加工与装夹同步精密定位快换夹具设计

2018-03-26中国航发沈阳黎明工装制造厂辽宁110043申玉萍

金属加工(冷加工) 2018年3期

■ 中国航发沈阳黎明工装制造厂（辽宁 110043）申玉萍罗敏

随着生产实际的需要，提高加工效率和设备利用率、降低工件的制造成本，已经成为越来越重要的需求。在生产现场，叶片数量多，存在着需线切割加工的某叶片的4面（8处）基准面，通常4套工装才能完成工序，因此需设计一套夹具，由方箱定位机构与装配工件方箱机构两部分组成，利用精密定位的快换结构，不仅能线切割加工四面基准面4道工序，而且能够实现在加工的同时，快速离线安装并找正其它待加工的叶片，极大地减少设备停机时间。

此次在设计线切割四面基准面的4道工序夹具过程中，采用UG三维设计，方箱通过对叶片盆面两个截面的定位点定位和设计压紧叶背面的结构，减少安装找正夹具及工件时间，解决了用1套工装线切割4面基准面4道工序，并能达到安装工件与加工工件同步进行，减少夹具在线占用设备的时间，并获得正确的加工位置及加工精度的问题，满足了生产需求。

1. 设计要求

在生产现场，存在着需线切割加工的某叶片的四面基准面工序，如图1a、图1b所示，加工位置有1、2、5和6所指的4处。定位基准为盆面4所指的3处基准点，轴向定位为大端叶片3所指的基准点，压紧面为背面7所指的压紧点。需要设计1套工装实现4面基准面的加工。

2. 主要技术关键和设计难点

图 1

（1）为了提高设备利用率和加工效率，如何在工装结构上进行创新改进。

（2）由于是离线安装，需要保证多个方箱相对于装配夹具精密定位，位置保持不变。

（3）工件用方箱离线安装找正，如何保证方箱放置设备上工件相对方箱位置保持不变。当方箱加工完一面需要换位时，需要保证方箱定位后的叶片中心线位置不变。

（4）方箱的定位基准与叶片定位基准如何做到统一。

（5）由于定位基准为毛料，需要保证夹具让开毛料飞边的问题。

3. 技术解决方案

通过反复的研究和分析，针对以上设计要求和技术难点，整个工装夹具分为方箱定位的加工机构和定位方箱的装配机构两部分，以此来提高加工效率和设备利用率；为了保证多个通用方箱每次相对于装配夹具位置相同，采用底座上槽面与一个挡块实现精密定位；方箱的4个定位基准面保证足够的光度，并在方箱上通过4个定位压紧螺钉压紧叶身型面，就保证了工件与方箱相对位置和叶片中心位置不变；夹具定位块与方箱挡块的精密定位距离来实现方箱与工件基准统一；夹具2处定位工件的定位座给出2个槽和倒角让开毛料飞边。通过这些结构的选用，解决了线切割某叶片的4面（8处）基准面4道工序的关键问题。

4. 夹具的设计

本夹具采用了UG三维建模设计，使夹具零部件的结构及装配直观，避免了干涉问题。整体夹具的设计分为以下几个主要方面，如图2所示。下面主要针对加工机构中的方箱定位机构和定位方箱装配机构中的定位压紧工件结构及定位、压紧方箱结构进行详细的说明。

（1）方箱定位的加工机构：①方箱定位结构如图3所示，方箱定位由3个定位压紧螺钉对叶片盆面的3个基准点进行定位，当叶片安装在装配机构部分并靠紧该机构的3处定位基准面时，拧紧3个定位压紧螺钉，保证叶片位置相对于方箱的位置保持不变。另外为防止方箱方向错，在方箱的底部有一个防错孔，如图3中1所示。②方箱压紧结构。方箱压紧由1个压紧螺钉对叶片背面进行压紧，压紧前有3个定位压紧螺钉已经定位到叶片盆面定位点。需要松开叶片时将此螺钉旋开即可，如图3所示。

图2 整体夹具结构图1.底座 2.方箱

（2）定位方箱的装配机构：为了实现离线安装找正工件，采用装配机构安装方箱，叶片不仅与方箱定位，也与装配机构定位，从而保证了叶片加工位置的正确性。装配整体机构如图4所示。其中①定位压紧工件结构：设计中叶片的两面定位位置如图1b中的5所示，用两个定位座如图4中的2和4所指两面定位，定位座放大图如图5所示；叶片的另两面定位位置如图1b中的6所示，用两个定位座如图4中的6和7所示两面定位；叶片轴向定位如图1a中的3所示，用定位销定位如图4中的5所示；压紧工件位置如图1a中的1所示，用两个压紧螺钉压紧如图4中1、3所示。另外为了让开毛料飞边，两个定位座均开槽和倒角。②定位方箱结构：设计中定位方箱结构采用3个定位面，如图6中2、3、4所示的3个定位面，4为挡块的侧面，2、3为底座上槽的底面和侧面。定位方箱时，将图7中方箱的定位面3靠紧图6中定位面4，图7中方箱的定位面2靠紧图6中定位面3，图7中方箱的定位面1靠紧图6中定位面2即可。③压紧方箱结构：设计中压紧方箱结构采用螺钉压紧，如图6中的压紧螺钉1，实现方箱的压紧功能。

图3 方箱定位加工机构1. 防错孔

5. 夹具的工作原理

图4 定位方箱装配机构1、3.压紧螺钉 2、4、6、7.定位面5.定位销

图5 定位压紧工件机构

图6 定位方箱机构

（1）先将方箱套在叶片上，如图7所示，再将方箱及叶片一同放在装配机构上，如图4所示，将叶片背面的两个定位基准面如图1b中5靠紧在图4的两个定位面2、4上，并将叶片大端端面如图1a中定位点3靠紧在图4中定位销5上，这时顶紧图4中的两个螺钉1、3压紧叶片，完成了叶片在装配夹具中的定位压紧。

然后进行方箱机构的定位压紧，在图7中将方箱的定位面2靠紧在图6中定位面3上，图7中的定位面2靠紧在图6的定位面3上，图7中的定位面1靠紧在图6的定位面2上，完成方箱的定位，然后将图6中的压紧螺钉1压紧图7中方箱的3所示正对面的定位面上进行压紧方箱，完成方箱的压紧，这时拧紧图7中叶片盆面对应的3个定位螺钉，顶紧在叶片盆型面上，然后拧紧图5中的单一压紧螺钉进行压紧，完成叶片在方箱内的定位压紧。

（2）松开图4中的两个压紧螺钉1、3，并松开图6中的螺钉1，将带有工件的方箱从装配机构上拿下来，至此完成方箱定位的加工机构操作。

（3）将图7中的定位面2放在线切割设备上，找正方箱上表面横纵方向，然后压紧，进行线切割加工，至此完成图1a、图1b中定位面1、5的加工；将图7中的定位面3放在线切割设备上，找正方箱上表面横纵方向，然后压紧，进行线切割加工，至此完成图1a、图1b中定位面2、6的加工，到此完成此叶片的所有基准面的加工。详细的装配关系如图8所示。

图7 方箱与叶片分散机构

（4）在进行线切割加工的同时，工人可以安装其它的叶片在另外3个方箱上，步骤同此节的1、2内容。加工完1个叶片后，只需要将装夹好叶片的方箱放在机床上加工即可。这样就实现了在加工1个叶片的同时，离线安装找正其他叶片，节省了大量的准备时间。

6. 结语

此夹具经过现场应用，加工效率和设备利用率均提高了2倍，节省了3个夹具的制造费用。首次实现了加工与装配工件同步进行，一个方箱安装的工件在加工的同时，其他的方箱可离开加工设备安装找正工件，大大节省了拆装夹具及拆装工件的时间，提高了设备利用率。此夹具结构已在实际中推广应用，为今后设计精密定位快换工装提供了一种设计思路。