薄壁件加工难题再临，这次用【六点快换夹具】去解决

发动机叶片为典型的薄壁结构零件，具有壁薄、刚性差和精度要求高等特点，加工工艺性差，在切削力、夹紧力和切削热等影响下，易发生加工变形。

而对薄壁件变形控制的研究，一般会从调整切削参数、修正刀具轨迹、优选刀具、改进装夹方案、改进毛坯的结构工艺性等方面入手，改进装夹方案是其中的重要一项。

Part.1 工艺需求与夹具结构实现

此次的夹具结构应用6点定位原理，分别在前端榫头、中间叶身和尾部锯齿冠采用3-2-1定位方式精密定位，进行空间点定位，保证定位精准性。夹紧则在在前端缘板位置用钳式四面夹紧来固定工件；在后端通过双侧同步夹紧方式紧固工件，消除额外装夹应力的产生。

图1

1、工艺需求分析

A1、A2与A3点限制叶片Y轴移动，X、Z轴转动三个自由度；B1、B2点限制叶片Z轴移动和Y轴转动；F1点限制叶片X轴移动，叶片零件实现了完全定位。压紧固定时，因为叶片榫头上的A2、A3点距加工位置很近，夹具定位件与加工砂轮干涉，同时由于是点定位，还会压伤叶片型面，因此在夹具结构上要兼顾定位与夹紧的协调统一。

2、夹具结构研究及设计

改进加工方式方法，6点定位快换夹具（见图2），主要分为4部分。

2a.夹具整体结构图

第1部分为定位与压紧的安装主体夹具体；第2部分分为前、中及后三部分，对叶片实现精密6点定位；第3部分为夹紧机构，有缘板四面夹紧、锯齿冠双侧夹紧机构，固定叶片位置。

2b.夹具整体结构俯视图

1.侧面定位件 2.底座 3.前定位顶尖

4.下夹板 5.支承 6.左夹板

7.中夹板 8.上夹板 9.压钉

10.导柱 11.右夹板 12.13.17.18.21.螺钉

14.中间定位件 15.尾部定位顶尖 16.尾顶尖

19.左尾夹板 20.右尾夹板

2c.A-A剖视图

2d.B-B剖视图

第4部分为快换机构，可实现离线装夹与在线加工的快速转换，换装方便快捷。

2e.C-C剖视图

2f.D-D剖视图

叶片位置准确后，还需要进行固定，以抵抗加工切削力的影响。前端缘板位置刚度好且靠近加工区域，需要在此处严格夹紧以抗拒切削力，所以采用上、下、左、右4面同步钳式夹紧方式。

图3 缘板四面同步夹紧方式

钳式夹紧方式是采用类似卡钳的工作原理，两个压紧板通过导杆或转轴进行相对运动，在此过程中夹紧基体是浮动的，无外力干涉，消除了装夹应力的产生。尾部锯齿冠位置固定作为前端缘板夹紧的辅助，可增强叶片整体的刚性，提升加工稳定性，同样也采用同步夹紧的方式实现叶片水平方向的固定。

图4 锯齿冠同步夹紧结构

Part.2 夹具装夹过程与应用

夹具由离线装夹定位座（见图5）和叶片夹具体（见图6）两部分实现高效装夹。

图5 离线装夹定位座

离线装夹定位座上装有一个零点定位器，根据叶片夹具定位要求，把两个定位点和预压紧机构设计在离线装夹定位座上，其余设计在叶片夹具体上，通过零点定位接头和定向键保证离线装夹与在线加工的空间位置的相对一致性。装夹叶片时，夹具体通过零点定位器与离线装夹定位座精密连接成为离线装夹夹具。然后，叶片连同夹具体从离线装夹定位座上卸下，再安装到加工设备上的零点定位基座上，不用调整即可进行零件加工，两者定位误差小于0.005mm。

图6 叶片夹具体

叶片装夹后， 由于加工时定位点已不再受力，不会对叶片造成损伤，A2、A3两个定位点不在夹具体上，加工时不会有干涉现象。

因此，总结一下此类加工难题时的夹具设计要点，可以发现包括了：

•6点定位快换夹具实现了叶片加工的精密定位与快换，在零件加工中充分体现了它的优势，减小了由于装夹受力不均而引起的变形，避免了零件定位点的压伤。

•离线装夹方式解决了设备空间小、操作不便等问题，更是保证了加工的连续性，提升了设备利用率。

•改变了之前对叶片叶身进行合金浇铸辅助工艺台进行定位夹紧的方式，对优化工艺路线、提升加工制造水平、减少费用和缩短研制周期有重要意义。

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