磨削加工精密槽口夾具設(shè)計(jì)

石 鑫，何金龍，熊 云，王廣運(yùn)

(南昌新寶路航空科技有限公司，江西 南昌 330024)

“十四五”以來，隨著我國國防軍工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，行業(yè)項(xiàng)目以及需求訂單的加速落地，國內(nèi)軍工相關(guān)制造企業(yè)的生產(chǎn)訂單出現(xiàn)井噴式增長，軍工行業(yè)迎來了新的發(fā)展歷史機(jī)遇。

在某型號操控系統(tǒng)中有這樣一類接頭零件，該零件具有精密槽口結(jié)構(gòu)，其作用為傳輸能夠推動(dòng)飛機(jī)操控桿的扭矩從而實(shí)現(xiàn)飛行員在飛機(jī)飛行過程中能夠順利地推拉操控桿操控飛行。在該接頭新工藝優(yōu)化方案實(shí)施之前，南昌新寶路航空科技有限公司車間在實(shí)際加工該零件的精密槽口時(shí)，為了追求高效率加工，一般采用數(shù)控銑削的方式，但針對這種零件采用數(shù)銑加工的方式風(fēng)險(xiǎn)較高，報(bào)廢率較大，零件在加工過程中極易受到銑刀擠削力不均或突變造成零件竄動(dòng)或位移，精密槽口的加工尺寸就不能保證，槽口平面關(guān)于中心平面的對稱度也不能保證，銑削后的零件兩端壁厚明顯不均勻，造成零件大批量報(bào)廢，嚴(yán)重影響型號節(jié)點(diǎn)交付[1-3]。為了確保零件合格交付，應(yīng)對接頭零件的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。結(jié)合零件自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其具備L垂直面和精密孔結(jié)構(gòu)，再依據(jù)傳統(tǒng)數(shù)控銑削的加工經(jīng)驗(yàn)，對接頭零件的工藝方案進(jìn)行局部上的優(yōu)化調(diào)整，主要是將初始的數(shù)控銑削槽口改為磨削加工保證。考慮到零件的裝夾定位問題，磨削加工的有效進(jìn)行往往要配合使用一定的工裝夾具，以實(shí)現(xiàn)該零件的定位裝夾，從而方便磨削加工。綜上所述，現(xiàn)提出一種全新的精密槽口磨削加工組合夾具，通過使用該組合夾具，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)零件的快速定位裝夾，保證零件槽口的加工精度，而且可以大幅提高零件的磨削加工效率，滿足該零件的批產(chǎn)節(jié)點(diǎn)交付。

1 零件的結(jié)構(gòu)分析與技術(shù)要求

圖1 零件結(jié)構(gòu)

2 夾具設(shè)計(jì)思路

對于一般零件的磨削加工來說，對零件進(jìn)行簡單裝夾即可實(shí)現(xiàn)，但對于上述接頭零件的槽口磨削而言，裝夾定位較為困難，需設(shè)計(jì)并自制一套專門的組合夾具實(shí)現(xiàn)槽口磨削。

1)根據(jù)零件自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇定位裝夾的方式，是采用“兩面一孔”還是“兩孔一面”等，這點(diǎn)需要考慮進(jìn)去[4-5]；就該接頭零件而言，正是零件具備L垂直面和耳片處存在精密階梯孔，完全可以考慮L兩面貼合，精密孔定位的方式實(shí)現(xiàn)零件的磨削定位裝夾。

2)具體來說，零件存在L直角垂直面，兩面垂直度較高。當(dāng)L面貼合墊塊平面，還需要考慮如何定位和夾緊零件，避免出現(xiàn)舊數(shù)控銑削工藝方案中的零件竄動(dòng)、局部旋轉(zhuǎn)位移等錯(cuò)位現(xiàn)象。為此，做一根精密階梯銷，該階梯銷一端配合插入接頭零件耳片精密孔φ14K7 mm，構(gòu)成形式上的組合體，另一伸出端穿入墊塊上的精密腰型孔，通過上下調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)零件的最終定位。伸出端含螺紋結(jié)構(gòu)，用于零件的最終夾緊。

3 夾具結(jié)構(gòu)及各部件功能介紹

圖2和圖3所示分別為該磨削定位組合夾具設(shè)計(jì)的實(shí)體三維圖和裝配爆炸圖。接頭零件整體采用“兩面一孔”的定位裝夾方式，通過L垂直平面實(shí)現(xiàn)零件與基體墊塊的貼合，貼合間隙≤0.02 mm，以零件精密孔φ14K7 mm與精密階梯銷配合組合成一個(gè)組件整體，再通過階梯銷的光桿伸出端穿插過基體墊塊上的精密腰型孔(光桿外圓與腰型孔同樣是配合關(guān)系)實(shí)現(xiàn)組件整體與基體的定位，腰型孔上下制出，方便零件L面貼合時(shí)的調(diào)節(jié)，光桿伸出端制有螺紋，用于最后配套螺母的擰緊，從而完成整個(gè)零件的裝夾固緊，上述內(nèi)容完成了整個(gè)零件的定位裝夾。其中，階梯銷和基體的材質(zhì)與接頭零件材質(zhì)相同，均為30CrMnSiA，需熱處理，階梯銷外圓精度與零件精密孔配合，視零件情況而定；基體各平面應(yīng)保證互為垂直度≤0.02 mm，由磨削加工完成。

圖2 夾具裝配實(shí)體三維圖

圖3 夾具裝配爆炸示意圖

4 夾具使用方法

圖4和圖5所示分別為該夾具的具體裝配剖視圖和各部件結(jié)構(gòu)示意圖。該磨削夾具主要包含兩部分：精密階梯軸(帶螺紋)和基體(見圖4)。由圖5可以看出，精密階梯軸包含配合軸面、精密配合光桿、裝夾端頭；基體開有精密腰型孔、圓孔。其他輔助裝夾單元包含墊圈、標(biāo)準(zhǔn)螺母、緊固螺釘，另外還配備了檢驗(yàn)塊，以便磨削加工過程中間接測量對稱度。

圖4 夾具裝配剖視圖

圖5 夾具各部件結(jié)構(gòu)

使用方法：通過階梯銷上的配合軸面和零件耳片處精密孔φ14K7 mm配合，從而將零件與階梯軸套合在一起構(gòu)成一個(gè)組合體，通過階梯銷上的精密光桿伸出端穿插過基體精密腰型孔(兩者配合)。其中，光桿可在腰型孔中上下調(diào)節(jié)，以確保零件L垂直平面貼緊基體表面，防止磨削加工過程中零件與基體間存在公差外的平面間隙而導(dǎo)致零件位移擺動(dòng)，影響槽口加工質(zhì)量。最后當(dāng)一切完備后，通過配合螺帽擰緊光桿伸出端的端頭螺紋，實(shí)現(xiàn)零件的最后裝夾固緊。另外，在精密槽口的實(shí)際磨削加工過程中，正是由于磨削工作不會(huì)一次加工到位，需要分多次進(jìn)刀完成磨削，這樣車間磨工便可在每次進(jìn)刀加工完成后，通過測量槽口內(nèi)側(cè)平面到檢驗(yàn)塊外表面的距離H，間接測量和確保對稱度[6]，最終完成零件槽口的整個(gè)磨削內(nèi)容。

5 夾具設(shè)計(jì)應(yīng)思考的問題

夾具設(shè)計(jì)應(yīng)思考如下的問題。

1)磨削夾具設(shè)計(jì)前，應(yīng)充分考慮零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)考慮裝夾定位方式，包括一些輔助配套零部件[7]。

2)基體各面垂直度應(yīng)符合加工需求，垂直度應(yīng)確保在公差范圍內(nèi)，以免誤差累積到零件的加工上[8]。

3)精密階梯銷應(yīng)一次成形，超高精度外圓可留余量作為最后磨削加工保證，各階梯外圓符合同軸度需求。另外，光桿螺紋端應(yīng)考慮實(shí)際螺紋夾緊力情況，使夾緊力適中，防止過夾緊或弱夾緊情況出現(xiàn)，導(dǎo)致零件裝夾變形或磨削過程松動(dòng)，影響磨削加工效果[9-10]。

6 結(jié)語

通過上述研究可以得出如下結(jié)論。

1)夾具設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)簡單，使用原理通俗易懂，后期維護(hù)與管理十分方便。

2)能夠?qū)崿F(xiàn)零件的快速定位與裝夾，大幅提升零件的磨削加工效率，滿足節(jié)點(diǎn)交付任務(wù)。

3)可推廣至類似結(jié)構(gòu)的零件加工上，具有一定的啟發(fā)意義。自該組合夾具投入生產(chǎn)以來，其所加工出的接頭零件槽口質(zhì)量十分穩(wěn)定，合格率高達(dá)95%以上，加工效率也得到大幅提高。