專利名稱：用于兩個垂直相交軸的數控加工夾具的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械加工行業，具體是一種用于兩個垂直相交軸的數控加工夾具。
背景技術：
隨著我國航空、航天事業的不斷發展，一些形狀復雜的異型零件越來越多，例如結構為兩個垂直相交軸的零件。對于該類零件的加工，人們早已認識到了多軸數控技術的優越性和重要性，例如數控五軸車銑加工中心。因此國外早已在航空、航天領域大批采用此類設備代替傳統加工設備，而國內在這方面則比較落后，主要存在以下問題①多軸數控編程抽象、操作困難。②裝夾、定位方式不易確定專用夾具設計困難等問題。對于兩個垂直相交軸選擇合理的裝夾、定位方式并設計合理的夾具，是在數控車銑加工中心上實現一次裝夾加工首先要解決的問題。因為合理的裝夾方式可以避免裝夾外力帶來的零件變形；而設計合理的夾具，則可以減少裝夾、找正次數，充分發揮五軸車銑加工中心的加工特點，特別是對于大批量生產的零件，優勢更加明顯。現有技術中加工所述兩個垂直相交軸時，一般采用翻轉工裝作為夾具。通過翻轉工裝將鏜、銑加工面轉換成車削加工。這種加工工裝存在工裝設計復雜、制造周期長、經費高、使用范圍小等不足，且無法發揮數控加工中心的加工特點和加工優勢，增加了產品的制造成本。

發明內容
為克服現有技術中存在的結構復雜、制造周期長、成本高、使用范圍小的不足，本發明提出了 一種用于兩個垂直相交軸的數控加工夾具。本發明包括壓緊塊、調節螺釘、止動螺母、固定支座、壓緊螺釘和墊片。工件位于該固定支座內。所述固定支座內孔中段處的孔徑比工件被夾持部位的外徑與壓緊塊的厚度之和大30_。在所述固定支座一側的外圓表面有第二軸安裝孔,該第二軸安裝孔的中心線與固定支座的中心線相互垂直。壓緊螺釘安裝在所述固定支座開口端端面上；固定支座底部安裝有調節螺釘，通過該調節螺釘使壓緊塊與工件第一軸外圓表面緊密配合。固定支座的內孔上端的臺階面為工件的定位止口。所述壓緊塊的內圓弧面的半徑與所夾持的工件第一軸的半徑相同；所述壓緊塊在夾持工件后，該壓緊塊的外表面與固定支座內表面之間有10 20mm的距離。兩個垂直相交軸在數控加工中心上之所以難裝夾，主要是因為第一，兩個垂直相交軸存在兩個垂直相交的加工基準，選擇哪一個作為加工的定位基準，既可以保證兩個垂直相交軸加工的尺寸精度和形位公差要求，又可以避免重復定位帶來的裝夾誤差是很困難的；第二，數控加工中心主軸一般為液壓卡爪，直接裝夾兩個垂直相交軸會造成裝夾變形。選擇何種裝夾方式，既能實現一次裝夾精加工該兩處垂直軸，又可以克服裝夾帶來的外應力變形也是很困難的。因此兩個垂直相交軸，在數控加工中心上裝夾夾具設計的關鍵是第一，兩個垂直相交軸應制定合理加工順序和加工工藝；第二，夾具要選擇合理的裝夾定位基準，避免過定位或定位不準確；第三，夾具要設計合理的夾持方式，選擇合理夾持部位，具有良好的裝夾性能，可以提供足夠的裝夾力。既不能讓工件和夾具之間發生相對位移，又不會使工件由于夾持力過大而引起裝夾變形，從而影響工件的最終加工質量，同時實現兩個垂直相交軸能夠一次裝夾精加工。本發明中，固定支座為一端有端蓋的筒狀結構。內徑應大于工件外徑和壓緊塊高度的總和。外徑應保證有足夠的空間用于軸向、徑向連接螺栓的連接。上端端面有一定位止口，且均布有軸向螺紋盲孔。一側外圓面上有大直徑圓孔，且上端開放。對稱另一側的外圓面上有蜂巢狀配重減輕孔。底部有一徑向凸出的端蓋，厚度足夠保證液壓卡爪裝夾強度，靠近端蓋的外圓面上均布有徑向螺紋通孔。壓緊螺釘連接螺栓為標準件，用于將工件定位面壓夾于固定支座上端面，即裝夾工件使用，使工件在加工中只受軸向裝夾外力，而不受徑向裝夾外力。壓緊塊壓緊塊為扇形結構件，工作過程中與工件外表面接觸。所以壓緊塊上與工件接觸面為圓弧面，圓弧面直徑同工件外徑一致；壓緊塊上方有調節螺釘旋入時的螺紋盲孔及旋入后的光孔，以供調節螺釘旋入、壓緊。壓緊塊為工件加工中的輔助支撐，不做裝夾使用。調節螺釘調節螺釘旋進固定支座外圓面徑向螺孔后，前端旋進壓緊塊上的螺紋孔，將固定支座通過壓緊塊和工件連接成整體。止動螺母調節螺釘旋入固定支座后，止動螺母靠近固定支座外圓面上并旋于調節螺釘；旋入調節螺釘的過程會推動壓緊塊靠近工件，當壓緊塊和工件外表面通過圓弧面接觸后，擰緊止動螺母，可防止在加工過程中調節螺釘松動從而導致壓緊塊和工件脫離。本發明根據兩個垂直相交軸的特性，通過固定支座上的連接螺栓來固定、壓緊工件，使機床卡爪夾緊力不直接作用于工件上，工件外圓面不受徑向裝夾外力，能有效減小工件由于裝夾引起的變形，同時通過主軸裝夾夾具消除了傳統加工方案中因主軸直接裝夾工件，通過工件傳遞扭矩而引起的變形。為防止加工垂直相交軸的第二基準在加工中振動，影響加工精度，工件另一端予以輔助支撐，減小了切削振動對工件加工精度的影響，從而提高了產品的加工質量。經試驗驗證，本發明使某型號產品的優質品率從80%左右提高到100%，實現了產品“零缺陷”交付。同時加工效率由原來的120h/件提高到了 50h/件。本發明不用反復車削，所以不再是消耗品，節約了成本，在批量生產中效果更為明顯。


圖1是夾具結構示意圖；圖2是夾具結構示意圖的剖視圖；圖3是夾具結構示意圖的P向示意圖；圖4是固定支座的示意圖；圖5是固定支座的E向示意圖；圖6是固定支座的D向示意圖；圖7是固定支座的C向示意圖8是壓緊螺釘的示意圖；圖9是壓緊塊的示意圖；圖10是壓緊塊示意圖的側視圖；圖11是夾具工作原理圖。其中1.壓緊塊 2.調節螺釘 3.止動螺母 4.固定支座 5.壓緊螺釘6.墊片7.工件8.三爪卡盤具體實施例實施例一本實施例是一種用于兩個垂直相交軸的加工夾具。所述的垂直相交軸包括軸線垂直的第一軸和軸線水平的第二軸，所述的第一軸和第二軸相互垂直并相交。所述的夾具包括壓緊塊1、調節螺釘2、止動螺母3、固定支座4、壓緊螺釘5和墊片6。固定支座4為45 #鋼制成的一端有端蓋的筒狀。工件7位于該固定支座4內。固定支座4的內孔為階梯孔,位于固定支座4的內孔上端的臺階面為工件的定位止口，該定位止口處的內徑直徑與工件定位面直徑一致。所述固定支座4內孔中段處的孔徑比工件被夾持部位的外徑與壓緊塊I的厚度之和大30_。在所述固定支座4 一側的外圓表面開有貫通的第二軸安裝孔，該第二軸安裝孔的中心線與固定支座4的中心線相互垂直；所述第二軸安裝孔一側的圓周與固定支座4的上端面貫通，使所述固定支座4的上端面成為斷開的圓形；所述第二軸安裝孔的圓周與固定支座4的上端面貫通處的寬度小于該第二軸安裝孔的直徑。工件的第二軸從所述的第二軸安裝孔中穿出，以便于數控加工。所述第二軸安裝孔的孔徑比第二軸的外徑大30mm。在與第二軸安裝孔對稱的另一側外圓面上有蜂巢狀配重減輕孔。在所述固定支座4底部有一徑向凸出的端蓋，該端蓋的厚度須保證液壓卡爪的裝夾強度。在靠近底部端蓋一端外圓面上水平均布有3個螺紋通孔，該螺紋通孔的中心線過固定支座4的中心線。調節螺釘2旋入該螺孔，并使該調節螺釘2的端頭旋入壓緊塊I側表面上的螺孔中，通過調節螺釘使三處壓緊塊I壓緊在工件第一軸外圓表面上，并輔助支撐工件。在所述固定支座4開口端的斷開的圓形端面上均布有11個螺紋盲孔，該螺紋盲孔的中心線與固定支座4的中心線平行。該螺紋盲孔的中線距與固定支座4開口端定位止口的孔徑距離為6 10mm，壓緊螺釘5和墊片6旋入該螺紋盲孔，用于壓緊工件。壓緊塊I有3件，用LY12制成，均為扇面形塊狀。所述壓緊塊I的內圓弧面的直徑與所夾持的工件的外徑相同，即與工件第一軸的直徑相同；所述壓緊塊在夾持工件后，該壓緊塊的外表面與固定支座內表面之間有10 20mm的距離。在壓緊塊I外圓弧面中心部位處，有用于與調節螺釘相連接的螺紋盲孔。本實施例中，壓緊塊I的高度為35mm，寬度為40mmo調節螺釘2為45鋼制成，為六方頭結構，螺釘長度根據工件直徑、固定支座厚度以及壓緊塊寬度決定。止動螺母3主要用于防松。先將調節螺釘2旋入止動螺母3，再將調節螺釘2旋入固定支座4、壓緊塊1，旋緊調節螺釘2以推動壓緊塊I壓緊工件，當壓緊塊I均勻接觸工件表面后，再旋緊止動螺母3，以防止工件在加工過程中，由于切削震動而引起壓緊塊I松動。本實施例中，所使用的止動螺母3、壓緊螺釘5和墊片6均為標準件。為驗證本發明的效果，以加工材料30CrMnSiA，工件第一軸與第二軸垂直相交，第一軸中心線與第二軸中心線對稱度要求O. 1，第一軸加工內徑0240、0130,壁厚2. 5IM，第二軸加工內徑070,壁厚3 mm為例進行驗證。使用時，在加工中心上采用一般裝夾方式車削第一軸用于夾具裝夾用的定位、壓夾端面、外圓，同時在定位端面上鉆銑出用于夾具壓緊用的均布通孔。將專用夾具端蓋外圓裝夾于加工中心主軸上，用百分表找正夾具端面、外圓面跳動量在O. 01IM以內，加緊夾具。將調節螺釘2旋入止動螺母3，再將調節螺釘2旋入固定支座4、壓緊塊I。旋松調節螺釘2，使3處壓緊塊I形成的夾持圓直徑大于工件被夾持部位的外圓。將工件放入固定支座4內腔,工件第一軸定位面放入固定支座4定位止口內，用于保證工件第一軸軸線與主軸同軸，同時工件第二軸從所述固定支座4外圓側面貫通圓孔伸出，采用壓緊螺釘5、墊片6壓緊工件第一軸定位面，用百分表找正工件上端面跳動量，以確定工件定位面貼緊于固定支座4開口端端面。旋緊調節螺釘2以推動壓緊塊I接觸工件外表面，此時，只要3處壓緊塊I均勻接觸工件外表面即可，壓緊塊I對工件只做輔助支撐，不得旋緊使工件第一軸徑向受力，最后旋緊止動螺母3，防止加工時壓緊塊I松動。采用車削加工加工第一軸內孔各尺寸，采用鏜銑加工加工第二軸內孔各尺寸。使用本夾具裝夾加工兩個垂直相交軸的工件時，車、銑、鏜、鉗工序可一次裝夾全部完成，不用象傳統工藝中每種工序加工時，都要采用不同的設備，每加工一道工序都要裝夾、找正，人為因素及多次裝夾、找正誤差對工件的加工質量影響很大。在加工時可以實現粗、精加工一次裝夾完成，粗加工時先將工件各加工部位分別留余量加工，直徑留約O. 5
O.8mm的余量；再精加工各加工部位至圖紙要求尺寸。精加工時要多次進刀,進刀量一般控制在O. 05 O.1mm為宜。精加工時遵循先粗后精，同時遵循先加工第二軸再加工第一軸的原則。本發明可在數控加工中心上完全實現兩個垂直相交軸的工件一次裝夾，多工種一次完成的精加工，有效減小工件由于裝夾引起的變形；防止精加工時的震顫引起的工件變形與表面粗糙度低；同時克服了工件周轉時間多、風險大，加工周期長，加工效率低等問題。從而提高了工件的加工質量、縮短了加工周期；本發明中夾具不用反復車削，所以不再是消耗品，節約了成本，在批量生產中效果更為明顯。
權利要求
1.一種用于兩個垂直相交軸的數控加工夾具，其特征在于，所述的夾具包括壓緊塊、調節螺釘、止動螺母、固定支座、壓緊螺釘和墊片；工件位于該固定支座內；所述固定支座內孔中段處的孔徑比工件被夾持部位的外徑與壓緊塊的厚度之和大30mm ;在所述固定支座一側的外圓表面有第二軸安裝孔，該第二軸安裝孔的中心線與固定支座的中心線相互垂直；壓緊螺釘安裝在所述固定支座開口端端面上；固定支座底部安裝有調節螺釘，通過該調節螺釘使壓緊塊與工件第一軸外圓表面緊密配合。
2.如權利要求1所述用于兩個垂直相交軸的數控加工夾具，其特征在于，所述壓緊塊的內圓弧面的半徑與所夾持的工件第一軸的半徑相同；所述壓緊塊在夾持工件后，該壓緊塊的外表面與固定支座內表面之間有10 20mm的距離。
3.如權利要求1所述用于兩個垂直相交軸的數控加工夾具，其特征在于，固定支座的內孔上端的臺階面為工件的定位止口。
全文摘要
一種用于兩個垂直相交軸的數控加工夾具，工件位于該固定支座內，在固定支座一側的外圓表面有第二軸安裝孔，該第二軸安裝孔的中心線與固定支座的中心線相互垂直。壓緊螺釘安裝在所述固定支座開口端端面上；固定支座底部安裝有調節螺釘，通過該調節螺釘使壓緊塊與工件第一軸外圓表面緊密配合。固定支座的內孔上端的臺階面為工件的定位止口。本發明使機床卡爪夾緊力不直接作用于工件上，有效減小工件由于裝夾引起的變形，同時通過主軸裝夾夾具消除了通過工件傳遞扭矩而引起的變形。在工件另一端予以輔助支撐，減小了切削振動對工件加工精度的影響，從而提高了產品的加工質量。
文檔編號B23Q3/12GK103028987SQ20121052000
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者李艷輝, 呂耀忠, 張廣成, 焦永靈, 陽海寶, 王宏剛, 王江, 周雪梅, 薛金花, 胡媛媛 申請人:西安航天動力機械廠