直升机用薄壁曲面易变性零件夹具设计

1摘 要薄壁零件刚性差，在加工过程中因受到切削力、夹紧力以及切削热和残余应力极易产生变形，所以控制加工变形是保证薄壁零件数控加工质量的关键。在众多的加工变形控制措施中，如进给量局部调整、刀具路径修正、改进装夹方案和改进毛坯的结构工艺性等，装夹方案是其中的重要一项。针对飞机薄壁底板加工变形的问题，设计了用于加工该种零件的真空夹具，采用真空夹具对该种零件进行装夹，以达到简单、准确、高效、高质量的效果。 在真空夹具的设计过程中，对其夹具体、密封部分、控制回路进行了设计。在这三方面的设计中，着重对夹具体进行了设计。夹紧力和密封的可靠性是真空夹具设计必须考虑的两大主要因素，而密封区域的面积与夹紧力的大小是密切相关的，故在设计的过程中，该真空夹具的密封结构和密封区域面积的设计是其重点内容。说明书从真空夹具的原理入手，详细的阐述了该真空夹具的设计过程。此种真空夹具的设计，能够很好的解决飞机薄壁底板在加工过程中变形的问题，极大程度上满足了航空制造业的需要。关键词：真空吸附；夹具；薄壁件 2AbstractThin-wall workpieces, rigid difference in the machining process by cutting force, clamping force and cutting heat and residual stress deformation extremely easily, so control machining deformation is the key to guarantee the quality of the machining thin-walled parts. In many of the machining deformation control measures, such as feeding local adjust, tool path, and improvement of the fixed clamping schemes and improving the structure of the blank clamping schemes and so on, fixed clamping schemes is one of the important one. According to machining deformation of aircraft floor thin-walled designed, used for processing the parts of the vacuum clamp, adopted vacuum clamp parts of the clamping, in order to achieve simple, accurate, efficient, high quality effect. In the process of vacuum clamp, it designed the clip concrete, seal parts, control circuit. In three aspects of the designing, it focuses on the design of deformation of the workpiece. Clamping force and reliability of the sealment must be considered in designing, however, the sealing area is closely related with the clamping force, so the sealing structure and sealing area can be focused on designing process. The leaflet is origin from principle of vacuum clamp, the designing process of vacuum clamp can be stated in detail.This vacuum clamp design can very good solve the plane thin-wall floor in the machining process of the deformation, and great meet to the aviation manufacturing needs.Keywords: vacuum adsorption；the deformation of the workpiece ；thin-wall part3目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 真空夹具概述 .11.2 真空夹具的组成 .21.2.1 夹具体 .21.2.2 密封部分 .21.2.3 定位装置 .21.2.4 控制回路 .3第 2 章 总体设计方案的确定 .52.1 夹具体方案的确定 .52.1.1 夹具体材料的确定 .52.1.2 夹具体尺寸的确定 .62.2 夹紧动力源真空发生器 .62.3 夹紧控制回路方案的确定 .7第 3 章 真空夹具设计 .93.1 产品零件工艺分析 .93.2 真空夹具定位、夹紧设计及真空泵的选择 .93.2.1 定位设计 .93.2.2 夹紧设计 .103.2.3 真空泵的选择 .143.3 夹具体结构设计 .15第 4 章 零件数控加工工艺分析 .174.1 概述 .174.2 零件图结构分析 .174.3 机床的选择 .174.4 装夹方式的确定 .174.5 工艺路线的确定 .1844.6 刀具及切削用量的确定 .184.6.1 刀具的确定 .184.6.2 切削用量的确定 .19第 5 章 主要零部件的校核 .215.1 吊环螺钉的强度校核 .215.1.1 选择吊环螺钉的原则 .215.1.2 受力分析及强度计算 .215.2 吸附力校核 .23结 论 .24致谢 .25参考文献 .26附录 1 吊耳螺钉数模 .27附录 2 圆柱销数模 .28附录 3 菱形销数模 .29附录 4 螺纹接头数模 .30附录 5 销套数模 .31附录 6 夹具体数模 .32附录 7 螺纹套数模 .33附录 8 压板数模 .34附录 9 待加工件数模 .355第1章 绪论1.1 真空夹具概述薄壁零件刚性差，在加工过程中因受到切削力、夹紧力以及切削热和残余应力极易产生变形，所以控制变形是保证薄壁零件数控加工质量的关键。在众多的加工变形控制措施中，如进给量局部调整、刀具路线修正、改进装夹方案和改进毛坯的结构工艺性等，是提高加工精度最有效的方法。近年来，人们开始尝试在传统的机械加工领域引入真空夹具，真空夹具通过真空泵将工件与夹具接触面之间的空气抽出，形成真空，在大气压的作用下将工件夹紧在夹具体上，真空夹具的实质就是：使薄板零件与夹具体之间形成相对的真空，产生负压，并在周围用密封圈密封，利用大气压的压力，使工件产生一个向着接触面的力，利用这个力和工件与夹具体接触面间的静摩擦力将工件牢固的吸附在夹具体上，从而进行铣削的加工。夹紧力的大小由夹具系统的真空度和吸附面积决定 1。真空夹具以大气作为传递压力的介质，即利用真空吸力来夹紧工件的一种机械传动装置，其特点是吸力能均匀地作用在整个吸附面积上，适用于加工刚性差，大而薄，同时需要均匀夹紧的工件。它是机械加工制造业中一项特殊的工艺装置。近些年来,随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加工设备的广泛应用，使传统的机械加工制造方法发生了重大变革。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。为缩短工件加工中的辅助时间，减轻工人的劳动强度，工件的装夹、拆卸也需要机械化、自动化。工件的夹紧由原来的单一功能的压紧件、紧固件发展为可以调整的模块，以便实现快速组装和快速夹紧。对于批量大的一些零件的加工，气动夹具可实现工件自动化快速夹紧。在我国的飞机制造业中，由于经常需要加工大尺寸的飞机外壳，而且多为形状复杂的薄壁件，采用传统的压板装夹方式会将此类零件挤压变形，无法满足加工条件。而真空夹具的出现有效的解决了这一难题。在国内外的飞机制造业中真空夹具也得到了广泛的应用，并占有非常重要的位置。真空夹具还适用于有较大定位平面或具有较大可密封面积的工件。常用于6板类、箱体、壳体、缸体等零件的加工。 1.2 真空夹具的组成1.2.1 夹具体夹具体是工件定位夹紧的重要件。为了使零件均匀的吸附在夹具体上，夹具体必须开有均匀分布的密封槽和导气槽，经常拆卸的部位要设计螺纹套。在通常情况下，夹具体的设计应满足以下要求：1. 较高的精度和尺寸的稳定性。由于在加工过程中，要保证工件与夹具体上表面充分的接触，否则会产生误差累积效应，夹具体表面的误差会最终体现在工件上，故夹具体应具有较高的精度；2. 较高的刚度和强度。为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚；3. 良好的结构工艺性。应做到装夹工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，尽可能的减轻重量，缩小体积，力求简单 2。1.2.2 密封部分真空吸附夹具的密封方法采用的是成型填料密封。成型填料密封泛指用橡胶、塑料、皮革及金属材料经过切削加工成型的环状密封圈。其中应用最广的是橡胶密封圈。又称密封件。成型填料是靠填料本身在机械压紧力或介质压力的自紧作用下产生弹塑性变形而堵塞流体泄漏通道的。其结构简单紧凑，密封性能良好。品种规格多，工作参数范围广，是往复运动动密封及静密封的主要结构形式之一 3。1. 密封条密封：在夹具定位面上距离工件外边缘一定距离内开有安放密封条的槽，沿槽一周安装封闭的密封条，抽气时工件压缩密封条后，再贴靠夹具定位面。这种密封广泛的应用。2. 自由密封：工件与夹具之间无密封材料，靠彼此紧密贴合的一种密封方式。这种密封要求工件定位基准面与夹具定位面均具有较小数值的表面粗糙度，较高的贴合率。这种密封的可靠性差，仅可用于切削力小或不重要的工件。3. 涂覆密封：工件在夹具上定位后，在工件周边与夹具接缝处涂密封胶泥或用胶带覆盖接缝，隔断大气的一种密封方式。这种密封使夹具构造简单，7可通用化但操作繁琐，辅助时间长，仅可用于批量不大的轻型工件。1.2.3 定位装置工件在夹具中要先获得正确的定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件的定位基准与夹具的定位元件接触形成定位副。所谓的定位，工件在加工前相对于刀具和机床占有正确的位置。采用两个短销定位二次装夹。1.2.4 控制回路真空夹具的控制回路“U”回路和“P-U”回路。1. “U”回路“U”回路的组成见图1-1所示。真空泵通过橡胶管与阀门2相连，当阀门2导通，阀门3截止时，夹具体获得真空，工件被夹紧在夹具体上。当阀门2截止，阀门3导通时，空气被引入夹具体，工件真空被破坏，工件被放开。这种回路的特点是响应迅速，对其它用气单元无影响，但工作时耗气量很大 4。2. “P-U”回路“P-U”回路的组成见图1-2。当阀门2导通，阀门3截止时，夹具体获得真空，工件在夹具体上被夹紧。当阀门2截止，阀门3导通时，大气进入夹具体，工件被放开。该回路的特点是压缩空气被充分的利用，但在阀门2通断时，会产生气源压力波动。81-真空发生器；2-真空供给阀；3-真空破坏阀；4-夹具体；5-真空压力表图1-1 “U”回路组成图1.真空发生器；2.真空供给阀；3.真空破坏阀；4.夹具体；5.真空压力表图1-2 “P-U”回路组成图9第 2 章 总体设计方案的确定2.1 夹具体方案的确定2.1.1 夹具体材料的确定真空夹具定位面大，单个夹具体通常700-1500mm长，300-600mm宽，属于大型夹具体。1. 夹具体材料为A3钢夹具体为焊接结构，上面为厚10-30mm的整块钢板，中间为焊接框架，用钢管和槽钢焊成，下面用几块小钢板焊接做底面，用来与机床连接。夹具体焊后必须退火，经过充分变形和消除应力后，在进行精加工上下表面。夹具体材料为A3钢。定位表面粗糙度为Ra小于1.6m，平面度0.1mm，由几个夹具体组成一套夹具时，夹具体必须等高，公差为0.1mm。2. 夹具体材料为铸铝夹具体为铸铝制造，铸后时效。型面按数模用数控机床加工或按样板粗加工再按标准样板修合成型。定位表面粗糙度为Ra小于1.6 。铸件必须保持气密性,不允许有砂眼、气孔、裂纹等缺陷。 3. 夹具体材料为7010夹具体采用板式整体结构，材料选用预拉伸状态进口硬铝料7010，变形小，其平面度与平行度易于保证,在夹具体上直接钻出抽气孔，抽气槽均匀分布在以密封条为界限的有效面积内，并安装了起重螺钉。夹具体是工件定位夹紧的承托件，在整个的真空夹具系统中起着重要的作用，选择合理的材料及结构尺寸对于夹具体来说有着重要的意义。制造夹具体的材料大致的可以分为两种：铝合金和钢。从结构工艺性方面来考虑，相同体积的铝合金和钢，铝合金的重量远远的小于钢的重量，故夹具体在搬运的过程中，材料为铝合金的则显得更加的方便、可行。从加工性能来说，铝合金切削加工性能良好，质地较软，易于加工。在通常情况下，加工同样规格的铝合金和钢，刀具在正常磨损的情况下，加工钢的刀具的寿命要远低于加工铝合金所用的刀具，刀具的损耗较大。从强度和刚度来说，高强度的可10热处理的铝合金能够满足切削加工的要求。从以上的分析可知，铝合金更加的适合作为夹具体的材料。在比较常见的铝合金中，强度和刚度最好的就是7010-T651,7010 材料中一般都加入少量的铜、铬等合金，7010 的优点为：(1) 高强度可热处理合金；(2) 良好的机械性能；(3) 易于加工，耐磨性好；(4) 抗腐蚀性、抗氧化性好，可长时间的露天放置，主要的应用于航空航天、机械设备、工装夹具等方面 5。综上所述，选择 7010-T651 作为夹具体的材料。2.1.2 夹具体尺寸的确定夹具体的上表面是夹具体与零件的接触面，由于零件为薄壁件，在加工过程中存在着切削力、切削热等加工因素的作用，极易产生变形，为最大限度的降低零件的变形，特将夹具体上表面的形状与待加工件的底面形状吻合，使之在加工的过程中，在夹紧力的作用下，保证零件的底面与夹具体的上表面充分的接触，于此同时，夹具体上表面的粗糙度值和加工精度值较小，从而大大的提高了零件的加工精度。结构尺寸方面：夹具体的整体尺寸应大于待加工件的尺寸，考虑到夹具体上应安装必要的辅助工装，最终夹具体的尺寸定为1030710100(mm)。2.2 夹紧动力源真空发生器真空泵是真空系统最基本的元件，它作为真空系统的动力源，直接提供系统所需的真空度。选用真空泵时，需要注意以下几点：(1) 真空泵在其工作压强下，应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体；(2) 正确的组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气，因而，有时选用一种泵不能满足抽气要求，需要几种泵组合起来，互相补充才能满足抽气要求。另外，有的真空泵不能在大气压下工作，需要预真空；有的真空泵出口压强低于大气压，需要前级泵，故都需要把泵组合起来使用；(3) 真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时，应该选择各种无油泵，如水环泵、旋片泵等。如果要求不严格，可以选择有油泵，加上一些防油污染的措施；(4) 了解被抽气体的成分。气体中含不含有可凝蒸汽，有无颗粒灰尘，有无腐蚀性等。如果气体中含有蒸汽、颗粒、及腐蚀性气体，应该考虑在泵的11进气管路上安装辅助设备，如冷凝器、除尘器等；水环真空泵是一种粗真空泵，由于真空技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视，由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽处易燃、易爆的气体，因此，水环泵的应用日益增多。叶轮与泵体呈偏心配置，启动时向泵体内注入适量的工作液。当叶轮顺时针方向旋转时，沿泵体内壁形成旋转的液环，液环内表面与叶轮轮毂表面形成月牙形的工作腔，并被叶轮叶片分割成大小不等的十几个空腔。随着转子的旋转，此气腔在泵的吸气区体积逐渐增大，其内部压力下降，从而将气体吸入泵内；相反，气体在排气区体积逐渐减小，其内部压力上升，从而将气体排出泵外，从而完成吸气、压缩、排气三个工作阶段。水环式真空泵主要有以下几方面的优点：(1) 结构简单，制造精度要求不高，容易加工；(2) 结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无需减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积小；(3) 压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。2.3 夹紧控制回路方案的确定“P-U”回路会产生气源压力波动，因此采用“U”回路，根据生产加工特点，采用单泵保压真空系统 6，真空系统原理图如图 2-1所示。121 真空泵；2 过滤器：3 单向阎；4 压力表： 5 真空开关：6 真空罐；7 两位两通电磁阀(常开)；8 过滤器；9 工件：10 真空夹具；11 两位两通电磁阀(常闭)：12 空气调理组合：l3 球阀：14 正压气源图2-1 真空系统原理图该真空系统由真空泵，过滤器，真空罐，配气阀，真空表， 电磁阀、空气调理组合、真空夹具及管路等组成。电气控制系统控制真空泵的启动停止，并在真空系统发生故障时发出声光报警信号，同时使机床锁固。整个系统噪声不大于60分贝，工件真空吸附可靠，适合于长期工作。下面介绍真空系统的气动执行控制元件。(1) 真空罐真空罐容积的大小，影响抽气时间和真空度的稳定性，容积过大则延长抽气时间，容积太小则保压时间短，应选用容积适中的真空罐。 VV）（罐 20-15式中工件与真空夹具体间真空腔体的体积：1332cm14605.c90VLEV2.93罐取真空罐容积30L。(2) 配气阀采用二位二通电控真空型电磁阀。其功能是控制压缩空气流向夹具体真空腔体内而强制解除真空，加速被吸工件与夹具体的分离。(3) 电气控制系统的主要功能1. 设置连续运行间歇运行控制模式；2. 当真空度达到控制上限值-97kpa 时，控制真空泵停止运行；3. 真空夹具在工作过程中有泄漏现象，使其真空度下降，当低于控制下限值-80kpa时，控制真空泵启动运转。保证真空系统的真空度始终保持在-80kpa -97kpa之间；4. 当真空系统出现故障，真空度下降到极限值-80kpa时，输出声光报警，并输出继电器信号使机床锁固；5. 设置真空度数值及当前真空系统运行状态显示。第 3 章 真空夹具设计3.1 产品零件工艺分析YF535G202为哈飞Y12F 机舱底部的一个接头铰链零件，材料为7075，基准面为曲面已铣削到位。该零件特点为筋条复杂，腹板壁薄(仅为5mm到4mm)，且腹板有凹槽，定位面为曲面，要求铣削筋条及内形。加工面积大，并且形状复杂，因而采用数控方法进行加工，使其一次定位装夹即可完成所有表面的加工。3.2 真空夹具定位、夹紧设计及真空泵的选择14针对零件本身特点及工序状态，基准面已加工完成，并且在弧平面已制成两个定位孔 12H8，因此选用夹具设计为一面两孔的典型定位方法。因为如果采用常用一般夹具。夹紧力不均匀，数控加工时开畅性差。而且腹板壁薄，夹紧时易变形，而采用真空夹紧使夹紧力均匀，刀具切削时零件不易变形，且开畅性好。加工方便，所以采用以真空夹紧为主，压板夹紧为辅的压紧方法。3.2.1 定位设计工件在夹具中要先获得正确的定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件的定位基准与夹具的定元件接触形成定位副。所谓定位，工件在加工前相对于刀具和机床占有正确的位置。要使工件在夹具中完全定位，可用合理分布的六个支撑点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有正确的位置。六点定位原理应注意以下几个主要问题。(1) 定位支撑点是定位元件抽象而来的。在夹具的实际结构中，定位支撑点是通过夹具体的定位元件体现的，即支撑点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。在夹具应用时，还可用窄长的平面代替直线，用较小的平面来代替点。(2) 定位支撑点与工件的定位基准面始终保持接触，才能起到约束自由度的作用。(3) 分析定位支撑点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被约束，是指工件在某个坐标方向上有了确定的位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支撑点的外力时不能移动。使工件在外力作用下不能移动，要靠夹紧来完成。工件的定位分类主要有以下几种：(1) 完全定位：工件在定位时，需要六个自由度全部被限制。(2) 不完全定位：只要满足加工精度的要求，六个自由度不一定需要全部的消除，只需限制应限制的自由度就可。(3) 欠定位:定位支撑点的实际数目少于应限制的自由度的数目。在实际的加工中，欠定位时绝对的不允许的。(4) 过定位：工件的六个自由度中，有一个或一个以上的自由度被重复限15制。对于过定位，要具体情况具体分析，在某些情况下，过定位是允许的。常用的定位元件有支撑钉、支撑板、定位销、V 形架等。在本次夹具的设计中，采用支撑板和大平面实现对工件的定位。夹具体定位面定为零件的曲面为基准面，使其产品设计基准、定位基准、加工基准三者重合，以减少误差。选用零件上12H8 两孔定位，因为这两孔距离远(315.11mm) 可减少产品零件的角度误差。同时由于公差仅0.1mm。为保证零件能够装在夹具上并不出现过定位，选用12H8 圆柱定位销及 12H8菱形定位销定位零件，同时按标准取两定位销与夹具体配合为H7/p6。因为如采用插销形式定位零件，则会存在插销与零件孔配合间隙和插销与衬套配合间隙，间隙大导致定位误差加大，所以采用定位销定位。两定位销间距公差取产品公差的三分之一，为0.03mm。采用上述的定位方式主要有以下几个方面的优点。(1) 定位元件有良好的工艺性。定位块结构简单、合理，便于制造和更换。(2) 定位准确。两个定位板是紧靠在两个互相垂直的面上，在通过压板进行固定。工件在装夹时，只需紧紧的靠在定位块上即可，从而保证了定位的准确性。(3) 高效。工件在数控机床上加工时，通常是正反面进行加工，即程序员在编程时，要编出两个坐标系才能实现对工件的完整加工。此时，就出现了工件需要拉直、找正的问题。通常，毛坯在铣方的过程中，需要铣出两条互相垂直的边，用于工件的拉直。工件在加工之前，都需要进行拉直，否则加工出的零件是斜的或者是造成超出给定毛坯的范围，造成不必要的损失。在批量生产中，如果每装一次工件都要进行拉直的话，就大大的降低了生产效率。采用此种方式定位，则在加工时只需加工首件时拉直一次即可，以长定位块得长边进行拉直。之后的工件装夹上即可进行加工，大大的节省了拉直找正的时间，提高了生产效率，从而获得更大的经济效益。3.2.2 夹紧设计根据零件为薄壁板形件刚性差的特点，因而采用真空夹紧为主，压板夹紧为辅的夹紧方法。1. 密封 常见的密封条主要有一下几种形式16(1) O 型密封圈 它是一种断面为 O 型的密封元件，应用最广。(2) Y 型密封圈 在一般情况下，可不用支撑环而直接装入沟槽内即可起密封作用。但在压力变化较大、滑动速度较高的场合，要使用支撑环以固定密封件。(3) V 型密封圈 它由形状不同的支撑环，密封环和压环组成。这种密封圈接触面大，密封性能好，但摩擦力大。(4) YX 型密封圈 截面尺寸小，结构简单，其截面长度为宽度的两倍以上，因而密封圈在加支撑环的情况下，在沟中也不会发生扭转和翻滚现象。密封圈的内、外唇具有不同的长度，短唇为工作唇，与密封表面接触，与工作表面的滑动摩擦力小，耐磨性好，寿命长；长唇与非运动表面有较大的过盈量，摩擦阻力大，这样使 Yx 型密封圈稳定性好，并能补偿磨损的影响。这种结构无论在高压低压或快速运动中，均具有良好的密封性。因此 YX 型密封圈应用也很广泛。现在工业中最常用的橡胶 O 形圈，其形状简单，制造容易，价格低廉。同时 O 形圈的使用方法简便，出差错的可能性比其它密封圈少，安装拆卸都很方便，更突出的优点在于 O 形圈有良好的密封性能。它是一种压缩性密封件，同时又具备自封能力；能承受很大的压力。而且如果材料选择得当，温度范围可达到-60至+200 。同时，使用不同材料的 O 形圈，大多可以满足各种介质，各种运转条件的要求。不同材料的 O 形圈的耐热性、耐油性和耐化学品性能也各不相同 4。O 形圈密封是指用它填塞在泄漏通道内来组织液流或气流泄漏。与平行密封垫不同，O 形圈的初始接触压力是不均匀的，工作时在内压作用下的 O 形圈会朝作用力方向移动，并改变其断面形状，同时密封面上的接触压力也相应变化，其最大值将大于介质内压，所以泄漏现象不会发生，这就是静密封用O 形圈的密封机理。这种借助介质本身压力来改变 O 型密封圈的接触状态，使之实现密封的过程称为“自封作用” 。为了实现自封作用，在安装 型密封圈时应使其有一定的压缩量。O 型密封圈密封设计应能保证真空系统密封性能的要求。它与 O 型密封圈的泄漏率、密封圈材料、表面接触宽度、接触长度、表面粗糙度、密封力等诸多因素有关。这就要求正确选择密封圈材料和尺寸，正确设计密封槽尺寸，同时根据密封力大小设计卡紧机构。17O 型密封圈密封设计的关键是确定 O 型密封圈压缩到合适的压缩比时所需施加的比压力。而比压力既要满足真空要求，又与 O 型密封圈本身的性能、硬度、压缩比等因素有关，甚至也和 O 型密封圈在压缩后侧面是否有限制等因素有关。目前，我国的计算方法是以实验为依据的，即把各种不同截面直径、不同内径和不同硬度的 O 型密封圈放在两平面法兰间。当 O 型密封圈压缩至所需的压缩比时，得到极限比压力。经实验表明，对于普通橡胶材料，一般以13105Pa 为标准比压。通常对尺寸不大、刚度较低的工件可用直径不小于5mm圆形实心或空心截面的容易变形的密封圈；尺寸较大、刚度也较高的工件最好采用44mm方形或矩形截面的密封衬垫。考虑到实际加工要求及工件性能，经查资料，考虑到 O 形圈属于外购产品，使用寿命长且更换容易，连接方便，密封可靠，并考虑到密封槽的形状，初选用直径 6mm 的 O 形圈作为夹具体与工件之间的密封方式。对于真空控制系统的密封，管道和接头之间的连接用生胶带缠好后,涂上专用的密封胶水粘牢,外面用卡箍夹紧,待胶水干后再在接头的外面涂上一层硅橡胶,保证系统的气密性。而且真空系统运行后由于内部处于真空状况,外部大气压力会使整个系统的气密性更好,这样就可保证系统长期的气密性要求。真空夹具首先要保证其密封性，该夹具体密封采用密封条密封法密封，选用海绵橡胶轴HG64147910密封。密封条首尾对接处切成45 斜面，对接面与槽底垂直安放。二通接头与夹具体螺纹连接也应密封，在此选用密封圈HG456J1 一22密封。材料为橡胶。夹具装配后应做密封实验，检验其密封性。 7 2. 切削力计算在真空夹具设计的过程中，密封区域面积的大小是其中设计的一个重点环节。密封区域面积过小，则会导致工件的夹紧力不足，造成工件在加工的过程中发生移动，进而工件报废；密封区域面积过大，则会出现抽真空的时间过长，造成不必要的经济浪费。另外，在密封区域范围内，不应有不宜抽气又不宜封严的空穴，以免形成“气袋”而恶化真空度。如图 3-1 所示，工件在加工过程中，立铣刀铣削时的受力分析图。在加工的过程中，立铣刀共受到以下几个力的作用。(1) 水平切削分力 FH 又称为切向铣削分力，它消耗了机床电动机的大部18分功率，故也称为主切削力。(2) 垂直切削分力 FV 作用在铣刀半径方向上，又称为径向铣削分力，它使铣刀刀杆有产生弯曲的趋势。图 3-1 立铣刀铣削受力分析图(3) 背向力 FP 总切削力沿着铣刀轴向的力。对于直齿圆柱铣刀来说FP=0。加工零件材料为 7075 铝合金时，其粗铣切削圆周力 F 的计算公式为 10(3-1)1.073.85.07.125.0nzdacfp式中 切削深度， mm；每齿进给量，mm； 切削宽度，mm；刀刃数； 19立铣刀直径，mm；0转速，r/min。 目前，受高速机床技术性能，刀具及工件材料加工性能等诸多因素的限制，典型的铝合金高速加工主轴转速一般在 8000-35000r/min。用于加工零件的机床为意大利菲迪亚公司生产的数控五轴高速加工中心。根据现场的加工经验，取切削参数如下所示。ap=15mm af=0.4mm ac=20mm d0=20mm z=4 n=9600r/min将以上数据代入公式(3-1)计算可得 N853.1F根据经验公式得 624.2.H903V则工件铣削时受到的切削合力 N34.)(2VHZF3.2.3 真空泵的选择当开动真空泵，工件受到向下力为F 吸 。工件压缩密封条，克服变形阻力，直到密封条变形达0.9d时工件与夹具体定位面均匀贴合，工件停止向下移动，工件受到向上的反弹力为 ，在真空面积S区域内，工件受到 Q的夹紧力夹紧，lF切削开始后，工件在水平切削分力F H作用下可能产生位移，工件与夹具由于夹紧力 产生的摩擦力和工件与密封条由于反弹力 产生摩擦力的合力 F制止QlF工件位移。当F 合 F H时，才能满足真空压紧。(3-2)qlKPSFQ -吸(3-3)1lf合HF合 (3-4)20由公式 (3-2) 、(3-3)、(3-4) 得： KSfqlFPH)( a079.M式中 夹紧力， ；QN 密封系数 (082)；K真空度；P 有效面积 ；S）（ 2m9.0密条长度(2.147m)；l 密封条每米反弹力( )；qN/ 10.3-3 零件与夹具的摩擦系数(即铝对铝的摩擦系数0.2)；f 工件与密封条摩擦系数(即铝对海绵橡胶轴摩擦系数0.33)。1因此真空泵的真空度P 0.0799 MPa根据本次真空夹具的设计要求，查阅相关的资料，真空泵的型号定为 XZ-2071。表 3-1 XZ-2071 性能参数产品型号最大气量m3/min极限真空MPa电动机功率kW泵转速rpm噪音dB(A)工作液流量L/minXZ-2071 1.83 0.082 3.85 2860 72 4.23.3 夹具体结构设计夹具体为了便于加工，选用7010铝材。为了保证真空泵抽气，夹具体上开中12抽气孔， 10mm抽气槽。为了保证密封性，密封条选用10规格，深度取直径的90%为 90.04mm。密封压缩量为l mm。夹具体结构如图 3-2所示。21图3-2 夹具体结构图夹具体的设计应满足以下的基本要求。1. 应有适当的精度和尺寸的稳定性。夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面，安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面等，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体应进行是小处理，焊接和锻造的夹具体要进行退火处理。2. 应有足够的强度和刚度，为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足可适当的增设加强筋。近年来，许多的工厂采用框形薄壁结构的夹具体，不仅减轻了重量，而且可以进一步提高其刚度和强度。3. 应有良好的结构工艺性和使用性。夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此，应特别的注意其结构的工艺性，应做到装卸工件方便、夹具体维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量减轻重量、缩小体积、力求简单、便于操作。4. 应便于排屑。机械加工中，切屑不断的积聚在夹具体周围，如不及时的排屑，切屑热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。5. 在机床上的安装应稳定可靠。夹具体在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合来实现的。当夹具体在机床工作台上安装时，夹具体的重心应尽量低，支撑面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠，夹具体底部应尽量的胃中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。22第 4 章 零件数控加工工艺分析4.1 概述在中国制造业中，数控机床高效率、高精度的优势广泛应用，越来越多的成型零件都选择在数控机床上加工。但是，许多数控操作人员却不能对一个复杂的零件进行正确的工艺分析，比如工件装夹不合理、加工工序设计不当、切削用量选择不正确、刀具走刀轨迹不合理等。这些不合理的工艺会造成生产成本升高、数控机床的效率降低、加工出的产品质量下降等后果。因此，对一个产品进行系统的工艺分析很有必要。4.2 零件图结构分析YF535G202为哈飞Y12F机舱底部的一个接头铰链零件，材料为 7075，基准面为曲面已铣削到位。该零件特点为筋条复杂， 腹板壁薄 (仅为5mm到4mm)，且腹板有凹槽，定位面为曲面，要求铣削筋条及内形。加工面积大，并且形状复杂，因而采用数控方法进行加工，一次定位装夹即可完成所有表面的加工。4.3 机床的选择根据被加工零件的结构分析可知，加工该零件需要不同类型、不同尺寸的刀具，且数控机床的行程要足够的大，才能满足加工零件的要求。加工此种零件的数控机床主要有两种：三坐标龙门数控加工中心和 FIDIA 五轴高速数控23加工中心。考虑到该零件结构简