涡轮盘液压立拉夹具设计【4张CAD图纸和说明书】

第一章 绪论
1.1机床夹具及其功用
机床夹具是在机床上将工件定位、夹紧，将刀具进行导向的一种装置，简称夹具。其作用是在产品加工过程中，保持产品零部件和加工工具的相对位置，从而保证了最终产品技术要求中的位置精度。由于不同的工艺过程中使用不同的夹具。各类夹具中以机床夹具发展最早、最成熟、精度要求最高、在各类夹具中比重也最大。辅助工具是将刀具在机床上进行定位、夹紧的装置，如钻夹头，铣刀杆及镗刀杆等。工艺装备是指在加工过程中，使用的刀具、夹具、量具及其他辅助工具的总称。
夹具的功用：
（1）保证加工质量
机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面之间以及被加工表面互相之间的位置精度。使用夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖与工人的技术水平。
（2）提高劳动生产率和降低生产成本
用夹具装夹工件，避免了工件逐渐找正和对刀，缩短了安装工件的时间；用夹具容易实现多件、多工位加工，提高了劳动生产率；且还可以边加工边安装工件，使机动时间与辅助时间重合，进一步缩短辅助时间，从而降低了生产成本。
（3）扩大机床的工艺范围
在机床上安装夹具可以扩大起工艺范围，如在铣床上加一个转台或分度装置，可以加工有等分要求的零件；在车床上或钻床上安放镗模后，可以进行箱体孔系镗削加工，是车床、钻床具有镗床的功能。
（4）减轻工人的劳动强度可采用气动、液动及电动的夹紧机构。
1.2现代机床夹具的发展方向
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。
1.3 现代工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
1.4 项目提出的背景
涡轮盘是航空发动机的重要零件, 涡扇发动机的外函推力完全来自于风扇 所产生的推力，风扇的好坏直接的影响到发动机的性能。其中的关键件涡轮盘与相应的轴、叶片相连接处在高速、高温的环境下工作，是关键复杂构件。其机械加工特点表现为榫槽加工精度高、空间角度复杂，材料难加工等。它们的设计、工艺和制造水平决定了发动机的经济性、安全可靠性、寿命、维修周期等性能指标。 
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立式拉床夹具的结构设计、调整和使用。
1.5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 涡轮盘榫槽的加工特点与工艺装备
2.1涡轮盘榫槽的加工特点
通常周向榫槽采用精密车床、专用夹具、专用刀杆、成型刀片进行加工，而各种形状复杂的周向榫槽常用铣床铣削和拉床拉削来加工。由于燕尾式榫槽结构不规则，形状复杂，而且表面粗糙度要求在Ra0.8以上,若采用铣削加工，必须通过粗铣、半精铣、精铣三道工艺，才有可能使榫槽达到要求的表面粗糙度，并且劳动强度大，效率低，加工精度难以保证，在批量生产中已经很少采用了，故而多采用拉削加工。
2.2拉削特点
拉削是一种高精度、高效率的可最终成型的机械加工方法，用于加工各种形状的内、外表面，以及具有旋转运动的螺旋槽等。特别适合加工精度高、表面质量要求高的成批和大量生产的零件。现已广泛用于航空发动机各级圆盘、叶片榫头、涡轮盘、压气机盘、安装板等零部件的加工，但必须配以专用的刀具、量具、及其它辅具。
拉削加工适合批量生产。生产准备周期长、复杂，费用很高。加工质量特点：精度较高，可以达到0.015mm,粗糙度较难达到Ra0.8。尺寸一致性好。
2.3拉削分类
拉削按拉削速度分成两种：低速拉削和高速拉削。榫槽的拉削过去常在卧式液压内拉床上进行，由于效率低、质量不稳定、劳动强度大等缺点，已逐步被淘汰。目前在航空零件上多采用高速拉床进行拉削。
实践证明，在相同条件下，高速拉削的零件表面质量优于低速拉削的表面质量。有的材料如：钛合金、不锈钢等用低速拉削无法保证其表面质量，必须采用高速拉削。高速拉削或在高速拉床上低速拉削难加工材料，都有提高榫槽的尺寸精度、位置精度，并减小表面粗糙度值，是较先进的拉削方法。
高速拉削所用的拉床，其结构刚性好，滑枕行程长，选用拉削速度范围广，速度快，传动平稳，精度高，分度精度高，拉刀制造和刃磨方便，锥角和螺旋角可调，自动化程度高，冷却润滑效果好。这样，不仅提高了生产率，而且大大降低了生产成本。
高速拉削的拉刀大都采用超硬型高速钢，如钼-钴和钨-钴类高速钢，这种刀具材料具有良好的机械性能，抗弯强度和冲击韧性均优于其他一些材料，并具有良好的加工性能，能在高温、高压及高速下长期工作。这样有利于实现拉削自动化。
2.4拉削速度
    高速拉削由于在提高加工表面质量延长拉刀寿命等方面比低速拉削具有明显的优越性，因此现代拉削中多采用高速拉削。
不同的零件材料，或即使相同的材料热处理工艺不同，也会影响拉削速度。实际生产中是通过试拉来确定具体零件材料高速拉削的速度。
在较低的速度下拉削，拉削的表面质量还比较好，拉削速度不断提高，到一定速度后，拉削表面质量下降，甚至出现鳞刺，继续提高速度，拉削表面质量开始好转，到一定速度下，拉削面质量达到最佳，这时的速度就是这种材料的高速拉削速度。