一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置及方法与流程

1.本发明属于电加工技术领域，具体属于一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置及方法。


背景技术：

2.涡轮工作叶片是航空发动机关键件之一，它外形复杂，叶身扭角大，内部为空腔结构,高温合金通过精密铸造形成涡轮工作叶片毛坯，电加工叶身气膜孔为后期工序。某机涡轮工作叶片形状结构如图1和2所示。采用数控机床加工叶身气膜孔，加工时用榫齿和进气侧平面定位，按常规设计，采用压板压紧，效率低，质量不稳定。气膜孔在加工时叶身空腔内壁不容易冷却，易产生烧蚀现象，影响产品质量和使用寿命。由于涡轮叶片数量较多，为提高效率和产品质量，需要设计一种适合涡轮工作叶片电加工叶身气膜孔用定位准确可靠，带有冷却功能的快速定位夹紧装置。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置及方法，解决目前涡轮工作叶片电加工叶身气膜孔时叶身空腔内壁不容易冷却，易产生烧蚀的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置，包括一体成型的凸台和法兰块，所述法兰块位于凸台的底部，所述凸台的顶部开设有定位榫槽，所述定位榫槽用于夹持榫头，所述定位榫槽的底部端面上开设有腰形孔，所述腰形孔贯通至活塞孔，所述活塞孔开设在凸台和法兰块的内腔中，所述活塞孔的顶部连通腰形孔，所述活塞孔的底部连通法兰块的底部端面，所述活塞孔内安装有活塞，所述活塞的入口连接有工业标准接口，所述活塞的出口端面和榫头的零件底面紧密切合，所述活塞的内腔中设有进料通孔，进料通孔与榫头的流道孔相贯通，所述工业标准接口用于向活塞的进料通孔中输入冷却液，所述冷却液用于推动活塞靠近榫头运动使活塞的顶部压紧在榫头的底部端面上以及在加工时冷却涡轮工作叶片内腔加工位置。
5.进一步的，所述定位榫槽的一侧壁为弹性压紧侧，另一侧壁为刚性定位侧，所述刚性定位侧和弹性压紧侧分别位于定位榫槽的相对侧，所述凸台上还设有l形沟槽，所述l形沟槽位于弹性压紧侧和凸台的侧壁之间，所述l形沟槽的长度方向贯通凸台的侧壁，所述l形沟槽还贯通凸台的顶部壁面；
6.所述凸台的侧壁螺纹连接有内六角螺钉，所述内六角螺钉的一端用于穿过l形沟槽的一侧顶压在l形沟槽的另一侧壁来推动弹性压紧侧靠近刚性定位侧移动。
7.进一步的，所述内六角螺钉的一端端面为球头结构。
8.进一步的，所述活塞包括一体成型的第一圆柱体和进料凸台，所述第一圆柱体的外壁上开设有若干个环形沟槽，环形沟槽和第一圆柱体同轴，所述环形沟槽上安装有第一密封圈，所述第一密封圈和活塞孔的内壁紧密接触，进料通孔贯通第一圆柱体的内腔，所述
进料通孔贯通进料凸台的端面，所述进料凸台用于通过在腰形孔顶压在榫头的底部端面上，所述进料通孔用于接入冷却液输入流道孔中。
9.进一步的，所述第一圆柱体的底部一体成型有第二圆柱体，第二圆柱体的顶部和第一圆柱体连接，第二圆柱体的直径小于第一圆柱体，所述第二圆柱体的外径上套设有预压紧力弹簧，所述预压紧力弹簧用于推动第一圆柱体运动而推动进料凸台压紧在榫头的底部端面上，所述进料通孔的入口贯通至第二圆柱体的底部端面。
10.进一步的，所述进料凸台的顶部粘接有密封垫，所述密封垫上开设有两个密封垫通孔，所述密封垫通孔和进料通孔同轴；
11.所述密封垫为天然橡胶材料。
12.进一步的，还包括第二密封圈，所述活塞孔还包括端面流道，所述端面流道位于法兰块的底部，所述法兰块通过底座和工业标准接口连接，所述底座和法兰块之间以及底座和工业标准接口之间均通过可拆卸连接，所述底座上开设有偏心密封圈沟槽，所述偏心密封圈沟槽和端面流道同心；
13.当底座和法兰块连接时，第二密封圈安装在偏心密封圈沟槽和端面流道之间；
14.所述底座上还贯通有贯通孔，所述贯通孔的入口用于连接工业标准接口的输出端，所述贯通孔的出口用于输出冷却液至活塞孔内。
15.进一步的，所述定位榫槽在长度方向上贯通凸台，所述法兰块上还开设有定位孔，所述定位孔上插接有定位销，所述定位销位于定位榫槽长度方向的一侧；
16.当定位榫槽夹持涡轮工作叶片时，定位销的侧壁顶压在榫头的侧壁上。
17.进一步的，所述定位销和定位孔之间的过盈量在0.015～0.024mm之间；
18.所述定位销的顶部端面和侧壁之间以及底部端面和侧壁之间均为倒角结构。
19.本发明还提供一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧方法，采用上述的一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置，包括以下步骤：法兰块和工业标准接口连接；
20.定位榫槽夹持榫头，定位榫槽中的腰形孔和榫头的流道孔相贯通；
21.电加工时，打开工业标准接口，冷却液进入活塞孔推动活塞靠近榫头运动，活塞顶紧榫头的底部，冷却液经活塞的出口由榫头的流道孔进入叶身空腔内壁，对叶身空腔内壁进行冷却；完成涡轮工作叶片的定位夹紧。
22.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
23.本发明提供了一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置，通过一体成型的凸台和法兰块组合形成夹持涡轮工作叶片的结构，法兰块和工业标准接口能够进行连接，而且凸台上的定位榫槽能够直接夹持叶片的榫头，降低了零件的装夹难度，提高了效率和重复定位精度，工装整体便于机械手搬运减轻现场操作人员劳动强度，整体提高了零件生产效率和加工质量，而且定位榫槽底部开设的腰形孔能够连通活塞孔，活塞孔和工业标准接口连接，活塞孔内的活塞能够接收工业标准接口输出的冷却液，将冷却液输入在流道孔中，本发明有效的将带冲洗功能的工业标准接口和电加工设备冷却功能合理利用，三者有机结合，使叶片在加工时的冷却状态，由单一的喷淋式成为喷淋与浸入式相结合，有效避免叶片电火花加工气膜孔时叶片空腔内壁的烧蚀。
24.进一步的，定位榫槽一侧为弹性压紧侧，另一侧为刚性定位侧，通过内六角螺钉能够推动l形沟槽移动从而推动弹性压紧侧的移动，从而改变定位榫槽的夹紧度，实现对不同
类型的榫头进行夹紧，适用范围更广，而且定位榫槽的形状和榫头的形状相似，直接通过弹性压紧侧夹紧榫头，降低了零件装夹难度，提高了效率和重复定位精度。
25.进一步的，内六角螺钉为球头结构，使螺钉在压紧时着力点由平面改为点接触，改善弹性压紧侧工作时的受力状态，避免面接触时，螺钉的平面不规整带来的受力不均，本发明的点接触能够确保弹性压紧侧的受力均匀。
26.进一步的，活塞外侧壁布置的多个环形沟槽能够安装第一密封圈，第一密封圈将活塞和活塞孔密封，使活塞在活塞孔中运动时保证密封，避免冷却液浪费。
27.进一步的，第二圆柱体上的预压紧力弹簧能够为第一圆柱体提供推力，使活塞的顶部端面能够紧密的贴合榫头的底部端面，确保冷却液稳定可靠的输入叶身空腔中，保证整个结构的可靠稳定运作。
28.进一步的，活塞的顶部粘接的密封垫能够通过活塞的挤压利用天然橡胶的弹性变形来实现零件和夹具密封，保证冷却液顺利通过的同时，确保足量的冷却液进入零件内腔中。
29.进一步的，法兰块上的端面流道和底座上的偏心密封圈沟槽配合能够安装第二密封圈，第二密封圈将法兰块和底座之间进行密封，保证冷却液不会浪费，经济性能更高。
30.进一步的，定位销挡着榫头的一端，限制叶片沿定位榫槽的长度方向移动，使整个装置安全可靠工作。
31.进一步的，定位销的两端作倒角处理，能够防止划伤操作人员和零件，而且更加方便装配。
附图说明
32.图1为涡轮工作叶片结构示意图；
33.图2为图1中a
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a向剖视结构示意图；
34.图3为本发明夹持涡轮工作叶片的结构示意图；
35.图4为图3中a
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a向剖视结构示意图；
36.图5为图3的俯视结构示意图；
37.图6为图3的三维结构示意图；
38.图7为本体的结构示意图；
39.图8为图7的b
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b向剖视结构示意图；
40.图9为本体的三维结构示意图；
41.图10为定位销的结构示意图；
42.图11为密封垫的结构示意图；
43.图12为内六角螺钉的结构示意图；
44.图13为底座的结构示意图；
45.图14为图13中c
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c向剖视结构示意图；
46.图15为图14的d向视角结构示意图；
47.图16为图15的e
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e向剖视结构示意图；
48.图17为活塞的结构示意图；
49.图18为图17中f向视角的结构示意图；
50.附图中：1
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本体，101
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法兰块，102
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凸台，2
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定位销，3
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密封垫，301
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密封垫通孔，4
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内六角螺钉，5
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底座，6
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活塞，601
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第一圆柱体，602
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第二圆柱体，603
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进料通孔，604
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进料凸台，605
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环形沟槽，7
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涡轮工作叶片，8
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工业标准接口，9
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腰形孔，10
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定位孔，11
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定位榫槽，12
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l形沟槽，13
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刚性定位侧，14
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弹性压紧侧，15
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活塞孔，16
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端面流道，17
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侧面螺纹孔，18
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贯通孔，19
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偏心密封圈沟槽。
具体实施方式
51.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
52.本发明提供了一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置，以解决涡轮工作叶片电加工叶身气膜孔时效率低、质量不稳定、易产生烧蚀现象的难题。通过使用新的工装结构，有效将带冲洗功能的工业标准接口和电加工设备冷却功能合理利用，三者有机结合起来，使叶片在加工时的冷却状态，由单一的喷淋式成为喷淋与浸入式相结合，有效避免叶片电火花加工气膜孔时叶片空腔内壁的烧蚀。同时新的工装结构和工业标准接口的采用，降低了零件装夹难度，提高效率和重复定位精度。工装整体便于机械手搬运减轻现场操作人员劳动强度。整体提高零件生产效率和加工质量。本发明的结构包括本体、定位销、密封垫、内六角螺钉、底座、活塞、工业标准接口及标准件内六角螺钉4、圆柱销、密封圈、内六角圆柱头螺钉、垫圈等；
53.具体的，本体为台阶状结构，采用优质不锈钢制造，如图7、8、9所示，本体的下端为长方形的法兰块101，法兰块101上有与底座5相连接的定位销孔、紧固螺钉过孔，本体1的上端为凸台部分，凸台102和法兰块101一体成型，法兰块101位于凸台102的底部，凸台102的顶部加工有与涡轮工作叶片7榫头形状相似的定位榫槽11和弹性夹紧时的“l”形沟槽，定位榫槽11一侧为刚性定位侧13，另一侧为弹性压紧侧14，l形沟槽12位于弹性压紧侧14和凸台102的侧壁之间，所述l形沟槽12的长度方向贯通凸台102的侧壁，所述l形沟槽12还贯通凸台102的顶部壁面；整个本体1从下端面向本体1里加工有与活塞6相配的活塞孔15，活塞孔15的直径为d，活塞孔15的顶部贯通连接有腰形孔9，所述腰形孔9贯通至定位榫槽11的底面，法兰块101的端面上还有定位孔10。各部分的作用是：定位榫槽11对涡轮工作叶片7起定位、夹紧作用，活塞孔15起导向、密封作用，腰形孔9起冷却液通道作用。在使用时冷却液通过工业标准接口8进入夹具内部，大部分冷却液推动活塞6向上运动，使安装在活塞6顶部的密封垫3，与被加工零件榫头的底面紧密贴合，进行密封；少量冷却液通过活塞6上的进料通孔603、腰形孔9及榫头上的流道孔进入被加工零件内腔。在电加工时，对零件内壁进行冷却。内六角螺钉4，通过凸台102的侧面螺纹孔挤压或松开弹性压紧侧14实现零件的夹紧与松开。法兰块101上的定位销孔、紧固螺钉过孔起连接作用，将本体1与底座5连接，底座5和工业标准接口8连接。
54.具体的，定位销2为圆柱形台阶形采用优质不锈钢制造。如图10所示，上端d值的柱体挡住被加工零件榫头的侧面，限制零件沿榫槽方向移动，下端d1值的柱体与本体1中定位孔相配，保证定位销2和定位孔10之间的过盈量为0.015～0.024mm。优选的，定位销2的两端倒角，上端倒角防止划伤操作人员和零件，下端倒角便于装配。
55.具体的，密封垫3为四边形形状采用天然橡胶制作，如图11所示，中间两个孔为密封垫通孔301，两个密封垫通孔301与榫头的流道孔以及和活塞6的进料通孔603同轴，密封
垫通孔301用于通过冷却液；密封垫3整体粘接在活塞6的顶部端面。活塞6运动挤压密封垫3，利用天然橡胶的弹性变形来实现零件与夹具密封。使冷却液能够顺利，足量的进入零件内腔。
56.具体的，内六角螺钉4如图12所示，采用国标螺钉改制，将螺钉前端平面改为球头，压紧时着力点由平面改为点接触，改善本体1的弹性压紧侧14工作时的受力状态，避免平面不光滑时，带来的受力不均。
57.具体的，底座5为圆柱体采用优质不锈钢制造，如图13、14、15、16所示。一侧端面有定位销孔、螺纹孔、偏心密封圈沟槽19，定位销孔、螺纹孔用来与本体1的法兰块连接，偏心密封圈沟槽19用来装第二密封圈，法兰块101上设有端面流道16，端面流道16位于法兰块101的底部，偏心密封圈沟槽19和端面流道16同心，第二密封圈放置在端面流道16和偏心密封圈沟槽19合并的沟槽中，将本体1与底座5密封。另一侧端面上设有定位销孔、螺纹孔、让开孔，用来连接工业标准接口8。圆柱体中部有贯通孔18，工业标准接口8的出口和贯通孔18通过螺纹连接并向贯通孔18中输入冷却液。
58.具体的，活塞6为带有沟槽的圆柱体，采用优质不锈钢制造，如图17、18所示，活塞6包括一体成型的第一圆柱体601和进料凸台604，所述第一圆柱体601的外壁上沿径向开设有若干个环形沟槽605，在本实施例中，设有3道环形沟槽605用来装第一密封圈，使活塞6在本体1上的活塞孔15中运动时密封。所述第一圆柱体601的底部一体成型有第二圆柱体602，所述第二圆柱体602用来安装预压紧力弹簧，为第一圆柱体601提供推力，推动第一圆柱体601靠近榫头运动，第一圆柱体601的顶部设置的四边形的进料凸台604在腰形孔9中运动，进料凸台604的端面上粘接密封垫3，活塞6中开设有两个小孔为冷却液通道，即进料通孔603，进料通孔603贯通进料凸台604的端面和第二圆柱体602的底部端面。整个活塞6在使用时不仅压紧在叶片的底部还将机床通过带冲洗功能的工业标准接口导入的冷却液引入被加工零件腔体内部。让零件在加工时的冷却状态由单一的喷淋式改成为喷淋与浸入相结合，有效避免零件电火花加工气膜孔时空腔内壁的烧蚀。
59.如图3、4、5和6所示，在本发明的另一实施例中，还提供一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧方法，采用上述的一种涡轮工作叶片电加工用快速定位夹紧装置，包括以下步骤：法兰块101和工业标准接口8连接；
60.定位榫槽11夹持榫头，定位榫槽11中的腰形孔9和榫头的流道孔同轴；
61.电加工时，打开工业标准接口8，冷却液进入活塞孔15推动活塞6靠近榫头运动，活塞6顶紧榫头的底部，冷却液经活塞6的出口由榫头的流道孔进入叶身空腔内壁，对叶身空腔内壁进行冷却；完成涡轮工作叶片的定位夹紧。
62.具体的，工艺装备制造单位按照工装图纸要求制造、检验，合格后交付给使用车间。2、使用车间的使用步骤为：
63.a、将工装装夹在快速定位夹紧装置上，确认冷却水路通畅、工装定位部件可靠、运动部件灵活；
64.b、首次使用时需将工装找正，确立x、y、z坐标值和空间角度；
65.c、在加工零件时，零件沿工装榫槽方向滑入定位榫槽中，零件榫头端面与定位销相切，用内六角螺钉挤压本体弹性压紧侧，使零件在工装中定位唯一；
66.d、零件定位完成后，通过底座上的贯通孔、活塞的进料通孔由密封垫的密封垫通
孔进入零件的流道孔，对零件内部空腔进行注水冷却，依次加工所需叶身气膜孔。
67.此夹紧装置操作简便，快捷省力，第一解决定位复杂效率低的问题，第二可以有效避免气膜孔在加工时叶身空腔内壁不容易冷却，易产生烧蚀现象。该夹紧装置的成功使用，为类似问题提供了可借鉴经验。
68.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。