CN114310400B - 一种薄壁件加工定位工装和控制薄壁件变形的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁件加工定位工装和控制薄壁件变形的加工方法，属于机械加工技术领域，解决了现有技术中薄壁加工装夹方式陈旧，切削力及振动造成薄壁件加工过程产生变形、废品率高等技术问题。本发明的薄壁件加工定位工装包括工装托盘、涨料装夹组件和赋型装夹组件；其中，赋型装夹组件包括赋型块。工装托盘固定设置在机床上端面；工件毛坯通过涨料装夹组件固定在所述工装托盘上；赋型装夹组件用于配合涨料装夹组件对第二面加工时的工件进行装夹。本发明所涉及的控制薄壁件变形的加工方法包括装夹方法和铣削加工方法的组合应用。本发明工装结构简单，使用方便；本发明方法步骤简单，用途广泛，可以有效提高薄壁件机加工成品率，提高加工效率。

Description

一种薄壁件加工定位工装和控制薄壁件变形的加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种薄壁件加工定位工装和控制薄壁件变形的加工方法。

背景技术

薄壁机械加工件在航空航天领域应用比较广泛。此类零件不仅外观要求较高，而且对变形控制很严格。因此，对薄壁件的机械加工方法创新及加工工装改良提出更高要求。

目前常用的加工方法是薄壁件两端涨料，增加夹位，使用机床内虎钳进行装夹。加工完型面后去除两端夹位。这种方式容易导致加工变形，尤其是在第二面加工薄壁件的过程中，在边缘处的虎钳装夹方式，无法确保去除材料的切削力对薄壁件不产生变形影响，导致最终的薄壁件产品有翘曲的发生，工件成品合格率低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种薄壁件加工定位工装和控制薄壁件变形的加工方法，用以解决现有技术中装夹方式无法克服工件变形，造成工件成品率低的技术问题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种薄壁件加工定位工装，用于将带有工件涨料部的工件固定装夹在机床上；包括工装托盘、涨料装夹组件和赋型装夹组件；所述工装托盘可拆卸地固定设置在机床上端面；所述赋型装夹组件包括赋型块，用于配合所述涨料装夹组件将已完成第一面加工的所述工件通过所述工件涨料部固定在所述工装托盘上。

进一步的，所述工装托盘上设置有机台找正精度面和基准安装台；所述基准安装台面向工件的侧面为工装找正基准面。

进一步的，基准安装台上设置有定位销和定位销槽；所述定位销定位连接在所述工件上设置的工件定位销孔中。

进一步的，所述涨料装夹组件包括涨料装夹单元，所述涨料装夹单元包括涨料压板和涨料螺栓。

进一步的，所述涨料压板具有圆弧面；所述圆弧面和所述涨料压板中心通孔为同心圆。

进一步的，所述工装托盘设置有赋型安装槽；所述赋型安装槽下部侧壁开设有贯通的赋型顶推螺孔。

进一步的，所述赋型装夹组件还包括支撑块和推力螺栓；所述赋型块位于所述支撑块上部且以斜面相连接，所述赋型块和所述支撑块设置在所述赋型安装槽中；所述推力螺栓通过所述赋型顶推螺孔顶推所述支撑块。

进一步的，所述赋型安装槽中相对于赋型顶推螺孔的侧壁下部同心设置有顶推弹簧孔；所述顶推弹簧孔内设置有顶推弹簧；所述顶推弹簧位于顶推弹簧孔底面和所述赋型块侧面之间。

一种使用所述的薄壁件加工定位工装控制薄壁件变形的加工方法，步骤如下：

S1、将工装托盘安装在机床上；

S2、将工件定位安装在工装托盘1上，完成一次定位安装；

S3、使用机床加工工件，形成第一工件型面；

S4、对工件进行二次定位安装；

S5、使用机床加工工件，形成第二工件型面，完成薄壁件型面加工；

S6、移出完成机加工的工件，进行线切割；

S7、针对下一件需要加工的工件，重复S2-S6。

进一步的，在所述S6和S7之间，回撤弹簧带动赋型块复位。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明涉及的薄壁件加工定位工装可以有效地减少加工过程中切削力、切削振动以及装夹力对工件的变形影响；

2.、本发明涉及的薄壁件加工定位工装可以在批量加工生产中，提高重复定位精度，保证批量生产的重复精度；

3、本发明涉及控制薄壁件变形的加工方法简单易行，有利于批量化生产；

4、本发明涉及的薄壁件加工定位工装和控制薄壁件变形的加工方法可以使得操作简单，步骤简捷，能有效降低劳动者强度。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明薄壁件加工定位工装结构示意图；

图2为本发明工装托盘结构示意图；

图3图2中A-A剖面示意图；

图4图2中B-B剖面示意图；

图5为本发明工装托盘安装毛坯工件的安装结构示意图；

图6为本发明工装托盘安装加工完一面的工件安装结构示意图；

图7为本发明工装托盘安装加工完两面的工件安装结构示意图；

图8为图7中A-A剖面示意图；

图9为机加工完成时的工件结构示意图；

图10为线切割完成后工件示意图；

图11为本发明赋型装夹组件支撑工件的示意图；

图12为本发明赋型装夹组件结构示意图；

图13为图12轴向剖切示意图；

图14为本发明涨料装夹组件结构示意图；

图15为图14轴向剖切示意图。

附图标记：

1.工装托盘；11.工件安装水平精度面；12.机台安装水平精度面；13.基准安装台；131.工装找正基准面；14.定位销槽；15.托盘第一侧面；16.顶推弹簧孔；17.赋型安装槽；18.赋型顶推螺孔；19.涨料装夹安装孔；2.涨料装夹组件；21.涨料压板；22涨料螺栓；3.赋型装夹组件；31.赋型块；32.支撑块；33.推力螺栓；34.顶推弹簧；4.定位销；100.工件；101.工件涨料部；1001.工件定位销孔。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

下面结合图1-15，更具体地描述本发明的技术方案：

本发明具体涉及一种薄壁件加工定位工装和控制薄壁件变形的加工方法，其中的薄壁件加工定位工装可以保证控制薄壁件变形的加工方法的实现。

薄壁件加工定位工装包括工装托盘1、涨料装夹组件2和赋型装夹组件3；所述工装托盘1可拆卸地固定设置在机床上端面；其上设置有基准安装台13。如图1所示。

本发明的一个具体实施例，公开了一种薄壁件加工定位工装，用于把工件100的毛坯装夹在机床上。其中，工件100的四周设置有工件涨料部101，工件涨料部101为装夹部位，中间为工件成型区。设置工件涨料部101就是为了在机加工的整个过程中，被加工的部分始终连接在工件涨料部101。这种一体连接，可以有效减小切削力及切削振动对工件变形的影响。同时，由于薄壁件加工时两个相对面均需要加工，因此需要一次定位装夹和二次定位装夹。一次定位装夹下完成薄壁件第一型面的加工；二次定位装夹下完成薄壁件第二型面的加工。因此，在正式加工前，要将工件100的毛坯的上、下端面和一个侧面加工至安装精度，同时，在该精加工的侧面上加工出工件定位销孔1001，可以保证一次定位装夹和二次定位装夹定位的一致性。

具体的，薄壁件加工定位工装包括工装托盘1、涨料装夹组件2和赋型装夹组件3，如图1-图3所示。

工装托盘1是整个薄壁件加工定位工装的基础支撑件，可拆卸地固定设置在机床上端面；其它的零部件，包括整个加工过程中的工件100，都要直接或间接安装其上。

所述工装托盘1上设置有薄壁件加工定位工装的基准面。具体的，所述工装托盘1上端面为工件安装水平精度面11，与工件100的下端面配合；所述工装托盘1的下端面为机台安装水平精度面12，与机床的上端面可拆卸固接。所述机台安装水平精度面12和工装托盘1上设置的托盘第一侧面15共同构成机台找正精度面，用于保证所述工装托盘1在机床上找正。其中，托盘第一侧面15可以是工装托盘1的4个侧立面中的任一个，具体位置可根据机床定位面设置。

如图3和图4所示，所述工装托盘1中部设置有基准安装台13；所述基准安装台13面向工件的侧面为工装找正基准面131，用于将工件100在工装找正基准面131的法线方向正确定位。基准安装台13上还设置有垂直于工装找正基准面131的2个定位销槽14，2个定位销槽14相对于工件100的安装中心镜像对称，一次定位装夹和二次定位装夹过程中，分别使用其中的一个定位销槽14，在其中限位设置有1个定位销4；定位销4的部分销体插入工件100上预先加工的工件定位销孔1001，与工件100一起翻转。这样，工件100通过工件安装水平精度面11、工装找正基准面131和定位销4，精准定位装夹在工装托盘1上。

优选的，工件定位销孔1001在进行一次定位装夹和翻转后进行二次定位装夹过程中，其位置恰好对应于工装托盘1上2个定位销槽14的位置。目的是当一次定位装夹下完成工件100第一面的加工后，工件100翻转进行二次定位装夹时，定位精度保持一致。

如图2所示，所述工装托盘1上端面向下设置有多个赋型安装槽17；所述赋型安装槽17。优选的，所述赋型安装槽17为矩形深槽；进一步优选为多个赋型安装槽17长宽方向一致，为通过CAE计算后设置在工件100易于加工变形的部位；具体到本实施例，安装槽17设置在工件100的薄壁边缘附近，设置在3个位置。

每个赋型安装槽17向相对邻近的侧壁开设有贯通的赋型顶推螺孔18；所述赋型顶推螺孔18设置在赋型安装槽17下部的侧壁上。

在一次定位装夹中，工件100的毛坯是通过涨料装夹组件2将工件100从固定在工装托盘1上的。所述涨料装夹组件2包括多个，本具体实施例优选为4个，分2组对称设置，将所述工件100固定在所述工装托盘1上。如图1、图5、图6、图7所示。

工件安装水平精度面11上还设置有涨料装夹安装孔19，用于连接涨料装夹组件2。

如图14和图15所示，涨料装夹组件2包括涨料压板21和涨料螺栓22。其中，涨料螺栓22设置有涨料螺栓头部和涨料螺栓体，所示涨料压板21设置有涨料压板阶梯孔。所述涨料螺栓头部设置在涨料压板阶梯孔的大孔部，涨料螺栓体部穿过涨料压板阶梯孔的小孔部，固连在涨料装夹安装孔19中。

优选的，涨料压板21为长条板，两端分别搭接在工件100毛坯和工装托盘1的结构支撑上。优选的工件100毛坯的工件涨料部101和工装托盘1上的结构支撑高度相同。

涨料压板阶梯孔设置在涨料压板21的中部，所述涨料压板21两端为同心弧面。该设计可以使涨料压板21的几何形状相对于涨料压板阶梯孔中心对称，保证涨料压板21在任意角度压入工件100时，在工件100毛坯的工件涨料部101和工装托盘1上的结构支撑上的接触面积相同，并通过倒圆有效防止涨料压板21干涉刀具及其附着件的行程。

如图11、图12、图13所示，赋型装夹组件3用于二次定位装夹之用。具体的，一次定位装夹安装中加工完工件100的第一型面后，翻转工件100，进行二次定位装夹安装时，支撑工件100的第一型面，配合涨料装夹组件2对工件的第二面加工做定位安装。

所述赋型装夹组件3包括赋型块31、支撑块32和推力螺栓33。具体的，所述赋型块31位于所述支撑块32上部，二者以斜面相连接；所述推力螺栓33通过所述赋型顶推螺孔18顶推所述支撑块32在赋型安装槽17内限位沿赋型顶推螺孔18轴向移动，从而借助斜面相连接，推动赋型块31做上下位移。

具体的，所述赋型块31与赋型安装槽17水平横截面上为间隙配合，所述支撑块32的长度小于赋型块31，二者长度差值L与赋型块31和支撑块32接触斜面的角度α有关，和赋型块31需要垂直位移的高度h有关，具体的，h＝L*tanα。优选的，所述的高度差大于h。

进一步优选的，赋型块31的非工作位置时，其最低点低于工件安装水平精度面11，整体位于赋型安装槽17内。如果，薄壁件的曲度较大，则不作此要求，只是赋型块31需要等到二次定位装夹时进行安装。

优选的，赋型安装槽17内，在赋型顶推螺孔18相对的赋型安装槽17侧壁上，设置有同心的顶推弹簧孔16；所述顶推弹簧孔16内设置有顶推弹簧34；所述顶推弹簧位于顶推弹簧孔16底面和所述赋型块31侧面之间。顶推弹簧34用于推力螺栓33向外旋出时，顶推弹簧34自动推动赋型块31在其下面的斜面上滑动，自动降落，卸掉对工件100的支撑，便于拆卸及跟换工件100，便于做下一次的一次定位装夹。

本发明还涉及一种使用薄壁件加工定位工装控制薄壁件变形的加工方法，步骤如下：

S1、将工装托盘1安装在机床上：

将工装托盘1通过机台找正精度面正确安装在机床上；其中，机台找正精度面由机台安装水平精度面12和工装托盘1上设置的托盘第一侧面15共同构成；

S2、将工件100定位安装在工装托盘1上：

工件100毛坯四周带有工件涨料部101，并且已经加工有安装基准底面和定位侧面，同时加工有工件定位销孔1001；

将工件100毛坯安装在工装托盘1上，如图2所示；

具体的，首先，将工件100毛坯安装基准底面贴合到工装托盘1上的工件安装水平精度面11，将工件100毛坯的定位侧面贴合工装托盘1上的工装找正基准面131，并通过限位在工装托盘1上的定位销4连接工件100毛坯上的工件定位销孔1001，正确将工件100毛坯定位在工装托盘1上；其次，用涨料装夹组件2压紧并固定工件100在工装托盘1上，完成一次定位安装；

S3、使用机床加工工件，形成第一工件型面，如图9所示；

本具体实施例的机床加工为铣削加工；

S4、对工件100进行二次定位安装：

反转工件100，在工装托盘1上增加赋型装夹组件3，并在工件涨料部101压紧固定工件毛坯，完成二次定位安装；

如果赋型块31的非工作位置的最低点低于工件安装水平精度面11之下，则赋型装夹组件3的安装在S1完成；

如果赋型块31的非工作位置的最低点高于工件安装水平精度面11，赋型装夹组件3的安装在本步骤完成。具体的，安装赋型装夹组件3是在反转工件100后、还没有安装之前进行；具体的，先安装顶推弹簧34，再安装支撑块32；然后将赋型块31设置在支撑块32上；定位放入需要二次定位装夹的工件100；紧固安装涨料装夹组件2；在涨料装夹组件(2)安装到位后，旋入推力螺栓33，顶推赋型块31向上顶撑第一工件型面，完成对工件100的精准二次定位安装。

S5、使用机床加工工件，形成第二工件型面，完成薄壁件型面加工；如图7和图8所示。

S6、移出完成机加工的工件100，进行线切割；

此时，工件100两面的型面均已加工完成，但是型面的局部仍然与工件涨料部101有局部连接。此时，将机加工完成的工件100从机加工机床上移出至线切割工作区，做局部线切割，从而完成整个加工过程，形成最终的产品，如图10所示；

移出工件100之前，旋出推力螺栓33，顶推弹簧34推动所述赋型块31复位。卸掉对工件100的支撑，便于拆卸已加工完成的工件100，也有利于对下一个需要加工的工件100的毛坯做一次定位装夹。

S7、对下一件工件100的毛坯进行安装和加工操作，重复S2-S6。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时，凡搭载了本装置的设备，以扩大应用领域并产生复合的技术效果，都属于本方法发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种薄壁件加工定位工装，其特征在于，用于将带有工件涨料部(101)的工件(100)固定装夹在机床上；包括工装托盘(1)、涨料装夹组件(2)和赋型装夹组件(3)；所述工装托盘(1)可拆卸地固定设置在机床上端面；所述赋型装夹组件(3)包括赋型块(31)；

所述工装托盘(1)设置有赋型安装槽(17)；多个所述赋型安装槽(17)长宽方向一致，为通过CAE计算后设置在所述工件(100)易于加工变形的部位；所述赋型块(31)设置在所述赋型安装槽(17)内；所述赋型安装槽(17)下部侧壁开设有贯通的赋型顶推螺孔(18)；

所述赋型安装槽(17)中相对于赋型顶推螺孔(18)的侧壁下部同心设置有顶推弹簧孔(16)；所述顶推弹簧孔(16)内设置有顶推弹簧(34)；

所述赋型装夹组件(3)还包括支撑块(32)和推力螺栓(33)；所述赋型块(31)用于在反转所述工件(100)、对所述工件(100)进行二次定位安装时，向上精准顶撑所述机床加工所述工件(100)后所形成的第一工件型面；所述赋型块(31)位于所述支撑块(32)上部且以斜面相连接，所述赋型块(31)和所述支撑块(32)设置在所述赋型安装槽(17)中；所述推力螺栓(33)通过所述赋型顶推螺孔(18)顶推所述支撑块(32)在赋型安装槽(17)内限位沿赋型顶推螺孔(18)轴向移动，从而借助斜面相连接，推动所述赋型块(31)做上下位移；所述赋型装夹组件(3)用于配合所述涨料装夹组件(2)将已完成第一面加工的所述工件(100)通过所述工件涨料部(101)固定在所述工装托盘(1)上；

所述工装托盘(1)上设置有薄壁件加工定位工装的基准面；

所述工装托盘(1)上端面为工件安装水平精度面(11)，与所述工件(100)的下端面配合；所述工装托盘(1)的下端面为机台安装水平精度面(12)，与所述机床的上端面可拆卸固接；

所述工装托盘(1)上设置有托盘第一侧面(15)，所述机台安装水平精度面(12)与托盘第一侧面(15)共同构成机台找正精度面，用于保证所述工装托盘(1)在所述机床上找正；

所述工装托盘(1)上还设置有和基准安装台(13)；所述基准安装台(13)面向工件(100)的侧面为工装找正基准面(131)；

所述基准安装台(13)上设置有定位销(4)和2个定位销槽(14)；所述定位销槽(14)垂直于所述工装找正基准面(131)；

2个所述定位销槽(14)相对于所述工件(100)的安装中心镜像对称；所述定位销(4)限位设置在其中1个的所述定位销槽(14)中；所述定位销(4)定位连接在所述工件(100)上设置的工件定位销孔(1001)中；所述定位销(4)与所述工件(100)一起翻转；所述涨料装夹组件(2)包括涨料装夹单元，所述涨料装夹单元包括涨料压板(21)和涨料螺栓(22)；

所述涨料压板(21)为长条板，两端分别搭接在所述工件(100)毛坯和所述工装托盘(1)的结构支撑上；所述工件涨料部(101)和所述结构支撑高度相同；

所述涨料压板(21)设置有涨料压板阶梯孔；所述涨料压板阶梯孔设置在涨料压板(21)的中部；所述涨料压板(21)两端为同心弧面。

2.根据权利要求1所述的薄壁件加工定位工装，其特征在于，所述顶推弹簧(34)位于顶推弹簧孔(16)底面和所述赋型块(31)侧面之间。

3.一种使用权利要求1或2所述的薄壁件加工定位工装控制薄壁件变形的加工方法，步骤如下：

S1、将工装托盘(1)安装在机床上；

S2、将工件(100)定位安装在工装托盘(1)上，完成一次定位安装；

S3、使用机床加工工件，形成第一工件型面；

S4、对工件(100)进行二次定位安装；

S5、使用机床加工工件，形成第二工件型面，完成薄壁件型面加工；

S6、移出完成机加工的工件(100)，进行线切割；

S7、针对下一件需要加工的工件(100)，重复S2-S6。

4.根据权利要求3所述的控制薄壁件变形的加工方法，其特征在于，在所述S6和S7之间，回撤弹簧(34)带动赋型块(31)复位。

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