毕业设计（论文）-飞机起落架防扭臂数控加工工艺与夹具.doc

机械工程系毕业设计(论文)任务书课题名称飞机起落架防扭臂数控加工工艺与夹具一、设计（论文）具体内容1、 设计概述；2、 防扭臂的功用；3、 零件图绘制，约a2号图纸一张；4、 选材及毛坯的制作，绘制毛坯图，约a2号图纸一张；5、 数控加工工艺分析与方案确定；6、 数控加工工艺路线设计与工序卡编制，绘制工序图和工艺流程图；7、 根据不同的设计任务选择一道工序设计夹具，并绘制夹具装配图和零件图；8、 部分加工程序手工编制及调试，自动编程及调试；9、 编制设计说明书。10、答辩。二、设计（论文）进程安排1. 开学3月19日，熟悉毕业设计任务要求，；从整体上掌握“飞机起落架防扭臂数控加工工艺与夹具设计”课题的要求；加工的夹具设计；写16页的手写体读书报告；2. 3月204月1日，各小组完成整体的零件工艺分析编写出相关的技术性文件。3. 4月2日4月12日，各小组编写出各自负责的手工编程与自动编程文件。4. 4月13日4月20日，各自同学负责设计出一套夹具。5. 4月214月30日，为设计中期检查，每位同学至此应该完成了如下工作：零件的结构图，毛坯图，机械加工工艺规程；针对所编制零件的机械加工工艺规程，至少设计出主要工序所用的工艺装备一套，设计说明、设计计算以及图纸等。6. 5月1日5月10日完成所有计算机出图及计算说明书，包括电子和打印两种版本。7. 5月11日5月30日，修改所有文件中的错误并准备答辩。8. 6月4日答辩。三、设计（论文）要求1、 合理选择毛坯材料和成型方式。2、 根据零件的结构和技术要求制定加工工艺路线。3、 选择一道工序，根据加工内容及要求设计夹具，绘制夹具装配图和零件图，要求夹具具有合理的定位夹紧方式。4、 根据要求选择部分工序进行手工和自动编程。5、 绘制零件的毛坯二维图和零件成品二维图。6、 编制设计说明书，之后应附有参考文献目录。指导教师 前 言毕业设计是把所学课程的综合应用过程，涵盖了所有所学课程中的概念、基础和重点。在此设计中必须综合使用我所学知识如数控加工技术、机械设计手册等，使所要设计的方案为最优。此次设计课题为“飞机起落架防扭臂数控加工工艺与夹具”，以较复杂的零件起落架防扭臂为加工对象，包括零件及毛坯建模、加工工艺分析和详细加工工艺路线的制定、夹具设计以及编写相关的数控加工程序。设计要求为设计零件的加工工艺，根据图纸要求设计加工装备，在保证零件精度的条件下，使工艺装备的结构简化，并且定位准确、夹紧可靠、使用安全、方便。确保零件的可加工性，而且在保证零件可加工性同时，要充分利用加工设备，以降低成本，并在某些条件下能够适用现代加工设备，充分体现现代加工设为的先进性、优越性。为了体现此次设计中以“应用”为主，在进行综合设计时，运用所学基础理论课、技术基础课、专业方向课选修课的知识与技能去分析和解决机械领域内的一般工程技术应用问题，以及正确进行工程运算和使用技术文献、规格资料，运用课程理论和生产实际理论进行较复杂零件工艺与程序编制的实际训练，从而进一步掌握数控加工工艺过程设计、工艺装备设计技术和加工程序的编写，提高我们的独立工作能力。总而言之，确立课题主线，以主线为纲，有机融合其它课程内容，把所学的知识和所经历的实践知识充分运用于此次设计中，在最短时间内完成了最优的设计。由于编者时间和水平有限，本设计过程中肯定涉及到不少不足之处，敬请各位领导和老师给予批评和指正为谢。 设计者 2007-5-23目录前 言目录第一章 概 述1一、数控加工技术现状1二、数控加工技术在航空工业中的应用及存在的问题2三、本课题研究内容及意义3第二章 防扭臂的功用及具体结构4一、功用4二、防扭臂的结构4第三章 数控加工工艺分析及设计编程6一、防扭臂加工工艺分析与设计14二 防扭臂的加工程序编制17第四章 夹具设计19第五章 毕业设计总结27参考文献28附录1 数控加工工序卡附录2 数控加工工序卡附录3 数控加工工艺流程图第一章 概 述一、数控加工技术现状计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业，使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地。数控加工技术是计算机技术及自动化技术对机械制造业渗透的得一个重要方面，其技术范围覆盖的领域有：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术：(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术：(6)软件技术等。数控加工技术的出现，使人类的制造业进入一个新的阶段，随着支撑技术的不断进步以及社会需求的的不断提高，数控技术应用越来越广的运用到多个行业，其优越性也在不断显现出来。数控技术从出现到现在，已有近50多年的历史。按照电子器件的发展可分为五个发展阶段：电子管数控，晶体管数控，中小规模ic数控，小型计算机数控，微处理器数控。数控系统装备的机床大大提高了加工精度、速度和效率。现阶段图形交互技术、诊断功能等也在不断的应用到数控系统当中，使得数控系统的应用更加简单，并具有一定的智能，代替人脑的部分思维。数控系统的重要组成部分伺服技术也越来越软化，因此出现了“软件伺服”的名词。70年代，美国gattys公司发明了直流力矩伺服电机，从此开始大量采用直流电机驱动。开环的系统逐渐由闭环的系统取代。1971年，德国西门子的blaschke发明了交流异步机的矢量控制法；1980年，德国人leonhard为首的研究小组在应用微理器的矢量控制的研究中取得进展，使矢量控制实用化。从70年代末，数控机床逐渐采用异步电机为主轴的驱动电机。从80年代开始，有良好的伺服性能的永磁无刷电机逐渐应用在数控系统的进给驱动装置上。为了实现更高的加工精度和速度，90年代，许多公司又研制了直线电机，由全数字伺服驱动，刚性高，频响好，因而可获得高速度。但由于它的推力还不够大，发热，漏磁及造价也影响了它的广泛应用。对现代数控系统，伺服技术取得的最大突破可以归结为：交流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制。随着网络技术的发展，数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制。可以通过网络进行通信，共享信息。这种通信通常分三级：(1)工厂管理级。一般由以太网组成。(2)车间单元控制级。一般由dnc功能进行控制。(3)现场设备级。保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂级提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。因此，现场级与车间级是实现工厂自动化及cims系统的基础。nc技术经过50年的发展，功能越来越强大。这里以fanuc最先进的cnc控制系统15i150i为例说明系统功能的发展。这是一台具有开放性特点、4通道、最多控制轴数为24轴、最多联动轴数为24轴、最多可控制4个主轴的cnc系统。此控制系统具有高精纳米插补功能，即使系统的编程单位为1um，通过纳米插补也可提供给数字伺服以lnm为单位的指令，提高了加工表面光洁度，大大减少加工工表面的误差；系统可在分辨率为1nm时工作，适用於控制超精机械；系统还具有高速高精加工的智能控制功能，使机床的功能得到最大的发挥，实现在降低加工时间、提高效率的同时提高加工精度；15i150i可进行各种数学的插补，如直线、圆弧、螺旋线、渐开线、螺旋渐开线、样条等插补。也可以进行nurbs插补。采用nurbs插补可以大大减少nc程序的数据输入量，减少加工时间，特别适用模具加工。nurbs插补不需任何硬件。我国在80年代开始推广数控技术，与国家发达国家美国、日本以及德国等国家相比，我国现阶段数控加工技术水平较低。培养人材，提高素质；加大科研投资，加强数控技术方面的研究，是发展数控加工技术的重要途经。二、数控加工技术在航空工业中的应用及存在的问题随着机械加工行业的发展与其他新技术的出现，数控技术从产生到现在已发展了近半个世纪，尤其是近20年来，数控技术发展迅速，不断推广，为加工制造业新开创了的局面。数控加工的应用现状及水平已经成为直接影响一个国家的制造业水平的重要因素，并制约一个国家的综合实力。航空航天制造业的技术水平和生产能力是国家制造业实力和国防科技工业现代化水平的综合体现,在国民经济和国防现代化中有着举足轻重、不可替代的地位和作用。由于航空航天产品对结构设计、功能和性能、服役环境、产品质量与可靠性等方面都有很高甚至是苛刻的要求，大量新材料、新结构首先在航空航天产品中得到应用；国防需要以及市场竞争要求航空航天产品的研制周期和生产周期大大缩短；此外，要求最终产品的全生命周期使用成本不断降低.航空航天产品对制造技术提出了更高的要求。因此国内外的航空航天制造业都广泛地采用先进制造技术。现代数控技术与装备是先进制造技术中的重要组成,在航空航天产品制造中已成为决定性的关键技术之一。数控加工在航空产品生产中应用的发展过程经历了两个主要阶段：1、2或2.5坐标数控加工 如飞机座舱区的气密带、槽、机翼和垂尾、边条等加工。2、3 、4、 5坐标联动加工，如整体臂板、梁、框、肋、类零件的加工。数控金属切削机床一般由数控装置、伺服系统、检测反馈系统、机床主机四部分组成。按航空工业加工零件的不同分类，有数控壁板铣床、数控蜂窝铣床和数控叶片铣床等。我国航空工业大量使用了各种通用数控铣床，也使用了适合飞机零件加工特点的专业化大型数控铣床。其特点是使用3 、4、 5及多坐标控制机床太长，多为龙门式或落地式整体布局，采用多门龙架多主轴结构主轴转速高功率大，分别适合轻金属（以铝合金为主）、高强度合金等的加工。航空工业中具有典型代表性的机床有：a 美国cincinati的5a3p 30v v5;b 法国forest-line的v2-2000/2500/3000;c 日本snk的pm-5b、ps-3b、hps-4b;目前我国航空四大主机厂：沈飞、武飞、西飞、上飞数控金属切削设备总数已超过3500台，绝大数是从欧洲、美国、日本进口，从事飞机复杂结构件的数控切削加工。其中，铝合金的切削转速最高已接近30000 rpm.普通的采用600010000 rpm.数控加工技术的浪潮有力推动了军事航天现代化。一直以来，加工水平的低下是制约我国国防科技发展的一个门槛，而随着科技进步的日新月异，国际航空航天变革的加快，装备越来越精密，要求加工水平相应的或先一步提高。这对于底子相对薄弱又致力于国防现代化的中国来说，尤为迫切。因此我国需对航空工业中的数控加工技术需加大投入。三、本课题研究内容及意义本课题来源于陕西某航空制造企业，以飞机起落架上的防扭臂为分析研究对象。首先根据零件的结构及要求，结合来源单位的设备拥有情况，分析其加工工艺，详细设计工序，并编写数控加工程序，最后对重要工序的夹具进行研究设计。由于防扭臂精度等级较高，一般为6级，在结构方面含曲面、孔以及不对称结构，因此，以防扭臂为加工对象，通过分析其加工工艺并编写数控加程序，设计夹具，能够使设计者全面地了解数控加工工艺设计及编程的全过程，提高学生的理论知识和实践能力，为我国的数控技术的发展和航空工业中的发展培养人才。第二章 防扭臂的功用及具体结构一、功用防扭臂为飞机起落架上的一重要零件，通常以上防扭臂和下防扭臂成对出现。上防扭臂上端和减震支柱外筒铰接，下防扭臂下端和减震支柱内筒铰接，上、下防扭臂也铰接在一起。3个铰链轴平行，且和减震支柱垂直，使得减震支柱的内筒和外筒能够伸缩运动，却不能相对转动。因此防扭臂的功用就是在飞机起飞和着地时，防止减震支柱的内筒和外筒出现相对转动。二、防扭臂的结构防扭臂的大概轮廓都为三角形，如下图2-1所示。但不同的飞机型号其起落架上的防扭臂结构有所区别。现已axxx型飞机的防扭臂为例说明防扭臂结构特点。图2- 零件立体图2-2 axxx防扭臂俯视图和主视图以上图2-2axxx防扭臂结构分析防扭臂的结构，零件为上下对称，左右前后不对称结构。三角形轮廓上带有三个耳片，每个耳片上都有通孔，其中有两个孔为同轴孔，它们的轴线和第三个孔的轴线相互平行，并有一定的位置公差要求。以两平行的孔的轴线将防扭臂分为两端，一端带双耳片，一端带单耳片。三角架主体中间有减轻结构，中间为一凹面，凹面为一空间曲面且带有一孔径为70的通孔。双耳片孔的内侧都有倒角和沉孔，单耳片孔的两端面都有倒角和沉槽。由于防扭臂为航空航天设备上的零件，因此防扭臂的精度等级较高，此axxx防扭臂其同轴孔的同轴度要求达到0.02，单耳片轴线与双耳片轴线的平行度公差值为0.03，且单耳片端面与孔的中心线垂直度小于0.03。该零件的表面粗糙度精度等级也较高，由图可以看出粗糙度要求为1.63.2。在课题的来源企业，该零件的的年生产量达到5000件，为批量生产。第三章 数控加工工艺分析及设计编程一、数控工艺分析理论及在本设计中的应用1、数控加工工艺设计的内容工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在编程之前完成。数控加工工艺设计主要包括下列内容：(1)选择并决定零件的数控加工内容；(2)零件图样的数控加工性分析；(3)数控加工的工艺路线设计；(4)数控加工工序设计；(5)数控加工专用技术文件的编写。数控加工工艺原则和内容在许多方面与普通机床加工工艺基本相似，下面主要针对数控加工的不同点进行简要说明。2、数控加工工艺设计过程（1） 数控加工工艺设计准备1） 选择并确定进行数控加工的内容对零件图样进行仔细的工艺分析，选择出那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并作出决定时，应结合本单位的实际，立足于解决难题、攻克关键和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。在选择时，一般可按下列顺序考虑：通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容，例如叶片、较复杂的模具内腔或外形、非圆齿轮、凸轮的加工等；通用机床难加工、质量也难保证的内容应作为重点选择内容； 通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，一般在数控机床尚存在富余加工能力的基础上进行选择。一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合经济效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些加工内容则不宜选择数控加工：需要通过较长时间占机调整的加工内容，如：零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等部位的加工等；必须按专用工装协调的孔及其它加工内容。主要原因是采集编程用的数据有困难，协调效果也不一定理想；按某些特定的制造依据(如样板、样件、模胎等)加工的型面轮廓。主要原因是获取数据难，易与检验依据发生矛盾，增加编程难度；不能在一次安装中加工完成的其它零散部位，采用数控加工很繁杂，效果不明显，可安排通用机床补加工。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等，总之，要尽量做到合理，既要发挥数控机床的特长和能力，又不要把数控机床降格为通用机床使用。本课题的研究对象防扭臂由于属于航空产品，精度要求较高，且课题的来源企业的机械加工设备基本上都是改进的数控机床或中档的数控机床，因此机械加工的内容除钳工其他切削加工都在数控机床上加工。因此，零件的切削加工都为数控加工内容。2）对零件图进行数控加工工艺性分析事实上，在选择和决定数控加工内容的过程中，有关工艺人员必定对零件图作过一些工艺性分析，但还不够具体与充分。在进行数控加工的工艺性分析时，编程人员应积极与普通加工工艺人员密切配合，根据所掌握的数控加工基本特点及所用数控机床的功能和实际工作经验，力求把这一前期准备工作做得更仔细、更扎实一些，以便为下面要进行的工作铺平道路，减少失误和返工，不留遗患。关于数控加工的工艺性问题，其涉及面很广，这里仅从数控加工的可能性与方便性两个角度提出一些必须分析和审查的主要内容。 审查与分析零件图样中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点 对数控加工来说，最倾向于以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注法，既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计、工艺、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员往往在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性，而不得不采取局部分散的标注方法，这样会给工序安排与数控加工带来诸多不便。事实上，由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因而改动局部分散标注法为集中引注或坐标式标注是完全可行的。审查与分析零件图样中构成轮廓的几何元素是否充分 由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常遇到构成零件轮廓的几何元素的条件不充分或模糊不清。如圆弧与直线到底是相切还是相交，含糊不清；有些明明画得相切，但根据图样给出的尺寸计算相切条件不充分而变为相交或相离状态，使编程无从下手；有时，所给条件又过于“苛刻”或自相矛盾，增加了数学处理与节点计算的难度。因为在自动编程时，要对构成轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每一个节点坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。所以，在审查与分析图样时，一定要仔细认真，发现问题及时找设计人员更改 审查与分析定位基准的可靠性 数控加工工艺特别强调定位加工，尤其是正反两面都采用数控加工的零件，以同一基准定位十分必要，否则很难保证两次定位安装加工后两个面上的轮廓位置及尺寸协调。所以，如零件本身有合适的孔，最好就用它来作定位基准孔，即使零件上没有合适的孔，也要想办法专门设置工艺孔作为定位基准。如零件上实在无法加工工艺孔，可以考虑以零件轮廓的基准边或在毛坯上增加工艺凸耳，打出工艺孔，在完成定位加工后再除去的方法。 审查和分析零件所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证 数控机床尽管比普通机床加工精度高，但数控加工与普通加工一样，在加工过程中都会遇到受力变形的困扰。因此，对于薄壁件、刚性差的零件加工，一定要注意加强零件加工部位的刚性，防止变形的产生。因此在本课题中主要根据给定防扭臂的结构设计图纸，分析了防扭臂零件图的尺寸标注是否足够明确表达防扭臂的结构，并根据零件的结构以及精度要求较高加工内容的布置审查各项内容加工时的工艺定位基准，最后还要分析所用的数控机床是否满足零件的重要尺寸的公差要求。3）零件毛坯的工艺性分析 在对零件图进行工艺性分析后，还应结合数控加工的特点，对所用毛坯(常为板料、铸件、自由锻及摸锻件)进行工艺性分析。否则毛坯不适合数控加工，加工将很难进行，甚至会造成前功尽弃的后果。毛坯的工艺性分析一般从下面几个方面考虑：毛坯的加工余量是否充分，批量生产时的毛坯余量是否稳定 毛坯主要指锻、铸件，因模锻时的欠压量与允许的错模量会造成加工余量多少不等，铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不等。此外，锻、铸后，毛坯的翘曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。在普通加工工艺上，上述情况常常采用划线时串位借料的方法解决。但在数控加工中，一般一次定位将决定工件的加工过程，加工过程的自动化很难照顾到何处余量不足的问题。因此，数控加工时，工件的加工面均应有较充分的余量。经验表明，数控加工中最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸，这一点应该引起特别重视。分析毛坯在安装定位方面的适应性 考虑毛坯在加工时的安装定位方面的可靠性与方便性，可以充分发挥数控机床的优势，以便在一次安装中加工出许多待加工面。在分析毛坯安装定位时，主要考虑要不要另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，在什么地方可以制出工艺孔或要不要另外准备工艺凸耳来特制工艺孔等问题。 分析毛坯的余量大小及均匀性 毛坯的余量大小及均匀性对数控加工工艺的安排有很大影响，它决定数控加工时要不要分层切削及分几层切削，影响到加工中与加工后的变形程度，决定了数控加工是否采取预防性措施与补救性措施。由于防扭臂的精度要求较高，且在加工中需变换基准才能保证结构各尺寸的公差要求，特别对于精度要求较高形面需多次加工才能保证表面粗糙度和形位公差，所以防扭臂的加工余量一般为10mm左右；另外因为防扭臂的外形多由曲面和加工余量很难保证均匀，因此在加工时，常在粗加工之前需增加去除多余余量使要加工面的在粗加工时的余量分布较均匀。（2） 数控机床的选择不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件的设计要求选择数控机床。数控车床适于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔。数控立式镗铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件以及模具的内外型腔。数控卧式镗铣床和卧式加工中心适于加工各种复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。多坐标联动的卧式加工中心还可用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。总之，不同类型的零件要选用相应的数控机床加工，以发挥数控机床的效率和特点。防扭臂含孔、平面、曲面等结构，完成防扭臂的加工需铣削平面，曲面以及钻镗孔等工艺。根据课题来源企业的设备拥有状况及设备管理状况，选择防扭臂的数控加工机床为立式数控铣床ycm-458b或卧式数控铣床bmc-135。（3） 加工工序的划分数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： 1）按零件装夹定位方式划分工序由于每个零件的结构形状不同，各表面的精度要求也有所不同，因此加工时，其定位方式各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。2）按先粗后精的原则划分工序为了提高生产率并保证零件的加工质量，在切削加工中，应先安排粗加工工序，在较短的时间内去除整个零件的大部分余量，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。当粗加工完成后，应接着安排半精加工和精加工。安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量均匀性满足不了精加工要求时，利用半精加工使精加工余量小而均匀。3）刀具集中法划分工序刀具集中法即是在一次装夹中，尽可能用一把刀具加工完成所有可以加工的部位，然后再换刀加工其它部位。这种划分工序的方法可以减少换刀次数，缩短辅助时间，减少不必要的定位误差。4）按加工部位划分工序一般说来，应先加工平面、定位面，再加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度较高的部位。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。零件宜采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定要力求合理。防扭臂的加工属于批量生产，且精度要求加工，再加工中还需要穿插一些热处理程序，因此对数控加工工序的划分时在将孔加工、平面加工和曲面加工划分为不同工序的同时，也应将粗精加工划分为不同的工序。（4） 加工顺序的安排加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按下列原则进行：1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。2）先进行内型内腔加工工序，后进行外形加工工序。3）以相同定位、夹紧方式或用同一把刀具加工的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。4）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。由于防扭臂的单双耳片孔的形状尺寸、单耳片轴线与双耳片轴线的距离及平行度都有较高精度要求，因此在单双耳片孔加工之前应进行中间孔的加工以及基准面的加工以获得孔加工的定位基准，同时对零件减轻腔的加工又应该以单双耳片孔为定位基准一保证两面减轻腔尺寸的一致性。所以在加工顺序的安排时应注意各项加工内容的定位工艺基准以安排零件的工序顺序。（5） 工件装夹方式的确定1)定位基准与夹紧方案的确定 力求设计、工艺与编程计算的基准统一。尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹后就能加工出全部待加工表面。避免采用占机人工调整式方案，2)夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑下列几点；尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具。当成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单。工件的加工部位要敞开，夹具上的任何部分都不能影响加工中刀具的正常走刀，不能产生碰撞。夹紧力应力求通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。尽量不要在被加工孔的上方，以减少零件变形。装卸零件要方便、迅速、可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。在防扭臂的加工中，由于其不规则，且具有空间曲面，完成所有的加工内容需选取不同的工艺定位基准。且夹具的结构较复杂，考虑该零件为批量生产，且精度要求较高，所以对于精度要求高的内容的加工常采用专用夹具。（6） 对刀点的确定对刀点是工件在机床上找正、装夹后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点，同时也是数控加工中刀具相对工件运动的起点。为保证加工的正确，在编制程序时，应合理设置对刀点。其原则是：1)在机床上找正容易。 2)编程方便。3)对刀误差小。 4)加工时检查方便、可靠。对刀点可以设在被加工的零件上，也可以设在夹具上，但都必须与零件的编程原点有一定的坐标尺寸联系，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的相互关系。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，这主要取决于加工精度要求和对刀是否方便。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上。例如以零件上已有加工孔的中心作为对刀点较为合适。有时零件上没有合适的孔，也可以加工工艺孔用来对刀。对刀时应使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，是指刀具的定位基准点。对于各种立铣刀，一般取刀具轴线与刀具底端面的交点；对球头刀，取为球心；对于车刀，取为刀尖；钻头则取为钻尖。防扭臂加工中，应根据各工序的加工内容和尺寸基准和定位基准来选取对刀点，当尺寸基准和定位基准重合时将对刀点选择定位基准上，当尺寸基准和定位基准不一致时，对刀点选在尺寸基准上。（7）加工刀具的选择 。数控机床，特别是加工中心，其主轴转速较普通机床的主轴转速高1、2倍，某些特殊用途的数控机床、加工中心主轴转速高达数万转，因此数控机床用刀具的强度与耐用度至关重要。目前涂层刀具与立方氮化硼刀具已广泛用于加工中心；陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。一般来说，数控机床用刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀具材料抗脆性好，有良好的断屑性能和可调易更换等特点。图3-1 常用的刀具类型a）端铣刀 b）立铣刀 c）钻头类 d）镗刀类 e）成型刀具类 f）球头铣刀、鼓形铣刀 g）车刀类图3-1介绍了几种常用的刀具类型，其中a）所示的端面铣刀主要用来铣削较大的平面；b）所示的立铣刀类，主要用于加工平面和沟槽的侧面；e）所示的成型铣刀大多用来加工各种形状的内腔、沟槽；f）所示的球型铣刀适用于加工空间曲面和平面间的转角圆弧，鼓形铣刀则主要用于加工变斜角的空间曲面。防扭臂的加工中需要加工平面、圆柱面、空间曲面以及孔等，结合来源单位的刀具库存情况，加工平面采用端铣刀和棒铣刀，圆柱面采用立铣刀？空间曲面采用球头铣刀和r立铣刀，孔加工采用钻头和镗刀，大部分刀具都是可转位刀。刀具的具体尺寸根据加工内容的尺寸而定。（8）切削用量的确定数控加工的切削用量主要包括切削深度、主轴转速及进给速度等。对粗精加工平面、钻、铰、镗孔等不同的切削用量都应编入加工程序。上述加工用量的选择原则与通用机床加工基本相同，具体数值应根据数控机床的使用说明书和金属切削原理中规定的方法及原则，结合实际加工经验来确定。在确定好各部位与各把刀具的切削用量后，最好能建立一张用量表，主要是防止遗忘和方便编程。在确定切削用量时需注意以下一些内容；1）在选择切削用量时要保证刀具能加工完一个零件，或者能保证刀具耐用度不低于一个班，最小也不能低于半个班的作业时间；2）切削深度主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高效率；3）对于精度和表面粗糙度有较高要求的零件，应留有足够的加工余量。一般加工中心的精加工余量较普通机床的精加工余量小。主轴转速n要根据允许的切削速度v 来选择：n=1000v/d式中：n主轴转速(rmin)；d刀具直径(mm)；v切削速度(mmin)。进给速度(mmmin)或进给量(mmr)是切削用量的主要参数，一定要根据零件加工精度和表面粗糙度的要求，以及刀具和工件材料来选取。由于防扭臂的材料为铝合金，因此参考资料选择硬质合金刀具为刀具材料lc4。再结合加工要求，参考数控加工工艺手册可查的的切削用量。（11）数控加工专用技术文件的编写编写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些专用技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据，也是需要操作者遵守、执行的规程。有的则是加工程序的具体说明或附加说明，目的是让操作者更加明确程序的内容、安装与定位方式、各个加工部位所选用的刀具及其它问题。为加强技术文件管理，数控加工专用技术文件也应走标准化、规范化的道路，但目前还有较大困难，只能做到按部门或按单位局部统一。常见的技术文件有数控加工工序卡、数控加工程序说明卡、数控加工走刀路线图等。在工艺设计中，通常须制定必不可少的技术文件说明工艺过程及具体工序的加工用量，刀具等。在本次设计中主要编制了工艺流程图，填写了工序卡。二、防扭臂加工工艺（一）防扭臂加工工艺路线根据上面的分析，根据零件的结构，加工内容精度要求，参考数控加工工艺及机械制造工艺书籍，经过比较得出分析初步得到axxx下防扭臂的工艺路线为：取料 钳工编号及准备热处理试件 加工基准孔和基准面 加工双耳片的上下侧 粗加工三个耳片上的通孔及下一道工序的基准面 精加工单双耳片的上下端面及部分轮廓 加工零件的全部外形及三角形内的减轻凹槽 热处理 加工基准面 精加三耳片上的通孔及其倒角和凹槽 检验入库。具体工艺流程见附录工艺流程图。（二）部分工序的具体设计具体工序的设计包括正确选择机床与工艺装备、确定切削用量、计算加工余量、排列工步顺序以及定位基准选择等。工艺装备的选择包括夹具、刀具、量具的选择。这些选择都要运用工艺设计基本理论并联系生产实际，结合企业的经济承受能力。这里只对其中四道数控加工的工序进行详细设计。本人具体设计的工序号分别为3、5、6、7。各道工序的加工内容及工序图如下，切削用量等其他具体信息见附录工序卡1、附录工序卡2。工序3 加工工艺基准孔和基准面：定位方式：将零件平放在工作台上，将单双耳片基本垫平，主要押在耳片外形上。加工内容：加工离上下对称平面距离为34的基准面及见光基准面a，镗工艺基准孔70+0.2。注：注意零件的余量分布，找正70+0.2孔位加工点，34尺寸加工的尺寸基准在分模线处。工序图：图3-2，粗线所示为加工内容。图3-2工序5 加工单耳片孔40，双耳片孔64定位方式：以70孔和基准面a定位，采用专用工装。加工内容：按图3-3所示，钻、镗，孔，铣基准面b，保证与孔轴线的垂直度小于0.02，保证图3-3所示104.675尺寸。工序图：图3-3，粗线所示为加工内容。图3-3工序6 加工单双耳片侧面及部分轮廓定位方式：70基准孔及基准面b定位。加工内容：找正心轴，保证与机床y方向平行度小于0.02，拉平已飞过的基准面b与x方向的平行度小于0.02，按图3-4精加工单双耳片侧面及内档。工序图：图3-4，粗线所示为加工内容。图3-47、加工零件外形轮廓及减轻腔定位：如下图3-5采用单耳片孔，双耳片孔及基准面b定位。注意：零件程序加工坐标原点的确定，找正50对刀基准孔，圆新点x即为程序x坐标值，y值即为程序坐标值，z值从夹具对刀基准上选取。工序图：图3-5，粗线所示为加工内容图3-5三 防扭臂的加工程序编制程序编制是指从零件图纸到零件加工程序和制作控制介质的全部过程。这可以分为手工编程和自动编程两类。手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这就是要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工和几何形状简单的零件加工，程序段较少，计算简单，用手工编程即可以完成。但对复杂型面或程序量很大的零件，则采用手工编程相当困难，必须采用自动编程。（1）nc程序的组成一个完整的零件加工程序，由若干程序段组成，每个程序段又由若干个代码字组成，每个代码字由文字（地址符）和数字（有些数字和符号）组成。字母、数字和符号统称为字符。下面以这次设计中的手工编程为例：加工70基准孔 ( 工艺孔直径为70 ) 用直径为68的钻头o0231n01 g40;n03 g00 g90 g54 x0 y0 z30; n05 m03 s400; n07 g01 z2 f300 m08;n09 g01 z-15 f150;n11 g01 z-12 f150;n13 g01 z-30 f150;n15 g01 z-27 f150;n17 g01 z-45f150;n19 g01 z-42 f150;n21 g01 z50 f150;n27 g01 z10 f500;n29 m05 m09;n31 g00 x0 y0 z30;n33 m30;（2）nc程序的常用功能字一般程序段由下列功能字组成：n程序号g准备功能xyz坐标值f进给速度s主轴转速t刀具m辅助功能（3）坐标功能字（又称尺寸字）用来设定机床各坐标的位移量。（4）进给功能字该功能字用来指定刀具相对工件运动速度。其单位一般为mm/min。当进给速度转速有关时，如车螺、攻丝等，使用的单位为mm/r。（5）主轴功能字该功能字用来指定主轴速度，单位为r/min，它以地址符“”为首，后跟一串数字（6）刀具功能字当系统具有换刀功能时，刀具功能字用以选择替换的刀具。它以地址符“t”为首，其后一般跟二位数字，代表刀具的编号。以上f功能、t功能、s功能均为模态代码。（7）辅助功能字辅助功能字m代码主要用于数控机床的开关控制量，如主轴的正、反转、切削液开关，工件的夹紧、松开，程序结束等。m代码从m00m99共100种。例如：m00程序停止。m01选择停止。m02程序结束。第四章 夹具设计一、夹具设计意义夹具设计在保证产品优质、高产、低成本，充分发挥现有设备的潜力，便于工人掌握复杂或精密零件的加工技术，减轻繁重的体力劳动诸多方面起者巨大作用。机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。因此，一切机械行业的广大工人和工程技术人员，历来把机床夹具的改造、研制和开发，作为技术革新中的主要课题之一，夹具的作用可以归纳为以下几个方面：夹具是保证和稳定产品质量，实行全面质量管理的重要手段，使用夹具后，可以保证工件被加工表面与其它相关表面间的尺寸精度，以及他们之间的平行度、垂直度、同轴度等位置精度要求，并且减少其主观因素的影响，可使加工精度稳定。夹具可以提高劳动生产率，降低产品加工成本。进行某一工序的时间称为工序时间。它主要由加工工件所要的机动时间和装卸工件所需的辅助时间两部分组成。提高劳动生产率就是减低工序时间。这除了采用高速、强力切削方法以降低机动时间外，为了更好发挥现有设备的潜力，利用夹具降低辅助工艺时间也是提高劳动生产率的一个极其重要的途径，尤其是利用各种高效夹具，其效果就更为明显。采用夹具定位可以全部或部分省去找正时间，采用快速定位、夹紧机构，尤其是各种机械化夹紧机构，可以明显降低辅助时间，采用夹具可以改善工艺系统刚性、稳定性和加大切削用量，减小劳动时间，采用夹具可以降低对工人技术的要求，可以大大节约劳动成本。防扭臂为批量生产，结构轮廓不规则,且精度较高,所以在加工过程中大部分工序需采用专用夹具,以保证加工精度,本论文以第15道工序为加工内容;设计其在数控机床上的夹具.本工序的加工内容为:精加工之单片内孔及其倒角和沉槽.二、夹具的设计的具体过程1、收集有关资料,明确设计任务,进行工艺分析由工艺及工序图知;在此工序前双耳片孔已加工到,单耳片孔已经加工到40,零件的其它轮廓都已经加工完毕,并在此工序前进行热处理以调节零件的刚性、硬度、消除内应力。在此工序需将双耳片孔径加工到h7,单耳片孔加工到尺寸42h7并要求保证66h7、42h7两孔壁厚均匀,误差小于0.5,保证单双耳片孔中心线的平行度,及双耳片上两孔的同轴度,精加工单耳片端面r37.5台阶面,双耳片85台阶面;加工单双耳片孔与台阶面的过渡倒角。本课题来原于陕西某航空企业，根据企业的设备状况及组织管理情况,此道工序相应的夹具应能同时将工件安装在卧式数控铣床bmc-135和立式铣床ycm-158b上进行加工2、确定夹具的结构方案（1）确定工件的定位方案此工序前,热处理后的第14道在防扭臂的筋上加工了距两孔中心线25mm的水平面。并在热处理之前将防扭臂减轻腔内的孔加工到,所以在加工中可采用一孔一面定位方式,采用一定位座与25平面配合,采用一定位轴与孔配合。图4-1如图4-1所示根据6点定位原理,采用此一孔一面定位方已限制 ，但还没有限制,在此加工过程中需要完全定位,所修需增加定位元件限制。采用顶压螺钉装置顶压双单片内侧.使双耳片的双耳片在加工过程中受里均匀，应采用一对顶压螺钉装置分别安装在双耳片的内侧。由于受耳片的结构限制顶压螺钉的尺寸选择及顶压位置应慎重考虑,要保证顶压螺钉安装后,顶压螺钉的轮郭不能干涉85台阶面的加工,此夹具中预选顶压螺钉的为m点。（2）确定工件的夹紧方案由上分析可知,采用定位轴,定位座及顶压螺钉装置以将工件完全定位。但是由于型腔底较薄,且要求保证孔在加工过程中不产生变形,因此在定位元件定位轴与孔,为间隙配合.所以在加工过程中由定位轴不能直接承受力 x 、y轴方向的力;同时另一方面,由于定位座在工件的下方起定位和支撑的作用,不能承受向上的切削力。基于上述两种情况为保证在加工过程中工件处于固定位置在增加夹紧机构.由于此工序为精加工工序,切削力相对较小,所以采用以螺母.螺柱及压板构成的简单螺旋施压紧机构即可,如图4-2所示：图4-2在加工过程中,由夹紧装置的压紧力可承受z方向的切削力.由压紧力所产生的静摩擦力可承受力与y方向的切削力（3）确定其它元件的结构a夹具体-圆盘 夹具体常采用铸件,以保证夹具体具有足够的刚度，材料45号钢。由于该工序夹具需同时保证工件能在立式铣床ycm-158b与卧式铣床bmc-135上加工。而夹具系统内直接与机床连接的为夹具体，所以此夹具体的结构需能同时适应ycm-158b机床和bmc-135机床工作台特点。在ycm-158b立铣和机床上加工时需将单双片孔中心垂直水平面的方式安装，此时定位轴与水平面平行，采用c轴（平行水平面机构）及辐射状方式布置t形、圆盘的槽来与夹具体连接将工件因定位正确。所以根据该课题来源公司的设备结构夹具体选用圆盘式轮廓，并且为适应在立式铣床上加工，夹具体上具有沿周向布置的安装t形螺钉的结构，并且此结构的布置形式与机窗上的t形槽布置方式一一对应。而在bmc-158b卧式铣床上，加工时工件的单双片中心线平行水平面。此时夹具体可通过定位键直接和机床水平工作台的平行槽配合而特工件及夹具安装在机床上。所以夹具体上具体有安装定位键的结构，此结构的尺寸与机床工作台上的水平槽一一对应。根据工件的结构及加工要求，在加工过程中，在需在不重新安装夹定位的情况下将工件铣孔70中线线旋转以分别加工双耳片上的两个孔相应台阶倒角和单耳片两侧的台阶面等结构。在立式铣床上可直接旋转c轴以实现，在卧式铣床上加工时，需增加旋转定位插销和在圆盘上增加以70的中心线为对称线分布的两个插销孔。当加工完双耳片的一个耳片或单耳得的一侧时，收掉插销，夹具体不动，将其它夹具元件及工作一起旋转.以插销和另一圆盘上的插销孔正好配合来确定旋转到1800的准确位置。圆盘的装置表面应铸出凸台面，以减少加工面积，圆盘的尺寸大小根据安装的工件大小及材料来设定。b 回转盘元件当了保证加工精度工件旋转1800前后与定位及夹紧元件应不能发上相对的位移，始终处于固定状态，此时应增加回转元件。回转元件与工件及定位夹紧元件在旋转前后处于相对固定位置，无相对位移。回转元件与圆盘采用螺栓联接，并用插销连接回转元件和圆盘。回转时，取下回转元件与圆盘的联接螺钉，并将插销拔起，使不与圆盘配合，然后旋转旋转元件，并带动工件等其它夹具元件一起旋转，待旋转到的位置正好能使插销与回转元件上插销孔及圆盘上的另一插销孔配合时，正好旋转1800，然后再拧紧回转元件与圆盘的连接螺钉。为了延长夹具的寿命，在回