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黑龍江科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
姓名： 李 晶
任務(wù)下達(dá)日期： 2006 年 3 月 13 日
設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始日期： 2006 年 3 月 14 日
設(shè)計(jì)（論文）完成日期： 2006 年 6 月 20 日
一、設(shè)計(jì)（論文）題目： 渦輪盤(pán)液壓立拉夾具
二、專題題目： 組合夾具技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展
三、設(shè)計(jì)的目的和意義： 我國(guó)汽車(chē)及相關(guān)零部件行業(yè)發(fā)展迅速，而連桿又是連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的五大主關(guān)件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力的主要運(yùn)動(dòng)件。因而連桿檢測(cè)成了生產(chǎn)中頻繁而又不可缺少的環(huán)節(jié)。連桿平行度測(cè)量?jī)x是專門(mén)為檢測(cè)汽車(chē)連桿而設(shè)計(jì)的專用測(cè)量工具，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高。它極大地提高了檢測(cè)效率，同時(shí)也提高了檢測(cè)的精度，具有很好的市場(chǎng)前景。
四、設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)連桿平行度測(cè)量?jī)x的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，我設(shè)計(jì)的主要工作是機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
五、設(shè)計(jì)目標(biāo)： 本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將連桿平行度測(cè)量?jī)x的機(jī)械系統(tǒng)的每一個(gè)零件進(jìn)行三維造型，并進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。
六、進(jìn)度計(jì)劃： 2006年3月13日至3月31日進(jìn)行為期3周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)；4月1日至4月10日完成對(duì)設(shè)計(jì)題目的資料收集與查詢；4月11日至5月20日完成各零件及圖紙的繪制；5月11日至6月10日完成運(yùn)動(dòng)仿真和畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)；6月11日至6月20日最后的審稿及說(shuō)明書(shū)和圖紙的打印。
七、參考文獻(xiàn)資料： 趙松主編.機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.1996；王錫良主編.機(jī)械計(jì)量測(cè)試技術(shù).東北工業(yè)出版社.1995；李信主編.微型計(jì)算機(jī)原理與接口.南開(kāi)大學(xué)出版社.2002等參考資料近20本。
指 導(dǎo) 教 師：
院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
摘 要
渦輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上十分重要的零件，它的精度高、機(jī)械加工難度大，處在高速、高溫的環(huán)境下工作，是關(guān)鍵復(fù)雜構(gòu)件，在整個(gè)渦輪機(jī)加工中也是一個(gè)難點(diǎn)。而在渦輪盤(pán)機(jī)械加工中，工作量最大、難度最高的是渦輪盤(pán)榫槽加工。渦輪盤(pán)榫槽夾具可以保證加工精度高，提高加工效率。因此夾具設(shè)計(jì)是榫槽加工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
本文通過(guò)對(duì)渦輪盤(pán)榫槽類(lèi)型結(jié)構(gòu)、加工工藝、夾具設(shè)計(jì)及使用情況的分析，闡述了定位基準(zhǔn)的選擇，壓緊方式的確定，正確的復(fù)雜空間尺寸及角度計(jì)算和高精度的分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程，完成了渦輪盤(pán)榫槽重要夾具工裝的設(shè)計(jì)，提出了針對(duì)整體工藝裝備提高榫槽表面粗糙度的解決方法。
關(guān)鍵詞： 渦輪盤(pán)榫槽 空間角度計(jì)算 步伐式雙銷(xiāo)聯(lián)動(dòng)分度裝置
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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 錄
摘 要……………………………………………………………………………I
Abstract …………………………………………………………………………II
第1章 緒 論……………………………………………………………………1
1.1 機(jī)床夾具及其功用 …………………………………………………1
1.2 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 …………………………………………1
1.3 現(xiàn)代工業(yè)對(duì)夾具設(shè)計(jì)的基本要求 …………………………………2
1.4 項(xiàng)目提出的背景 ……………………………………………………2
1.5 項(xiàng)目研究的方法、預(yù)期結(jié)果及意義 ………………………………3
第2章 渦輪盤(pán)榫槽加工特點(diǎn)與工藝裝備 ……………………………………4
2.1 渦輪盤(pán)榫槽的加工特點(diǎn) ……………………………………………4
2.2 拉削特點(diǎn) ……………………………………………………………4
2.3 拉削分類(lèi) ……………………………………………………………4
2.4 拉削速度 ……………………………………………………………5
2.5 拉削表面粗糙度 ……………………………………………………5
2.6 工藝裝備 ……………………………………………………………6
第3章 渦輪盤(pán)液壓立拉夾具的設(shè)計(jì) …………………………………………7
3.1 設(shè)計(jì)方案的確定 ……………………………………………………7
3.1.1 任務(wù)來(lái)源與狀況 ……………………………………………7
3.1.2 定位機(jī)構(gòu)與定位原則………………………………………10
3.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇……………………………………………11
3.1.4 定位誤差的分析和計(jì)算……………………………………11
3.1.5 壓緊方式的確定……………………………………………14
3.2 立拉夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………15
3.2.1 夾具的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)…………………………………………15
3.2.2 夾具底座設(shè)計(jì)………………………………………………17
3.2.3 正確的復(fù)雜空間尺寸及角度計(jì)算…………………………20
3.2.4 高精度的分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………22
3.2.5 方便快捷的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)…………………………………28
第4章 液壓分度夾具的使用與調(diào)整…………………………………………30
4.1 液壓分度夾具使用…………………………………………………30
4.1.1 加工前的準(zhǔn)備………………………………………………30
4.1.2 控制過(guò)程……………………………………………………30
4.1.3 拉削試件……………………………………………………30
4.2 液壓分度夾具的調(diào)整………………………………………………31
4.2.1 夾具安裝的調(diào)整……………………………………………31
4.2.2 分度及鎖緊機(jī)構(gòu)的調(diào)整……………………………………31
第5章 經(jīng)濟(jì)分析………………………………………………………………32
第6章 專題論文………………………………………………………………33
結(jié)論 ……………………………………………………………………………45
致謝 ……………………………………………………………………………46
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………47
附錄 1 …………………………………………………………………………48
附錄 2 …………………………………………………………………………57
第一章 緒論
1.1機(jī)床夾具及其功用
機(jī)床夾具是在機(jī)床上將工件定位、夾緊，將刀具進(jìn)行導(dǎo)向的一種裝置，簡(jiǎn)稱夾具。其作用是在產(chǎn)品加工過(guò)程中，保持產(chǎn)品零部件和加工工具的相對(duì)位置，從而保證了最終產(chǎn)品技術(shù)要求中的位置精度。由于不同的工藝過(guò)程中使用不同的夾具。各類(lèi)夾具中以機(jī)床夾具發(fā)展最早、最成熟、精度要求最高、在各類(lèi)夾具中比重也最大。輔助工具是將刀具在機(jī)床上進(jìn)行定位、夾緊的裝置，如鉆夾頭，銑刀桿及鏜刀桿等。工藝裝備是指在加工過(guò)程中，使用的刀具、夾具、量具及其他輔助工具的總稱。
夾具的功用：
（1）保證加工質(zhì)量
機(jī)床夾具的首要任務(wù)是保證加工精度，特別是保證被加工工件的加工面與定位面之間以及被加工表面互相之間的位置精度。使用夾具后，這種精度主要靠夾具和機(jī)床來(lái)保證，不再依賴與工人的技術(shù)水平。
（2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本
用夾具裝夾工件，避免了工件逐漸找正和對(duì)刀，縮短了安裝工件的時(shí)間；用夾具容易實(shí)現(xiàn)多件、多工位加工，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率；且還可以邊加工邊安裝工件，使機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間重合，進(jìn)一步縮短輔助時(shí)間，從而降低了生產(chǎn)成本。
（3）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍
在機(jī)床上安裝夾具可以擴(kuò)大起工藝范圍，如在銑床上加一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)或分度裝置，可以加工有等分要求的零件；在車(chē)床上或鉆床上安放鏜模后，可以進(jìn)行箱體孔系鏜削加工，是車(chē)床、鉆床具有鏜床的功能。
（4）減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度可采用氣動(dòng)、液動(dòng)及電動(dòng)的夾緊機(jī)構(gòu)。
1.2現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代工業(yè)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：新產(chǎn)品發(fā)展快，質(zhì)量要求高，品種規(guī)格多，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短。反映在機(jī)械工業(yè)上，多品種、小批量生產(chǎn)在生產(chǎn)類(lèi)型比例中，占了很大比重。
為了適應(yīng)這一要求，必須做好生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，而機(jī)床夾具是這一工作的重要組成部分。
現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在：
（1）標(biāo)準(zhǔn)化
完善的標(biāo)準(zhǔn)化，不僅指現(xiàn)有夾具零部件的標(biāo)準(zhǔn)化，而且對(duì)應(yīng)各種類(lèi)型夾具應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。這樣可以使夾具的設(shè)計(jì)、制造和裝配工作簡(jiǎn)化，有利于縮短生產(chǎn)周期和降低成本。
（2）可調(diào)化、組合化
這樣做可以擴(kuò)大專用夾具的使用范圍，改變以往工藝條件稍有變化就導(dǎo)致專用工裝報(bào)廢的現(xiàn)象，使夾具能重復(fù)利用。實(shí)行組合化的原則設(shè)計(jì)工裝，用少量元件能滿足多種要求。
（3）精密化
隨著機(jī)械產(chǎn)品加工、裝配精度日益提高，高精度機(jī)床大量涌現(xiàn)，勢(shì)必要求機(jī)床夾具的精度也相應(yīng)地越來(lái)越高。
（4）高效自動(dòng)化
為了既改善勞動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)，使所設(shè)計(jì)的工裝更符合人機(jī)工程學(xué)原理，以提高生產(chǎn)效率，又能降低加工成本，對(duì)夾具提出高效自動(dòng)化的要求，以便獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
（5）模塊化
通過(guò)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。
1.3 現(xiàn)代工業(yè)對(duì)夾具設(shè)計(jì)的基本要求
（1）穩(wěn)定地保證工件的加工精度
（2）提高機(jī)械制造行業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率
（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有良好的結(jié)構(gòu)工藝性并且操作簡(jiǎn)便、能改善勞動(dòng)條件
（4）應(yīng)能降低產(chǎn)品的制造成本
1.4 項(xiàng)目提出的背景
渦輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件, 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外函推力完全來(lái)自于風(fēng)扇 所產(chǎn)生的推力，風(fēng)扇的好壞直接的影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。其中的關(guān)鍵件渦輪盤(pán)與相應(yīng)的軸、葉片相連接處在高速、高溫的環(huán)境下工作，是關(guān)鍵復(fù)雜構(gòu)件。其機(jī)械加工特點(diǎn)表現(xiàn)為榫槽加工精度高、空間角度復(fù)雜，材料難加工等。它們的設(shè)計(jì)、工藝和制造水平?jīng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性、壽命、維修周期等性能指標(biāo)。
現(xiàn)在渦輪盤(pán)材質(zhì)多采用GH698，屬鎳基合金，Ni含量大于70%，加工硬化嚴(yán)重，切削加工性非常差。機(jī)械加工難度大，在整個(gè)渦輪機(jī)加工中也是一個(gè)難點(diǎn)。而在整個(gè)渦輪盤(pán)的機(jī)械加工中，工作量最大、難度最高的是輪盤(pán)榫槽加工。因此本文主要是圍繞在拉削渦輪盤(pán)榫槽這一工序過(guò)程中所使用的專用夾具為中心，研究了拉削渦輪盤(pán)榫槽的立式拉床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整和使用。
1.5項(xiàng)目研究的方法、預(yù)期結(jié)果及意義
該夾具主要用于拉削航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)上的榫槽，榫槽本身精度主要由拉刀設(shè)計(jì)、制造精度和拉削方法保證；榫槽的相對(duì)精度，如榫槽至中心控制尺寸、榫槽均布誤差等就主要由該夾具來(lái)保證。因此在確定該夾具的設(shè)計(jì)方案時(shí)，首先對(duì)工序圖進(jìn)行分析，了解本工序需要保證的尺寸精度和位置精度。為了使所設(shè)計(jì)的夾具能夠保證零件所要求的精度，必須對(duì)渦輪盤(pán)進(jìn)行精確地定位和準(zhǔn)確地分度。為了能夠減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，盡量縮短本工序的輔助時(shí)間，動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓裝置。此液壓分度夾具與移動(dòng)安裝座的定位是靠移動(dòng)安裝座上的兩個(gè)定位銷(xiāo)，通過(guò)四個(gè)M20螺栓連接固定。零件安裝到分度夾具上，用螺栓壓緊；將拉刀按順序放入拉刀盒中，拉刀盒通過(guò)刀柄與拉床主軸連接。
通過(guò)采用合理的定位裝置和分度機(jī)構(gòu)，該夾具應(yīng)該能夠保證零件要求的尺寸和位置精度。渦輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)十分重要的零件，然而在整個(gè)渦輪盤(pán)的機(jī)械加工過(guò)程中，精度要求最高，難度最大就是渦輪盤(pán)上的榫槽的加工這一工序，因?yàn)殚静郾仨氁腿~片上的榫頭相配合。它們之間的配合精度要求也是很高的。綜以上分析，本道工序所要加工的渦輪盤(pán)榫槽對(duì)于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和性能都有著十分重要的影響，所以本工序所專用的夾具的設(shè)計(jì)制造有著十分重要的意義。
第二章 渦輪盤(pán)榫槽的加工特點(diǎn)與工藝裝備
2.1渦輪盤(pán)榫槽的加工特點(diǎn)
通常周向榫槽采用精密車(chē)床、專用夾具、專用刀桿、成型刀片進(jìn)行加工，而各種形狀復(fù)雜的周向榫槽常用銑床銑削和拉床拉削來(lái)加工。由于燕尾式榫槽結(jié)構(gòu)不規(guī)則，形狀復(fù)雜，而且表面粗糙度要求在Ra0.8以上,若采用銑削加工，必須通過(guò)粗銑、半精銑、精銑三道工藝，才有可能使榫槽達(dá)到要求的表面粗糙度，并且勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，加工精度難以保證，在批量生產(chǎn)中已經(jīng)很少采用了，故而多采用拉削加工。
2.2拉削特點(diǎn)
拉削是一種高精度、高效率的可最終成型的機(jī)械加工方法，用于加工各種形狀的內(nèi)、外表面，以及具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的螺旋槽等。特別適合加工精度高、表面質(zhì)量要求高的成批和大量生產(chǎn)的零件。現(xiàn)已廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)各級(jí)圓盤(pán)、葉片榫頭、渦輪盤(pán)、壓氣機(jī)盤(pán)、安裝板等零部件的加工，但必須配以專用的刀具、量具、及其它輔具。
拉削加工適合批量生產(chǎn)。生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、復(fù)雜，費(fèi)用很高。加工質(zhì)量特點(diǎn)：精度較高，可以達(dá)到0.015mm,粗糙度較難達(dá)到Ra0.8。尺寸一致性好。
2.3拉削分類(lèi)
拉削按拉削速度分成兩種：低速拉削和高速拉削。榫槽的拉削過(guò)去常在臥式液壓內(nèi)拉床上進(jìn)行，由于效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，已逐步被淘汰。目前在航空零件上多采用高速拉床進(jìn)行拉削。
實(shí)踐證明，在相同條件下，高速拉削的零件表面質(zhì)量?jī)?yōu)于低速拉削的表面質(zhì)量。有的材料如：鈦合金、不銹鋼等用低速拉削無(wú)法保證其表面質(zhì)量，必須采用高速拉削。高速拉削或在高速拉床上低速拉削難加工材料，都有提高榫槽的尺寸精度、位置精度，并減小表面粗糙度值，是較先進(jìn)的拉削方法。
高速拉削所用的拉床，其結(jié)構(gòu)剛性好，滑枕行程長(zhǎng)，選用拉削速度范圍廣，速度快，傳動(dòng)平穩(wěn)，精度高，分度精度高，拉刀制造和刃磨方便，錐角和螺旋角可調(diào)，自動(dòng)化程度高，冷卻潤(rùn)滑效果好。這樣，不僅提高了生產(chǎn)率，而且大大降低了生產(chǎn)成本。
高速拉削的拉刀大都采用超硬型高速鋼，如鉬-鈷和鎢-鈷類(lèi)高速鋼，這種刀具材料具有良好的機(jī)械性能，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性均優(yōu)于其他一些材料，并具有良好的加工性能，能在高溫、高壓及高速下長(zhǎng)期工作。這樣有利于實(shí)現(xiàn)拉削自動(dòng)化。
2.4拉削速度
高速拉削由于在提高加工表面質(zhì)量延長(zhǎng)拉刀壽命等方面比低速拉削具有明顯的優(yōu)越性，因此現(xiàn)代拉削中多采用高速拉削。
不同的零件材料，或即使相同的材料熱處理工藝不同，也會(huì)影響拉削速度。實(shí)際生產(chǎn)中是通過(guò)試?yán)瓉?lái)確定具體零件材料高速拉削的速度。
在較低的速度下拉削，拉削的表面質(zhì)量還比較好，拉削速度不斷提高，到一定速度后，拉削表面質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)鱗刺，繼續(xù)提高速度，拉削表面質(zhì)量開(kāi)始好轉(zhuǎn)，到一定速度下，拉削面質(zhì)量達(dá)到最佳，這時(shí)的速度就是這種材料的高速拉削速度。
2.5 提高榫槽粗糙度方法
在實(shí)際加工中，發(fā)現(xiàn)渦輪盤(pán)榫槽表面粗糙度達(dá)不到所要求的Ra1.6μm。為提高加工質(zhì)量，從整個(gè)工藝系統(tǒng)采取了多方面的積極措施。
（1）拉刀制造中采用整形鏟齒背工藝代替原磨后角的方法，保證刀齒沿整個(gè)切削刃的輪廓上都有同樣的頂部后角值，可以提高榫槽尺寸精度和表面質(zhì)量，減少刀具磨損。
（2）在拉刀設(shè)計(jì)中，粗拉刀按漸切式方法設(shè)計(jì)，精拉刀采用分段成型式方法設(shè)計(jì)，整個(gè)型面圓滑過(guò)度。在精拉成型拉刀上設(shè)計(jì)有2-5個(gè)幾何參數(shù)尺寸完全相同的校正齒，用以消除盤(pán)類(lèi)件彈性變形引起的型面尺寸收縮。
（3）拉削是大切削刃面，多齒強(qiáng)力切削過(guò)程，產(chǎn)生大量切削熱，同時(shí)加工面被進(jìn)、出口處的刀齒包容，切削熱不容易被冷卻液帶走，需要用大流量、大熱容量的冷卻潤(rùn)滑液強(qiáng)制冷卻，以降低溫升。在實(shí)際中建議使用車(chē)間以進(jìn)口的含極壓添加劑（如硫、氯、磷等）的高速拉削冷卻潤(rùn)滑液進(jìn)行冷卻效果非常好，加工渦輪盤(pán)榫槽表面粗糙度基本可以達(dá)到產(chǎn)品要求。
（4）提高整個(gè)工藝裝備的剛性，使拉削質(zhì)量穩(wěn)定，保證榫槽表面精度及表面粗糙度?，F(xiàn)有拉床及其底座和拉刀盒因長(zhǎng)期使用已磨損，配合間隙增大，使加工不確定性增加。使用車(chē)間新購(gòu)置拉床及相關(guān)配套設(shè)備。
2.6工藝裝備
加工渦輪盤(pán)零件榫槽時(shí)，榫槽的自身精度主要由拉刀設(shè)計(jì)、制造精度和拉削方法保證；榫槽的相對(duì)精度，如榫槽至渦輪盤(pán)中心尺寸、榫槽均布誤差、榫槽中心對(duì)稱及榫槽的空間位置等，主要由夾具保證。榫槽的精度以及尺寸檢驗(yàn)需要專用的測(cè)具和儀器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
拉削時(shí)所用拉刀為分段組合形式，它根據(jù)被拉型面要求，由每段拉刀分別擔(dān)負(fù)一定的切削部分和切削量。這些功能不同，長(zhǎng)短不一的分段拉刀組合，并定位壓緊在拉刀盒內(nèi)，成為一個(gè)完整的組合拉刀。目前常用拉刀材料為M42（W2Mo9GrCo8）。
在加工零件前要進(jìn)行拉刀的預(yù)調(diào)，就是先拉削試件，若試加工后的零件尺寸有偏差，操作者在拉床上微調(diào)相關(guān)的拉刀片和工作臺(tái)與拉刀的距離，直至加工出合格的產(chǎn)品，才開(kāi)始正式件的加工。
拉削使用的切削液除起冷卻潤(rùn)滑作用外，還起到一定的排屑作用，鈦合金等難加工材料通常采用油基切削液，并加入添加劑（如硫、氯、磷等）來(lái)提高滲入和油膜抗壓能力，從而提高冷卻潤(rùn)滑效果。
第三章 渦輪盤(pán)液壓立拉夾具的設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)方案的確定
3.1.1 任務(wù)來(lái)源與狀況
現(xiàn)有條件：
1.被加工零件情況
渦輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要零件,它的空間角度復(fù)雜，榫槽采用拉削加工，零件產(chǎn)品模型見(jiàn)圖3—1：
圖3—1 渦輪盤(pán)
此次加工的渦輪盤(pán)榫槽為周向燕尾式榫槽，槽數(shù)22。起始榫槽與渦輪盤(pán)中心偏心11.5±0.15,榫槽空間角度54°±5′及15°19′±5;同時(shí)保證槽底面上的F點(diǎn)到渦輪盤(pán)中心線距離64.8，榫槽配合表面粗糙度Ra0.8。均布要求不大于0.07mm。
渦輪盤(pán)產(chǎn)品機(jī)械加工精度見(jiàn)圖3—2：
圖3—2 渦輪盤(pán)榫槽加工工序簡(jiǎn)圖
渦輪盤(pán)材料為鈦合金（TC11），鈦合金具有強(qiáng)度高、中溫性能好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，拉削時(shí)由于鈦合金彈性模量小，加工后回彈，使零件尺寸會(huì)發(fā)生變化，其變化的大小與拉刀的材料及鋒利程度有關(guān)。
2.拉床
現(xiàn)有立式拉床L720A一臺(tái)，（見(jiàn)圖3—3）。用于拉削平面或成型面，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)及成批生產(chǎn)。該機(jī)床采用液壓傳動(dòng)，工作平穩(wěn)，能無(wú)級(jí)調(diào)速，并有超負(fù)荷保險(xiǎn)裝置。機(jī)床具有自動(dòng)循環(huán)、半自動(dòng)循環(huán)和兩種分段循環(huán)等四種工作循環(huán)，主要?jiǎng)幼骺蓡为?dú)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，能滿足各種生產(chǎn)場(chǎng)合的需要。機(jī)床由一個(gè)總按鈕站操縱，操作方便。
圖3—3 L720A立式拉床
L720A性能參數(shù)為：
額定拉力×最大行程 200KN×1250mm
拉削速度（無(wú)級(jí)調(diào)速） 1.5-11 m/min
拉刀返回速度（無(wú)級(jí)調(diào)速） 7-20 m/min
工作臺(tái)最大行程 155 mm
工作臺(tái)臺(tái)面尺寸 550×630 mm
床臺(tái)底面至工作臺(tái)面距離 1620 mm
流量 300 L/min
最大工作壓力 10 Mpa
電機(jī)總?cè)萘? 22.25 kw
主電動(dòng)機(jī) 22 kw
外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高） 4050×2487×3855 mm
凈重（約） 10000 kg
試件拉削面對(duì)基面的垂直度 0.04/300 mm
3. 拉刀
加工渦輪盤(pán)榫槽的拉刀為專用拉刀，采用分段組合形式，共分7段。根據(jù)被拉削榫槽型面的要求，由每段拉刀分別擔(dān)負(fù)一定的切削部位和切削量。這些功能不同、長(zhǎng)短不一的分段拉刀將被分為三組，分別定位夾緊在拉刀盒子內(nèi)，成為完整的組合拉刀。
3.1.2 定位機(jī)構(gòu)與定位原則
1.定位機(jī)構(gòu)
定位裝置的作用是確定工件在夾具中的位置。定位元件通常采用平面、圓柱面、錐面等來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的定位。工件定位時(shí)，只要將工件上定位基準(zhǔn)與夾具上的定位表面互相接觸，就可獲得正確的位置，不需要任何的調(diào)整與找正。
2.定位原則
根據(jù)六點(diǎn)定位原則，任何一個(gè)剛件在三維空間內(nèi)相對(duì)于三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)軸來(lái)說(shuō)，都有六種運(yùn)動(dòng)的可能性，即可以沿著X軸、Y軸、Z軸移動(dòng)，也可以繞著X軸、Y軸、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即有六個(gè)自由度。
使工件定位，就是合理布置六個(gè)支承點(diǎn)來(lái)限制工件的六個(gè)自由度，使工件得到確定的位置。如何消除工件的不定度？最典型的方法就是在夾具中設(shè)置六個(gè)支承點(diǎn)，如下圖3—4所示。
圖3—4
平面A放在三個(gè)支承點(diǎn)上，消除了 、、三個(gè)不定度；B平面消除了、兩個(gè)不定度；C平面消除了一個(gè)不定度；根據(jù)工件形狀的不同，定位基準(zhǔn)的不同，定位點(diǎn)的分布還會(huì)有其它各種布置情況。
由于渦輪盤(pán)產(chǎn)品圖上對(duì)榫齒的圓周位置具有角向要求，故設(shè)計(jì)夾具時(shí)零件需要限制六個(gè)自由度才能滿足產(chǎn)品圖紙的要求。
3.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇
制定零件的加工工藝過(guò)程，定位基準(zhǔn)的選擇是個(gè)很重要的問(wèn)題。夾具上的定位機(jī)構(gòu)就是根據(jù)定位基準(zhǔn)的形狀、數(shù)量和精度而具體進(jìn)行設(shè)計(jì)的。定位基準(zhǔn)和定位方法不但影響工件的加工精度，而且直接影響夾具結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、制造的難易和使用的方便程度。因此，設(shè)計(jì)夾具時(shí)，首先應(yīng)對(duì)定位基準(zhǔn)進(jìn)行必要的分析。
定位基準(zhǔn)的選擇原則
（1）遵循基準(zhǔn)重合原則，選擇工件圖紙上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。如果違背這一原則，將會(huì)產(chǎn)生定基誤差，在加工中，這一誤差將成為加工誤差的一部分，從而縮小制造公差，提高對(duì)夾具的精度的要求。
（2）選擇的定位基準(zhǔn)，應(yīng)能保證定位穩(wěn)定，并便于夾緊。
（3）當(dāng)基準(zhǔn)不重合時(shí)，盡量減小基準(zhǔn)不重合誤差的影響。
選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，除應(yīng)該限制必要的自由度外，還應(yīng)確保零件的精度要求。事實(shí)上，由于定位基準(zhǔn)面都存在著制造誤差，它們?nèi)羰窍嗷ヅ浜系谋砻?，還存在著配合間隙，因此定位基準(zhǔn)除了盡可能選擇和零件原始基準(zhǔn)一致外，還應(yīng)選擇那些形位公差要求嚴(yán)格、光度好的表面作為定位基準(zhǔn)面。
根據(jù)選擇定位基準(zhǔn)的基準(zhǔn)重合原則和所選基準(zhǔn)應(yīng)保證定位穩(wěn)定、便于夾緊的條件，選取渦輪盤(pán)的大端面和孔Φ124為主定位基準(zhǔn)。兩定位基準(zhǔn)在前道工序是一刀加工而成，跳動(dòng)在0.01mm之內(nèi)且為渦輪盤(pán)原始加工基準(zhǔn)，故而產(chǎn)生的加工誤差相對(duì)較小，根據(jù)零件的特點(diǎn)選取大端面為支承面使得定位穩(wěn)定、壓緊狀態(tài)較好。選取Φ6孔為角向定位，來(lái)確定起始榫槽的位置。這樣的定位方式完全限制了零件的自由度，滿足六點(diǎn)定位原理和定位基準(zhǔn)的選擇原則。
3.1.4 定位誤差的分析和計(jì)算
使用夾具時(shí)，造成表面位置的加工誤差的因素可以歸納為以下三個(gè)方面：
（1）與工件在夾具中裝夾有關(guān)的加工誤差，稱為工件裝夾誤差，其中包括工件在夾具中由于定位不準(zhǔn)確所造成的加工誤差即定位誤差，以及在工件夾緊時(shí)由于工件和夾具變形所造成的加工誤差—夾緊誤差。
（2）與夾具相對(duì)刀具及切削成行運(yùn)動(dòng)和夾具變形所造成的加工誤差，稱為夾具的對(duì)訂誤差， 其中包括夾具相對(duì)刀具位置有關(guān)的加工誤差,就是對(duì)刀誤差，和夾具相對(duì)成形位置有關(guān)的加工誤差——夾具位置誤差。
（3）與加工過(guò)程有關(guān)的加工誤差，稱為過(guò)程誤差。其中包括工藝系統(tǒng)的受力變形、熱變形及磨損等因素所造成的加工誤差。
為了得到合格零件，必須使上述各項(xiàng)誤差之和等于或小于規(guī)定零件的工序尺寸公差T，即 △總T
在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，只考慮與夾具設(shè)計(jì)有關(guān)的定位方法所引起的定位誤差對(duì)加工精度的影響，上式可以寫(xiě)成 ：△D +ωT
式中△D—定位誤差
ω—除定位誤差外，其他因素所引起的定位誤差的總和
一般取 △D=（）T
定位誤差是有指由于定位不準(zhǔn)而造成的某一工序尺寸（加工表面對(duì)工序基準(zhǔn)的距離尺寸）或位置要求方面的加工誤差。工件在夾具中的位置是有定位元件確定的，當(dāng)工件上的定位基準(zhǔn)一旦與夾具上的定位元件相接觸或相配合，工件的位置也就確定了，但對(duì)一批工件來(lái)說(shuō)，由于在各個(gè)工件的有關(guān)表面本身和它們之間在尺寸和位置上均存在著在公差范圍內(nèi)的差異，夾具定位元件本身和各定位元件之間也具有一定的尺寸和位置公差，因此工件雖然已經(jīng)定位，但是每個(gè)被定位的工件的的某些表面都會(huì)存在自己的位置變動(dòng)量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。對(duì)于一批工件來(lái)說(shuō)，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動(dòng)的，即被加工表面的位置相對(duì)于定為基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。定位誤差有兩個(gè)方面組成，
（1）定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差，即工序基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，常用△B來(lái)表示。
（2）定位基準(zhǔn)與定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)位置誤差，既定為基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，用△Y來(lái)表示。
所以 △D = △B + △Y
就是基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位置誤差在加工尺寸方向上的代數(shù)和。
分析零件圖可知，本道工序需要保證尺寸的64.8，如前面所述，在拉削渦輪盤(pán)上的榫槽時(shí)，采用孔Φ124和分度盤(pán)上的凸臺(tái)配合來(lái)限制在X、Y軸上的移動(dòng)自由度，所以定位基準(zhǔn)就是孔Φ124的中心線即渦輪盤(pán)的中心線，而孔Φ124的工序尺寸是渦輪盤(pán)的中心線，因此不存在基準(zhǔn)不重合誤差，故△B=0，基準(zhǔn)位置誤差 △Y =
圖3—5 孔銷(xiāo)間隙配合時(shí)的定位誤差
上式中：定位副間最小間隙配合
：定位孔直徑公差
：禿臺(tái)外圓柱公差
===0.01
=0.025 =0.01
△Y = ==0.0225
△D= △B +△Y=0+0.0225=0.0225
零件的工序尺寸公差T=0.12,所以理論定位誤差△D′?。ǎ㏕，即 △D′=0.04~0.024。由以上計(jì)算可知實(shí)際定位誤差△D小于理論誤差△D′，因此各項(xiàng)誤差之和小于規(guī)定零件的工序尺寸公差T，能滿足該工序中渦輪盤(pán)榫槽加工要求。
3.1.5 壓緊方式的確定
夾緊原理：
由于在切削過(guò)程中工件受切削力、慣性力、離心力以及自身重力等的作用，定位之后若不予以?shī)A緊，將回產(chǎn)生移動(dòng)或振動(dòng)。因此，定位方案確定之后，必須設(shè)計(jì)夾緊方案。
為了確保加工質(zhì)量，做到正確地確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小，就要根據(jù)工序的定位方法、工件的幾何形狀和剛性等，具體地分析各種力共同作用在工件上時(shí)所產(chǎn)生的影響。
正確確定夾緊力方向與作用點(diǎn)的原則：
（1）夾緊不應(yīng)破壞工件在定位時(shí)所取得的位置
夾緊力的正確方向應(yīng)該垂直地指向定位支承表面，其作用點(diǎn)的位置應(yīng)該處在定位基準(zhǔn)與定位支承面接觸的面積范圍內(nèi)。
（2）夾緊后工件的夾緊變形和壓傷不超過(guò)允許范圍
夾緊時(shí)，工件的變形主要是由于夾緊力產(chǎn)生的彎曲力矩造成的，因此在設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，夾緊力應(yīng)力求通過(guò)或靠近定位基準(zhǔn)與定位支承的接觸面。把集中力變?yōu)榉植剂Φ慕Y(jié)構(gòu)，也能減小工件的夾緊變形。此外，除上述的彎曲變形之外，還有接觸變形，它會(huì)降低整個(gè)加工工藝系統(tǒng)的剛性，從而對(duì)工序的加工精度產(chǎn)生重要影響。因此在設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)該考慮選擇較高光潔度、平直度和硬度的表面作為定位表面，另外，夾緊力的分布要均勻，大小要穩(wěn)定、合理。
（3）夾緊力應(yīng)保證工件的位置在加工過(guò)程中不變
要避免工件在切削過(guò)程中產(chǎn)生不能允許的振動(dòng)及位移切削過(guò)程的振動(dòng)，將使被加工表面的光潔度受到損害，也會(huì)損壞刀具。在設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，為了避免或減小振動(dòng)，可把夾緊力作用點(diǎn)盡量靠近被加工表面，以減小工件的懸伸長(zhǎng)度。
（4）夾緊力的方向選擇應(yīng)使平衡切削力等所需的夾緊力最小。此外，夾緊裝置的自動(dòng)化程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)；夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，力求體積小、重量輕，并有足夠的強(qiáng)度，工藝性好，便于制造和維修；夾緊機(jī)構(gòu)還要使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。
根據(jù)夾緊原理和夾緊機(jī)構(gòu)的選用原則，結(jié)合對(duì)渦輪盤(pán)加工狀況的分析發(fā)現(xiàn)零件加工部位為周向榫槽，外周不能用于夾緊，零件中間有通孔可以利用，由于榫槽數(shù)量較多，單件加工時(shí)間較長(zhǎng)，所以采用螺紋夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，操作容易，有可靠自鎖作用和足夠的夾緊力的優(yōu)點(diǎn)。
3.2 立拉夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.2.1夾具的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
夾具結(jié)構(gòu)首先要有良好的結(jié)構(gòu)剛性、良好的結(jié)構(gòu)工藝性以及操作省力使用方便。立拉夾具安裝在L720A立式拉床的工作臺(tái)上，工作臺(tái)的移動(dòng)平臺(tái)可以縱向移動(dòng)，工作臺(tái)本身可以橫向與縱向微調(diào)。夾具和移動(dòng)平臺(tái)靠?jī)蓚€(gè)定位孔定位，螺栓鎖緊。加工時(shí)通過(guò)縱向移動(dòng)平臺(tái)完成工件的進(jìn)給與退出，通過(guò)微調(diào)工作臺(tái)調(diào)整工件與組合拉刀盒底的距離，保證榫槽至渦輪盤(pán)中心的尺寸要求。進(jìn)行試件的加工。
由于渦輪盤(pán)的空間角度復(fù)雜，所以?shī)A具設(shè)計(jì)成空間雙斜面的結(jié)構(gòu)，外形不規(guī)則，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3—5。
夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
（1）夾具體為空間雙斜面，制造精度要求較高，是保證渦輪盤(pán)榫槽精度的關(guān)鍵。
（2）分度及鎖緊機(jī)構(gòu)為齒輪、齒條嚙合傳動(dòng)，精度高，分度銷(xiāo)采用步伐式雙銷(xiāo)互動(dòng)定位，使渦輪盤(pán)定位可靠，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分度。
（3）鎖緊動(dòng)力來(lái)源于液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)平穩(wěn)、壓緊可靠、通過(guò)液壓缸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)了渦輪盤(pán)分度與鎖緊的聯(lián)動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品加工的自動(dòng)化。
（4）在首件產(chǎn)品拉削時(shí)，需要進(jìn)行夾具的分度盤(pán)的拉削，使其有足夠的讓刀空間。同時(shí)調(diào)整液壓缸的行程使其滿足定位、分度鎖緊的需要。
（5）良好的工藝可行性：夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否具有良好的工藝可行性是保證產(chǎn)品的加工切實(shí)可行，設(shè)計(jì)、選材時(shí)充分考慮了加工 的現(xiàn)有設(shè)備條件、不同材料的加工性、熱處理后材料的變形等情況。
圖3—5 液壓分度拉床夾具結(jié)構(gòu)圖
3.2.2夾具底座設(shè)計(jì)
由于夾具底座比較大，形狀復(fù)雜，要求精度高，加工比較困難，選用鑄鐵材料HT20-40。因?yàn)殍T鐵可以研磨角度面，達(dá)到要求精度；鑄鐵材料的剛性比較好，還可以吸收拉削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)。
為避免拉削過(guò)程中遇到底座上夾渣、異物、硬點(diǎn)而磨損和崩刀，在相應(yīng)的拉削部位銑削出大于榫槽寬度及微調(diào)安裝座移動(dòng)距離的讓刀槽。夾具底座定位銷(xiāo)孔距離榫槽底面的距離H按如下公式計(jì)算：
H = H1-L1-L2
= 170.05 mm
式中：
H1為工作臺(tái)定位銷(xiāo)至導(dǎo)軌端面距離
L1為拉刀盒上、下兩定位面間的距離
L2為最后一把精拉刀設(shè)計(jì)高度尺寸
夾具定位銷(xiāo)孔距離榫槽底面的距離H的實(shí)際值，還受到以上各尺寸的公差以及工作臺(tái)定位銷(xiāo)直徑尺寸、分度夾具定位套直徑尺寸、底座與夾具制造誤差、長(zhǎng)期使用實(shí)際磨損程度等因素影響。
由于機(jī)床工作臺(tái)可以縱向微調(diào)，所以為避免出現(xiàn)加工出的渦輪盤(pán)榫槽工作面至盤(pán)中心距離尺寸偏差較大，無(wú)法調(diào)整的情況出現(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)特意將夾具底座上的讓刀槽底面至定位套孔中心距離減小了0.3－0.5mm，以便加工時(shí)可以微調(diào)。
夾具與機(jī)床間的安裝定位是通過(guò)夾具上的二個(gè)定位孔與工作臺(tái)上的二個(gè)定位銷(xiāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。安裝誤差是由夾具定位孔的精度及工作臺(tái)上定位銷(xiāo)子的精度以及它們之間的相互配合決定的。包括縱向誤差和角度誤差，由于工作臺(tái)可以調(diào)整，因此可以按照選定基準(zhǔn)定位孔與定位銷(xiāo)相配間隙0.01mm來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
夾具底座定位套孔與拉床工作臺(tái)定位銷(xiāo)的定位分析。
如圖3—6所示，實(shí)線表示定位銷(xiāo)，雙點(diǎn)劃線表示夾具上的二個(gè)定位基準(zhǔn)孔。由于夾具上二個(gè)定位基準(zhǔn)孔之間存在制造公差△L夾，工作臺(tái)上存在二個(gè)定位銷(xiāo)之間距離的制造公差△L臺(tái)。當(dāng)夾具定位時(shí)，夾具上的二個(gè)定位基準(zhǔn)孔由于過(guò)定位而有可能產(chǎn)生不能同時(shí)套入圓柱銷(xiāo)的現(xiàn)象。為了確保定位精度又不至于產(chǎn)生過(guò)定位現(xiàn)象，將定位銷(xiāo)2兩側(cè)的露出部分削成菱形，達(dá)到能定位又避免過(guò)定位的目的。
圖3—6 菱形銷(xiāo)與圓柱銷(xiāo)定位關(guān)系圖
采用這種定位方式，定位銷(xiāo)1的定位是主要的。根據(jù)六點(diǎn)定位原則，用長(zhǎng)圓柱定位銷(xiāo)1限制夾具的、、、四個(gè)自由度，Z向的移動(dòng)自由度由垂直于定位銷(xiāo)的定位平面限制，菱形銷(xiāo)只起到限制夾具繞Z軸旋轉(zhuǎn)的自由度的作用。由圓柱銷(xiāo)削成菱形銷(xiāo)時(shí)，希望工作圓弧部分的寬度b盡量大，以抵抗磨損提高耐磨性；菱形面積盡量大，以保證定位銷(xiāo)的強(qiáng)度和剛性。
在圖3—6中，設(shè)X為定位銷(xiāo)2在兩個(gè)定位銷(xiāo)中心線方向補(bǔ)償用的間隙。
X = △L夾 + △L臺(tái)
若定位銷(xiāo)1與孔1之間的最小配合間隙為 △1min，它對(duì)二孔的同時(shí)套入有幫助作用，故間隙 X 可以減小為：
X = △L夾 + △L臺(tái) - △1min /2
在本文中，△L夾 = 0.01 mm
△L臺(tái) = 0.01 mm
△1min = 16-（16－0.01）= 0.01 mm
故 X = 0.015 mm
由于夾具安裝后要進(jìn)行對(duì)刀具的微量調(diào)整所以0.015的補(bǔ)償間隙能夠滿足精度的要求。夾具體給出了兩定位銷(xiāo)孔距離370±0.01,定位銷(xiāo)孔到渦輪盤(pán)中心距離250±0.01。夾具底座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3—7：
圖3—7 夾具底座結(jié)構(gòu)圖
3.2.3正確的復(fù)雜空間尺寸及角度計(jì)算
渦輪盤(pán)的榫槽與盤(pán)端面成54°角，槽底與渦輪盤(pán)中心夾角15°19’（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3—1），拉削時(shí)工件榫槽中心與拉刀的理論中心應(yīng)重合，槽底垂直于機(jī)床工作臺(tái)。這樣就需要進(jìn)行空間角度計(jì)算，來(lái)確定夾具基體的空間角度。
夾具如何正確進(jìn)行復(fù)雜的空間尺寸及角度計(jì)算是保證產(chǎn)品質(zhì)量特性的首要前提。由于圖紙給定的條件不同及基準(zhǔn)面的變動(dòng)，不能直接利用零件圖上所標(biāo)的角度，必須進(jìn)行空間尺寸及角度換算。按照投影理論來(lái)分析，雙斜面不可能經(jīng)過(guò)一次變換投影面就反映出真實(shí)形狀，必須經(jīng)過(guò)二次變換投影面才能夠得到。而且在分析圖紙及設(shè)計(jì)繪圖時(shí)必須掌握：雙斜面變單斜面的關(guān)鍵是：新投影面的坐標(biāo)軸垂直于跡線。(平面與坐標(biāo)面的交線) 。拉床夾具在拉削榫齒時(shí)，必須使榫齒的兩側(cè)面及榫齒底面與拉刀及其運(yùn)動(dòng)方向一致 ，為達(dá)到這個(gè)目的，必須先將夾具定位渦輪盤(pán)繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角，使其轉(zhuǎn)為單斜面，然后，再將渦輪盤(pán)繞X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)β角，使榫齒轉(zhuǎn)到可加工的位置，這樣，原來(lái)的渦輪盤(pán)由單斜面變成雙斜面。
渦輪盤(pán)定位基準(zhǔn)面由平面轉(zhuǎn)換空間雙斜面的示意圖見(jiàn)圖3—8:
圖3—8 定位面空間角度轉(zhuǎn)換圖
圖3—8 (a)中△ABC表示Q面，即榫槽底面，△BOE表示N面，即榫槽側(cè)面，△AOB表示P面，即定位基準(zhǔn)面。在拉削榫槽時(shí)必須使槽的N面平行于W面，Q面平行于V面。為達(dá)到這個(gè)目的，可將渦輪盤(pán)先繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)36°，此時(shí)，N面與W面平行，Q面成為單斜面，它與W面相垂直，與V面的夾角為15°19′。而P面則由平行于H面轉(zhuǎn)成單斜平面，它與V面垂直，與W面夾角為54°，圖3—8（b）是P面轉(zhuǎn)成單斜面的理論圖形。
旋轉(zhuǎn)后，渦輪盤(pán)中心與槽底F點(diǎn)的連線L1仍與Y軸平行。然后再將渦輪盤(pán)繞X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°19′，此時(shí)，Q面已經(jīng)與V面相平行，而N面仍然與W面相平行。這時(shí)，榫槽就轉(zhuǎn)到了可加工的位置。P面一由單斜面變成雙斜平面，其理論圖形如圖3—8（c）(雙斜面第I方向)所示。
旋轉(zhuǎn)后，L1與Pw跡線相平行，即
α0－雙斜面P與X軸的夾角，等于36°
γw-Pw與Y軸所交的銳角，等于15°19′
根據(jù)以上分析，夾具底座所需的三個(gè)角度α、β、ε，可以通過(guò)圖3—8 (d)中的角度關(guān)系求出。
已知α0＝36° 余角α1＝54°
γw＝15°19′ 余角βw=74°41′
計(jì)算α
Ctgα=tgα1×Cosγw
=tg54°×Cos15°19′
=1.3274937
α=36°59′27″
計(jì)算β
Sinβ=Cosβw×Cosα1
=Cos74°41′×Cos36°
=0.213705
β=12°20′22″
計(jì)算ε
tgε=tgγw×Cosα1
=tg15°19′×Cos54°
=0.16098364
ε=9°8′42″
至此夾具底座上的三個(gè)角度都以計(jì)算得出α=36°59′27″、β=12°20′22″、ε=9°8′42″。
3.2.4 高精度的分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
工件在一次安裝中要求加工一組表面（孔系、槽系、多面體等）時(shí)，夾具中能使工件依次轉(zhuǎn)過(guò)一定角度或移動(dòng)一定距離的裝置稱為分度裝置。
分度裝置的基本形式，主要取決于分度盤(pán)和分度銷(xiāo)的組成結(jié)構(gòu)。圓周分度裝置按分度盤(pán)與分度銷(xiāo)的位置關(guān)系，可分為軸向分度與徑向分度。當(dāng)分度盤(pán)與分度銷(xiāo)的軸線位置相互平行時(shí)，稱為軸向分度裝置，相互垂直時(shí)稱為徑向分度裝置。此外，還有一些特殊的分度裝置，如鋼球分度裝置、端齒分度裝置、齒輪齒條式分度裝置、杠桿式分度銷(xiāo)的分齒盤(pán)結(jié)構(gòu)、步伐式的雙銷(xiāo)聯(lián)動(dòng)軸向分度裝置等。
由于被加工的渦輪盤(pán)榫槽為周向燕尾式榫槽，槽數(shù)22。起始榫槽與渦輪盤(pán)中心偏心11.5±0.15,榫槽空間角度54°±5′及15°19′±5;同時(shí)保證槽底面上的F點(diǎn)到渦輪盤(pán)中心線距離64.8。采用切削力較大的拉削的工藝方法加工，同時(shí)考慮夾具的總體空間結(jié)構(gòu)以及加工效率等因素，選擇承載能力強(qiáng)，通過(guò)液壓系統(tǒng)為動(dòng)力源進(jìn)行分度操作的步伐式軸向雙銷(xiāo)聯(lián)動(dòng)分度結(jié)構(gòu)。該種分度方式機(jī)構(gòu)工藝性好，操作方便且便于維護(hù)，所以應(yīng)用廣泛。雙銷(xiāo)聯(lián)動(dòng)軸向分度方式有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）分度盤(pán)制造簡(jiǎn)單，兩個(gè)定位銷(xiāo)通過(guò)齒輪、齒條嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲、能夠?qū)崿F(xiàn)分度的自動(dòng)化。
（2）體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，操作方便，由液壓推桿帶動(dòng)齒條，與齒輪軸進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)帶有楔形截面的齒條分度銷(xiāo),進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，楔形截面驅(qū)動(dòng)分度盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，分度盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一次,分半槽角度。這樣降低了分度孔間隙誤差,機(jī)構(gòu)自鎖性好，分度精度高,安全可靠，并與鎖緊機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng) ,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)加工的自動(dòng)化。
步伐式分度銷(xiāo)自動(dòng)分度機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3—9:
圖3—9 齒輪分度鎖緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
分度盤(pán)采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼（45＃），各個(gè)分度孔中鑲?cè)肽湍サ囊r套，實(shí)現(xiàn)零件的定位和分度功能，同時(shí)加工22個(gè)沿周均布的空間角度槽進(jìn)行拉刀的讓刀。
影響分度盤(pán)的分度精度的因素主要有以下幾方面分析:
Z1 分度銷(xiāo)與其導(dǎo)引孔的配合間隙
Z2 分度銷(xiāo)的工作表面與分度盤(pán)上孔座的配合間隙
Z3 分度盤(pán)的轉(zhuǎn)軸與其支承套間的配合間隙
ε1 分度銷(xiāo)的導(dǎo)引表面與工作表面間的位置誤差
△α分度盤(pán)上各孔座間的分布位置誤差。
協(xié)調(diào)好以上幾點(diǎn)是保證分度精度的關(guān)鍵所在。
本文中Z1=0.015
Z2=0.023
Z3=配0.01間隙=0.01
ε1=插銷(xiāo)跳動(dòng)為0.01
△ α=位置度為Φ0.02=+-0.01（線性尺寸）
由于采用步伐式定位銷(xiāo)，可以消除Z1、ε1的影響，
分度誤差ω≈Z2+Z3＋△α
＝0.023+0.01+0.01
＝0.043（極限情況下）<精度的2／3
分度盤(pán)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3—10、結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)圖見(jiàn)圖3—11：
圖3—10 分度盤(pán)結(jié)構(gòu)圖
圖3—11 分度盤(pán)結(jié)構(gòu)尺寸圖
齒輪軸采用40Cr進(jìn)行鍛造后加工，大小齒輪按相同傳動(dòng)比制造，以實(shí)現(xiàn)多重傳動(dòng)，通過(guò)控制大小齒輪的輪齒的起始位置來(lái)控制傳動(dòng)的初始狀態(tài)(小齒輪的起始齒槽與大齒輪的起始輪齒相對(duì)應(yīng))。
大齒輪參數(shù)為:
模數(shù)M=1.5
齒數(shù)Z=40
壓力角α=20°
分度圓直徑d=φ60
分度圓弧齒厚S=2.356
齒頂圓直徑d=φ63
齒根圓直徑d=φ56.4
小齒輪參數(shù)為:
模數(shù)M=1.5
齒數(shù)Z=20
壓力角α=20°
分度圓直徑d=φ30
分度圓弧齒厚S=2.356
齒頂圓直徑d=φ33
齒根圓直徑d=φ26.8
齒輪軸具體結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)見(jiàn)圖3—12、圖3—13：
圖3—12 齒輪軸結(jié)構(gòu)圖
圖3—13 齒輪軸結(jié)構(gòu)尺寸圖
兩個(gè)步伐式齒條分度銷(xiāo)采用具有較高耐磨性和塑性的9SiCr加工，具體結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)見(jiàn)圖3—14、圖3—15：
圖3—14 齒條分度銷(xiāo)33結(jié)構(gòu)尺寸圖
圖3—15 齒條分度銷(xiāo)29結(jié)構(gòu)尺寸圖
齒條采用40Cr材料，具有較好的韌性。利用齒條實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力源與齒輪軸及齒條分度銷(xiāo)間動(dòng)力的傳遞。具體結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖3—16：
圖3—16 齒條結(jié)構(gòu)尺寸圖
3.2.5 方便快捷的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
液壓傳動(dòng)夾緊裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）夾緊力大而機(jī)構(gòu)體積小。
（2）油缸推力較大，不必采用機(jī)械增力機(jī)構(gòu)，使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
（3）可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)快速夾緊。
（4）由于液壓油不可壓縮，故而切削時(shí)不致發(fā)生振動(dòng)，工作無(wú)噪聲。
（5）易實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)的自動(dòng)化。
所以立拉夾具的分度及夾緊操作系統(tǒng)所需動(dòng)力來(lái)源的設(shè)計(jì)改變了過(guò)去傳統(tǒng)的手動(dòng)操作，采用了液壓驅(qū)動(dòng)夾緊系統(tǒng)。通過(guò)液壓缸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒條軸的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)相嚙合的齒輪軸與兩個(gè)齒條分度銷(xiāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分度，同時(shí)液壓缸柱塞前進(jìn)時(shí)頂緊分度盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸上的夾箍，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的鎖緊，柱塞回退時(shí)實(shí)現(xiàn)分度盤(pán)的放松，進(jìn)行下一次的分度動(dòng)作。
由于L720拉床本身帶有基本液壓系統(tǒng)，可以直接選擇與其相匹配的液壓缸。
液壓缸的選取本著經(jīng)濟(jì)性好，使用安全可靠等性能的要求，拋棄以往液壓缸、密封件都是自行設(shè)計(jì)制造理念，使用國(guó)內(nèi)專業(yè)廠家的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，消除了自制液壓缸的成本高、密封性不好、漏油、拉桿經(jīng)常折斷、返修率高等缺點(diǎn)。大連萬(wàn)利達(dá)公司生產(chǎn)的QLGFB100/45-E-B-40型液壓缸，是一種輕型拉桿液壓缸，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件通用化高和安裝形式多樣等特點(diǎn)，所選取的型號(hào)液壓缸的參數(shù)為：
液壓缸直徑100mm,
活塞桿直徑45mm
液壓缸行程40mm
額定壓力14MPa
安裝形式為前長(zhǎng)方形法蘭
緩沖形式為兩端緩沖結(jié)構(gòu)
液壓缸夾緊系統(tǒng)輸出的額定動(dòng)力的計(jì)算
F＝PXS
F為輸出的額定動(dòng)力
P為機(jī)床的額定壓力
S為活塞的有效工作面積
P＝10MPa
S=πr2=3.14X(0.052-0.02252) =0.00625
F=6238.6N＝637Kg
考慮到液壓回路以及系統(tǒng)各方面的壓力損耗，輸出動(dòng)力F僅作為分度驅(qū)動(dòng)及分度轉(zhuǎn)軸的鎖緊作用，所需的夾緊力并不是很大，故而，此液壓缸能滿足設(shè)計(jì)的要求。
設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于分度旋轉(zhuǎn)軸的鎖緊機(jī)構(gòu)改變了用液壓缸柱塞直接進(jìn)行頂緊的結(jié)構(gòu)，而是采用了分體式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一個(gè)螺紋轉(zhuǎn)接推桿，通過(guò)螺紋與液壓缸柱塞相連接，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)液壓缸的行程，以滿足分度與鎖緊的需要。
第四章 液壓分度夾具的使用與調(diào)整
4.1液壓分度夾具使用
4.1.1加工前的準(zhǔn)備
液壓分度夾具與移動(dòng)安裝座的定位是靠移動(dòng)安裝座上的兩個(gè)定位銷(xiāo)，通過(guò)四個(gè)M16螺栓連接固定。零件安裝到夾具的定位盤(pán)上，用螺栓壓緊；將第一組拉刀按順序放入拉刀盒中，并在加工中更換相應(yīng)的拉刀，拉刀盒安裝在機(jī)床的縱向滑臺(tái)上。
4.1.2控制過(guò)程
夾具液壓缸與機(jī)床液壓系統(tǒng)正確連接，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)。液壓推桿向前推進(jìn)時(shí)帶動(dòng)齒條向前運(yùn)動(dòng)，齒條與齒輪軸進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)帶有楔形截面的齒條分度銷(xiāo),分度銷(xiāo)29向下運(yùn)動(dòng)，分度銷(xiāo)33向上運(yùn)動(dòng)，楔形截面驅(qū)動(dòng)分度盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，分半槽角度，此時(shí)，液壓缸柱塞頂緊分度盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸上的夾箍，系統(tǒng)被鎖緊。拉刀向下進(jìn)給，對(duì)工件進(jìn)行拉削。加工完畢之后，拉刀退回。液壓推桿向后回退，夾箍被松開(kāi)，系統(tǒng)被放松，同時(shí)液壓推桿帶動(dòng)齒條向后運(yùn)動(dòng)，齒條與齒輪軸進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)帶有楔形截面的齒條分度銷(xiāo)，此時(shí)分度銷(xiāo)33向下運(yùn)動(dòng)，分度銷(xiāo)29向上運(yùn)動(dòng)，楔形截面驅(qū)動(dòng)分度盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，又分半槽角度。當(dāng)液壓推桿向前推進(jìn)時(shí)又進(jìn)行下一次的分度運(yùn)動(dòng)。
這樣液壓推桿進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),通過(guò)齒條與齒輪軸的嚙合傳動(dòng),帶動(dòng)齒條定位銷(xiāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向,從而帶動(dòng)分度盤(pán),同時(shí)液壓推桿的直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)分度盤(pán)的鎖緊與松開(kāi).啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行拉削。拉削完一個(gè)榫槽后，由分度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)零件退出、拉刀退回時(shí)分半槽角度,進(jìn)給時(shí)分半槽角度滿足拉削時(shí)零件的位置要求。整個(gè)循環(huán)過(guò)程由機(jī)床電氣系統(tǒng)自動(dòng)控制。
4.1.3拉削試件
渦輪盤(pán)榫槽在正式拉削之前，需要在試件上拉削榫槽，將所有尺寸調(diào)整合格后，才能正式拉削產(chǎn)品零件的榫槽。
要求試件與產(chǎn)品零件材料、主要結(jié)構(gòu)尺寸均相同，主要用于檢查榫槽槽形及中心距。加工時(shí)，首先要拉削夾具上的讓刀槽，避免與拉刀的干涉。并逐步通過(guò)試?yán)鱽?lái)調(diào)整夾具相對(duì)拉刀中心的距離，以保證中心距的準(zhǔn)確性。當(dāng)試件第一個(gè)完整的榫槽拉削完成后，進(jìn)行槽形檢查。
選用50倍投影儀。投影前需要用汽油清洗、擦干試件，使影像清晰。
槽形放大圖一般是槽形最大最小極限偏差的公差帶圖形，貼其到投影板上。將試件榫槽槽形也投影到投影板上，直觀檢查槽形與放大圖上公差帶范圍進(jìn)行比較，用工作臺(tái)水平或垂直移動(dòng)使槽形影象與放大圖線條重合。
然后，拉削試件的對(duì)稱四槽，用于檢查榫槽工作面至渦輪盤(pán)中心距離、傾斜角度等；或者依次拉削試件所有榫槽，檢查從首槽到末槽的榫槽中心偏差、每一槽在圓周均布及位置要求。并在綜合量具上進(jìn)行檢查。以此來(lái)驗(yàn)證夾具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
4.2液壓分度夾具的調(diào)整
4.2.1夾具安裝的調(diào)整
夾具在機(jī)床工作臺(tái)上通過(guò)兩個(gè)定位銷(xiāo)定位后，要在試?yán)鬟^(guò)程中通過(guò)刀具相對(duì)于夾具的位置進(jìn)行微調(diào)，來(lái)確定工件榫槽底部平面與拉刀中心的位置，利用千分表的跳動(dòng)量來(lái)控制工作臺(tái)的平行度。
4.2.2分度及鎖緊機(jī)構(gòu)的調(diào)整
在夾具的分度過(guò)程中先通過(guò)手動(dòng)分度感覺(jué)分度的靈活性，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)齒條定位銷(xiāo)與齒輪軸的初始嚙合點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)分度銷(xiāo)的伸出長(zhǎng)度，調(diào)整液壓推桿與傳動(dòng)齒條的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整分度鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖緊與放松動(dòng)作。在傳動(dòng)齒輪軸上安裝擋鐵與機(jī)床行程開(kāi)關(guān)相配合，來(lái)實(shí)現(xiàn)分度進(jìn)給的自動(dòng)控制。
在夾具設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為保證自動(dòng)分度的靈活性，將分度銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)做成楔形，消除了平面對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻礙。在實(shí)際拉削中，夾具一次安裝調(diào)整成功，并一次合格地拉削出了合格的試件和正式產(chǎn)品零件。無(wú)液壓系統(tǒng)漏油、傳動(dòng)件損壞、密封不嚴(yán)等不良現(xiàn)象。
第五章 經(jīng)濟(jì)分析
經(jīng)濟(jì)性是機(jī)械產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)之一，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中，包括原材料制備、設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用、回收或再生過(guò)程，都應(yīng)該始終貫徹經(jīng)濟(jì)性原則，盡量地節(jié)約能源和資源，降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在該夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿足夾具使用要求的前提下，充分地考慮了夾具的經(jīng)濟(jì)性，利用了現(xiàn)有的資源，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
（1）合理地選擇了各部分零件的材料，充分地發(fā)揮了它們的性能。以不至于大材小用，造成材料的浪費(fèi)。如夾具底座比較大，形狀復(fù)雜，要求精度高，加工比較困難，選用鑄鐵材料HT20-40。因?yàn)殍T鐵可以研磨角度面，達(dá)到要求精度；鑄鐵材料的剛性比較好，還可以吸收拉削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)。
（2）夾具整體結(jié)構(gòu)盡量緊湊、合理。為保障零件的加工精度，提高生產(chǎn)效率，在夾具上設(shè)計(jì)了很多輔助機(jī)構(gòu)，在夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)這些輔助機(jī)構(gòu)作了合理的布局，把它們放在合理的位置，避免了整個(gè)夾具的體積龐大，造成資源的浪費(fèi)。并且該夾具的分度和夾緊機(jī)構(gòu)均采用了液壓機(jī)構(gòu)，有行程開(kāi)關(guān)控制，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率，而且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
（3）在加工設(shè)備的選擇時(shí)，在能滿足加工要求的條件下選用了現(xiàn)有的立式拉床L720A、移動(dòng)安裝座及輔助液壓系統(tǒng)，其中移動(dòng)安裝座起到了連接拉床和夾具的作用，相當(dāng)于轉(zhuǎn)接頭，更有利于夾具的安裝。
第六章 專題論文
組合夾具技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展
摘 要:本文主要從使用范圍，分類(lèi)，組裝允差的選擇及應(yīng)用等方面對(duì)組合夾具進(jìn)行了