孔系列組合夾具在葉片加工中的應用研究*

齊孟雷

(遼寧機電職業技術學院，遼寧 丹東 118009)

1 概 述

航空發動機作為飛機的心臟，是集尖端技術于一身的高精密機械體，葉片是航空發動機作為飛機產生動力的主要零件，導向葉片上的觀察孔是用于安裝專業測量元件來監控飛機發動機內部溫度與壓力尺寸的一個安裝孔，觀察孔的位置精度直接影響相關數據的采集[1]。用孔系列組合夾具元件裝出的組合夾具不但保證觀察孔的位置精度，還能大幅度降低專用夾具的設計和制造費用。隨著航空發動機的不斷更新換代，我國研制多種新型號飛機發動機，而在研制過程中需大批專用工裝夾具，大批專用工裝夾具被迫報廢，造成科研經費的浪費[3]。在飛機發動機更新換代后，如何縮短生產準備周期和如何增加工藝裝備的柔性，已是航空發動機制造業急需解決的問題之一[2]。

2 導向葉片觀察孔的加工問題

具有觀察孔的導向葉片的觀察孔加工工藝現在是在專用夾具保證的前提下，由數控鏜床進行加工出的，而專用夾具的制造費用也是生產準備中的一個巨大的費用支出[3]。由于每臺飛機發動機中具有觀察孔的導向葉片的數量并不多，因此設計專用工裝的實際使用價值和意義不大。在實際生產中，如何利用組合夾具快速靈活的特點，快速解決零件加工準備中的瓶頸問題是重點研究課題。通過用孔系列組合夾具裝配出的葉片觀察孔的鉆夾具為實例，來探討孔系列組合夾具在葉片加工中的應用價值和意義。

3 孔系列組合夾具設計原理

由于本案例中的導向葉片尺寸屬于中、小型零件，因此選用適合組裝中、小型零件的北京藍新特公司的孔系列組合夾具。其設計原理是在40 mm×40 mm定位間距均勻分布的基礎板上，以任意孔為圓點做0.01 mm級差的直線調整，其裝配精度能夠滿足夾具積累誤差不大于零件尺寸公差的1/3～1/5。

4 導向葉片定位基準分析

本導向葉片以外圓A、槽B及平面C、D為本工序基準，加工導向葉片觀察孔φ10.5 mm，孔與Y軸夾角為11.5°，導向葉片觀察孔的位置精度為0.08 mm。如圖1所示。

圖1 導向葉片

4.1 夾具要求

被加工孔的軸向與夾具底平面垂直，葉片角向定位準確，夾具的重復定位精度好。

4.2 定位分析

葉片以平面基準C與平面基準D為主定位，限制3個自由度；2個短圓柱銷做次定位，限制2個自由度，并確定圓心位置；1個短圓柱銷做葉片在角向定位，與短斜面相切，限制葉片沿X軸方向旋轉(如圖2所示)。

圖2 安裝定位

5 夾具調整計算

5.1 外圓定位調整

由于2點可以確定圓弧的中心位置，故用2個直徑為12 mm的銷子定位葉片的外圓基準A-RXX。在計算機中計算出2個銷子的中心位置。用鉆模板與偏心銷鍵按照數據調整好位置：Y方向120 mm，Z方向4.5 mm。

5.2 角向定位調整

葉片的角向定位位置B為長度2.8 mm的斜面，在計算機中模擬裝配中，可確定在與葉片其它尺寸不干涉的情況下，2.8 mm的斜面可以用直徑為12 mm的銷子與其相切來確定葉片的角向位置，相切的位置盡量選擇斜面的中間處，以便保證銷子與斜面相切。

5.3 基準面臺階差的調整

葉片基準C與基準D的臺階差為24.83 mm，由于基準C用外圓定位鉆模板進行定位，鉆模板的厚度為20 mm，則基準D距離基準板為44.83 mm，選用2個正方形支承、1.5 mm正方形墊片和3.33 mm正方形墊片就可以調整出X方向臺階差。

5.4 鉆模板的調整

(1) 鉆模板Z方向的調整 中間基礎板距離垂

直基礎板的上邊緣距離為90 mm，選用20 mm高的正方形支承、10 mm正方形墊片及60 mm正方形支承就可以調整出Z方向90 mm。

(2) 鉆模板X方向的調整 正方形支承孔中心距離零件基準C為100 mm，鉆模板孔中心距離零件基準C為20.5 mm。正方形支承孔中心距離被加工孔的位置尺寸為120.5 mm,而鉆模板孔中心到T型鍵槽中心的距離為115 mm。則鉆模板X方向需要偏移量e=120.5-115=5.5 mm，選用的5.5 mm偏心T型銷鍵則可以完成X方向的調整。

5.5 夾 緊

用2套壓板分別壓緊葉片上下緣板端面,用頂緊螺栓頂緊葉片下緣板圓弧處,以防止鉆孔時葉片發生位移。

6 結 語

通過實際使用由孔系列組合夾具元件裝配出的觀察孔的鉆具，該套夾具的穩定性特別好，加工出的4片葉片的檢驗數據一致，檢驗數據證實觀察孔的位置精度為不到0.02 mm在設計給定的公差0.08 mm范圍內，比用數控鏜床加工出的孔的位置度還要好。一套專用夾具的設計制造費用約為12 000元左右，它的設計制造周期達到30天甚至更長時間。同樣一套組合夾具節省95%的夾具制造材料費用，不但直接給公司節省1.2萬元的費用；它還將專用夾具的生產準備周期30天壓縮為1～2天，可以節省90%的夾具設計制造時間。目前，黎明公司的組合夾具每年就可以為全公司節省專用夾具制造費用達到1 000萬元之多。組合夾具確實可以大幅度提高新型號飛機發動機的研發速度，能大幅度節省生產準備時間和巨大的夾具制造費用，因此組合夾具是解決航空發動機制造業快速發展瓶頸的一種有效途徑，也能為航空發動機制造業快速發展提供有力的保障[4]。

參考文獻:

[1] 李增志．組合夾具組裝技術手冊[Z].北京：中國航空工業總公司第三0一研究所，1997.

[2] 趙志鵬,唐 瑋．UG NX5完全自學手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3] 宋恕良,李天聰．組合夾具組裝手冊[Z].保定：國營向陽精密機械廠，1985.

[4] 孫大涌.先進制造技術[M].北京：機械工業出版社，2000.