某机外涵静子叶片钻上缘板端面径向孔夹具设计研究
孔系列组合夹具在叶片加工中的应用研究
静子叶片小余量数控加工研究
静子叶片小余量数控加工研究【摘要】本文以提高某新型发动机机静子叶片的数控加工效率作为研究目的，阐述了新工艺的技术参数，对新工艺进行实验实现了最大限度的缩短静子叶片的单件数控加工时间，达到了提升叶片厂静子叶片的制造能力。
【关键词】叶片;切削刀具;数控加工;切削参数优化;数控加工时间0.引言某型发动机是我国自行研制的具有自主知识产权的第三代发动机，代表着我国当前航空工业发展水平，是关系到国防安全的重要产品。
静子叶片是该型发动机的重要部件之一。
随着国家对国防投入的增加，飞机制造企业对该型发动机的需求逐年增加，静子叶片的生产量也是逐年增大，为了满足国防需要，我们需要在现有的基础上通过改进工艺以提高其生产制造能力。
1.研究目标1.1设计要求叶片形状和尺寸包括截面及型面坐标点要求按设计所提供文件。
A：叶身轮廓度相对理论轮廓允许增厚0.05mm至0.15mm。
B：安装板与叶身型面的位置度及空间角度满足设计要求，叶型沿Y向允许偏移±0.05mm，绕Z轴允许扭转±10’。
C：缘板余量0.05mm至0.1mm。
1.2 零件类型某级静子叶片是一种长宽比较大、叶型较薄、易变形的叶片。
叶片总长119m，叶片弦长21.13mm至23.22mm，叶身扭角-2.33°至2.12°，叶身最大厚度1.53mm 至2.67mm，叶片进气边R0.18mm至R0.29mm，叶片排气边R0.06mm至R0.17mm。
1.3预期达到的技术、经济、质量指标在保证静子叶片尺寸公差和形位公差合格的情况校将叶身加工时间由每件55分钟减小到每件35分钟。
1.4叶片材料的切削特点叶片材料中硬度钛合金，钛合金材料有如下切削特点：（1）变形系数小。
这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或等于1，切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
（2）切削温度高。
由于钛合金的导热系数很小，切削时产生的热量不易传出，切削温度很高。
静子叶片叶身型面数控加工技术研究
- 50 -工 业 技 术０ 引言航空发动机叶片是航空发动机的核心零件，对航空发动机性能，寿命影响很大。
其结构复杂、技术含量高、尺寸精度要求严格。
叶片类零件的叶身加工的传统加工方法众多，如大余量手工抛光、靠模车、砂带磨、电解和靠模铣等，但是这些加工方法共同的缺点是最终余量大，还必须靠手工的精抛光达到工艺图纸的要求，而这会带来型面烧伤、变形、波纹度大、一致性差以及加工效率低下等问题。
随着技术的发展， 精密锻造、数控电解、数控铣等加工方法成为叶片类零件小余量或无余量加工的重要手段。
随着数控技术的发展和企业技改的资金投入，国内众多叶片加工企业拥有了国际上先进的数控机床，使利用数控机床精加工叶片成为可能，目前国内叶片类零件已广泛采取数控加工的方法加工。
但由于数控加工技术在国内应用的时间较短，叶片的数控加工还存在许多关键技术没能很好解决，使叶片的无余量数控加工存在着较大的困难。
通过本课题的研究，利用现有叶片加工的成功经验，通过优化加工工艺、设计新型夹具、调整切削参数、优化数控加工程序等方面研究和试验，形成一套叶片精密数控加工的成熟工艺规范，进而改变目前叶片数控加工余量大的状况，提高叶片加工的质量和效率，满足新型发动机叶片的制造技术需要。
１ 静子叶片型面数控加工某静子叶片为钛合金材料的双轴颈型叶片，形状如图1所示。
型面数控加工的设备采用的是五坐标高速立铣。
该设备尾座处配备有与A 轴同步转动的U 轴，在叶片的数控加工中起到很好的作用。
最高转速15000r/min，用来加工最长到700mm 的飞机发动机叶片以及汽轮机和压气机叶片。
为了达到设计图中对型面和边缘要求的轮廓度和尺寸要求，数控加工应有：粗加工、半精加工和精加工。
图1 叶片示意图２．１ 型面粗加工 粗加工是叶片精加工前的准备工作，去除叶片毛料型面留下的较多的余量和修整叶片型面的形状。
一般情况下粗加工留余量为0.3 mm。
２．２ 型面半精加工 半精加工是精加工的准备工作。
某燃机静子叶片焊接组件浇注夹具设计
蔚
Hale Waihona Puke 如下 图。 ３ 设计 浇注夹 具的基 本要求 在保证工艺规程浇铸工序要求的前提下 ， 浇 铸 夹具满 足工 人装拆 零 件方 便 ，满 足浇 铸 零件 质量稳 定和零 件浇铸 效率 。 １ 夹 具精度 要求 ：使 定位 基准 由叶 片转 ） 移 到合 金定位 体 上的精 度满 足工 艺要 求 ，浇 铸夹 具上 叶片 的定 位尺 寸和 形位 公差 都不 大
于 ０Ｏ 。 ．１
４） 预期 达到 的技术 、经济 、质量指 标 根据 工装结 构 、精 度和 工艺 技术 条件 分 析 ，预期达 到 ： ａ浇铸 后 ，角 铁 和 叶片 位置 符 合工 艺要 ） 求， 能有 脱离 现象 。 不 ｂ低 熔点 合 金填 充 到叶 片上 下 安装 板之 ） 间 ，不能有 缺漏合 金现 象 。 ｃ 片和方箱位 置精度 符合 工艺要 求 。 ） 叶 ４ 夹具 设计方 案 的确 定 根据零 件 结构 及工 艺加 工 的特点 ，对 夹 具 设计结 构在 浇铸 过程 中可 能存 在 的问题 和 可 能在后 续工 作 中出现 的 问题 ，与有 关工 艺 专家 和工人 进 行 了全面分 析 和研究 ，为减 少 浇铸 夹具 复杂 程度 和增加 低熔 点合 金块 精 度 和强度 ， 我们应在低熔点合金块外附着金属板 ， 也 就是 角铁 小夹 具 的设 计 方案 。为 减少 以往 叶片 的两次 浇注 过程 和 出现零 件让 刀现 象 。 浇 注夹 具的 内腔结 构 ，采用 内腔 结 构 由上 下 叶 片安装 板定 位块 、叶身上 下安 装板 型 面 、 叶 背背 向立板 、叶盆盆 向侧 压板 组成 。部 分 定 位件 和压 紧件结 构采 用 可拆卸 、可拼装 、 可移 动 的设计 ，浇 注时 夹具 的装夹 和 拆卸 的 效率 。在 上安 装板 叶片 背 向定 位 附近 轴 向设 计一个 表 座 ，用 百分 表保 证浇 注 叶片 合金块 的质量 。 ４１ 位块设 计 ．定 １ 安装板定 位块 设计 ） 上
某外涵静子叶片钻上缘板端面两个径向孔夹具设计
某外涵静子叶片钻上缘板端面两个径向孔夹具设计某外涵静子叶片钻上缘板端面两个径向孔夹具，采用分度式结构设计，因叶片较长、叶片外缘板回转半径较大、为传统分度结构造成夹具体积大、制造周期长、成本高的问题，在设计分度上采用分度中心与叶片回转中心不重合设计，将分度中心上移到叶身中心处，减少了夹具回转半径，在分度转盘上设计叶片定位、压紧和钻模板机构，钻模板随叶片转动，并在设计叶片上缘板外圆定位块时，使其既起定位作用，又当钻模板，保证孔位置与叶片一致，在叶片径向压紧上采用铰链设计，压紧螺钉在分度中心附近，使夹具尽可能减小体积，便于工人装夹零件和保证零件的加工质量。
标签：定位块铰链；分度夹具；转盘钻模板引言作为航空航天发动机上的关键零部件，外涵静子叶片具有很多的特点，例如不规则的叶片形状；比较长的叶身叶片；多角度的空间形状；大半径的外缘板；较小的基准面；加工过程中的不稳定的叶片定位；加工用的钻头容易出现打滑现象；不能很好的保障钻孔精度。
同时还存在的另一问题就是采用传统分度结构，分度半径大，造成设计夹具大，工人操作费劲。
在分度结构的加工过程中，工序问题一直是施工工艺设计者的设计难点，采用多道工序施工还是一道工序施工，一直难以决定，解决这一问题的关键问题就在于加工的工装用的夹具的相关设计。
因此我设计了钻上缘板端面两个径向孔夹具，就解决了上述技术难点。
1 外涵静子叶片结构简介外涵静子叶片的形状为不规则的复杂结构，叶片本身的特点是较长而且较薄，外涵静子叶片的上端安装板具有一定的空间角度，而且还拥有两个ф7毫米ф16.5毫米的阶向孔，这两个阶向孔的具体位置是在ф1728毫米的圆周上，两孔之间的夹角为3°。
结构如图1所示。
2 在进行上缘板的径向孔的加工工艺技术要求（如图2所示）我们进行加工时，通常情况下以叶片进气端的下安装版面A面；叶片板向上位置的下安装版面B面积叶片的最大弧面C面共同作为工艺基准面。
工艺基准面的方面即为施工压紧面，此面要使用摇臂钻床进行加工，其中的两个孔的加工工序为一步完成，相对的基准度在0.02毫米。
航空发动机压气机静子叶片装配方案设计工卡
2
机械/A
结束工作
Close out
工作者/日期
检查者/日期
工作结束
清理工具，清扫现场。
2、在静子叶片圆柱轴颈一端成对装配内环的前、后半环，按要求的拧紧力矩拧紧螺母；并检查叶片安装板之间的间隙、厚度与相邻表面的凸度。
注意：仔细检查零组件是否完整。
3、检查高压压气机机匣转子通道的径向尺寸。
注意：必须仔细精密测量，保证数据正确。
4、装配两半机匣，其中放入二块止动板，在静子叶片止动板，在静子叶片止动板位置用8个工艺定位螺栓，在静子叶片止动板位置临时用6个工艺非定位螺栓和14个工艺螺母加以固定。
2
4
一字解刀
通用
1
5
尖嘴钳
通用
1
6
斜口钳
通用
1
7
锤子
通用
1
8
冲子
通用
1
9
芯棒
通用
1
10
梅花扳手
12*14
1
11
游标卡尺
0-200mm
1
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钢榔头
2p
1
13
工作台
通用
1
14
吊具
通用
1
15
保险丝
通用
按需
16
保险片
通用
按需
工 作 单
WORK CARD
机型:某型涡喷发动机
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工 作 准 备
工作者/日期
工 作 单
WORK CARD
机型:某型涡喷发动机
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标题:某型涡喷发动机压气机静子叶片装配方案设计
一种用于加工航空发动机压气机静子叶片端面、中心孔的快速定心夹具[实用新型专利]
![一种用于加工航空发动机压气机静子叶片端面、中心孔的快速定心夹具[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af202ce112de2bd960590c69ec3d5bbfd0adab8.png)
专利名称：一种用于加工航空发动机压气机静子叶片端面、中心孔的快速定心夹具
专利类型：实用新型专利
发明人：张路,屈直,张禹,刘旭东
申请号：CN202123152652.1
申请日：20211215
公开号：CN216542090U
公开日：
20220517
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种用于加工航空发动机压气机静子叶片端面、中心孔的快速定心夹具，包括安装底板，所述安装底板顶面安装有滑杆，所述滑杆外壁滑动连接有滑套，所述滑套顶部通过铰链转动连接有夹具座，所述夹具座外壁一侧通过铰链转动连接有辅助杆，所述滑套外壁一侧固定连接有同步杆。
本装置通过设置滑杆、滑套、辅助杆、同步杆和液压伸缩杆可以让夹具座能够在平面和竖直平面两种状态来回切换，既可以适配卧式铣床，还可以适配立式铣床，从而在完成一次装夹后，就不需要再去拆卸物料安装到其他机床的夹具上，从而有效避免了重复定位带来的误差，提高了产品质量，能够适配卧式和立式两种铣床，一次装夹，操作非常简单，加工时间也更短。
申请人：沈阳新宝能科技有限公司
地址：110000 辽宁省沈阳市沈北新区冬雪湖街3号
国籍：CN
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航空发动机压气机静子叶片装配操作方案设计工卡
4、仔细阅读工序卡，严格按照工卡操作；
5、螺帽、止动锁片、叶片、垫片部件都应按位置、型号配好；
6、准备护具手套。
工作步骤
工作者/日期
检查者/日期
2、静子叶片的安装步骤
2.1对照拆卸时清点的静子叶片、垫片、止动锁片、螺帽的数量，按照所对应的装配位置选取工具准备装配。
注意：注意叶片的朝向，防止其装配反。
2.2装配静子叶片，在摆放静子叶片的工具车里找到标记的最后拆卸下的静子叶片，将其装配在原先的环形槽内，一只手固定住静子叶片，防止其掉落造成损伤，另一只手在机匣外部将止动锁片套进螺纹轴颈上，随后将相对应的螺帽装配上，拧到拧不动，再选用14mm套筒将螺帽缓慢拧紧。
注意：矩形板的方向，若装反了则螺母装不上去。
2.3装配矩形板，选取最后拆卸下的矩形板，用手将其装配在机匣内的环形槽中固定住，将带螺纹的一端朝机匣外穿过螺纹孔用手将螺帽拧紧，再选用一字螺丝刀在机匣内将矩形板螺母固定住，再选用11mm棘轮扳手将螺帽缓慢拧紧，用力时注意不要受伤或损伤静子叶片。
注意：不要受伤及损伤叶片，卡箍槽是否与静子叶片完全重合。
工作单
WORK CARD
机型:某型涡喷发动机
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标题:压气机静子叶片的装配方案设计
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名称
规格
数量
工具部分
1
一字螺丝刀
L=600
1
小型精锻叶片封包夹具设计
小型精锻叶片封包夹具设计作者：李渊来源：《科技创新导报》 2013年第18期李渊(中航工业东安集团制造工程部黑龙江哈尔滨 150066)摘?要：经过叶身无余量精锻后得到叶片毛料，加工叶身进排气边，六点定位法夹持叶身进行浇铸，把复杂的叶身点定位转换成规则的面定位，得到浇铸块，用浇铸块定位进行后续加工。
关键词：低熔点合金浇铸叶片精密定位小型精锻叶片封包夹具设计中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号:1674-098X(2013)06(c)-0225-02叶片的精密定位是以叶片叶身型面和气道表面机其他部位上的几个基准目标点对叶片进行精确位置调整和定位，并通过某种介质将叶片固定。
低熔点合金浇铸精密定位具有下列优点。
(1）非规则叶片型面基准转换为定位面。
定位稳定，保证了加工精度。
(2）叶片较小时，直接装夹叶片比较困难，利用精密定位法浇铸出定位块，定位体积大，形状规则，便于装夹。
(3）加工和测量使用的夹具和测具结构简化，从而降低费用。
(4）便于自动化生产。
叶片精密定位的定位方式为典型的六点定位。
它们是叶身上三个点，进气边两个点，缘板上一个点。
1 小型精锻叶片封包夹具设计以某型机转子叶片为例，介绍低熔点合金精密定位小型精锻叶片封包夹具的设计过程。
1.1 浇铸方箱单元此种叶片属于小型且刚性较差的压气机叶片，浇铸方箱采用的开合式方箱，叶片固定在开合式方箱内部，金属介质全包容叶片。
靠夹具体保证方箱合拢后浇铸成型的浇铸定位块的精度。
1.2 定位销精确定位单元采用6个顶杆，3组一一对应的方式，满足叶片的定位要求如图1所示1.3 夹具底座夹具底座是各个单元的基础，各个单元的重复定位精度都跟夹具体有密切的关系。
因此夹具底座的材料应该选择有一定硬度、和稳定性的材料如图2所示。
方箱单元通过定位止口与夹具底座实现精确定位。
夹具底座安装有导轨，通过两侧的拉杆机构，拉动与方箱单元连接的安装座沿导轨前后移动，实现方箱单元的开合。
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某机外涵静子叶片钻上缘板端面径向孔夹具设计研究
作者：刘建伟周华锋
来源：《中国新技术新产品》2011年第14期
摘要：在设计外涵静子叶片钻上缘板端面径向孔夹具中，解决同一工序加工两个同一圆周上的径向孔，研究夹具典型结构，夹具采用分度结构，减小夹具回转半径，达到使夹具结构简单、操作方便、零件的加工质量合格率高的目的。
关键词：定位块；铰链；分度夹具；转盘；钻模板
中图分类号：S219.031文献标识码：A
1 引言
某机外涵静子叶片是发动机零件中非常重要的一类零件。
叶片形状复杂不规则，空间角度多，叶片叶身较长，半径较大，基准面小，在加工叶片中定位不稳，尤其在钻上缘板端面两个径向孔工序，孔精度不好保证，是分工序钻孔还是一道工序钻孔，一直困扰工艺人员，要想解决上述问题必须先解决工装夹具结构设计结构问题，我们研究的夹具结构很好的解决了存在的技术难点。
2 工装设计要求
２.1 精度要求：使定位基准精度和分度销位置精度符合工艺要求，转轴平行底面、分度销位置度尺寸公差为0.01。
２.2 技术条件：a、转盘转动自如，结构紧凑，定位可靠。
b、两个分度销插入分度孔时，夹具上的两个钻套孔分别垂直底面，公差为0.02。
3 零件类型
零件形状复杂不规则，叶身长而薄，上安装板是带有空间角度，上安装板有两个上Ф7mm 下Ф16.5mm台阶径向孔,孔所在位置是直径为ф1728mm的圆上,两孔夹角为3°。
3.1 钻上缘板端面两个径向孔工艺规程的技术要求，如下图2。
工艺基准为叶片进气边上下安装板A，叶片盆向上下安装板B和叶片的最大外圆弧C，三个基准面的反方向为压紧面，加工设备为摇臂钻床，加工两个径向孔为一道工序完成，钻孔相对基准位置度为0.02mm。
3.2 工装预期达到的技术、经济、质量指标。
根据工装图精度和工艺技术条件分析，预期达到：(1)加工出的叶片两个径向孔精度符合工艺要求。
(2)工装夹具分度盘转动自如，工人装夹叶片要方便快捷，满足生产要求，工装成本要低。
4 研究夹具总体结构方案
为满足工艺要求，夹具设计必须打破传统观念，选择标准分度盘或设计直径为Ф1728mm 的分度盘，如果如此显得夹具太大太重、制造成本太高、精度不好保证、操做不便，按照设计经验，这样的夹具转盘中心必须上移至叶片中心左右，才能解决夹具太大太重问题，并能实现一次装夹叶片后在一个工序中加工两个径向孔，要不就是采用无心分度转盘，也能满足工艺要求。
两种分度转盘的区别就是工装设计结构复杂程度截然不同，影响夹具制造周期，工装成本，夹具制造精度等。
通过调研，综合考虑后选择设计夹具转盘中心上移至叶片中心的方案。
4.1 分度机构设计。
在设计夹具分度盘结构时，立足结构简单，工人操作方便，分度精度高，制造工艺性好的特点进行构思设计，选用手动插销式分度，转盘旋转中心设在叶片下安装板处，这样既缩小了夹具结构，又使钻孔时转盘摆角最小，便于工人操作和夹具制造，夹具分度结构采用卧轴式，夹具躯座是倒写字母T结构，让加工时夹具的重心在躯座底板内，提高夹具加工时稳定性，转盘设计成长方形，转盘转心在长方形中部，减小叶片钻孔时摆角大小，两端放置定位件和压紧件等，躯座和转盘用心轴连接，心轴与转盘紧配合，并用螺钉把紧，心轴与躯座是间隙配合，并用垫圈和螺母压紧保证躯座和转盘端面间隙，转动自如。
分度转盘与分度躯座位置靠插销定位，压紧有两个螺钉在腰槽内压紧。
具体结构如上图3结构总图。
4.2 钻模板结构设计（见图4）。
夹具钻模板结构的合理与否，直接关系叶片钻孔的质量，它不仅与刀具配合，还必须符合工艺上钻孔的位置要求，为满足同一工序钻两个不同位置上的径向孔，钻模板上也有同样两个径向孔，位置符合叶片工艺要求两个径向孔尺寸，钻模板随着夹具转盘转动而和叶片保持同步转动，为使夹具结构紧凑，钻模板在夹具中还起着叶片轴向定位作用。
4.3 夹具铰链压紧机构设计
叶片轴向压紧机构设计，是保证加工钻径向孔时保证叶片轴向定位稳定，压紧机构压紧力、强度、刚性要好外，还要工人便于操作，结构紧凑，不影响转盘旋转分度。
设计压紧结构如图五示，由螺钉压紧支座、压板、铰链销轴、压紧螺钉、弹簧等元件组成。
原理是压板在压紧螺钉的作用下，绕着铰链销轴旋转，把力传递到压板前部，实现叶片轴向压紧。
5 试验
5.1 试验方案
把外涵静子叶片零件放在夹具上,定位压紧,放在摇臂钻床上进行钻孔和反向镗孔加工。
5.2 试验结果
通过使用设计的钻孔夹具加工叶片两个径向孔，加工出的叶片质量符合工艺规定的零件精度要求，实现了叶片一次装夹在同一工序加工两个不同位置的孔的设计目的，工人装夹叶片时间仅为2分钟，提高了叶片生产效率，叶片加工质量合格率达到100%，夹具分度转盘分度准确，转动自如，夹具定位压紧稳定，但夹具存在钻孔时，排削不太好，工人钻一钻抬一下刀的现象。
6 结果讨论与分析
叶片通过新设计的工装夹具加工后，满足工艺要求，夹具设计比传统设计简单，制造成本降低，外涵静子叶片钻孔夹具，是在叶片钻大半径位置上径向孔的夹具中的一种尝试，为今后设计各种类似叶片加工工装夹具设计提供了宝贵经验。
7 结论
在叶片批量生产中，设计的一道工序上钻大半径位置上径向多孔的典型夹具,完全满足了叶片加工任务和叶片质量要求，很好的解决生产中存在的问题。
参考文献
[1]刘艳.叶片制造技术.透平机械现代化制造技术丛书，北京:科学出版社，2002，10.
[2]航空工艺装备设计手册.夹具设计手册[C].北京：国防工业品出版社.
[3]陈泽民，忻良昌.公差配合与技术测量[M]北京：机械工业出版社.。