一种适用于多种机床的通用型组合式预应力夹具的制作方法

本发明属于预应力加工技术领域，特别是涉及一种适用于多种机床的通用型组合式预应力夹具。

背景技术：

预应力加工技术，是通过在机床加工工件的过程中对工件施加预拉应力，以实现对加工后的工件表面残余应力状态进行主动控制与干预，通过增大残余压应力和减小残余拉应力，实现增大工件抗疲劳性能和使用寿命的目的。

预应力加工技术的关键要求在于需要工件在整个加工过程中始终受到拉应力载荷作用，而预应力施加装置就是用来满足这一要求的专用设备，由于预应力施加装置对工件预应力加工的成败具有决定性影响，因此预应力施加装置的设计合理性至关重要。

目前，现有的预应力施加装置在设计合理性方面仍存在不足之处，具体为：①、现有的预应力施加装置仍停留在专用型阶段，即预应力施加装置只能满足某一种机床的使用，而在其他种类机床上则无法应用，导致预应力施加装置存在较为严重的使用局限性，即通用性差；②、预应力施加装置在满足某一种机床使用的过程中，一旦工件的尺寸或形状发生调整，原来的预应力施加装置将不再适用新工件，只能更换另一套预应力施加装置，从而不可避免的提高了设备采购成本，同时也导致了预应力施加装置对工件存在适应性差的缺点。

因此，为了使预应力加工技术得到更好的应用，有必要设计一种全新的预应力施加装置，其应具备通用性强和工件适用性好的特点。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于多种机床的通用型组合式预应力夹具，首次将预应力施加装置升级到通用型阶段，不但可以满足多种型号机床的使用，而且能够适应不用尺寸或形状的工件，具备了通用性强和工件适用性好的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于多种机床的通用型组合式预应力夹具，包括预应力施加组件和预应力保持组件，所述预应力施加组件又分为机械式预应力施加组件和液压式预应力施加组件，所述预应力保持组件又分为平面铣磨工件预应力保持组件和外圆面车磨工件预应力保持组件；所述平面铣磨工件预应力保持组件和外圆面车磨工件预应力保持组件与机械式预应力施加组件或液压式预应力施加组件配合使用。

所述机械式预应力施加组件包括基板、蜗杆、蜗轮、齿轮、转轴、齿条、拉力计及转接螺母；所述蜗杆通过轴承座设置在基板上，所述转轴通过支座设置在基板上，转轴位于蜗杆上方，且转轴与蜗杆相垂直；所述蜗轮固定套装在转轴中部，蜗轮与蜗杆相啮合；所述齿轮数量为两个，两个齿轮对称设置在蜗轮两侧的转轴上；所述齿条数量为两根，两根齿条为一体式结构，两根齿条相平行且位于转轴上方，两个齿轮分别与两根齿条相啮合，两根齿条之间通过连梁相固接，且连梁中间点与拉力计一端相固连，拉力计另一端通过转接螺母与平面铣磨工件或外圆面车磨工件端部螺纹连接；在所述基板上设置有齿条限位导向架，齿条限位导向架为门式结构，齿条限位导向架横跨过两根齿条，两根齿条的上表面与齿条限位导向架的横梁下表面接触滑动配合；所述蜗杆和齿条与平面铣磨工件或外圆面车磨工件相互平行；在所述拉力计与基板之间安装有辅助支撑块。

所述液压式预应力施加组件包括基板、液压拉伸器、定位支撑座及压力表，所述液压拉伸器固定安装在定位支撑座上，定位支撑座固定设置在基板上；所述液压拉伸器与平面铣磨工件或外圆面车磨工件端部相固连，且液压拉伸器的轴向中心线与平面铣磨工件或外圆面车磨工件的轴向中心线相重合；所述压力表通过管路与液压拉伸器的供油孔相连。

所述平面铣磨工件预应力保持组件包括第一基座、第二基座、调距螺杆、第一平面铣磨工件安装座、第二平面铣磨工件安装座、平面铣磨工件限位螺母及平面铣磨工件紧固螺母；所述调距螺杆数量为两根，两根调距螺杆相平行，调距螺杆一端固连在第一基座上，调距螺杆另一端穿过第二基座本体，在第二基座两侧的调距螺杆上安装有定距锁紧螺母；所述第一平面铣磨工件安装座设置在第一基座上表面，所述第二平面铣磨工件安装座设置在第二基座上表面，第一平面铣磨工件安装座与第一基座之间、第二平面铣磨工件安装座与第二基座之间均通过插销相固连；在所述第一平面铣磨工件安装座和第二平面铣磨工件安装座的上端面均开设有工件卡装槽，平面铣磨工件通过工件卡装槽放置在第一平面铣磨工件安装座和第二平面铣磨工件安装座之间；所述平面铣磨工件限位螺母螺纹连接在第一平面铣磨工件安装座外端的平面铣磨工件端部，所述平面铣磨工件紧固螺母螺纹连接在第二平面铣磨工件安装座外端的平面铣磨工件端部；所述第一基座与基板之间设有固连转接板，固连转接板与第一基座和基板均通过螺栓相连；在平面铣磨工件下方配装有工件支撑块。

所述外圆面车磨工件预应力保持组件包括第一基座、第二基座、调距螺杆、第一外圆面车磨工件安装座、第二外圆面车磨工件安装座、外圆面车磨工件限位螺母、第一转接套筒、第二转接套筒、第一推力轴承、第二推力轴承及机床转接套；所述调距螺杆数量为两根，两根调距螺杆相平行，调距螺杆一端固连在第一基座上，调距螺杆另一端穿过第二基座本体，在第二基座两侧的调距螺杆上安装有定距锁紧螺母；所述第一外圆面车磨工件安装座设置在第一基座上表面，所述第二外圆面车磨工件安装座设置在第二基座上表面，第一外圆面车磨工件安装座与第一基座之间、第二外圆面车磨工件安装座与第二基座之间均通过插销相固连；在所述第一外圆面车磨工件安装座上开设有第一轴承安装孔，在所述第二外圆面车磨工件安装座上开设有第二轴承安装孔，所述第一推力轴承设置在第一轴承安装孔内，所述第二推力轴承设置在第二轴承安装孔内；所述第一转接套筒一端与第一推力轴承的内圈相固连，所述第二转接套筒一端与第二推力轴承的内圈相固连，第二转接套筒另一端与机床转接套螺纹连接；所述外圆面车磨工件限位螺母的螺纹内孔为双级阶梯式结构，外圆面车磨工件限位螺母的第一级大螺纹孔与第一转接套筒另一端螺纹连接，外圆面车磨工件一端穿过第一转接套筒的内孔与外圆面车磨工件限位螺母的第二级小螺纹孔螺纹连接，且第一转接套筒的内孔与外圆面车磨工件端部为间隙配合，外圆面车磨工件另一端与第二转接套筒的内孔螺纹连接；所述第一基座与基板之间设有固连转接板，固连转接板与第一基座和基板均通过螺栓相连。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，首次将预应力施加装置升级到通用型阶段，不但可以满足多种型号机床的使用，而且能够适应不用尺寸或形状的工件，具备了通用性强和工件适用性好的特点。

附图说明

图1为本发明的一种适用于多种机床的通用型组合式预应力夹具(机械式预应力施加组件+平面铣磨工件预应力保持组件)结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的一种适用于多种机床的通用型组合式预应力夹具(液压式预应力施加组件+外圆面车磨工件预应力保持组件)结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图3中I部放大图；

图中，1—基板，2—蜗杆，3—蜗轮，4—齿轮，5—转轴，6—齿条，7—拉力计，8—转接螺母，9—轴承座，10—支座，11—平面铣磨工件，12—齿条限位导向架，13—第一基座，14—第二基座，15—调距螺杆，16—第一平面铣磨工件安装座，17—第二平面铣磨工件安装座，18—平面铣磨工件限位螺母，19—平面铣磨工件紧固螺母，20—定距锁紧螺母，21—插销，22—工件卡装槽，23—固连转接板，24—辅助支撑块，25—工件支撑块，26—连梁，27—液压拉伸器，28—定位支撑座，29—外圆面车磨工件，30—第一外圆面车磨工件安装座，31—第二外圆面车磨工件安装座，32—外圆面车磨工件限位螺母，33—第一转接套筒，34—第二转接套筒，35—第一推力轴承，36—第二推力轴承，37—机床转接套，38—第一轴承安装孔，39—第二轴承安装孔，40—压力表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～5所示，一种适用于多种机床的通用型组合式预应力夹具，包括预应力施加组件和预应力保持组件，所述预应力施加组件又分为机械式预应力施加组件和液压式预应力施加组件，所述预应力保持组件又分为平面铣磨工件预应力保持组件和外圆面车磨工件预应力保持组件；所述平面铣磨工件预应力保持组件和外圆面车磨工件预应力保持组件与机械式预应力施加组件或液压式预应力施加组件配合使用。

所述机械式预应力施加组件包括基板1、蜗杆2、蜗轮3、齿轮4、转轴5、齿条6、拉力计7及转接螺母8；所述蜗杆2通过轴承座9设置在基板1上，所述转轴5通过支座10设置在基板1上，转轴5位于蜗杆2上方，且转轴5与蜗杆2相垂直；所述蜗轮3固定套装在转轴5中部，蜗轮3与蜗杆2相啮合；所述齿轮4数量为两个，两个齿轮4对称设置在蜗轮3两侧的转轴5上；所述齿条6数量为两根，两根齿条6为一体式结构，两根齿条6相平行且位于转轴5上方，两个齿轮4分别与两根齿条6相啮合，两根齿条6之间通过连梁26相固接，且连梁26中间点与拉力计7一端相固连，拉力计7另一端通过转接螺母8与平面铣磨工件11或外圆面车磨工件29(如图1、2所示，以平面铣磨工件11为例)端部螺纹连接；在所述基板1上设置有齿条限位导向架12，齿条限位导向架12为门式结构，齿条限位导向架12横跨过两根齿条6，两根齿条6的上表面与齿条限位导向架12的横梁下表面接触滑动配合；所述蜗杆2和齿条6与平面铣磨工件11或外圆面车磨工件29(如图1、2所示，以平面铣磨工件11为例)相互平行；在所述拉力计7与基板1之间安装有辅助支撑块24。

所述液压式预应力施加组件包括基板1、液压拉伸器27、定位支撑座28及压力表40，所述液压拉伸器27固定安装在定位支撑座28上，定位支撑座28固定设置在基板1上；所述液压拉伸器27与平面铣磨工件11或外圆面车磨工件29(如图3～5所示，以外圆面车磨工件29为例)端部相固连，且液压拉伸器27的轴向中心线与平面铣磨工件11或外圆面车磨工件29(如图3～5所示，以外圆面车磨工件29为例)的轴向中心线相重合；所述压力表40通过管路与液压拉伸器27的供油孔相连。

所述平面铣磨工件预应力保持组件包括第一基座13、第二基座14、调距螺杆15、第一平面铣磨工件安装座16、第二平面铣磨工件安装座17、平面铣磨工件限位螺母18及平面铣磨工件紧固螺母19；所述调距螺杆15数量为两根，两根调距螺杆15相平行，调距螺杆15一端固连在第一基座13上，调距螺杆15另一端穿过第二基座14本体，在第二基座14两侧的调距螺杆15上安装有定距锁紧螺母20；所述第一平面铣磨工件安装座16设置在第一基座13上表面，所述第二平面铣磨工件安装座17设置在第二基座14上表面，第一平面铣磨工件安装座16与第一基座13之间、第二平面铣磨工件安装座17与第二基座14之间均通过插销21相固连；在所述第一平面铣磨工件安装座16和第二平面铣磨工件安装座17的上端面均开设有工件卡装槽22，平面铣磨工件11通过工件卡装槽22放置在第一平面铣磨工件安装座16和第二平面铣磨工件安装座17之间；所述平面铣磨工件限位螺母18螺纹连接在第一平面铣磨工件安装座16外端的平面铣磨工件11端部，所述平面铣磨工件紧固螺母19螺纹连接在第二平面铣磨工件安装座17外端的平面铣磨工件11端部；所述第一基座13与基板1之间设有固连转接板23，固连转接板23与第一基座13和基板1均通过螺栓相连；在平面铣磨工件11下方配装有工件支撑块25。

所述外圆面车磨工件预应力保持组件包括第一基座13、第二基座14、调距螺杆15、第一外圆面车磨工件安装座30、第二外圆面车磨工件安装座31、外圆面车磨工件限位螺母32、第一转接套筒33、第二转接套筒34、第一推力轴承35、第二推力轴承36及机床转接套37；所述调距螺杆15数量为两根，两根调距螺杆15相平行，调距螺杆15一端固连在第一基座13上，调距螺杆15另一端穿过第二基座14本体，在第二基座14两侧的调距螺杆15上安装有定距锁紧螺母20；所述第一外圆面车磨工件安装座30设置在第一基座13上表面，所述第二外圆面车磨工件安装座31设置在第二基座14上表面，第一外圆面车磨工件安装座30与第一基座13之间、第二外圆面车磨工件安装座31与第二基座14之间均通过插销21相固连；在所述第一外圆面车磨工件安装座30上开设有第一轴承安装孔38，在所述第二外圆面车磨工件安装座31上开设有第二轴承安装孔39，所述第一推力轴承35设置在第一轴承安装孔38内，所述第二推力轴承36设置在第二轴承安装孔39内；所述第一转接套筒33一端与第一推力轴承35的内圈相固连，所述第二转接套筒34一端与第二推力轴承36的内圈相固连，第二转接套筒34另一端与机床转接套37螺纹连接；所述外圆面车磨工件限位螺母32的螺纹内孔为双级阶梯式结构，外圆面车磨工件限位螺母32的第一级大螺纹孔与第一转接套筒33另一端螺纹连接，外圆面车磨工件29一端穿过第一转接套筒33的内孔与外圆面车磨工件限位螺母32的第二级小螺纹孔螺纹连接，且第一转接套筒33的内孔与外圆面车磨工件29端部为间隙配合，外圆面车磨工件29另一端与第二转接套筒34的内孔螺纹连接；所述第一基座13与基板1之间设有固连转接板23，固连转接板23与第一基座13和基板1均通过螺栓相连。

下面结合附图说明本发明的使用过程：

实施例一：对平面铣磨工件11施加预拉力

如图1、2所示，本实施例中，选用机械式预应力施加组件和平面铣磨工件预应力保持组件进行配合使用，其中，拉力计7可选用数显式拉力计或机械式拉力计，本实施例中选用的为数显式拉力计。

首先，根据平面铣磨工件11的长度尺寸对第一基座13和第二基座14的间距进行调整，将平面铣磨工件11放置到第一平面铣磨工件安装座16及第二平面铣磨工件安装座17之间后，再旋紧调距螺杆15上的定距锁紧螺母20，使第一基座13和第二基座14的间距被锁定。

先安装平面铣磨工件紧固螺母19，并将其旋紧，再安装平面铣磨工件限位螺母18，但将其调整为放松状态，然后利用转接螺母8将拉力计7与平面铣磨工件11固连在一起。

在施加预拉力前，首先对拉力计7调零，开始施加预拉力，可以选用扳手来手动驱动蜗杆2转动，或采用外接电动机来电力驱动蜗杆2转动，通过蜗杆2的转动，首先带动蜗轮3旋转，进而带动转轴5旋转，再通过转轴5的旋转间接带动齿轮4转动，从而进一步带动齿条6直线移动，最终通过齿条6的直线移动完成平面铣磨工件11的预拉力施加，同时通过拉力计7读取拉力值。

当预拉力的施加达到设定值以后，首先停止预拉力的继续施加，然后将处于放松状态的平面铣磨工件限位螺母18旋紧，此时施加的预拉力被保持在平面铣磨工件11内。

首先断开转接螺母8，使拉力计7与平面铣磨工件11脱开连接，然后卸下用于连接第一基座13与基板1的固连转接板23，最后将机械式预应力施加组件整体拆卸下来。

将拆下的平面铣磨工件预应力保持组件连同其内的平面铣磨工件11安放到机床的加工位置，启动机床，通过机床对平面铣磨工件11进行铣加工或磨加工，直到加工结束，待工件温度降至室温后，将平面铣磨工件预应力保持组件连同其内的平面铣磨工件11从机床上移除，然后松开平面铣磨工件限位螺母18，实现预拉力的卸载，最后将平面铣磨工件11卸下，平面铣磨工件11的预应力加工结束。

实施例二：对外圆面车磨工件29施加预拉力

如图3～5所示，本实施例中，选用液压式预应力施加组件和外圆面车磨工件预应力保持组件进行配合使用。

首先，对第一基座13和第二基座14的间距进行调整，使两者间距大于外圆面车磨工件29的长度尺寸；将外圆面车磨工件29一端先行旋进第二转接套筒34内孔，然后逐渐缩小第一基座13和第二基座14的间距，使外圆面车磨工件29另一端逐渐穿过第一转接套筒33内孔，并从第一转接套筒33另一侧穿出，之后通过第二级小螺纹孔将外圆面车磨工件限位螺母32安装到外圆面车磨工件29上，且外圆面车磨工件限位螺母32保持放松状态，最后再旋紧调距螺杆15上的定距锁紧螺母20，使第一基座13和第二基座14的间距被锁定。

松开定位支撑座28，将液压拉伸器27与外圆面车磨工件29螺纹连接在一起，然后通过定位支撑座28将液压拉伸器27固定在基板1上，最后通过管路将液压拉伸器27的供油孔与外部的高压油泵相连，同时完成压力表40的安装。

在施加预拉力前，首先对压力表40调零，开始施加预拉力，首先启动外部的高压油泵，进而驱动液压拉伸器27动作，通过液压拉伸器27直接对外圆面车磨工件29施加预拉力。

当压力表40的压力值达到设定值后，首先停止高压油泵的工作，然后将处于放松状态的外圆面车磨工件限位螺母32通过其第一级大螺纹孔旋紧在第一转接套筒33上，此时施加的预拉力被保持在外圆面车磨工件29内。

再次松开定位支撑座28，将液压拉伸器27与外圆面车磨工件29的连接脱开，然后卸下液压拉伸器27，再卸下用于连接第一基座13与基板1的固连转接板23，最后将液压式预应力施加组件整体拆卸下来。

将拆下的外圆面车磨工件预应力保持组件连同其内的外圆面车磨工件29安放到机床的加工位置，根据实际加工需要，可以选择三种方式将机床转接套37与机床主轴相连，第一种方式为机床转接套3直接插入机床的主轴孔内，第二种方式为利用三爪卡盘固定机床转接套3，第三种方式为利用拨盘固定机床转接套3。而外圆面车磨工件29另一端，根据实际加工需要，可以选择直接将机床尾座的顶尖顶靠在工件端部，或是在工件端部再连接一个机床转接套3，而机床尾座的顶尖则直接顶靠在机床转接套3上即可。

启动机床，通过机床对外圆面车磨工件29进行车加工或磨加工，直到加工结束，待工件温度降至室温后，将外圆面车磨工件预应力保持组件连同其内的外圆面车磨工件29从机床上移除，然后松开外圆面车磨工件限位螺母32，实现预拉力的卸载，最后将外圆面车磨工件29卸下，外圆面车磨工件29的预应力加工结束。

实施例三：对平面铣磨工件11施加预拉力，但选用液压式预应力施加组件和平面铣磨工件预应力保持组件进行配合使用，而预拉力的施加过程可参照实施例二，且预拉力的保持过程可参照实施例一。

实施例四：对外圆面车磨工件29施加预拉力，但选用机械式预应力施加组件和外圆面车磨工件预应力保持组件进行配合使用，而预拉力的施加过程可参照实施例一，且预拉力的保持过程可参照实施例二。

另外，预应力夹具在实际使用过程中，夹具内的基板1、第一基座13、第二基座14、调距螺杆15、定距锁紧螺母20、插销21及固连转接板23均为共用部件且只需准备一套，再根据不同工件的预应力加工要求，适当更换夹具中的其他部件，即可最终组装出实际所需的预应力夹具。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。