CN113547143B - 一种薄壁结构件夹紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄壁结构件夹紧装置，包括基座、芯轴和顶杆，基座一端为与固定装置固定的部分，另外一端为台阶结构，其端面上设置一孔，孔内安装并固定基座，其侧面圆周上设置n个通孔结构，其内安装顶杆，顶杆上部上表面为与待夹紧结构配合的型面，顶杆下部端面设置为锥面，芯轴形状与基座上的芯轴安装孔配合，芯轴周向上设置n个楔形凹槽结构，楔形凹槽结构的楔形面与顶杆下部的锥面配合形成斜楔结构。本发明解决了现有技术中存在的薄壁结构件加工时缺少轴向和径向的稳定支撑，造成加工过程中薄壁件变形，不能实现稳定的加工的技术问题。

Description

一种薄壁结构件夹紧装置

技术领域

本发明属于精密机械加工技术领域，具体涉及一种薄壁结构件夹紧装置。

背景技术

在机械加工领域，零件加工之前必须安装在夹具中，使其得到一个正确的位置和方向，并使其在加工过程中虽然受到切削力及其它外力的影响，仍能保证正确位置和方向。

目前，薄壁圆环结构件因其壁薄，定位装夹困难，加工精度不易保证。在精密机械加工过程中通常制作螺纹胀胎，随着螺纹胀胎中锥形螺钉的拧紧，胀胎内的锥形螺钉外圆锥体结构发生直线位移，推动与其配合的胀胎内圆锥面发生圆周方向的径向弹性变形，以此来夹紧薄壁圆环结构件，但螺纹胀胎的装夹为线接触，在加工过程中，薄壁圆环结构件的内圆周侧壁沿着零件轴向方向上的夹紧力和切削力受力不均，同时，螺纹胀胎的夹紧力不易控制，在装夹薄壁圆环结构件时容易装夹变形，加工精度不易保证。

专利CN208322742U中，提供了一种薄壁管件装夹工装，工装内的顶推杆在固定筒的圆周方向上无限位措施，在使用过程中，存在顶推杆沿圆周方向转动的可能；虽然顶推杆上的圆锥台结构能够在一定程度上抵消顶推杆在沿固定筒轴向移动过程中的圆周转动量，但仍不能有效控制顶推杆仅沿固定筒的轴向直线移动，顶推杆在工装内部的圆周转动将会影响到工装的使用稳定性；个别顶推杆有掉落的可能，未对顶压销沿其自身旋转轴线进行旋转定位，在实际使用过程中需人工对其进行辅助定位；沿固定筒圆周分布的顶压销则不会自动复位至初始状态，需要人工辅助进行。

在专利CN109128237A中，薄壁圆筒件由三组弹性体通过圆弧面接触支撑，每个弹性体沿径向的向外支撑力则由两处弹簧支撑的连杆传递，在该系统中，支撑力来源于弹簧受连杆上调节螺母的旋紧弹簧收缩而产生的回弹力，但是，弹簧的回弹力是弹性力，而非稳定的刚性支撑力，在整个系统中，薄壁圆筒件在圆周径向受三组弹性体接触，支撑力来自弹簧受压缩的弹性回弹力，薄壁圆筒件可视为在径向方向上处于弹性悬浮状态，并没有稳定且刚性较好的稳定支撑，其支撑装夹力无法支撑来自外界车削薄壁圆筒时对系统的径向切削力，势必造成加工颤振或薄壁圆筒件的形位精度超差现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种薄壁结构件夹紧装置。本发明方案能够解决上述现有技术中存在的问题。

本发明的技术解决方案：

一种薄壁结构件夹紧装置，包括基座、芯轴和顶杆，所述的基座一端为与固定装置固定的部分，另外一端为台阶结构，其端面上设置一孔，孔内安装并固定基座，其侧面圆周上设置n个通孔结构，其内安装顶杆，所述的顶杆上部上表面为与待夹紧结构配合的型面，顶杆下部端面设置为锥面，所述的芯轴形状与基座上的芯轴安装孔配合，芯轴周向上设置n个楔形凹槽结构，楔形凹槽结构的两侧面与顶杆下部为间隙配合，楔形凹槽结构的楔形面与顶杆下部的锥面配合形成斜楔结构。

进一步的，所述的基座台阶结构的尺寸比要定位夹紧的薄壁结构件的内部尺寸小2～4mm。

进一步的，所述的基座台阶结构的外型面上设置圆柱销通孔。

进一步的，所述的n大于等于3。

进一步的，所述的顶杆上部中心设置盲孔，盲孔内放置弹簧一，所述的顶杆腰部横向设置腰型孔，圆柱销通过该孔和基座上的圆柱销通孔将弹簧一固定在盲孔底端与圆柱销之间。

优选的，所述的腰型通孔的长度按照顶杆的最终顶出位移量确定，腰型孔的宽度大于圆柱销的直径。

进一步的，所述顶杆上部的中心位置设计一个凹槽结构，凹槽结构上固定盖板，所述的盖板的上表面与顶杆上表面随形。

进一步的，所述的基座和芯轴的中心设置螺纹通孔，通过双头螺柱和螺母将基座和芯轴固定。

进一步的，在基座和芯轴之间安装弹簧二，所述的弹簧二套在双头螺栓上。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明通过螺母旋紧，推动芯轴向装置内部移动，通过斜楔结构，沿整个装置的圆周径向推动顶杆同时直线向外移动，自动定心薄壁结构件并固定，装置的基座右部台阶圆柱端面又为薄壁结构件的轴向定位面，自动定心夹紧装置后，其径向和轴向均不会发生窜动，形成刚性较好的稳定支撑；

(2)本发明通过装置内部设计有多套弹簧机构，每个顶杆内部设置弹簧一，顶杆在弹簧一的回弹力作用下，顶杆始终处于初始状态(未顶出状态)，整个装置可以直接安装结构件，使用便捷，效率高；装置使用完毕后，旋松装置端面的螺母，基座和芯轴之间的弹簧二回弹，顶杆内部弹簧一回弹，芯轴沿装置的轴向直线复位，自动回归到装置的初始位置，便于下次结构件的安装；

(3)本发明通过芯轴与顶杆之间的斜楔结构，将芯轴沿轴向的直线位移转换成顶杆沿径向的扩展位移，采用斜楔结构，简化了装置的内部结构；

(4)本发明的顶杆与薄壁件内壁的直接接触，接触面积大，足以支撑其外界精密加工(含车削)对系统的径向切削力，并保证在加工过程中薄壁件不变形，实现稳定的加工；

(5)本发明可进行结构同比例增减设计，定位和夹紧的顶杆结构也可以增减和替换，以满足不同的定位装夹需要，使用范围广。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)、(b)、(c)、(d)所示为根据本发明实施例提供的薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置结构俯视图、侧视图、仰视图和剖面图；

图2(a)、(b)、(c)、(d)所示为根据本发明实施例提供的薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置中的基座结构俯视图、侧视图、仰视图和剖面图；

图3(a)、(b)、(c)所示为根据本发明实施例提供的薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置中的盖板结构俯视图、仰视图和侧视图；

图4(a)、(b)、(c)、(d)所示为根据本发明实施例提供的薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置中的顶杆结构侧视图、剖视图1、上视图和剖视图2；

图5(a)、(b)、(c)、(d)所示为根据本发明实施例提供的薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置中的芯轴结构侧视图、剖面图、仰视图和俯视图；

图6所示为根据本发明实施例提供的薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置中的双头螺柱结构示意图；

图7所示为根据本发明实施例提供的某薄壁圆环零件结构示意图及加工精度；

图8所示为根据本发明实施例提供的利用自动定心夹紧装置自动定心夹紧薄壁圆环结构件示意图。

上述附图包含以下附图标记：

1基座、2盖板、390°沉头螺钉HB1-205 M1.6×4(10颗)、4顶杆、5圆柱销GB/T119.1(5个)、6弹簧一YA 0.8×4.5×10GB/T2089(5根)、7螺母GB/T6170 M12、8弹簧二YA 2×16×19GB/T2089、9芯轴、10双头螺柱、11螺母GB/T6172.1 M12。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在一个实施例中，提供一种薄壁结构件夹紧装置，包括基座1、芯轴9和顶杆4，基座1一端为与固定装置固定的部分，另外一端为台阶结构，其端面上设置一孔，孔内安装并固定基座1，其侧面上设置n个通孔结构，其内安装顶杆4，顶杆4上部上表面为与待夹紧结构配合的型面，顶杆4下部端面设置为锥面，基座1形状与基座1安装孔配合，其周向上设置n个楔形凹槽结构，楔形凹槽结构的两侧面与顶杆4下部为间隙配合，楔形凹槽结构的楔形面与顶杆4下部的锥面配合形成斜楔结构。

在一个具体的实施例中，如图1所示，提供一种薄壁结构件夹紧装置，用于装夹如图7所示的薄壁管状件，包括基座1、芯轴9和顶杆4，其中基座1是整个自动定心夹紧装置的承力结构件，整体呈圆柱体结构，在一个实施例中，如图2所示，基座1左部为圆柱体结构，在其他实施例中亦可设计成方形等其它结构形式，与机床三爪卡盘、万能回转台等装夹，安装于机床主轴或工作台上；圆柱体左端面为圆柱台阶结构，为了固定基座1和芯轴9，在一个实施例中，圆柱台阶中心设计有内螺纹结构，用于安装双头螺柱10，圆柱体左端面内的圆柱台阶结构端面安装螺母，采用对顶螺纹结构，将如图6所示的双头螺柱10锁紧在基座1中，固定双头螺柱10的位置，在其他实施例中，可采用其他可方便调节基座1和芯轴9之间距离的固定方式。在本实施例中，基座1右部为台阶圆柱结构，外圆周面为整圆结构，此形状的选择为了方便装夹薄壁圆环结构件，在其他实施例中，可根据需要装夹的结构件，选择合适的结构，例如若装夹的结构件为薄壁方形结构，基座1右部可设置成方形台阶结构。台阶圆柱结构与要定位夹紧的薄壁圆环结构件内径直径尺寸小2～4mm，为了设置圆柱销孔，从装配工艺性角度在外圆周面设计沿圆周均布的五处凹槽结构，凹槽结构两侧面设计有安装圆柱销的通孔结构，用于安装圆柱销。在右部五处凸台结构中心部位，设计出了高精度的径向孔和方形凹槽结构，用于安装顶杆4。在基座1的右端面中心部位，设计出了高精度的孔结构，用于安装芯轴9。

如图4所示，顶杆4整体呈轴类零件，由两部分组成，在本实施例中，其顶杆4上部为长方形结构，在其他实施例中，顶杆4上部的结构可选为圆形、棱形等等其他形状，顶部为圆柱型面，圆柱型面的直径与基座1右部外圆柱面的直径相当，表面加工质量要求高，顶杆4上部方形结构的下平面为平面，上平面为与待加工结构件内部形状匹配的形状，在其他实施例中，若待加工结构件内部截面为圆形，则上平面为与待加工结构件内部直径相同的圆形弧面，如待加工结构件内部截面为方形，则上平面为水平面。顶杆4下部为高精度圆柱体结构，下部端面为高精度斜面结构，在本实施例中，为了方便的调节顶杆4的位置，将从顶部的圆柱型面中心部位设计有圆柱盲孔结构，其内部用于放置弹簧一，在高精度圆柱体结构的中间部位，设计有腰型孔，腰型孔与顶杆4上部的方形结构成中心对称，与基座1右部的五处凸台结构侧面安装定位销孔相匹配；因顶杆4在基座1中沿圆周径向移动，需给予顶杆4一定的径向位移量，腰型孔长度按照顶杆4的最终顶出位移量确定，腰型孔的宽度略大于定位销的直径即可。顶杆在压缩弹簧的回弹力作用下，顶杆始终处于初始状态(未顶出状态)，整个装置可以直接安装工件，使用便捷，效率高；装置使用完毕后，旋松装置端面的螺母，基座和芯轴之间的弹簧回弹，圆周侧面的顶杆内部弹簧回弹，芯轴沿装置的轴向直线复位，自动回归到装置的初始位置。顶杆沿基座径向分布，每个顶杆均有圆柱销进行径向移动限位，不会发生顶杆掉落装置的现象。

在一个实施例中，为了将盲孔堵住并增大与薄壁件的接触面积，设计一个盖板2，如图2所示，整体呈菱形结构，顶部设计出与基座1右部外圆柱面直径相当的圆柱结构，表面加工质量要求高，底部设计出与顶部等壁厚的圆柱结构，同时，顶部和底部形成的四周侧面设计出圆周锥角型面。在圆柱型面的中心部位设计了菱形状四周锥面凹槽结构，在此上安装盖板2，采用90°沉头螺钉3安装盖板2，在其他实施例中，盖板2的形状可为圆形、方形等其他形状，安装方式可为如胶粘等其他固定方式，皆在本发明的保护范围之内。

如图5所示，芯轴9整体呈圆柱状，在其他实施例中，可根据需要加工的薄壁结构件的内部截面的形状和顶杆需要的运动轨迹，设计其他的芯轴形状。本实施例中，外圆柱面为高精度圆柱型面，均匀分布有五处楔形凹槽结构，在其他实施例中，楔形凹槽结构的数量可根据需要进行增减，但数目需大于等于3，以便确定结构件的中心。楔形凹槽结构的两侧面与顶杆下部的高精度圆柱体间隙配合，间隙量控制在0.01～0.02mm，同时，凹槽结构的楔形面表面与顶杆下部的圆柱体锥面配合形成斜楔结构，在装置的实际使用过程中，相当于楔形键和键槽配合，限制了芯轴9的圆周转动，芯轴9仅能沿装置的轴向做直线移动，整个装置使用过程稳定；芯轴9中心为阶梯孔结构，其中阶梯大孔端面为弹簧的推力面，双头螺柱10从阶梯小孔中心穿过，在芯轴9的圆柱端面安装螺母进行螺旋夹紧。在芯轴9和基座1之间安装弹簧二，装置使用完毕后，旋松装置端面的螺母，基座1和芯轴9之间的弹簧二回弹，芯轴9沿装置的轴向直线复位，自动回归到装置的初始位置。

本发明的实施方案如下所述:如图8所示，在该薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置中，基座1和双头螺柱10通过螺纹连接，调整好双头螺柱10的悬升量，在基座1的左端面双头螺柱10螺纹部位，用六角薄螺母拧紧双头螺柱10，利用对顶螺母螺纹付产生的摩擦力将双头螺柱10固定在基座1上；5个顶杆4分别安装在基座1右部五处凸台的中心孔内，旋转调整顶杆4的上部方形结构，使其与基座1的五个凸台中心的方形凹槽分别对应；在顶杆4中心孔内分别安装弹簧一YA 0.8×4.5×10GB/T2089，通过调整顶杆4中的弹簧压缩量，在基座1五个凸台侧面圆柱销孔内，分别装入圆柱销GB/T119.1，此时，弹簧一YA 0.8×4.5×10GB/T2089的两端面分别被圆柱销和顶杆内部的圆柱盲孔结构底面限位，因圆柱销的位置固定，弹簧一YA 0.8×4.5×10GB/T2089为了恢复其自由状态，将顶杆4推入基座1的五处凸台中心孔内，受顶杆4上部方形结构的底面与基座1的五处凸台方形凹槽结构限位作用，此时，顶杆4处于运动的原始位置；在基座1右部端面中心孔和双头螺柱10之间，安装弹簧二YA 2×16×19GB/T2089；将芯轴9中心阶梯大孔穿入双头螺柱10，旋转调整芯轴9圆周方向的位置，使其五处楔形凹槽结构分别与五根顶杆4的圆柱体锥面斜楔结构组合，圆柱体锥面斜楔结构嵌入楔形凹槽结构中，形成五处斜楔预紧机构；缓慢将芯轴9结构端面推入基座1中心孔内，使弹簧(YA 2×16×19GB/T2089)预受力；在芯轴9的中心阶梯小孔端面安装螺母，与双头螺柱10进行螺纹预紧。此时，该薄壁圆环结构件的自动定心夹紧装置装调完成。逐渐拧紧该装置芯轴9端面的螺母，推动芯轴9向基座1内部移动，内部的五处斜楔推动机构分别推动五根顶杆4，使其沿着基座1的圆周径向向外移动，芯轴9的顶端圆柱型面与薄壁圆环的圆周内壁接触，自动调整薄壁圆环结构件在该装置中的位置，使其自动定心，直至夹紧；进一步拧紧螺母，夹紧力增大，视螺母的拧紧力矩，可以控制夹紧力的大小；反方向的拧松螺母，受到基座1内部中心弹簧和五处顶杆4内部弹簧的自恢复弹性力，自动将五根顶杆4复位至基座1中。

综上，本发明的薄壁结构件夹紧装置相对与现有技术至少具备以下优点：

(1)本发明通过螺母旋紧，推动芯轴向装置内部移动，通过斜楔结构，沿整个装置的径向推动顶杆同时直线向外移动，自动定心薄壁结构件且固定，装置的基座右部台阶圆柱端面又为薄壁圆环结构件的轴向定位面，自动定心夹紧装置成紧后，其径向和轴向均不会发生窜动，形成刚性较好的稳定支撑；

(2)本发明通过装置内部设计有多套弹簧机构，每个顶杆内部的压缩弹簧，顶杆在压缩弹簧的回弹力作用下，顶杆始终处于初始状态(未顶出状态)，整个装置可以直接安装工件，使用便捷，效率高；装置使用完毕后，旋松装置端面的螺母，基座和芯轴之间的弹簧回弹，侧面的顶杆内部弹簧回弹，芯轴沿装置的轴向直线复位，自动回归到装置的初始位置；

(3)本发明通过芯轴与顶杆之间的斜楔结构，将芯轴沿轴向的直线位移转换成顶杆沿径向的扩展位移，采用斜楔结构，简化了装置的内部结构；

(4)本发明的顶杆与薄壁件内壁的直接接触，接触面积大，足以支撑其外界精密加工(含车削)对系统的径向切削力，并保证在加工过程中薄壁件不变形，实现稳定的加工；

(5)本发明可进行结构同比例增减设计，定位和夹紧的顶杆结构也可以增减和替换，以满足不同的定位装夹需要，使用范围广。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种薄壁结构件夹紧装置，其特征在于，包括基座、芯轴和顶杆，所述的基座一端为与固定装置固定的部分，另外一端为台阶结构，台阶结构端面上设置一孔，孔内安装并固定芯轴，台阶结构侧面圆周上设置n个通孔结构，通孔内安装顶杆，所述的顶杆上部上表面为与待夹紧结构配合的型面，顶杆下部端面设置为锥面，所述的芯轴形状与基座上的芯轴安装孔配合，芯轴周向上设置n个楔形凹槽结构，楔形凹槽结构的两侧面与顶杆下部为间隙配合，楔形凹槽结构的楔形面与顶杆下部的锥面配合形成斜楔结构；

所述的顶杆上部中心设置盲孔，盲孔内放置弹簧一，所述的顶杆腰部横向设置腰型孔，圆柱销通过腰型孔和基座上的圆柱销通孔将弹簧一固定在盲孔底端与圆柱销之间；

所述顶杆上部的中心位置设计一个凹槽结构，凹槽结构上固定盖板，所述的盖板的上表面与顶杆上表面随形；

所述的基座和芯轴的中心设置螺纹通孔，通过双头螺柱和螺母将基座和芯轴固定；

在基座和芯轴之间安装弹簧二，所述的弹簧二套在双头螺柱上。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁结构件夹紧装置，其特征在于，所述的基座的台阶结构的尺寸比待夹紧结构的内部尺寸小2～4mm。

3.根据权利要求2所述的一种薄壁结构件夹紧装置，其特征在于，所述的基座的台阶结构的外型面上设置圆柱销通孔。

4.根据权利要求1所述的一种薄壁结构件夹紧装置，其特征在于，所述的n大于等于3。

5.根据权利要求4所述的一种薄壁结构件夹紧装置，其特征在于，所述的腰型孔的长度按照顶杆的最终顶出位移量确定，腰型孔的宽度大于圆柱销的直径。