【毕业设计论文】加工涡轮盘榫槽的卧式拉床夹具-说明书正文【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 G H 6 9 8 ，属镍基合金，N i含量大于 7 0 % ， 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 M 2 0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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 4 7个，均布于 3 2 8的圆周，均布累 积误差不大于 0 . 1 2 7 m m 。榫槽的宽度尺寸 、榫槽工作面至距涡轮盘中 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 心的距离误差均在 0 . 1 m m以内，榫槽表面粗糙度要求 R a 1 . 6以上（图 2 - 1 ） 。 图 2 1 涡轮盘零件工序图 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2 . 1 . 2 零件毛坯种类、特点 由于涡轮盘处于高速、高温（4 0 0 8 0 0 ）的工作环境 ，对毛 坯的材料也有特殊的要求，现在国内外常采用镍基合金，此涡轮盘 8 3 0 7 6 9 6 7的毛坯所用的材料是 A I S I 4 3 4 0 , 相当于 3 8 G r M n A l A , 用这种 合金粉末热等静压制成型，为了提高涡轮盘的疲劳强度，采用了在 热等静压预成形后再等温锻造的技术。用这种材料和锻造技术成型 的涡轮盘毛坯具有很高的强度和抗疲劳性能，并且材料的拉削性能 比较好，最佳的拉削速度大概在 2 2 . 5 m / m i n 。 2 . 1 . 3 涡论盘的加工工艺路线分析 涡轮盘的加工工序如下表： 表 2 1 零件工艺路线表 序号 工序内容 定位基准 所用设备 1 锻造毛坯 2 正火 3 车端面打中心孔 外圆柱面 卧式车床 C A 6 1 4 0 4 粗车各外圆、倒角 端面、中心孔 数控车床 K 3 1 2 5 5 钻 6 9 . 5 2 5孔 5 5 . 3圆柱面 立式钻 床 Z J 5 0 2 5 6 精车外圆 、轮盘端面 中心孔 数控车床 K 3 1 2 5 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 7 滚花键 中心孔 滚齿机 Y N 3 6 1 6 8 铣削枞树形槽 端面、中心孔 万能回转头升降台 铣床 X 6 2 2 5 9 拉削枞树形槽 9 5 . 2 5 圆 柱 面及 C面 卧式拉床 L 6 1 2 0 1 0 磷化处理 1 1 检验 1 . 5 2 4 周向榫槽常用精密车床、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 枞 树 型 榫 槽 结 构 不 规 则， 形 状 复 杂 ，而 且 表 面 粗 糙 度 要 求 在 R a 1 . 6 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，所以现在生产中已经很少采用了，拉削是 一种高效率的金属切削工艺 ，用于加工多种形状的内、外表面，以 及具有旋转运动的螺旋槽等 。加工质量特点：精度较高，可以达到 0 . 0 1 5 m m , 表面粗糙度可达到R a 0 . 8 。尺寸一致性好 。特别适合加工精 度高、表面质量好的成批和大量生产的零件。现已广泛用于航空发 动机叶片榫头、涡轮盘、压气机盘等部件的加工，但必须配以专用 的刀具、量具、及其它辅具 。 2 . 2 拉削方法及工艺装备的分析与选取 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2 . 2 . 1 拉削方法 拉削按拉削速度分成两种：低速拉削和高速拉削。目前在航空 零件上已愈来愈多采用高速拉削，主要是由于以下几个方面的原因 ： （1 ）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 。 （2 ）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，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 。 （3 ）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 ，除了单机拉削自动化外，还可将单机- 传送带 - 单机连成拉 削自动线 。 高速拉削, 一般是指拉削速度高于 1 5 - 2 0 m / m i n 的拉削 。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 。 但是对于不同的零件材料，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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 。高速拉削一般 可以提高盘类件的表面质量和生产率，但对于某些难加工材料的零 件，只有在低速拉削时方能后的最佳拉削质量。如此涡轮盘8 3 0 7 6 9 6 7 的毛坯所用的材料是A I S I 4 3 4 0 , 相当于3 8 G r M n A l A ，这种材料的最佳 的拉削速度大概在2 2 . 5 m / m i n 。 2 . 2 . 2 工艺装备 拉削加工涡轮盘所用的工艺装备主要是有拉床 、拉刀、量具等 ， 涡轮盘上的榫槽自身的精度主要由合理的拉刀设计 、制造精度和正 确的拉削方法来保证；榫槽的相对精度 ，如榫槽至中心控制尺寸、 榫槽均布误差 、榫槽中心对称等 ，主要依靠夹具保证。 1 . 拉床 考虑到现有的已知条件和前面所分析的该材料的涡轮盘的榫槽 的最佳拉削速度情况，选用普通卧式拉床 L 6 1 2 0 （类似图 2 2 ） 。这 种拉床主要用于拉削花键孔 、平面和形 状复杂的 成型面等，生产效 率高，适用于大量生产及成批生产。该机床采用液压传动，工作平 稳，能无级调速 ，并有超负荷保险装置 。机床具有自动循环 、半自 动循环和两种分段循环等四种工作循环，主要动作可单独点动调整， 能满足各种生产场合的需要 。机床由一个总按钮站操纵 ，操作方便。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 2 2 L 6 1 2 0的性能参数 ： 额定拉力 ：2 0吨 最大拉力 ：2 6吨 主溜板行程长度：1 6 0 0 m m 接送刀机构最大行程长度：6 2 0 m m 护送刀最大行程长度：8 5 0 m m 主溜板工作行程速度：1 . 5 1 1 m / m i n 主溜板返回行程速度：7 1 2 m / m i n 主传动用径向柱塞油泵 ：流量 3 0 0升/ 分 最大工作压力 ：1 0 M p a 主传动电机功率：2 2千瓦 主传动电机转速：9 7 0转/ m i n 机床的外形尺寸（长宽高） ：6 8 3 0 m m 1 8 1 9 m m 1 3 7 6 m m 2 . 拉刀 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 加工涡轮盘榫槽的拉刀为专用拉刀 ，拉床所用拉刀为分段组合 形式，根据被拉削榫槽型面的要求，采用分段组合形式 ，共分9 段。 由每段拉刀分别担负一定的切削部分和切削量（如图2 3 ） 。这些功 能不同 ，长短不一的分段拉刀将被分为三组，分别定位夹紧在拉刀 盒子内，成为完整的组合拉刀。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图2 3 拉削榫槽的拉削余量分配图 由于轮盘材质是3 8 G r M n A l A ，加工性差 ，而且轮盘精度要求高 ， 硬质合金刀具虽然在硬度、耐磨性和切削用量等方面优于高速钢， 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 但其缺点很突出：不能承受较大的冲击力，强度低 ，只是高速钢的 三分之一，热处理困难；整体硬质合金刀具制造困难，可加工性差 ， 型线的铲磨必须用金刚石砂轮。普通高速钢由于在强度、硬度等方 面性能指数低，不能采用，而粉末冶金高速钢如C P M - 4 2 ，虽然韧性 、 硬度和可磨削性优于其它高速钢，但价格偏高，因此，也不采用。 通过比较分析 ，拉刀材质通常选用M 4 2 ( W 2 M o 9 C r 4 V C o 8 ) 钴高速钢 。有 较高的淬透性 ，M 4 2 热处理后硬度可以达到6 7 - 6 9 H R C ，在加工中当温 度提高至6 0 0 - 6 2 0 时具有很高的红硬性，并具有很高的耐磨性 ，很 高的强度及良好的工艺性能 ，缺点韧性较差、脱碳敏感性强 ，但是 就综合性能而言，现在榫槽拉刀材质 通常都选择M 4 2 。 3 . 量具 为检验拉刀拉出的枞树形榫槽的尺寸精度，采用直径为1 . 5 2 4 的标准量棒。 拉削是大切削刃面 ，多齿强力切削过程，会产生大量切削热。 加之切削过程中，加工面被进、出口处得刀齿包容 ，切削热不易被 冷却液带走，故要求用大流量、大热容量的冷却润滑液进行强制冷 却，以降低切削时的温升。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第三章 涡轮盘分度夹具的结构设计 3 . 1定位原理和定位机构 1 . 定位原理 工件在夹具中的定位就是要确定工件与夹具定位元件的相对位 置，并通过导向元件和对刀元件来保证工件与刀 具之间的相对位置 ， 从而满足加工精度的要求。对单个工件而言，就是工件准确地占据 由定位元件所规定的位置。要实现定位，必须将工件的有关表面靠 近在夹具的定位元件上 ，工件的定位和用于定位的表面有很大的关 系这些表面就是工件的定位基准 ，基准就是零件上的点 、线、面， 这些点、线、面是用来确定零件上的其他的点 、线、面的。工件在 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 没有采取定位措施以前 ，它在夹具中的位置是任意的，即对一个工 件来说它的位置是不确定的 ，而对一批工件来说它们的位置是变动 的。工件空间位置的这种不确定性可用自由度来描述，把工件看成 直角坐标系 O X Y Z中的一个刚体，在没有采取定位措施前，它有六个 自由度，即沿 X 、Y 、 Z轴的三个移动自由度和绕 X 、Y 、Z轴的三个 转动自由度，如图 3 1所示。 图 3 1 零件的六个自由度 要使工件沿某一方向上有确定的位置 ，就必须限制它沿这个方 向上的自由度 ，夹具中 ，限制工件自由度用定位支承点来实现，一 个定位支承点限制一个自由度，通常用夹具上按一定要求布置的六 个定位支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度 ， 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 即六点定位原理。但是在工件实际定位时 ，所限制的自由度数少于 按工序加工要求应予以限制的自由度数，则工件定位不足称为欠定 位，欠定位往往会造成工件定位不确定、定位元件变形和工件装夹 不好。如果几个定位支承点重复限制同一个或几个自由度，称为过 定位，对于形状精度和位置精度很低的毛坯表面作为定位基准时 ， 是不允许出现过定位的 ，这样会造成工件定位时的位置不确定。但 是对于已加工过的工件 表面或精度高的毛坯表面作为定位基准时 ， 为了提高零件的稳定性和刚度，可以使用过定位。 2 . 定位装置 定位装置的作用是确定工件在夹具中的位置 。定位元件通常采 用平面 、圆柱面、锥面等来实现工件的定位。工件定位时，只要将 工件上定位基准与夹具上的定位表面互相接触，就可获得正确的位 置，不需要任何的调整与找正。 3 . 2 定位基准的选取以及定位误差的分析 3 . 2 . 1 定位基准的选择和定位装置的设计 涡轮盘8 3 0 7 6 9 6 7 工艺尺寸图2 1 ，根据选择定位基准的基准重 合原则和所选基准应保证定位稳定、便于夹紧的条件，选择涡轮盘 C 面和D 轴作为定位基准。C 面和D 轴的自身尺寸公差 ( 9 5 - 0 . 0 2 5 m m 和 1 3 . 8 4 m m ) 、 形状公差以及它们与涡轮盘原始基准 A 和B 的形位 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 公差要求都很严，所以由于基准不重合引起定基误 差也相对很小 。 由于所要加工的涡轮盘的榫槽均不于 3 2 8 的圆周，故采用定位环与 C 面接触，大平面三点定位，限制了X 轴上的移动 、Y 、Z 轴上的转动 共三个自由度 ，短定位套与秃台的D 面配合，来限制X 和Y 轴方向上的 移动, 共限制了五个自由度，属于不完全定位。 3 . 2 . 2 定位误差的分析和计算 使用夹具时，造成表面位置的加工误差的因素可以归纳为以下 三个方面 ： （1 ） 与工件在夹具中装夹有关的加工误差 ，称为工件装夹误 差，其中包括工件在夹具中由于定位不准确所造成的加工误差即定 位误差 ，以及在工件夹紧时由于工件和夹具变形所造成的加工误差 夹紧误差。 （2 ）与夹具相对刀具及切削成行运动和夹具变形所造成的加工 误差，称为夹具的对订误差 ， 其中包括夹具相对刀具位置有关的加 工误差, 就是对刀误差，和夹具相对成形位置有关的加工误差 夹 具位置误差。 （3 ）与加工过程有关的加工误差，称为过程误差。其中包括工 艺系统的受力变形 、热变形及磨损等因素所造成的加工误差 。 为了得到合格零件，必须使上述各项误差之和等于或小于规定 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 零件的工序尺寸公差T ，即 总T 在夹具设计过程中 ，只考虑与夹具设计有关的定位方法所引起的 定位误差对加工精度的影响 ，上式可以写成 ： D + T 式中 D定位误差 除定位误差外，其他因素所引起的定位误差的总和 一般取 D= （ 11 35 ）T 定位误差是有指由于定位不准而造成的某一工序尺寸（加工表 面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。工件在夹 具中的位置是有定位元件确定的，当工件上的定位基准一旦与夹具 上的定位元件相接触或相配合，工件的位置也就确定了，但对一批 工件来说，由于在各个工件的有关表面本身和它们之间在尺寸和位 置上均存在着在公差范围内的差异，夹具定位元件本身和各定位元 件之间也具有一定的尺寸和位置公差，因此工件虽然已经定位，但 是每个被定位的工件的的某些表面都会存在自己的位置变动量，从 而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工误差。对于一批工件来说 ， 刀具经调整后位置是不动的 ，即被加工表面的位置相对于定为基准 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变 动量。定位误差有两个方面组成 ， （1 ）定位基准和工序基准不一致所引起的定位误差，称为基准 不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变 动量，常用B来表示。 （2 ）定位基准与定位元件本身的制造误差所引起的定位误差 ， 称基准位置误差，既定为基准在加工尺寸方向上的最大变动量，用 Y来表示。 所以 D = B + Y 就是基准不重合误差和基准位置误差在加 工尺寸方向上的代数和 。 分析零件图可知，本道工序需要保证尺寸的 0 0.1 154.51 ，如前面所 述，在拉削涡轮盘上的榫槽时，采用短圆柱面即 D 面于定位套配合来 限制在Y 、Z 轴上的移动自由度，所以定位基准就是短圆柱面 （D 面） 的中心线即涡轮盘的中心线， 而 0 0.1 154.51 的工序尺寸是涡轮盘的中心 线，因此不存在基准不重合误差 ，故 B= 0 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 基准位置误差 Y = min 2 DdXTT+ 式中 minX定位副间最小间隙配合 （图2 5 ） DT定位孔直径公差 dT秃台外圆柱公差 minX= 2 Dd = 95.2695.25 2 = 0 . 0 0 5 DT= 0 . 0 3 5 dT= 0 . 0 2 2 Y = min 2 DdXTT+ = 0.0050.0350.022 2 + = 0 . 0 3 1 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 2 定位元件水平放置时的定位误差分析 T= 0 . 1 , 所以理论定位误差 D 1 3 T，即 D0.033。 由以上计算可知 D= B + Y= 0 + 0 . 0 3 1 = 0 . 0 3 1 所以计算出的D在定位误差的范围之内，能满足该工序中涡轮盘 榫 槽加工要求。 3 . 3 夹紧装置的设计 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 3 . 3 . 1 夹紧方案的确定 工件在机床或夹具中定位后还需要进行夹紧，将工件压紧、夹 牢以保证在加工过程中不产生位移和振动，主要有动力源和夹紧机 构两部分组成。夹紧机构的主要作用是接受和传递原始的作用力， 使其变为夹紧力并执行夹紧任务。夹紧机构包括中间递力机构和夹 紧元件 ，中间递力机构主要启到改变原始作用力的方向和大小的作 用，而且还具有一定的自锁性能 。 夹紧装置的设计和选 用是否正确合理，对于保证加工精度，提高 生产效率、减轻工人劳动强度有很大的影响。因此在夹紧装置的设 计过程中主要考虑到以下几个方面的问题 ： （1 ） 在夹紧过程中应保持工件原有良好的定位，而不应破坏 定位。 （2 ）夹紧力可靠、适当。即要保证在加工过程中工件的位置不 发生变动和振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤 、变形。 （3 ）操作应该安全 、方便、迅速和省力。 （4 ）结构简单紧凑 、便于制造，并有足够的强度和刚度 。 综合以上因素，由于涡轮盘要加工榫槽，外周不能用于夹紧， 轴中心无通孔，所以只能利用轴向均匀的6 个9 . 5 2 5 + 0 . 0 5 角向位 置任意孔，采用螺纹夹紧。螺纹夹紧简单可靠，有自锁作用 ，也可 以提供足够的夹紧力。涡轮盘榫槽加工工位多，更换拉刀次数多3 次， 一个涡轮盘榫槽的加工时间最短也得一天左右，所以克服了螺纹夹 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 紧慢、辅助时间长的问题。 由于涡轮盘自身用于穿螺栓的孔径为6 9 . 5 2 5 ，只能用六个 M 1 0 的螺栓进行螺纹夹紧 。但是在涡轮盘榫槽拉削过程中，涡轮盘所 受的切削力大，为了增强夹紧力、提高夹具体刚性 、减少切削力大 对榫槽加工精度的影响 ，需要增加了三个液压压紧机构 。 3 . 3 . 2 夹紧力的确定 确定夹紧力主要是确定夹紧力的大小、方向和作用点，夹紧力 的方向应该垂直于主要的定位表面。为使夹紧力有助于定位 ，工件 应靠紧各支承点，并保证工件上各个定位基准与定位元件接触可靠 。 通常工件主要的定位基面的面积较大 、精度较高，限制的自由度多 ， 夹紧力垂直于此面 ，有利于保证工件的准确地定位 。其次，夹紧力 的方向应使工件夹紧后变形最小。因为工件在不同方向上的刚性不 同，受压表面的接触变形不同，故夹紧力的方向应使得受压表面最 好是与定位元件接触较大的定位基准。再次，夹紧力的方向应有利 于减小夹紧力 。 夹紧力的作用点就是指的夹紧元件相接触的一小块面积，夹紧力 的作用点应能保持工件定位稳定，不至于引起工件产生位移或偏转 ， 还必须使被夹紧工件的变形最小，并且应该尽量靠近切削部位，以 提高夹紧的可靠性 ，如果切削部位的刚性不足可采用辅助支承。 夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在 加工过程中产生变动，破坏原有定位。如果夹紧力过大，工件在夹 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 具的位置可能在加工过程中产生较大的变形，直接会影响到加工的 质量。在计算夹紧力的大小时，将此卧拉夹具看成一个刚性系统以 简化计算，根据加工过程中工件所受的切削力、重力、惯性力、夹 紧力等处于静力平衡的条件下，来计算理论的夹紧力。 根据以上理论分析可知：在拉削涡轮盘榫槽时，夹紧力的方向 应该垂直于主要的定位基面C ，作用点应该在 工件的圆周上 ，大小通 过以下计算可得。在加工过程中涡轮盘处于相对静止的状态下，在 水平方向上只受到切削力和夹紧力的作用，所以只要算出切削力， 根据夹具处于静力平衡就可以计算出夹紧力。 查刀具设计手册 表6 - 1 6 ，最大切削力的经验公式： maxFFbx ZeKrKaKKw= 式中 F刀齿单位切削力长度上的拉削力 bx每个刀齿切削刃的总长度 Ze最大同时工作的齿数 Kr、Ka、K、Kw分别为前角 、后角、刀齿锋利程度 、切 削液对拉削力影响的修正系数 查刀具设计手册表6 - 4 8 齿升量 af= 0 . 0 3 , 硬度在H B S 1 9 7 - 2 2 9 之 间，取F为1 6 9 N / m 。 拉削的槽宽为6 . 2 4 1 m m ，拉削长度 27.68 31.96 cos 30 Lmm= 。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 故齿距： P=(1.251.9) 1 2 L=710 取P=8.，所以同时工作齿数 Ze= 3 个。 每个刀齿切削刃的总长度 bx= 1 0 m m . 查刀具设计手册 表6 - 4 9 Kr= 0 . 8 5 、Ka= 1 . 0 、K= 1 . 0 、Kw= 1 . 1 3 。 所以 maxFFbx ZeKrKaKKw= 169/103 0.85 1.0 1.0 1.13N mm= = 4 8 6 9 . 7 3 5 N 由于力的作用方向与涡轮盘的加工中心线成30。的夹角 ，可以分 解为沿涡轮盘轴向的力T1和沿涡轮盘 周向的力T2 （图3 3 ） 。 T1 =maxFcos30 。 =4 2 1 7 . 3 1 4 N T2 =maxFsin30 。= 2 4 3 4 . 8 6 8 N 其中T1作用于涡轮盘的一端 ，使涡轮盘产生一个翻转的力矩，为 平衡这一个力矩为平衡此力矩，必须在另一端施加以一个和该力大 小相等方向相反的力F 1 ，并且F 1 T 1 。T 2 会产生一个能够使涡轮盘 旋转的力矩，这一力矩主要靠夹紧力通过压板作用在工件上所产生 的摩擦力矩来平衡 。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图33 涡轮盘受力分析图 夹紧力通过压板作用在工件上，实际所需要的夹紧力 Wk= WK 式中 Wk实际所需要的夹紧力 W 由静力平衡算出的理论夹紧力 K 安全系数 0123456KKKKKKKK= 上式中0K基本安全系数取1 . 3 1K 与加工性质有关的系数取 1 . 0 2K 刀具钝化度有关的系数取 1 . 5 3K 切削性质有关的系数取1 . 2 4K 夹紧稳定性系数取1 . 0 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 5K 手柄位置系数取1 . 0 6K有力矩使工件旋转时工件与支承面的接触系数取1 . 0 查机床夹具设计手册 表1 - 2 - 1 ： 取1K= 1 . 0 ，2K= 1 . 5 ，3K= 1 . 2 ，4K= 1 . 0 ，5K= 1 . 0 ，6K= 1 . 0 所以 1.3 1.0 1.5 1.2 1.0 1.0 1.02.34K = 取K = 2 . 5 。通过以上计算可知 ： 沿涡轮盘的中心线方向需要的夹紧力: W1=2.5 T 1 = 1 0 . 5 4 3 k N 沿涡轮盘周向夹紧力 ： W2=2.5 T2= 6 . 0 8 7 k N 其中周向夹紧力主要有摩擦力提供，查机械零件设计手册 表 1 . 7 1 7 两 材 料 之 间 的 摩 擦 因 数 为 0 . 2 0 . 3 ， 取0.25f =，由 2TNf=，可得需要的正压力： 26.087 24.348 0.25 T NKN f = 故所需要的总的夹紧力24.348WKN=. 3 . 4 分度结构的设计 3 . 4 . 1 、分度方式选择 分度装置是在机械加工中，每当加工完一个表面后，能使夹具 连同工件转过一定角度或移动一段距离的装置，分度装置的工作精 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 度主要取决于分度副的机构形式和制造精度。夹具常用的分度装置 有孔盘式 、侧面齿槽式 、多边形分度盘式和标准分度台等多种形式。 拉削用分度盘按分度原理，大致分为插销式、端齿盘式和蜗轮蜗杆 式三种方式。 插销式分度盘，一个分度盘只适用于同一型 号的零件，需要数 量多，经济性差，调整困难 ，分度精度低；蜗轮蜗杆式分度盘，可 以在一定范围内任意分度槽数，但是需要更换分度夹具的配换齿轮 和节圆盘，分度精度较高；端齿盘式分度盘，不同尺寸的盘件需要 更换不同的端齿盘 ，通用性较差，分度夹具的分度 、压紧、松开、 定位等操作皆为液压、电气控制 ，分度精度很高。 由于需加工的涡轮盘榫槽为4 7 个，加工工位数量中等，均布累 积误差不大于0 . 1 2 7 , 要求加工精度较高，不适用于常用插销式、蜗 轮蜗杆式分度盘。经分析比较，决定采用端齿盘式分度盘。 3 . 4 . 2 端齿盘式分度盘的优点 端齿盘式分度盘是采用端面三角齿相互啮合的方法来实现分度 的。工作时以下端齿盘的全部齿作为定位装置 ，来对定上端齿盘的 ， 各齿间的不等距误差可以正负抵消，使误差得到均化，分度精度显 著提高，精度一般在3“5“左右，而且具有较好的精度保持性 。端 齿盘制造不是很复杂，端面三角齿经过精刨、研磨后，便可达到较 高的精度。上、下端齿盘啮和后不仅能承受较大的切削力。 端齿盘 另一个特点就是体积小，转动灵活，操作方便，两齿啮合时可以自 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 锁，在拉削过程中不存在夹具体回转时的间隙问题 ，整个端齿盘分 度装置成为一个刚性很好的整体 。 3 . 4 . 3 端齿盘式分度盘设计 涡轮盘8 3 0 7 6 9 6 7 的外径尺寸为328m m ，在保证不干涉拉削的前 提 下 ， 尽 量 增 加 啮 合 面 积 以 提 高 加 工 精 度 ， 将 端 齿 盘 外 径 定 为 260m m 。 查 机床夹具设计手册 第三版表1 - 8 - 5 ， 取端齿盘的齿型角A =60。, 端齿数定为4 7 x 3 = 1 4 1 。如图3 4 所示。 端齿盘的尺寸计算如下 ： 3.14260 5.790 141 D T Z =m m 式中：D 端齿盘外径 Z 端齿盘齿数 T 端齿盘大端齿形展开齿距 h底h顶 4tan 2 T A 5.790 4tan 30。2 . 5 0 7 m m 式中：h底为端齿盘大端理论齿底高 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 h顶为端齿盘大端理论齿顶高 a底a顶 2 arctan h D 顶 （）= 22.507 arctan 260 （）=1 6 。 1 7 “ 式中：a底为端齿盘理论齿底线与节平线之间的夹角为理论齿底角 a顶为 端 齿 盘 理 论 齿 顶 线 与 节 平 线 之 间 的 夹 角 为 理 论 齿 顶 角. 端齿盘式分度盘的分度精度 ：相邻误差 1 5 ；积累误差4 5 ；循环 误差 7 。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 4 端齿盘零件图 3 . 5 分度装置的动力系统设计 液压传动的惯性力小，结构紧凑 ，夹具刚性较高，工作平稳， 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 液压油有一定的吸振能力，便于实现频繁的换向，而且能实现过载 保护，操作简单便于实现自动化，系统工作时，工作介质可以自动 润滑运动元件，有利于提高元件的使用寿命。需要加工的涡轮盘上 共4 7 处榫槽，在拉削加工时 ，上下端齿盘、夹紧装置等都要作多次 往复运动动作，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，分度夹具的动力系统均采用液压装置 。如图3 5 所示： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 5 夹具部分结构图 3 . 5 . 1 端齿盘分合的动力系统设计 为尽量避免夹具结构庞大，使总体的结构紧凑、合理，才能更 好地保证零件的加工精度。为使分度盘实现分开动作，如图3 5 所 示， 将下端齿盘与夹具底座( 件4 2 ) 连接固定 ；将上端齿盘与夹具的 定位分度盘( 件2 9 ) 、转动轴 ( 件9 ) 连接固定。转动轴通过止推轴承与 活塞( 件1 0 ) 连接，活塞分别与端盖( 件3 2 ) 和夹具底座形成两个互不 相通的独立腔体 C 和D ，当它们分别进油时，可以使活塞带动转动轴 作上、下运动。要使上、下端齿盘能够 实现顺利地分合，活塞的工 作行程应大于端齿盘的全齿高。由于此夹具用于卧式拉床上 ，工作 时水平放置，在整个工作过程中都受到上端齿盘、工件、及夹紧、 定位元件的重力所产生的弯曲力矩的作用，为尽量增加活塞杆的刚 度。 查液压气动手册第二版表9 - 4 ，取活塞杆的直径为 ? 4 5 m m , 查表9 - 3 ，取油缸内径 ? 1 2 5 ，额定压力P = 1 0 M p a , 考虑到该液压缸在工 作过程中会间断性地转动，为了能够更好地实现这一动作，将此液 压装置的设计成如下机构： 取d1= 6 5 ，d2= 8 8 ，速比= V2/ V1 = 2222 2222 1 2 12565 1.45 12588 Dd Dd = 查表9 - 6 取速比 = 1 . 4 . 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 活塞抬起时的推力: 22 11 (12565 ) 1089.49 2 FPAMpakN = 返回时的作用力： 22 22 (12588 ) 1061.86 4 FPAMpakN = 3 . 5 . 2 分度回转机构动力设计 为使端齿盘实现转动动作，在分度盘上设计了轴向均布的4 7 个 分度销( 件1 ) ，由液压推杆( 件5 1 ) 上的拨爪( 件7 8 ) 推动分度销，带动 转动轴转动，其转过角度为一周的4 7 分之一。当液压推杆回退时， 拨爪被下一个分度销抬起，绕销轴( 件5 2 ) 转动；回退一定距离后， 拨爪划过分度销，弹簧片回弹拨爪，拨爪插入下一个分度销之后， 等待下一次动作。 调整分度销直径大小、拨爪推动分度销力的角度、推杆行程范 围与拨爪的长短，使其停留位置准确 。如图3 7 所示： 分度盘上共4 7 个分度销 ，取分度销直径为 7 m m , 为防止分度盘、 端 齿 盘 、 分 度 销 、 拨 爪 之 间 产 生 干 涉 ， 取 分 度 销 的 均 布 直 径 为 2 7 6 m m ，两分度销之间的夹角 . 360 739 47 A = 。 。 ，考虑到夹具体上个机 构布置合理的问题 ，将该机构的拨爪放于第2 1 个分度销上，如图3 8 所示: 可以求出 ： B =1801605109 。 = 1 9 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 6 分度液压缸结构图 7 8 5 2 7 5 4 7 5 1 F 1 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 F 2 V 1 V 2 图3 7 回转结构图 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 8 分度销位置示意图 两分度销之间的距离 739 2sin2 138 sin18.436 22 A LR= 。 m m 液压缸的工作行程L0L . 取L0 =3 5 m m 。 查液压气动手册第二版表9 - 2 ，额定压力P = 1 0 M p a ，取液压 缸内径3 2 m m , 活塞杆直径2 0 。 推出时的推力 ：1132108.04 4 FAPMpakN = 2 返回时的推力 ：22(3210 ) 104.90 4 FAPMpakN = 22 3 . 5 . 3 辅助夹紧装置液压缸的设计 查液压气动手册第二版表9 - 2 ，额定压力P = 1 0 M p a ，取液压 缸内径5 0 m m , 活塞杆直径2 2 。该机构通过活塞杆带动压板，把夹 紧力直接作用于工件上，其行程必须大于端齿盘分合液压缸的行程 ， 并且保证当端齿盘分合液压缸将工件完全抬起时，压板能够彻底和 工件分开，取L = 3 0 m m 。为了便于拉削前工件的安装，将压板设计成 能够饶活塞旋转的结构 ，避免了装夹工件时和工件产生干涉 。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 9 夹紧液压缸结构图 速比： = V 2 / V 1 = A 1 / A 2 = 1 . 6 4 11501019.62 4 FAPMpakN = 2 22(5022 ) 1015.825 4 FAPMpakN = 22 在以上各式中 ：1A无杆侧的有效面积 2A有杆侧的有效面积 1V活塞伸出速度 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2V活塞返回速度 1F推出时的推 力 2F返回时的推力 3 . 6 夹具辅助机构设计 3 . 6 . 1 、转动刹车机构 分度时 ，液压推杆推动分度销，带动夹具转动轴转动，液压推 杆到行程顶点停止动作，而转动轴由于惯性将继续转动。无法有效 地控制其停止在分度所需的角度上。为了解决这一问题，在转动轴 转动方向上，设计了弹性楔块，当分度盘通过分度销作用于楔块上 的力在沿楔块方向的分力大于弹簧的作用力时，分度销推动楔块滑 动，分度盘继续转动，完成分度。分度完成后，楔块在弹簧力的作 用下能够有效地挡住分度销 ，防止分度盘由于惯性力继续转动，使 端齿盘停止在正确的分度所需 要的角度上。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 1 0 转动刹车机构图 图3 1 1 分度指示机构图 3 . 6 . 2 、分度指示机构 由于涡轮盘榫槽数为4 7 个，数量较多 ，而且拉削不是一次完成 ， 有七、八把拉刀分3 次去余量 ，一个涡轮盘榫槽加工多次方可完成 。 为防止夹具分度出现误操作 ，产生废品 ，造成经济损失，所以增加 了一个分度指示杠杆。当分完度以后，转动轴下降 ，下一个分度销 与杠杆指针接触, 如图六所示 ，显示分度正确 ，提示工人继续进行榫 槽拉削。 3 . 7 主要零件设计要点 1 . 夹具底座 夹具底座比较大，形状复杂，要求精度高，加工比较困难，选 用铸铁材料2 0 - 4 0 。因为铸铁可以研磨角度面，达到要求精度 ； 铸铁材料的刚性比较好，还可以吸收拉削过程中产生的震动 。为避 免拉削过程中遇到底座上夹渣、异物、硬点而磨损和崩刀，在相应 的拉削部位铣削出大于榫槽宽度及移动安装座移动距离的梯形槽 。 2 分度盘 为了夹具加工方便 ，将分度盘作成两层，组装