□ 楊 洋 □ 黃 晶 □ 張海洋 □ 李佑杰 □ 賈浩洲

首都航天機(jī)械有限公司 北京 100076

1 研究背景

工裝夾具是在生產(chǎn)過(guò)程中用于快速準(zhǔn)確定位并緊固零件的工藝裝備。在零件的機(jī)械加工過(guò)程中，工裝夾具是必不可少的輔助工具，其發(fā)揮的作用十分顯著，可以進(jìn)一步促進(jìn)加工向高速、高效、精密、復(fù)合、智能的方向發(fā)展。

同時(shí)，工裝夾具自身也正在向高效、通用、穩(wěn)定、精密的方向發(fā)展。在進(jìn)行工裝夾具的設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮工裝夾具的設(shè)計(jì)是否可以滿足機(jī)械加工過(guò)程中對(duì)工裝夾具精度的要求，只有滿足精度要求的工裝夾具，才能夠生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的零件。此外，需要考慮工人的操作習(xí)慣，設(shè)計(jì)出符合工人操作習(xí)慣的工裝夾具。工裝夾具還應(yīng)該具有較強(qiáng)的強(qiáng)度與剛度，以避免高強(qiáng)度工作帶來(lái)的損耗［1-7］。

工裝夾具在產(chǎn)品的加工過(guò)程中發(fā)揮著巨大作用，不僅僅是一種技術(shù)上的輔助，更是一種設(shè)備上的保障，對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量、加工成本、生產(chǎn)效率都有顯著影響。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，工裝夾具已廣泛應(yīng)用于航天零件的機(jī)械加工中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零件的快速定位與夾緊，完成加工過(guò)程中所需要的準(zhǔn)確相對(duì)運(yùn)動(dòng)，保證加工精度和加工效率。

筆者以工裝夾具在航天零件活門盒底座加工過(guò)程中的應(yīng)用為例，介紹工裝夾具在航天零件機(jī)械加工中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，以及保證零件達(dá)到加工精度要求的重要作用。

2 問(wèn)題的提出

活門盒底座是航天發(fā)動(dòng)機(jī)閥門組件盒的重要組成部分，整個(gè)組件盒有嚴(yán)格的密封要求，只有在密封的狀態(tài)下，其中的電磁閥才能有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)，使其正常工作。

重要密封件活門盒底座的加工尺寸要求嚴(yán)格，產(chǎn)品的邊緣壁厚要求為（5±0.05）mm，儀器安裝面壁厚要求為（3±0.05）mm，如圖1所示。對(duì)于密封性而言，兩項(xiàng)壁厚尺寸尤其重要，其中任何一個(gè)尺寸超差，都會(huì)影響密封性能，造成產(chǎn)品報(bào)廢。

活門盒底座的產(chǎn)品加工工藝流程如圖2所示。在銑上表面工序中，加工活門盒底座的邊緣壁厚尺寸。在銑側(cè)邊工序中，加工活門盒底座的儀器安裝面壁厚尺寸。通過(guò)對(duì)加工完成的五件活門盒底座產(chǎn)品邊緣壁厚尺寸和儀器安裝面壁厚尺寸分別進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)加工后的產(chǎn)品邊緣壁厚尺寸和儀器安裝面壁厚尺寸均出現(xiàn)不同程度的超差問(wèn)題。邊緣壁厚尺寸的實(shí)測(cè)值為4.85～5.04 mm，超出公差要求范圍0.1 mm。儀器安裝面壁厚尺寸的實(shí)測(cè)值為2.83～3.03 mm，超出公差要求范圍0.12 mm。

▲圖1 活門盒底座

▲圖2 活門盒底座加工工藝流程

3 原因分析

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的進(jìn)一步測(cè)量分析，發(fā)現(xiàn)零件邊緣壁厚尺寸和儀器安裝面壁厚尺寸的超差均屬于局部超差問(wèn)題，其中中間部位的壁厚尺寸小于設(shè)計(jì)要求，而左右兩邊部位的壁厚尺寸則在公差要求范圍之內(nèi)。

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的加工過(guò)程和裝夾方法進(jìn)行分析與研究，發(fā)現(xiàn)零件在虎鉗裝夾的過(guò)程中產(chǎn)生了翹曲變形，具體情況如圖3所示。

在通過(guò)虎鉗裝夾零件時(shí)，零件底面壁厚較薄，剛性較弱，在虎鉗兩側(cè)夾緊力的作用下，活門盒底座的中間部位發(fā)生了鼓翹，此時(shí)活門盒底面已經(jīng)不再是一個(gè)水平面，而是一個(gè)中間高、兩邊低的弧面。

▲圖3 產(chǎn)品裝夾變形

在產(chǎn)品加工過(guò)程中，由于刀具的切削深度是恒定的，因此產(chǎn)品中間鼓翹的部分就會(huì)在加工過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象。而在產(chǎn)品加工完成松開虎鉗后，產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)剩余壁厚尺寸厚薄不均的現(xiàn)象，越靠近中間部位，剩余壁厚就越薄。由于產(chǎn)品底面壁厚的公差要求極為嚴(yán)格，僅為（5±0.05） mm 和（3±0.05） mm，因此造成了底面中間部位壁厚過(guò)薄，超出尺寸公差范圍的情況，導(dǎo)致底面壁厚尺寸存在局部超差問(wèn)題。

4 解決措施

針對(duì)由于虎鉗裝夾變形而導(dǎo)致的產(chǎn)品邊緣壁厚尺寸和儀器安裝面壁厚尺寸局部超差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并制作了一種專用的工裝夾具，以防止產(chǎn)品的裝夾變形，如圖4所示。

▲圖4 防裝夾變形工裝夾具

這一工裝夾具由工裝主體和緊固螺栓兩部分組成。工裝主體的上安裝面與活門盒底座的下表面緊密貼合，緊固螺栓穿過(guò)零件，與墊塊上的螺紋相配合，使零件固定在工裝上。

在加工產(chǎn)品的邊緣壁厚尺寸和儀器安裝面壁厚尺寸時(shí)，產(chǎn)品的裝夾不再是將虎鉗直接夾緊產(chǎn)品的外側(cè)面，而是將虎鉗夾緊在工裝的外側(cè)面，這樣做可以有效避免產(chǎn)品由于虎鉗夾緊力而產(chǎn)生的鼓翹變形。改進(jìn)后活門盒底座加工工藝流程如圖5所示，產(chǎn)品裝夾效果對(duì)比如圖6所示。

▲圖5 改進(jìn)后活門盒底座加工工藝流程

▲圖6 裝夾效果對(duì)比

5 效果

采用所設(shè)計(jì)的工裝夾具對(duì)新投產(chǎn)的50件活門盒底座產(chǎn)品進(jìn)行加工，經(jīng)檢測(cè)，50件活門盒底座的邊緣壁厚尺寸為4.98～5.03 mm，儀器安裝面壁厚尺寸為2.97～3.02 mm，均符合公差要求，合格率達(dá)到100%?？梢?，通過(guò)設(shè)計(jì)工裝夾具，能有效消除產(chǎn)品的裝夾變形，進(jìn)而避免由于變形而引起的產(chǎn)品壁厚尺寸局部超差問(wèn)題，有效保證了活門盒底座邊緣壁厚尺寸和儀器安裝面壁厚尺寸的加工精度。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在工裝夾具的有效配合下，提高了零件的加工精度，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)省了操作時(shí)間，并且有效提高了加工效率，尤其是對(duì)于一些精密、復(fù)雜、批量化生產(chǎn)的航天零件而言，效果明顯。

所設(shè)計(jì)的工裝夾具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、制作方便、使用性能良好、操作簡(jiǎn)單省力、安全可靠的特點(diǎn)，可推廣至其它同類場(chǎng)合使用，也為同類產(chǎn)品工裝夾具的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)零件加工精度、加工速度等的要求越來(lái)越高，隨之對(duì)工裝夾具也提出了更高的要求。工裝夾具在航天領(lǐng)域已經(jīng)得到了成功應(yīng)用，而且還將繼續(xù)發(fā)揮日趨重要的作用。因此，在今后的工作中，應(yīng)不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)先進(jìn)的工裝夾具，并建立完善的工裝夾具庫(kù)，以使工裝夾具能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。