十字接頭機械加工工藝及粗精車ø22孔夾具設計

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航空制造業(yè)對大國意義重大，航空工業(yè)是技術密集、資金密集、高附加值、高風險的大工業(yè)，按最終用戶可分為軍用航空與民用航空，軍用航空可分為戰(zhàn)斗機、轟炸機、軍用運輸機、機載武器等，民用航空可分為干線飛機、支線飛機、公務機及小型通用飛機等。目前世界上共有50 多個國家擁有不同規(guī)模的航空工業(yè)，但生產干線大飛機及第四代軍機的核心航空技術，仍被美、歐、俄等少數國家壟斷。 航空工業(yè)覆蓋了機械、電子、材料、冶金、儀器儀表、化工等幾乎所有的工業(yè)門類，涉及空氣動力學、人機工程學、系統(tǒng)工程學、項目管理等數百種學科，具有產業(yè)鏈條長、輻射面寬、聯(lián)帶效應強的特點，發(fā)展航空工業(yè)能夠帶動整個國家的工業(yè)水平。 從國防角度看，航空制造更是意義重大，空軍這個在一戰(zhàn)的炮火中誕生的軍種，至今已經走過了近百年的歷史路程。在新的世紀，空軍將會在戰(zhàn)爭中發(fā)揮越來越重要的地位。其地位，將不再是陸軍的附庸，它的作用，將趕上乃至超過陸軍。航空武器的發(fā)展。使空軍在現代戰(zhàn)爭中具有更大的打擊力量，并使用于戰(zhàn)爭的全過程?，F代戰(zhàn)爭的實踐預示，空中戰(zhàn)場將成為現代戰(zhàn)爭的一個主要戰(zhàn)場。如果空軍不具有必要的抗擊和反擊力量，就會導致戰(zhàn)略被動?，F代戰(zhàn)爭通常從空中突襲開始，并貫穿戰(zhàn)爭的始終，通過“外科手術式”空襲達到戰(zhàn)略目的。戰(zhàn)爭是雙方整體作戰(zhàn)系統(tǒng)的較量，平面的優(yōu)勢難以和立體優(yōu)勢相抗衡，需要的是陸、海、空、天、電力量的最佳組合和作戰(zhàn)交通相互匹配所形成的整體威力，而制空權成為其首要因素。 選題研究現狀 1.飛機制造業(yè)的簡史及概況 （1）從國際上來看，國外的飛機制造業(yè)的簡史及概況如下： 本世紀初，法國、德國、英國、意大利、俄羅斯、美國和日本等國是最早建立飛機制造工業(yè)的國家。據統(tǒng)計，第一次世界大戰(zhàn)期間，各參戰(zhàn)國總共生產了各類飛機約20 萬架，歐美開始出現了一批較大規(guī)模的飛機制造企業(yè)。 第一次世界大戰(zhàn)后，人們又認識到飛機在交通運輸方面的作用，先是傳遞郵政快件，進而用于快速運送旅客。這個時期航空科學技術的發(fā)展步伐也加快了。全金屬結構、懸臂式機翼、大功率活塞發(fā)動機、變距螺旋槳、可收放起落架、密閉式座艙、自動駕駛設備等一系列技術創(chuàng)新，使得飛機的升阻比和速度在 20～30 年代提高了2～4 倍。各國民用飛機的產量越來越大。飛機制造業(yè)開始脫離了原來依附于其他產業(yè)的地位，成為具有自己獨立體系的高技術產業(yè)部門 第二次世界大戰(zhàn)使飛機制造業(yè)出現了空前大發(fā)展，這是因為參戰(zhàn)飛機種類增多、性能提高，空軍成為對戰(zhàn)爭全局有重要影響的軍種。1939 －1945 年，美國、英國、法國、蘇聯(lián)、德國、意大利、日本等參戰(zhàn)國的飛機裝備數量逐年增多。這些參戰(zhàn)國的飛機制造業(yè)在戰(zhàn)時迅速膨脹，一些生產民用車輛、機械設備、儀器儀表的民用產品制造企業(yè)都加入了飛機的生產行列，一些國家的飛機制造業(yè)在戰(zhàn)時成了國內的最大工業(yè)。 第二次世界大戰(zhàn)后，盡管軍事訂貨減少，但由于冷戰(zhàn)的開始，美國和前蘇聯(lián)作為競爭對手，展開了長達40 年之久的全球性軍備競賽，飛機制造業(yè)在產量上雖遠不及戰(zhàn)時，但在飛機質量上則不斷地提高，飛機制造技術高速發(fā)展。特別是第二次世界大戰(zhàn)后期出現了噴氣技術，它帶來了飛機制造業(yè)的新的飛躍，以最能體現先進航空科學技術的噴氣戰(zhàn)斗機研制為主要內容的飛機制造技術的競爭，在美國和前蘇聯(lián)這兩個超級大國之間展開了。由于飛機機體設計、噴氣推進技術、航空電子技術、先進制造技術、高強度合金和復合材料技術、航空仿真技術等一系列技術上的突破，使得飛機制造業(yè)在高、精、尖發(fā)展方面邁開了大步。而且這些先進技術也轉移到民用飛機上，使得飛機性能更好、更安全可靠，因此民用航空也得到了迅速的發(fā)展，特別是航空運輸業(yè)迅速崛起和不斷壯大，使得民用飛機生產成為航空工業(yè)的重要組成部分。同時，飛機的種類不斷增多，特別是各類民用飛機和直升機的產量逐步增加，使飛機制造業(yè)從主要面向軍用，轉向軍民共用。 進入90 年代以來，由于前蘇聯(lián)的解體和冷戰(zhàn)的結束，全世界軍用飛機的訂貨量陡然下降，但各國并未放松對航空科技的發(fā)展．在海灣戰(zhàn)爭結束僅三周后，美國政府公布的《國家關鍵技術報告》中，以顯著地位把航空列為美國六大關鍵技術領域之一，進入了國家22 項關鍵技術項目的行列，美國現在的方針是要保持其空中力量能用高技術同時打勝兩場局部戰(zhàn)爭。為此，美國對軍用飛機的發(fā)展提出了多研制新技術飛機，同時縮小生產規(guī)模的方針。 （2）在國內，飛機制造業(yè)的簡史及概況如下： 中國的航空航天工業(yè)起步于2 0世紀5 0 年代，于 1951 年在原來極其薄弱的基礎上建立和發(fā)展起來的。50年代初，航空工業(yè)迅速建設起一批骨干工廠，實現了從修理到制造的過渡，一舉跨入制造噴氣飛機的世界行列，并嘗試自行設計飛機。60 年代起，堅持獨立自主的發(fā)展道路，飛機品種和數量不斷增長，原材料和配套產品也基本立足國內，并成立了航空研究院以及一批專業(yè)設計所和研究所，航空工業(yè)的布局從沿海轉向內地。1978年以后，在國家改革開放方針的指引下，我國航空工業(yè)進入一個新的發(fā)展時期，航空科學研究取得重大進展，產品更新?lián)Q代速度加快，軍轉民、內轉外的戰(zhàn)略轉變初見成效。經過6 0 年的發(fā)展，我國的航空工業(yè)累計生產幾十種飛機和直升機超過2 萬架，發(fā)動機近6 萬臺，導彈2萬多枚，出口和援贈飛機2 4 00 多架?！笆晃濉逼陂g，中國民用航空工業(yè)產品產值達到4 6 7 億元，是“十五”期間的3 . 7倍。 目前，國內航空航天工業(yè)主要由中國航空工業(yè)集團、中國航天科技集團和中國航天科工集團三家集團公司構成，三家企業(yè)大約占據了中國航空航天工業(yè)9 5 % 以上的份額。從總體上看，我國的航空航天工業(yè)呈現快速增長的趨勢，無論是營業(yè)收入還是獲利能力方面均呈現不斷改善的趨勢。2010年，三家企業(yè)總計獲得了3846億人民幣的營業(yè)收入。根據2010年營業(yè)收入，我國航空航天三強企業(yè)可排列在世界航空航天企業(yè)第12至21位，但在運營效率上仍稍有遜色，如與世界航空航天前1 5 強企業(yè)相比則差距更大。 2.先進的飛機制造須運用先進的數控加工技術 隨著計算機技術的不斷發(fā)展，許多國家把該技術運用到了各個領域，尤其是西方一些發(fā)達國家，早在50年前就將數控技術應用到了飛機制造業(yè)中，基本實現了飛機加工數控化，廣泛采用CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)和DNC技術，達到數控加工高效率，建立了柔性生產線并發(fā)展了高速切削加工技術。 （1）實現高效數控加工 西方發(fā)達國家在航空制造業(yè)中數控機床占的比例高達50%~80%左右，波音、麥道、空中客車等飛機制造公司都配置了大量的大型、多坐標數控銑和加工中心及與之相關的配套設備等，基本實現了數控加工的高效率化。 （2）廣泛應用CNC技術 進入2l世紀，CNC技術已普遍應用在各個領域。如波音、空中客車、麥道等公司都在生產制造線建立了CNC系統(tǒng)，連接分布在若干不同車間中的上百臺數控設備，包括加工中心、大型銑床、數控測量機。美國大約有2萬多家小型飛機零部件轉包制造商，85%都使用了CNC系統(tǒng)。采用CNC技術具有明顯的經濟和技術效益，可提高20%一25%的生產效率。 （3）廣泛應用先進的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng) 廣泛應用CAD，CAPP/CAPP/CAM自動化設計制造應用軟件以及DFX等并行工程，并有足夠的工藝知識數據庫、切削參數數據庫、各種規(guī)范化的技術資料作為使能工具。因而設計與工藝手段先進，工藝精良，NC加工程序優(yōu)質，縮短了工藝準備周期，提高了設備利用率和生產效率，大大縮短了零件生產周期。 3.本課題的發(fā)展趨勢及存在的主要問題 隨著微電子、計算機技術的飛速發(fā)展，數控機床的一些關鍵技術得以突破，同時由于飛機結構件中新材料、新結構的大量應用，高速、高精、智能、環(huán)保等成為航空數控加工機床未來的主要發(fā)展方向。 （1）高速加工機床依然是數控加工機床發(fā)展的主要方向 整體結構設計是減輕飛機重量、提高性能的主要途徑，在現代飛機設計中整體結構件數量越來越多，結構越來越復雜，尺寸越來越大。 飛機整體結構零件的一個顯著特點就是材料利用率非常低，只有2%~10%，因此提高加工效率是飛機零件加工必需解決的問題。由于計算機技術和刀具技術的快速發(fā)展，以高轉速、高進給為特點的高速加工機床在航空加工領域得以應用，這不但成倍地提高了生產效率、改善了零件的加工精度和表面質量，而且有效地解決了常規(guī)加工中難以解決的問題（如超薄零件的加工問題，鈦合金、纖維增強塑料等特殊材料的高效加工問題），是提高生產效率和薄壁結構零件加工的有效解決方案。因此，高速加 工數控機床依然是實現飛機整體零件高效加工的主要裝。 （2）高精度數控機床應用日漸廣泛 作為主要承力部件的飛機結構件，不但要滿足與其他零件的裝配協(xié)調關系，還要滿足自身的結構尺寸精度、零件重量等方面的要求。為了提高飛機整體性能，飛機結構零件正向尺寸更大、精度更高、數量更多的方向發(fā)展，精確制造將是未來飛機制造業(yè)中的一個熱點。航空制造領域對高精度數控機床的需求非常旺盛，大型飛機結構件的精密加工將是對數控機床行業(yè)的一個挑戰(zhàn)，提高數控機床基礎大件結構特性和熱穩(wěn)定性，控制環(huán)境溫度、加工狀態(tài)等不確定因素以提高機床加工精度將是機床制造業(yè)與航空制造業(yè)共同關注的焦點。 （3）智能化是實現高精、高效加工的主要途徑 實現高精密加工需要數控設備對加工狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并根據監(jiān)控情況自動進行調整或補償，從而實現零件精密加工。如加工過程刀具狀態(tài)監(jiān)控、零件在線檢測、故障自診斷和智能維護等就是對加工系統(tǒng)各要素進行實時狀態(tài)監(jiān)控的智能技術。 （4）目前，環(huán)保已經成為工業(yè)發(fā)展的一個重要目標。環(huán)保型機床是指無污染、節(jié)能低耗的機床，符合ISO1400 環(huán)保標準。在機床設計中可采用脂潤滑代替油潤滑，以減少泄漏污染，將液壓油與冷卻液徹底分離，采用油液回收裝置、整體防護罩及空氣過濾凈化裝置等，把加工中產生的污染在加工區(qū)域進行處理以免產生擴散；另外，干切削加工技術是綠色制造的一個主要方向，干切削相對于傳統(tǒng)的濕切削而言，可以節(jié)約大量的冷卻液支出，更重要的是可以保護工人的健康和環(huán)境，其社會效益更為巨大。因此，在未來的機床中，環(huán)保因素將會越來越強烈地得到體現。 研究內容 1.研究思路和框架 根據“計算機在飛機進氣道底座中的仿真運用”課題的特點，結合課題所給零件圖的數據、技術參數、工作要求，通過市場調研與分析綜合考慮設計方案，并通過多種方案的分析比較和優(yōu)化設計，選擇一種最佳的設計方案來完成本課題的研究。利用軟件模擬仿真加工與自動編程對優(yōu)化方案的選擇提供了很好的科學依據。課題的研究方案符合課題的基本目的，滿足課題的基本要求，最后，利用幻燈片的形式答辯更加鍛煉了學生的實踐能力。 基本框架是： 1)分析工件圖并繪出工件的二維圖及三維圖； 2)加工方法的選擇； 3)工序的劃分； 4)定位與夾緊方式的選擇； 5)加工順序的安排； 6)確定走刀路線和工步順序； 7)切削用量的選擇； 8)對刀點和下刀點的確定； 9)數控加工刀具的選擇； 10)工件在數控機床上的裝夾與夾具的選擇； 11）利用仿真軟件對工件進行加工，跟據所編程序選擇合理的刀具等參數進行數控模擬加工； 12)編寫設計說明書； 2.研究方式和方法 在對本課題的研究中，要保證所采用的研究方法切實可行，并從中得到較為優(yōu)秀的研究方案。 1)閱讀大量相關的文獻資料、教材及新聞背景資料，； 2)用調研的方法來進一步的了解企業(yè)的現狀以及需求； 3)合理分析零件特性，確保所選毛胚時零件的強度、剛度達標； 4）根據零件的設計要求進行數控編程，對所要設計的零件進行仿真、模擬； 5）對零件進行數控加工工藝性分析，據加工零件的設計圖紙及相關技術文件，對零件的材料、毛坯種類、形狀、尺寸、精度、表面質量以及熱處理要求等進行綜合分析； 6)確定數據來源地真實性與可靠性，詳細分析零件加工時的合理性，再進行系統(tǒng)設計； 7)對原有設備進行適當的調試與測試，排除數控機床在加工零件時可能出現的故障以及提高加工質量； 8)等得到企業(yè)有效地反饋信息后，用統(tǒng)計分析法和綜合法進行再分析，再設計。 論文提綱 一、 緒 論 （一）數控機床的產生和發(fā)展 （二）數控加工的特點 （三）先進的飛機制造須運用先進的數控加工技術 （四）數控加工技術在飛機上的運用 （五）本課題的主要內容及任務 二、 零件圖樣及工藝的分析 （一）零件的結構特點分析 （二）零件的技術要求分析 （三）零件的結構工藝性分析 三、 毛坯的選擇 （一）毛坯的制造形式 （二）毛坯尺寸的確定 四、 數控加工工藝路線的確定 （一）加工中走刀路線的確定 （二）定位基準的選擇 （三）加工順序的安排 （四）加工工序及工步的劃分 五、 進氣道底座的建模設計 （一）零件數據采集 （二）建模過程 六、 刀具與切削用量的選取 （一）刀具的選擇 （二）刀具工藝參數設置 （三）切削用量的合理選擇 七、 進氣道底座的仿真加工及程序的編制 （一）編程方法的選擇 （二）機床坐標系的確定 （三）數控加工仿真及程序的編制 參考文獻 致 謝 主要參考文獻： [1].陳立德 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