夹具结构改进队再得一分！航空叶轮通用工装设计

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前 言

航空产业作为国家战略性新兴产业和优化发展的高技术产业，是国家先进制造业的重要组成部分。但航空零件大多有着极高的加工要求，除了拥有先进的高精度的设备，比如四轴、五轴联动机床，更需要拥有一套成熟的加工手段，以保证航空类零部件的产品质量、加工效率，达到产品的工艺技术要求。

图1 航空发动机

航空发动机压气机转子叶轮和静子叶轮是航空发动机的重要零件之一，其生产加工过程复杂。压气机转子叶轮、静子叶轮的种类比较多，在以往的生产加工过程中，不同级别、型号的产品需要不同的工装夹具，更换产品频率高，造成了一些不必要的工装成本和时间的浪费。生产效率低，操作复杂的同时还存在着一些潜在的质量和安全问题。

图2 叶轮加工

为此，针对以上诸因素，夹具侠为大家分享一篇文章，如何更好地提高产品加工稳定性、效率、精度，并且对在铣削加工中可以在不同设备上进行不同的压气机转子和静子铣削加工的通用工装夹具进行设计分析！

一、转子叶轮和静子叶轮的主要特点及加工工艺要求分析

压气机转子叶轮和静子叶轮大都一起分级和前后用在涡轮发动机上，由叶片和叶盘组成，是涡轮发动机的重要组成部分，如图3所示。材料大都为航空铝合金和航空钛合金，工作原理和电风扇、螺旋桨等叶片旋转拨动空气产生气流一样，将空气推进气缸进行压缩产生高压气体。为了生成高压空气，压气机里面安装有多级叶轮，即不同的转子叶轮和静子叶轮，转子叶轮旋转产生随着转子旋转的气流，再通过静子叶轮对空气整流，对空气正常压气产生高压气体。

图3 压气机叶轮

压气机转子叶轮和静子叶轮精度要求和工艺要求是非常高的，在生产加工中，有着复杂的车削和铣削加工过程，毛坯料先经多刀位的数控车床分别用外圆车刀、端面车刀、端面R刀、内孔刀等进行留量粗加工，之后按工艺要求半精加工，半精加工后再由四轴或五轴数控铣床进行叶型粗加工，再返回数控车床进行端面、外圆、端面型线、内孔等精车加工，最后用五轴数控铣床进行叶片型线的半精加工和精加工。中间有着严格的加工要求，来保证转子叶轮和静子叶轮的质量。

二、铣削加工转子叶轮和静子叶轮的通用工装夹具设计方案

以往，在铣削加工中都是每一级别准备一套工装夹具，并且加工转子叶轮和静子叶轮之间的工装夹具不能通用，这样加工效率就比较低，更换频率比较高。大多数工装都是由螺母加压盖压紧，在旋转螺母压紧的时候容易带动压盖移动，这样就容易产生表面划痕，工件的圆跳动也容易走位，对于找正工件比较麻烦，稳定性不够，如图4所示。这些因素对于批量生产来说，无法提高效率，保证不了质量和稳定性。

图4 原工装结构

为此，经过研究，发现了最佳胎具工装改进方案，就是采用胎具工装底座加活动胎芯组合工装的方式。这里的胎具工装底座可以一直固定在机床工作台上，通过更换转子胎芯和静子胎芯的方式来实现不同级别的转子叶轮和静子叶轮的加工，如图5。并且夹紧方式更改为沉头螺栓的方式，螺栓与压盘接触面采用圆弧接触面设计，这样就保证了压盘不会在旋转夹紧力图3压气机叶轮的作用下旋转移位，也就不会产生工件表面的划伤、压痕等现象。

图5 叶轮通用工装夹具结构

压气机转子叶轮和静子叶轮铣削加工通用工装夹具结构如图5所示。由螺栓、压盘、胎芯、垫圈、内六角螺钉、胎具底座等组成，胎芯通过内六角螺钉与胎具底座连接方式固定，工件垂直装入胎芯，螺旋旋紧压盘，找正，就可以进行工件加工。

结 语

改进型的叶轮工装夹具，既满足了工件的装夹要求，也简化了工装夹具的制造工艺及更换胎芯的方式，使得转子叶轮和静子叶轮铣削加工可以在简单的操作下很快地转换。大大降低了废品率，减少了工装夹具拆装找正的繁琐步骤，装夹工件方式上得以改进。如果你也被类似的问题难倒了，还不赶紧去试试吗？

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