一种车削加工夹具及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车削加工夹具，包括：具有中空空腔的夹具本体，其一端固定连接有法兰盘，以用于与机床固定连接；通过销钉以与所述夹具本体中心轴线呈一定角度地固定在所述夹具本体的空腔内的定位块，其具有与待加工的工件轮廓匹配的定位支撑面，工件固定在其中可使得工件上的圆环形加工要素的中心轴线与车床主轴重合；压紧机构，其包括第一方向压紧机构和第二方向压紧机构，用于将工件分别在第一方向和第二方向锁紧，以及穿过夹具本体的空腔并固定在相对的两侧面上的安全螺钉，用于阻挡空腔中工件脱落飞出。本发明还公开了其应用方法。本发明可以实现对中心轴线倾斜的圆环形加工要素的车削加工，解决目前存在的加工工件结构有限、夹持稳定性不高以及具有安全隐患的问题。
【专利说明】一种车削加工夹具及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及车削加工夹具【技术领域】，具体涉及一种用于车削加工轴线与车床主轴呈倾斜的圆环形加工要素的夹具，例如倾斜的圆柱孔、圆圆形凸台以及内外螺纹的车削加工。
【背景技术】
[0002]机械产品加工中有时会遇到倾斜的加工要素，例如凸台、内孔和内外螺纹等，当其形状为圆环状时，如图2所示的零件，采用车削加工最为经济和快捷。但是由于圆环形加工要素轴线与车床主轴呈倾斜状态时，常规车床无法用其上的三爪或四爪卡盘进行安装定位，
[0003]而现有的加工方法有两种形式，一是改为铣床加工，这种方法的缺点是需要更换设备，且无法加工螺纹，还需要增加钳工工序，加工效率极低，不适用于批量生产；二是改为用数控设备来完成加工，其缺点浪费精密加工资源，造成成本过高，不经济实用。
[0004]专利文献CN202780628U公开了一种一种偏心偏角涡壳的车床夹具，包括用于与车床定位的锥度板1，锥度板I的表面固定连接竖板2，竖板2的表面上倾斜地固定有斜板4，斜板4上设有去重孔，斜板4的左右两侧分别与用于增强夹具强度的筋板7固定连接，筋板7垂直于竖板2的表面，并与竖板2固定连接，两个筋板7之间固定连接顶板8，顶板8上设有三个用于夹紧零件的夹紧螺栓9，斜板4的正对顶板8的内表面上固定连接有定位板5，定位板5相对于锥度板I之间的夹角等于涡壳偏角。竖板2的表面上还设有用于平衡工装的配重板3。定位板5上过盈配合有两个定位销6，一个为圆销，另一个为菱形销。锥度板1、斜板4、筋板7与竖板2之间分别通过内六角螺钉和圆销紧固连接。配重板3与竖板2之间通过内六角螺钉和圆销紧固连接。定位板5与斜板4之间通过内六角螺钉紧固连接。顶板8与筋板7之间通过内六角螺钉紧固连接。夹紧螺栓9与顶板8之间螺纹连接。应用时，首先将零件放入定位销6中，并紧贴在定位板5的平面上。然后，将夹紧螺栓9拧紧在零件表面，确保零件在加工过程中不会松动。加工完毕后，夹紧螺栓9拧松，将零件从夹具上取出，完成装卸动作。
[0005]上述车床夹具在一定程度上可以实现对与车床主轴倾斜状态的工件的车削加工，但是，其在工件的车削加工中还存在显著的问题:1)该夹具仅通过定位板5这一个平板部件对工件进行支撑和固定，使得能够加工的工件类型受到限制，不能适应各种特殊结构工件的装夹固定；2)对工件的夹紧固定方式单一，仅通过夹紧螺栓9和定位销6实现夹紧固定，无法保证车削中工件的松动，特别是对于圆环形工件的加工，上述紧固方式不够稳固，使得加工精度不高，特别是严重情况下可能因夹持不稳导致工件飞出而影响安全。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种车削加工夹具，用于夹持具有中心轴线与车床主轴不平行的圆环形加工要素的工件，以对所述圆环形加工要素进行车削加工，该夹具通过设置优化的夹具内腔，并在其中按一定角度固定用于定位工件的定位块，并采用优化设计的夹紧部件以及安全部件，实现对中心轴线倾斜的圆环形加工要素的车削加工，解决目前存在的加工工件结构有限、夹持稳定性不高以及具有安全隐患的冋题。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种车削加工夹具，用于夹持具有中心轴线与车床主轴不平行的圆环形加工要素的工件，以对所述圆环形加工要素进行车削加工，其特征在于，该夹角包括:
[0009]具有中空空腔的夹具本体，其一端固定连接有法兰盘，以用于与机床固定连接；
[0010]定位块，其通过销钉以与所述夹具本体中心轴线呈一定角度地固定在所述夹具本体的空腔内，其具有与待加工的工件轮廓匹配的定位支撑面，工件固定在其中可使得工件上的圆环形加工要素的中心轴线与车床主轴重合；
[0011]压紧机构，其包括第一方向压紧机构和第二方向压紧机构，其中第一方向压紧机构包括第一螺钉以及具有螺纹孔的压块，所述压块紧贴于工件一侧表面并通过该第一螺钉穿过夹具本体后旋入该压块中将工件在第一方向锁紧，所述第二方向压紧机构包括第二螺钉以及垫板，所述垫板为台阶圆柱，其中小端用于伸入工件内孔，大端与穿过夹具本体的所述第二螺钉端部抵接，以实现将工件在第二方向锁紧并防止窜动；以及
[0012]安全螺钉，其穿过夹具本体的空腔并固定在相对的两侧面上，用于阻挡空腔中工件脱落飞出。
[0013]作为本发明的改进，所述定位块上还设置有销孔和螺纹孔，分别用于与定位销和螺钉配合，以实现对定位块在夹具本体上的定位和紧固连接。
[0014]作为本发明的改进，所述夹具本体为圆柱体，其内部空腔为矩形截面空腔。
[0015]作为本发明的改进，所述第一螺钉的螺纹部分的顶端为球面，以用于将旋转力通过点接触的方式与压块接触，最终将旋转力变为直线力，通过压块施加在工件上，防止在压紧过程中转动，而造成尺寸误差。
[0016]作为本发明的改进，所述第二螺钉的螺纹部分的顶端为球面，以用于将旋转力通过点接触的方式与压块接触，最终将旋转力变为直线力，通过垫板施加在工件上，防止在压紧过程中转动，而造成尺寸误差。
[0017]作为本发明的改进，所述定位块和夹具本体之间设置成和待加工的工件倾斜角度互为余角的角度，使得从空间上将该倾斜角度所在轴线成为与机床主轴同轴。
[0018]作为本发明的改进，所述圆环形加工要素可以为圆形凸台、孔或内外螺纹。
[0019]本发明还公开了一种利用上述夹具对具有中心轴线与车床主轴不平行的圆环形加工要素的工件进行车削加工的方法。
[0020]本发明中该夹具从功能上可分为定位部分、压紧部分和连接部分，其中所述定位部分上设置有和产品外形轮廓一致的凹槽，并形成反角度，用于放置和定位产品，让其上的斜加工要素处于和车床主轴同轴的位置，并通过两个压紧机构对紧固；所述定位部分设置有和产品外形一致的凹槽，并设有三处平面为产品定位，能将产品准确定位。定位部分的夹具体内腔底面的平面上，设置有带角度的销孔，并用销子将定位块定位、用螺钉紧固并和夹具体之间设置成了和加工的斜孔角度互为余角的角度，从空间上将斜角变为和机床主轴同心。所述定位部分的夹具体设置有内圆环状的止口，用于和连接部分配合定位。
[0021]另外，压紧部分分为水平和垂直两个机构，分别从不同方向，通过定位部分旋合后施力于被加工的产品上。垂直压紧机构的压紧螺钉上设置有内六角的螺钉头、还设置有球面的顶端，球面与压块平面的形成点接触将旋转力变为直线力，垂直压紧机构的压块为圆柱形，设置有环形凹槽的压紧平面，还设置有内螺纹部分，让压紧螺钉I旋入，形成非固定连接，压块通过压紧螺钉I将产品压紧，还能随螺钉一起脱开产品，实用方便，避免了因为旋合式压紧时造成零件轻微窜动的弊端，产品加工尺寸稳定。所述水平压紧机构和垂直压紧机构原理一致，不再赘述。
[0022]本发明中，所述连接机构设置有莫氏内圆锥面，和车床主轴配合、定位、连接。所述连接机构还设置有凸台状的止口，用于和定位部分配合、定位，并用螺钉连接，通过连接机构将整个加工装置保持一定的精度，并保证加工装置轴线与车床主轴同心，保证了产品被加工要素的角度转换。
[0023]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0024](I)采用具有优化设计结构的定位块，并将其以相应倾斜的角度固定于夹具本体的空腔中，从而可使得待加工的倾斜要素的轴线与车床主轴同轴，通过普通车床即可实现对倾斜要素的车削加工。
[0025](2)采用多个夹紧机构，从工件的不同方位对其进行定位、夹紧和固定，可使得车削过程中工件能够抵抗切削力矩不发生旋转或位移，从而可以保证车削的精度。
[0026](3)在夹具本体上设置安全螺钉，其穿过本体上的空腔，可以防止空腔内的工件在加工时可能因装夹不紧产生的脱落或飞出的安全事故。
[0027](4)本发明可以直接在普通车床上加工产品的倾斜要素，完成包括斜孔、螺纹孔或凸台的加工要素的加工；采用是一次性装夹，所加工尺寸准确，加工效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为按照本发明实施例所构建的夹具的一个视角方向的结构示意图；
[0029]图2为图1中的夹具在另一个视角方向的结构示意图；
[0030]图3为按照本发明实施例所构建的夹具优选用于夹持的待加工工件的结构示意图；
[0031]图4为按照本发明实施例所构建的夹具中定位块与夹具本体的组合机构示意图；
[0032]图5为按照本发明实施例所构建的夹具的压紧机构的结构示意图；
[0033]图6为按照本发明实施例所构建的夹具的法兰盘的结构示意图；
[0034]图7为按照本发明实施例所构建的夹具的定位块的结构示意图；
[0035]图8为按照本发明实施例所构建的夹具的整体结构示意图；
[0036]图9为按照本发明实施例所构建的夹具夹持工件后的整体结构示意图。
[0037]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:1_压紧螺钉、2-压块、3-安全螺钉、4-定位块、5-销、6-螺钉M8X60、7-螺钉M12X40、8_法兰盘、9-压紧螺钉、10-垫板、11-夹具体。
【具体实施方式】
[0038]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0039]按照本发明实施例所构建的夹具，其用于夹持具有中心轴线与车床主轴不平行的圆环形加工要素的工件，以对所述圆环形加工要素进行车削加工。
[0040]如图1和2所示，该夹角具体包括夹具本体11，压紧机构和安全螺钉3。
[0041]具有中心轴线与车床主轴不平行的圆环形加工要素的工件如图3所示。
[0042]夹具本体11具有中空空腔，其一端固定连接有法兰盘8，以用于与机床固定连接；通过销钉以与所述夹具本体11中心轴线呈一定角度地固定在所述夹具本体11的空腔内的定位块4，其具有与待加工的工件轮廓匹配的定位支撑面，工件固定在其中可使得工件上的圆环形加工要素的中心轴线与车床主轴重合。
[0043]压紧机构，其包括第一方向压紧机构和第二方向压紧机构，其中第一方向压紧机构包括第一螺钉I以及具有螺纹孔的压块2，所述压块2紧贴于工件一侧表面并通过该第一螺钉I穿过夹具本体后旋入该压块2中将工件在第一方向(例如垂直方向)锁紧。第二方向压紧机构包括第二螺钉9以及垫板10，所述垫板10为台阶圆柱，其中小端用于伸入工件内孔，大端与穿过夹具本体11的所述第二螺钉9端部抵接，以实现将工件在第二方向(例如水平方向)锁紧并防止窜动。
[0044]安全螺钉穿过夹具本体的空腔并固定在相对的两侧面上，用于阻挡空腔中工件脱落飞出。
[0045]本实施例的夹具根据功能又分为定位部分、压紧部分和连接部分。
[0046]如图4所示，定位部分与连接部分是通过销子定位，用螺钉连接的，定位部分采用分体设计，主要由夹具体11和定位块4组成，定位块4表面设有与产品轮廓一致的凹槽和躲避孔，用于安放和定位产品；通过调整定位块4在夹具体11上的位置，让被加工产品的倾斜加工要素与整个加工装置同心。
[0047]如图6所示，所述连接部分一头同车床连接，一头与定位部分和压紧部分连接，保证了斜孔加工装置的整体轴线与车床主轴同心，这两个同心保证了产品加工要素可以直接在车床上进行车削加工。
[0048]定位部分与连接部分是通过销子定位，用螺钉连接的，定位部分表面设有与产品轮廓一致的凹槽和躲避孔，用于安放和定位产品；压紧部分通过压紧螺钉与连接部分旋合施力，用压块2或垫板10将产品紧固，以抗衡加工中的切削力；连接部分一头同车床连接，一头与定位部分和压紧部分连接。定位部分包括安全螺钉、定位块、夹具体、销、螺钉M8X60。
[0049]安全螺钉为具有普通内六角螺钉一样的外形，优选采用高强度合金钢30CrMnSiA制成，用于抵抗可能出现的产品飞出的撞击力。
[0050]如图7所示，定位块4上设置有和产品外形一致的槽和躲避孔，用于安放和定位产品，它为产品提供了两处定位面(水平和垂直方向)；其上还设置有2处销子过孔，用于销与夹具体定位；其上还设置有4处螺纹过孔，用于通过螺钉M8X60与夹具体紧固；其上还设置有I处螺纹过孔，用于让压紧螺钉2旋合产生水平压紧力；
[0051]夹具体11优选为圆柱体，其上设置有矩形内通槽，用于放置定位块4和产品，并为定位产品的一处定位面(高度方向)；其上还设置有与止口中心方向倾斜一定角度2处销子过孔，用于通过销与定位块定位，将倾斜的角度与产品要加工的倾斜要素的角度互为余角，从而变加工要素的轴线变为与车床主轴一致；其上还设置有4处过孔，用于通过螺钉M8X60与定位块紧固；其上还设置有I处螺纹过孔，用于让压紧螺钉I旋合产生垂直压紧力；其上还设置有I处凹止口，用于与连连部分的凸止口过盈配合，保证整个装置的轴线与车床主轴轴线重合，其上还设置有I处螺纹过孔，用于让安全螺钉可以在工作时固定在夹具体上，用来阻挡可能出现的产品飞出的意外安全事故，在不工作时可将安全螺钉旋下，才能将产品放入装置中；其上还设置有4处螺纹过孔，用于连接法拉盘，在夹具体的整圆部分还设置有对刀槽，用于打表检查加工装置整体跳动。
[0052]如图5所示，压紧部分包括:压紧螺钉1、压块、压紧螺钉2、垫板等组成。压紧部分通过压紧螺钉I和9与连接部分旋合施力，用压块2或垫板10将产品紧固，以抗衡加工中的切削力。其中压紧螺钉I和压块2构成垂直压紧机构，压紧螺钉2和垫板构成水平压紧机构。
[0053]垂直压紧机构的压紧螺钉1，其上设置有内六角的螺钉头，用于方便扳手施力，其上还设置有在螺纹部分的顶端为球面，其作用是将旋转力用球面与平面的点接触的方式与压块接触，最终将旋转力变为直线力，通过压块施加在产品上，防止产品在压紧过程中转动，而造成尺寸超差。
[0054]垂直压紧机构的压块为圆柱形，其上设置有带有环形凹槽的压紧平面，用于压紧产品，其上还设置有内螺纹部分，其作用让压紧螺钉I旋入，并形成非固定连接，以便让压块在完成压紧后能随螺钉一起脱开产品，节省操作时间；其上还设置有环形的内腔部分，其作用是让螺钉球头可以自由旋转，并在底部平面形成点接触；
[0055]水平压紧机构的压紧螺钉2，其上设置有内六角的螺钉头，用于方便扳手施力；其上还设置有在螺纹部分的顶端为球面，其作用是将旋转力用球面与平面的点接触的方式与垫板接触，最终将旋转力变为直线力，通过垫板施加在产品上，防止产品在压紧过程中转动，而造成尺寸超差。
[0056]水平压紧机构的垫块10为台阶圆柱形，其上设置有大的圆柱面，其作用是让螺钉球头在其底部平面形成点接触；其上还设置有小的圆柱面，其作用是套入产品内孔，防止产品窜动，用端面压紧产品。连接部分包括螺钉M12 X 40和法兰盘等组成
[0057]法兰盘如图6所示，其上设置有莫氏内圆锥面，用于与车床主轴配合；其上还设置有一处凸止口，用于与夹具体定位、安装；其上还设置有一处外螺纹，用于与车床螺母的连接，紧固整个装置，其上还设置有6处过孔，用于让螺钉M12X40穿越后与夹具体紧固、连接。
[0058]如图8和9所示，本发明的夹具工作原理和使用方法:首先将法兰盘8通过莫氏圆锥与车床主轴装配、紧固，然后将夹具体11与通过销子定位与定位块4定位，用螺钉装配，紧固形成定位部分，最后将定位部分用夹具体11上的止口与法兰盘8定位，用螺钉紧固，完成整个加工装置的组装后，用百分表检测加工装置的上的对刀槽，以确定安装是否到位。
[0059]一切无误后，可以开始安放产品:将产品沿着定位块的轮廓安放定位；再调整两处压紧机构将产品牢固压紧；最后将安全螺钉在夹具体上安放旋紧，就可以开始加工，整个过程十分简捷方便，加工尺寸的精度靠装置本身保证，可靠性高，安全性也好。
[0060]在本发明的所有构成件中，除了定位块、夹具体、和法兰盘上等3个部件的配合和定位部位的尺寸、形位公差、表面粗糙度的精度要求较高，需采用精加工外；其余部分的精度和尺寸均设置为自由公差，即可满足使用，成本低，加工工艺性和经济性好。
[0061]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种车削加工夹具，用于夹持具有中心轴线与车床主轴不平行的圆环形加工要素的工件，以对所述圆环形加工要素进行车削加工，其特征在于，该夹角包括: 具有中空空腔的夹具本体(11)，其一端固定连接有法兰盘(8)，以用于与机床固定连接; 定位块(4)，其通过销钉以与所述夹具本体(11)中心轴线呈一定角度地固定在所述夹具本体(11)的空腔内，其具有与待加工的工件轮廓匹配的定位支撑面，工件固定在其中可使得工件上的圆环形加工要素的中心轴线与车床主轴重合； 压紧机构，其包括第一方向压紧机构和第二方向压紧机构，其中第一方向压紧机构包括第一螺钉(I)以及具有螺纹孔的压块(2)，所述压块(2)紧贴于工件一侧表面并通过该第一螺钉(I)穿过夹具本体(11)后旋入该压块(2)中将工件在第一方向锁紧，所述第二方向压紧机构包括第二螺钉(9)以及垫板(10)，所述垫板(10)为台阶圆柱，其中小端用于伸入工件内孔，大端与穿过夹具本体(11)的所述第二螺钉(9)端部抵接，以实现将工件在第二方向锁紧并防止窜动；以及 安全螺钉(3)，其穿过夹具本体(11)的空腔并固定在相对的两侧面上，用于阻挡空腔中工件脱落飞出。
2.根据权利要求1所述的一种车削加工夹具，其中，所述定位块(4)上还设置有销孔和螺纹孔，分别用于与定位销和螺钉配合，以实现对定位块(4)在夹具本体(11)上的定位和紧固连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种车削加工夹具，其中，所述夹具本体(11)为圆柱体，其内部空腔为矩形截面空腔。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种车削加工夹具，其中，所述第一螺钉(I)的螺纹部分的顶端为球面，以用于将旋转力通过点接触的方式与压块接触，最终将旋转力变为直线力，通过压块施加在工件上，防止在压紧过程中转动，而造成尺寸误差。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种车削加工夹具，其中，所述第二螺钉(9)的螺纹部分的顶端为球面，以用于将旋转力通过点接触的方式与垫板(10)接触，最终将旋转力变为直线力，通过垫板施加在工件上，防止在压紧过程中转动，而造成尺寸误差。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种车削加工夹具，其中，所述定位块(4)和夹具本体(11)之间设置成其轴线和待加工的工件轴线的倾斜角度互为余角的角度，使得从空间上将该倾斜角度所在轴线成为与机床主轴同轴。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种车削加工夹具，其中，所述圆环形加工要素可以为圆形凸台、孔或内外螺纹。
8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的夹具对具有中心轴线与车床主轴不平行的圆环形加工要素的工件进行车削加工的方法。
【文档编号】B23Q3/12GK104440329SQ201410631685
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】涂华 申请人:湖北三江航天红峰控制有限公司