劉林鋒 張博 武晨昌 柴文斌 王波 楊全理

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

關(guān)于解決框架類零件裝夾變形的協(xié)同創(chuàng)新技術(shù)

劉林鋒 張博 武晨昌 柴文斌 王波 楊全理

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

小批量試制加工通常采用虎鉗、三爪等通用夾具或壓板工裝板等組合夾具進行裝夾，但這些裝夾方式會產(chǎn)生裝夾應(yīng)力，使得零件產(chǎn)生不規(guī)則變形，而膠粘技術(shù)能很好的解決這一加工難題。本文主要介紹了膠粘法的裝夾原理和方案、具體應(yīng)用以及創(chuàng)新點，通過使用此方法，成功解決了由于裝夾時零件變形導(dǎo)致孔的圓度和尺寸超差問題，零件最終質(zhì)量達到圖紙要求，使用良好。

框架類零件；裝夾應(yīng)力；變形；膠粘法

1 裝夾方式介紹

隨著科學(xué)技術(shù)不斷向前發(fā)展，在機械制造業(yè)內(nèi)對產(chǎn)品零件的各項技術(shù)指標也有了越來越高的要求，如零件的精度要求不斷提高，零件的表面粗糙度也要求越來越高，零件的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形態(tài)更加多樣化。要實現(xiàn)這些進步必然會在實際加工中帶來巨大的挑戰(zhàn)。而在加工過程中對零件各項工藝要求影響最大的一項就是裝夾方式的選擇。

圖1 虎鉗裝夾

現(xiàn)階段通常采用虎鉗、三爪等通用夾具或壓板工裝板等組合夾具進行裝夾，這些裝夾方式勢必會產(chǎn)生裝夾應(yīng)力。

如圖1所示的虎鉗裝夾，零件在切削過程中產(chǎn)生的切削力和切削熱的作用下，產(chǎn)生變形和內(nèi)應(yīng)力，且有向外延伸的趨勢。但由于虎鉗鉗口的作用力恒定，使零件不能自由地實現(xiàn)平行方向的延展，而只能向上凸起，如虛線所示，因此加工后會造成中心部位被切除的更多一些，這就導(dǎo)致零件壁厚尺寸不一致，達不到尺寸及表面粗糙度的設(shè)計要求。另外，在虎鉗裝夾時，由于受夾緊部位厚度的限制，零件的厚度不能太小，使得需要加工整個厚度平面的零件和外形四周有臺階的零件的加工受到限制。

圖2 壓板裝夾

圖3 膠粘裝夾方式

圖4 壓板裝夾方式

如圖2所示，在組合夾具（壓板）裝夾的情況下，由多個點接觸對零件施加壓緊力，這樣的裝夾方式會造成零件受力不均，且零件受壓緊力的影響必然會產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力分布不均的現(xiàn)象。銑削時零件產(chǎn)生的變形和熱膨脹在壓板附近較小，而在距離壓板較遠處較大，因此會使零件產(chǎn)生局部的凸起，導(dǎo)致零件在加工后厚度方向尺寸不一致，局部的表面粗糙度達不到要求。另外，在用壓板裝夾時，由于受壓板的妨礙，加工中常常需要逐次松開和移動壓板，以加工壓板部位；在加工完之后，又得逐次裝上和壓緊壓板，以便繼續(xù)加工。不僅費時費力，而且會影響表面粗糙度。

以上兩種裝夾方式，當松開虎鉗或壓板取下零件后，由于不再有外力限制，加工時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得以釋放，從而使得零件產(chǎn)生較大的不規(guī)則變形。這是零件在加工完之后產(chǎn)生扭曲變形的主要原因。裝夾的實際優(yōu)勢，就能很好的解決由平面度、平行度、零件形變量、加工應(yīng)力不均等技術(shù)指標帶來的的加工難題。它能有效提升產(chǎn)品的合格率，是一種具有很高應(yīng)用能力的工藝方法。

如圖3所示，使用502膠水將零件粘接在一塊平板上，使零件能夠承受剪切力和剝離力，在加工中零件在垂直方向上不發(fā)生位移，從而能夠獲得一致的加工厚度尺寸。同時零件沒有附加的外力限制，在變形時處于一種相對自由的狀態(tài)，使加工過程中應(yīng)力得以釋放。

由于502膠水的快速固化性質(zhì)，墊板凸臺端面和零件貼合度比較好，膠水很難溶到貼合面，只是將貼合面四周進行固化，就像用彩泥將零件四周與墊板凸臺端面固定一樣，只不過力量比彩泥要大很多。為了提高粘接力，在工藝臺中間兩側(cè)各加工一個10mm×5mm×0.1mm沉臺的溶膠槽，以方便膠水能夠該空間提高粘接面積，所以加工后，零件變形相對較小，克服了虎鉗和壓板裝夾的不足。

2 膠粘法裝夾原理與方案

由于很多產(chǎn)品精度要求比較高，因此在精加工環(huán)節(jié)中希望盡量避免零件裝夾引起的裝夾變形以及加工產(chǎn)生的應(yīng)力變形。這是在加工過程中急需解決的最大難題。

經(jīng)我們課題小組從零件“零”應(yīng)力裝夾概念出發(fā)，發(fā)現(xiàn)在機械加工中廣泛應(yīng)用膠粘技術(shù)，充分發(fā)揮膠粘

3 膠粘法裝夾在某典型零件應(yīng)用

直X項目中的某萬向架零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高。精加工工序原裝夾方式如圖4所示，使用4個壓板，主要裝夾力量在4個壓板承受，容易產(chǎn)生零件向內(nèi)或者向外擴張?，F(xiàn)裝夾方式去掉四周4個壓板壓緊，用膠粘4個工藝臺代替壓板。

操作步驟和注意事項：

（1）檢查零件裝夾工藝臺的平面度（能夠進行研磨效果更好）；

（2）將墊板用壓板固定在機床床面上；

（3）在墊板上加工與零件工藝臺位置一致的凸臺（尺寸比零件工藝臺大20mm左右）；

（4）凸臺端面須進行精加工，以保證與零件有很好的貼合度（這樣可以避免墊板加工誤差和定位誤差對加工精度的影響）；

（5）放置零件到墊板凸臺面進行研合；

（6）將502膠水均勻涂在貼合面四周，等待膠水固化；

圖5 某萬向架零件φ117H7孔

（7）加工過程中嚴防大的切削用量，半徑和底刃吃刀最好在0.1—0.2mm之間，刀具要鋒利，避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象；

（8）加工完成后用刀片將貼合面周圍膠水剝離，刀刃輕輕地從貼合面處將零件均勻翹起；

（9）重新裝夾時要將凸臺面的膠水殘余清理干凈，接觸面進行一次微修復(fù)；

（10）加工時配合壓板輔助裝夾，防止加工過程中由于意外導(dǎo)致零件飛離。輔助裝夾的壓板在裝夾過程中只需要輕輕帶住即可，基本不產(chǎn)生裝夾應(yīng)力。

4 膠粘法裝夾的創(chuàng)新點

（1）通過膠粘法加工精度高：如圖5所示，加工直X項目某萬向架零件φ117H7孔圓度能夠達到0.02mm，其它三孔圓度達到0.01mm以內(nèi)，達到設(shè)計要求；

（2）“零”裝夾力：裝夾力幾乎為零，對零件的影響可以忽略不計；

（3）加工無死角：對于端面有凸臺、臺階的零件，無需倒壓板，可以一次裝夾全部加工，避免裝夾誤差，提高加工效率；

（4）“零”殘余應(yīng)力：零件沒有附加的外力限制，在變形時處于一種相對自由的狀態(tài)，使加工過程中應(yīng)力得以釋放，避免加工后殘余應(yīng)力導(dǎo)致零件扭曲變形。

5 結(jié)論

膠粘法已經(jīng)在多個產(chǎn)品的萬向架零件加工中使用。通過使用此方法，成功解決了之前加工由于裝夾時零件變形導(dǎo)致孔的圓度和尺寸超差問題，零件最終質(zhì)量達到圖紙要求，使用良好。

通過在生產(chǎn)現(xiàn)場推廣使用膠粘法裝夾技術(shù)，在加工精度要求較高的零件時由于消除了裝夾應(yīng)力，明顯提高了零件的裝夾和加工精度，而且節(jié)約了時間。某萬向架零件原來的加工方法為壓板壓工藝臺裝夾，精度需要耗費時間多次搭表測量來保證，且φ117H7孔的圓度只能保證在0.07mm以內(nèi)。0.07mm的精度未達到設(shè)計要求，只能留余量后用搭表法調(diào)整壓板的壓緊力（使零件盡可能處于自由狀態(tài)）后再次進行精加工來保證精度。在使用膠粘法裝夾后公差能控制在0.03mm內(nèi)，與此同時每件零件加工時間縮短了50min。加工中心每年因使用膠粘法可以節(jié)約成本數(shù)十萬元人民幣，增效創(chuàng)益的效果可觀。

該項工藝技能創(chuàng)新方法的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，不只局限于某萬向架零件，像薄板飛面、薄板槽銑等零件加工經(jīng)實踐都可運用。該方法對加工異形且容易產(chǎn)生變形的零件有很好的裝夾指導(dǎo)作用，對零件加工過程中顫動問題的避免也有一定的借鑒作用。一些懸臂較長零件可利用膠粘無應(yīng)力的裝夾方法進行加固，同時一些薄壁類零件中間懸空問題通過點膠也能得到相應(yīng)的解決。該方法適合機械加工類零件的操作推廣。

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劉林峰( 1978- ) ，男，長期從事數(shù)控加工工作，對易變形、難裝夾、精度高等復(fù)雜零件的加工有豐富的經(jīng)驗。