加工涡轮盘榫槽的卧式拉床夹具设计【9张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

摘 要

本文主要是通过分析航空发动机上的涡轮盘榫槽的结构特点，加工工艺等情况，确定设计方案，完成了加工涡轮盘榫槽的卧式拉床夹具的设计。
此夹具主要用于拉削83076967型涡轮盘上均布的47个枞树型的榫槽，由于本工序中对榫槽工作面距榫槽中心的距离以及47个榫槽的累记均布很小，并且榫槽的拉削加工工位较多，所以在此夹具的设计过程中，选用一端平面和短圆柱作为定位基准，着重对定位装置和分度装置进行了详细系统地设计，采用体积小、转动灵活、操作方便、分度精度较高的端齿盘分度装置，为了能够减轻劳动强度，提高劳动生产率，用液压机构作为分度装置的动力系统。对夹具上各装置作了合理、正确的布置，尽量减小了夹具的体积。简述了该夹具的使用和调整方法，并综合分析了提高枞树型榫槽表面粗糙度的方法。

关键词  涡轮盘榫槽  定位误差  端齿盘式分度盘 

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  录
摘 要…………………………………………………………………………… I
Abstract……………………………………………………………………… II

第1章  绪 论………………………………………………………………… 1
1.1  现代机床夹具发展的方向………………………………………… 1
1.2  现代制造业对夹具设计的要求…………………………………… 2
1.3  项目提出的背景及研究的内容…………………………………… 2
1.4  项目研究的方法、预期结果及意义……………………………… 3
第2章  涡轮盘件榫槽的加工特点及工艺装备………………………………4
    2.1  涡轮盘榫槽加工工艺的分析 ………………………………………4
         2.1.1 涡轮盘榫槽加工工序图的分析…………………………… 4
         2.1.2 零件毛坯种类、特点……………………………………… 5
         2.1.3 涡论盘的加工工艺规程分析……………………………… 5
    2.2  拉削方法及工艺装备的分析与选取……………………………… 6
         2.2.1 拉削方法…………………………………………………… 6
         2.2.2  工艺装备……………………………………………………7
第3章  涡轮盘分度夹具设计方案的确定………………………………… 10
    3.1  定位原理和定位机构………………………………………………10
    3.2  定位基准的选取以及定位误差的分析……………………………11
         3.2.1  定位基准的选择和定位装置的设计…………………… 11
         3.2.2  定位误差的分析和计算………………………………… 11
    3.3  夹紧装置的设计……………………………………………………14
         3.3.1  夹紧方案的确定………………………………………… 14
         3.3.2  夹紧力的确定…………………………………………… 15
    3.4  分度结构的设计……………………………………………………18
         3.4.1  分度方式选择…………………………………………… 18
         3.4.2  端齿盘式分度盘的优点………………………………… 18
     3.4.3  端齿盘式分度盘设计…………………………………… 19
3.5  分度装置的动力系统设计…………………………………………20
     3.5.1  端齿盘分合的动力系统……………………………………… 21
      3.5.2  分度回转机构动力设计………………………………… 22
     3.5.3辅助夹紧装置液压缸的设计……………………………… 24
    3.6  夹具辅助机构设计…………………………………………………25
         3.6.1  转动刹车机构…………………………………………… 25
         3.6.2  分度指示机构…………………………………………… 26
    3.7  主要零件设计要点…………………………………………………26
3.8  主要尺寸计算………………………………………………………27
第4章  分度夹具使用和调整…………………………………………………30
4.1  分度夹具使用………………………………………………………30
         4.1.1  加工准备………………………………………………… 30
         4.1.2  控制过程………………………………………………… 30
         4.1.3  拉削试料及试件………………………………………… 31
4.2  分度夹具调整和提高榫槽精度的方法……………………………32
     4.2.1  调整径向尺寸…………………………………………… 32
         4.2.2  调整分度………………………………………………… 32
         4.2.3  提高榫槽粗糙度方法…………………………………… 33
第5章  经济性与资源分析……………………………………………………34
结 论……………………………………………………………………………35
致 谢……………………………………………………………………………36
参考文献……………………………………………………………………… 37
专题论文……………………………………………………………………… 38
附录1 中文译文……………………………………………………………… 46
附录2 外文文献……………………………………………………………… 5.
第一章 绪论
1.1 现代机床夹具的发展方向
机床夹具就是在机床上将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向的一种装置，其主要作用就是使工件相对与机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变
现代工业的一个显著特点是：新产品发展快，质量要求高，品种规格多，产品更新换代周期短。反映在机械工业上，多品种、小批量生产在生产类型比例中，占了很大比重。
为了适应这一要求，必须做好生产技术准备工作，而机床夹具是这一工作的重要组成部分。
现代机床夹具的发展方向主要表现在：
1.标准化  
完善的标准化，不仅指现有夹具零部件的标准化，而且对应各种类型夹具应有标准的结构。这样可以使夹具的设计、制造和装配工作简化，有利于缩短生产周期和降低成本。
2.可调化、组合化  
这样做可以扩大专用夹具的使用范围，改变以往工艺条件稍有变化就导致专用工装报废的现象，使夹具能重复利用。实行组合化的原则设计工装，用少量元件能满足多种要求。
3.精密化  
随着机械产品加工、装配精度日益提高，高精度机床大量涌现，势必要求机床夹具的精度也相应地越来越高。
4.高效自动化  
为了既改善劳动条件，实现文明生产，使所设计的工装更符合人机工程学原理，以提高生产效率，又能降低加工成本，对夹具提出高效自动化的要求，以便获得良好的经济效益。
5.模块化 
通过采用模块化设计，可以提高设计效率，缩短设计周期。

1.2 现代制造业对夹具设计的基本要求
1.稳定地保证工件的加工精度
2.提高机械制造行业的劳动生产率
3.结构简单、有良好的结构工艺性并且操作简便、能改善劳动条件
4.应能降低产品的制造成本
1.3 项目提出的背景及研究的内容
涡轮盘是航空发动机（如图1-1）的重要零件,它与相应的轴、叶片相互连接而组成发动机中的转子组件。涡扇发动机的外函推力完全来自于它高速旋转所产生的推力。处于高速、高温的工作环境下，是关键复杂构件，其机械加工特点表现为榫槽形状结构复杂，加工精度要求高、空间角度复杂等。它的设计、工艺和制造水平决定了航空发动机的经济性、安全可靠性、维修周期、寿命等性能指标。
图1—1航空发动机
现在涡轮盘材质多采用GH698，属镍基合金，Ni含量大于70%，加工硬化严重，切削加工性非常差。机械加工难度大，在整个涡轮机加工中也是一个难点。而在整个涡轮盘的机械加工中，工作量最大、难度最高的是轮盘榫槽加工。因此本文主要是围绕在拉削涡轮盘榫槽这一工序过程中所使用的专用夹具为中心，研究了拉削涡轮盘榫槽的卧式拉床夹具的结构设计、调整和使用。

1.4项目研究的方法、预期结果及意义
该夹具主要用于拉削航空发动机涡轮盘上的榫槽，榫槽本身精度主要由拉刀设计、制造精度和拉削方法保证；榫槽的相对精度，如榫槽至中心控制尺寸、榫槽均布误差等就主要由该夹具来保证。因此在确定该夹具的设计方案时，首先对工序图进行分析，了解本工序需要保证的尺寸精度和位置精度。为了使所设计的夹具能够保证零件所要求的精度，必须对涡轮盘进行精确地定位和准确地分度。为了能够减轻劳动强度，提高劳动生产率，尽量缩短本工序的辅助时间，动力系统采用液压装置。此液压分度夹具与移动安装座的定位是靠移动安装座上的两个定位销，通过四个M20螺栓连接固定。零件安装到分度夹具上，用螺栓压紧；将拉刀按顺序放入拉刀盒中，拉刀盒通过刀柄与拉床主轴连接。
    通过采用合理的定位装置和分度机构，该夹具应该能够保证零件要求的尺寸和位置精度。涡轮盘是航空发动机上一个十分重要的零件，然而在整个涡轮盘的机械加工过程中，精度要求最高，难度最大就是涡轮盘上的榫槽的加工这一工序，因为榫槽必须要和叶片上的榫头相配合。它们之间的配合精度要求也是很高的。综以上分析，本道工序所要加工的涡轮盘榫槽对于整个发动机的质量和性能都有着十分重要的影响，所以本工序所专用的夹具的设计制造有着十分重要的意义。

第二章 涡轮盘件榫槽的加工特点及工艺装备

2.1 涡轮盘榫槽加工工艺的分析
2.1.1 涡轮盘榫槽加工工序图的分析
涡轮盘是航空发动机上的典型的盘类零件，属于盘类件，在本道工序中主要的加工表面是形状为枞树形的榫槽面，榫槽是用于安装叶片的，较为复杂。数量为47个，均布于ф328的圆周，均布累积误差不大于0.127mm。榫槽的宽度尺寸、榫槽工作面至距涡轮盘中心的距离误差均在0.1mm以内，榫槽表面粗糙度要求Ra1.6以上（图2-1）。