專利名稱：用于薄壁殼狀/圓柱形部件的夾具的自調(diào)設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于殼狀/圓柱形部件的夾具的自調(diào)設(shè)計(jì)，目的是使其在充足的支承剛性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的情況下對(duì)部件進(jìn)行加工，以便保持加工精度和表面精整度從而達(dá)到可接受的工程標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明尤其適用于薄壁部件，因?yàn)樵诒”诓考校y以獲得加工過程中的可靠固定以及防止l展動(dòng)。
背景技術(shù)：
才艮據(jù)本領(lǐng)域中的^支術(shù)人員熟知的結(jié)構(gòu)力學(xué)的理"i侖，殼狀/圓柱形部件被限定為連續(xù)且彎曲成形的具有開口的成組的中空物體。碗狀結(jié)構(gòu)的特征在于，其為具有單一的主要開口的殼狀部件，而具有貫穿開口的中空管狀結(jié)構(gòu)的特征在于其為圓筒形部件。兩種結(jié)構(gòu)的壁都具有一定壁厚，并且每個(gè)壁具有的輪廓尺寸是其半徑(如果其直徑大于其高度)，否則，其輪廓尺寸是其高度。根據(jù)輪廓尺寸與壁
厚的比率，殼狀/圓筒形部件凈皮如下分類
a) 超厚壁如固體結(jié)構(gòu)三向應(yīng)力；
b) 大厚壁t立伸、彎曲以及高次4黃向剪切應(yīng)力(higher ordertransverse shear stressed》
c) 中厚壁4立伸、彎曲以及一級(jí)4黃向剪切應(yīng)力；d) 薄壁^立伸以及彎曲應(yīng)力，^旦忽略4黃向剪切；
e) 超薄壁由4立伸歲丈應(yīng)支配，也稱為薄月莫(membrane )。
根據(jù)該分類，本發(fā)明具體涉及的薄壁殼狀/圓筒形部件被定義且限制為具有一個(gè)主要開口或貫穿開口的中空結(jié)構(gòu)，具有
a) 2mm或更大的加工的壁厚W;
b) 大于或等于20的殼狀/圓筒形輪廓尺寸與壁厚的比率R/W(其中，R是部件的半徑或高度，直徑和高度中的任何一個(gè)為輪廓
尺寸)；以及
c) 大于或等于0.5的主要開口半徑與4侖廓尺寸的比率Rl/R，或大于或等于200mm的主要開口半^圣R1;
其中，有在0至1000Hz頻率范圍內(nèi)的4交少阻尼(less-damped )的4展動(dòng);漠式的明顯擁塞(congestion);并且
在壁中有孩吏量(de minimis) 4黃向剪切。
在不改變其特性的情況下，所定義的薄壁殼狀/圓筒形部件可具有小開口和不平坦的內(nèi)部/夕卜部表面。在加工這種部件時(shí)，難以爿尋其
保持住。薄壁缺少充足的靜態(tài)剛性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性以經(jīng)受住加工過程中產(chǎn)生的切割力。因?yàn)槿狈魷?yīng)(shear effect),薄壁變得動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定并易振動(dòng)，導(dǎo)致主要因支承剛性不足導(dǎo)致的加工精度問題，以及主要因在切割工具和工件之間的不穩(wěn)定自激振動(dòng)造成(此后為簡(jiǎn)明稱為"振動(dòng)(chatter)")的表面加工問題。
公知設(shè)計(jì)的靜態(tài)夾具將不會(huì)對(duì)該情況有所幫助，主要因?yàn)?，一方面，精確配合大部分殼狀/圓筒形表面的靜態(tài)夾具會(huì)很昂貴且有時(shí)
6不可用，并且，在另一方面，即使靜態(tài)夾具設(shè)計(jì)良好并且精確配合 薄壁部件的靜態(tài)位置，但當(dāng)被切割力刺激時(shí)，主要由拉伸和彎曲效 應(yīng)維持的柔性薄壁仍然將在靜止位置的周圍偏斜，并向靜止支承彈 回，以至于使部件的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性惡化。動(dòng)態(tài)夾具適應(yīng)性地配合、支 7 義以及阻尼薄壁部^f牛的i殳計(jì)顯然是理想目標(biāo)。
在任何工業(yè)中，都不希望造成浪費(fèi)。因此總是希望使部件質(zhì)量 最小，當(dāng)然假設(shè)其它因素不會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響。例如，如果部件將因
此比期望中衰退得快，具體地如果部件的質(zhì)量(mass)相反不義于部 件的操作有害，則無減小部件質(zhì)量的打算。但是，在一些工業(yè)中， 部件質(zhì)量本身是實(shí)質(zhì)問題，且再?zèng)]有比4元空和國(guó)防工業(yè)更多i也存在 該問題的工業(yè)了 。
火箭殼狀和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)罩為典型的薄壁殼狀/圓筒形部件。其大 多數(shù)由諸如耐熱合金的難以加工的材料制成，并且一直對(duì)除去不必 要的部件質(zhì)量達(dá)到最小化有非常嚴(yán)格的要求。為了提供所有精確的 連接接口 ，也為了從鍛件或鑄件上除去所有不必要的質(zhì)量以獲得加 工的部件，加工工作是不可避免的。因?yàn)楸”谑侨嵝缘那覄?dòng)態(tài)不穩(wěn)、 定的，所以在相對(duì)艱難的加工過程中保持這種部件是成問題的。目 前大多數(shù)工程師釆用的方案是研究這種部件的4展動(dòng)特性以及預(yù)期 問題區(qū)域，之后決定適當(dāng)?shù)募庸げ襟E以使振動(dòng)影響最小化，從而單 獨(dú);也處理部4牛。
但是，本發(fā)明特別地涉及(并不一定是特別地涉及，但無論如 何是專有地)提供用于在需要的加工操作過程中保持這種部件的自 ^f^^7^并且4是^洪了如下的夾具，該夾具適應(yīng):l也配合大部分^PH^ 面并且較高剛性地適應(yīng)性支承部件且較高穩(wěn)定性地適應(yīng)地阻尼薄 壁。此處，"自調(diào)的"意思是在幾何和動(dòng)態(tài)感覺中的自調(diào)能力。說明書第4/15頁
US-A-6015154 7>開了金屬套筒形式的夾具，該金屬套筒具有 槽并且包圍聚合物套筒，該套筒在其端部密封至心軸(arbour )，以 便在聚合物套筒和心軸之間限定流體動(dòng)力學(xué)腔，由此4吏腔增壓擴(kuò)張 套筒，金屬套筒內(nèi)部阻尼并保持鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)襯套筒以允許其 加工。該金屬套筒的直徑可擴(kuò)張約8mm。盡管將阻尼振動(dòng)作為目標(biāo) 陳述，但是沒有解釋它是如何設(shè)置在夾具本身之外的。
US-A-4811962公開了類似的布置，但是沒有金屬套筒。在這 種情況下的聚合物套筒包括特氟綸殼狀，該殼狀在具有一些柔性以 允許擴(kuò)張以內(nèi)部地夾緊圓柱形筒頭的同時(shí)，只具有擴(kuò)張直徑幾毫米
的能力。
US-A-4253694公開了用于圓形產(chǎn)品的內(nèi)部拾取(pickup )裝置， 該圓形產(chǎn)品包括圓筒形零件，以及在該零件槽中的彈性環(huán)，該槽的 基部可用流體加壓以擴(kuò)張彈性環(huán)從而內(nèi)部i也夾緊物體。
GB_A_i445216公開了用于要精修的薄壁圓筒形物體的夾持裝 置，其包括如US-A-4253694所述的類似裝置。
但是，即使對(duì)于厚壁部件，用于提供適當(dāng)阻尼的夾具將有利于 實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的加工性能。再次，在本文中，"自調(diào)的"意思是能夠配 合不同尺寸的部件，以及適于適應(yīng)與具體加工操作相關(guān)的動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于殼狀/圓筒形部件的夾具，包括壁厚 或超壁厚的基座，具有第一定位裝置以定位和夾持所述部件的一個(gè) 端部；壁厚或超壁厚的立柱，其固定在所述基座中；環(huán)形管狀可充
8氣的彈性壓力件，其在使用時(shí)置于所述立柱和所述部件之間的基座 上，以及犧牲襯墊，其適于裝在所述壓力件和部件之間。
優(yōu)選地，夾具進(jìn)一步包括壁厚或超壁厚的蓋，該蓋將被固定到 立柱，并具有第二定位裝置以定位部件的另一端。
由于是厚壁的，所以立柱、基座和蓋使得結(jié)構(gòu)至少具有拉伸、 彎曲以及高次;鏡向剪切效應(yīng)， 一般i人為拉伸、彎曲以及高次4黃向剪
切歲文應(yīng)與1000Hz頻率的振動(dòng)才莫式的明顯稀少有關(guān)聯(lián)。
優(yōu)選地，所述襯墊有一個(gè)1 Omm至20mm之間的總厚度，因此 在加工纟喿作時(shí)，穿透工具移動(dòng)通過殼狀/圓筒形部件的這種移動(dòng)不穿 透壓力件。優(yōu)選地，該襯墊為多層聚合/彈性材料，所述層被粘合或 月交合在一起。因此，該4十墊也適于主要通過層之間的剪切效應(yīng)來分 布均勻的支承壓力，并且主要通過聚合物或彈性材料而沿要加工的 部件表面的法線方向分布動(dòng)態(tài)阻尼。通過在襯墊的外層內(nèi)側(cè)插入彎 曲的尼龍板使其靠著所要加工的薄壁，從而能夠利用到部件小開口 周圍的局部增強(qiáng)作用。
優(yōu)選地，所述壓力件在穩(wěn)定和安全的工作范圍內(nèi)氣動(dòng)地充氣并 達(dá)到其扁平直徑的5倍，并且膨脹壓力達(dá)到4.0Bar。方便地，其可 包括變形的機(jī)動(dòng)車輛車輪內(nèi)胎，該內(nèi)胎能夠擴(kuò)張至需要的尺寸并且 很好地安裝該殼狀/圓筒形部件、支承心軸或立柱、安裝基座和蓋內(nèi) 所限制的內(nèi)容物。內(nèi)胎的充氣閥可通過孔眼伸出，該孔眼是為此目 的而設(shè)置在內(nèi)部心軸或外部支承立柱上的。兩個(gè)或更多個(gè)內(nèi)胎可用 在其它部件的頂部，用于長(zhǎng)殼狀/圓筒形部件。
在一種布置中，立柱位于部件的內(nèi)部，壓力件圍繞在立柱周圍， 襯墊包圍壓力件，并且當(dāng)使用夾具時(shí)，該部件包圍村墊、壓力件和立柱。在該布置中，該部件;故壓力件徑向向外4,壓，并且加工才喿作 可在其外表面上進(jìn)行。
但是，在另一種布置中，立柱是中空的，并且在部件的外部， 所以當(dāng)4吏用夾具時(shí)，立柱內(nèi)的壓力件包圍4于墊，而該4于墊本身包圍 該部件。在該布置中，該部件^皮壓力件徑向向內(nèi)推壓，并且力口工才喿 作可在其內(nèi)表面上進(jìn)行。
自調(diào)夾具設(shè)計(jì)滿足靈活且柔性組合的先進(jìn)生產(chǎn)工程的要求，該 靈活且柔性組合適用于具有相同結(jié)構(gòu)功能但不同具體形狀和尺寸 的不同產(chǎn)品。本發(fā)明中的重要元件為壓力件，具體地，當(dāng)壓力件是 能擴(kuò)張的氣動(dòng)導(dǎo)管形式時(shí)，壓力件能夠在穩(wěn)定且安全的工作范圍內(nèi) 擴(kuò)張至其扁平直徑的5倍并且擴(kuò)張壓力達(dá)到4 Bar。在其幫助下， 夾具不僅自調(diào)以配合部件的具體形狀，也自調(diào)以適合相當(dāng)大范圍的 部件尺寸，從而達(dá)到標(biāo)稱部件直徑的4倍。充氣件的另一個(gè)具體的 優(yōu)點(diǎn)是，通過設(shè)置帶夾具的氣動(dòng)阻尼腔，加工振動(dòng)能量4皮吸收以防 止一旦加工開始時(shí)通常出現(xiàn)的振動(dòng)的指數(shù)生長(zhǎng)。
所述內(nèi)部或外部的支岸義心軸在維持對(duì)薄壁部件的充足支岸義剛 性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性方面起關(guān)鍵作用。所述薄壁殼狀/圓筒形部件主要通 過拉抻和彎曲應(yīng)力以及不存在剪切作用而得到平衡，以保持整體剛 性。因此，利用該剛性支^c,充氣件通過多層坤于墊將均勻法向壓力 施加在薄壁上，并且用顯著的動(dòng)態(tài)阻尼效應(yīng)自調(diào)地配合薄壁表面。
所述的自調(diào)阻尼包括由薄壁上所述襯墊的聚合或彈性材料施 加的動(dòng)態(tài)阻尼和由自調(diào);也與彈性^"墊和柔性薄壁部4牛4妄觸的充氣 件的阻尼腔吸收的能量(總損失系數(shù)Cd>0.1,見下文以及圖7和8)。除了單獨(dú)的夾具之夕卜，本發(fā)明提供了用于薄壁殼狀/圓筒形部件
的自調(diào)夾具i殳計(jì)方法，用于4吏部件可以在具有充分支岸義剛性和動(dòng)態(tài) 穩(wěn)定性的情況下被加工，以保持加工精度和表面光潔度保持滿足可 4妄受的工程標(biāo)準(zhǔn)。
夾具具體適用于薄壁結(jié)構(gòu)，其為噴氣式飛^L發(fā)動(dòng)4/L罩和火箭彈 頭的薄壁結(jié)構(gòu)是典型的實(shí)例。事實(shí)上，本發(fā)明進(jìn)一步提供如上定義 的夾具組合以及固定在夾具中的薄壁殼狀/圓筒形部件。優(yōu)選地，所 述部件是噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)殼體或火箭彈頭。


在下文中參照附圖以實(shí)例方式進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例，圖
中
圖1是才艮據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部夾具的透視圖2是保持在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部夾具中的薄壁圓筒形部件的截 面圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部夾具的薄壁殼狀部件的截面以及
圖4是圖2的內(nèi)部夾具中另一個(gè)薄壁殼狀部件的截面圖5是用振動(dòng)器激發(fā)且沒有使用夾具的薄壁圓筒形部件的頻率 響應(yīng)函凄t (FRF)總效果的曲線圖6是#4居本發(fā)明的用振動(dòng)器激發(fā)測(cè)量的夾具心軸的厚壁內(nèi)部 立柱的頻率響應(yīng)函凄t (FRF)總效果的曲線ii圖7是用振動(dòng)器激發(fā)測(cè)量的薄壁圓筒形部件的頻率響應(yīng)函翁: (FRF)總效果的曲線圖，其中該薄壁圓筒形部件支承在根據(jù)本發(fā) 明的自調(diào)夾具上；
圖8是支承在根據(jù)本發(fā)明的自調(diào)夾具中的薄壁圓筒形部件的靜 載荷測(cè)試結(jié)果的曲線圖，其中壓力件具有在O.O、 1.0和2.0 Bar處
的不同充氣壓力。
具體實(shí)施例方式
圖1中， 一種用于薄壁圓筒形部件10的內(nèi)部加工的內(nèi)部自調(diào) 夾具100包括厚壁板形式的安裝基座1，該安裝基座具有用于與加 工中心(未示出)的工作臺(tái)(未示出)連接的安裝孔2。定位銷3 和夾子4 4巴部件10定位并固定在基座1上。
厚壁剛性心軸與立柱5通過螺栓(未示出)固定在基座l的中 心。心軸5末端為與厚壁蓋12連4妄的法蘭。兩個(gè)改進(jìn)的車4侖內(nèi)月臺(tái)8 安裝在心軸上，該車4侖內(nèi)胎8具有與心軸5的半徑相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部半 徑R。內(nèi)胎8用合成橡膠(彈性材料)制造，其可被充氣，從而安 裝被限制在圓筒形部件10、支承心軸5、安裝基座1和蓋12中的 內(nèi)容物。每個(gè)內(nèi)胎8在其內(nèi)表面上有其自已的進(jìn)氣閥9,并通過相 應(yīng)的孔眼^皮安裝，該孔眼為此目的i殳置在心軸5上。每個(gè)進(jìn)氣閥9 通過中空的心軸可向上延伸。
多層犧牲襯墊6包括3至5片聚合或高彈性材料，它們相互粘 合并環(huán)繞在內(nèi)胎8周圍，總厚度大于或等于10mm，因此，在加工 4喿作時(shí)，穿透工具的通過圓筒形部件10的移動(dòng)不穿透壓力件8。同
并主要通過聚合物或彈性材料來提供動(dòng)態(tài)阻尼，其垂直于所要加工的部件表面。通過將彎曲的尼龍板7插入襯墊外層的內(nèi)側(cè)，靠著所 要加工的薄壁，利用了小開口 (未示出)周圍的局部增強(qiáng)。
蓋12為厚壁圓形板，其帶有環(huán)繞其圓周的楔形階(未示出)， 以固定圓筒形部件的頂端。蓋12還帶有孔11,利用螺;f全(未示出) 可將蓋通過其孔固定到內(nèi)部心軸5的頂端。
在圖2中，示出了用于同才羊的薄壁圓筒形部件10的內(nèi)部力cr工 的外部自調(diào)夾具IOO，，包括一個(gè)類似于圖1中安裝基座的安裝基座 1，。厚壁剛性圓筒5，通過螺栓(未示出)固定在基座l，的中心并且 末端也是一個(gè)與蓋12，連4妻的法蘭。兩個(gè)改進(jìn)的車4侖內(nèi)胎8，具有一 個(gè)外部半徑R，(對(duì)應(yīng)于圓筒5，的內(nèi)部半徑)并被充氣以固定限制在 筒形部件10，、支承圓筒5，、安裝基座l，和蓋12，內(nèi)的內(nèi)容物。每個(gè) 內(nèi)胎8，在其外表面上有其自己的進(jìn)氣閥9，并通過在圓筒5，上為此用 途才是供的相應(yīng)孔眼而#1固定。
一個(gè)多層犧4生4于墊6，還環(huán)繞在內(nèi)胎8，的內(nèi)側(cè)，靠著部件IO，的 外表面。通過將彎曲的尼龍板7，插入襯墊6，內(nèi)層的內(nèi)側(cè)，靠著所要 加工的薄壁，利用了小開口周圍的局部增強(qiáng)。
圓形蓋12，被固定在外部圓筒5，的頂端，環(huán)繞其圓周具有楔形 階，以固定部件IO，的頂端并形成限制在筒形部件10，、支承圓筒5，、 安裝基座l，和蓋12，內(nèi)的內(nèi)容物，用于可充氣內(nèi)胎8'。
圖3所示的為用于薄壁殼習(xí)犬部4牛IO"的外部加工的內(nèi)部自調(diào)夾 具100",其具有一個(gè)主開口 10a進(jìn)入內(nèi)容物15。此夾具100，，包括 厚壁板形式的安裝基座1"，該安裝基座具有用于工作臺(tái)的安裝孔2， 定位銷3和螺紋孔4用于定位和限制殼狀部件10"。在此特定的情 況下，由于對(duì)部件10的額外支承，不需要蓋。厚壁剛性心軸5"由 螺栓(未示出)固定在基座l"的中心，充氣內(nèi)胎8"的內(nèi)表面上的兩個(gè)進(jìn)氣閥9"通過心軸5"上為此用途提供的兩個(gè)相應(yīng)的孔眼26" 被固定。各進(jìn)氣閥9"通過中空壁心軸5"可向下伸出，以通過盤1" 上的孑L目艮42伸出。
一個(gè)多層犧牲襯墊6"還環(huán)繞在內(nèi)胎8"的外側(cè)，靠著用于外部 加工的殼狀部件10的內(nèi)表面。通過將彎曲的尼龍板7插入襯墊6" 的外層的內(nèi)側(cè)，靠著所要加工的薄壁，利用了小開口周圍的局部增加。
圖4示出了用于相同薄壁殼狀部件10的內(nèi)部加工的外部自調(diào) 夾具100"，。該夾具包括厚壁板形式的安裝基座l，"， 該安裝基座 具有用于工作臺(tái)(未示出)的安裝孔2。厚壁剛性圓筒5"，由螺栓(未 示出)固定在基座l"，的中心。圓筒5"，末端是通過螺栓11與蓋12"， 連接的法蘭。兩個(gè)改進(jìn)的車4侖內(nèi)胎8，"具有對(duì)應(yīng)于圓筒5"的內(nèi)部半 徑的外部半徑，并,皮充氣以固定限制在殼狀部件10"，、支存義圓筒 5"，、安裝基座l"，和蓋12"，內(nèi)的內(nèi)容物。每個(gè)內(nèi)胎8，"在其外表面 上有其自己的進(jìn)氣閥9"，并通過在圓筒5"，上為此用途提供的相應(yīng) 孑U艮一皮固定。
一個(gè)多層犧牲4于墊6"，還環(huán)繞內(nèi)胎8"，的內(nèi)側(cè)，靠著用于內(nèi)部加 工的殼狀部件IO"，的外表面。通過將彎曲的尼龍板7插入襯墊6"， 的內(nèi)層的內(nèi)側(cè)，靠著所要加工的薄壁，利用了小開口周圍的局部增強(qiáng)。
圖中部件IO(在下文中使用的附圖標(biāo)記包括等同結(jié)構(gòu)10，、10"、 10"，)可包括火箭彈殼體或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)罩。薄壁火箭彈殼體或噴氣 發(fā)動(dòng)機(jī)罩的大多數(shù)半成品是由難加工的材料(如耐熱合金)制造的 整塊的鑄件或鍛件。在將不必要的部件質(zhì)量減到最小方面，總是具 有非常嚴(yán)格的要求。為給連接提供所有精確的接口，并消除鍛件或
鑄件的所有不必要的質(zhì)量以得到一個(gè)成品件，加工工作是不可避免的。通過釆用圖1至圖4中所示類型的自調(diào)夾具，可以加工半成品 10。
內(nèi)部支承心軸或外部支承圓筒5在為薄壁保持充足的支承剛性 和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性方面起關(guān)鍵作用。薄壁殼狀/圓筒形部件IO主要通過 4i伸和彎曲應(yīng)力以及沒有剪切作用而得到平;f釺，以保持整體剛性。
因此，心軸或圓筒5#1制成如以上定義的厚壁。利用此剛性支岸義， 充氣件8通過多層襯墊6將均勻且法向的壓力施加到薄壁上并用動(dòng) 態(tài)阻尼效應(yīng)自調(diào)地固定薄壁表面。
所述的自調(diào)阻尼包括由薄壁上所述襯墊6的聚合物或彈性材泮牛 施加的動(dòng)態(tài)阻尼以及由充氣件8的阻尼腔吸收的能量。通過以下參 照?qǐng)D5至圖8可以證實(shí)這種自調(diào)阻尼效應(yīng)。
圖5表示在振動(dòng)器激發(fā)和未使用夾具時(shí)測(cè)量的圖1中所示薄壁 圓筒形部件10的頻率響應(yīng)函數(shù)(FRF)總效果。根據(jù)上面曲線的對(duì) 數(shù)表示，在頻率范圍約1000Hz的范圍內(nèi)觀察到了振動(dòng)模式13的明 顯收斂，其是按曲線上一組峰值確定的。根據(jù)以下曲線的線性表示， 在相同頻率范圍內(nèi)觀察到不規(guī)則且彈回的阻尼較小的振幅14 (此 時(shí)，Hmax=2.43g/N )。如所定義的，這些是薄壁殼狀/圓筒形部件的 典型的動(dòng)態(tài)特性。
圖6表示在振動(dòng)器激發(fā)時(shí)測(cè)量的圖1中所示薄壁心軸5的頻率 響應(yīng)函數(shù)(FRF)總效果。根據(jù)上面曲線的對(duì)數(shù)表示，在頻率范圍 約1000Hz的范圍內(nèi)存在才展動(dòng)才莫式15的明顯稀少，其是4安曲線上的 可計(jì)數(shù)的稀少分布的峰值確定的。根據(jù)下面曲線的線性表示，在相 同頻率范圍觀察到規(guī)則的、小的振幅16 (Hmax2=0.12g/N,此時(shí)表示 高剛性)。如所定義的，這些是厚壁部件的典型動(dòng)態(tài)特性。圖7表示在振動(dòng)器激發(fā)時(shí)測(cè)量的圖1所示的同樣薄壁筒形部件 IO的頻率響應(yīng)函數(shù)(FRF)總效果，但其中使用了本發(fā)明的可調(diào)夾 具IOO，并且充氣壓力設(shè)定為2.0Bar。根據(jù)上面曲線的對(duì)數(shù)表示， 在頻率范圍約1000Hz的范圍內(nèi)觀察到不規(guī)則的但明顯稀少的振動(dòng) 模式17，其是按曲線上可計(jì)數(shù)的稀少分布的峰值確定的。根據(jù)下面 曲線的線性表示，在相同頻率范圍觀察到不規(guī)則但強(qiáng)烈地被阻尼的 振幅18(此時(shí)，Hmax3=0.91g/N)。
具有圖7中所示薄壁部件IO和不具有圖5中所示夾具之間的 振幅比被定義為RH=Hmax3/Hmaxl=2.67。按定義，在使用了夾具時(shí)， 只于于所有薄壁殼;犬/圓筒形部^f牛10,振幅比應(yīng)在RH^2.5的范圍內(nèi)， 這是有效性判斷的標(biāo)準(zhǔn)。
圖8表示一組分別出自同樣薄壁筒形部件10的靜載荷測(cè)試結(jié) 果，其中使用了圖1所示自調(diào)夾具。這些結(jié)果是從充氣內(nèi)胎8的壓 力^殳為0.0、 1.0和2.0 Bar時(shí)為依才居。在筒形部4牛10的中間部分的 外表面上施加一個(gè)沿上下方向的圓點(diǎn)載荷F (在其扭曲極限內(nèi))并 在相同點(diǎn)測(cè)量靜態(tài)偏轉(zhuǎn)X，對(duì)薄壁的一組平均支^c剛性;故定義為
19: :
20: iT， = y— = M汰M *JV /薩 20: 以及
。，21: Jf j * E: = 5JO,湖AiV /鵬w 21: J
以上相應(yīng)于各充氣壓力0.0、 1.0和2.0 Bar。 乂人漸變階4爻到
'穩(wěn)定階段(與如下所述的橢圓形滯后圏22相同)的支承剛性比的增加表示自調(diào)夾具在對(duì)薄壁部件10的支承方面的效能。 按定義，在使用夾具時(shí)，對(duì)所有薄壁殼狀/圓筒形部件10,支承剛 性比應(yīng)在Kd》3.0的范圍，其為有效性判斷標(biāo)準(zhǔn)。
還是沖艮據(jù)圖8，在充氣壓力從O.O、 l.O到2.0Bar增力。時(shí)，橢圓 形滯后圈22被逐漸識(shí)別。按21: K3計(jì)算的且根據(jù)最大勢(shì)能Ua識(shí) 別的區(qū)域A被劃分，夾具的自調(diào)阻尼效應(yīng)被4見為損失系數(shù)22:
rf '。統(tǒng)計(jì)上地，損失系數(shù)Q為用于根據(jù)工程結(jié)構(gòu)或材
料的復(fù)雜阻尼效應(yīng)的通用測(cè)量，對(duì)一般的薄壁金屬結(jié)構(gòu)，Cd《0.001 ， 對(duì)粘有聚合物或彈性阻尼層的薄壁金屬結(jié)構(gòu)，001<Cd<0.1。按定
義，對(duì)所有使用夾具時(shí)的薄壁殼狀/圓筒形部件，損失系數(shù)應(yīng)在cd
>0.1范圍內(nèi)，這是涉及本發(fā)明的使用自調(diào)夾具的效果的有效性判
斷標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于多于一個(gè)的單獨(dú)夾具的情況，本發(fā)明示出一種用于薄壁殼 狀/圓筒形部件的自調(diào)夾具的i殳計(jì)方法，其用于4吏部件可以在充分支 承剛性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的情況下被加工，以使加工精度和表面光潔度 保持成滿足可接受的工程標(biāo)準(zhǔn)。
按本發(fā)明定義，用于不同尺寸的薄壁殼狀/圓筒形部件10的自 調(diào)夾具的"i殳計(jì)和有效性判斷過程總結(jié)如下
(1) 薄壁部件10和厚壁部件5的確i人。
a) 通過幾何尺寸按定義。
b) 通過動(dòng)態(tài)特性4要定義，見圖5和圖6。
(2) 使用自調(diào)夾具時(shí)，薄壁部件10的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和自調(diào)阻尼的
有效性判斷。a) 通過動(dòng)態(tài)特性見圖5和圖7。
在4.0 Bar的安全工作范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)充氣4牛8的充氣壓力，然 后按圖5和圖7中所示在振動(dòng)器激發(fā)時(shí)進(jìn)行FRF總效果測(cè)試。按定 義，對(duì)所用使用夾具時(shí)的薄壁殼狀/圓筒形部件，振幅比應(yīng)在RH> 2.5的范圍內(nèi)并且應(yīng)在1000Hz的頻率范圍，見察到振動(dòng)才莫式17的明 顯稀疏，這是動(dòng)態(tài)穩(wěn)、定性和自調(diào)阻尼效應(yīng)的有歲文性判斷標(biāo)準(zhǔn)。
b) 通過l爭(zhēng)載荷測(cè)試見圖8。按定義，對(duì)所有使用夾具時(shí)的薄壁殼狀/圓筒形部件，應(yīng)從圖8 所示的靜載荷測(cè)試中觀察到橢圓形滯后圖圏22并且所確定的損失 系數(shù)應(yīng)在Cd》0.1的范圍內(nèi)，這也是自調(diào)阻尼效應(yīng)的有效性判斷標(biāo)準(zhǔn)。
(3)自調(diào)支岸義剛性的有^:性判斷見圖8。
在4.0 Bar的安全工作范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)充氣件8的充氣壓力，然 后按8所示進(jìn)行靜載荷測(cè)試。按定義，對(duì)于所有使用夾具時(shí)的薄壁 殼狀/圓筒形部件，支承剛性比應(yīng)在Kd》3.0的范圍內(nèi)，這是自調(diào)支 ^R剛性的有歲丈性判斷標(biāo)準(zhǔn)。
盡管上述涉及薄壁部件，本發(fā)明的夾具不局限于此，還可有利 地用于厚壁部件。此夾具不僅按其能夠容納的部件的尺寸進(jìn)行自 調(diào)，而且借助于充氣壓力能夠在其振動(dòng)阻尼特性方面進(jìn)行自調(diào)。
貫穿本說明書的描述和^L利要求，術(shù)語"包括"和"包含"以 及它們的變型，表示"包括但不局限于"，不是用來排除其它的組 成部分、附加、部件、整體或階^殳。貫穿本說明書的說明和權(quán)利要求，單數(shù)形式也包括復(fù)數(shù)的含 義，除非上下文另有要求。特別是，使用不定冠詞的地方，要把說 明書理解為預(yù)期復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另有要求。所述的特點(diǎn)、整體、特性、成分、化學(xué)部分或群組連同本發(fā)明 的特殊方面、實(shí)施例或?qū)嵗黄饝?yīng)理解成適用于這里所述的任何其 它方面、實(shí)施例或?qū)嵗遣灰恢聲r(shí)。讀者的注意力被引向與本申請(qǐng)有關(guān)的說明書同時(shí)提交的或優(yōu) 先于本申請(qǐng)說明書提交的所有論文和文件以及通過本i兌明書而被/>眾所知的內(nèi)容，所有這些i侖文和文件的內(nèi)容通過引用方式合并在此。此說明書(包括附帶的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的所有特;f正和/或所7>開的4壬4可方法或工藝的所有步驟可以任〗可組合方式 組合，除這些特征和/或步驟中的至少 一部分相互排斥的組合以外。本說明書(包括附帶的權(quán)利要求、摘要和附圖)公開的每個(gè)特 征可被用于相同、等同、或相似目的的可替代特征所替代，除非明 確表示不是這樣。因此，所公開的每個(gè)特征只是一通用系列的等同 或類似特征中的 一個(gè)實(shí)例，除非明確表示不是這才羊。本發(fā)明不局限于任何前述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。本發(fā)明延伸至本說明 書(包括任何附帶的權(quán)利要求、摘要和附圖)公開的特征的任何新 穎的特征或任何新穎的組合、或所公開的任何方法或工藝的步驟的 任何新穎的步驟或新穎的組合。
權(quán)利要求
1.一種用于殼狀/圓筒形部件的夾具，包括厚壁或超厚壁的基座，具有第一定位裝置以定位和夾持所述部件的一端；厚壁或超厚壁的基座的立柱，其固定在所述基座中；環(huán)形管狀可充氣的彈性壓力件，其設(shè)置在所述基座上并置于所述立柱與使用中的所述部件之間，以及犧牲襯墊，其適于裝在所述壓力件與所述部件之間。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的夾具，其中，所述夾具進(jìn)一步包括厚壁 或超厚壁的蓋，所述蓋將被固定到所述立柱并具有第二定位裝 置以定位所述部件的另 一端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的夾具，其中，所述定位裝置包括用 于所述薄壁部件的定位銷和夾子。
4. 4艮據(jù)前述4又利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其中，所述襯墊的總 厚度在10 mm至20 mm之間，因此在加工才喿作時(shí)，穿透工具 通過所述殼狀/圓筒形部件的移動(dòng)不穿透所述壓力件。
5. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其中，所述襯墊為多 層聚合物/彈性材料，所述層被粘合或另外方式膠合在一起。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的夾具，其中，在所述襯墊中存在4至7個(gè)材料板。
7. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其中，在所述部件的 待定位的小開口所在的區(qū)域中提供所述襯墊的局部增強(qiáng)，所述 局部增強(qiáng)包括彎曲的尼龍板插入所述襯墊的外層的內(nèi)側(cè)，靠著 所要加工的薄壁。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾具，其中，所述壓力件被充氣至其扁 平內(nèi)月臺(tái)直4圣的5倍，充氣壓力達(dá)4Bar。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其用于安裝所述部 件，所述部件包括火箭彈殼體或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)罩之一。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其中，所述支承立柱 為中空的。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其中，所述壓力件包 括機(jī)動(dòng)車輛車4侖內(nèi)胎。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10和11所述的夾具，其中，所述內(nèi)胎的充氣閥 通過所述立柱中為此目的i殳置的孔眼而伸出。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的夾具，其中，以一個(gè)在另一個(gè)的 頂部的方式采用兩個(gè)或更多個(gè)所述內(nèi)胎。
14. 才艮據(jù)前述^又利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其中，所述犧牲襯墊 包括矩形尼龍板，所述矩形尼龍^反;故彎曲成管狀并安裝到所述 壓力件的外側(cè)的筒形部 <牛的內(nèi)側(cè)。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的夾具，其通過有效性判斷步 驟被判斷有效，在所述有效性判斷步驟中，所述壓力件的充氣壓力在達(dá)4Bar的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；用振動(dòng)器激發(fā)進(jìn)行FRF總效果測(cè)試；以及振幅比在RH > 2.5的范圍內(nèi)并且在約1000 Hz的頻率范圍 內(nèi)觀察到振動(dòng)模式的明顯稀少。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的夾具，其中，所述有效性判斷步驟進(jìn) 一步包括靜載荷測(cè)試，其中，觀察到橢圓形滯后圈并且所確定 的損失系數(shù)處于Cd>0.1的范圍內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的夾具，其中，所述有效性判斷步 驟進(jìn)一步包括靜載荷測(cè)試，其中，支承剛性比在Kd》3.0范圍內(nèi)。
18. —種用于薄壁火箭彈或薄壁噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)罩的夾具，基本如前參 照附圖所述的。
19. 一種才艮據(jù)前述斗又利要求中任一項(xiàng)所述的夾具以及固定在所述 夾具中的殼狀/圓筒形部件的組合。
20. 4艮據(jù)權(quán)利要求19所述的組合，其中，所述部件為薄壁的。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的組合，其中，所述部件為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 罩或火箭彈彈頭殼體。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于薄壁殼狀/圓柱形部件的夾具的自調(diào)設(shè)計(jì)及一組夾具，其中對(duì)該薄壁殼狀/圓筒形部件(10)進(jìn)行內(nèi)部和外部地加工，該夾具有安裝基座(1)，該基座帶有安裝孔、定位銷以及夾子，以定位薄壁部件的一端。支承心軸或立柱(5)固定在基座中。圓形蓋(12)固定至支承心軸或立柱并具有楔形階以定位圓筒形部件的另一端以進(jìn)行內(nèi)部和外部加工，或定位殼狀部件的主要開口端以進(jìn)行內(nèi)部加工。一對(duì)改進(jìn)的車輪內(nèi)胎(8)布置在支撐心軸或立柱的周圍。多層的犧牲襯墊(7)包圍壓力件，并適用于安裝在壓力件和薄壁部件之間。當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)和有效性判斷過程適當(dāng)?shù)嘏蛎洉r(shí)，夾具在具有充足支承剛性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的情況下自調(diào)地保持薄壁部件以進(jìn)行加工。
文檔編號(hào)B23Q3/06GK101663129SQ200880007363
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者耿遵敏 申請(qǐng)人:謝菲爾德大學(xué)