CN117900869B - 一种航空长梁类零件加工装夹夹具及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航空长梁类零件加工装夹夹具及加工方法，涉及航空零件加工技术领域，其包括安装板和沿安装板长度方向并排均布有多条安装滑槽，安装滑槽中滑动设置有滑座，每条安装滑槽的一端对应设置有固定安装座，固定安装座和滑座上均通过可调节的锁紧件连接有支撑柱或定位柱，沿工件长度方向两侧间隔固定有若干支撑夹持块和定位夹持块；固定安装座上安装的支撑夹持块或定位夹持块与滑座上安装的支撑夹持块或定位夹持块相对设置形成一组支撑夹持件或一组定位夹持件。解决了现有技术中航空长梁类零件加工过程中容易变形且需反复装夹定位操作过程复杂从而造成加工效率低的问题。

Description

一种航空长梁类零件加工装夹夹具及加工方法

技术领域

本发明涉及航空零件加工技术领域，特别是涉及一种航空长梁类零件加工装夹夹具及加工方法。

背景技术

在航空产品制造业中，有大量采用铝合金和钛合金材料的梁类产品，其特点是结构细长，薄壁件，在这类产品的传统铣削加工过程中，通常是采用铣床自带的压板夹具沿工件外围压一圈，由于压紧力不均以及工件在铣削过程中产生的残余应力，容易使产品变形；并且航空长梁类零件沿其长度方向分布的凹槽较多，凹槽上分布有需要装配的工作面的加工精度要求较高，在铣削加工过程中需要多次来回翻转后重新装夹、定位后再加工，因此工序复杂效率低下，装夹定位过程所占加工机床时间较长，会进一步降低零件的加工效率，所以需要一种效率高、防止变形效果好的航空长梁类零件加工方法及配套的夹具。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种航空长梁类零件加工装夹夹具及方法，解决了现有技术中航空长梁类零件加工过程中容易变形且需反复装夹定位操作过程复杂从而造成加工效率低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种航空长梁类零件加工装夹夹具，其包括基座和固定于基座上的安装板，安装板的一端设置有验刀块和验刀柱，沿安装板长度方向并排均布有多条安装滑槽，安装滑槽中滑动设置有滑座，每条安装滑槽的一端对应设置有固定安装座。

固定安装座和滑座上均通过可调节的锁紧件连接有支撑柱或定位柱，支撑柱的顶端与支撑夹持块通过第一定位组件可拆卸连接，定位柱的顶端与定位夹持块通过第二定位组件可拆卸连接，沿工件长度方向两侧间隔固定有若干支撑夹持块和定位夹持块；固定安装座上安装的支撑夹持块或定位夹持块与滑座上安装的支撑夹持块或定位夹持块相对设置形成一组支撑夹持件或一组定位夹持件。

进一步地，支撑柱或定位柱的底端固定有法兰盘，可调节的锁紧件包括锁紧螺钉以及对称加工于法兰盘上的上端螺纹孔，滑座上加工有与上端螺纹孔对应的下端螺纹孔，锁紧螺钉连接上端螺纹孔和下端螺纹孔，锁紧螺钉向上拉动滑座上的T型凸台与安装滑槽上的T型槽抵紧。

进一步地，支撑柱与支撑夹持块之间以及定位柱与定位夹持块之间均设置压力报警器，压力报警器的报警阈值为140MPa~220MPa。

进一步地，第一定位组件和第二定位组件均包括贯穿加工于支撑夹持块或定位夹持块上的螺钉过孔，螺钉过孔的两端对称加工有螺钉沉头孔，支撑柱或定位柱上设置有与螺钉过孔对应的螺纹沉孔，定位夹持块上的螺钉过孔一侧设置有供第一定位销穿过的定位孔，定位柱上设置有供第一定位销插入的定位槽。

进一步地，支撑夹持块和定位夹持块一体成型于工件的毛坯件上。

进一步地，沿工件长度方向每间隔两个支撑夹持块后设置一个定位夹持块。

进一步地，固定安装座的中心位置设置有第二定位销，沿第二定位销圆周均布有连接孔。

一种航空长梁类零件加工方法，其包括：

S1，模锻毛坯件，使用模锻工艺将支撑夹持块和定位夹持块与工件的毛坯件一体成型为待加工件；

S2，对待加工件铣基准，在支撑夹持块和定位夹持块上按照设计位置制螺钉过孔，然后先正面后反面在螺钉过孔的两端制螺钉沉头孔；

S3，使用上述航空长梁类零件加工装夹夹具，于每个螺钉过孔对应两侧的固定安装座和安装滑槽中安装支撑柱或定位柱，先于待加工件两端对角线上的两个定位夹持块及工件中间的定位夹持块上插入定位销并使用螺钉连接，再将支撑夹持块使用螺钉与对应处支撑柱连接，对称紧固沉头螺钉至压力报警器报警；

S4，检测定位孔的位置是否与设计位置匹配，具体为：使用无线电测头依次测量未插定位销的定位孔是否与设计位置重合，若重合，则对称紧固所有支撑夹持块和定位夹持块上的螺钉直至压力报警器报警，并进行后续步骤；若不重合，则返回步骤S2改修对应处的螺钉过孔直至无线电测头测得的定位孔位置与设计位置重合；

S5，于工件的反面开粗至余量2mm，再按照步骤S3将工件旋转180°后装夹，于工件的正面开粗至余量2mm；

S6，自然时效24~48小时；

S7，再按照步骤S3装夹至铣床上，依次精修基准面、正面和反面至设计尺寸；

S8，锯掉定位夹持块和支撑夹持块并预留1mm~3mm的加工余量，用铣床自带压板压住工件分别对定位夹持块和支撑夹持块所在的面精修到设计尺寸。

本发明的有益效果为：

1、本申请中的装夹夹具和加工方法通过将定位夹持块和支撑夹持块与工件一体成型后再铣加工，能够让夹持块的位置更加精准，提高工件夹持后的刚性，同时能够避免夹持块的夹持力作用于薄壁上，将作用于工件薄壁的装夹力转化为作用于夹持块的力，从而避免了因为夹持引起的工件变形；同时通过支撑柱、支撑夹持块、定位柱、定位夹持块、第一定位组件和第二定位组件和第二定位组件的设置能够快速且准确地完成工件的定位和装夹，使得无论工件需要翻转多少次装夹，均能够保证每次装夹定位的准确性，操作简单，对操作人员的经验依赖性低。

2、本申请中的装夹夹具中每组夹持件中有一侧通过滑座的设置形成活动夹持，能够匹配不同宽度的工件，沿安装板2长度方向设置的多条安装滑槽21能够根据夹持块的位置选择不同的安装滑槽中的滑座去支撑或定位工件，从而匹配不同长度和不同夹持块分布的工件的装夹，从而让夹具的试用范围更宽，通用性强，可重构性及可扩展性功能强，适用于各式零件的粗加工、半精加工和精加工，满足各种长梁类零件的宽度和长度要求，特别地，也能对侧面具有特殊形状的长梁类零件进行可靠适用。

附图说明

图1为航空长梁类零件加工装夹夹具夹持工件时的立体示意图；

图2为图1中支撑柱的立体示意图；

图3为图1中定位柱的立体示意图。

其中，1、基座；11、支撑矩管；12、垫板；2、安装板；211、排屑槽；21、安装滑槽；22、滑座；23、固定安装座；3、支撑柱；31、支撑夹持块；32、第一定位组件；33、锁紧件；4、定位柱；41、定位夹持块；411、定位孔；42、第二定位组件；43、定位槽；5、压力报警器；6、验刀块；7、验刀柱；8、工件。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1~图3所示，该航空长梁类零件加工装夹夹具包括基座1和固定于基座1上的安装板2，安装板2的一端设置有验刀块6和验刀柱7，沿安装板2长度方向并排均布有多条安装滑槽21，安装滑槽21中滑动设置有滑座22，每条安装滑槽21的一端对应设置有固定安装座23。

固定安装座23和滑座22上均通过可调节的锁紧件33连接有支撑柱3或定位柱4，支撑柱3的顶端与支撑夹持块31通过第一定位组件32可拆卸连接，定位柱4的顶端与定位夹持块41通过第二定位组件42可拆卸连接，沿工件8长度方向两侧间隔固定有若干支撑夹持块31和定位夹持块41；固定安装座23上安装的支撑夹持块31或定位夹持块41与滑座22上安装的支撑夹持块31或定位夹持块41相对设置形成一组支撑夹持件或一组定位夹持件。

在本实施例中更为具体地，基座1包括沿安装板2长度方向间隔分布的多块垫板12，垫板12与安装板2之间设置有至少两根支撑矩管11，在保证本装夹夹具强度和刚性的同时，减轻了整体夹具的重量，既方便搬运、安装，也节约了工装制作成本。安装板2顶面开设有排屑槽211，排屑槽211两端分别穿出安装板2的两端，排屑槽211位于装夹空间的正下方。通过设置排屑槽211，在加工过程中能及时排屑，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的聚集产生大量的热量而引起工艺系统变形。

在本实施例中更为具体地，验刀块6和验刀柱7的底端均通过螺纹紧固件与安装板2连接。验刀块6的顶端加工有锥形面，通过锥形面检验铣刀的端部半径R角是否与编程刀具符合，若R角大于理论值，则会让被铣削的工件有残留，影响加工精度，若R角小于理论值，验刀块6会被铣伤，利用验刀块6检验刀具的R角，能够避免工件过切导致的报废。通过验刀块6的顶面检验刀具的补偿值是否输入正确，若刀具的补偿值大于实际输入值，验刀块6会被铣伤，能够避免工件过切导致的报废。通过验刀柱7的顶面与刀柄的底面接触，能够检验刀具的悬长是否足够，以及检验刀柄是否与编程刀柄一致，若悬长不够，刀柄与工件会产生干涉，刀柄容易擦伤工件，若实际使用刀柄比理论刀柄大，容易导致零件报废。

安装滑槽21为梯形槽，梯形槽沿夹持方向延伸，相邻支撑夹持块31和/或定位夹持块41在工件8长度方向上的分布间距与多条安装滑槽21之间的间距对应，通常相邻支撑夹持块31和/或定位夹持块41上螺钉过孔的轴线间距是安装滑槽21中心间距的整数倍，以便于可以根据支撑夹持块31或定位夹持块41的位置匹配对应的安装滑槽21安装支撑夹持件或定位夹持件。

在安装滑槽21中滑动的滑座22为对应形状的T形滑块，支撑柱3或定位柱4的底端固定有法兰盘，可调节的锁紧件33包括锁紧螺钉以及对称加工于法兰盘上的上端螺纹孔。滑座22的顶面上加工有与上端螺纹孔对应的下端螺纹孔，在需要固定支撑柱3或定位柱4时，锁紧螺钉能够连接上端螺纹孔和下端螺纹孔，拧紧锁紧螺钉，锁紧螺钉向上拉动滑座22上的T型凸台与安装滑槽21上的T型槽抵紧。固定安装座23的中心位置设置有第二定位销，沿第二定位销圆周均布有连接孔。支撑柱3或定位柱4的底端轴心位置加工有供第二定位销插入的对中孔，通过中心位置的第二定位销能够快速定位，连接孔用于供螺纹紧固件将支撑柱3或定位柱4上的法兰盘安装在固定安装座23上。

每组支撑夹持件或每组定位夹持件成对分布，每组支撑夹持件包括安装在固定安装座23上的支撑柱3以及安装于滑座22上的支撑柱3，一对支撑柱3相对设置；同理，每组定位夹持件包括安装在固定安装座23上的定位柱4以及安装于滑座22上的定位柱4，一对定位柱4相对设置。本实施例中，沿工件长度方向间隔200mm~300mm布置一组定位夹持块41或支撑夹持块31，且每隔2组支撑夹持块31设置一组定位夹持块41。

第一定位组件32和第二定位组件42均包括贯穿加工于支撑夹持块31或定位夹持块41上的螺钉过孔321，螺钉过孔的两端对称加工有螺钉沉头孔，螺钉沉头孔用于供螺钉的头部沉入，避免干涉工件的加工；支撑柱3或定位柱4上加工有与螺钉过孔对应的螺纹沉孔。安装时，使用沉头螺钉穿过螺钉过孔后拧入螺纹沉孔中，螺钉的头部沉入螺钉沉头孔内，沉头螺钉的拧紧程度通过后文的压力报警器检测，当压力报警器报警时即停止即可保证足够的扭矩安装到位，又可以避免过大的扭矩导致的工件变形。定位夹持块41上的螺钉过孔一侧设置有供第一定位销穿过的定位孔411，定位柱4上设置有供第一定位销插入的定位槽43，定位槽43可以是销孔，也可以是如图2所示的“n”形槽，只有定位孔411与定位槽43对其后第一定位销才能插入；在未插第一定位销的定位夹持块41上，还可以通过定位孔411与定位槽43的相对位置关系来判断长梁工件在装夹以后是否变形，也可以检测原点是否正确。

如图2和图3所示，支撑柱3与支撑夹持块31之间以及定位柱4与定位夹持块41之间均安装有压力报警器5，压力报警器5的报警阈值为140MPa~220MPa。通过压力报警器检测支撑柱3与支撑夹持块31之间或定位柱4与定位夹持块41之间的挤压力，可以判断两者装夹是否到位，避免过度拧紧螺钉引起的工件变形，由于航空长梁类零件长度长，若有夹持块（包括支撑夹持块和定位夹持块）处装配时扭力过大会引起工件变形，变形经过累计，会导致另一端变形过大，容易造成零件报废，所以各个夹持块处的装配松紧很重要。

在本实施例中，压力报警器5优选型号为VR026-环形测力传感器，中空位置可以供螺杆穿过，能够连接PLC采集数据，也可以连接其自带的显示控制仪表直接显示压力值，或者在达到预设的压力阈值以后通过蜂鸣器报警提醒压力达到预设值，可以让长梁工件的装夹变得更直观简单。

支撑夹持块31和定位夹持块41一体成型于工件的毛坯件上，通过支撑夹持块31和定位夹持块41能够增加航空长梁类零件在装夹时的刚度和稳定性，减少加工时的变形和振动；通过设置的支撑夹持块31和定位夹持块41能够将垂直于薄壁的夹持力转化为沿支撑柱轴向的支撑力，将力作用于夹持块上，保护薄壁防止变形。

一种航空长梁类零件加工方法，其包括：

模锻毛坯件，模锻是一种金属成形加工工艺，通过将金属材料放入模具中，在受到压力的作用下，使金属材料变形成具有所需形状的零件，在本实施例中，通过模锻按照工件最终的形状成型，并对每个需要加工的面预留至少10mm的加工余量，同时模锻过程需要将支撑夹持块31和定位夹持块41与工件的毛坯件一体成型为待加工件；

使用铣床自带的压板夹具固定待加工件，对待加工件粗铣基准面使其平整度能够达到铣床加工平整度且不大于0.1mm，从而以保证后续铣加工的其他面的平行度，本实施例中，基准面为图1所示支撑夹持块31和定位夹持块41的底面；

在支撑夹持块31和定位夹持块41上按照设计位置制螺钉过孔，设计位置的原点与加工原点重合，并按照每个螺钉过孔距离加工原点的距离在支撑夹持块31和定位夹持块41上加工螺钉过孔，再在螺钉过孔的两端制螺钉沉头孔；

使用前述航空长梁类零件加工装夹夹具，于每个螺钉过孔对应两侧的固定安装座和安装滑槽中安装支撑柱或定位柱，先于待加工件两端对角线上的两个定位夹持块41及位于最靠近工件中轴线的定位夹持块41上插入定位销并拧入沉头螺钉至沉头螺钉旋的下端转至支撑柱内，并留下一定的松动间隙，再将支撑夹持块31使用沉头螺钉与对应处支撑柱连接并留下一定的松动间隙；

检测定位孔411的位置是否与设计位置完全重合，具体为：使用无线电侧头依次测量未插定位销的定位孔411的位置相较于加工原点的距离，比如使用RENISHAW无线电测头RMP60的探针测量每一个定位孔，从无线电测头的系统里能够看到每个点位的坐标，探针的原点与加工原点重合，判断测得的距离是否与设计位置重合，重合误差粗加工为±0.3mm，精加工误差为±0.03mm。若重合，则先对称紧固两个定位夹持块上的沉头螺钉至压力报警器报警，再对称紧固支撑夹持块上的沉头螺钉至压力报警器报警，并进行后续步骤；若不重合，则返回步骤S2改修对应处的螺钉过孔直至无线电测头测得的定位孔位置与设计位置重合；紧固沉头螺钉以后也可以拿探针再复查一遍，通过定位孔的坐标位置是否与设计位置重合来判断紧固沉头螺钉是否存在装夹变形的情况出现，同时也可以判断原点是否正确。

于工件的反面开粗至余量2mm，开粗至余量2mm是指粗铣加工到单侧余量剩余2mm，再按照步骤S3将工件旋转180°后装夹，于工件的正面开粗至余量2mm；

自然时效24~48小时用于消除材料中的残余应力；

再按照步骤S3装夹至铣床上，依次精修基准面、正面和反面至设计尺寸；

锯掉定位夹持块和支撑夹持块并预留1mm~3mm的加工余量，用铣床自带压板压住工件分别对定位夹持块和支撑夹持块所在的面精修到设计尺寸。

本领域内的技术人员应明白，尽管已经描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性的概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围内的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求机器等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种航空长梁类零件加工装夹夹具，其特征在于，包括基座（1）和固定于所述基座（1）上的安装板（2），所述安装板（2）的一端设置有验刀块（6）和验刀柱（7），沿所述安装板（2）长度方向并排均布有多条安装滑槽（21），所述安装滑槽（21）中滑动设置有滑座（22），每条所述安装滑槽（21）的一端对应设置有固定安装座（23）；

所述固定安装座（23）和所述滑座（22）上均通过可调节的锁紧件（33）连接有支撑柱（3）或定位柱（4），所述支撑柱（3）的顶端与支撑夹持块（31）通过第一定位组件（32）可拆卸连接，所述定位柱（4）的顶端与定位夹持块（41）通过第二定位组件（42）可拆卸连接，沿工件长度方向两侧间隔固定有若干所述支撑夹持块（31）和所述定位夹持块（41）；所述固定安装座（23）上安装的支撑夹持块（31）或定位夹持块（41）与所述滑座（22）上安装的支撑夹持块（31）或定位夹持块（41）相对设置形成一组支撑夹持件或一组定位夹持件；

所述支撑柱（3）与所述支撑夹持块（31）之间以及所述定位柱（4）与所述定位夹持块（41）之间均设置压力报警器，所述压力报警器的报警阈值为140MPa~220MPa；

所述第一定位组件（32）和第二定位组件（42）均包括贯穿加工于所述支撑夹持块（31）或所述定位夹持块（41）上的螺钉过孔，所述螺钉过孔的两端对称加工有螺钉沉头孔，所述支撑柱（3）或定位柱（4）上设置有与所述螺钉过孔对应的螺纹沉孔，所述定位夹持块（41）上的螺钉过孔一侧设置有供第一定位销穿过的定位孔（411），所述定位柱（4）上设置有供所述第一定位销插入的定位槽（43）；

所述支撑夹持块（31）和所述定位夹持块（41）一体成型于工件的毛坯件上。

2.根据权利要求1所述的航空长梁类零件加工装夹夹具，其特征在于，所述支撑柱（3）或所述定位柱（4）的底端固定有法兰盘，可调节的所述锁紧件（33）包括锁紧螺钉以及对称加工于所述法兰盘上的上端螺纹孔，所述滑座（22）上加工有与所述上端螺纹孔对应的下端螺纹孔，所述锁紧螺钉连接上端螺纹孔和下端螺纹孔，所述锁紧螺钉向上拉动滑座（22）上的T型凸台与所述安装滑槽（21）上的T型槽抵紧。

3.根据权利要求1所述的航空长梁类零件加工装夹夹具，其特征在于，沿工件长度方向每间隔两个所述支撑夹持块（31）后设置一个所述定位夹持块（41）。

4.根据权利要求2所述的航空长梁类零件加工装夹夹具，其特征在于，所述固定安装座（23）的中心位置设置有第二定位销，沿所述第二定位销圆周均布有连接孔，所述连接孔用于供螺纹紧固件将支撑柱（3）或定位柱（4）上的法兰盘安装在固定安装座（23）上。

5.一种航空长梁类零件加工方法，其特征在于，包括：

S1，模锻毛坯件，使用模锻工艺将支撑夹持块和定位夹持块与工件的毛坯件一体成型为待加工件；

S2，对待加工件铣基准，在支撑夹持块和定位夹持块上按照设计位置制螺钉过孔，然后先正面后反面在螺钉过孔的两端制螺钉沉头孔；

S3，使用权利要求1~4任一所述的航空长梁类零件加工装夹夹具，于每个螺钉过孔对应两侧的固定安装座和安装滑槽中安装支撑柱或定位柱，先于待加工件两端对角线上的两个定位夹持块上插入定位销并使用沉头螺钉连接，再将支撑夹持块使用沉头螺钉与对应处支撑柱连接，对称紧固沉头螺钉至压力报警器报警；

S4，检测定位孔的位置是否与设计位置匹配，具体为：使用无线电测头依次测量未插定位销的定位孔是否与设计位置重合，若重合，则对称紧固所有支撑夹持块和定位夹持块上的螺钉直至压力报警器报警，并进行后续步骤；若不重合，则返回步骤S2改修对应处的螺钉过孔直至无线电测头测得的定位孔位置与设计位置重合；

S5，于工件的反面开粗至余量2mm，再按照步骤S3将工件旋转180°后装夹，于工件的正面开粗至余量2mm；

S6，自然时效24~48小时；

S7，再按照步骤S3装夹至铣床上，按照设计尺寸依次精修基准面、正面精加工和反面精加工；

S8，锯掉定位夹持块和支撑夹持块并预留1mm~3mm的加工余量，用铣床自带压板压住工件分别对定位夹持块和支撑夹持块所在的面精修到设计尺寸。