一种前法兰通用起吊工装及方法与流程

1.本发明属于机械加工领域，具体涉及一种前法兰通用起吊工装及方法。


背景技术：

2.随着数字化时代的到来，我国航空、航天事业得到快速发展，在科研生产中，某锥状薄壁回转体(以下称为：前法兰)类零件的生产任务越来越繁重。在实际管理过程中，按照规格大小和用途对其实现了系列化管理和组批生产交付，相应的工装夹具也实现了系列化、模块化设计管理。由于不同系列的前法兰(图1)产品结构极为相似，且尺寸规格跨度大、品种繁多，外径尺寸一般以上，壁厚2～20mm不等，涉及几十种规格品种。
3.前法兰产品属于薄壁件产品，由于其用途的特殊性，对其加工精度尤其是几何圆度的精度控制要求很高，不允许外径圆度出现超差变形。在生产实践中发现，该产品在天车或叉车穿绳悬吊转运过程中，由于产品自重和穿绳勒紧力过于集中，产品几何精度难以得到保证，圆度极易出现圆度变形超差质量问题，给该产品呢按期合格交付带来极大挑战。在实际中，要求前法兰半成品和成品在起吊周转过程中不允许穿绳吊装。
4.该工装设计制作之前，小规格的前法兰产品一般由操作者手持并缓缓平放推车转运。而较大的规格(单重超过20kg)则需要多人合力抬至推车转运，到达机床工位后，仍需要多人抬至机床工作台，对操作者体力消耗极大，并且极易出现产品表面磕碰伤质量问题，存在一定的安全风险。
5.随着近年来某前法兰产品需求的阶梯式增长，前法兰产品现有落后的人力搬运方式问题愈加凸显。在这种特殊背景下，设计制作一种通用化前法兰自动起吊装置，就显得格外重要。在现有的设备产能和生产布局下，设计一种使用方便，快速灵活的通用起吊夹具，不仅吊装安全问题也得到了有效保障，而且也节约了人力投入，物料周转速度和效率得到了大幅增加，机床物料等待时间也同时得到大幅缩减，生产效率和产品质量将会得到极大的提升和改善。


技术实现要素：

6.要解决的技术问题：
7.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种前法兰通用起吊工装的设计，对特定薄壁结构的前法兰产品设计一种具备自适应抓紧、卸料功能的工具，实现不同工位间的快速物料周转，改变以往穿绳起吊或人力围抬周转方式，创新性提出设计出特殊结构的多个斜楔特征爪型(一般为4爪)结构，依靠工装自重和起吊力，自动实现前法兰外锥面抓紧、松卸等动作，在不引起产品几何精度状态发生变化的前提下实现快速自适应起吊周转的目标。除此以外，该工装对产品规格尺寸范围一定的适用性，按外径范围，一般按3个系列设计即可实现规格全覆盖。
8.本发明的技术方案是：一种前法兰通用起吊工装，其特征在于：包括支撑骨架、滑动夹头3、起吊滑块7和拉杆8，支撑骨架为整个工装的支撑结构；
9.所述支撑骨架包括导轨、吊环4和起吊竖杆5，起吊竖杆5位于支撑骨架的中心轴处；吊环4固定与起吊竖杆5顶部，作为工装的起吊构件；多个导轨的内端沿周向均布于起吊竖杆5的下端外周面上，其轴向均位于起吊竖杆5的径向上；起吊竖杆5的上部沿轴向开有多个径向的限位销孔；
10.所述起吊滑块7为套筒结构，其外周面的上端对称设置有起吊挂钩；起吊滑块7同轴套装于起吊竖杆5上，能够相对于起吊竖杆5上下往复运动，通过锁止插销6插入起吊竖杆5限位销孔对起吊滑块7进行轴向限位；
11.所述滑动夹头3为带有通槽的斜楔型结构，其通槽截面与导轨截面一致；多个滑动夹头3一一对应套装于多个导轨上，能够沿导轨长度方向做往复运动；斜楔型结构的下端面设置有钩状凸起；所述钩状凸起的内型面与前法兰的大端外缘处型面配合，通过多个滑动夹头3的钩状凸起周向配合将前法兰的外缘夹持；
12.多个拉杆8沿支撑骨架的周向均布，与导轨一一对应；其上端沿周向铰接于起吊滑块7的外周面上，下端分别与多个滑动夹头3的上端铰接；通过多个拉杆8将起吊滑块7的轴向运动转化为多个滑动夹头3的水平往复运动，实现滑动夹头7对前法兰的夹持、松开动作。
13.本发明的进一步技术方案是：所述支撑骨架还包括固定圆盘2，固定圆盘2同轴固定于起吊竖杆5的下方，与多个导轨的内端底面固定，用于加强导轨的结构刚性。
14.本发明的进一步技术方案是：所述固定圆盘2中心处开有圆孔，为圆环结构。
15.本发明的进一步技术方案是：所述导轨的截面为t型，滑动夹头3的通槽为t型，与t型导轨滑动配合。
16.本发明的进一步技术方案是：所述导轨的数量为4个，成十字交叉布置；拉杆8的数量为4个。
17.本发明的进一步技术方案是：所述拉杆8的两端均对称设置有两个耳片，并在同侧的两个耳片上开有同轴通孔。
18.本发明的进一步技术方案是：所述起吊滑块7的下端沿周向均布有多个凸耳，其数量与拉杆8的数量一致；凸耳上开有通孔，通过销轴插入凸耳和拉杆8上端耳片的通孔，实现两者的铰接。
19.本发明的进一步技术方案是：所述滑动夹头3的上端面对称设置有两个耳片，两个耳片上开有同轴通孔，通过销轴插入滑动夹头3耳片的通孔和拉杆8耳片的通孔，实现两者的铰接。
20.一种采用前法兰通用起吊工装转运前法兰的方法，其特征在于具体步骤如下：
21.步骤一：首先绳索穿过吊环4，将所述起吊工装吊运至前法兰的正上方，然后快速下降至距离前法兰上端面附近不超过30mm处停止；再缓缓下降，直至所述导轨下端面附着在前法兰的大端面上；
22.步骤二：将各滑动夹头3沿导轨滑动至与前法兰上端外缘贴合，再用锁止插销6将起吊滑块7锁紧，进而通过各滑动夹头3的位置锁紧将前法兰抱紧；
23.步骤三：卸除吊环4上的绳索，将绳索挂于起吊滑块7的挂钩处开始起吊；
24.步骤四：将前法兰吊运至指定工位上方，然后下降至前法兰下端落地，再将锁止插销6拆除，起吊滑块7依靠重力继续下降，各滑动夹头3受拉杆8推力与前法兰上端外缘松开；待产品平稳放置后，使用锁止插销6将起吊滑块7进行锁止，最后将起吊工装吊离前法兰，至
此完成前法兰在指定工位的平稳放置任务。
25.本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中，在所述起吊滑块7上、下端的起吊竖杆5限位销孔内均插入锁止插销6，实现起吊滑块7在起吊竖杆5上轴向位置的限定；或在所述起吊滑块7的外周面上开有径向通孔，所述锁止插销6插装于起吊滑块7的径向通孔和起吊竖杆5的对应限位销孔内，将起吊滑块7锁紧。
26.有益效果
27.本发明的有益效果在于：
28.(1)通过滑动夹头在水平面4个象限等半径均布方向进行水平收紧夹持、松开卸载动作，于此同时，前法兰产品自适应寻找圆心，与起吊工装实现同心装配并被滑动夹头有效夹持。由于起吊过程工装和产品自适应对中，因此本发明设计具有使用安全、夹持准确、起吊快速等优点，且在使用过程中不会对具有薄壁件属性的前法兰产品几何精度(特别是圆度)造成影响。
29.(2)本装置巧妙的利用了工装自身重力和起吊力的相互作用创新性地实现了起吊工装对前法兰产品自动抓取、松开动作，且该工装无液压系统、距离传感器、逻辑控制电路等额外器件和外接电源配套，具有结构简单实用、制造成本低廉、使用方便等优点。
30.(3)该工装对产品规格范围有较高的的适用性，具有普遍性、通用化的优点。由于滑动夹头能够在导轨上在设定的范围内运动，对一定规格范围的前法兰产品具有普遍适用性，设计制作4套不同大小的工装，即可满足规格前法兰产品全系列覆盖的使用要求。
附图说明
31.图1是本发明工装结构及其使用方法示意图。
32.图2是本发明工装结构及起吊动作示意图。
33.图3是支撑骨架的结构示意图，其中，3a是主视图，3b是俯视图，3c是轴侧视图。
34.图4是t型导轨示意图，其中4a是主视图，4b是侧视图。
35.图5是固定圆盘示意图，其中5a是主视图，5b是侧视图。
36.图6是锁止插销示意图，其中6a是主视图，6b是侧视图。
37.图7是滑动夹头示意图，其中7a是主视图，7b是侧视图。
38.图8是吊耳示意图。
39.图9是起吊竖杆示意图，其中9a是主视图，9b是ⅰ局部放大图。
40.图10是起吊滑块意图，其中10a是主视图，10b是侧视图，图10c是俯视图，图10d是轴侧视图。
41.图11是拉杆示意图。
42.附图标记说明：1.t型导轨，2.固定圆盘，3.滑动夹头，4.吊环，5.起吊竖杆，6.锁止插销，7.起吊滑块，8.拉杆。
具体实施方式
43.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.参照图1-2所示，本发明一种前法兰通用起吊工装，包括支撑骨架、滑动夹头3、起吊滑块7和拉杆8，支撑骨架为整个工装的支撑结构；
46.参照图3-5、8、9所示，所述支撑骨架包括t型导轨、固定圆盘2、吊环4和起吊竖杆5，起吊竖杆5位于支撑骨架的中心轴处；吊环4固定与起吊竖杆5顶部，作为工装的起吊构件；4个t型导轨的内端沿周向均布于起吊竖杆5的下端外周面上，其轴向均位于起吊竖杆5的径向上；起吊竖杆5的上部沿轴向开有多个径向的限位销孔；固定圆盘2同轴固定于起吊竖杆5的下方，与4个t型导轨的内端底面固定，用于固定和强化导轨的结构刚性。
47.十字交叉布局的截面呈t型特征的铣削加工件，其中t型面具有较高的表面质量，以减少滑动(或滚动)摩擦力。主要实现滑动夹头在导轨上作定向往复滑动(或滚动)运动。
48.参照图10所示，所述起吊滑块7为套筒(外周面为圆柱或棱柱)结构，其外周面的上端对称设置有起吊挂钩，下端沿周向均布有4个凸耳，凸耳上开有通孔；起吊滑块7同轴套装于起吊竖杆5上，能够相对于起吊竖杆5上下往复运动，通过锁止插销6插入起吊竖杆5限位销孔对起吊滑块7进行轴向限位；
49.参照图7所示，所述滑动夹头3为带有t型通槽的斜楔型结构，其通槽截面与导轨截面一致；4个滑动夹头3一一对应套装于多个导轨上，能够沿导轨长度方向做往复运动；所述滑动夹头3的上端面对称设置有两个耳片，两个耳片上开有同轴通孔，下端面设置有钩状凸起；所述钩状凸起的内型面与前法兰的大端外缘处型面配合，通过多个滑动夹头3的钩状凸起周向配合将前法兰的外缘夹持；
50.参照图11所示，拉杆8的两端均对称设置有两个耳片，并在同侧的两个耳片上开有同轴通孔。4个拉杆8沿支撑骨架的周向均布，其上端与起吊滑块7的凸耳通过销轴铰接，下端分别与4个滑动夹头3的耳片通过销轴铰接；通过4个拉杆8将起吊滑块7的轴向运动转化为4个滑动夹头3的水平往复运动，实现滑动夹头7对前法兰的夹持、松开动作。
51.在所述起吊滑块7上、下端的起吊竖杆5限位销孔内均插入锁止插销6，实现起吊滑块7在起吊竖杆5上轴向位置的限定；或在所述起吊滑块7的外周面上开有径向通孔，所述锁止插销6插装于起吊滑块7的径向通孔和起吊竖杆5的对应限位销孔内，将起吊滑块7锁紧。
52.锁止插销6对起吊滑块上、下位置极限起锁紧功能的具有台阶特征圆柱销轴。主要用于起吊过程中对起吊滑块运动位置进行锁止，提高工装工作安全性。
53.本发明实例适用于前法兰产品生产现场实现物料快速起吊周转，如附图1、2所示，本套装置包括t型导轨、固定圆盘、滑动夹头、吊环、起吊竖杆、锁止插销、起吊滑块、拉杆等主要零部件及螺钉、螺母、销钉等附属构件。其中，t型导轨、固定圆盘、吊环、起吊竖杆构成了本工装装置的核心支撑骨架(图3)。其中，t型导轨的长度l＝500～1200mm。
54.首先按照装配图纸技术要求加工并依次装配调教。使用前，起吊工装吊运前法兰产品正上方，快速下降至距离法兰上端面附近不超过30mm处停止，缓缓下降，确认t型导轨面附着在前法兰大端面后。确认滑块运动、夹持到位无误后，在起吊竖杆合适孔位插入锁止
插销并扣紧。最后完成卸除吊环绳索，起吊滑块挂钩处挂绳起吊，安全吊转至前法兰指定工位等动作。至此，完成了前法兰产品的起吊周转任务。
55.前法兰产品到达指定位置后，开始快速下降，落地前缓缓下降并安全落地，继续下降，待4个滑动夹头自动松开且产品平稳放置后，使用锁止插销对起吊夹头进行锁止，最后工装吊离产品。至此完成了前法兰产品在指定工位的平稳放置任务。
56.需要特别说明的是，虽然该工装装置对前法兰产品规格范围有一定适用性，但在使用过程中还是要特别留意工装铭牌上标明的推荐使用范围，已达到最佳使用效果。
57.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。