韩永武 温亮 安丽莎

摘  要：该文通过分析锥形薄壁机匣零件加工方案，从工装结构设计分析，解决了锥形薄壁零件铣加工易变形，壁厚难以保证的相关难题。该文以掌握锥形薄壁机匣的有效装夹技术为切入点和目的，改进了夹具结构，最终提出了一个完成的加工方案，确保零件加工的薄壁薄壁机匣的装夹程序的顺利完成，对加工过程中积累的经验也进行了总结，有助于后续类似零件的研制与加工。

关键词：锥形薄壁;工装;支撑结构

中图分类号：TG54            文献标志码：A

0 引言

航空发动机中机匣类零件材料种类繁多，其中内型面为锥形的薄壁类零件占有一定比重，该类零件一般壁厚在0.8 mm～2.5 mm，外型面设计有加强肋及各种安装岛屿，通常该类零件加工方案为，锻件毛坯进行内外型面车铣加工成型。

由于该类薄壁零件材料去除率均达到90%左右，零件加工中易变形，零件加工后，易存在壁厚不均或壁厚超差情况，一般该类型零件铣加工夹具结构设计为内型径向可调辅助支撑结构，但是，此类可调辅助支撑可靠性较低，存在辅助支撑表面圆度超差及辅助支撑表面与零件面贴合存在局部间隙导致零件铣加工壁厚超差问题。

1 研究目标

1.1 研究背景

该文充分分析了零件型面结构，结合夹具制造工艺难度，将该类零件夹具支撑结构设计为固定式内型面辅助支撑，消除了径向可调辅助支撑类型夹具辅助支撑面圆度超差问题，并采用装夹中轴向零件调整，替代传统径向夹具调整，从根本上解决了零件装夹后圆度超差及夹具与零件配合间隙导致的零件加工后壁厚不均及壁厚超差问题。

1.2 技术指标

掌握锥形薄壁机匣铣加工装夹的关键技术，实现零件壁厚一次加工合格。

2 技术方案

2.1 对一般通用辅助支撑夹具结构进行分析

2.1.1 支撑机构

原辅助支撑结构一般采用径向可调分段支撑，夹具周向均布4段扇形支撑面。由于夹具支撑面为4段或4段以上，支撑面圆度状态控制困难。

2.1.2 可调机构

该类型夹具中间设计由锥形配合芯轴进行轴向调节，带动各辅助支撑扇形段同步径向运动，对零件进行支撑。由于芯轴与辅助支撑作用面配合精度要求较高，工装制造合格率较低，且使用中轻微磨损即会出现调整机构失效，导致夹具辅助支撑面与零件配合面存在间隙，加工后零件壁厚不均或超差。

2.1.3 夹具轴向基准

一般通用径向可调辅助支撑夹具轴向基准为夹具底面。由于夹具辅助支撑机构对零件内型面涨紧时，容易导致夹具基准面与零件底面产生间隙，影响零件加工。

2.1.4 压紧机构

一般采用零件上端面压紧，零件端面压紧后，调整辅助支撑结构对内型面进行辅助支撑。由于薄壁零件压紧上端面时，零件易产生变形，导致端面不平且内型面与夹具辅助支撑结构配合存在间隙，导致零件加工后壁厚超差。

2.2 方案定制

通过分析通用辅助支撑夹具结构后，对各机构设计要求精度、制造难度及使用可靠性进行分析，针对各机构进行重新设计调整，制定全新装夹方案。

2.2.1 支撑机构改进

由于分段径向可调辅助支撑机构可靠性较低，调整后圆度状态不稳定，经过研究，决定采用固定锥面涨紧机构，替代原分段径向可调机构，固定锥面外圆辅助支撑面周向跳动可有效控制在0.02mm之内。

2.2.2 可调机构改进

由于夹具采用固定支撑机构，为保证零件内型面与夹具固定支撑面配合，装夹中采用上端压盖及底侧支撑环轴向向可调机构，带动零件轴向可调方式，保证零件内型锥面与夾具有效配合。

2.2.3 夹具轴向基准

装夹方案确定为零件轴向可调，且零件上端为椎体小端，仍采用上端压紧，上端压紧时，零件内型面与夹具辅助支撑面作用，实现零件与夹具有效配合。

2.2.4 压紧机构

由于零件上端为轴向基准，采用上端轴向环形压盖机构，压盖与端面作用后，零件下移，内型面与夹具支撑机构贴合，保证零件装夹，通过对零件端面打表调整，可保证基准状态，基准调整符合要求后，在夹具底侧设计一轴向可调基准圆环，对零件底面进行轴向向上辅助夹紧，保证零件装夹可靠。

3 结构验证

工装设计完成后进行加工制造，由于夹具自身无可调联动机构，均为单个机构自身进行单独加工，各夹具机构自身加工状态良好，所有机构加工后，均完全符合设计图纸技术要求，夹具设计制造工艺性较好，进行零件试装夹验证。

（1）移除压盖：将图1所示上部压紧螺栓连同压盖移除。

（2）调整底部支撑：将图1所示底部可调螺栓逆时针旋转调整，带动底部支撑环下移，直至底部支撑环与夹具底座接触后停止。

（3）找正底座：将夹具放与机床工作台中心，圆周方向找正图1所示夹具找正带，压紧夹具底座与工作台表面。

（4）装夹零件：将零件按图1所示方位套于夹具主体配合锥面上。

（5）周向调整：调整零件周向位置，与加工角向对齐。

（6）装配压盖：将图1所示压盖置于零件上端，并使压盖螺栓孔与夹具螺栓孔大致对齐。

（7）调整并压紧压盖：将图1所示上盖压紧调整螺栓按图示位置装配，采用限力扳手，并逐个顺时针拧紧，带动压盖与零件同时下移，对零件进行打表检查端面跳动，根据端面高低点进行进一步调整，保证端面跳动达到加工前找正要求。

（8）调整底面支撑：顺时针旋转调整图1所示底部可调螺栓，带动底部支撑环上移，使底部支撑环与零件底面完全贴合，并调平。

（9）零件加工。

4 加工验证

采用该夹具对某型锥形薄壁机匣零件进行装夹加工实验，该零件加工后壁厚要求为1.2+0.2，经过对零件装夹后状态检查，零件装夹后圆度，上端面压紧后端跳均满足零件加工前状态要求，零件加工过程中无异常颤动，加工后零件表面状态良好，加工后壁厚全部满足设计要求。

5 结论

该次研究以掌握锥形薄壁机匣的有效装夹技术为切入点和目的，主要从夹具结构方面进行改进，形成一套完整、稳定、能有效保证零件加工的薄壁薄壁机匣的装夹加工方案，满足现阶段小批量生产的需求，并积累了大量的加工经验，对于后续类似零件的研制加工有着很强的借鉴意义。

参考文献

[1]张菊亚，贾庆衍.锥形薄壁零件加工方法研究[J].内燃机与配件，2018（12）：38.

[2]谭文凯，郭才权.基于数控车削的锥形薄壁零件加工[J].机械，2015（8）：27.