CN116787326B - 一种用于工件加工的摇篮夹具结构及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工件加工的摇篮夹具结构及其操作方法，属于珩磨加工领域，尤其适用于对包括壁厚较薄的套筒以及法兰部的工件进行固定。该摇篮夹具结构包括底座机构、摇篮机构和夹具机构。底座机构对整体起到稳定支撑作用。摇篮机构包括固定臂、内摇篮和外摇篮，固定臂与外摇篮铰接，外摇篮与内摇篮铰接，使得内摇篮可以在两个轴向上进行偏差调节。夹具机构包括旋紧件、扣件、内压套和垫圈。工件放在内摇篮上，夹具机构从上方套入工件，用外力压旋旋紧件，通过可自旋扣件与内压套的刚性连接，对内压套产生轴向力而不产生扭转力，最终内压套通过垫圈压紧工件实现固定。本发明主要通过设置内压套，从而在旋转旋紧件的情况下，工件不会随之旋转，由此提高了加工精度。

Description

一种用于工件加工的摇篮夹具结构及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于工件加工的摇篮夹具结构及其操作方法，属于珩磨加工领域。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

在机械加工中，为了保证工件的定位精度和加工质量，待加工工件需要使用合适的夹具来固定和支撑。尤其在珩磨加工领域，当面对包括套筒以及设置在套筒上的法兰部的工件加工时，经常需要利用摇篮夹具对待加工工件进行固定。摇篮夹具通过多个固定臂的铰接结构，可以实现多个轴方向的偏差调节，以使被加工工件的孔壁与珩磨头结构的旋转中心轴保持同轴，从而提高珩磨的几何精度。

现有的摇篮夹具通常通过旋转压紧式结构对工件的法兰部实现压紧，但通常在待加工工件最后即将压紧固定的过程中，压紧结构与工件之间的摩擦力会产生径向扭转力，带动工件旋转或偏移，并最终导致定位不精准、珩磨加工发生误差。尤其，在套筒的壁厚较薄时，旋转压紧式结构在旋转后，可能会对套筒产生挤压力，致使套筒变形。因此，目前还没有一种能在珩磨过程中适用于对包括壁厚较薄的套筒以及法兰部工件夹紧固定的摇篮夹具结构，能有效地解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了能提供一种用于工件加工的摇篮夹具结构及其操作方法，能适用于对包括壁厚较薄的套筒以及法兰部工件夹紧固定，可以保证工件的定位，从而提高珩磨加工效率与精度。

为了实现上述目的，本发明公开了以下一种用于工件加工的摇篮夹具结构，其中，所述工件包括套筒部和连接在所述套筒部上的法兰部，本发明的工件加工的摇篮夹具结构包括：

底座机构；

摇篮机构，所述摇篮机构包括固定臂、外摇篮和内摇篮；所述固定臂固定在所述底座机构上，所述固定臂与所述外摇篮铰接；所述外摇篮与所述内摇篮铰接，所述内摇篮的底部具有底壁；

夹具机构，所述夹具机构包括旋紧件和内压套；所述旋紧件与所述内摇篮螺纹连接，以使所述旋紧件可通过旋转产生轴向位移；

所述旋紧件朝向所述底壁的一端设置有多个沿圆周方向间隔排列的扣件，至少部分的所述内压套被限位在由多个所述扣件形成的环形空间内；所述内压套朝向所述底壁的一端设置有垫圈，所述垫圈和所述底壁用于分别与所述工件的法兰部的两侧面抵触；所述旋紧件能相对所述内压套绕其轴向方向转动。

进一步地，所述旋紧件能在螺纹作用下驱使所述垫圈发生沿轴向的形变，并且，所述旋紧件有且仅能使所述内压套沿轴向方向移动。

进一步地，在所述旋紧件有且仅能使所述内压套沿轴向方向移动时，由所述内摇篮向所述内压套提供的旋转摩擦力大于由所述旋紧件向所述内压套提供的旋转摩擦力，以使得所述内压套不发生旋转。

进一步地，所述旋紧件靠近轴向线一侧的内筒臂沿轴向延伸，且所述内筒臂不与所述工件套筒部接触；所述旋紧件远离所述轴向线一侧外桶壁表面粗糙化处理。

进一步地，所述内压套远离所述轴向的一侧存在翻边，所述扣件远离所述旋紧件的一侧存在与所述翻边相匹配的凸缘。

进一步地，所述扣件可为平头螺丝，在所述垫圈尚未发生形变时，所述平头螺丝螺帽端的一部分与所述翻边相抵触，以保持所述内压套与所述旋紧件的位置相对固定；所述平头螺丝的螺纹端沿轴向拧紧固定在所述旋紧件内部。

进一步地，所述内压套靠近所述旋紧件的一侧存在可与所述旋紧件贴合的顶壁，所述顶壁可在所述垫圈发生形变时与所述旋紧件贴合。

进一步地，所述顶壁与所述旋紧件之间的摩擦力小于所述法兰部与所述底壁之间的摩擦力。

进一步地，所述垫圈沿径向环形设置，且所述垫圈第一弹性部嵌入所述内压套内部，所述垫圈第二弹性部凸出于所述内压套，所述第二弹性部能且仅能与所述工件法兰部相抵触。

本发明还公开了一种用于工件加工的摇篮夹具结构的操作方法，包括以下步骤：

在待加工工件的法兰部的下端面放置在内摇篮的底壁上后，向旋紧件施加扭转力使得所述旋紧件向下旋转，从而使内压套带动垫圈向下移动，进而使工件的法兰部的上下两个侧面分别被所述垫圈和所述内摇篮夹紧；此时，由所述内摇篮向所述内压套提供的旋转摩擦力大于由所述旋紧件向所述内压套提供的旋转摩擦力，从而再继续对旋紧件施加扭转力时，所述旋紧件能相对所述内压套绕其轴向方向转动，并且所述内压套不发生旋转。

借由以上的技术方案，本发明的有益效果如下：

1、本发明采用独立内压套结构，在夹具机构中随着旋紧件的下压，导致垫圈形变后垫圈与待加工工件之间的摩擦力变大，内压套与工件之间相对静止，进而内压套与旋紧件之间相对旋转不会使得工件产生旋转偏移，避免了现有摇篮夹具结构的旋转压紧结构在旋转的情况下工件发生偏转的弊端，提高了工件的定位精度和加工质量；

2、本发明采用多个扣件间隔排列，在旋转旋紧件时，多个扣件通过凸缘卡紧在内压套翻边结构上，限位内压套与旋紧件沿轴向上的距离，保证了内压套与工件的稳定接触。同时多个扣件作为支撑点使得内压套沿水平方向更加稳定，也避免了内压套在珩磨加工过程中因振动松动或脱落；

3、本发明采用可形变垫圈将待加工工件压紧在内摇篮上，挤压形变后的垫圈均匀地在待加工工件的法兰部上施加轴向压力与径向摩擦力，垫圈形变后摩擦面积增大使得工件更加稳固不会发生旋转，同时避免了工件与可旋转的旋紧件直接接触，减少了工件的因刚性接触所导致的位置偏移和摩擦导致的磨损；

4、本发明采用独立内压套结构，内压套在径向上对套筒形成保护，从而避免套筒产生形变。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本说明书实施例提供的一种用于工件加工的摇篮夹具结构的整体结轴侧构图；

图2是本说明书实施例提供的一种用于工件加工的摇篮夹具结构的剖面图；

图3是本说明书实施例提供的一种用于工件加工的摇篮夹具结构的剖切轴侧图；

图4是本说明书实施例提供的一种用于工件加工的摇篮夹具结构的上视图；

图中：100、法兰部；01、套筒部；10、底座机构；20、摇篮机构；21、固定臂；22、外摇篮；220、外摇篮第一固定点；221、外摇篮第二固定点；23、内摇篮；230、内摇篮第一固定点；231、内摇篮第二固定点；233、底壁；30、夹具机构；31、旋紧件；310、内筒臂；311、外桶壁；32、内压套；320、翻边；321、顶壁；33、扣件；330、凸缘；34、垫圈。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都应当属于本说明书保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“中”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系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组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。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施方式进行说明。

如图1至图2所示，本申请实施例提供了一种用于工件加工的摇篮夹具结构，其中，工件包括套筒部01和连接在套筒部上的法兰部100；包括：底座机构10；摇篮机构20，摇篮机构20包括固定臂21、外摇篮22和内摇篮23；固定臂21固定在底座机构10上，固定臂21与外摇篮22铰接；外摇篮22与内摇篮23铰接，内摇篮23的底部具有底壁233；夹具机构30，夹具机构30包括旋紧件31和内压套32；旋紧件31与内摇篮23螺纹连接，以使旋紧件31可通过旋转产生轴向位移；旋紧件31朝向底壁233的一端设置有多个沿圆周方向间隔排列的扣件33，至少部分的内压套32被限位在由多个扣件33形成的环形空间内；内压套32朝向底壁的一端设置有垫圈34，垫圈34和底壁233用于分别与工件的法兰部100的两侧面抵触；旋紧件31能相对内压套32绕其轴向方向转动。

借由上述结构，当工作时，旋紧件31径向旋转，同时旋紧件31往法兰部100方向沿轴向位移。在旋紧件31带动下，当垫圈34抵触到法兰部100时，旋紧件31与内压套32轴向距离相对固定，而内压套32与法兰部100之间的垫圈34又加大了内压套32与法兰部100之间间摩擦力。因内压套32与法兰部100之间的摩擦力显著大于内压套32与旋紧件31之间的摩擦力，使得内压套32与法兰部100之间径向相对固定不会发生旋转，转化为旋紧件31与内压套32之间发生的相对旋转，直至工件完全压紧，所有结构处于静止状态。因此当旋紧件31旋压过程中，通过旋紧件31与内压套32之间的旋转化解了现有结构中的旋紧件31可能会带动法兰部100旋转的缺陷，避免工件产生旋转位移，最终提升了工件加工的精准度。

在本实施例中，底座机构10固定于地面或加工机床上，底座机构10的几何形体总体呈矩形对称设置，其水平截面与本摇篮夹具结构其他部分相匹配，对其他部分起到刚性支撑和固定作用。底座机构10与外界相接触部分包括有灰铸铁材质，具有良好的减震性，在工件珩磨过程中起到基础稳定效果。同时，底座机构10可通过滑槽导轨的布置，使得底座机构10可以带动其他摇篮夹具结构产生水平位移，底座机构10也可以对底座的高度灵活调整，提高了本发明的场景适用范围。

摇篮机构20包括固定臂21、外摇篮22和内摇篮23，其中，内摇篮23上还设有底壁233，起到对工件的法兰部100的承托作用。如图1至图3所示，固定臂21数量为两个，其几何造型呈T字形，固定臂21较宽的一端作为底座固定在底座机构10上，较窄的一端与外摇篮22连接，当然此处固定臂21也可为等边三角形等上小下大的几何造型，其都可以达到相似的稳定效果。外摇篮22通过外摇篮第一固定点220、外摇篮第二固定点221各自和固定臂铰接，使外摇篮22可沿经过自身中心点的水平线翻转，同时外摇篮22和内摇篮23通过两个同一水平且两点连接经过旋紧件31水平方向几何中心点的内摇篮第一固定点230、内摇篮第二固定点231铰接，使得内摇篮23可以沿经过自身中心点的水平线翻转，因此通过该两层摇篮结构，实现了两个轴方向的偏差调节，保证了夹紧部位工件可与外界珩磨机构旋转杆件保持同轴，提高了加工精度。

夹具机构30包括括旋紧件31和内压套32，其中旋紧件31通过外部力矩驱动产生径向旋转，且旋紧件31的内筒臂310上设有螺纹，所述螺纹与内摇篮23的内侧壁螺纹相匹配，使得旋紧件31在旋转的同时可产生轴向位移，由此实现对本实施例其他待夹紧固定结构轴向方向上实施压力。

具体地，旋紧件31朝向所述底壁233的一端设置有多个沿圆周方向间隔排列的扣件33，内压套32被限位在由多个扣件33形成的环形空间内，以使得在待加工工件尚未固定的自然轴向放置状态下，内压套32无法脱离旋紧件31，且所述状态下旋紧件31与内压套32轴向距离相对固定。当然，该处的限位点可为直角阶梯状、弧形状、三角形状等咬合方式，只要可以使得扣件33与内压套32互相抵接保持固定即可达到相同效果。内压套32朝向底壁233的一端设置有垫圈34，垫圈34采用可形变弹性高摩擦系数材质，垫圈34和底壁233用于分别与工件的法兰部100的两侧面抵触；在工作时，旋紧件31在外力驱动下保持旋转产生轴向位移，并带动垫圈34沿轴向朝向底壁233持续位移，当位移至垫圈34抵触到法兰部100时，垫圈34与法兰部100之间即产生摩擦力；而继续保持位移使得垫圈34发生形变时，垫圈34与法兰部100之间的摩擦力增大，直至垫圈34与法兰部100之间的摩擦力大于内压套32与旋紧件31之间的摩擦力，旋紧件31便能相对内压套32绕其轴向方向开始转动，且内压套32、垫圈、法兰部100三者都保持固定不转动。至此，继续转动旋紧件31并让垫圈34持续保持形变，垫圈34与法兰部100之间的摩擦力持续增大，直至达到后续珩磨加工对工件要求的稳固程度为止。

进一步地，旋紧件31在螺纹作用下驱使垫圈34发生形变，因旋紧件31位移方向为轴向，所以垫圈34受到力为轴向力，垫圈34仅能发生轴向的形变，形变时所吸收的力为轴向力。在完成工件夹紧固定后的珩磨过程中，因振动等原因导致垫圈34还原释放的力也为轴向力，这也就使得法兰部100的水平位置更为固定，提高了珩磨的精确度。

进一步地，内摇篮底壁233表面为粗糙化处理，或底壁233表面上覆盖有高摩擦系数的耐磨涂层，同时旋紧件31与内压套32之间通过润滑剂降低了摩擦力。因此，底壁233与工件法兰部100之间的摩擦力显著高于旋紧件31与内压套32之间的摩擦力，以使得在旋紧件31持续旋转并轴向移动、垫圈34抵触到法兰部100时，法兰部100相对底壁233保持静止，也就是说此时内压套32与底壁233保持静止，但是旋紧件31与内压套32之间保持径向旋转。

进一步地，旋紧件31靠近轴向线一侧的内筒臂310沿轴向延伸，且内筒臂310不与工件套筒部01接触，并且内筒臂310和工件套筒部01沿轴向方向平行，以使得工件可较容易地放入本实施例的摇篮夹具内部；旋紧件31远离轴向线一侧的外桶壁311表面粗糙化处理，外桶壁311直接与外界驱动机构相接触，提高了外界驱动机构与外桶壁311之间的摩擦力，以使得外界驱动力可以轻松驱使旋紧件31径向旋转；具体地，本实施例中的外界驱动力一般为人力或拧紧机。

进一步地，内压套32远离轴向的一侧存在翻边320，扣件33远离旋紧件31的一侧存在与翻边320相匹配的凸缘330，凸缘330与翻边320呈阶梯状扣合在一起，且凸缘330与翻边320之间通过润滑剂或减摩涂层处理，摩擦力较低，以便于凸缘330与翻边320之间可轻松产生相对径向旋转，也就是说旋紧件31与内压套32之间可轻松产生相对径向旋转。

进一步地，如图2所示，本实施例中的扣件33可以是通用平头螺丝，较为常见，以便于模具制作规范统一和成本控制。在工作过程中，第一工作阶段时工件法兰部100尚未与垫圈34相接触，平头螺帽端的一部分与翻边320相抵触，以使得内压套32无法相对于旋紧件31向下脱离掉落；第二工作阶段法兰部100与垫圈34贴合在一起，同时垫圈34开始产生形变，垫圈34与法兰部100之间的摩擦力增大，内压套32上的顶壁321开始与旋紧件31相抵接，此时第一工作阶段时发生的内压套32与翻边320之间的摩擦力变小或消失，间接转化为顶壁321与旋紧件31之间的摩擦力。

具体地，顶壁321与旋紧件31之间通过润滑剂或减摩涂层处理，顶壁321与旋紧件31之间的摩擦力亦远远小于形变后的垫圈34与法兰部100之间的摩擦力，以使得工作时垫圈34与法兰部100之间相对静止，而顶壁321与旋紧件31之间相对径向旋转。

进一步地，垫圈34为沿径向环形设置在内压套32之上，垫圈34的一部分嵌入内压套32内部，另一部分凸出与内压套32边缘之外，且凸出与内压套32边缘之外的垫圈34能且仅能与法兰部100相抵触。在此实施例中，垫圈34与法兰部100之间的接触面呈均匀环绕的圈形，在工作过程中伴随垫圈34形变，垫圈34与法兰部100之间各个部分的接触面均匀增大，法兰部100的受力更加均衡，工件固定偏差更小。

本发明还公开了一种采用上述摇篮夹具结构的操作方法，包括以下步骤：

在待加工工件的法兰部100的下端面放置在内摇篮23的底壁233上后，将旋紧件31与内压套32组合沿工件套筒部01轴向套入，使得旋紧件31的外螺纹与内摇篮23的内螺纹相契合，并开始对旋紧件31施加扭转力拧入内摇篮23，使得旋紧件31带动内压套32沿轴向向下移动，带动垫圈34往工件法兰部100移动。当垫圈34抵触到法兰部100时，继续保持对旋紧件31施加扭转力，此时垫圈34开始产生形变，垫圈34与法兰部100之间的摩擦力增大，使得内摇篮23向内压套32提供的旋转摩擦力大于由旋紧件31向内压套32提供的旋转摩擦力，进而旋紧件31开始相对内压套32开始沿径向旋转，但内压套32、工件法兰部100、内摇篮23三者之间保持固定。直到工件稳固程度达到后续珩磨需求时，停止对旋紧件31施加扭转力。

在上述工作过程中，待加工工件除了与作为基础底座的内摇篮23接触之外，法兰部100全程只与垫圈34存在柔性接触，工件与刚性材料制作的旋紧件31和内压套32全程没有直接接触，因此也就避免了因摩擦导致工件磨损或位置偏移的发生。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于工件加工的摇篮夹具结构，其中，所述工件包括套筒部和连接在所述套筒部上的法兰部；其特征在于，包括：

底座机构；

摇篮机构，所述摇篮机构包括固定臂、外摇篮和内摇篮；所述固定臂固定在所述底座机构上，所述固定臂与所述外摇篮铰接；所述外摇篮与所述内摇篮铰接，所述内摇篮的底部具有底壁；

夹具机构，所述夹具机构包括旋紧件和内压套；所述旋紧件与所述内摇篮螺纹连接，以使所述旋紧件可通过旋转产生轴向位移；所述旋紧件靠近轴向线一侧的内筒臂沿轴向延伸，且所述内筒臂不与所述工件套筒部接触；

所述旋紧件朝向所述底壁的一端设置有多个沿圆周方向间隔排列的扣件，至少部分的所述内压套被限位在由多个所述扣件形成的环形空间内；所述内压套朝向所述底壁的一端设置有垫圈，所述垫圈和所述底壁用于分别与所述工件的法兰部的两侧面抵触；所述旋紧件能相对所述内压套绕其轴向方向转动；所述旋紧件能在螺纹作用下驱使所述垫圈发生沿轴向的形变，并且，所述旋紧件能且仅能使所述内压套沿轴向方向移动；所述内压套远离所述轴向的一侧存在翻边，所述扣件远离所述旋紧件的一侧存在与所述翻边相匹配的凸缘。

2.根据权利要求1所述的用于工件加工的摇篮夹具结构，其特征在于：在所述旋紧件能且仅能使所述内压套沿轴向方向移动时，由所述内摇篮向所述内压套提供的旋转摩擦力大于由所述旋紧件向所述内压套提供的旋转摩擦力，以使得所述内压套不发生旋转。

3.根据权利要求1所述的用于工件加工的摇篮夹具结构，其特征在于：所述旋紧件远离所述轴向线一侧外桶壁表面粗糙化处理。

4.根据权利要求1所述的用于工件加工的摇篮夹具结构，其特征在于：所述扣件为平头螺丝，在所述垫圈尚未发生形变时，所述平头螺丝螺帽端的一部分与所述翻边相抵触，以保持所述内压套与所述旋紧件的位置相对固定；所述平头螺丝的螺纹端沿轴向拧紧固定在所述旋紧件内部。

5.根据权利要求1所述的用于工件加工的摇篮夹具结构，其特征在于：所述内压套靠近所述旋紧件的一侧存在可与所述旋紧件贴合的顶壁，所述顶壁可在所述垫圈发生形变时与所述旋紧件贴合。

6.根据权利要求5所述的用于工件加工的摇篮夹具结构，其特征在于：所述顶壁与所述旋紧件之间的摩擦力小于所述法兰部与所述底壁之间的摩擦力。

7.根据权利要求1所述的用于工件加工的摇篮夹具结构，其特征在于：所述垫圈沿径向环形设置，且所述垫圈第一弹性部嵌入所述内压套内部，所述垫圈第二弹性部凸出于所述内压套，所述第二弹性部能且仅能与所述工件法兰部相抵触。

8.一种用于权利要求1-7中任一项所述工件加工的摇篮夹具结构的操作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

在待加工工件的法兰部的下端面放置在内摇篮的底壁上后，向旋紧件施加扭转力使得所述旋紧件向下旋转，从而使内压套带动垫圈向下移动，进而使工件的法兰部的上下两个侧面分别被所述垫圈和所述内摇篮夹紧；此时，由所述内摇篮向所述内压套提供的旋转摩擦力大于由所述旋紧件向所述内压套提供的旋转摩擦力，从而再继续对旋紧件施加扭转力时，所述旋紧件能相对所述内压套绕其轴向方向转动，并且所述内压套不发生旋转。