某主軸件非平行方口磨削加工夾具設計

歐陽阿寧，石 鑫，蔡永清，王忠建，敖曉暉，曾劍輝，王 明

(南昌新寶路航空科技有限公司，江西 南昌 330096)

在航空精密制造領域，磨削加工是最常用的加工方法之一，其90%以上的工作對象為軸類零件，加工應用的范圍較為廣泛，加工材料主要為高硬、超硬、硬質合金以及陶瓷等，加工后零件表面粗糙度可達到Ra(0.8～1.6) μm，在確保零件高精密尺寸、表面質量方面起著不可替代的作用[1]。

在實際生產中，兩端具有方口結構的某主軸零件(見圖1)，其兩處方口平面之間存在一定空間夾角且方口平行面間有一定的尺寸精度要求，此時就很難開展磨削工作，一是該零件不好定位和裝夾，傳統銑削又達不到相關技術要求[2-3]；二是磨削過程中，操作工不好直接測量[4-5]，無法掌握磨削狀態及時調整，確保尺寸與幾何公差要求，造成零件成批報廢，嚴重影響零件生產周期的節點交付。因此，特別需要設計一套工裝組合夾具來定位和裝夾具備該類特征的零件，特別是處理這種被加工平面之間非平行狀態下成空間角度的特征零件。當這種空間角度較小不易察覺時，往往反映出來的加工問題或質量問題更為明顯和突出，教訓慘痛。

圖1 某主軸件實體三維圖

綜上，為了有效解決上述問題，現通過深入分析零件整體加工工藝方案，結合主軸零件的設計結構特點，提出一種全新的非平行方口磨削加工組合夾具，不僅能夠實現該主軸零件的快速定位與裝夾，便于方口磨削加工的進行，保證尺寸精度與幾何公差要求，而且可以大幅提高該類零件的批產磨削加工效率，滿足該零件的周期節點交付。

1 主軸結構分析與技術要求

圖2 主軸件非平行方口面結構

2 夾具設計思路

對于該零件方口的磨削加工來說，平面磨最為適宜。結合零件結構特點，由于兩端方口平面間存在一定的空間角度α，并非統一平行于水平面，故而裝夾定位十分困難。現考慮借助組合夾具，采用固定一個方口加工另一個方口的方法將方口平面擺至水平實現零件的磨削加工[6-9]。

3 夾具結構及各部件功能介紹

圖3所示為該磨削夾具裝配實體和各部件拆分示意圖。該夾具整體結構簡單，采用“一面兩頂”定位裝夾方式，即通過α角度的托板架和緊固螺釘實現零件的兩頂和要加工的方口平面擺平，通過主軸件中間段精密外圓軸穿插至方形墊塊(墊塊中心開有配合精密孔)實現主軸件與墊塊的貼合，最后通過擰緊緊固螺釘和托板架上的螺釘完成整個主軸零件的裝夾固緊。其中，方形墊塊、托板架和主軸材質相同，均為30CrMnSiA，需熱處理，墊塊整體呈正立方體，各平面需保證互為垂直度≤0.02，墊塊上的精度孔開在對稱中心軸線上，其與主軸中間段精密外圓軸相配合，視外圓精密尺寸而定；墊塊和托板架由磨削加工完成，以確保所需要的精密尺寸。圖4所示為夾具裝配側面示意圖。

a) 拆分

圖4 夾具裝配側面示意圖

4 夾具的安裝與使用

圖5所示為該磨削夾具的具體裝配剖視圖。該夾具主要包含方形墊塊和托板架兩部分。方形墊塊正中心開有與零件中間光桿配合的精密孔，用于穿插零件。同時，方形墊塊一面開有螺釘孔，用于安裝緊固螺釘頂住穿入中心孔的主軸光桿，可以有效防止磨削過程中零件來回滑動；托板架厚度方向呈階梯狀，架口呈一定角度α，該角度必須與主軸零件兩端方口的空間夾角α一致，目的是為了確保當一端方口托頂時，要加工的另一端方口面平行于水平面，這樣不僅便于平面磨削加工，而且在加工過程中操作工可以直接對零件進行時時測量和調整。在托板架固定方面，托板架自身滑入方形墊塊上的精密滑槽內，托板架上面開有螺釘孔，其作用就是用于安裝緊固螺釘頂壓零件一端的方口平面。完成上述安裝操作后，該套夾具就起到了定位零件一端并固定，而去磨削另一端方口平面的作用。當磨完一端方口的其中一面后，操作工只需將工裝整體調頭，即可開始該端方口側面或對面的磨削工作，十分方便快捷，特別適合該類零件的裝夾與批產加工。

圖5 夾具裝配剖視圖

5 夾具設計應思考的問題

1)夾具設計前，應研究整體加工方案[10]，選定加工方法并結合零件的結構特點去考慮裝夾定位方式，然后再逐步拆分工作內容，自制相關裝夾定位用的配套零部件。

2)工裝夾具的設計應科學合理，盡量簡單實用，具備可操作性，注重實際效果的驗證與實施。

6 夾具實際應用效果

將上述非平行方口磨削夾具設計投入實際生產，并結合零件的現場反饋情況，現對舊方案“銑削方口”與新方案“磨削方口”2種工藝加工方案的加工數據進行對比分析，具體見表1。表1中，每批次50件。

表1 零件一次交檢合格率及典型尺寸合格情況對比

7 結語

通過上述研究可以得出如下結論。

1)本套方口磨削夾具設計結構簡單，工作原理通俗易懂，定位精準，裝夾快捷，實用性強，后期維護與管理十分方便。

2)能夠快速實現主軸零件的定位與裝夾，大幅提升方口平面的批產磨削加工效率，滿足零件的周期節點交付。

3)可推廣至類似方口結構的軸類零件加工上。自該磨削夾具投入零件批產以來，經其所加工出的主軸零件質量穩定可靠，方口檢驗符合設計技術要求，方口磨削加工效率得到大幅提高。