叶片夹具（精选3篇）
叶片夹具 篇1
0引言
夹具最早出现在18世纪后期, 随着科学技术的不断进步,夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 夹具可快速、方便地将工件安装到指定位置,大幅提高了产品精度,使工艺更加便捷,使用相当广泛。 按用途分,可将夹具分为焊接夹具、机床夹具、装配夹具、检验夹具等。
1零件图分析
被加工的零件如图1所示, 零件的毛坯为40Cr, 金属模铸造,技术要求与尺寸精度都不高,生产批量为2 000件,其加工工序为:车外圆,保证 Φ50mm外圆→车端面,保证24mm的长度→中心钻孔、扩孔、铰孔至尺寸要求→铣槽。 其中,铣槽的过程需要用到分度装置,铣刀每加工一个槽,通过分度装置使工件转动一定角度到达加工位置,以便完成其它槽的加工。
2夹具设计
保证工件加工质量是机床夹具设计的基本要求, 也是夹具设计的首要任务。 为此,必须正确地设计与选择定位方法、定位件及夹紧装置。 在设计之前,要认真了解工件的作用、特点、材料、生产规模及技术要求, 详细分析加工工艺过程及本工序的加工要求,如加工余量、加工精度、加工表面、定位基准以及前后工序的联系等。 本文夹具的设计主要分成以下几个方面:定位方案、夹紧方案、分度装置、夹具体和连接元件的设计。
2.1定位方案
工件定位是指在工件加工之前,将工件放在相对于机床、刀具一个比较准确的加工位置。 工件的定位, 实质上是对空间自由度的限制,根据工件自由度被约束的情况,工件定位方式有完全定位、不完全定位、欠定位、过定位4种。
本设计因加工的需要,在铣槽的过程中零件不能发生任何移动,6个自由度都要进行约束,故选用完全定位。 定位方法为花键孔和主轴端面定位,图2为定位主轴设计图。
空间6个自由度的限制,虽然解决了工件在加工过程中“定与不定”等问题,但每个工件在加工过程中所占据的位置并不一致,这就涉及到“准与不准”的问题。 工件在夹具中所占据的位置不准确,加工的工件尺寸必然不一致,就会形成误差,称之为定位误差,用 ΔD表示。 生产中为了保证加工精度,一般要求定位误差不超过工件加工公差T的1/5~1/3。 定位误差包括基准位移误差和基准不重合误差,当无基准位移误差时,ΔY=0;当定位基准与工序基准重合时,ΔB=0;若两项误差均没有, 则 ΔD=0。 分析和计算定位误差的目的,是为了验证定位方案能否保证定位要求,以便对不同方案进行比较,从而选出最合理的方案。
从零件设计要求可知, 工件和轴的配合尺寸为 φ18H7/g6, 查阅国标轴、 孔的基本偏差表有:ΔB=0; ΔY=ES-ei=0.021-(-0.017)=0.038mm;ΔD=0.038mm。
按照GB/T 1804—2000 《未注公差的线性和角度尺寸公差》要求,指明工件加工公差等级为中等m,则T =0.1 -(-0.1) =0.2mm。 而 ΔD =0.038mm ≤(1/5 ~1/3)T = 0.04~0.067mm,定位方案合格。
2.2夹紧方案的设计
在夹紧过程中,工件应能保持在既定位置,即在夹紧力作用下工件不应离开定位支承;夹紧力的大小要适当、可靠。 既要使工件在加工过程中不产生移动和振动,又不使工件产生不允许的变形和损伤,夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。
夹紧装置主要由动力装置、中间递力机构、夹紧元件组成。 常用的夹紧装置有楔块、螺旋、偏心轮等, 楔块夹紧可改变夹紧力方向,但使用效率低,多用于机动夹紧装置中;螺旋夹紧结构简单、自锁性好、夹紧可靠、夹紧行程不受限制,远比楔块夹紧力大,其通用性大,但效率低,多用于手动夹紧装置中;偏心夹紧机构产生的夹紧力较小,自锁性能不好,一般用于切削力不大且无振动的场合,对夹紧尺寸要求严格。 可见各夹紧装置都有各自的优缺点,应结合设计要求选择合理的夹紧装置。 综合以上特点,本设计选用螺旋夹紧装置。
花键主轴上的螺杆、开口垫圈和夹紧螺母为主要的夹紧元件。 当旋紧夹紧螺母时,通过开口垫圈将工件夹紧在花键主轴上。 查阅资料,旋紧螺母时使用扳手的六角螺母:当螺纹直径=10mm,螺距=1.5mm,手柄长度=120mm,作用力=45N时,夹紧力=3550N。
为了保证装夹的稳固和加工时的刚性,需要在夹具后部设置支承机构,将安装工件的螺杆顶住,如图3所示。 支撑机构中除顶尖外,还有尾架、端盖、螺杆、锁紧旋钮、手轮、手柄等。 通过手轮、手柄使螺杆旋转,推动顶尖向左移动, 从而将花键主轴上的螺杆部分顶住,再拧紧锁紧旋钮,防止顶尖松动。 尾架和端盖在这个机构中起支撑作用。
2.3分度装置的设计
分度装置是能够实现角向或直线均分的装置。 工件被夹紧,完成一个工位的加工后,夹具不松开,工件通过移动一段距离或者转动一个角度,达到下个加工工位,从而完成整个工件的加工。 由零件的设计要求可知,槽的分度精度要求并不高,因此采用圆柱销定位分度结构,该结构简单、易制造。 操纵机构选用手拉式,如图4所示。 通过转动手柄,根据手柄转动的圈数来确定加工的工件旋转角度。 旋转一定角度后,将定位销通过手柄上的孔插入到分度盘上的槽中,实现分度的锁紧。
分度的传动机构是通过蜗轮蜗杆传动来实现的, 其特点是传动平稳、啮合冲击小,能获得较大的传动比,且结构紧凑。 蜗杆是齿数z1=1的单头蜗杆,蜗轮的齿数z2=30,即蜗杆转动一圈,蜗轮转动1/30圈。 应工件加工要求,每加工一个槽工件转动30°,即蜗轮转动1/12圈。 由此可计算出蜗杆所需转动的圈数为2.5圈, 即转动分度手柄时,每次转动两圈半即可。 蜗轮蜗杆传动机构及分度盘如图5、图6所示。
2.4连接元件的设计
连接元件是连接机床与夹具的元件,保证夹具准确地定位到机床上。 连接元件有两种基本形式,一是安装在机床工作台上, 二是安装在机床回转主轴上, 本文选用前者。 铣床夹具的连接元件由定位键和带U型槽的耳座两部分组成。
(1)定位键。 铣床夹具以定位键和机床工作台T型槽配合,每个夹具一般设置两个定位键,起夹具在机床上的定向作用,并用埋头螺钉把定位键固定在夹具体的键槽中。 材料选用45钢。
(2)带U型槽的耳座。 在铣床夹具纵向两端底边上,设计带U型槽的耳座,机床上有对应的螺孔,螺栓穿过T型槽与机床上的螺孔,将夹具体紧固在工作台上。 材料选用HT300。
2.5夹具体的设计
夹具体一般是夹具上最大最复杂的基础元件,其形状和尺寸主要取决于组成该夹具的各种元件、机构和装置。 同时,在进行夹具设计时,还应考虑到因夹紧力、切削力而产生的冲击和振动,保证夹具的强度和刚度需求。 另外,在铣槽的过程中,会有一些碎屑掉到夹具体里面, 时间长了会损害传动机构或其它零件, 为保证夹具正常工作,应考虑到排屑的方便性,且夹具应该便于装卸。
本夹具体采用铸造结构, 铸造的生产周期长,且因铸造时的内应力缘故,易引起变形,从而影响夹具体精度的持久性。 为此,铸造夹具体必须进行时效处理,而与焊接结构相比,铸造可以铸出形状复杂的结构, 故本夹具体采用铸造结构比较合适。 材料选用HT200,壁厚4mm。
3结语
本文分析了被加工工件的特点、作用、材料、生产规模及技术要求,并通过相关计算设计了一套专用的带分度装置的铣床夹具。 实际上,在生产中,零件的形状是千差万别的,没有任何一种夹具能适用于所有的零件,合理、灵活的设计并使用夹具能够降低生产成本,提高工作效率,降低废品率。
参考文献
[1]吴明坚.叶片泵转子钻铣工艺[J].液压工业,1981(2):61-62
[2]郑方焱,张争艳,陈定方,等.新型非圆齿轮分度装置[J].中国机械工程,2014(22):2997-3002
[3]唐泳波.磁流变液研究与磁流变柔性夹具结构设计[D].广东:广东工业大学,2011
[4]严朝宁.CKA6136-20105拨叉加工工艺优化研究[J].机械设计与制造工程,2015(8):79-81
[5]林斌.采用液压夹具在多件加工中实现全自动化控制[A].中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集(上册)[C].2013
[6]梁慧妿.数控铣床铣槽夹具设计[J].职业,2014(8):149-150
[7]王雪.机床夹具设计方法的研究探讨[J].湖南农机,2014(5):101-102
[8]牛文志.机床夹具设计的几点注意事项[J].金属加工(冷加工),2010(14):40-41
[9]曾薇子.气缸套法兰耳钻床夹具设计[J].机械工程师,2009(12):154-155
[10]王冬梅.汽车转向节快速夹紧装置的设计及应用[J].科技创新与应用,2012(20):17
[11]缪霞.摇臂两斜孔钻夹具的设计与分析[J].河南科技,2013(12):81-82
[12]曹永洁.端盖零件分度装置及其夹具设计[J].机床与液压,2013(2):30-32
圆铣叶片汽道夹具设计 篇2
叶片是汽轮机的核心部件之一, 不同机组不同部位其形式也各不相同, 其中动叶片部分就分很多种, 仅以叶片叶根形式大体分为枞树形、菌形、T形、双倒T形等。其中应用最广的就是枞树形动叶片 (如图1) 。虽然此类型叶片应用广泛但叶片的汽道加工比较困难。设计一套有效的夹具是保证加工该类型叶片的关键因素。
1 枞树形叶片汽道加工方法简介
如图1所示, 叶片的叶根呈枞树形状的叶片简称枞树形叶片。
此类型的叶片汽道加工主要以四轴、五轴加工机床为主, 叶片以叶根枞树形齿形 (内齿、背齿) 、叶冠顶针孔和叶根出汽边为主定位方式装夹在机床上, 利用数控程序加工出叶片的汽道型线部分。
2 夹具的设计
2.1 设计圆铣汽道夹具的重要性
圆铣汽道夹具主要是应用于四轴、五轴数控机床加工叶片汽道部分。数控机床的加工精度很高, 但是要有好的夹具与之配合, 才能发挥其高精尖的作用, 针对枞树形叶片叶根的特殊形状, 要有与之相配的夹具保证其顺利加工生产。
2.2 圆铣汽道夹具的设计思路
针对枞树形叶片叶根的结构特点, 采用框架式结构设计一套通用夹具, 利用过渡盘分别与各四轴、五轴机床数控回转台联结, 通过不同的定位与压紧装置实现对不同级别、不同型号的叶片的装夹, 来完成叶片汽道型线部分的加工。
2.3 圆铣汽道夹具的具体设计步骤
如图2所示, 夹具主要由夹具体框架、叶根内径向面枞树型齿形定位块、叶根背径向面齿形压紧块、出汽边定位块、进汽边压紧机构组成。
1) 夹具体框架的设计。为了实现夹具的通用化设计, 夹具的主体设计成一个整体框架结构。夹具体的一面与数控机床进行定位连接, 一面设计成凹槽形式。凹槽应足够大以便能够容下后续的定位齿形块、齿形夹紧块、出汽边定位块及进汽边夹紧装置。夹具体按照机床的连接孔位置适当开螺栓孔和定位销孔, 以便夹具与机床连接准确、稳固。
1.方头长圆柱端紧定螺钉2.六角薄螺母3.夹紧座4.内六角圆柱头螺钉5.定位块6.夹具体7.齿形定位块8.齿形压紧块9.内六角圆柱头螺钉10.圆柱销11.压紧块
2) 齿形定位与夹紧块的设计。根据与叶根齿形型线相配合的叶根轮槽型线设计齿形块。其中定位块固定在夹具体凹槽中用螺钉固定, 保证B的尺寸公差要求使叶片叶根中心与夹具体圆心一致。齿形夹紧块放入凹槽中用夹具体上螺钉旋紧使之与叶片的叶根齿形啮合夹紧。齿形定位夹紧保证其有足够的夹紧力, 使待加工叶片在加工过程中稳定, 保证其加工精度。
3) 叶根进汽边与出汽边定位块及夹紧装置的设计。根据叶片叶根形状 (如图2所示) , 在出汽边设计带角度的定位块, 并用螺钉与定位销固定在夹具体凹槽中。保证A的尺寸公差 (使叶片中心线与夹具体中心一致) 。在相反方向即叶根进汽边设计夹紧座和夹紧块, 组成进汽边压紧机构。圆铣汽道夹具即设计完成。
2.4 圆铣汽道夹具设计的关键要点
1) 夹具应保证定位中心准确, 误差控制在0.05 mm内, 严格控制图2所示中A和B的尺寸及公差。2) 夹具严格控制C的尺寸, 公差在-0.04~-0.02 mm间, 确保夹具与机床主轴中心一致, 保证叶片汽道加工的精度, 如图2位置所示。3) 为加工方便夹具严格控制L尺寸公差 (用作程序的对刀基准面, 保证所有加工叶片的基准一致) 。同时L的尺寸要比叶片的中间体小, 这样才不至于加工汽道过程中刀具与夹具体发生干涉。4) 夹具的夹紧块端面进行堆铜处理, 防止在夹紧过程中破坏叶片表面光洁度, 造成压痕类废品的产生。5) 背径向面齿形压紧块设计与夹具体凹槽有足够的间隙, 以方便叶片的装夹及拆卸。6) 夹具应在有效的空间范围内尽可能达到最优尺寸设计, 去掉多余的边角防止加工汽道过程中机床加工刀具及主轴与夹具干涉。
3 结语
模块化结构保证了夹具的通用性;夹具主体分成定位和夹紧模块, 该结构工艺性好, 易加工, 降低了制造成本;定位装置和压紧装置采用标准块结构, 用于不同机组、不同类型的静叶片、动叶片时, 夹具主体相同, 只更换定位块和夹紧块即可, 大大简化了夹具附件的设计、制造;应用该夹具装夹叶片时, 操作方便, 减少了装夹的辅助时间, 提高了劳动生产率, 有效地保证了枞树形叶片汽道的加工。此夹具经过了生产的实践检验。
摘要：介绍了一种数控机床加工枞树形叶片汽道夹具的设计方法和关键要点。
关键词：圆铣,叶片枞树形叶根,叶根齿形定位,设计
参考文献
叶片夹具 篇3
某燃机静子叶片焊接组合件, 是由多片叶片焊接组成, 其中叶片焊接后结构复杂, 焊接组合件体积较大。单个叶片定位基准面小, 定位不稳定, 每个叶片定位尺寸公差大, 每组叶片定位尺寸不一致。采用以往电子束焊焊接方法, 合格率低、效率低, 工人装夹零件费力, 电子束焊参数随零件来回调整。这种情况下, 我们采用点焊预装配叶片, 通过工人调整筛选叶片, 把组件调整合格后点焊, 再进行电子束焊, 提高了该静子叶片焊接组合件的质量, 提高了电子束焊效率, 通过与工艺专家、工装设计专家研究, 及翻阅叶片工装的相关资料和自己在此方面工装设计上的经验, 该点焊装配夹具的设计要结合量具, 配上基准面、百分表、表座和标准件等对叶片进行测量调整, 合格后压紧每个静子叶片, 再焊上导弧板, 确保预装配组件放在电子束焊夹具上六组一致性, 可见点焊装配夹具结构的设计是静子叶片组件电子束焊加工中关键的一环。
2 某燃机静子叶片焊接组合件零件结构分析
1) 零件的结构和加工精度要求分析
该静子叶片焊接组合件为辐条形状, 结构形状复杂, 叶片安装板壁薄。工艺规程工艺要求如下图:
2) 电子束焊要求
圆周电子束焊焊接, 电子束焊一次一周安装6组静子叶片焊接组合件 (共计36/30单个叶片) , 6组静子叶片焊接组合件定位基准面和每个焊接缝要整齐一致, 焊缝旁边要安装导弧块, 确保电子束焊焊接参数的固化。
3 设计点焊装配夹具的基本要求
1) 精度要求:点焊装配夹具定位尺寸和形位公差都不大于0.02。
2) 保证电子束焊后静子叶片焊接组件精度, 提高电子束焊效率。
3) 确保点焊装配夹具装夹方便, 便于工人焊接操作。
4) 预期达到的技术、经济、质量指标
a) 点焊装配夹具结构必须能检测筛选叶片, 通过对叶片标准件的测量对比, 用塞尺调整叶片定位精度, 预装配组件精度满足工艺要求。b) 满足后续工序电子束焊装夹和技术要求。
c) 确定一种多联静子叶片焊接组合件装配夹具的典型结构, 提高多联静子叶片焊接组合件焊接质量, 探索夹具和测具的融合。
4 点焊装配夹具结构的设计方案的确定
根据零件结构及工艺加工的特点, 对夹具设计结构在焊接过程中可能存在的问题和可能在后续工作中出现的问题, 与有关工艺专家和工人进行了全面分析和研究, 焊接夹具结构采用单组 (单组4～6个叶片) 叶片装配焊接夹具结构设计, 结合量具结构和量具设计的标准件, 对每组叶片中单个叶片进行调整定位装夹, 通过点焊焊接, 把单组 (单组4～6个叶片) 叶片连接固定成符合装配组件的精度, 为电子束焊装夹和质量提供尺寸和形状保障。具体点焊装配夹具如下图:
4.1 定位块设计
叶片是以安装板进气边方向面定位和安装板背向面定位, 轴向是以叶片外圆定位。定位块设计采用上下安装板各一块扇形定位块, 同时定位4～6个叶片, 上安装板扇形定位块具有止口, 并在焊缝处留出导弧块空间, 中间设计一个检验孔, 同时具备背向面定位和外圆定位, 便于夹具制造、检测和安装时工人操作方便, 保证安装组合叶片后为一组叶片安装板进气边方向面在同一平面上和叶片外圆在同一外圆上, 具体结构如下图:
4.2 压紧结构设计
压紧结构在排气边方向采用横梁架结构, 叶片上安装板方向以螺钉和压板结合, 两个叶片同时压紧结构, 叶片下安装板压紧是螺钉压紧单个叶片, 叶片轴向压紧采用单个叶片压紧结构, 盆向压紧采用可装拆移动式螺钉压紧结构, 此结构方便零件装夹、定位稳定和留出点焊所需空间。
4.3 底板结构设计
底板设计结合量具结构和量具设计的标准, 在底板设计出两个基准面, 一个端面方向基准面, 一个径向的圆弧基准面, 用于百分表座在其上滑动来测量叶片一定高度上的圆周尺寸, 用其调整叶片的装配精确位置。在径向的圆弧基准面上设计一个检验孔, 作为理想的叶片中心线用, 用于加工其上尺寸加工和装配精度。为减轻底板重量, 底板设计195×95的一个矩形孔。具体结构如下图:
4.4 表座结构设计
表座结构设计是根据测量零件需要, 在叶片两个高度上测量叶片的径向尺寸, 为了表座能最小化, 减轻重量和测量时精准。表座和底板径向的圆弧基准面接触的定位面结构, 不能采用圆弧和V形的结构。只能采用一个圆弧上的两点式结构。具体结构如下图:
5 试验
把每组叶片 (4～6个叶片) 放在点焊装配夹具上, 用带百分表的表座在点焊装配夹具上滑动, 检测百分表的数值变化和标准件变化对比, 调整叶片或筛选叶片, 达到工艺精度, 用点焊在指定位置焊接, 完成每组叶片的预装配。
结语
应用该点焊装配夹具预装配, 满足了后续工序电子束焊静子叶片组件精度, 提高了多联静子叶片焊接组合件焊接质量, 合格率达95%以上, 电子束焊装夹时间提高了80%, 对电子束焊焊接静子叶片焊接组合件参数固化和研究提供技术保障。为夹具和测具的融合探索出一条新路。
参考文献
[1]叶片制造技术.
[2]刘艳.透平机械现代化制造技术丛书[M].北京:科学出版社.2002.
[3]航空工艺装备设计手册.
[4]夹具设计手册[M].国防工业品出版社.