一种可换定位活块夹具的研制

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摘 要：环形件研制中，许多零件不使用夹具直接装夹在机床工作台上切削，这种加工方式特别不适合刚性差的中大型薄壁环形机匣。采用组合工装虽然能解决定位问题，但组合夹具，定位结构刚性差，薄壁机匣的精度保证困难。可换定位活块夹具采用扇形面活块定位，配合夹具底座多种规格的定位安装孔，根据零件定位尺寸配做定位块，可以满足一定范围弧面定位的环形件的加工需求。

关键词：薄壁环机匣；定位活块夹具；可换定位块；精密定位；成组加工

中图分类号：TG751 文献标识码：A

航空发动机薄壁环形机匣的尺寸偏大，所需工装制造的难度大，成本高、周期长。现场在没有夹具的情况下将机匣直接装夹于工作台上找正加工。这样的方式定位不稳，装夹力大，加工中容易发生零件窜动。组合夹具依靠有限的几个圆柱销拟合成回转定位面，定位面积小，刚性差。所以，为了适应研制和小批生产的质量需求，设计制造一种即可适应多规格薄壁环形件加工，又能保证零件稳定加工的柔性夹具。

1 研究指标及内容

可换定位活块夹具，定位块可拆卸，可根据不同定位尺寸选择。定位尺寸多规格，适用于多种直径尺寸的内外圆定位，缩短夹具制造的周期，降低工装成本。

2 结构方案及误差分析

2.1夹具总体结构方案

可换定位活块夹具主要由夹具底座和定位活块组成。定位活块通过定位销轴和耐磨衬套安装于夹具底座上。某一尺寸的定位活块安装于底座的某位置孔上可以实现一种规格环形机匣定位。

2.2各部分主要组成零件

2.2.1夹具底座

夹具的底座为45号淬火钢，规格为直径Φ950×Φ400mm×70mm。底座定位端面有定位块安装孔系，80孔按8组均布，每组2列。每组10孔分5层，距离为80 mm，每层安装孔间距为30mm，夹具径向上的定位范围在Φ550-Φ850mm，满足多数中等规格机匣件定位。定位块安装孔的尺寸Φ230+0.023 ，位置度0.01。底座上端定位面还分布有16条T型键槽，与定位孔系间隔均布，用以安装压紧装置。底座安装面具有好的平面状态，为夹具组件的轴向基准。

2.2.2定位活块

扇形结构的定位活块，扇形弧面与机匣零件的定位面贴合，定位面较长，按Φ800mm左右的圆弧长计算其有效定位占90%左右，近似完全圆面定位。活块材料为45号淬火钢，厚度为35mm，径向的宽度需要依据环形零件的定位面的宽度选定，便于保证零件定位稳定。

定位台阶面要比零件安装边厚度小0.2-0.3mm，保证压紧高度的前提下零件基准外圆定位面大部分长度参与定位，径向定位稳定。定位活块与底座具有同尺寸安装孔，在底座不层面的定位孔上的安装，可以满足不同尺寸范围的零件的定位要求。使用中，定位活块先制成半成品，保留定位基面，夹具使用时将定位活块装夹到夹具底座上现场配做定位圆。

2.2.3定位销轴

定位销轴有两种结构即圆柱销和菱形销种，耐磨工具钢。定位销轴为鼓形台阶轴，中间部位为圆柱/菱形定位面，两端为螺柱。该件具有定位和连接作用，圆柱/菱形定轴面一半与底座的定位孔衬套配合，一半与活块定位孔配合。两种配合为（Φ15H6/g5） ，间隙0.006～0.025mm。活块的定位方式为一面两孔定位，圆柱形销轴在径向上限制了定位活块的窜动，菱形销轴使定位活块拆装方便。

2.2.4衬套

底座和销轴之间为耐磨衬套，定位活块拆卸中磨损的是衬套而不是底座。衬套更换方便，成本低，大大地增加夹具使用寿命。衬套和夹具底座之间过盈配合（Φ23H7/r6），其过盈量为0.007～0.02mm，衬套内外径的同轴误差为Φ0.005mm。衬套安装于底座定位孔中，低于活块定位面，不干涉定位活块。

2.3夹具误差分析

2.3.1夹具结构分析

夹具中，底座外圆和底面为整个夹具的径向和轴向基准；定位活块的定位面组合加工，夹具与工件定位基准一致性好。

夹具组件中要求底座外圆与端面的垂直度不大于0.01mm；定位活块定位基准与夹具基准平行、垂直误差不大于0.01mm；活块弧形定位面与底座找正带的同轴误差为0.01mm。

定位尺寸组合加工合格后，在定位活块和底座标上成对号，再次装配按照成对号安装，并在定位活块上标记零件号，有助于夹具零散备件的保管。

2.3.2夹具定位误差分析

轴向定位误差：

轴向涉及的定位误差主要包括底座和定位活块的轴向偏移量。活块的定位端面组合加工中保证，按夹具总图的条件约束，夹具的轴向误差即为轴向平行度误差0.01mm。

径向误差分析：

单一定位活块径向位置误差为：

δ=（衬套内外圆面的同轴度误差+底座衬套安装孔位置偏差+定位销轴配合误差）/2=（0.005+0.01+0.025）/2=0.02mm

整个夹具圆周均布的8处扇形活块直径相对，形成回转面定位面，在二次安装后的重复定位误差最大值为0.02mm。使用中根据实际定位尺寸现场配做，定位精度更小。

3技术指标

3.1技术质量指标

对夹具组成件和夹具定位精度的分析可知，可换定位活块夹具的精度较高，可满足现场薄壁环形机匣的定位要求。加工试验中，用可换定位活块夹具装夹零件，零件定位误差小，装夹力减小，抗变内应力减小，工件系统的稳定性强，对于保证薄壁环形机匣的质量起到了积极的作用。

3.2 经济指标

可换定位活块夹具在现场使用中拆换方便，完成活块的装配仅仅需要1个小时左右。夹具成本节约明显，本夹具制造费用15万元，同一尺寸规格专用夹具的制造成本约5-6万元，现场环形机匣几十种，采用可换定位活块夹具加工，可以极大地节约夹具制造成本。

结语

可换定位活块夹具是介于专用夹具和组合夹具之间的一种工装方式。在继承专用夹具的定位精度和稳定性的同时，弥补了组合夹具定位不稳定的不足。可换定位活块夹具具备了一定的柔性，可以实现不同尺寸规格环形机匣零件的定位，解决了专用夹具的单一性。所以可换定位活块夹具在薄壁环形机匣零件上的推广是非常有意义的。

参考文献

[1]刘友才，等.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]陈立德，等.机械制造技术[M].上海：上海交通大学出版社，2000.