典型薄壁零件的车削工装设计

2015-07-17张亚晓

橡塑技术与装备 2015年16期

张亚晓

（航天精工股份有限公司，天津 300300）

薄壁零件通常是指壁厚或者板厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）之比小于1：20的零件[1],该类零件具有重量轻、强度高、用料少，结构紧凑[2]等优点，因此，在航空、航天、汽车制造等很多领域得到广泛应用，但其刚性差、装夹定位面小、抗变形能力差，如何提高薄壁零件的加工精度和质量，成为很多领域亟待解决的问题。为有效控制薄壁零件加工变形问题，本文根据装夹变形原因，总结出了几类典型零件的工装设计方法，控制装夹变形。

1 薄壁零件装夹变形原因分析

薄壁零件在夹紧力的作用下，因零件表面受力不均，导致零件不同部位产生不同程度的弹性变形，这样不同部位的加工余量就产生变化，在加工完毕夹紧力消失后，零件受弹性影响恢复成原本的形状，在这个恢复过程，刚加工完毕部位的形状必然发生变化，影响零件加工精度。

装夹变形[3]通常是因为零件壁薄，径向夹紧力不均匀造成的，因此，加工前必须考虑零件的材料特点、结构形状以及现有设备的加工能力，进而制定合适高效的装夹措施，比如转移夹紧位置（如预留工艺台、工艺孔、工艺螺纹等）、真空夹具的局部采用[4]、内部物质填充、扇形软爪夹紧、工装设计等方式。

下面针对几种典型薄壁零件，给出几种工装夹具设计方法。

（1）长轴套类，如图1。

图1 轴套类、环零件

该类零件一般内外圆直径相差较少，且长径比大，精度要求高。针对该类零件，我们给出几种常用的外圆加工和内孔工装设计方法。

外圆加工工装一般是采用芯轴定位夹紧方式，使夹紧力沿着刚性较好的轴线方向分布，同时可以增加夹紧面积减小变形。芯轴定位夹紧方式一般可分为轴向夹紧和径向夹紧。

轴向夹紧方式：一般由芯轴、垫片通过螺栓连接（如图2(a)所示）；或者芯轴、垫片、螺母连接（如图2(b)所示），另外，还可以将端盖中心加工成螺纹直接与芯轴连接（如图2(b)所示）。如果零件长度较长，也可以使用堵塞，一端装夹，一边用顶针顶着加工，如图3所示。若零件径向尺寸不大，可以去掉芯轴最左面的夹持台阶，三爪直接夹φA台阶。

图2 芯轴、垫片工装结构

上述工装芯轴长L一般略短与轴套零件长度；芯轴外圆尺寸φB与轴套零件内孔相配合，同时芯轴形状可根据轴套类零件内部结构变化而变化；垫片或端盖外径尺寸φC一般与轴套零件外圆尺寸相一致。

径向夹紧方式：一般有2种方式，一种是使用弹性芯轴、拉杆结构，芯轴使用线切割出3条缝隙，通过拉杆旋入弹性芯轴，芯轴尺寸膨胀，将套在芯轴上的零件夹紧，如图3所示；另一种是将零件套在芯轴上，将弹性衬套放入零件与芯轴间，通过垫片和螺栓调节弹性衬套情况达到加紧零件的目的，如图4所示。

图3 锥形芯轴、拉杆

图4 锥形芯轴、弹性衬套

图3的锥形芯轴锥部最大尺寸和图4弹性衬套尺寸φD与轴套类零件内孔相配合；同样锥形芯轴的长度L与零件长度相匹配。

内孔加工工装：一般有以下几种方式，比如将零件直接使用弧形软三爪夹紧；或将零件置于开口套内，通过三爪直接夹紧（如图5所示）；或将零件置于套筒内使用端盖压紧（如图6所示），若零件直径不大、长度较短时，可以直接工装图6套筒的左端实体部分去掉，三爪直接夹套筒外圆加工，该工装内孔φC与零件外圆相配，长度L比零件外部结构长度稍短，以便端面压紧，端盖内孔φB与零件内孔一致或略大，以保证不影响零件内孔加工。