CN114871801A - 带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于带法兰铝合金薄壁筒内孔加工技术领域，提出了带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具及方法。带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具包括定位圆盘、带进气孔的套筒、盖子、轴承内环、钢珠、柔性支撑环和单向阀管嘴；本发明采用薄壁筒轴向定位的装夹思路，能够有效避免装夹应力导致的产品变形，代替了传统的车床软爪或者户口片等径向夹紧装置，排除了径向装夹力、车削振动对薄壁筒形变和表面光度的影响。与以往铝合金薄壁筒车削装夹方式相比，该装夹方法采用薄壁筒轴向夹紧定位，并且使用关节轴承调整装夹压力，最大程度避免了薄壁筒加工过程中受力变形问题。用多处气密带作为薄壁筒外壁柔性支撑，大幅度改善了车削振动带来的表面振纹现象。
Description
技术领域
本发明涉及带法兰铝合金薄壁筒内孔加工技术领域，尤其涉及带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具及方法。
背景技术
为实现减重要求，某铝合金薄壁筒设计壁厚仅为3mm，两端法兰，内孔直径230mm。由于该铝合金薄壁筒处于活动频繁、高载荷的工作环境中，因此该薄壁筒内孔的精密程度直接影响产品整体的性能。该铝合金薄壁筒内壁精度主要表现为尺寸精度、圆度和表面光度。在实际加工过程中，受到装夹方式和车削振动的影响，经常出现内孔圆度差、表面粗糙度差等加工缺陷。
传统的薄壁筒车削加工装夹方法为：用车床软爪夹持筒壁，或使用户口片将薄壁外筒抱住进行车削。但是在装夹过程中夹盘相对于筒壁径向施加压力，当各个软爪或户口片压力不完全一致时，在装夹过程中薄壁筒会受到不均匀的径向压力，导致内孔产生应力形变，当车削完成解除装夹后，薄壁筒因为应力释放，内孔圆度随即产生变化，导致加工后圆度改变，影响加工准确性。在镗削内孔加工过程中，由于产品壁厚较薄，镗刀与被加工工件摩擦受力发生振动，导致加工后的表面出现振纹，影响表面质量。同时，两端带法兰的薄壁筒属于全新设计方案，无相关加工经验，加工方法有待探索。
发明内容
鉴于以上原因，发明了带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具及方法，本发明中的带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具改变了车削装夹方式，通过改变装夹思路，将径向夹紧改为轴向夹紧，避免了径向挤压塑性变形产生的应力影响，消除了薄壁筒车削过程中的产生的振动，弥补了铝合金薄壁筒加工后内径尺寸精度差，内孔圆度差，内孔表面尺寸差等不足之处，极大提升了铝合金薄壁筒车削精度与生产效率。夹具端面使用关节轴承调整轴向圆周受力均匀度，并借助薄壁筒端面法兰孔进行角向定位，可使装夹更牢固，受力更均匀，排除了零件及夹具塑性变形带来的应力影响。
本发明的技术方案：一种带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具，包括定位圆盘1、套筒2、螺钉3、紧固螺母4、盖子5、轴承内环6、钢珠7、锁紧螺钉8、角向定位销子9、柔性支撑环10和单向阀管嘴11；定位圆盘1呈圆环状，其与开有进气孔的套筒2一端通过多个螺钉3紧固；套筒2另一端通过角向定位销子9与轴承内环6压紧固定，盖子5位于轴承内环6外侧，与紧固螺母4配合进行盖紧，锁紧螺钉8从盖子5外侧穿入至轴承内环6进行锁紧，防止轴承内环6旋转；轴承内环6外表面设有凹槽，钢珠7布置于凹槽内，用于将盖子5提供的轴向压紧力均匀分布于轴承内环6端面；多个柔性支撑环10均匀分布、贴附于套筒2外表面，其包括柔性金属环和气密带，二者粘结在一起；气密带上设有一进气管嘴，与单向阀管嘴11连接，用于充气。
角向定位销子9一端插入被加工的薄壁筒法兰孔中，其主要作用是轴向压紧被加工的薄壁筒，并对其进行角向定位。
紧固螺母4作用是与盖子5一同通过螺纹旋入的方式为轴承内环6施加压紧力；柔性支撑环10贴附在被加工薄壁筒外侧，通过气密带充气后的柔性支撑消除内孔车削过程中的振动。
一种带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具装夹方法，包括步骤如下：
1)定位圆盘1和套筒2通过内六角圆柱头螺钉3固紧，将柔性支撑环10套在被加工的薄壁筒外侧，保证气密带与被加工的薄壁筒外壁贴合，并一同装入套筒2中；保证被加工的薄壁筒底端面与定位圆盘1底面完全接触，法兰侧面与套筒2内壁贴合无挤压应力，柔性支撑环10的进气管嘴与套筒2的进气孔相接合；
2)将角向定位销子9插入被加工的薄壁筒的法兰孔中，将带有钢珠7的轴承内环6压在被加工的薄壁筒上，并保证角向定位销子9同时插入轴承内环6端面定位孔中；
3)将盖子5压在轴承内环6端面上，盖子5内壁与轴承内环6外表面沟槽中的钢珠7均匀接触；
4)紧固螺母4套在盖子5外侧，通过内螺纹与套筒2外螺纹配合，缓慢旋入，对盖子5施加轴向压力，通过轴承内环6逐渐压紧被加工的薄壁筒，实现轴向夹紧功能；
5)压紧调整完成后，拧紧锁紧螺钉8，对轴承内环6止动；
6)将单向阀管嘴11通过套筒2上的进气孔拧到柔性支撑环10的进气管嘴上，使用气源向其内部充气，充满后移除气源，单向阀管嘴11自动锁闭；
7)加工完成后松开锁紧螺钉8，卸掉紧固螺母4、盖子5、轴承内环6和角向定位销子9，手动接触单向阀管嘴11，排除气密带内部气体，卸掉单向阀管嘴11，将加工的薄壁筒和柔性支撑环10取出。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用薄壁筒轴向定位的装夹思路，能够有效避免装夹应力导致的产品变形。用多处气密带作为薄壁筒外壁柔性支撑，大幅度改善了车削振动带来的表面振纹现象。此装置的使用代替了传统的车床软爪或者户口片等径向夹紧装置，排除了径向装夹力、车削振动对薄壁筒形变和表面光度的影响，更利于薄壁筒内孔精加工，提高了实用性及科学性，经验证，实际加工后的带法兰铝合金薄壁筒(壁厚3mm，内孔直径230mm)内孔圆度可控制为≤0.02mm，表面粗糙度可达Ra0.4。
(2)相对于传统测量方法，本装置具备快换功能，安装到车床夹盘后只需将被加工的薄壁筒塞入内筒，盖好端面盖子并锁紧、插入充气管嘴充气后即可加工，无需找正安装，缩短了生产准备时间，提高了生产效率。
(3)本发明不仅可用于车床加工，同时也可以成为立式珩磨机珩磨薄壁筒内孔的夹紧装置，实现了一专多用，降低了产品生产成本。与以往铝合金薄壁筒车削装夹方式相比，该装夹方法采用薄壁筒轴向夹紧定位，并且使用关节轴承调整装夹压力，最大程度避免了薄壁筒加工过程中受力变形问题。同时，本发明在夹具上增加了充气紧固圈，通过气密带的柔性辅助支撑降低铝合金薄壁筒内孔车削时产生的振纹。
附图说明
图1为车削夹具二维剖视图；
图2为车削夹具三维轴视图；
图3为柔性支撑环的结构二维图。
图中：1-定位圆盘、2-套筒、3-螺钉、4-紧固螺母、5-盖子、6-轴承内环、7-钢珠、8-锁紧螺钉、9-角向定位销子、10-柔性支撑环、11-单向阀管嘴。
具体实施方式
本发明具体实施方式及步骤如下：
1)定位圆盘1和套筒2通过内六角圆柱头螺钉3固紧，将柔性支撑环10套在被加工的薄壁筒外侧，保证气密带与被加工的薄壁筒外壁贴合，并一同装入套筒2中，保证被加工的薄壁筒底端面与定位圆盘1底面完全接触，法兰侧面与套筒2内壁贴合无挤压应力，柔性支撑环10的进气管嘴与套筒2的进气孔相接合；
2)将角向定位销子9插入被加工的薄壁筒的法兰孔中，将带有钢珠7的轴承内环6压在被加工的薄壁筒上，并保证角向定位销子9同时插入轴承内环6端面定位孔中；
3)将盖子5压在轴承内环6端面上，盖子5内壁与轴承内环6外表面沟槽中的钢珠7均匀接触；
4)紧固螺母4套在盖子5外侧，通过内螺纹与套筒2外螺纹配合，缓慢旋入，对盖子5施加轴向压力，通过轴承内环6逐渐压紧被加工的薄壁筒，实现轴向夹紧功能；
5)压紧调整完成后，拧紧锁紧螺钉8，对轴承内环6止动；
6)将单向阀管嘴11通过套筒2上的进气孔拧到柔性支撑环10进气管嘴上，使用气源向其内部充气，充满后移除气源，单向阀管嘴11自动锁闭。
7)操作者使用吊索具，将固定后的工装安装到车床卡盘上夹紧，借助抗振镗刀杆对被加工的薄壁筒内孔进行车削加工；
8)加工完成后松开锁紧螺钉8，卸掉紧固螺母4、盖子5、轴承内环6和角向定位销子9，手动接触单向阀管嘴11气密，排除气密带内部气体，卸掉单向阀管嘴11，将加工的薄壁筒和柔性支撑环10取出。
9)重新安装下一件加工的薄壁筒，安装过程参考以上1)～6)步骤即可；
10)待所有加工工作完成后，将此装置从车床夹盘上拆下即可。
Claims (2)
1.一种带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具，其特征在于，该带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具包括定位圆盘(1)、套筒(2)、螺钉(3)、紧固螺母(4)、盖子(5)、轴承内环(6)、钢珠(7)、锁紧螺钉(8)、角向定位销子(9)、柔性支撑环(10)和单向阀管嘴(11)；
定位圆盘(1)呈圆环状，其与开有进气孔的套筒(2)一端通过多个螺钉(3)紧固；套筒(2)另一端通过角向定位销子(9)与轴承内环(6)压紧固定，盖子(5)位于轴承内环(6)外侧，与紧固螺母(4)配合进行盖紧，锁紧螺钉(8)从盖子(5)外侧穿入至轴承内环(6)进行锁紧，防止轴承内环(6)旋转；轴承内环(6)外表面设有凹槽，钢珠(7)布置于凹槽内，用于将盖子(5)提供的轴向压紧力均匀分布于轴承内环(6)端面；多个柔性支撑环(10)均匀分布、贴附于套筒(2)外表面，其包括柔性金属环和气密带，二者粘结在一起；气密带上设有一进气管嘴，与单向阀管嘴(11)连接，用于充气。
2.一种带法兰铝合金薄壁筒内孔精密车削夹具装夹方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)定位圆盘(1)和套筒(2)通过内六角圆柱头螺钉(3)固紧，将柔性支撑环(10)套在被加工的薄壁筒外侧，保证气密带与被加工的薄壁筒外壁贴合，并一同装入套筒(2)中；保证被加工的薄壁筒底端面与定位圆盘(1)底面完全接触，法兰侧面与套筒(2)内壁贴合无挤压应力，柔性支撑环(10)的进气管嘴与套筒(2)的进气孔相接合；
2)将角向定位销子(9)插入被加工的薄壁筒的法兰孔中，将带有钢珠(7)的轴承内环(6)压在被加工的薄壁筒上，并保证角向定位销子(9)同时插入轴承内环(6)端面定位孔中；
3)将盖子(5)压在轴承内环(6)端面上，盖子(5)内壁与轴承内环(6)外表面沟槽中的钢珠(7)均匀接触；
4)紧固螺母(4)套在盖子(5)外侧，通过内螺纹与套筒(2)外螺纹配合，缓慢旋入，对盖子(5)施加轴向压力，通过轴承内环(6)逐渐压紧被加工的薄壁筒，实现轴向夹紧功能；
5)压紧调整完成后，拧紧锁紧螺钉(8)，对轴承内环(6)止动；
6)将单向阀管嘴(11)通过套筒(2)上的进气孔拧到柔性支撑环(10)的进气管嘴上，使用气源向其内部充气，充满后移除气源，单向阀管嘴(11)自动锁闭；
7)加工完成后松开锁紧螺钉(8)，卸掉紧固螺母(4)、盖子(5)、轴承内环(6)和角向定位销子(9)，手动接触单向阀管嘴(11)，排除气密带内部气体，卸掉单向阀管嘴(11)，将加工的薄壁筒和柔性支撑环(10)取出。
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