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在夹具上还必须设有夹紧装置对工件产生适当的夹紧力。
夹紧装置的设计和选择是否正确，将直接影响工件的加工质量和生产率。因此对夹紧装置提出了一下要求：夹紧动作要准确迅速；操作方便省力；加紧安全可靠；结构简单，易于制造。
夹紧力包括力的大小、方向和作用点，这三要素是夹紧装置设计和选择的核心问题。
a.夹紧力的方向
①夹紧力的方向不能破坏零件定位的准确性。夹具（如图3.6）中每颗螺钉的夹紧力方向都有利于零件的准确定位。
②夹紧力的方向应指向零件的定位基准。夹具中螺钉2、4指向主要定位基准，螺钉6指向止动定位基准。
③夹紧力的方向应与零件的最大刚度方向一致，以减小零件的变形程度。 ④夹紧力的方向应尽量与切削力和重力方向一致，以减小夹紧力的大小。 b.加紧力的作用点
①夹紧力的作用点应正对定位元件或者在定位元件形成的支撑面内，避免零件扭转。螺钉2、4、6都在定位支撑元件形成支撑平面内，有效地防止了零件的转动。
②夹紧力的作用点应在零件刚度最好的部位，以减少加紧变形。
③夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减少零件的振动。夹具中螺钉2、4、6都非常靠近将要加工的汽道，有效地减少了叶片在加工过程中的振动。
c.夹紧力的大小
为了使工件在加工过程中保持定方位后的正确位置，对工件施加的夹紧力不仅与其方向和作用点的位置、数目有关，更重要的是与其大小有关。夹紧力过大，会引起工件变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸过大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成夹不牢工件，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至还会引起安全事故。因此，必须对工件施加适当的夹紧力。
夹具中常用的夹紧装置有楔块夹紧装置、螺旋夹紧装置、偏心轮夹紧装置和定心轮夹紧装置等，每种夹紧装置各有其优缺点。
综合分析，虽然偏心夹紧装置比螺旋夹紧装置夹紧迅速，但是其夹紧行程小，夹紧力小，结构复杂，因此，在切削力大的汽道加工中不适合采用。同样，楔块夹紧装置由于结构复杂，体积庞大在本工序也不适用。故采用结构简单的螺旋夹紧装置，如
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图2.6所示。
夹具中螺钉2、4、6都是螺旋夹紧机构，方便简单，将叶片准确地固定在夹具上。同时，螺钉7、8也是螺旋夹紧装置，它们的作用相当于夹具连接元件，起着将夹具和机床准确固定的作用。
动叶片夹具设计保证了工件切割部位位于机床工作台纵向/横向进给的允许范围之内,同时也考虑装夹位置有利于工件坐标原点找正，再者对固定工件的作用力均匀,不影响加工精度。
3.5、汽道型面加工运动轨迹分析
在前面的内弧去余量、背弧出汽边倒角和背弧进汽边倒角等几道工序中已经完成了汽道的去余量加工，使得接下来进行的汽道粗加工、半精加工和精加工加工余量均匀，从而减小了工艺系统的变形和误差复映系数。
在三轴数控加工中,刀轴方向始终不变, 没有摆动坐标，其运动仅由刀位点确定，会造成刀具和工件的加工状态不好，特别在加工复杂空间曲面时，很容易造成刀具与被加工曲面的干涉，为了避免刀具与工件发生干涉、过切等现象，一般使用球头刀进行加工，但在加工叶片型面时,由于球刀在曲面的不同位置的有效切削半径不同,在型面较为平坦的位置其有效切削半径几乎为零,导致在毛坯余量较大的时候型面加工品质及效率大大降低，且会不同程度的留下一些不能加工的死角区，为后续的修磨和抛光工序加大了工作量，因此三轴加工只能用于叶片汽道的粗加工。故要完成对叶身进行半精加工/精加工，就需要用四坐标以上机床完成。
叶片的汽道加工一般是刀具沿着叶片的型线按照螺旋铣或者平行铣的方式加工。平行铣的刀具轨迹规划简单，可以根据给定的刀具横向进给量，添加多个与叶身垂直的平面D，平面D和叶身曲面的交线即为多条加工轨迹，轨迹间的连接可用跳刀完成。下面介绍螺旋铣叶片半精加工/精加工刀具轨迹规划方法。
如图3.7所示为叶片展开图，S0，S1，S2，S3分别表示背弧、进汽边圆弧、内弧、出汽边圆弧的边界线，图中左右两边曲线表示叶根、叶冠过渡面与叶身的交线。C0，?，Cn是用户设置的半精加工/精加工的加工范围(可用叶身长度的百分比设置)。
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图3.7半精加工和精加工到位轨迹展开图
首先根据给出的加工螺旋数n创建n+1条等距平面C0～C(n)。刀具进入叶片后，沿着C0与叶身的交线轨迹切削一周，然后开始螺旋进给加工，如图7所示。
刀具从S0与C(i)的(i从0到n－1)交点Bi0开始，在出汽边圆弧的υ向运动Δvi1到达Bi1:
从Bi1开始在背弧的v向上运动Δvi2，到达Bi2。 从Bi2开始在进汽边圆弧的v向上运动Δvi3，到达Bi3。 从Bi3开始在背弧的v向上运动Δvi4，到达B(i+1)0。
螺旋进给依次从C0走到C(n－1)后，再沿着C(n)与叶身的交线轨迹上加工一周退出加工。
叶片型面加工完成之后将对过渡圆弧进行清根。在对叶片型面进行加工时，为了避免刀具在叶根附近产生过切，常常在过渡面与刀具之间保留一段距离。因而在构造清根加工轨迹时，不仅需要构造过渡面与叶身曲面交线的加工轨迹，而且需要构造位于叶根附近部分的叶身加工轨迹，以保证清根加工轨迹与叶身加工轨迹的连续性。一般采用指状刀具进行清根，通过刀具的侧刃加工出叶冠、叶根过渡面，因此其侧倾角已经确定(过渡面为凹面时不同)。
图3.8清根刀位轨迹 图3.9数控机床加工汽轮机叶片流程图
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3.6、汽道型面加工编程及加工代码分析
随着CAD/CAM技术的发展, 数控自动编程技术已经能实现直接将零件的几何信息转化为数控加工代码,使得汽轮机叶片的数控加工程序的编制变为更加简单。目前应用较成熟的CAD/CAM软件有Pro/E、UG、Mastercam等,它们的出现使得以往在四、五轴联动加工编程中存在的问题得到了解决。汽轮机叶片的数控加工流程主要分为两大部分:(1) CAD的处理过程;(2)数控机床的加工过程。主要加工内容为叶片的叶片型面及叶身与叶根、叶冠的交接面。图3.9为数控机床加工汽轮机叶片工作流程图。
基于Pro/E的叶片数控加工编程主要包括以下内容:(1)叶片零件三维造型;(2) 确定叶片数控加工工艺方案,包括选择数控机床、夹具、刀具和量具等; (3)刀位计算并生成刀具运动轨迹,并生成刀位文件;(4)通过后置处理程序将刀位文件转换成为NC代码。
采用Pro/E进行叶片的数控加工,其数控加工编程可由以下步骤来完成:在Pro/E中生成了刀具轨迹并进行了加工仿真和干涉校验后,可以将加工数据和信息输出成为刀位源文件(NCL)。刀位源文件(NCL)主要包括加工坐标系信息、刀具信息、刀具位置和姿态信息以及各种加工辅助命令信息等,再经过后置处理器,将其转变为机床能够接受的NC代码,也可以用数控机床自带的后处理程序进行后处理。
在编制数控加工程序时,本着基准统一、减少走刀次数的原则,把叶片型面、叶根与叶冠圆角、进出气边圆角的加工程序编制在一起。在叶片的加工中根据叶片加工工艺的需要, 零件坐标系的零点一般选择叶根的中心轴线。由于目前叶片型面设计越来越复杂,精度要求越来越高,因此数控加工程序也越来越复杂,出现错误的概率也因此而增加。通常情况下,可能出现以下问题:(1)加工方案不合理, 影响加工效率; (2)刀具与工件之间发生干涉或碰撞; (3)刀具参数设置不当,如刀具半径选择过大,则零件加工不完全,出现大的残留;刀具半径选择过小,则切削效率较低; (4) 刀具走刀路线、进退刀的方式不合理; (5) 切削参数选择不当,如主轴转速、进给速度、步距等选择不合适;(6)刀位轨迹不正确,零件外形或尺寸错误; (7)零点选择不恰当,无法找到对刀点。这些问题的出现往往会给实际零件的加工造成很多麻烦,诸如重新编制加工程序、加工后必须打磨零件、返修零件或工装、零件报废、延迟产品交付等。为避免上述问题出现,可利用Pro/E软件加工仿真功能,预先模仿加工过程,这样在正式加工前就可以发现问题,从而可提高加工准备效率,缩短程序调试周期,加快生产过程。这不仅为叶片等具有复杂曲面的零件加工提供了一种新的加工设备和工艺方案, 还
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为促进数控机床的产业化和实用化起到很好的推动作用。 3.6.1汽道型面加工编程
根据加工要求，利用Pro/E数控模块CAM对叶片汽道进行五轴联动数控加工编程，具体操作如下。
首先进行数控机床、加工零点和退刀面设置。NC机床设置为五轴数控机床，加工零点设置为夹具对刀块中心D点（见图3.6），退刀面为距加工零点上方2mm的水平面，参数设置具体如图3.10。
图3.10 数控机床、加工零点和退刀面设置
考虑到叶片质量, 符合现代机加工少余量高速铣削的理念,所有工步都选用硬质合金刀具, 一般采用立铣刀、球头立铣刀、球头锥铣刀、带角圆的圆柱铣刀(环形刀)、鼻型刀等加工。精铣汽道型面采用直径为12mm的球头立铣刀，刀具参数设置如图3.11。
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