● 摘要
叶片零件是航空发动机、燃气轮机等涡轮机械的重要组成部分，其机械加工量占发动机机械总加工量的30%以上。这类零件具有非常复杂的几何形状和极低的刚性，在铣削、磨削过程容易产生严重的加工变形，导致零件的加工精度难以控制，因此目前基本依靠手工抛磨进行精度修整。为了实现叶片零件从手工加工向自动化加工的转变和提高数控加工的效率，必须开发出高性能叶片数控加工专用夹具来提高工艺系统的刚度和适应工艺过程自动化的要求。根据在弱刚性零件加工过程中以添加辅助支撑来提高工艺系统刚性和减小变形的基本原则，并考虑到叶片需要双面加工的要求，提出了一种可自动转换叶片加工面的摇篮式气－液自动柔性夹具系统，该夹具可以实现辅助支撑单元的自动伸缩与支承、叶片相对夹具的180 自动翻转，并确保叶片与转台在翻转过程始终保持定位基准不变。提出了一种利用柔性气缸驱动、采用弹簧力夹紧、液压力松开的偏心伸缩机构，该机构的特点在于采用了双支点结构和偏心套压紧方式，可避免传统同心压紧方式的低刚性问题，显著提高了支撑杆的抗侧向力能力，所采用的柔性伸缩气缸显著减小了系统的几何尺寸。基于过约束系统的基本理论，建立了叶片静力学和动力学分析的简化模型，在VB环境下开发了可调用ANSYS有限元分析软件的叶片加工过程变形分析和柔性夹具支承参数设计软件。该软件能自动对不同支撑点分布情况和不同预支承力情况下的叶片变形情况和模态参数进行分析，并可实现多辅助支撑的位置优化与预支承力优化。