CN205309854U - 一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，包括基座和多个内形胎；所述基座和每个内形胎相接触的部位上开有长圆形槽，长圆形键的两端分别置于长圆形槽内对内形胎在径向上进行精确定位，多个所述内形胎以基座中心为对称中心呈圆形分布且连接于基座上；所述内形胎包括外形面和内形面，外形面与待加工零件的内形尺寸相配合；位于待加工零件外侧的所述基座上以及内形胎的上端开有多组安装孔，多组安装孔用于安装压板。本实用新型可有效的提高零件加工前的胎具准备时间，保证零件装夹精度及夹持稳定性从而提高零件的加工质量。
Description
技术领域
本实用新型属于大型薄壁类零件机械加工技术领域，尤其是涉及一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置。
背景技术
目前，针对运载火箭中一种5米直径大型回转结构零件(如图1所示)，该零件结构具有以下特点：(1)零件根据实际使用情况球面厚度从最厚的10mm到最薄4mm，壁厚公差要求在0.3mm以内；(2)零件叉形槽深度达到了到了144mm。
传统该类回转结构零件的装夹方式多为使用通用的压板螺栓进行紧固，的加工装夹方式多为使用通用的压板螺栓进行紧固，压紧位置少，零件支撑不足，在加工过程中极易发生震颤，导致零件表面产生振纹，零件壁厚0.3的公差完全无法保证。
现有装夹方案存在以下问题：(1)采用现有加工模式进行装夹，内形处由于缺少支撑零件的稳定性较差壁厚极易超差。装夹位置受工作台面限制，仅有24处压紧位置，压紧位置过少。(2)通过八个固定在工作台面上的内撑胎具对零件内形起到支撑作用，达到支撑零件内形的作用，增加零件装夹的刚性。此技术方案受工装结构的限制，由于无限位设计，为保证加工过程中零件与胎具贴合，每次加工前均要对型面进行加工，保证胎具外形尺寸与零件内形尺寸匹配工艺方案为先精车零件内形，根据内形实际的加工尺寸协调胎具的配车尺寸，然后将胎具车削至相应的尺寸，最终试装配合适后进行叉型槽的精加工。由于每次精加工前都要对胎具重新车削，每次车削壁厚会随之减薄0.5～1mm，胎具理论壁厚为30mm，经过了20件左右零件的加工，工装将由于壁厚过薄无法满足产品装夹及精度要求而报废。
发明内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，以解决现有技术中存在的夹持稳定性差以及加工精度低的问题；本装夹装置可有效提高零件的加工前的胎具准备时间，保证零件装夹精度及夹持稳定性从而提高零件的加工质量。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，包括基座和多个内形胎；所述基座和每个内形胎相接触的部位上设有长圆形键，所述长圆形键的两端分别置于长圆形槽内对内形胎在径向上进行精确定位，多个所述内形胎以基座中心为对称中心呈圆形分布且连接于基座上；所述内形胎包括外形面和内形面，外形面与待加工零件的内形尺寸相配合；位于待加工零件外侧的所述基座上以及内形胎的上端开有多组安装孔，多组安装孔用于安装压板。
进一步的，每个所述内形胎的底端沿径向开有多组与基座相连接的长圆孔，每组长圆孔两两相平行。
进一步的，每个所述内形胎与待加工零件接触的外形面的下部沿周向开有多条长凹槽。
进一步的，所述内形胎的上端面设为阶梯状，其外侧端面高度大于内侧端面。
进一步的，在加工零件中间的叉槽时，所述压板包括上压板；所述上压板设有两组，其中一组上压板一端固接于内侧端面上，另一端压紧在待加工零件一侧的上端面上；另一组上压板一端固接于基座上，另一端压紧待加工零件的另一侧的上端面上。
进一步的，所述压板还包括多个下压板，每个下压板一端固接于基座上，另一端顶压在待加工零件的外侧面上。
进一步的，在加工零件的外圆时，所述压板包括多个长压板，每个所述长压板一端固接于内侧端面上，另一端压紧在零件远离内侧端面的上端面上。
进一步的，所述内形胎的外侧端面与待加工零件的上端面平齐。
进一步的，所述基座由外而内依次包括外支撑体和内支撑体；多个所述内形胎固接于内支撑体上，所述待加工零件放置于外支撑体上；所述外支撑体的上端面高于内支撑体的上端面。
进一步的，相邻两个内形胎之间留有间隙，位于间隙之间的基座上开有第一方形槽。
相对于现有技术，本实用新型所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置具有以下优势：
采用此工装加工的零件有效的保证了壁厚0.3mm的公差要求，在实际加工过程中解决了大型薄壁零件装夹不稳定，加工过程中易震颤，变形较大的问题，同时胎具拆除后可重复装夹在配合尺寸不变的情况下无需再次加工，针对在加工过程中为满足新工装配合精度要求，加工中可能出现零件内形面尺寸不满足配合要求的情况，设计了可调整结构，通过对工装型面的适应性返修，使新工装满足当前零件的加工需求。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为一种5米直径薄壁曲面圆环的结构示意图；
图2为本实用新型一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置的总装示意图；
图3a为图2一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置安装一个内形胎的结构示意图；
图3b为图3a中所示A处的放大示意图；
图4为图3b所示内形胎的结构示意图；
图5为图4所示的内形胎的仰视图；
图6为加工零件中间的叉槽时的总装结构图；
图7为图6沿直径方向上的剖视图；
图8为图7中所示B处的放大示意图；
图9为图7中所示C处的放大示意图；
图10为加工零件外圆时的总装结构沿直径方向上的剖视图；
图11为图10中所示D处的放大示意图；
图12为图11中所示E处的放大示意图。
附图标记说明：
1-基座；2-内形胎；3-上压板；4-下压板；5-长压板；6-零件；7-安装孔；8-长圆形键；11-外支撑体；12-内支撑体；13-第一方形槽；21-外形面；22-内形面；23-上端面；24-长圆形槽；25-长圆孔；211-长凹槽；221-第二方形槽；231-内侧端面；232-外侧端面。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，参照附图2所示，包括基座1和多个内形胎2，优选的内形胎2设置为8个。
参照附图3a、3b所示，其中，基座1包括由外而内设置的外支撑体11和内支撑体12。外支撑体11和内支撑体12均为上、下两端开口且中空的盘状结构，外支撑体11在周侧方向上开有多个槽体，内支撑体12上开有多个长孔以及设有多根加强筋，这样的设计既能满足使用的需求，又可在一定程度上降低基座1的整体重量；同时，为了提高装夹精度，外支撑体11在竖直方向上的高度略高于内支撑体12。
参照附图4所示，具体地，该装夹装置采用内撑式结构，每个内形胎2包括外形面21、内形面22和上端面23；其8个内形胎2以基座1的中心为对称中心呈圆形分布且连接在内支撑体12上，且每个内形胎2的外形面21的下部与外支撑体11的内侧面相接触，这样设计的目的，便于内形胎2的固定和定位；其中，零件6放置在外支撑体11上，内形胎2的外形面21与零件6内形尺寸相配合。通过8个内形胎2固定基座1上，内撑胎2对零件6内形起到支撑作用，达到支撑零件内形的作用。
参照附图3a、5所示，为了进一步提高装夹精度，内支撑体12与内形胎2相接触的部位对应位置上均开有长圆形槽24，长圆形槽24位于每个内形胎2底面的中间位置，通过长圆形键8使内形胎2在径向上进行精确定位，再将8个内形胎2通过螺栓螺母连接到内支撑体12上；在完成内形胎2的装夹定位后，将内形胎2的外形面21加工到与零件6内形尺寸相应的配合尺寸。
为了提高零件6的稳定性，外支撑体11的上端面和内形胎2的上端面23均开有多组安装孔7，安装孔7用于安装压紧零件6的压板。
为了提高装夹效果和进一步满足稳定性的要求，内形胎2的上端面23设为阶梯状，其包括内侧端面231和外侧端面232。
具体地，内侧端面231上开有60组安装孔7，外支撑体11的上端面也开有60组安装孔7。
在加工零件中间的叉槽时。其中，压板采用上压板3和下压板4。
为了保证装夹效果，优选的，外侧端面232高于内侧端面231；外侧端面232与零件6内形面的上端面平齐。
参照附图8、9所示，具体地，采用两组上压板3，每组设置为60个；其中一组上压板3一端固接于内侧端面231上，另一端压紧在外侧端面232和靠近零件6上端面上；另一组上压板3一端固接于外支撑体11上，另一端压紧零件6的另一上端面上。
特别地，每组安装孔7为2个。一个为螺栓安装孔，另一个为螺纹销安装孔；以保证上压板3一方面可以通过螺栓螺母紧固，另一方面可以通过螺纹销起到支撑的作用，以提高夹持零件6的稳定性。
为了进一步提高零件6的稳定性，在设置上压板3的同时，还设置下压板4，下压板4设置为多个，其一端固接于外支撑体11上，另一端顶压零件6的外形面，以限制零件6在加工过程中径向的窜动。
进一步的，为了便于对上压板3和下压板4的安装固定，在内形胎2的内形面22上开有多个横向设置的第二方形槽221；其中，第二方形槽221与其上开有安装孔7贯通。
在加工零件6的外圆时，通过长压板5压紧零件6。
参照附图11所示，具体地，长压板5的一端固接于内侧端面231上，另一端压紧在零件6远离内侧端面231的上端面上；优选的，长压板5设置为32个。
参照附图12所示，由于零件6与内形胎2接触面的下部存在柱面配合，而柱面配合的摩擦力相对较大，为减少柱面直线段部分带来的配合困难，并对零件6起到支撑限位作用，且零件6与内形胎2的装配方式是零件6自上而下压紧在本装夹装置上。在不影响内形胎2形面径向限位的前提下，为了解决零件6在装胎和卸胎过程中装配阻力大的问题，对于内形胎2的外形面21下部的直线段部分开设3条相平行的长凹槽211，以减少配合时的接触面积以减少阻力。
针对加工中可能出现零件6内形面尺寸不满足配合要求的情况，在每个内形胎2的底端沿径向开有多组长圆孔25，每组长圆孔25两两相平行，使得本装夹装置在径向上存在调整余量；当零件6的内形尺寸发生改变时，通过这些长圆孔25可以确保将内形胎2向外移动，对内形胎2的外形面21留出相应的加工余量，通过对内形胎2的外形面21的适应性返修，使内形胎2满足当前零件6的加工需求。
特别地，相邻内形胎2之间留有间隙，位于间隙之间的内支撑体12上开有圆孔，以方便采用千分尺测量零件6壁厚时，千分尺可以伸入圆孔内进行测量。
位于间隙之间的基座1上开有第一方形槽13，第一方形槽13处可放置长杆，待零件6加工完成之后，通过长杆将零件6翘起，便于卸件。
本装夹装置在使用过程中需对多个配合间隙及形位公差进行检测，对以下参数进行测量并保证，确保零件6具有较好的圆度、以保证壁厚尺寸。
表1：主要控制参数指标
要需通过百分表对零件外圆的径向偏移值进行监控，必要时需通过压板的压紧角度及压紧力进行调整。确保偏移量在0.1mm以内。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：包括基座(1)和多个内形胎(2)；
所述基座(1)和每个内形胎(2)相接触的部位上设有长圆形键(8)，所述长圆形键(8)的两端分别置于长圆形槽(24)内对内形胎(2)在径向上进行精确定位，多个所述内形胎(2)以基座(1)中心为对称中心呈圆形分布且连接于基座(1)上；所述内形胎(2)包括外形面(21)和内形面(22)，外形面(21)与待加工零件(6)的内形尺寸相配合；
位于待加工零件(6)外侧的所述基座(1)上以及内形胎(2)的上端开有多组安装孔(7)，所述多组安装孔(7)用于安装压板。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：每个所述内形胎(2)的底端沿径向开有多组与基座(1)相连接的长圆孔(25)，每组长圆孔(25)两两相平行。
3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：每个所述内形胎(2)与待加工零件(6)接触的外形面(21)的下部沿周向开有多条长凹槽(211)。
4.根据权利要求1所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：所述内形胎(2)的上端面(23)设为阶梯状，其外侧端面(232)高度大于内侧端面(231)。
5.根据权利要求1所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：在加工零件(6)中间的叉槽时，所述压板包括上压板3；
所述上压板(3)设有两组，其中一组上压板(3)一端固接于内侧端面(231)上，另一端压紧在待加工零件(6)一侧的上端面上；另一组上压板(3)一端固接于基座(1)上，另一端压紧待加工零件(6)的另一侧的上端面上。
6.根据权利要求5所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：所述压板还包括多个下压板(4)，每个下压板(4)一端固接于基座(1)上，另一端顶压在待加工零件(6)的外侧面上。
7.根据权利要求1所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：在加工零件(6)的外圆时，所述压板包括多个长压板(5)，每个所述长压板(5)一端固接于内侧端面(231)上，另一端压紧在零件(6)远离内侧端面(231)的上端面上。
8.根据权利要求4所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：所述内形胎(2)的外侧端面(232)与待加工零件(6)的上端面平齐。
9.根据权利要求1所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：所述基座(1)由外而内依次包括外支撑体(11)和内支撑体(12)；多个所述内形胎(2)固接于内支撑体(12)上，所述待加工零件(6)放置于外支撑体(11)上；所述外支撑体(11)的上端面高于内支撑体(12)的上端面。
10.根据权利要求1所述的一种大型薄壁曲面圆环机械加工装夹装置，其特征在于：相邻两个内形胎(2)之间留有间隙，位于间隙之间的基座(1)上开有第一方形槽(13)。
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