1、第一底座后板2、第二底座后板3、第一螺纹定位销4、第一螺纹定位销垫片5、第一圆柱定位轴6、第二螺纹定位销垫片7、第二螺纹定位销8、第三螺纹定位销垫片9、第三螺纹定位销10、球头定位销11、第二圆柱定位轴12、第四螺纹定位销垫片13、第四螺纹定位销14、球头螺纹夹紧定位销15、三爪卡盘16、卡盘底座17、第一卡盘紧固螺栓18、第二卡盘紧固螺栓19、第三卡盘紧固螺栓20、夹紧螺母垫片21、夹紧螺母22、卡盘底座拉紧螺杆23、第一加强筋紧固螺栓24、底座前板25、底座前板三角加强筋26、第二加强筋紧固螺栓27、底座紧固螺栓28、底座定位销29组成。
其中，所述底座1一侧通过四个底座紧固螺栓28和四个底座定位销29与第一底座后板2和第二底座后板3连接，另一侧通过两个底座紧固螺栓28和两个底座定位销29与底座前板25连接，并且通过第二加强筋紧固螺栓27和底座前板三角加强筋26连接。
所述第一底座后板2上分布着两个与底座连接的紧固螺栓安装孔和两个销钉定位孔，通过两个底座紧固螺栓28和两个底座定位销29与底座1连接。其上还有与第一圆柱定位轴6、球头螺纹夹紧定位销15、第二圆柱定位轴12连接的三个销钉孔。所述第二底座后板3上分布着两个与底座连接的紧固螺栓安装孔和两个销钉定位孔，通过两个底座紧固螺栓28和两个底座定位销29与底座1连接。其上还有与第一圆柱定位轴6、球头定位销11、第二圆柱定位轴12连接的三个销钉孔。
所述底座前板25上分布着两个紧固螺栓安装孔和两个销钉定位孔，通过两个底座紧固螺栓28和两个底座定位销29与底座1连接；其上还有三爪卡盘底座拉紧螺杆23的连接孔，并且通过第一加强筋紧固螺栓24与底座前板三角加强筋26连接。所述三爪卡盘16分布着三个与卡盘底座17连接的紧固螺栓安装孔，通过第一卡盘紧固螺栓18、第二卡盘紧固螺栓19、第三卡盘紧固螺栓20与卡盘底座17连接，并且使用夹紧螺母22和夹紧螺母垫片21通过卡盘底座拉紧螺杆23沿叶片积叠轴方向对叶片进行拉紧定位。
本实施例中，对叶片榫根端面进行加工之前需要对叶片进行定位和夹紧。
对叶片定位夹紧时，首先将第一圆柱定位轴6通过第一螺纹定位销4、第一螺纹定位销垫片5、第二螺纹定位销垫片7、第二螺纹定位销8定位并且夹紧；然后插入球头定位销11，将叶片放入夹具内，将第二圆柱定位轴12通过第三螺纹定位销垫片9、第三螺纹定位销10、第四螺纹定位销垫片13、第四螺纹定位销14定位并且夹紧；再然后用三爪卡盘16夹紧叶片叶尖工艺台，用较小的力拧紧球头螺纹夹紧定位销15，使用力矩扳手对夹紧螺母22进行拧紧。最后，对球头螺纹夹紧定位销15进行拧紧，以使叶片在加工时左右不发生位移。
加工完成后先拧松夹紧螺母22和三爪卡盘16，然后依次拧开第四螺纹定位销14和第三螺纹定位销10，拧松球头螺纹夹紧定位销15，取下第四螺纹定位销垫片13和第三螺纹定位销垫片9，最后取出第二圆柱定位轴12，即可取出叶片。再次装夹重复装夹步骤即可。
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 (6)

1.一种航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具，其特征在于：包括底座、叶片叶尖夹紧组件、叶片榫根楔形面夹紧组件和叶片榫根侧面夹紧组件；所述叶片叶尖夹紧组件、叶片榫根楔形面夹紧组件分别固定安装于所述底座上表面的前后两端；
所述叶片榫根楔形面夹紧组件包括第一底座后板、第二底座后板、第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴；所述第一底座后板和第二底座后板均垂直固定于底座的后端，且平行相对设置；所述第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴相互平行并垂直固定于第一底座后板和第二底座后板之间，用于装夹和定位叶片榫根楔形面，限制叶片榫根竖直方向的移动；
所述叶片榫根侧面夹紧组件包括球头定位销和球头螺纹夹紧定位销，所述球头定位销、球头螺纹夹紧定位销分别穿过第二底座后板、第一底座后板与叶片榫根的两侧面压紧，并位于所述第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴之间，用于装夹和定位叶片榫根侧面，限制叶片榫根水平方向的移动；
所述叶片叶尖夹紧组件包括底座前板、三爪卡盘和卡盘底座，所述底座前板垂直固定于底座的前端；所述三爪卡盘通过卡盘底座安装于所述底座前板的侧壁上，并朝向所述叶片榫根楔形面夹紧组件；所述卡盘底座的底面中心处同轴固定有拉紧螺杆，所述拉紧螺杆穿过所述底座前板上的螺纹孔，并通过夹紧螺母紧固；所述三爪卡盘的卡爪用于夹紧叶片叶尖的工艺圆柱，通过拧紧所述夹紧螺母对所述卡盘底座、三爪卡盘和叶片叶尖的工艺圆柱轴产生轴向拉力，进而通过拉力对叶片叶尖定位，并限制叶片沿其工艺圆柱轴的轴向的位移；
所述第一底座后板和第二底座后板上部均开有三个销钉孔，所述第一圆柱定位轴的两端分别通过第一螺纹定位销、第一螺纹定位销垫片、第二螺纹定位销、第二螺纹定位销垫片与第一底座后板和第二底座后板连接；所述第二圆柱定位轴的两端分别通过第三螺纹定位销、第三螺纹定位销垫片、第四螺纹定位销、第四螺纹定位销垫片与第一底座后板和第二底座后板连接。
2.根据权利要求1所述航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具，其特征在于：所述叶片叶尖夹紧组件还包括底座前板三角加强筋，用于将所述底座前板紧固于底座上。
3.根据权利要求1所述航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具，其特征在于：所述底座的后端开有四个紧固螺栓安装孔和四个销钉定位孔，通过四个底座紧固螺栓、四个底座定位销钉与第一底座后板和第二底座后板连接；底座的前端开有三个紧固螺栓安装孔和两个销钉定位孔，通过三个紧固螺栓、两个底座定位销钉与底座前板和底座前板加强筋连接。
4.根据权利要求1所述航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具，其特征在于：所述三爪卡盘的端面上沿周向均布三个紧固螺栓安装孔，所述三爪卡盘通过沿周向均布的第一卡盘紧固螺栓、第二卡盘紧固螺栓、第三卡盘紧固螺栓与所述卡盘底座固定连接。
5.一种采用权利要求1所述航空发动机叶片榫根端面加工的专用夹具进行装夹的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：将所述第一圆柱定位轴的两端分别通过第一螺纹定位销、第一螺纹定位销垫片、第二螺纹定位销垫片、第二螺纹定位销定位并夹紧安装于第一底座后板、第二底座后板上；
步骤二：将所述球头定位销插入第二底座后板；
步骤三：将叶片榫根放于第一圆柱定位轴上放，然后将所述第二圆柱定位轴的两端分别通过第三螺纹定位销垫片、第三螺纹定位销、第四螺纹定位销垫片、第四螺纹定位销定位并夹紧安装于第一底座后板、第二底座后板上；
步骤四：用所述三爪卡盘的卡爪夹紧叶片叶尖的工艺圆柱；
步骤五：将所述拧紧球头螺纹夹紧定位销插入第一底座后板，与叶片榫根侧面接触；
步骤六：使用力矩扳手对所述夹紧螺母进行拧紧，通过三爪卡盘底座拉紧螺杆配合使用夹紧螺母沿叶片积叠轴方向进行拉紧；
步骤七：将所述球头螺纹夹紧定位销进行拧紧，用于限制叶片在加工时的左右位移。
6.根据权利要求5所述装夹的方法，其特征在于：所述第一圆柱定位轴和第二圆柱定位轴安装位置位于叶片榫根楔形面的平直段。
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