一種可換定位活塊夾具的研制

李瑩　楊平

摘 要：環形件研制中，許多零件不使用夾具直接裝夾在機床工作臺上切削，這種加工方式特別不適合剛性差的中大型薄壁環形機匣。采用組合工裝雖然能解決定位問題，但組合夾具，定位結構剛性差，薄壁機匣的精度保證困難?？蓳Q定位活塊夾具采用扇形面活塊定位，配合夾具底座多種規格的定位安裝孔，根據零件定位尺寸配做定位塊，可以滿足一定范圍弧面定位的環形件的加工需求。

關鍵詞：薄壁環機匣；定位活塊夾具；可換定位塊；精密定位；成組加工

中圖分類號：TG751 文獻標識碼：A

航空發動機薄壁環形機匣的尺寸偏大，所需工裝制造的難度大，成本高、周期長?，F場在沒有夾具的情況下將機匣直接裝夾于工作臺上找正加工。這樣的方式定位不穩，裝夾力大，加工中容易發生零件竄動。組合夾具依靠有限的幾個圓柱銷擬合成回轉定位面，定位面積小，剛性差。所以，為了適應研制和小批生產的質量需求，設計制造一種即可適應多規格薄壁環形件加工，又能保證零件穩定加工的柔性夾具。

1 研究指標及內容

可換定位活塊夾具，定位塊可拆卸，可根據不同定位尺寸選擇。定位尺寸多規格，適用于多種直徑尺寸的內外圓定位，縮短夾具制造的周期，降低工裝成本。

2 結構方案及誤差分析

2.1夾具總體結構方案

可換定位活塊夾具主要由夾具底座和定位活塊組成。定位活塊通過定位銷軸和耐磨襯套安裝于夾具底座上。某一尺寸的定位活塊安裝于底座的某位置孔上可以實現一種規格環形機匣定位。

2.2各部分主要組成零件

2.2.1夾具底座

夾具的底座為45號淬火鋼，規格為直徑Φ950×Φ400mm×70mm。底座定位端面有定位塊安裝孔系，80孔按8組均布，每組2列。每組10孔分5層，距離為80 mm，每層安裝孔間距為30mm，夾具徑向上的定位范圍在Φ550-Φ850mm，滿足多數中等規格機匣件定位。定位塊安裝孔的尺寸Φ230+0.023 ，位置度0.01。底座上端定位面還分布有16條T型鍵槽，與定位孔系間隔均布，用以安裝壓緊裝置。底座安裝面具有好的平面狀態，為夾具組件的軸向基準。

2.2.2定位活塊

扇形結構的定位活塊，扇形弧面與機匣零件的定位面貼合，定位面較長，按Φ800mm左右的圓弧長計算其有效定位占90%左右，近似完全圓面定位?；顗K材料為45號淬火鋼，厚度為35mm，徑向的寬度需要依據環形零件的定位面的寬度選定，便于保證零件定位穩定。

定位臺階面要比零件安裝邊厚度小0.2-0.3mm，保證壓緊高度的前提下零件基準外圓定位面大部分長度參與定位，徑向定位穩定。定位活塊與底座具有同尺寸安裝孔，在底座不層面的定位孔上的安裝，可以滿足不同尺寸范圍的零件的定位要求。使用中，定位活塊先制成半成品，保留定位基面，夾具使用時將定位活塊裝夾到夾具底座上現場配做定位圓。

2.2.3定位銷軸

定位銷軸有兩種結構即圓柱銷和菱形銷種，耐磨工具鋼。定位銷軸為鼓形臺階軸，中間部位為圓柱/菱形定位面，兩端為螺柱。該件具有定位和連接作用，圓柱/菱形定軸面一半與底座的定位孔襯套配合，一半與活塊定位孔配合。兩種配合為（Φ15H6/g5） ，間隙0.006～0.025mm。活塊的定位方式為一面兩孔定位，圓柱形銷軸在徑向上限制了定位活塊的竄動，菱形銷軸使定位活塊拆裝方便。

2.2.4襯套

底座和銷軸之間為耐磨襯套，定位活塊拆卸中磨損的是襯套而不是底座。襯套更換方便，成本低，大大地增加夾具使用壽命。襯套和夾具底座之間過盈配合（Φ23H7/r6），其過盈量為0.007～0.02mm，襯套內外徑的同軸誤差為Φ0.005mm。襯套安裝于底座定位孔中，低于活塊定位面，不干涉定位活塊。

2.3夾具誤差分析

2.3.1夾具結構分析

夾具中，底座外圓和底面為整個夾具的徑向和軸向基準；定位活塊的定位面組合加工，夾具與工件定位基準一致性好。

夾具組件中要求底座外圓與端面的垂直度不大于0.01mm；定位活塊定位基準與夾具基準平行、垂直誤差不大于0.01mm；活塊弧形定位面與底座找正帶的同軸誤差為0.01mm。

定位尺寸組合加工合格后，在定位活塊和底座標上成對號，再次裝配按照成對號安裝，并在定位活塊上標記零件號，有助于夾具零散備件的保管。

2.3.2夾具定位誤差分析

軸向定位誤差：

軸向涉及的定位誤差主要包括底座和定位活塊的軸向偏移量?；顗K的定位端面組合加工中保證，按夾具總圖的條件約束，夾具的軸向誤差即為軸向平行度誤差0.01mm。

徑向誤差分析：

單一定位活塊徑向位置誤差為：

δ=（襯套內外圓面的同軸度誤差+底座襯套安裝孔位置偏差+定位銷軸配合誤差）/2=（0.005+0.01+0.025）/2=0.02mm

整個夾具圓周均布的8處扇形活塊直徑相對，形成回轉面定位面，在二次安裝后的重復定位誤差最大值為0.02mm。使用中根據實際定位尺寸現場配做，定位精度更小。

3技術指標

3.1技術質量指標

對夾具組成件和夾具定位精度的分析可知，可換定位活塊夾具的精度較高，可滿足現場薄壁環形機匣的定位要求。加工試驗中，用可換定位活塊夾具裝夾零件，零件定位誤差小，裝夾力減小，抗變內應力減小，工件系統的穩定性強，對于保證薄壁環形機匣的質量起到了積極的作用。

3.2 經濟指標

可換定位活塊夾具在現場使用中拆換方便，完成活塊的裝配僅僅需要1個小時左右。夾具成本節約明顯，本夾具制造費用15萬元，同一尺寸規格專用夾具的制造成本約5-6萬元，現場環形機匣幾十種，采用可換定位活塊夾具加工，可以極大地節約夾具制造成本。

結語

可換定位活塊夾具是介于專用夾具和組合夾具之間的一種工裝方式。在繼承專用夾具的定位精度和穩定性的同時，彌補了組合夾具定位不穩定的不足?？蓳Q定位活塊夾具具備了一定的柔性，可以實現不同尺寸規格環形機匣零件的定位，解決了專用夾具的單一性。所以可換定位活塊夾具在薄壁環形機匣零件上的推廣是非常有意義的。

參考文獻

[1]劉友才，等.機床夾具設計[M].北京：機械工業出版社，1997.

[2]陳立德，等.機械制造技術[M].上海：上海交通大學出版社，2000.