CN112935875A - 一种薄壁结构件装夹工装及加工方法 - Google Patents

一种薄壁结构件装夹工装及加工方法 Download PDF

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潘继胜
张舜
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Abstract

本发明涉及机械工装技术领域，尤其涉及一种薄壁结构件装夹工装及加工方法，包括底座和涨紧机构，所述底座上开设有定位槽，所述涨紧机构和薄壁工件均设置于所述定位槽内，所述涨紧机构用于抵紧薄壁工件，使所述薄壁工件固定于定位槽内，在底座上开设有定位槽，将涨紧机构和薄壁工件均设置在定位槽内，通过涨紧机构抵紧薄壁工件，使薄壁工件压紧固定在定位槽内，薄壁工件与定位槽的侧壁以及涨紧机构的整体接触面积大，使薄壁工件各个部位受力均匀，避免了传统的夹持部位集中导致薄壁工件上点应力集中，加工完成后的变形回弹，在切削过程中，因切削过程中进给力薄壁工件容易发生形变，从而严重影响加工完成后的产品精度，导致薄壁工件加工尺寸超差，废品率较高的问题。

Description

一种薄壁结构件装夹工装及加工方法
技术领域
本发明涉及机械工装技术领域，尤其涉及一种薄壁结构件装夹工装及加工方法。
背景技术
航空器在飞行过程中，要求风阻系数小，自身重量轻，而且自身强度高，多种特性决定了飞机零部件的异形、薄壁结构；这些零件由于本身的薄壁特征，容易产生强度不够等问题；在加工过程中传统装夹会导致的点应力集中，加工完成后的变形回弹；切削过程中，因切削过程中进给力薄壁工件容易发生形变；这些因素影响都严重影响加工完成后的产品精度，从而导致薄壁工件加工尺寸超差，废品率较高。
综上所述，目前亟需一种薄壁结构件装夹工装及加工方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对航空薄壁工件采用传统装夹会导致的点应力集中，从而严重影响加工完成后的产品精度，导致薄壁工件加工尺寸超差，废品率较高的问题，提供一种薄壁结构件装夹工装及加工方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种薄壁结构件装夹工装，包括底座和涨紧机构，所述底座上设有定位槽，所述涨紧机构和薄壁工件均设置于所述定位槽内，所述涨紧机构与所述底座可拆卸连接，所述涨紧机构用于抵接所述薄壁工件固定于所述定位槽内。
在底座上开设有定位槽，将涨紧机构和薄壁工件均设置在定位槽内，通过涨紧机构抵紧薄壁工件，使薄壁工件压紧固定在定位槽内，薄壁工件与定位槽的侧壁以及涨紧机构的整体接触面积大，使薄壁工件各个部位受力均匀，避免了传统的夹持部位集中导致薄壁工件上点应力集中，加工完成后的变形回弹，在切削过程中，因切削过程中进给力薄壁工件容易发生形变，从而严重影响加工完成后的产品精度，导致薄壁工件加工尺寸超差，废品率较高的问题。
优选的，所述定位槽包括底槽和侧壁槽，所述侧壁槽对称设置所述底槽的两侧，所述涨紧机构通过底槽与所述底座可拆卸连接，所述薄壁工件设置于侧壁槽内。将涨紧机构安装于底槽内，在底槽两侧的侧壁槽分别安装薄壁工件，通过调节涨紧机构抵紧侧壁槽内的薄壁工件，实现对两个薄壁工件的同时夹持固定，从而提高装夹效率，降低薄壁工件的加工成本。
优选的，所述侧壁槽包括定位面和台阶面，所述定位面为位于所述底槽一侧的上表面区域，所述台阶面为所述定位面一侧的边框，所述薄壁工件的两侧面分别与台阶面和涨紧机构抵接。通过调节涨紧机构将薄壁工件夹持固定于侧壁槽内，薄壁工件的两侧面分别与台阶面和涨紧机构接触，提高了薄壁工件上装夹的受力部位，避免局部受力而导致的应力反弹。
优选的，所述涨紧机构包括涨套和涨芯，所述涨芯设置于所述涨套的内腔中，所述涨芯朝向所述涨套内腔的底部移动用于侧向挤压涨套的侧壁抵接薄壁工件。通过涨芯在涨套内腔的轴向移动挤压涨套朝向外侧发生变形，从而达到抵紧薄壁工件的作用。
优选的，所述涨套的内腔包括锥形腔，所述锥形腔的底部连接有滑移腔，所述涨芯沿锥形腔的开口部位装入内腔中，并朝向所述滑移腔内移动用于挤压所述涨套的侧壁朝向外侧翻转。
优选的，所述涨芯与所述锥形腔的接触面为圆弧形球面；所述涨芯内设有第一通孔，所述涨套内设有第二通孔，所述底槽内设有螺栓孔；所述第二通孔与所述滑移腔连通并贯穿所述涨套的底部；螺栓件沿第一通孔贯穿第二通孔，且与所述螺栓孔螺纹连接。涨芯与锥形腔的接触面为圆弧形球面，使涨芯在压紧锥形腔时，涨芯的圆弧形球面发生弹性形变，当压紧螺栓件向上松开时，涨芯会自动恢复形变，自动向上滑出，形成弹簧套的效果，具有避免涨紧机构松动的作用。
优选的，所述涨套为合金弹簧钢材质结构件，所述涨套热处理后的洛氏硬度为HRC50-55。涨套采用合金弹簧钢材料，并且经过热处理具有HRC50-55的洛氏硬度，使涨套具有良好的形变弹性。
优选的，所述滑移腔的轴向深度H为5～10mm，所述锥形腔与所述涨套轴线方向的夹角α为10°～15°。涨芯朝向滑移腔移动，挤压涨套的侧壁朝外翻转，滑移腔的轴向深度H为5～10mm，锥形腔的轴线夹角α为10°～15°，涨芯可挤压涨套侧壁朝外翻开的范围为0-1.5mm，具有调节涨紧机构压紧力的作用。
一种薄壁结构件加工方法，采用如权利要求1-8任一所述的一种薄壁工件装夹工装，步骤1)下料，切割毛坯的两端形成待加工的棒料；步骤2)棒料粗加工，采用铣床排夹棒料并铣棒料的四周形成方形结构件达工艺要求；步骤3)机加工棒料的两端及钻孔，采用装夹工装夹持棒料并采用加工中心铣棒料的两端并在棒料上钻孔达工艺要求；步骤4)机加工棒料的外侧壁和内凹槽，采用圆盘工装装夹棒料、采用车刀沿棒料的内侧壁机加工棒料形成内凹槽，机加工棒料的外侧壁形成弧形侧壁。
采用车床加工毛坯的两端形成待加工长度的棒料，采用铣床排夹棒料并铣棒料的四周形成方形结构件，再采用装夹工装一次装夹多件方形结构件后，采用三轴加工中心分别铣每件方形结构件的两端以及在每件方形结构件上钻孔，实现一次装夹对多个方形结构件加工，可减少加工中心的对刀次数，从而大大提高产品的加工效率，将加工完成的方形结构件安装在圆盘工装上，通采用车刀沿棒料的内侧壁机加工棒料形成内凹槽，机加工棒料的外侧壁形成弧形侧壁，采用车刀代替T型铣刀铣削加工外侧壁和内凹槽，可解决T形铣刀的切削力大，导致棒料的铣削表面质量不好且速度慢的问题。
优选的，步骤4)中，所述圆盘工装上设有若干个安装槽，所述安装槽内设有第三通孔，所述第三通孔贯穿圆盘工装，所述安装槽在圆盘工装上呈环形均布。将方形结构件安装在安装槽内，形成环形布置，刀具调整到位后，通过旋转圆盘工装即可完成多个产品的内凹槽和外侧壁的加工，从而大大提高加工效率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种薄壁结构件装夹工装及加工方法，在底座上开设有定位槽，将涨紧机构和薄壁工件均设置在定位槽内，通过涨紧机构抵紧薄壁工件，使薄壁工件压紧固定在定位槽内，薄壁工件与定位槽的侧壁以及涨紧机构的整体接触面积大，使薄壁工件各个部位受力均匀，避免了传统的夹持部位集中导致薄壁工件上点应力集中，加工完成后的变形回弹，在切削过程中，因切削过程中进给力薄壁工件容易发生形变，从而严重影响加工完成后的产品精度，导致薄壁工件加工尺寸超差，废品率较高的问题。
采用车床加工毛坯的两端形成待加工长度的棒料，采用铣床排夹棒料并铣棒料的四周形成方形结构件，再采用装夹工装一次装夹多件方形结构件后，采用三轴加工中心分别铣每件方形结构件的两端以及在每件方形结构件上钻孔，实现一次装夹对多个方形结构件加工，可减少加工中心的对刀次数，从而大大提高产品的加工效率，将加工完成的方形结构件安装在圆盘工装上，通采用车刀沿棒料的内侧壁机加工棒料形成内凹槽，机加工棒料的外侧壁形成弧形侧壁，采用车刀代替T型铣刀铣削加工外侧壁和内凹槽，可解决T形铣刀的切削力大，导致棒料的铣削表面质量不好且速度慢的问题。
本申请其他实施方式的有益效果是：
1.将涨紧机构安装于底槽内，在底槽两侧的侧壁槽分别安装薄壁工件，通过调节涨紧机构抵紧侧壁槽内的薄壁工件，实现对两个薄壁工件的同时夹持固定，从而提高装夹效率，降低薄壁工件的加工成本。
2.通过调节涨紧机构将薄壁工件夹持固定于侧壁槽内，薄壁工件的两侧面分别与台阶面和涨紧机构接触，提高了薄壁工件上装夹的受力部位，避免局部受力而导致的应力反弹。
3.涨芯与锥形腔的接触面为圆弧形球面，使涨芯在压紧锥形腔时，涨芯的圆弧形球面发生弹性形变，当压紧螺栓件向上松开时，涨芯会自动恢复形变，自动向上滑出，形成弹簧套的效果，具有避免涨紧机构松动的作用。
4.涨芯朝向滑移腔移动，挤压涨套的侧壁朝外翻转，滑移腔的轴向深度H为5～10mm，锥形腔的轴线夹角α为10°～15°，涨芯可挤压涨套侧壁朝外翻开的范围为0-1.5mm，具有调节涨紧机构压紧力的作用。
5.在底座上开设至少三个定位槽，可实现同时对至少6个薄壁工件的装夹，从而实现一次加工多个薄壁工件，提高了薄壁工件的整体加工效率。
6.将方形结构件安装在安装槽内，形成环形布置，刀具调整到位后，通过旋转圆盘工装即可完成多个产品的内凹槽和外侧壁的加工，从而大大提高加工效率。
附图说明
图1为本发明一种薄壁结构件装夹工装的结构示意图。
图2为图1中A-A剖面的结构示意图。
图3为图1中A-A底座剖面的结构示意图。
图4为涨紧机构的结构示意图。
图5为图4中B-B剖面的结构示意图。
图6为图4中B-B剖面涨套的剖视图。
图7为图4中B-B剖面涨芯的剖视图。
图8为方形结构件安装于圆盘工装上的结构示意图。
图9为图8中C-C剖面的结构示意图。
图10为薄壁工件的结构示意图。
图11为图10中D-D剖面的结构示意图。
附图标记
1-底座、1a-安装孔、2-涨紧机构、2a-涨套、2a1-锥形腔、2a2-滑移腔、2a3-第二通孔、2b-涨芯、2b1-圆弧形球面、2b2-第一通孔、2c-螺栓件、3-定位槽、3a-底槽、3b-侧壁槽、3b1-定位面、3b2-台阶面、4-薄壁工件、4a-内凹槽、4b-弧形侧壁、4c-螺纹通孔、5-圆盘工装、5a-第三通孔、6-拉紧螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示本实施例一种薄壁结构件装夹工装及加工方法，在底座1上开设有定位槽3，定位槽3包括底槽3a和侧壁槽3b，侧壁槽3b对称设置底槽3a的两侧，涨紧机构2通过底槽3a与底座1可拆卸连接，薄壁工件4设置于侧壁槽3b内，通过调节涨紧机构2抵紧侧壁槽3b内的薄壁工件4，使薄壁工件4压紧固定在侧壁槽3b内，薄壁工件4与侧壁槽3b的侧壁以及涨紧机构2的整体接触面积大，使薄壁工件4各个部位受力均匀，避免了传统的夹持部位集中导致薄壁工件4上点应力集中，加工完成后的变形回弹，在切削过程中，因切削过程中进给力薄壁工件容易发生形变，从而严重影响加工完成后的产品精度，导致薄壁工件4加工尺寸超差，废品率较高的问题。
采用车床加工毛坯的两端形成待加工长度的棒料，采用铣床排夹棒料并铣棒料的四周形成方形结构件，再采用装夹工装一次装夹多件方形结构件后，采用三轴加工中心分别铣每件方形结构件的两端以及在每件方形结构件上钻孔，并对孔钻孔攻丝形成螺纹通孔4c，实现一次装夹对多个方形结构件加工，可减少加工中心的对刀次数，从而大大提高产品的加工效率，将加工完成的方形结构件安装在圆盘工装5上，圆盘工装5上设有若干个安装槽，安装槽内设有第三通孔5a，第三通孔5a贯穿圆盘工装5，将方形结构件上的螺纹通孔4c与定位槽内的第三通孔5a相对，拉紧螺栓6贯穿定位槽内的第三通孔5a与方形结构件内的螺纹通孔4c螺纹连接，使方形结构件安装于圆盘工装5上，安装槽在圆盘工装5上呈环形均布，使方形结构件在安装槽内能够形成圆环形布置，刀具调整到位后，通过旋转圆盘工装5，采用车刀沿方形结构件的内侧壁机加工形成内凹槽4a，机加工方形结构件的外侧壁形成弧形侧壁4b，在一次加工中，可完成多个方形结构件的内凹槽4a和弧形侧壁4b的加工形成多个薄壁工件4，从而大大提高加工效率，采用车刀代替T型铣刀铣削加工弧形侧壁4b和内凹槽4a，可解决T形铣刀的切削力大，导致棒料的铣削表面质量不好且速度慢的问题。
侧壁槽3b包括定位面3b1和台阶面3b2，定位面3b1为位于底槽3a一侧的上表面区域，台阶面3b2为定位面3b1一侧的边框，薄壁工件4的两侧面分别与台阶面3b2和涨紧机构2抵接，通过调节涨紧机构2将薄壁工件4夹持固定于侧壁槽3b内，薄壁工件4的两侧面分别与台阶面3b2和涨紧机构2接触，增大了薄壁工件4上装夹的受力部位，避免薄壁工件4局部受力而导致的应力反弹。
涨紧机构2包括涨套2a，涨套2a的内腔设有若干个涨芯2b，每一所述涨芯2b均可沿涨套2a内腔的轴向移动用于挤压涨套2a抵紧薄壁工件4，涨套2a内设有锥形腔2a1，锥形腔2a1的小端连接有滑移腔2a2，涨芯2b沿锥形腔2a1的大端装入内腔中，并朝向滑移腔2a2移动用于挤压所述涨套2a的侧壁，通过涨芯2b在涨套2a内腔的轴向移动挤压涨套2a朝向外侧发生变形，从而达到抵紧薄壁工件4的作用。
每一所述涨芯2b内均设有第一通孔262，涨套2a内设有第二通孔2a3，底槽3a内设有螺栓孔，涨套2a内的第二通孔2a3与所述底槽3a内的螺栓孔位置相对应；螺栓件2c贯穿第一通孔2b2和第二通孔2a3，且与所述螺栓孔连接，涨芯2b与锥形腔2a1的接触面为圆弧形球面2b1，使涨芯2b在压紧锥形腔2a1时，涨芯2b的圆弧形球面2b1发生弹性形变，当压紧螺栓件2c向上松开时，涨芯2b会自动恢复形变，自动向上滑出，形成弹簧套的效果，具有避免涨紧机构2松动的作用。
涨套2a为合金弹簧钢材质结构件，所述涨套2a热处理后的洛氏硬度为HRC50-55，使涨套2a具有良好的形变弹性。
滑移腔2a2的轴向深度H为5～10mm，所述锥形腔2a1与所述涨套2a轴线夹角α为10°～15°，涨芯朝向滑移腔移动，挤压涨套的侧壁朝外翻转，滑移腔的轴向深度H为5～10mm，锥形腔的轴线夹角d为10°～15°，涨芯2b可挤压涨套2a侧壁朝外翻开的范围为0-1.5mm，具有调节涨紧机构2压紧力的作用。
底座1上开设有至少三个定位槽3，所述定位槽3在所述底座1上平行设置，可实现同时对至少6个薄壁工件4的装夹，从而实现一次加工多个薄壁工件4，提高了薄壁工件4的整体加工效率，底座1上开设有若干安装孔1a，通过安装孔1a，方便底座1在机床上的安装拆卸。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种薄壁结构件装夹工装，其特征在于：包括底座(1)和涨紧机构(2)，所述底座(1)上设有定位槽(3)，所述涨紧机构(2)和薄壁工件(4)均设置于所述定位槽(3)内，所述涨紧机构与所述底座可拆卸连接，所述涨紧机构(2)用于抵接所述薄壁工件(4)固定于所述定位槽(3)内。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁结构件装夹工装，其特征在于：所述定位槽(3)包括底槽(3a)和侧壁槽(3b)，所述侧壁槽(3b)对称设置所述底槽(3a)的两侧，所述涨紧机构(2)通过底槽(3a)与所述底座(1)可拆卸连接，所述薄壁工件(4)设置于侧壁槽(3b)内。
3.根据权利要求2所述的一种薄壁结构件装夹工装，其特征在于：所述侧壁槽(3b)包括定位面(3b1)和台阶面(3b2)，所述定位面(3b1)为位于所述底槽(3a)一侧的上表面区域，所述台阶面(3b2)为所述定位面(3b1)一侧的边框，所述薄壁工件(4)的两侧面分别与台阶面(3b2)和涨紧机构(2)抵接。
4.根据权利要求3所述的一种薄壁工件装夹工装，其特征在于：所述涨紧机构(2)包括涨套(2a)和涨芯(2b)，所述涨芯(2b)设置于所述涨套(2a)的内腔中，所述涨芯(2b)朝向所述涨套(2a)内腔的底部移动用于侧向挤压涨套(2a)的侧壁抵接薄壁工件(4)。
5.根据权利要求4所述的一种薄壁工件装夹工装，其特征在于：所述涨套(2a)的内腔包括锥形腔(2a1)，所述锥形腔(2a1)的底部连接有滑移腔(2a2)，所述涨芯(2b)沿锥形腔(2a1)的开口部位装入内腔中，并朝向所述滑移腔(2a2)内移动用于挤压所述涨套(2a)的侧壁朝向外侧翻转。
6.根据权利要求5所述的一种薄壁工件装夹工装，其特征在于：所述涨芯(2b)与所述锥形腔(2a1)的接触面为圆弧形球面(2b1)；所述涨芯(2b)内设有第一通孔(2b2)，所述涨套(2a)内设有第二通孔(2a3)，所述底槽(3a)内设有螺栓孔；所述第二通孔(2a3)与所述滑移腔(2a2)连通并贯穿所述涨套(2a)的底部；螺栓件(2c)沿第一通孔(2b2)贯穿第二通孔(2a3)，且与所述螺栓孔螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的一种薄壁工件装夹工装，其特征在于：所述涨套(2a)为合金弹簧钢材质结构件，所述涨套(2a)热处理后的洛氏硬度为HRC50-55。
8.根据权利要求6所述的一种薄壁工件装夹工装，其特征在于：所述滑移腔(2a2)的轴向深度H为5～10mm，所述锥形腔(2a1)与所述涨套轴线方向的夹角α为10°～15°。
9.一种薄壁结构件加工方法，采用如权利要求1-8任一所述的一种薄壁工件装夹工装，其特征在于：步骤1)下料，切割毛坯的两端形成待加工的棒料；步骤2)棒料粗加工，采用铣床排夹棒料并铣棒料的四周形成方形结构件达工艺要求；步骤3)机加工棒料的两端及钻孔，采用装夹工装夹持棒料并采用加工中心铣棒料的两端并在棒料上钻孔达工艺要求；步骤4)机加工棒料的外侧壁和内凹槽(4a)，采用圆盘工装(5)装夹棒料、采用车刀沿棒料的内侧壁机加工棒料形成内凹槽(4a)，机加工棒料的外侧壁形成弧形侧壁(4b)。
10.根据权利要求9所述的一种薄壁结构件加工方法，其特征在于：步骤4)中，所述圆盘工装(5)上设有若干个安装槽，所述安装槽内设有第三通孔(5a)，所述第三通孔(5a)贯穿圆盘工装(5)，所述安装槽在圆盘工装(5)上呈环形均布。
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