CN115945927A - 一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具及装夹方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例中提供了一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具及装夹方法，所述基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具由底座、中心立柱、中心块、定位模块、底部支撑模块、内部夹紧模块以及顶部安装边辅助支撑模块组成。通过本公开的处理方案，简化了机匣装夹固定的操作，实现对燃烧室机匣的装夹优化。引入点对点夹紧策略，有效减小夹紧力从而减少装夹产生的变形；顶部支撑的使用有效提升了机匣的加工刚度，减少加工变形，抑制加工产生的振动；浮动支撑令整个夹具能够自适应调节，能够出色应对机匣零件的特异性，保证加工质量的同时提高加工效率。此外，零件数量少且拆装方便，夹具简单可靠又便于修理。

Description

一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具及装夹方法

技术领域

本发明涉及航空发动机机匣类零件加工技术领域，具体涉及一种用于燃烧室机匣装夹的夹具与方法。

背景技术

航空发动机为飞机的心脏,是一种高度复杂和精密的热力机械,主要为航空器提供飞行所需动力的发动机。机匣作为航空发动机的重要组成零件之一,主要对发电机起保护、支撑作用。航空发动机机匣尺寸大且壁薄，一般高度超过200mm、直径超过480mm，壁厚不超过3mm，自身刚度小易变形；与此同时，机匣零件在铣削加工过程中切削力大,容易发生振动和变形,极大影响了燃烧室机匣的加工速度与加工质量,从而会影响整台航空发动机的性能。

但是，现有的燃烧室机匣夹具多采用单侧压紧的方式进行定位装夹，难以有效减弱加工振动，在装夹过程中容易使机匣产生装夹变形；压紧力大使得机匣在卸载后回弹变形大，导致加工的机匣产生较大形状误差。此外，每一个机匣零件的外形都存在细微差异，现有夹具无法针对机匣外形的不同做出柔性调整，而是按照零件的理论模型刚性装夹，导致机匣零件不同程度变形。面对燃烧室机匣的顶部安装边铣削与钻锪孔、倒角加工的工艺要求，设计一种用于装夹航空发动机燃烧室机匣的加工夹具,提出一种自适应装夹航空发动机燃烧室机匣的装夹方法，减小机匣的加工变形,提升加工刚度，减弱加工振动，是本领域技术人员亟待解决的关键性问题。

发明内容

(1)发明目的

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具与装夹方法，该夹具可实现对机匣件的自适应夹紧，提高机匣刚度，减小变形,减弱加工振动。装夹方法与夹具结合使用，完成对机匣的装夹固定。

(2)发明技术方案

本发明提出了一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具。

所述基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具由底座1、中心立柱2、中心块3、定位模块、底部支撑模块、内部夹紧模块以及顶部安装边辅助支撑模块组成。

所述底座为带有安装孔的圆盘，中心立柱安装在底座的圆心处，二者组成加工夹具的主体，其他功能模块均安装在主体的对应位置。

所述中心块设有安装孔与滑槽，搭载内部夹紧模块与顶部安装边辅助支撑模块，中心设有安装通孔，与中心立柱同轴配合完成安装。

所述定位模块由三个相同的定位块11组成，绕中心立柱呈圆周均布。定位块的凸台用于安放机匣的底面，实现竖直方向的定位；定位块内侧为弧面，与机匣外壁有效贴合，三个定位块一同作用实现三点定位机匣的外圆。

所述底部支撑模块由支撑座10与微型浮动支撑9组成，六个支撑模块绕中心立柱圆周均布在底座上。装夹机匣时，微型浮动支撑的顶头21在弹簧作用下抵住机匣外壁，由于其浮动特性，可针对起伏的外壁进行柔性调整，实现六个支撑点均完全接触并锁紧，为机匣装夹提供外侧支撑。

所述内部夹紧模块由连杆机构7、触头与弹簧8组成，数量和安装位置与底部支撑模块一一对应。连杆机构通过扳动扳手可实现触头的前后移动，压紧机匣内壁时，主动杆与连杆共线，压力角达到90°，机构自锁实现压紧保持，为夹紧提供较大刚度。在误差允许范围内可认为内部压紧力与外部支持力作用在机匣的同一点，从而实现对机匣的自适应夹紧。

所述顶部安装边辅助支撑模块由微型浮动支撑4、限位块5与滑块6组成，主要实现辅助支撑顶部安装边的功能。滑块安放在中心块的滑槽中，可沿滑槽任意滑动；滑槽前端安装限位块，防止滑块掉落，滑块可由限位螺钉14锁紧保持。微型浮动支撑共六个，对应安装在滑块前端，与底部支撑模块的微型浮动支撑不同，本模块的浮动支撑顶头有圆形平台，具有更大的接触面积。当顶头与安装边接触时，保证二者有足够的接触面积，顶头能够上下浮动，使得六个辅助支撑点夹具都能与机匣自适应接触而不留缝隙，锁紧后为安装边加工提供辅助支撑，提高加工刚度。

本发明提出了一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具的机匣装夹方法步骤1

将机匣沿竖直方向放置在定位模块上，通过旋转调整使定位块与机匣外壁紧密接触完成三点定位。

步骤2

使用三坐标仪测量机匣的轮廓参数，建立燃烧室机匣装夹前的三维模型。

步骤3

底部支撑模块的六个浮动支撑的顶头在弹簧作用下全部抵住外壁，依次拧紧内部螺柱13，将浮动支撑顶头21全部锁紧，完成外侧的自适应支撑。

步骤4

任意选择内部夹紧单元，扳下扳手使触头压紧机匣内壁，主动杆与连杆共线，压力角达到90°，机构自锁实现压紧保持。使用三坐标仪测量机匣的轮廓参数，建立装夹后机匣的三维模型，通过对比装夹前后的模型，计算机匣最大变形位置。

步骤5

找到机匣最大变形位置最近的夹紧单元，重复执行步骤4，直到内部夹紧模块全部装夹完成，得到燃烧室机匣装夹完成的三维模型数据，计算最终装夹变形量，为后续加工修正提供参考。

步骤6

移动滑块，使顶部辅助安装边辅助支撑模块的六个浮动支撑的顶头在弹簧作用下与安装边全部抵住顶部安装边，依次拧紧内部螺柱13，将浮动支撑顶头全部锁紧，完成顶部安装边的自适应辅助支撑。

(3)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明简化机匣装夹固定的操作，实现对燃烧室机匣的装夹优化。引入点对点夹紧策略，有效减小夹紧力从而减少装夹产生的变形；顶部支撑的使用有效提升了机匣的加工刚度，减少加工变形，抑制加工产生的振动；浮动支撑令整个夹具能够自适应调节，能够出色应对机匣零件的特异性，保证加工质量的同时提高加工效率。此外，零件数量少且拆装方便，夹具简单可靠又便于修理。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具的整体结构图；

图2为一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具的爆炸视图；

图3为一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具的装夹过程示意图，(a)为装夹机匣前，(b)为装夹机匣后；

图4为一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具的微型浮动支撑结构示意图(a)为外部整体图，(b)为剖视图；

图5为一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具装夹工作示意图；

其中，1-底座；2-中心块；3-中心立柱；4-微型浮动支撑(小)；5-限位块；6-滑块；7-连杆机构；8-弹簧；9-微型浮动支撑(大)；10-支撑块；11-定位块；12-外壳；13-内部螺柱；14-限位螺钉；15-左侧夹紧筒；16-柱销；17-右侧夹紧筒；18-触头；19-弹簧；20-套筒；21-顶头。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图2所示，基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具的主体由底座1、中心立柱2与中心块3组成，自上而下依次连接。中心块3搭载实现功能的底部夹紧机构与顶部安装边辅助支撑模块，因此其空间位置要求精确定位：通过中心立柱2的轴肩与上方螺母确定中心块竖直方位；通过中心轴内嵌的销轴与中心立柱的定位槽配合锁紧中心块绕中心立柱的转动自由度，确定中心块的角度方位。夹具静置时，如图3(a)所示，连杆机构7由弹簧8牵引，保持收紧状态，滑块6搭载微型浮动支撑4位于中心块的滑槽内，以便夹具的装配。组装时，先将中心块搭载的功能模块安装完毕，再将整体放在中心立柱上安装固定，弹簧维持连杆机构在安装过程中保持收紧，滑槽出口有限位块5防止滑块滑落；随后，将支撑块10、定位块11通过螺栓连接在底座上，微型浮动支撑9安装在定位块的斜面上，完成夹具的整体装配，整体结构如图1所示。

本发明专利中的微型浮动支撑如图4所示，外壳12内部横向放置螺柱13和两个夹紧筒15和17，纵向从上到下依次为顶头21、触头18、弹簧19、套筒20和柱销16。在弹簧19与套筒20的作用下，顶头能够上下浮动。优选的弹簧19刚度小，顶头受较小的作用力即可浮动。下端的柱销16与螺柱13约束，顶头与套筒能够浮动而不掉落。此外，浮动支撑具备锁紧顶头功能，在调好顶头位置后，可通过拧内部螺柱13，使左右夹紧筒15、17夹紧触头斜面18，实现对顶头的位置锁紧。

装夹机匣时，夹具仅保留底座1、中心立柱2、定位模块及底部外侧支撑单元，将机匣沿竖直方向放置在三个定位块11的凸台上，适当旋转机匣使外壁面与定位块的弧面有效贴合，完成三点定位；此时底部微型浮动支撑9的顶头21由于内部弹簧19的作用接触机匣外壁，由优选的弹簧19刚度小，浮动支撑9对机匣的作用力不会造成机匣变形。依次拧动内部螺柱13将外侧的微型浮动支撑锁紧，对机匣施加位移约束。

内部夹紧机构的扳手可调控连杆机构7触头的前后位置；触头与连杆通过螺纹配合，可通过改变啮合长度实现对触头与内壁间距的微调，使触头与机匣外壁恰好有效贴合，从而减小压紧力。扳动把手，连杆机构前端外伸，触头顶住机匣内壁。在误差允许范围内，可视为内侧触头与外侧微型浮动支撑的顶头21作用在机匣的同一点，连杆机构压力角保持90°，机构自锁压紧机匣内壁，压紧力与支持力共线且相互抵消，确保机匣在底部装夹过程中不发生变形。优选的弹簧8刚度较小，产生弹力小，对连杆机构锁紧的干扰可忽略。内部夹紧按照本发明提出的装夹方法进行，使机匣的装夹变形降到最小。

最后，将滑块6从中心块3的滑槽中滑出，使微型浮动支撑4到达机匣安装边下方，使微型浮动支撑4的顶头与安装边接触，调整滑块位置，保证二者有足够的接触面积，依次锁紧滑块6与微型浮动支撑4，完成对机匣顶部安装边的辅助支撑，由优选的弹簧19刚度小，浮动支撑4对安装边的作用不会造成变形。

至此，机匣完全固定在夹具上，如图5所示。装夹后，机匣处于过约束状态，夹紧力较小，装夹变形量小，机匣整体刚度大。机匣装夹完成后，进行铣削加工，夹具在夹紧位置可产生反作用力抵消刀具的铣削力，减少机匣的加工变形，反作用力使机匣与夹具接触产生摩擦，使机匣锁紧不随加工旋转。夹具采用多点支撑，位移约束的装夹策略，不但提升机匣的加工刚度，进一步，抑制机匣在加工过程中的振动，使机匣铣削加工的表面质量提升，保证了机匣零件的加工效率和成品率，减少加工缺陷，改善了燃烧室机匣铣削加工的工艺规程，对机匣加工改进有深远影响。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具，其特征在于，所述基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具包括底座(1)、中心立柱(2)、中心块(3)、定位模块、底部支撑模块、内部夹紧模块以及顶部安装边辅助支撑模块；

所述底座为带有安装孔的圆盘，中心立柱安装在底座的圆心处；

所述中心块设有安装孔与滑槽，搭载内部夹紧模块与顶部安装边辅助支撑模块，中心设有安装通孔，与中心立柱同轴配合完成安装；

所述定位模块包括绕中心立柱呈圆周均布的定位块(11)，定位块的凸台用于安放机匣的底面，实现竖直方向的定位，定位块内侧为弧面，与机匣外壁紧密贴合；

所述底部支撑模块由支撑座(10)与微型浮动支撑(9)组成，所述微型浮动支撑绕中心立柱圆周均布在底座上，所述微型浮动支撑的顶头与机匣外壁接触。

2.根据权利要求1所述的基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具，其特征在于，所述内部夹紧模块由连杆机构(7)、触头与弹簧(8)组成，数量和安装位置与底部支撑模块一一对应。

3.根据权利要求2所述的基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具，其特征在于，所述连杆机构通过扳动扳手实现触头的前后移动，压紧机匣内壁时，主动杆与连杆共线，压力角达到90°，机构自锁实现压紧保持。

4.根据权利要求1所述的基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具，其特征在于，所述顶部安装边辅助支撑模块由微型浮动支撑(4)、限位块(5)与滑块(6)组成，所述滑块安放在中心块的滑槽中，可沿滑槽任意滑动；滑槽前端安装限位块，防止滑块掉落，滑块由限位螺钉(14)锁紧保持。

5.根据权利要求4所述的基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具，其特征在于，所述微型浮动支撑(4)共六个，对应安装在滑块前端，并且所述浮动支撑顶头有圆形平台且能够上下浮动。

6.一种基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具的机匣装夹方法，所述基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具为根据权利要求1-5中任一项所述的基于浮动支撑的燃烧室机匣加工夹具，包括：

步骤1：将机匣沿竖直方向放置在定位模块上，通过旋转调整使定位块与机匣外壁有效贴合完成三点定位；

步骤2：使用三坐标仪测量机匣的轮廓参数，建立燃烧室机匣装夹前的三维模型。

步骤3：底部支撑模块的六个浮动支撑的顶头(21)在弹簧作用下全部抵住机匣外壁，依次拧紧内部螺柱(13)，将浮动支撑顶头全部锁紧，完成外侧的自适应支撑。

步骤4：任意选择内部夹紧单元，扳下扳手使触头压紧机匣内壁，主动杆与连杆共线，压力角达到90°，机构自锁实现压紧保持，使用三坐标仪测量机匣的轮廓参数，建立装夹后机匣的三维模型，通过对比装夹前后的模型，计算机匣最大变形位置。

步骤5：找到离机匣最大变形位置最近的夹紧单元，重复执行步骤4，直到内部夹紧模块全部装夹完成，得到燃烧室机匣装夹完成的三维模型数据，计算最终装夹变形量；

步骤6：移动滑块，使顶部辅助安装边辅助支撑模块的六个浮动支撑的顶头在弹簧作用下与安装边全部抵住顶部安装边，依次拧紧内部螺柱(13)，将浮动支撑顶头全部锁紧，完成顶部安装边的自适应辅助支撑。

7.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求6所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求6所述的方法。

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