CN117300227A - 一种提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法，涉及航空发动机叶片制造技术领域，所述提高叶片定位精度和刚性的装夹装置包括叶尖侧单顶尖夹具和榫头侧双顶尖夹具；所述叶尖侧单顶尖夹具包括：转接盘、上支撑板、下支撑板、滑枕、夹爪、锁紧螺栓、转轴、第一顶尖、上支撑块、下支撑块和压紧螺钉；其中，所述滑枕通过转接盘与机床工作台连接，采用所述提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法，叶片的加工合格率得到提升，每年可降低废品损失，取得良好效果，随着产能增加和该项技术的推广应用，经济效益还将大幅度提升。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机叶片制造技术领域，特别提供了一种提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法。
背景技术
航空发动机叶片制造技术是透平机械制造业中最复杂的技术之一，也是机械制造业中涉及专业领域非常广泛的一种制造技术。因此，叶片制造技术的水平在一定程度上反映了发动机制造技术的水平。
精密铣削是通过数控程序控制，使刀具在叶片表面按固定的轨迹和角度，按设定的加工参数，采用切削的方法去除多余材料，进而实现叶片型面的精密成形的过程。其制造的柔性、加工精度、生产周期成本、较型面锻造成形、精密电解都具有明显的优势。
风扇转子叶片，其材料多为钛合金，叶片长度均在400mm以上，长宽比约为3：1，型面最大厚度在5mm以内，叶型扭转角度达到40°，属典型的薄壁弱刚性空间曲面结构。该类叶片的型面铣削加工，叶片在机床上的装夹定位一般采用两端叶片固定面定位夹紧的方法，因为定位基准误差大、辅助支撑支撑力难以控制等原因，叶片的定位精度较差，叶片的夹持强度较低，无法为铣削加工提供足够的支撑力，加工时叶片产生颤振，并且因为支撑力的不足，局部型面产生增厚或过切问题，造成叶片型面铣削加工后轮廓尺寸、位置度和扭转超差，严重影响叶片的加工质量。
人们迫切希望获得一种技术效果优良的提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果优良的提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法。采用自适应辅助支撑，结合百分表测量叶片位置变化的装夹方法，既保证了叶片的装夹位置精度，同时提供了更强的夹紧力，并且叶片在加紧力的作用下不发生位置改变。该种装夹方法能够提高叶片的支撑刚性，避免增厚或过切问题的产生，并且能够降低或消除叶片铣削时的颤振。
所述提高叶片定位精度和刚性的装夹装置包括叶尖侧单顶尖夹具和榫头侧双顶尖夹具；所述叶尖侧单顶尖夹具包括：转接盘、上支撑板、下支撑板、滑枕、夹爪、锁紧螺栓、转轴、第一顶尖、上支撑块、下支撑块和压紧螺钉；其中，所述滑枕通过转接盘与机床工作台连接，滑枕通过螺栓连接在转接盘上，上支撑块和下支撑块分别与锁紧螺栓相连接，上支撑块和下支撑块可在滑枕上滑动，上支撑板和下支撑板分别通过转轴与上支撑块和下支撑块相连接，上支撑板和下支撑板的装夹面两端分别设置有夹爪，压紧螺钉分别贯穿上支撑板和下支撑板的前后面，第一顶尖连接在上支撑板和下支撑板之间的滑枕上；在锁紧螺栓的带动下，上支撑块和下支撑块接近，带动上支撑板、下支撑板上的夹爪贴紧叶片型面，锁紧压紧螺钉，采用力矩扳手再进一步扭紧锁紧螺栓，完成叶片装夹。所述榫头侧双顶尖夹具包括转接盘、滑枕、夹爪、锁紧螺栓、上支撑块、下支撑块、第二顶尖和夹具底座；其中，所述夹具底座连接在转接盘上，滑枕通过转接盘与机床工作台连接，滑枕通过螺栓连接在转接盘上，上支撑块和下支撑块可在滑枕上滑动，上支撑块和下支撑块分别与锁紧螺栓相连接，上支撑块和下支撑块的装夹面两端分别设置有夹爪，两个第二顶尖连接在上支撑块和下支撑块之间的滑枕上。在锁紧螺栓的带动下，上支撑块和下支撑块接近，在叶片的双顶尖与两个第二顶尖接触后，采用力矩扳手再进一步扭紧锁紧螺栓，带动上支撑块和下支撑块上的卡爪接触叶片并锁紧。
所述提高叶片定位精度和刚性的装夹方法具体步骤如下：
步骤一，叶片榫头侧工艺基准加工：
参照成品叶片尺寸进行加工，与成品叶片榫头的尺寸相比，，留1～2mm的余量，参见附图3，工艺基准在叶片榫头高度方向要留的余量△H＝成品叶片的榫头高度H0-叶片榫头侧工艺基准需要铣削的高度H1＝1～2mm，参见附图4，工艺基准在叶片榫头宽度方向相比成品叶片单侧所留余量△L＝铣削工艺基准时在榫头宽度方向尺寸的一半L1-成品叶片榫头宽度的一半L0＝1～2mm；在毛料余量较小的情况下，可适当缩小△H、△L的大小。
步骤二，叶尖侧工艺基准加工：
参照叶片的毛料尺寸进行加工，在叶片毛料的工艺凸台处铣削出一个平面，较毛料尺寸去除1～2mm的余量，参见附图5、6，铣削工艺凸台时在厚度方向需要铣削的余量△h1＝毛料工艺凸台的厚度尺寸h3-工艺凸台铣削后的厚度尺寸h2＝1～2mm；在叶尖工艺凸台余量较小的情况下，可适当缩小△h1的大小。
步骤三，叶片三顶尖装夹：
榫头侧顶尖安装，参见附图7，手动将叶片榫头端中心孔对准提高叶片定位精度和刚性的装夹的两个第二顶尖并接触；
叶尖侧顶尖安装，参见附图8，将叶片工艺凸台中心孔对准提高叶片定位精度和刚性的装夹的第一顶尖并接触，操作铣削加工设备，移动机床工作台的尾座，带动第一顶尖顶紧叶片工艺凸台中心孔；
步骤四，榫头侧自定心装夹：
旋转锁紧螺栓，在锁紧螺栓的带动下，上支撑块和下支撑块接近，带动上支撑板和下支撑板上的夹爪贴紧榫头端工艺台，具体参见附图9；
步骤五，叶尖侧自适应装夹：
首先，夹爪调整和锁紧，松开压紧螺钉，推动上支撑板和下支撑板，使夹爪贴近叶型，锁紧压紧螺钉；其次，调整并压紧叶型，将百分表通过磁力表架进行固定，调整百分表表针接触叶型，百分表压表1～2mm时，通过扳手转动锁紧螺栓，使上支撑板和下支撑板带动卡爪压紧叶型；最后，通过在卡爪与叶型间增加金属垫片，控制百分表位置变化在0～0.1mm以内；为保证叶尖处叶型在装夹后无明显的位置变化，应该保证转动锁紧螺栓后，百分表的位置变化在0～0.1mm以内。具体参见附图10。
步骤六，叶片粗铣加工后的重新装夹：
叶片在粗铣加工后，分别依次松开锁紧螺栓叶尖侧单顶尖夹具和榫头侧双顶尖夹具，重新执行以上的步骤四和步骤五。
所述提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法，叶片的铣削精度和效率得到大幅度提升，叶型截面的轮廓尺寸、位置度和扭转得到精确控制，偏差分布更为合理，有利于提升产品的使用性能。
提高叶片定位精度和刚性的装夹装置及方法，叶片的加工合格率得到提升，每年可降低废品损失数百万元，取得良好效果，随着产能增加和该项技术的推广应用，经济效益还将大幅度提升。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为叶尖侧单顶尖夹具结构示意图；
图2为榫头侧双顶尖夹具结构示意图；
图3为工艺基准在叶片榫头高度方向要留的余量示意图；
图4为工艺基准在叶片榫头宽度方向相比成品叶片单侧所留余量示意图；
图5为铣削工艺凸台时在厚度方向需要铣削的余量示意图；
图6为工艺凸台铣削后的厚度尺寸示意图；
图7为榫头侧顶尖安装示意图；
图8为叶尖侧顶尖安装示意图；
图9为榫头侧自定心装夹示意图；
图10为叶尖侧自适应装夹示意图。
具体实施方式
实施例1
参见附图1、2，所述提高叶片定位精度和刚性的装夹装置包括叶尖侧单顶尖夹具和榫头侧双顶尖夹具；所述叶尖侧单顶尖夹具包括：转接盘1、上支撑板2、下支撑板3、滑枕4、夹爪5、锁紧螺栓6、转轴7、第一顶尖8、上支撑块9、下支撑块10和压紧螺钉11；其中，所述滑枕4通过转接盘1与机床工作台连接，滑枕4通过螺栓连接在转接盘1上，上支撑块9和下支撑块10分别与锁紧螺栓6相连接，上支撑块9和下支撑块10可在滑枕4上滑动，上支撑板2和下支撑板3分别通过转轴7与上支撑块9和下支撑块10相连接，上支撑板2和下支撑板3的装夹面两端分别设置有夹爪5，压紧螺钉11分别贯穿上支撑板2和下支撑板3的前后面，第一顶尖8连接在上支撑板2和下支撑板3之间的滑枕4上；在锁紧螺栓6的带动下，上支撑块9和下支撑块10接近，带动上支撑板2、下支撑板3上的夹爪5贴紧叶片型面，锁紧压紧螺钉11，采用力矩扳手再进一步扭紧锁紧螺栓6，完成叶片装夹。所述榫头侧双顶尖夹具包括转接盘1、滑枕4、夹爪5、锁紧螺栓6、上支撑块9、下支撑块10、第二顶尖12和夹具底座13；其中，所述夹具底座13连接在转接盘1上，滑枕4通过转接盘1与机床工作台连接，滑枕4通过螺栓连接在转接盘1上，上支撑块9和下支撑块10可在滑枕4上滑动，上支撑块9和下支撑块10分别与锁紧螺栓6相连接，上支撑块9和下支撑块10的装夹面两端分别设置有夹爪5，两个第二顶尖12连接在上支撑块9和下支撑块10之间的滑枕4上。在锁紧螺栓6的带动下，上支撑块9和下支撑块10接近，在叶片的双顶尖与两个第二顶尖12接触后，采用力矩扳手再进一步扭紧锁紧螺栓6，带动上支撑块9和下支撑块10上的卡爪接触叶片并锁紧。
所述提高叶片定位精度和刚性的装夹方法具体步骤如下：
步骤一，叶片榫头侧工艺基准加工：
参照成品叶片尺寸进行加工，与成品叶片榫头的尺寸相比，，留1～2mm的余量，参见附图3，工艺基准在叶片榫头高度方向要留的余量△H＝成品叶片的榫头高度H0-叶片榫头侧工艺基准需要铣削的高度H1＝1～2mm，参见附图4，工艺基准在叶片榫头宽度方向相比成品叶片单侧所留余量△L＝铣削工艺基准时在榫头宽度方向尺寸的一半L1-成品叶片榫头宽度的一半L0＝1～2mm；在毛料余量较小的情况下，可适当缩小△H、△L的大小。
步骤二，叶尖侧工艺基准加工：
参照叶片的毛料尺寸进行加工，在叶片毛料的工艺凸台处铣削出一个平面，较毛料尺寸去除1～2mm的余量，参见附图5、6，铣削工艺凸台时在厚度方向需要铣削的余量△h1＝毛料工艺凸台的厚度尺寸h3-工艺凸台铣削后的厚度尺寸h2＝1～2mm；在叶尖工艺凸台余量较小的情况下，可适当缩小△h1的大小。
步骤三，叶片三顶尖装夹：
榫头侧顶尖安装，参见附图7，手动将叶片榫头端中心孔对准提高叶片定位精度和刚性的装夹的两个第二顶尖12并接触；
叶尖侧顶尖安装，参见附图8，将叶片工艺凸台中心孔20对准提高叶片定位精度和刚性的装夹的第一顶尖8并接触，操作铣削加工设备，移动机床工作台的尾座，带动第一顶尖8顶紧叶片工艺凸台中心孔20；
步骤四，榫头侧自定心装夹：
旋转锁紧螺栓6，在锁紧螺栓6的带动下，上支撑块9和下支撑块10接近，带动上支撑板2和下支撑板3上的夹爪5贴紧榫头端工艺台21，具体参见附图9；
步骤五，叶尖侧自适应装夹：
首先，夹爪5调整和锁紧，松开压紧螺钉11，推动上支撑板2和下支撑板3，使夹爪5贴近叶型23，然后锁紧压紧螺钉11；其次，调整并压紧叶型23，将百分表22通过磁力表架进行固定，其次，调整百分表22表针接触叶型23，百分表22压表1～2mm时，通过扳手转动锁紧螺栓6，使上支撑板2和下支撑板3带动卡爪5压紧叶型23；最后，通过在卡爪5与叶型间增加金属垫片，控制百分表22位置变化在0～0.1mm以内；为保证叶尖处叶型在装夹后无明显的位置变化，应该保证转动锁紧螺栓6后，百分表的位置变化在0～0.1mm以内。具体参见附图10。
步骤六，叶片粗铣加工后的重新装夹：
叶片在粗铣加工后，分别依次松开锁紧螺栓叶尖侧单顶尖夹具和榫头侧双顶尖夹具，重新执行以上的步骤四和步骤五。
Claims (2)
1.一种提高叶片定位精度和刚性的装夹装置，其特征在于：所述提高叶片定位精度和刚性的装夹装置包括叶尖侧单顶尖夹具和榫头侧双顶尖夹具；所述叶尖侧单顶尖夹具包括：转接盘(1)、上支撑板(2)、下支撑板(3)、滑枕(4)、夹爪(5)、锁紧螺栓(6)、转轴(7)、第一顶尖(8)、上支撑块(9)、下支撑块(10)和压紧螺钉(11)；其中，所述滑枕(4)通过转接盘(1)与机床工作台连接，上支撑块(9)和下支撑块(10)分别与锁紧螺栓(6)相连接，上支撑块(9)和下支撑块(10)可在滑枕(4)上滑动，上支撑板(2)和下支撑板(3)分别通过转轴(7)与上支撑块(9)和下支撑块(10)相连接，上支撑板(2)和下支撑板(3)的装夹面两端分别设置有夹爪(5)，压紧螺钉(11)分别贯穿上支撑板(2)和下支撑板(3)的前后面，第一顶尖(8)连接在上支撑板(2)和下支撑板(3)之间的滑枕(4)上；所述榫头侧双顶尖夹具包括转接盘(1)、滑枕(4)、夹爪(5)、锁紧螺栓(6)、上支撑块(9)、下支撑块(10)、第二顶尖(12)和夹具底座(13)；其中，所述夹具底座(13)连接在转接盘(1)上，滑枕(4)通过转接盘(1)与机床工作台连接，上支撑块(9)和下支撑块(10)可在滑枕(4)上滑动，上支撑块(9)和下支撑块(10)分别与锁紧螺栓(6)相连接，上支撑块(9)和下支撑块(10)的装夹面两端分别设置有夹爪(5)，两个第二顶尖(12)连接在上支撑块(9)和下支撑块(10)之间的滑枕(4)上。
2.一种提高叶片定位精度和刚性的装夹方法，其特征在于：所述提高叶片定位精度和刚性的装夹方法具体步骤如下：
步骤一，叶片榫头侧工艺基准加工：
工艺基准在叶片榫头高度方向要留的余量△H＝成品叶片的榫头高度H0-叶片榫头侧工艺基准需要铣削的高度H1＝1～2mm，工艺基准在叶片榫头宽度方向相比成品叶片单侧所留余量△L＝铣削工艺基准时在榫头宽度方向尺寸的一半L1-成品叶片榫头宽度的一半L0＝1～2mm；
步骤二，叶尖侧工艺基准加工：
在叶片毛料的工艺凸台处铣削出一个平面，铣削工艺凸台时在厚度方向需要铣削的余量△h1＝毛料工艺凸台的厚度尺寸h3-工艺凸台铣削后的厚度尺寸h2＝1～2mm；
步骤三，叶片三顶尖装夹：
榫头侧顶尖安装，手动将叶片榫头端中心孔对准提高叶片定位精度和刚性的装夹的两个第二顶尖(12)并接触；
叶尖侧顶尖安装，将叶片工艺凸台中心孔(20)对准提高叶片定位精度和刚性的装夹的第一顶尖(8)并接触，操作铣削加工设备，移动机床工作台的尾座，带动第一顶尖(8)顶紧叶片工艺凸台中心孔(20)；
步骤四，榫头侧自定心装夹：
旋转锁紧螺栓(6)，在锁紧螺栓(6)的带动下，上支撑块(9)和下支撑块(10)接近，带动上支撑板(2)和下支撑板(3)上的夹爪(5)贴紧榫头端工艺台(21)；
步骤五，叶尖侧自适应装夹：
首先，夹爪(5)调整和锁紧，松开压紧螺钉(11)，推动上支撑板(2)和下支撑板(3)，使夹爪(5)贴近叶型(23)，锁紧压紧螺钉(11)；其次，调整并压紧叶型(23)，将百分表(22)通过磁力表架进行固定，调整百分表(22)表针接触叶型(23)，百分表(22)压表1～2mm时，通过扳手转动锁紧螺栓(6)，使上支撑板(2)和下支撑板(3)带动卡爪(5)压紧叶型(23)；最后，通过在卡爪(5)与叶型(23)间增加金属垫片，控制百分表(22)位置变化在0～0.1mm以内；
步骤六，叶片粗铣加工后的重新装夹：
叶片在粗铣加工后，分别依次松开锁紧螺栓叶尖侧单顶尖夹具和榫头侧双顶尖夹具，重新执行以上的步骤四和步骤五。
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