可调节夹具在挠性结构加工中的应用

挠性结构常用于挠性摆片、挠性接头等挠性惯导仪表核心零件制造中，是该类零件的关键部位，起到支承和承载作用。挠性结构一般为两侧圆弧凹槽形成的细颈，挠性细颈有较高的尺寸及形差精度要求，给制造技术带来了很大难度。

行业内挠性细颈结构常见的加工方法有镗、手工研磨、高速铣削、电火花慢走丝线切割以及电火花成型等。其共同特点为加工精度高、加工应力小，但存在刀具与工件直接接触切削的加工应力；尤其在精加工阶段，工件刚度降低很容易造成加工变形。常见的解决措施有两面交替对称反复切削和采用不同规格支撑塞规等，但这些方法加工效率低，且对于外形非回转结构挠性结构零件并不适用。

1 挠性结构加工特点

挠性结构常见于挠性接头、挠性杆和挠性摆片等惯性仪表挠性元件中，材料一般为铍青铜或高弹性合金钢，具有较高的弹性模量和抗拉强度。其关键挠性细颈部位尺寸仅几十微米，具有尺寸小和结构特殊等特点，如图1所示。

图1 典型挠性结构

挠性细颈结构加工常见主要有镗、手工研磨、高速铣削、电火花慢走丝线切割以及电火花成型等方法，但其中镗、研磨、铣削等采用刀具与工件直接接触切削的加工方法仍存在不同程度的加工应力，尤其在挠性结构精加工阶段工件刚度降低很容易造成工件变形。

高速精密铣削在加工过程中不仅可以大幅度提高零件加工效率、缩短加工时间以及降低加工成本，还可以使零件表面加工质量和加工精度达到更高水平，属于确定性精密加工方法，逐渐被应用在挠性结构加工中。

2 可调节夹具设计

金属摆片零件是加速度计中的关键结构件，其挠性支承细颈由两侧半径为1.4mm的圆弧凹槽形成，属薄壁结构，厚度尺寸为0.08mm，对称度要求为0.003mm。在金属摆片挠性支承两侧凹槽加工中，除选用相应高精度机床设备、刀具以及控制切削用量等工艺措施外，还需要设计专用夹具，提高工艺系统刚度，减小刀具对其产生的挤压变形，保证加工精度。同时，因金属摆片外形为非回转结构，不适宜进行两面交替对称反复切削，所以圆弧凹槽采用一次高速铣削加工完成，这给专用夹具设计制造提出了更高的要求。

在夹具设计过程中，加入可调节支撑结构，使夹具能够提高工艺系统刚度、保证挠性结构尺寸及对称度等技术指标，同时适应不同圆弧凹槽深度零件定位装夹。定位夹具主要由装置本体、定位销、支撑块、弹性块、紧固螺钉、所需压紧螺钉和压板组成，支撑块可借助下部弹性块自动调节高度，使上部圆弧工作面与零件更加贴合，调节后的支撑块由紧固螺钉固定。

定位装置未装夹工件示意图如图2所示；装夹有工件的定位装置意图3所示。

图2 可调节夹具

各组件制造技术要求如下。

（1）夹具本体可根据机床工作台选择外形，一般采用易于在工作台上装夹的六面互垂度小于0.01mm的六面体。

（2）定位销、菱形销外圆尺寸制造公差在0.01mm以内，孔距尺寸公差为0.01mm。

（3）弹性块硬度范围为70～80。

（4）支撑块工作面与细颈圆弧一致，两者之间的最大间隙应小于0.005mm。

（5）支撑块与本体长槽配合间隙小于0.01mm，同时配合面的表面粗糙度Ra均低于0.4μm，必要时可采用低粘度润滑油降低二者之间摩擦系数。

图3 装夹有工件的夹具

3 夹具的使用

在该定位夹具中，2定位销、3菱形销镶在1本体上，用于零件定位；4支撑块、5弹性块按上下顺序放置在本体的长槽内，支撑块由6紧固螺钉固定，用于支撑零件挠性细颈结构。

图4 工件的定位装夹

首先将5弹性块、4支撑块依次放入装置1本体①的长槽中；7工件由2定位销、3菱形销定位压紧于装置本体上表面，保持支撑块上圆弧工作面与挠性结构的圆弧贴合，并借助弹性块弹性使支撑块下压至适宜位置；旋紧6紧固螺钉将支撑块固定，最后用3组压紧螺钉和压板将工件固定于本装置上进行加工。加工过程中，与挠性结构贴合的支撑块提高了工件刚度，降低了加工变形，提升了加工精度。

4 使用效果

铣削挠性细颈前，采用平磨及研磨等工艺方法加工零件上下端面，保证高速铣削定位基准面精度。加工第一面圆弧凹槽时，以零件下端面定位；加工第二面圆弧凹槽时，将零件翻面以零件上端面定位；圆弧顶块支撑已加工圆弧面，利用弹性将顶块与已加工凹槽靠紧后，将支撑顶块紧固，再用两处压板压紧，并根据零件厚度尺寸调整数控加工刀具长度补偿值。

控制了零件内型对称度等形位公差要求及薄壁部分加工变形后，加工出表面粗糙度Ra低于0.4μm的半径为1.4mm的圆弧面，零件挠性细颈厚度尺寸达到0.08mm，尺寸精度达到设计技术指标要求。

5 结语

本夹具具备可调节支撑装置作用，被广泛用于高弹性合金类细颈挠性结构加工当中，可以改变不同规格支撑方式。另外，装置内有可以根据零件高度进行弹性调节的支撑结构，保证挠性细颈加工时工艺系统刚度，使挠性细颈尺寸精度达到技术指标要求。