裝配圖加工渦輪盤榫槽的臥式拉床夾具

裝配圖加工渦輪盤榫槽的臥式拉床夾具,裝配,加工,渦輪,盤榫槽,臥式,拉床,夾具 黑龍江科技學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 姓名： 任務(wù)下達日期： 年月日 設(shè)計（論文）開始日期： 年 月 日 設(shè)計（論文）完成日期： 年 月 日 一、設(shè)計（論文）題目： 加工渦輪盤榫槽的臥式拉床夾具 二、專題題目： 夾具在現(xiàn)代工程技術(shù)中的應(yīng)用 三、設(shè)計的目的和意義：完成拉削航空發(fā)動機的渦輪盤榫槽的工裝夾具設(shè)計，保證榫槽在本道工序中的精度要求。渦輪盤是航空發(fā)動機上一個十分重要的零件，材料為38GrMnAlA,榫槽精度要求高，機械加工難度大。渦輪盤的榫槽的加工精度對整個發(fā)動機的性能和壽命都有很大的影響，因此本夾具的設(shè)計就有著十分重要的意義。 四、設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：本文主要通過分析航空發(fā)動機上渦輪盤榫槽的結(jié)構(gòu)特點、加工工藝等情況，確定設(shè)計方案，完成了加工渦輪盤榫槽的臥式拉床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。此夾具主要用于拉削83076967型渦輪盤上均布的47個樅樹型的榫槽，選用一端平面和短圓柱作為定位基準，著重對定位裝置和分度裝置進行了詳細系統(tǒng)地設(shè)計，選擇了分度精度較高的端齒盤分度裝置，為了能夠減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，用液壓機構(gòu)作為分度裝置的動力系統(tǒng)。簡述了該夾具的使用和調(diào)整方法，并綜合分析了提高樅樹型榫槽表面粗糙度的方法。 五、設(shè)計目標：對渦輪盤進行精密地定位和準確地分度，以滿足拉削過程中榫槽的精度要求，對重要的尺寸進行詳細地計算。針對不同的零件要求，選用不同的材料，不至于造成材料的浪費。將部分結(jié)構(gòu)模塊化，設(shè)計成可更換的，以擴大該工裝夾具的工藝范圍。 六、進度計劃： 2007年3月13日至3月31日進行為期3周的生產(chǎn)實習；4月1日至4月10日完成對設(shè)計題目的資料收集與查詢；4月11日至4月20日完成夾具的定位裝置、加緊裝置的設(shè)計；4月21日至5月15日完成分度裝置、輔助機構(gòu)和總體機構(gòu)的設(shè)計；5月16日至5月31日進行夾具裝配圖、零件圖圖紙的繪制；6月1日至6月10日進行畢業(yè)設(shè)計說明書的編寫；6月11日至6月20日最后的審稿及說明書和圖紙的打印。 七、參考文獻資料：袁哲俊，劉華明主編.刀具設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社.1999：527-551；劉新德主編.袖珍液壓氣動手冊.機械工業(yè)出版社.2003：225-268；林文斌，陳本通主編.國防工業(yè)出版社.1987：400-466；上海柴油機廠工藝設(shè)備研究所主編.金屬切削機床夾具設(shè)計.機械工業(yè)出版社.1987.220-355；胡家秀主編.簡明機械零件設(shè)計實用手冊.機械工業(yè)出版社. 2004：61-200；王文斌主編.機械設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社.2005：20-110； 李文雙，于信偉 蘇發(fā)主編.機械制造工程學.黑龍江科學技術(shù)出版社.2004：203-266；孫明主編.機械工程基礎(chǔ).黑龍江人民出版社. 2000：142-215；孫麗媛主編.機械制造工藝及專用夾具.冶金工業(yè)出版社.2002：23-84；路甬祥主編.液壓氣動技術(shù)手冊.2003：524-609； 指 導 教 師： 院（系）主管領(lǐng)導： 年 月 日 封 首 論文題目：加工渦輪盤榫槽的臥式拉床夾具 學生所在專業(yè)：機械制造設(shè)計及其自動化 導師簽字： 學生本人簽字： 摘 要 本文主要是通過分析航空發(fā)動機上的渦輪盤榫槽的結(jié)構(gòu)特點，加工工藝等情況，確定設(shè)計方案，完成了加工渦輪盤榫槽的臥式拉床夾具的設(shè)計。 此夾具主要用于拉削83076967型渦輪盤上均布的47個樅樹型的榫槽，由于本工序中對榫槽工作面距榫槽中心的距離以及47個榫槽的累記均布很小，并且榫槽的拉削加工工位較多，所以在此夾具的設(shè)計過程中，選用一端平面和短圓柱作為定位基準，著重對定位裝置和分度裝置進行了詳細系統(tǒng)地設(shè)計，采用體積小、轉(zhuǎn)動靈活、操作方便、分度精度較高的端齒盤分度裝置，為了能夠減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，用液壓機構(gòu)作為分度裝置的動力系統(tǒng)。對夾具上各裝置作了合理、正確的布置，盡量減小了夾具的體積。簡述了該夾具的使用和調(diào)整方法，并綜合分析了提高樅樹型榫槽表面粗糙度的方法。 關(guān)鍵詞 渦輪盤榫槽 定位誤差 端齒盤式分度盤 Abstract This article mainly is through the analysis aircraft engine on turbine disk key way unique feature, situations and so on processing craft, determined the design proposal, has completed the processing turbine disk key way horizontal-type broaching machine tongs design. This tongs mainly uses in on the broaching 83076967 turbine disks the even cloth 47 fir tree's key way, because in this working procedure is apart from the key way center to the key way working surface the distance as well as 47 key ways records the even cloth to be very small tiredly, and the key way broaching processes the location to be many, as soon as therefore in this tongs design process, selects holds straight the surface and the short column took the localization datum, emphatically carried on to the positioning device and the spacing device systematically has designed in detail, uses the volume slightly, the rotation nimble, the ease of operation, the indexing precision high end tooth plate spacing device, in order to could reduce the labor intensity, enhanced the labor productivity, took the spacing device with the hydraulic gearDynamic system. Each installment has made reasonably, the correct arrangement to the tongs on, reduced the tongs volume as far as possible. Has summarized this tongs use and the adjustment method, and the generalized analysis enhanced the fir tree key way surface roughness the method. Key word fir tree key way position error end tooth disc type graduated disc 目 錄 摘 要…………………………………………………………………………… I Abstract……………………………………………………………………… II 第1章 緒 論………………………………………………………………… 1 1.1 現(xiàn)代機床夾具發(fā)展的方向………………………………………… 1 1.2 現(xiàn)代制造業(yè)對夾具設(shè)計的要求…………………………………… 2 1.3 項目提出的背景及研究的內(nèi)容…………………………………… 2 1.4 項目研究的方法、預期結(jié)果及意義……………………………… 3 第2章 渦輪盤件榫槽的加工特點及工藝裝備………………………………4 2.1 渦輪盤榫槽加工工藝的分析 ………………………………………4 2.1.1 渦輪盤榫槽加工工序圖的分析…………………………… 4 2.1.2 零件毛坯種類、特點……………………………………… 5 2.1.3 渦論盤的加工工藝規(guī)程分析……………………………… 5 2.2 拉削方法及工藝裝備的分析與選取……………………………… 6 2.2.1 拉削方法…………………………………………………… 6 2.2.2 工藝裝備……………………………………………………7 第3章 渦輪盤分度夾具設(shè)計方案的確定………………………………… 10 3.1 定位原理和定位機構(gòu)………………………………………………10 3.2 定位基準的選取以及定位誤差的分析……………………………11 3.2.1 定位基準的選擇和定位裝置的設(shè)計…………………… 11 3.2.2 定位誤差的分析和計算………………………………… 11 3.3 夾緊裝置的設(shè)計……………………………………………………14 3.3.1 夾緊方案的確定………………………………………… 14 3.3.2 夾緊力的確定…………………………………………… 15 3.4 分度結(jié)構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………18 3.4.1 分度方式選擇…………………………………………… 18 3.4.2 端齒盤式分度盤的優(yōu)點………………………………… 18 3.4.3 端齒盤式分度盤設(shè)計…………………………………… 19 3.5 分度裝置的動力系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………20 3.5.1 端齒盤分合的動力系統(tǒng)……………………………………… 21 3.5.2 分度回轉(zhuǎn)機構(gòu)動力設(shè)計………………………………… 22 3.5.3輔助夾緊裝置液壓缸的設(shè)計……………………………… 24 3.6 夾具輔助機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………25 3.6.1 轉(zhuǎn)動剎車機構(gòu)…………………………………………… 25 3.6.2 分度指示機構(gòu)…………………………………………… 26 3.7 主要零件設(shè)計要點…………………………………………………26 3.8 主要尺寸計算………………………………………………………27 第4章 分度夾具使用和調(diào)整…………………………………………………30 4.1 分度夾具使用………………………………………………………30 4.1.1 加工準備………………………………………………… 30 4.1.2 控制過程………………………………………………… 30 4.1.3 拉削試料及試件………………………………………… 31 4.2 分度夾具調(diào)整和提高榫槽精度的方法……………………………32 4.2.1 調(diào)整徑向尺寸…………………………………………… 32 4.2.2 調(diào)整分度………………………………………………… 32 4.2.3 提高榫槽粗糙度方法…………………………………… 33 第5章 經(jīng)濟性與資源分析……………………………………………………34 結(jié) 論……………………………………………………………………………35 致 謝……………………………………………………………………………36 參考文獻……………………………………………………………………… 37 專題論文……………………………………………………………………… 38 附錄1 中文譯文……………………………………………………………… 46 附錄2 外文文獻……………………………………………………………… 54 IV 第一章 緒論 1.1 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 機床夾具就是在機床上將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向的一種裝置，其主要作用就是使工件相對與機床和刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變 現(xiàn)代工業(yè)的一個顯著特點是：新產(chǎn)品發(fā)展快，質(zhì)量要求高，品種規(guī)格多，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短。反映在機械工業(yè)上，多品種、小批量生產(chǎn)在生產(chǎn)類型比例中，占了很大比重。 為了適應(yīng)這一要求，必須做好生產(chǎn)技術(shù)準備工作，而機床夾具是這一工作的重要組成部分。 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在： 1.標準化 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(yīng)各種類型夾具應(yīng)有標準的結(jié)構(gòu)。這樣可以使夾具的設(shè)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。 2.可調(diào)化、組合化 這樣做可以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(shè)計工裝，用少量元件能滿足多種要求。 3.精密化 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)，勢必要求機床夾具的精度也相應(yīng)地越來越高。 4.高效自動化 為了既改善勞動條件，實現(xiàn)文明生產(chǎn)，使所設(shè)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。 5.模塊化 通過采用模塊化設(shè)計，可以提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期。 1.2 現(xiàn)代制造業(yè)對夾具設(shè)計的基本要求 1.穩(wěn)定地保證工件的加工精度 2.提高機械制造行業(yè)的勞動生產(chǎn)率 3.結(jié)構(gòu)簡單、有良好的結(jié)構(gòu)工藝性并且操作簡便、能改善勞動條件 4.應(yīng)能降低產(chǎn)品的制造成本 1.3 項目提出的背景及研究的內(nèi)容 渦輪盤是航空發(fā)動機（如圖1-1）的重要零件,它與相應(yīng)的軸、葉片相互連接而組成發(fā)動機中的轉(zhuǎn)子組件。渦扇發(fā)動機的外函推力完全來自于它高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的推力。處于高速、高溫的工作環(huán)境下，是關(guān)鍵復雜構(gòu)件，其機械加工特點表現(xiàn)為榫槽形狀結(jié)構(gòu)復雜，加工精度要求高、空間角度復雜等。它的設(shè)計、工藝和制造水平?jīng)Q定了航空發(fā)動機的經(jīng)濟性、安全可靠性、維修周期、壽命等性能指標。 圖1—1航空發(fā)動機 現(xiàn)在渦輪盤材質(zhì)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。因此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臥式拉床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、調(diào)整和使用。 1.4項目研究的方法、預期結(jié)果及意義 該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(shè)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(shè)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(shè)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，提高勞動生產(chǎn)率，盡量縮短本工序的輔助時間，動力系統(tǒng)采用液壓裝置。此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(gòu)，該夾具應(yīng)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。綜以上分析，本道工序所要加工的渦輪盤榫槽對于整個發(fā)動機的質(zhì)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(shè)計制造有著十分重要的意義。 第二章 渦輪盤件榫槽的加工特點及工藝裝備 2.1 渦輪盤榫槽加工工藝的分析 2.1.1 渦輪盤榫槽加工工序圖的分析 渦輪盤是航空發(fā)動機上的典型的盤類零件，屬于盤類件，在本道工序中主要的加工表面是形狀為樅樹形的榫槽面，榫槽是用于安裝葉片的，較為復雜。數(shù)量為47個，均布于ф328的圓周，均布累積誤差不大于0.127mm。榫槽的寬度尺寸、榫槽工作面至距渦輪盤中心的距離誤差均在0.1mm以內(nèi)，榫槽表面粗糙度要求Ra1.6以上（圖2-1）。 圖2—1 渦輪盤零件工序圖 2.1.2 零件毛坯種類、特點 由于渦輪盤處于高速、高溫（400℃~800℃）的工作環(huán)境，對毛坯的材料也有特殊的要求，現(xiàn)在國內(nèi)外常采用鎳基合金，此渦輪盤83076967的毛坯所用的材料是AISI4340,相當于38GrMnAlA,用這種合金粉末熱等靜壓制成型，為了提高渦輪盤的疲勞強度，采用了在熱等靜壓預成形后再等溫鍛造的技術(shù)。用這種材料和鍛造技術(shù)成型的渦輪盤毛坯具有很高的強度和抗疲勞性能，并且材料的拉削性能比較好，最佳的拉削速度大概在2—2.5m/min。 2.1.3 渦論盤的加工工藝路線分析 渦輪盤的加工工序如下表： 表 2—1 零件工藝路線表 序號 工序內(nèi)容 定位基準 所用設(shè)備 1 鍛造毛坯 2 正火 3 車端面打中心孔 外圓柱面 臥式車床CA6140 4 粗車各外圓、倒角 端面、中心孔 數(shù)控車床K3125 5 鉆6—ф9.525孔 Ф55.3圓柱面 立式鉆 床ZJ5025 6 精車外圓、輪盤端面 中心孔 數(shù)控車床K3125 7 滾花鍵 中心孔 滾齒機YN3616 8 銑削樅樹形槽 端面、中心孔 萬能回轉(zhuǎn)頭升降臺銑床X6225 9 拉削樅樹形槽 Ф95.25圓柱面及C面 臥式拉床L6120 10 磷化處理 11 檢驗 Ф1.524 周向榫槽常用精密車床、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，由于樅樹型榫槽結(jié)構(gòu)不規(guī)則，形狀復雜，而且表面粗糙度要求在Ra1.6以上,若采用銑削加工，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，所以現(xiàn)在生產(chǎn)中已經(jīng)很少采用了，拉削是一種高效率的金屬切削工藝，用于加工多種形狀的內(nèi)、外表面，以及具有旋轉(zhuǎn)運動的螺旋槽等。加工質(zhì)量特點：精度較高，可以達到0.015mm,表面粗糙度可達到Ra0.8。尺寸一致性好。特別適合加工精度高、表面質(zhì)量好的成批和大量生產(chǎn)的零件。現(xiàn)已廣泛用于航空發(fā)動機葉片榫頭、渦輪盤、壓氣機盤等部件的加工，但必須配以專用的刀具、量具、及其它輔具。 2.2 拉削方法及工藝裝備的分析與選取 2.2.1 拉削方法 拉削按拉削速度分成兩種：低速拉削和高速拉削。目前在航空零件上已愈來愈多采用高速拉削，主要是由于以下幾個方面的原因： （1）在相同條件下，高速拉削的零件表面質(zhì)量優(yōu)于低速拉削的表面質(zhì)量。有的材料如不銹鋼等用低速拉削無法保證其表面質(zhì)量，必須采用高速拉削。 （2）高速拉削所用的拉床，其結(jié)構(gòu)剛性好，滑枕行程長，選用拉削速度范圍廣，冷卻潤滑效果好。這樣，不僅提高了生產(chǎn)率，而且大大降低了生產(chǎn)成本。 （3）高速拉削的拉刀大都采用超硬型高速鋼，如鉬-鈷和鎢-鈷類高速鋼能在高溫、高壓及高速下長期工作。這樣有利于實現(xiàn)拉削自動化，除了單機拉削自動化外，還可將單機-傳送帶-單機連成拉削自動線。 高速拉削,一般是指拉削速度高于15-20m/min的拉削。由于在提高加工表面質(zhì)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。 但是對于不同的零件材料，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(zhì)量還比較好，拉削速度不斷提高，到一定速度后，拉削表面質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)鱗刺，繼續(xù)提高速度，拉削表面質(zhì)量開始好轉(zhuǎn)，到一定速度下，拉削面質(zhì)量達到最佳，這時的速度就是這種材料的高速拉削速度。高速拉削一般可以提高盤類件的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率，但對于某些難加工材料的零件，只有在低速拉削時方能后的最佳拉削質(zhì)量。如此渦輪盤83076967的毛坯所用的材料是AISI4340,相當于38GrMnAlA，這種材料的最佳的拉削速度大概在2—2.5m/min。 2.2.2 工藝裝備 拉削加工渦輪盤所用的工藝裝備主要是有拉床、拉刀、量具等，渦輪盤上的榫槽自身的精度主要由合理的拉刀設(shè)計、制造精度和正確的拉削方法來保證；榫槽的相對精度，如榫槽至中心控制尺寸、榫槽均布誤差、榫槽中心對稱等，主要依靠夾具保證。 1. 拉床 考慮到現(xiàn)有的已知條件和前面所分析的該材料的渦輪盤的榫槽的最佳拉削速度情況，選用普通臥式拉床L6120（類似圖2—2）。這種拉床主要用于拉削花鍵孔、平面和形狀復雜的成型面等，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(diào)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(diào)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 2—2 L6120的性能參數(shù)： 額定拉力：20噸 最大拉力：26噸 主溜板行程長度：1600mm 接送刀機構(gòu)最大行程長度：620mm 護送刀最大行程長度：850mm 主溜板工作行程速度：1.5~11m/min 主溜板返回行程速度：7~12m/min 主傳動用徑向柱塞油泵：流量 300升/分 最大工作壓力：10Mpa 主傳動電機功率：22千瓦 主傳動電機轉(zhuǎn)速：970轉(zhuǎn)/min 機床的外形尺寸（長×寬×高）：6830mm×1819mm×1376mm 2. 拉刀 加工渦輪盤榫槽的拉刀為專用拉刀，拉床所用拉刀為分段組合形式，根據(jù)被拉削榫槽型面的要求，采用分段組合形式，共分9段。由每段拉刀分別擔負一定的切削部分和切削量（如圖2—3）。這些功能不同，長短不一的分段拉刀將被分為三組，分別定位夾緊在拉刀盒子內(nèi)，成為完整的組合拉刀。 圖2—3 拉削榫槽的拉削余量分配圖 由于輪盤材質(zhì)是38GrMnAlA，加工性差，而且輪盤精度要求高，硬質(zhì)合金刀具雖然在硬度、耐磨性和切削用量等方面優(yōu)于高速鋼，但其缺點很突出：不能承受較大的沖擊力，強度低，只是高速鋼的三分之一，熱處理困難；整體硬質(zhì)合金刀具制造困難，可加工性差，型線的鏟磨必須用金剛石砂輪。普通高速鋼由于在強度、硬度等方面性能指數(shù)低，不能采用，而粉末冶金高速鋼如CPM-42，雖然韌性、硬度和可磨削性優(yōu)于其它高速鋼，但價格偏高，因此，也不采用。通過比較分析，拉刀材質(zhì)通常選用M42(W2Mo9Cr4VCo8)鈷高速鋼。有較高的淬透性，M42熱處理后硬度可以達到67-69HRC，在加工中當溫度提高至600-620℃時具有很高的紅硬性，并具有很高的耐磨性，很高的強度及良好的工藝性能，缺點韌性較差、脫碳敏感性強，但是就綜合性能而言，現(xiàn)在榫槽拉刀材質(zhì)通常都選擇M42。 3.量具 為檢驗拉刀拉出的樅樹形榫槽的尺寸精度，采用直徑為Ф1.524的標準量棒。 拉削是大切削刃面，多齒強力切削過程，會產(chǎn)生大量切削熱。加之切削過程中，加工面被進、出口處得刀齒包容，切削熱不易被冷卻液帶走，故要求用大流量、大熱容量的冷卻潤滑液進行強制冷卻，以降低切削時的溫升。 第三章 渦輪盤分度夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1定位原理和定位機構(gòu) 1.定位原理 工件在夾具中的定位就是要確定工件與夾具定位元件的相對位置，并通過導向元件和對刀元件來保證工件與刀具之間的相對位置，從而滿足加工精度的要求。對單個工件而言，就是工件準確地占據(jù)由定位元件所規(guī)定的位置。要實現(xiàn)定位，必須將工件的有關(guān)表面靠近在夾具的定位元件上，工件的定位和用于定位的表面有很大的關(guān)系這些表面就是工件的定位基準，基準就是零件上的點、線、面，這些點、線、面是用來確定零件上的其他的點、線、面的。工件在沒有采取定位措施以前，它在夾具中的位置是任意的，即對一個工件來說它的位置是不確定的，而對一批工件來說它們的位置是變動的。工件空間位置的這種不確定性可用自由度來描述，把工件看成直角坐標系OXYZ中的一個剛體，在沒有采取定位措施前，它有六個自由度，即沿X、Y、 Z軸的三個移動自由度和繞X、Y、Z軸的三個轉(zhuǎn)動自由度，如圖3—1所示。 圖3—1 零件的六個自由度 要使工件沿某一方向上有確定的位置，就必須限制它沿這個方向上的自由度，夾具中，限制工件自由度用定位支承點來實現(xiàn)，一個定位支承點限制一個自由度，通常用夾具上按一定要求布置的六個定位支承點與工件的定位基準相接觸來限制工件的六個自由度，即六點定位原理。但是在工件實際定位時，所限制的自由度數(shù)少于按工序加工要求應(yīng)予以限制的自由度數(shù)，則工件定位不足稱為欠定位，欠定位往往會造成工件定位不確定、定位元件變形和工件裝夾不好。如果幾個定位支承點重復限制同一個或幾個自由度，稱為過定位，對于形狀精度和位置精度很低的毛坯表面作為定位基準時，是不允許出現(xiàn)過定位的，這樣會造成工件定位時的位置不確定。但是對于已加工過的工件表面或精度高的毛坯表面作為定位基準時，為了提高零件的穩(wěn)定性和剛度，可以使用過定位。 2.定位裝置 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(diào)整與找正。 3.2 定位基準的選取以及定位誤差的分析 3.2.1定位基準的選擇和定位裝置的設(shè)計 渦輪盤83076967工藝尺寸圖2—1，根據(jù)選擇定位基準的基準重合原則和所選基準應(yīng)保證定位穩(wěn)定、便于夾緊的條件，選擇渦輪盤C面和D軸作為定位基準。C面和D軸的自身尺寸公差(Ф95-0.025mm和13.84mm)、 形狀公差以及它們與渦輪盤原始基準A和B的形位公差要求都很嚴，所以由于基準不重合引起定基誤差也相對很小。 由于所要加工的渦輪盤的榫槽均不于Ф328的圓周，故采用定位環(huán)與C面接觸，大平面三點定位，限制了X軸上的移動、Y、Z軸上的轉(zhuǎn)動共三個自由度，短定位套與禿臺的D面配合，來限制X和Y軸方向上的移動,共限制了五個自由度，屬于不完全定位。 3.2.2定位誤差的分析和計算 使用夾具時，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(guān)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(guān)的加工誤差,就是對刀誤差，和夾具相對成形位置有關(guān)的加工誤差——夾具位置誤差。 （3）與加工過程有關(guān)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(shè)計過程中，只考慮與夾具設(shè)計有關(guān)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 定位誤差是有指由于定位不準而造成的某一工序尺寸（加工表面對工序基準的距離尺寸）或位置要求方面的加工誤差。工件在夾具中的位置是有定位元件確定的，當工件上的定位基準一旦與夾具上的定位元件相接觸或相配合，工件的位置也就確定了，但對一批工件來說，由于在各個工件的有關(guān)表面本身和它們之間在尺寸和位置上均存在著在公差范圍內(nèi)的差異，夾具定位元件本身和各定位元件之間也具有一定的尺寸和位置公差，因此工件雖然已經(jīng)定位，但是每個被定位的工件的的某些表面都會存在自己的位置變動量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。對于一批工件來說，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動的，即被加工表面的位置相對于定為基準是不變的，所以定位誤差就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。定位誤差有兩個方面組成， （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 ，如前面所述，在拉削渦輪盤上的榫槽時，采用短圓柱面即D面于定位套配合來限制在Y、Z軸上的移動自由度，所以定位基準就是短圓柱面（D面）的中心線即渦輪盤的中心線，而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 = 式中 —定位副間最小間隙配合（圖2—5） —定位孔直徑公差 —禿臺外圓柱公差 ===0.005 =0.035 =0.022 △Y = ==0.031 圖3—2 定位元件水平放置時的定位誤差分析 T=0.1,所以理論定位誤差 △D<，即 △D。 由以上計算可知 △D= △B +△Y=0+0.031=0.031 所以計算出的△D在定位誤差的范圍之內(nèi)，能滿足該工序中渦輪盤榫槽加工要求。 3.3夾緊裝置的設(shè)計 3.3.1夾緊方案的確定 工件在機床或夾具中定位后還需要進行夾緊，將工件壓緊、夾牢以保證在加工過程中不產(chǎn)生位移和振動，主要有動力源和夾緊機構(gòu)兩部分組成。夾緊機構(gòu)的主要作用是接受和傳遞原始的作用力，使其變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務(wù)。夾緊機構(gòu)包括中間遞力機構(gòu)和夾緊元件，中間遞力機構(gòu)主要啟到改變原始作用力的方向和大小的作用，而且還具有一定的自鎖性能。 夾緊裝置的設(shè)計和選用是否正確合理，對于保證加工精度，提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動強度有很大的影響。因此在夾緊裝置的設(shè)計過程中主要考慮到以下幾個方面的問題： （1） 在夾緊過程中應(yīng)保持工件原有良好的定位，而不應(yīng)破壞定位。 （2）夾緊力可靠、適當。即要保證在加工過程中工件的位置不發(fā)生變動和振動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形。 （3）操作應(yīng)該安全、方便、迅速和省力。 （4）結(jié)構(gòu)簡單緊湊、便于制造，并有足夠的強度和剛度。 綜合以上因素，由于渦輪盤要加工榫槽，外周不能用于夾緊，軸中心無通孔，所以只能利用軸向均勻的6個Ф9.525+0.05 角向位置任意孔，采用螺紋夾緊。螺紋夾緊簡單可靠，有自鎖作用，也可以提供足夠的夾緊力。渦輪盤榫槽加工工位多，更換拉刀次數(shù)多3次，一個渦輪盤榫槽的加工時間最短也得一天左右，所以克服了螺紋夾緊慢、輔助時間長的問題。 由于渦輪盤自身用于穿螺栓的孔徑為6－Ф9.525，只能用六個M10的螺栓進行螺紋夾緊。但是在渦輪盤榫槽拉削過程中，渦輪盤所受的切削力大，為了增強夾緊力、提高夾具體剛性、減少切削力大對榫槽加工精度的影響，需要增加了三個液壓壓緊機構(gòu)。 3.3.2夾緊力的確定 確定夾緊力主要是確定夾緊力的大小、方向和作用點，夾緊力的方向應(yīng)該垂直于主要的定位表面。為使夾緊力有助于定位，工件應(yīng)靠緊各支承點，并保證工件上各個定位基準與定位元件接觸可靠。通常工件主要的定位基面的面積較大、精度較高，限制的自由度多，夾緊力垂直于此面，有利于保證工件的準確地定位。其次，夾緊力的方向應(yīng)使工件夾緊后變形最小。因為工件在不同方向上的剛性不同，受壓表面的接觸變形不同，故夾緊力的方向應(yīng)使得受壓表面最好是與定位元件接觸較大的定位基準。再次，夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。 夾緊力的作用點就是指的夾緊元件相接觸的一小塊面積，夾緊力的作用點應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定，不至于引起工件產(chǎn)生位移或偏轉(zhuǎn)，還必須使被夾緊工件的變形最小，并且應(yīng)該盡量靠近切削部位，以提高夾緊的可靠性，如果切削部位的剛性不足可采用輔助支承。 夾緊力的大小必須適當，夾緊力過小，工件在夾具中的位置可能在加工過程中產(chǎn)生變動，破壞原有定位。如果夾緊力過大，工件在夾具的位置可能在加工過程中產(chǎn)生較大的變形，直接會影響到加工的質(zhì)量。在計算夾緊力的大小時，將此臥拉夾具看成一個剛性系統(tǒng)以簡化計算，根據(jù)加工過程中工件所受的切削力、重力、慣性力、夾緊力等處于靜力平衡的條件下，來計算理論的夾緊力。 根據(jù)以上理論分析可知：在拉削渦輪盤榫槽時，夾緊力的方向應(yīng)該垂直于主要的定位基面C，作用點應(yīng)該在工件的圓周上，大小通過以下計算可得。在加工過程中渦輪盤處于相對靜止的狀態(tài)下，在水平方向上只受到切削力和夾緊力的作用，所以只要算出切削力，根據(jù)夾具處于靜力平衡就可以計算出夾緊力。 查《刀具設(shè)計手冊》表6-16，最大切削力的經(jīng)驗公式： 式中 —刀齒單位切削力長度上的拉削力 —每個刀齒切削刃的總長度 —最大同時工作的齒數(shù) 、、、—分別為前角、后角、刀齒鋒利程度、切削液對拉削力影響的修正系數(shù) 查《刀具設(shè)計手冊》表6-48 齒升量 af=0.03,硬度在HBS197-229之間，取為169N/m。 拉削的槽寬為6.241mm，拉削長度 故齒距： P=(1.25～1.9)=7～10 取P=8.，所以同時工作齒數(shù) =3個。 每個刀齒切削刃的總長度 =10mm. 查《刀具設(shè)計手冊》表6-49 =0.85、=1.0、=1.0、=1.13。 所以 =4869.735N 由于力的作用方向與渦輪盤的加工中心線成的夾角，可以分解為沿渦輪盤軸向的力T1和沿渦輪盤周向的力T2（圖3—3）。 T1==4217.314N T2==2434.868N 其中T1作用于渦輪盤的一端，使渦輪盤產(chǎn)生一個翻轉(zhuǎn)的力矩，為平衡這一個力矩為平衡此力矩，必須在另一端施加以一個和該力大小相等方向相反的力F1，并且F1 T1。T2會產(chǎn)生一個能夠使渦輪盤旋轉(zhuǎn)的力矩，這一力矩主要靠夾緊力通過壓板作用在工件上所產(chǎn)生的摩擦力矩來平衡。 圖3—3 渦輪盤受力分析圖 夾緊力通過壓板作用在工件上，實際所需要的夾緊力 Wk= 式中 Wk—實際所需要的夾緊力 W—由靜力平衡算出的理論夾緊力 K—安全系數(shù) 上式中—基本安全系數(shù)取1.3 — 與加工性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)取1.0 — 刀具鈍化度有關(guān)的系數(shù)取1.5 — 切削性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)取1.2 — 夾緊穩(wěn)定性系數(shù)取1.0 — 手柄位置系數(shù)取1.0 —有力矩使工件旋轉(zhuǎn)時工件與支承面的接觸系數(shù)取1.0 查《機床夾具設(shè)計手冊》表1-2-1： 取=1.0，=1.5，=1.2，=1.0，=1.0，=1.0 所以 取K=2.5。通過以上計算可知： 沿渦輪盤的中心線方向需要的夾緊力: W1= T1=10.543kN 沿渦輪盤周向夾緊力 ： W2= T2=6.087 kN 其中周向夾緊力主要有摩擦力提供，查《機械零件設(shè)計手冊》表1.7—17兩材料之間的摩擦因數(shù)為0.2—0.3，取，由，可得需要的正壓力： 故所需要的總的夾緊力. 3.4分度結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.4.1、分度方式選擇 分度裝置是在機械加工中，每當加工完一個表面后，能使夾具連同工件轉(zhuǎn)過一定角度或移動一段距離的裝置，分度裝置的工作精度主要取決于分度副的機構(gòu)形式和制造精度。夾具常用的分度裝置有孔盤式、側(cè)面齒槽式、多邊形分度盤式和標準分度臺等多種形式。拉削用分度盤按分度原理，大致分為插銷式、端齒盤式和蝸輪蝸桿式三種方式。 插銷式分度盤，一個分度盤只適用于同一型號的零件，需要數(shù)量多，經(jīng)濟性差，調(diào)整困難，分度精度低；蝸輪蝸桿式分度盤，可以在一定范圍內(nèi)任意分度槽數(shù)，但是需要更換分度夾具的配換齒輪和節(jié)圓盤，分度精度較高；端齒盤式分度盤，不同尺寸的盤件需要更換不同的端齒盤，通用性較差，分度夾具的分度、壓緊、松開、定位等操作皆為液壓、電氣控制，分度精度很高。 由于需加工的渦輪盤榫槽為47個，加工工位數(shù)量中等，均布累積誤差不大于0.127,要求加工精度較高，不適用于常用插銷式、蝸輪蝸桿式分度盤。經(jīng)分析比較，決定采用端齒盤式分度盤。 3.4.2端齒盤式分度盤的優(yōu)點 端齒盤式分度盤是采用端面三角齒相互嚙合的方法來實現(xiàn)分度的。工作時以下端齒盤的全部齒作為定位裝置，來對定上端齒盤的，各齒間的不等距誤差可以正負抵消，使誤差得到均化，分度精度顯著提高，精度一般在左右，而且具有較好的精度保持性。端齒盤制造不是很復雜，端面三角齒經(jīng)過精刨、研磨后，便可達到較高的精度。上、下端齒盤嚙和后不僅能承受較大的切削力。 端齒盤另一個特點就是體積小，轉(zhuǎn)動靈活，操作方便，兩齒嚙合時可以自鎖，在拉削過程中不存在夾具體回轉(zhuǎn)時的間隙問題，整個端齒盤分度裝置成為一個剛性很好的整體。 3.4.3端齒盤式分度盤設(shè)計 渦輪盤83076967的外徑尺寸為mm，在保證不干涉拉削的前提下，盡量增加嚙合面積以提高加工精度，將端齒盤外徑定為mm。 查《機床夾具設(shè)計手冊》第三版表1-8-5，取端齒盤的齒型角A=,端齒數(shù)定為47x3=141。如圖3—4所示。 端齒盤的尺寸計算如下： mm 式中：D— 端齒盤外徑 Z— 端齒盤齒數(shù) T— 端齒盤大端齒形展開齒距 h底＝h頂＝＝＝2.507mm 式中：h底—為端齒盤大端理論齒底高 h頂—為端齒盤大端理論齒頂高 α底＝α頂＝== 式中：α底—為端齒盤理論齒底線與節(jié)平線之間的夾角為理論齒底角 α頂—為端齒盤理論齒頂線與節(jié)平線之間的夾角為理論齒頂角. 端齒盤式分度盤的分度精度：相鄰誤差15＂；積累誤差45＂；循環(huán)誤差 7＂。 圖3—4 端齒盤零件圖 3.5分度裝置的動力系統(tǒng)設(shè)計 液壓傳動的慣性力小，結(jié)構(gòu)緊湊，夾具剛性較高，工作平穩(wěn)，液壓油有一定的吸振能力，便于實現(xiàn)頻繁的換向，而且能實現(xiàn)過載保護，操作簡單便于實現(xiàn)自動化，系統(tǒng)工作時，工作介質(zhì)可以自動潤滑運動元件，有利于提高元件的使用壽命。需要加工的渦輪盤上共47處榫槽，在拉削加工時，上下端齒盤、夾緊裝置等都要作多次往復運動動作，為了能夠減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，盡量縮短本工序的輔助時間，分度夾具的動力系統(tǒng)均采用液壓裝置。如圖3—5所示： 圖3—5 夾具部分結(jié)構(gòu)圖 3.5.1端齒盤分合的動力系統(tǒng)設(shè)計 為盡量避免夾具結(jié)構(gòu)龐大，使總體的結(jié)構(gòu)緊湊、合理，才能更好地保證零件的加工精度。為使分度盤實現(xiàn)分開動作，如圖3—5所示， 將下端齒盤與夾具底座(件42)連接固定；將上端齒盤與夾具的定位分度盤(件29)、轉(zhuǎn)動軸(件9)連接固定。轉(zhuǎn)動軸通過止推軸承與活塞(件10 )連接，活塞分別與端蓋(件32)和夾具底座形成兩個互不相通的獨立腔體C和D，當它們分別進油時，可以使活塞帶動轉(zhuǎn)動軸作上、下運動。要使上、下端齒盤能夠?qū)崿F(xiàn)順利地分合，活塞的工作行程應(yīng)大于端齒盤的全齒高。由于此夾具用于臥式拉床上，工作時水平放置，在整個工作過程中都受到上端齒盤、工件、及夾緊、定位元件的重力所產(chǎn)生的彎曲力矩的作用，為盡量增加活塞桿的剛度。 查《液壓氣動手冊》第二版表9-4，取活塞桿的直徑為Ф45mm,查表9-3，取油缸內(nèi)徑Ф125，額定壓力P=10Mpa,考慮到該液壓缸在工作過程中會間斷性地轉(zhuǎn)動，為了能夠更好地實現(xiàn)這一動作，將此液壓裝置的設(shè)計成如下機構(gòu)： 取d1=65，d2=88，速比φ=V2/V1= 查表9-6取速比φ=1.4. 活塞抬起時的推力: 返回時的作用力： 3.5.2分度回轉(zhuǎn)機構(gòu)動力設(shè)計 為使端齒盤實現(xiàn)轉(zhuǎn)動動作，在分度盤上設(shè)計了軸向均布的47個分度銷(件1)，由液壓推桿(件51)上的撥爪(件78)推動分度銷，帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)過角度為一周的47分之一。當液壓推桿回退時，撥爪被下一個分度銷抬起，繞銷軸(件52)轉(zhuǎn)動；回退一定距離后，撥爪劃過分度銷，彈簧片回彈撥爪，撥爪插入下一個分度銷之后，等待下一次動作。 調(diào)整分度銷直徑大小、撥爪推動分度銷力的角度、推桿行程范圍與撥爪的長短，使其停留位置準確。如圖3—7所示： 分度盤上共47個分度銷，取分度銷直徑為φ7mm,為防止分度盤、端齒盤、分度銷、撥爪之間產(chǎn)生干涉，取分度銷的均布直徑為φ276mm，兩分度銷之間的夾角.，考慮到夾具體上個機構(gòu)布置合理的問題，將該機構(gòu)的撥爪放于第21個分度銷上，如圖3—8所示: 可以求出： B= 圖3—6 分度液壓缸結(jié)構(gòu)圖 78 52 75 47 51 F1 F2 V1 V2 圖3—7 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖 圖3—8 分度銷位置示意圖 兩分度銷之間的距離 mm 液壓缸的工作行程L0L.取L0=35mm。 查《液壓氣動手冊》第二版表9-2，額定壓力P=10Mpa，取液壓缸內(nèi)徑32mm,活塞桿直徑20。 推出時的推力 ： 返回時的推力： 3.5.3輔助夾緊裝置液壓缸的設(shè)計 查《液壓氣動手冊》第二版表9-2，額定壓力P=10Mpa，取液壓缸內(nèi)徑φ50mm,活塞桿直徑φ22。該機構(gòu)通過活塞桿帶動壓板，把夾緊力直接作用于工件上，其行程必須大于端齒盤分合液壓缸的行程，并且保證當端齒盤分合液壓缸將工件完全抬起時，壓板能夠徹底和工件分開，取L=30mm。為了便于拉削前工件的安裝，將壓板設(shè)計成能夠饒活塞旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，避免了裝夾工件時和工件產(chǎn)生干涉。 圖3—9 夾緊液壓缸結(jié)構(gòu)圖 速比： φ=V2/V1=A1/A2=1.64 在以上各式中：—無桿側(cè)的有效面積 —有桿側(cè)的有效面積 —活塞伸出速度 —活塞返回速度 —推出時的推力 —返回時的推力 3.6夾具輔助機構(gòu)設(shè)計 3.6.1、轉(zhuǎn)動剎車機構(gòu) 分度時，液壓推桿推動分度銷，帶動夾具轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，液壓推桿到行程頂點停止動作，而轉(zhuǎn)動軸由于慣性將繼續(xù)轉(zhuǎn)動。無法有效地控制其停止在分度所需的角度上。為了解決這一問題，在轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動方向上，設(shè)計了彈性楔塊，當分度盤通過分度銷作用于楔塊上的力在沿楔塊方向的分力大于彈簧的作用力時，分度銷推動楔塊滑動，分度盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，完成分度。分度完成后，楔塊在彈簧力的作用下能夠有效地擋住分度銷，防止分度盤由于慣性力繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使端齒盤停止在正確的分度所需 要的角度上。 圖3—10轉(zhuǎn)動剎車機構(gòu)圖 圖3—11分度指示機構(gòu)圖 3.6.2、分度指示機構(gòu) 由于渦輪盤榫槽數(shù)為47個，數(shù)量較多，而且拉削不是一次完成，有七、八把拉刀分3次去余量，一個渦輪盤榫槽加工多次方可完成。為防止夾具分度出現(xiàn)誤操作，產(chǎn)生廢品，造成經(jīng)濟損失，所以增加了一個分度指示杠桿。當分完度以后，轉(zhuǎn)動軸下降，下一個分度銷與杠桿指針接觸,如圖六所示，顯示分度正確，提示工人繼續(xù)進行榫槽拉削。 3.7主要零件設(shè)計要點 1.夾具底座 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)生的震動。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(yīng)的拉削部位銑削出大于榫槽寬度及移動安裝座移動距離的梯形槽。 2 分度盤 為了夾具加工方便，將分度盤作成兩層，組裝后調(diào)整定位面回轉(zhuǎn)中心到底面距離，易于保證圖紙要求。 此次加工的渦輪盤直徑比較小，榫槽多，拉削加工后分度盤定位面較小。為了盡量減少刀具的磨損，分度盤材料選用45,調(diào)質(zhì)HRC28-32,低于加工零件硬度；并事先銑出不超過渦輪盤榫槽中值的槽寬。 先銑出榫槽，分度盤加工榫槽位置與分度銷底孔位置之間有著比較嚴格的角向關(guān)系。必須計算準確，以免槽偏，拉刀單側(cè)拉削，反而對拉刀有不利影響。 3 分度銷 分度銷的主要作用是帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生預分度。對其在分度盤上安裝底孔的位置度和分度銷的直徑尺寸都作了一定的要求。分度銷主要承受剪切力，所以材料選用40Cr，熱處理　HRC33-38,韌性好。 3.8主要尺寸計算 1.夾具回轉(zhuǎn)中心距底座定位銷距離 夾具回轉(zhuǎn)中心距底座定位銷距離理論值H（如圖3—12） H=H1-L1-L2-L3 =285.43-30-61.5-154.51 =39.42mm 式中：L3—渦輪盤榫槽工作面至渦輪盤中心距離尺寸中值 H1—底座定位銷至導軌端面距離 L1—拉刀盒上、下兩定位面間的距離 L2—最后一把拉刀設(shè)計高度 尺寸夾具回轉(zhuǎn)中心距底座定位銷距離H的實際值，還受到以上各尺以及底座定位銷直徑尺寸、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。為避免出現(xiàn)加工出的渦輪盤榫槽工作面至渦輪盤中心距離尺寸偏小，無法調(diào)整的情況出現(xiàn)，設(shè)計時特意將夾具回轉(zhuǎn)中心距底座定位銷的距離減小了0.2mm，使H值為39.22mm，以便可以微調(diào)。 圖3—12 尺寸計算示意圖 2.夾具回轉(zhuǎn)中心與拉刀中心的關(guān)系計算 通用底座由固定在拉床L6120上的支座和移動安裝座組成。支座的角度為15°；移動安裝座上有兩個相距340±0.01的定位銷，與拉床分度夾具相配。渦輪盤加工中心與渦輪盤定位端面的距離為13.84±0.12。 由于所需加工的渦輪盤榫槽傾角為30°，分度夾具底座還需傾斜15°。由于機構(gòu)安排等原因，需取渦輪盤加工中心與定位面的距離為187mm。為保證渦輪盤渦輪盤加工中心在拉床的拉刀中心線上，則可計算出分度夾具定位端面中心點至分度夾具底座面的距離H值和分度夾具回轉(zhuǎn)中心與定位銷的水平距離L值（如圖3—13所示）。 H=187-13.84con15°=173.631mm L=170+(187-145.5)tg15°+187tg15°=231.226mm 圖3—13 尺寸計算示意圖 第四章 分度夾具使用和調(diào)整 4.1分度夾具使用 4.1.1加工準備 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M20螺栓連接固定。由于所加工的渦輪盤直徑小，拉刀設(shè)計高度低，分度夾具回轉(zhuǎn)中心下降高度大，分度夾具結(jié)構(gòu)主要集中移動安裝座的下部，原安裝座的一個螺紋孔無法使用，需要按設(shè)計圖紙位置補充加工。 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好。 4.1.2控制過程 如圖3—5，圖3—7所示，首先是三個輔助夾緊液壓缸的B油口進油，壓板下降，輔助夾緊渦輪盤，啟動機床進行拉削。拉削完一個榫槽后，拉床主軸后側(cè)限位開關(guān)啟動，液壓系統(tǒng)換向，A油口進油松開渦輪盤，同時C腔進油，活塞帶動轉(zhuǎn)動軸抬起，到活塞與底座壓緊，上下端齒盤完全分開。此時安裝座左移，碰到床身左側(cè)限位開關(guān)， E腔進油，撥爪前行，推動分度銷，由彈性楔塊機構(gòu)克服轉(zhuǎn)動軸的分度慣性，轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)過一個分度銷（三個端齒角度），初步分度結(jié)束，同時拉床主軸帶動拉刀快速退回工作位置，拉床主軸前側(cè)限位開關(guān)啟動。 此時控制液壓系統(tǒng)換向，D腔進油，活塞帶動轉(zhuǎn)動軸下降，上下端齒盤相互嚙合，消除間隙，實現(xiàn)精確分度。同時，F(xiàn)腔進油液壓撥爪回退，撥爪打滑，滑過分度銷，彈簧片回彈，撥爪插入下一個分度銷之后；同時安裝座右移 ，碰到床身右側(cè)限位開關(guān)，B油口進油，夾緊渦輪盤，進行該槽位拉削，整個循環(huán)過程由電氣系統(tǒng)控制。 由于其分度精度由端齒盤最終控制，液壓撥爪和彈性楔塊與分度銷之間均留有一定的回轉(zhuǎn)間隙余量，保證端齒盤完全嚙合，無干涉。 4.1.3拉削試料及試件 盤類件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(diào)整合格后，才能正式拉削渦輪盤榫槽。 1、試料加工及檢驗 要求試料材料與渦輪盤材料相同，試料厚度與渦輪盤榫槽長度相同，主要用于檢查榫槽槽形，材料大小都可以。加工時，用試料夾具墊平試料，使其端面與拉刀中心垂直，拉削試料，加工出直榫槽。 檢查渦輪盤樅樹形榫槽槽形，選用50倍投影儀。投影前需要用汽油清洗、擦干試料榫槽，使影像清晰。投影板上的影像是反映盤件于光線出口的形狀；為避免拉削毛刺影響投影效果，在拉削要投影檢查的試料榫槽時，使拉刀進入面為投影光線出口面即成像面。 渦輪盤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。檢查榫槽型面是否符合圖紙給定的公差帶，是修整拉刀的依據(jù)。 2、試件加工與檢驗 在正式拉削渦輪盤榫槽前，除拉削試料之外，還需要拉削試件。試件外圓尺寸與正式件相同，材料可以與正式件不同。 一般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；材料相同的試件，還可以用不同的拉削速度進行多次試拉，以確定該材料的最佳拉削速度。 將轉(zhuǎn)接件榫頭部分插入試件的榫槽內(nèi)，使其與試件的榫槽工作面相配合，定位并夾緊，在綜合量具上檢查。根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)整榫槽徑向尺寸。 4.2分度夾具調(diào)整和提高榫槽精度的方法 4.2.1調(diào)整徑向尺寸 拉削渦輪盤試件多個接近對點榫槽，如果實際測得榫槽工作面徑向尺寸比理論中值偏大，假設(shè)偏大0.25mm。 分析產(chǎn)生的原因：如前面設(shè)計計算時的分析，該尺寸受底座、拉刀盒、拉刀、夾具的實際制造尺寸、磨損情況等因素影響，無法給出準確數(shù)值。 調(diào)整方法：拆下夾具的兩個定位套，根據(jù)測得的實際數(shù)值，將定位套內(nèi)徑尺寸同時磨大0.5mm，重新壓裝上。 由于夾具自重的因素影響，夾具兩個定位套與底座定位銷的上端母線接觸定位，則夾具中心豎直方向下降0.25mm，水平方向保持不變，從而達到調(diào)整的要求，實現(xiàn)微調(diào)。 調(diào)整夾具后,再拉削試件大致均布的四個槽，經(jīng)檢驗合格后方可加工正式件。 4.2.2調(diào)整分度 在渦輪盤榫槽拉床夾具分度過程中，出現(xiàn)過上下端齒盤嚙合錯位現(xiàn)象。在夾具設(shè)計的過程中，已經(jīng)充分考慮各種因素，避免此類現(xiàn)象的出現(xiàn)。首先是液壓撥爪與分度銷實際理論位置留有0.5-1mm的余量，這既是為轉(zhuǎn)動軸留的慣性轉(zhuǎn)角，也是防止撥爪卡住上下端齒盤嚙合自動回調(diào)間隙。其次在彈性楔塊直邊與定位銷之間也留有0.2-0.4mm的余量，這主要是為上下端齒盤嚙合留有回調(diào)間隙。 產(chǎn)生原因：拉床夾具分度時，上下端齒盤分開，上端齒盤一次分度過3個齒，而每次端齒盤轉(zhuǎn)過角度是由液壓桿推力大小、液壓桿停止作用位置、夾具轉(zhuǎn)動慣性、楔型塊阻力大小共同作用決定的。 調(diào)整方法：如果出現(xiàn)端齒盤轉(zhuǎn)角稍大，則可以通過縮短液壓桿行程和調(diào)整彈簧加大楔型塊阻力來調(diào)節(jié)；如果出現(xiàn)端齒盤轉(zhuǎn)角稍小，則可以通過延長液壓桿行程和調(diào)整彈簧減小楔型塊阻力來調(diào)節(jié)，如圖3—10、圖3—11所示。 但是在實際拉削中，可能即存在上端齒盤多過兩個齒（跨5個齒）的現(xiàn)象，也存在上端齒盤轉(zhuǎn)不到位（上、下端齒盤齒面高點接觸，嚙合不上）的現(xiàn)象。綜合分析，機床液壓系統(tǒng)油壓不穩(wěn)，存在滲油、漏油現(xiàn)象，也是引起這種現(xiàn)象的根本原因。經(jīng)過檢修解決。 4.2.3 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。為提高加工質(zhì)量，從整個工藝系統(tǒng)采取了多方面的積極措施。 1、拉刀制造中采用整形鏟齒背工藝代替原磨后角的方法，保證刀齒沿整個切削刃的輪廓上都有同樣的頂部后角值，可以提高榫槽尺寸精度和表面質(zhì)量，減少刀具磨損。 2、在拉刀設(shè)計中，粗拉刀按漸切式方法設(shè)計，精拉刀采用分段成型式方法設(shè)計，整個型面圓滑過度。在精拉成型拉刀上設(shè)計有2-5個幾何參數(shù)尺寸完全相同的校正齒，用以消除盤類件彈性變形引起的型面尺寸收縮。 3、拉削是大切削刃面，多齒強力切削過程，產(chǎn)生大量切削熱，同時加工面被進、出口處的刀齒包容，切削熱不容易被冷卻液帶走，需要用大流量、大熱容量的冷卻潤滑液強制冷卻，以降低溫升。在實際中建議使用車間以進口的含極壓添加劑（如硫、氯、磷等）的高速拉削冷卻潤滑液進行冷卻效果非常好，加工渦輪盤榫槽表面粗糙度基本可以達到產(chǎn)品要求。 4、提高整個工藝裝備的剛性，使拉削質(zhì)量穩(wěn)定，保證榫槽表面精度及表面粗糙度。現(xiàn)有拉床及其底座和拉刀盒因長期使用已磨損，配合間隙增大，使加工不確定性增加。使用車間新購置拉床及相關(guān)配套設(shè)備。 第五章 經(jīng)濟性與資源分析 經(jīng)濟性是機械產(chǎn)品的一個重要指標之一，在產(chǎn)品產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，包括原材料制備、設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用、回收或再生過程，都應(yīng)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，提高勞動省生產(chǎn)率。在該夾具的設(shè)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)生的震動。分度銷主要承受剪切力，所以材料選用40Cr，熱處理　HRC33-38,韌性好。 （2）夾具整體結(jié)構(gòu)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(shè)計了很多輔助機構(gòu)，在夾具的設(shè)計過程中，對這些輔助機構(gòu)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(gòu)均采用了液壓機構(gòu)，有行程開關(guān)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(shè)備的選擇時，在能滿足加工要求的條件下 選用了現(xiàn)有的臥式拉床L6120、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(zhuǎn)接頭，更有利于夾具的安裝。 （4）盡量把夾具中部件模塊化，以節(jié)約資源，擴大夾具的適用范圍，更有利于以后的回收、利用。在該夾具的分度裝置的設(shè)計過程中，將分度裝置設(shè)計成端齒盤和分度盤兩部分，一方面是為了便于加工，另一方面是為了擴大夾具的適用范圍，如在拉削53個榫槽的發(fā)動機渦輪盤時，就可以將分度盤換成53個分度銷的分度盤，在調(diào)整部分輔助裝置的位置就可以了。 結(jié)論 由于渦輪盤是航空發(fā)動機上一個非常重要的零件，而且處于高溫、高壓、高速的工作環(huán)境下，這必然對它的材料、毛坯制造方法、熱處理工藝、加工制造工藝等都有十分嚴格的要求，這些都是為了保障零件能夠有足夠的強度、剛度、硬度，尺寸精度、位置精度等，以工作環(huán)境的要求。 此課題主要是為能夠順利完成在均布于渦輪盤的圓周上加工出47個樅樹型榫槽，而設(shè)計的拉床專用夾具。為了能保證本工序所要求的尺寸精度和位置精度，在這一專用夾具的設(shè)計過程中，對渦輪盤件進行了準確、科學地定位，并詳細地分析了定位元件的定位誤差。渦輪盤榫槽的加工共位較多，拉刀也需要多次更換，所需要加工時間長，考慮到這些因素，采用了簡單可靠的螺紋加緊機構(gòu)，拉削加工時，用三個液壓缸輔助夾緊，牢固、可靠。保持了工件原有的良好定位。為減小榫槽的累計誤差，提高分度的準確性，設(shè)計了精密的分度裝置，采用了體積小，轉(zhuǎn)動靈活，操作方便的端齒盤式分度盤。為了能夠減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，盡量縮短本工序的所用的輔助時間，分度裝置的動力機構(gòu)均用液壓裝置。為防止分度后轉(zhuǎn)動軸由于慣性將繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而無法有效地控制其停止在分度所需的角度上，出現(xiàn)分度錯誤，產(chǎn)生廢品，造成經(jīng)濟損失，在夾具體上設(shè)置了轉(zhuǎn)動剎車機構(gòu)和分度指示機構(gòu)。這些輔助機構(gòu)在夾具體上正確合理地布置，有效地減小了夾具的體積。在滿足加工要求的情況下，選用了現(xiàn)有的L6120臥式拉床作為加工榫槽的拉削裝備，專用夾具通過移動安裝座上的定位銷和螺紋連接在拉床上。 總之，在技術(shù)日新月異的今天，面對市場全球化的競爭局面，應(yīng)該注重開發(fā)現(xiàn)有的低成本技術(shù)、高效率的制造工藝技術(shù)，以期得到更高的市場占有率，為企業(yè)創(chuàng)造效益。 致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計過程中，得到了機械工程學院機制教研室很多老師的支持和幫助，尤其是指導我這次畢業(yè)設(shè)計的張志平老師，給我提出了許多寶貴的意見，在此表示我最衷心地感謝。 參考文獻 1 王春福，王光斗主編.機床夾具設(shè)計手冊. 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摘要：本文主要介紹了固定夾具、隨行夾具、組合夾具、通用夾具、成組夾具等現(xiàn)代制造工程中常用夾具的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用。明確了現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向以及現(xiàn)代制造業(yè)對夾具設(shè)計制造的基本要求。 關(guān)鍵詞：隨行夾具、組合夾具、通用夾具、成組夾具 Abstract: This text mainly introduced fixed fixture,with go fixture,the assembly fixture,in general use fixture and b