UG整体叶轮五坐标加工专用夹具设计及数控加工仿真(5)
图2.1，设计的加工元件叶轮
通常,整体叶轮一般由叶片和轮毅两部分组成合成,如图1.1所示"在整体
叶轮中的轮毅和叶片交界处,由于整体叶轮需要具有良好的空气动力学性能,
因此在五轴高速数控加工中，整体叶轮的直径为D=82mm,整体叶轮的高度
H=30mm,整体叶轮轮毅的直径Dh一10mm。
“卡盘”是机床上用来夹紧工件的机械装置。从卡盘爪数上面可以分为：两爪卡盘，三爪卡盘， 四爪卡盘，优尔爪卡盘和特殊卡盘。从使用动力上可以分为：手动卡盘:气动卡盘，液压卡盘， 电卡盘 动卡盘和机械卡盘。从结构上面还可以分为：中空型和中实型。三爪卡盘用伏打扳手旋转锥齿轮，锥齿轮带动平面矩形螺纹，然后带动三爪向心运动，因为平卡盘面矩形螺纹的螺距相等，所以三爪运动距离相等，有自动定心的作用。三爪卡盘是由一个大锥齿轮，三个小锥齿轮，三个卡爪组成。三个小锥齿轮和大锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面有 平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺纹上。当用扳手扳动小锥齿轮时，大锥齿轮便转 动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出。
基本结构和工作原理：三爪自定心卡盘利用三个螺钉，通过盘体止口端面上的螺孔，将卡盘 紧固在机床法兰上。将扳手插入任一齿轮方孔中，转动扳手时，小齿轮带动盘丝转动，通过 盘丝端面螺纹的转动，带动三块卡爪同时趋进或离散。
针对叶轮，首先要尽量减小安装误差。保证定位准确，减少叶轮的加工误差。为了得到合格产品, 必须使各项加工误差之总和不大于规定的被加工零件的相应公差。为了保证其定位基准位置精确, 定位基准应该具有相对较高的表面质量, 同时应尽可能增大支承之间的距离, 使三点之间面积尽可能大, 保证被加工零件稳定可靠, 不使被加工零件在定位时重心失稳。夹紧装置设计既要保证被加工零件的既定位置稳定可靠, 又要避免被加工零件产生不允许的变形和表面损伤, 同时夹紧机构应操作安全、方便、省力。因此需通过合理选择夹紧点、正确确定所需夹紧力大小及方向, 设计合适的夹紧机构来予以保证。
对于薄壁刚性差的被叶轮零件, 要特别注意夹紧变形。除了改变夹紧部位以减小夹紧变形外, 还可以通过设计特殊形状的夹爪和压脚( 如具有较大弧面的夹爪、带活动压块的螺旋机构等) , 使夹紧力分散作用在一条线或一个面上, 以减少被加工零件变形。另外, 对于低刚度被加工零件, 夹紧点应尽可能接近被加工表面, 以保证加工中被加工零件震动较小。由于加工零件是叶轮，对定心有一定要求，而三爪卡盘的夹紧力也满足要求，所以我们选择三爪卡盘作为底面的夹紧机构。
图2.2，三爪卡盘与机床连接处视图
图2.3，三爪卡盘俯视图
因此我们制定了两套方案：
方案一独立的三爪卡盘。
方案二三爪卡盘，配合Z方向的轴固定件，配合锁紧螺母。
2.3方案比较
方案一，三爪卡盘固定于基座，可以夹紧毛坯。而且三爪卡盘在机械加工领域很常见，夹紧力足够大，可以保证水平方向的定位，同时三爪夹紧元件，可以起到定圆心的作用。保证了定位误差中的基准位置误差为零，保证了定位误差很小（机械制造工艺学P268）。只会产生犹豫工件的工序基准和定位基准不重合引起的基准位置误差。
方案二，由于Z方向需要固定防止加工叶轮时候发生倾斜，采用如图设计的固定件。底部凸台固定于三爪卡盘底部，上方螺纹处是锁紧螺母来保证。然后在锁紧螺母与零件毛坯之间，加入弹性挡圈，起到缓冲作用，同时弹性挡圈代替点券，可提高装配效率（机械设计手册-P600）次固定件装卸方便，与三爪卡盘一起构成了整体叶轮专用夹具。拆卸下来三爪卡盘又可用于多种加工件的夹紧。由方案一可得三爪卡盘保证了水平X方向，Y方向的定位，而轴保证Z方向的定位，同时此夹具没有过定位。所以我们最后选择方案二。
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