加工與裝夾同步精密定位快換夾具設計

■ 中國航發沈陽黎明工裝制造廠 （遼寧 110043） 申玉萍 羅 敏

隨著生產實際的需要，提高加工效率和設備利用率、降低工件的制造成本，已經成為越來越重要的需求。在生產現場，葉片數量多，存在著需線切割加工的某葉片的4面（8處）基準面，通常4套工裝才能完成工序，因此需設計一套夾具，由方箱定位機構與裝配工件方箱機構兩部分組成，利用精密定位的快換結構，不僅能線切割加工四面基準面4道工序，而且能夠實現在加工的同時，快速離線安裝并找正其它待加工的葉片，極大地減少設備停機時間。

此次在設計線切割四面基準面的4道工序夾具過程中，采用UG三維設計，方箱通過對葉片盆面兩個截面的定位點定位和設計壓緊葉背面的結構，減少安裝找正夾具及工件時間，解決了用1套工裝線切割4面基準面4道工序，并能達到安裝工件與加工工件同步進行，減少夾具在線占用設備的時間，并獲得正確的加工位置及加工精度的問題，滿足了生產需求。

1. 設計要求

在生產現場，存在著需線切割加工的某葉片的四面基準面工序，如圖1a、圖1b所示，加工位置有1、2、5和6所指的4處。定位基準為盆面4所指的3處基準點，軸向定位為大端葉片3所指的基準點，壓緊面為背面7所指的壓緊點。需要設計1套工裝實現4面基準面的加工。

2. 主要技術關鍵和設計難點

圖 1

（1）為了提高設備利用率和加工效率，如何在工裝結構上進行創新改進。

（2）由于是離線安裝，需要保證多個方箱相對于裝配夾具精密定位，位置保持不變。

（3）工件用方箱離線安裝找正，如何保證方箱放置設備上工件相對方箱位置保持不變。當方箱加工完一面需要換位時，需要保證方箱定位后的葉片中心線位置不變。

（4）方箱的定位基準與葉片定位基準如何做到統一。

（5）由于定位基準為毛料，需要保證夾具讓開毛料飛邊的問題。

3. 技術解決方案

通過反復的研究和分析，針對以上設計要求和技術難點，整個工裝夾具分為方箱定位的加工機構和定位方箱的裝配機構兩部分，以此來提高加工效率和設備利用率；為了保證多個通用方箱每次相對于裝配夾具位置相同，采用底座上槽面與一個擋塊實現精密定位；方箱的4個定位基準面保證足夠的光度，并在方箱上通過4個定位壓緊螺釘壓緊葉身型面，就保證了工件與方箱相對位置和葉片中心位置不變；夾具定位塊與方箱擋塊的精密定位距離來實現方箱與工件基準統一；夾具2處定位工件的定位座給出2個槽和倒角讓開毛料飛邊。通過這些結構的選用，解決了線切割某葉片的4面（8處）基準面4道工序的關鍵問題。

4. 夾具的設計

本夾具采用了UG三維建模設計，使夾具零部件的結構及裝配直觀，避免了干涉問題。整體夾具的設計分為以下幾個主要方面，如圖2所示。下面主要針對加工機構中的方箱定位機構和定位方箱裝配機構中的定位壓緊工件結構及定位、壓緊方箱結構進行詳細的說明。

（1）方箱定位的加工機構：①方箱定位結構如圖3所示，方箱定位由3個定位壓緊螺釘對葉片盆面的3個基準點進行定位，當葉片安裝在裝配機構部分并靠緊該機構的3處定位基準面時，擰緊3個定位壓緊螺釘，保證葉片位置相對于方箱的位置保持不變。另外為防止方箱方向錯，在方箱的底部有一個防錯孔，如圖3中1所示。②方箱壓緊結構。方箱壓緊由1個壓緊螺釘對葉片背面進行壓緊，壓緊前有3個定位壓緊螺釘已經定位到葉片盆面定位點。需要松開葉片時將此螺釘旋開即可，如圖3所示。

圖2 整體夾具結構圖1.底座 2.方箱

（2）定位方箱的裝配機構：為了實現離線安裝找正工件，采用裝配機構安裝方箱，葉片不僅與方箱定位，也與裝配機構定位，從而保證了葉片加工位置的正確性。裝配整體機構如圖4所示。其中①定位壓緊工件結構：設計中葉片的兩面定位位置如圖1b中的5所示，用兩個定位座如圖4中的2和4所指兩面定位，定位座放大圖如圖5所示；葉片的另兩面定位位置如圖1b中的6所示，用兩個定位座如圖4中的6和7所示兩面定位；葉片軸向定位如圖1a中的3所示，用定位銷定位如圖4中的5所示；壓緊工件位置如圖1a中的1所示，用兩個壓緊螺釘壓緊如圖4中1、3所示。另外為了讓開毛料飛邊，兩個定位座均開槽和倒角。②定位方箱結構：設計中定位方箱結構采用3個定位面，如圖6中2、3、4所示的3個定位面，4為擋塊的側面，2、3為底座上槽的底面和側面。定位方箱時，將圖7中方箱的定位面3靠緊圖6中定位面4，圖7中方箱的定位面2靠緊圖6中定位面3，圖7中方箱的定位面1靠緊圖6中定位面2即可。③壓緊方箱結構：設計中壓緊方箱結構采用螺釘壓緊，如圖6中的壓緊螺釘1，實現方箱的壓緊功能。

圖3 方箱定位加工機構1. 防錯孔

5. 夾具的工作原理

圖4 定位方箱裝配機構1、3.壓緊螺釘 2、4、6、7.定位面5.定位銷

圖5 定位壓緊工件機構

圖6 定位方箱機構

（1）先將方箱套在葉片上，如圖7所示，再將方箱及葉片一同放在裝配機構上，如圖4所示，將葉片背面的兩個定位基準面如圖1b中5靠緊在圖4的兩個定位面2、4上，并將葉片大端端面如圖1a中定位點3靠緊在圖4中定位銷5上，這時頂緊圖4中的兩個螺釘1、3壓緊葉片，完成了葉片在裝配夾具中的定位壓緊。

然后進行方箱機構的定位壓緊，在圖7中將方箱的定位面2靠緊在圖6中定位面3上，圖7中的定位面2靠緊在圖6的定位面3上，圖7中的定位面1靠緊在圖6的定位面2上，完成方箱的定位，然后將圖6中的壓緊螺釘1壓緊圖7中方箱的3所示正對面的定位面上進行壓緊方箱，完成方箱的壓緊，這時擰緊圖7中葉片盆面對應的3個定位螺釘，頂緊在葉片盆型面上，然后擰緊圖5中的單一壓緊螺釘進行壓緊，完成葉片在方箱內的定位壓緊。

（2）松開圖4中的兩個壓緊螺釘1、3，并松開圖6中的螺釘1，將帶有工件的方箱從裝配機構上拿下來，至此完成方箱定位的加工機構操作。

（3）將圖7中的定位面2放在線切割設備上，找正方箱上表面橫縱方向，然后壓緊，進行線切割加工，至此完成圖1a、圖1b中定位面1、5的加工；將圖7中的定位面3放在線切割設備上，找正方箱上表面橫縱方向，然后壓緊，進行線切割加工，至此完成圖1a、圖1b中定位面2、6的加工，到此完成此葉片的所有基準面的加工。詳細的裝配關系如圖8所示。

圖7 方箱與葉片分散機構

（4）在進行線切割加工的同時，工人可以安裝其它的葉片在另外3個方箱上，步驟同此節的1、2內容。加工完1個葉片后，只需要將裝夾好葉片的方箱放在機床上加工即可。這樣就實現了在加工1個葉片的同時，離線安裝找正其他葉片，節省了大量的準備時間。

6. 結語

此夾具經過現場應用，加工效率和設備利用率均提高了2倍，節省了3個夾具的制造費用。首次實現了加工與裝配工件同步進行，一個方箱安裝的工件在加工的同時，其他的方箱可離開加工設備安裝找正工件，大大節省了拆裝夾具及拆裝工件的時間，提高了設備利用率。此夾具結構已在實際中推廣應用，為今后設計精密定位快換工裝提供了一種設計思路。

圖8 工裝工作過程

[1] 王文斌．機械設計手冊[M]．北京：機械工業出版社，2007．

[2] 孟少農．機械加工工藝手冊［M］．北京：機械工業出版社，1996．