消除薄壁管壳加工变形的夹具设计

■ 西安北方光电科技防务有限公司 （陕西 710043） 申 伟 张利军

随着机械制造业的发展，对产品要求：精度高、体积小和重量轻，高精度薄壁零件逐渐增多，尤其是对连接产品的薄壁管壳工件进行加工时，消除定位、装夹变形的技术一直困扰技术人员及加工操作者。有文献指出，采用心轴定位夹具，分多次装夹零件压紧，弹性心轴定位夹紧零件，软爪径向夹持零件，但由于管壳零件壁薄，尺寸精度要求高、几何公差要求严格，必须要一次装夹完成零件加工，在弹性、径向夹持力的作用下，零件加工后会产生弹性变形。本文通过设计一种消除加工夹紧力变形的工装，较好的解决薄壁管壳零件在加工中因受夹紧力而产生变形的难题。

1. 薄壁管壳零件介绍

薄壁管壳零件成件如图1所示。形状为椭圆曲线形，小端孔φ58H7，大端孔直径84H7，壁厚1.5mm，零件几何公差精度对基准孔端面要求高。

2. 薄壁管壳零件加工难度

图1 薄壁管壳零件

零件壁厚1.5mm，刚性差，薄壁管壳零件的直径与长度之比＝D/L≥10，零件加工时在主切削力的作用下，受到刀具的径向挤压产生弹性变形。根据零件的尺寸精度要求，需要一次加工完成，才能达到技术要求，但是受到零件结构限制，零件在装夹定位时有如下问题：

（1）若采用分道加工，先加工外圆圆柱面，压圆柱面再加工曲线面，则存在二次装夹，达不到零件几何公差要求。

（2）若采用软爪夹持孔或其它部位，零件在受到径向夹紧力时产生弹性变形。

（3）如采用弹性心轴内胀孔，由于零件刚性差、壁薄，在弹性夹紧力作用下，零件也会产生弹性变形。

3. 夹具设计原理

根据管壳薄壁零件的结构形状，采用端面压紧、双压板压紧形式，保证零件加工的尺寸及几何公差要求。夹具如图2所示，零件在莫氏心轴上定中心、端面定位，通过换压板夹紧，1次完成零件外圆、孔端面加工。夹具采用轴向压紧方式对零件不产生径向压力，克服径向力对零件的变形影响。

图2 薄壁管壳零件夹具

4. 夹具设计分析

（1）莫氏定位心轴（见图3）为夹具的主体部分，与机床主轴内孔由锥体配合，通过配合间隙的微量校正，使夹具与机床主轴回转中心一致，而零件在莫氏夹具体上定位，根据：δ定位误差＝［TD－（Td上－Td下）］/2公式，计算δ定位误差＝｛0.035－［（－0.005－（－0.01）］）｝/2＝0.002 5＜0.01（零件几何公差），得出零件在莫氏定心轴上定位间隙，能满足零件的加工要求。

（2）压紧螺母（见图4）将薄壁管壳零件与夹具体连接，薄壁管壳零件在莫氏定位心轴上定位后，转动压紧螺母，压紧螺纹M110×2－6H内端面压在薄壁管壳零件外圆的台阶面上，并将薄壁管壳零件端面轴向压紧，此时，夹紧力的方向沿轴向方向，消除了主切削力加工时引起的加工振动，零件完成夹紧后，加工薄壁管壳零件φ58H7小端孔及端面，由于是轴向夹紧，消除了径向夹紧力产生的薄壁管壳零件加工后的回弹变形。

图3 莫氏定位心轴

（3）压板（见图5）为压紧薄壁管壳零件端面部分，当完成薄壁管壳零件φ58H7孔及端面加工后，停机，零件不动，更换压板，使薄壁管壳零件φ58H7孔端面受轴向端面夹紧力，完成零件二次压紧，压紧后，通过压紧螺母的8～10mm扳手槽将压紧螺母快速卸下。

图4 压紧螺母

图5 压板

薄壁管壳零件在第2次轴向端面压紧时，压紧螺母未卸下，此时维持薄壁管壳零件第1次加工状态，第2次轴向端面压紧后，再卸下第1次压紧的螺母，完成薄壁管壳零件的外形加工，消除了径向夹紧变形及切削振动，保证了薄壁管壳零件外圆等尺寸加工精度及几何公差要求。

为了防止机床在高速运转时压板脱离压紧面，在设计压板时，考虑在压板前端压紧面上设计1个φ58mm深1mm的台阶圆，压紧时台阶圆伸进薄壁管壳φ58H7孔里间隙配合。同时为了快速压紧、卸下压板，在压板上设计有10.1mm尺寸的开口槽，使得稍松动六角头螺栓，便可卸下或装夹压板。

5. 结语

工装经过薄壁管壳零件的加工，效果良好，夹具制作简单，定位可靠，尤其是巧妙地运用薄壁管壳零件自身的结构，采用双压板形式，使薄壁管壳零件在加工中自始至终不受径向及轴向受夹紧力，消除了薄壁管壳零件因受夹具夹紧力而引起的变形，保证了薄壁管壳零件的尺寸精度及几何公差的技术要求，解决了薄壁类零件产品加工难点。该工装也可以推广到其他零件的加工使用中。

[1] 赵长发.机械制造工艺学[M].北京：中央广播电视大学出版社，2005.

[2] 张利军，申伟.薄壁钛合金零件切削工艺［J］.探测与控制学报，2011.