径向扩压器的双工位加工夹具以及加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机加工的技术领域，特别地，涉及一种径向扩压器的双工位加工夹具。此外，本发明还涉及一种包括上述径向扩压器的双工位加工夹具的加工方法。

背景技术

径向扩压器组件是航空发动机压气机部件中的转能零件。为充分减少能量转换损失，控制气流方向，增大气压，零件结构有31处闭式通道，通道曲面由25组截面数据生成，通道长140mm，截面面积比为1:10。由于气体在闭式通道内的流速和流向对发动机使用性能有较大影响，径向扩压器对通道的进气道喉部轮廓和表面粗糙度有着较高的要求。

传统铣削无法实现闭式、变截面、深腔等结构特征。行业内径向扩压器加工为成型电火花特种工艺加工。但径向扩压器的闭式、变截面、深长腔、大面积等特征均属于电加工难点问题，由于径向扩压器结构的诸多限制，导致对闭式通道加工困难，进而导致径扩向扩压机加工时间长、效率低，不利于生产。

发明内容

本发明提供了一种径向扩压器的双工位加工夹具以及加工方法，以解决如何提高径向扩压器的加工效率，缩短径向扩压器的加工时长的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种径向扩压器的双工位加工夹具，用于沿轴向依次装夹第一径向扩压器和第二径向扩压器，所述径向扩压器的双工位加工夹具包括：支撑座、第一定位部、第二定位部、压紧机构，所述支撑座用于固定在机床上；所述第一定位部包括设置在所述支撑座上的第一定位环和设置在所述第一定位环上的第一角向定位销；所述第二定位部包括与所述第一定位环同轴设置的第二定位环和设置在所述第二定位环上的第二角向定位销，所述第二定位环相对于所述第一定位环周向定位；所述压紧机构设置在第二定位环上；所述第一定位环用于支撑所述第一径向扩压器并使所述第一径向扩压器与所述第一定位环同轴，所述第二定位环的第一端与所述第一定位环用于互相夹持所述第一径向扩压器以使所述第一径向扩压器轴向定位，所述第一角向定位销用于使所述第一径向扩压器周向定位，所述第二定位环的第二端用于支撑所述第二径向扩压器并使所述第二径向扩压器与所述第二定位环同轴，所述第二定位环的第二端与所述压紧机构用于相互夹持所述第二径向扩压器并所述第二定位环轴向定位，所述第二角向定位销用于使所述第二径向扩压器周向定位。

进一步地，所述第一定位环的内圆上开设有定位斜面，所述第二定位环的第一端设置有与所述定位斜面匹配的锥形环。

进一步地，所述支撑座包括用于与所述机床连接的底板以及设置在所述底板上的导向底座，所述第一定位环套设在所述导向底座上并与所述导向底座同轴。

进一步地，所述导向底座朝向所述第一定位环的一端设置有若干导向柱，若干所述导向柱沿所述导向底座的周向间隔分布，所述导向柱沿轴向依次穿过所述第一定位环和第二定位环并与所述压紧机构连接，以使所述压紧机构与所述导向底座同轴。

进一步地，所述压紧机构包括安装套、中轴、限位件以及若干压紧件，所述安装套上设置有若干导套，所述导套与所述导向柱一一对应设置以使所述安装套相对于所述导向底座同轴，所述中轴设置在所述安装套上且与所述安装套同轴，若干所述压紧件沿所述安装套的周向间隔分布并与所述中轴连接，所述中轴用于沿轴向朝远离所述第二定位环的方向移动并带动所述压紧件沿径向伸出压紧所述第二径向扩压器，所述中轴还用于沿轴向朝所述第二定位环的方向移动并带动所述压紧件沿径向回缩脱离所述第二径向扩压器，所述限位件与所述中轴连接并用于沿轴向锁紧所述中轴，以使所述压紧件沿径向固定。

进一步地，所述安装套上开设有与所述安装套同轴设置的中心槽和沿所述安装套径向设置的若干滑动槽，所述中轴与所述中心槽配合，所述压紧件一一对应设置在所述滑动槽内。

进一步地，所述中轴包括沿轴向依次设置的导向部、调节部和限位部所述导向部与所述中心槽配合，所述调节部呈锥形且径向尺寸由导向部一端朝向限位部一端逐渐减小，所述限位部伸出所述安装套与所述限位件连接，所述压紧件包括定位爪、复位件和挡板，所述定位爪设置在所述滑动槽内，所述挡板固定连接在所述安装套上且位于所述滑动槽上的所述定位爪伸出的一端，所述定位爪上开设有容纳槽，所述复位件设置在所述容纳槽内，所述复位件的两端分别与所述挡板和所述容纳槽的槽底抵接，所述定位爪的第一端开设有与所述调节部配合的调节斜面，所述定位爪的第二端用于与所述第二径向扩压器抵接。

根据本发明的另一方面，还提供了一种径向扩压器的双工位加工方法，采用如上述所述的径向扩压器的双工位加工夹具，包括以下步骤：

S100，将径向扩压器的双工位加工夹具安装至电极加工机床上；

S200，将第一径向扩压器和第二径向扩压器依次安装至径向扩压器的双工位加工夹具上；

S300，准备第一电极和第二电极，并同时调整第一电极和第二电极的位置，使第一电极对准第一径向扩压器上待加工的闭式通道，第二电极对准第二径向扩压器上待加工的闭式通道；

S400，控制第一电极对第一径向扩压器上待加工的闭式通道依次进行粗加工和精加工，同时控制第二电极对第二径向扩压器上待加工的闭式通道依次进行粗加工和精加工，直到第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道均加工至设计状态；

S500，将径向扩压器的双工位加工夹具转动合适的角度，以使第一电极对准第一径向扩压器上的下一个待加工的闭式通道，同时使第二电极对准第二径向扩压器上的下一个待加工的闭式通道；

S600，重复步骤S400～S500，直到第一径向扩压器上所有的闭式通道和第二径向扩压器上所以的闭式通道均加工完毕。

进一步地，所述步骤S400包括以下步骤：

S401，控制第一电极和第二电极释放第一电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行粗加工；

S402，控制第一电极和第二电极释放第二电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工，将第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工均加工至设计状态，其中，第一电流大于第二电流。

进一步地，所述步骤S600后还包括对加工完的第一径向扩压器和第二径向扩压器进行检查，若存在电弧烧伤则需要返修，若合格则完成对第一径向扩压器和第二径向扩压器的加工。

本发明具有以下有益效果：

本发明径向扩压器的双工位加工夹具以及加工方法中，通过设计双工位加工夹具实现对两个径向扩压器利用两个电极进行同时加工，以达到提高径向扩压器加工效率的目的。其中，径向扩压器的双工位加工夹具方便对第一径向扩压器和第二径向扩压器进行安装，并保证加工的第一径向扩压器和第二径向扩压器位置稳定，中心同轴，轴向位置关系和角向位置关系均相同，以实现两零件的重叠放置，进而方便电极的同时加工。

具体的，通过径向扩压器的双工位加工夹具安装时，先将支撑座固定在电极加工机床上，然后将第一径向扩压器放置于第一定位环上并使第一径向扩压器与第一定位环同轴，再通过第一角向定位销与第一径向扩压器配合，以使第一径向扩压器相对于第一定位环周向定位，然后将第二定位环通过螺栓可拆卸的安装在第一定位环上，并使第二定位环与第一定位环同轴以及使第二角向定位销与第一角向定位销同轴，此时通过第二定位环的压紧，使得第一径向扩压器轴向定位，然后将第二径向扩压器放置于第二定位环上并使第二径向扩压器与第二定位环同轴，再通过第二角向定位销与第二径向扩压器配合，以使第二径向扩压器相对于第二定位环周向定位，最后通过压紧机构对第二径向扩压器进行轴向压紧，进而完成对第一径向扩压器和第二径向扩压器的定位安装。

具体加工时，先径向扩压器的双工位加工夹具安装至电极加工机床上，然后将第一径向扩压器和第二径向扩压器依次安装至径向扩压器的双工位加工夹具上，再准备第一电极和第二电极，并同时调整第一电极和第二电极的位置，使第一电极对准第一径向扩压器上待加工的闭式通道，第二电极对准第二径向扩压器上待加工的闭式通道，然后控制第一电极和第二电极释放第一电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行粗加工；再控制第一电极和第二电极释放第二电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工，将第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工均加工至设计状态，其中，第一电流大于第二电流，然后将径向扩压器的双工位加工夹具转动合适的角度，以使第一电极对准第一径向扩压器上下一个待加工的闭式通道，同时使第二电极也对准第二径向扩压器上下一个待加工的闭式通道，重复电极加工的步骤直到第一径向扩压器上所有的闭式通道和第二径向扩压器上所以的闭式通道均加工完毕。

综上所述，采用径向扩压器的双工位加工夹具和双电极对两个径向扩压器进行同时加工，以提高零件的加工效率，同时电极加工时，通过增大电流，进行粗加工，以实现增大放电面积与放电强度，提高材料的去除率，再进行精加工时的径向扩压器上的闭式通道加工至设计状态，采用粗精加工的合理分配，在保证零件精度的前提下能够提升加工效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的径向扩压器的双工位加工夹具的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的径向扩压器的双工位加工夹具的结构剖视图；

图3是本发明优选实施例的中轴的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的定位爪的结构示意图。

图例说明：

100、支撑座；101、底板；102、导向底座；103、导向柱；

200、第一定位环；201、定位斜面；202、第一角向定位销；

300、第二定位环；301、锥形环；302、第二角向定位销；

400、安装套；401、滑动槽；402、中心槽；403、导套；

500、中轴；501、导向部；502、调节部；503、限位部；

600、定位爪；601、容纳槽；602、调节斜面；603、复位件；604、挡块；

700、限位件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1～图4所示，本实施例的一种径向扩压器的双工位加工夹具，用于沿轴向依次装夹第一径向扩压器和第二径向扩压器，所述径向扩压器的双工位加工夹具包括：支撑座、第一定位部、第二定位部、压紧机构，所述支撑座用于固定在机床上；所述第一定位部包括设置在所述支撑座上的第一定位环和设置在所述第一定位环上的第一角向定位销；所述第二定位部包括与所述第一定位环同轴设置的第二定位环和设置在所述第二定位环上的第二角向定位销，所述第二定位环相对于所述第一定位环周向定位；所述压紧机构设置在第二定位环上；所述第一定位环用于支撑所述第一径向扩压器并使所述第一径向扩压器与所述第一定位环同轴，所述第二定位环的第一端与所述第一定位环用于互相夹持所述第一径向扩压器以使所述第一径向扩压器轴向定位，所述第一角向定位销用于使所述第一径向扩压器周向定位，所述第二定位环的第二端用于支撑所述第二径向扩压器并使所述第二径向扩压器与所述第二定位环同轴，所述第二定位环的第二端与所述压紧机构用于相互夹持所述第二径向扩压器并所述第二定位环轴向定位，所述第二角向定位销用于使所述第二径向扩压器周向定位。

在本实施例中，支撑座上开设右若干安装孔，并通过螺栓穿过安装孔使得支撑座安装在机床上。第一角向定位销和第二角向定位销均采用菱形销，以方便固定第一径向扩压器和第二径向扩压器的角向位置，使得第一径向扩压器和第二径向扩压器相对于支撑座周向定位。

具体的，通过径向扩压器的双工位加工夹具安装时，先将支撑座固定在电极加工机床上，然后将第一径向扩压器放置于第一定位环上并使第一径向扩压器与第一定位环同轴，再通过第一角向定位销与第一径向扩压器配合，以使第一径向扩压器相对于第一定位环周向定位，然后将第二定位环通过螺栓可拆卸的安装在第一定位环上，并使第二定位环与第一定位环同轴以及使第二角向定位销与第一角向定位销同轴，此时通过第二定位环的压紧，使得第一径向扩压器轴向定位，然后将第二径向扩压器放置于第二定位环上并使第二径向扩压器与第二定位环同轴，再通过第二角向定位销与第二径向扩压器配合，以使第二径向扩压器相对于第二定位环周向定位，最后通过压紧机构对第二径向扩压器进行轴向压紧，进而完成对第一径向扩压器和第二径向扩压器的定位安装。

具体加工时，先径向扩压器的双工位加工夹具安装至电极加工机床上，然后将第一径向扩压器和第二径向扩压器依次安装至径向扩压器的双工位加工夹具上，再准备第一电极和第二电极，并同时调整第一电极和第二电极的位置，使第一电极对准第一径向扩压器上待加工的闭式通道，第二电极对准第二径向扩压器上待加工的闭式通道，然后控制第一电极和第二电极释放第一电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行粗加工；再控制第一电极和第二电极释放第二电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工，将第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工均加工至设计状态，其中，第一电流大于第二电流，然后将径向扩压器的双工位加工夹具转动合适的角度，以使第一电极对准第一径向扩压器上下一个待加工的闭式通道，同时使第二电极也对准第二径向扩压器上下一个待加工的闭式通道，重复电极加工的步骤直到第一径向扩压器上所有的闭式通道和第二径向扩压器上所以的闭式通道均加工完毕。

综上所述，通过设计双工位加工夹具实现对两个径向扩压器利用两个电极进行同时加工，以达到提高径向扩压器加工效率的目的。其中，径向扩压器的双工位加工夹具方便对第一径向扩压器和第二径向扩压器进行安装，并保证加工的第一径向扩压器和第二径向扩压器位置稳定，中心同轴，轴向位置关系和角向位置关系均相同，以实现两零件的重叠放置，进而方便电极的同时加工。采用径向扩压器的双工位加工夹具和双电极对两个径向扩压器进行同时加工，以提高零件的加工效率，同时电极加工时，通过增大电流，进行粗加工，以实现增大放电面积与放电强度，提高材料的去除率，再进行精加工时的径向扩压器上的闭式通道加工至设计状态，采用粗精加工的合理分配，在保证零件精度的前提下能够提升加工效率。

进一步地，所述第一定位环的内圆上开设有定位斜面，所述第二定位环的第一端设置有与所述定位斜面匹配的锥形环。在本实施力中，将第二定位环与第一定位环通过锥面止口定心，该结构可以起到轴向定心的作用，从而保证安装在第一定位环上的第一径向扩压器与安装在第二定位环上的第二径向扩压器平行。

进一步地，所述支撑座包括用于与所述机床连接的底板以及设置在所述底板上的导向底座，所述第一定位环套设在所述导向底座上并与所述导向底座同轴。

在本实施力中，导向底座的外圆与第一定位环内圆等径同轴，保证第一定位环能够稳定的安装在底座上，并于导向底座径向定位。

进一步地，所述导向底座朝向所述第一定位环的一端设置有若干导向柱，若干所述导向柱沿所述导向底座的周向间隔分布，所述导向柱沿轴向依次穿过所述第一定位环和第二定位环并与所述压紧机构连接，以使所述压紧机构与所述导向底座同轴。

在本实施例中，导向柱的数量为三个，导向柱与压紧机构配合定位，保证压紧机构与导向底座同轴，进而保证压紧机构与第一定位环和第二定位环同轴，从而保证压紧机构能够稳定的卡紧第二径向扩压器。

进一步地，所述压紧机构包括安装套、中轴、限位件以及若干压紧件，所述安装套上设置有若干导套，所述导套与所述导向柱一一对应设置以使所述安装套相对于所述导向底座同轴，所述中轴设置在所述安装套上且与所述安装套同轴，若干所述压紧件沿所述安装套的周向间隔分布并与所述中轴连接，所述中轴用于沿轴向朝远离所述第二定位环的方向移动并带动所述压紧件沿径向伸出压紧所述第二径向扩压器，所述中轴还用于沿轴向朝所述第二定位环的方向移动并带动所述压紧件沿径向回缩脱离所述第二径向扩压器，所述限位件与所述中轴连接并用于沿轴向锁紧所述中轴，以使所述压紧件沿径向固定。

在本实施力中，安装套上设置有三个导套，导套采用滚珠导套用于与导向柱对应匹配，进而使得安装套与导向底座同轴，压紧件的数量也为三个，沿安装套的周向间隔分布，限位件采用螺母与中轴螺纹连接，通过拧松限位件，使得中轴能够沿轴向向上运动，在中轴的带动下使得压紧件沿径向向外张开从而将第二径向扩压器压紧，通过拧松限位件，使得中轴能够沿轴向朝第二定位环的移动，进而使得压紧件能够回缩脱落第二径向扩压器，从而方便将第二径向扩压器加工后进行拆卸。

进一步地，所述安装套上开设有与所述安装套同轴设置的中心槽和沿所述安装套径向设置的若干滑动槽，所述中轴与所述中心槽配合，所述压紧件一一对应设置在所述滑动槽内。

在本实施例中，安装套包括相互配合的安装套底板和安装套盖板，滑动槽开设在安装套的安装底板并沿径向设置上，压紧件滑动连接于滑动槽内，滑动槽的设置为压紧件的移动提供导向，保证压紧件能够沿安装套的径向移动。

进一步地，所述中轴包括沿轴向依次设置的导向部、调节部和限位部，所述导向部与所述中心槽配合，所述调节部呈锥形且径向尺寸由导向部一端朝向限位部一端逐渐减小，所述限位部伸出所述安装套与所述限位件连接，所述压紧件包括定位爪、复位件和挡板，所述定位爪设置在所述滑动槽内，所述挡板固定连接在所述安装套上且位于所述滑动槽上的所述定位爪伸出的一端，所述定位爪上开设有容纳槽，所述复位件设置在所述容纳槽内，所述复位件的两端分别与所述挡板和所述容纳槽的槽底抵接，所述定位爪的第一端开设有与所述调节部配合的调节斜面，所述定位爪的第二端用于与所述第二径向扩压器抵接。

在本实施例中，中轴包括沿轴向依次设置的导向部、调节部和限位部，导向部与中心槽配合，调节部呈锥形且径向尺寸由导向部一端朝向限位部一端逐渐减小，限位部伸出安装套与限位件连接，压紧件包括定位爪、复位件和挡板，其中定位爪设置在滑动槽内，定位爪与第二径向扩压器接触一端的卡接面设置有缓冲件，以使保护径向扩压器在压紧时不被损坏，定位爪开设有容纳槽，复位件设置在容纳槽内，复位件的两端分别与挡板和容纳槽的槽底抵接，使得定位爪在脱离中轴的挤压后能够在弹簧的作用下回复。

根据本发明的另一方面，还提供了一种径向扩压器的双工位加工方法，采用如上述所述的径向扩压器的双工位加工夹具，包括以下步骤：

S100，将径向扩压器的双工位加工夹具安装至电极加工机床上；

S200，将第一径向扩压器和第二径向扩压器依次安装至径向扩压器的双工位加工夹具上；

S300，准备第一电极和第二电极，并同时调整第一电极和第二电极的位置，使第一电极对准第一径向扩压器上待加工的闭式通道，第二电极对准第二径向扩压器上待加工的闭式通道；

S400，控制第一电极对第一径向扩压器上待加工的闭式通道依次进行粗加工和精加工，同时控制第二电极对第二径向扩压器上待加工的闭式通道依次进行粗加工和精加工，直到第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道均加工至设计状态；

S500，将径向扩压器的双工位加工夹具转动合适的角度，以使第一电极对准第一径向扩压器上的下一个待加工的闭式通道，同时使第二电极对准第二径向扩压器上的下一个待加工的闭式通道；

S600，重复步骤S400～S500，直到第一径向扩压器上所有的闭式通道和第二径向扩压器上所以的闭式通道均加工完毕。

在本实施例中，通过余量分配优化，合理分配粗、精加工余量，并通过参数调试，调整火花位补偿，在不影响粗糙度的情况下减少精加工量，提高加工效率。

对于步骤S100，在对径向扩压器的双工位加工夹具安装后需要对夹具的支靠面进行找正，即对第一定位环和第二定位环的支靠面找正，并在第一定位环上随机选取对称的四个检测点，保证圆跳动符合要求。将径向扩压器的双工位加工夹具调整好后保证后续带加工的第一径向扩压器和第二径向扩压器安装完毕后能够保证有良好的轴向关系，以便于进行闭式通道的电加工。

对于步骤S500，在实际加工工程中先采用第一电极和第二电极加工分别加工完一个闭式通道后，将径向扩压器的双工位加工夹具旋转180°，再进行闭式通道的对称加工，再次加工完后，将径向扩压器的双工位加工夹具旋转90°，再对闭式通道进行加工，再次加工完后，将径向扩压器的双工位加工夹具旋转180°，再进行闭式通道的对称加工。每个电极需加工4个闭式通道，且每次加工完一个通道后会对电极损耗进行补偿。

进一步地，所述步骤S400包括以下步骤：

S401，控制第一电极和第二电极释放第一电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行粗加工；

S402，控制第一电极和第二电极释放第二电流分别对第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工，将第一径向扩压器上待加工的闭式通道和第二径向扩压器上待加工的闭式通道进行精加工均加工至设计状态，其中，第一电流大于第二电流。

在本实施例中，电加工设备会根据参数给定的火花位补偿进行计算，确定电极加工平动量。

加工进行前需要进行放电条件设置，即设置零件最终的表面粗糙度(VDI),总加工深度(余量)与放电面积，系统依据设置的边界条件生成电火花放电参数。其中过程为VDI加工。

对于加工时间T可通过放电条件(VDI)A(即加工余量A最终的表面粗糙度要求(VDI),加工深度(余量)与放电面积等边界条件的输入)去除材料量AP和放电条件的材料去除率E进行简单计算：

根据公式AP余量的总和是固定值，A越大(VDI越大)，材料去除率E越大，为将大部分余量在粗加工去除，即在A越大时，使其AP越大，T越小。

根据加工时间的公式，我们可以考虑系统实际给定的火花位补偿会加入许多安全因子确保加工尺寸逐步逼近最终尺寸，但火花位补偿过大，导致平动量减少零件发生欠切，即去除量减少，导致精加工速度变慢。故可通过合理调整火花位补偿可提高精加工效率。

所以本加工方法中通过增大电流，进行粗加工，以实现增大放电面积与放电强度，提高材料的去除率，再进行精加工时的径向扩压器上的闭式通道加工至设计状态，采用粗精加工的合理分配，在保证零件精度的前提下能够提升加工效率。

进一步地，所述步骤S600后还包括对加工完的第一径向扩压器和第二径向扩压器进行检查，若存在电弧烧伤则需要返修，若合格则完成对第一径向扩压器和第二径向扩压器的加工。

在本实施例中，在加工完成后对电极进行检查，能够保证零件的加工质量，减少残次品的流出，提高零件的合格率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。