CN102371491A - 汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽轮机叶片空间二面角斜角上开口槽加工专用夹具，其特征在于：该夹具包括一个可调节径向倾斜度的斜面底板组件；斜面底板组件的径向的两端相对设置有尾架顶尖组件和端面定位组件；在尾架顶尖组件和端面定位组件之间的斜面底板组件上设置有可调节轴向倾斜度和高度的斜面垫块组件；斜面底板组件上还设置有侧面定位组件，侧面定位组件可轴向进给其所包括的侧面定位元件；斜面底板组件上还设置有夹紧组件，夹紧组件的末端设有可向下进给的压头。本发明装置定位稳固、准确，能快速、高效加工出满足设计要求尺寸精度和位置精度的开口槽，且表面光洁度十分优越。

Description

汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具

所属技术领域

本发明属于机床工装技术领域，尤其涉及一种在四坐标数控铣床上加工复杂空间斜面上开口槽加工的专用夹具。

背景技术

如图7所示，汽轮机叶片8的整体结构异常复杂，它由带不规则的棱形叶冠1’和不规则的棱形叶根2’加上扭曲的弧面叶身3’三个部分构成，叶根2’上存在对称的弧形榫齿，扭曲的弧面叶身3’又分盆弧面31’与背弧面32’。

如图1-2，位于汽轮机轮机叶片8的根部盆径向面中心位置上的开口槽100的底面101与叶片的中心径向面A存在一夹角α，如图1-1，而开口槽100的底面101与叶片盆径向面构成一夹角β，开口槽底面101就处在这样一个复杂的空间二面角状态下，给准确完成加工带来了很大的困难。叶片8在加工开口槽100之前已完成叶根榫齿精加工和叶冠端面中心顶尖孔101’(见图7)加工。用铣刀铣削开口槽100时，为了保证开口槽底面101加工质量，要求加工时立铣刀与加工开口槽底面101垂直，在加工底面为斜面的开口槽时，要求旋转工件或铣刀以保证开口槽底面101与铣刀轴线垂直。当开口槽底面101是由基准面沿两个不同方向上旋转得到的空间二面角斜面时，就要求数控机床能够实现两个方向的旋转。要准确完成空间二面角斜面上开口槽的加工，采用四坐标数控铣床设备直接加工，因Z轴铣刀不能偏转，无法实现其加工要求，目前通常的方法直接采用五坐标机床加工，即将叶根装夹在机床A轴转盘夹头上，通过控制A轴转盘夹头和装在Z轴上的立式铣刀的偏摆角度，实现空间二面角开口槽的加工。采用五坐标机床，设备投资大，运行费用高，使此类叶片的制造成本居高不下。

发明内容

本发明提供一种汽轮机叶片空间二面角斜角上开口槽加工专用夹具，其目的是为了合理利用已有的四坐标数控铣床，高效、快速、准确加工等等特征，设计了用于加工上述汽轮机叶片上处于复杂空间二面角斜面上开口槽的专用夹具。

本发明的技术方案是：

一种汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具，其特征在于：该夹具包括一个可调节径向倾斜度的斜面底板组件；斜面底板组件的径向的两端相对设置有尾架顶尖组件和端面定位组件；在尾架顶尖组件和端面定位组件之间的斜面底板组件上设置有可调节轴向倾斜度和高度的斜面垫块组件；斜面底板组件上还设置有侧面定位组件，侧面定位组件可轴向进给其所包括的侧面定位元件；斜面底板组件上还设置有夹紧组件，夹紧组件的末端设有可向下进给的压头。

上述斜面底板组件包括基座和基座上铰接的斜板，斜板架设在一个偏心轮上，偏心轮枢设在基座上。

上述斜面垫块组件包括上基座和上基座上铰接的斜块，斜块架设在一个偏心轮上，偏心轮枢设在上基座上；上基座下端固设有具有下斜面的滑块，滑块嵌设于下基座上所设的竖直导轨中，下基座上设有螺杆，螺杆上穿设有具有上斜面的滑块，该滑块的上斜面与上基座下端固设有的滑块的下斜面配合。

上述侧面定位组件包括固设在斜面底板组件上的支撑板，支撑板上轴向设置有丝杆，丝杆上螺设有滑块，滑块末端设有侧面定位元件。

上述夹紧组件中的压头为万向压头。

该夹具利用斜面底板和斜面垫块在四坐标数控铣床上建立斜面加工所需的复杂空间二面角，并提供符合汽轮机叶片的要求的快速定位、夹紧装置，实现叶片的快速装夹，以满足在四坐标数控铣床上加工复杂空间斜面上特征的要求，实现了汽轮机轮机叶片的根部盆径向面中心位置上的开口槽加工，解决了四坐标铣床不能直接加工此类特征加工的难题。所以本发明主要考虑两个方面的问题：其一是复杂空间二面角的建立；其二是工件在夹具中的定位、夹紧。

具体表现为：叶片在加工中采用叶片根部两侧平面、叶根榫端面定位，利用夹紧螺钉和顶尖分别从叶片根部和叶冠端面顶尖孔处应用“一夹一顶”的方式夹紧。叶片装夹完成后需保证机床工作台水平面与叶片盆径向面构成一夹角β，机床工作台水平面与叶片的中心径向面A构成一夹角α，保证开口槽底面101与数控机床工作台平行。由立体几何可知，任何一个空间斜面都是将一个平面沿一个或多个方向旋转一定角度后得到的。如果利用一个基本零件建立一个方向的旋转角，那么当空间斜面在多个方向存在夹角时，可将多个基本零件组合起来建立所加工所需得复杂空间二面角，以满足零件加工要求。汽轮机叶片开口槽处于一个两个方向存在旋转夹角的空间二面角状态之下，因此，采用两个基本零件建立开口槽所处空间二面角状态，即由斜面底板6建立开口槽底面101与叶片盆径向面B构成的夹角β，由斜面垫块7建立开口槽底面101与叶片的中心径向面A构成的夹角α，加工时，利用两个基本零件建立复合空间二面角，保证待加工的开口槽底面101与数控机床工作台平行。

本发明的有益效果是，通过该夹具装置可在四坐标数控铣床上完成五坐标设备上才能够完成的复杂空间状态下的空间二面角斜面加工，扩展了四坐标数控铣床的加工范围。采用斜面底板和斜面垫块建立复合空间二面角，符合汽轮机叶片的定位安装要求，结构简单、操作方面，加工精度高，与通过五坐标机床加工同类产品相比，加工费用大大降低。本发明装置定位稳固、准确，能快速、高效加工出满足设计要求尺寸精度和位置精度的开口槽，且表面光洁度十分优越。

附图说明

图1-1是汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具示意图；

图1-2是图1-1的E-E剖视图；

图2是端面定位组件示意图；

图3-1是侧面定位组件示意图；

图3-2是图3-2的C向视图；

图4是夹紧组件示意图；

图5是斜面底板组件示意图；

图6-1是斜面垫块组件示意图；

图6-2是图6-1的D向视图；

图7是叶片立体示意图。

图中：1、尾架顶尖组件；2、端面定位组件；3、侧面定位组件；4、夹紧组件；5、辅助压紧元件；6、斜面底板组件；7、斜面垫块组件；8、叶片；9、定位元件；10、支撑板；11、侧面定位元件；12、滑块；13、丝杆；14、涡轮；15、蜗杆；16、刻度手柄；17、左侧面定位组件；18、左支撑；19、夹紧螺钉；20、万向压头；21、右支撑；22、基座；23、销轴；24、角度指针；25、斜板；26、锁紧旋钮；27、偏心轮；28、角度调节手柄；29、上基座；30、斜块；31、锁紧手柄；32、角度调节手柄；33、偏心轮；34、角度指针；35、销轴；36、导轨；37、滑块；38、丝杆；39、蜗轮；40、蜗杆；41、高度调节手柄；42、滑块；43、下基座；A、叶片的中心径向面；B、叶片盆径向面；α、机床工作台水平面与叶片的中心径向面A构成的夹角；β、机床工作台水平面与叶片盆径向面构成的夹角；H、定位斜面高度；L、定位面距离叶片中心的距离。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。

被加工零件为汽轮机轮机中压3级动叶片，该夹具主要用于加工叶片8上的开口槽100，该开口槽100的底面101处在一个复杂空间二面角的斜面之上，α＝10°，β＝2.37°。见图1-1、图1-2、图7中的叶片8。本发明中轴向、径向就是叶片8的轴向、径向。

如图1-1、图1-2所示，本发明装置包括尾架顶尖组件1、端面定位组件2、侧面定位组件3、夹紧组件4、辅助压紧元件5、斜面底板组件6和斜面垫块组件7。尾架顶尖组件1、端面定位组件2、夹紧组件4和斜面垫块组件7安装固定于斜面底板组件6上，辅助压紧元件5通过可调螺纹连接在夹紧组件4上。侧面定位元组件3安装在斜面底板组件6上。夹紧组件4通过螺栓组安装固定于斜面底板组件6两侧；端面定位组件2安装固定于斜面底板组件6上和夹紧组件4的右侧，并根据叶片安装要求调整加紧组件4和端面定位组件2和距离；斜面垫块组件7安装固定于斜面底板组件6上和夹紧组件4的左侧，并根据叶片安装要求调整斜面底板组件6和端面定位组件2和距离；尾架顶尖组件1安装固定于斜面底板组件6上的左侧。

如图2所示，所述的端面定位组件2，用于叶根榫端面定位具有定位元件9和支撑板10，支撑板10起到支撑作用，定位元件9接触叶根榫端面。

如图3-1、图3-2所示，所述的侧面定位组件3，用于实现叶片根部侧面定位，并能够调节定位面距离叶片中心的距离L，精度L±0.01，它主要由左侧面定位支撑17、侧面定位元件11、滑块12、丝杆13、蜗杆15、涡轮14及刻度手柄16组成。通过侧面定位组件3上的连接孔，将侧面定位组件3安装在斜面底板组件6上。侧面定位组件3中侧面定位元件11到顶尖中轴线距离(距离叶片中心距离)L可以通过刻度手柄16调节。通过刻度手柄16、蜗杆15、涡轮14，丝杆13、滑块12的传动链最后驱动侧面定位元件11。

如图4所示，所述的夹紧组件4，用于实现叶片8根部夹紧，并为辅助压紧元件和侧面支撑提供安装基础。它主要由左支撑18、夹紧螺钉19、右支撑21、万向压头20等部分组成，万向压头20结构可保证斜面底板组件6的倾角变化时，万向压头工作面始终与斜面保持一致，实现随动调节。

所述的辅助压紧元件5，用于压紧工件，防止定位破坏，但本身不起限定工件自由度的作用。

如图5所示，所述的斜面底板组件6，用于建立开口槽底面101与叶片盆径向面B构成的夹角β，主要由基座22、销轴23、角度指针24、斜板25、锁紧旋钮26、偏心轮27、角度调节手柄28组成。基座22上开有U形槽，用于与数控铣床工作台连接；斜板25通过销轴23铰接在基座22上，斜板25架设在偏心轮27上，偏心轮27与角度调节手柄28同轴，由旋转角度调节手柄28可在一定角度范围内调节斜板25倾角(通过偏心轮27调节)，角度大小由角度指针24指示；在基座22和斜板25上提供T形槽，用于斜面垫块组件7安装。斜面底板组件6中斜板25的倾角β可通过角度调节手柄28调节，改变斜面倾角β(0°～10°)大小。

如图6-1、图6-2所示，所述的斜面垫块组件7，用于建立开口槽底面101与叶片的中心径向面A构成的夹角α，并可对角度进行微调，斜面垫块组件7包括上基座29和上基座29上铰接的斜块30，斜块30架设在一个偏心轮33上，偏心轮33枢设在上基座29上；上基座29下端固设有具有下斜面的滑块42，滑块42嵌设于下基座43上所设的竖直导轨36中，下基座43上设有丝杆38，丝杆38上穿设有具有上斜面的滑块37，该滑块37的上斜面与上基座29下端固设有的滑块42的下斜面配合，能够通过蜗杆40、蜗轮39、丝杆38实现斜块30上定位斜面高度调节。斜面垫块组件7中斜块30的倾角可通过角度调节手柄32调节。最终改变开口槽底面101与叶片的中心径向面A构成的夹角α(0°～20°)大小。旋转高度调节手柄41，通过蜗杆40、蜗轮39、丝杆38，带动滑块37左右移动，从而推动基座29上移，实现定位斜面高度H调节，调节精度可达±0.01mm。

加工时，先以夹具装置斜面底板组件6的底面定位，用“T”形螺栓将夹具安装在数控铣床工作台上；然后采用侧面定位组件3、辅助压紧元件5及端面定位支撑2以叶片8的中心径向面和叶根榫端面定位，并利用夹紧螺钉4和顶尖1将叶片夹紧，从而将叶片装夹在夹具上。叶片在夹具中装夹完成后，叶片根部盆径向面中心位置上的开口槽底面所处的复合空间二面角斜面与机床工作台平行。

该发明利用斜面底板和斜面垫块在四坐标数控铣床上建立开口槽所在复杂空间二面角，采用叶片根部两侧平面、叶根榫端面定位，利用夹紧螺钉和顶尖分别从叶片根部和叶冠端面顶尖孔处应用“一夹一顶”的方式夹紧，定位稳固、准确，夹紧可靠，能够快速、高效加工出满足设计要求尺寸精度和位置精度的开口槽，且表面光洁度十分优越。由于斜面底板和斜面垫块角度可变，侧面定位基准与叶片中心距离及斜面垫块的定位斜面高度可调，因此该专用夹具也可用于在同类叶片的同类斜面上加工开口槽。

Claims (5)

1.一种汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具，其特征在于：该夹具包括一个可调节径向倾斜度的斜面底板组件；斜面底板组件的径向的两端相对设置有尾架顶尖组件和端面定位组件；在尾架顶尖组件和端面定位组件之间的斜面底板组件上设置有可调节轴向倾斜度和高度的斜面垫块组件；斜面底板组件上还设置有侧面定位组件，侧面定位组件可轴向进给其所包括的侧面定位元件；斜面底板组件上还设置有夹紧组件，夹紧组件的末端设有可向下进给的压头。

2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具，其特征在于：斜面底板组件包括基座和基座上铰接的斜板，斜板架设在一个偏心轮上，偏心轮枢设在基座上。

3.根据权利要求1所述的汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具，其特征在于：斜面垫块组件包括上基座和上基座上铰接的斜块，斜块架设在一个偏心轮上，偏心轮枢设在上基座上；上基座下端固设有具有下斜面的滑块，滑块嵌设于下基座上所设的竖直导轨中，下基座上设有螺杆，螺杆上穿设有具有上斜面的滑块，该滑块的上斜面与上基座下端固设有的滑块的下斜面配合。

4.根据权利要求1所述的汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具，其特征在于：侧面定位组件包括固设在斜面底板组件上的支撑板，支撑板上轴向设置有丝杆，丝杆上螺设有滑块，滑块末端设有侧面定位元件。

5.根据权利要求1所述的汽轮机叶片空间二面角斜面上开口槽加工专用夹具，其特征在于：夹紧组件中的压头为万向压头。

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