叶片加工可调试夹具的设计与实现

陈文兵

（四川工程职业技术学院 ，德阳 618000）

0 引言

叶片是汽轮机的主要部件之一。加工装夹对叶片精度的非常重要：是保证加工型线符合图纸要求。如果夹具定位不准确[1]，加工出的叶片装入机器后会引起转子不平衡，受力不均，导致机组振动和轴承损坏。直接影响到汽轮机产品的质量。

叶片模型参见图1。

图1 叶片

每种叶片都有普通片、加厚片和末叶片三种规格。夹持端图形如图2所示。

目前很多工厂加工的夹具，如图3所示。

从图3可看出，夹具由两部分组成：左边为夹具体，右上部为夹持盒。夹持盒以底部凸台定位到夹具体的开放槽中，用螺钉固紧。工件以底部斜面2、前侧定位面3、左侧定位杆3定位。

夹紧由两部分组成：

图2 叶片左端尺寸

1）前后侧夹紧

将工件放入夹持盒中，底面、前侧面、左侧面与定位面贴合，然后拧紧螺钉2。

图3 传统夹具定位示意图

图4 传统夹具夹紧示意图

2）上下侧夹紧

将双头螺杆5固定端拧紧到开放槽的螺孔中，放入垫块6、压板4、螺母3，旋紧螺母3。

装上工件后的图形如图4所示。

从图4可以看出，由于夹持座右端做成L形，导致夹持盒的刚性较差。另外由于夹持盒与夹持座是分开的，存在装配误差。夹持盒底部斜平面高度达到定位要求难，通常用加垫片的方法，调整不方便，花费时间长、定位精度低。定位面磨损后不能重用。压板与工件上表面小面积接触，会损伤工件表面。

另外对同规格的加厚片、末叶片（图4），由于定位斜面距安装底面的距离不同需制作另外的夹持盒。 对于不同规格的每种叶片都需制作三块夹持盒，成本高。

因此，需要设计一种刚性好，重复定位精度高，适应范围较广的可调式夹具。

1 车铣复合机床加工可调试夹具的结构

本夹具由定位部件和夹紧部件组成（用UG软件绘制[2,3]）。

1.1 定位部件分为三部分（如图5所示）

1）底部定位块16为斜面，与叶片左端夹持端底部5斜面接触，限制了三个自由度。用车铣复合加工中心加工，准确保证斜度复合图纸要求。

2）为保证斜面与工件回转中心的尺寸，需调整左侧定位锁紧螺钉6的位置，调整好后用螺母锁紧。

3）为保证夹持端前后两侧对称，调整前侧边定位块4，先松开紧定螺钉2，调整螺钉3，然后拧紧螺钉2。

定位调整需要将夹具安装到机床卡盘，夹紧后用百分表检查。

图5 可调式夹具

1.2 夹紧部件为两部分（如图5所示）

松开情况下，后侧夹紧块回弹螺钉10和上部压板回弹螺钉13由于外围弹簧会拉动后侧夹紧块8和上部夹紧块15离开工件。

1）装入工件后，右选后侧夹紧螺钉9，螺钉9向前 移动，使后侧夹紧螺钉8移动，前侧面与工件后侧面接触，拧紧螺钉9即将工件前后方向夹紧。

2）右旋上部夹紧螺钉14，螺钉14向下移动，接触上部夹紧块15向下移动，使夹紧15底部斜面与工件上部斜面接触，拧紧螺钉14使得工件上下方向夹紧。

为了保证加工过程中的铁屑不进入夹具体，在上盖11右侧面安装防护板17，用固定螺钉18将防护板拧紧。

1.3 定位调整量计算方法如下

1）左侧定位调整螺钉的螺纹为普通螺纹，其直径为M12，螺距1.75mm，将相应的参数填入下列的应用程序中,即可算出螺钉的旋转角度，如值为正，则顺时针旋钻，如值为负，则逆时针旋转相应角度。如图6所示（用VB编程软件制作[4]）。

2）前侧定位调整螺钉为普通螺钉，其直径为M6，螺距为1mm，将相应的参数填入下列的应用程序中,即可算出螺钉的旋转角度，如值为正，则顺时针旋钻，如值为负，则逆时针旋转相应角度。如图7所示。

图6 左侧定位调整程序

图7 前后侧定位调整程序

2 叶片可调试夹具的特点

1）对于同一规格叶片只需按底部定位尺寸的不同，制作不同的底部定位块。

2）对于不同规格叶片只需按底部和宽带定位尺寸的不同，分别制作不同的底部定位块16和前侧面定位块4即可。

3）夹紧后夹具体与工件融为一体，让叶片在加工过程中能承受较大的切削力。由于夹具体中没有铁屑，不需要在安装过程中清理，大大提高了装夹精度，缩短了装夹时间。使用一段时间后，前侧面定位块4和底部定位块16的定位面将会磨损，调整相对应的调整螺钉即可。

3 结论

本夹具精度高、刚性好，调整方便装夹省时，重复定位精度高。克服了目前每种规格和定位尺寸不同的叶片都要制作一套夹具，且刚性差、成本高、重复定位精度低，不易调整的难题。对不同规格或同一规格不同定位尺寸的叶片不需单独制作，降低了加工成本。本夹具已成功应用于德阳重装基地的几家企业和加工单位，并且适于广泛推广应用。

[1] 兰建设.机械制造工艺与夹具[M].北京: 机械工业出版社, 2006.

[2] 袁锋.UG机械设计工程范例教程(高级篇)[M].北京: 机械工业出版社, 2006.

[3] 谢国明.UG CAM实用教程[M].北京: 清华大学出版社,2003.

[4] 李天启.Visual Basic6.0 学习捷径(中文版)[M].北京: 清华大学出版社, 1999.