CN112658735B - 一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具及安装方法，其中，夹具包括夹持机构和定位机构，夹持机构包括夹具主体和盖板，夹具主体的第一端能够与机床的旋转工作台固定连接；涡轮盘能够通过盖板和第一紧固件固定在夹具主体的第二端上；定位机构包括位置基准块和设置在位置基准块上的角向基准块，位置基准块通过第二紧固件安装在涡轮盘上，角向基准块上设置有角向基准槽，角向基准槽对应涡轮盘的圆周上的斜榫槽设置，位置基准块的端面与涡轮盘的基准面平行。本发明能够实现线切割和成形磨削的加工基准一致，保证了涡轮盘的斜榫槽高效率和高精度加工，同时也减少了夹具零件多次安装对涡轮盘表面的损伤，更有利于保护涡轮盘零件。

Description

一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具及安装方法

技术领域

本发明涉及零件多工序组合加工夹具技术领域，尤其涉及一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具。

背景技术

涡轮是涡轮发动机的重要部件之一，在燃烧室形成高温高压燃气推动着涡轮转动，涡轮由涡轮盘和涡轮叶片组成，涡轮叶片通过其根部的榫头与涡轮盘的榫槽联接安装，在叶片与轮盘榫槽联接的诸多结构中，纵树形结构由于其材料利用充分、可承受较大的拉伸载荷以及轴向尺寸较小等突出特点被广泛用于涡轮发动机中。

目前，涡轮盘榫槽一般采用成形铣削、拉削、成形磨削、线切割等加工工艺方法进行加工制造，线切割除了可以加工上下一致的型面外，还具有加工斜面、上下异型的功能，而磨削加工工艺都被认为是一种精加工手段，结合超硬磨料技术的发展，成型磨削技术在涡轮盘榫槽的加工中表现出无可比拟的优势，其加工精度和表面质量都优于其他加工方式，成型磨削已被广泛用于涡轮盘榫槽的最后一道加工工序。

涡轮盘榫槽在加工过程中，基本上都是采用一次定位、安装来完成榫槽的粗加工和精加工，以此来减少多次安装形成的定位误差。即使采用多次定位、安装，基本上也是采用相同的加工方式和相同结构类型的设备来完成涡轮盘榫槽的加工制造。在这种情况下，利用涡轮盘上的基准孔就可完成零件的多次定位、安装。但是，如果采用线切割粗加工、成形磨削精加工的组合加工方式来完成涡轮盘斜榫槽的加工时，就会出现以下缺点：涡轮盘是典型的回转体零件。线切割加工时，涡轮盘外缘处并没有开敞，且与斜榫槽具有严格位置关系的基准特征，导致斜榫槽线切割后的位置基准和角向基准很难准确地传递到成形磨削加工工序；斜榫槽的结构复杂，采用仿形砂轮对斜榫槽进行成形磨削时，在涡轮盘外缘没有开敞且规则基准的情况下，很难准确得到斜榫槽的空间位置。因此，当采用线切割粗加工、成形磨削精加工的工艺方法对斜榫槽进行加工时，很难采用统一的位置基准和角向基准，不利于涡轮盘斜榫槽的高效高精度加工。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，其解决了涡轮盘斜榫槽在进行组合加工时，因缺少基准而造成加工精度不足和加工效率不高的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供一种用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，所述夹具包括：

夹持机构，所述夹持机构包括夹具主体和盖板，所述夹具主体的第一端能够与机床的旋转工作台固定连接；涡轮盘能够通过所述盖板和第一紧固件固定在所述夹具主体的第二端上；

定位机构，所述定位机构包括位置基准块和设置所述位置基准块上的角向基准块，所述位置基准块通过第二紧固件安装在所述涡轮盘上，所述角向基准块上设置有角向基准槽，所述角向基准槽对应所述涡轮盘的圆周上的斜榫槽设置，所述位置基准块的端面与所述涡轮盘的基准面平行；

所述角向基准块的第一端和所述位置基准块上设置有对应的销孔，所述角向基准块能够通过角向基准销杆与所述位置基准块进行定位，并通过第三紧固件安装在所述位置基准块上；

所述角向基准块的第二端的端面上开设有所述角向基准槽，所述涡轮盘的回转中心线和所述涡轮盘的圆周上的所述斜榫槽的中心位置点均在所述角向基准槽的对称平面内。

可选地，所述角向基准槽相对所述涡轮盘的回转中心的距离大于所述斜榫槽相对涡轮盘的回转中心的距离。

可选地，所述角向基准槽的对称平面与所述涡轮盘的所述斜榫槽的对称平面的夹角θ满足0°＜θ＜90°。

可选地，所述位置基准块为圆环状结构，所述位置基准块上设置有与所述涡轮盘对应的基准孔，所述位置基准块与涡轮盘为同轴安装；所述盖板能够穿过所述位置基准块的内环。

可选地，所述夹具主体的回转中心与机床旋转工作台的回转中心重合。

可选地，所述夹具主体的第二端还设置有限位轴肩，所述涡轮盘的一端抵设在所述限位轴肩上。

进一步地，本发明还提供一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具的安装方法，所述安装方法基于所述的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具进行实施，所述安装方法包括：

所述角向基准块安装在所述位置基准块上，所述夹具和所述涡轮盘在线切割机床上完成对刀操作后，从所述夹具的所述位置基准块上拆除所述角向基准块；

在将所述夹具从所述线切割机床拆装至所述成形磨削机床时，将所述角向基准块安装在所述位置基准块上，所述夹具和所述涡轮盘在成形磨削机床上完成对刀操作后，从所述夹具的所述位置基准块上拆除所述角向基准块。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的一种用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，由于采用了可拆卸的位置基准块和角向基准块，相对于现有技术而言，其巧妙地将斜榫槽相对于涡轮盘的位置关系和角向关系，都转换到位置基准块和角向基准块上，在不同加工机床通过拆装角向基准块，达到了涡轮盘线切割的加工基准与成形磨削的加工基准相统一，保证了涡轮盘的斜榫槽高效率和高精度加工；且在基准块与夹具主体的巧妙配合下，使得在整个加工过程中，仅需拆装位于位置基准块上的角向基准块，即可实现跨机床组合加工基准的同步，即位置基准块、盖板和夹具主体等夹具部分与涡轮盘之间只需进行一次定位安装，消除了因夹具零件的多次安装对涡轮盘表面造成的损伤，同时保证了组合加工时基准的一致性，也降低了拆装操作的难度，还降低了夹具相关零件的生产制造难度。

附图说明

图1为本发明的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具的立体示意图；

图2为本发明的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具的分解示意图；

图3为本发明的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具的主视局部剖视示意图；

图4为本发明的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具的俯视图。

图5为本发明的斜榫槽的放大示意图

【附图标记说明】

1：夹具主体；2：涡轮盘；3：盖板；4：位置基准块；5：角向基准块；6：第一紧固件；7：第二紧固件；8：第三紧固件；9：位置基准销杆；10：角向基准销杆；11：角向基准槽；12：涡轮盘回转中心线；13：斜榫槽对称平面；14：中心位置点。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图3的定向为参照。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1和图2所示，本发明提供一种用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，夹具包括夹持机构和定位机构，夹持机构包括夹具主体1和盖板3，夹具主体1的第一端能够与机床的旋转工作台固定连接；涡轮盘2能够通过盖板3和第一紧固件6固定在夹具主体1的第二端上；定位机构包括位置基准块4和设置在位置基准块4上的角向基准块5，位置基准块4通过第二紧固件7安装在涡轮盘2上，角向基准块5上设置有角向基准槽11，角向基准槽11对应涡轮盘2的圆周上的斜榫槽设置，位置基准块4的端面与涡轮盘2的基准面平行。夹具主体1的第二端的直径与涡轮盘2的中心孔的直径相同，盖板3和夹具主体1的第二端的端面设置有相对应的紧固件孔位，盖板3的直径大于夹具主体1第二端的直径，将涡轮盘2套设在夹具主体1上的第二端后，通过第一紧固件6将盖板3固定在夹具主体1的第二端，完成对涡轮盘2的夹持；涡轮盘2在夹持机构上安装固定后，再将位置基准块4通过销杆与涡轮盘2进行定位，完成对位置基准块4的定位后，用第二紧固件7将位置基准块4固定在涡轮盘2上；通过位置基准块4和设置在位置基准块4上的角向基准块5可以完成对加工的基准信息的记录，位置基准块4上的角向基准槽11与涡轮盘2的圆周上的斜榫槽是对应的，通过该对应关系，使得涡轮盘2的斜榫槽在进行的组合加工时，能够实现在跨机床加工时基准也得以同步。

进一步地，角向基准块5的第一端和位置基准块4上设置有对应的销孔，角向基准块5能够通过角向基准销杆10与位置基准块4进行定位，并通过第三紧固件8安装在位置基准块4上。角向基准块5与位置基准块4为可拆卸连接，在每次安装时，角向基准块5与位置基准块4之间都先通过角向基准销杆10进行定位，定位完成后再通过第三紧固件8将其进行连接固定。将角向基准块5独立于位置基准块4设置，使得在处于加工过程中的不同阶段时可以根据加工工艺对其进行快速拆装，无需每次都对夹具和涡轮盘2进行拆装，减少了误差。并且，因为角向基准块5是设置在位置基准块4上的，而非直接安装在涡轮盘2上，所以当加工过程中需要拆装角向基准块5时，只需将角向基准块5从夹具的位置基准块4上拆卸下来即可。通过该设置，在角向基准块5的拆装过程中，无需对涡轮盘2进行操作，在保证了精度的同时也减少了对涡轮盘2表面的损伤，更有利于保护涡轮盘2的零件。

具体地，角向基准块5的第二端的端面上开设有角向基准槽11，涡轮盘2的回转中心线12和涡轮盘2的圆周上的斜榫槽的中心位置点14均在角向基准槽11的对称平面内。角向基准块5的一端与位置基准块4进行配合连接，角向基准块5的另一端还设置有角向基准槽11，在本实施例中，角向基准槽11的形状为U形结构，角向基准槽11的U形结构的两个侧面为基准面，该基准面用于记录在加工时的基准信息。

加工基准能够实现跨机床进行同步，关键之一在于，涡轮盘2的回转中心线12和涡轮盘2的圆周上的斜榫槽的中心位置点14均在角向基准块5的对称平面上，如此设置，实现了将斜榫槽相对于涡轮盘2的角向关系转换成了夹具上的角向基准块5的位置关系。而且，在将涡轮盘2装夹好后，所有斜榫槽的加工是根据角向基准块5进行的，其优势在于，在完成第一步加工后，进行第二步加工时，其基准不是从涡轮盘2工件上测量获得的，而是从位于夹具上的角向基准块5上继承过来的，保证了基准的一致性，该方式获得的基准相比于测量涡轮盘2工件获得的基准，其避免了测量涡轮盘2工件时产生的误差，从而保证了加工精度。

如图4所示，在角向基准块5安装好后，角向基准槽11相对涡轮盘2的回转中心的距离大于斜榫槽相对涡轮盘2的回转中心的距离，目的在于保证切割丝在与涡轮盘2不发生干涉的情况下能够接触到角向基准槽11的两个侧基准面，实现在线切割机床上的基准定位。

如图5所示，角向基准槽11的对称平面与涡轮盘2的斜榫槽的对称平面13的夹角θ满足0°＜θ＜90°。因为在角向基准块5安装好后，涡轮盘2的回转中心和涡轮盘2的斜榫槽的中心位置点14都是在角向基准槽11的对称平面内的，再根据斜榫槽的结构特征，使得涡轮盘2的斜榫槽的对称平面13与角向基准槽11的对称平面之间必然存在一个夹角θ，这个夹角θ的范围的范围为0°＜θ＜90°。

如图2所示，位置基准块4为圆环状结构，位置基准块4上设置有与涡轮盘2对应的基准孔，位置基准块4与涡轮盘2为同轴安装；盖板3能够穿过位置基准块4的内环。在涡轮盘2安装在夹具上后，夹具的存在给获取涡轮盘2上的位置基准信息的这一操作带来了阻碍，而通过精密定位安装的位置基准块4，将位于涡轮盘2上的位置准确信息转移到位置基准块4上，使得涡轮盘2的位置基准信息体现在了位置基准块4上，能够更加方便的获取到相关基准信息。在本实施例中，在涡轮盘2的辐板上有基准孔，位置基准块4通过位置基准销杆9与涡轮盘2的辐板进行定位，完成定位后，再通过第一紧固件6将位置基准块4固定在涡轮盘2上，且位置基准块4与涡轮盘2为同轴安装。此外，夹持机构的盖板3能够穿过位置基准块4的内环，避免位置基准块4与夹具的其他零部件发生干涉。

夹具主体1的回转中心与机床旋转工作台的回转中心重合。涡轮盘2在夹具上装夹好后，在整个加工过程中，都无需将其从夹具上拆卸，因为夹具的定位机构的位置基准块4的回转中心线与涡轮盘2的回转中心线12重合以及涡轮盘2的回转中心线12与夹具主体1的回转中心线重合，即位置基准块4、涡轮盘2和夹具主体1的三个回转中心线重合，所以夹具主体1的回转中心与机床旋转工作台的回转中心重合是基准能够实现跨机床同步的关键之一，它保证了涡轮盘2的斜榫槽实现跨机床加工时位置基准的一致性。

夹具主体1的第二端还设置有限位轴肩，涡轮盘2的一端抵设在限位轴肩上。如图2和图3所示，以图3为定向参照，夹具主体1的下端为夹具主体1的第一端，夹具主体1的第一端通过压板(图中未画出)或螺栓与机床的旋转工作台进行固定连接，夹具主体1的第一端的形状以及尺寸均与对应的机床旋转工作台配合设计；夹具主体1的上端为夹具主体1的第二端，第二端设置有限位轴肩，限位轴肩到第二端的端面的距离小于涡轮盘2中心孔的深度，涡轮盘2套设在夹具主体1上且一端抵设在限位轴肩上，盖板3的直径大于涡轮盘2的中心孔的直径，盖板3再通过第一紧固件6与夹具主体1连接并将涡轮盘2压在夹具主体1上，保证了涡轮盘2在加工过程中不能发生相对于夹具主体1的移动；从而保证了基准的一致性。

进一步地，本发明还提供一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具的安装方法，该安装方法基于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具进行实施，安装方法包括：

角向基准块5安装在位置基准块4上，夹具和涡轮盘2在线切割机床上完成对刀操作后，从夹具的位置基准块4上拆除角向基准块5；目的在于，在线切割时，避免角向基准块5与机床和刀具发生干涉，从而阻碍加工以及影响基准。

在将夹具从线切割机床拆装至成形磨削机床时，将角向基准块5安装在位置基准块4上，夹具和涡轮盘2在成形磨削机床上完成对刀操作后，从夹具的位置基准块4上拆除角向基准块5。目的在于，在成形磨削时，避免角向基准块5与机床和刀具发生干涉，从而阻碍加工以及影响基准。

具体地，夹具使用的步骤包括：

第一步：将涡轮盘2安装到夹具主体1上，保证夹具主体1上的基准与涡轮盘2上的基准孔相配合。盖上盖板3，用螺钉和盖板3将涡轮盘2安装、固定在夹具主体1上。完成涡轮盘2与夹具主体1的安装；

第二步：使用位置基准销杆9将位置基准块4与涡轮盘2进行定位，调整位置基准块4的上端面与涡轮盘2的基准端面具有满足榫槽加工要求的平行度，调整位置基准块4的回转中心与涡轮盘2的回转中心之间具有满足榫槽加工要求的同轴度，并通过螺栓将位置基准块4与涡轮盘2进行固定。完成位置基准块4与涡轮盘2的定位、安装；

第三步：使用角向基准销杆10将角向基准块5与位置基准块4进行定位，确保角向基准块5上的角向基准槽11相对涡轮盘2回转中心的距离要大于斜榫槽相对于涡轮盘2中心的距离；完成角向基准块5与位置基准块4的定位、安装；

第四步：将定位、安装完成的夹具和涡轮盘2整体安装在线切割机床的工作台上，保证线切割机床工作台的回转中心与涡轮盘2的回转中心重合。通过角向基准块5上的角向基准槽11来确定斜榫槽中心在线切割机床坐标系中的位置；拆下角向基准块5，并根据斜榫槽对称面与涡轮盘2中心线的夹角θ，对斜榫槽进行线切割加工；

第五步：将经过加工的涡轮盘2和夹具整体安装到磨削机床上，调整夹具的位置，保证磨削机床工作台的回转中心与涡轮盘2的回转中心重合。安装上角向基准块5，利用角向基准块5上的角向基准槽11对线切割后的斜榫槽中心位置进行定位，得到斜榫槽中心位置在磨削机床坐标系中的位置；拆下角向基准块5，并根据斜榫槽对称面与涡轮盘2中心线的夹角θ，对斜榫槽进行成形磨削加工。

进一步地，夹具除了可以在涡轮盘2的斜榫槽线切割和成形磨削的加工过程中用于不同加工机床之间基准的同步外，还能用于涡轮盘2的斜榫槽的测量。

在本发明的描述中，需要理解的是，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，其特征在于，所述夹具包括：

夹持机构，所述夹持机构包括夹具主体和盖板，所述夹具主体的第一端能够与机床的旋转工作台固定连接；涡轮盘能够通过所述盖板和第一紧固件固定在所述夹具主体的第二端上；

定位机构，所述定位机构包括位置基准块和设置在所述位置基准块上的角向基准块，所述位置基准块通过第二紧固件安装在所述涡轮盘上，所述角向基准块上设置有角向基准槽，所述角向基准槽对应所述涡轮盘的圆周上的斜榫槽设置，所述位置基准块的端面与所述涡轮盘的基准面平行；

所述角向基准块的第一端和所述位置基准块上设置有对应的销孔，所述角向基准块能够通过角向基准销杆与所述位置基准块进行定位，并通过第三紧固件安装在所述位置基准块上；

所述角向基准块的第二端的端面上开设有所述角向基准槽，所述涡轮盘的回转中心线和所述涡轮盘的圆周上的所述斜榫槽的中心位置点均在所述角向基准槽的对称平面内。

2.如权利要求1所述的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，其特征在于，所述角向基准槽相对所述涡轮盘的回转中心的距离大于所述斜榫槽相对涡轮盘的回转中心的距离。

3.如权利要求1所述的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，其特征在于，所述角向基准槽的对称平面与所述涡轮盘的所述斜榫槽的对称平面的夹角θ满足0°＜θ＜90°。

4.如权利要求1-3任意一项所述的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，其特征在于，所述位置基准块为圆环状结构，所述位置基准块上设置有与所述涡轮盘对应的基准孔，所述位置基准块与涡轮盘为同轴安装；所述盖板能够穿过所述位置基准块的内环。

5.如权利要求1-3任意一项所述的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，其特征在于，所述夹具主体的回转中心与机床旋转工作台的回转中心重合。

6.如权利要求1-3任意一项所述的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具，其特征在于，所述夹具主体的第二端还设置有限位轴肩，所述涡轮盘的一端抵设在所述限位轴肩上。

7.一种涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具的安装方法，其特征在于，所述安装方法基于如权利要求1-6中任意一项所述的用于涡轮盘斜榫槽线切割和成形磨削的夹具进行实施，所述安装方法包括：

所述角向基准块安装在所述位置基准块上，所述夹具和所述涡轮盘在线切割机床上完成对刀操作后，从所述夹具的所述位置基准块上拆除所述角向基准块；

在将所述夹具从所述线切割机床拆装至所述成形磨削机床时，将所述角向基准块安装在所述位置基准块上，所述夹具和所述涡轮盘在成形磨削机床上完成对刀操作后，从所述夹具的所述位置基准块上拆除所述角向基准块。

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