一种用于筒体内腔减材的工装的制作方法

本发明涉及机械工装夹具，尤其涉及一种用于筒体内腔减材的工装。

背景技术：

1、大型深腔薄壁筒体广泛应用于航空、航天、能源装备等领域，其筒体长度大、腔深尺寸高、壁厚薄、外壁曲面精度要求严苛，多采用轴向分段式内外壁减材加工工艺，以保证筒体整体成型精度。

2、现有筒体减材加工所采用的夹持工装多为一体式固定式刚性结构，工装整体长度、支撑位置及支撑角度均为固定设置，无法根据不同筒体长度、外径规格以及筒体分段加工间距进行自适应调节，工装适配性与通用性极差。同时，传统工装多采用单点刚性夹持方式，夹持受力集中，无法适配筒体成型过程中产生的外壁曲面偏差、微小尺寸公差，夹持过程中极易导致薄壁筒体出现局部受压凹陷、外壁曲面形变、尺寸超差等加工缺陷。现有夹持工装装夹模式单一，仅能实现单一刚性夹持或单一弹性夹持，无法根据筒体实际壁厚差异匹配对应的支撑防护方式：针对常规壁厚筒体，刚性夹持易产生应力集中、加工振动变形；针对超薄壁筒体，常规弹性顶紧夹持易造成筒体挤压变形，难以同时兼顾不同壁厚筒体的装夹稳定性与加工防护性。此外，传统筒体夹持工装的端部定位结构适配性差、对中精度低，加工过程中筒体端部易出现晃动、偏心、轴向窜动等问题，导致筒体分段加工衔接精度差、整体同轴度难以保证。同时传统工装拆装检修不便、运维成本高，难以适配多规格、多批次大型深腔薄壁筒体的连续化、高精度减材加工需求。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于筒体内腔减材的工装，用以解决现有技术中薄壁筒体加工过程中易出现形变、装夹模式单一或适配性不佳等问题之一。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、一种分区段增减材加工制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、将筒体沿轴向划分区段；

5、根据区段数目，确定增减材次数；

6、选取增材基板；

7、毛坯模型设计与电弧增材路径规划；

8、根据筒体不同区段内腔结构特征选择内腔减材方案及内腔减材定位夹具；

9、进行内腔特征加工，完成筒体内腔增减材加工。

10、进一步地，增材次数与筒体结构区段的数目相对应。

11、进一步地，选取与筒体材料性能一致的基板材料；

12、确定隔板的厚度，并预留粗加工留量；

13、在基板上加工包括基准面、基准孔及定位销孔的标准化工艺基准体系，用于后续所有区段加工的定位与基准传递；

14、在筒体整体外形精加工阶段，利用基板预留的加工余量，将基板加工为一体化工艺基准凸台。

15、进一步地，对于狭小深腔区域，选用卧式加工中心配合高刚性加长杆刀具进行加工，并分别采用区段内腔减材夹具和整体工件内腔减材夹具完成减材作业。

16、进一步地，规划的电弧增材路径采用圆周运动与往复短直线运动相结合的复合运动模式。

17、进一步地，以筒体内腔筋条位置、端部封闭隔板的位置分布为结构分界依据，并结合设备可加工筒体内腔的极限深度为工艺约束条件，将筒体沿轴向划分为若干个独立的结构工艺区段。

18、进一步地，每次增减材加工工序完成后，进行工艺基准检测与修正。

19、进一步地，完成增减材交替加工成型后，还包括对筒体的外形进行精加工。

20、进一步地，在筒体前后端对称加工装夹凸台，装夹凸台用于筒体前后端面特征的定位加工。

21、进一步地，在内腔减材过程中，采用内腔减材定位夹具进行装夹固定。

22、进一步地，内腔减材的定位夹具包括第一端部、定位杆、第二端部以及装夹部，所述定位杆的两端分别与所述第一端部、所述第二端部连接，多组所述装夹部沿所述定位杆的长度方向间隔排布；

23、所述装夹部包括固定部、支撑架和随形机构，所述固定部锁紧固定于所述定位杆的外侧，所述支撑架固定安装于所述固定部的外侧，所述随形机构设置于所述支撑架上并用于与筒体外壁贴合。

24、进一步地，所述随形机构包括随形固定部、活动部、弹簧和随形板，所述随形固定部的一端安装在所述支撑架上，所述随形固定部的另一端与所述活动部连接，且所述活动部能够沿所述随形固定部轴向滑动，所述弹簧套设在所述随形固定部的杆体外部且弹簧的两端分别抵接于所述活动部、所述支撑架，所述随形板设置在所述活动部的端部并与筒体外壁贴合。

25、进一步地，所述支撑架包括第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板为弧形板结构且弧形弧度与筒体外壁的弧度匹配，所述第二支撑板沿所述第一支撑板的周向设置，所述随形固定部设置在所述第一支撑板的内侧，所述随形机构沿所述第二支撑板的长度方向设置。

26、进一步地，所述第一端部和所述第二端部均开设有安装所述定位杆的安装孔，所述安装孔为长条形结构，所述定位杆能够沿所述长条形调节孔的长度方向调节装配位置，以适配不同直径的筒体。

27、进一步地，一种用于筒体内腔减材的工装，包括第一定位端座、第二定位端座和调节杆；所述调节杆的两端分别与所述第一定位端座、所述第二定位端座可拆卸连接。

28、进一步地，所述调节杆为螺纹螺杆伸缩结构。

29、进一步地，所述第一定位端座和所述第二定位端座均为中空结构，所述第一定位端座与所述第二定位端座的边缘均开设有用于安装所述调节杆的安装孔。

30、进一步地，所述第一定位端座与所述第二定位端座的端部设置有凹槽，所述凹槽用于压紧筒体端面。

31、进一步地，所述第一定位端座包括盖板和插接凸起部，所述插接凸起部用于置入筒体端部内部。

32、进一步地，所述第一定位端座和所述第二定位端座的结构对称。

33、进一步地，所述安装孔为长条形孔。

34、进一步地，所述安装孔朝向所述盖板的中心方向延伸，所述安装孔用于安装所述调节杆。

35、进一步地，插接凸起部设置在盖板的端面中心位置。

36、进一步地，一种筒体内腔减材的工装夹持方法，采用上述任一项所述的工装，包括：根据筒体长度，选择适配工装；完成筒体端部定位装夹；对筒体进行整体装夹，装夹完成后开展筒体内腔减材作业。

37、进一步地，工装还包括随形装夹组件，所述随形装夹组件包括随形贴合机构、承载支撑架和固定组件，所述固定组件套设在所述调节杆的外侧，所述承载支撑架设置于所述固定组件上，所述随形贴合机构安装于所述承载支撑架上，所述随形贴合机构用于调节工装与筒体的外壁的贴合状态。

38、进一步地，所述随形贴合机构包括机构固定基座、缓冲件、伸缩滑动基座和随形贴合板；所述机构固定基座设置于所述承载支撑架内侧；伸缩滑动基座套设于所述机构固定基座的一端且能够沿所述机构固定基座的轴向滑动；缓冲件套设于所述机构固定基座的外侧，所述缓冲件的两端分别与所述伸缩滑动基座的内侧端面、所述承载支撑架的内侧端面抵接；随形贴合板设置于所述伸缩滑动基座的外侧端部。

39、进一步地，工装还包括顶紧部，所述顶紧部设置于所述插接凸起部的外壁用于顶紧筒体内壁；所述顶紧部包括导向顶紧杆、顶紧块和顶紧弹簧，导向顶紧杆设置于所述盖板上开设的导向孔内；顶紧块设置于所述导向顶紧杆端部；顶紧弹簧套设于所述导向顶紧杆的外部，所述顶紧弹簧的两端分别与所述导向顶紧杆的端面、所述导向孔的底部抵接。

40、进一步地，所述导向孔的底部设置有固定柱，所述顶紧弹簧的两端分别套设于所述导向顶紧杆和所述固定柱上。

41、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

42、1、为解决传统刚性工装夹持受力集中、无法适配筒体成型微小尺寸偏差或薄壁筒体易出现加工形变的问题，本发明的夹持工装包括第一定位端座、调节杆、随形装夹组件及第二定位端座，随形装夹组件可依据筒体外壁曲面弧度微调贴合状态，均匀受力贴合支撑，改变传统刚性工装点式集中夹持的弊端，分散切削应力、振动应力及加工热应力，降低薄壁筒体加工形变概率，提升筒体整体成型质量。

43、2、为解决传统工装装夹模式单一，无法兼顾常规壁厚筒体夹持稳定性与超薄壁筒体防形变加工需求、通用性弱的问题，本发明针对不同壁厚筒体设置差异化装夹支撑模式，对常规厚度筒体（壁厚≥3mm）采用弹性夹持，提升装夹牢固性与加工稳定性；对薄壁筒体（壁厚＜3mm）采用刚性面支撑夹持，减小弹性顶紧应力，减少筒体受压凹陷、曲面形变、尺寸超差等缺陷，兼顾不同壁厚筒体的加工适配性与防护性，提升工装通用性。

44、3、为解决传统工装筒体端部固定不牢、适配性不佳的问题，本发明采用插接凸起部设置在盖板的内侧端面中心位置，盖板与插接凸起部均采用中空贯通结构，预留内腔进行减材的空间；插接凸起部可置入筒体端部内部，实现筒体端部的封堵限位，完成筒体轴向初步定位。多组顶紧部环形阵列安装于插接凸起部的外周侧壁，可通过自适应伸缩适配不同内径规格的筒体，实现筒体内壁多点顶紧定位，可实现筒体端部双向轴向限位与径向弹性对中夹紧，校正筒体装夹同轴度，减少加工过程中筒体端部晃动、偏心、轴向窜动等问题，进一步提升工装装夹精度与整体支撑稳定性。

45、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。