一种低刚度透平叶片铣削夹具及其使用方法

摘要

本发明涉及一种低刚度透平叶片铣削夹具及其使用方法，包括上箱体、下箱体、头座体、尾座体、左侧盖板、右侧盖板、相变材料等，毛坯经过夹具上的定位件粗定位，与夹具固定到一起，加铸相变材料，使零件毛坯和夹具体刚性固连在一起。卸掉左、右侧盖板及上箱体，加工铣削分型面上半部分，毛坯余量和相变材料一同被切除。完成上半部分加工后，封箱再浇铸相变材料，卸掉左、右侧盖板及下箱体，加工铣削分型面下半部分，进而完成整个零件的加工。由于零件底面完全由相变材料支撑，保证了零件的加工刚性。可有效提高零件的加工精度和切削加工效率。而相变材料可溶化回收复用，因其熔点低，不会影响加工零件性能。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是一种相变材料支撑夹具，可以实现小刚度复杂零件的刚度强化夹紧，实现其高精密的加工。

背景技术

随着技术的进步，飞机、汽轮机的透平叶片的结构越来越复杂，叶身型面是空间摆扭的曲面,中间体连接形式也多种多样，已经无法采用成型锻造的工艺加工。采用多轴联动数控机床直接由方刚制造，已经成为唯一的选择。但是有的叶片小到只有40毫米长、10毫米宽、厚度只有0.5毫米，刚度非常低。如何提高小刚度叶片装夹刚度，减少切削变形，提高加工精度，是一个非常重要的问题。

现有技术中，采用两端咬合式方刚直接装夹，这种方式在初始毛坯时装夹刚度好，但精加工时，由于零件薄而长，难以避免加工变形。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种低刚度透平叶片铣削夹具及其使用方法，从而解决小刚度复杂零件装夹的有效方案，增强了装夹刚性，提高了切削效率，保证了加工精度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种低刚度透平叶片铣削夹具，包括下箱体，所述下箱体的头部通过定位销连接有头座体，所述下箱体的尾部通过定位销和螺钉连接有尾座体，工件毛坯安装于头座体、下箱体和尾座体围成的凹仓内，并通过紧固螺钉、定位块和顶端锁紧螺钉锁紧，同时工件毛坯由多个紧固螺钉固定在头座体和尾座体上；还包括与下箱体对称设置的上箱体，所述上箱体的两端分别通过圆锥定位销和箱体安装螺钉固定在头座体和尾座体上，所述头座体和尾座体的两侧分别通过侧盖板安装螺钉固定有左侧盖板和右侧盖板，还包括相变材料，所述相变材料经箱体的浇铸孔浇入箱体内。

其进一步技术方案在于：

所述相变材料为低熔点锡铋铅合金，熔点在80-90度，其膨胀率为0.01%；

所述头座体的结构为：所述头座体一端为机床配备夹具接口形式，并在其端部开有中心孔，另一端为头座体圆柱型凹腔，并在头座体圆柱型凹腔的内壁加工梯形螺纹，位于头座体圆柱型凹腔处开有头座体螺钉孔，所述头座体上加工有头座对刀平面；

所述尾座体的结构为：所述尾座体一端为机床配备夹具接口形式，并安装有顶端锁紧螺钉，另一端为尾座体圆柱型凹腔，并在尾座体圆柱型凹腔的内壁加工梯形螺纹，位于尾座体圆柱型凹腔处开有尾座体螺钉孔，所述尾座体上加工有尾座对刀平面；

所述上箱体和下箱体采用为对称结构，上箱体和下箱体的内表面均加工有间隔排列的圆柱凹坑；

所述紧固螺钉的头部铣有凹槽。

一种低刚度透平叶片铣削夹具的使用方法，包括如下操作步骤：

第一步：根据工件加工要求选用一套夹具；

第二步：在装配夹具上安装并调整好头座体和尾座体的位置；

第三步：安装上箱体和下箱体，配打八个圆锥定位销，实现头座体、尾座体和上下箱体的精确连接；

第四步：安装工件毛坯，调整紧固螺钉，使工件毛坯转至预设位置，拧紧顶端锁紧螺钉和紧固螺钉；

第五步：安装左侧盖板和右侧盖板；

第六步：堵住下箱体的浇铸孔，由上箱体的浇铸孔浇铸溶化的相变材料，相变材料冷却固化，同时形成有铣削分型面；

第七步：在压痕机上制定位基准，在夹具上压痕及钻中心孔；

第八步：卸掉左侧盖板、右侧盖板及上箱体；

第九步：安装到机床上进行加工，经过粗加工、精加工完成零件上半部分的加工；

第十步，卸下夹具，安装上箱体及左右侧盖板；

第十一步，由上箱体浇铸孔再浇铸溶化的相变材料；

第十二步，相变材料冷却固化后，卸掉左右侧盖板及下箱体；

第十三步，再次安装到机床上加工，经过粗加工、精加工完成零件下半部分的加工；

第十四步，取下夹具，溶化相变材料，松紧固螺钉，取出工件，完成一个零件的装夹和加工。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便。通过系列化设计可以覆盖多种结构尺寸小刚度零件铣削的装夹。相比现有的两端夹持，本发明的装夹刚度高，可以近乎完全克服零件加工的变形，零件的加工精度和效率都有很大的提高。本发明采用相变材料，而相变材料可溶化回收复用，因其熔点低，不会影响加工零件性能。

本发明所述的使用方法操作简单，可实现小刚度复杂零件高效率的加工生产。

附图说明

图1为本发明的主视图（全剖视图）。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明头座体的结构示意图。

图4为本发明尾座体的结构示意图。

图5为本发明实施过程夹具第一次浇铸相变材料截面示意图。

图6为本发明实施过程夹具完成上半部分加工后截面示意图。

图7为本发明实施过程夹具第二次浇铸相变材料截面示意图。

图8为本发明实施过程夹具完成下半部分加工后截面示意图。

其中：1、头座体；2、紧固螺钉；3、上箱体；4、工件毛坯；5、相变材料；6、尾座体；7、顶端锁紧螺钉；8、下箱体；9、左侧盖板；10、圆锥定位销；11、箱体安装螺钉；12、尾座对刀平面；13、右侧盖板；14、头座对刀平面；15、侧盖板安装螺钉；16、中心孔；17、定位块；18、头座体螺钉孔；19、头座体圆柱型凹腔；20、尾座体螺钉孔；21、尾座体圆柱型凹腔；22、铣削分型面；23、零件。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的低刚度透平叶片铣削夹具，包括下箱体8，下箱体8的头部通过定位销连接有头座体1，下箱体8的尾部通过定位销和螺钉连接有尾座体6，工件毛坯4安装于头座体1、下箱体8和尾座体6围成的凹仓内，并通过紧固螺钉2、定位块17和顶端锁紧螺钉7锁紧，同时工件毛坯4由多个紧固螺钉2固定在头座体1和尾座体6上；还包括与下箱体8对称设置的上箱体3，上箱体3的两端分别通过圆锥定位销10和箱体安装螺钉11固定在头座体1和尾座体6上，头座体1和尾座体6的两侧分别通过侧盖板安装螺钉15固定有左侧盖板9和右侧盖板13，还包括相变材料5，相变材料5经箱体的浇铸孔浇入箱体内。

相变材料5为低熔点锡铋铅合金，熔点在80-90度，膨胀率为0.01%。

如图3所示，头座体1的结构为：头座体1一端为机床配备夹具接口形式，并在其端部开有中心孔16，另一端开有头座体圆柱型凹腔19，便于毛坯旋转定位在任意位置，并在头座体圆柱型凹腔19的内壁加工梯形螺纹，提高相变材料5和头座体1的连接强度。位于头座体圆柱型凹腔19处开有头座体螺钉孔18，头座体1上加工有头座对刀平面14。

如图4所示，尾座体6的结构为：尾座体6一端为机床配备夹具接口形式（如圆柱圆锥或压痕式），并安装有顶端锁紧螺钉7，另一端为尾座体圆柱型凹腔21，便于毛坯旋转定位在任意位置，并在尾座体圆柱型凹腔21的内壁加工梯形螺纹，提高相变材料5和尾座体6的连接强度。位于尾座体圆柱型凹腔21处开有尾座体螺钉孔20，尾座体6上加工有尾座对刀平面12。

上箱体3和下箱体8采用为对称结构，上箱体3和下箱体8的内表面均加工有间隔排列的圆柱凹坑。根据装夹零件设计成系列尺寸，与头座体1和尾座体6成套配备。为保证重复安装精度，上下箱体和头座体1及尾座体6通过圆锥销定位连接。圆柱凹坑的设计，提高相变材料5和上下箱体的连接强度，增强了支撑刚性。

紧固螺钉2的头部铣有凹槽。加铸相变材料5后，使螺钉处在自锁状态。

本发明以对刀面为基准加工头座体1和尾座体6，保证两件基准相同；在专用夹具上保证头座体1和尾座体6同轴安装的前提下安装上箱体3和下箱体8，并配装定位圆锥销。实现重复安装精度在0.01mm以内。

本实施例的低刚度透平叶片铣削夹具的使用方法，包括如下操作步骤：

第一步：根据工件加工要求选用一套夹具；

第二步：在装配夹具上安装并调整好头座体1和尾座体6的位置；

第三步：安装上箱体3和下箱体8，配打八个圆锥定位销10，实现头座体1、尾座体6和上下箱体的精确连接；

第四步：安装工件毛坯4，调整紧固螺钉2，使工件毛坯4转至预设位置，拧紧顶端锁紧螺钉7和紧固螺钉2；

第五步：安装左侧盖板9和右侧盖板13；

第六步：堵住下箱体8的浇铸孔，由上箱体3的浇铸孔浇铸溶化的相变材料5，相变材料5冷却固化，同时形成有铣削分型面22；

第七步：在压痕机上制定位基准，在夹具上压痕及钻中心孔；

第八步：卸掉左侧盖板9、右侧盖板13及上箱体3；

第九步：安装到机床上进行加工，经过粗加工、精加工完成零件23上半部分的加工；

第十步，卸下夹具，安装上箱体3及左右侧盖板；

第十一步，由上箱体3浇铸孔再浇铸溶化的相变材料5；

第十二步，相变材料5冷却固化后，卸掉左右侧盖板及下箱体8；

第十三步，再次安装到机床上加工，经过粗加工、精加工完成零件23下半部分的加工；

第十四步，取下夹具，溶化相变材料5，松紧固螺钉2，取出工件，完成一个零件23的装夹和加工。

实施例一：

实际使用过程中，通过如下步骤操作完成：

第一步，根据工件加工零件选用一套合适的相变材料支撑夹具。

第二步，在专用装配夹具上安装调整好头座体1和尾座体6的位置，一是保证同轴，二是保证头座对刀平面14和尾座对刀平面12平行。

第三步，安装上箱体3和下箱体8，配打八个圆锥定位销10，实现头座体1、尾座体6和上下箱体的精确连接。

第四步，安装工件毛坯4，调整紧固螺钉2，使工件毛坯4转至设定位置，拧紧顶端锁紧螺钉7和紧固螺钉2。

第五步，安装左侧盖板9和右侧盖板13。

第六步，堵住下箱体8浇铸孔，由上箱体3浇铸孔浇铸溶化的相变材料5，相变材料5冷却固化，同时形成有铣削分型面22。

第七步，在专用压痕机上制定位基准，即在随行夹具上压痕及钻中心孔。

第八步，卸掉左侧盖板9、右侧盖板13及上箱体3。

第九步，安装到机床上进行加工，经过粗加工、精加工完成零件23上半部分的加工（以铣削分型面22为界限），如图5和图6所示。

第十步，卸下夹具，安装上箱体3及左右侧盖板。

第十一步，由上箱体3浇铸孔再浇铸溶化的相变材料5。

第十二步，相变材料5冷却固化后，卸掉左右侧盖板及下箱体8。

第十三步，再次安装到机床上加工，经过粗加工、精加工完成零件23下半部分的加工，如图7和图8所示。

第十四步，取下夹具，溶化相变材料5，松紧固螺钉2，取出工件，完成一个零件23的装夹和加工。

以后零件23加工只要重复上述第四至第十四步，除去第七步（第七步只在新夹具使用是制造基准用）

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。