用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具的制作方法

1.本实用新型涉及车床加工辅助件领域，尤其涉及一种用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具。


背景技术：

2.数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，是机械制作设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占据非常重要的位置。
3.现有技术中的数控车床，车削较重较长的轴体工件时最常用的装夹方案的“一夹一顶”，即轴体工件的一端被活动卡爪加持，另一端用后顶尖顶紧，这样可以使工件在车销加工过程中更为稳固，从而能以较大的切削用量进行加工，提高加工效率。
4.然而对较长的薄壁管工件采用“一夹一顶”的装夹方案时，薄壁管工件的加持端自由度为零，顶紧端用后顶尖用力顶住后，工件内部容易在加工过程中产生装配应力。而若是在装配应力存在的情况下对工件进行车削加工，当工件车削完成并从车床卸载后，装配应力释放时容易导致工件发生变形，尤其是在工件本身存在一定程度弯曲时，装配应力释放导致的工件变形将更加严重，这严重影响了工件的车削质量和精度。
5.另外，对于较长或超长异型钛合金薄壁管工件，采用一夹一顶的方案装夹时，加持端的活动卡爪与工件外表面直接接触，在活动卡爪径向夹紧力的作用下，工件外表面容易产生压痕。同时，较大的径向夹紧力还容易使薄壁管压扁变形，提别是在内径或外径变化的异型工件由于应力分布不均衡将更加严重影响工件的加工质量。
6.此外，由于薄壁管工件的型号众多，当需要包括对“超长变径异型钛合金类薄壁管工件”车床加工时，且同一规格下不同批次的毛坯之间也存在尺寸差异，若针对不同型号、不同批次的薄壁管工件定制对应的工装夹具，则会导致薄壁管件的生产成本提高，且每次装夹都需要寻找对应的工作夹具，费时费力。
7.因此，急需要一种车床专用的工装夹具，用来装夹超长的变径的异型钛合金薄壁管工件，以便解决由于装配应力导致的工件变形，以及由于活动卡爪的径向夹紧力导致工件的外圆表面产生压痕和压扁变形的问题。


技术实现要素：

8.鉴于此，本实用新型提供一种用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具，能够避免超长异型钛合金薄壁管工件在装配应力的作用下出现工件变形的情况，并避免由于活动卡爪的径向夹紧力而导致工件的外圆表面产生压痕和压扁变形的问题。此外，本实用新型的车床夹具对于一定尺寸范围内的超长异型钛合金薄壁管件都具有一定的适用性，从而能够降低超长异型钛合金薄壁管件的生产成本，并提高生产效率。
9.在本实用新型的一个方面，提供一种用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具，包括至少两个装夹块和连接在所述装夹块之间的弹簧片，所述装夹块和所述弹簧片相互连
接而构成环形的车床夹具，所述车床夹具的内表面用于与待装夹的超长异型钛合金薄壁管件配合，所述车床夹具的外表面用于与车床的活动卡爪配合，所述弹簧片可沿所述车床夹具的周向伸缩以调整所述装夹块的径向位置。
10.优选地，待装夹的超长异型钛合金薄壁管件的外壁面为圆柱面，所述装夹块的内表面为圆柱面的至少一部分，所述装夹块的内表面的直径不小于带装夹的超长异型钛合金薄壁管件的外径，并且所述装夹块的内表面沿轴向的长度不大于车床的活动卡爪沿轴向的长度。
11.优选地，车床的活动卡爪的装配面为圆柱面的至少一部分，所述装夹块的外表面为球面的至少一部分，所述装夹块的外表面的直径不大于车床的活动卡爪的内径，且所述装夹块的外表面的球心与所述车床夹具的中心对称点重合。
12.优选地，所述装夹块的内表面和外表面的中心轴相互平行地设置。
13.优选地，所述车床夹具中的所述装夹块与所述弹簧片由同一环形结构件通过切割加工而成，其中所述弹簧片为所述环形结构在对应于所述装夹块的区域之间通过相向地切割且使切割区域的边缘相连而制成。
14.优选地，所述弹簧片为所述环形结构沿轴向相向地切割且使切割区域的边缘相连而制成。
15.优选地，所述弹簧片为所述环形结构通过电火花线切割技术制成。
16.优选地，所述弹簧片包括呈锯齿状分布的至少三层的片状结构。
17.优选地，所述车床的活动卡爪为三爪结构，所述装夹块的数量为三个，且三个所述装夹块分布在所述车床夹具的三等分位置，所述弹簧片等间距地分布在所述车床夹具的三等分位置。
18.优选地，所述装夹块的数量为四个，且四个所述装夹块分布在所述车床夹具的四等分位置，所述弹簧片的数量为四个，且四个所述弹簧片分布在所述车床夹具的一对正交轴上。
19.因此，本实用新型提供的适用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具，连接在待装夹的超长异型钛合金薄壁管件和车床的活动卡爪之间，从而能够避免薄壁管工件在装配应力的作用下出现工件变形的情况，并避免由于活动卡爪的径向夹紧力而导致工件的外圆表面产生压痕和压扁变形的问题。
20.并且本实用新型的车床夹具的装夹块的外表面为球面，该球面在与车床的活动卡爪相配合时可以产生一定的位移，从而能够利用位移将超长异型钛合金薄壁管件在加工中所产生的加工应力释放出去，避免工件变形。
21.此外，本实用新型的车床夹具通过在装夹块之间连接可伸缩的弹簧片，从而使车床夹具在弹簧片的作用下具有一定的尺寸弹性，因此对于一定尺寸范围内的超长异型钛合金薄壁管件都具有一定的适用性，进而能够降低超长异型钛合金薄壁管件的生产成本，并提高生产效率。
附图说明
22.附图用来提供对本技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，但并不构成对本技术技术方案的限制。
23.图1为本实用新型的用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具在安装状态的结构示意图；
24.图2为图1中a区域的放大结构示意图；
25.图3为本实用新型的适用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具在装夹超长异型钛合金薄壁管件状态的结构示意图。
26.图中：1-车床夹具，2-车床卡盘，3-活动卡爪，4-超长异型钛合金薄壁管件，5-垫块，6-后顶尖，7-装夹块，8-弹簧片。
具体实施方式
27.下面将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，并不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。本实用新型可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本实用新型透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
28.如图1-3所示，在本实用新型的一个方面，提供一种用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具，包括至少两个装夹块7和连接在装夹块7之间的弹簧片8，装夹块7和弹簧片8相互连接而构成环形的车床夹具1，车床夹具1的内表面用于与待装夹的超长异型钛合金薄壁管件4配合，车床夹具1的外表面用于与车床的活动卡爪3配合，弹簧片8可沿车床夹具1的周向伸缩以调整装夹块7的径向位置。
29.由此，车床夹具1连接在待装夹的超长异型钛合金薄壁管件4和车床的活动卡爪3之间，从而能够避免薄壁管工件在装配应力的作用下出现工件变形的情况，并避免由于活动卡爪3的径向夹紧力而导致工件的外圆表面产生压痕和压扁变形的问题。
30.此外，本实用新型的车床夹具1通过在装夹块7之间连接可伸缩的弹簧片8，从而使车床夹具1在弹簧片8的作用下具有一定的尺寸弹性，因此对于一定尺寸范围内的超长异型钛合金薄壁管件4都具有一定的适用性，进而能够降低超长异型钛合金薄壁管件4的生产成本，并提高生产效率。
31.优选地，待装夹的超长异型钛合金薄壁管件4的外壁面为圆柱面，装夹块7的内表面为圆柱面的至少一部分，装夹块7的内表面的直径不小于带装夹的超长异型钛合金薄壁管件4的外径，并且装夹块7的内表面沿轴向的长度不大于车床的活动卡爪3沿轴向的长度。
32.待装夹的超长异型钛合金薄壁管件4的外壁面与装夹块7的内表面均为圆柱面，这使得超长异型钛合金薄壁管件4的外壁面与装夹块7的内表面能够完全接触且紧密配合，使车床夹具1对超长异型钛合金薄壁管件4的装夹更为牢固。
33.优选地，车床的活动卡爪3的装配面为圆柱面的至少一部分，装夹块7的外表面为球面的至少一部分，装夹块7的外表面的直径不大于车床的活动卡爪3的内径，且装夹块7的外表面的球心与车床夹具1的中心对称点重合。
34.车床的活动卡爪3的装配面为圆柱面，而装夹块7的外表面为球面，则车床的活动卡爪3的装配面与装夹块7的外表面相配合时，两者呈线接触。在此基础上，当超长异型钛合金薄壁管件4在车销加工中承受切削力矩时，装夹块7的外表面的球面与车床的活动卡爪3
之间可以产生一定的相对位移，从而能够利用装夹块7与活动卡爪3之间的位移将超长异型钛合金薄壁管件4在加工中所产生的内部应力释放出去，避免工件变形。
35.优选地，装夹块7的内表面和外表面的中心轴相互平行地设置，从而确保由装夹块7的内表面所定位的超长异型钛合金薄壁管件4的轴线与由装夹块7的外表面所定位的车床的活动卡爪3的轴向相互平行，进而提高超长异型钛合金薄壁管件4的加工精度。
36.在一个优选的实施例中，车床夹具1中的装夹块7与弹簧片8由同一环形结构件通过切割加工而成，其中弹簧片8为环形结构在对应于装夹块7的区域之间通过相向地切割且使切割区域的边缘相连而制成。由此，装夹块7与弹簧片8将更具整体性，使装夹块7与弹簧片8的内外表面更加统一，从而避免由不同的材料加工而成的装夹块7与弹簧片8在相互组合过程中导致出现的内外表面不统一的问题，进而提高对超长异型钛合金薄壁管件4的加工定位精度。
37.优选地，弹簧片8为环形结构沿轴向相向地切割且使切割区域的边缘相连而制成。由于环形结构的两个端面为平面，因此以环形结构的两个端面为定位基准，沿轴向切割出弹簧片8的加工过程更加方便且定位过程更为精细。
38.具体而言，弹簧片8为环形结构通过电火花线切割技术制成，从而可以采用电脑编程的方式更准确地规划切割路径，一方面确保切割区域具有足够的深度，另一方面防止切割区域的边缘被切断而影响弹簧片8对装夹块7的连接作用。
39.在一个优选的实施例中，弹簧片8包括呈锯齿状分布的至少三层的片状结构，从而获得足够大的伸缩空间，使车床夹具1能够适用于更多型号或批次的超长异型钛合金薄壁管件4。
40.在一个优选的实施例中，车床的活动卡爪3为三爪结构，装夹块7的数量为三个，且三个装夹块7分布在车床夹具1的三等分位置，弹簧片8等间距地分布在车床夹具1的三等分位置。由此，在车床夹具1装夹超长异型钛合金薄壁管件4之后，可以将每个装夹块7对应于三爪结构中的一个活动卡爪3，防止车床的活动卡爪3与弹簧片8接触而影响定位稳定程度并防止对弹簧片8的结构产生损伤。
41.在另一个优选的实施例中，装夹块7的数量为四个，且四个装夹块7分布在车床夹具1的四等分位置，弹簧片8的数量为四个，且四个弹簧片8分布在车床夹具1的一对正交轴上。由此，四个弹簧片8两两一组，在组内呈共线的位置关系，而在组间呈垂直的位置关系，这一位置关系特征能够方便对弹簧片8的加工。
42.因此，本实用新型提供的适用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具，连接在待装夹的超长异型钛合金薄壁管件4和车床的活动卡爪3之间，从而能够避免薄壁管工件在装配应力的作用下出现工件变形的情况，并避免由于活动卡爪3的径向夹紧力而导致工件的外圆表面产生压痕和压扁变形的问题。
43.并且本实用新型的车床夹具1的装夹块7的外表面为球面，该球面在与车床的活动卡爪3相配合时可以产生一定的位移，从而能够利用位移将超长异型钛合金薄壁管件4在加工中所产生的加工应力释放出去，避免工件变形。
44.此外，本实用新型的车床夹具1通过在装夹块7之间连接可伸缩的弹簧片8，从而使车床夹具1在弹簧片8的作用下具有一定的尺寸弹性，因此对于一定尺寸范围内的超长异型钛合金薄壁管件4都具有一定的适用性，进而能够降低超长异型钛合金薄壁管件4的生产成
本，并提高生产效率。
45.以下结合附图对本实用新型做进一步说明：
46.如图1-3所示，本实用新型解决背景技术中提出的问题所采用的技术方案是：一种适用于超长薄壁异型钛合金管件的车床夹具，包括弹簧片8和装夹块7；所述车床夹具1是将外表面为球面的鼓型金属环在其四等分位置、采用电火花线切割技术、沿鼓型金属环轴线方向对向切割成边缘连接的弹簧片8加工而成，所述鼓型金属环的内孔为规则圆柱孔、圆柱孔内径等于所要夹持的超长异型钛合金薄壁管件4外径、并且其宽度等于活动卡爪3的宽度，所述弹簧片8是由电火花线切割形成的四组弹簧片8，其侧面为矩形锯齿结构、并且与所述装夹块7是一个相互连接的整体，所述装夹块7是由四组弹簧片8在鼓型金属环四等份位置切割而成，所述装夹块7和所述弹簧片8是一个相互连接的整体。
47.本实用新型的工作原理为：使用前，首先将超长异型钛合金薄壁管件4套入车床夹具1的内孔，然后将车床夹具1安装到车床卡盘2，转动车床夹具1，使鼓型面中间位置正对活动卡爪3，拧紧活动卡爪3，使车床夹具1收紧，从而完成超长异型钛合金薄壁管件4的夹紧目的；调整超长异型钛合金薄壁管件4，使其轴线与车床主轴的旋转轴线重合，然后用后顶尖6顶住垫块5，适当拧紧后顶尖6，使超长异型钛合金薄壁管件4夹紧固定。至此，超长异型钛合金薄壁管件4加工件可在数控车床上进行精密加工。
48.车床夹具1的外表面是球面的一部分，球面的球心与该车床夹具1的几何中心重合，并且是鼓型弹簧的中心对称点。活动卡爪3夹持在车床夹具1的外表面，两者接触点在车床夹具1外表面上形成一条圆弧，该圆弧的圆心与车床夹具1的对称中心重合，同时位于车床主轴的旋转轴线上；活动卡爪3作用在圆弧上的作用力聚焦在车床夹具1的对称中心，并且与车床主轴的旋转轴线垂直，即活动卡爪3作用在车床夹具1上的夹紧力沿车床主轴的旋转轴线方向为零。车床夹具1的外表面为球面，在活动卡爪3的夹紧力下可以连同工件一起围绕对称中心做万向旋转。车床夹具1在装夹工件时，活动卡爪3夹持在其外表面，夹紧力通过车床夹具1均匀分布在工件外圆表面，使得工件的装夹更加牢固，同时也避免了活动卡爪3与车床夹具1的直接接触。
49.与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括以下之一：
50.车床夹具1设置有四组弹簧片8，方便超长异型钛合金薄壁管件4套入。车床夹具1的内孔为规则圆柱孔，夹紧超长异型钛合金薄壁管件4后内孔表面与超长异型钛合金薄壁管件4外壁完全接触，固定牢靠安全，工件与车床夹具1之间不存在加工件滑动走位的情况。车床夹具1的外表面为鼓型，连同工件可围绕对称中心一起做万向旋转，因此，当后顶尖6顶住工件另一端后，能够及时释放工件本身弯曲产生的装配应力，从而有效避免了工件在车削加工完成后，由于装配应力释放而产生的工件变形。
51.在车销加工过程中，活动卡爪3沿车床主轴的旋转轴线方向的作用力为零，因此当后顶尖6顶住工件另一端后，车床夹具1连同工件在后顶尖6的顶力作用下，沿车床主轴的旋转轴线方向一起发生位移，及时消除加工件因为后顶尖6的顶力作用在工件上产生的装配应力，从而有效避免了工件在车削加工完成后，由于装配应力释放而产生的工件变形。
52.车床夹具1避免了活动卡爪3与超长异型钛合金薄壁管件4外圆表面直接接触，并且将活动卡爪3的夹紧力，通过车床夹具1，均匀地分布在超长异型钛合金薄壁管件4外圆表面，有效避免了因为活动卡爪3直接作用于超长异型钛合金薄壁管件4外圆表面，在超长异
型钛合金薄壁管件4表面产生压痕、以及超长异型钛合金薄壁管件4压扁变形的问题，保证了超长异型钛合金薄壁管件4加工质量。
53.至此，已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。