基于無心轉(zhuǎn)盤加工大圓弧葉片向心孔技術(shù)

沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司 (遼寧 110043)侯 波 汪 歡 蘇 丹 常久青

導(dǎo)向器葉片是透平發(fā)動機上的重要組成部件，通常都是由幾個葉片所形成的大圓弧小弧段的一組弧段。它上面需要加工一組向心的流道孔，傳統(tǒng)的加工方法主要有兩種:第一種采用普通搖臂鉆床配合有固定旋轉(zhuǎn)軸的分度夾具共同完成。特點是加工效率高，但夾具體積龐大，對于大型民用發(fā)動機的導(dǎo)向器葉片加工來說要造成鉆床的超行程及無法加工等缺陷;第二種加工方法是采用五軸數(shù)控加工中心加工。特點是夾具結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，但會造成加工成本的增加以及效率緩慢等缺點?，F(xiàn)需要研究一種既能降低成本又能增加加工效率的導(dǎo)向器葉片徑向孔的加工技術(shù)。筆者提出的一種基于無心轉(zhuǎn)盤加工大圓弧葉片向心孔技術(shù)，正是能夠滿足上述特點的技術(shù)方案，經(jīng)過實驗證明，上述方案的效果非常的優(yōu)異，是一個有新意的加工技術(shù)。

1.零件結(jié)構(gòu)工藝特點

圖1 為導(dǎo)向器葉片結(jié)構(gòu)示意圖。導(dǎo)向器葉片通常是由幾組葉片經(jīng)過鑄造而成的大圓弧尺寸上的一小部分扇形段，本零件為5 個葉片組成。同時在導(dǎo)向器葉片的內(nèi)弧尺寸上加工4 個向心的導(dǎo)流徑向孔，且加工精度高，所以說零件的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，又由于它的圓弧尺寸較大直徑為806mm，材料為鑄造高溫合金、硬度高，這就要求加工該零件的夾具尺寸也得相對較大，給加工零件帶來更大的困難。

2.夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)夾具的基本要求 按零件工藝要求零件首先定位在兩平面A 上，以基準圓弧B 為徑向定位基準，以下圓弧上的槽口D 為零件的角向基準定位，然后在零件的C 基準上實施壓緊力，這樣整個零件就可以在夾具上實現(xiàn)了定位壓緊功能，通過固定鉆模板就可以加工孔徑。

圖1

(2)設(shè)備的選用 為提高加工效率，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，設(shè)備選用普通搖臂鉆床。

(3)夾具的分度功能 由于該零件需要加工4個向心孔徑，且徑向均布，這就要求該夾具需要有分度的功能。以往加工該類零件外緣的多處向心孔采用分度轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)，但該零件的4 個孔位為內(nèi)圓處的向心孔，如果采用回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)盤就會造成轉(zhuǎn)盤的底座遮擋搖臂鉆床的軸心，所以本夾具必須采用具有無心分度裝置的結(jié)構(gòu)，分度采用插銷精確分度，這樣才能降低夾具的體積，提高夾具的精度，使機床的行程不易超標。

3.本夾具的總體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)夾具的區(qū)別

(1)傳統(tǒng)夾具結(jié)構(gòu) 圖2 為加工導(dǎo)向器葉片外緣多處向心孔所用的夾具結(jié)構(gòu)。

(2)傳統(tǒng)夾具結(jié)構(gòu)特點及缺點 圖2 為導(dǎo)向器葉片鉆向心孔的夾具，方向為從外部向圓心方向加工的孔。由于該導(dǎo)向葉片為大尺寸圓弧上的一部分弧段，上面需加工4 處向心孔零件1 孔、零件2 孔、零件3 孔、零件4 孔，設(shè)備采用普通搖臂鉆床，所以必須配合夾具才能實現(xiàn)該設(shè)備功能的加工。

導(dǎo)向器葉片安裝到定位處，并用壓板壓緊后隨同轉(zhuǎn)動板6 可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸7 轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動板6 上有與零件1、2、3、4 孔位相對應(yīng)的孔1、孔2、孔3、孔4，通過分度插銷3 固定在立座5 上，鎖緊中部鎖緊螺母4 和中心鎖緊螺母8，搖臂鉆床的鉆頭就可以通過鉆套1 的位置準確地鉆到零件的孔位上，然后回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動板6，再重復(fù)上述過程就可以通過普通搖臂鉆床完成導(dǎo)向器葉片的向心孔的加工。

但傳統(tǒng)夾具的缺點在于，由于圍繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，所鉆的孔還是向心的，且零件的圓弧尺寸過大勢必造成夾具的體積過大，高度過高，容易造成機床的超行程。還有一點就是如果要加工方向從圓心向圓周方向的孔徑，就很難再用圍繞旋轉(zhuǎn)軸的形式實現(xiàn)。

圖2

(3)本夾具的結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)點 圖3 為本夾具的實施方案。本方案通過回轉(zhuǎn)中心板2 圍繞精密軸承1 的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了整個夾具的無心轉(zhuǎn)動，大大降低了夾具的高度，達到了普通鉆床的有限行程內(nèi)，夾具高度降低后機床的主軸可以安全通過，經(jīng)鉆套6就可以加工零件上的孔位。但要通過固定的鉆模板鉆零件4 個向心孔位，零件孔1、2、3、4?；剞D(zhuǎn)中心板上的孔1、2、3、4 與零件上的零件孔1、2、3、4 相對應(yīng)，通過回轉(zhuǎn)中心板的轉(zhuǎn)動使之板上的孔1、2、3、4 用分度插銷經(jīng)過立座15 的孔位依次固定在立座上，這樣就可以通過鉆套6 準確地加工每一個向心孔，達到了普通搖臂鉆床加工由圓心向圓周方向的向心孔的要求。

圖3

本夾具能夠用普通搖臂鉆床代替五坐標數(shù)控加工中心，并且實現(xiàn)了搖臂鉆床加工不了的從中心向圓周方向的孔徑的方法，緩解了加工中心設(shè)備利用緊張度，使夾具的體積更緊湊，高度更小巧，節(jié)省了成本，提高了生產(chǎn)效率。

4.本夾具的具體實施過程

導(dǎo)向器葉片首先按工藝要求安裝到零件前定位塊9 和零件后定位塊3 的平面上，把壓板4 壓緊在葉片的上表面，壓緊螺釘18 頂緊在葉片的側(cè)面，零件前定位塊9，零件后定位塊3，支撐塊16、17 用螺栓固定在回轉(zhuǎn)中心板2 上，壓緊螺釘18 通過支撐塊16、17 頂緊葉片的兩側(cè)面。把葉片在回轉(zhuǎn)中心板2固定好后就可以隨同回轉(zhuǎn)中心板在精密軸承1 上做純滾動運動，回轉(zhuǎn)中心板是一個扇形段的形式，兩面是精度很高且同軸的兩段弧段，下面的弧段靠兩個固定精密軸承1 托住，上面的弧段靠兩個可向下移動的精密軸承1 頂住，兩個頂緊螺釘7 分別頂住軸承支撐銷8 帶動精密軸承1 壓緊回轉(zhuǎn)中心板2 的上段圓弧，這樣就可以消除回轉(zhuǎn)中心板2 的間隙，使回轉(zhuǎn)中心板2 轉(zhuǎn)動起來后保持一個高精度的回轉(zhuǎn)精度，回轉(zhuǎn)中心板設(shè)計成扇形弧段可實現(xiàn)無心轉(zhuǎn)動的方式，因為沒有了固定，回轉(zhuǎn)中心夾具體的高度就可以降低?；剞D(zhuǎn)中心板2 上設(shè)有與葉片要鉆的孔零件孔1、2、3、4 相對應(yīng)的孔1、2、3、4，當孔1 與立板上的孔位對正，通過分度插銷12 插上，鎖緊主鎖緊螺母13，機床上的鉆頭就可以通過鉆套6 的引導(dǎo)加工零件孔1 位置上的孔徑。然后拔下分度插銷12，松開主鎖緊螺母，轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)中心板2 的位置，依次把孔2、3、4 位置對準立座上的孔位上插上分度插銷，再鎖緊主鎖緊螺母，就能依次加工零件的孔位零件孔2、3、4，實現(xiàn)了普通搖臂鉆床加工多處向心孔的零件。限位擋銷19 起到防止回轉(zhuǎn)中心板滑出4 個軸承組成的軌道槽的作用。

5.結(jié)語

本方案巧妙地解決了有心轉(zhuǎn)盤體積過大，高度超高的問題，使過去有心轉(zhuǎn)盤不能實現(xiàn)從圓心到圓周方向的孔徑變?yōu)楝F(xiàn)實，本方案操作靈活，結(jié)構(gòu)精巧，分度簡便，可以加工任意角度向心孔徑的孔位。

本夾具在實際應(yīng)用中效果顯著，在批量生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，質(zhì)量和精度都得到了專家的一致好評，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)中。實踐證明，創(chuàng)新設(shè)計無心轉(zhuǎn)盤夾具在導(dǎo)向器葉片的加工應(yīng)用中起到了保證加工精度和提高效率的效果，同時對節(jié)約成本、提高加工效率起到了非常大的作用。對民用、軍用航空領(lǐng)域加工起到了很好的借鑒作用。