毕业设计（论文）-小型涡轮的夹具设计（全套图纸）

摘摘 要要 涡轮盘的定义是在航空发动机上十分重要的零件，涡轮盘的精度很高、机械加 工难度大，处在高速、高温的环境下工作，是关键复杂的构件，在整个涡轮机加工 中它也是一个难点。而在涡轮盘机械加工中，涡轮盘榫槽加工是工作量最大、难度 最高的是任务。涡轮盘榫槽夹具可以保证加工精度高，提高加工效率。因此夹具设 计是榫槽加工中的一个重要环节。 本文通过对涡轮盘榫槽类型结构、加工工艺、夹具设计及使用情况的分析，阐 述了定位基准的选择，压紧方式的确定，正确的复杂空间尺寸及角度计算和高精度 的分度机构设计的过程，完成了涡轮盘榫槽重要夹具工装的设计，提出了针对整体 工艺装备提高榫槽表面粗糙度的解决方法。 关键词关键词： 涡轮盘榫槽； 空间角度计算； 步伐式双销联动分度装置 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 Abstract The turbine disk is on the aircraft engine the extremely important components, for its high precision, the hard machine- finishing, under the high speed high temperature environment works, is the key complex component, in the entire turbine processing also is a difficult point. Moreover in the turbine disk machine- finishing, the turbine disk trough processing is what the work load is biggest, the difficulty is highest. The turbine disk trough fixture may guarantee the processing precision is high, enhances the processing efficiency. Therefore the fixture design in trough processing is an important link. This article through to analysis the turbine disk trough type structure, the processing craft, the fixture design and the service condition, elaborated the localization datum choice, contracts the way the determination, the correct complex spatial size and the angle computation and the high accuracy ruling engine construction design process, has completed the designing of the turbine disk trough important fixture work clothes, proposed the solution of enhances trough the surface roughness in view of the overall craft equipment. Key words：trough the working surface; spatial angle computation speed step type ; double sells the linkage axial to be divided the equipment 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 机床夹具及其功用 1 1.2 现代机床夹具的发展方向 . 1 1.3 现代工业对夹具设计的基本要求 . 2 1.4 项目提出的背景 2 1.5 项目研究的方法、预期结果及意义 2 第二章 涡轮盘榫槽的加工特点与工艺装备 4 2.1 涡轮盘榫槽的加工特点 4 2.2 拉削特点 . 4 2.3 拉削分类 . 4 2.4 拉削速度 . 5 2.5 提高榫槽粗糙度方法 5 2.6 工艺装备 . 5 第三章 涡轮盘液压立拉夹具的设计 6 3.1 设计方案的确定 6 3.1.1 任务来源与状况 . 6 3.1.2 定位机构与定位原则 9 3.1.3 定位基准的选择 . 10 3.1.4 定位误差的分析和计算 10 3.1.5 压紧方式的确定 . 12 3.2 立拉夹具结构的设计 13 3.2.1 夹具的结构及特点 13 3.2.2 夹具底座设计 14 3.2.3 正确的复杂空间尺寸及角度计算 . 17 3.2.4 高精度的分度机构设计 19 3.2.5 方便快捷的液压驱动系统 25 第四章 液压分度夹具的使用与调整 28 4.1 液压分度夹具使用 . 28 4.1.1 加工前的准备 28 4.1.2 控制过程 28 4.1.3 拉削试件 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 液压分度夹具的调整 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.1 夹具安装的调整 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.2 分度及锁紧机构的调整 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第五章 经济分析 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 机床夹具及其功用机床夹具及其功用 机床夹具是夹具的全称，它是一种装置，作用是在机床上将工件定位、夹紧， 将刀具进行导向的。它的作用是保持产品零部件和加工工具的相对位置从而在产品 加工过程中保证了最终产品技术要求中的位置精度。当工艺过程不同时需要使用的 夹具是不同的，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。 1.2 现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向 工业在现代有一个显著特点：它包括新产品发展快，质量要求高，品种规格多， 产品更新换代周期短。在机械工业上主要体现在在生产类型比例中多品种、小批量 生产占了很大的部分。 所以我们必须做好生产技术准备工作，为了满足现代工业的要求，而机床夹具 是这一工作的重要组成部分。 众所周知，机床夹具的发展趋势主要体现在： （1）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，这是发展的标准化。 （2）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。这是可调化、组合化。 （3）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，这是精密化（4）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，这是高效自动化。 （5）通过采用模块化 设计，可以提高设计效率，缩短设计周期。这是模块化。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 2 1.3 现代工业对夹具设计的基本要求现代工业对夹具设计的基本要求 （1）保证工件的加工精度稳定性 （2）提高机械制造行业的劳动生产率 （3）有良好的结构工艺性并且操作简便、结构简单，能改善劳动条件 （4）可以降低产品的制造成本 1.4 项目提出的背景项目提出的背景 航空发动机的重要零件有涡轮盘。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。所以本文主要 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、预期结果及意义项目研究的方法、预期结果及意义 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，提高劳动的生产率，尽量去缩短本工序的辅助时间，动力系统采用液压装 置。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 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 3 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。总结是， 这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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 涡轮盘榫槽的加工特点与工艺装备 4 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，而且表面的粗糙度在 Ra0.8，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，主要被用来加工不 同形状的内、外表面，甚至是具有旋转运动的螺旋槽工件。而且加工精度高、表面 质量要求高的成批和大量生产的零件特别合适。 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 拉削分类拉削分类 在现在工业中大多数都选用高速拉削所用的拉床，因为他的结构和刚性优，滑 轨长，他的速度也很快快，传动平稳，精度高，分度精度高，不只是拉刀制造和刃 磨方便，而且锥角和螺旋角可调，自动化程度高，冷却润滑效果好。降低成本的同 时还能提高生产效率。 高速拉削的拉刀大都采用超硬型高速钢，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。这样有利于实 现拉削自动化。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 涡轮盘榫槽的加工特点与工艺装备 5 2.4 拉削速度拉削速度 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。 2.5 提高榫槽粗糙度方法提高榫槽粗糙度方法 在实际加工中，发现涡轮盘榫槽表面粗糙度达不到所要求的Ra1.6m。为了提 高加工质量，从整个工艺系统采取了多方面的积极措施。 （1）提高榫槽尺寸精度和表面质量，减少刀具磨损。 （2）消除并收缩盘类件弹性变形引起的型面尺寸。 （3）提高整个工艺装备的刚性，使拉削质量稳定，保证榫槽表面精度及表面粗 糙度。 2.6 工艺装备工艺装备 在加工涡轮盘零件榫槽时，榫槽的自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，如榫槽至涡轮盘中心尺寸、榫槽均布误差、榫槽中心 对称及榫槽的空间位置等，主要由夹具保证。榫槽的精度以及尺寸检验需要专用的 测具和仪器来进行检测。 在加工零件前要进行拉刀的预调，就是先拉削试件，若试加工后的零件尺寸有 偏差，操作者在拉床上微调相关的拉刀片和工作台与拉刀的距离，直至加工出合格 的产品，才开始正式件的加工。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 6 第三章 涡轮盘液压立拉夹具的设计 3.1 设计方案的确定设计方案的确定 3.1.1 任务来源与状况任务来源与状况 现有的条件： 1.被加工零件情况被加工零件情况 涡轮盘是航空发动机的一个重要零件,它的空间角度复杂，榫槽采用拉削加工， 零件产品模型见下图 1： 图 1 涡轮盘 此次加工的涡轮盘榫槽为周向燕尾式榫槽，槽数 22。起始榫槽与涡轮盘中心偏 心11.50.15,榫槽空间角度545及15195;同时保证槽底面上的F点到涡轮盘中心 线距离 64.8 12 . 0 0 ，榫槽配合表面粗糙度 Ra0.8。均布要求不大于 0.07mm。 涡轮盘产品机械加工精度见下图 2： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 7 图 2 涡轮盘榫槽加工工序简图 涡轮盘材料为钛合金 （TC11） ， 钛合金具有强度高、 中温性能好和耐腐蚀等优点， 拉削时由于钛合金弹性模量小，加工后回弹，使零件尺寸会发生变化，其变化的大 小与拉刀的材料及锋利程度有关。 2.拉床拉床 现有立式拉床 L720A 一台， （见图 33） 。用于拉削平面或成型面，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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 8 图 3 L720A 立式拉床 L720A 性能参数为： 额定拉力最大行程 200KN1250mm 拉削速度（无级调速） 1.5- 11 m/min 拉刀返回速度（无级调速） 7- 20 m/min 工作台最大行程 155 mm 工作台台面尺寸 550630 mm 床台底面至工作台面距离 1620 mm 流量 300 L/min 最大工作压力 10 Mpa 电机总容量 22.25 kw 主电动机 22 kw 外形尺寸（长宽高） 405024873855 mm 净重（约） 10000 kg 试件拉削面对基面的垂直度 0.04/300 mm 3. 拉刀拉刀 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 9 加工涡轮盘榫槽的拉刀为专用拉刀，采用分段组合形式，共分 7 段。要求是根 据被拉削榫槽型面的，切削部位和切削量由每段拉刀分别担负，分段拉刀将被分为 三组，定位分别夹紧在拉刀盒子内，完整的成为了组合拉刀。 3.1.2 定位机构与定位原则定位机构与定位原则 1.定位机构定位机构 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。 2.定位原则 根据六点定位原则，任何一个刚件在三维空间内相对于三个互相垂直的坐标轴 来说，都有六种运动的可能性，即可以沿着 X 轴、Y 轴、Z 轴移动，也可以绕着 X 轴、 Y 轴、Z 轴转动，即有六个自由度。 使工件定位，就是合理布置六个支承点来限制工件的六个自由度，使工件得到 确定的位置。如何消除工件的不定度？最典型的方法就是在夹具中设置六个支 承点，如下图 34 所示。 图 4 立体图 平面 A 放在三个支承点上，消除了 z 、y ) 、x ) 三个不定度；B 平面消除了 z ) 、 x 两个不定度；C 平面消除了 y 一个不定度；根据工件形状的不同，定位基准的 不同，定位点的分布还会有其它各种布置情况。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 10 由于涡轮盘产品图上对榫齿的圆周位置具有角向要求，故设计夹具时零件需要 限制六个自由度才能满足产品图纸的要求。 3.1.3 定位基准的选择定位基准的选择 制定零件的加工工艺过程，定位基准的选择是个很重要的问题。夹具上的定位 机构就是根据定位基准的形状、数量和精度而具体进行设计的。定位基准和定位方 法不但影响工件的加工精度，而且直接影响夹具结构的繁简、制造的难易和使用的 方便程度。因此，设计夹具时，首先应对定位基准进行必要的分析。 定位基准的选择原则 （1）遵循基准重合原则，选择工件图纸上的设计基准作为定位基准。如果违背 这一原则，将会产生定基误差，在加工中，这一误差将成为加工误差的一部分，从 而缩小制造公差，提高对夹具的精度的要求。 （2）选择的定位基准，应能保证定位稳定，并便于夹紧。 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，选取涡轮盘的大端面和孔124 0 025. 0+ 为主定位基准。两定位基准在前道工序是一 刀加工而成，跳动在 0.01mm 之内且为涡轮盘原始加工基准，故而产生的加工误差相 对较小，根据零件的特点选取大端面为支承面使得定位稳定、压紧状态较好。选取 6 0 04. 0+ 孔为角向定位，来确定起始榫槽的位置。这样的定位方式完全限制了零件的 自由度，满足六点定位原理和定位基准的选择原则。 3.1.4 定位误差的分析和计算定位误差的分析和计算 在运用夹具时，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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 11 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零件的工序尺寸 公差T，即总总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 （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64.8 0 0.12 ，如前面所述，在拉削涡轮 盘上的榫槽时，采用孔124 0 025. 0+ 和分度盘上的凸台配合来限制在X、Y轴上的移动自 由度，所以定位基准就是孔124 0 025. 0+ 的中心线即涡轮盘的中心线，而孔124 0 025. 0+ 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，基准位置误 差 Y = min 2 DdXTT+ 图5 孔销间隙配合时的定位误差 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 12 上式中minX：定位副间最小间隙配合 DT ：定位孔直径公差 dT：秃台外圆柱公差 minX= 2 Dd = 124.00 123.98 2 =0.01 DT =0.025 dT=0.01 Y = min 2 DdXTT+ = 0.010.0250.01 2 + =0.0225 D= B +Y=0+0.0225=0.0225 零件的工序尺寸公差T=0.12,所以理论定位误差D取（ 11 35 ）T， 即 D =0.040.024。由以上计算可知实际定位误差D小于理论误差D，因此各项误差 之和小于规定零件的工序尺寸公差T，能满足该工序中涡轮盘榫槽加工要求。 3.1.5 压紧方式的确定压紧方式的确定 夹紧原理： 由于在切削过程中工件受切削力、惯性力、离心力以及自身重力等的作用，定 位之后若不予以夹紧，将回产生移动或振动。因此，定位方案确定之后，必须设计 夹紧方案。 为了确保加工质量，做到正确地确定夹紧力的方向、作用点和大小，就要根据 工序的定位方法、工件的几何形状和刚性等，具体地分析各种力共同作用在工件上 时所产生的影响。 正确确定夹紧力方向与作用点的原则： （1）夹紧不应破坏工件在定位时所取得的位置 夹紧力的正确方向应该垂直地指向定位支承表面，其作用点的位置应该处在定 位基准与定位支承面接触的面积范围内。 （2）夹紧后工件的夹紧变形和压伤不超过允许范围 夹紧时，工件的变形主要是由于夹紧力产生的弯曲力矩造成的，因此在设计夹 紧机构时，夹紧力应力求通过或靠近定位基准与定位支承的接触面。把集中力变为 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 13 分布力的结构，也能减小工件的夹紧变形。此外，除上述的弯曲变形之外，还有接 触变形，它会降低整个加工工艺系统的刚性，从而对工序的加工精度产生重要影响。 因此在设计夹具时应该考虑选择较高光洁度、平直度和硬度的表面作为定位表面， 另外，夹紧力的分布要均匀，大小要稳定、合理。 （3）夹紧力应保证工件的位置在加工过程中不变 要避免工件在切削过程中产生不能允许的振动及位移切削过程的振动，将使被 加工表面的光洁度受到损害，也会损坏刀具。在设计夹紧机构时，为了避免或减小 振动，可把夹紧力作用点尽量靠近被加工表面，以减小工件的悬伸长度。 （4）夹紧力的方向选择应使平衡切削力等所需的夹紧力最小。此外，夹紧装置 的自动化程度应与工件的生产批量相适应；夹紧机构结构要简单，力求体积小、重 量轻，并有足够的强度，工艺性好，便于制造和维修；夹紧机构还要使用性能好， 操作方便、省力、安全可靠。 根据夹紧原理和夹紧机构的选用原则，结合对涡轮盘加工状况的分析发现零件 加工部位为周向榫槽，外周不能用于夹紧，零件中间有通孔可以利用，由于榫槽数 量较多，单件加工时间较长，所以采用螺纹夹紧机构进行夹紧，具有结构简单、可 靠，操作容易，有可靠自锁作用和足够的夹紧力的优点。 3.2 立拉夹具结构的设计立拉夹具结构的设计 3.2.1 夹具的结构及特点夹具的结构及特点 夹具结构首先要有良好的结构刚性、良好的结构工艺性以及操作省力使用方便。 立拉夹具安装在 L720A 立式拉床的工作台上，工作台的移动平台可以纵向移动，工 作台本身可以横向与纵向微调。夹具和移动平台靠两个定位孔定位，螺栓锁紧。加 工时通过纵向移动平台完成工件的进给与退出，通过微调工作台调整工件与组合拉 刀盒底的距离，保证榫槽至涡轮盘中心的尺寸要求。进行试件的加工。 由于涡轮盘的空间角度复杂，所以夹具设计成空间双斜面的结构，外形不规则， 其结构简图如图 35。 夹具的结构特点： （1） 夹具体为空间双斜面， 制造精度要求较高， 是保证涡轮盘榫槽精度的关键。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 14 （2）分度及锁紧机构为齿轮、齿条啮合传动，精度高， （3）锁紧动力来源于液压系统，传动平稳、压紧可靠、实现了产品加工的自动 化。 （4）在首件产品拉削时，需要进行夹具的分度盘的拉削，使其有足够的让刀空 间。 （5）良好的工艺可行性：设计、选材时充分考虑了加工 的现有设备条件、不 同材料的加工性、热处理后材料的变形等情况。 图 6 液压分度拉床夹具结构图 3.2.2 夹具底座设计夹具底座设计 由于夹具底座比较大，形状复杂，要求精度高，加工比较困难，选用铸铁材料 HT20-40。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振动。 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 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 15 部位铣削出大于榫槽宽度及微调安装座移动距离的让刀槽。夹具底座定位销孔距离 榫槽底面的距离 H 按如下公式计算： H = H1-L1-L2 = 170.05 mm 式中： H1为工作台定位销至导轨端面距离 L1为拉刀盒上、下两定位面间的距离 L2为最后一把精拉刀设计高度尺寸 夹具定位销孔距离榫槽底面的距离 H 的实际值，还受到以上各尺寸的公差以及 工作台定位销直径尺寸、分度夹具定位套直径尺寸、底座与夹具制造误差、长期使 用实际磨损程度等因素影响。 由于机床工作台可以纵向微调，所以为避免出现加工出的涡轮盘榫槽工作面至 盘中心距离尺寸偏差较大，无法调整的情况出现，设计时特意将夹具底座上的让刀 槽底面至定位套孔中心距离减小了 0.30.5mm，以便加工时可以微调。 夹具与机床间的安装定位是通过夹具上的二个定位孔与工作台上的二个定位销 来实现的。安装误差是由夹具定位孔的精度及工作台上定位销子的精度以及它们之 间的相互配合决定的。包括纵向误差和角度误差，由于工作台可以调整，因此可以 按照选定基准定位孔与定位销相配间隙 0.01mm 来进行设计。 夹具底座定位套孔与拉床工作台定位销的定位分析。 如图 36 所示，我们通常用实线来表示定位销，双我们把点划线代表夹具上的 2 个定位的基准孔。但是在夹具上 2 个定位基准孔之间存在制造公差L夹，所以在 夹具的工作台上会有 2 个定位销之间距离的公差L台。在运作过程中夹具被定位的 时候，夹具上的二个定位基准孔由于过定位所以有可能导致产生不能同时套入圆柱 销的行为。 ，将定位销 2 两侧的露出部分削成菱形，达到能定位又避免过定位的目的 同时保证定位精度又不至于产生过定位现象， 。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 16 L B d2 D2min 2min bX 1min 2 1 2 1 定位销2 定位销1 图 7 菱形销与圆柱销定位关系图 采用这种定位方式，定位销 1 的定位是主要的。根据机械技工六点定位原则， 我们通常把长圆柱定位销 1 闲置的夹具的 X v 、Y v 、 X ) 、Y ) 四个自由度，Z 向的移动 自由度Z v 由垂直的于定位销的定位的平面限制，菱形销只起到限制夹具绕 Z 轴旋转 的自由度Z ) 的作用。由圆柱销削成菱形销时，希望工作圆弧部分的宽度 b 尽量大， 提高耐磨性；菱形面积尽量大，保证定位销的强度。 在图 36 中，设 X 为定位销 2 在两个定位销中心线方向补偿用的间隙。 X = L夹 + L台 若定位销 1 与孔 1 之间的最小的 配合间隙为 1min，它对二孔的同时套入有帮 助作用，故间隙 X 可以减小为： X = L夹 + L台 - 1min /2 在本文中，L夹 = 0.01 mm L台 = 0.01 mm 1min = 16- （160.01）= 0.01 mm 故 X = 0.015 mm 由于夹具安装后要进行对刀具的微量调整所以 0.015 的补偿间隙能够满足精度 的要求。夹具体给出了两定位销孔距离 3700.01,定位销孔到涡轮盘中心距离 2500.01。夹具底座结构简图见下图 8： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 17 图 8 夹具底座结构图 3.2.3 正确的复杂空间尺寸及角度计算正确的复杂空间尺寸及角度计算 涡轮盘的榫槽与盘端面成 54角，槽底与涡轮盘中心夹角 1519 （结构简图 见图 31） ， 拉削时工件榫槽中心与拉刀的理论中心应重合， 槽底垂直于机床工作台。 这样就需要进行空间角度计算，来确定夹具基体的空间角度。 夹具如何正确进行复杂的空间尺寸及角度计算是保证产品质量特性的首要前 提。由于图纸给定的条件不同及基准面的变动，不能直接利用零件图上所标的角度， 必须进行空间尺寸及角度换算。按照投影理论来分析，双斜面不可能经过一次变换 投影面就反映出真实形状，必须经过二次变换投影面才能够得到。而且在分析图纸 及设计绘图时必须掌握：双斜面变单斜面的关键是：新投影面的坐标轴垂直于迹线。 (平面与坐标面的交线) 。拉床夹具在拉削榫齿时，必须使榫齿的两侧面及榫齿底面 与拉刀及其运动方向一致 ，为达到这个目的，必须先将夹具定位涡轮盘绕 Y 轴逆时 针旋转角，使其转为单斜面，然后，再将涡轮盘绕 X 轴顺时针旋转角，使榫齿 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 18 转到可加工的位置，这样，原来的涡轮盘由单斜面变成双斜面。 涡轮盘定位基准面由平面转换空间双斜面的示意图见下图 9: 图 9 定位面空间角度转换图 图 38 (a)中ABC 表示 Q 面，即榫槽底面，BOE 表示 N 面，即榫槽侧面， AOB 表示 P 面，即定位基准面。在拉削榫槽时必须使槽的 N 面平行于 W 面，Q 面平行于 V 面。为达到这个目的，可将涡轮盘先绕 Y 轴逆时针旋转 36，此时，N 面与 W 面平行，Q 面成为单斜面，它与 W 面相垂直，与 V 面的夹角为 1519。而 P 面则由平行于 H 面转成单斜平面，它与 V 面垂直，与 W 面夹角为 54，图 38（b） 是 P 面转成单斜面的理论图形。 旋转后， 涡轮盘中心与槽底 F 点的连线 L1 仍与 Y 轴平行。 然后再将涡轮盘绕 X 轴顺时针旋转 1519，此时，Q 面已经与 V 面相平行，而 N 面仍然与 W 面相平行。 这时，榫槽就转到了可加工的位置。P 面一由单斜面变成双斜平面，其理论图形如图 38（c）(双斜面第 I 方向)所示。 旋转后，L1 与 Pw 迹线相平行，即 0双斜面 P 与 X 轴的夹角，等于 36 w- Pw 与 Y 轴所交的锐角，等于 1519 根据以上分析，夹具底座所需的三个角度 、，可以通过图 38 (d)中的角 度关系求出。 已知 036 余角 154 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 19 w1519 余角 w=7441 计算 Ctg=tg1Cosw =tg54Cos1519 =1.3274937 =365927 计算 Sin=CoswCos1 =Cos7441Cos36 =0.213705 =122022 计算 tg=tgwCos1 =tg1519Cos54 =0.16098364 =9842 至此夹具底座上的三个角度都以计算得出 =365927、 =122022、 =9842。 3.2.4 高精度的分度机构设计高精度的分度机构设计 工件在一次安装中要求加工一组表面（孔系、槽系、多面体等）时，夹具中能 使工件依次转过一定角度或移动一定距离的装置称为分度装置。 分度装置的基本形式，主要取决于分度盘和分度销的组成结构。圆周分度装置 按分度盘与分度销的位置关系，可分为轴向分度与径向分度。当分度盘与分度销的 轴线位置相互平行时，称为轴向分度装置，相互垂直时称为径向分度装置。此外， 还有一些特殊的分度装置，如钢球分度装置、端齿分度装置、齿轮齿条式分度装置、 杠杆式分度销的分齿盘结构、步伐式的双销联动轴向分度装置等。 由于被加工的涡轮盘榫槽为周向燕尾式榫槽，槽数 22。起始榫槽与涡轮盘中心 偏心11.50.15,榫槽空间角度545及15195;同时保证槽底面上的F点到涡轮盘中 心线距离 64.8 12 . 0 0 。采用切削力较大的拉削的工艺方法加工，同时考虑夹具的总体 空间结构以及加工效率等因素，选择承载能力强，通过液压系统为动力源进行分度 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 20 操作的步伐式轴向双销联动分度结构。该种分度方式机构工艺性好，操作方便且便 于维护，所以应用广泛。双销联动轴向分度方式有如下优点： （1）分度盘制造简单，两个定位销通过齿轮、齿条啮合传动，传动平稳，无噪 声、能够实现分度的自动化。 （2）体积小，转动灵活，操作方便，由液压推杆带动齿条，与齿轮轴进行啮合 传动，驱动两个带有楔形截面的齿条分度销,进行上下往复运动，楔形截面驱动分度 盘进行旋转，分度盘每旋转一次,分半槽角度。这样降低了分度孔间隙误差,机构自 锁性好，分度精度高,安全可靠，并与锁紧机构联动 ,实现了生产加工的自动化。 步伐式分度销自动分度机构简图见下图 10: 图 10 齿轮分度锁紧机构简图 分度盘采用优质碳素钢（45） ，各个分度孔中镶入耐磨的衬套，实现零件的定 位和分度功能，同时加工 22 个沿周均布的空间角度槽进行拉刀的让刀。 影响分度盘的分度精度的因素主要有以下几方面分析: Z1 分度销与其导引孔的配合间隙 Z2 分度销的工作表面与分度盘上孔座的配合间隙 Z3 分度盘的转轴与其支承套间的配合间隙 1 分度销的导引表面与工作表面间的位置误差 分度盘上各孔座间的分布位置误差。 协调好以上几点是保证分度精度的关键所在。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 21 本文中 Z1=0.015 Z2=0.023 Z3=配 0.01 间隙=0.01 1=插销跳动为 0.01 =位置度为0.02=+-0.01（线性尺寸） 由于采用步伐式定位销，可以消除 Z1、1的影响， 分度误差Z2+Z3 0.023+0.01+0.01 0.043（极限情况下）精度的 23 分度盘结构见下图 11、结构尺寸参数图见下图 12： 图 11 分度盘结构图 图 12 分度盘结构尺寸图 齿轮轴采用 40Cr 进行锻造后加工，大小齿轮按相同传动比制造，以实现多重传 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 22 动，通过控制大小齿轮的轮齿的起始位置来控制传动的初始状态(小齿轮的起始齿槽 与大齿轮的起始轮齿相对应)。 大齿轮参数为: 模数 M=1.5 齿数 Z=40 压力角=20 分度圆直径 d分=60 分度圆弧齿厚 S=2.356 - 0.07 0.14- 齿顶圆直径 d顶=63 - 0.010 0.029- 齿根圆直径 d根=56.4 0 0.1- 小齿轮参数为: 模数 M=1.5 齿数 Z=20 压力角=20 分度圆直径 d分=30 分度圆弧齿厚 S=2.356 - 0.07 0.14- 齿顶圆直径 d顶=33 0 0.05- 齿根圆直径 d根=26.8 0 0.1- 齿轮轴具体结构及尺寸参数见下图 13、图 14： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 23 图 13 齿轮轴结构图 图 14 齿轮轴结构尺寸图 两个步伐式齿条分度销采用具有较高耐磨性和塑性的 9SiCr 加工，具体结构及 尺寸参数见下图 15、图 16： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 涡轮盘液压立拉杆夹具的设计 24 图 15 齿条分度销 33 结构尺寸图 图 16 齿条分度销 29 结构尺寸图 齿条采用 40Cr 材料，具有较好的韧性。利用齿条实现了动力源与齿轮轴及齿条 分度销间动力的传递。具体结构尺寸见下图 17：