车削加工通用底座的研究与开发

王积全

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 产品零件结构与加工工艺的分析

轮盘类零件的主流结构如图一所示，内定位止口直径D2的范围一般都在350~500之间，零件D1的范围一般在110至220之间，H值的范围一般是2~4。（打叉的表面为车加工表面）

可以看出：a、由于加工表面就是压紧表面，所以在加工过程中，必须要分成两步压紧，即通常所说的“倒压板”。b、因为H值很小，为了防止加工过程中零件变形造成的加工偏差，在零件的内侧一定要辅以支承，以保证零件加工的可靠性和稳定性。c、轮盘类零件是发动机中的重要部件，所有的机械加工精度、形位公差，都有很严格要求的。d、大部分的轮盘类零件的主流结构形式类似，它们的车床夹具的形式与结构也大同小异。

经过现场考察和走访，经过与专家和相关工艺人员的研究讨论，一至认同：采用一个典型的通用底座辅以简单的更换压板和定位销的方式，达到对大部分轮盘类零件进行车削加工的要求。

2 结构设计

2.1 通用底座的设计。通用底座是设计中的主体。用这一个通用的底座，来完成大部分盘类零件的车工过程。所以通用底座的设计是至关重要的。a、底座的直径：考虑到零件的直径范围350~500，底座的直径为700。b、采用了铸件，通过加强筋和幅板，来提高底座的强度和刚性并且要降低夹具的整体重量。c、本底座主要应用于数控卧车，连接尺寸都是以数控卧车相配的，普通车床也可能参考使用。

2.2 定位方法的确定。轮盘类零件一般都是用定位止口定位。为了满足止口的范围350~500，(1).采用了活动式定位销的定位方式 。用六个活动式定位销周向均匀分布组成一个定位圆。定位销装入底座后用螺钉压紧，以防止定位销的窜动。定位销直径d值是随着定位止口直径φ值而变化的。d值的变化范围确定为30~80。 (2).在通能底座上设计了三组不同数值的标准定位直径的定位销孔 ，它们的直径分别为：φ320、φ370、φ420。定位销直径 d 值的变化与三组定位销孔的配合，实现了定位止口从φ350~φ500的变化范围。当被加工零件的定位止口直径从350变化到500时，本夹具完全能够实现无级的跟踪保证。

2.3 夹紧装置的确定

a、夹具的内侧压紧，采用了快卸式压圈压紧的形式：

H2是被加工零件上的一个轴向尺寸，不同的零件对应的H2值也不同，即H2是一个变化的参数。利用UG软件尺寸关联的特点和参数化的功能，对压紧螺栓的长度进行了参数化设计，以保证当H2变化时，压紧螺栓的长度也随之相应在变化。

D1是压圈上的止口尺寸，它也是随着零件的尺寸变化而变化的，所以D1也是一个参数化的尺寸。当D1改变时，整个压圈的径向尺寸都要随之变化。

b、夹具的外侧压紧采用了六个快卸式压板周向均布的压紧方式。当给H1一个固定的数值时，螺栓长度和支承的长度都会相应地随之改变，从而达到了压板高度参数化设计的目的。

压板的结构做了一定的改变，将原来的圆孔改成现在的长槽，当压紧的位置变化时，保证压板能有一定的径向移动量，移动范围一般应不大于20。在底座上开有支承螺钉用的长槽，用来规定压板滑动的方向。

2.4 辅助支承结构的确定

通常的辅助支承有很多类型，比如：斜面滑块结构：通过滑块在斜面上移动来得到高度的变化以达到支承的目的。弹簧销结构：靠弹簧力保证销头与支承表面紧密接触，锁紧后，达到辅助支承的目的。由于被加工零件的支承表面是一个变化的范围，要求支承点不能固定，所以上述两种支承方式都不能采用。本夹具采用的是周向均布的调节螺钉。通过调整螺钉的高度达到支承零件的目的：这种支承结构拆卸和安装都很方便，完全适合支承位置需要经常改变的要求。同时考虑到常用零件的的直径D1一般在110~220的范围内，在通用底座上，开了六组位置不同的支承螺栓孔。当被加工的零件D1值变化时，通过不同组别的支承螺栓孔都能保证支承到需要的表面。

当被加工的零件采用外止口定位时如图一所示：本夹具的定位范围是φ240~390。对应的关系是：

标准定位直径φ320对应的定位范围240~290

标准定位直径φ370对应的定位范围290~340

标准定位直径φ420对应的定位范围340~390

定位销直径d的变化范围与标准定位直径的互补，实现了从φ240~φ390范围内完全定位的要求。外侧压板的位置增加了两组孔位，保证了压板有五种位置的选择。配合压板上的长槽，这样就加大了压板的压紧范围，满足了工艺上对压紧零件的要求。

3 活动式定位销的参数化设计

当D2在350~400时，活动式定位销插在标准定位直径φ320上；当D2在400~450时，活动式定位销在标准定位直径φ370上；当D2在500~550时，活动式定位销在标准定位直径φ420上。

定位销直径的确定方法。例如：

D2=φV413.2,对应的标准定位直径为φ370,则：定位销直径d=413.2-370=φ43.2

定位销直径d的公差由设计人员自定（建议公差值为0.05~0.1）。

4 使用方法

在对轮盘类零件编制车加工的工艺规范时，如果需要设计车床夹具，一定要掌握零件的四个参数，见图一。打开UG软件，在建模的状态下，打开菜单中工具栏的表达式，输入需要车加工的轮盘的 H1、H2、D1、D2 的新值，确定后，UG软件自动建造新的模型，同时也自动生成了二维图型。打印出图，即可完成新的工装的设计。

本夹具的研发成功，是在工艺装备技术研究所领导、首席技术专家和相关技术人员共同努力的结果。到现场考察，请专业人士提出整改意见，前前后后经历了多次的反复和修改，现已确定为盘类零件车加工的典型结构进行推广。它的主要特点是：

4.1 出图快。不用考虑夹具的结构，工艺人员只要输入相应的四个数据，就能直接得到三维的立体模型和二维图纸，缓解了工装设计的压力，降低了工装设计人员的设计数量。以前要几天才能设计出来的图纸，现在只需要很短的时间就能设计出来。为推进工艺工装一体化提供了理想的平台。

4.2 制造周期短。对于一个新的不夹具来说，只需要制造几个压板组件和压圈组件。大大的缩短了工装夹具的制造周期，即降低了成本，又提高了工装快速反应的能力。较好地解决了工装制造的瓶颈难题。

4.3 质量大幅提升。结构是典型的，制造是简单的，只要输入的四个数据是正确的，产品的质量就完全有了保证。这大大地提高了工装设计和制造的质量。

[1]《机械工程手册》北京：机械工业出版社，1982年3月第一版第九卷。

[2]杨黎明.《机床夹具设计手册》北京：国防工业出版社，1996年5月第一版

[3]《航空工艺装备设计手册》北京：国防工业出版，1978年3月第一版《夹具设计》分册

[4]成大先.《机械设计手册》化学工业出版社1994年4月第三版第一卷、第二卷 。