CN113857535B - 一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置和方法，属于薄壁结构零件定位加工领域；一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置由底座、数控转台、过渡板、定心单元组成，定心单元主要由三爪自定心卡盘、安装盘、卡爪、大端定位销、旋转气缸、小端定位销组成，利用定位销可完成锥筒舱段的角向定位，利用三爪卡盘机构可完成长锥筒舱段的径向定位，利用旋转气缸可完成长锥筒舱段的轴向定位；本发明设计了一种能实现锥筒大端、小端在同一装置上完成装夹定位，减少专用夹具数量，提高加工效率。

Description

一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置和方法
技术领域
本发明属于薄壁结构零件定位加工领域，涉及一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置和方法。
背景技术
薄壁长锥筒类舱段广泛应用于机械制造领域。航天飞行器通常由多个舱段对接装配组成，舱段之间采用连接螺钉连接。当舱段轴向长度较长时，操作人员无法从舱段内腔安装连接螺钉，需在舱段两端外表面上加工用于安装连接螺钉的操作窗口。由于舱段长度较长，产品装夹后，一次加工完成两端的窗口难度较大，因此，采用先加工完一端的窗口，对产品进行翻转并重新装夹后，再加工另一端窗口的加工方案。
目前，薄壁长锥筒类舱段通常通过专用定心夹具或压板等通用夹具进行定位锁紧，定位装夹精度较低，手动调整和装夹过程复杂、自动化水平低，严重影响了舱段加工质量的一致性。不同系列锥筒的尺寸不同，而且同一个锥筒的大端和小端的尺寸和角度要求均不同，锥筒与锥筒之间的换装、锥筒的大端与小端之间的换装需要多个专用夹具，且夹具结构多样，由于锥筒加工工具有角度要求需要周向定位，每次换装需要大量时间找正调零，占机时间过长，工人劳动强度大，降低了数控铣床的加工效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置和方法，设计了一种能实现锥筒大端、小端在同一装置上完成装夹定位，减少专用夹具数量，提高加工效率。
本发明解决技术的方案是：
一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，包括底座、数控转台、过渡板和定心单元；其中，底座水平放置；数控转台水平固定连接在底座顶部；过渡板安装在数控转台顶部；
定心单元包括三爪自定心卡盘、安装盘、3个卡爪和2组旋转气缸；其中，三爪自定心卡盘同轴固定安装在过渡板顶部；安装盘为阶梯柱状结构，且安装盘分为底部圆柱体、中部圆柱体和顶部圆柱体；其中，底部圆柱体轴向设置有柱状通孔，底部圆柱体同轴套装在三爪自定心卡盘的外侧壁；中部圆柱体为设置在底部圆柱体顶部的圆板状结构，且中部圆柱体套装在三爪自定心卡盘的外侧壁处；中部圆柱体上表面设置有环形凹槽，其中1组旋转气缸沿周向均匀分布在该环形凹槽中；顶部圆柱体同轴固定安装在中部圆柱体的顶部，顶部圆柱体的顶部设置有圆形凹槽，另1组旋转气缸沿周向均匀分布在圆形凹槽中；底部圆柱体的底部与过渡板上表面固连；3个卡爪沿周向均匀分布在三爪自定心卡盘的上表面，且3个卡爪的顶部穿过安装盘的顶部圆柱体。
在上述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，所述定心单元还包括大端定位销和小端定位销；安装盘的中部圆柱体外边缘上表面沿周向均匀开设圆孔，大端定位销安装在该圆孔中；安装盘的顶部圆柱体外边缘上表面沿周向均匀开设圆孔，小端定位销安装在该圆孔中。
在上述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，2组旋转气缸的个数相同，角向位置相同。
在上述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，卡爪的顶部型面为阶梯状结构。
在上述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，旋转气缸顶部设置有L形压块；初始状态，压块指向旋转气缸所在圆周的切向方向；当安装盘顶部与外部舱段对接时，L形压块顺时针旋转90°，实现压紧外部舱段的内壁。
一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹方法，包括如下步骤：
步骤一、装夹外部舱段的大径端时，外部舱段大径端轴向竖直向下放置，将大端定位销插进外部舱段的大径端底部；
步骤二、将安装好大端定位销的外部舱段固定在所述安装盘的中部圆柱体上方，利用大端定位销完成外部舱段的角向定位；
步骤三、驱动三爪自定心卡盘，带动卡爪沿靠近舱段方向径向移动，直至卡爪抵紧舱段，完成舱段的径向定位；
步骤四、为安装在安装盘中部圆柱体的1组旋转气缸供气，实现将旋转气缸的顶部压块顺时针旋转90°，并向下运动，直至压紧外部舱段，完成外部舱段的轴向定位；
步骤五、完成外部舱段的定位装夹后，启动数控转台，带动外部舱段旋转，利用外部工具对外部舱段的大径端外表面进行加工；
步骤六、加工完毕后，停止为安装在所述安装盘中部圆柱体圆环槽内的1组旋转气缸供气，旋转气缸的顶部压块释放紧舱段；驱动三爪自定心卡盘，使卡爪沿远离工件方向径向移动，取下舱段；
步骤七、装夹外部舱段小径端时，外部舱段的小径端竖直向下放置，将小端定位销插进外部舱段的小径端底部；
步骤八、将安装好小端定位销的舱段固定在所述安装盘顶部圆柱体上方，利用小端定位销完成舱段的角向定位；
步骤九、通过所述安装盘底部侧面圆孔驱动三爪自定心卡盘，带动卡爪沿径向移动，直至卡爪抵紧舱段内壁，完成舱段的径向定位；
步骤十、为安装在所述安装盘顶部圆柱体圆孔内的另1组旋转气缸供气，实现将旋转气缸顶部的压块顺时针旋转90°，并向下运动，直至压紧舱段，完成舱段的轴向定位；
步骤十一、完成外部舱段的定位装夹后，启动数控转台，带动外部舱段旋转，利用外部工具对外部舱段的小径端外表面进行加工；
步骤十二、加工完毕后，停止为安装在所述安装盘中部圆柱体圆环槽内的另1组旋转气缸供气，气缸顶部的压块释放外部舱段；驱动三爪自定心卡盘，使卡爪沿远离工件方向径向移动，取下舱段。
在上述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹方法，所述外部舱段为薄壁长锥筒型结构。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明实现了将薄壁长锥筒类舱段的大端、小端均能进行定位及夹紧，减少更换定位装夹装置时间，提升了加工效率；
(2)本发明采用定位销钉对零件装夹进行角向定位，利用三爪卡盘结构进行径向定位，利用多个旋转气缸进行轴向定位，提高了薄壁长锥筒类舱段的定位精度，从而提升了薄壁长锥筒类舱段的加工精度。
附图说明
图1为本发明快速装夹装置整体示意图；
图2为本发明快速装夹装置大端装夹舱段剖视图；
图3为本发明快速装夹装置小端装夹舱段剖视图；
图4为本发明快速装夹装置旋转气缸对舱段大端定位动作俯视图；
图5为本发明快速装夹装置旋转气缸对舱段小端定位动作俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置和方法，能实现锥筒大端、小端在同一装置上完成装夹定位，减少专用夹具数量，提高加工效率的薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置及方法。
薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，如图1所示，具体包括底座1、数控转台2、过渡板3和定心单元；其中，底座1水平放置；数控转台2水平固定连接在底座1顶部；过渡板3安装在数控转台2顶部；
定心单元包括三爪自定心卡盘10、安装盘4、3个卡爪5和2组旋转气缸7；其中，三爪自定心卡盘10同轴固定安装在过渡板3顶部；安装盘4为阶梯柱状结构，且安装盘4分为底部圆柱体、中部圆柱体和顶部圆柱体；其中，底部圆柱体轴向设置有柱状通孔，底部圆柱体同轴套装在三爪自定心卡盘10的外侧壁；中部圆柱体为设置在底部圆柱体顶部的圆板状结构，且中部圆柱体套装在三爪自定心卡盘10的外侧壁处；中部圆柱体上表面设置有环形凹槽，其中1组旋转气缸7沿周向均匀分布在该环形凹槽中；顶部圆柱体同轴固定安装在中部圆柱体的顶部，顶部圆柱体的顶部设置有圆形凹槽，另1组旋转气缸7沿周向均匀分布在圆形凹槽中，如图2所示。底部圆柱体的底部与过渡板3上表面固连；3个卡爪5沿周向均匀分布在三爪自定心卡盘10的上表面，且3个卡爪5的顶部穿过安装盘4的顶部圆柱体。2组旋转气缸7的个数相同，角向位置相同，如图3所示。
定心单元还包括大端定位销6和小端定位销8；安装盘4的中部圆柱体外边缘上表面沿周向均匀开设圆孔，大端定位销6安装在该圆孔中；安装盘4的顶部圆柱体外边缘上表面沿周向均匀开设圆孔，小端定位销8安装在该圆孔中。
卡爪5的顶部型面为阶梯状结构。
旋转气缸7顶部设置有L形压块；初始状态，压块指向旋转气缸7所在圆周的切向方向；当安装盘4顶部与外部舱段9对接时，L形压块顺时针旋转90°，实现压紧外部舱段9的内壁，如图2、图3所示。
外部舱段9为薄壁长锥筒型结构，薄壁长锥筒类舱段快速装夹方法，具体包括如下步骤：
步骤一、装夹外部舱段9的大径端时，外部舱段9大径端轴向竖直向下放置，将大端定位销6插进外部舱段9的大径端底部，如图2所示。
步骤二、将安装好大端定位销6的外部舱段9固定在所述安装盘4的中部圆柱体上方，利用大端定位销6完成外部舱段9的角向定位。
步骤三、驱动三爪自定心卡盘10，带动卡爪5沿靠近舱段9方向径向移动，直至卡爪5抵紧舱段9，完成舱段9的径向定位；
步骤四、为安装在安装盘4中部圆柱体的1组旋转气缸7供气，实现将旋转气缸7的顶部压块顺时针旋转90°，并向下运动，直至压紧外部舱段9，完成外部舱段9的轴向定位，如图4所示。
步骤五、完成外部舱段9的定位装夹后，启动数控转台2，带动外部舱段9旋转，利用外部工具对外部舱段9的大径端外表面进行加工。
步骤六、加工完毕后，停止为安装在所述安装盘4中部圆柱体圆环槽内的1组旋转气缸7供气，旋转气缸7的顶部压块释放紧舱段9；驱动三爪自定心卡盘10，使卡爪5沿远离工件方向径向移动，取下舱段9；
步骤七、装夹外部舱段9小径端时，外部舱段9的小径端竖直向下放置，将小端定位销8插进外部舱段9的小径端底部，如图3所示。
步骤八、将安装好小端定位销8的舱段9固定在所述安装盘4顶部圆柱体上方，利用小端定位销8完成舱段9的角向定位。
步骤九、通过所述安装盘4底部侧面圆孔驱动三爪自定心卡盘10，带动卡爪5沿径向移动，直至卡爪5抵紧舱段9内壁，完成舱段9的径向定位。
步骤十、为安装在所述安装盘4顶部圆柱体圆孔内的另1组旋转气缸7供气，实现将旋转气缸7顶部的压块顺时针旋转90°，并向下运动，直至压紧舱段9，完成舱段9的轴向定位，如图5所示。
步骤十一、完成外部舱段9的定位装夹后，启动数控转台2，带动外部舱段9旋转，利用外部工具对外部舱段9的小径端外表面进行加工。
步骤十二、加工完毕后，停止为安装在所述安装盘4中部圆柱体圆环槽内的另1组旋转气缸7供气，气缸7顶部的压块释放外部舱段9；驱动三爪自定心卡盘10，使卡爪5沿远离工件方向径向移动，取下舱段9。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，其特征在于：包括底座(1)、数控转台(2)、过渡板(3)和定心单元；其中，底座(1)水平放置；数控转台(2)水平固定连接在底座(1)顶部；过渡板(3)安装在数控转台(2)顶部；
定心单元包括三爪自定心卡盘(10)、安装盘(4)、3个卡爪(5)和2组旋转气缸(7)；其中，三爪自定心卡盘(10)同轴固定安装在过渡板(3)顶部；安装盘(4)为阶梯柱状结构，且安装盘(4)分为底部圆柱体、中部圆柱体和顶部圆柱体；其中，底部圆柱体轴向设置有柱状通孔，底部圆柱体同轴套装在三爪自定心卡盘(10)的外侧壁；中部圆柱体为设置在底部圆柱体顶部的圆板状结构，且中部圆柱体套装在三爪自定心卡盘(10)的外侧壁处；中部圆柱体上表面设置有环形凹槽，其中1组旋转气缸(7)沿周向均匀分布在该环形凹槽中；顶部圆柱体同轴固定安装在中部圆柱体的顶部，顶部圆柱体的顶部设置有圆形凹槽，另1组旋转气缸(7)沿周向均匀分布在圆形凹槽中；底部圆柱体的底部与过渡板(3)上表面固连；3个卡爪(5)沿周向均匀分布在三爪自定心卡盘(10)的上表面，且3个卡爪(5)的顶部穿过安装盘(4)的顶部圆柱体；
旋转气缸(7)顶部设置有L形压块；初始状态，L形压块指向旋转气缸(7)所在圆周的切向方向；当安装盘(4)顶部与外部舱段(9)对接时，L形压块顺时针旋转90°，实现压紧外部舱段(9)的内壁。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，其特征在于：所述定心单元还包括大端定位销(6)和小端定位销(8)；安装盘(4)的中部圆柱体外边缘上表面沿周向均匀开设圆孔，大端定位销(6)安装在该圆孔中；安装盘(4)的顶部圆柱体外边缘上表面沿周向均匀开设圆孔，小端定位销(8)安装在该圆孔中。
3.根据权利要求2所述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，其特征在于：2组旋转气缸(7)的个数相同，角向位置相同。
4.根据权利要求3所述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置，其特征在于：卡爪(5)的顶部型面为阶梯状结构。
5.基于权利要求2所述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹装置的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、装夹外部舱段(9)的大径端时，外部舱段(9)大径端轴向竖直向下放置，将大端定位销(6)插进外部舱段(9)的大径端底部；
步骤二、将安装好大端定位销(6)的外部舱段(9)固定在安装盘(4)的中部圆柱体上方，利用大端定位销(6)完成外部舱段(9)的角向定位；
步骤三、驱动三爪自定心卡盘(10)，带动卡爪(5)沿靠近外部舱段(9)方向径向移动，直至卡爪(5)抵紧外部舱段(9)，完成外部舱段(9)的径向定位；
步骤四、为安装在安装盘(4)中部圆柱体的1组旋转气缸(7)供气，实现将旋转气缸(7)的顶部L形压块顺时针旋转90°，并向下运动，直至压紧外部舱段(9)，完成外部舱段(9)的轴向定位；
步骤五、完成外部舱段(9)的定位装夹后，启动数控转台(2)，带动外部舱段(9)旋转，利用外部工具对外部舱段(9)的大径端外表面进行加工；
步骤六、加工完毕后，停止为安装在所述安装盘(4)中部圆柱体环形凹槽内的1组旋转气缸(7)供气，旋转气缸(7)的顶部L形压块释放外部舱段(9)；驱动三爪自定心卡盘(10)，使卡爪(5)沿远离工件方向径向移动，取下外部舱段(9)；
步骤七、装夹外部舱段(9)小径端时，外部舱段(9)的小径端竖直向下放置，将小端定位销(8)插进外部舱段(9)的小径端底部；
步骤八、将安装好小端定位销(8)的外部舱段(9)固定在所述安装盘(4)顶部圆柱体上方，利用小端定位销(8)完成外部舱段(9)的角向定位；
步骤九、通过所述安装盘(4)底部侧面圆孔驱动三爪自定心卡盘(10)，带动卡爪(5)沿径向移动，直至卡爪(5)抵紧外部舱段(9)内壁，完成外部舱段(9)的径向定位；
步骤十、为安装在所述安装盘(4)顶部圆柱体圆形凹槽内的另1组旋转气缸(7)供气，实现将旋转气缸(7)顶部的L形压块顺时针旋转90°，并向下运动，直至压紧外部舱段(9)，完成外部舱段(9)的轴向定位；
步骤十一、完成外部舱段(9)的定位装夹后，启动数控转台(2)，带动外部舱段(9)旋转，利用外部工具对外部舱段(9)的小径端外表面进行加工；
步骤十二、加工完毕后，停止为安装在所述安装盘(4)顶部圆柱体圆形凹槽的另1组旋转气缸(7)供气，旋转气缸(7)顶部的L形压块释放外部舱段(9)；驱动三爪自定心卡盘(10)，使卡爪(5)沿远离工件方向径向移动，取下外部舱段(9)。
6.根据权利要求5所述的一种薄壁长锥筒类舱段快速装夹方法，其特征在于：所述外部舱段(9)为薄壁长锥筒型结构。
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