一种紧凑型多孔定位工装的制作方法

1.本发明涉及机械领域，具体涉及一种紧凑型多孔定位工装。


背景技术：

2.某大型磁绝缘传输线由5个工件组成，每个工件均为不锈钢薄壁锥筒结构，上下贯穿不锈钢薄壁锥筒均设有内孔，每件锥筒的底部直径约3米，高度(0.5～1.8)米不等，每个工件的重量约1吨，最下层的工件在竖直方向有通过螺纹连接的阳极柱，阳极柱从下至上依次穿过第二层工件的内孔、第三层工件的内孔、第四层工件的内孔、第五层工件的内孔，最后在第五层工件的顶部通过螺帽与阳极柱螺纹连接来固定阳极柱与第五层工件，在组成该磁绝缘传输线的工件中，第一层、第三层和第五层工件的内孔与阳极柱的配合间隙较小，而第二层和第四层工件的内孔与阳极柱的配合间隙较大。由于该磁绝缘传输线的工作场强较高，“柱-孔”结构(即阳极柱分别与第二层、第四层形成的组合结构)的工作稳定性与5个工件的同轴度关系密切，同轴度偏差过大将导致电场畸变乃至传输电流的极大损失。因此，5个工件的同轴度对安装精度要求较高，这样，也就要求了阳极柱与第二层和第四层工件的同轴度精度要达到一定的标准。该磁绝缘传输线的重量较大，只能借助行车来完成所有工件在竖直方向的装配，“柱-孔”结构的同轴度要求小于0.5毫米。由于工件尺寸较大，人员无法到达中心区域对安装精度进行及时确认，在第一个工件安装到位后，借助行车的指引，第二个工件在竖直方向与第一个工件进行穿插，在不取吊具的前提下完成第二个工件的试装配，然后采用单个套筒逐个插入上、下两件工件之间的若干个“柱-孔”结构，进行反复比对、调整、再比对，来确定上、下两个工件的同轴度及整体装配精度，整个装配过程会两次用到定位套筒，该方法耗时长，劳动强度大，定位精度不够理想。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供一种紧凑型多孔定位工装，可以在一次试装的情况下，完成上、下两个工件之间的较高精度装配。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种紧凑型多孔定位工装，包括：
6.定位销轴，所述定位销轴的外径与上层工件的内孔匹配，所述定位销轴设有多个，多个所述定位销轴共同连接在定位安装环上，且所述定位销轴的轴向长度不小于所述上层工件和下层工件堆叠的堆叠高度；
7.轴孔，所述轴孔沿所述定位销轴的轴线方向贯穿所述定位销轴设置，且所述轴孔的内径与设置在最下层工件的阳极柱的直径匹配。
8.本技术方案中，定位孔工装为由若干个定位销轴以及定位安装环组成的一体式结构，在定位销轴上设置轴孔，通过在定位销轴设置“孔-柱”结构，在下层工件安装到位后，将上层工件堆叠安装到下层工件上(暂时未放到位)，将定位孔工装整体插入到上层工件的内孔中，同时定位销轴的轴孔与设置在最下层工件的阳极柱插接，阳极柱贯穿整个堆叠的工
件，这样一次定位和试装就能达到若干个“柱-孔”结构形成的整体装配精度，工作效率和安装精度均得到了很大提升，也就是说，将本发明的定位孔工装中的定位销轴穿过上层工件的内孔与下层工件的阳极柱插接。本发明可以根据大型工件的结构、重量，设计多个定位工装孔位，可以保证工件的结构强度和定位精度，将定位安装环设置成环形，便于后续定位后将定位孔工装取下。
9.作为优化，上下贯穿所述定位安装环设有螺纹孔，所述定位销轴的外周上方设置有与所述螺纹孔的内螺纹匹配的外螺纹，所述定位销轴与所述螺纹孔螺纹连接。
10.这样，在试装过程中，若某个销轴出现装配问题，方便进行拆卸进行单独检测及修改，同时，如果还需要提高装配精度，则可单独对若干件定位销轴进行精度的提升，以此来满足更高的精度要求，更加节约成本。
11.作为优化，还包括把手，所述把手安装在所述定位安装环上。
12.这样，设计把手，便于拿取定位孔工装。
13.作为优化，所述把手设有两个，两个所述把手在平行于所述定位销轴的径向方向上对称设置在所述定位安装环的两端。
14.这样，便于握住把手，拿取定位孔工装。
15.作为优化，所述把手呈“u”型，两个“u”型的把手的开口相对设置。
16.作为优化，所述定位销轴远离所述定位安装环的一端为上大下小的圆台状。
17.这样，在定位销轴的下端设计作为“导引”结构的圆台状，使定位孔工装插入和取出过程轻松方便。
18.作为优化，所述轴孔的下端设有向外倾斜的倒角。
19.这样，可以起导向作用，方便装配时各阳极柱的插入。
20.作为优化，所述定位销轴包括竖直部和圆台部，所述竖直部与所述圆台部相交处的位置呈光滑的圆弧状。
21.这样，可以防止定位销轴的竖直部与圆台部可以防止定位销轴的竖直部与圆台部相交处的尖锐棱角划伤内孔的孔壁。
22.作为优化，所述螺纹孔设有12个。
23.作为优化，所述螺纹孔之间的角度分布为30
°±5′
。
24.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
25.本发明根据大型结构件的装配精度，来为定位工装设计合适的配合间隙，可以满足大型结构件微米级或者毫米级的同心度装配精度要求，本发明定位孔工装为12个定位销轴的一体式结构，通过在定位销轴的“孔-柱”(定位销内设有轴孔)部分设计“导引”结构和专用把手，使插入和取出过程轻松方便，下层工件安装到位后，上层工件安装到位之前，将定位孔工装整体插入已经安装到位的12个“柱-孔”结构，一次定位和试装就能达到12个“柱-孔”结构形成的整体装配精度，工作效率和安装精度均得到了很大提升，该定位孔工装的“孔-柱”结构与之前的“柱-孔’结构之间可以形成协同互补的配合间隙，综合作用后的定位精度远比单个套筒反复比对调整后要高，目前采用的定位工装，能够保证柱-孔”结构的同心度小于0.5毫米，根据大型结构件的装配精度，来为定位工装设计合适的配合间隙，可以满足大型结构件微米级的同心度装配精度要求。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
27.图1为本发明所述的一种紧凑型多孔定位工装的结构示意图；
28.图2为图1的俯视图；
29.图3为本发明所述的一种紧凑型多孔定位工装与其中两个工件的装配图；
30.图4为本发明所述的一种紧凑型多孔定位工装与另外两个工件的装配图；
31.图5为本发明背景技术中由5个工件堆叠而成的磁绝缘传输线的局部结构示意图。
32.附图中标记及对应的零工件名称：
33.1-定位销轴，1a-竖直部，1b-圆台部，2-上层工件，2a-下层工件，2b-阳极柱，2c-套管，3-定位安装环，4-轴孔，5-把手。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
35.实施例
36.如图1-5所示，一种紧凑型多孔定位工装，包括：
37.定位销轴1，所述定位销轴1的外径与上层工件2的锥筒结构的内孔匹配，所述定位销轴1设有多个，多个所述定位销轴1共同连接在定位安装环3上，且所述定位销轴1的轴向长度不小于所述上层工件2和下层工件2a堆叠的堆叠高度；
38.轴孔4，所述轴孔4沿所述定位销轴1的轴线方向贯穿所述定位销轴1设置，且所述轴孔4的内径与设置在最下层工件的阳极柱2b的直径匹配。
39.阳极柱可以通过螺纹拧到位于最下层工件的内筒内，最后通过在阳极柱的顶部设置的外螺纹上安装螺母，以固定若干堆叠起来的工件。
40.本技术方案中，需要说明的是，如图3-5所示，本实施例中指的上层工件，为第二层工件(第二层工件相对第一层工件为上层工件)和第四层工件(第四层工件相对第三层工件为上层工件)。定位孔工装为由若干个定位销轴以及定位安装环组成的一体式结构，在定位销轴上设置轴孔，通过在定位销轴设置“孔-柱”结构，在下层工件安装到位后，将上层工件堆叠安装到下层工件上(暂时未放到位)，将定位孔工装整体插入到上层工件的内筒中，同时定位销轴的轴孔与设置在最下层工件的阳极柱插接，阳极柱贯穿整个堆叠的工件，这样一次定位和试装就能达到若干个“柱-孔”结构形成的整体装配精度，工作效率和安装精度均得到了很大提升，也就是说，将本发明的定位孔工装中的定位销轴穿过上层工件的锥筒的内孔与下层工件的阳极柱插接。本发明可以根据大型工件的结构、重量，设计多个定位工装孔位，可以保证工件的结构强度和定位精度，将定位安装环设置成环形，便于后续定位后将定位孔工装取下。图中2c为套管，在定位孔工装定位完成并取出后，将该套管通过套接在阳极柱上，从而实现第一、三、五件的电位相同。
41.具体的，在第一层(最底层、最下层)工件和第二层工件定位完成后，抽出本发明的多孔定位工装，然后将套管穿过阳极柱安装在第一层工件上，第一层工件的内孔上表面设有与该套管匹配的凹槽；同理，第三层工件的内孔下表面和上表面均设有与套管匹配的凹槽，第五层工件的内孔下表面也设有与套管匹配的凹槽，这样，在第三层工件的内孔穿过阳极柱后，由于第三层工件的内孔与阳极柱的间隙配合较小，因此，第三层工件的内孔的轴线与阳极柱的轴线之间的误差较小，然后再将第四层工件的内孔穿过阳极柱安装在第三层工件的上方，通过本发明的多孔定位工装进行定位，定位完成后，抽出本发明的多孔定位工装，然后将另一个套管穿过阳极柱安装在第三层工件上，该套管的下方插接在第三层工件上表面的凹槽内，以对第三层工件和第五层工件进行定位。
42.本实施例中，上下贯穿所述定位安装环3设有螺纹孔，所述定位销轴1的外周上方设置有与所述螺纹孔的内螺纹匹配的外螺纹，所述定位销轴1与所述螺纹孔螺纹连接。
43.这样，在试装过程中，若某个销轴出现装配问题，方便进行拆卸进行单独检测及修改，同时，如果还需要提高装配精度，则可单独对若干件定位销轴进行精度的提升，以此来满足更高的精度要求，更加节约成本。
44.本实施例中，还包括把手5，所述把手5安装在所述定位安装环3上。
45.这样，设计把手，便于拿取定位孔工装。
46.本实施例中，所述把手5设有两个，两个所述把手5在平行于所述定位销轴1的径向方向上对称设置在所述定位安装环3的两端。
47.这样，便于握住把手，拿取定位孔工装。
48.本实施例中，所述把手5呈“u”型，两个“u”型的把手5的开口相对设置。
49.本实施例中，所述定位销轴1远离所述定位安装环的一端为上大下小的圆台状。
50.这样，在定位销轴的下端设计作为“导引”结构的圆台状，使定位孔工装插入和取出过程轻松方便。
51.本实施例中，所述轴孔4的下端设有向外倾斜的倒角。
52.这样，可以起导向作用，方便装配时各阳极柱的插入。
53.本实施例中，所述定位销轴1包括竖直部1a和圆台部1b，所述竖直部1a与所述圆台部1b相接触的位置呈光滑的圆弧状。
54.这样，可以防止定位销轴的竖直部与圆台部相交处的尖锐棱角划伤内孔的孔壁。
55.本实施例中，所述螺纹孔设有12个。
56.本实施例中，所述螺纹孔之间的角度分布为30
°±5′
。
57.当然，这里可以根据同心度的精度来设定定位销轴的直径与上层工件的锥筒结构的内筒直径之间的间隙、以及轴孔的内径与下层工件的阳极柱的直径之间的间隙的误差大小，同时，这里需要说明的是，定位销轴的直径小于上层工件的锥筒结构的内筒直径，轴孔的内径大于下层工件的阳极柱的直径，同时，定位销轴的长度大于上层工件和下层工件堆叠后的高度，这样才能够使得多孔定位工装能够穿过上层工件插接在下层工件中。
58.具体的来说，本发明涉及一种结构紧凑的多孔定位工装，可以用于重量较大、人工辅助难度较大的大尺寸结构件的较高精度装配场景。大尺寸的不锈钢工件为锥筒状、多层堆叠结构，每件直径约3米，重量约1吨，通过行车配合来实现所有工件在竖直方向的逐层装配。在设计本发明的多孔定位工装之前，在完成上、下工件试装配后，采用单个套筒逐个插
入“柱-孔”结构进行反复比对、再调整的方法，来确定12个“柱-孔”结构的同轴度均匀性及整体装配精度。相比以前，该定位孔工装为12个定位销轴的一体式结构，通过在定位销轴的“孔-柱”部分设计“导引”结构(上大下小的圆台状)和专用把手，使插入、取出过程轻松高效，一次定位和试装就能达到整体装配精度，工作效率和安装精度均得到了很大提升。在上层工件安装到位之前，将定位孔工装整体从上层工件插入位于下层工件的12个“柱-孔”结构中，以对准上层工件和下层工件。该定位孔工装的“孔-柱”结构与下层工件的“柱-孔”结构之间可以形成协同、互补的配合间隙，综合作用后的定位精度远比单个套筒反复比对调整后要高，目前采用的定位孔工装，能够保证“柱-孔”结构的同心度小于0.5毫米。根据大型结构件的装配精度，来为定位工装设计合适的配合间隙，可以满足大型结构件微米级的同轴度装配精度要求。
59.需要说明的是，本发明中的上层、下层是根据说明书如图1、3-5的方位来示意的，例如，说明书如图1中，定位安装环在圆台状的定位销轴的上方。同时，需要说明的是，定位安装环的形状不一定是圆环状，而定位销轴的数量也不一定要求是12个，这个可以根据工件的具体情况来设置，阳极柱与轴孔的间隙误差以及定位销轴与锥筒内径的间隙误差可以根据实际情况来设定，若精度要求高，则其间隙小，具体的间隙大小，这里就不再赘述了，可以根据实际情况来设定。
60.一、零件加工工艺分析：
61.1、定位安装环加工工艺：
62.1.1、保证定位安装环下端面平面度≤0.02mm。
63.1.2、以定位安装环下端面为基准面，加工12个均布m16的螺纹孔，保证：
①
12个均布m16螺纹孔与基准面的垂直度≤0.02mm，
②
12个均布m16螺纹孔之间的角度分布为30
°±5′
，
③
12个均布m16螺纹孔中心所共同形成的一个圆的直径，与12个m6阳极柱螺纹孔中心所共同形成的一个圆的直径相同，为φd
±
0.05mm。
64.2、定位销轴加工工艺：
65.2.1精加工定位销轴外圆面，保证：该圆面圆柱度≤0.02mm，并以此为基准面。
66.2.2、精加工定位销轴内孔至φ6.45
±
0.025，且在内孔下端处倒一角度为5
°
的斜面(起导向作用，方便装配时各阳极柱的插入)，保证：内孔与基准面同轴度≤0.02mm。
67.2.3、精加工定位销轴m12螺纹与螺纹下端底面，保证：
①
m16螺纹与基准面同轴度≤0.02mm；
②
螺纹下端底面与基准面的垂直度≤0.02mm。
68.二、零件装配工艺
69.1、分别将12件定位销轴，通过螺纹连接方式装配至已经焊接好的定位安装环上，并拧紧，组装成定位工装。
70.(1)保证：每件定位销轴的螺纹下端面与定位安装环的下端面完全接触，则每件定位销轴外圆面与定位安装环下端面垂直度≤0.04mm。
71.(2)装配好后12件定位销轴中心所形成的圆环直径φd
±
0.075mm。
72.三、阳极柱：阳极柱直径为φ6
±
0.025。
73.四、吊装时，当阳极柱插入定位销内孔时，阳极柱在定位销内孔的间隙＜0.5mm。
74.五、定位工装的方案选择：
75.5.1、定位工装方案可采用焊接与螺纹连接两种方式。
76.(1)焊接方式：若采用焊接方式，则有如下缺点：
①
因为所吊装的工件直径较大，且重量约1吨，那么焊接不用使用激光焊接，得使用氩弧焊，这种焊接方式极易导致局部温度升高，进而导致定位销轴与定位安装盘的垂直度严重超差，致使在吊装工件时阳极柱不能更快速更精确的插入定位销轴内孔。
②
采用焊接后，定位工装即为整体，如若12件定位销轴中某个销轴有问题，则整个定位工装就不能使用。
77.(2)螺纹连接方式：采用这种方式，则有如下优点：
①
可以分别控制定位销轴和定位安装环加工精度，以此来保证整体装配后的定位工装精度；
②
12个m16螺纹所组成的定位工装的抗拉强度更高；
③
在试装过程中，若某个销轴出现装配问题，方便进行拆卸进行单独检测及修改。
④
如果还需要提高装配精度，则可单独对12件定位销轴进行精度的提升，以此来满足更高的精度要求，同时更加节约成本。
78.为了满足实施例的要求，上述的加工工艺描述了本实施例的多孔定位工装的详细加工尺寸，同时，就类似定位工装而言，其总体的设计准则为：工装能够满足整体绝缘传输线的同轴度的要求，也就是说，定位工装的“孔-柱”结构与磁绝缘传输线的“柱-孔”结构的设计尺寸必须同步匹配，做到了这点，其他任意定位工装都能达到要求的装配精度。
79.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
80.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
81.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，包括：定位销轴(1)，所述定位销轴(1)的外径与上层工件(2)的内孔匹配，所述定位销轴(1)设有多个，多个所述定位销轴(1)共同连接在定位安装环(3)上，且所述定位销轴(1)的轴向长度不小于所述上层工件(2)和下层工件(2a)堆叠的堆叠高度；轴孔(4)，所述轴孔(4)沿所述定位销轴(1)的轴线方向贯穿所述定位销轴(1)设置，且所述轴孔(4)的内径与设置在最下层工件的阳极柱(2b)的直径匹配。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，上下贯穿所述定位安装环(3)设有螺纹孔，所述定位销轴(1)的外周上方设置有与所述螺纹孔的内螺纹匹配的外螺纹，所述定位销轴(1)与所述螺纹孔螺纹连接。3.根据权利要求1所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，还包括把手(5)，所述把手(5)安装在所述定位安装环(3)上。4.根据权利要求3所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，所述把手(5)设有两个，两个所述把手(5)在平行于所述定位销轴(1)的径向方向上对称设置在所述定位安装环(3)的两端。5.根据权利要求4所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，所述把手(5)呈“u”型，两个“u”型的把手(5)的开口相对设置。6.根据权利要求1所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，所述定位销轴(1)远离所述定位安装环(3)的一端为上大下小的圆台状。7.根据权利要求1所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，所述轴孔(4)的下端设有向外倾斜的倒角。8.根据权利要求6所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，所述定位销轴(1)包括竖直部(1a)和圆台部(1b)，所述竖直部(1a)与所述圆台部(1b)相交处的位置呈光滑的圆弧状。9.根据权利要求1所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，所述螺纹孔设有12个。10.根据权利要求9所述的一种紧凑型多孔定位工装，其特征在于，所述螺纹孔之间的角度分布为30
°±5′
。

技术总结
本发明涉及机械领域，公开了一种紧凑型多孔定位工装，定位销轴，所述定位销轴的外径与上层工件的锥筒结构的内孔匹配，所述定位销轴设有多个，多个所述定位销轴共同连接在定位安装环上，且所述定位销轴的轴向长度不小于所述上层工件和下层工件堆叠的堆叠高度；轴孔，所述轴孔沿所述定位销轴的轴线方向贯穿所述定位销轴设置，且所述轴孔的内径与设置在最下层工件的阳极柱的直径匹配，所述阳极柱的高度不低于所有工件的堆叠高度。本发明根据大型结构件的装配精度，来为定位工装设计合适的配合间隙，可以满足大型结构件微米级或者毫米级的同轴度装配精度要求。轴度装配精度要求。轴度装配精度要求。


技术研发人员：李勇 韩文辉 计策 蔡坡涛 任济 丁瑜 姚斌 杨亮 丁胜
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院流体物理研究所
技术研发日：2022.04.06
技术公布日：2022/5/25