一种整体旋压类半球壳体点阵式柔性固定支撑装置的制作方法

本发明涉及整体旋压成形类半球壳体型面精密机械加工技术领域，特别涉及一种整体旋压类半球壳体点阵式柔性固定支撑装置。

背景技术：

当前整体旋压成形类半球壳体封头在压力容器、航空航天等领域应用日益广泛，优势显著。尤其是在航空航天领域，中大型直径类半球壳体封头往往大多采用零件分体成形再整体拼焊的制造方式，存在焊缝多、中间加工工序多、流程长、整体制造效率低下、缺乏互换性等一系列问题，中大型直径类半球壳体封头采用整体旋压成形再机械加工的整体化制造工艺改进方案，可显著降低制造周期和制造成本，提升产品的互换性和批产能力。

前期已获得某型号类半球壳体封头毛坯件，毛坯件相对于理论图形内外均保留机加余量，见附图1和附图2，为达到最终壁厚及设计规定的相关尺寸要求，类半球壳体封头旋压成形后经过内外型面机械加工后去除内外加工余量，获得最终成品，加工流程见附图3。

根据总体工艺流程，某型号类半球壳体封头毛坯件第一步先车加工产品内型面，旋压毛坯件呈“碗”状装夹至内型面整体车加工工装上，调整后按照理论方程车内型，加工掉内部余量，检测壁厚、直径等值，检测合格后进行下一步外型加工。

内型面车加工之前，产品外型面需要固定支撑，以抵抗切削加工载荷，保证内型加工精度，由于产品为平板旋压后获得的毛坯件，外型面成形精度不高，一致性较差，外型面的固定支撑若采用传统的胎体式定位方式不能满足产品加工固定支撑要求。

公开申请号为cn201922438223.7的用于加工半球壳体的专用工装，包括支撑框架和支撑板；所述支撑板设置在所述支撑框架的顶部，所述支撑板和所述支撑框架围成的空间用于容纳所述半球壳体，能够对壳体的端部进行装夹，整体对壳体进行支撑，但是壳体中段无支撑力，给壳体加工增加难度，局部支撑，无法解决产品加工固定支撑要求的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种整体旋压类半球壳体点阵式柔性固定支撑装置。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种整体旋压类半球壳体点阵式柔性固定支撑装置，包括有工装底座和点阵式柔性支撑机构，所述工装底座由底座上平板、底座下平板、若干个底座型板和若干个连接环组成，所有所述连接环均水平设置且均通过底座型板架设在底座上平板和底座下平板之间，所有连接环自上而下间隔排列，所有连接环为与产品外形面偏移一定距离的等距型面，结构且半径自上而下依次减小，所述点阵式柔性支撑机构包括有若干个安装在所有连接环上的柔性支撑组件，所有柔性支撑组件均指向类半球壳体的球心。

进一步的，所述柔性支撑组件包括有液压浮动支撑缸和安装座，所有所述连接环上绕自身中心线等角度差设置有若干个螺纹孔，所述安装座通过螺栓与对应的连接环固定连接，所有液压浮动支撑缸的顶持方向均指向类半球壳体的球心。

进一步的，所有所述连接环的内侧和外侧均为球面且开口朝上，所有所述连接环的内侧和外侧共球心，所有所述连接环内侧的型面为与产品外形面偏移一定距离的等距型面，所有所述连接环外侧的型面为所述连接环内侧型面的等距面。

进一步的，所有所述底座型板的所在平面均竖直设置且与连接环的中心线共面，所述底座型板为直角三角形结构且其长边朝向连接环，所述底座型板的长边为圆弧状，所有连接环绕底座型板的长边的弧度方向等角度差分布。

进一步的，处在最下方的所述连接环中心设置有底部压板组件，所述底部压板组件包括有在凹槽底部中心的立座，所述立座上螺纹安装有底部压板，所述立座的中心竖直安装有压紧丝杆，所述底部压板套接在压紧丝杆上，所述压紧丝杆位于底部压板正上方螺纹安装有螺帽。

进一步的，若干个所述底座型板的顶端设置有固定座。

进一步的，所述液压浮动支撑缸的输出端滑动安装有顶杆，所述液压浮动支撑缸的输出轴沿着自身轴线设置有用于容纳顶杆的容纳槽，所述容纳槽内位于顶杆和液压浮动支撑缸的输出轴之间设置有缓冲弹簧。

有益效果：本发明的一种整体旋压类半球壳体点阵式柔性固定支撑装置，有益效果如下：

其一：本发明整体旋压类半球壳体产品的点阵式柔性支撑机构采用多组液压浮动支撑缸分布于内型面机加工装的工装底座上，形成整体旋压产品毛坯件外型面外包络式点阵支撑；

其二：本发明的液压浮动支撑缸采用弹簧推动式支撑缸，弹簧提升活塞，工件重量下压活塞后，消除与工件的间隙，与产品型面可靠接触，支撑缸液压锁紧活塞，进而形成固定支撑；

其三：本发明采用仿形设计布局，多组点阵式液压浮动支撑缸形成的整体柔性定位支撑系统配合内型面机加工装的压紧机构将整体旋压类半球壳体产品毛坯件固定压紧至支撑机构上，机加工半球壳体产品毛坯件内型面的余量时，在车削载荷作用下保持固定不动，保证产品加工精度。

其四：本发明采用点阵式的液压浮动支撑缸系统，柔性浮动式调节支撑产品外型面，系统保压后使产品固定夹紧过程快捷高效；提高了整体旋压类半球壳体产品内型机加装夹效率和可靠性，实现了整体旋压类半球壳体产品整体化高效高质量加工制造。

附图说明

图1为类半球壳体封头的结构示意图一；

图2为类半球壳体封头的结构示意图二；

图3为类半球壳体封头的加工流程示意图；

图4为本发明的纵剖面图；

图5为本发明工装底座的立体结构示意图；

图6为本发明柔性支撑组件、安装座和液压浮动支撑缸的结构示意图；

图7为本发明液压浮动支撑缸、顶杆和缓冲弹簧的结构示意图；

附图标记说明：

工装底座1，底座上平板11，底座下平板12，底座型板13，连接环14，点阵式柔性支撑机构2，缓冲弹簧21，液压浮动支撑缸22，安装座23，顶杆24，立座31，压紧丝杆32，底部压板33，固定座4。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施例做进一步详细描述：

参照图4至图7所示的一种整体旋压类半球壳体点阵式柔性固定支撑装置，包括有工装底座1和点阵式柔性支撑机构2，所述工装底座1由底座上平板11、底座下平板12、若干个底座型板13和若干个连接环14组成，所有所述连接环14均水平设置且均通过底座型板13架设在底座上平板11和底座下平板12之间，所有连接环14自上而下间隔排列，所有连接环14为圆形结构且半径自上而下依次减小，所述点阵式柔性支撑机构2包括有若干个安装在所有连接环14上的柔性支撑组件，所有柔性支撑组件均指向类半球壳体的球心。

将整体旋压类半球壳体产品毛坯件呈“碗”状装夹至内型面整体车加工工装上，工装底座1上设计有n组液压浮动支撑缸22安装孔位，每组孔位安装1组液压浮动支撑缸22，液压浮动支撑缸22均为弹簧推动式支撑缸，形成点阵式柔性定位支撑系统。

工装底座1为整套工装基础件，为焊接结构件，整体焊接后充分时效处理，粗加工后再次进行时效处理，充分释放焊接及粗加工应力，最后进行精加工，保证工装基础件的精度要求及尺寸稳定性，底座由底座上平板11、底座下平板12、底座型板13及液压浮动支撑缸22连接环14组成，工装底座1下平板及底座型板13上设计减轻孔，在保证工装整体刚度的情况下减轻工装重量。

所述柔性支撑组件包括有液压浮动支撑缸22和安装座23，所有所述连接环14上绕自身中心线等角度差设置有若干个螺纹孔，所述安装座23通过螺栓与对应的连接环14固定连接，所有液压浮动支撑缸22的顶持方向均指向类半球壳体的球心。

n组液压浮动支撑缸22形成一个与类半球壳体产品毛坯件旋压外型面一致的支撑定位机构，作为产品装夹时的定位胎面，产品加工时通过内型面机加工装上的压紧单元使产品贴胎，保证内型面的车加工精度要求。旋压底毛坯件旋压外型面为粗定位面，不同件之间形位尺寸误差达3～5mm，无法使用固定式型胎，因此选用浮动式支撑缸形成柔性定位胎体，具备10mm左右调量。

所有所述连接环14的内侧和外侧均为球面且开口朝上，所有所述连接环14的内侧和外侧共球心，所有所述连接环14内侧的球面半径相同，所有所述连接环14外侧的球面半径相同，提高n组液压浮动支撑缸22安装之后均指向类半球壳体产品毛坯件的球心的精度。

所有所述底座型板13的所在平面均竖直设置且与连接环14的中心线共面，所述底座型板13为直角三角形结构且其长边朝向连接环14，所述底座型板13的长边为圆弧状，所有连接环14绕底座型板13的长边的弧度方向等角度差分布，底座型板13均匀布局，上面焊接液压浮动连接环14，连接环14上安装共n组液压浮动支撑缸22。

处在最下方的所述连接环14中心设置有底部压板组件，所述底部压板组件包括有在凹槽底部中心的立座31，所述立座31上螺纹安装有底部压板33，所述立座31的中心竖直安装有压紧丝杆32，所述底部压板33套接在压紧丝杆32上，所述压紧丝杆32位于底部压板33正上方螺纹安装有螺帽。

所述立座31的顶部设置有若干个竖直朝上的液压支撑缸，所述立座31的中心竖直安装有压紧丝杆32，所述底部压板33套接在压紧丝杆32上，所述压紧丝杆32位于底部压板33正上方螺纹安装有螺帽。

旋压封头毛坯顶部开有中心工艺孔，车加工内型面时产品是碗状倒置的，因此中心工艺孔在最下部，接近内型工装底座1底部，转动压紧丝杆32上的螺帽，使得底部压板33下压。将旋压封头毛坯压紧，从产品中心施加向下的压力使其贴紧工装底座1，使产品在加工过程中与工装底座1不会发生相互蹿动。

若干个所述底座型板13的顶端设置有固定座4，方便一些辅助加工产品的装置固定安装。

所述液压浮动支撑缸22的输出端滑动安装有顶杆24，所述液压浮动支撑缸22的输出轴沿着自身轴线设置有用于容纳顶杆24的容纳槽，所述容纳槽内位于顶杆24和液压浮动支撑缸22的输出轴之间设置有缓冲弹簧21。

每组支撑点采用弹簧推动式支撑缸，弹簧提升活塞，工件重量下压活塞后，消除与工件的间隙，与产品型面可靠接触，支撑缸液压锁紧活塞，进而形成固定支撑。

整体旋压类半球壳体产品点阵式固定支撑装置技术实施路线：

①使用需求：整体旋压类半球壳体产品工件车削外表面，缺少内部支撑；

②解决方案：整体旋压类半球壳体产品车加工工装内部增加弹簧推动式浮动支撑缸，保压系统作为动力供给；

③原理：针对被加工对象为大型薄壁壳体零件，液压浮动支撑缸22选择弹簧推动式浮动支撑缸，此类型支撑缸适用于支撑薄壁类零件，采用弹簧下压式顶紧头，消除与工件的间隙，与产品型面可靠接触。每个支撑点采用弹簧推动式支撑缸，弹簧提升活塞，工件重量下压活塞后，支撑缸液压锁紧活塞，进而形成固定支撑。

④浮动支撑缸行程12.5mm，支撑力最大可达33.4kn，弹簧接触力49～71n；

⑤整体旋压贮箱底点阵式固定支撑装置采用仿形设计布局，弹簧推动式支撑缸行程超过批量化旋压箱底的最大偏差尺寸，液压锁紧后单缸支撑力可达33.4kn，多组点阵式支撑缸形成的整体柔性定位支撑系统完全满足整体旋压底毛坯件“碗”状装夹定位支撑工艺要求；

⑥工装选用液压保压系统，配备手动截止阀分离器，配备蓄能器，通过快插接头连接，为点阵式固定支撑装置提供液压锁紧动力供给。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。