一种内外径非线性变化薄壁长管件车削加工装夹结构的制作方法

本发明一种内外径非线性变化薄壁长管件车削加工装夹结构属于航空制造技术领域。

技术背景

现有以内孔进行定位夹紧的薄壁管件的加工中，一般采用适配若干芯棒来实现对产品的定位，这种方法在加工位置精度要求不高的圆柱面时适用。但在加工内圆定位面尺寸非线性变化时，特别是内、外径结构尺寸非线性变化时，采用适配芯棒的方法不再适合。因为内、外径结构尺寸非线性变化导致定位面之间始终存在着间隙，会引起夹紧薄壁产品时有部分变形。对某一类零件而言，零件的定位孔尺寸在公差范围内分布，需要分级设计芯棒，而多曲面外形结构的回转体芯轴加工难度大，涉及到分级时，其加工难度系数远大于产品。

为此，只能对内外径非线性变化薄壁长管件车削加工装夹结构进行改进，提高其使用便捷性，提高结构的定位精度。同时扩展单一结构在机械加工中的使用范围。

技术实现要素：

本发明的目的：提供一种高定位精度、安装方便可靠、适用范围广的装夹结构。

本发明的技术方案是：一种内外径非线性变化薄壁长管件车削加工装夹结构，所述结构包括锁紧螺母1、胀套2、柱塞3、钢珠4、扇形板5、蝶形弹簧6、螺钉7、楔杆8、锁紧螺母9、轴10、内六角紧定螺钉11；

胀套2是圆筒状结构，胀套2的圆台孔部分的圆筒内壁上开设有槽；

轴10包括依次同轴连接的带有外螺纹的圆筒体一、带有轴向通孔的圆台体、圆筒体二、限位块结构；圆筒体一的外径小于圆筒体二的外径；圆台体的锥度与胀套2的圆台孔的锥度相匹配，圆台体的小底面一端与圆筒体一相连接，圆台体的大底面一端与圆筒体二相连接；圆筒体一的内径、圆筒体二的内径与圆台体的轴向通孔的内径相同；

在圆筒体二上开设有径向的螺纹孔；轴10上的圆筒体二的外侧开设有径向通孔一；

胀套2靠近圆台孔部分的一端套在轴10圆筒体一的外侧，锁紧螺母1旋在轴10的圆筒体一的外螺纹上，旋转锁紧螺母1；

中心开设有轴向通孔的圆台体结构，将该圆台体结构的端面沿其轴向进行三等分，其中之一即为扇形板5的结构，扇形板5的圆台侧面开设有径向通孔二；径向通孔二到圆台较大底面的距离，与轴10圆筒体二上的螺纹孔中心到轴10的圆筒体二、限位块结构连接处的距离相同；

推动胀套2靠近圆柱孔部分一端的端面沿其轴向移动，直到胀套2的带有槽的一端接触扇形板5的圆台较小底面的端面；

将扇形板5内圆弧面贴合并固定在轴10的圆筒体二部分的外侧；轴10的圆柱孔内安装钢珠4,再将柱塞3安装在钢珠4上，其中柱塞3与扇形板5内圆弧面接触，钢珠4与楔杆8的外圆弧面接触；

调节轴10螺纹端的锁紧螺母1驱动胀套2轴向位移，直至胀套2开槽口端接触扇形板5端面。

楔杆8为柱体结构，柱体的中部外侧面由圆柱面与凹陷曲面交替连接组成，楔杆8一端具有外螺纹，楔杆8的不具有外螺纹的一端穿入轴10的中心通孔内，楔杆8带外螺纹的一端露在中心通孔外面，锁紧螺母9旋在楔杆8的外螺纹上，直至锁紧螺母9的端面贴合限位块结构的端面；

楔杆8在锁紧螺母9的拉紧作用下沿轴向方向移动，推动钢珠4在轴10上的圆筒体二的外侧开设的径向通孔中，沿轴线方向移动，钢珠4移动时推动柱塞3沿轴10上的圆筒体二的外侧径向通孔的轴向方向移动，进而推动扇形板5沿轴10上的圆筒体二的外侧径向通孔的轴向方向移动，直至扇形板5外圆弧面贴紧被加工产品内圆弧面，旋钮紧螺母9到锁紧位置。

胀套2是圆筒状结构，圆筒状结构内腔包括圆柱孔部分和同轴连接的圆台孔部分，圆柱孔与圆台孔圆弧过渡。

胀套2的圆台孔部分的圆筒内壁上开设有槽，外圆柱面上从一端沿轴线方向开十字形槽，槽延伸至内腔圆柱面与圆台孔交接位置，槽的底部为圆弧面。

本发明的有益效果：本装夹结构中，采用锁紧螺母9带动楔杆8沿轴向运动，利用楔杆8圆锥面的楔形结构来驱动钢珠3与柱塞4沿孔的轴向方向运动，进而促使扇形板5沿直径方向向外侧运动，从而驱使扇形板外侧面自适应接触被加工内外径非线性变化薄壁长管件，直至夹紧被加工产品。这种结构在固定内外径非线性变化的薄壁长管件时可以根据该管件不同长度时直径尺寸的变化而自适应调整接触位置，并实现夹紧。同时利用楔形机构驱动可以在较小的行程范围内实现稳定可控的调节；利用钢珠接触楔形机构避免了一般机械因素引起的卡顿等情况，通过钢珠的自旋转功能能很好的适应楔形机构的驱动，钢珠本身与内孔的接触为线接触，可以避免在内孔中运动模式的单一引起的卡顿；同时钢珠对柱塞结构的驱动为点接触，可以更好地将楔形机构驱动力传递给柱塞，从而驱动扇形板均匀的沿径向运动。

该装夹结构提高了内外径非线性变化薄壁长管件的加工效率，提高了单一装夹结构的使用范围，缩短了产品研发制造周期，节省大量的研发费用。特别是柔性装夹机构的实现，减少了大量的工装，简化了工装的保管工作。

附图说明

图1是本发明装夹结构较佳实施方式时的结构示意图；

图2、图3是本发明轴10结构的结构示意图；

图4、图5是本发明扇形板5的结构示意图；

图6是本发明楔杆8的结构示意图；

其中，1—锁紧螺母、2—胀套、3—柱塞、4—钢珠、5—扇形板、6—蝶形弹簧、7—螺钉、8—楔杆、9—锁紧螺母、10—轴、11—内六角紧定螺钉。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一种内外径非线性变化薄壁长管件车削加工装夹结构，所述结构包括锁紧螺母1、胀套2、柱塞3、钢珠4、扇形板5、蝶形弹簧6、螺钉7、楔杆8、锁紧螺母9、轴10、内六角紧定螺钉11；

胀套2是圆筒状结构，胀套2的圆台孔部分的圆筒内壁上开设有槽；

轴10包括依次同轴连接的带有外螺纹的圆筒体一、带有轴向通孔的圆台体、圆筒体二、限位块结构；圆筒体一的外径小于圆筒体二的外径；圆台体的锥度与胀套2的圆台孔的锥度相匹配，圆台体的小底面一端与圆筒体一相连接，圆台体的大底面一端与圆筒体二相连接；圆筒体一的内径、圆筒体二的内径与圆台体的轴向通孔的内径相同；

在圆筒体二上开设有径向的螺纹孔；轴10上的圆筒体二的外侧开设有径向通孔一；

胀套2靠近圆台孔部分的一端套在轴10圆筒体一的外侧，锁紧螺母1旋在轴10的圆筒体一的外螺纹上，旋转锁紧螺母1；

中心开设有轴向通孔的圆台体结构，将该圆台体结构的端面沿其轴向进行三等分，其中之一即为扇形板5的结构，扇形板5的圆台侧面开设有径向通孔二；径向通孔二到圆台较大底面的距离，与轴10圆筒体二上的螺纹孔中心到轴10的圆筒体二、限位块结构连接处的距离相同；

推动胀套2靠近圆柱孔部分一端的端面沿其轴向移动，直到胀套2的带有槽的一端接触扇形板5的圆台较小底面的端面；

将扇形板5内圆弧面贴合并固定在轴10的圆筒体二部分的外侧；轴10的圆柱孔内安装钢珠4,再将柱塞3安装在钢珠4上，其中柱塞3与扇形板5内圆弧面接触，钢珠4与楔杆8的外圆弧面接触；

调节轴10螺纹端的锁紧螺母1驱动胀套2轴向位移，直至胀套2开槽口端接触扇形板5端面。

楔杆8为柱体结构，柱体的中部外侧面由圆柱面与凹陷曲面交替连接组成，楔杆8一端具有外螺纹，楔杆8的不具有外螺纹的一端穿入轴10的中心通孔内，楔杆8带外螺纹的一端露在中心通孔外面，锁紧螺母9旋在楔杆8的外螺纹上，直至锁紧螺母9的端面贴合限位块结构的端面；

楔杆8在锁紧螺母9的拉紧作用下沿轴向方向移动，推动钢珠4在轴10上的圆筒体二的外侧开设的径向通孔中，沿轴线方向移动，钢珠4移动时推动柱塞3沿轴10上的圆筒体二的外侧径向通孔的轴向方向移动，进而推动扇形板5沿轴10上的圆筒体二的外侧径向通孔的轴向方向移动，直至扇形板5外圆弧面贴紧被加工产品内圆弧面，旋钮紧螺母9到锁紧位置。

胀套2是圆筒状结构，圆筒状结构内腔包括圆柱孔部分和同轴连接的圆台孔部分，圆柱孔与圆台孔圆弧过渡。

胀套2的圆台孔部分的圆筒内壁上开设有槽，外圆柱面上从一端沿轴线方向开十字形槽，槽延伸至内腔圆柱面与圆台孔交接位置，槽的底部为圆弧面。

请参阅图1，其是本发明装夹结构较佳实施方式时的结构示意图。所述装夹结构包括锁紧螺母1、胀套2、钢珠3、柱塞4、扇形板5、蝶形弹簧6、螺钉7、楔杆8、锁紧螺母9、轴10、内六角紧定螺钉11；使用时，调整锁紧螺母9的紧度，驱动楔杆8沿轴向方向移动，楔杆8上的楔形面接触钢珠3，钢珠3相对于楔杆8的轴向移动做垂直方向的位移，进而在轴10侧壁孔中作轴向位移，促使扇形板5沿直径方向向外侧运动，从而驱使扇形板外侧面自适应接触被加工异形薄壁管件，直至夹紧被加工产品。

驱动柱塞4沿轴向运动，在的拉紧作用下沿轴向方向移动，推动钢珠4沿轴10内孔轴向方向移动，钢珠4移动时推动柱塞3沿轴向方向移动，进而推动扇形板5沿柱塞3轴向方向移动，直至扇形板5外圆弧面贴紧被加工产品内圆弧面。扇形板5在沿柱塞3轴线向外运动时，压缩蝶形弹簧6，起到位置锁紧作用，最后并紧锁紧螺母9。

如图2、图3所示，所述为装夹结构的轴示意图。轴10为回转体结构，回转体中心沿轴线方向开有通孔；圆柱孔内壁沿直径方向有圆柱孔，用于安装钢珠3与柱塞4零件；回转体外圆面沿直径方向有螺纹孔结构，用于螺钉7的安装；回转体直径较小端留有螺纹结构；回转体直径较大端，其侧面预留有螺纹沉孔结构，用于内六角紧定螺钉11的安装。实际操作中，各机构围绕着轴10安装。。

如图4、图5所示，所述扇形板5为回转体从端面三等分后的结构，外形为不同直径圆柱面，圆柱面之间的连接为锥形曲面，用蝶形弹簧6与螺钉7固定在轴10上，其连接处为扇形板5的沉孔位置与轴10螺纹孔位置。

如图6所示，所述楔杆8为竹节结构回转体，是圆柱面柱体与曲面柱体交替连接组成，其中一端为圆柱面柱体，另一端为螺纹结构，楔杆8穿入轴10中空的内孔，楔杆8带螺纹端用锁紧螺母9紧固，锁紧螺母9端面止端在轴10外圆端面处。

本发明的一个实施案例中，产品为细长薄壁回转体零件，最大长径比达到60，材质为难加工的马氏体沉淀硬化不锈钢，外形为大圆锥圆柱结构，过渡结构为非线性圆弧，孔内径尺寸非线性变化，直孔锥孔交替变径变壁厚共8处，且壁厚非线性变化，加工时要求整体加工，避免内外圆变形。装夹结构采用锁紧螺母9带动楔杆8沿轴向运动，利用楔杆8圆锥面的楔形结构来驱动钢珠3与柱塞4沿孔的轴向方向运动，进而促使扇形板5沿直径方向向外侧运动，从而驱使扇形板外侧面自适应接触被加工的内外径非线性变化薄壁长管件，直至夹紧被加工产品。这种结构在固定内外径非线性变化的薄壁长管件时可以根据该管件不同长度时直径尺寸的变化而自适应调整接触位置，并实现夹紧。同时利用楔形机构驱动可以在较小的行程范围内实现稳定可控的调节；利用钢珠接触楔形机构避免了一般机械因素引起的卡顿等情况，通过钢珠的自旋转功能很好的适应楔形机构的驱动，钢珠本身与内孔的接触为线接触，可以避免在内孔中运动模式的单一引起的卡顿；同时钢珠对柱塞结构的驱动为点接触，可以更好地将楔形机构驱动力传递给柱塞，从而驱动扇形板均匀的沿径向运动。

本结构安装便捷，克服了传统装夹方式带来的安装复杂性、附加重量大等缺点。加工的可靠性与尺寸广泛性解决了单一装夹结构带来的夹具的更换、维护等问题。该装夹结构提高了内外径非线性变化薄壁长管件加工效率，扩展了单一装夹结构的使用范围。