一种用于向心孔加工的模块化定位夹具的制作方法

本发明涉及机械加工工装领域，具体是一种用于带法兰局部圆环结构类零件向心孔加工的模块化定位夹具。

背景技术：

机械加工中，带法兰局部圆环结构类(呈“L”形回转体结构)的零件为常见件，加工中需要完成圆环部位向心孔的加工，一般要求孔的角度偏差为±3′、位置尺寸公差带为0.05～0.10，属于典型的难加工件。

目前在该类零件向心孔的加工中，一般采用的方法有两种：一种是在五轴镗铣加工中心上利用向心孔孔位坐标及主轴偏摆相应角度完成加工。另一种是在普通卧式镗床上以零件内圆柱面定位，装夹于圆盘状的工装上加工。以上两种方法存在以下不足：

采用五轴镗铣加工中心上加工的方法，虽然无需定位工装，但是每件产品的装夹位置不一致。此方法不但产品找正复杂、效率较低，而且占用先进加工设备，生产成本较高。

采用圆盘状工装定位、装夹的方式，要求每种型号的该类产品均需设计专用的圆盘状工装，而此类产品规格多样，工装的设计、投产不但严重影响生产进度，而且造成原材料的极大浪费。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的加工成本高、效率低及工装适用性单一的不足，本发明提出了一种用于向心孔加工的模块化定位夹具。

本发明包括底座和定位块。所述的定位块包括第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块。其中：底座为呈十字架形的悬臂结构，并且各悬臂之间的夹角为90°；该十字的中心有直径为200mm的圆形的底座基准圆柱。所述的各悬臂分别为第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂，并且各悬臂的长度不同，能够满足半径为220～600mm内任意定位块的装配需要。所述第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块分别安装在该底座的各悬臂的定位凸台，并且第一定位块位于第一悬臂上，第二定位块位于第二悬臂，第三定位块位于第三悬臂，第四定位块位于第四悬臂上。

所述各定位块的外侧表面为圆弧面。各圆弧的半径分别与固体火箭发动机中带法兰局部圆环的内半径相同。所述各圆弧的中心均与底座基准圆柱的中心同心。当各圆弧的中心与底座基准圆柱的中心同心时，各定位块在各悬臂梁上的位置即为各定位块的安装位置。

所述底座的各悬臂交汇的几何中心为基准圆柱；该基准圆柱的中心与各悬臂交汇的几何中心重合。在所述基准圆柱的下端面有连接圆盘。

在各悬臂的上表面加工有对称的两条横截面为T型的滑槽，在所述两条滑槽中间有轨道状的定位凸台。所述两条滑槽对称的分布在所处悬臂宽度方向的中心线两侧，并使所述两条滑槽宽度方向的中心线平行于所处悬臂宽度方向的中心线。所述定位凸台宽度方向的中心线与所处悬臂宽度方向的中心线重合。

所述各定位块的上表面为二级的阶梯；在第一级阶梯的表面均布有多个与产品连接的螺纹孔，在第二级阶梯的表面有与底座连接的通孔。所述定位块下表面有定位凹槽，该定位凹槽与上底座定位凸台以间隙配合的形式连接；所述定位凹槽宽度方向中心线与该定位块宽度方向中心线重合。所述各定位块第一级阶梯一侧的侧表面为弧面，该弧面的半径与产品的内半径相同。

所述各定位块第一级阶梯的长度不同，以满足不同内径工件的定位。

所述第一悬臂的长度为600mm，满足半径为320～500mm内任意定位块的装配需要；所述第二悬臂的长度为500mm，满足半径为320～500mm内任意定位块的装配需要；第三悬臂的长度为400mm，满足半径为220～400mm内任意定位块的装配需要；第四悬臂的长度为300mm，满足半径为220～300mm内任意定位块的装配需要。

本发明中，四条均布悬臂长度呈阶梯增长的趋势分布，悬臂上加工有对称的两条T型槽和类似轨道的定位凸台，满足一定范围内任意定位块的装配需要。底座的连接圆盘上加工有U型缺口，通过T型槽螺栓与机床工作台连接。定位块安装在底座的定位凸台上，并通过测量定位块外圆柱面与底座基准圆柱面的距离进行确定，保证定位块外圆柱面与底座基准圆柱同心。

使用时，通过T型槽螺栓、螺母将夹具固定于镗床工作台上，找正至夹具基准圆柱与机床工作台同心。零件内圆柱面与定位块外圆柱面切合定位，通过法兰上的连接孔固定于夹具上。加工中只需旋转机床工作台，即可确定零件相应角度向心孔的位置。

本发明的技术关键点在于：

1、将定位部分分解成模块化、标准化的元器件，形成满足同类、不同规格产品装夹需要的一系列定位夹具。

2、通过测量基准圆柱面与定位块圆柱面的距离确定定位块装配位置，达到精确定位、快速装配的目的。

本发明按照模块化原则，进行了工装定位结构的模块化、标准化设计，按照需求进行定位块的配置、组合与重构，使得定位夹具能够快速适应多品种产品制造的需要，形成系列化的工装。本发明具有使用简单、适用范围广、设计与制造周期短、成本低的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，其中，1a是主视图，1b是侧视图；

图2是底座的结构示意图，其中，2a是主视图，2b是侧视图，2c是2b的A向视图；

图3是定位块的结构示意图，其中，3a是主视图，3b是侧视图，3c是俯视图。其中：

1.底座；2.第一定位块；3.T型槽螺栓；4.第一悬臂；5.第二定位块；6.第三定位块；7.第四定位块；8.第二悬臂；9.第三悬臂；10.第四悬臂；11.定位凸台；12.滑槽；13.底座基准圆柱。

具体实施方式

本实例用于固体火箭发动机中带法兰局部圆环结构类零件向心孔加工的加工，包括底座1和定位块。所述的定位块包括第一定位块2、T型槽螺栓3、螺母、第二定位块5、第三定位块6、第四定位块7。如附图1所示。其中：

底座1为呈十字架形的悬臂结构，即该底座上延伸出四个悬臂，并且各悬臂之间的夹角为90°；该十字的中心有直径为200mm的圆形的底座基准圆柱13。

所述的各悬臂分别为第一悬臂4、第二悬臂8、第三悬臂9和第四悬臂10，并且各悬臂的长度不同，本实施例中，第一悬臂4的长度为600mm，第二悬臂8的长度为500mm，第三悬臂9的长度为400mm，第四悬臂10的长度为300mm。

所述第一定位块2、第二定位块5、第三定位块6和第四定位块7分别通过T型槽螺栓3安装在该底座的各悬臂的定位凸台，并且第一定位块2位于第一悬臂上，第二定位块5位于第二悬臂，第三定位块6位于第三悬臂，第四定位块7位于第四悬臂上。

所述各定位块的外侧表面为圆弧面。各圆弧的半径分别与固体火箭发动机中带法兰局部圆环的内半径相同。所述各圆弧的中心均与底座基准圆柱的中心同心。当各圆弧的中心与底座基准圆柱的中心同心时，各定位块在各悬臂梁上的位置即为各定位块的安装位置。

所述底座1采用ZG230～450铸造、机加而成。该底座的各悬臂交汇的几何中心为基准圆柱，该基准圆柱的直径为Φ200±0.02，并且该基准圆柱的中心与各悬臂交汇的几何中心重合。在所述基准圆柱的下端面有连接圆盘，该连接圆盘上加工有U型缺口，通过T型槽螺栓与机床工作台连接。

在各悬臂的上表面加工有对称的两条横截面为T型的滑槽，在所述两条滑槽中间有轨道状的定位凸台11。所述两条滑槽对称的分布在所处悬臂宽度方向的中心线两侧，并使所述两条滑槽宽度方向的中心线平行于所处悬臂宽度方向的中心线。所述定位凸台宽度方向的中心线与所处悬臂宽度方向的中心线重合。

本实例中，各悬臂分别能够满足一定范围内任意定位块的装配需要：当第四悬臂10的长度为300mm时，能够满足半径为220～300mm内任意定位块的装配需要；当第三悬臂9的长度为400mm时，能够满足半径为220～400mm内任意定位块的装配需要；当第二悬臂8的长度为500mm时，能够满足半径为320～500mm内任意定位块的装配需要；当第一悬臂4的长度为600mm时，能够满足半径为320～600mm内任意定位块的装配需要。通过所述四个悬臂不同的长度能够满足半径为220～600mm内任意定位块的装配需要。

所述各定位块均块状。该定位块的上表面为二级的阶梯；在第一级阶梯的表面均布有多个与产品连接的螺纹孔，在第二级阶梯的表面有与底座1连接的通孔。所述定位块下表面有定位凹槽，该定位凹槽与上的底座定位凸台以间隙配合的形式连接；所述定位凹槽宽度方向中心线与该定位块宽度方向中心线重合。所述各定位块第一级阶梯一侧的侧表面为弧面，该弧面的半径与产品的内半径相同。

所述各定位块的结构相同，但各定位块的第一级阶梯的长度不同，以满足不同内径工件的定位。

装配时，将第一定位块2、第二定位块5、第三定位块6和第四定位块7分别安装在底座的定位凸台上，通过T型槽螺栓3与底座1连接。各定位块在所处悬臂上的安装位置需通过测量定位块外圆柱面与底座基准圆柱的距离进行确定，保证定位块外圆柱面与底座基准圆柱同心。

使用时，通过T型槽螺栓将夹具固定于镗床工作台上，找正至夹具基准圆柱与机床工作台同心。零件内圆柱面与定位块外圆柱面切合定位，通过法兰上的连接孔固定于夹具上。加工中只需旋转机床工作台，即可确定零件相应角度向心孔的位置。

本发明有效解决了现有技术加工成本高、效率低及工装适用性单一的问题，具有定位可靠、使用简单、成本低的特点。