一种自适应偏心夹具，它包括一个偏心夹具基体、两个结构相同但安装方向相反的随行夹具块、两套将随行夹具块连接于夹具基体上的夹具块固定装置、一个用于将夹具基体连接于机床上的柔性连接装置；一对随行夹具块安装在偏心夹具基体定位面上，并且随行夹具块中心与整个偏心夹具基体回转轴同轴；柔性连接装置安装在偏心夹具基体左侧定位轴上，并且在柔性连接装置和偏心夹具基体之间设置有夹具块固定装置。叶片通过双端定位基准安装在两随行夹具块上，整个夹具系统一侧通过柔性可调整法兰组件与机床回转工作台连接，另一侧由液压顶尖直接定心顶紧。该夹具主要用于弱刚性类叶片的加工。
1.一种自适应偏心夹具装置，其特征在于：该装置包括一个偏心夹具基体、两个结构相同但安装方向相反的随行夹具块、两套将随行夹具块连接于夹具基体上的夹具块固定装置和一个用于将夹具基体连接于机床上的柔性连接装置；一对随行夹具块安装在偏心夹具基体定位面上，并且随行夹具块中心与整个偏心夹具基体回转轴同轴；夹具块固定装置中的定位板和压紧板设置在偏心夹具基体定位面两侧；柔性连接装置安装在偏心夹具基体左侧定位轴上，并且在柔性连接装置和偏心夹具基体之间设置有夹具块固定装置；叶片通过双端定位基准安装在两随行夹具块上，整个夹具系统一侧通过柔性连接装置与机床回转工作台连接，另一侧由液压顶尖直接定心顶紧；
所述偏心夹具基体，是倒几字半开框式凹形结构，它为弱刚性薄壁叶片类零件提供辅助支撑；其上设置有矩形状的定位板和压紧板，可将随行夹具块准确安装在偏心夹具基体上；叶片通过双端定位基准安装在两随行夹具块上，整个夹具系统一侧通过柔性连接装置与机床回转工作台连接，另一侧由液压顶尖顶紧来实现夹具基体和机床水平转台回转轴的同步转动；
所述随行夹具块，是双端带伸出轴的四面对称方形结构，其对称中心通过回转轴中心，与水平放置的叶片工件的左右两端的轴相连接，随同叶片在不同机床中转移或在上述夹具基体上变换成其它安装状态，用于叶片的无应力精确定位自适应装夹；它是由压紧螺帽、柔性关节轴承、轴向压紧锥套、限位过渡套、滚珠限位螺母、方销、方形带轴定位块和密封组件组成，限位过渡套与柔性关节轴承外圈端面紧靠在一起安装于轴向压紧锥套内孔中，并且使柔性关节轴承锥面与轴向压紧锥套内孔前端锥面配合，轴向压紧锥套、限位过渡套、柔性关节轴承组成的组件一起安装到方形带轴定位块的内孔中，方销从方形带轴定位块上的方孔和轴向压紧锥套的长方孔中穿过，滚珠限位螺母通过方形带轴定位块另一轴端小孔与轴向压紧锥套尾端螺纹连接；该压紧螺帽是内孔一侧设置有凸台，限制柔性关节轴承偏离该随行夹具块；该柔性关节轴承的外圈的外表面为锥面，内外圈被分别分割成极薄的环状三瓣结构，其作用是夹紧叶片工件基准轴；该限位过渡套是套筒类结构，为限定柔性关节轴承的位置；轴向压紧锥套、限位过渡套、滚珠限位螺母、方形带轴定位块组成压紧松开机构，其中的轴向压紧锥套和限位过渡套通过方销连接于随动夹具块本体上，但轴向压紧锥套上的轴向长槽容许轴向压紧锥套在滚珠限位螺母驱动下相对本体作轴向双向移动；滚珠限位螺母的正反向旋转驱动轴向压紧锥套沿轴线方向前进或后退，通过其端部内锥面压紧或放松柔性关节轴承，达到压紧或放松叶片工件上的轴颈的目的，在压紧过程中柔性关节轴承只做径向运动，不做周向转动和轴向移动；两个随行夹具块中的柔性关节轴承容许叶片上两端的轴在不同轴的情况下实现自由定位或自适应定位，确保叶片在安装于夹具上时不存在安装应力，该轴向压紧锥套是管状柔性花瓣结构，一端内孔为锥面，一端为螺纹，并且在上面切有方形长孔，其作用是为其内部的柔性关节轴承定心并提供夹紧力；该方销是截面为四方形的长销，其作用是通过将方形带轴定位块和轴向压紧锥套连接，从而使前者和后者之间无相对转动；该方形带轴定位块是四面对称并垂直的方块，方块两侧带有伸出轴，伸出轴位于方块中心，长端伸出轴开有大孔，其作用是对随行夹具块在偏心夹具基体上定位并牢固夹紧；该滚珠限位螺母是宝塔式阶梯结构，前端小阶梯设置有螺纹，根部有半环状滚珠槽，其作用是通过旋转螺纹使轴向压紧锥套在该随行夹具块孔内来回滑动；其上的方形带轴定位块四面互相垂直，相对两面互相对称，四个面都可作为定位面，且基准一致，通过翻转，实现叶片四个工位的转换，从而使叶片的叶盆、叶背、进、排气边都能在最佳切削工位；
随行夹具块安装在定位板与压紧板中间，定位板与压紧板通过同一螺栓拉紧，在拉紧过程中，两者同时向中间运动，实现自动定心，完成对方块定位组件Y方向与绕Z旋转方向的定位夹紧；该密封组件是由密封塑料套筒、防尘塑料盖组成，防尘塑料盖放置在密封塑料套筒里，其作用是防止切削过程中的切屑进入方形定位组件内；
所述柔性连接装置，是由定心法兰、调整法兰和柔性防转簧片组合而成的回转类法兰结构，将整个偏心夹具基体定心安装在机床回转工作台上，并且只传递扭矩，提高了夹具在机床上使用的互换性；定心法兰圆周上有四个均布的阶梯孔，螺钉通过这四个阶梯孔将整个自适应偏心夹具与机床回转工作台紧固连接，定心法兰、调整法兰、柔性防转簧片按顺序依次连接，未装调整法兰前，将定心法兰定位锥芯轴与夹具体固定侧中心孔紧密配合，测量出定心法兰端面与柔性防转簧片端面之间的实际距离，将调整法兰厚度磨削至上述尺寸即可；柔性防转簧片具有低的轴向刚性和高的周向刚性，确保传递运动的准确性和不与双顶尖定位系统的干涉；
所述夹具块固定装置是通过两对柔性压板和两组螺栓来实现两个随行夹具块在夹具基体上的定位和固定，每对柔性压板都包含一个定位板和一个压紧板；它由偏心夹具基体、定位板、压紧板和螺栓、螺母构成，定位板和压紧板分别位于随行夹具块两侧并安装在夹具基体上；该定位板是其上设有连接通孔并开有沟槽的矩形板料；该压紧板是其上设有连接通孔并开有沟槽的矩形板料。
一种自适应偏心夹具
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自适应偏心夹具，它是一种利用偏心机构做辅助支撑使机床装夹力不作用在弱刚性叶片，并利用球面自适应机构实现在叶片定位面位置发生变化时一直能适应这种变化而保证叶片不发生过定位的夹具。属于机加工装夹具技术领域。
背景技术
[0002] 飞机发动机叶片由于采用薄壁结构，精度要求高，加工刚度较差，在切削加工时，极易产生变形,造成型面扭转、翘曲变形及尺寸超差等现象。除了机床几何与运动控制误差、机床热变形误差，这些主要是工件与夹具和机床之间的装夹误差、工件与夹具之间接触区域的弹性变形误差、切削力引起的让刀变形误差、残余应力导致的工件扭曲变形误差、以及数控编程误差等等。
[0003] 近些年来，大量研究工作致力于如何确定并消除所有这些误差来源。一方面由于受到机床运动加速度的限制，叶片加工区域应该尽可能布置在回转中心附近，并且由于叶片刚性较差，种类繁多，得通过各式成套夹具构成最佳装夹方案，另一方面，切削力、残余应力等导致的加工变形误差却不是仅仅通过改进机床结构设计就可以完全避免的，从而在很大程度上限制了高精度数控机床的应用。这些矛盾在切削加工薄壁零件的过程中尤为显著。
[0004] 现有夹具在叶片发生扭转、弯曲变形导致双端基准不一致时，装夹位置还保持不变，从而使叶片在加工过程中憋劲，造成新的内应力。本发明使叶片处于自然状态进行无应力夹紧，即夹具和工件之间不存在严重的安装应力；并且利用偏心机构提供辅助支撑，使得机床装夹力不作用在叶片上。
发明内容
[0005] 1、目的：本发明的目的是提供一种自适应偏心夹具，它是利用偏心机构提供辅助支撑的无应力自适应双端装夹夹具。
[0006] 2、技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案的特征是：一种自适应偏心夹具，它包括：一个偏心夹具基体、两个结构相同但安装方向相反的随行夹具块、两套将随行夹具块连接于夹具基体上的夹具块固定装置、一个用于将夹具基体连接于机床上的柔性连接装置；它们之间的位置连接关系是：一对随行夹具块安装在偏心夹具基体定位面上，并且随行夹具块中心与整个偏心夹具基体回转轴同轴；夹具块固定装置中的定位板和压紧板设置在偏心夹具基体定位面两侧。柔性连接装置安装在偏心夹具基体左侧定位轴上，并且在柔性连接装置和偏心夹具基体之间设置有夹具块固定装置。叶片通过双端定位基准安装在两随行夹具块上，整个夹具系统一侧通过柔性连接装置与机床回转工作台连接，另一侧由液压顶尖直接定心顶紧。
[0007] 所述偏心夹具基体，见图4，是倒几字半开框式凹形结构，它主要为弱刚性薄壁叶片类零件提供辅助支撑；其上设置有矩形状的定位板和压紧板，可将随行夹具块准确安装在偏心夹具基体上。叶片通过双端定位基准安装在两随行夹具块上，整个夹具系统一侧通过柔性连接装置与机床回转工作台连接，另一侧由液压顶尖顶紧来实现夹具基体和机床水平转台回转轴的同步转动。
[0008] 所述随行夹具块，是双端带伸出轴的四面对称方形结构，其对称中心通过回转轴中心，与水平放置的叶片工件的左右两端的轴相连接，可随同叶片在不同机床中转移或在上述夹具基体上变换成其它安装状态，如绕叶片轴线旋转180度重新安装；主要用于叶片的无应力精确定位自适应装夹；它是由压紧螺帽、柔性关节轴承、轴向压紧锥套、限位过渡套、滚珠限位螺母、方销、方形带轴定位块和密封组件组成，它们之间的位置连接关系是：限位过渡套与柔性关节轴承外圈端面紧靠在一起安装于轴向压紧锥套内孔中，并且使柔性关节轴承锥面与轴向压紧锥套内孔前端锥面配合，轴向压紧锥套、限位过渡套、柔性关节轴承组成的组件一起安装到方形带轴定位块的内孔中，方销从方形带轴定位块上的方孔和轴向压紧锥套的长方孔中穿过，滚珠限位螺母通过方形带轴定位块另一轴端小孔与轴向压紧锥套尾端螺纹连接。该压紧螺帽是内孔一侧设置有凸台，限制柔性关节轴承偏离该随行夹具块；该柔性关节轴承的外圈的外表面为锥面，内外圈被分别分割成极薄的环状三瓣结构，主要作用是夹紧叶片工件基准轴；该限位过渡套是套筒类结构，主要为限定柔性关节轴承的位置；轴向压紧锥套、限位过渡套、滚珠限位螺母、方形带轴定位块组成压紧松开机构，其中的轴向压紧锥套和限位过渡套通过方销连接于随行夹具块本体上，但轴向压紧锥套上的轴向长槽容许该套在滚珠限位螺母驱动下相对本体作轴向双向移动。滚珠限位螺母的正反向旋转驱动轴向压紧锥套沿轴线方向前进或后退，通过其端部内锥面压紧或放松球面轴承，达到压紧或放松叶片工件上的轴颈的目的，在压紧过程中柔性关节轴承只做径向运动，不做周向转动和轴向移动。两个随行夹具块中的柔性关节轴承容许叶片上两端的轴在不同轴的情况下实现自由定位或自适应定位，确保叶片在安装于夹具上时不存在安装应力，该轴向压紧锥套是管状柔性花瓣结构，一端内孔为锥面，一端为螺纹，并且在上面切有方形长孔，主要作用是为其内部的柔性关节轴承定心并提供夹紧力；该方销是截面为四方形的长销，主要作用是通过将方形带轴定位块和轴向压紧锥套连接，从而使前者和后者之间无相对转动；该方形带轴定位块是四面对称并垂直的方块，方块两侧带有伸出轴，伸出轴位于方块中心，长端伸出轴开有大孔，主要作用是对随行夹具块在偏心夹具基体上定位并牢固夹紧；该滚珠限位螺母是是宝塔式阶梯结构，前端小阶梯设置有螺纹，根部有半环状滚珠槽，主要作用是通过旋转螺纹使轴向压紧锥套可以在该随行夹具块孔内来回滑动。其上的方形带轴定位块四面互相垂直，相对两面互相对称，四个面都可作为定位面，且基准一致，通过翻转，可以很方便的实现叶片四个工位的转换，从而使叶片的叶盆、叶背、进、排气边都能在最佳切削工位。随行夹具块安装在定位板与压紧板中间，定位板与压紧板通过同一螺栓拉紧，在拉紧过程中，两者同时向中间运动，实现自动定心。完成对随行夹具块7的Y方向与绕Z旋转方向的定位夹紧。所述密封组件是由密封塑料套筒、防尘塑料盖组成，防尘塑料盖放置在密封塑料套筒里。其作用是防止切削过程中的切屑进入随行夹具块7内。
[0009] 所述柔性连接装置，是由定心法兰、调整法兰和柔性防转簧片组合而成的回转类法兰结构，可将整个偏心夹具基体定心安装在机床回转工作台上，并且只传递扭矩，提高了夹具在机床上使用的互换性。定心法兰圆周上有四个均布的阶梯孔，螺钉通过这四个阶梯孔将整个自适应偏心夹具与机床回转工作台紧固连接，定心法兰、调整法兰、柔性防转簧片按顺序依次连接，未装调整法兰前，将定心法兰定位锥芯轴与夹具体固定侧中心孔紧密配合，测量出定心法兰端面与柔性防转簧片端面之间的实际距离，将调整法兰厚度磨削至上述尺寸即可。柔性防转簧片具有低的轴向刚性和高的周向刚性，确保传递运动的准确性和不与双顶尖定位系统的干涉。
[0010] 所述夹具块固定装置是通过两对尺寸一致的具有弹性的柔性压板（即定位板和压紧板）和两组螺栓实现两个随行夹具块在夹具基体上的定位和固定；两柔性压板锁紧状态的自然距离稍小于随行夹具块的宽度，通过两柔性压板的同时等量变形实现上述随行夹具基体的自动对中定位,该原理容许两个随行夹具块的截面尺寸有一定的差异；叶片通过随行夹具块连接于夹具基体上、夹具基体通过一对顶尖孔和一套柔性连接装置连接于机床水平转台上，从而实现叶片随机床水平转台的旋转运动。该夹具块固定装置由偏心夹具基体、定位板、压紧板和螺栓、螺母构成，定位板和压紧板分别位于随行夹具块两侧并安装在夹具基体上，它主要是将随行夹具块准确定位并牢固装夹在夹具基体上。该定位板是其上设有连接通孔并开有沟槽的矩形板料；该压紧板是其上设有连接通孔并开有沟槽的矩形板料。
[0011] 3、优点及功效：本发明的主要优点是使叶片处于自然状态进行无应力夹紧，即夹具和工件之间不存在严重的安装应力；并且利用偏心机构提供辅助支撑，使得机床装夹力不作用在叶片上。从而可以有效降低叶片加工中的弯曲的扭转变形，提高叶片加工精度。
附图说明
[0012] 图1是本发明自适应偏心夹具结构图。
[0013] 图2a是随行夹具块结构剖示图。
[0014] 图2b是随行夹具块结构轴测图。
[0015] 图3a是柔性连接装置结构剖示图。
[0016] 图3b是柔性连接装置结构轴测图。
[0017] 图4是夹具块固定装置示意图。
[0018] 图5是本发明爆炸图。
[0019] 标号说明：
[0020] 1是偏心夹具基体，2是压紧板，4是定位板。
[0021] 3是柔性连接装置，3-1是柔性防转簧片，3-2是调整法兰，3-3是定心法兰。
[0022] 5是密封组件，5-1是密封塑料套筒，5-2是防尘塑料盖。
[0023] 6是叶片。
[0024] 7是随行夹具块，7-1是压紧螺帽，7-2是柔性关节轴承，7-3是限位过渡套，7-4是轴向压紧锥套，7-5是方销，7-6是方形带轴定位块，7-7是滚珠限位螺母。
[0025] 8是定位销钉。
[0026] 9是短内六角螺钉，10是长内六角螺钉。
[0027] 其中m是顶丝，n是球形钢珠。
[0028] D1是硬质合金顶尖，D2是夹具集体定心中心孔
具体实施方式
[0029] 以下结合附图说明本发明的实施例。
[0030] 一种自适应偏心夹具，它包括：偏心夹具基体1、随行夹具块7、柔性连接装置3、定位板4、压紧板2、密封组件5和夹具块固定装置；它们之间的位置连接关系是：一对随行夹具块7安装在偏心夹具基体1定位面上，并且随行夹具块7中心与整个夹具基体1回转轴同轴；定位板4和压紧板2设置在夹具基体1定位面两侧，密封组件5安装在随行夹具块7伸出轴上。柔性连接装置3安装在夹具基体1左侧定位轴上，并且在柔性连接装置3和偏心夹具基体1之间设置有夹具块固定装置。叶片6通过双端定位基准安装在两随行夹具块7上，整个夹具系统一侧通过柔性连接装置3与机床回转工作台连接，另一侧由液压顶尖直接定心顶紧。
[0031] 见图1、图2a、b、图3a、b和图4，一种自适应偏心夹具，包括偏心夹具基体1，成对安装在所述偏心夹具基体1定位平面上的随行夹具块7，定心安装在所述偏心夹具基体1一侧的柔性连接装置3。所述偏心夹具基体1上设置有定位板4和压紧板2，可将随行夹具块7准确安装在偏心夹具基体1上，所述柔性连接装置3之间设定有将两者定位锁紧的定位锁紧装置。柔性连接装置3是由定心法兰3-3、调整法兰3-2和柔性防转簧片3-1组合而成的回转类法兰结构，可将整个偏心夹具基体定心安装在机床回转工作台上，并且只传递扭矩，提高了夹具在机床上使用的互换性。随行夹具块7，是双端带伸出轴的四面对称方形结构，其对称中心通过回转轴中心，与水平放置的叶片工件的左右两端的轴相连接，可随同叶片在不同机床中转移或在上述夹具基体上变换成其它安装状态，它是由压紧螺帽7-1、柔性关节轴承7-2、轴向压紧锥套7-4、限位过渡套7-3、滚珠限位螺母7-7、方销7-5、方形带轴定位块7-6和密封组件5组成，它们之间的位置连接关系是：限位过渡套7-3与柔性关节轴承7-2外圈端面紧靠在一起安装于轴向压紧锥套7-4内孔中，并且使柔性关节轴承7-2锥面与轴向压紧锥套7-4内孔前端锥面配合，轴向压紧锥套7-4、限位过渡套7-3、柔性关节轴承7-2组成的组件一起安装到方形带轴定位块7-6的内孔中，方销7-5从方形带轴定位块7-6上的方孔和轴向压紧锥套7-4的长方孔中穿过，滚珠限位螺母7-7通过方形带轴定位块7-6另一轴端小孔与轴向压紧锥套7-4尾端螺纹连接。该压紧螺帽7-1是内孔一侧设置有凸台，限制柔性关节轴承偏离该随行夹具块7；该柔性关节轴承7-2的外圈的外表面为锥面，内外圈被分别分割成极薄的环状三瓣结构，主要作用是夹紧叶片工件基准轴；该限位过渡套7-3是套筒类结构，主要为限定柔性关节轴承7-2的位置；轴向压紧锥套7-4、限位过渡套7-3、滚珠限位螺母7-6、方形带轴定位块7-6组成压紧松开机构，其中的轴向压紧锥套7-4和限位过渡套7-3通过方销7-5连接于随行夹具块7本体上，但轴向压紧锥套7-4上的轴向长槽容许该套在滚珠限位螺母7-7驱动下相对本体作轴向双向移动。滚珠限位螺母7-7的正反向旋转驱动轴向压紧锥套沿7-4轴线方向前进或后退，通过其端部内锥面压紧或放松球面轴承，达到压紧或放松叶片工件上的轴颈的目的，在压紧过程中柔性关节轴承7-2只做径向运动，不做周向转动和轴向移动。两个随行夹具块7中的柔性关节轴承7-2容许叶片上两端的轴在不同轴的情况下实现自由定位或自适应定位，确保叶片6在安装于夹具上时不存在安装应力，该轴向压紧锥套7-4是管状柔性花瓣结构，一端内孔为锥面，一端为螺纹，并且在上面切有方形长孔，主要作用是为其内部的柔性关节轴承7-2定心并提供夹紧力；该方销7-5是截面为四方形的长销，主要作用是通过将方形带轴定位块7-6和轴向压紧锥套7-4连接，从而使前者和后者之间无相对转动；该方形带轴定位块7-6是四面对称并垂直的方块，方块两侧带有伸出轴，伸出轴位于方块中心，长端伸出轴开有大孔，主要作用是对随行夹具块7在偏心夹具基体1上定位并牢固夹紧；该滚珠限位螺母7-7是是宝塔式阶梯结构，前端小阶梯设置有螺纹，根部有半环状滚珠槽，主要作用是通过旋转螺纹使轴向压紧锥套7-4可以在该随行夹具块7孔内来回滑动。其上的方形带轴定位块7-6四面互相垂直，相对两面互相对称，四个面都可作为定位面，且基准一致，通过翻转，可以很方便的实现叶片四个工位的转换，从而使叶片6的叶盆、叶背、进、排气边都能在最佳切削工位。
随行夹具块7安装在定位板4与压紧板2中间，定位板4与压紧板2通过同一螺栓拉紧，在拉紧过程中，两者同时向中间运动，实现自动定心。完成对随行夹具块7的Y方向与绕Z旋转方向的定位夹紧。所述密封组件5是由密封塑料套筒5-1、防尘塑料盖5-2组成，防尘塑料盖5-2放置在密封塑料套筒5-1里。其作用是防止切削过程中的切屑进入随行夹具块7内。
[0032] 以某型发动机静子双轴叶片6为例，叶片6两端轴为其加工基准，但在加工过程中，叶身会向叶盆方向产生弯曲变形。装夹后，粗精加工一次加工，其造成的这种内应力变形难以消除。但是，如果我们在加工过程中释放了内应力，这种变形将会大大改善。另外，由于叶片6装夹双端同轴度误差的存在，使得叶片6在装夹中憋着劲，存在较大的装夹应力，也在一定程度上造成了叶片6的型面误差。本发明所提供的装置可以解决此问题。
[0033] 如图1所示，叶片6通过双端定位基准安装在两随行夹具块7上，整个夹具系统一侧通过柔性连接装置3与机床回转工作台连接，另一侧由液压顶尖顶紧。
[0034] 所述随行夹具块7，其上的方形定位块四面互相垂直，相对两面互相对称，四个面都可作为定位面，且基准一致，通过翻转，可以很方便的实现叶片四个工位的转换，从而使叶片6的叶盆、叶背、进、排气边都能在最佳切削工位。
[0035] 所述随行夹具块7安装在定位板4与压紧板2中间，定位板4与压紧板2通过螺栓同时拉紧，在拉紧过程中，两者同时向中间运动，实现自动定心。完成对方块定位组件Y方向与绕Z旋转方向的定位夹紧。
[0036] 如图1所示，利用偏心基体1做辅助支撑使机床装夹力不作用在弱刚性叶片，并利用随行夹具块7实现在叶片定位面位置发生变化时一直能适应这种变化。
[0037] 以上描述的实施例是为了说明本发明，而非为了限定本发明。发明的范围由所附加的权利要求的范围限定。
