一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具及加工方法与流程

1.本发明属于航空发动机涡轮导向叶片加工技术领域，具体涉及一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具及加工方法。

背景技术：

2.涡轮导向叶片是航空发动机的关键气动部件，近年来为了提高发动机整体性能，降低气流损失、提高结构强度，涡轮导向叶片家族中出现多种多联整体铸造结构，这种叶片不但铸造工艺复杂，而且零件相关加工技术难度极高，其中叶片结构为多联体空心整体铸造，上下缘板存在多个与空心腔体贯穿的安装孔，如图1所示，且安装孔的位置度精度要求较高，同时在加工过程中需要对内腔进行保护，防止金属物质进入内腔，采用传统灌蜡保护的钻孔方式无法进行加工，制约新型发动机研制进度的难题。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具及加工方法，成功完成某机整体多联导向叶片贯穿安装孔的内腔防护及加工，填补了国内空心涡轮叶片加工领域一项技术空白。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，包括底板，所述底板上表面两侧设置有用于安装桥式压紧支撑的支柱，所述支柱顶部通过阶形螺钉安装有桥式压紧支撑，底板上表面通过螺钉安装有上缘板定位块和下缘板定位块，底板上安装有靠近上缘板定位块设置的对刀块，下缘板定位块顶部安装有径向压紧块组件，下缘板定位块两侧壁顶部安装有压紧组件。
6.所述桥式压紧支撑的中部开设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺接有顶紧螺钉，顶紧螺钉底部螺接有轴向压紧块，且轴向压紧块与顶紧螺钉之间安装圆柱销限制轴向压紧块的转动自由度。
7.所述压紧组件，包括安装于下缘板定位块两端侧壁上的支撑板，支撑板上对称安装有调节螺钉，调节螺钉端部安装有周向压紧块。
8.所述径向压紧块组件包括径向压紧块，径向压紧块安装于下缘板定位块顶部的沉头孔的大径孔内，六角圆柱头螺钉穿过径向压紧块的中心孔后螺接到沉头孔的小径螺纹孔上，所述径向压紧块与沉头孔的大径孔之间安装有套装在内六角圆柱头螺钉上的压缩弹簧。
9.采用空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，进行空心叶片贯穿安装孔加工的加工方法，包括以下步骤：
10.步骤1，使用不锈钢棒将下缘板封堵块压入下缘板孔内；
11.步骤2，使用仿形结构的压棒将上缘板封堵块压入型孔内，边缘处使用锉刀压实，压入深度与型孔平齐即可；
12.步骤3，上缘板封堵块和下缘板封堵块安装完成后，将零件静置20～30min；
13.步骤4，将叶片安装到多工位夹具上，将叶片按照技术文件规定的基准面进行安装，将叶身周向压紧块放平紧贴零件叶身，随后慢慢拧紧压紧螺栓，保证零件装夹的稳定性；
14.步骤5，采用多坐标系加工方式进行安装孔系加工，启动加工程序进行试加工，根据试加工情况调整个坐标系位置，保证零件安装孔系的位置度精度；
15.步骤6，加工完成后对零件表面产生的毛刺进行清理；
16.步骤7，使用压缩空气将残留在零件表面的金属屑清除干净，在清除过程中应调整压缩空气的压力，避免压力过大导致记忆棉被吹出零件内腔；
17.步骤8，使用钩针将上缘板封堵块和下缘板封堵块取出，并及时清洗上缘板封堵块和下缘板封堵块表面的油污，自然干燥后存放。
18.步骤1中所述的下缘板封堵块和上缘板封堵块由记忆棉材料制成，且上缘板封堵块和下缘板封堵块做成仿形结构能够方便封堵块的安装，即将下缘板封堵块制作成为圆柱形封堵块，将上缘板封堵块制作成为腔形体封堵块。
19.本发明的有益技术效果为：
20.1)本发明通过研究内腔封堵材料及仿形封堵方案，解决了常规封堵方案产生的次生异物影响，杜绝了金属屑进入内腔的可能。
21.2)本发明通过研究避免刀具干涉及设备主轴干涉夹具设计方案，解决了一次装夹加工多个高精度孔的干涉问题，提高了零件的加工效率及加工精度。
22.3)本发明通过研究多坐标系加工方案，解决了同坐标系下孔位置度出现细小偏差的难题，进一步提升了孔系加工的效率的质量稳定性。
23.4)按照此技术方案进行航空发动机多联整铸空心叶片贯穿孔的内腔异物防护及高精度孔多孔位加工，孔系位置度精度达到0.06，合格率由60％提升到95％以上。
附图说明
24.图1本发明空心叶片结构示意图；
25.图2本发明中下缘板封堵块结构示意图；
26.图3本发明中上缘板封堵块结构示意图；
27.图4本发明空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具主视剖视图；
28.图5本发明空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具侧视剖视图；
29.1-底板，2-上缘板定位块，3-下缘板定位块，5-轴向压紧块，6-桥式压紧支撑，8-支柱，9-对刀块，10-阶形螺钉，12-顶紧螺钉，15-压缩弹簧，16-内六角圆柱头螺钉，21-径向压紧块，22-支撑板，23-周向压紧块，24-上缘板封堵块，25-下缘板封堵块。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
31.如图4和图5所示，一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，包括底板1，所述底板1上表面两侧设置有用于安装桥式压紧支撑6的支柱8，所述支柱8顶部通过阶形螺钉10安装有桥式压紧支撑6，底板1上表面通过螺钉安装有上缘板定位块2和下缘板定位块3，底
板1上安装有靠近上缘板定位块2设置的对刀块9，下缘板定位块3顶部安装有径向压紧块组件，下缘板定位块3两侧壁顶部安装有压紧组件。
32.所述桥式压紧支撑6的中部开设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺接有顶紧螺钉12，顶紧螺钉12底部螺接有轴向压紧块5，且轴向压紧块5与顶紧螺钉12之间安装圆柱销限制轴向压紧块5的转动自由度。
33.所述压紧组件包括安装于下缘板定位块3两端侧壁上的支撑板22，支撑板22上对称安装有调节螺钉，调节螺钉端部安装有周向压紧块23。
34.所述径向压紧块组件包括径向压紧块21，径向压紧块21安装于下缘板定位块3顶部的沉头孔的大径孔内，六角圆柱头螺钉穿过径向压紧块21的中心孔后螺接到沉头孔的小径螺纹孔上，所述径向压紧块21与沉头孔的大径孔之间安装有套装在内六角圆柱头螺钉16上的压缩弹簧15。
35.空心叶片的被加工部位均在缘板侧，为避免加工时刀具干涉，压紧部位应该合理避开缘板位置，由于叶片整体尺寸较小，选择传统位置压紧不能满足加工要求，故在设计压紧时选择能够承受压紧力的叶身部位作为压紧位置，保证叶片的装夹稳定性，为防止叶身压身，其接触部位需选择硬度较低的金属材料。
36.由于叶片装配孔在对称位置，夹具在加工过程中需要沿着y轴进行对称性旋转，同时在x轴方向需要旋转30
°
及90
°
，故需研究零件旋转后不能与机床主轴发生干涉，夹具体需要在高度方向上进行调整，以满足加工高度。
37.采用空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，进行空心叶片贯穿安装孔加工的加工方法，包括以下步骤：
38.步骤1，如图2所示，将由记忆棉材料制成的下缘板封堵块25压成直径为5mm内的小圆柱，使用直径为5mm的不锈钢棒将下缘板封堵块25压入下缘板孔内，压入深度距离孔边缘3mm即可；
39.步骤2，如图3所示，将记忆棉材料制成的上缘板封堵块24压成厚度为3mm内的小块，使用仿形结构的压棒将上缘板封堵块24压入型孔内，边缘处使用锉刀压实，压入深度与型孔平齐即可；采用记忆棉材料制作的封堵块在进入叶片内腔后，利用记忆棉的慢回弹性，在封堵内腔前，将记忆棉压缩，放入腔体后，一段时间后记忆棉成回弹至最初状态，完全封堵住整个内腔壁，有效的阻止了金属屑进入内腔；
40.步骤3，上缘板封堵块24和下缘板封堵块25安装完成后，将零件静置30分钟；
41.步骤4，将叶片安装到多工位夹具上，将叶片按照技术文件规定的基准面进行安装，叶片上下缘板平面分别与夹具的上缘板定位块2和下缘板定位块3贴合，外圆弧与上缘板定位块2上的圆弧贴合，叶片上的凸台左侧与上缘板定位块2上的凹槽贴合，按顺序压紧径向压紧块21、轴向压紧块5和周向压紧块23，保证零件装夹的稳定性；
42.步骤5，启动加工程序进行试加工，根据试加工情况调整个坐标系位置，保证零件孔系的位置度精度；
43.具体为：在保证单个安装孔加工的质量及整体加工效率方面，通过多坐标系加工方式进行加工，即每个安装孔对应一个坐标系，保证在不同的加工条件下各个安装孔系的加工位置符合工艺技术要求，从而达到提升加工效率及加工质量的效果；
44.多坐标系加工的环境下，每一个高精度安装孔系对应不同的加工坐标系，加工精
度依据检测结果进行调整，调整过程中避免了同一个坐标系上不同孔的位置度检测误差问题；由于零件结构比较紧凑，需要使用高精度测量设备统一坐标系测量，提高加工及检测效率；
45.步骤6，加工完成后对零件表面产生的毛刺进行清理；
46.步骤7，使用压缩空气将残留在零件表面的金属屑清除干净，在清除过程中应调整压缩空气的压力，避免压力过大导致记忆棉被吹出零件内腔；
47.步骤8，使用钩针将上缘板封堵块24和下缘板封堵块25取出，并及时清洗记忆棉表面的油污，自然干燥后存放。
48.由于零件结构特点，叶片内腔属于喇叭装结构，内部存在多个小柱子，异物一旦进入就很难取出，故需研究一种方便进入腔体，同时对叶片本身无污染、易取出的内腔保护材料，同时要充分考虑到加工过程中流体冲刷时不能让其脱落，起到充分保护内腔的效果，因此下缘板封堵块25和上缘板封堵块24选用记忆棉材料。将下缘板封堵块25和上缘板封堵块24安装到叶片内腔后，利用记忆棉的慢回弹性，在封堵内腔前，将记忆棉压缩，放入腔体后，一段时间后记忆棉成回弹至最初状态，完全封堵住整个内腔壁，有效的阻止了金属屑进入内腔。
49.依据内腔结构，上缘板封堵块24和下缘板封堵块25做成仿形结构能够方便封堵块的安装，提升叶片的封堵效率。根据零件结构，将下缘板封堵块25制作成为圆柱形封堵块，将上缘板封堵块24制作成为腔形体。

技术特征：

1.一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，其特征在于，包括底板，所述底板上表面两侧设置有用于安装桥式压紧支撑的支柱，所述支柱顶部通过阶形螺钉安装有桥式压紧支撑，底板上表面通过螺钉安装有上缘板定位块和下缘板定位块，底板上安装有靠近上缘板定位块设置的对刀块，下缘板定位块顶部安装有径向压紧块组件，下缘板定位块两侧壁顶部安装有压紧组件。2.根据权利要求1所述的一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，其特征在于：所述桥式压紧支撑的中部开设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺接有顶紧螺钉，顶紧螺钉底部螺接有轴向压紧块，且轴向压紧块与顶紧螺钉之间安装圆柱销限制轴向压紧块的转动自由度。3.根据权利要求1所述的一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，其特征在于：所述压紧组件包括安装于下缘板定位块两端侧壁上的支撑板，支撑板上对称安装有调节螺钉，调节螺钉端部安装有周向压紧块。4.根据权利要求1所述的一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，其特征在于：所述径向压紧块组件包括径向压紧块，径向压紧块安装于下缘板定位块顶部的沉头孔的大径孔内，六角圆柱头螺钉穿过径向压紧块的中心孔后螺接到沉头孔的小径螺纹孔上，所述径向压紧块与沉头孔的大径孔之间安装有套装在内六角圆柱头螺钉上的压缩弹簧。5.采用权利要求1所述的空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，进行空心叶片贯穿安装孔加工的加工方法，包括以下步骤：步骤1，使用不锈钢棒将下缘板封堵块压入下缘板孔内；步骤2，使用仿形结构的压棒将上缘板封堵块压入型孔内，边缘处使用锉刀压实，压入深度与型孔平齐即可；步骤3，上缘板封堵块和下缘板封堵块安装完成后，将零件静置20～30min；步骤4，将叶片安装到多工位夹具上，将叶片按照技术文件规定的基准面进行安装，将叶身周向压紧块放平紧贴零件叶身，随后慢慢拧紧压紧螺栓，保证零件装夹的稳定性；步骤5，采用多坐标系加工方式进行安装孔系加工，启动加工程序进行试加工，根据试加工情况调整个坐标系位置，保证零件安装孔系的位置度精度；步骤6，加工完成后对零件表面产生的毛刺进行清理；步骤7，使用压缩空气将残留在零件表面的金属屑清除干净，在清除过程中应调整压缩空气的压力，避免压力过大导致记忆棉被吹出零件内腔；步骤8，使用钩针将上缘板封堵块和下缘板封堵块取出，并及时清洗上缘板封堵块和下缘板封堵块表面的油污，自然干燥后存放。6.根据权利要求5所述的采用空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具，进行空心叶片贯穿安装孔加工的加工方法，其特征在于：步骤1中所述的下缘板封堵块和上缘板封堵块由记忆棉材料制成，且上缘板封堵块和下缘板封堵块做成仿形结构能够方便封堵块的安装，即将下缘板封堵块制作成为圆柱形封堵块，将上缘板封堵块制作成为腔形体封堵块。

技术总结

一种空心叶片贯穿安装孔加工用多工位夹具及加工方法，属于航空发动机涡轮导向叶片加工技术领域，包括底板，所述底板上表面两侧设置有用于安装桥式压紧支撑的支柱，所述支柱顶部通过阶形螺钉安装有桥式压紧支撑，底板上表面通过螺钉安装有上缘板定位块和下缘板定位块，底板上安装有靠近上缘板定位块设置的对刀块，下缘板定位块顶部安装有径向压紧块组件，下缘板定位块两侧壁顶部安装有压紧组件。本发明通过研究内腔封堵材料及仿形封堵方案，解决了常规封堵方案产生的次生异物影响，杜绝了金属屑进入内腔的可能；通过研究避免刀具干涉及设备主轴干涉夹具设计方案，解决了一次装夹加工多个高精度孔的干涉问题，提高了零件的加工效率及加工精度。效率及加工精度。效率及加工精度。