用于加工薄壁零件的可调式内衬装置及基于其的加工方法与流程

1.本发明属于机械加工制造领域，涉及一种用于加工薄壁零件的可调式内衬装置及基于其的加工方法。


背景技术：

2.随着制造业难加工材料大量应用，其加工性能差与结构一体化带来的结构复杂化和较高的材料去除率，给薄壁复杂结构件加工带来巨大挑战，对制造装备、工艺技术等提出了更高要求。特别是大型弱刚性曲面结构件、薄壁回转体类零件、薄壁多面体类零件，在装夹技术方面亟待改进。随着设计结构件逐步采用精密合金材料，加之设计系统内部空间狭小，其它元器件较多，整体重量要求严格，导致其主要支撑结构零件具有结构复杂、壁薄、一体化等特点。支撑结构件采用的精密合金具有材料硬度高，切削加工性能差，零件在切削加工过程中随着大量毛坯材料的去除而变化，结构刚性低而复杂，导致无法保证加工精度。传统的保证零件刚性的方法多采用整体式块体支撑结构，该类结构在加工支撑结构时易产生拆装不方便、受力不均匀、无法调节、产生摩擦痕的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种用于加工薄壁零件的可调式内衬装置及基于其的加工方法，该可调式内衬装置结构简单、拆装方便、调节灵活，可有效增强零件回转腔体内部刚性，使受力均匀，减少加工震颤，减少摩擦痕，有效保证加工零件的加工精度。
4.本发明技术解决方案为：
5.根据一方面，提供一种用于加工薄壁零件的可调式内衬装置，该可调式内衬装置包括：
6.可膨胀部，所述可膨胀部为一由多个块体组成的两端开口的空心柱体，任意两个块体之间无连接，所述空心柱体内孔的两端分别设有第一内锥面和第二内锥面；
7.上锥形块，所述上锥形块设置在所述空心柱体内孔的一端，所述上锥形块具有内孔，所述上锥形块的内孔与所述空心主体内孔共中心轴；所述上锥形块的横切面积自上而下呈减小趋势，所述上锥形块的外周面构成第一外锥面，所述第一外锥面和第一内锥面相配合；
8.下锥形块，所述下锥形块设置在所述空心柱体内孔的另一端，所述下锥形块具有内孔，所述下锥形块的内孔与所述空心主体内孔共中心轴；所述下锥形块的横切面积自上而下呈增大趋势，所述下锥形块的外周面构成第二外锥面，所述第二外锥面和第一内锥面相配合；
9.驱动部，可选择地设置在上锥形块、可膨胀部和下锥形块内，驱动部用于通过所述上锥形块和下锥形块控制所述可膨胀部的多个块体同时张开设定角度，且在该设定角度下，所述多个块体与薄壁零件贴合设置。
10.进一步地，所述可调式内衬装置还包括多个减震部，多个减震部与可膨胀部的多个块体一一对应设置，所述减震部设置在所述块体的外侧面，所述减震部用于减少加工震颤。
11.进一步地，所述减震部与可膨胀部的块体粘接连接。
12.进一步地，所述减震部包括弹性垫。
13.进一步地，所述可调式内衬装置还包括限位部，所述可膨胀部的多个块体均固定设置在所述限位部上，所述限位部用于可膨胀部的限位。
14.进一步地，所述可调式内衬装置还包括多个连接件，多个连接件与可膨胀部的多个块体一一对应设置，所述连接件用于在多个块体同时张开设定角度后将所述块体和限位部与机床的支撑底座固定连接。
15.进一步地，所述可膨胀部由多个弧形块体组成。
16.进一步地，所述弧形块体为扇形块。
17.进一步地，所述驱动部为调节螺柱。
18.根据另一方面，提供一种薄壁零件的加工方法，该方法采用上述的可调式内衬装置对薄壁零件进行加工，包括以下步骤：
19.步骤一、薄壁零件的粗加工：
20.将薄壁零件安装于与机床连接的第一支撑底座上并将薄壁零件套设在可膨胀部上；驱动部同时驱动上锥形块和下锥形块同时挤压可膨胀部的多个块体以控制多个块体同时张开第一设定角度，在所述第一设定角度下，所述第一多个块体与薄壁零件内壁相贴合，并通过多个连接件将所述所个块体固定在第一支撑底座上，进行薄壁零件的粗加工；
21.步骤二、粗加工完成后，拆除多个连接件，然后驱动部控制多个块体恢复至初始状态；
22.步骤三、薄壁零件的精加工：
23.将经粗加工的薄壁零件安装于与机床连接的第二支撑底座上并将薄壁零件套设在可膨胀部上；驱动部同时驱动上锥形块和下锥形块同时挤压可膨胀部的多个块体以控制多个块体同时张开第二设定角度，在所述第二设定角度下，所述第一多个块体与经粗加工的薄壁零件内壁相贴合，并通过多个连接件将所述所个块体固定在第二支撑底座上，进行薄壁零件的精加工；
24.步骤三、精加工完成后，拆除多个连接件，然后驱动部控制多个块体恢复至初始状态；
25.步骤四、薄壁零件的上下面加工：
26.上下面加工前，调整内衬装置方向后再进行多个块体张开幅度的调节，其中，驱动部安装于上锥形块、块体和下锥形块形成的中心孔中，驱动部挤压上锥形块顶面控制多个块体上部张开，同时，驱动部与下锥形块螺纹连接，驱动部旋入下锥形块螺纹孔过程中，下锥形块上移挤压块体下部锥面，从而控制多个块体下部张开，多个块体同时张开后与薄壁零件紧密贴合，加工完毕旋出驱动部，驱动部控制多个块体恢复至初始状态。
27.应用本发明的技术方案，通过将可膨胀部设计为由多个块体构成并同时设置特定结构的上锥形块和下锥形块与该多个块体锥面配合，这样，在驱动部的作用下，使上下锥形块的外锥面弹性挤压可膨胀部的多个块体，直至该多个块体张开至设定角度，这样即可使
得可膨胀部与套设在可膨胀部的薄壁零件内腔贴合，该多个块体同心、同步、受力均匀，保证了零件的加工精度，此外，该装置结构简单、还可有效增强零件回转腔体内部刚性，且调节灵活、拆装方便，能够有效减少摩擦痕。同时，基于本发明装置设计了相应的加工方法，通过特定的加工步骤保证了薄壁零件整个加工流程中的精度。
附图说明
28.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于加工薄壁零件的可调式内衬装置的爆炸图；
30.图2示出了根据本发明的具体实施例提供的用于加工薄壁零件的可调式内衬装置的组装图；
31.图3示出了根据本发明的具体实施例提供的用于加工薄壁零件的可调式内衬装置的剖视图；
32.图4示出了根据本发明的具体实施例提供的零件加工时可调式内衬装置的结构示意图；
33.图5示出了根据本发明的具体实施例提供的零件加工完成后可调式内衬装置结构示意图。
34.上述附图包括以下附图标记：
35.10、可膨胀部；11、块体；20、上锥形块；30、下锥形块；40、驱动部；50、限位部、60、连接件；70、减震部；80、垫圈；100、薄壁零件、200、第一支撑底座。
具体实施方式
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.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技术的示例性实施方式。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。
38.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明
书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
39.如图-5所示，在本发明的一个实施例中，提供一种用于加工薄壁零件100的可调式内衬装置，该可调式内衬装置包括可膨胀部10、上锥形块20、下锥形块30和驱动部40，其中，所述可膨胀部10为一由多个块体11组成的两端开口的空心柱体，任意两个块体11之间无连接，所述空心柱体内孔的两端分别设有第一内锥面和第二内锥面；所述上锥形块20设置在所述空心柱体内孔的一端，所述上锥形块20具有内孔，所述上锥形块20的内孔与所述空心主体内孔共中心轴；所述上锥形块20的横切面积自上而下呈减小趋势，所述上锥形块20的外周面构成第一外锥面，所述第一外锥面和第一内锥面相配合；所述下锥形块30设置在所述空心柱体内孔的另一端，所述下锥形块30具有内孔，所述下锥形块30的内孔与所述空心主体内孔共中心轴；所述下锥形块30的横切面积自上而下呈增大趋势，所述下锥形块30的外周面构成第二外锥面，所述第二外锥面和第一内锥面相配合；驱动部40可选择地设置在上锥形块20、可膨胀部10和下锥形块30内，驱动部40用于通过所述上锥形块20和下锥形块30控制所述可膨胀部10的多个块体11同时张开设定角度，且在该设定角度下，所述多个块体11与薄壁零件100贴合设置。
40.也即，可膨胀部10的多个块体11和上锥形块20和下锥形块30锥面贴合设置。
41.本实施例中任意两个块体11无连接是指多个块体11中任意一块体11和其相邻的块体11之间只是面接触，不存在连接关系，保证了拆除的方便性和多个块体11张开幅度的方便、精准调节。
42.本实施例中，驱动部40通过所述上锥形块20和下锥形块30控制所述可膨胀部10的多个块体11同时张开设定角度是指驱动部40控制上锥形块20和下锥形块30挤压所述多个块体11，进而使得多个块体11张开一定角度。
43.可见，本实施例通过将可膨胀部10设计为由多个块体11构成并同时设置特定结构的上锥形块20和下锥形块30(特定形状的第一外锥面和第二外锥面)与该多个块体11锥面配合，这样，在驱动部40的作用下，使上下锥形块30的外锥面弹性挤压可膨胀部10的多个块体11，直至该多个块体11张开至设定角度，这样即可使得可膨胀部10与套设在可膨胀部10的薄壁零件100内腔贴合，该多个块体11同心、同步、受力均匀，保证了零件的加工精度，此外，该装置结构简单、还可有效增强零件回转腔体内部刚性，且调节灵活、拆装方便，能够有效减少摩擦痕。
44.在上述实施例中，为了减少加工时的震颤，所述可调式内衬装置还包括多个减震部70，多个减震部70与可膨胀部10的多个块体11一一对应设置，所述减震部70设置在所述块体11的外侧面，所述减震部70用于减少加工震颤。
45.在上述实施例中，为了实现减震部70和可膨胀部10的块体11的连接，所述减震部70与可膨胀部10的块体11粘接连接。
46.作为本发明一种具体实施例，减震部70外形与块体11的外侧面外形随形设计，并固化粘接在所述外侧面上。
47.在上述实施例中，为了更好地保证减震效果，所述减震部70包括弹性垫。
48.在上述实施例中，为了更好地保证加工时的稳定性，所述可调式内衬装置还包括限位部50，所述可膨胀部10的多个块体11均固定设置在所述限位部50上，所述限位部50用于可膨胀部10的限位。
49.在上述实施例中，为了保证加工时的稳定性，所述可调式内衬装置还包括多个连接件60，多个连接件60与可膨胀部10的多个块体11一一对应设置，所述连接件60用于在多个块体11同时张开设定角度后将所述块体11和限位部50与机床的支撑底座200固定连接。
50.也即，通过连接件60将块体11与限位部50、机床附件连接，实现了块体11的固定和更好地限位，保证了加工时的稳定性，并且，设计该连接件60在块体11张开一定角度后再将其与限位部50和机床附件连接，在保证稳定加工的基础上，还保证了多个块体11张开角度的更好地调节。
51.作为本发明一种具体实施例，多个连接件60包括多个长螺钉。
52.作为本发明一种具体实施例，可调式内衬装置还包括垫圈80，垫圈80设置在驱动部40和可膨胀部10之间。
53.在上述实施例中，为了实现可膨胀部10对零件更好地刚度支撑，所述可膨胀部10由多个弧形块体11组成。
54.作为本发明一种具体实施例，所述弧形块体11为扇形块。
55.作为本发明一种具体实施例，所述扇形块至少为3个。
56.在上述实施例中，为了实现驱动部40更好地进行多个块体11张开角度的调节，所述驱动部40为调节螺柱。
57.也即，加工时，通过调节螺柱上下移动，使上述两锥面配合面弹性挤压使多个块体11张开与零件内腔贴合，而且同心、同步、受力均匀。
58.如图4-5所示，在本发明另一实施例中，提供一种薄壁零件的加工方法，该方法采用上述的可调式内衬装置对薄壁零件进行加工，包括以下步骤：
59.步骤一、薄壁零件100的粗加工：
60.将薄壁零件100安装于与机床连接的第一支撑底座200上并将薄壁零件100套设在可膨胀部10上；驱动部40同时驱动上锥形块20和下锥形块30同时挤压可膨胀部10的多个块体11以控制多个块体11同时张开第一设定角度，在所述第一设定角度下，所述第一多个块体11与薄壁零件100内壁相贴合，并通过多个连接件60将所述所个块体11固定在第一支撑底座200上，进行薄壁零件100的粗加工；
61.步骤二、粗加工完成后，拆除多个连接件60，然后驱动部40控制多个块体11恢复至初始状态；
62.步骤三、薄壁零件100的精加工：
63.将经粗加工的薄壁零件100安装于与机床连接的第二支撑底座上并将薄壁零件100套设在可膨胀部10上；驱动部40同时驱动上锥形块20和下锥形块30同时挤压可膨胀部10的多个块体11以控制多个块体11同时张开第而设定角度，在所述第二设定角度下，所述第一多个块体11与经粗加工的薄壁零件100内壁相贴合，并通过多个连接件60将所述所个块体11固定在第二支撑底座上，进行薄壁零件100的精加工；
64.步骤三、精加工完成后，拆除多个连接件60，然后驱动部40控制多个块体11恢复至初始状态；
65.步骤四、薄壁零件100的上下面加工：
66.上下面加工前，调整内衬装置方向后再进行多个块体11张开幅度的调节。驱动部40安装于上锥形块20、块体11和下锥形块30形成的中心孔中，驱动部40挤压上锥形块20顶面控制多个块体11上部张开，同时，驱动部40与下锥形块30螺纹连接，驱动部40旋入下锥形块30螺纹孔过程中，下锥形块30上移挤压块体11下部锥面，从而控制多个块体11下部张开，多个块体11同时张开后与薄壁零件紧密贴合，加工完毕旋出驱动部40，驱动部40控制多个块体11恢复至初始状态。
67.也即，首先进行粗加工，加工前，薄壁零件100安装于与机床连接的支撑底座上，依次将限位块、下锥形块30、多个块体11(可事先在减震部70的内圆弧面涂抹胶液并与块体11粘接、静置)按图3装入薄壁零件100内腔，块体11过孔、限位块过孔与底座螺纹孔依次组装对齐，下锥形块30与块体11锥面贴合，上锥形块20和垫片装入调节螺柱后,一并放入块体11形成的中心孔内与下锥形块30螺纹连接，上锥形块20通过调节螺柱与块体11锥面产生挤压，下锥形块30通过调节螺柱与块体11锥面产生挤压，从而控制多个块体11上下两端同时张开，调节螺柱使多个块体11张开到合适尺寸，检测组件在零件腔体内的贴合度，依次旋入长螺钉与支撑底座锁紧，见图3，最后组装其它辅助工装进行零件加工，如图4。零件粗加工完成后，旋出锁紧长螺钉，中心调节螺柱从下锥形块30旋出(此时多个块体11恢复至未张开状态)，接着只需更换与机床连接的底座等其它辅助工装，重复上述过程进行精加工，并且在进行上下面精加工前，调整内衬装置方向后再进行多个块体11张开幅度的调节。驱动部40安装于上锥形块20、块体11和下锥形块30形成的中心孔中，驱动部40挤压上锥形块20顶面控制多个块体11上部张开，同时，驱动部40与下锥形块30螺纹连接，驱动部40旋入下锥形块30螺纹孔过程中，下锥形块30上移挤压块体11下部锥面，从而控制多个块体11下部张开，多个块体11同时张开后与薄壁零件紧密贴合，加工完毕旋出驱动部40，驱动部40控制多个块体11恢复至初始状态。
68.可见，利用上述可调式内衬装置可依次进行精密合金零件的粗加工、精加工及上下面加工。粗加工和精加工前，更换与机床连接的底座等其它辅助工装即可，并调节扇形块体张开幅度，保证零件足够的刚性支撑和加工时受力的均匀性；上下面加工前，调整内衬装置方向后再进行扇形块体张开幅度的调节。总之，上述可调式内衬装置加工薄壁回转体精密合金时，可保证受力的均匀性，有效减少加工工装数量和成本。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
70.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
71.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
72.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。