CN113523850B - 一种非回转体锥形零件的夹具及装夹方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非回转体锥形零件的夹具及装夹方法，所述夹具包括定位大圆盘、仿形定位盘、罩壳、连接圆盘、顶锥、丝杠螺母、丝杠、锁紧螺母、内轴套、连接键、直线轴承和导向柱。本发明仅通过定位大圆盘、仿形定位盘、顶锥及其附属零件便可以完成对非回转体锥形零件进行定位。实现了夹具结构简单便于实现和组装。本发明采用了定位大圆盘的仿形凸台和工件的大端面进行定位，通过调节定位大圆盘与仿形定位盘之间的螺栓使得直线轴承沿着导向柱的距离变化，进而挤压仿形定位盘调整与工件的相对位置，由此便可以调整工件相对于定位大圆盘的俯仰角度，能够实现对非回转体锥形零件进行精准定位。实现了定位调整过程效率高、定位精度高。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工制造、工装夹具技术领域，特别是一种非回转体锥形零件的夹具及装夹方法。
背景技术
天线罩是一个非回转体锥形零件，是用在航空飞行器上的零件之一，其材料为熔融石英，莫氏硬度为7，维氏硬度HV620，弹性模量约为72.4×103MPa，抗拉强度为34.4MPa，具有高的硬度、低的弹性模量、高的抗压强度和低的抗拉强度、以及塑性韧性差、耐热性能好的特点。锥形薄壁零件的形状特征使得该零件沿轴向抗压能力强，沿径向夹持易变形；针对此类的零件传统定位方式采用零散的盖板进行组合，将工件进行限制自由度后需要不断调整各个盖板的相对位置，此种夹持方式使得夹持零件定位精度低，且在测量或者加工过程因需要经常变换天线罩的位置，以满足不同位置的测试姿态，需要人工对夹具进行拆卸，将天线罩重新调整好位置后，再装上相对应的夹具并重新划线定位，此种操作流程使得加工效率极低。传统加工方式采用人工定点测量后，用砂轮加工直到临近干涉的局部区域，再依次更换刀具并重新改变零件相对于夹具的位置，此种加工方式使得加工精度低，一致性较差。
随着现如今雷达技术的发展，与之配套的天线罩需要大量生产，此时也需要发明新型夹具，使得满足雷达系统天线罩零件的需求量。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种定位精度高、加工效率高且产品质量一致性好的非回转体锥形零件的夹具及装夹方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种非回转体锥形零件的夹具，包括定位大圆盘、仿形定位盘、罩壳、连接圆盘、顶锥、丝杠螺母、丝杠、锁紧螺母、内轴套、连接键、直线轴承和导向柱；
所述定位大圆盘中心设置仿形通孔，仿形通孔的形状和尺寸与工件大端内侧面的形状和尺寸相同；定位大圆盘的前端面为平面；定位大圆盘的后端面设置两级凸台，外侧的凸台为圆形凸台、中间的凸台为仿形凸台；仿形凸台的内侧面的形状和尺寸与工件大端外侧面的形状和尺寸相同，用于工件大端的径向定位；仿形凸台内侧与仿形孔之间的端面与工件的大端面接触，用于工件大端的轴向定位；圆形凸台的环形端面与罩壳大端的端面进行接触定位；
定位大圆盘端面上设置三个螺纹孔和四个通孔；
定位大圆盘的前端面与后端面之间的夹角为3-10°，所述定位大圆盘的前端面与工件的轴线垂直；
所述仿形定位盘嵌套在工件外侧、靠近工件大端端面L/10-L/6处，L为工件长度，仿形定位盘的中心具有仿形孔，所述仿形孔的形状和尺寸与工件靠近大端端面L/10-L/6处外侧的形状和尺寸相同；
所述仿形定位盘上设置三个阶梯孔和四个通孔，仿形定位盘上的三个阶梯孔和四个通孔与定位大圆盘上的三个螺纹孔和四个通孔分别对应；四个阶梯孔内均安装直线轴承，直线轴承的法兰固定在仿形定位盘的后端面上；仿形定位盘通过导向柱与定位大圆盘连接，导向柱的一端固定在定位大圆盘上的螺纹孔中、另一端穿过直线轴承后通过螺母锁紧；仿形定位盘的四个通孔和定位大圆盘的4个通孔通过螺栓连接紧固；
所述罩壳为三阶梯圆形壳体，前段圆形壳体的外径尺寸最大，后段圆形壳体的外径尺寸最小；前段圆形壳体的外径尺寸与定位大圆盘的外径尺寸相同，后段圆形壳体的外径尺寸与连接圆盘的外径尺寸相同；罩壳后侧的端面与连接圆盘的前侧阶梯面接触定位并通过螺栓连接；
所述连接圆盘具有多阶梯的内腔，内腔前侧通过连接键与顶锥连接、内腔后侧的阶梯面与轴套接触定位；所述丝杠贯穿整个连接圆盘内腔，丝杠的前端与丝杠螺母连接进行传动，所述丝杠螺母安装在顶锥内；丝杠的后端穿过轴套通过锁紧螺母锁紧；
所述顶锥的大端具有锥形内腔且与工件小端的形状相匹配，顶锥的另一端具有圆柱形内腔并安装丝杠螺母。
进一步地，所述顶锥的外围均布四个键槽，通过连接键与连接圆盘内腔定位。
进一步地，所述仿形定位盘与工件之间设置仿形垫片。
进一步地，所述丝杠螺母与顶锥之间放置缓冲垫片。
进一步地，所述仿形定位盘的一侧削边处理，防止倾斜状态下与罩壳干涉。
一种非回转体锥形零件的装夹方法，利用非回转体锥形零件的夹具对工件进行装夹，包括以下步骤：
A、将工件的大端面与定位大圆盘最外侧的环形端面进行贴合，并使得定位大圆盘中间的仿形孔与工件大端对齐；
B、将仿形定位盘从工件的小端穿过，使其在靠近工件大端的L/10-L/6处找到最佳贴合紧密的位置，仿形定位盘的三个阶梯孔均安装有直线轴承，将定位大圆盘的螺纹孔与仿形定位盘的阶梯孔对准，通过导向柱一端与定位大圆盘的螺纹孔进行连接，另一端穿过直线轴承，并用螺母进行固定，将定位大圆盘的4个通孔和仿形定位盘的4个通孔通过螺栓连接；完成工件的大端定位；
C、通过顶锥的锥形内腔与工件小端的球形面相接触进行定位，通过扳手转动丝杠一端，施加扭矩使得丝杠旋转，通过丝杠的旋转运动驱动丝杠螺母进行直线移动并带动顶锥做轴向移动，使得顶锥压紧工件的尖端部位。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明仅通过定位大圆盘、仿形定位盘、顶锥及其附属零件便可以完成对非回转体锥形零件进行定位。实现了夹具结构简单便于实现和组装。
2、由于本发明采用了定位大圆盘的仿形凸台和工件的大端面进行定位，通过调节定位大圆盘与仿形定位盘之间的螺栓使得仿形定位盘随同直线轴承沿着导向柱轴向移动进而挤压仿形定位盘调整与工件的相对位置，由此便可以调整工件相对于定位大圆盘的俯仰角度，能够实现对非回转体锥形零件进行精准定位。实现了定位调整过程效率高、定位精度高；
3、由于本发明采用了定位大圆盘与仿形定位盘均具有与工件截面形状相似的形状，在相同零件的定位过程中，能够保证同类型工件的基准位置相同，实现了工件具有较好的一致性。
附图说明
图1是非回转体锥形薄壁零件在夹具夹持作用下的全剖视图。
图2是夹具后端局部放大图。
图3是定位大圆盘左侧视图。
图4定位大圆盘纵向剖视图。
图5是非回转锥形零件示意图。
图6是图5的左侧视图。
图7是仿形定位盘的纵向剖视图。
图8是图7的左侧视图。
图中：1-定位大圆盘，2-螺栓，3-仿形定位盘，4-仿形垫片，5-工件，6-罩壳，7-连接圆盘，8-顶锥，9-丝杠螺母，10-缓冲垫片，11-丝杠，12-锁紧螺母，13-内轴套，14-连接键，15-直线轴承，16-导向柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-8所示，一种非回转体锥形零件的夹具，包括定位大圆盘1、仿形定位盘3、罩壳6、连接圆盘7、顶锥8、丝杠螺母9、丝杠11、锁紧螺母12、内轴套13、连接键14、直线轴承15和导向柱16；
所述定位大圆盘1中心设置仿形通孔，仿形通孔的形状和尺寸与工件5大端内侧面的形状和尺寸相同；定位大圆盘1的前端面为平面；定位大圆盘1的后端面设置两级凸台，外侧的凸台为圆形凸台、中间的凸台为仿形凸台；仿形凸台的内侧面的形状和尺寸与工件5大端外侧面的形状和尺寸相同，用于工件5大端的径向定位；仿形凸台内侧与仿形孔之间的端面与工件5的大端面接触，用于工件5大端的轴向定位；圆形凸台的环形端面与罩壳6大端的端面进行接触定位；
定位大圆盘1端面上设置三个螺纹孔和四个通孔；
定位大圆盘1的前端面与后端面之间的夹角为3-10°，所述定位大圆盘1的前端面与工件5的轴线垂直；
所述仿形定位盘3嵌套在工件5外侧、靠近工件5大端端面L/10-L/6处，L为工件5长度，仿形定位盘3的中心具有仿形孔，所述仿形孔的形状和尺寸与工件5靠近大端端面L/10-L/6处外侧的形状和尺寸相同；
所述仿形定位盘3上设置三个阶梯孔和四个通孔，仿形定位盘3上的三个阶梯孔和四个通孔与定位大圆盘1上的三个螺纹孔和四个通孔分别对应；四个阶梯孔内均安装直线轴承15，直线轴承15的法兰固定在仿形定位盘3的后端面上；仿形定位盘3通过导向柱16与定位大圆盘1连接，导向柱16的一端固定在定位大圆盘1上的螺纹孔中、另一端穿过直线轴承15后通过螺母锁紧；仿形定位盘3的四个通孔和定位大圆盘1的4个通孔通过螺栓2连接紧固；
所述罩壳6为三阶梯圆形壳体，前段圆形壳体的外径尺寸最大，后段圆形壳体的外径尺寸最小；前段圆形壳体的外径尺寸与定位大圆盘1的外径尺寸相同，后段圆形壳体的外径尺寸与连接圆盘7的外径尺寸相同；罩壳6后侧的端面与连接圆盘7的前侧阶梯面接触定位并通过螺栓连接；
所述连接圆盘7具有多阶梯的内腔，内腔前侧通过连接键14与顶锥8连接、内腔后侧的阶梯面与轴套接触定位；所述丝杠11贯穿整个连接圆盘7内腔，丝杠11的前端与丝杠螺母9连接进行传动，所述丝杠螺母9安装在顶锥8内；丝杠11的后端穿过轴套通过锁紧螺母12锁紧；
所述顶锥8的大端具有锥形内腔且与工件5小端的形状相匹配，顶锥8的另一端具有圆柱形内腔并安装丝杠螺母9。
进一步地，所述顶锥8的外围均布四个键槽，通过连接键14与连接圆盘7内腔定位。
进一步地，所述仿形定位盘3与工件5之间设置仿形垫片4。
进一步地，所述丝杠螺母9与顶锥8之间放置缓冲垫片10。
进一步地，所述仿形定位盘3的一侧削边处理，防止倾斜状态下与罩壳6干涉。
一种非回转体锥形零件的装夹方法，利用非回转体锥形零件的夹具对工件5进行装夹，包括以下步骤：
D、将工件5的大端面与定位大圆盘1最外侧的环形端面进行贴合，并使得定位大圆盘1中间的仿形孔与工件5大端对齐；
E、将仿形定位盘3从工件5的小端穿过，使其在靠近工件5大端的L/10-L/6处找到最佳贴合紧密的位置，仿形定位盘3的三个阶梯孔均安装有直线轴承15，将定位大圆盘1的螺纹孔与仿形定位盘3的阶梯孔对准，通过导向柱16一端与定位大圆盘1的螺纹孔进行连接，另一端穿过直线轴承15，并用螺母进行固定，将定位大圆盘1的4个通孔和仿形定位盘3的4个通孔通过螺栓2连接；完成工件5的大端定位；
F、通过顶锥8的锥形内腔与工件5小端的球形面相接触进行定位，通过扳手转动丝杠11一端，施加扭矩使得丝杠11旋转，通过丝杠11的旋转运动驱动丝杠螺母9进行直线移动并带动顶锥8做轴向移动，使得顶锥8压紧工件5的尖端部位。
本发明各零部件的主要功能如下：
定位大圆盘1用于工件5和罩壳6的轴向和径向定位；仿形定位盘3的内孔形状和尺寸与工件5靠近大端端面L/10-L/6处外侧的形状和尺寸相契合，更好实现夹紧力的稳定与均匀性；连接螺栓2将定位大圆盘1与仿形定位盘3进行连接，并通过旋紧螺栓实现对工件5的压紧；直线轴承15进一步限制自由度，起导向作用，防止连接螺栓2连接定位大圆盘1和仿形定位盘3之间的间隙影响定位精度；仿形垫片4位于仿形定位盘3与工件5之间，仿形垫片4使得夹紧力均匀化施加到工件5上，防止压紧过程中对工件5表面造成刮伤；罩壳6的外形仿照工件5的特征尺寸进行制定，作为中间媒介连接工件5的两端，便于实现定位与夹紧；尾部定位盘外表面有台阶面，一方面与罩壳6连接抵消轴向压紧力，外部留有可夹持的外圆面，便于将夹具与工件5进行整体固定，在其内部有内腔，安装对工件5顶尖夹紧的零件；顶锥8的前部分有锥形内腔，可实现对工件5顶尖部位的夹持，后部分有圆柱形内腔，便于安装驱动丝杠11，且其外壁具有键槽，通过连接键14与尾部定位盘内腔的键槽进行配合；丝杠螺母9通过缓冲垫片10与顶锥8进行接触；内轴套13实现对丝杠11轴端进行定位；锁紧螺母12实现对丝杠11的轴向定位。丝杠螺母9在顶锥8的内腔之中，顶锥8内腔可容纳丝杠螺母9的全长，丝杠11悬伸的尺寸小，丝杠11进给精度较高。
本发明的实施案例如下：
某大型天线罩为三棱锥形天线罩，在进行电性能测试或内轮廓修磨加工时，需要将其定位在机床上，采用本发明的夹具及加工方法，具体实施方式如下：
首先将三棱锥形天线罩大端面靠在定位大圆盘1的仿形凸台内侧的定位面上，然后将仿形定位盘3从天线罩的尖端套入，尽可能地靠近天线罩大端面，并与定位大圆盘1前端面平行，通过螺栓2将定位大圆盘1和仿形定位盘3连接，以压紧天线罩，压紧过程中直线轴承15起着限位作用。将罩壳6的一端通过螺栓固定连接在定位大圆盘1的最外侧的环形端面上，另一端与连接圆盘7相连接，在连接圆盘7的内腔依次装入丝杠螺母9、丝杠11、轴承、端盖和顶锥8等相关零件，通过手工调节，使得顶锥8压紧天线罩的尖端。
以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种非回转体锥形零件的夹具，其特征在于：包括定位大圆盘(1)、仿形定位盘(3)、罩壳(6)、连接圆盘(7)、顶锥(8)、丝杠螺母(9)、丝杠(11)、锁紧螺母(12)、内轴套(13)、连接键(14)、直线轴承(15)和导向柱(16)；
所述定位大圆盘(1)中心设置仿形通孔，仿形通孔的形状和尺寸与工件(5)大端内侧面的形状和尺寸相同；定位大圆盘(1)的前端面为平面；定位大圆盘(1)的后端面设置两级凸台，外侧的凸台为圆形凸台、中间的凸台为仿形凸台；仿形凸台的内侧面的形状和尺寸与工件(5)大端外侧面的形状和尺寸相同，用于工件(5)大端的径向定位；仿形凸台内侧与仿形孔之间的端面与工件(5)的大端面接触，用于工件(5)大端的轴向定位；圆形凸台的环形端面与罩壳(6)大端的端面进行接触定位；
定位大圆盘(1)端面上设置三个螺纹孔和四个通孔；
定位大圆盘(1)的前端面与后端面之间的夹角为3-10°，所述定位大圆盘(1)的前端面与工件(5)的轴线垂直；
所述仿形定位盘(3)嵌套在工件(5)外侧、靠近工件(5)大端端面L/10-L/6处，L为工件(5)长度，仿形定位盘(3)的中心具有仿形孔，所述仿形孔的形状和尺寸与工件(5)靠近大端端面L/10-L/6处外侧的形状和尺寸相同；
所述仿形定位盘(3)上设置三个阶梯孔和四个通孔，仿形定位盘(3)上的三个阶梯孔和四个通孔与定位大圆盘(1)上的三个螺纹孔和四个通孔分别对应；四个阶梯孔内均安装直线轴承(15)，直线轴承(15)的法兰固定在仿形定位盘(3)的后端面上；仿形定位盘(3)通过导向柱(16)与定位大圆盘(1)连接，导向柱(16)的一端固定在定位大圆盘(1)上的螺纹孔中、另一端穿过直线轴承(15)后通过螺母锁紧；仿形定位盘(3)的四个通孔和定位大圆盘(1)的4个通孔通过螺栓(2)连接紧固；
所述罩壳(6)为三阶梯圆形壳体，前段圆形壳体的外径尺寸最大，后段圆形壳体的外径尺寸最小；前段圆形壳体的外径尺寸与定位大圆盘(1)的外径尺寸相同，后段圆形壳体的外径尺寸与连接圆盘(7)的外径尺寸相同；罩壳(6)后侧的端面与连接圆盘(7)的前侧阶梯面接触定位并通过螺栓连接；
所述连接圆盘(7)具有多阶梯的内腔，内腔前侧通过连接键(14)与顶锥(8)连接、内腔后侧的阶梯面与轴套接触定位；所述丝杠(11)贯穿整个连接圆盘(7)内腔，丝杠(11)的前端与丝杠螺母(9)连接进行传动，所述丝杠螺母(9)安装在顶锥(8)内；丝杠(11)的后端穿过轴套通过锁紧螺母(12)锁紧；
所述顶锥(8)的大端具有锥形内腔且与工件(5)小端的形状相匹配，顶锥(8)的另一端具有圆柱形内腔并安装丝杠螺母(9)。
2.根据权利要求1所述一种非回转体锥形零件的夹具，其特征在于：所述顶锥(8)的外围均布四个键槽，通过连接键(14)与连接圆盘(7)内腔定位。
3.根据权利要求1所述一种非回转体锥形零件的夹具，其特征在于：所述仿形定位盘(3)与工件(5)之间设置仿形垫片(4)。
4.根据权利要求1所述一种非回转体锥形零件的夹具，其特征在于：所述丝杠螺母(9)与顶锥(8)之间放置缓冲垫片(10)。
5.根据权利要求1所述一种非回转体锥形零件的夹具，其特征在于：所述仿形定位盘(3)的一侧削边处理，防止倾斜状态下与罩壳(6)干涉。
6.一种非回转体锥形零件的装夹方法，利用如权利要求1所述非回转体锥形零件的夹具对工件(5)进行装夹，其特征在于：包括以下步骤：
A、将工件(5)的大端面与定位大圆盘(1)最外侧的环形端面进行贴合，并使得定位大圆盘(1)中间的仿形孔与工件(5)大端对齐；
B、将仿形定位盘(3)从工件(5)的小端穿过，使其在靠近工件(5)大端的L/10-L/6处找到最佳贴合紧密的位置，仿形定位盘(3)的三个阶梯孔均安装有直线轴承(15)，将定位大圆盘(1)的螺纹孔与仿形定位盘(3)的阶梯孔对准，通过导向柱(16)一端与定位大圆盘(1)的螺纹孔进行连接，另一端穿过直线轴承(15)，并用螺母进行固定，将定位大圆盘(1)的4个通孔和仿形定位盘(3)的4个通孔通过螺栓(2)连接；完成工件(5)的大端定位；
C、通过顶锥(8)的锥形内腔与工件(5)小端的球形面相接触进行定位，通过扳手转动丝杠(11)一端，施加扭矩使得丝杠(11)旋转，通过丝杠(11)的旋转运动驱动丝杠螺母(9)进行直线移动并带动顶锥(8)做轴向移动，使得顶锥(8)压紧工件(5)的尖端部位。
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