■北京遙測(cè)技術(shù)研究所 （100076）

姚建華

1. 零件結(jié)構(gòu)概況

該零件為我所某型號(hào)產(chǎn)品上的結(jié)構(gòu)件，屬于薄壁曲面難加工零件，具有“口小腔大”的特點(diǎn)（見(jiàn)圖1）。材料為聚四氟乙烯，壁厚最薄處不足2mm，內(nèi)腔尺寸最深處達(dá)130mm，內(nèi)腔公差要求均在0.1mm以內(nèi)，表面粗糙度值要求Ra=1.6μm。

2. 常規(guī)加工方法

圖 1

在加工口小腔大、薄壁、易變形材質(zhì)的曲面腔體零件時(shí)，常規(guī)加工方法是設(shè)計(jì)專用模具通過(guò)注塑或鑄造的方法成型，但是即使精密鑄造出來(lái)的零件在尺寸公差、表面粗糙度等方面也不能達(dá)到較高精度，而且每加工一種零件就要設(shè)計(jì)一套模具，適用于批量生產(chǎn)的低精度零件加工，對(duì)于高精度要求的小批量零件加工時(shí)則會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工程量巨大且達(dá)不到設(shè)計(jì)精度。

3. 零件加工難點(diǎn)

（1）零件材料特點(diǎn)。聚四氟乙烯質(zhì)軟易變形，加工過(guò)程中產(chǎn)生帶狀切屑，容易纏屑將零件擠壓變形，造成尺寸超差且使表面粗糙度達(dá)不到要求。

（2）加工過(guò)程難點(diǎn)。零件進(jìn)行完內(nèi)腔加工后，外形無(wú)裝夾部位，需設(shè)計(jì)專用夾具。當(dāng)設(shè)計(jì)夾具將零件內(nèi)腔撐起進(jìn)行外形輪廓加工時(shí)，由于零件內(nèi)腔具有口小腔大的特點(diǎn)，若制作完全符合零件內(nèi)腔輪廓的心軸采用常規(guī)方法則無(wú)法放入其中；若心軸不完全符合零件內(nèi)腔輪廓，由于零件壁薄，加上零件材質(zhì)易變形，心軸不能將內(nèi)腔完全撐起，零件內(nèi)腔存在空隙部分，刀具加工到空隙部分外形時(shí)，容易使內(nèi)腔變形，甚至將零件車破，造成零件報(bào)廢，難以得到設(shè)計(jì)圖樣要求。

4. 組合夾具設(shè)計(jì)

關(guān)于組合夾具的設(shè)計(jì)方案，總思路是把內(nèi)腔完全支撐起來(lái)加工外形，既防止內(nèi)腔變形，也防止加工外形時(shí)內(nèi)腔中空把零件車破。

（1）夾具材料選擇。由于需要將零件內(nèi)腔撐起，因此我們選擇具有一定彈性形變特點(diǎn)的黃銅作為制作夾具的材料，既能滿足撐起要求，又便于切削加工。

（2）夾具設(shè)計(jì)理念。組合夾具由3部分構(gòu)成，分別為螺紋錐度心軸（見(jiàn)圖2）、米字花瓣脹胎（見(jiàn)圖3）和仿形組合心軸（見(jiàn)圖4），夾緊方式選擇螺紋配合錐度撐起方案。其中仿形組合心軸要滿足將內(nèi)腔完全撐起來(lái)，切割瓣數(shù)要選用最少，如果采用2瓣，3瓣的切割方式均不能放入零件內(nèi)腔，經(jīng)驗(yàn)證切割瓣數(shù)最少為4瓣。選擇線切割加工以保證最小的切削量，否則夾具組合后間隙過(guò)大，加工過(guò)程中易將零件外形車破。

圖2 螺紋錐度心軸

圖4 仿形組合心軸

圖3 米字花瓣脹胎

（3）夾具加工要點(diǎn)。組合夾具的難點(diǎn)是如何將仿形組合心軸裝入零件口小腔大的內(nèi)腔，夾具設(shè)計(jì)巧妙之處在于仿形組合心軸的切割方法。仿形組合心軸分成4瓣時(shí)，首先采用線切割加工方式加工第1瓣，第1瓣的截面為120°扇形，大小為仿形組合心軸的1/3；然后對(duì)剩下部分從第1瓣扇形原點(diǎn)開(kāi)始沿直徑方向左右各30°切割仿形組合心軸最大直徑的1/2后，再向外進(jìn)行直角切割，形成3瓣，其中第2、3瓣為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，另一瓣稱為第4瓣（見(jiàn)圖4）。仿形組合心軸的直徑尺寸比薄壁零件內(nèi)腔尺寸小0.02～0.05mm，這樣既能使零件容易安裝在心軸上，又能保證一定的摩擦力而實(shí)現(xiàn)車削加工。若心軸與零件內(nèi)腔配合間隙過(guò)大，零件安裝后因沒(méi)有足夠的摩擦力而導(dǎo)致零件無(wú)法與心軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而無(wú)法進(jìn)行車削加工。

（4）夾具裝夾技巧。組合夾具裝夾方法步驟如下：第一步，首先將仿形組合心軸的第一瓣裝入口小腔大薄壁零件內(nèi)腔中，然后對(duì)稱裝入第2瓣、第3瓣，將前3瓣拼好后，向零件內(nèi)腔中推入第4瓣（注意4瓣心軸裝入順序不能顛倒，否則不能將仿形組合心軸裝入零件中），形成整體仿形組合心軸；第二步，將米字花瓣脹胎推入仿形組合心軸的內(nèi)腔中，組成一個(gè)組合體；第三步，將組合體利用內(nèi)外螺紋配合方式旋入在機(jī)床上找正的螺紋錐度心軸上，利用錐度配合將零件內(nèi)腔適當(dāng)撐起，即可進(jìn)行外形輪廓的加工（見(jiàn)圖5）。

5. 組合夾具優(yōu)勢(shì)

該組合夾具與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為：

（1）該組合夾具解決了加工口小腔大薄壁零件類產(chǎn)品內(nèi)腔后因外形沒(méi)有裝夾部分而無(wú)法進(jìn)行后續(xù)加工的難題。加工時(shí)，仿形組合心軸完全符合零件內(nèi)腔輪廓，零件內(nèi)腔沒(méi)有中空部分，能給零件提供相應(yīng)支撐，避免了刀具將薄壁零件車破的問(wèn)題。零件加工后，內(nèi)腔變形小，平行度、同軸度、表面粗糙度以及厚度誤差可控制在很小的范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)的精度要求。

圖 5

（2）該組合夾具通過(guò)螺紋錐度心軸和米字花瓣脹胎內(nèi)外螺紋旋入與錐度配合控制夾緊力的大小，米字花瓣脹胎上有專門的適合扳手裝夾的凹槽（見(jiàn)圖3），可選用力矩扳手保證夾緊力在適合范圍之內(nèi)。組合夾具在夾緊過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)方向與對(duì)零件加工過(guò)程中的切削力矩方向一致，在加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，夾緊更可靠。

（3）該組合夾具材質(zhì)選用機(jī)械加工中經(jīng)常用到的黃銅，材料容易準(zhǔn)備，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制作，并且找正裝卸方便。

（4）在加工同一種產(chǎn)品時(shí)組合夾具可反復(fù)多次使用，減少了材料的消耗，提高了效率，更為經(jīng)濟(jì)、合理。夾具一般可在數(shù)控車床上一次裝夾加工出來(lái)，不卸下就直接使用，或者經(jīng)定位找正后使用，均能保證其端面跳動(dòng)、軸向跳動(dòng)與機(jī)床主軸性能一致。

6. 結(jié)語(yǔ)

該組合夾具克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種車床上使用的螺紋夾緊組合夾具及裝夾方法，使口小腔大零件在進(jìn)行外形加工過(guò)程中內(nèi)腔能夠得到完全的支撐，裝夾找正方便，在加工過(guò)程中零件變形小，能保證零件的精密加工尺寸及形位公差，為加工同類口小腔大零件提供了一種可借鑒的有效途徑。