航天典型结构件数控加工高效装夹技术研究

1 引言

　　航天产品具有结构复杂、细长、薄壁、重量轻、强度高等特点，针对不同零件的结构形式，需要采用不同装夹方式翻。零件加工过程中的装夹一般有四种方式：简单装夹方式、真空吸附方式、内胀式夹持方式和摩擦固持方式旧。简单装夹方式较为简单，在生产实际得到广泛应用，但受人为因素影响，夹紧力不容易控制。真空吸附方式比较适用于平面型单面结构、厚度较小的结构件的夹紧，对于厚度较大、带双面结构的结构件的吸附效果较差。对于轴套类零件，常采用内胀式弹性心轴来装夹工件。对于蜂窝结构零件，目前较多采用双面胶进行固持，该固持方法在现场零件加工中并不十分理想，因此，文南融提出了基于强磁场和摩擦学原理的蜂窝芯加工固持夹紧方法。目前基于气动原理的装夹方式鲜有文献报道。在借鉴以上四种装夹方式优缺点基础上，对航天产品中具有细长、薄壁结构特点的结构件数控加工的装夹进行了深入研究，设计了基于气动原理的快速装夹系统。

2 气动工装设计

　　2.1 零件结构特点分析

　　航天产品中典型铝合金零件的截面，如图1所示。该类零件属于典型细长、薄壁、易变形类零件，局部细小加工特征比较多。零件加工过程存在的主要工艺问题：(1)零件装夹次数多，在进入下一道加工工序之前，需要重新装夹零件，工装多为手工重新搭建，费时费力；(2)装夹方式原始，手工装夹时间长，装夹效率低，因为装夹涉及的压板个数多，搭建拧紧压板的时间长。

图1典型结构件截面

　　2.2 气动夹紧力计算

　　为了解决以上零件加工过程手工装夹时间长、效率低等问题，采用基于气动原理的装夹方案。以如图1所示典型结构件铣削加工为例，首先需要计算气动夹紧力，依此确定气缸数量。加工该零件采用的切削参数为：切削速度(450-600)m／min，轴向切深(3-10)mm，径向切宽(3～10)ram，转速(6500-9000)dmin，每齿进给量(0.05~0.2)mm。在以上切削参数范围内，铝合金切削力一般在(70—200)N之间。数控车间使用的气压压力为(0.5-0.7)MPa，选择的气缸缸径为Φ50m，因此可以计算出一个气缸可以提供的有效夹紧力为700N。钢与铝合金的静摩擦系数为0.1，取较高的安全系数4，则需要提供的用于抵抗零件移动的总夹紧力如式(1)所示。

　　由于每个气缸可以提供的夹紧力为700N，则至少需要气缸12个。考虑到该类零件需要的辅助支撑点较多，一个工装上装夹2个零件，最终采用18个气缸，满足实际夹紧要求。