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摘要 渦輪盤的定義是在航空發(fā)動機上十分重要的零件，渦輪盤的精度很高、機械加工難度大，處在高速、高溫的環(huán)境下工作，是關鍵復雜的構件，在整個渦輪機加工中它也是一個難點。而在渦輪盤機械加工中，渦輪盤榫槽加工是工作量最大、難度最高的是任務。渦輪盤榫槽夾具可以保證加工精度高，提高加工效率。因此夾具設計是榫槽加工中的一個重要環(huán)節(jié)。 本文通過對渦輪盤榫槽類型結構、加工工藝、夾具設計及使用情況的分析，闡述了定位基準的選擇，壓緊方式的確定，正確的復雜空間尺寸及角度計算和高精度的分度機構設計的過程，完成了渦輪盤榫槽重要夾具工裝的設計，提出了針對整體工藝裝備提高榫槽表面粗糙度的解決方法。 關鍵詞： 渦輪盤榫槽； 空間角度計算； 步伐式雙銷聯(lián)動分度裝置 Abstract The turbine disk is on the aircraft engine the extremely important components, for its high precision, the hard machine-finishing, under the high speed high temperature environment works, is the key complex component, in the entire turbine processing also is a difficult point. Moreover in the turbine disk machine-finishing, the turbine disk trough processing is what the work load is biggest, the difficulty is highest. The turbine disk trough fixture may guarantee the processing precision is high, enhances the processing efficiency. Therefore the fixture design in trough processing is an important link. This article through to analysis the turbine disk trough type structure, the processing craft, the fixture design and the service condition, elaborated the localization datum choice, contracts the way the determination, the correct complex spatial size and the angle computation and the high accuracy ruling engine construction design process, has completed the designing of the turbine disk trough important fixture work clothes, proposed the solution of enhances trough the surface roughness in view of the overall craft equipment. Key words：trough the working surface; spatial angle computation speed step type ; double sells the linkage axial to be divided the equipment 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 機床夾具及其功用 1 1.2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 1 1.3 現(xiàn)代工業(yè)對夾具設計的基本要求 2 1.4 項目提出的背景 2 1.5項目研究的方法、預期結果及意義 2 第二章 渦輪盤榫槽的加工特點與工藝裝備 4 2.1渦輪盤榫槽的加工特點 4 2.2拉削特點 4 2.3拉削分類 4 2.4拉削速度 5 2.5 提高榫槽粗糙度方法 5 2.6工藝裝備 5 第三章 渦輪盤液壓立拉夾具的設計 6 3.1 設計方案的確定 6 3.1.1 任務來源與狀況 6 3.1.2 定位機構與定位原則 9 3.1.3 定位基準的選擇 10 3.1.4 定位誤差的分析和計算 10 3.1.5 壓緊方式的確定 12 3.2 立拉夾具結構的設計 13 3.2.1夾具的結構及特點 13 3.2.2夾具底座設計 14 3.2.3正確的復雜空間尺寸及角度計算 17 3.2.4 高精度的分度機構設計 19 3.2.5 方便快捷的液壓驅動系統(tǒng) 25 第四章 液壓分度夾具的使用與調整 27 4.1液壓分度夾具使用 27 4.1.1加工前的準備 27 4.1.2控制過程 27 4.1.3拉削試件 27 4.2液壓分度夾具的調整 28 4.2.1夾具安裝的調整 28 4.2.2分度及鎖緊機構的調整 28 第五章 經(jīng)濟分析 29 結論 30 參考文獻 31 致謝 32 第一章 緒論 1.1機床夾具及其功用 機床夾具是夾具的全稱，它是一種裝置，作用是在機床上將工件定位、夾緊，將刀具進行導向的。它的作用是保持產(chǎn)品零部件和加工工具的相對位置從而在產(chǎn)品加工過程中保證了最終產(chǎn)品技術要求中的位置精度。當工藝過程不同時需要使用的夾具是不同的，各類夾具中以機床夾具發(fā)展最早、最成熟、精度要求最高、在各類夾具中比重也最大。輔助工具是將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置，如銑刀桿及鏜刀桿等。工藝裝備是指在加工過程中，使用的刀具、夾具、量具及其他輔助工具的總稱。 1.2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 工業(yè)在現(xiàn)代有一個顯著特點：它包括新產(chǎn)品發(fā)展快，質量要求高，品種規(guī)格多，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短。在機械工業(yè)上主要體現(xiàn)在在生產(chǎn)類型比例中多品種、小批量生產(chǎn)占了很大的部分。 所以我們必須做好生產(chǎn)技術準備工作，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，而機床夾具是這一工作的重要組成部分。 眾所周知，機床夾具的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在：（1）完善的標準化，不僅指現(xiàn)有夾具零部件的標準化，而且對應各種類型夾具應有標準的結構。這樣可以使夾具的設計、制造和裝配工作簡化，有利于縮短生產(chǎn)周期和降低成本，這是發(fā)展的標準化。（2）擴大專用夾具的使用范圍，改變以往工藝條件稍有變化就導致專用工裝報廢的現(xiàn)象，使夾具能重復利用。實行組合化的原則設計工裝，用少量元件能滿足多種要求。這是可調化、組合化。（3）隨著機械產(chǎn)品加工、裝配精度日益提高，高精度機床大量涌現(xiàn)，這是精密化（4）為了既改善勞動條件，實現(xiàn)文明生產(chǎn)，使所設計的工裝更符合人機工程學原理，以提高生產(chǎn)效率，又能降低加工成本，對夾具提出高效自動化的要求，以便獲得良好的經(jīng)濟效益，這是高效自動化。（5）通過采用模塊化設計，可以提高設計效率，縮短設計周期。這是模塊化。 1.3 現(xiàn)代工業(yè)對夾具設計的基本要求 （1）保證工件的加工精度穩(wěn)定性 （2）提高機械制造行業(yè)的勞動生產(chǎn)率 （3）有良好的結構工藝性并且操作簡便、結構簡單，能改善勞動條件 （4）可以降低產(chǎn)品的制造成本 1.4 項目提出的背景 航空發(fā)動機的重要零件有渦輪盤。其中的關鍵件渦輪盤與相應的軸、葉片相連接處在高速、高溫的環(huán)境下工作，是關鍵復雜構件。其機械加工特點表現(xiàn)為榫槽加工精度高、空間角度復雜，材料難加工等。 它們的設計、工藝和制造水平?jīng)Q定了發(fā)動機的經(jīng)濟性、安全可靠性、壽命、維修周期等性能指標。 現(xiàn)在渦輪盤材質多采用 GH698，屬鎳基合金， Ni含量大于 70%，加工硬化嚴重，切削加工性非常差。機械加工難度大，在整個渦輪機加工中也是一個難點。而在整個渦輪盤的機械加工中，工作量最大、難度最高的是輪盤榫槽加工。所以本文主要是圍繞在拉削渦輪盤榫槽這一工序過程中所使用的專用夾具為中心，研究了拉削渦輪盤榫槽的立式拉床夾具的結構設計、調整和使用。 1.5項目研究的方法、預期結果及意義 夾具主要用于拉削航空發(fā)動機渦輪盤上的榫槽，榫槽本身精度主要由拉刀設計、制造精度和拉削方法保證；榫槽的相對精度，如榫槽至中心控制尺寸、榫槽均布誤差等就主要由該夾具來保證。因此在確定該夾具的設計方案時，首先對工序圖進行分析，了解本工序需要保證的尺寸精度和位置精度，為了使所設計的夾具能夠保證零件所要求的精度，必須對渦輪盤進行精確地定位和準確地分度。為了能夠減輕勞動強度，提高勞動的生產(chǎn)率，盡量去縮短本工序的輔助時間，動力系統(tǒng)采用液壓裝置。液壓分度夾具與移動安裝座的定位是靠移動安裝座上的兩個定位銷，通過四個M20螺栓連接固定。零件安裝到分度夾具上，用螺栓壓緊；將拉刀按順序放入拉刀盒中，拉刀盒通過刀柄與拉床主軸連接。 通過采用合理的定位裝置和分度機構，該夾具應該能夠保證零件要求的尺寸和位置精度。渦輪盤是航空發(fā)動機上一個十分重要的零件，然而在整個渦輪盤的機械加工過程中，精度要求最高，難度最大就是渦輪盤上的榫槽的加工這一工序，因為榫槽必須要和葉片上的榫頭相配合。它們之間的配合精度要求也是很高的?？偨Y是，這道工序所要加工的渦輪盤榫槽對于整個發(fā)動機的質量和性能都有著十分重要的影響，所以本工序所專用的夾具的設計制造有著十分重要的意義。 33 第二章 渦輪盤榫槽的加工特點與工藝裝備 第二章 渦輪盤榫槽的加工特點與工藝裝備 2.1渦輪盤榫槽的加工特點 通常周向榫槽采用精密車床、專用夾具、專用刀桿、成型刀片進行加工，而各種形狀復雜的周向榫槽常用銑床銑削和拉床拉削來加工。由于燕尾式榫槽結構不規(guī)則，形狀復雜，而且表面的粗糙度在 Ra0.8，用銑削加工，必須通過粗銑、半精銑、精銑三道工藝，才有可能使榫槽達到要求的表面粗糙度，并且勞動強度大，效率低，加工精度難以保證，在批量生產(chǎn)中已經(jīng)很少采用了，故而多采用拉削加工。 2.2拉削特點 拉削是一種高精度、高效率的可最終成型的機械加工方法，主要被用來加工不同形狀的內、外表面，甚至是具有旋轉運動的螺旋槽工件。而且加工精度高、表面質量要求高的成批和大量生產(chǎn)的零件特別合適。 拉削加工適合批量生產(chǎn)。生產(chǎn)準備周期長、復雜，費用很高。加工質量特點：精度較高，可以達到0.015mm，粗糙度較難達到Ra0.8，尺寸一致性好。 2.3拉削分類 在現(xiàn)在工業(yè)中大多數(shù)都選用高速拉削所用的拉床，因為他的結構和剛性優(yōu)，滑軌長，他的速度也很快快，傳動平穩(wěn)，精度高，分度精度高，不只是拉刀制造和刃磨方便，而且錐角和螺旋角可調，自動化程度高，冷卻潤滑效果好。降低成本的同時還能提高生產(chǎn)效率。 高速拉削的拉刀大都采用超硬型高速鋼，這種刀具材料具有良好的機械性能，抗彎強度和沖擊韌性均優(yōu)于其他一些材料，并具有良好的加工性能。這樣有利于實現(xiàn)拉削自動化。 2.4拉削速度 高速拉削由于在提高加工表面質量延長拉刀壽命等方面比低速拉削具有明顯的優(yōu)越性，因此現(xiàn)代拉削中多采用高速拉削。 不同的零件材料，或即使相同的材料熱處理工藝不同，也會影響拉削速度。實際生產(chǎn)中是通過試拉來確定具體零件材料高速拉削的速度。 在較低的速度下拉削，拉削的表面質量還比較好，拉削速度不斷提高，到一定速度后，拉削表面質量下降，甚至出現(xiàn)鱗刺，繼續(xù)提高速度，拉削表面質量開始好轉，到一定速度下，拉削面質量達到最佳，這時的速度就是這種材料的高速拉削速度。 2.5 提高榫槽粗糙度方法 在實際加工中，發(fā)現(xiàn)渦輪盤榫槽表面粗糙度達不到所要求的Ra1.6μm。為了提高加工質量，從整個工藝系統(tǒng)采取了多方面的積極措施。 （1）提高榫槽尺寸精度和表面質量，減少刀具磨損。 （2）消除并收縮盤類件彈性變形引起的型面尺寸。 （3）提高整個工藝裝備的剛性，使拉削質量穩(wěn)定，保證榫槽表面精度及表面粗糙度。 2.6工藝裝備 在加工渦輪盤零件榫槽時，榫槽的自身精度主要由拉刀設計、制造精度和拉削方法保證；榫槽的相對精度，如榫槽至渦輪盤中心尺寸、榫槽均布誤差、榫槽中心對稱及榫槽的空間位置等，主要由夾具保證。榫槽的精度以及尺寸檢驗需要專用的測具和儀器來進行檢測。 在加工零件前要進行拉刀的預調，就是先拉削試件，若試加工后的零件尺寸有偏差，操作者在拉床上微調相關的拉刀片和工作臺與拉刀的距離，直至加工出合格的產(chǎn)品，才開始正式件的加工。 第三章 渦輪盤液壓立拉桿夾具的設計 第三章 渦輪盤液壓立拉夾具的設計 3.1 設計方案的確定 3.1.1 任務來源與狀況 現(xiàn)有的條件： 1.被加工零件情況 渦輪盤是航空發(fā)動機的一個重要零件,它的空間角度復雜，榫槽采用拉削加工，零件產(chǎn)品模型見下圖1： 圖1 渦輪盤 此次加工的渦輪盤榫槽為周向燕尾式榫槽，槽數(shù)22。起始榫槽與渦輪盤中心偏心11.5±0.15,榫槽空間角度54°±5′及15°19′±5;同時保證槽底面上的F點到渦輪盤中心線距離64.8，榫槽配合表面粗糙度Ra0.8。均布要求不大于0.07mm。 渦輪盤產(chǎn)品機械加工精度見下圖2： 圖2 渦輪盤榫槽加工工序簡圖 渦輪盤材料為鈦合金（TC11），鈦合金具有強度高、中溫性能好和耐腐蝕等優(yōu)點，拉削時由于鈦合金彈性模量小，加工后回彈，使零件尺寸會發(fā)生變化，其變化的大小與拉刀的材料及鋒利程度有關。 2.拉床 現(xiàn)有立式拉床L720A一臺，（見圖3—3）。用于拉削平面或成型面，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)及成批生產(chǎn)。該機床采用液壓傳動，工作平穩(wěn)，能無級調速，并有超負荷保險裝置。機床具有自動循環(huán)、半自動循環(huán)和兩種分段循環(huán)等四種工作循環(huán)，主要動作可單獨點動調整，能滿足各種生產(chǎn)場合的需要。機床由一個總按鈕站操縱，操作方便。 圖3 L720A立式拉床 L720A性能參數(shù)為： 額定拉力×最大行程 200KN×1250mm 拉削速度（無級調速） 1.5-11 m/min 拉刀返回速度（無級調速） 7-20 m/min 工作臺最大行程 155 mm 工作臺臺面尺寸 550×630 mm 床臺底面至工作臺面距離 1620 mm 流量 300 L/min 最大工作壓力 10 Mpa 電機總容量 22.25 kw 主電動機 22 kw 外形尺寸（長×寬×高） 4050×2487×3855 mm 凈重（約） 10000 kg 試件拉削面對基面的垂直度 0.04/300 mm 3. 拉刀 加工渦輪盤榫槽的拉刀為專用拉刀，采用分段組合形式，共分7段。要求是根據(jù)被拉削榫槽型面的，切削部位和切削量由每段拉刀分別擔負，分段拉刀將被分為三組，定位分別夾緊在拉刀盒子內，完整的成為了組合拉刀。 3.1.2 定位機構與定位原則 1.定位機構 定位裝置的作用是確定工件在夾具中的位置。定位元件通常采用平面、圓柱面、錐面等來實現(xiàn)工件的定位。工件定位時，只要將工件上定位基準與夾具上的定位表面互相接觸，就可獲得正確的位置，不需要任何的調整與找正。 2.定位原則 根據(jù)六點定位原則，任何一個剛件在三維空間內相對于三個互相垂直的坐標軸來說，都有六種運動的可能性，即可以沿著X軸、Y軸、Z軸移動，也可以繞著X軸、Y軸、Z軸轉動，即有六個自由度。 使工件定位，就是合理布置六個支承點來限制工件的六個自由度，使工件得到確定的位置。如何消除工件的不定度？最典型的方法就是在夾具中設置六個支承點，如下圖3—4所示。 圖4 立體圖 平面A放在三個支承點上，消除了 、、三個不定度；B平面消除了、兩個不定度；C平面消除了一個不定度；根據(jù)工件形狀的不同，定位基準的不同，定位點的分布還會有其它各種布置情況。 由于渦輪盤產(chǎn)品圖上對榫齒的圓周位置具有角向要求，故設計夾具時零件需要限制六個自由度才能滿足產(chǎn)品圖紙的要求。 3.1.3 定位基準的選擇 制定零件的加工工藝過程，定位基準的選擇是個很重要的問題。夾具上的定位機構就是根據(jù)定位基準的形狀、數(shù)量和精度而具體進行設計的。定位基準和定位方法不但影響工件的加工精度，而且直接影響夾具結構的繁簡、制造的難易和使用的方便程度。因此，設計夾具時，首先應對定位基準進行必要的分析。 定位基準的選擇原則 （1）遵循基準重合原則，選擇工件圖紙上的設計基準作為定位基準。如果違背這一原則，將會產(chǎn)生定基誤差，在加工中，這一誤差將成為加工誤差的一部分，從而縮小制造公差，提高對夾具的精度的要求。 （2）選擇的定位基準，應能保證定位穩(wěn)定，并便于夾緊。 根據(jù)選擇定位基準的基準重合原則和所選基準應保證定位穩(wěn)定、便于夾緊的條件，選取渦輪盤的大端面和孔Φ124為主定位基準。兩定位基準在前道工序是一刀加工而成，跳動在0.01mm之內且為渦輪盤原始加工基準，故而產(chǎn)生的加工誤差相對較小，根據(jù)零件的特點選取大端面為支承面使得定位穩(wěn)定、壓緊狀態(tài)較好。選取Φ6孔為角向定位，來確定起始榫槽的位置。這樣的定位方式完全限制了零件的自由度，滿足六點定位原理和定位基準的選擇原則。 3.1.4 定位誤差的分析和計算 在運用夾具時，造成表面位置的加工誤差的因素可以歸納為以下三個方面：（1）與工件在夾具中裝夾有關的加工誤差，稱為工件裝夾誤差，其中包括工件在夾具中由于定位不準確所造成的加工誤差即定位誤差，以及在工件夾緊時由于工件和夾具變形所造成的加工誤差—夾緊誤差。（2）與夾具相對刀具及切削成行運動和夾具變形所造成的加工誤差，稱為夾具的對訂誤差， 其中包括夾具相對刀具位置有關的加工誤差,就是對刀誤差，和夾具相對成形位置有關的加工誤差——夾具位置誤差。（3）與加工過程有關的加工誤差，稱為過程誤差。其中包括工藝系統(tǒng)的受力變形、熱變形及磨損等因素所造成的加工誤差。 為了得到合格零件，必須使上述各項誤差之和等于或小于規(guī)定零件的工序尺寸公差T，即△總T 在夾具設計過程中，只考慮與夾具設計有關的定位方法所引起的定位誤差對加工精度的影響，上式可以寫成 ：△D +ωT 式中△D—定位誤差 ω—除定位誤差外，其他因素所引起的定位誤差的總和 一般取△D=（）T （1）定位基準和工序基準不一致所引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差，即工序基準相對定位基準在加工尺寸方向上的最大變動量，常用△B來表示。 （2）定位基準與定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準位置誤差，既定為基準在加工尺寸方向上的最大變動量，用△Y來表示。 所以△D = △B + △Y 就是基準不重合誤差和基準位置誤差在加工尺寸方向上的代數(shù)和。 分析零件圖可知，本道工序需要保證尺寸的64.8，如前面所述，在拉削渦輪盤上的榫槽時，采用孔Φ124和分度盤上的凸臺配合來限制在X、Y軸上的移動自由度，所以定位基準就是孔Φ124的中心線即渦輪盤的中心線，而孔Φ124的工序尺寸是渦輪盤的中心線，因此不存在基準不重合誤差，故△B=0，基準位置誤差 △Y = 圖5 孔銷間隙配合時的定位誤差 上式中：定位副間最小間隙配合 ：定位孔直徑公差 ：禿臺外圓柱公差 ===0.01 =0.025 =0.01 △Y = ==0.0225 △D= △B +△Y=0+0.0225=0.0225 零件的工序尺寸公差T=0.12,所以理論定位誤差△D′?。ǎ㏕，即 △D′=0.04~0.024。由以上計算可知實際定位誤差△D小于理論誤差△D′，因此各項誤差之和小于規(guī)定零件的工序尺寸公差T，能滿足該工序中渦輪盤榫槽加工要求。 3.1.5 壓緊方式的確定 夾緊原理： 由于在切削過程中工件受切削力、慣性力、離心力以及自身重力等的作用，定位之后若不予以夾緊，將回產(chǎn)生移動或振動。因此，定位方案確定之后，必須設計夾緊方案。 為了確保加工質量，做到正確地確定夾緊力的方向、作用點和大小，就要根據(jù)工序的定位方法、工件的幾何形狀和剛性等，具體地分析各種力共同作用在工件上時所產(chǎn)生的影響。 正確確定夾緊力方向與作用點的原則： （1）夾緊不應破壞工件在定位時所取得的位置 夾緊力的正確方向應該垂直地指向定位支承表面，其作用點的位置應該處在定位基準與定位支承面接觸的面積范圍內。 （2）夾緊后工件的夾緊變形和壓傷不超過允許范圍 夾緊時，工件的變形主要是由于夾緊力產(chǎn)生的彎曲力矩造成的，因此在設計夾緊機構時，夾緊力應力求通過或靠近定位基準與定位支承的接觸面。把集中力變?yōu)榉植剂Φ慕Y構，也能減小工件的夾緊變形。此外，除上述的彎曲變形之外，還有接觸變形，它會降低整個加工工藝系統(tǒng)的剛性，從而對工序的加工精度產(chǎn)生重要影響。因此在設計夾具時應該考慮選擇較高光潔度、平直度和硬度的表面作為定位表面，另外，夾緊力的分布要均勻，大小要穩(wěn)定、合理。 （3）夾緊力應保證工件的位置在加工過程中不變 要避免工件在切削過程中產(chǎn)生不能允許的振動及位移切削過程的振動，將使被加工表面的光潔度受到損害，也會損壞刀具。在設計夾緊機構時，為了避免或減小振動，可把夾緊力作用點盡量靠近被加工表面，以減小工件的懸伸長度。 （4）夾緊力的方向選擇應使平衡切削力等所需的夾緊力最小。此外，夾緊裝置的自動化程度應與工件的生產(chǎn)批量相適應；夾緊機構結構要簡單，力求體積小、重量輕，并有足夠的強度，工藝性好，便于制造和維修；夾緊機構還要使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。 根據(jù)夾緊原理和夾緊機構的選用原則，結合對渦輪盤加工狀況的分析發(fā)現(xiàn)零件加工部位為周向榫槽，外周不能用于夾緊，零件中間有通孔可以利用，由于榫槽數(shù)量較多，單件加工時間較長，所以采用螺紋夾緊機構進行夾緊，具有結構簡單、可靠，操作容易，有可靠自鎖作用和足夠的夾緊力的優(yōu)點。 3.2 立拉夾具結構的設計 3.2.1夾具的結構及特點 夾具結構首先要有良好的結構剛性、良好的結構工藝性以及操作省力使用方便。立拉夾具安裝在L720A立式拉床的工作臺上，工作臺的移動平臺可以縱向移動，工作臺本身可以橫向與縱向微調。夾具和移動平臺靠兩個定位孔定位，螺栓鎖緊。加工時通過縱向移動平臺完成工件的進給與退出，通過微調工作臺調整工件與組合拉刀盒底的距離，保證榫槽至渦輪盤中心的尺寸要求。進行試件的加工。 由于渦輪盤的空間角度復雜，所以夾具設計成空間雙斜面的結構，外形不規(guī)則，其結構簡圖如圖3—5。 夾具的結構特點： （1）夾具體為空間雙斜面，制造精度要求較高，是保證渦輪盤榫槽精度的關鍵。 （2）分度及鎖緊機構為齒輪、齒條嚙合傳動，精度高， （3）鎖緊動力來源于液壓系統(tǒng)，傳動平穩(wěn)、壓緊可靠、實現(xiàn)了產(chǎn)品加工的自動化。 （4）在首件產(chǎn)品拉削時，需要進行夾具的分度盤的拉削，使其有足夠的讓刀空間。 （5）良好的工藝可行性：設計、選材時充分考慮了加工 的現(xiàn)有設備條件、不同材料的加工性、熱處理后材料的變形等情況。 圖6 液壓分度拉床夾具結構圖 3.2.2夾具底座設計 由于夾具底座比較大，形狀復雜，要求精度高，加工比較困難，選用鑄鐵材料HT20-40。因為鑄鐵可以研磨角度面，達到要求精度；鑄鐵材料的剛性比較好，還可以吸收拉削過程中產(chǎn)生的振動。 為避免拉削過程中遇到底座上夾渣、異物、硬點而磨損和崩刀，在相應的拉削部位銑削出大于榫槽寬度及微調安裝座移動距離的讓刀槽。夾具底座定位銷孔距離榫槽底面的距離H按如下公式計算： H = H1-L1-L2 = 170.05 mm 式中： H1為工作臺定位銷至導軌端面距離 L1為拉刀盒上、下兩定位面間的距離 L2為最后一把精拉刀設計高度尺寸 夾具定位銷孔距離榫槽底面的距離H的實際值，還受到以上各尺寸的公差以及工作臺定位銷直徑尺寸、分度夾具定位套直徑尺寸、底座與夾具制造誤差、長期使用實際磨損程度等因素影響。 由于機床工作臺可以縱向微調，所以為避免出現(xiàn)加工出的渦輪盤榫槽工作面至盤中心距離尺寸偏差較大，無法調整的情況出現(xiàn)，設計時特意將夾具底座上的讓刀槽底面至定位套孔中心距離減小了0.3－0.5mm，以便加工時可以微調。 夾具與機床間的安裝定位是通過夾具上的二個定位孔與工作臺上的二個定位銷來實現(xiàn)的。安裝誤差是由夾具定位孔的精度及工作臺上定位銷子的精度以及它們之間的相互配合決定的。包括縱向誤差和角度誤差，由于工作臺可以調整，因此可以按照選定基準定位孔與定位銷相配間隙0.01mm來進行設計。 夾具底座定位套孔與拉床工作臺定位銷的定位分析。 如圖3—6所示，我們通常用實線來表示定位銷，雙我們把點劃線代表夾具上的2個定位的基準孔。但是在夾具上2個定位基準孔之間存在制造公差△L夾，所以在夾具的工作臺上會有2個定位銷之間距離的公差△L臺。在運作過程中夾具被定位的時候，夾具上的二個定位基準孔由于過定位所以有可能導致產(chǎn)生不能同時套入圓柱銷的行為。，將定位銷2兩側的露出部分削成菱形，達到能定位又避免過定位的目的同時保證定位精度又不至于產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，。 圖7 菱形銷與圓柱銷定位關系圖 采用這種定位方式，定位銷1的定位是主要的。根據(jù)機械技工六點定位原則，我們通常把長圓柱定位銷1閑置的夾具的、、、四個自由度，Z向的移動自由度由垂直的于定位銷的定位的平面限制，菱形銷只起到限制夾具繞Z軸旋轉的自由度的作用。由圓柱銷削成菱形銷時，希望工作圓弧部分的寬度b盡量大，提高耐磨性；菱形面積盡量大，保證定位銷的強度。 在圖3—6中，設X為定位銷2在兩個定位銷中心線方向補償用的間隙。 X = △L夾 + △L臺 若定位銷1與孔1之間的最小的 配合間隙為 △1min，它對二孔的同時套入有幫助作用，故間隙 X 可以減小為： X = △L夾 + △L臺 - △1min /2 在本文中，△L夾 = 0.01 mm △L臺 = 0.01 mm △1min = 16-（16－0.01）= 0.01 mm 故 X = 0.015 mm 由于夾具安裝后要進行對刀具的微量調整所以0.015的補償間隙能夠滿足精度的要求。夾具體給出了兩定位銷孔距離370±0.01,定位銷孔到渦輪盤中心距離250±0.01。夾具底座結構簡圖見下圖8： 圖8夾具底座結構圖 3.2.3正確的復雜空間尺寸及角度計算 渦輪盤的榫槽與盤端面成54°角，槽底與渦輪盤中心夾角15°19’（結構簡圖見圖3—1），拉削時工件榫槽中心與拉刀的理論中心應重合，槽底垂直于機床工作臺。這樣就需要進行空間角度計算，來確定夾具基體的空間角度。 夾具如何正確進行復雜的空間尺寸及角度計算是保證產(chǎn)品質量特性的首要前提。由于圖紙給定的條件不同及基準面的變動，不能直接利用零件圖上所標的角度，必須進行空間尺寸及角度換算。按照投影理論來分析，雙斜面不可能經(jīng)過一次變換投影面就反映出真實形狀，必須經(jīng)過二次變換投影面才能夠得到。而且在分析圖紙及設計繪圖時必須掌握：雙斜面變單斜面的關鍵是：新投影面的坐標軸垂直于跡線。(平面與坐標面的交線) 。拉床夾具在拉削榫齒時，必須使榫齒的兩側面及榫齒底面與拉刀及其運動方向一致 ，為達到這個目的，必須先將夾具定位渦輪盤繞Y軸逆時針旋轉α角，使其轉為單斜面，然后，再將渦輪盤繞X軸順時針旋轉β角，使榫齒轉到可加工的位置，這樣，原來的渦輪盤由單斜面變成雙斜面。 渦輪盤定位基準面由平面轉換空間雙斜面的示意圖見下圖9: 圖9 定位面空間角度轉換圖 圖3—8 (a)中△ABC表示Q面，即榫槽底面，△BOE表示N面，即榫槽側面，△AOB表示P面，即定位基準面。在拉削榫槽時必須使槽的N面平行于W面，Q面平行于V面。為達到這個目的，可將渦輪盤先繞Y軸逆時針旋轉36°，此時，N面與W面平行，Q面成為單斜面，它與W面相垂直，與V面的夾角為15°19′。而P面則由平行于H面轉成單斜平面，它與V面垂直，與W面夾角為54°，圖3—8（b）是P面轉成單斜面的理論圖形。 旋轉后，渦輪盤中心與槽底F點的連線L1仍與Y軸平行。然后再將渦輪盤繞X軸順時針旋轉15°19′，此時，Q面已經(jīng)與V面相平行，而N面仍然與W面相平行。這時，榫槽就轉到了可加工的位置。P面一由單斜面變成雙斜平面，其理論圖形如圖3—8（c）(雙斜面第I方向)所示。 旋轉后，L1與Pw跡線相平行，即 α0－雙斜面P與X軸的夾角，等于36° γw-Pw與Y軸所交的銳角，等于15°19′ 根據(jù)以上分析，夾具底座所需的三個角度α、β、ε，可以通過圖3—8 (d)中的角度關系求出。 已知α0＝36° 余角α1＝54° γw＝15°19′ 余角βw=74°41′ 計算α Ctgα=tgα1×Cosγw =tg54°×Cos15°19′ =1.3274937 α=36°59′27″ 計算β Sinβ=Cosβw×Cosα1 =Cos74°41′×Cos36° =0.213705 β=12°20′22″ 計算ε tgε=tgγw×Cosα1 =tg15°19′×Cos54° =0.16098364 ε=9°8′42″ 至此夾具底座上的三個角度都以計算得出α=36°59′27″、β=12°20′22″、ε=9°8′42″。 3.2.4 高精度的分度機構設計 工件在一次安裝中要求加工一組表面（孔系、槽系、多面體等）時，夾具中能使工件依次轉過一定角度或移動一定距離的裝置稱為分度裝置。 分度裝置的基本形式，主要取決于分度盤和分度銷的組成結構。圓周分度裝置按分度盤與分度銷的位置關系，可分為軸向分度與徑向分度。當分度盤與分度銷的軸線位置相互平行時，稱為軸向分度裝置，相互垂直時稱為徑向分度裝置。此外，還有一些特殊的分度裝置，如鋼球分度裝置、端齒分度裝置、齒輪齒條式分度裝置、杠桿式分度銷的分齒盤結構、步伐式的雙銷聯(lián)動軸向分度裝置等。 由于被加工的渦輪盤榫槽為周向燕尾式榫槽，槽數(shù)22。起始榫槽與渦輪盤中心偏心11.5±0.15,榫槽空間角度54°±5′及15°19′±5;同時保證槽底面上的F點到渦輪盤中心線距離64.8。采用切削力較大的拉削的工藝方法加工，同時考慮夾具的總體空間結構以及加工效率等因素，選擇承載能力強，通過液壓系統(tǒng)為動力源進行分度操作的步伐式軸向雙銷聯(lián)動分度結構。該種分度方式機構工藝性好，操作方便且便于維護，所以應用廣泛。雙銷聯(lián)動軸向分度方式有如下優(yōu)點： （1）分度盤制造簡單，兩個定位銷通過齒輪、齒條嚙合傳動，傳動平穩(wěn)，無噪聲、能夠實現(xiàn)分度的自動化。 （2）體積小，轉動靈活，操作方便，由液壓推桿帶動齒條，與齒輪軸進行嚙合傳動，驅動兩個帶有楔形截面的齒條分度銷,進行上下往復運動，楔形截面驅動分度盤進行旋轉，分度盤每旋轉一次,分半槽角度。這樣降低了分度孔間隙誤差,機構自鎖性好，分度精度高,安全可靠，并與鎖緊機構聯(lián)動 ,實現(xiàn)了生產(chǎn)加工的自動化。 步伐式分度銷自動分度機構簡圖見下圖10: 圖10 齒輪分度鎖緊機構簡圖 分度盤采用優(yōu)質碳素鋼（45＃），各個分度孔中鑲入耐磨的襯套，實現(xiàn)零件的定位和分度功能，同時加工22個沿周均布的空間角度槽進行拉刀的讓刀。 影響分度盤的分度精度的因素主要有以下幾方面分析: Z1 分度銷與其導引孔的配合間隙 Z2 分度銷的工作表面與分度盤上孔座的配合間隙 Z3 分度盤的轉軸與其支承套間的配合間隙 ε1 分度銷的導引表面與工作表面間的位置誤差 △α分度盤上各孔座間的分布位置誤差。 協(xié)調好以上幾點是保證分度精度的關鍵所在。 本文中Z1=0.015 Z2=0.023 Z3=配0.01間隙=0.01 ε1=插銷跳動為0.01 △ α=位置度為Φ0.02=+-0.01（線性尺寸） 由于采用步伐式定位銷，可以消除Z1、ε1的影響， 分度誤差ω≈Z2+Z3＋△α ＝0.023+0.01+0.01 ＝0.043（極限情況下）<精度的2／3 分度盤結構見下圖11、結構尺寸參數(shù)圖見下圖12： 圖11 分度盤結構圖 圖12 分度盤結構尺寸圖 齒輪軸采用40Cr進行鍛造后加工，大小齒輪按相同傳動比制造，以實現(xiàn)多重傳動，通過控制大小齒輪的輪齒的起始位置來控制傳動的初始狀態(tài)(小齒輪的起始齒槽與大齒輪的起始輪齒相對應)。 大齒輪參數(shù)為: 模數(shù)M=1.5 齒數(shù)Z=40 壓力角α=20° 分度圓直徑d=φ60 分度圓弧齒厚S=2.356 齒頂圓直徑d=φ63 齒根圓直徑d=φ56.4 小齒輪參數(shù)為: 模數(shù)M=1.5 齒數(shù)Z=20 壓力角α=20° 分度圓直徑d=φ30 分度圓弧齒厚S=2.356 齒頂圓直徑d=φ33 齒根圓直徑d=φ26.8 齒輪軸具體結構及尺寸參數(shù)見下圖13、圖14： 圖13 齒輪軸結構圖 圖14 齒輪軸結構尺寸圖 兩個步伐式齒條分度銷采用具有較高耐磨性和塑性的9SiCr加工，具體結構及尺寸參數(shù)見下圖15、圖16： 圖15 齒條分度銷33結構尺寸圖 圖16 齒條分度銷29結構尺寸圖 齒條采用40Cr材料，具有較好的韌性。利用齒條實現(xiàn)了動力源與齒輪軸及齒條分度銷間動力的傳遞。具體結構尺寸見下圖17： 圖17 齒條結構尺寸圖 3.2.5 方便快捷的液壓驅動系統(tǒng) 液壓傳動夾緊裝置具有如下優(yōu)點： （1）夾緊力大而機構體積小。 （2）油缸推力較大，不必采用機械增力機構，使夾具結構簡單。 （3）可以實現(xiàn)單機快速夾緊。 （4）由于液壓油不可壓縮，故而切削時不致發(fā)生振動，工作無噪聲。 （5）易實現(xiàn)工作循環(huán)的自動化。 所以立拉夾具的分度及夾緊操作系統(tǒng)所需動力來源的設計改變了過去傳統(tǒng)的手動操作，采用了液壓驅動夾緊系統(tǒng)。通過液壓缸的運動帶動齒條軸的運動，進而驅動相嚙合的齒輪軸與兩個齒條分度銷進行運動實現(xiàn)分度，同時液壓缸柱塞前進時頂緊分度盤旋轉軸上的夾箍，實現(xiàn)系統(tǒng)的鎖緊，柱塞回退時實現(xiàn)分度盤的放松，進行下一次的分度動作。 由于L720拉床本身帶有基本液壓系統(tǒng)，可以直接選擇與其相匹配的液壓缸。 液壓缸的選取本著經(jīng)濟性好，使用安全可靠等性能的要求，拋棄以往液壓缸、密封件都是自行設計制造理念，使用國內專業(yè)廠家的標準液壓缸，消除了自制液壓缸的成本高、密封性不好、漏油、拉桿經(jīng)常折斷、返修率高等缺點。大連萬利達公司生產(chǎn)的QLGFB100/45-E-B-40型液壓缸，是一種輕型拉桿液壓缸，具有結構簡單、零件通用化高和安裝形式多樣等特點，所選取的型號液壓缸的參數(shù)為： 液壓缸直徑100mm, 活塞桿直徑45mm 液壓缸行程40mm 額定壓力14MPa 安裝形式為前長方形法蘭 緩沖形式為兩端緩沖結構 液壓缸夾緊系統(tǒng)輸出的額定動力的計算 F＝PXS F為輸出的額定動力 P為機床的額定壓力 S為活塞的有效工作面積 P＝10MPa S=πr2=3.14X(0.052-0.02252) =0.00625 F=6238.6N＝637Kg 考慮到液壓回路以及系統(tǒng)各方面的壓力損耗，輸出動力F僅作為分度驅動及分度轉軸的鎖緊作用，所需的夾緊力并不是很大，故而，此液壓缸能滿足設計的要求。 設計過程中對于分度旋轉軸的鎖緊機構改變了用液壓缸柱塞直接進行頂緊的結構，而是采用了分體式結構，設計了一個螺紋轉接推桿，通過螺紋與液壓缸柱塞相連接，可以手動調節(jié)液壓缸的行程，以滿足分度與鎖緊的需要。 第四章 液壓分度夾具的使用與調整 第四章 液壓分度夾具的使用與調整 4.1液壓分度夾具使用 4.1.1加工前的準備 液壓分度夾具與移動安裝座的定位是靠移動安裝座上的兩個定位銷，通過四個M16螺栓連接固定。零件安裝到夾具的定位盤上，用螺栓壓緊；將第一組拉刀按順序放入拉刀盒中，并在加工中更換相應的拉刀，拉刀盒安裝在機床的縱向滑臺上。 4.1.2控制過程 夾具液壓缸與機床液壓系統(tǒng)正確連接，啟動液壓系統(tǒng)。液壓推桿向前推進時帶動齒條向前運動，齒條與齒輪軸進行嚙合傳動，驅動兩個帶有楔形截面的齒條分度銷,分度銷29向下運動，分度銷33向上運動，楔形截面驅動分度盤進行旋轉，分半槽角度，此時，液壓缸柱塞頂緊分度盤旋轉軸上的夾箍，系統(tǒng)被鎖緊。拉刀向下進給，對工件進行拉削。加工完畢之后，拉刀退回。液壓推桿向后回退，夾箍被松開，系統(tǒng)被放松，同時液壓推桿帶動齒條向后運動，齒條與齒輪軸進行嚙合傳動，驅動兩個帶有楔形截面的齒條分度銷，此時分度銷33向下運動，分度銷29向上運動，楔形截面驅動分度盤進行旋轉，又分半槽角度。當液壓推桿向前推進時又進行下一次的分度運動。 這樣液壓推桿進行往復直線運動,通過齒條與齒輪軸的嚙合傳動,帶動齒條定位銷進行運動的轉向,從而帶動分度盤,同時液壓推桿的直線運動實現(xiàn)了對分度盤的鎖緊與松開.啟動機床進行拉削。拉削完一個榫槽后，由分度機構實現(xiàn)零件退出、拉刀退回時分半槽角度,進給時分半槽角度滿足拉削時零件的位置要求。整個循環(huán)過程由機床電氣系統(tǒng)自動控制。 4.1.3拉削試件 渦輪盤榫槽在正式拉削之前，需要在試件上拉削榫槽，將所有尺寸調整合格后，才能正式拉削產(chǎn)品零件的榫槽。 要求試件與產(chǎn)品零件材料、主要結構尺寸均相同，主要用于檢查榫槽槽形及中心距。加工時，首先要拉削夾具上的讓刀槽，避免與拉刀的干涉。并逐步通過試拉削來調整夾具相對拉刀中心的距離，以保證中心距的準確性。當試件第一個完整的榫槽拉削完成后，進行槽形檢查。 選用50倍投影儀。投影前需要用汽油清洗、擦干試件，使影像清晰。 槽形放大圖一般是槽形最大最小極限偏差的公差帶圖形，貼其到投影板上。將試件榫槽槽形也投影到投影板上，直觀檢查槽形與放大圖上公差帶范圍進行比較，用工作臺水平或垂直移動使槽形影象與放大圖線條重合。 然后，拉削試件的對稱四槽，用于檢查榫槽工作面至渦輪盤中心距離、傾斜角度等；或者依次拉削試件所有榫槽，檢查從首槽到末槽的榫槽中心偏差、每一槽在圓周均布及位置要求。并在綜合量具上進行檢查。以此來驗證夾具設計的準確性。 4.2液壓分度夾具的調整 4.2.1夾具安裝的調整 夾具在機床工作臺上通過兩個定位銷定位后，要在試拉削過程中通過刀具相對于夾具的位置進行微調，來確定工件榫槽底部平面與拉刀中心的位置，利用千分表的跳動量來控制工作臺的平行度。 4.2.2分度及鎖緊機構的調整 在夾具的分度過程中先通過手動分度感覺分度的靈活性，通過調整兩個齒條定位銷與齒輪軸的初始嚙合點來調節(jié)分度銷的伸出長度，調整液壓推桿與傳動齒條的相對長度來調整分度鎖緊機構的鎖緊與放松動作。在傳動齒輪軸上安裝擋鐵與機床行程開關相配合，來實現(xiàn)分度進給的自動控制。 在夾具設計的過程中，為保證自動分度的靈活性，將分度銷的結構做成楔形，消除了平面對運動的阻礙。在實際拉削中，夾具一次安裝調整成功，并一次合格地拉削出了合格的試件和正式產(chǎn)品零件。無液壓系統(tǒng)漏油、傳動件損壞、密封不嚴等不良現(xiàn)象。 第五章 經(jīng)濟分析 第五章 經(jīng)濟分析 經(jīng)濟性是機械產(chǎn)品的一個重要指標之一，在產(chǎn)品的整個生命周期中，包括原材料制備、設計、制造、包裝、運輸、使用、回收或再生過程，都應該始終貫徹經(jīng)濟性原則，盡量地節(jié)約能源和資源，降低生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率。在該夾具的設計過程中，在滿足夾具使用要求的前提下，充分地考慮了夾具的經(jīng)濟性，利用了現(xiàn)有的資源，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。 （1）合理地選擇了各部分零件的材料，充分地發(fā)揮了它們的性能。以不至于大材小用，造成材料的浪費。如夾具底座比較大，形狀復雜，要求精度高，加工比較困難，選用鑄鐵材料HT20-40。因為鑄鐵可以研磨角度面，達到要求精度；鑄鐵材料的剛性比較好，還可以吸收拉削過程中產(chǎn)生的振動。 （2）夾具整體結構盡量緊湊、合理。為保障零件的加工精度，提高生產(chǎn)效率，在夾具上設計了很多輔助機構，在夾具的設計過程中，對這些輔助機構作了合理的布局，把它們放在合理的位置，避免了整個夾具的體積龐大，造成資源的浪費。并且該夾具的分度和夾緊機構均采用了液壓機構，有行程開關控制，降低了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)率，而且便于實現(xiàn)自動化。 （3）在加工設備的選擇時，在能滿足加工要求的條件下選用了現(xiàn)有的立式拉床L720A、移動安裝座及輔助液壓系統(tǒng)，其中移動安裝座起到了連接拉床和夾具的作用，相當于轉接頭，更有利于夾具的安裝。 結論 結論 渦輪盤是航空發(fā)動機的重要零件, 渦扇發(fā)動機的外函推力完全來自于風扇 所產(chǎn)生的推力，風扇的的好壞直接的影響到發(fā)動機的性能。其中的關鍵件渦輪盤與相應的軸、葉片相連接處在高速、高溫的環(huán)境下工作，是關鍵復雜構件。其機械加工特點表現(xiàn)為榫槽加工精度高、空間角度復雜，材料難加工等。它們的設計、工藝和制造水平?jīng)Q定了發(fā)動機的經(jīng)濟性、安全可靠性、壽命、維修周期等性能指標。我這次設計的是渦輪盤榫槽夾具，它可以保證加工精度高，提高加工效率。因此夾具設計是榫槽加工中的一個重要環(huán)節(jié)。 我設計的榫槽立拉夾具的分度及夾緊操作系統(tǒng)所需動力來源采用了液壓驅動夾緊系統(tǒng)，改變了過去傳統(tǒng)的手動操作。這也是本次設計的創(chuàng)新之處。 通過近三個月的資料收集、整理、實習和設計，我所設計的渦輪盤榫槽立式夾具已經(jīng)完成了。在這三個月中，我通過對資料的搜集、查找，找到了很多對設計有用的參考資料，從而保證了設計的順利進行?？梢哉f這次設計是對我大學四年所學知識的一次綜合檢驗和全面總結，在這個過程中我學會了獨立思考、在實踐中找到答案、在前人的基礎上求創(chuàng)新。通過這次畢業(yè)設計，我的綜合能力大大的提高，為我將來的學習和工作打下了堅實的基礎。 參考文獻 參考文獻 [1] 姜雪梅主編.盤軸制造技術.科學出版社, 2002. 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[21] 劉晉春等主編.各種加工.機械工業(yè)出版社，1999. 致謝 致謝 將近三個月的畢業(yè)設計已經(jīng)進入尾聲了，在畢業(yè)設計的過程中，我完成了渦輪盤榫槽立式拉床夾具的設計。我還要感謝我的設計指導教師侯志敏老師，若沒有她的指導，我的畢業(yè)設計絕對不可能如此順利地完成。在整個設計過程中我在老師的指導下學到了很多有關專業(yè)方面的知識，在一些探索性問題上得到了深層次的理解，更在老師的身上學到了許多為人處事的道理，我想這些都是我人生中最寶貴的財富，在我以后的學習和工作中一定會受益匪淺。 由于本人所掌握的知識技能水平有限，在設計中難免存在一些問題，在此懇請廣大的老師和同學們給予批評與指正，以便我在今后的工作和學習中獲得更大的提高。