磨削加工精密槽口夹具设计

石 鑫，何金龙，熊 云，王广运

(南昌新宝路航空科技有限公司，江西 南昌 330024)

“十四五”以来，随着我国国防军工产业的快速发展，行业项目以及需求订单的加速落地，国内军工相关制造企业的生产订单出现井喷式增长，军工行业迎来了新的发展历史机遇。

在某型号操控系统中有这样一类接头零件，该零件具有精密槽口结构，其作用为传输能够推动飞机操控杆的扭矩从而实现飞行员在飞机飞行过程中能够顺利地推拉操控杆操控飞行。在该接头新工艺优化方案实施之前，南昌新宝路航空科技有限公司车间在实际加工该零件的精密槽口时，为了追求高效率加工，一般采用数控铣削的方式，但针对这种零件采用数铣加工的方式风险较高，报废率较大，零件在加工过程中极易受到铣刀挤削力不均或突变造成零件窜动或位移，精密槽口的加工尺寸就不能保证，槽口平面关于中心平面的对称度也不能保证，铣削后的零件两端壁厚明显不均匀，造成零件大批量报废，严重影响型号节点交付[1-3]。为了确保零件合格交付，应对接头零件的工艺方案进行优化改进。结合零件自身的结构特点，其具备L垂直面和精密孔结构，再依据传统数控铣削的加工经验，对接头零件的工艺方案进行局部上的优化调整，主要是将初始的数控铣削槽口改为磨削加工保证。考虑到零件的装夹定位问题，磨削加工的有效进行往往要配合使用一定的工装夹具，以实现该零件的定位装夹，从而方便磨削加工。综上所述，现提出一种全新的精密槽口磨削加工组合夹具，通过使用该组合夹具，不仅能够实现零件的快速定位装夹，保证零件槽口的加工精度，而且可以大幅提高零件的磨削加工效率，满足该零件的批产节点交付。

1 零件的结构分析与技术要求

图1 零件结构

2 夹具设计思路

对于一般零件的磨削加工来说，对零件进行简单装夹即可实现，但对于上述接头零件的槽口磨削而言，装夹定位较为困难，需设计并自制一套专门的组合夹具实现槽口磨削。

1)根据零件自身的结构特点，选择定位装夹的方式，是采用“两面一孔”还是“两孔一面”等，这点需要考虑进去[4-5]；就该接头零件而言，正是零件具备L垂直面和耳片处存在精密阶梯孔，完全可以考虑L两面贴合，精密孔定位的方式实现零件的磨削定位装夹。

2)具体来说，零件存在L直角垂直面，两面垂直度较高。当L面贴合垫块平面，还需要考虑如何定位和夹紧零件，避免出现旧数控铣削工艺方案中的零件窜动、局部旋转位移等错位现象。为此，做一根精密阶梯销，该阶梯销一端配合插入接头零件耳片精密孔φ14K7 mm，构成形式上的组合体，另一伸出端穿入垫块上的精密腰型孔，通过上下调节实现零件的最终定位。伸出端含螺纹结构，用于零件的最终夹紧。

3 夹具结构及各部件功能介绍

图2和图3所示分别为该磨削定位组合夹具设计的实体三维图和装配爆炸图。接头零件整体采用“两面一孔”的定位装夹方式，通过L垂直平面实现零件与基体垫块的贴合，贴合间隙≤0.02 mm，以零件精密孔φ14K7 mm与精密阶梯销配合组合成一个组件整体，再通过阶梯销的光杆伸出端穿插过基体垫块上的精密腰型孔(光杆外圆与腰型孔同样是配合关系)实现组件整体与基体的定位，腰型孔上下制出，方便零件L面贴合时的调节，光杆伸出端制有螺纹，用于最后配套螺母的拧紧，从而完成整个零件的装夹固紧，上述内容完成了整个零件的定位装夹。其中，阶梯销和基体的材质与接头零件材质相同，均为30CrMnSiA，需热处理，阶梯销外圆精度与零件精密孔配合，视零件情况而定；基体各平面应保证互为垂直度≤0.02 mm，由磨削加工完成。

图2 夹具装配实体三维图

图3 夹具装配爆炸示意图

4 夹具使用方法

图4和图5所示分别为该夹具的具体装配剖视图和各部件结构示意图。该磨削夹具主要包含两部分：精密阶梯轴(带螺纹)和基体(见图4)。由图5可以看出，精密阶梯轴包含配合轴面、精密配合光杆、装夹端头；基体开有精密腰型孔、圆孔。其他辅助装夹单元包含垫圈、标准螺母、紧固螺钉，另外还配备了检验块，以便磨削加工过程中间接测量对称度。

图4 夹具装配剖视图

图5 夹具各部件结构

使用方法：通过阶梯销上的配合轴面和零件耳片处精密孔φ14K7 mm配合，从而将零件与阶梯轴套合在一起构成一个组合体，通过阶梯销上的精密光杆伸出端穿插过基体精密腰型孔(两者配合)。其中，光杆可在腰型孔中上下调节，以确保零件L垂直平面贴紧基体表面，防止磨削加工过程中零件与基体间存在公差外的平面间隙而导致零件位移摆动，影响槽口加工质量。最后当一切完备后，通过配合螺帽拧紧光杆伸出端的端头螺纹，实现零件的最后装夹固紧。另外，在精密槽口的实际磨削加工过程中，正是由于磨削工作不会一次加工到位，需要分多次进刀完成磨削，这样车间磨工便可在每次进刀加工完成后，通过测量槽口内侧平面到检验块外表面的距离H，间接测量和确保对称度[6]，最终完成零件槽口的整个磨削内容。

5 夹具设计应思考的问题

夹具设计应思考如下的问题。

1)磨削夹具设计前，应充分考虑零件的结构特点，根据零件的结构考虑装夹定位方式，包括一些辅助配套零部件[7]。

2)基体各面垂直度应符合加工需求，垂直度应确保在公差范围内，以免误差累积到零件的加工上[8]。

3)精密阶梯销应一次成形，超高精度外圆可留余量作为最后磨削加工保证，各阶梯外圆符合同轴度需求。另外，光杆螺纹端应考虑实际螺纹夹紧力情况，使夹紧力适中，防止过夹紧或弱夹紧情况出现，导致零件装夹变形或磨削过程松动，影响磨削加工效果[9-10]。

6 结语

通过上述研究可以得出如下结论。

1)夹具设计整体结构简单，使用原理通俗易懂，后期维护与管理十分方便。

2)能够实现零件的快速定位与装夹，大幅提升零件的磨削加工效率，满足节点交付任务。

3)可推广至类似结构的零件加工上，具有一定的启发意义。自该组合夹具投入生产以来，其所加工出的接头零件槽口质量十分稳定，合格率高达95%以上，加工效率也得到大幅提高。