1.本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种大直径薄壁类零件钻孔工装及钻孔方法。
背景技术：
2.在现有的机械加工行业中，大直径薄壁类零件钻孔的加工方式通常为，将零件点焊成摞，在数控钻床或加工中心上点孔后，在摇臂钻上进行钻孔加工，该加工方式需要转换加工设备，并且摇臂钻体积较小，在对大直径零件钻不同位置的孔时，需要移动零件并固定后钻孔，效率低下。在交货期紧的情况下，通常会直接采用数控加工，在数控钻床或加工中心上直接钻孔，将零件整体固定在数控钻床或加工中心的夹具上，钻头自动进行多孔位的钻孔，但由于大部分产品直径大、孔数多，能够成摞钻孔且成本低廉的u钻不能安装在数控钻床或加工中心上实现钻孔，合金钻效率较高，但使用合金钻对成摞零件钻孔时，成摞零件分层所带来的夹屑经常损坏钻头，合金钻成本巨大，造成钻孔加工成本升高。如果在数控钻床或加工中心上对大直径薄壁类零件进行单块加工，因为零件厚度薄、孔数多，钻孔加工过程中会带来振刀问题，不仅容易更快损坏刀具，也会造成薄壁类零件质量不稳定，加大成本的同时影响产品质量。
技术实现要素：
3.为解决上述技术问题，本发明提供一种大直径薄壁类零件钻孔工装及钻孔方法。
4.本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种大直径薄壁类零件钻孔工装，包括夹具盘，所述夹具盘上设置多个通孔以及与通孔对应的顶撑装置，顶撑装置包括能够伸出或缩入通孔的顶撑块、驱动顶撑块伸出或缩入通孔的伸缩装置；伸缩装置与顶撑装置的控制装置连接，顶撑装置的控制装置与钻床的控制装置连接；在对工件钻孔前，工件通过夹具固定在夹具盘上，工件下方的顶撑块抵在工件下表面；当钻头对工件任意钻孔位置进行钻孔时，以该钻孔位置为圆心、直径为300-400mm的圆形区域内至少有一个顶撑块对工件进行顶撑，当钻孔主轴坐标在夹具盘上的投影落在以其中一个顶撑块中心为圆心、直径为80mm的圆形区域内时，则顶撑装置的控制装置在钻孔主轴下降钻孔前控制对应顶撑块收缩。
5.进一步的，所述顶撑装置分布在以夹具盘的中心为圆心的多个同心圆上，相邻同心圆之间的间距为200～300mm。
6.进一步的，以夹具盘中心为中心，在夹具盘上表面建立坐标系，该坐标系每个象限最少有两个顶撑块。
7.进一步的，所述夹具盘上的2米直径圆形区域范围内的顶撑块数量不小于10个，且顶撑块均布排列在夹具盘上。
8.进一步的，所述夹具盘上设置多个用于限位夹具的定位槽，夹具环绕工件分布并将工件固定在夹具盘上。
9.一种大直径薄壁类零件钻孔方法，包括以下步骤：
10.将工件固定在夹具盘上，通过顶撑装置的控制装置使工件下方的顶撑块抵在工件上；
11.在钻床的控制装置中设置工件需要钻孔的数量及位置，启动钻床对工件进行钻孔；
12.钻头移动至待钻孔位置的上方，在钻孔主轴下降钻孔前，顶撑装置的控制装置获取钻孔主轴位置的坐标，进而判断该坐标的投影是否落在顶撑块中心为圆心、直径为80mm的圆形区域内，如果落入，则该顶撑块在顶撑装置控制装置的控制下收缩入夹具盘，然后钻头向下移动并转动，对工件进行钻孔；如果未落入，则钻头直接对工件进行钻孔；
13.钻孔完毕，钻头上升，同时对应的顶撑装置保持顶撑在工件下表面，钻头移动至其他钻孔位置，依次对工件进行钻孔。
14.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：通过顶撑块支撑薄壁类零件后进行钻孔，可解决薄壁类零件在加工过程中因振刀带来的质量不稳定及刀片损坏过快等带来的质量及成本双重问题，保证产品最终加工精度；钻孔时，顶撑块自动升降避让，提高工作效率，实现了降低工人劳动强度、减少人工成本的技术效果。
15.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
16.图1为本发明实施例一与钻床的配合示意图；
17.图2为本发明实施例一的示意图；
18.图3为图2的正视图；
19.图4为图2的俯视图；
20.图5为图4中a处的剖视图；
21.图6为本发明实施例一装夹零件时的俯视图；
22.图7为图6的剖视图；
23.图8为图5中b处的放大示意图；
24.图9为图7中c处的放大示意图；
25.图10为本发明实施例二中顶撑装置的分布示意图；
26.图11为本发明实施例一中顶撑装置的顶撑块收缩时钻床主轴在工作台上的投影位置所在范围的示意图。
27.【附图标记】
28.1-底座，2-夹具盘，201-通孔，202-定位槽，3-顶撑装置，301-油缸，302-输出轴，303-顶撑块，4-夹具，401-t型螺杆，402-带肩六角螺母，403-压板，404-定位块，405-调节块，406-螺栓，5-工件，6-y轴导轨，7-y轴滑块，8-x轴导轨，9-x轴滑块，10-z轴滑块，11-钻孔主轴，12-护板。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明一种大直径薄壁类零件钻孔工装的实施例一，如图1至图9所示，包括底座1、夹具盘2、顶撑装置3。夹具盘2设置在底座1上，夹具盘2上表面设置多条横竖垂直交叉的定位槽202，定位槽202的截面形状为倒t字形，用于限位夹具4。
31.夹具盘2上固定多个顶撑装置3，顶撑装置3包括油缸301、顶撑块303。油缸301设置在夹具盘2与底座1之间的空腔内，油缸301设置输出轴的端部固定在夹具盘2的底面上。夹具盘2上设置上下贯穿的通孔201，通孔201数量与顶撑装置3相等，且通孔201的位置与顶撑装置3的位置对应，油缸301的输出轴302移动穿设在对应的通孔201内，输出轴301的顶端设置顶撑块303，顶撑块303与通孔201间隙配合，使得顶撑块303可以在通孔201内移动，顶撑块203可以伸出通孔或缩回通孔。
32.夹具4包括t型螺杆401、带肩六角螺母402、压板403、定位块404、调节块405、螺栓406。在使用夹具4固定工件5时，t型螺杆401的t型头卡在定位槽202中，其螺杆部分伸出t形槽202，t型螺杆401上套设有压板403，且螺纹连接有带肩六角螺母402，带肩六角螺母402设置在压板403上方。夹具盘2上表面放置定位块404、调节块405，工件5的边缘压在定位块404上表面，同时压板403的一端压在工件5的上表面；调节块405的上部螺纹连接调节螺栓406，调节螺栓406的头部顶在压板403另一端的下表面。然后使带肩六角螺母402压紧在压板403的上表面，从而使工件5固定在夹具盘2上。由于工件5的直径较大，因此需要多个夹具4固定工件5，夹具4围绕工件5分布。
33.在对工件5进行钻孔前，对工件5利用夹具4固定后，顶撑装置3的顶撑块从夹具盘2的通孔伸出并顶在工件5的下表面，然后使用钻床对工件5进行钻孔。所有顶撑装置3的油缸301与顶撑装置3的控制装置连接，控制装置通过油缸控制顶撑块的升降。顶撑装置3的控制装置根据接收的坐标信号给对应油缸的电磁阀发送信号，使对应的顶撑块上升或下降。
34.钻床包括y轴导轨6、y轴滑块7、x轴导轨8、x轴滑块9、z轴滑块10、钻孔主轴11、护板12。两条y轴导轨6平行固定在地面上，y轴导轨6上前后移动设置y轴滑块7，两个y轴滑块7的顶端横置x轴导轨8，x轴导轨8上左右移动设置x轴滑块9，x轴滑块9上下移动设置z轴滑块10，z轴滑块10的底部设置钻孔主轴11，钻头设置在钻孔主轴11上。驱动y轴滑块7、x轴滑块9、z轴滑块10移动的动力装置及钻孔主轴11的动力装置均与钻床的控制装置连接，钻床的控制装置可以通过控制y轴滑块7、x轴滑块9、z轴滑块10的移动从而使钻头在三维空间内移动，使钻头移动至设定的坐标，并使钻头转动，对工件进行钻孔。y轴导轨6之间的地面上围绕设置护板12，本发明的工装设置在护板12内。
35.顶撑装置3的控制装置与钻床的控制装置相互联动。在对工件进行钻孔前，使用夹具固定工件5，然后启动顶撑装置，使所有顶撑装置3的顶撑块303伸出，顶撑块303的上表面抵在工件的下表面。在对工件钻孔时，钻床上的钻头根据钻床控制装置设定的工件上需要钻孔的数量及位置对工件进行钻孔。当钻头对工件任意钻孔位置进行钻孔时，顶撑装置的分布密度可以保证，以该钻孔位置为圆心、直径为300-400mm的圆形区域内至少有一个顶撑
块303对工件进行顶撑，减少工件在钻孔时发生的弹性变形，尽量避免发生振刀现象，从而确保工件的加工质量稳定。为了保证钻孔位置为圆心、直径为300-400mm的圆形区域内至少有一个顶撑块对工件进行顶撑，需要保证顶撑装置的分布密度。
36.当钻床的钻头根据设定的钻孔位置下降钻孔前，如果钻孔主轴坐标在夹具盘上的投影落在以其中一个顶撑块303中心为圆心、直径为80mm的圆形区域内，即：待钻孔的位置坐标落在上述直径为80mm的圆形区域内，如图11所示，则顶撑装置3的控制装置根据此时钻床控制装置中钻孔主轴的坐标，给对应顶撑装置发送信号，使对应位置的顶撑装置输出轴收缩，从而使顶撑块收缩，防止钻头与顶撑块发生碰撞，从而避免损坏顶撑装置、钻床。当钻孔主轴钻孔完毕，则给顶撑装置的控制装置发送信号，使顶撑装置恢复原状，继续顶在工件下表面。顶撑装置3的控制装置与钻床的控制装置联动，能对钻孔位置精确识别并做到精准避让。
37.本发明的实施例二，在实施例一的基础上改进，由于待加工工件通常为圆形，顶撑装置3的分布位置如图10所示：以夹具盘2的中心为圆心，设置多个同心圆，相邻同心圆之间的间距为200～300mm，顶撑块分布在同心圆上；同时，以夹具盘2的中心为中心建立坐标系，该坐标系每个象限最少有两个顶撑块。
38.在本实施例中，本发明可加工的工件最大直径为2米，2米直径的圆形范围内的顶撑块303不小于10个，顶撑块均布排列在夹具盘2上，确保顶撑块303的密度能保证工件钻孔时，减少振刀现象的发生。
39.利用本发明的工装对大直径薄壁类零件进行钻孔的钻孔方法包括以下步骤：
40.(1)将工件5固定在夹具盘上，通过顶撑装置3的控制装置使工件下方的顶撑块上表面抵在工件的下表面；
41.(2)在钻床的控制装置中设置工件需要钻孔的数量及位置，启动钻床对工件进行钻孔；
42.(3)钻头移动至待钻孔位置的上方，在钻孔主轴下降钻孔前，顶撑装置的控制装置获取钻孔主轴位置的坐标，进而判断该坐标的投影是否落在对应顶撑块303中心为圆心、直径为80mm的圆形区域内，如果落入，则该顶撑块303在顶撑装置3控制装置的控制下收缩入夹具盘2，然后钻头向下移动并转动，对工件进行钻孔；如果未落入，则钻头直接对工件进行钻孔；钻孔完毕，钻头上升，同时对应的顶撑装置恢复原状，钻头移动至其他钻孔位置，依次对工件进行钻孔；
43.(4)待工件钻孔完毕，将工件取下。
44.该工装可适用于直径一米以上、厚度4-10mm的薄壁类零件的批量加工。利用本发明的钻孔工装及钻孔方法，保证整个零部件在加工过程中无振动，加工过程稳定可靠，提高产品质量，最大限度地降低刀具损耗，降低成本。
45.在本发明的其他实施例中，油缸可替换为气缸、电缸等伸缩装置，顶撑块设置在伸缩装置的输出轴上。
46.尽管已经展示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。