阅读说明：本技术 筒形件机加切边用的内撑工装 (Internal support tool for machining and trimming cylindrical part ) 是由 曹学文 杨延涛 肖立军 赵琳瑜 尚勇 白小雷 杨建峰 贺智勇 王树 王北平 于 2019-12-27 设计创作，主要内容包括：一种筒形件机加切边用的内撑工装,推杆的外锥段装入套筒的弹性段内,并使该推杆的外锥面与套筒弹性段的内锥面贴合,轴的一端装入所述推杆与套筒内。套筒为筒形件,分为弹性段和刚性段。弹性段由多个弹性板条组成；相邻弹性板条之间侧表面的间距为b；各切割缝的根部有直径为d的弹性板条扩张孔。各弹性板条靠近该套筒端口的内表面内敛的锥面,该锥面的锥度为θ,该锥面的长度为该弹性板条轴向长度的二分之一。使用时通过弹性板条的张开与收缩,实现对筒形件的支撑,提高了加工精度,并切操作简单快捷,提高了功效,降低了劳动强度。(The inner support tool for machining cut edge of cylindrical part has one push rod with outer conic section fitted into the elastic section of the sleeve and one shaft with one end fitted into the push rod and the sleeve. The sleeve is a cylindrical part and is divided into an elastic section and a rigid section. The elastic section consists of a plurality of elastic battens; the space between the side surfaces of the adjacent elastic battens is b; the root of each cutting seam is provided with an elastic lath expanding hole with the diameter d. Each elastic strip is close to a conical surface which is converged on the inner surface of the sleeve port, the taper of the conical surface is theta, and the length of the conical surface is half of the axial length of the elastic strip. When the support device is used, the cylindrical part is supported by expanding and contracting the elastic lath, the processing precision is improved, the cutting operation is simple and rapid, the effect is improved, and the labor intensity is reduced.)

筒形件机加切边用的内撑工装

技术领域

本发明涉及机械制造行业，具体是设计、制造一种可安装于数控车床的用于壁厚不大于3.0mm的筒形件的机加切边内撑工装。

背景技术

目前国内最常采用的壁厚不大于3.0mm的薄壁旋压筒形件的机加切边内撑工装多采用以下两种结构：多顶块自动定心可调节结构与周向分瓣式可调节结构。

申请号为201610749071.0，公告号为CN106271354B的《一种自动定心的内撑具》即为一种多顶块自动定心可调节结构撑具，将可伸缩的螺杆结构安装于导向环圆周表面上的导向滑槽内，工作时，通过螺杆的运动实现所有的撑紧块的同时伸缩，从而确保定位中心始终不变，实现自动定心，保证筒体或壳体撑紧的同时变圆。申请号为201711089479.0，公告号为CN107984278A的《用于筒形工件的心轴支撑装置》的发明则是通过多个长度调节杆的长度调节实现心轴支撑装置顶杆和顶块组件的径向运动，当顶块组件与待加工筒形工件的内壁相抵时，实现支撑，该发明适用于大尺寸筒形工件，提高了心轴支撑装置的适应性。而本发明中，是通过弹性板条的收缩与扩张实现对筒形件内壁的有效支撑，一般适用于直径≤Φ200mm筒形件的机加切边加工。申请号为201920098704.5的《一种筒形构件环缝焊接内撑夹具》中所涉及的筒形构件环缝焊接内撑夹具则是通过长撑杆在圆弧板的外侧中部开槽位置的滑动伸缩达到对筒形构件环缝的内部多点支撑功能，方便焊接。该类多顶块自动定心可调节结构撑具工装均为通过相似的伸缩螺杆结构对周向均布的多个顶块进行径向调节，可实现内撑工装的预紧及找正，但该类工装的调节费时费力，且各顶块的调节相对独立，一致性较差，顶块之间的间隙过大过小均会影响调节精度；同时，由于该结构螺杆结构的布局需要一定的空间，该类自动定心可调节结构撑具工装一般无法用于直径≤Φ200mm筒形件的机加切边。

申请号为201410810573.0，公告号为CN104625136A的《一种分瓣式可调节内撑具》为一种周向分瓣式可调节结构内撑具，该内撑具分瓣的内撑弧板沿径向移动时位置错开避免干涉，最终到达产品的内型面时能够拼接成分瓣的完整外型面的内撑具，从而解决了在工作过程中分瓣的支撑弧板产生干涉的难题。申请号为201910033672.5的的《一种加工用撑具以及使用该撑具加工涨紧套的方法》则提供了一种加工用撑具以及使用该撑具加工涨紧套的方法，在加工过程中，通过撑具内撑于涨紧套中间体的内部，使涨紧套中间体由自然状态变为工作状态再进一步加工，既可有效控制变形方向和变形量，减小变形的幅度，从而准确控制涨紧套的尺寸精度和形位公差，还可保证涨紧套在工作状态下的同心同轴度和圆跳动精度符合要求，有效降低了生产成本，并提高了涨紧套的使用效果。该类周向分瓣式可调节结构内撑工装具有结构简单、通用性好、易加工、成本低等特点。在加工筒类零件时经常使用楔式内撑具，其原理是利用楔形斜面将轴向位移转化为径向位移，以实现筒类零件的定位和夹紧作用。其特点是在沿圆周方向均布一定数量的内撑块，为避免干涉相邻内撑块之间需要存在一定的间隙，随着内撑块同时沿径向向外移动，相邻内撑块之间间隙就越大。由于内撑块之间的间隙存在，内撑块与筒类零件内表面断续接触，在筒类零件为薄壁件或刚性不好的零件时，造成筒类零件外表面实际为不规则的多边形，会造成加工时让刀，导致加工时出现振动，所加工零件壁厚偏差较大，刀具磨损较为严重，并且加工效率低。

发明内容

为克服现有技术中存在的加工精度差、加工效率低的不足，本发明提出了一种筒形件机加切边用的内撑工装。

本发明包括推杆、套筒和轴。所述推杆的外锥段装入套筒的弹性段内，并使该推杆的外锥面与套筒弹性段的内锥面贴合。所述轴的一端装入所述推杆与套筒内。

所述套筒为筒形件，分为弹性段和刚性段。所述刚性段端板的中心有用于安装所述轴的轴孔，并使该轴孔与轴之间螺纹配合；所述刚性段端板的内端面为推杆的行程限位面。所述弹性段的套筒壳体被沿轴向分割为数量为n的弹性板条，由各所述板条组成了套筒的弹性段。所述相邻的弹性板条之间侧表面的间距为b，b＝2～5mm；各弹性板条的轴向长度根据所述筒形件需支撑的长度确定；各切割缝的根部有直径为d的弹性板条扩张孔。各所述弹性板条靠近该套筒端口的内表面内敛的锥面，该锥面的锥度为θ，θ＝3°～5°，该锥面的长度为该弹性板条轴向长度的二分之一。

所述弹性段外端端头的外圆周表面有径向凸出的凸台，该凸台的外径D₁与筒形件的内径相同。当所述套筒的弹性段被分割并形成多个弹性板条后，所述凸台分别在各弹性板条外端端头形成了工件支撑块。

所述弹性板条数量n通过公式n＝πD/(20+b)确定，其中D为筒形件的内径，b为相邻弹性板条之间的间距。

所述工件支撑块的外径略小于筒形件的内径，并且二者之间形成间隙δ，δ＝D/1000，单位为mm。

弹性板条扩张孔直径d通过公式d＝b+4确定，单位为mm。

所述凸台的外径D₁通过公式D₁＝D-2δ确定，单位为mm。

所述轴为阶梯轴，由该阶梯差的端面形成了推杆的定位端面。所述轴一端的小直径段与推杆端面的轴孔滑动配合，该轴中部的大直径段为与推杆内表面配合的螺纹面。所述轴另一端的圆周表面为与所述套筒刚性段端板中心的轴孔配合的螺纹孔。

所述推杆一端为轴滑动段，在该滑动段端板的中心有与所述轴小直径端间隙配合的轴孔。该推杆另一端为扩张段，该扩张段的外表面为锥面；所述锥面的锥度与所述弹性板条锥面的锥度相同。所述推杆的内孔为阶梯状，其中滑动段的内径略大于所述轴小直径段的外径，扩张段的内表面为与该轴大直径段配合的螺纹面。

本发明依据所加工筒形件内径尺寸要求，设计了合理的内撑工装间隙和弹性板条数量。使用时通过推杆非工作面上分布的销钉孔拧动推杆，推杆在轴上的向前运动，推杆与套筒相对靠近；这时，推杆外型面与套筒内型面通过锥面紧密贴合；当推杆继续向前运动时，通过贴合锥面的滑动，推杆将套筒上均布的多个弹性板条撑开；均布的多个弹性板条均匀同步向外张开，通过其外型面上的凸台实现对筒形件内壁的有效支撑；根据尺寸及精度要求对筒形件进行机加切边加工；加工完毕后，拧动推杆向后运动，推杆与套筒相对远离，推杆外型面上的锥面与套筒内型面锥面脱离贴合接触，套筒上均布的多个弹性板条部位滑动收缩，套筒外型面凸台与所加工筒形件内壁脱离，实现卸载；拆卸圆筒；拆卸工装，涂刷防锈油防护、保养。

本发明通过螺纹的拧紧与松弛，实现外轮廓面工作面为锥面的推杆结构的向前、向后运动，进而通过与其紧密配合的带内锥面与弹性板条的套筒的张开与收缩，进而起到支撑壁厚不大于3.0mm的筒形件进行机加切边加工，兼顾了多顶块自动定心可调节结构与周向分瓣式可调节结构内撑工装的优点，用于壁厚不大于3.0mm的筒形件的机加切边，具有操作简单、加工效率和加工精度高的特点。

本发明能在数控车床上实现筒形件的高效机加切边加工，该内撑工装在一次调整后即可实现对筒形件内型面全圆周尺寸范围内的有效支撑，操作简单、快捷且找正精度较高，筒形件机加切边效率、加工精度较高。本发明具有结构简单、操作简单、效率高的特点。

该工装具有以下优点：

1、该工装在一次调整后即可实现筒形件内型面全圆周尺寸范围内的有效支撑，属于半自动化的操作，操作简单、快捷、高效，大大降低工人劳动强度。

2、该工装找正时，仅需要拧动推杆结构进行微量调节，即可实现工装对筒形件内表面的有效支撑，找正精度依靠高精度的工装保证，找正精度较高；由于筒形件内表面有效支撑程度较好且工装及筒形件找正精度加高，筒形件机加时，筒形件振动较小，不存在颤刀情况，筒形件机加效率较高，积极去切边后筒形件端面垂直度、多条象限长度尺寸精度较高、偏差较小。提高了筒形件机加尺寸的一致性与可靠性。

以某外径Φ178±1mm，壁厚2.5±0.1mm，机加后长度为1250±0.5mm旋压筒形件为例，采用本发明工装所加工的产品，加工用时约为9min10s-9min35s，平均为9min21s；传统的多顶块自动定心可调节结构内撑相比约为14min35s-16min，平均为15min4s；加工效率提升37.94％；统计所加工的10件旋压圆筒长度尺寸见表2，可知圆筒四象限长度偏差更小，切口部位端面垂直度较好。

表1某尺寸旋压圆筒加工时间统计表

表2某尺寸旋压圆筒加工时间统计表

3、本发明结构简单，原材料费用、工装设计制造费用低，加工容易，生产、制造成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是套筒的结构示意图；

图3是弹性板条的结构示意图；

图4是推杆的结构示意图；

图5是轴的结构示意图；

图6是本发明的工作示意图。

其中：1.推杆；2.套筒；3.轴；4.车床卡盘；5.弹性板条；6.工件支撑块；7.筒形件。

具体实施方式

本实施例是一种用于壁厚≤3mm的筒形件机加切边的内撑工装，该内撑工装有两个，成对使用。

本实施例包括推杆1、套筒2和轴3。所述推杆1的外锥段装入套筒2的弹性段内，并使该推杆的外锥面与套筒2弹性段的内锥面贴合。所述轴3的一端装入所述推杆与套筒内。

所述套筒采用弹性钢制成，本实施例中采用65Mn；所述推杆1和套筒2采用45#钢制成。

所述套筒2为筒形件，分为弹性段和刚性段。所述刚性段端板的中心有用于安装所述轴3的轴孔，并使该轴孔与轴之间螺纹配合；所述刚性段端板的内端面为推杆1的行程限位面。所述弹性段的套筒壳体被沿轴向分割为数量为n的弹性板条5，由各所述板条组成了套筒的弹性段。所述相邻的弹性板条之间侧表面的间距为b，b＝2～5mm；各弹性板条的轴向长度根据所述筒形件需支撑的长度确定；各切割缝的根部有直径为d的弹性板条扩张孔。各所述弹性板条靠近该套筒端口的内表面内敛的锥面，该锥面的锥度为θ，θ＝3°～5°，该锥面的长度为该弹性板条轴向长度的二分之一。

所述弹性段外端端头的外圆周表面有径向凸出的凸台，该凸台的外径D₁与筒形件7的内径相同。当所述套筒2的弹性段被分割并形成多个弹性板条5后，所述凸台分别在各弹性板条外端端头形成了工件支撑块6。

所述弹性板条数量n通过公式n＝πD/(20+b)确定，其中D为筒形件7的内径，b为相邻弹性板条之间的间距。

所述工件支撑块的外径略小于筒形件7的内径，并且二者之间形成间隙δ，δ＝D/1000，单位为mm。通过位于各弹性板条外端端面的工件支撑块9支撑筒形件的内表面。

弹性板条扩张孔直径d通过公式d＝b+4确定，单位为mm。

所述凸台的外径D₁通过公式D₁＝D-2δ确定，单位为mm。

所述轴3为阶梯轴，由该阶梯差的端面形成了推杆1的定位端面。所述轴一端的小直径段与推杆1端面的轴孔滑动配合，该轴中部的大直径段为与推杆内表面配合的螺纹面。所述轴另一端的圆周表面为与所述套筒2刚性段端板中心的轴孔配合的螺纹孔。

所述推杆一端为轴滑动段，在该滑动段端板的中心有与所述轴3小直径端间隙配合的轴孔。该推杆另一端为扩张段，该扩张段的外表面为锥面；所述锥面的锥度与所述弹性板条锥面的锥度相同。所述推杆1的内孔为阶梯状，其中滑动段的内径略大于所述轴3小直径段的外径，扩张段的内表面为与该轴大直径段配合的螺纹面。在该推杆的轴滑动段的外圆周表面均布有两个操作盲孔，通过该操作盲孔旋动该推杆使其沿轴3前进或后退。

本发明中，根据所加工筒形件的内径D确定弹性板条数量n、弹性板条根部底孔直径d，以及弹性板条间隙b。所述套筒内壁在弹性板条内型面部位为锥面，根据所加工筒形件的内径D确定该锥面的角度θ，并且直径越大锥面的角度越大。套筒与轴通过螺纹连接并焊接后形成整体结构；推杆通过螺纹安装在轴上，并使该推杆外表面的锥面与套筒内锥面的配合，使套筒上均布多个弹性板条张开，并使各所述弹性板条上的工件支撑块与筒形件内壁贴合，实现对该筒形件的有效支撑。

本实施例中，弹性板条间隙b＝4mm，套筒内壁在弹性板条内型面部位的锥面角度取θ＝3°；根据所要加工的筒形件内径D确定内撑工装的主要关键尺寸，并制造该工装。

内撑工装尺寸计算与制造。

n＝πD/(20+b)＝3.14×200/(20+4)＝26.2；

弹性板条数量为n，n＝26；

δ＝D/1000＝200/1000＝0.2；

凸台与筒形件内壁间隙δ为0.2mm；

D₁＝D-2δ＝200-2×0.2＝199.6

套筒凸台结构部位直径D₁为199.8mm；

d＝b+4＝4+4＝8；

弹性板条底孔直径d为8；

安装时，将组合好的2套内撑工装通过轴分别安装在数控车床的车床卡盘4上，并找正该内撑工装工作面圆跳动不大于0.05mm；将所要加工的内径为Φ200mm的筒形件套装于内撑工装上，调整筒形件的安装部位，确保筒形件在机加切边时，切边部位与内撑工装不发生干涉，避免损坏内撑工装。

使用时，初始自由状态下的套筒外型面凸台与筒形件内壁有间隙δ，该间隙在本实施例中为0.2mm；旋动推杆，使该推杆在轴上向前运动与套筒靠近，使推杆扩张段的外表面与套筒内锥面紧密贴合；当推杆继续向前运动时，通过贴合锥面的滑动，推杆将套筒上均布的多个弹性板条撑开，使各所述弹性板条同步均匀向外张开，使各弹性板条上的工件支撑块与待进行机加切边的筒形件的内表面贴合，从而实现对筒形件内壁的有效支撑。

当该筒形件的机加切边完成后，拧动推杆向后运动离开套筒，使推杆外表面与套筒内锥面脱离，并使各所述弹性板条收缩，从而使各所述弹性板条上的工件支撑块与所加工筒形件内壁脱离，实现卸载。