超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具及切削工艺

摘要

本发明公开了一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，包括中心轴，该中心轴的两侧轴端上的拨轮与凸轮板，一对凸轮板之间环状分布的多根托辊以及每一托辊上的多个弹性橡塑圈；上述的凸轮板上沿其圆周方向环状阵列排布有多个第一长条孔，一对凸轮板上的第一长条孔相互对称，上述每一根托辊的辊轴端部均延伸至其相对应的第一长条孔内，上述拨轮的周缘面上环状分布有凹口，且一对拨轮上的凹口相互对称，每一根托辊的辊轴端部均卡入至与其相对应的上述凹口内，在上述拨轮上还设有驱动其绕中心轴的中轴线进行旋转动作，且可实现自锁的驱动机构。其解决了“提高超薄壁大型筒体类切削工件的切削加工精度”的技术问题，使其质量得以提升。

权利要求

1.一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，其特征在于，包括：

中心轴（1），该中心轴（1）与待切削工件两者的长度相对应；

中心轴（1）的两侧轴端上均独立活动套接的拨轮（2）与凸轮板（3），且单侧轴端上的拨轮（2）与凸轮板（3）两者在中心轴（1）轴线方向上进行限位固定；

一对凸轮板（3）之间环状分布的多根托辊（4），且每一根托辊（4）均平行于中心轴（1）轴线方向；

以及每一托辊（4）上沿托辊（4）的辊轴线方向排布的多个弹性橡塑圈（5）；

其中，上述的凸轮板（3）上沿其圆周方向环状阵列排布有多个第一长条孔（6），且每个第一长条孔（6）的中段部分的曲率保持一致，一对凸轮板（3）上的第一长条孔（6）相互对称，上述每一根托辊（4）的辊轴端部（7）均延伸至其相对应的第一长条孔（6）内，上述拨轮（2）的周缘面上环状分布有凹口（8），且一对拨轮（2）上的凹口（8）相互对称，每一根托辊（4）的辊轴端部（7）均卡入至与其相对应的上述凹口（8）内，在上述拨轮（2）上还设有驱动其绕中心轴（1）的中轴线进行旋转动作，且可实现自锁的驱动机构；当驱动机构联动一对拨轮（2）促使每一根托辊（4）均处于其相对应第一长条孔（6）的相对高端时，上述多根托辊（4）上的弹性橡塑圈（5）共同围成的最大圆直径大于待切削工件的内孔径。

2.根据权利要求1所述的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，其特征是在上述的中心轴（1）上固定套接有至少一个的棘轮（13），每个棘轮（13）的齿面曲率与上述第一长条孔（6）的中段部分的曲率保持一致，且始终与每根托辊（4）的辊面相顶接。

3.根据权利要求1或2所述的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，其特征是上述的驱动机构包括：在单侧或者双侧拨轮（2）上增设的拨轮手柄（9），该拨轮手柄（9）相对应的凸轮板（3）上水平方向开设的第二长条孔（10），固定在凸轮板（3）上且位于该第二长条孔（10）左右两侧的螺钉座（11）以及螺纹旋接在每一个螺钉座（11）内的锁紧螺栓（12），其中上述的拨轮手柄（9）贯穿其相对应的第二长条孔（10），上述螺钉座（11）上的锁紧螺栓（12）运行轨迹只是完全覆盖其相对应的第二长条孔（10）。

4.一种采用了如权利要求1-3中任一项所述的内支撑胀紧夹具的超薄壁大型筒体类切削工件的切削工艺，其特征是包含工序如下：粗镗内孔—粗车外圆—自然时效—粗镗内孔—人工时效—精镗内孔—加装内支撑胀紧夹具—半精车、精车外圆。

说明书

超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具及切削工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具及切削工艺，特别是一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具及切削工艺。

背景技术

[0002] 在机械加工领域，制造低刚度、高精度、薄壁（D/δ=50～100，其中D为内圆直径，δ为壁厚）大型筒体类切削工件（不论材料是黑色金属或是有色金属）都是极其困难的，尤其是通过板材拼焊、成形卷筒而成的筒体毛坯更是如此。究其原因在于：卷制筒体毛坯的过程中，材料的塑性变形（内、外层材料分别受到压缩与拉伸，材料内层残留压应力，外层残留拉应力）所形成的残余内应力很大，在切削加工过程中随着外层材料的去除打破原来残余内应力的平衡，从而引起工件变形，如果筒体在卷制之前的板材是拼焊而成的话，通常焊缝强度只是母材强度的85%左右，因此卷制中焊缝的变形相对母材更快。

[0003] 针对上述问题，本领域技术人员一般是通过完善工件切削加工时的定位、夹紧方式以及夹紧力的大小方向来增加其工艺刚度，从而降低工件进行切削加工时的变形量。目前，上述的薄壁大型筒体类切削工件一般采用内支撑胀紧夹具进行定位夹紧。但是，当切削工件为对振动、切削力大小及波动、切削温度、装夹方式等均十分敏感的超薄壁（D/δ=100～200）大型筒体类切削工件时，现有的内支撑胀紧夹具就无法保证切削精度要求。

[0004] 因此，申请人认为有必要对上述的现有内支撑胀紧夹具作进一步的改进。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，上述内支撑胀紧夹具能够显著提高超薄壁大型筒体类零件的环刚度，使其在切削加工中零件少有震动，变形小，从而提高这类零件的切削加工精度。

[0006] 为了实现上述目的，本发明所设计的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，其包括：

[0007] 中心轴，该中心轴与待切削工件两者的长度相对应；

[0008] 中心轴的两侧轴端上均独立活动套接的拨轮与凸轮板，且单侧轴端上的拨轮与凸轮板两者在中心轴轴线方向上进行限位固定；

[0009] 一对凸轮板之间环状分布的多根托辊，且每一根托辊均平行于中心轴轴线方向；

[0010] 以及每一托辊上沿托辊的辊轴线方向排布的多个弹性橡塑圈；

[0011] 其中，上述的凸轮板上沿其圆周方向环状阵列排布有多个第一长条孔，且每个第一长条孔的中段部分的曲率保持一致，一对凸轮板上的第一长条孔相互对称，上述每一根托辊的辊轴端部均延伸至其相对应的第一长条孔内，上述拨轮的周缘面上环状分布有凹口，且一对拨轮上的凹口相互对称，每一根托辊的辊轴端部均卡入至与其相对应的上述凹口内，在上述拨轮上还设有驱动其绕中心轴的中轴线进行旋转动作，且可实现自锁的驱动机构；当驱动机构联动一对拨轮促使每一根托辊均处于其相对应第一长条孔的相对高端时，上述多根托辊上的弹性橡塑圈共同围成的最大圆直径大于待切削工件的内孔径。

[0012] 上述内支撑胀紧夹具的工作原理：其结构中的驱动机构与拨轮两者联动，在拨轮的驱使下托辊便可沿第一长条孔的中段部分运动一段弧长，从而使得由多根环状分布的托辊共同围成的圆外径可发生变化，实现缩放后进行锁定；

[0013] 上述结构的内支撑胀紧夹具在超薄壁大型筒体类切削工件的切削过程具体使用时，上述超薄壁大型筒体类切削工件的整个切削工艺中需要安排一个加装内支撑胀紧夹具的工序，在该工序中本发明所提供的内支撑胀紧夹具在其多个托辊保持收缩状态下被整体送入待切削筒体类坯料内，待其在待切削筒体类坯料内有效定位后，通过驱动机构联动拨轮促发多根托辊同步地沿第一长条孔的中段部分运动一段弧长，即其径向发生一段移动，各托辊上的各个弹性橡塑圈均匀接触到待切削筒体类坯料的内壁，由于弹性橡塑圈的弹性特征，接触部位会发生弹性变形，这样每个接触部位的支撑力会产生二次分配，从而达到支撑力的均衡，整个待切削筒体类坯料的内壁由多个支撑点均衡支撑，使待切削筒体类坯料和夹具形成一个工艺刚性体，避免待切削筒体类坯料在其外圆切削过程中发生工件变形情况，为外圆切削加工提供了可靠的保障。

[0014] 一种技术改进方案，在上述的中心轴上固定套接有至少一个的棘轮，每个棘轮的齿面曲率与上述第一长条孔的中段部分的曲率保持一致，且始终与每根托辊的辊面相顶接。

[0015] 上述技术改进方案中在中心轴上所增加的棘轮，该棘轮能够进一步的提升中心轴对多根托辊径向支撑力，提升本发明所提供一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具的整体结构稳定性。

[0016] 一种技术优选方案，上述的驱动机构包括：在单侧或者双侧拨轮上增设的拨轮手柄，该拨轮手柄相对应的凸轮板上水平方向开设的第二长条孔，固定在凸轮板上且位于该第二长条孔左右两侧的螺钉座以及螺纹旋接在每一个螺钉座内的锁紧螺栓，其中上述的拨轮手柄贯穿其相对应的第二长条孔，上述螺钉座上的锁紧螺栓运行轨迹至少完全覆盖其相对应的第二长条孔。

[0017] 上述技术优选方案中所提供的一种驱动机构，其促发拨轮较为直接、方便，而且在拨轮一旦位置确定后，其通过锁紧螺栓进行锁紧定位也比较稳定，使用有效性好。

[0018] 同时，本发明中还提供了一种采用了上述超薄壁大型筒体类切削工件的切削工艺，该工艺的具体工序安排如下：粗镗内孔—粗车外圆—自然时效—粗镗内孔—人工时效—精镗内孔—加装内支撑胀紧夹具—半精车、精车外圆。

[0019] 本发明得到的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具以及切削工艺，其在超薄壁大型筒体类切削工件的加工过程中具体使用后，其有效地解决了低刚度、高精度、超薄壁大型筒体类工件加工难、易变形、精度低等加过问题，对这类直径超过1500mm，长度超过3000mm、壁厚仅6～7mm的超薄壁大型筒体类工件的加工产生指导作用，按照本发明通过对实物加工检测，完全达到了图纸要求的尺寸精度和形状位置精度。

附图说明

[0020] 图1是实施例1所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具的断面结构示意图；

[0021] 图2是实施例1所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具的局部断面结构示意图；

[0022] 图3是实施例1所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具与种超薄壁大型筒体类切削工件装配后的侧面结构示意图；

[0023] 图4是实施例2所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具的断面结构示意图；

[0024] 图5是是实施例3所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具的局部断面结构示意图。

[0025] 图中：中心轴1、拨轮2、凸轮板3、托辊4、弹性橡塑圈5、第一长条孔6、辊轴端部7、拨轮凹口8、拨轮手柄9、第二长条孔10、螺钉座11、锁紧螺栓12、棘轮13、拨轮螺纹杆14、锁紧套15、超薄壁大型筒体类切削工件16。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0027] 实施例1：

[0028] 如图1-3所示，本实施例中所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，该超薄壁大型筒体类切削工件的规格尺寸是D/δ=1681.2/6.4=262.69，上述的内支撑胀紧夹具包括：

[0029] 中心轴1，该中心轴1的长度要略大于上述超薄壁大型筒体类切削工件的长度，一般选择长于零件200-300㎜；

[0030] 中心轴1的两侧轴端上均独立活动套接的拨轮2，则凸轮板3与中心轴端板用螺栓紧固，且单侧轴端上的拨轮2与凸轮板3两者在中心轴1轴线方向上进行限位固定；

[0031] 一对凸轮板3之间环状均布的二十八根托辊4，且每一根托辊4均平行于中心轴1轴线方向；

[0032] 以及每一托辊4上沿托辊4的辊轴线方向均布的四十六个弹性橡塑圈5，该弹性橡塑圈5的材质选用尼龙；

[0033] 其中，上述的凸轮板3上沿其圆周方向环状阵列排布有二十八个第一长条孔6，且每个第一长条孔6的中段部分的曲率保持一致，一对凸轮板3上的第一长条孔6相互对称，上述每一根托辊4的辊轴端部7均延伸至其相对应的第一长条孔6内，上述拨轮2的周缘面上环状分布有凹口8，且一对拨轮2上的凹口8相互对称，每一根托辊4的辊轴端部7均卡入至与其相对应的上述凹口8内，在上述拨轮2上还设有驱动其绕中心轴1的中轴线进行旋转动作，且可实现自锁的驱动机构；当驱动机构联动一对拨轮2促使每一根托辊4均处于其相对应第一长条孔6的相对高端时，上述多根托辊4上的弹性橡塑圈5共同围成的最大圆直径大于待切削工件的内孔径。

[0034] 上述的驱动机构包括：在一对拨轮2上均增设的拨轮手柄9，每个拨轮手柄9相对应的凸轮板3上水平方向开设的第二长条孔10，固定在每个凸轮板3上且位于其对应第二长条孔10左右两侧的螺钉座11以及螺纹旋接在每一个螺钉座11内的锁紧螺栓12，其中上述的每个拨轮手柄9均贯穿其相对应的第二长条孔10，上述螺钉座11上的锁紧螺栓12运行轨迹完全覆盖其相对应的第二长条孔10。

[0035] 本实施例中还提供了一种采用了上述超薄壁大型筒体类切削工件的切削工艺，该工艺的具体工序安排如下：粗镗内孔—粗车外圆—自然时效—粗镗内孔—人工时效—精镗内孔—加装内支撑胀紧夹具—半精车、精车外圆。

[0036] 实施例2：

[0037] 本实施例中所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，其大体结构与实施例1相一致，如图4所示，但是，本实施例中在所述的中心轴1上固定套接有两个棘轮13，每个棘轮13的齿面曲率与上述第一长条孔6的中段部分的曲率保持一致，且始终与每根托辊4的辊面相顶接。

[0038] 上述在中心轴1上所增加的棘轮13，该棘轮13能够进一步的提升中心轴1对多根托辊4（轴向中间部位）径向支撑力，提升内支撑胀紧夹具整体的结构稳定性。

[0039] 实施例3：

[0040] 本实施例中所提供的一种超薄壁大型筒体类切削工件的内支撑胀紧夹具，其大体结构与实施例1相一致，如图5所示，但是，本实施例中所述的驱动机构包括：在一对拨轮2上均增设的拨轮螺纹杆14，每个拨轮螺纹杆14上均螺纹旋接有锁紧套15，每个拨轮螺纹杆14相对应的凸轮板3上水平方向开设的第二长条孔10，其中上述的每个拨轮螺纹杆14均贯穿其相对应的第二长条孔10，且锁紧套15均位于凸轮板3的外侧，当拨轮螺纹杆14调节好拨轮2位置后通过旋紧锁紧套15进行限位。