消除薄壁管殼加工變形的夾具設計

■ 西安北方光電科技防務有限公司 （陜西 710043） 申 偉 張利軍

隨著機械制造業的發展，對產品要求：精度高、體積小和重量輕，高精度薄壁零件逐漸增多，尤其是對連接產品的薄壁管殼工件進行加工時，消除定位、裝夾變形的技術一直困擾技術人員及加工操作者。有文獻指出，采用心軸定位夾具，分多次裝夾零件壓緊，彈性心軸定位夾緊零件，軟爪徑向夾持零件，但由于管殼零件壁薄，尺寸精度要求高、幾何公差要求嚴格，必須要一次裝夾完成零件加工，在彈性、徑向夾持力的作用下，零件加工后會產生彈性變形。本文通過設計一種消除加工夾緊力變形的工裝，較好的解決薄壁管殼零件在加工中因受夾緊力而產生變形的難題。

1. 薄壁管殼零件介紹

薄壁管殼零件成件如圖1所示。形狀為橢圓曲線形，小端孔φ58H7，大端孔直徑84H7，壁厚1.5mm，零件幾何公差精度對基準孔端面要求高。

2. 薄壁管殼零件加工難度

圖1 薄壁管殼零件

零件壁厚1.5mm，剛性差，薄壁管殼零件的直徑與長度之比＝D/L≥10，零件加工時在主切削力的作用下，受到刀具的徑向擠壓產生彈性變形。根據零件的尺寸精度要求，需要一次加工完成，才能達到技術要求，但是受到零件結構限制，零件在裝夾定位時有如下問題：

（1）若采用分道加工，先加工外圓圓柱面，壓圓柱面再加工曲線面，則存在二次裝夾，達不到零件幾何公差要求。

（2）若采用軟爪夾持孔或其它部位，零件在受到徑向夾緊力時產生彈性變形。

（3）如采用彈性心軸內脹孔，由于零件剛性差、壁薄，在彈性夾緊力作用下，零件也會產生彈性變形。

3. 夾具設計原理

根據管殼薄壁零件的結構形狀，采用端面壓緊、雙壓板壓緊形式，保證零件加工的尺寸及幾何公差要求。夾具如圖2所示，零件在莫氏心軸上定中心、端面定位，通過換壓板夾緊，1次完成零件外圓、孔端面加工。夾具采用軸向壓緊方式對零件不產生徑向壓力，克服徑向力對零件的變形影響。

圖2 薄壁管殼零件夾具

4. 夾具設計分析

（1）莫氏定位心軸（見圖3）為夾具的主體部分，與機床主軸內孔由錐體配合，通過配合間隙的微量校正，使夾具與機床主軸回轉中心一致，而零件在莫氏夾具體上定位，根據：δ定位誤差＝［TD－（Td上－Td下）］/2公式，計算δ定位誤差＝｛0.035－［（－0.005－（－0.01）］）｝/2＝0.002 5＜0.01（零件幾何公差），得出零件在莫氏定心軸上定位間隙，能滿足零件的加工要求。

（2）壓緊螺母（見圖4）將薄壁管殼零件與夾具體連接，薄壁管殼零件在莫氏定位心軸上定位后，轉動壓緊螺母，壓緊螺紋M110×2－6H內端面壓在薄壁管殼零件外圓的臺階面上，并將薄壁管殼零件端面軸向壓緊，此時，夾緊力的方向沿軸向方向，消除了主切削力加工時引起的加工振動，零件完成夾緊后，加工薄壁管殼零件φ58H7小端孔及端面，由于是軸向夾緊，消除了徑向夾緊力產生的薄壁管殼零件加工后的回彈變形。

圖3 莫氏定位心軸

（3）壓板（見圖5）為壓緊薄壁管殼零件端面部分，當完成薄壁管殼零件φ58H7孔及端面加工后，停機，零件不動，更換壓板，使薄壁管殼零件φ58H7孔端面受軸向端面夾緊力，完成零件二次壓緊，壓緊后，通過壓緊螺母的8～10mm扳手槽將壓緊螺母快速卸下。

圖4 壓緊螺母

圖5 壓板

薄壁管殼零件在第2次軸向端面壓緊時，壓緊螺母未卸下，此時維持薄壁管殼零件第1次加工狀態，第2次軸向端面壓緊后，再卸下第1次壓緊的螺母，完成薄壁管殼零件的外形加工，消除了徑向夾緊變形及切削振動，保證了薄壁管殼零件外圓等尺寸加工精度及幾何公差要求。

為了防止機床在高速運轉時壓板脫離壓緊面，在設計壓板時，考慮在壓板前端壓緊面上設計1個φ58mm深1mm的臺階圓，壓緊時臺階圓伸進薄壁管殼φ58H7孔里間隙配合。同時為了快速壓緊、卸下壓板，在壓板上設計有10.1mm尺寸的開口槽，使得稍松動六角頭螺栓，便可卸下或裝夾壓板。

5. 結語

工裝經過薄壁管殼零件的加工，效果良好，夾具制作簡單，定位可靠，尤其是巧妙地運用薄壁管殼零件自身的結構，采用雙壓板形式，使薄壁管殼零件在加工中自始至終不受徑向及軸向受夾緊力，消除了薄壁管殼零件因受夾具夾緊力而引起的變形，保證了薄壁管殼零件的尺寸精度及幾何公差的技術要求，解決了薄壁類零件產品加工難點。該工裝也可以推廣到其他零件的加工使用中。

[1] 趙長發.機械制造工藝學[M].北京：中央廣播電視大學出版社，2005.

[2] 張利軍，申偉.薄壁鈦合金零件切削工藝［J］.探測與控制學報，2011.