加工航空发动机自由涡轮二级叶片用工装的制作方法

本实用新型涉及航空加工用工装，具体涉及一种加工航空发动机自由涡轮二级叶片用工装。

背景技术：

自由涡轮二级叶片4是航空发动机上的重要零部件，其材料为锻态高温合金GH93；硬度≥290，一台发动机内需配有60多片二级叶片4，因此厂商对该零件的产量需求较大；二级叶片4的待加工面包括前缘5、后缘6、叶盆7、叶背8，二级叶片的左端部分为榫头11，二级叶片的右端部分为工作台12，精加工前的二级叶片4经过电火花加工作为粗加工，电火花加工加工出了二级叶片4的叶型并在各个待加工面留有少许的加工余量，经测量得出二级叶片4的叶身各截面的加工余量均不一致。

现有二级叶片4的加工方法是通过人工手工打磨抛光使得待加工面达到合格标准，该加工方法所需的人力劳动强度较高，人工的工作环境较为恶劣，在加工过程中难以迅速排掉二级叶片4在抛光打磨过程中产生的热量，其降温过程降低了生产效率，该加工方法的生产效率低并导致了二级叶片4的产量少，因二级叶片4的材料硬度较高使得打磨抛光时间更长，加工一个二级叶片4平均需要花费3.5小时，因该加工方法为纯手工加工使得二级叶片4的加工质量无法统一。

另外现有技术中有一种利用四轴加工中心加工二级叶片4的方法，该加工方法利用到一种工装，所述工装包括夹头9和顶套10，所述夹头9的左端开设有V形齿面槽，该齿面槽与二级叶片4的榫头11固定配合，所述夹头的右侧形状呈圆柱体，该圆柱体的圆周面装夹在四轴加工中心的卡盘上，所述顶套10的右端开设有方形凹槽，该凹槽和二级叶片4的工作台固定配合，所述顶套10的左端开设有中心孔，该中心孔顶紧在尾座顶尖上，所述夹头9的左侧形状呈方体，所述方体的前侧面固定有挡板，所述方体的后侧面固定有压板，所述挡板和压板用于二级叶片4的榫头12在所述V形齿面槽内水平方向的限位，二级叶片4在四轴加工中心上按上述一夹一顶的方式装夹在所述工装上，装夹完毕后，所述方体的顶面与水平面平行，加工过程中：四轴加工中心通过卡盘带动二级叶片4旋转不同的角度从而对二级叶片4的待加工面进行铣削。

上述在四轴加工中心上加工二级叶片4的方法存在以下问题：该加工方法所用的工装在装夹二级叶片4时、采用一夹一顶的方式进行装夹，因二级叶片4的待加工面处的结构形状较薄，所以所述一夹一顶的装夹方式会使装夹后的叶片4受到一定的轴向力并导致其发生弹性变形，当加工完毕并松开尾座顶尖后，二级叶片4所受的内应力相继消失，此时加工好的叶面形状产生了回弹变形并导致了二级叶片4的加工不合格，同时装夹时使用的中心孔为同一个中心孔，因此产生了装夹误差；铣削二级叶片4的待加工面使用的刀具是D8r4球头刀，所述球头刀直径小且刚性相对较差，同时因二级叶片4的叶身各截面的加工余量不一致，所以限制了铣削时刀具的走刀速度，铣削加工时的叶片4的叶身没有辅助支撑进一步导致了严重的振刀现象，严重的振刀现象导致了加工表面质量差同时进一步限制了加工时刀具的走刀速度；加工一个二级叶片4大约需要5小时，二级叶片4的加工合格率大约在30%，因此这种加工方法的加工效率和加工质量均达不到预期效果。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是通过一种加工航天发动机自由涡轮二级叶片的工装，本实用新型的工装在三轴加工中心上即可完成对二级叶片待加工面的精加工，摆脱了现有加工方法对四轴加工中心或手工加工的依赖；利用本工装加工二级叶片的效率高且省时，在保证二级叶片质量合格率的前提下，各二级叶片待加工面的加工质量均统一。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是提供一种加工航空发动机自由涡轮二级叶片的工装，包括底座，所述底座的左、右两侧均设有一个竖直的左、右支承部，所述左支承部上设有夹头，所述夹头的右端面设有V形齿面槽；

所述右支承部的内侧面上设有顶套，所述顶套的左端面开设有矩形槽，二级叶片右端的工作台与所述矩形槽固定配合，所述V形齿面槽和二级叶片左端的榫头固定配合。

进一步的是：所述底座的底面呈平面并与三轴加工中心的工作台面贴合，所述底座底部的左、右两端均设有一个水平方向的左、右延伸部，所述底座通过压板压紧在所述左、右延伸部的顶面从而与三轴加工中心的工作台面相固定；所述底座的底部的形状特征保证了装夹在工装上的二级叶片的位置精度。

进一步的是：所述底座的左、右支承部在水平方向上均设有左、右支承孔分

别用于支承夹头和顶套，所述左、右支承孔的中心线在同一直线上并与所述底座的底面平行；所述左、右端支承孔的位置特征保证了装夹在工装上的二级叶片的位置精度。

进一步的是：所述底座的左支承部的顶面在竖直方向上设有一只定位孔，所

述底座的右支承部的顶面在竖直方向上设有一只螺纹孔，该定位孔和螺纹孔均从各自端的支承部的顶面贯穿至各自端支承孔的内表面，所述定位孔和螺纹孔的中心线均与底座的左、右支承孔的中心线相交；所述定位孔的位置特征保证了底座定位孔内的定位销可顺利插入夹头的定位孔内，所述螺纹孔的位置特征保证了底座螺纹孔内的顶丝可顶在顶套的环形槽中；

进一步的是：所述夹头的左侧设有外螺纹，该外螺纹上配合有一只螺母；所

述夹螺母的拉紧力可解决夹头的定位孔和定位销的间隙配合带来的零件间的晃动问题，保证二级叶片在工装上保持完全固定。

进一步的是：所述夹头的右侧形状呈方体，所述方体的右侧面沿水平方向开设有一条V形齿面槽，所述V形槽的上、下槽面是齿状面，所述V形齿面槽的槽面与二级叶片的榫头的齿面部分配合；所述V形齿面槽的槽面夹角处沿水平向左方向开设有一条矩形槽，所述矩形槽将夹头将所述方体分割成上方部和下方部，所述方体的上侧面上竖直开设有一只螺纹孔并贯穿所述上方部，所方体的底侧面上竖直开设有一只通孔并贯穿所述下方部，所述通孔和螺纹孔的中心线在同一直线上；所述上方部的前侧面开设有两只不贯穿的螺纹孔，所述两只螺纹孔用于固定挡板；所述上、下方部的后侧面均开设有一只不贯穿的螺纹孔，所述螺纹孔用于安装压板；所述夹头的右侧结构特征保证了其与榫头部分固定的稳定性。

进一步的是：所述夹头的中部形状呈圆柱体，该圆柱体的圆周面与所述底座的左支承孔配合，所述圆柱体在圆周面的不同方向上分别开设有四个不贯穿的定位孔，所述定位孔的开设方向分别和二级叶片的四个待加工面方向一一对应，所述四个定位孔的轴线均在所述圆柱体的同一截面上，所述四个定位孔的大小和底座左支承部顶面的定位孔大小一致。底座的左支承部顶面的定位孔中的定位销分别通过与夹头的四个定位孔配合可翻转二级叶片的各个待加工面进行加工，代替了四轴加工中心上用卡盘带动零件旋转进行加工，所述四个定位孔的位置特征保证了底座的定位孔内的定位销可顺利插入夹头的定位孔内。

进一步的是：所述顶套的左端面水平开设有一条矩形槽并与二级叶片的工作台相配合，所述矩形槽的上侧面垂直向上开设有一只贯穿的螺纹孔，所述顶套的中部开设有一条环形槽，所述环形槽的中部和底座的右支承部的顶面螺纹孔的轴线对齐；顶套左端面的矩形槽的位置特征保证了安装在工装上的二级叶片的位置精度，环形槽的位置特征保证了底座的右支承部的顶面螺纹孔内的顶丝可顶紧在顶套的环形槽内，防止顶紧部位对顶套与底座配合面的刮伤。

本实用新型的有益效果：本实用新型的工装对比四轴加工中心加工方法中运用的工装，本实用新型的工装添加了底座，并在四轴加工中心加工方法中运用的工装基础上做了部分结构改动；本实用新型工装在与二级叶片的装配安装过程中：顶套与底座通过螺钉顶紧固定，夹头与底座通过定位孔中的定位销进行定位，二级叶片的榫头与夹头的V形齿面槽配合并通过螺纹压紧固定，二级叶片的工作台与顶套通过螺钉顶紧固定，装夹完毕后，所述夹头右侧的方体的上侧面与底座的底面平行；因上述定位孔与定位销间的配合存在间隙，上述配合间隙造成零件间的晃动通过夹头左侧的外螺纹上的螺母的拉紧力消除，上述二级叶片的固定中不受到四轴加工方法中一夹一顶所产生的轴向力，本实用新型工装的装夹方法更稳固所以在加工过程中可采用强度更好的D12r6球头刀进行切削加工，因二级叶片的装夹方法稳固且使用了强度更好的刀具，因此刀具在铣削时的走刀速度可大幅提高，且加工过程中的振刀现象明显减小，因此加工效率得到了较大的提升，平均加工一个二级叶片仅需2小时；底座的左支承部顶面的定位孔内的定位销、通过与夹头上不同定位孔的配合可翻转二级叶片的各个待加工面进行加工，代替了四轴加工中心上用卡盘带动零件旋转进行加工，因此利用本工装在三轴加工中心上即可完成对二级叶片待加工面的精加工；因利用本工装加工二级叶片的方法属于机加工，装夹时定位可靠且准确，因此二级叶片待加工面的加工质量可保证统一。

附图说明

为了清楚说明实用新型的创新原理及其相比于现有技术的优势，下面借助于附图通过应用所述原理的非限制性实例说明可能的实施例。在图中：

图1为本实用新型的加工航空发动机自由涡轮二级叶片的工装与二级叶片的装配立体图；

图2为航空发动机自由涡轮二级叶片的立体图；

图3为四轴加工方法中所用工装的立体图；

图4为夹头的主视图；

图5为夹头的定位孔部分的剖视图；

图6为图4的后视图；

图7为顶套的立体图；

图8为夹头的V形齿面槽与二级叶片榫头部分咬合部分的放大图。

具体实施方式

如图1，本实施例的一种加工航空发动机自由涡轮二级叶片用工装，包括底座1，所述底座1的左、右两侧均设有一个竖直的左支承部1-1、右支承部1-2，所述左支承部上设有夹头2，所述夹头2的右端面设有V形齿面槽；

所述右支承部的内侧面上设有顶套3，所述顶套3的左端面开设有矩形槽，二级叶片4右端的工作台12与所述矩形槽固定配合，所述V形齿面槽和二级叶片4左端的榫头11固定配合。

所述底座1的底面呈平面并与三轴加工中心的工作台面贴合，所述底座1底部的左、右两端均设有一个水平方向的左、右延伸部，所述底座1通过压板压紧在所述左、右延伸部的顶面从而与三轴加工中心的工作台面相固定；

所述底座1的左、右支承部在水平方向上均设有左、右支承孔分别用于支承

夹头2和顶套3，所述左、右支承孔的中心线在同一直线上并与所述底座1的底面平行；

所述底座1的左支承部的顶面在竖直方向上设有一只定位孔，所述底座1的右支承部的顶面在竖直方向上设有一只螺纹孔，该定位孔和螺纹孔均从各自端的支承部的顶面贯穿至各自端支承孔的内表面，所述定位孔和螺纹孔的中心线均与底座1的左、右支承孔的中心线相交。

所述夹头2的左侧设有外螺纹，该外螺纹上配合有一只螺母；

所述夹头2的右侧形状呈方体，所述方体的右侧面沿水平方向开设有一条V形齿面槽，所述V形槽的上、下槽面是齿状面，所述V形齿面槽的槽面与二级叶片4的榫头11的齿面部分配合；所述V形齿面槽的槽面夹角处沿水平向左方向开设有一条矩形槽，所述矩形槽将夹头2将所述方体分割成上方部和下方部，所述方体的上侧面上竖直开设有一只螺纹孔并贯穿所述上方部，所方体的底侧面上竖直开设有一只通孔并贯穿所述下方部，所述通孔和螺纹孔的中心线在同一直线上；所述上方部的前侧面开设有两只不贯穿的螺纹孔，所述两只螺纹孔用于固定挡板13；所述上、下方部的后侧面均开设有一只不贯穿的螺纹孔，所述螺纹孔用于安装压板；

所述夹头2的中部形状呈圆柱体，该圆柱体的圆周面与所述底座1的左支承孔配合，所述圆柱体在圆周面的不同方向上分别开设有四个不贯穿的定位孔，所述定位孔的开设方向分别和二级叶片4的四个待加工面方向一一对应，所述四个定位孔的轴线均在所述圆柱体的同一截面上，所述四个定位孔的大小和底座1左支承部顶面的定位孔大小一致。

所述顶套3的左端面水平开设有一条矩形槽并与二级叶片4的工作台12相配合，所述矩形槽的上侧面垂直向上开设有一只贯穿的螺纹孔，所述顶套3的中部开设有一条环形槽，所述环形槽的中部和底座1的右支承部的顶面螺纹孔的轴线对齐，所述顶套3的右侧形状呈圆柱体，该圆柱体与所述底座1的右支承孔配合。

本实施例的加工航空发动机自由涡轮二级叶片用工装，在与二级叶片4的装配安装过程中：顶套3与底座1通过螺钉顶紧固定，夹头2与底座通过定位孔中的定位销进行定位，二级叶片的榫头11与夹头2的V形齿面槽配合并通过螺纹压紧固定，二级叶片4的工作台12与顶套3通过螺钉顶紧固定，装夹完毕后，所述夹头2右侧的方体的上侧面与底座1的底面平行；因上述定位孔与定位销间的配合存在间隙，上述配合间隙造成零件间的晃动通过夹头2左侧的外螺纹上的螺母的拉紧力消除，上述二级叶片4的固定中不受到四轴加工方法中一夹一顶所产生的轴向力，本实用新型工装的装夹方法更稳固所以在加工过程中可采用强度更好的D12r6球头刀进行切削加工，因二级叶片4的装夹方法稳固且使用了强度更好的刀具，因此刀具在铣削时的走刀速度可大幅提高，且加工过程中的振刀现象明显减小，因此加工效率得到了较大的提升，平均加工一个二级叶片4仅需2小时；底座1的左支承部的顶面的定位孔内的定位销、通过与夹头上不同定位孔的配合可翻转二级叶片4的各个待加工面进行加工，代替了四轴加工中心上用卡盘带动零件旋转进行加工，因此利用本工装在三轴加工中心上即可完成对二级叶片4待加工面的精加工；因利用本工装加工二级叶片4的方法属于机加工，装夹时定位可靠且准确，因此二级叶片4待加工面的加工质量可保证统一。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理前提下，还可作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。