装夹装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种装夹装置，用于装夹环形工件。


背景技术：

2.随着新一代航空发动机推重比和寿命的要求越来越高，设计对减重和紧凑性的要求更为严苛，大部分零件都是薄壁件，且尺寸、形位公差和表面质量要求很高，大量带周向岛屿凸台特征的薄壁环形件在航空发动机上广泛应用。作为环形工件的示例，薄壁环形结构件是一种典型的弱刚性零件。该类工件通常具有较大的径厚比，周向特征使零件的应力集中问题较突出，在装夹和切削过程中极易出现翘曲变形，导致零件整体合格率较低，轴线方向上两端面平面度和平行度超差较严重。
3.因此，需要提供一种装夹装置，可以稳定可靠地装夹环形工件，进而减少装夹变形，提高合格率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种装夹装置，可以稳定可靠地装夹环形工件。
5.本实用新型提供一种装夹装置，用于装夹环形工件。该装夹装置包括基座、顶紧块和压紧块。所述基座提供支承面和定位柱面，所述定位柱面从所述支承面向上凸伸，所述支承面用于支承所述环形工件的下端面，所述定位柱面用于定位所述环形工件的内环表面。所述顶紧块可活动地设置于所述基座。所述压紧块与所述顶紧块形成斜面配合，借此，所述压紧块被向下按压，所述顶紧块朝向所述环形工件活动并且抵紧所述环形工件的外环表面。
6.在一个实施方式中，所述基座设置有环形槽，所述环形槽的内环柱面构成所述定位柱面，所述环形槽的槽底面构成所述支承面。
7.在一个实施方式中，所述环形工件具有径向，所述基座设置有沿径向延伸的导向槽，所述导向槽设置成可引导所述顶紧块沿径向活动。
8.在一个实施方式中，所述导向槽的横截面为燕尾形。
9.在一个实施方式中，所述基座设置有沿径向延伸且横截面为矩形形状的矩形槽，所述矩形槽设置成可引导所述压紧块上下活动。所述矩形槽和所述导向槽彼此连通，并且，所述矩形槽位于所述导向槽的上方。
10.在一个实施方式中，所述环形工件具有径向，所述装夹装置包括压紧组件，所述压紧组件包括锁紧块和所述压紧块，所述锁紧块沿径向位置可调地设置于所述基座，所述压紧块连接到所述锁紧块。
11.在一个实施方式中，所述压紧组件还包括压紧螺钉和弹性件。所述压紧螺钉穿连所述压紧块和所述锁紧块。所述弹性件设置于所述压紧块和所述锁紧块之间，所述弹性件的弹性力使得所述压紧块具有远离所述锁紧块的趋势。
12.在一个实施方式中，所述压紧组件还包括固定块和固定螺钉。所述固定块置放于
所述锁紧块上方。所述固定螺钉依次穿过所述固定块和所述锁紧块，借此，抵靠所述基座，将所述固定块和所述锁紧块固定就位。
13.在一个实施方式中，所述基座设置有沿径向延伸的滑动槽，所述锁紧块与所述滑动槽滑动配合。所述基座还设置有沿径向延伸的导向槽，所述顶紧块与所述导向槽活动配合。所述导向槽和所述滑动槽彼此连通，并且，所述导向槽位于所述滑动槽的上方。
14.在一个实施方式中，所述环形工件具有径向，形成所述斜面配合的配合斜面从径向外侧朝向径向内侧逐渐升高。
15.上述装夹装置中，基座提供支承面来支承环形工件的下端面，利用斜面配合，通过向下按压压紧块，即可使得定位柱面与顶紧块分别从两侧抵紧环形工件，因而可以稳定可靠地装夹环形工件。而且，环形工件的内外侧均通过装夹装置抵紧，可以减少装夹变形，提高合格率。
附图说明
16.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
17.图1是示例性装夹装置的俯视图。
18.图2是示出径向槽的横截面的示意图。
19.图3是示例性压紧组件的分解视图。
20.图4a和图4b是分别示出通过压板装夹环形工件的不同装夹状态的示意图。
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。
22.例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。
23.作为示例，环形工件可以整体上为典型的薄壁环形结构，外径在φ165～φ700之间，内外半径之差(即径向厚度)不超过10mm，轴向厚度(指轴线方向厚度)不超过8mm，轴线方向两侧端面上可以分布若干扇形凸台结构。例如，需要装夹装置，以用于两侧端面凸台的铣削工序。这一系列的薄壁环形工件两侧平面铣削后要求平面度不超过0.03mm，两侧面平行度不超过0.04mm。
24.针对此类环形工件，实际加工中经常采用传统的组合工装进行零件轴线方向上的装夹定位。图4a和图4b示出了一个示例，可以通过在工作台40轮换压板30的位置来完成对环形工件20a的加工。
25.这类加工方式不需要专门设计工装，但会在加工表面形成接刀痕，工件表面质量不易满足要求，且装夹力无法得到有效控制，容易造成工件在误差敏感方向(轴线方向)上形成较大的压应力，导致工件应力释放后产生弹性恢复，最终引起工件轴线方向上两个端面的形状公差超出设计要求。
26.在工装设计方面，可以采用侧向顶丝加顶块的方式来压紧工件。这种方式虽然解决了轴向压紧导致的弹性变形问题，但这种装夹方式稳定性较差，且引进了新的技术缺陷。顶丝和顶块的压紧方式对压紧力的方向要求很严，必须保证顶块在顶丝顶紧的过程中完全在一个水平面上移动，否则就会造成顶丝将顶块和薄壁环形件一同顶起，相当于在工件轴线方向(误差敏感方向)引入外力，进而导致工件端面形状公差超差。
27.因此，发明人分析认为，可以采用一种侧向压紧的方式来装夹环形工件，从而可以稳定可靠地装夹环形工件，进而完全消除由工件轴线方向上的装夹力引起的工件弹性变形，进而提高此类薄壁环形件铣削后端面的形状精度。
28.图1示出了从上向下看时根据本实用新型的装夹装置10的示例性构造。装夹装置10可以用于装夹环形工件20。图1示出了两个环形工件20。为了方便描述，图1中还示出了作为环形工件20示例的圆环形工件的径向r0。
29.装夹装置10包括基座1、顶紧块2和压紧块3。基座1提供支承面11和定位柱面12，定位柱面12从支承面11向上凸伸。支承面11用于支承环形工件20的下端面。定位柱面12用于定位环形工件20的内环表面201。顶紧块2可活动地设置于基座1。压紧块3与顶紧块2形成斜面配合，借此，压紧块3被向下按压，顶紧块2朝向环形工件20活动并且抵紧环形工件20的外环表面202。
30.上述装夹装置10中，基座1提供支承面11来作为环形工件20的下端面的定位基准，同时提供定位柱面12来作为环形工件20的内环表面201的定位基准。而且，借助于压紧块3与顶紧块2之间的斜面配合，向下按压压紧块3，即可使得顶紧块2抵靠定位柱面12抵紧环形工件20，因而可以稳定可靠地装夹环形工件20。而且，环形工件20的径向内侧和外侧分别通过装夹装置10的定位柱面12和顶紧块2抵紧，可以减少装夹变形，提高合格率。
31.图示实施方式中，基座1可以设置有环形槽13。环形槽13的内环柱面可以构成定位柱面12，环形槽13的槽底面可以构成支承面11。也即，环形工件20可以置放于环形槽13内。基座1例如可以是图示的平面底板或称平板底座，环形槽13可以是平面底板上开设的环形凹槽。通过在平面底板上加工不同规格的环形凹槽，可以实现不同尺寸规格的环形工件同时铣削加工，进一步提高了此类环形工件的加工效率。
32.可以理解，文中使用特定词语来描述本实用新型的实施方式，如“一个实施方式”、“另一实13施方式”和/或“一些实施方式”意指与本实用新型至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“另一实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本实用新型的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
33.如前所述，环形工件10具有径向r0。图示实施方式中，基座1可以设置有沿径向r0延伸的导向槽41。导向槽41设置成可引导顶紧块2沿径向r0活动。因此，通过导向槽41的引导，顶紧块2可以朝向环形工件20活动并且抵紧环形工件20的外环表面202。顶紧块2例如可以是如图所示的v形顶块。
34.如图2所示，导向槽41的横截面可以为燕尾形。这样，可以防止顶紧块2从导向槽41冒出。
35.结合图1至图3，基座1可以设置有沿径向r0延伸且横截面为矩形形状的矩形槽42。矩形槽42可以设置成可引导压紧块3上下活动。矩形槽42和导向槽41可以彼此连通，并且，矩形槽42可以位于导向槽41的上方。
36.需要理解，附图均仅作为示例，并非按照等比例的条件绘制，不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。
37.图示实施方式中，特别参见图3，装夹装置10可以包括压紧组件5。压紧组件5可以包括锁紧块6和前述压紧块3。锁紧块6可以沿径向r0位置可调地设置于基座1。压紧块3可以连接到锁紧块6。
38.图示实施方式中，压紧组件5可以包括压紧螺钉81。压紧螺钉81可以穿连压紧块3和锁紧块6。压紧组件5还可以包括弹性件9，例如弹簧。弹性件9可以设置于压紧块3和锁紧块6之间，弹性件9的弹性力可以使得压紧块3具有远离锁紧块6的趋势。
39.图示实施方式中，压紧组件5可以包括固定块7和固定螺钉82。固定块7可以置放于锁紧块6上方。固定螺钉82可以依次穿过固定块7和锁紧块6，借此，抵靠基座1，将固定块7和锁紧块6固定就位。
40.结合图1至图3，基座1可以设置有沿径向r0延伸的滑动槽43，锁紧块6可以与滑动槽43滑动配合。如前所述，基座1还可以设置有导向槽41，顶紧块2可以与导向槽41活动配合。导向槽41和滑动槽43可以彼此连通，并且，导向槽41可以位于滑动槽43的上方。
41.参见图2，滑动槽43可以为倒t形。这样，可以防止锁紧块6从滑动槽43冒出。
42.如图2所示，矩形槽42、导向槽41和滑动槽43自上而下布置，共同组成径向槽4。换言之，矩形槽42、导向槽41和滑动槽43均可以认为是径向槽4的一部分。基座1可以沿周向分布设置多个径向槽4，例如，图1中，沿周向均匀布置有六个径向槽4。对应每个径向槽4可以配置一套或多套压紧组件5及顶紧块2。例如，图1中，每个径向槽4中，对应两个环形工件20，设置有两个环形槽13，对应这两个环形槽13，分别设置一套压紧组件5及顶紧块2，也即，共两套压紧组件5及顶紧块2。
43.可以理解，文中使用诸如“上”、“下”、“高”、“底”等等的空间关系词语来描述附图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系，是参考图2的方向以方便描述，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的元件或组件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的组件，则被描述为在其他元件或特征“前”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征“后”，因此，应相应地解释文中使用的空间关系描述词。
44.图示实施方式中，形成前述斜面配合的配合斜面(图3中示出了压紧块3的斜面31)从径向外侧朝向径向内侧逐渐升高。这样，可以在对顶紧块2进行推顶的同时起到下压作用，顶紧块2不容易冒出。
45.实际制作上述装夹装置10时，可以根据环形工件系列尺寸，在基座1上加工若干环形槽13，环形槽13的深度可以小于环形工件20的轴向厚度。环形槽13的内环圆柱面作为第一定位面，其直径可以与环形工件20的内环直径为小间隙配合，间隙例如不超过0.02mm。环形槽13的底面可以为第二定位面，其平面度误差不超过0.02mm。待加工的环形工件20的定位底面(也即，前述下端面)可以为磨削平面，其本身平面度可保证在例如0.01mm以内。
46.例如，可以在基座1上加工六个径向槽4，在每个径向槽4内安装t形锁紧块6、楔形压紧块3和顶紧块2等元件，用于侧向压紧环形槽13内的环形工件20。在侧向压紧力作用下，环形工件20内环与环形槽13内环圆柱面完全贴合，并形成轴线方向上的最大静摩擦力，该静摩擦力可保证工件轴线方向上的可靠夹紧，并且可以消除由于引入外部压力而造成的弹性变形，最终保证了环形工件两侧端面的设计要求。
47.整体上，上述装夹装置10通过楔形压紧块3传递的侧向压紧力作为唯一引入的外部装夹力，可以完全消除工件轴线方向上的外部压紧力造成的装夹变形。同时，顶紧块2设计为燕尾结构，可以进一步保证顶紧块2在侧向移动的过程中不发生上翘，进而可以提高装夹系统的可靠性，可在批量制造的情况下保证很高的合格率。
48.作为示例的制作和操作过程可以如下所述。
49.步骤一，根据待加工环形工件内外径尺寸，在基座1上加工相应规格的环形槽13，该环形槽13内环圆柱面和底面为两个定位面，其中，内环圆柱面直径尺寸与待加工环形工件内圆柱面为小间隙配合，间隙量不超过0.02mm，环形槽13底面平面度要求不超过0.02mm，环形槽13槽深应不超过环形工件加工后的轴向高度，以避开刀具走刀路径。
50.步骤二，将待加工环形工件20置于相应规格的环形槽13内，用手敲击环形工件20的上端面，确认环形工件20的底面与环形槽13的底面接触良好。
51.步骤三，将六件顶紧块2逐一插入基座1上的六处径向槽4上部的燕尾结构(也即，导向槽41)内，顶紧块2的燕尾结构与径向槽4的燕尾结构配合，顶紧块2前端的v形结构与待加工的环形工件20的外圆柱面贴合。
52.步骤四，用螺钉82、81和弹性件9联接锁紧块6、压紧块3和固定块7，螺钉82、81拧入t形锁紧块6螺纹孔内即可，无需完全拧紧，联接后形成的装配体为压紧组件5，如图3所示。
53.步骤五，将六套压紧组件5逐一插入基座1上的六处径向槽4内，锁紧块6置于径向槽4下部的t形结构(也即，滑动槽43)内，压紧块3和固定块7置于径向槽4上部的矩形槽42和导向槽41内，压紧块7斜面一侧与顶紧块2后端斜面一侧贴合。
54.步骤六，拧紧六处固定块7内的螺钉82，将六件锁紧块6和固定块7完全固定，整体装配见图1。
55.步骤七，拧紧六处压紧块3内的螺钉81，拧紧顺序为对向逐对拧紧，渐次施加拧紧力矩，直至六处顶紧块2均无法移动；
56.步骤八，用塞尺检查待加工环形工件2内圆柱面与基座1环形槽13内环圆柱面间隙，确认六处顶紧区域间隙均不超过0.01mm；
57.步骤九，铣削待加工环形工件2的上端面；
58.步骤十，铣削加工结束后，松开六处压紧块3内的螺钉81，弹性件9弹起压紧块3，松开六处压紧块3内的螺钉81，滑动六套压紧组件和六件顶紧块2远离环形工件20的外圆柱面，拆卸已加工的环形工件20。
59.上述装夹装置中，通过斜面配合可以达成楔形压紧块的夹紧力传递方式和燕尾结构的顶紧块的运动方式，实现此类环形工件的径向有效夹紧。相比轴向压板压紧方式和径向顶丝顶块的压紧方式，上述装夹装置可以稳定地消除工件轴向上的装夹外力，从而实现环形零件的高精度、高效率铣削加工，特别适用于装夹薄壁类环形零件。
60.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何
本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。