一種榫槽角向定位的夾具在卡圈槽銑削上的應用

田曉龍

摘? 要：卡圈槽是盤類零件在外緣的榫槽端面上的結構，起到安裝擋圈和限制葉片位置的作用。通常與卡圈槽相關的尺寸有它的寬度尺寸、角向位置尺寸和對稱度技術條件。其中角向位置尺寸通常是卡圈槽的中心線與榫槽的中心線的夾角，所以加工卡圈槽之前，務必要找到卡圈槽與榫槽的中心線的角向關系。為了解決某盤類件的卡圈槽在銑削時角向問題，研制了一種新的夾具，用于解決卡圈槽銑削時，角向定位困難，尺寸精度不易保證，重復定位效率低等問題。

關鍵詞：卡圈槽;角向定位;高效

中圖分類號：TH161? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 研究背景

某盤是重要零件，在高溫、高壓、高轉速的惡劣環境條件下工作，零件的材料為鈦合金。具有結構復雜、尺寸精度高、加工時易變形等特點。該文主要是圍繞解決輪盤卡圈槽銑削加工時，卡圈槽與輪盤中心的角向定位困難，角向位置的角度尺寸不易保證，多個零件同時加工時，重復裝夾和重復找正角向效率低等問題來開展的。原有夾具的結構由于在周向上的自由度限制不夠，只單純靠軸向壓緊力壓緊，在卡圈槽銑削加工時，由于加工余量大，從而銑削力過大，使零件在銑削時在周向方向轉動，從而導致零件尺寸的超差或者報廢。并且原有夾具不具備快換功能，采用常規螺栓擰緊方式安裝，每次更換零件時拆卸步驟繁瑣，加大了安裝零件的難度和時間，降低了零件的加工效率和加工周期。

該文研制了一種新型卡圈槽銑削加工的夾具，解決了零件卡圈槽銑削時，原有的夾具角向定位在周向方向的自動度限制不夠，角向定位困難，尺寸精度不易保證，盤件拆卸步驟繁瑣，重復定位角向加工效率低等問題。通過該夾具的研究試驗，實現了高精度定位的、操作簡單的、能夠提高加工質量和加工效率的快換角向定位夾具。

2 零件材料切削特點

（1）鈦合金切削變形系數小，增加了刀刃的磨損。

（2）鈦合金切削產生溫度高，瞬間產生較高的熱量，加快刀具磨損。

（3）鈦合金切削力大，容易產生振動，導致加快刀刃的磨損，影響零件表面質量。

（4）鈦合金的冷硬性，在切削后的零件外形成一層硬的氧化層，該氧化層能使零件的疲勞強度降低，還加速了刀具的磨損。

3 定位夾具的結構及定位原理

某盤榫槽角向定位的快換夾具，其結構包括底盤、螺桿、壓蓋、快換墊圈、螺母、蓋板、錐形頂塊、傳動桿、螺栓、彈簧、槍栓鎖套、滾花手柄、導塊以及槍栓鎖緊銷等。

具體結構：夾具的最下方有一個圓形底盤，在底盤中心設置的螺桿，在螺桿的上部設置壓蓋，在壓蓋上方設置快換墊圈，在快換墊圈的上部設置螺母，其特征在于：底盤外緣處設置導塊，導塊的上部設置導塊槽，導塊槽內部設置錐形頂塊，錐形頂塊的錐形端頂住榫槽兩側的內表面;錐形頂塊的結構特征在于：一端為錐形另一端有燕尾槽結構，傳動桿的鎖緊頭放在錐形頂塊的燕尾槽中，傳動桿的外表面套裝彈簧，彈簧的一端頂住錐形塊的一端，彈簧的另一端頂住槍鎖套的一端，鎖緊螺母套裝在傳動桿上，滾花手柄與傳動桿的末端螺紋連接;導塊上面設置蓋板，由螺桿連接，傳動桿上設置槍栓鎖緊銷。

某盤榫槽角向定位的快換夾具的定位原理：該榫槽角向定位的快換夾具上有一個圓錐形角向銷，當圓錐形角向銷與盤榫槽內工作面緊密貼合時，圓錐形角向銷的中心線正好與榫槽中心線重合，這樣就精準地確定了榫槽的角向。在夾具的底座上有2個平行的鍵槽，2個鍵槽的中心線與圓錐形角向銷的中心線重合，加工零件前，只需要拉直找正2個鍵槽的中心線，就找正了零件榫槽的中心線。裝夾零件時，只要把圓錐形角向銷頂緊榫槽就可以保證卡圈槽與榫槽的角向要求。夾具找正后，只要夾具不動，每次重復裝夾零件時只需找正零件的圓心，然后用角向銷頂緊零件，就可以輕松找正角向，不用每次找正夾具。除此之外，該夾具還有2個快換功能，一是在圓錐形角向銷設計成槍栓式結構，圓錐形角向銷的傳動桿的外表面有一個L形的鎖緊結構，傳動桿上安裝有彈簧，裝夾定位零件時，只需手動拉開或頂緊圓錐形角向銷即可。二是在零件的壓蓋下面有一個快換墊圈，每次拆卸零件時，不用把螺母全部拆卸下來，只需擰松螺母后把快換墊圈拆下來，就可以把快換螺桿拿下來，更換零件特別簡單快捷，無需每次完全卸下所有夾具部件，耗費了大量的裝夾時間。

4 定位夾具的應用

某盤榫槽角向定位的快換夾具的裝夾過程。

安裝零件前，首先將夾具安裝在加工中心的平臺上，輕擰安裝螺釘，找正夾具。找正夾具后，用百分表拉直具底座上的2個鍵槽，拉正鍵槽角向位置后，擰緊安裝螺釘，固定夾具。

重點在于在夾具的底座上有一個配合止口，與零件的止口相配合，其直徑尺寸公差要求0.03，配合端面與夾具底面基準的平等度不大于0.02，配合表面與底表基準的垂直度不大于0.02，配合間隙不大于0.05。加工前，把零件平放在夾具的配合止口中，串上螺桿并安上快換墊圈后輕壓壓蓋，然后找正零件跳動不大于0.01。

用錐形頂塊的錐形端頂住零件第一榫槽兩側，適當轉動錐形頂塊，使錐形頂塊與榫槽內壁緊密貼合，這樣就找正了榫槽的中心線的角向位置。之后壓緊夾具的壓蓋，完成零件裝夾。

5 圈槽的銑削和檢測

某盤卡圈槽的銑削是在數控加工中心上完成加工的。通過編制數控程序來保證卡圈槽的尺寸及技術條件。卡圈槽銑削加工前，由于榫槽的拉削加工已經完成，卡圈槽已經拉削斷開，只需銑削兩側端面的余量，但由于鈦合金材料特性銑削加工中仍會出現少量的讓刀現象，使卡圈變形，通常按照理論尺寸進行加工，卡圈槽的寬度尺寸會有不合格現象，此時通過調整程序的點位，從而改變刀具軌跡的位置來保證卡圈槽的寬度尺寸。卡圈槽的深度是通過對刀和數控程序保證的，深度過于淺，卡圈槽的根部會和底面有一個很大的接刀臺階，過深會銑削到輪盤的基準面，出現過切現象。所以加工前一定精確測量輪盤基準面距離卡圈外端面的距離后再進行加工。另外卡圈槽的四周的棱邊和尖邊的倒角毛刺通常有2種加工方式，一種是手工打磨加工，另外一種是銑削加工，2種加工方式的區別在于：銑削加工的棱邊倒角比手工打磨的尺寸大小均勻，粗糙度也比手工打磨得要好。缺點在于不能完全把卡圈槽的棱邊倒角上的毛刺全部去除，只能銑削卡圈槽外部棱邊的毛刺，卡圈槽內側棱邊的毛刺位于卡圈槽內側，刀具與卡圈干涉無法進行加工，是必需用手工打磨加工來完成。

某盤卡圈槽的寬度尺寸是用游標卡尺來測量的，卡圈槽與榫槽的角向位置和卡圈槽兩側端面的對稱度是通過三坐標檢測的，由于榫槽是帶一定的扭角的，所以檢測時，掃描榫槽內表面與輪盤基準端面，按照卡圈槽的角向要求計算出榫槽徑向面與軸向面的相交面，找出榫槽的中心線，再掃描卡圈槽的中心線，2條中心線的夾角就是卡圈槽的角向角度。而卡圈槽兩側端面的對稱度是用三坐標掃描出所有卡圈槽的側端面，計算出每一個卡圈槽的中心線，并以理論上每個卡圈槽位置的中心線的偏移量來計算的。

6 結語

通過該夾具的加工試驗，我們已經掌握了該夾具在卡圈槽銑削角向定位的技術，并在生產任務中成功應用。該夾具首次研制，極具創新性，成功地實現了利用該夾具卡圈槽的加工時，榫槽的準確定位功能;有效地解決了上述的問題，同時該夾具的槍栓式的自動鎖緊，實現了快換功能，極大地滿足了零件高效率生產需求，并節省了大量的生產成本，該夾具設計結構簡單，功能全面，操作方便，生產安全。

參考文獻

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