典型薄壁零件的車削工裝設計

張亞曉

（航天精工股份有限公司，天津 300300）

薄壁零件通常是指壁厚或者板厚與內徑曲率半徑（或輪廓尺寸）之比小于1：20的零件[1],該類零件具有重量輕、強度高、用料少，結構緊湊[2]等優點，因此，在航空、航天、汽車制造等很多領域得到廣泛應用，但其剛性差、裝夾定位面小、抗變形能力差，如何提高薄壁零件的加工精度和質量，成為很多領域亟待解決的問題。為有效控制薄壁零件加工變形問題，本文根據裝夾變形原因，總結出了幾類典型零件的工裝設計方法，控制裝夾變形。

1 薄壁零件裝夾變形原因分析

薄壁零件在夾緊力的作用下，因零件表面受力不均，導致零件不同部位產生不同程度的彈性變形，這樣不同部位的加工余量就產生變化，在加工完畢夾緊力消失后，零件受彈性影響恢復成原本的形狀，在這個恢復過程，剛加工完畢部位的形狀必然發生變化，影響零件加工精度。

裝夾變形[3]通常是因為零件壁薄，徑向夾緊力不均勻造成的，因此，加工前必須考慮零件的材料特點、結構形狀以及現有設備的加工能力，進而制定合適高效的裝夾措施，比如轉移夾緊位置（如預留工藝臺、工藝孔、工藝螺紋等）、真空夾具的局部采用[4]、內部物質填充、扇形軟爪夾緊、工裝設計等方式。

下面針對幾種典型薄壁零件，給出幾種工裝夾具設計方法。

（1）長軸套類，如圖1。

圖1 軸套類、環零件

該類零件一般內外圓直徑相差較少，且長徑比大，精度要求高。針對該類零件，我們給出幾種常用的外圓加工和內孔工裝設計方法。

外圓加工工裝一般是采用芯軸定位夾緊方式，使夾緊力沿著剛性較好的軸線方向分布，同時可以增加夾緊面積減小變形。芯軸定位夾緊方式一般可分為軸向夾緊和徑向夾緊。

軸向夾緊方式：一般由芯軸、墊片通過螺栓連接（如圖2(a)所示）；或者芯軸、墊片、螺母連接（如圖2(b)所示），另外，還可以將端蓋中心加工成螺紋直接與芯軸連接（如圖2(b)所示）。如果零件長度較長，也可以使用堵塞，一端裝夾，一邊用頂針頂著加工，如圖3所示。若零件徑向尺寸不大，可以去掉芯軸最左面的夾持臺階，三爪直接夾φA臺階。

圖2 芯軸、墊片工裝結構

上述工裝芯軸長L一般略短與軸套零件長度；芯軸外圓尺寸φB與軸套零件內孔相配合，同時芯軸形狀可根據軸套類零件內部結構變化而變化；墊片或端蓋外徑尺寸φC一般與軸套零件外圓尺寸相一致。

徑向夾緊方式：一般有2種方式，一種是使用彈性芯軸、拉桿結構，芯軸使用線切割出3條縫隙，通過拉桿旋入彈性芯軸，芯軸尺寸膨脹，將套在芯軸上的零件夾緊，如圖3所示；另一種是將零件套在芯軸上，將彈性襯套放入零件與芯軸間，通過墊片和螺栓調節彈性襯套情況達到加緊零件的目的，如圖4所示。

圖3 錐形芯軸、拉桿

圖4 錐形芯軸、彈性襯套

圖3的錐形芯軸錐部最大尺寸和圖4彈性襯套尺寸φD與軸套類零件內孔相配合；同樣錐形芯軸的長度L與零件長度相匹配。

內孔加工工裝：一般有以下幾種方式，比如將零件直接使用弧形軟三爪夾緊；或將零件置于開口套內，通過三爪直接夾緊（如圖5所示）；或將零件置于套筒內使用端蓋壓緊（如圖6所示），若零件直徑不大、長度較短時，可以直接工裝圖6套筒的左端實體部分去掉，三爪直接夾套筒外圓加工，該工裝內孔φC與零件外圓相配，長度L比零件外部結構長度稍短，以便端面壓緊，端蓋內孔φB與零件內孔一致或略大，以保證不影響零件內孔加工。

圖5 彈性開口套

圖6 套筒與端蓋（一）

（2）薄環類零件，如圖7所示。

圖7 薄環零件

圖8 套筒與端蓋（二）

薄環類零件工裝與長軸套類工裝相似，因環類零件長度較短，一般采用如圖8所示的內孔加工工裝，圖8中長度L同樣要比環類零件長度略短，通過內孔與零件外圓相匹配，端蓋壓緊加工。若環類零件直徑較大，也可采用如圖6所示工裝。

圖9 盤類零件

圖10 盤類工裝

（3）盤類零件，如圖9所示。

該類零件外圓加工主要通過內孔定位，將零件套入工裝（圖10工裝右端面結構）使用墊片和螺栓壓緊；內孔加工，則通過端面定位，將零件小凸臺套入工裝（圖10工裝左端面結構），然后使用壓板通過工裝螺紋孔將零件端面壓緊。

2 結論

薄壁零件因其壁薄、剛性差，成為航空、航天等領域機械加工廠的發展瓶頸。

本文主要針對裝夾變形問題，結合實際加工經驗，總結出了長軸套類、環類、盤類零件的工裝設計方法，大量實踐證明，合理的工裝夾具可以有效控制零件車削變形，提高加工精度。

[1]姚榮慶. 薄壁零件的加工方法. 機床與液壓，2007，35（8）：250～253.

[2]李燕.轎車變速箱薄壁零件車削夾具設計.汽車實用技術，2015，（4）：101～104.

[3]梁學忠，李春雷.零件裝夾變形分析與解決措施. 科技創新與應用，2013，（11）：71～71.

[4]魏勇，伍愛民.真空吸附夾具系統的設計.電訊技術，2008，48（4）：107～110.