CN113976971A - 一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置及方法 - Google Patents
一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置及方法,包括内部中空的圆台状本体,本体顶部端面的外圆周处设置有一定位环,所述定位环用于对待加工工件进行定位,本体顶部端面上沿圆周方向均匀间隔设置有轴向压紧装置和径向辅助支撑装置,其中每两个轴向压紧装置之间设置有两个径向辅助支撑装置,轴向压紧装置和径向辅助支撑装置均与液压系统连通,液压系统用于控制轴向压紧装置和径向辅助支撑装置对待加工工件进行压紧和支撑操作,本体的侧壁上可拆卸连接有限位装置,本发明的装夹装置能够有效解决薄壁环形件的装夹变形和加工精度较低问题,实现薄壁环形件的低应力装夹,降低加工难度,减小自由状态的变形量,保证较高的尺寸要求。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机机加技术领域,具体属于一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置及方法。
背景技术
某型航空发动机燃烧室机匣为典型大型薄壁环形机匣(。1),材料为高温合金锻件,外型面有多个凸台、槽、筋、孔等特征位置,加工余量大,直径为Ф883mm,加工部位距底端高度525mm,最小壁厚1.5mm,壁厚变形要求为0.2mm。
由于零件壁厚小,刚性弱,如果自由状态铣削外型面,存在椭圆变形的情况,无法满足精度要求;如果采用传统硬装夹的方式顶紧加工,顶紧力很难把握:涨紧力小,加工使零件打转;涨紧力大,会带来很大的装夹应力,加工后零件的跳动很大,零件变成椭圆,影响后续的装配。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置及方法,能够有效解决薄壁环形件的装夹变形和加工精度较低问题,保证较高的尺寸要求。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,包括内部中空的圆台状本体,本体顶部端面的外圆周处设置有一定位环,所述定位环用于对待加工工件进行定位,本体顶部端面上沿圆周方向均匀间隔设置有轴向压紧装置和径向辅助支撑装置,其中每两个轴向压紧装置之间设置有两个径向辅助支撑装置,轴向压紧装置和径向辅助支撑装置均与液压系统连通,液压系统用于控制轴向压紧装置和径向辅助支撑装置对待加工工件进行压紧和支撑操作,本体的侧壁上可拆卸连接有限位装置。
进一步的,所述定位环的高度为5mm~10mm,所述定位环的外圆定位尺寸与待加工工件定位端面内孔尺寸间隙配合,间隙量为0.05mm~0.10mm。
进一步的,所述轴向压紧装置包括油缸固定座、夹紧臂、旋转式夹紧油缸和垫块,其中,油缸固定座与本体螺栓连接,旋转式夹紧油缸的固定端固定在油缸固定座中,旋转式夹紧油缸的旋转端伸入夹紧臂的第一固定孔中,夹紧臂的第二固定孔中连接有垫块,所述垫块与夹紧臂配合用于压紧待加工工件的安装端面,所述旋转式夹紧油缸与液压系统连接。
进一步的,每两个轴向压紧装置之间的间隔角度为60°,所述轴向压紧装置和径向辅助支撑装置之间的间隔角度为15°。
进一步的,所述径向辅助支撑装置包括外R高压辅助支撑和辅支座,辅支座一端固定在本体上,辅支座上开设有一组支座连接孔,所述一组支座连接孔包含上下设置的两个支座连接孔,所述外R高压辅助支撑包括连接端和伸缩端,所述连接端设置在支座连接孔中,所述伸缩端沿水平方向的伸缩用于对待加工工件进行支撑。
进一步的,所述外R高压辅助支撑与液压系统连接,液压系统用于控制外R高压辅助支撑的伸缩端沿水平方向的伸缩,所述外R高压辅助支撑的伸缩量为20mm。
进一步的,限位装置包括引导板和防误板,引导板的一端可拆卸固定在本体的侧壁上,引导板的另一端通过螺栓固定有防误板,且防误板面向本体内圆方向设置。
进一步的,所述液压系统包括液压表、轴向压紧控制油路、径向辅助支撑控制油路和保压阀,所述轴向压紧控制油路和径向辅助支撑控制油路上均设置有液压表和保压阀,所述轴向压紧控制油路与轴向压紧装置连通,所述径向辅助支撑控制油路与径向辅助支撑装置连通。
进一步的,所述本体顶部端面还设置有引导销和吊环,所述引导销均布在本体上端面,所述吊环用于移动本体,所述本体底部设置有球锁定位套。
本发明还公开一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置的使用方法,包括以下步骤:
S1将本体安装到机床上,将待加工工件套设在本体上;
S2将液压系统与轴向压紧装置和径向辅助支撑装置连接;
S3液压系统启动,控制轴向压紧装置对待加工工件进行轴向压紧,然后液压系统控制径向辅助支撑装置对待加工工件进行径向支撑,拆除本体上的限位装置;
S4维持轴向压紧装置和径向辅助支撑装置中压力不变,完成对待加工工件的随形定位;
S5进行对待加工工件进行铣削加工。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明提供一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,在本体上均匀间隔设置轴向压紧装置和径向辅助支撑装置,在液压系统的控制下,轴向压紧装置将薄壁环形件的端面在自由状态压紧,径向辅助支撑装置对机匣内壁薄弱部分进行径向辅助支撑,实现薄壁环形件端面的低应力装夹,降低加工难度,减小自由状态的变形量。经验证,工件压紧处的变形量变形值在0.005mm以内,液压夹具保压24小时后,压力由50kgf/cm2衰减为49kgf/cm2,衰减2%,液压控制元器件动作总时间在41秒以内。
附图说明
图1某机燃烧室后端机匣示意图;
图2本发明的随形低应力装夹装置三维图;
图3本发明的随形低应力装夹装置俯视图;
图4图3中的A-A截面图;
图5图3中的B-B截面图;
图6本发明的随形低应力装夹装置中辅支座的示意图;
图7本发明的随形低应力装夹装置中外R高压辅助支撑的示意图;
图8本发明的随形低应力装夹装置中旋转式夹紧油缸的示意图;
图9本发明的随形低应力装夹装置中油缸固定座的示意图;
图10本发明的随形低应力装夹装置中夹紧臂的示意图;
图11本发明的随形低应力装夹装置中垫块的示意图。
附图中:1-本体;2-定位环;3-轴向压紧装置;31-油缸固定座、331固定端、332旋转端3,32-夹紧臂、321-第一固定孔、322-第二固定孔、33-旋转式夹紧油缸、34-垫块;4-径向辅助支撑装置、41-外R高压辅助支撑、411-连接端、412-伸缩端、42-辅支座、421-支座连接孔4;5-限位装置、51-引导板、52-防误板;6-液压系统、61-液压表;7-引导销;8-球锁定位套;9-吊环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图2-5所示,本发明提供一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,具体包括本体1以及设置在本体1上的定位环2、轴向压紧装置3、径向辅助支撑装置4、限位装置5和液压系统6,其中,本体1为内部中空的圆台状,本体1顶部外圆一周设置有一定位环2,定位环2的高度为5~10mm,用于对待加工工件进行定位,本体1顶部端面沿圆周方向间隔设置有轴向压紧装置3和径向辅助支撑装置4,轴向压紧装置3和径向辅助支撑装置4均匀分布在本体1的上端面,其中径向辅助支撑装置4与轴向压紧装置3在本体1上的间隔角度为15°,每两个轴向压紧装置3之间的间隔角度为60°,每两个轴向压紧装置3之间设置有两个径向辅助支撑装置4,本体1的侧壁上可拆卸连接有限位装置5,液压系统6与轴向压紧装置3和径向辅助支撑装置4连接用于控制轴向压紧装置3和径向辅助支撑4。
优选的,定位环2的外圆定位尺寸与待加工工件定位端面内孔尺寸间隙配合,间隙值为0.05~0.10mm。
如图8-11所示,轴向压紧装置3(共6个)由油缸固定座31、夹紧臂32、旋转式夹紧油缸33和垫块34组成,油缸固定座31通过内六角螺栓与本体1连接,旋转式夹紧油缸33的固定端331固定在油缸固定座31中,旋转式夹紧油缸33的旋转端332伸入夹紧臂32的后部的第一固定孔321中,旋转式夹紧油缸33用于旋转夹紧臂32,夹紧臂32前部下端面的第二固定孔322中连接有垫块34,垫块34与夹紧臂32配合用于压紧待加工工件的安装端面。
轴向压紧装置3装夹待加工工件时,旋转式夹紧油缸33转动夹紧臂32旋转,夹紧臂32与待加工工件不干涉,待加工工件装夹好后,再旋转旋转式夹紧油缸33,使夹紧臂32上的垫块34压在待加工工件的安装端面上。
优选的,旋转式夹紧油缸33与油缸固定座31过盈配合,过盈量0.01~0.03mm,夹紧臂32与旋转式夹紧油缸33间隙配合,间隙量0.02-0.05mm,垫块34与夹紧臂35过盈配合,过盈量0.01~0.03mm。
优选的,旋转式夹紧油缸33与液压系统6连接。
如图6-7所示,径向辅助支撑装置4(共12个)包括外R高压辅助支撑41和辅支座42,辅支座42通过3个内六角螺钉固定在本体1上,每一辅支座42上设置一组支座连接孔421,一组支座连接孔421包含上下设置的两个支座连接孔421,每一支座连接孔421中均设置有外R高压辅助支撑41,辅支座42中还设置有液压油管路,两个外R高压辅助支撑41的连接端411通过液压油管路与液压系统6连接,两个外R高压辅助支撑41的伸缩端412在均液压系统6的控制下实现水平方向的伸缩。
径向辅助支撑装置4支撑待加工工件时,外R高压辅助支撑41向本体1外圆方向伸出,在外R高压辅助支撑41快接触到待加工工件内壁时停止伸出,外R高压辅助支撑41与待加工工件内壁贴合,增强径向辅助支撑装置4与装夹装置的刚性,其贴合力只有1~1.5kg。
优选的,外R高压辅助支撑41的可伸缩值为20mm;
优选的,辅支座42与本体1过盈配合,过盈量0.01~0.03mm,同时利用连接,外R高压辅助支撑41与辅支座42间隙配合,间隙量0.02~0.05mm。
优选的,外R高压辅助支撑41与待加工工件内壁的曲率一致。
限位装置5包括引导板51和防误板52,引导板51的一端可拆卸固定在本体1的侧壁上,引导板51的另一端通过螺栓固定有防误板52,且防误板52面向本体1内圆方向设置,防误板52的设计需与待加工工件外圆特征凸台重合,防误板52仅作指示用,待加工工件装夹完成后,加工前将限位装置5从本体1上取下。
液压系统6包括液压表61、轴向压紧控制油路、径向辅助支撑控制油路和保压阀,轴向压紧控制油路用于通过控制旋转式夹紧油缸33实现控制夹紧臂32,径向辅助支撑控制油路用于控制外R高压辅助支撑41的伸缩,上述轴向压紧控制油路和径向辅助支撑控制油路上均设置有液压表61和保压阀,液压表61用于掌握旋转式夹紧油缸33和外R高压辅助支撑41处的压力大小;保压阀用于控制轴向压紧控制油路和径向辅助支撑控制油路的压力不变。
优选的,本体1上还设置有引导销7,引导销7均布在本体1上端面,与本体1过盈配合,过盈量0.05~0.10mm。
优选的,引导销7设置有3个。
优选的,本体1上还固定有吊环9,用于移动本体1。
优选的,本体1底部设置有两个球锁定位套8,球锁定位套8用于将本体1固定在机床上。
优选的,本发明的低应力装夹装置设计时要求本体1上下端面的平行度为0.02mm,定位套8尺寸精度为0.021mm,外R高压辅助支撑41的精度为0.2mm,外R高压辅助支撑缸组件可伸缩值为20mm,轴向压紧装置3上每个螺栓提供大约800Kg的夹紧力,增大与零件的接触面积,如果轴向压紧装置3表面有划伤或者压紧表面不光整了,方便更换。
本发明提供的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹方法,包括以下步骤:
步骤一、将待加工工件及本发明的装夹装置清洗干净,通过吊环9将装夹装置吊起,并利用装夹装置的本体1底部的2个球锁定位套8将本体1安装到机床上。
步骤二、通过本体1上的三个引导销7,将待加工工件滑入定位环2内(引导销7同时起到防碰撞作用,防止装夹时待加工工件与径向辅助支撑装置4相碰,保护装夹装置不被损坏),将引导板51固在本体1侧壁上,引导板51上的防误板52与待加工工件的特征凸台重合。
步骤三、将液压系统6的轴向压紧控制油路62与旋转式夹紧油缸33连接,径向辅助支撑控制油路63与外R高压辅助支撑41连接,观察液压表61,液压系统6的轴向压紧控制油路62控制旋转式夹紧油缸33转动,带动夹紧臂32转动,通过十二个夹紧臂32上的垫块34将待加工工件轴向固定在本体1上;液压系统6的径向辅助支撑控制油路63控制12组外R高压辅助支撑41向本体1外圆方向伸长,直至于待加工工件内壁接触,对待加工工件的薄弱部分进行径向支撑。
步骤四,拆除本体1上的限位装置5。
步骤五,锁紧保压阀64,控制轴向压紧控制油路62和径向辅助支撑控制油路63中的压力保持不变,完成对待加工工件的随形定位;
步骤六,进行对待加工工件进行铣削加工。
经验证,待加工工件压紧处的变形量变形值在0.005mm以内,保压24小时后,轴向压紧控制油路62和径向辅助支撑控制油路63中的压力由50kgf/cm2衰减为49kgf/cm2,衰减2%,液压控制元器件动作总时间在41秒以内。
本发明的随形低应力装夹方法主要是在薄壁环形件加工附近区域,通过若干个径向辅助支撑装置4支撑薄壁环形件内孔型面,铣削外型面特征位置时,径向辅助支撑装置4只是与薄壁环形件内圆周面柔性接触,不对薄壁环形件产生大的作用力,保证薄壁环形件在自由状态下加工;加工时径向辅助支撑装置4的支撑力与刀具铣削力平衡,防止薄壁环形件在受到外力而变形;
在薄壁环形件铣削参数不同的状态下,可以通过调节液压系统6的压力大小实现调整径向辅助支撑装置4支撑力的大小的目的,使径向辅助支撑装置4得支撑力与铣削力相匹配;
在液压系统6压力不变的情况下,薄壁环形件的加工状态一致性好,有利于保证铣削质量;通过使用保压阀64,在薄壁环形件加工时,夹具脱离液压装置的情况下,保证轴向压紧控制油路62和径向辅助支撑控制油路63一定的压力,确保轴向压紧装置3和径向辅助支撑装置4对薄壁环形件稳定可靠的支撑,加工安全。通过采取以上的措施,保证薄壁环形件变形最小化,提高加工精度,实现薄壁环形件的低应力装夹,降低加工难度,减小自由状态的变形量。
Claims (10)
1.一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,包括内部中空的圆台状本体(1),本体(1)顶部端面的外圆周处设置有一定位环(2),所述定位环(2)用于对待加工工件进行定位,本体(1)顶部端面上沿圆周方向均匀间隔设置有轴向压紧装置(3)和径向辅助支撑装置(4),其中每两个轴向压紧装置(3)之间设置有两个径向辅助支撑装置(4),轴向压紧装置(3)和径向辅助支撑装置(4)均与液压系统(6)连通,液压系统(6)用于控制轴向压紧装置(3)和径向辅助支撑装置(4)对待加工工件进行压紧和支撑操作,本体(1)的侧壁上可拆卸连接有限位装置(5)。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,所述定位环(2)的高度为5mm~10mm,所述定位环(2)的外圆定位尺寸与待加工工件定位端面内孔尺寸间隙配合,间隙量为0.05mm~0.10mm。
3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,所述轴向压紧装置(3)包括油缸固定座(31)、夹紧臂(32)、旋转式夹紧油缸(33)和垫块(34),其中,油缸固定座(31)与本体(1)螺栓连接,旋转式夹紧油缸(33)的固定端(331)固定在油缸固定座(31)中,旋转式夹紧油缸(33)的旋转端(332)伸入夹紧臂(32)的第一固定孔(321)中,夹紧臂(32)的第二固定孔(322)中连接有垫块(34),所述垫块(34)与夹紧臂(32)配合用于压紧待加工工件的安装端面,所述旋转式夹紧油缸(33)与液压系统(6)连接。
4.根据权利要求1所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,每两个轴向压紧装置(3)之间的间隔角度为60°,所述轴向压紧装置(3)和径向辅助支撑装置(4)之间的间隔角度为15°。
5.根据权利要求1所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,所述径向辅助支撑装置(4)包括外R高压辅助支撑(41)和辅支座(42),辅支座(42)一端固定在本体(1)上,辅支座(42)上开设有一组支座连接孔(421),所述一组支座连接孔(421)包含上下设置的两个支座连接孔(421),所述外R高压辅助支撑(41)包括连接端(411)和伸缩端(412),所述连接端(411)设置在支座连接孔(421)中,所述伸缩端(412)沿水平方向的伸缩用于对待加工工件进行支撑。
6.根据权利要求5所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,所述外R高压辅助支撑(41)与液压系统(6)连接,液压系统(6)用于控制外R高压辅助支撑(41)的伸缩端(412)沿水平方向的伸缩,所述外R高压辅助支撑(41)的伸缩量为20mm。
7.根据权利要求1所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,限位装置(5)包括引导板(51)和防误板(52),引导板(51)的一端可拆卸固定在本体(1)的侧壁上,引导板(51)的另一端通过螺栓固定有防误板(52),且防误板(52)面向本体(1)内圆方向设置。
8.根据权利要求1所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,所述液压系统(6)包括液压表(61)、轴向压紧控制油路、径向辅助支撑控制油路和保压阀,所述轴向压紧控制油路和径向辅助支撑控制油路上均设置有液压表(61)和保压阀,所述轴向压紧控制油路与轴向压紧装置(3)连通,所述径向辅助支撑控制油路与径向辅助支撑装置(4)连通。
9.根据权利要求1所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置,其特征在于,所述本体(1)顶部端面还设置有引导销(7)和吊环(9),所述引导销(7)均布在本体(1)上端面,所述吊环(9)用于移动本体(1),所述本体(1)底部设置有球锁定位套(8)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种大型薄壁环形机匣的铣削随形低应力装夹装置的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1将本体(1)安装到机床上,将待加工工件套设在本体(1)上;
S2将液压系统(6)与轴向压紧装置(3)和径向辅助支撑装置(4)连接;
S3液压系统(6)启动,控制轴向压紧装置(3)对待加工工件进行轴向压紧,然后液压系统(6)控制径向辅助支撑装置(4)对待加工工件进行径向支撑,拆除本体(1)上的限位装置(5);
S4维持轴向压紧装置(3)和径向辅助支撑装置(4)中压力不变,完成对待加工工件的随形定位;
S5进行对待加工工件进行铣削加工。
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