一种榫槽角向定位的夹具在卡圈槽铣削上的应用
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摘 要：卡圈槽是盘类零件在外缘的榫槽端面上的结构，起到安装挡圈和限制叶片位置的作用。通常与卡圈槽相关的尺寸有它的宽度尺寸、角向位置尺寸和对称度技术条件。其中角向位置尺寸通常是卡圈槽的中心线与榫槽的中心线的夹角，所以加工卡圈槽之前，务必要找到卡圈槽与榫槽的中心线的角向关系。为了解决某盘类件的卡圈槽在铣削时角向问题，研制了一种新的夹具，用于解决卡圈槽铣削时，角向定位困难，尺寸精度不易保证，重复定位效率低等问题。
关键词：卡圈槽;角向定位;高效
中图分类号：TH161 文献标志码：A
1 研究背景
某盘是重要零件，在高温、高压、高转速的恶劣环境条件下工作，零件的材料为钛合金。具有结构复杂、尺寸精度高、加工时易变形等特点。该文主要是围绕解决轮盘卡圈槽铣削加工时，卡圈槽与轮盘中心的角向定位困难，角向位置的角度尺寸不易保证，多个零件同时加工时，重复装夹和重复找正角向效率低等问题来开展的。原有夹具的结构由于在周向上的自由度限制不够，只单纯靠轴向压紧力压紧，在卡圈槽铣削加工时，由于加工余量大，从而铣削力过大，使零件在铣削时在周向方向转动，从而导致零件尺寸的超差或者报废。并且原有夹具不具备快换功能，采用常规螺栓拧紧方式安装，每次更换零件时拆卸步骤繁琐，加大了安装零件的难度和时间，降低了零件的加工效率和加工周期。
该文研制了一种新型卡圈槽铣削加工的夹具，解决了零件卡圈槽铣削时，原有的夹具角向定位在周向方向的自动度限制不够，角向定位困难，尺寸精度不易保证，盘件拆卸步骤繁琐，重复定位角向加工效率低等问题。通过该夹具的研究试验，实现了高精度定位的、操作简单的、能够提高加工质量和加工效率的快换角向定位夹具。
2 零件材料切削特点
（1）钛合金切削变形系数小，增加了刀刃的磨损。
（2）钛合金切削产生温度高，瞬间产生较高的热量，加快刀具磨损。
（3）钛合金切削力大，容易产生振动，导致加快刀刃的磨损，影响零件表面质量。
（4）钛合金的冷硬性，在切削后的零件外形成一层硬的氧化层，该氧化层能使零件的疲劳强度降低，还加速了刀具的磨损。
3 定位夹具的结构及定位原理
某盘榫槽角向定位的快换夹具，其结构包括底盘、螺杆、压盖、快换垫圈、螺母、盖板、锥形顶块、传动杆、螺栓、弹簧、枪栓锁套、滚花手柄、导块以及枪栓锁紧销等。
具体结构：夹具的最下方有一个圆形底盘，在底盘中心设置的螺杆，在螺杆的上部设置压盖，在压盖上方设置快换垫圈，在快换垫圈的上部设置螺母，其特征在于：底盘外缘处设置导块，导块的上部设置导块槽，导块槽内部设置锥形顶块，锥形顶块的锥形端顶住榫槽两侧的内表面;锥形顶块的结构特征在于：一端为锥形另一端有燕尾槽结构，传动杆的锁紧头放在锥形顶块的燕尾槽中，传动杆的外表面套装弹簧，弹簧的一端顶住锥形块的一端，弹簧的另一端顶住枪锁套的一端，锁紧螺母套装在传动杆上，滚花手柄与传动杆的末端螺纹连接;导块上面设置盖板，由螺杆连接，传动杆上设置枪栓锁紧销。
某盘榫槽角向定位的快换夹具的定位原理：该榫槽角向定位的快换夹具上有一个圆锥形角向销，当圆锥形角向销与盘榫槽内工作面紧密贴合时，圆锥形角向销的中心线正好与榫槽中心线重合，这样就精准地确定了榫槽的角向。在夹具的底座上有2个平行的键槽，2个键槽的中心线与圆锥形角向销的中心线重合，加工零件前，只需要拉直找正2个键槽的中心线，就找正了零件榫槽的中心线。装夹零件时，只要把圆锥形角向销顶紧榫槽就可以保证卡圈槽与榫槽的角向要求。夹具找正后，只要夹具不动，每次重复装夹零件时只需找正零件的圆心，然后用角向销顶紧零件，就可以轻松找正角向，不用每次找正夹具。除此之外，该夹具还有2个快换功能，一是在圆锥形角向销设计成枪栓式结构，圆锥形角向销的传动杆的外表面有一个L形的锁紧结构，传动杆上安装有弹簧，装夹定位零件时，只需手动拉开或顶紧圆锥形角向销即可。二是在零件的压盖下面有一个快换垫圈，每次拆卸零件时，不用把螺母全部拆卸下来，只需拧松螺母后把快换垫圈拆下来，就可以把快换螺杆拿下来，更换零件特别简单快捷，无需每次完全卸下所有夹具部件，耗费了大量的装夹时间。
4 定位夹具的应用
某盘榫槽角向定位的快换夹具的装夹过程。
安装零件前，首先将夹具安装在加工中心的平台上，轻拧安装螺钉，找正夹具。找正夹具后，用百分表拉直具底座上的2个键槽，拉正键槽角向位置后，拧紧安装螺钉，固定夹具。
重点在于在夹具的底座上有一个配合止口，与零件的止口相配合，其直径尺寸公差要求0.03，配合端面与夹具底面基准的平等度不大于0.02，配合表面与底表基准的垂直度不大于0.02，配合间隙不大于0.05。加工前，把零件平放在夹具的配合止口中，串上螺杆并安上快换垫圈后轻压压盖，然后找正零件跳动不大于0.01。
用锥形顶块的锥形端顶住零件第一榫槽两侧，适当转动锥形顶块，使锥形顶块与榫槽内壁紧密贴合，这样就找正了榫槽的中心线的角向位置。之后压紧夹具的压盖，完成零件装夹。
5 圈槽的铣削和检测
某盘卡圈槽的铣削是在数控加工中心上完成加工的。通过编制数控程序来保证卡圈槽的尺寸及技术条件。卡圈槽铣削加工前，由于榫槽的拉削加工已经完成，卡圈槽已经拉削断开，只需铣削两侧端面的余量，但由于钛合金材料特性铣削加工中仍会出现少量的让刀现象，使卡圈变形，通常按照理论尺寸进行加工，卡圈槽的宽度尺寸会有不合格现象，此时通过调整程序的点位，从而改变刀具轨迹的位置来保证卡圈槽的宽度尺寸。卡圈槽的深度是通过对刀和数控程序保证的，深度过于浅，卡圈槽的根部会和底面有一个很大的接刀台阶，过深会铣削到轮盘的基准面，出现过切现象。所以加工前一定精确测量轮盘基准面距离卡圈外端面的距离后再进行加工。另外卡圈槽的四周的棱边和尖边的倒角毛刺通常有2种加工方式，一种是手工打磨加工，另外一种是铣削加工，2种加工方式的区别在于：铣削加工的棱边倒角比手工打磨的尺寸大小均匀，粗糙度也比手工打磨得要好。缺点在于不能完全把卡圈槽的棱边倒角上的毛刺全部去除，只能铣削卡圈槽外部棱边的毛刺，卡圈槽内侧棱边的毛刺位于卡圈槽内侧，刀具与卡圈干涉无法进行加工，是必需用手工打磨加工来完成。
某盘卡圈槽的宽度尺寸是用游标卡尺来测量的，卡圈槽与榫槽的角向位置和卡圈槽两侧端面的对称度是通过三坐标检测的，由于榫槽是带一定的扭角的，所以检测时，扫描榫槽内表面与轮盘基准端面，按照卡圈槽的角向要求计算出榫槽径向面与轴向面的相交面，找出榫槽的中心线，再扫描卡圈槽的中心线，2条中心线的夹角就是卡圈槽的角向角度。而卡圈槽两侧端面的对称度是用三坐标扫描出所有卡圈槽的侧端面，计算出每一个卡圈槽的中心线，并以理论上每个卡圈槽位置的中心线的偏移量来计算的。
6 结语
通过该夹具的加工试验，我们已经掌握了该夹具在卡圈槽铣削角向定位的技术，并在生产任务中成功应用。该夹具首次研制，极具创新性，成功地实现了利用该夹具卡圈槽的加工时，榫槽的準确定位功能;有效地解决了上述的问题，同时该夹具的枪栓式的自动锁紧，实现了快换功能，极大地满足了零件高效率生产需求，并节省了大量的生产成本，该夹具设计结构简单，功能全面，操作方便，生产安全。
参考文献
[1]《透平机械现代制造技术丛书》编委员会.盘轴制造技术[M].北京：科学出版社，2002：3-4.
[2]叶洪涛.切削数据实用手册[M].技术中心金属切削试验研究室，2007（1）：2-3.
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