压气机静子叶片铣叶型夹头机构的制作方法

本实用新型属于机床的零件、部件或附件的技术领域，具体涉及一种压气机静子叶片铣叶型夹头机构。

背景技术：

近年来，航空飞机制造领域突飞猛进，特别是在飞机发动机领域，已从传统的涡轮喷气式发动机逐步发展到涡轮风扇式发动机。每一代新型飞机发动机的诞生，压气机叶片的改进与发展是最重要的改变之一。随着涡扇发动机推重比的增加，对空气压缩比的要求也越来越高，这就对压气机静、转子叶片的性能提出了更高的要求，需要设计出新的高性能、高压缩比的叶片或不断提高现结构叶片的制造水平，特别是提高叶身型面、进排气边R、表面光度等影响气动性能部位的制造水平。压气机包括布置于机匣内的静子叶片和转轴上的转子叶片，静子叶片和转子叶片逐层排列，静子叶片在两层转子叶片之间起到整流扩压的作用。

传统的压气机静子叶片加工是在加工中心旋转工作台上数控精铣叶身型面，在叶片的两端设计有工艺夹持轴颈以便于夹持两端夹持位后可一次性精铣整个叶身型面，该工艺夹持轴颈也作为后续加工、检测的夹持位。传统的铣叶型夹具设计，针对一端工艺夹持轴颈的外圆面采用V型块进行定位和夹紧，另一端工艺夹持轴颈则采用顶尖形式直接顶紧其端面的顶尖孔（部分夹具在此端也采用V型块夹紧），由于叶身型面已经过粗加工并在一端的工艺夹持轴颈上预设有两平行的角向定位面，所以同时还要采用角向定位螺钉对叶片的周向进行定位和夹紧以保证整个叶身型面都有足够的精加工余量。

传统的夹具设计方式存在以下缺点：

1)采用顶尖顶紧的方式，对叶型加工过程中的支撑力夹持力小，叶片夹持后刚性较差，加工后存在较大的变形；

2)V型块、顶尖的定心精度不高，叶片装夹后会相对理论位置发生偏斜，造成加工的叶型尺寸不稳定，一致性差；

3)角向定位压紧力的方向与V型块压紧力的方向需完全一致才能保证叶片不承受扭转力矩，而实际制造的夹具精度及使用过程都很难满足这一点，造成叶型产生不同程度的扭转变形；

4)V型块长期使用磨损后影响定位精度和重复定位精度；

5)V型块夹紧容易压伤轴颈，影响后工序夹持加工的精度。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种压气机静子叶片铣叶型夹头机构，避免叶片夹持后刚度差、定心精度不高、存在扭转应力的问题，取得有效定位夹持叶片，定位精度高，不易磨损且磨损不会影响定位夹持精度的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

压气机静子叶片铣叶型夹头机构，包括夹头主体，所述夹头主体设有水平的通孔，所述通孔可滑动连接有筒夹；所述筒夹的一端置于所述通孔内，另一端的端面设有凹入的夹持孔以用于容置叶片的工艺夹持轴颈，所述夹持孔的侧壁沿周向等分均布有若干贯穿壁厚的让位开槽，所述让位开槽沿筒夹的轴向延伸并贯穿筒夹设有夹持孔一端的端面，所述筒夹设有夹持孔一端的外壁呈渐扩的喇叭口状以使筒夹朝向所述通孔内滑动时通过通孔对筒夹设有夹持孔一端外壁的束小实现收口从而夹紧置于夹持孔内的工艺夹持轴颈。

本实用新型通过夹头主体配合筒夹来实施叶片的工艺夹持轴颈的夹紧，始终保证以夹持孔的轴线为定心加工基准，定心精度高，一致性好；筒夹向通孔内滑动时通过通孔对筒夹上渐扩的外壁段的束小实现收口从而夹紧置于夹持孔内的叶片工艺夹持轴颈，不会产生扭转应力，减小加工后叶型的扭转变形；使用时，采用两个本实用新型的夹头机构相对分别夹持叶片两端的工艺夹持轴颈，在筒夹滑动收口夹紧的同时可使叶片受到一定朝向两端的预拉力，提高了叶型加工过程中的刚性，有效减小加工变形，保证加工尺寸；筒夹与通孔和叶片工艺夹持轴颈的接触面均为周向接触，这样整个周向的均匀磨损不会影响对叶片工艺夹持轴颈的定心夹持精度，夹头机构使用寿命长，维护检测间隔周期长，方便持续生产；筒夹夹持孔内壁与叶片工艺夹持轴颈的接触面为周向面接触，不会压伤轴颈，有效保证后工序夹持加工的精度；具体实施时，筒夹的滑动驱动力可通过伸缩式气缸、液压棒或机械传动来提供。

进一步完善上述技术方案，夹头主体沿所述通孔的径向设有贯穿的角向定位孔，所述角向定位孔形成为位于所述通孔的径向两侧的两段，所述夹持孔的侧壁上对应于所述两段角向定位孔的周向位置开设有两沿夹持孔轴向延伸的通槽，所述两段角向定位孔内分别可滑动安装有角向定位块，所述角向定位块为与角向定位孔对应的轴体结构，所述角向定位块朝向通孔轴线的一端穿过所述通槽并形成于所述夹持孔内以通过两角向定位块对顶夹持置于夹持孔内的叶片工艺夹持轴颈上预设的两平行的角向定位面来实现叶片的周向定位。

这样，有效实施了叶片的周向定位，保证整个叶身型面都有足够的精加工余量；同时角向定位块施加的定位夹紧力为沿叶片工艺夹持轴颈的径向的力，而筒夹的夹紧力为沿叶片工艺夹持轴颈的轴向的力，消除了造成叶片承受扭转力矩的可能性，大大减小叶片扭转变形；具体实施时，两角向定位块对顶夹持和松开叶片工艺夹持轴颈上预设的两平行的角向定位面的驱动力可通过连接气缸、液压棒或机械结构来提供。

进一步地，所述角向定位孔远离所述通孔的一端设有与其同轴的台阶大孔，所述角向定位块为与所述角向定位孔和台阶大孔对应的台阶轴，所述通槽沿夹持孔周向的开槽宽度与所述角向定位孔的直径对应；所述台阶大孔远离所述通孔的一端设有内螺纹并通过所述内螺纹连接有角向压紧螺栓以提供角向定位块的对顶夹持力。

这样，为通过机械结构提供角向定位块对顶夹持力的实施方式，设置台阶大孔的目的，一是为了保证角向压紧螺栓有足够的强度以为角向定位块提供对顶夹持力，同时使角向定位孔的直径可以相对较小，对应的筒夹上的通槽宽度也就较小以保证筒夹的强度，二是使角向定位块为对应的台阶轴形式，拆卸叶片后，可避免角向定位块掉入到夹持孔中，可见，从便于使用的角度考虑，可将任一侧的角向定位块和角向压紧螺栓连接为一体，夹头主体旋转至叶片装卸位时，使一体的角向定位块和角向压紧螺栓位于上方，这样，松开两角向定位块的对顶夹持后，上方的角向定位块就随角向压紧螺栓一起上移，而避免其随自重下落而影响下一件叶片工艺夹持轴颈的装入，而另一侧的角向定位块和角向压紧螺栓位于下方，即使是分体结构，该侧的角向定位块随自重下落后是远离通孔的轴线，也不会影响下一件叶片工艺夹持轴颈的装入；分体结构的角向定位块和角向压紧螺栓的好处是光壁的角向定位块与角向定位孔的滑合间隙相对于螺纹配合的间隙可以更小，角向定位块的摆动量小更有利于叶片周向定位的一致性。

进一步地，所述筒夹远离夹持孔一端的端面周围设有凸缘，所述凸缘的直径与所述通孔对应以防止晃动并保证筒夹与通孔的同轴度，所述筒夹设有夹持孔一端的端面直径大于所述通孔的直径。

这样，筒夹的一端通过凸缘保证与通孔的同轴度，另一端在束小收口的过程中自动归正保证与通孔的同轴度，整个筒夹的轴线与通孔轴线的位置度重合高，进一步保证叶片工艺夹持轴颈的夹持定心精度。

进一步地，所述通孔靠近所述夹持孔一端的内壁呈渐扩的喇叭口状以与筒夹上渐扩的外壁段对应便于收口。

这样，使通孔与筒夹上渐扩的外壁段的束小收口接触为面接触，筒夹变形收口的受力面更大，利于收口夹紧，并且减小相互接触部位的磨损。

进一步地，夹头主体靠近所述夹持孔一端的端面上设有与通孔同轴的环形凸圆以与置于夹持孔内的叶片工艺夹持轴颈上凸起的轴肩的端面相抵接来实现叶片的轴向定位，所述环形凸圆的内圆直径大于所述筒夹设有夹持孔一端的端面直径以给筒夹上渐扩的外壁段让位。

这样，可有效实施叶片的轴向定位以使叶片处于完全定位状态，定位精度高，并且不影响、干涉筒夹对叶片工艺夹持轴颈的夹持，环形凸圆的凸出长度大于筒夹凸出于夹头主体该端端面的长度，给筒夹的滑动夹持留出充分的行程。

进一步地，所述筒夹远离夹持孔一端的端面设有与筒夹同轴的螺杆并通过所述螺杆连接内孔为对应螺纹孔的涡轮，所述涡轮与筒夹同轴并可转动置于所述通孔内，与所述涡轮配合连接有涡杆，所述涡杆可转动置于夹头主体上的蜗杆安装孔内。

这样，为通过机械传动提供筒夹滑动驱动力的实施方式，通过涡杆转动带动涡轮转动，筒夹被角向定位块制转，涡轮转动，其螺纹孔使筒夹的螺杆沿轴向运动从而实现筒夹在夹头主体通孔内的滑动，正反向转动涡杆即可使筒夹分别对应实现对叶片工艺夹持轴颈的夹紧或松开。

进一步地，所述夹头主体上穿设有限位销以限制涡轮的轴向移动，所述夹头主体上穿设有定位销以限制涡杆沿其自身的轴向移动。

这样，可保证蜗杆涡轮的联动配合传动，并保证涡轮促使筒夹在夹头主体通孔内滑动的螺纹传动。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过筒夹夹持叶片工艺夹持轴颈，始终保证以夹持孔的轴线为定心加工基准，定心精度高，一致性好；不会产生扭转应力，减小加工后叶型的扭转变形。

2、使用两个本实用新型的夹头机构分别夹持叶片两端的工艺夹持轴颈，在筒夹滑动收口夹紧的同时使叶片受到一定朝向两端的预拉力，提高了叶型加工过程中的刚性，有效减小加工变形，保证加工尺寸。

3、本实用新型筒夹夹持孔内壁与叶片工艺夹持轴颈的接触面为周向面接触，不会压伤轴颈，有效保证后工序夹持加工的精度。

附图说明

图1-本实用新型具体实施例的结构示意图；

图2-本实用新型具体实施例中筒夹的零件结构示意图；

图3-安装有本实用新型具体实施例夹头机构的夹具结构示意图；

图4-本实用新型具体实施例中角向定位块的优选结构示意图；

图5-图4的俯视图；

其中，夹头机构1，夹头主体11，通孔12，角向定位孔13，台阶大孔14，角向定位块15，圆柱段151，角向定位轴体152，角向压紧螺栓16，环形凸圆17，

筒夹2，夹持孔21，让位开槽22，喇叭口状23，凸缘24，螺杆25，通槽26，

涡轮3，涡杆31，

机床连接台面4，定位销41，紧固件42，法兰盘43，HSK接口431，夹具体44，四轴转台45，尾座46，

叶片5，工艺夹持轴颈51，角向定位面52，轴肩53。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图1、图2，本实用新型具体实施例的压气机静子叶片铣叶型夹头机构，包括夹头主体11，所述夹头主体11设有水平的通孔12，所述通孔12可滑动连接有圆柱状的筒夹2；所述筒夹2的一端置于所述通孔12内，另一端的端面设有凹入的与筒夹2外壁同轴的夹持孔21以用于容置叶片5的工艺夹持轴颈51，所述夹持孔21的侧壁上沿周向等分均布有若干贯穿侧壁壁厚的让位开槽22，所述让位开槽22沿筒夹2的轴向延伸并贯穿筒夹2设有夹持孔21一端的端面，所述筒夹2设有夹持孔21一端的外壁呈渐扩的喇叭口状23以使筒夹2朝向所述通孔12内滑动时通过通孔12对筒夹2设有夹持孔21一端外壁的束小实现收口从而夹紧置于夹持孔21内的工艺夹持轴颈51。这样，始终保证以夹持孔21的轴线为定心加工基准，定心精度高，一致性好。

其中，所述筒夹2远离夹持孔21一端的端面周围设有凸缘24，所述凸缘24的直径与所述通孔12对应以防止筒夹2晃动并保证筒夹2与通孔12的同轴度，所述筒夹2设有夹持孔21一端的端面直径大于所述通孔12的直径，以在被束小收口的过程中自动归正保证与通孔12的同轴度从而保证工艺夹持轴颈51的夹持定心精度；本实施例中，所述通孔12靠近夹持孔21一端的内壁也呈渐扩的喇叭口状以与筒夹2上渐扩的外壁段对应，便于筒夹2的收口，这样，通孔12与筒夹2上渐扩的外壁段的束小收口接触为面接触，筒夹2收口的受力面更大，利于收口夹紧，并且减小相互接触部位的磨损。

其中，所述筒夹2远离夹持孔21一端的端面设有与筒夹2同轴的螺杆25并通过所述螺杆25连接内孔为对应螺纹孔的涡轮3，所述涡轮3与筒夹2同轴并可转动置于所述通孔12内，与所述涡轮3配合连接有涡杆31，所述涡杆31的轴线与所述涡轮3垂直并可转动置于夹头主体11上的蜗杆安装孔内；所述夹头主体11上穿设有限位销（图中未示出）以限制涡轮3沿其自身的轴向移动，所述夹头主体11上还穿设有定位销（图中未示出）以限制涡杆31沿其自身的轴向移动。这样，通过机械传动方式提供筒夹2滑动的驱动力，通过涡杆31转动带动涡轮3转动，筒夹2因被角向定位块15制转，涡轮3转动，其内螺纹孔使筒夹2的螺杆25沿轴向运动从而实现筒夹2在通孔12内的滑动，正反向转动涡杆31即可使筒夹2分别对应实现对工艺夹持轴颈51的夹紧或松开。

参见图3，为安装上述压气机静子叶片铣叶型夹头机构的夹具结构，包括了相对设置的两夹头机构1以分别夹持叶片5两端的工艺夹持轴颈51。其中，一夹头主体11远离夹持孔21的一端通过定位销41和紧固件42连接法兰盘43并通过法兰盘43上的HSK接口431与机床连接台面4上的四轴转台45连接，另一夹头主体11远离夹持孔21的一端通过定位销41和紧固件42连接法兰盘43并通过法兰盘43与机床连接台面4上的尾座46连接；这样，两夹头机构1夹紧叶片5时不会产生扭转应力，避免了叶片5扭转变形；夹紧的同时还使叶片5受到一定朝向两端的预拉力，提高了叶型加工过程中的零件刚性。本实施例中，使用时，四轴转台45和尾座46为独立安装到机床上，加工过程中，机床电机带动四轴转台45、尾座46绕机床X轴旋转，同时带动夹头1和叶片5同步旋转，装卸工件时，尾座46可单独沿机床X轴移动以便于叶片5的装卸。

参见图1、图3，与四轴转台45连接的夹头主体11沿其通孔12的径向设有贯穿的角向定位孔13，所述角向定位孔13形成为位于所述通孔12径向两侧的两段，所述角向定位孔13远离所述通孔12的一端设有同轴的台阶大孔14，筒夹2的夹持孔21的侧壁上对应于所述两段角向定位孔13的周向位置开设有两沿夹持孔21轴向延伸的通槽26，所述通槽26沿夹持孔21周向的开槽宽度与所述角向定位孔13的直径对应；所述角向定位孔13和台阶大孔14内可滑动安装有角向定位块15，所述角向定位块15为与所述角向定位孔13和台阶大孔14对应的台阶轴，所述角向定位块15朝向通孔12轴线的一端穿过夹持孔21侧壁上的通槽26并形成于所述夹持孔21内以通过两角向定位块15对顶夹持置于夹持孔21内的工艺夹持轴颈51上预设的两平行的角向定位面52来实现叶片5的周向定位；所述台阶大孔14远离所述通孔12的一端还设有内螺纹并通过所述内螺纹连接有角向压紧螺栓16以提供角向定位块15的对顶夹持力。

与四轴转台45连接的夹头主体11在靠近所述夹持孔21一端的端面上还设有与通孔12同轴的环形凸圆17，使用时，通过将工艺夹持轴颈51上凸起的轴肩53的端面与环形凸圆17的端面相抵接来实现叶片5的轴向定位，所述环形凸圆17的内圆直径应大于所述筒夹2设有夹持孔21一端的端面直径以给筒夹2上渐扩的外壁段让位，环形凸圆17的凸出夹头主体11的长度应大于筒夹2凸出于夹头主体11该端端面的长度，以给筒夹2的滑动夹持留出充分的行程。

根据环形凸圆17的用途可见，实施时，环形凸圆17的内圆也可以由通孔12呈渐扩喇叭口状的一端继续向外延伸而构成，环形凸圆17的外圆也可以与夹头主体11的外形对应，只要该端端面能通过与工艺夹持轴颈51上凸起的轴肩53的端面抵接实现叶片5的轴向定位即可，在这种结构形式下，筒夹2在夹紧和松开状态时，其两端均位于所述通孔12（含通孔12的渐扩喇叭口段）内。

图3所示夹具结构中，为增加两夹头机构1与四轴转台45和尾座46之间的距离以便于刀具的下刀和铣削，避免夹持刀具的机床主轴与四轴转台45和尾座46发生干涉，在夹头机构1和法兰盘43之间还增设了夹具体44，其连接也是通过定位销41和紧固件42连接；实施时，也可以使通孔12贯穿夹头主体11和夹具体44并将夹头主体11和夹具体44制造为一体结构。

实施时，进一步的，可以在筒夹2外壁的中段再增加一个环形凸缘，该环形凸缘与所述凸缘24的外径对应，这样，可使筒夹2在松开状态时在所述通孔12内保持稳定状态，避免渐扩外壁段的单侧磨损而影响精度；参见图4、图5，实施时，还可以进一步将任一角向定位块15设为在与台阶大孔14对应的圆柱段151的端面上设置两个平行等长的角向定位轴体152的形式，所述两个角向定位轴体152的轴线沿所述通孔12的轴线对称分布，这样，两角向定位块15对顶夹持保证叶片5周向定位的接触点由两个变为三个，周向定位效果更好，但对应的，安装该结构的角向定位块15的角向定位孔13和通槽26为与所述两角向定位轴体152对应的两个或与两角向定位轴体152的最大距离对应的一个，安装该结构的角向定位块15的台阶大孔14和该角向定位块15的圆柱段151还应为对应的扁方结构以制转，从而保证所述两个角向定位轴体152的轴线始终保持沿所述通孔12的轴线对称，增加了一定加工难度。实施时，进一步的，根据机床型号的不同，可选择将四轴转台45和尾座46连接于专门的夹具底板上，为便于叶片5的装卸，尾座46可沿通孔12的轴线方向滑动并能在滑动后被进一步与所述夹具底板固定；这样，使整套夹具呈一套整体结构，便于机床上夹具的切换，便于夹具的收纳管理，便于夹具的精度送检过程的实施。上述实施时还可以进一步改进的方案均应视为落入本实用新型保护范围。

下面结合夹具结构对本实用新型的使用方法作进一步简述：

1)将叶片5装入两夹头机构1的筒夹2后，将靠近四轴转台45一端的工艺夹持轴颈51的轴肩53的端面与环形凸圆17的端面靠紧，进行轴向定位。

2）预定心，转动两夹头机构1的涡杆31，使筒夹2初步收口定心但不完全夹紧叶片5的工艺夹持轴颈51，工艺夹持轴颈51被预定心且仍能周向转动。

3)从两端均匀地拧紧两角向压紧螺栓16，通过角向压紧螺栓16使角向定位块15对顶夹持住工艺夹持轴颈51的角向定位面52，完成周向定位。

4)拧紧靠近四轴转台45一端的涡杆31，涡轮3转动带动筒夹2朝向四轴转台45一端滑动，夹紧该端的工艺夹持轴颈51；再拧紧靠近尾座46一端的涡杆31，完成对叶片5的定心夹紧。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。