CN110303359A - 薄壁筒形工件加工工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁筒形工件加工工装。薄壁筒形工件加工工装，包括工装底座，工装底座上还设置有外支撑装置，外支撑装置包括支撑座和工件外壁支撑件；支撑座上螺纹连接有调节螺钉，或者，所述工件外壁支撑件沿底座径向活动设置在支撑座上，所述支撑座与工件外壁支撑件之间设有顶压螺钉。通过设置调节螺钉对工件外壁支撑件进行支撑和顶压，或者，通过导向结构支撑工件外壁支撑件并通过顶压螺钉顶压工件外壁支撑件，相对于采用液压缸支撑筒形工件的方案，结构简单，成本低。

Description

薄壁筒形工件加工工装

技术领域

本发明涉及一种薄壁筒形工件加工工装。

背景技术

在薄壁筒形的钛、铝合金工件的加工过程中，不可避免的会遇到震颤问题，震颤会导致工件变形及壁厚公差难以保证。现有技术中通常制作专用工装，采用压、顶的方式避免工件加工过程中发生震颤。因待加工工件的直径、规格不同，需要针对不同的工件制造不同的专用工装，成本高，效率低。

申请公布号为CN103949903A、申请公布日为2014年07月30日的中国发明专利申请公开了一种薄壁环形件随形定位方法，上述定位方法环绕薄壁环形件设置多个液压油缸，通过液压油缸对薄壁环形件的作用力夹紧薄壁环形件，因液压油缸的输出杆具有一定的行程，所以上述定位方法能够适用于多种直径、规格的薄壁环形件。

但是上述定位方法需要使用大量的液压缸，并且需要设置步进电机进行传动，结构复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄壁筒形工件加工工装，用以解决现有技术中的定位工装结构复杂，成本高的问题。

为实现上述目的，本发明的薄壁筒形工件加工工装的技术方案是：薄壁筒形工件加工工装，包括工装底座，工装底座用于固定到加工设备的工作台上，其上设有用于支撑筒形工件轴向一端的端面的工件支撑面；所述工装底座具有与其上筒形工件的轴向和径向分别对应的底座轴向和底座径向，所述工件支撑面上设有供工件沿底座径向定位的定位结构；

工装底座上还设置有外支撑装置，所述外支撑装置包括支撑座和工件外壁支撑件；

支撑座，固定在工装底座上，用于围设到工件的径向外侧；

工件外壁支撑件，设有三处以上，各工件外壁支撑件围绕工装底座的轴线均匀布置，用于沿底座径向对工件外壁进行支撑；

支撑座上螺纹连接有调节螺钉，与同一工件外壁支撑件对应的调节螺钉设有至少两只，所述调节螺钉轴线平行于工件外壁支撑件的调节方向，所述工件外壁支撑件背面设有供调节螺钉的前端插入的螺钉插孔，螺钉插孔用于使工件外壁支撑件支撑在调节螺钉上；或者，所述工件外壁支撑件沿底座径向活动设置在支撑座上，所述支撑座与工件外壁支撑件之间设有顶压螺钉，顶压螺钉用于推动工件外壁支撑件对工件外壁进行支撑。

本发明的薄壁筒形工件加工工装的有益效果是：支撑座围设到工件的径向外侧，作为调节螺钉或顶压螺钉的安装基础，调节螺钉或顶压螺钉的伸缩端与筒形工件之间设有工件外壁支撑件，当调节螺钉或顶压螺钉的伸缩端向靠近工装底座的轴线的方向移动时，推动工件外壁支撑件向内移动以支撑到筒形工件的外壁面上，以避免筒形工件在加工时发生震颤，当调节螺钉或顶压螺钉的伸缩端向远离工装底座的轴线的方向移动时，解除对工件外壁支撑件的顶压，外壁支撑件解除对筒形工件的支撑，便于加工完成的筒形工件取出及待加工工件的放入，通过设置调节螺钉对工件外壁支撑件进行支撑和顶压，或者，通过导向结构支撑工件外壁支撑件并通过顶压螺钉顶压工件外壁支撑件，相对于采用液压缸支撑筒形工件的方案，结构简单，成本低。

进一步的，所述螺钉插孔为盲孔，调节螺钉的前端设有光面段，螺钉插孔与光面段插接配合。

其有益之处在于，避免工件外壁支撑件随调节螺钉一同转动导致工件外壁支撑件与筒形工件产生摩擦，从而影响调节螺钉的伸缩以及磨损筒形工件。

进一步的，各调节螺钉沿工装底座的周向排列。

其有益之处在于，便于调节螺钉的设置。

进一步的，所述外支撑装置的支撑座为框架结构，包括支撑柱和支撑圈体，支撑柱沿底座轴向延伸；支撑圈体设有两只以上，沿底座轴向间隔固定在支撑柱上；调节螺钉或顶压螺钉设置在支撑圈体上。

其有益之处在于，能够对筒形工件的上下部均进行支撑，进一步减小筒形工件在加工时产生的震颤并且能够暴露部分筒形工件的外表面，利于筒形工件的加工。

进一步的，所述支撑柱底端可拆连接在工装底座上。

其有益之处在于，便于制造和转移。

进一步的，所述支撑座设有两层以上，相邻两层支撑座可拆固定；各层支撑座均包括支撑圈体，各层支撑座的支撑圈体固定在各层支撑座的支撑柱上。

其有益之处在于，利于适应筒形工件的高度。

进一步的，所述工件外壁支撑件沿底座轴向上分层设置。

其有益之处在于，对筒形工件沿轴向形成均匀支撑。

进一步的，所述工件外壁支撑件具有用于顶压工件外壁的顶压面，所述顶压面为弧形凹面。

其有益之处在于，增大工件外壁支撑件与工件外壁的支撑面积，减小应力集中。

进一步的，所述工装底座上还设有内支撑装置，所述内支撑装置包括工件内壁支撑件、支撑件顶推块和顶推块驱动单元；

工件内壁支撑件，设有三个以上并围绕工装底座的轴线均匀布置，并沿工装底座的径向导向移动设置在工装底座上；工件内壁支撑件上与底座径向外侧对应的一侧设有用于顶撑工件内壁以实现工件减振的支撑部；

支撑件顶推块，设置在各工件内壁支撑件所围成的中部空间中，与各工件内壁支撑件形成楔面配合；

顶推块驱动单元，连接在工装底座与支撑件顶推块之间，用于驱动支撑件顶推块上下动作以通过楔面实现各工件内壁支撑件沿底座径向的同步移动，

所述顶推块驱动单元为丝杠，丝杠固定设置在工装底座上，所述支撑件顶推块为与丝杠螺纹配合的调节螺母，调节螺母与工件内壁支撑件转动配合。

其有益之处在于，能够更好地适用于对筒形工件的外壁进行加工的情况。

进一步的，所述调节螺母的顶部设有与丝杠螺纹配合的压紧螺帽，压紧螺帽用于压紧支撑件顶推块。

其有益之处在于，保证调节螺母在丝杠上的位置，从而保证工件内壁支撑件对工件的可靠支撑。

附图说明

图1为本发明的薄壁筒形工件加工工装的一个具体实施例的三维视图；

图2为本发明的薄壁筒形工件加工工装的一个具体实施例的俯视图；

图3为本发明的薄壁筒形工件加工工装的一个具体实施例的工装底座的俯视图；

图4为本发明的薄壁筒形工件加工工装的一个具体实施例中支撑座的三维视图；

图5为本发明的薄壁筒形工件加工工装的一个具体实施例中工件外壁支撑件的三维视图；

图6为本发明的薄壁筒形工件加工工装的一个具体实施例中板体的剖视图；

图7为本发明的薄壁筒形工件加工工装的一个具体实施例中调节螺母的剖视图；

图中：1、工装底座，2、导向槽，3、复位弹簧，4、丝杠，5、调节螺母，51、配合部，6、压紧螺帽，7、工件内壁支撑件，71、板体，711、斜面，72、塑料支撑垫，8、支撑柱，9、支撑圈体，10、调节螺钉，11、工件外壁支撑件，111、顶压面，112、螺钉插孔，113、卡槽,12、固定孔，13、通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明中薄壁筒形工件加工工装的一种具体实施例，如图1和图2所示，薄壁筒形工件加工工装包括工装底座1、外支撑装置和内支撑装置。如图3所示，工装底座1整体为圆形板，工装底座1的上板面用于定位支撑筒形工件轴向一端的端面，工装底座1的上板面构成工件支撑面，在使用时，工装底座1的轴向对应工装底座1上的筒形工件的轴向；工装底座1的径向对应工装底座1上的筒形工件的径向。工件支撑面上沿工装底座1的直径设有两处凹槽，两处凹槽相互垂直，工装底座1的轴线贯穿凹槽的中心将凹槽经分为两处导向槽2，工装底座1上还设有固定孔12，固定孔12用于将减振工装固定到工装安装基础上。

如图4所示，外支撑装置包括支撑座和工件外壁支撑件11，支撑座为可拆固定在工装底座1上的框架结构，支撑座包括支撑柱8和支撑圈体9。具体可拆形式为工装底座1上沿工装底座1的轴向设有通孔13，支撑柱8的下端面设有销孔，通过从工装底座1的底部穿入的销钉与销孔的配合将支撑柱8可拆固定在工装底座1上，销钉与销孔过盈配合，并依靠外支撑装置的重力保持外支撑装置与工装底座的连接稳定性。支撑柱8沿工装底座1的周向均匀分布并沿工装底座1的轴向延伸，支撑圈体9设有两只，沿工装底座1的轴向间隔固定在支撑柱8上，支撑圈体9所在平面均垂直于工装底座1的轴线，支撑圈体9用于围设到工件的径向外侧。

如图5所示，工件外壁支撑件11沿工装底座1的轴向分为上下两层，各层工件外壁支撑件11均围绕工装底座1的轴线均匀布置有四处，工件外壁支撑件11用于顶抵到筒形工件外壁上对筒形工件的外壁进行支撑。工件外壁支撑件11整体为弧形板，具有用于顶压工件外壁的顶压面111，顶压面111为弧形凹面。工件外壁支撑件11背向顶压面111的背面上设有卡槽113，卡槽113用于卡接到支撑圈体9上，在工件外壁支撑件11的位移量较小时，支撑圈体9能够通过卡槽113对工件外壁支撑件11形成辅助支撑，卡槽113中设有螺钉插孔112，螺钉插孔112为盲孔。

各层工件外壁支撑件11分别对应一只支撑圈体9，支撑圈体9上沿周向螺纹连接有调节螺钉10，调节螺钉10的的轴线沿工装底座1的径向。调节螺钉10对应工件外壁支撑件11设置，每处工件外壁支撑件11对应三处调节螺钉10，调节螺钉10的前端设有光面段，螺钉插孔112与光面段插接配合以对工件外壁支撑件11在竖直方向上进行限位。工件外壁支撑件11与调节螺钉10之间为转动配合，调节螺钉10在转动时使调节螺钉10的前端前后移动，调节螺钉10带动工件外壁支撑件11压紧到筒形工件上或解除对筒形工件的压紧，调节螺钉10对工件外壁支撑件11的移动进行导向，使工件外壁支撑件11的移动方向沿工装底座1的的径向。

如图6和图7所示，内支撑装置设置在工装底座1上，内支撑装置包括工件内壁支撑件7、调节螺母5和丝杠4。工件内壁支撑件7围绕工装底座1的轴线均匀布置有四处，四处工件内壁支撑件7与四处导向槽2分别对应。工件内壁支撑件7包括相互固连的板体71和塑料支撑垫72，塑料支撑垫72设置在板体71与工装底座1的径向外侧对应的一侧，板体71竖直放置且板面平行于工装底座1的直径，板体71的下端插入工装底座1的导向槽2中，并可以沿对应导向槽2的延伸方向导向移动。板体71用于与调节螺母5配合的端面为在竖直方向上倾斜的斜面711，板体71用于与塑料支撑垫72配合的端面为竖直的平面。

塑料支撑垫72用于顶撑筒形工件的内壁以实现工件减振，塑料支撑垫72用于与筒形工件的内壁顶抵配合的面为圆弧形面，圆弧形面能够减小塑料支撑垫72在筒形工件的内壁面上产生的应力集中，圆弧形面构成支撑面。塑料支撑垫72用于与板体71配合的面为平面，能够与板体71形成面与面的配合，防止塑料支撑垫72发生偏摆，保证塑料支撑垫72对筒形工件的可靠支撑，塑料支撑垫72形成支撑部。塑料支撑垫72与板体71的连接形式如下：支撑面上设有沉孔，沉孔中设有固定螺栓，固定螺栓的尾端穿出塑料支撑垫72与板体71螺纹连接。

丝杠4固定在工装底座1上并与工装底座1同轴。调节螺母5螺纹连接在丝杠4上，通过丝杠4上螺纹的升角对调节螺母5的作用力，使调节螺母5在绕丝杠4的轴线转动的同时上下移动。调节螺母5的外周面为圆柱形面，调节螺母5下端面的边缘与板体71的斜面711转动配合，以在调节螺母5的向下移动过程中推动工件内壁支撑件7沿工装底座1的径向向外运动，使支撑面压紧到筒形工件的内壁上。调节螺母5下端面的边缘构成配合部51，配合部51上设有倒圆角以使防止配合部51和板体71的斜面711过度磨损影响调节螺母5的可靠工作。

凹槽为两端封闭的形式，凹槽的端部均设有复位弹簧3，复位弹簧3顶压在凹槽的端部和对应的板体71之间，复位弹簧3处于压缩状态，以向内壁支撑件施加沿导向槽2的延伸方向向内的推力。

丝杠4上还螺纹连接有压紧螺帽6，压紧螺帽6设置在调节螺母5的顶部，压紧螺帽6用于压紧调节螺母5，以防止调节螺母5在复位弹簧3的弹力以及筒形工件对塑料支撑垫72的推力的作用下向上移动。

上述结构中，调节螺母5、复位弹簧3和板体71为钢材质，塑料支撑垫72为聚酰亚胺材质，其余结构均为钛合金材质。

本发明的薄壁筒形工件加工工装的工作过程：将筒形工件支撑在工装底座1的工件支撑面上，并放置于外支撑装置与内支撑装置之间，转动调节螺母5使调节螺母5向下运动以推动工件外壁支撑件11向外运动直至塑料支撑垫72支撑在筒形工件的内壁上，然后旋拧压紧螺帽6，使压紧螺帽6压紧到调节螺母5上，压紧螺帽6与板体71配合，共同对调节螺母5的位置进行限定。塑料支撑垫72沿筒形工件的周向对筒形工件的内壁均匀支撑，以减小筒形工件在加工中产生的震颤。

旋拧调节螺钉10，使调节螺钉10顶推工件外壁支撑件11向内移动，直至工件外壁支撑件11沿沿筒形工件的周向对筒形工件的外壁均匀支撑，进一步减小筒形工件在加工中产生的震颤。

在加工筒形工件的外壁面时，可以取下外支撑装置，依靠内支撑装置和工装底座1对筒形工件进行支撑并避免加工过程中筒形工件的震颤，使筒形工件的外壁面处具有较大的操作空间。同理，在加工筒形工件的内壁面时，也可以取下内支撑装置。

筒形工件加工完成后，反向旋拧调节螺钉10使调节螺钉10向外移动，通过调节螺钉10的光面段与工件外壁支撑件11的插接配合带动工件外壁支撑件11复位。旋拧压紧螺帽6使压紧螺帽6解除对调节螺母5的压紧，旋拧调节螺母5使调节螺母5向上移动解除对板体71的顶抵，工件内壁支撑件7在复位弹簧3的弹力作用下解除对筒形工件的内壁的支撑，取出加工完成的筒形工件，然后重复上述操作对下一个待加工的筒形工件进行加工。

本实施例中，同时设置了内支撑装置和外支撑装置，在其他实施例中，可以仅设置内支撑装置。

其他实施例中，支撑柱与工装底座也可以通过从工装底部插入的螺栓可拆固定连接。或者，支撑柱与工装底座法兰连接。

本实施例中，支撑座设置一层，支撑座包括两只支撑圈体9，两只支撑圈体9沿底座轴向间隔固定在同一组支撑柱8上。其他实施例中，可以采用其他的结构设置两只支撑圈体，例如，沿工装底座的轴向设置两层支撑座，每层支撑座均包括一只支撑圈体及一组支撑柱，两层支撑座可拆固定，即上层支撑座的支撑柱可拆固定在下层支撑座的支撑圈体的上端面上。

本实施例中，工件外壁支撑件11沿底座的轴向分为两层，两层工件外壁支撑件11分别与两只支撑圈体9对应，其他实施例中，也可以仅设置一层工件外壁支撑件，工件外壁支撑件同时对应两只支撑圈体。

本实施例中，设有两只支撑圈体，其他实施例中，支撑圈体的数量可以根据实际使用要求进行调整，例如，设置一只或三只以上的支撑圈体。

本实施例中，支撑座为框架结构，其他实施例中，支撑座可以为其他形式，例如，筒形结构，或者，由沿工装底座的周向排列的支撑柱构成，此时调节螺钉可以沿工装底座的轴向排列在支撑柱上，即每层外壁支撑件对应多层沿底座轴向分布的调节螺钉。

本实施例中，工件外壁支撑件11的背面设有盲孔形式的螺钉插孔112，供调节螺钉10前端的光面段插接配合，在其他实施例中，工件外壁支撑件与调节螺钉可以采用其他配合方式，例如，工件外壁支撑件的背面也可以不设置螺钉插孔，调节螺钉直接顶抵在工件外壁支撑件的背面，此时，工件外壁支撑件可以采用支撑在工装底座上的形式；或者，在支撑座上设置用于对工件外壁支撑件的运动进行导向的导向结构，通过导向结构对工件外壁支撑件进行支撑的形式

其他实施例中，支撑座也可以采用其他形式可拆固定在装置底座上，例如，装置底座上设置有插槽，供支撑柱插接配合。或者，支撑座也可以以不可拆的形式固定在装置底座上。

其他实施例中，工件外壁支撑件的顶压面也可以为弧形面以外的形式，例如，工件外壁支撑件的顶压面为直面。

本实施例中，在支撑件顶推块上用于与工件内壁支撑件7配合的位置设有倒圆角，在其他实施例中，可以采用其他方式使支撑件顶推块与工件内壁支撑件可靠的滑动配合，例如，在支撑件顶推块的外周面上加工出锥形面，锥形面的倾斜角度与板体的斜面的倾斜角度相同。

本实施例中，采用丝杠4与调节螺母5螺纹配合；调节螺母5与工件内壁支撑件7转动转动配合的形式推动工件内壁支撑件7沿工装底座1的径向向外移动，实现工件内壁支撑件7对工件内壁进行支撑，在其他实施例中，可以采用其他的结构推动工件内壁支撑件，例如，将丝杠替换为活塞缸、液压缸或电杆等形式，通过活塞缸、液压缸或电杆带动调节螺母上下运动与板体的斜面形成楔面配合，相应的活塞缸、液压缸或电杆构成顶推块驱动单元。

其他实施例中，可以不设置顶紧螺帽，依靠螺纹的自锁能力保持调节螺母的位置，或者调节螺母的轴向通孔为光孔，通过顶紧螺帽与丝杠的配合推动调节螺母向下运动，此时，调节螺母的外周面可以为圆柱面以外的形式，例如，整体为圆柱面，在圆柱面上设置与板体对应的导槽。

本实施例中，板体71上与调节螺母5配合的面为斜面711，调节螺母5的外周面为圆柱面，在其他实施例中，可以采用其他的形式，例如，板体上与调节螺母配合的面为竖直的平面，调节螺母的外周面为锥形面，调节螺母的小端位于大端的下方。

本实施例中，采用在工装底座1上设置供板体71的底部插入的导向槽2的形式对工件内壁支撑件7的移动方向进行导向，其他实施例中，可以采用其他的形式对工件内壁支撑件的移动方向进行导向，例如，在工装底座上设置导轨，在板体的下端面设有容纳导轨的凹槽，导轨为T型导轨，凹槽为T型凹槽。

其他实施例中，也可以不设置复位弹簧，此时可以通过操作人员手动对工件内壁支撑件进行复位，以便于筒形工件的取出与装入。

本实施例中，工件内壁支撑件7由板体71和塑料支撑垫72构成，其他实施例中，工件内壁支撑件也可以为其他结构，例如，工件内壁支撑件仅由板体构成，板体上具有用于支撑筒形工件的支撑面。

本实施例中，支撑面为圆弧形面，其他实施例中，支撑面也可以为其他形式，例如，竖直的直面。

Claims (10)

1.薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：

包括工装底座，工装底座用于固定到加工设备的工作台上，其上设有用于支撑筒形工件轴向一端的端面的工件支撑面；所述工装底座具有与其上筒形工件的轴向和径向分别对应的底座轴向和底座径向，所述工件支撑面上设有供工件沿底座径向定位的定位结构；

工装底座上还设置有外支撑装置，所述外支撑装置包括支撑座和工件外壁支撑件；

支撑座，固定在工装底座上，用于围设到工件的径向外侧；

工件外壁支撑件，设有三处以上，各工件外壁支撑件围绕工装底座的轴线均匀布置，用于沿底座径向对工件外壁进行支撑；

支撑座上螺纹连接有调节螺钉，与同一工件外壁支撑件对应的调节螺钉设有至少两只，所述调节螺钉轴线平行于工件外壁支撑件的调节方向，所述工件外壁支撑件背面设有供调节螺钉的前端插入的螺钉插孔，螺钉插孔用于使工件外壁支撑件支撑在调节螺钉上；或者，所述工件外壁支撑件沿底座径向活动设置在支撑座上，所述支撑座与工件外壁支撑件之间设有顶压螺钉，顶压螺钉用于推动工件外壁支撑件对工件外壁进行支撑。

2.根据权利要求1所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述螺钉插孔为盲孔，调节螺钉的前端设有光面段，螺钉插孔与光面段插接配合。

3.根据权利要求1所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：各调节螺钉沿工装底座的周向排列。

4.根据权利要求1或2或3所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述外支撑装置的支撑座为框架结构，包括支撑柱和支撑圈体，支撑柱沿底座轴向延伸；支撑圈体设有两只以上，沿底座轴向间隔固定在支撑柱上；调节螺钉或顶压螺钉设置在支撑圈体上。

5.根据权利要求4所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述支撑柱底端可拆连接在工装底座上。

6.根据权利要求4所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述支撑座设有两层以上，相邻两层支撑座可拆固定；各层支撑座均包括支撑圈体，各层支撑座的支撑圈体固定在各层支撑座的支撑柱上。

7.根据权利要求1或2或3所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述工件外壁支撑件沿底座轴向上分层设置。

8.根据权利要求1或2或3所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述工件外壁支撑件具有用于顶压工件外壁的顶压面，所述顶压面为弧形凹面。

9.根据权利要求1所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述工装底座上还设有内支撑装置，所述内支撑装置包括工件内壁支撑件、支撑件顶推块和顶推块驱动单元；

工件内壁支撑件，设有三个以上并围绕工装底座的轴线均匀布置，并沿工装底座的径向导向移动设置在工装底座上；工件内壁支撑件上与底座径向外侧对应的一侧设有用于顶撑工件内壁以实现工件减振的支撑部；

支撑件顶推块，设置在各工件内壁支撑件所围成的中部空间中，与各工件内壁支撑件形成楔面配合；

顶推块驱动单元，连接在工装底座与支撑件顶推块之间，用于驱动支撑件顶推块上下动作以通过楔面实现各工件内壁支撑件沿底座径向的同步移动，

所述顶推块驱动单元为丝杠，丝杠固定设置在工装底座上，所述支撑件顶推块为与丝杠螺纹配合的调节螺母，调节螺母与工件内壁支撑件转动配合。

10.根据权利要求9所述的薄壁筒形工件加工工装，其特征在于：所述调节螺母的顶部设有与丝杠螺纹配合的压紧螺帽，压紧螺帽用于压紧支撑件顶推块。