一种应用于燃气轮机环状工件装夹定位装置及加工系统的制作方法

本发明涉及一种应用于燃气轮机环状工件装夹定位装置及加工系统。

背景技术：

环类\环状部件(尤其是燃气轮机上使用的环类工件)的加工过程需要多次转换工序，在转换的过程中装夹定位过程比较困难，精度不高。

同时，该类环件遇到批量加工时，频繁的装夹定位产生较多的加工辅助时间，浪费机床产能，给操作人员带来的劳动强度较大，效率难以提升。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种应用于燃气轮机环状工件装夹定位装置及加工系统，本发明能够提高加工效率，降低生产成本和操作者的劳动强度，实现快速准确的装夹定位。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于燃气轮机环状工件装夹定位装置，包括支撑部件，支撑部件上圆周分别设有多个约束工件径向位移的第一定位件、多个约束工件圆周方向位移的第二定位件以及多个将工件固定在所述环状支撑部件上的紧固件；

所述紧固件包括固定端和活动端，所述活动端的一端套设于固定端上，且该端在固定端上的位置可调，使活动端的另一端对环状工件施加纵向压力，实现紧固件从不同的角度对环状工件进行压紧。

进一步的，所述支撑部件包括底座,所述底座的形状尺寸均与待加工的环状工件相适配。

作为一种优选方式，底座为圆环形。

进一步的，所述第一定位件为止口，与环状工件内径大小相适配。

更进一步的，所述止口为两层台阶状，第一层台阶与环状工件正面放置时其内径相适配，第二层台阶与环状工件反面放置时其内径相适配。

当然，第一定位件可以替换为其他方式，如定位槽等，只要和环状工件内径大小相适配，能够对环状工件实现径向位移限制的结构理论上都可以适用，这些更改属于本领域技术人员能够容易想到的，理应属于本发明的保护范围。

进一步的，所述第二定位件设置于第一定位件的外侧，对环状工件的外沿进行圆周方向的定位。

进一步的，所述第二定位件为定位台，所述定位台包括引导部分和定位部分，所述引导部分设置于定位部分上端，以实现对环状工件的引导，使其顺利下降至定位部分，实现定位。

进一步的，所述定位台包括第一定位台和第二定位台，第一定位台用于工件正面加工时的定位，第二定位台用于工件反面加工时的定位。

进一步的，所述紧固件的固定端包括回转轴、弹性元件和固定件，所述活动端包括压板和支撑杆，所述弹性元件设置于回转轴和压板之间，压板端部设置有支撑杆，通过固定件在回转轴上的位置调整和固定，提供纵向向下的压紧力。

进一步的，所述活动端能够绕回转轴旋转，从而实现在不同的角度压紧工件。

进一步的，所述固定件包括压紧螺栓和与之配合的螺母。

当然，固定件也可以替换为其他方式，如卡扣等卡合件，这些均属于常规替换，理应属于本发明的保护范围。

进一步的，所述活动端与固定端连接处设置有卡槽，能够实现活动端的自由端与固定端的相对距离可调。

进一步的，所述支撑部件上还圆周设置有多个施力元件，提供向上的支撑力，以实现为工件提供支撑，保证工件顺利进入定位装置。通过施力元件和紧固件的配合，实现工件的夹紧。

优选的，所述第一定位件、第二定位件、紧固件和/或施力元件均圆周均匀布设。这种设计方式，能够更好的保证工件的受力平衡。

上述装夹定位装置的工作方法，调整施力元件的高度，将紧固件旋转一定角度，以保证工件顺利放入，保证工件的定位内孔与第一定位件相对准后，调节施力元件给工件提供的支撑力，使工件缓慢平稳的落入第一定位件中，调节施力元件，使工件受力向上发生适量的位移，逐步实现每个紧固件均与工件的上表面紧密接触，完成定位夹紧。

一种加工系统，包括机床和上述装夹定位装置，所述装夹定位装置与机床工作台同轴设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明通过设计不同的定位结构等，实现了同一装置满足相应的环部件的多工序加工，通用性强。

2、本发明能够保证工件多次装夹的稳定性，适合批量性工件加工，节省每次装夹找正的辅助时间，减少找正次数，节约生产成本，投入使用，提升装夹找正效率约80％。

3、本发明能够实现压紧部分调节快速高效，提高了工件压紧过程的效率和质量

4、本发明设置有施力元件，能够保证工件安装过程的下落速度能够有效的控制，有效的保证了工件在下落过程中的防护工作，防止工件由于自重和吊装不平造成工件端面损伤，减少返修风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的装夹定位装置结构示意图；

图2为第二定位件的具体细节图；

图3为施力元件的具体细节图；

图4为支撑部分结构示意图；

图5为图4中A-A方向示意图；

图6为施力元件的具体细节图；

图7为图6的俯视图；

图8为压紧部分的结构示意图；

图9(a)、图9(b)为压紧部分的角度变换示意图；

图10为第二定位件的结构示意图；

图11为装夹定位装置第二种实施方式示意图；

图12为第二定位件的第二种实施方式示意图；

其中：1、压紧部分，2、支撑部分，3、第一定位件，4、施力元件，5、第二定位件，6、底座，7、定位内孔，8、止口；

1-1、支撑杆，1-2、压板，1-3、压紧螺母，1-4、压块，1-5、弹性件，1-6、垫板，1-7、压紧螺栓，1-8、回转轴；

4-1、丝杆，4-2、螺母，4-3、千斤座，4-4、紧固螺栓，4-5、法兰，4-6、紧固螺钉，4-7、调整槽；

5-1、第一定位台，5-2、第二定位台，5-3、定位槽。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如背景技术中提到的，现有技术存在环类\环状部件(如燃气轮机保持环等)的加工过程需要多次转换工序，在转换的过程中装夹定位过程比较困难，精度不高的不足，本发明提供一种装夹定位装置，特别适用于环类\环状部件，能够有效解决上述问题。

如图1所示，主要分为两部分：支撑部分2和压紧部分1。

支撑部分2构成装置的基体部分，用于固定装夹部分和定位装置等。其主要由底座6组成。支撑部分2的形状尺寸应与被加工工件的形状尺寸相适配，对于环类部件优选选用圆环形。

如图4所示，底座6上设置有第一定位件3、第二定位件5、安装法兰4-5、安装口等部件。第一定位件3在本实施例中，优选为止口8，所述止口8用于工件与底座6相接触时对工件进行约束，优选的止口8采用台阶状的设置，与工件的内径大小相符合。以附图适用的工件为例，止口8采用两层台阶状。其中，在工件正面加工时其定位内孔配合一层止口8，正面加工完成后，在进行反面装夹时定位内孔选用另一层止口8。

当然，在其他实施例中，第一定位件3可以替换为其他方式，如定位槽5-3等，只要和环状工件内径大小相适配，能够对环状工件实现径向位移限制的结构理论上都可以适用，这些更改属于本领域技术人员能够容易想到的，理应属于本发明的保护范围。

如图10所示，第二定位件5用于通过工件外侧的平面、槽口、凸台或者孔位等对工件进行圆周方向的定位。其主要由第一定位台5-1和第二定位台5-2等组成。所述定位台由用于引导工件定位的面和起定位作用的面等组成，优选为倾斜面和竖直面。

作为一种实施方式，如图11所示，第一定位台5-1通过螺钉固定在底座6上，其形状与工件相应的定位特征相匹配，优选选用柱台状。第二定位台5-2倾斜面和竖直面与底板固定相连，底板通过螺钉与底座6相连接。第一定位台5-1用于工件正面加工时的定位，第二定位台5-2用于工件反面加工时的定位。

安装法兰4-5设置在底座6的外侧，用于安装口的设置。所述安装口用于安装对工件施压的元件。安装口优选预留出足够的空间，方便扳手等工具操作。

如图8所示，压紧部分1主要由紧固装置组成，所述紧固装置用于将工件压紧，优选由支撑杆1-1、压板1-2、螺母、压紧螺栓1-7、垫板1-6、弹性件1-5、压块1-4等组成。紧固装置通过压紧螺栓1-7固定，在压板1-2上设置有能实现微量调整装夹部分位置的结构，所述结构优选为调整槽4-7，用于压紧螺栓1-7固定后可以微量调整压板1-2的位置。压紧螺栓1-7上设置有弹性元件、垫板1-6及回转轴1-8等部件。所述弹性件1-5为压紧螺栓1-7提供预紧力，优选选用弹簧，同样的，也可以是实现相同功能的其他弹性元件，在此不做具体的限定。垫板1-6用于支撑弹簧，限制其行程。

在另一个实施例中，紧固装置设置为回转压紧装置，所述回转压紧装置包括压板、压头、回转杆及支撑杆。

所述回转杆嵌入装置内，实现周向的自由旋转而不发生轴向、径向的位移。其结构为光杆结构，杆上设置有圆形的固定块，所述固定块用于和定位夹紧装置中的旋转槽配合，实现自由旋转，所述旋转槽的形状与固定块相匹配，对固定块起限制作用，避免其在旋转的过程中发生其他方向的位移。

所述支撑杆用于对所述回转压紧装置提供支撑，设置在所述回转紧固装置的尾部，在其杆上同样设置有固定块，所述固定块与定位夹紧装置中的转动槽相配合，实现以回转杆为中心的旋转。所述转动槽为倒T型半圆槽，设置在定位夹紧装置上，通过所述转动槽对支撑杆上固定块的限制，所述支撑杆可以围绕回转杆实现180°的转动。

所述压头用于压紧工件的表面，为避免损伤工件表面且在压紧的过程中不发生较大的形变，其材料采用铝、铝合金等较柔软的材料，优选为铝块。

再一个实施例中，紧固装置可直接向工件提供下压力，从而不必采用施力元件对装置提供支撑力。在上述第一实施例的基础上，对其压头进行改进。通过在压头上设置螺母等结构，实现其相对压板可以进行上下移动，从而对工件施加下压力，用于压紧工件。回转轴1-8位于压紧螺栓1-7的下侧，当压紧螺栓1-7完全旋出底座6后，保证回转轴1-8能够留在螺栓孔中，对紧固装置起到一定的支撑作用，使其不会发生倾倒以防造成工件磕碰。回转轴1-8优选选用光杆结构，实现上述功能。

支撑杆1-1设置在压板1-2的尾部，支撑杆1-1用于对压板1-2起支撑作用。支撑杆1-1和压板1-2固定连接，当压板1-2的压紧螺栓1-7旋起的时候，支撑杆1-1离开工件表面，当压紧螺栓1-7旋紧后，压板1-2具有压块1-4的一端首先与工件表面相接触，使具有支撑杆1-1的一端向下移动，支撑杆1-1用于与支撑部分相接触提供支撑来限制压板1-2一端翘起一端下压。

压板1-2的另一端设置有压块1-4，压块1-4与压板1-2固定连接，用于与工件接触向工件传递下压力。压块1-4优选选用橡胶板、铝板等较软的材料，防止在工件表面造成划痕压痕等损伤。

如图9(a)和图9(b)所示，紧固装置能够实现绕压紧螺栓1-7旋转，从而实现在不同的角度压紧工件。

紧固装置与底座6上的施力元件4相配合，通过定位装置的定位，实现对被加工工件的夹紧。

如图6所示，施力元件4用于向工件施加向上的推力，和紧固装置相配合，对工件进行夹紧。施力元件4优选用螺旋升降装置，具体由丝杆4-1、螺母4-2、千斤座4-3、紧固螺栓4-4和千斤座法兰4-5等组成。通过旋转丝杆4-1使其上升，通过螺母4-2与丝杆4-1的旋转锁紧固定位置，实现对工件提供支撑力。所述千斤座4-3为具有螺纹孔的支撑座，与丝杆4-1配合，实现丝杆4-1的上下运动。所述千斤座法兰4-5上设置有可以在紧固螺栓4-4紧固后微量调整的结构，所述结构优选为调整槽4-7，用于微调千斤座法兰4-5的位置。

为保证施力平衡，本实施例中，在底座6安装法兰4-5上设置有6处施力元件4。但是，在其他实施例中，可以将数目更改为4个、8个或10个等等。根据不同环的结构，可以根据实际应用情况的不同，调整施力元件4的安装使用数量，增强保持环放置的稳定性。

另一实施方式中，底座6采用铸造并加工成型的等方式制作，考虑到加工周期、成本以及后续维修的便利性，优选使用焊接结构件。

再一实施方式中，施力元件4根据需要可以调整使用液压千斤顶、电动千斤顶等其他可高度调节的结构，此处考虑操作的便捷性、制作成本及后续维修的便利性，此处优选使用螺栓施力元件4。

压紧部分1可根据使用频率选择使用气压、液压装置，此处考虑到产品较大，单件加工周期相对较长，优选使用人工调节的装置。

本装置所适用的工件，其具有和止口相配合的定位内孔，且工件在正反装夹时采用不同的定位内孔与不同的止口相配合。同时，工件上还具有和定位台相适配孔或槽，在工件正反装夹时，两面各有不同的孔或槽，分别与第一定位台和第二定位台相配合，实现对工件的周向定位。

上述装置在实际使用时，将压紧部分1组装完毕，并安装在支撑部分2的底座6上。同时将定位块、施力元件4等安装在底座6上，将装置平吊安放在机床工作台上，根据止口8定位装置，保证装置与机床工作台同轴，通过通用的压板1-2等部件，将工装压紧在机床工作台上；将施力元件4高度调整至略高于底座6端面，同时比止口8端面略低。将工件平吊至装置上方，微调工件与装置同轴，在工件圆周防线微调使工件的定位特征(与定位台匹配的)处于定位台上方，将工件水平落在施力元件4上，施力元件4完全起到支撑作用后，撤出吊装工具。通过调整施力元件4高度，将工件缓慢落下，保证工件内孔定位圆恰好落在止口8处、外部定位特征恰好与匹配的定位台重合。工件完全落在底座6上后，手动调整施力元件4并使施力元件4恰好触及工件下端面，此时调整压紧部分1并压紧工件即可。

在另一个实施例中，为防止工件落入止口时发生碰撞损伤工件等情况，在工件落入前，首先调整施力元件的高度，然后将紧固装置旋转一定角度，保证工件顺利放入，施力元件给工件提供一定的支撑。在工件的定位内孔与装置的止口相对准后，调节施力元件的支撑力，使工件缓慢平稳的落入止口中，确保不会发生磕碰现象。

在再一个实施例中，上述装置在使用时，结合实施例二中的压板，首先将压板转动合适的角度，使其不妨碍工件落入工装中，将工件放置到工装中，再将压板旋转使其压头部分位于工件的上表面，确保各个压头周向的位于工件的上表面的上方。调节施力元件，对工件的下表面提供支撑力，工件受力向上发生适量的位移。待工件上表面与压头轻微接触时，调节其他的施力元件，使每个压头均与工件的上表面轻微接触，最后逐一调整施力元件，使工件进一步的与压头紧密接触，完成定位夹紧步骤。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。