錐形薄壁零件的銑加工裝夾工藝研究

韓永武 溫亮 安麗莎

摘? 要：該文通過分析錐形薄壁機匣零件加工方案，從工裝結構設計分析，解決了錐形薄壁零件銑加工易變形，壁厚難以保證的相關難題。該文以掌握錐形薄壁機匣的有效裝夾技術為切入點和目的，改進了夾具結構，最終提出了一個完成的加工方案，確保零件加工的薄壁薄壁機匣的裝夾程序的順利完成，對加工過程中積累的經驗也進行了總結，有助于后續類似零件的研制與加工。

關鍵詞：錐形薄壁;工裝;支撐結構

中圖分類號：TG54? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

航空發動機中機匣類零件材料種類繁多，其中內型面為錐形的薄壁類零件占有一定比重，該類零件一般壁厚在0.8 mm～2.5 mm，外型面設計有加強肋及各種安裝島嶼，通常該類零件加工方案為，鍛件毛坯進行內外型面車銑加工成型。

由于該類薄壁零件材料去除率均達到90%左右，零件加工中易變形，零件加工后，易存在壁厚不均或壁厚超差情況，一般該類型零件銑加工夾具結構設計為內型徑向可調輔助支撐結構，但是，此類可調輔助支撐可靠性較低，存在輔助支撐表面圓度超差及輔助支撐表面與零件面貼合存在局部間隙導致零件銑加工壁厚超差問題。

1 研究目標

1.1 研究背景

該文充分分析了零件型面結構，結合夾具制造工藝難度，將該類零件夾具支撐結構設計為固定式內型面輔助支撐，消除了徑向可調輔助支撐類型夾具輔助支撐面圓度超差問題，并采用裝夾中軸向零件調整，替代傳統徑向夾具調整，從根本上解決了零件裝夾后圓度超差及夾具與零件配合間隙導致的零件加工后壁厚不均及壁厚超差問題。

1.2 技術指標

掌握錐形薄壁機匣銑加工裝夾的關鍵技術，實現零件壁厚一次加工合格。

2 技術方案

2.1 對一般通用輔助支撐夾具結構進行分析

2.1.1 支撐機構

原輔助支撐結構一般采用徑向可調分段支撐，夾具周向均布4段扇形支撐面。由于夾具支撐面為4段或4段以上，支撐面圓度狀態控制困難。

2.1.2 可調機構

該類型夾具中間設計由錐形配合芯軸進行軸向調節，帶動各輔助支撐扇形段同步徑向運動，對零件進行支撐。由于芯軸與輔助支撐作用面配合精度要求較高，工裝制造合格率較低，且使用中輕微磨損即會出現調整機構失效，導致夾具輔助支撐面與零件配合面存在間隙，加工后零件壁厚不均或超差。

2.1.3 夾具軸向基準

一般通用徑向可調輔助支撐夾具軸向基準為夾具底面。由于夾具輔助支撐機構對零件內型面漲緊時，容易導致夾具基準面與零件底面產生間隙，影響零件加工。

2.1.4 壓緊機構

一般采用零件上端面壓緊，零件端面壓緊后，調整輔助支撐結構對內型面進行輔助支撐。由于薄壁零件壓緊上端面時，零件易產生變形，導致端面不平且內型面與夾具輔助支撐結構配合存在間隙，導致零件加工后壁厚超差。

2.2 方案定制

通過分析通用輔助支撐夾具結構后，對各機構設計要求精度、制造難度及使用可靠性進行分析，針對各機構進行重新設計調整，制定全新裝夾方案。

2.2.1 支撐機構改進

由于分段徑向可調輔助支撐機構可靠性較低，調整后圓度狀態不穩定，經過研究，決定采用固定錐面漲緊機構，替代原分段徑向可調機構，固定錐面外圓輔助支撐面周向跳動可有效控制在0.02mm之內。

2.2.2 可調機構改進

由于夾具采用固定支撐機構，為保證零件內型面與夾具固定支撐面配合，裝夾中采用上端壓蓋及底側支撐環軸向向可調機構，帶動零件軸向可調方式，保證零件內型錐面與夾具有效配合。

2.2.3 夾具軸向基準

裝夾方案確定為零件軸向可調，且零件上端為椎體小端，仍采用上端壓緊，上端壓緊時，零件內型面與夾具輔助支撐面作用，實現零件與夾具有效配合。

2.2.4 壓緊機構

由于零件上端為軸向基準，采用上端軸向環形壓蓋機構，壓蓋與端面作用后，零件下移，內型面與夾具支撐機構貼合，保證零件裝夾，通過對零件端面打表調整，可保證基準狀態，基準調整符合要求后，在夾具底側設計一軸向可調基準圓環，對零件底面進行軸向向上輔助夾緊，保證零件裝夾可靠。

3 結構驗證

工裝設計完成后進行加工制造，由于夾具自身無可調聯動機構，均為單個機構自身進行單獨加工，各夾具機構自身加工狀態良好，所有機構加工后，均完全符合設計圖紙技術要求，夾具設計制造工藝性較好，進行零件試裝夾驗證。

（1）移除壓蓋：將圖1所示上部壓緊螺栓連同壓蓋移除。

（2）調整底部支撐：將圖1所示底部可調螺栓逆時針旋轉調整，帶動底部支撐環下移，直至底部支撐環與夾具底座接觸后停止。

（3）找正底座：將夾具放與機床工作臺中心，圓周方向找正圖1所示夾具找正帶，壓緊夾具底座與工作臺表面。

（4）裝夾零件：將零件按圖1所示方位套于夾具主體配合錐面上。

（5）周向調整：調整零件周向位置，與加工角向對齊。

（6）裝配壓蓋：將圖1所示壓蓋置于零件上端，并使壓蓋螺栓孔與夾具螺栓孔大致對齊。

（7）調整并壓緊壓蓋：將圖1所示上蓋壓緊調整螺栓按圖示位置裝配，采用限力扳手，并逐個順時針擰緊，帶動壓蓋與零件同時下移，對零件進行打表檢查端面跳動，根據端面高低點進行進一步調整，保證端面跳動達到加工前找正要求。

（8）調整底面支撐：順時針旋轉調整圖1所示底部可調螺栓，帶動底部支撐環上移，使底部支撐環與零件底面完全貼合，并調平。

（9）零件加工。

4 加工驗證

采用該夾具對某型錐形薄壁機匣零件進行裝夾加工實驗，該零件加工后壁厚要求為1.2+0.2，經過對零件裝夾后狀態檢查，零件裝夾后圓度，上端面壓緊后端跳均滿足零件加工前狀態要求，零件加工過程中無異常顫動，加工后零件表面狀態良好，加工后壁厚全部滿足設計要求。

5 結論

該次研究以掌握錐形薄壁機匣的有效裝夾技術為切入點和目的，主要從夾具結構方面進行改進，形成一套完整、穩定、能有效保證零件加工的薄壁薄壁機匣的裝夾加工方案，滿足現階段小批量生產的需求，并積累了大量的加工經驗，對于后續類似零件的研制加工有著很強的借鑒意義。

參考文獻

[1]張菊亞，賈慶衍.錐形薄壁零件加工方法研究[J].內燃機與配件，2018（12）：38.

[2]譚文凱，郭才權.基于數控車削的錐形薄壁零件加工[J].機械，2015（8）：27.