CN113618434B - 一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置及装夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置及装夹方法，包括主支撑机构和辅助支撑机构，主支撑机构包括径向上间隔布置的支撑主体，支撑主体径向上远离主支撑机构中心的一端为支撑端。辅助支撑机构为弹性支撑机构，并且辅助支撑机构沿径向可伸缩的设置于第一侧壁，当辅助支撑机构处于初始状态时，能够径向上突出于支撑主体的支撑端。通过在主支撑机构的支撑主体的第一侧壁上设置有辅助支撑机构，由于辅助支撑机构为弹性支撑机构，并且辅助支撑机构沿径向可伸缩的设置于第一侧壁，在对薄壁零件进行装夹时，辅助支撑机构能够根据薄壁零件内腔情况可伸缩地自行调整位置，保证每个主支支撑机构的支撑主体都能与薄壁零件的内腔接触。

Description

一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置及装夹方法

技术领域

本发明涉及机床数控加工制造技术领域，尤其涉及一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置及装夹方法。

背景技术

航空航天领域的重大装备中存在一大批尺寸较薄的薄壁零件。其需在表面上加工出精度要求极为严格的复杂特征。然而，薄壁零件的刚度低，在材料大余量去除过程中，易产生切削振动的现象，进而导致刀具磨损、零件加工质量差问题，影响零件的精度以及后续的装配及实际应用效果。

现有的薄壁零件加工的中，该类零件一般采用传统工装夹具在零件的内部对其进行支撑，从而达到对零件做辅助的夹持进行零件的加工。但是有的零件会存在其内部不需要加工(即零件的内腔是毛坯状态)或者零件自身加工应力变形导致内部特征的尺寸不准确，存在误差。因此，我们传统工装夹具在工件内部进行辅助刚性支撑，会存在工装夹具接触不到零件内壁，而且在零件加工过程中，随着零件的自身加工应力变形还会导致零件的内部支撑力量过大的现象发生，进而会导致零件加工变形，由于一般加工的薄壁零件均是应用于航空航天领域，为此对薄壁零件的成品要求极为严格，进而导致薄壁零件的成品率降低。

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，本发明提供一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置及装夹方法，其解决了在工件内部进行辅助刚性支撑，会存在工装夹具接触不到零件内壁，而且在零件加工过程中，随着零件的自身加工应力变形还会导致零件的内部支撑力量过大的现象发生，进而会导致零件加工变形的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一方面，一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置，包括主支撑机构和辅助支撑机构，所述主支撑机构包括径向上间隔布置的支撑主体，所述支撑主体径向上远离所述主支撑机构中心的一端，为能够对所述薄壁零件的内壁进行支撑的支撑端，所述支撑端的两侧分别为连接所述支撑端与所述主支撑机构中心的第一侧壁和第二侧壁；

所述辅助支撑机构为弹性支撑机构，并且所述辅助支撑机构沿径向可伸缩的设置于所述第一侧壁，当所述辅助支撑机构处于初始状态时，能够径向上突出于所述支撑主体的支撑端；

在所述支撑主体的所述第一侧壁上开设有用于放置所述辅助支撑机构的槽体；

所述辅助支撑机构包括弹簧和定位销；

所述定位销具有连接所述弹簧的连接端和能够对所述薄壁零件的内壁接触并形成辅助支撑的辅助支撑端；

所述弹簧设置于所述槽体内，所述弹簧的一端与所述支撑主体固定连接，所述弹簧的另一端连接于所述定位销的连接端；

还包括对所述辅助支撑机构进行锁紧的锁紧机构；

所述锁紧机构设置于相邻所述支撑主体之间，且靠近所述支撑端设置；

所述锁紧机构包括进气管、气缸和锁紧压板；

所述进气管与所述气缸连通，所述气缸的驱动端与所述锁紧压板相连，在所述气缸的驱动下，所述锁紧压板能够朝向所述第一侧壁运动，以对设置于所述第一侧壁的辅助支撑机构压紧固定。

可选地，还包括底座，所述主支撑机构设置于所述底座上。

可选地，还包括第一压紧件和第二压紧件；

所述第一压紧件包括多个等间距设置于所述底座上的第一压紧单元；

所述第一压紧单元包括压紧板和定位螺栓；

所述压紧板上开设有通孔，在所述底座上开设有与所述通孔相对应的设置有第一螺纹孔，所述定位螺栓穿过所述通孔与所述第一螺纹孔螺接，通过拧紧所述定位螺栓，以压紧所述薄壁零件的底部。

可选地，所述第二压紧件包括多个设置于所述支撑主体的支撑端顶部的第二压紧单元；

所述第二压紧单元的结构与所述第一压紧单元的结构相同。

可选地，所述第一侧壁上依次从上至下开设有三个槽体；

三个所述槽体内分别容置有三个所述辅助支撑机构。

可选地，所述支撑主体的支撑端所在的平面呈向内凹陷的弧面。

另一方面，一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置的装夹方法，所述装夹工装装置包括底座、主支撑机构、辅助支撑机构、第一压紧件、第二压紧件和锁紧机构；

所述主支撑机构设置于所述底座上，用于支撑所述薄壁零件；

所述主支撑机构包括径向上间隔布置的支撑主体，所述辅助支撑机构可伸缩设置于所述支撑主体，用于辅助支撑所述薄壁零件的内壁；

所述锁紧机构设置于相邻所述支撑主体之间，且靠近支撑端设置，用于锁紧所述辅助支撑机构；

所述第一压紧件设置于所述底座上，用于压紧薄壁零件的底部；

所述第二压紧件设置于所述主支撑机构的顶部，用于压紧薄壁零件顶部；

所述方法包括如下步骤：

S1、安装装夹工装装置，将薄壁零件从上至下套装于所述主支撑机构的外部，以使所述辅助支撑机构能够对所述薄壁零件的内壁接触；

S2、将所述薄壁零件的底部通过所述第一压紧件压紧；

S3、将所述薄壁零件的顶部通过所述第二压紧件压紧；

S4、根据所述辅助支撑机构的位置，启动锁紧机构锁紧所述辅助支撑机构。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置及装夹方法，通过在主支撑机构的支撑主体的第一侧壁上设置有辅助支撑机构，由于辅助支撑机构为弹性支撑机构，并且辅助支撑机构沿径向可伸缩的设置于第一侧壁，在对薄壁零件进行装夹时，辅助支撑机构能够根据薄壁零件内腔情况可伸缩地自行调整位置，保证每个主支支撑机构的支撑主体都能与薄壁零件的内腔接触。而且，通过锁紧机,将主支撑机构的辅助支撑机构锁紧，可以很好的将不规则内腔进行刚性支撑，保证在薄壁零件加工过程中辅助支撑机构不会产生振动。

附图说明

图1为本发明的用于薄壁零件加工的装夹工装装置的立体示意图；

图2为图1中沿B-B线段向下垂直切割的截面示意图；

图3为图2中圈出区域“A”的放大示意图；

图4为本发明的用于薄壁零件加工的装夹工装装置未支撑薄壁零件的俯视示意图。

【附图标记说明】

10：底座；20：薄壁零件；30：主支撑机构；31：支撑主体；311：第一侧壁；312：第二侧壁；32：辅助支撑机构；321：弹簧；322：定位销；40：锁紧机构；41：进气管；42：气缸；43：锁紧压板；50：第一压紧单元；51：压紧板；511：通孔；52：定位螺栓；60：第二压紧单元。

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”、“内”和“外”等方位名词以图1的定向为参照。将底座10所在的一侧定义为底部。将主支撑机构30所在底座10的位置定义为内侧。

参照图1-2所示，本发明实施例提出的一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置，包括圆柱状的底座10、第一压紧件、第二压紧件、主支撑机构30、辅助支撑机构32和锁紧机构。

第一压紧件设置于底座10上，用于压紧薄壁零件20的底部。

进一步地，第一压紧件包括八个等间距设置于底座10上的第一压紧单元50。

第一压紧单元50包括压紧板51和定位螺栓52。

压紧板51上开设有通孔511，在底座10上开设有与通孔511相对应的设置有第一螺纹孔，定位螺栓52穿过通孔511与第一螺纹孔螺接，通过拧紧定位螺栓52，以压紧薄壁零件20的底部。优选的，通孔511为长条形孔，相应地，第一螺纹孔同样为长条形孔，便于定位螺栓52在底座10的径向上进行微调节，以使压紧板51的压紧效果更好，进而使得薄壁零件20的底部更加稳定。

主支撑机构30通过螺栓同轴固定安装于底座10上。主支撑机构30包括位于中心的筒状安装部以及沿筒状安装部的径向向外延伸形成的八个支撑主体31，且八个支撑主体31沿筒状安装部的外周上间隔布置，支撑主体31径向上远离主支撑机构30的中心的筒状安装部一端，为能够对薄壁零件20的内壁进行支撑的支撑端，支撑端的两侧分别为连接支撑端与主支撑机构30中心的筒状安装部的第一侧壁311和第二侧壁312。

辅助支撑机构32为弹性支撑机构，并且辅助支撑机构32沿径向可伸缩的设置于第一侧壁311。需要说明的是，本实施例中的装夹工装装置在未装夹薄壁零件20时，辅助支撑机构32处于初始状态(即弹性支撑机构未压缩的状态)，在此状态下，辅助支撑机构32能够沿支撑主体31的径向上突出于支撑主体31的支撑端。

参见图3所示，进一步地，辅助支撑机构32包括弹簧321和定位销322。

定位销322具有连接弹簧321的连接端和能够对薄壁零件20的内壁接触并形成辅助支撑的辅助支撑端。

弹簧321的一端与支撑主体31固定连接，弹簧321的另一端连接于定位销322的连接端。在初始状态下，弹簧321未压缩，使得定位销322的辅助支撑端相对于支撑主体31的径向向外突出设置。

在薄壁零件20的装夹过程中，薄壁零件20的内壁与定位销322接触，此时，定位销322由于内部的弹簧321的作用，能够随着薄壁零件20的内腔变化进行向内收缩，以使定位销322产生压缩弹簧的压力。确保薄壁零件20在套装在装夹工装后弹簧321处于压缩状态。若薄壁零件20在加工过程中，会随着薄壁零件20的内腔出现的变化，做一定伸缩性的变化，在薄壁零件20内部进行辅助刚性支撑，保证定位销322能完全接触薄壁零件20的内壁。防止由于薄壁零件20自身加工应力变形导致内部特征的尺寸不准确，存在误差的现象。而且在薄壁零件20加工过程中，随着薄壁零件20的自身加工应力变形出现薄壁零件20的内部支撑力量过大的现象，由于内部的弹簧321的作用，能够自行调整定位销322的位置，避免了薄壁零件20加工变形，为此使得薄壁零件20的成品率提高。

进一步地，支撑主体31具有支撑端的两侧分别为连接支撑端与主支撑机构30中心的第一侧壁311和第二侧壁312、与底座10相固定的底面、与底面相对设置的顶面、靠近于薄壁零件20，且用于连接底面、顶面、第一侧壁311和第二侧壁312的连接端面。

在支撑主体31的一侧面上依次从上至下开设有用于放置辅助支撑机构32的三个槽体。每个槽体内均设置有辅助支撑机构32，这样设置的目的是能够分别从上中下三个方向对薄壁零件20进行支撑，使得支撑效果能够达到最佳状态。

进一步地，支撑主体31的支撑端所在的平面呈向内凹陷的弧面。且连接端面具有顶部连接边缘和底部连接边缘，底部连接边缘距离支撑主体31中心轴线的垂直距离比顶部连接边缘距离支撑主体31中心轴线的垂直距离远。即在三个辅助支撑机构32与薄壁零件20进行支撑时，支撑主体31的底部连接边缘能够和三个辅助支撑机构32共同形成辅助支撑端面，以更好的支撑薄壁零件20的内腔。

进一步地，定位销322的辅助支撑端的端面为弧状端面。弧状端面的设置能够使得定位销322的支撑过渡效果更好，进一步地防止在支撑过程中薄壁零件20出现形变，进而影响薄壁零件20的成品效率。

进一步地，还包括第二压紧件，第二压紧件包括八个设置于支撑主体31上的第二压紧单元60，第二压紧单元60与第一压紧单元50的结构相同。在支撑主体31上开设有与第二压紧单元60的压紧板51上的通孔511相对应设置的第二螺纹孔，第二压紧单元60的定位螺栓52穿过第二压紧单元60的压紧板51上的通孔511与第二螺纹孔螺接，通过拧紧定位螺栓52，以压紧薄壁零件20的顶部。

参见图4所示，进一步地，锁紧机构40共有八个，八个锁紧机构40分别用于对辅助支撑机构32进行锁紧。

锁紧机构40设置于相邻支撑主体31之间，且靠近支撑端设置。

进一步地，锁紧机构40包括进气管41、气缸42和锁紧压板43。

进气管41与气缸42连通，气缸42的驱动端与锁紧压板43相连。在气缸42的驱动下，锁紧压板43能够朝向第一侧壁311运动，以对设置于第一侧壁311的辅助支撑机构32压紧固定。

进一步地，锁紧压板包括连杆和压板主体。其中，连杆与气缸42的驱动端相连，在气缸42的驱动下，连杆能够朝向第一侧壁311运动，进而带动压板主体朝向第一侧壁311运动，以使压板主体的一侧面与辅助支撑机构32抵触，将弹簧321和定位销322共同组成的辅助支撑机构32锁紧。使其保证与薄壁零件20内腔接触后不会产生位置变化，保证薄壁零件20加工时的刚性需求。不会产生振动。

需要说明的是，压板主体与辅助支撑机构32的定位销322相贴合的一侧面的面积大于三个定位销322所在的第一侧壁的面积之和。确保压板主体与三个定位销322完全贴合，防止振动的效果更好。

进一步地，底座10上开设有多个凹槽，凹槽与进气管41一一对应，进气管41设置于凹槽内，且进气管41的进气端向外径向延伸突出于底座10。进气管41不占用多余空间，同时整齐有序地分布在底座10上，不会出现线路的混乱。同时进气管41的进气端与外部气缸驱动件相连，突出于底座10的外周设置便于进气管41与外部气缸驱动件的连通。且第一压紧单元50与凹槽错开设置。

本发明提供一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置及装夹方法，通过在主支撑机构30的支撑主体31的第一侧壁311上设置有辅助支撑机构32，由于辅助支撑机构32为弹性支撑机构，并且辅助支撑机构32沿径向可伸缩的设置于第一侧壁311，在对薄壁零件20进行装夹使，辅助支撑机构32能够根据薄壁零件20内腔情况可伸缩地自行调整位置，保证每个主支支撑机构30的支撑主体31都能与薄壁零件20的内腔接触。而且，通过锁紧机40将主支撑机构30的辅助支撑机构32锁紧，可以很好的将不规则内腔进行刚性支撑，保证在薄壁零件20加工过程中辅助支撑机构32不会产生振动。

一种用于薄壁零件20加工的装夹工装装置的装夹方法，装夹工装装置包括底座10、主支撑机构30、辅助支撑机构32、第一压紧件、第二压紧件和锁紧机构40。

主支撑机构30设置于底座10上，用于支撑薄壁零件20。

主支撑机构30包括径向上间隔布置的支撑主体31，辅助支撑机构32可伸缩设置于支撑主体31，用于辅助支撑薄壁零件20的内壁。

锁紧机构40设置于相邻支撑主体31之间，且靠近支撑端设置，用于锁紧辅助支撑机构32。

第一压紧件设置于底座10上，用于压紧薄壁零件20的底部。

第二压紧件设置于主支撑机构30的顶部，用于压紧薄壁零件20顶部。

方法包括如下步骤：

S1、安装装夹工装装置，将薄壁零件20从上至下套装于主支撑机构30的外部，在支撑主体31的外部套设薄壁零件20的同时，辅助支撑机构32能够对薄壁零件20的内壁接触。辅助支撑机构32由于内部的弹簧321的作用，能够自行调整定位销322的位置，保证每个支撑主体31上的辅助支撑机构32的定位销322都能与薄壁零件20接触。

S2、将薄壁零件20的底部通过第一压紧单元50压紧。在压紧时，首先将薄壁零件20的底部一周均伸入第一压紧单元50的压紧板51和底座10的上表面之间。然后拧紧定位螺栓52，以使薄壁零件20的底部一周完全进行压紧。

S3、将薄壁零件20的顶部通过第二压紧件压紧。第二压紧单元60的压紧方式与第一压紧单元50相同。

S4、根据辅助支撑机构32的位置，启动锁紧机构锁紧辅助支撑机构32。即在气缸42的驱动下，连杆能够朝向第一侧壁311运动，进而带动压板主体朝向第一侧壁311运动，以使压板主体的一侧面与辅助支撑机构32的定位销322紧密贴合将定位销322锁紧。使其保证与薄壁零件20内腔接触后不会产生位置变化，保证薄壁零件20加工时的刚性需求。不会产生振动。

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)

1.一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置，其特征在于：

包括主支撑机构(30)和辅助支撑机构(32)，所述主支撑机构(30)包括径向上间隔布置的支撑主体(31)，所述支撑主体(31)径向上远离所述主支撑机构(30)中心的一端，为能够对所述薄壁零件(20)的内壁进行支撑的支撑端，所述支撑端的两侧分别为连接所述支撑端与所述主支撑机构(30)中心的第一侧壁(311)和第二侧壁(312)；

所述辅助支撑机构(32)为弹性支撑机构，并且所述辅助支撑机构(32)沿径向可伸缩的设置于所述第一侧壁(311)，当所述辅助支撑机构(32)处于初始状态时，能够径向上突出于所述支撑主体(31)的支撑端；

在所述支撑主体(31)的所述第一侧壁(311)上开设有用于放置所述辅助支撑机构(32)的槽体；

所述辅助支撑机构(32)包括弹簧(321)和定位销(322)；

所述定位销(322)具有连接所述弹簧(321)的连接端和能够对所述薄壁零件(20)的内壁接触并形成辅助支撑的辅助支撑端；

所述弹簧(321)设置于所述槽体内，所述弹簧(321)的一端与所述支撑主体(31)固定连接，所述弹簧(321)的另一端连接于所述定位销(322)的连接端；

还包括对所述辅助支撑机构(32)进行锁紧的锁紧机构(40)；

所述锁紧机构(40)设置于相邻所述支撑主体(31)之间，且靠近所述支撑端设置；

所述锁紧机构(40)包括进气管(41)、气缸(42)和锁紧压板(43)；

所述进气管(41)与所述气缸(42)连通，所述气缸(42)的驱动端与所述锁紧压板(43)相连，在所述气缸(42)的驱动下，所述锁紧压板(43)能够朝向所述第一侧壁(311)运动，以对设置于所述第一侧壁(311)的辅助支撑机构(32)压紧固定。

2.如权利要求1所述的用于薄壁零件加工的装夹工装装置，其特征在于：还包括底座(10)，所述主支撑机构(30)设置于所述底座(10)上。

3.如权利要求2所述的用于薄壁零件加工的装夹工装装置，其特征在于：还包括第一压紧件和第二压紧件；

所述第一压紧件包括多个等间距设置于所述底座(10)上的第一压紧单元(50)；

所述第一压紧单元(50)包括压紧板(51)和定位螺栓(52)；

所述压紧板(51)上开设有通孔(511)，在所述底座(10)上开设有与所述通孔(511)相对应的设置有第一螺纹孔，所述定位螺栓(52)穿过所述通孔(511)与所述第一螺纹孔螺接，通过拧紧所述定位螺栓(52)，以压紧所述薄壁零件(20)的底部。

4.如权利要求3所述的用于薄壁零件加工的装夹工装装置，其特征在于：所述第二压紧件包括多个设置于所述支撑主体的支撑端顶部的第二压紧单元(60)；

所述第二压紧单元(60)的结构与所述第一压紧单元(50)的结构相同。

5.如权利要求4所述的用于薄壁零件加工的装夹工装装置，其特征在于：所述第一侧壁(311)上依次从上至下开设有三个槽体；

三个所述槽体内分别容置有三个所述辅助支撑机构(32)。

6.如权利要求1所述的用于薄壁零件加工的装夹工装装置，其特征在于：所述支撑主体(31)的支撑端所在的平面呈向内凹陷的弧面。

7.一种用于薄壁零件加工的装夹工装装置的装夹方法，其特征在于：所述装夹工装装置包括底座(10)、主支撑机构(30)、辅助支撑机构(32)、第一压紧件、第二压紧件和锁紧机构(40)；

所述主支撑机构(30)设置于所述底座(10)上，用于支撑所述薄壁零件(20)；

所述主支撑机构(30)包括径向上间隔布置的支撑主体(31)，所述辅助支撑机构(32)可伸缩设置于所述支撑主体(31)，用于辅助支撑所述薄壁零件(20)的内壁；

所述锁紧机构(40)设置于相邻所述支撑主体(31)之间，且靠近支撑端设置，用于锁紧所述辅助支撑机构(32)；

所述第一压紧件设置于所述底座(10)上，用于压紧薄壁零件(20)的底部；

所述第二压紧件设置于所述主支撑机构(30)的顶部，用于压紧薄壁零件(20)顶部；

所述方法包括如下步骤：

S1、安装装夹工装装置，将薄壁零件(20)从上至下套装于所述主支撑机构(30)的外部，以使所述辅助支撑机构(32)能够对所述薄壁零件(20)的内壁接触；

S2、将所述薄壁零件(20)的底部通过所述第一压紧件压紧；

S3、将所述薄壁零件(20)的顶部通过所述第二压紧件压紧；

S4、根据所述辅助支撑机构(32)的位置，启动锁紧机构锁紧所述辅助支撑机构(32)。

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