一種用於向心孔加工的模塊化定位夾具的製作方法
2023-10-19 10:43:27 1
本發明涉及機械加工工裝領域，具體是一種用於帶法蘭局部圓環結構類零件向心孔加工的模塊化定位夾具。
背景技術：
機械加工中，帶法蘭局部圓環結構類(呈「L」形迴轉體結構)的零件為常見件，加工中需要完成圓環部位向心孔的加工，一般要求孔的角度偏差為±3′、位置尺寸公差帶為0.05～0.10，屬於典型的難加工件。
目前在該類零件向心孔的加工中，一般採用的方法有兩種：一種是在五軸鏜銑加工中心上利用向心孔孔位坐標及主軸偏擺相應角度完成加工。另一種是在普通臥式鏜床上以零件內圓柱面定位，裝夾於圓盤狀的工裝上加工。以上兩種方法存在以下不足：
採用五軸鏜銑加工中心上加工的方法，雖然無需定位工裝，但是每件產品的裝夾位置不一致。此方法不但產品找正複雜、效率較低，而且佔用先進加工設備，生產成本較高。
採用圓盤狀工裝定位、裝夾的方式，要求每種型號的該類產品均需設計專用的圓盤狀工裝，而此類產品規格多樣，工裝的設計、投產不但嚴重影響生產進度，而且造成原材料的極大浪費。
技術實現要素：
為克服現有技術中存在的加工成本高、效率低及工裝適用性單一的不足，本發明提出了一種用於向心孔加工的模塊化定位夾具。
本發明包括底座和定位塊。所述的定位塊包括第一定位塊、第二定位塊、第三定位塊、第四定位塊。其中：底座為呈十字架形的懸臂結構，並且各懸臂之間的夾角為90°；該十字的中心有直徑為200mm的圓形的底座基準圓柱。所述的各懸臂分別為第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂和第四懸臂，並且各懸臂的長度不同，能夠滿足半徑為220～600mm內任意定位塊的裝配需要。所述第一定位塊、第二定位塊、第三定位塊和第四定位塊分別安裝在該底座的各懸臂的定位凸臺，並且第一定位塊位於第一懸臂上，第二定位塊位於第二懸臂，第三定位塊位於第三懸臂，第四定位塊位於第四懸臂上。
所述各定位塊的外側表面為圓弧面。各圓弧的半徑分別與固體火箭發動機中帶法蘭局部圓環的內半徑相同。所述各圓弧的中心均與底座基準圓柱的中心同心。當各圓弧的中心與底座基準圓柱的中心同心時，各定位塊在各懸臂梁上的位置即為各定位塊的安裝位置。
所述底座的各懸臂交匯的幾何中心為基準圓柱；該基準圓柱的中心與各懸臂交匯的幾何中心重合。在所述基準圓柱的下端面有連接圓盤。
在各懸臂的上表面加工有對稱的兩條橫截面為T型的滑槽，在所述兩條滑槽中間有軌道狀的定位凸臺。所述兩條滑槽對稱的分布在所處懸臂寬度方向的中心線兩側，並使所述兩條滑槽寬度方向的中心線平行於所處懸臂寬度方向的中心線。所述定位凸臺寬度方向的中心線與所處懸臂寬度方向的中心線重合。
所述各定位塊的上表面為二級的階梯；在第一級階梯的表面均布有多個與產品連接的螺紋孔，在第二級階梯的表面有與底座連接的通孔。所述定位塊下表面有定位凹槽，該定位凹槽與上底座定位凸臺以間隙配合的形式連接；所述定位凹槽寬度方向中心線與該定位塊寬度方向中心線重合。所述各定位塊第一級階梯一側的側表面為弧面，該弧面的半徑與產品的內半徑相同。
所述各定位塊第一級階梯的長度不同，以滿足不同內徑工件的定位。
所述第一懸臂的長度為600mm，滿足半徑為320～500mm內任意定位塊的裝配需要；所述第二懸臂的長度為500mm，滿足半徑為320～500mm內任意定位塊的裝配需要；第三懸臂的長度為400mm，滿足半徑為220～400mm內任意定位塊的裝配需要；第四懸臂的長度為300mm，滿足半徑為220～300mm內任意定位塊的裝配需要。
本發明中，四條均布懸臂長度呈階梯增長的趨勢分布，懸臂上加工有對稱的兩條T型槽和類似軌道的定位凸臺，滿足一定範圍內任意定位塊的裝配需要。底座的連接圓盤上加工有U型缺口，通過T型槽螺栓與工具機工作檯連接。定位塊安裝在底座的定位凸臺上，並通過測量定位塊外圓柱面與底座基準圓柱面的距離進行確定，保證定位塊外圓柱面與底座基準圓柱同心。
使用時，通過T型槽螺栓、螺母將夾具固定於鏜床工作檯上，找正至夾具基準圓柱與工具機工作檯同心。零件內圓柱面與定位塊外圓柱面切合定位，通過法蘭上的連接孔固定於夾具上。加工中只需旋轉工具機工作檯，即可確定零件相應角度向心孔的位置。
本發明的技術關鍵點在於：
1、將定位部分分解成模塊化、標準化的元器件，形成滿足同類、不同規格產品裝夾需要的一系列定位夾具。
2、通過測量基準圓柱面與定位塊圓柱面的距離確定定位塊裝配位置，達到精確定位、快速裝配的目的。
本發明按照模塊化原則，進行了工裝定位結構的模塊化、標準化設計，按照需求進行定位塊的配置、組合與重構，使得定位夾具能夠快速適應多品種產品製造的需要，形成系列化的工裝。本發明具有使用簡單、適用範圍廣、設計與製造周期短、成本低的特點。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖，其中，1a是主視圖，1b是側視圖；
圖2是底座的結構示意圖，其中，2a是主視圖，2b是側視圖，2c是2b的A向視圖；
圖3是定位塊的結構示意圖，其中，3a是主視圖，3b是側視圖，3c是俯視圖。其中：
1.底座；2.第一定位塊；3.T型槽螺栓；4.第一懸臂；5.第二定位塊；6.第三定位塊；7.第四定位塊；8.第二懸臂；9.第三懸臂；10.第四懸臂；11.定位凸臺；12.滑槽；13.底座基準圓柱。
具體實施方式
本實例用於固體火箭發動機中帶法蘭局部圓環結構類零件向心孔加工的加工，包括底座1和定位塊。所述的定位塊包括第一定位塊2、T型槽螺栓3、螺母、第二定位塊5、第三定位塊6、第四定位塊7。如附圖1所示。其中：
底座1為呈十字架形的懸臂結構，即該底座上延伸出四個懸臂，並且各懸臂之間的夾角為90°；該十字的中心有直徑為200mm的圓形的底座基準圓柱13。
所述的各懸臂分別為第一懸臂4、第二懸臂8、第三懸臂9和第四懸臂10，並且各懸臂的長度不同，本實施例中，第一懸臂4的長度為600mm，第二懸臂8的長度為500mm，第三懸臂9的長度為400mm，第四懸臂10的長度為300mm。
所述第一定位塊2、第二定位塊5、第三定位塊6和第四定位塊7分別通過T型槽螺栓3安裝在該底座的各懸臂的定位凸臺，並且第一定位塊2位於第一懸臂上，第二定位塊5位於第二懸臂，第三定位塊6位於第三懸臂，第四定位塊7位於第四懸臂上。
所述各定位塊的外側表面為圓弧面。各圓弧的半徑分別與固體火箭發動機中帶法蘭局部圓環的內半徑相同。所述各圓弧的中心均與底座基準圓柱的中心同心。當各圓弧的中心與底座基準圓柱的中心同心時，各定位塊在各懸臂梁上的位置即為各定位塊的安裝位置。
所述底座1採用ZG230～450鑄造、機加而成。該底座的各懸臂交匯的幾何中心為基準圓柱，該基準圓柱的直徑為Φ200±0.02，並且該基準圓柱的中心與各懸臂交匯的幾何中心重合。在所述基準圓柱的下端面有連接圓盤，該連接圓盤上加工有U型缺口，通過T型槽螺栓與工具機工作檯連接。
在各懸臂的上表面加工有對稱的兩條橫截面為T型的滑槽，在所述兩條滑槽中間有軌道狀的定位凸臺11。所述兩條滑槽對稱的分布在所處懸臂寬度方向的中心線兩側，並使所述兩條滑槽寬度方向的中心線平行於所處懸臂寬度方向的中心線。所述定位凸臺寬度方向的中心線與所處懸臂寬度方向的中心線重合。
本實例中，各懸臂分別能夠滿足一定範圍內任意定位塊的裝配需要：當第四懸臂10的長度為300mm時，能夠滿足半徑為220～300mm內任意定位塊的裝配需要；當第三懸臂9的長度為400mm時，能夠滿足半徑為220～400mm內任意定位塊的裝配需要；當第二懸臂8的長度為500mm時，能夠滿足半徑為320～500mm內任意定位塊的裝配需要；當第一懸臂4的長度為600mm時，能夠滿足半徑為320～600mm內任意定位塊的裝配需要。通過所述四個懸臂不同的長度能夠滿足半徑為220～600mm內任意定位塊的裝配需要。
所述各定位塊均塊狀。該定位塊的上表面為二級的階梯；在第一級階梯的表面均布有多個與產品連接的螺紋孔，在第二級階梯的表面有與底座1連接的通孔。所述定位塊下表面有定位凹槽，該定位凹槽與上的底座定位凸臺以間隙配合的形式連接；所述定位凹槽寬度方向中心線與該定位塊寬度方向中心線重合。所述各定位塊第一級階梯一側的側表面為弧面，該弧面的半徑與產品的內半徑相同。
所述各定位塊的結構相同，但各定位塊的第一級階梯的長度不同，以滿足不同內徑工件的定位。
裝配時，將第一定位塊2、第二定位塊5、第三定位塊6和第四定位塊7分別安裝在底座的定位凸臺上，通過T型槽螺栓3與底座1連接。各定位塊在所處懸臂上的安裝位置需通過測量定位塊外圓柱面與底座基準圓柱的距離進行確定，保證定位塊外圓柱面與底座基準圓柱同心。
使用時，通過T型槽螺栓將夾具固定於鏜床工作檯上，找正至夾具基準圓柱與工具機工作檯同心。零件內圓柱面與定位塊外圓柱面切合定位，通過法蘭上的連接孔固定於夾具上。加工中只需旋轉工具機工作檯，即可確定零件相應角度向心孔的位置。
本發明有效解決了現有技術加工成本高、效率低及工裝適用性單一的問題，具有定位可靠、使用簡單、成本低的特點。