CN115156962B - 一种大直径薄壁套的内孔加工夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大直径薄壁套的内孔加工夹具，属于工艺装备领域领域，应用于零件车间中大直径薄壁回转体零件内孔的车削、磨削加工。本发明依据零件外径空刀槽的特征，设置分半的防护轴瓦安装其上以增加内孔加工区域的壁厚，从而提高零件的刚度，同时，采用球体内环作为零件端面压紧件与球体外环球面间隙配合实现万向浮动功能，并将钢珠置于其中使两者间为多点接触以增加浮动灵活性。本发明有效的解决了大直径薄壁回转体零件内孔加工过程中变形问题，保证零件的加工精度，操作方便，通用性强。

Description

一种大直径薄壁套的内孔加工夹具

技术领域

本发明属于工艺装备领域，涉及一种大直径薄壁套的内孔加工夹具，具体涉及一种应用于零件车间中大直径薄壁回转体零件内孔的车削、磨削加工的夹具。

背景技术

随着飞机的换代升级，飞机零件的结构逐渐向高强度、轻质量方向发展。为减轻质量，在飞机零件车间存在大量的大直径薄壁回转体零件，其加工精度主要反映在内孔和外圆的尺寸精度上，由于壁厚很薄给加工过程中控制变形带来很大的难度，变形量大就无法满足零件的精度要求。故如何有效的控制薄壁零件的变形成为了一个新的课题。

以往此类零件壁厚相对较厚，且精度要求不高，用常规的三爪夹盘夹紧加工即可，虽然有局部变形但在可接受范围内。但随着零件壁厚越来越薄，精度越来越高，此类常规方法加工已不适用。通过分析影响变形的主要环节有两个，加工变形、装夹变形，控制这两种变形都可以从夹具方向着手。

1、控制加工变形：加工外圆与端面时常用弹性涨紧销结构定位；加工内孔时则要求整个内孔加工区域要有足够的辅助刚度。

2、控制装夹变形：主要控制夹紧力；加工外圆与端面时常用均匀涨紧方式；加工内孔时则要求尽量不要夹紧外圆而要通过端面夹紧。

外圆的加工所用的涨紧销技术已经很成熟，本发明主要解决内孔加工时的变形问题，为此发明了一种夹具，来控制大直径薄壁回转体零件内孔加工的变形问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种大直径薄壁套的内孔加工夹具。依据零件外径空刀槽的特征，设置分半的防护轴瓦安装其上以增加内孔加工区域的壁厚，从而提高零件的刚度。球体内环作为零件端面压紧件与球体外环球面间隙配合实现万向浮动功能，并将钢珠置于其中使两者间为多点接触以增加浮动灵活性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大直径薄壁套的内孔加工夹具，所述夹具包括主轴连接花盘1、定位套筒2、外套螺母3、球体内环4、球体外环5、挡圈6、螺堵7、手柄8、销9、防护轴瓦10、导键11、钢球12和螺钉13；其中，球体内环4、球体外环5由于需要频繁调整，为增加耐磨性故材料选用45#淬火，主轴连接花盘1与机床主轴连接，或用三爪夹盘夹持需要有一定的强度故材料选用45#淬火，其余结构为减轻整体重量以减少机床主轴的夹持载荷材料选用6061。

如图1所示，所述的主轴连接花盘1的内环顶端沿圆周方向设有止口，用于与定位套筒2配合，主轴连接花盘1与定位套筒2通过螺钉13连接，主轴连接花盘1上止口的端面作为零件的定位面与零件的端面贴合，其中，主轴连接花盘1的花盘结构根据机床车床、车铣符合、里孔磨床等主轴形式的不同可以做成莫氏锥柄、主轴花盘、花盘夹盘等形式与机床主轴连接。

所述的定位套筒2为中空的桶状结构，其内孔左端面与零件的定位圆柱面配合定位，使零件的定位圆柱面定位于主轴连接花盘1上止口的端面与定位套筒2内孔左端面之间；所述的防护轴瓦10依据零件外圆柱面空刀特征设计防护轴瓦10，防护轴瓦10为分半结构，以便于安装在空刀槽上，防护轴瓦10内径与零件空刀直径配合，其外径尺寸与零件的定位圆柱面外径一致，同时与定位套筒2内径配合，防护轴瓦10用于增加薄壁套筒零件被加工的内孔区域的刚度；所述的定位套筒2右端沿圆周方向设凸台，凸台上表面设螺纹，凸台右端面为定位套筒2的止口。

所述的外套螺母3内孔为阶梯结构，其左段设内螺纹，与定位套筒2上的凸台螺接，外套螺母3内孔的中间段为精度孔，精度孔左端面与定位套筒2止口配合，外套螺母3内孔右段为阶梯台；所述的球体外环5外壁为阶梯结构，左段为大径端，右段为小径端，大径端外径与外套螺母3内孔中间段的精度孔配合用于定位，且外套螺母3内孔右段阶梯台挡住球体外环5大径端右端面；所述的外套螺母3中间段径向制有螺纹孔用于安装导键11，球体外环5外壁对应位置设有径向环槽，导键11旋入外套螺母3后其尾端插入球体外环5的径向环槽用于球体外环5的限位，安装后球体外环5左端面与定位套筒2右端面间留有间隙。

如图2(a)、图2(b)、图3(a)图3(b)所示，所述的球体外环5与球体内环4的内外表面均呈同轴的球面，球体外环5的内球面与球体内环4外球面为球面结构间隙配合，球体外环5内球面上下制有安装槽口，用于球体内环4的安装，槽口宽度与球体内环4宽度配合，槽口深度为球心距离L，即球体外环5大直径端面与球面中心间的距离；为保证球体内环4能够顺利安装到球体外环5且能够万向浮动一定的角度应满足如下公式：

S1＝φSD/2-S/tga (1)

S1＝φD-φSD (2)

式中，S1表示相配合的两球面间间隙；φD表示两槽口(径向环槽及收口环槽)形成的整圆尺寸，同时为球体外环5内球面直径；φSD表示球体内环4外球面直径；a表示万向浮动角度；S表示球体内环4相对球体外环5在安装方向的极限位置行程。

所述的球体内环4外球面上制有径向环槽，径向环槽两侧制有收口环槽，用于将钢球12安装在径向环槽内并收口，保证收口后的钢球12与球体外环5内球面接触保证滑动、滚动自如；所述的球体外环5对应钢球12位置延径向制有一螺纹孔并用螺堵7封堵，用于给钢球12注入润滑脂；所述的挡圈6螺接在球体外环5右端面上，用于防止球体内环4的脱落；所述的外套螺母3的端面上制有等分孔，用手柄8、销9组成的扳手插入孔内来拧紧由球体外环5与球体内环4组成的万向浮动结构，拧紧时球体内环4依据零件另一端的定位圆柱面的平整度随形贴合。

本发明的有益效果：大直径薄壁套的内孔加工夹具，有效的解决了大直径薄壁回转体零件内孔加工过程中变形问题，保证零件的加工精度，操作方便，通用性强。

附图说明

图1为大直径薄壁套的内孔加工夹具整体示意图。

图2(a)为球体内环与球体外环安装原理示意图。

图2(b)为球体内环与球体外环安装原理A-A剖视图。

图3(a)为球体内环与球体外环组装示意图。

图3(b)为球体内环相对球体外环浮动角度原理示意图。

图中：1主轴连接花盘；2定位套筒；3外套螺母；4球体内环；5球体外环；6挡圈；7螺堵；8手柄；9销；10防护轴瓦；11导键；12钢球；13螺钉。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种大直径薄壁套的内孔加工夹具，所述夹具包括主轴连接花盘1、定位套筒2、外套螺母3、球体内环4、球体外环5、挡圈6、螺堵7、手柄8、销9、防护轴瓦10、导键11、钢球12和螺钉13；其中，球体内环4、球体外环5材料选用45#淬火，主轴连接花盘1材料选用45#淬火，其余结构材料选用6061。

如图1所示，所述的主轴连接花盘1的内环顶端沿圆周方向设有止口，用于与定位套筒2配合，主轴连接花盘1与定位套筒2通过螺钉13连接，主轴连接花盘1上止口的端面作为零件的定位面与零件的端面贴合，其中，主轴连接花盘1的花盘结构为花盘夹盘形式与机床主轴连接。

所述的定位套筒2为中间设有内孔的桶状结构，其内孔左端面与零件的定位圆柱面配合定位，使零件的定位圆柱面定位于主轴连接花盘1上止口的端面与定位套筒2内孔左端面之间；所述的防护轴瓦10依据零件外圆柱面空刀特征设计防护轴瓦10，防护轴瓦10为分半结构，以便于安装在空刀槽上，防护轴瓦10内径与零件空刀直径配合，其外径尺寸与零件的定位圆柱面外径一致，同时与定位套筒2内径配合，防护轴瓦10用于增加薄壁套筒零件被加工的内孔区域的刚度；所述的定位套筒2右端沿圆周方向设凸台，凸台上表面设螺纹，凸台右端面为定位套筒2的止口。

所述的外套螺母3内孔为阶梯结构，其左段设内螺纹，与定位套筒2上的凸台螺接，外套螺母3内孔的中间段为精度孔，精度孔左端面与定位套筒2止口配合，外套螺母3内孔右段为阶梯台；所述的球体外环5外壁为阶梯结构，左段为大径端，右段为小径端，大径端外径与外套螺母3内孔中间段的精度孔配合用于定位，且外套螺母3内孔右段阶梯台挡住球体外环5大径端右端面；所述的外套螺母3中间段径向制有螺纹孔用于安装导键11，球体外环5外壁对应位置设有径向环槽，导键11旋入外套螺母3后其尾端插入球体外环5的径向环槽用于外套螺母3的限位，安装后球体外环5左端面与定位套筒2右端面间留有间隙。

如图2(a)、图2(b)、图3(a)图3(b)所示，所述的球体外环5与球体内环4的内外表面均呈同轴的球面，球体外环5的内球面与球体内环4外球面为球面结构间隙配合，球体外环5内球面上下制有安装槽口，槽口宽度与球体内环4宽度配合，槽口深度为球心距离L，即球体外环5大直径的端面与球面中心间的距离；为保证球体内环4能够顺利安装到球体外环5且能够万向浮动一定的角度应满足如下公式：

S1＝φSD/2-S/tga (1)

S1＝φD-φSD (2)

式中，S1表示相配合的两球面间间隙；φD表示两槽口(径向环槽及收口环槽)形成的整圆尺寸，同时为球体外环5内球面直径；φSD表示球体内环4外球面直径；a表示万向浮动角度；S表示球体内环4相对球体外环5在安装方向的极限位置行程；

所述的球体内环4外球面上制有径向环槽，径向环槽两侧制有收口环槽，用于将钢球12安装在径向环槽内并收口，保证收口后的钢球12与球体外环5内球面接触保证滑动、滚动自如，所述的球体外环5对应钢球12位置延径向制有一螺纹孔并用螺堵7封堵，用于给钢球12注入润滑脂；所述的挡圈6螺接在球体外环5右端面上，用于防止球体内环4的脱落；所述的外套螺母3的端面上制有等分孔，用手柄8、销9组成的扳手插入孔内来拧紧由球体外环5与球体内环4组成的万向浮动结构，拧紧时球体内环4依据零件另一端的定位圆柱面的平整度随形贴合。

夹具与机床主轴连接方式为花盘夹盘形式时，大直径薄壁套的内孔加工夹具的使用方法为：

1、在机床外将防护轴瓦10分半安装在零件的空刀槽上；

2、将带有防护轴瓦10的零件一同装入定位套筒2内，使零件一侧端面贴合到主轴连接花盘1的止口端面；

3、将由球体外环5与球体内环4组成的万向浮动结构置于另一侧端面，用扳手将外套螺母3拧入定位套筒2同时球体内环4随形压紧零件端面，安装挡圈6；

4、将装夹完的整个夹具安装到机床的三爪夹盘上，打表找正加工。

实施例2

一种大直径薄壁套的内孔加工夹具，所述夹具包括主轴连接花盘1、定位套筒2、外套螺母3、球体内环4、球体外环5、挡圈6、螺堵7、手柄8、销9、防护轴瓦10、导键11、钢球12和螺钉13；其中，球体内环4、球体外环5材料选用45#淬火，主轴连接花盘1材料选用45#淬火，其余结构材料选用6061。

如图1所示，所述的主轴连接花盘1的内环顶端沿圆周方向设有止口，用于与定位套筒2配合，主轴连接花盘1与定位套筒2通过螺钉13连接，主轴连接花盘1上止口的端面作为零件的定位面与零件的端面贴合，其中，主轴连接花盘1的花盘结构做成莫氏锥柄与机床主轴连接。

所述的定位套筒2为中间设有内孔的桶状结构，其内孔左端面与零件的定位圆柱面配合定位，使零件的定位圆柱面定位于主轴连接花盘1上止口的端面与定位套筒2内孔左端面之间；所述的防护轴瓦10依据零件外圆柱面空刀特征设计防护轴瓦10，防护轴瓦10为分半结构，以便于安装在空刀槽上，防护轴瓦10内径与零件空刀直径配合，其外径尺寸与零件的定位圆柱面外径一致，同时与定位套筒2内径配合，防护轴瓦10用于增加薄壁套筒零件被加工的内孔区域的刚度；所述的定位套筒2右端沿圆周方向设凸台，凸台上表面设螺纹，凸台右端面为定位套筒2的止口。

所述的外套螺母3内孔为阶梯结构，其左段设内螺纹，与定位套筒2上的凸台螺接，外套螺母3内孔的中间段为精度孔，精度孔左端面与定位套筒2止口配合，外套螺母3内孔右段为阶梯台；所述的球体外环5外壁为阶梯结构，左段为大径端，右段为小径端，大径端外径与外套螺母3内孔中间段的精度孔配合用于定位，且外套螺母3内孔右段阶梯台挡住球体外环5大径端右端面；所述的外套螺母3中间段径向制有螺纹孔用于安装导键11，球体外环5外壁对应位置设有径向环槽，导键11旋入外套螺母3后其尾端插入球体外环5的径向环槽用于外套螺母3的限位，安装后球体外环5左端面与定位套筒2右端面间留有间隙。

如图2(a)、图2(b)、图3(a)图3(b)所示，所述的球体外环5与球体内环4的内外表面均呈同轴的球面，球体外环5的内球面与球体内环4外球面为球面结构间隙配合，球体外环5内球面上下制有安装槽口，槽口宽度与球体内环4宽度配合，槽口深度为球心距离L，即球体外环5大直径的端面与球面中心间的距离；为保证球体内环4能够顺利安装到球体外环5且能够万向浮动一定的角度应满足如下公式：

S1＝φSD/2-S/tga (1)

S1＝φD-φSD (2)

式中，S1表示相配合的两球面间间隙；φD表示两槽口(径向环槽及收口环槽)形成的整圆尺寸，同时为球体外环5内球面直径；φSD表示球体内环4外球面直径；a表示万向浮动角度；S表示球体内环4相对球体外环5在安装方向的极限位置行程；

所述的球体内环4外球面上制有径向环槽，径向环槽两侧制有收口环槽，用于将钢球12安装在径向环槽内并收口，保证收口后的钢球12与球体外环5内球面接触保证滑动、滚动自如，所述的球体外环5对应钢球12位置延径向制有一螺纹孔并用螺堵7封堵，用于给钢球12注入润滑脂；所述的挡圈6螺接在球体外环5右端面上，用于防止球体内环4的脱落；所述的外套螺母3的端面上制有等分孔，用手柄8、销9组成的扳手插入孔内来拧紧由球体外环5与球体内环4组成的万向浮动结构，拧紧时球体内环4依据零件另一端的定位圆柱面的平整度随形贴合。

当夹具与机床主轴连接方式为莫氏锥柄、主轴花盘形式时，常规状态下主轴连接花盘1与定位套筒2是连接在机床主轴上的，大直径薄壁套的内孔加工夹具的使用方法为：

1、在机床外将防护轴瓦10分半安装在零件的空刀槽上；

2、将带有防护轴瓦10的零件一同装入机床上的定位套筒2内，使零件端面贴合到轴连接花盘的止口端面；

3、将由球体外环5与球体内环4组成的万向浮动结构置于另一侧端面，用扳手将外套螺母3拧入定位套筒2同时球体内环4随形压紧零件端面，安装挡圈6；

由于此类连接方式与机床主轴同轴，故无需找正可直接加工。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种大直径薄壁套的内孔加工夹具，其特征在于，所述夹具包括主轴连接花盘(1)、定位套筒(2)、外套螺母(3)、球体内环(4)、球体外环(5)、挡圈(6)、螺堵(7)、手柄(8)、销(9)、防护轴瓦(10)、导键(11)、钢球(12)和螺钉(13)；

所述的主轴连接花盘(1)的内环顶端沿圆周方向设有止口，用于与定位套筒(2)配合，主轴连接花盘(1)与定位套筒(2)通过螺钉(13)连接，主轴连接花盘(1)上止口的端面作为零件的定位面与零件的端面贴合；

所述的定位套筒(2)为中空的桶状结构，其内孔左端面与零件的定位圆柱面配合定位，使零件的定位圆柱面定位于主轴连接花盘(1)上止口的端面与定位套筒(2)内孔左端面之间；所述的防护轴瓦(10)依据零件外圆柱面空刀特征设计防护轴瓦(10)，防护轴瓦(10)为分半结构，以便于安装在空刀槽上，防护轴瓦(10)内径与零件空刀直径配合，其外径尺寸与零件的定位圆柱面外径一致，同时与定位套筒(2)内径配合，防护轴瓦(10)用于增加薄壁套筒零件被加工的内孔区域的刚度；所述的定位套筒(2)右端沿圆周方向设凸台，凸台上表面设螺纹，凸台右端面为定位套筒(2)的止口；

所述的外套螺母(3)内孔为阶梯结构，其左段设内螺纹，与定位套筒(2)上的凸台螺接，外套螺母(3)内孔的中间段为精度孔，精度孔左端面与定位套筒(2)止口配合，外套螺母(3)内孔右段为阶梯台；所述的球体外环(5)外壁为阶梯结构，左段为大径端，右段为小径端，大径端外径与外套螺母(3)内孔中间段的精度孔配合用于定位，且外套螺母(3)内孔右段阶梯台挡住球体外环(5)大径端右端面；所述的外套螺母(3)中间段径向制有螺纹孔用于安装导键(11)，球体外环(5)外壁对应位置设有径向环槽，导键(11)旋入外套螺母(3)后其尾端插入球体外环(5)的径向环槽用于球体外环(5)的限位，安装后球体外环(5)左端面与定位套筒(2)右端面间留有间隙；

所述的球体外环(5)与球体内环(4)的内外表面均呈同轴的球面，球体外环(5)的内球面与球体内环(4)外球面为球面结构间隙配合，球体外环(5)内球面上下制有安装槽口，用于球体内环(4)的安装，槽口宽度与球体内环(4)宽度配合，槽口深度为球心距离L，即球体外环(5)大直径端面与球面中心间的距离；为保证球体内环(4)能够顺利安装到球体外环(5)且能够万向浮动一定的角度应满足如下公式：

S1＝φSD/2-S/tga (1)

S1＝φD-φSD (2)

式中，S1表示相配合的两球面间间隙；φD表示径向环槽及收口环槽两槽口形成的整圆尺寸，同时为球体外环(5)内球面直径；φSD表示球体内环(4)外球面直径；a表示万向浮动角度；S表示球体内环(4)相对球体外环(5)在安装方向的极限位置行程；

所述的球体内环(4)外球面上制有径向环槽，径向环槽两侧制有收口环槽，用于将钢球(12)安装在径向环槽内并收口，保证收口后的钢球(12)与球体外环(5)内球面接触保证滑动、滚动自如；所述的球体外环(5)对应钢球(12)位置延径向制有一螺纹孔并用螺堵(7)封堵，用于给钢球(12)注入润滑脂；所述的挡圈(6)螺接在球体外环(5)右端面上，用于防止球体内环(4)的脱落；所述的外套螺母(3)的端面上制有等分孔，用手柄(8)、销(9)组成的扳手插入孔内来拧紧由球体外环(5)与球体内环(4)组成的万向浮动结构，拧紧时球体内环(4)依据零件另一端的定位圆柱面的平整度随形贴合。

2.根据权利要求1所述的一种大直径薄壁套的内孔加工夹具，其特征在于，所述的主轴连接花盘(1)的花盘结构根据机床车床、车铣符合、里孔磨床等主轴形式的不同做成莫氏锥柄、主轴花盘、花盘夹盘形式与机床主轴连接。

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