CN114367836B - 一种大薄壁工件用多功能工装夹具及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄壁工件加工技术领域，具体涉及一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其结构简单，可以通过一次装夹即可实现车削加工以及焊接加工，尤其适用于对管壁超薄(管壁厚度为5mm)的工件加工，操作更加方便，避免多次装夹定位对加工精度的影响；具体的，通过涨块以及涨轴之间的锥度配合，涨轴驱动涨块向外移动，可以对大孔径薄壁管件进行有效夹持，定位更加稳定，不易造成加工工件变形；加工效率高，保证加工精度。通过设置吸热板，防止焊接热变形，影响加工质量，另一方面与待加工的碳钢工件，不易焊接在一起，即不影响焊接操作。同时还提供了上述工装夹具的使用方法，操作方法简单，加工效率高且加工精度高，适用于大批量产品的生产。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁工件加工技术领域，具体涉及一种大薄壁工件用多功能工装夹具及其使用方法。
背景技术
目前在机械加工中，尤其大薄壁工件同时具有车削与焊接的加工需求时，由于薄壁工件的管壁较薄，直径较大，通常采用的三爪卡盘夹持固定，夹持力较小容易出现夹持不稳定，夹持力较大容易使工件变形，废品率较高，加工效率低且加工质量较差。另外在焊接时容易出现焊接热变形的问题，并且需要多次装夹，影响加工精度。在现有技术中解决上述问题时，通常先采用壁厚为20mm的工件进行车削或焊接加工，然后再对壁厚进行削减得到厚度为5mm的使用工件；整体加工过程较为复杂，并且也不能很好的解决工件加工变形以及焊接热变形的问题，严重影响加工质量与效率。因此对于现有技术中大薄壁工件的工装夹具，有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大薄壁工件用多功能工装夹具及其使用方法，以解决上述背景技术中存在的现有技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一方面，本发明提供了一种大薄壁工件用多功能工装夹具，包括底盘、固定座、涨块、涨轴以及复位机构，所述固定座在底盘上固定设置有多个，所述涨块与固定座滑动连接，所述涨块的内侧壁之间围合形成锥形孔，所述涨轴与锥形孔同轴设置且锥度相适配，所述涨轴的一端与底盘螺纹连接，所述涨块与底盘之间设置有用于涨块回位的复位机构。
在上述技术方案基础上，所述涨轴上设置有锥形部，所述锥形部的锥度与锥形孔的锥度相适配，所述锥形部直径大于锥形孔的直径。
在上述技术方案基础上，还包括吸热板，所述吸热板套设在涨轴上且位于锥形部的一侧，所述吸热板通过固定件固定抵接在工件的一侧。
在上述技术方案基础上，所述复位机构设置为拉簧，所述涨块上开设有通槽，所述拉簧一端固定设置在通槽的内侧壁上，另一端固定设置在底盘上。
在上述技术方案基础上，所述固定座设置为T形结构，所述涨块上开设有滑槽，所述滑槽与固定座形状相适配且滑动连接。
在上述技术方案基础上，所述吸热板采用铝合金材质制成。
另一方面，本发明还提供了一种大薄壁工件用多功能工装夹具的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：工件夹紧；将大孔径薄壁管件套设在涨块的外侧壁上，通过旋紧涨轴向锥形孔内部移动，推动涨块沿底盘直径方向外移，直至涨块的外侧壁抵接在大孔径薄壁管件的内侧壁上，进行锁紧固定；
步骤二：车削加工；将大孔径薄壁管件锁紧后，进行端面车削加工；一端加工完成后，将涨轴反方向旋动，复位机构带动涨块回位，大孔径薄壁管件松开后调转方向，再按照步骤一中进行锁紧，进行另一端端面车削加工；
步骤三：焊接加工；将步骤二中车削加工后的大孔径薄壁管件通过涨块锁紧，然后将需要焊接的另一个大直径薄壁平板通过吸热板以及固定件夹紧固定在大孔径薄壁管件的一侧，通过焊接设备对大孔径薄壁管件以及大直径薄壁平板进行焊接，得到大薄壁工件；
步骤四：加工精度检测；通过加工检具对步骤三中完成车削以及焊接加工后的大薄壁工件进行尺寸测量以及精度测量；符合加工需求后进行下一大薄壁工件的加工。
在上述技术方案基础上，所述步骤三中焊接时先启动车床预运行后，再启动焊接设备进行焊接，防止焊接咬边缺陷的发生。
在上述技术方案基础上，所述步骤三中焊接设备对称设置在底盘的两侧，焊接受力更加均匀。
本发明提供的技术方案产生的有益效果在于：
1、本发明中提供了一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其结构简单，可以通过一次装夹即可实现车削加工以及焊接加工，尤其适用于对管壁超薄(管壁厚度为5mm)的工件加工，操作更加方便，避免多次装夹定位对加工精度的影响；具体的，通过涨块以及涨轴之间的锥度配合，涨轴驱动涨块向外移动，可以对大孔径薄壁管件进行有效夹持，定位更加稳定，不易造成加工工件变形；加工效率高，保证加工精度。
2、通过设置吸热板，更优选的，吸热板由铝材质制成，一方面导热性能好，防止焊接热变形，影响加工质量，另一方面与待加工的碳钢工件，不易焊接在一起，即不影响焊接操作；另外通过固定件将吸热板以及大直径薄壁平板进行有效固定，避免在大直径薄壁平板与大孔径薄壁管件的焊接过程中出现晃动等情况，影响焊接加工质量，造成较大的加工精度误差。
3、同时本发明中还提供了一种大薄壁工件用多功能工装夹具的使用方法，操作方法简单，加工效率高且加工精度高，适用于大批量产品的生产。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的爆炸视图；
图3是本发明的部分结构示意图；
图4是本发明中涨块的结构示意图；
图5是本发明中涨轴的结构示意图；
图6是本发明中大薄壁工件的结构示意图；
图7是本发明使用状态下的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至图7所示，本发明中提供了一种大薄壁工件用多功能工装夹具，包括底盘1、固定座2、涨块3、涨轴4以及复位机构5，所述固定座2在底盘1上固定设置有多个，所述涨块3与固定座2滑动连接，所述涨块3的内侧壁之间围合形成锥形孔6，所述涨轴4与锥形孔6同轴设置且锥度相适配，所述涨轴4的一端与底盘1螺纹连接，所述涨块3与底盘1之间设置有用于涨块3回位的复位机构5。
本发明中提供了一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其结构简单，可以通过一次装夹即可实现车削加工以及焊接加工，尤其适用于对管壁超薄(管壁厚度为5mm)的工件加工，操作更加方便，避免多次装夹定位对加工精度的影响；具体的，通过涨块3以及涨轴4之间的锥度配合，涨轴驱动涨块3向外移动，可以对大孔径薄壁管件10进行有效夹持，定位更加稳定，不易造成加工工件变形；加工效率高，保证加工精度。
在上述技术方案基础上，如图5所示，所述涨轴4上设置有锥形部41，所述锥形部41的锥度与锥形孔6的锥度相适配，所述锥形部41直径大于锥形孔6的直径。
在上述技术方案基础上，还包括吸热板7，所述吸热板7套设在涨轴4上且位于锥形部41的一侧，所述吸热板7通过固定件8固定抵接在工件的一侧。更优选的，所述固定件8设置为螺母，所述涨轴4两端均设置有螺纹，一端与底盘1螺纹连接，另一端通过螺纹连接有螺母，通过螺母与平垫片将吸热板7固定在工件的一侧，同时也对工件进行夹紧。
在上述技术方案基础上，所述吸热板7采用铝合金材质制成。通过设置铝合金材质的吸热板，一方面导热性能好，防止焊接热变形，影响加工质量，另一方面与待加工的碳钢工件，不易焊接在一起，即不影响焊接操作；另外通过固定件将吸热板以及大直径薄壁平板进行有效固定，避免在大直径薄壁平板与大孔径薄壁管件的焊接过程中出现晃动等情况，影响焊接加工质量，造成较大的加工精度误差。
其中可以理解的是，大直径薄壁平板与吸热板中心均设置有安装孔套设在涨轴上，且根据图5所示，涨轴上锥形部的一侧设置有与上述安装孔尺寸相适配的光轴部分，方便在焊接时进行定位装夹以及焊接操作。
在上述技术方案基础上，所述复位机构5设置为拉簧，所述涨块3上开设有通槽31，所述拉簧一端固定设置在通槽31的内侧壁上，另一端固定设置在底盘1上。通过设置拉簧，可以在向外旋松涨轴4时，拉簧带动涨块3自动回位，操作更加方便。
在上述技术方案基础上，如图2所示，所述固定座2设置为T形结构，所述涨块3上开设有滑槽32，所述滑槽32与固定座2形状相适配且滑动连接。将涨轴4向锥形孔6内部旋紧时，涨块3相应进行外移即通过涨块3的滑槽32在固定座2上滑动实现的。
工作时，通过旋转涨轴4，涨轴4与底盘1螺纹旋合，涨轴4上设置的锥度部41向涨块3形成的锥形孔6内部移动，此时涨块3沿底盘1直径方向同步向外移动，大孔径薄壁管件10的内壁套设在涨块3的外侧壁上，通过涨块3将其涨紧固定，进行端面车削加工；然后反方向旋转涨轴4，涨块3向内移动，转换大孔径薄壁管件10的方向，进行另一端面的加工。车削加工完成后需要进行焊接时，将吸热板7固定抵接在大直径薄壁平板11的一侧，大直径薄壁平板11工件的平板面被涨块3与吸热板7夹紧固定，有效约束工件防止其焊接热变形，保证加工过程中其大直径平面的平整度需求；焊接在工件的两侧对称设置有焊接设备，这样焊接时受力均匀，焊接速度快，同时在焊接过程中吸热板带走大部分的热量，涨块3也可以进行辅助散热，不易造成焊接变形。
另一方面，本发明还提供了一种大薄壁工件用多功能工装夹具的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：工件夹紧；将大孔径薄壁管件10套设在涨块3的外侧壁上，通过旋紧涨轴4向锥形孔6内部移动，推动涨块3沿底盘1直径方向外移，直至涨块3的外侧壁抵接在大孔径薄壁管件10的内侧壁上，进行锁紧固定；
其中可以理解的是，所述涨块3的内侧壁设置为带锥度的弧形，外侧壁设置为弧形且与大孔径薄壁管件10的内侧壁相适配，即涨块3形状设置为扇形涨块，如图4所示，在加工过程中夹紧更加稳定，方便加工。
步骤二：车削加工；将大孔径薄壁管件10锁紧后，进行端面车削加工；一端加工完成后，将涨轴4反方向旋动，复位机构5带动涨块3回位，大孔径薄壁管件10松开后调转方向，再按照步骤一中进行锁紧，进行另一端端面车削加工；
步骤三：焊接加工；将步骤二中车削加工后的大孔径薄壁管件10通过涨块3锁紧，然后将需要焊接的另一个大直径薄壁平板11通过吸热板7以及固定件8夹紧固定在大孔径薄壁管件10的一侧，通过焊接设备对大孔径薄壁管件10以及大直径薄壁平板11进行焊接，得到大薄壁工件9；其中焊接设备在图中并未示出。焊接时，大孔径薄壁管件10的内侧壁与大直径薄壁平板11的平板内表面要保证紧贴涨块3，铝合金吸热板7要紧贴大直径薄壁平板11的平板外表面，将大直径薄壁平板11夹紧。在焊接过程中，涨块3与铝合金材质的吸热板7进行及时散热，防止焊接热变形，同时夹紧后也可以约束大薄壁工件的热变形，进一步保证了大平面的平面度。
更优选的，所述步骤三中焊接时先启动车床预运行后，再启动焊接设备进行焊接，防止焊接咬边缺陷的发生。在上述技术方案基础上，所述步骤三中焊接设备对称设置在底盘1的两侧，具体的，两台焊接设备设置在底盘的对角线上呈180°分布，对工件进行同时焊接，焊接受力更加均匀；焊接速度快，焊接时间短，不易变形，涨块3带走部分热量，大部分热量被铝合金材质的吸热板7带走。大直径薄壁平板11的平板面被涨块4和吸热板7紧紧夹紧，保证了工件大平面的平面度。
步骤四：加工精度检测；通过加工检具对步骤三中完成车削以及焊接加工后的大薄壁工件9进行尺寸测量以及精度测量；符合加工需求后进行下一大薄壁工件的加工。更优选的，所述步骤四中检具包括1000mm游标卡尺、200mm深度尺，1000mm平尺以及R规，主要对车削加工以及焊接加工完成后的工件进行尺寸以及误差的测量，保证其加工精度。其中车削加工时采用C650车床，焊接时采用OTC350二氧化碳气体保护焊机。
本发明中提供的一种大薄壁工件用多功能工装夹具的使用方法，操作方法简单，加工效率高且加工精度高，适用于大批量产品的生产。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，因此应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其特征在于，包括底盘(1)、固定座(2)、涨块(3)、涨轴(4)以及复位机构(5)，所述固定座(2)在底盘(1)上固定设置有多个，所述涨块(3)与固定座(2)滑动连接，所述涨块(3)的内侧壁之间围合形成锥形孔(6)，所述涨轴(4)与锥形孔(6)同轴设置且锥度相适配，所述涨轴(4)的一端与底盘(1)螺纹连接，所述涨块(3)与底盘(1)之间设置有用于涨块(3)回位的复位机构(5)；还包括吸热板(7)，所述吸热板(7)套设在涨轴(4)上且通过固定件(8)固定抵接在工件的一侧，所述吸热板(7)采用铝合金材质制成；
其中，多功能工装夹具的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：工件夹紧；将大孔径薄壁管件(10)套设在涨块(3)的外侧壁上，通过旋紧涨轴(4)向锥形孔(6)内部移动，推动涨块(3)沿底盘(1)直径方向外移，直至涨块(3)的外侧壁抵接在大孔径薄壁管件(10)的内侧壁上，进行锁紧固定；
步骤二：车削加工；将大孔径薄壁管件(10)锁紧后，进行端面车削加工；一端加工完成后，将涨轴(4)反方向旋动，复位机构(5)带动涨块(3)回位，大孔径薄壁管件(10)松开后调转方向，再按照步骤一中进行锁紧，进行另一端端面车削加工；
步骤三：焊接加工；将步骤二中车削加工后的大孔径薄壁管件(10)通过涨块(3)锁紧，然后将需要焊接的另一个大直径薄壁平板(11)通过吸热板(7)以及固定件(8)夹紧固定在大孔径薄壁管件(10)的一侧，通过焊接设备对大孔径薄壁管件(10)以及大直径薄壁平板(11)进行焊接，得到大薄壁工件(9)；
步骤四：加工精度检测；通过加工检具对步骤三中完成车削以及焊接加工后的大薄壁工件(9)进行尺寸测量以及精度测量；符合加工需求后进行下一大薄壁工件的加工。
2.根据权利要求1所述的一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其特征在于，所述涨轴(4)上设置有锥形部(41)，所述锥形部(41)的锥度与锥形孔(6)的锥度相适配，所述锥形部(41)直径大于锥形孔(6)的直径。
3.根据权利要求2所述的一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其特征在于，所述吸热板(7)套设在涨轴(4)上且位于锥形部(41)的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其特征在于，所述复位机构(5)设置为拉簧，所述涨块(3)上开设有通槽(31)，所述拉簧一端固定设置在通槽(31)的内侧壁上，另一端固定设置在底盘(1)上。
5.根据权利要求1所述的一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其特征在于，所述固定座(2)设置为T形结构，所述涨块(3)上开设有滑槽(32)，所述滑槽(32)与固定座(2)形状相适配且滑动连接。
6.根据权利要求1所述的一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其特征在于，所述步骤三中焊接时先启动车床预运行后，再启动焊接设备进行焊接，防止焊接咬边缺陷的发生。
7.根据权利要求1所述的一种大薄壁工件用多功能工装夹具，其特征在于，所述步骤三中焊接设备对称设置在底盘(1)的两侧，焊接受力更加均匀。
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