一种圆筒端口车削加工内撑工装的制作方法

本发明涉及机械加工领域，具体是一种薄壁圆筒端口车削加工内撑工装。

技术背景

某圆筒零件是某固体火箭发动机壳体重要的零部件之一，最终与其他零部件焊接装配，该固体火箭发动机对圆筒间的焊接质量有着严格的要求，而且圆筒的端口部位的焊接坡口加工精度对焊接质量有较大影响。

该圆筒零件属于薄壁圆筒件，圆筒采用旋压成型技术，圆筒内径Ф744，圆筒壁厚为3mm，圆筒总长1450mm。设计图纸要求在圆筒端口处车加工焊接坡口，焊接坡口的斜度要求为45°，坡口钝边尺寸为

传统的薄壁圆筒端口部位有两种，一种方法是是通过内撑工装将圆筒装夹，装夹方式是对一种环形钢锻件上的若干螺钉进行手动调节，从而达到装夹找正的目的，然后再进行车削加工，但是这种方法很难保证圆筒端口部位的结构实现等速的弹性变形，装夹精度不能达到工艺要求，车削加工过程中圆筒端口部位去除量不均匀，影响焊接破口加工精度。另一种方法是钳工利用角磨机对焊接坡口进行打磨去除材料，该方法的缺点是人工成本较大，生产周期较长。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的装夹精度不能达到工艺要求的不足，本发明提出了一种圆筒端口车削加工内撑工装。

本发明包括芯轴盘、大螺母、传动杆、顶杆、顶块和滑动套。其中：所述大螺母套装在芯轴盘的盘柱上端的外螺纹面上，滑动套套装在芯轴盘的盘柱下端的外圆面上，并使该滑动套的内孔与所述的盘柱间隙配合。两个端面轴承分别套装在所述大螺母的轴承槽和滑动套的轴承槽内。盘盖套装在该大螺母的外圆周表面，并固定在所述滑动套的盘盖安装台上表面。多个连接块分别固定在该滑动套的连接盘的外缘上。多个顶杆分别装入所述芯轴盘边缘的顶杆孔内，并使各顶杆的一端分别与各连接块绞接；是各顶杆的另一端分别安装有顶块。所述连接块的数量与顶杆和顶块的数量相同。把手的内孔套装在大螺母上。

所述芯轴盘上表面的中心有轴向凸出的盘柱，该盘柱的外圆周表面为螺纹面。在该芯轴盘上表面的边缘有轴线凸出的环形凸台，该环形凸台上均布有多个顶杆孔。

所述滑动套的内螺纹面与芯轴盘上盘柱的外螺纹面配合。在该滑动套上端的外圆周表面有径向凸出的连接盘；该连接盘中部的上表面有轴向凸出的盘盖安装台，由该盘盖安装台内侧表面与该滑动套外圆周表面之间形成的环形槽为端面轴承的安装槽。在该滑动套上表面外缘均布有多个盘盖的安装孔。

所述大螺母的的内螺纹面与芯轴盘上盘柱的外螺纹面配合。该大螺母上端的外形为四方形或六方形，用于安装内四方或内六方的把手；该大螺母中部及以下的外形为阶梯状圆形，并且中部一段的外径大于上端方形的最大边长，下端的外径与所述滑动套中的盘盖安装台内径相同。

所述盘盖盘盖的内圆周表面与大螺母中部的外圆周表面配合。该盘盖下端面的边缘处有轴向凸出的连接凸台，在该连接凸台上均布有多个连接孔。

所述顶块的一个表面为弧面，另一个表面为平面。在所述顶块平面上有凸出的“U”形耳片，在该耳片上有同轴的安装孔。所述顶块弧面的曲率与工件内表面的曲率相吻合。

所述连接块为横截面为“L”形的块状。该连接块竖直板的端头有用于与传动杆绞接的销轴孔；该连接块的水平板的端头有连接孔，通过该连接孔将该连接块与滑动套的连接盘固连。

所述传动杆有多根，各传动杆的两端均有销轴孔。所述顶杆有多根，各顶杆的一端有与传动杆绞接的销轴孔，各顶杆的另一端有顶块安装孔，并且所述销轴孔的中心线与所述顶块安装孔的中心线相互垂直。

本发明能够满足薄壁圆筒端口焊接坡口的车削加工，加工出的产品各项指标均满足设计要求。加工中，通过转动把手，使得大螺母向下移动，并且通过端面轴承推动滑动套向下移动，在滑动套向下移动的过程中带动连接块向下移动，传动杆发生以螺栓为中心的顺时针旋转，顶杆向外移动，带动顶块向外移动，直至移动到理论位置，从而实现圆筒端口部位的撑圆涨紧，待加工完毕后，旋转把手，带动顶块、顶杆向内收缩，松开圆筒并取出。

本发明中所要加工的产品为旋压成型的薄壁圆筒，旋压成型后的圆筒由于内应力释放等多重原因会发生不规则变形，圆筒端口部位的待加工位置的圆跳动大于5mm，难以满足高精度的车削加工，在使用本发明装夹、涨紧圆筒后，待加工位置圆筒的直线度和圆度均小于0.2mm。

该薄壁圆筒端口部位内撑工装在涨紧圆筒的同时也实现了产品的装夹，装夹后的圆筒刚性提高明显，加工过程中未出现震颤、松动、变形等情况，圆筒端口部位的焊接坡口车削加工结果满足设计图纸要求。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、配合精度高，工装误差小，使用过程中产品受力均匀。

2、适用范围较广，只需调整大螺母的位置就能够实现不同直径圆筒端口部位的高精度的装夹。

3、能够有效地提高薄壁圆筒端口部位的刚性及加工精度，解决了薄壁圆筒端口部位车削的技术难题。

4、本发明就是针对上述产品的加工难点，通过一种薄壁圆筒端口车削加工内撑工装安装在旋压圆筒端口内部，实现旋压圆筒的校形、撑圆、保证装夹、加工精度，减少人工操作强度，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是芯轴盘的结构示意图；其中：3a是主视图，3b是俯视图。

图4是把手的结构示意图；其中：4a是主视图，4b是俯视图。

图5是大螺母的结构示意图；其中：5a是主视图，5b是俯视图。

图6是盘盖的结构示意图；其中：6a是主视图，6b是俯视图。

图7是滑动套的结构示意图；其中：7a是主视图，7b是俯视图。

图8是连接块的结构示意图；其中：8a是主视图，8b是俯视图。

图9是传动杆的结构示意图；其中：9a是主视图，9b是俯视图。

图10是顶的结构杆示意图；其中：10a是主视图，10b是俯视图。

图11是的结构顶块示意图；其中：11a是主视图，11b是俯视图。图中：

1.芯轴盘；2.把手；3.大螺母；4.端面轴承；5.螺钉；6.盘盖；7.滑动套；8.连接块；9.传动杆；10.顶杆；11.顶块。

具体实施方式

本实施例是用于φ750×δ3×1450薄壁圆筒端口部位焊接坡口车削加工的内撑工装。该零件属于薄壁圆筒件，圆筒采用旋压成型技术，圆筒内径Ф744，圆筒壁厚为3mm，圆筒总长1450mm。设计图纸要求在圆筒端口处车加工焊接坡口，焊接坡口的斜度要求为45°，坡口钝边尺寸为

所述的薄壁圆筒端口部位焊接坡口的车削加工内型撑具包括芯轴盘1、大螺母3、传动杆9、顶杆10、顶块11和滑动套7。其中：所述大螺母3套装在芯轴盘的盘柱上端的外螺纹面上，滑动套7套装在芯轴盘的盘柱下端的外圆面上，滑动套7的内孔与所述的盘柱间隙配合。两个端面轴承4分别套装在所述大螺母3的轴承槽和滑动套7的轴承槽内。盘盖6套装在该大螺母3的外圆周表面，并通过螺钉5固定在所述滑动套7的盘盖安装台上表面。多个连接块8分别通过螺钉固定在该滑动套的连接盘的外缘上。多个顶杆10分别装入所述芯轴盘1边缘的顶杆孔内，并使各顶杆的一端分别与各连接块绞接；是各顶杆的另一端分别安装有顶块11。所述连接块8的数量与顶杆10和顶块11的数量相同；本实施例中，连接块、顶杆和顶块的数量均为20。

把手2的四方内孔套装在外四方的大螺母上。

所述芯轴盘1为圆盘状。在该芯轴盘上表面的中心有轴向凸出的盘柱，该盘柱的外圆周表面为螺纹面。在该芯轴盘上表面的边缘有轴线凸出的环形凸台，该环形凸台上均布有20个顶杆孔。

所述滑动套7为中空回转体。滑动套的内螺纹面与芯轴盘上盘柱的外螺纹面配合。在该滑动套上端的外圆周表面有径向凸出的连接盘；该连接盘中部的上表面有轴向凸出的盘盖安装台，由该盘盖安装台内侧表面与该滑动套外圆周表面之间形成的环形槽为端面轴承4的安装槽。在该滑动套上表面外缘均布有多个盘盖的安装孔。

所述大螺母3为套筒状。该大螺母的的内螺纹面与芯轴盘上盘柱的外螺纹面配合。该大螺母上端的外形为方形，用于安装内四方的把手2；该大螺母中部及以下的外形为阶梯状圆形，并且中部一段的外径大于上端方形的最大边长，下端的外径与所述滑动套7中的盘盖安装台内径相同，是装配后的大螺母的下表面形成端面轴承4的轴承盖。

所述盘盖6为环状。该盘盖的内圆周表面与大螺母3中部的外圆周表面配合。该盘盖下端面的边缘处有轴向凸出的连接凸台，在该连接凸台上均布有多个连接孔，通过该连接孔，用螺钉将盘盖固定在滑动套7上的盘盖安装台上。

所述传动杆9有多根，各传动杆的两端均有销轴孔。

所述顶杆10有多根，各顶杆的一端有与传动杆绞接的销轴孔，各顶杆的另一端有顶块安装孔，并且所述销轴孔的中心线与所述顶块安装孔的中心线相互垂直。

所述顶块11呈矩形，并且该顶块一个表面为弧面，另一个表面为平面。在所述顶块平面上有凸出的“U”形耳片，在该耳片上有同轴的安装孔。所述顶块弧面的曲率与工件内表面的曲率相吻合。

所述连接块8为横截面为“L”形的块状。该连接块竖直板的端头有用于与传动杆绞接的销轴孔；该连接块的水平板的端头有连接孔，通过该连接孔将该连接块与滑动套的连接盘固连。

本实施例中，所述芯轴盘1上端的外圆周面为螺纹面。所述大螺母3套装在芯轴盘柱的外螺纹面上，把手2的四方内孔套装在外四方的大螺母上，端面轴承4嵌套在大螺母的外型凹槽中，盘盖6通过螺栓5紧固在滑动套7上端面上，滑动套7套装在芯轴盘1的芯轴盘柱外圆上，并且在凹槽内嵌套着端面轴承4，端面轴承4上面与大螺母3下表面接触，连接块8通过螺钉6紧固在滑动套外圆的凸台处。传动杆9的一端通过螺钉与连接块固连在一起，另一端通过螺钉及螺栓与顶杆10固连在一起，传动杆9利用两端的槽与连接块8及顶杆10相互嵌套。顶杆10穿过芯轴盘1的底盘周向均布孔，顶杆10的另一端通过头部的突出部分与顶块11的槽嵌套，并通过螺钉紧固在一起。

所述的芯轴盘1、大螺母3、滑动套7同轴。

装配后的滑动套7的下表面与芯轴盘1底盘上表面之间有间距，形成了滑动套的运动空间。

所述芯轴盘1的底盘为盘类钢结构件，在底盘的中心固定有芯轴柱，该芯轴柱的上部为实心圆柱体，在实心圆柱体的下面有直径略大于实心圆柱体的外螺纹面，在外螺纹面的下部有直径略大于所述外螺纹面的圆柱体。底盘的结构为“L”型的回转体钢结构件，在所述底盘的最大外圆面的侧向有均布的通孔。

所述把手的中心处的结构为内四方孔为圆盘结构，圆盘外侧中间部位焊接有四根均布的实心钢棒料。

所述大螺母为中空回转体，其内孔螺纹面与所述芯轴1的芯轴柱的外螺纹规格相同，外圆柱面的上部分为不规则的外四方体，下半部分的外形为带沟槽的圆柱面，沟槽部分用于安放端面轴承4，沟槽的内径与端面轴承4的直径相同，沟槽的外径略大于端面轴承的外径。

所述盘盖为中空回转体，盘盖的内孔型面为台阶形圆柱面，盘盖的内孔型面的上半部分内孔直径与所述大螺母的外圆柱面一致，下半部分的内孔直径比所述端面轴承的最大外圆的半径大2mm，并且与所述滑动套7的内孔一致。盘盖的底端的台阶内孔直径与所述滑动套7外台阶圆直径一致，用于与滑动套7对接装配。

所述滑动套为中空回转体，内型为带凹槽的台阶孔，外形为带凸台及台阶的外圆柱面，直径最小内孔面的直径与所述芯轴盘的芯轴柱外圆直径相同，最大内孔面的直径比所述外四方螺母的最大直径大2mm，内型的凹槽处用于套装端面轴承4，上端面台阶处用于与所述定位盘盖6定位装配，台阶面上有8个均布的螺纹孔，外圆凸台上有20个深度为1的均布弧形槽，弧形槽的中心处有均布通孔，通孔的直径比螺栓的外径大0.2mm，弧形槽及外形凸台的外圆用于与连接块8的外形装配定位，并用螺栓连接。

所述连接块为L型的钢结构件，一端与所述滑动套的周向1mm深的均布槽插接装配，通过螺栓将连接块与滑动套7上的周向通孔固连。另一端为圆角过度结构，圆角中心处有通孔，通孔的中心与圆角重合。

在装夹过程中，首先将该工装放置在卧式数控机床上，通过把手传递力矩，将大螺母向小端方向移动，通过传动机构将顶杆、顶块向圆心收缩，将圆筒套端口部位套装在外顶块上。然后通过把手传递力矩，将大螺母向大端移动，顶杆、顶块向外滑块，直至将圆筒撑圆、涨紧，并在圆筒外圆压上百分表，旋转设备的主轴，检查圆筒待加工部位的圆度，小于0.15mm。

装夹找正后，机床刀具按照预定的数控加工程序实现薄壁圆通端口部位焊接破口的车削加工，焊接坡口加工后斜面角度为45°±1°，钝边尺寸满足

目前，经在φ750×δ3、φ800×δ3超高强度钢端口部分焊接破口车削加工验证，证明本实施例加工精度完全满足设计要求，取得了良好的成形效果。