一种偏心壳体快速装夹装置及加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种偏心壳体快速装夹装置及加工方法。

背景技术

偏心壳体结构件是飞机上的重要零件，该零件为锻铝构件，外形及内部结构复杂，空间尺寸多，且大部分尺寸及位置度精度要求高，达到IT7级，尤其是两个深腔结构(如图1中所示)，分别为孔a和孔b，两者的位置精度及孔的尺寸精度更高，为硬阳极化表面，需要精度很高的阳极化前尺寸，孔a和孔b对称分布在零件中轴线两侧，且与中轴线距离为L，二者开口一端为零件上端，该端侧壁表面为外圆A，零件另一端侧壁表面为外圆B，零件一侧中部位于两孔之间的位置有横向设置的耳片结构，零件另一侧中部外壁表面为外圆D。同时，为了在相关件装配后能够达到良好的功能性要求，其两个孔的相对位置精度需要±0.1mm的公差，如不能满足设计要求，则严重影响装配后的性能。加工该孔的传统方式为采用拼装的方式进行，且经过多道工序的粗加工和精加工反复找正才能完成，而由于该零件为模锻件结构，外形为非加工表面，定位精度较差，如反复进行工装的周转将造成定位精度下降，另外，采用拼装的拼装周期和精度都得不到良好的控制，且拼装的体积大，回转时的离心作用大，振动较大，加工精度差。针对上述问题，需要重新设计一款专用的装置，并提出优化的加工方案进行解决。

发明内容

本发明提供了一种偏心壳体快速装夹装置及加工方法，通过设计一款专门的装夹装置，采用新的工艺，一次装夹即可完成两个孔结构的加工，保证加工精度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种偏心壳体快速装夹装置，所述的装夹装置包括：固定花盘1、转动花盘2、支撑板3、上弧形支块4、下弧形定位块5、端面定位块6、立板7、T形活动块8、活动块压板9、中心限位销10、周向限位销11、止动螺栓12、紧固螺栓13、弧形配重块14、夹持部15。

所述的固定花盘1为钢制圆盘形构件，其上表面中部设置有大销孔，用于与中心限位销10精密配合，大销孔的两侧对称设置有两个小销孔，三个销孔位于同一直径上，且两个小销孔距离大销孔的距离均为L，其中一个小销孔位于固定花盘1圆心即回转中心处，固定花盘1上还设置有螺栓孔，用于连接转动花盘2，固定花盘1的外缘附近设置有两个螺纹孔，用于安装弧形配重块14，两个螺纹孔以三个销孔所在直径为轴对称分布，用于在弧形配重块14及待加工零件安装后，使整体装置的重心近似与回转中心重合；固定花盘1下表面中心设有定位销孔，另设有多个螺纹孔。

所述的弧形配重块14为弧形构件，其通过螺栓紧固在固定花盘1上表面外缘处的两个螺纹孔中，其质量和体积的设置可实现整体装置安装后重心位于机床主轴的回转中心。

所述的转动花盘2为钢制构件，其直径小于固定花盘1，中心设置有与中心限位销10过盈配合的中心销孔，中心销孔的两侧设置有两个小销孔，两个小销孔与固定花盘1上的两个小销孔位置对应，用于固定连接周向限位销11以定位；转动花盘2中心销孔两侧设置有两个通孔，用于螺栓穿过，与固定花盘1上的两个螺栓孔配合，实现与固定花盘1的固定连接。

所述的周向限位销11共两个，二者上端分别固定连接在转动花盘2的两个小销孔中，下端分别与固定花盘1上的两个小销孔精密配合，用于实现转动花盘2与固定花盘1的周向定位，其中一个周向限位销11的位置为固定花盘1的回转中心。

所述的下弧形定位块5为铝制的带双弧形槽的矩形板，其设弧形槽的一侧面向转动花盘2圆心并固定连接在转动花盘2上，且其与转动花盘2上三个销孔的连线平行放置，下弧形定位块5的弧形槽型面与待加工零件的外圆B型面匹配，包括弧形槽的曲率半径和两弧形槽间距离与外圆B的相等，使用时，待加工零件的外圆B与下弧形定位块5配合，实现待加工零件的径向找正并提高径向支撑刚度，定位后，待加工零件中所加工孔的轴线与回转中心重合。

所述的端面定位块6为钢制矩形构件，其置于下弧形定位块5外侧中部并固定连接在转动花盘2上，其上端面高于下弧形定位块5，用于支撑待加工零件耳片结构的下端面，实现轴向定位，使装夹后的待加工零件下端面不与转动花盘2上表面干涉。

所述的支撑板3为矩形钢制构件，其平行放置在下弧形定位块5外侧，并与转动花盘2通过焊接或螺栓的形式固定连接，其高于端面定位块6。

所述的上弧形支块4为铝制的带双弧形槽的矩形版，其弧形槽一侧面向转动花盘2圆心并固定连接在支撑板3顶部，其双弧形槽的型面与待加工零件的外圆A匹配，包括其曲率半径和两槽间距离与外圆A相等，使用时，上弧形支块4的弧形槽与待加工零件的外圆A贴合，用于实现待加工零件径向找正和配合夹紧；

所述的立板7为钢制矩形构件，其与支撑板3平行相对布置在转动花盘2圆心的另一侧，二者通过焊接或螺栓紧固形式固定连接，其上端中部设有径向的矩形槽，用于置入T形活动块8；

所述的T形活动块8为T形构件，其水平板一侧中部的垂直板置于立板7上的矩形槽内，并可在槽内滑动，水平板另一侧设置有两个弧形槽，且弧形槽面向转动花盘2圆心，两个弧形槽构成的型面与待加工零件的外圆D匹配，用于实现待加工零件定位后的压紧，压紧时，T形活动块8与待加工零件的外圆D贴合。

所述的活动块压板9固定连接在立板7的顶部，固定连接后，T形活动块8可在立板7上的矩形槽内滑动；活动块压板9的外侧向下伸出耳片，耳片与矩形槽槽口正对，耳片上设置有螺纹孔，止动螺栓12通过螺纹配合穿过该螺纹孔后顶紧在T形活动块8上，推动T形活动块8实现待加工零件的夹紧；

所述的夹持部15为阶梯轴部件，其大径端通过螺栓与固定花盘1下表面的螺栓孔固定连接，其大径端上端面中心设置有定位销，与固定花盘1下表面中心的定位销孔配合，使二者同轴实现精密定位；夹持部15小径端用于与机床主轴相连接。

一种偏心壳体快速加工方法，所述加工方法利用所述装夹装置实现，包括如下步骤：

步骤1、将转动花盘2通过中心限位销10和周向限位销11与固定花盘1定位并通过螺栓固定，将夹持部15大径端定位并固定在固定花盘1下表面，将待加工零件耳片结构的下端面靠在端面定位块6的上端面上，使外圆A和外圆B分别靠在上弧形支块4和弧形定位块5的弧形槽内，此时，孔b位于固定花盘1的回转中心处，即机床主轴的回转中心处；

步骤2、旋拧止动螺栓12推动T形活动块8，使得T形活动块8的弧形面靠紧在待加工零件的外圆D上，进一步旋拧止动螺栓12使其顶紧在T形活动块8上，实现待加工零件的夹紧。

步骤3、机床夹持在夹持部15小径端上，完成装夹装置整体在机床上的固定，进行对孔b的加工。

步骤4、将转动花盘2和固定花盘1之间的螺栓松开，将装夹有待加工零件的转动花盘2沿着远离机床主轴的方向移动，使得周向限位销11滑出固定花盘1的销孔，将转动花盘2转动180°，使两个周向限位销11交换位置，再将周向限位销11插入固定花盘1的销孔内，此时，孔a位于固定花盘1的回转中心处，通过螺栓固定转动花盘2和固定花盘1，进行孔a的加工。

步骤5、加工完成后，旋拧止动螺栓12，松开T形活动块8，将加工后的零件从装夹装置中取下。

本发明的有益效果：

1、加工精度高：采用该装置可以通过中心限位销及周向限位销的限位作用，可以快速实现左右两个孔及槽的加工，无需拼装等其他定位装置，定位精度高，加工精度高。

2、钻孔装置结构简单，操作方便，制造和维修的成本低，适用于批量化生产，极大的提高生产效率。

附图说明

图1-偏心壳体结构件的结构示意图，其中，(a)为俯视图，(b)为A-A剖视图；

图2-夹持装置的主视图；

图3-夹持装置的俯视图；

图4-夹持装置的左视图；

图5-夹持装置的装夹示意图；

图6-夹持装置的结构示意图一；

图7-夹持装置的结构示意图二；

图中：1-固定花盘；2-转动花盘；3-支撑板；4-上弧形支块；5-下弧形定位块；6-端面定位块；7-立板；8-T形活动块；9-活动快压板；10-中心限位销；11-周向限位销；12-止动螺栓；13-紧固螺栓；14-弧形配重块；15-夹持部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，下面结合附图对本发明作详细说明。

一种偏心壳体快速装夹装置，所述的装夹装置包括：固定花盘1、转动花盘2、支撑板3、上弧形支块4、下弧形定位块5、端面定位块6、立板7、T形活动块8、活动块压板9、中心限位销10、周向限位销11、止动螺栓12、紧固螺栓13、弧形配重块14、夹持部15，如图2至图7所示。

所述的固定花盘1为钢制圆盘形构件，其上表面中部设置有大销孔，用于与中心限位销10精密配合，大销孔的两侧对称设置有两个小销孔，三个销孔位于同一直径上，且两个小销孔距离大销孔的距离均为L，其中一个小销孔位于固定花盘1圆心即回转中心处，固定花盘1上还对称设置有两个螺栓孔，用于连接转动花盘2，固定花盘1的外缘附近设置有两个螺纹孔，用于安装弧形配重块14，两个螺纹孔以三个销孔所在直径为轴对称分布，用于在弧形配重块14及待加工零件安装后，使整体装置的重心近似与回转中心重合；固定花盘1下表面中心设有定位销孔，另设有多个螺纹孔。

所述的弧形配重块14为弧形构件，其通过螺栓紧固在固定花盘1上表面外缘处的两个螺纹孔中，其质量和体积的设置可实现整体装置安装后重心位于机床主轴的回转中心。

所述的转动花盘2为钢制构件，其直径小于固定花盘1，中心设置有与中心限位销10过盈配合的中心销孔，中心销孔的两侧设置有两个小销孔，两个小销孔与固定花盘1上的两个小销孔位置对应，用于固定连接周向限位销11以定位；转动花盘2中心销孔两侧对称设置有两个通孔，用于螺栓穿过，与固定花盘1上的两个螺栓孔配合，实现与固定花盘1的固定连接。

所述的周向限位销11共两个，二者上端分别固定连接在转动花盘2的两个小销孔中，下端分别与固定花盘1上的两个小销孔精密配合，用于实现转动花盘2与固定花盘1的周向定位，其中一个周向限位销11的位置为固定花盘1的回转中心。

所述的下弧形定位块5为铝制的带双弧形槽的矩形板，其设弧形槽的一侧面向转动花盘2圆心并固定连接在转动花盘2上，且其与转动花盘2上三个销孔的连线平行放置，下弧形定位块5的弧形槽型面与待加工零件的外圆B型面匹配，包括弧形槽的曲率半径和两弧形槽间距离与外圆B的相等，使用时，待加工零件的外圆B与下弧形定位块5配合，实现待加工零件的径向找正并提高径向支撑刚度，定位后，待加工零件中所加工孔的轴线与回转中心重合。

所述的端面定位块6为钢制矩形构件，其置于下弧形定位块5外侧中部并固定连接在转动花盘2上，其上端面高于下弧形定位块5，用于支撑待加工零件耳片结构的下端面，实现轴向定位，使装夹后的待加工零件下端面不与转动花盘2上表面干涉。

所述的支撑板3为矩形钢制构件，其平行放置在下弧形定位块5外侧，并与转动花盘2通过螺栓固定连接，其高于端面定位块6，且其顶部设置有三个螺纹孔。

所述的上弧形支块4为铝制的带双弧形槽的矩形版，其弧形槽一侧面向转动花盘2圆心并通过螺栓固定连接在支撑板3顶部的螺纹孔中，其双弧形槽的型面与待加工零件的外圆A匹配，包括其曲率半径和两槽间距离与外圆A相等，使用时，上弧形支块4的弧形槽与待加工零件的外圆A贴合，用于实现待加工零件径向找正和配合夹紧；

所述的立板7为钢制矩形构件，其与支撑板3平行相对布置在转动花盘2圆心的另一侧，二者通过螺栓固定连接，其上端中部设有径向的矩形槽，用于置入T形活动块8，同时其上端面对称设置有两个螺纹孔；

所述的T形活动块8为T形构件，其水平板一侧中部的垂直板置于立板7上的矩形槽内，并可在槽内滑动，水平板另一侧设置有两个弧形槽，且弧形槽面向转动花盘2圆心，两个弧形槽构成的型面与待加工零件的外圆D匹配，用于实现待加工零件定位后的压紧，压紧时，T形活动块8与待加工零件的外圆D贴合。

所述的活动块压板9两端设置有与立板7上端面螺纹孔对应的通孔，通过紧固螺栓与立板7固定连接，固定连接后，T形活动块8可在立板7上的矩形槽内滑动；活动块压板9的外侧向下伸出耳片，耳片与矩形槽槽口正对，耳片上设置有螺纹孔，止动螺栓12通过螺纹配合穿过该螺纹孔后顶紧在T形活动块8上，推动T形活动块8实现待加工零件的夹紧；

所述的夹持部15为阶梯轴部件，其大径端通过4个螺栓与固定花盘1下表面的螺栓孔固定连接，其大径端上端面中心设置有定位销，与固定花盘1下表面中心的定位销孔配合实现精密定位；夹持部15小径端用于与机床主轴相连接。

一种偏心壳体快速加工方法，所述加工方法利用所述装夹装置实现，包括如下步骤：

步骤1、将转动花盘2通过中心限位销10和周向限位销11与固定花盘1定位并通过螺栓固定，将夹持部15大径端定位并固定在固定花盘1下表面，将待加工零件耳片结构的下端面靠在端面定位块6的上端面上，使外圆A和外圆B分别靠在上弧形支块4和弧形定位块5的弧形槽内，此时，孔b位于固定花盘1的回转中心处，即机床主轴的回转中心处；

步骤2、旋拧止动螺栓12推动T形活动块8，使得T形活动块8的弧形面靠紧在待加工零件的外圆D上，进一步旋拧止动螺栓12使其顶紧在T形活动块8上，实现待加工零件的夹紧，如图5所示。

步骤3、采用机床三爪夹持在夹持部15小径端上，完成装夹装置整体在机床上的固定，进行对孔b的加工。

步骤4、孔b加工完成后，当需要加工孔a时，不必拆下整体装夹装置，将转动花盘2和固定花盘1之间的螺栓松开，将装夹有待加工零件的转动花盘2沿着远离机床主轴的方向移动，使得周向限位销11滑出固定花盘1的销孔，将转动花盘2转动180°，使两个周向限位销11交换位置，再将周向限位销11插入固定花盘1的销孔内，此时，孔a位于固定花盘1的回转中心处，通过螺栓固定转动花盘2和固定花盘1，进行孔a的加工。

步骤5、加工完成后，旋拧止动螺栓12，松开T形活动块8，将加工后的零件从装夹装置中取下。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。