核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计_本科毕业设计(论文)(编辑修改稿)

核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计_本科毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

了解机床及现加工情况，并对传动盘的其使用方法，定位基准，制造精度等情况进行调查和分析，工装结构初步设计方案评审； （ 2） 分析并设计出满足需求的传动盘结构及液压原理，完成工装图纸设计及会签； （ 3） 完成 设计和总结报告。 课题预期效果及重要技术经济指标 （ 1） 合 格率提高 20%，减少颤动，操作自动化程度提高 60% ，装卡效率提高 87%，且各相关方面吸取了、设计制造经验，提高相关人员工作水平，对今后设计、加工起到指导作用。 （ 2） 据了解，叶片分厂现有可使用该传动盘机床约为 18 台机床，进口一套液压传动盘的费用约为 26 万元，按一年进口 9 套传动盘交替使用来计算，一年所需费用约为 234 万元，预期降低成本为进口传动盘费用 的 70%。 （ 3） 如果通过此夹具证明拉伸力作用在叶片汽道型面上对叶片变形有至关重要的影响，那将会直接影响该类叶片（汽道型面较长且出汽侧较薄）今后的加工方式，开创出新的加工思路。 西南科技大学本科生毕业论文 7 本章小结 本章主要介绍了课题的难点及目标，课题的实施方案，课题的预期效果和经济指标，使我们对本课题有了清晰的认识，同时也明白了该课题的设计思路和相应的价值，重点介绍了其预期效果，利于我们比较全面、系统了解本课题。 西南科技大学本科生毕业论文 8 第 3 章 总体方案设计 设计目标 该课题是基于设计、制造一种液压夹具实现液压自动控制浮动夹紧叶片，并拉伸工件，从而达到减少加工过程中的颤动、控制变形及减少操作人员劳动强度。 该课题重要的地方是液压系统的设计和选择相应的液压元件，同时也需要满足定位准确，定位快速，定位精度高，夹取方便，能够自控控制和浮动拉伸，基于空间上考虑，由于是基于机床的传动盘，所以尺寸需要合理，刚度，韧性等。 该课题的开展是为了解决现实生产中所遇到的问题，并将用于批量生产和投入工作中用于产品生产，具有现实意义，因此比较注重实用性和其所产生的效益，基于现实情况考虑 ，其相关十分详细的数据依据则会被经验数据或相关类似实验数据代替，同时液压元件选择和计算方面则会依据该厂常用的材料提供。 总体方案设计 夹具指 机械制造 过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置 [14]。 图 夹具设计思路 西南科技大学本科生毕业论文 9 图 叶片加工相关数据参数 图 夹具设计相关数据参数 图 本章小结 本章着重介绍了夹具总体方案设计，夹具设计的步骤，叶片加工精度和夹具设计精度要求。 由此，对夹具设计、设计过程和设计要求有充分、详细和系统地理解，为后续工作做准备。 西南科技大学本科生毕业论文 10 第 4章 部件方案设计 液压夹具介绍 液压夹具是以液体压力将工件定位和夹紧的夹具。 液压夹具作为夹具的一种，选用标准液压元件，根据加工零件特性设计机械部件并把其有机地装配连接在一起设计 [14]。 液压夹具的工作原理和构成 液压夹具就是用液压元件代替机械零件实现对工件的自动定位、支承与夹紧的夹具。 通过把选 用的液压元件和设计的机械部分装配在一起，就可以得到所需要的夹具 [6]。 液压夹具能保证工件在规定的位置上准确的定位和牢固的夹紧，并能通过浮动支撑减少加工中的振动和变形，还能利用自动控制压板的压紧和抬起在加工中让开夹紧位置。 液压夹具既能在粗加工时承受大的切削力，也能保证在精密加工时的准确定位，还能完成手动夹具无法完成的支撑、夹紧和快速释放。 液压夹具的设计 不管是一套简单的液压夹具还是复杂的整体生产线，液压夹具的设计流程都是一样的，依次为总体方案的制定、液压缸类型规格的选择、控制阀的选择、机械部分的设计、泵站附 件的选择、系统连接。 液压夹具的应用 恩派克液压夹具为各种加工过程提供强大的夹紧与定位力。 恩派克油缸在自动化加工过程中用来冲孔和夹紧。 支撑油缸可以防止产品加工中的变形。 恩派克动力源可以为夹紧工件提供源源不断的动力。 通过创新、责任和完善， 恩派克动力源被设计成可适合任何一种应用场合 [3]。 夹具定位原理介绍 夹具的定位主要依据六点定位原理。 六点定位原理是指工件在空间具有六个自由度，即沿 x、 y、 z 三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。 因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度 [6]。 西南科技大学本科生毕业论文 11 六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用的，如果违背这个原理，工件在夹具中的位置就不能完全确定。 然而，用工件六点定位原理进行定位时，必须根据具体加工要求灵活运用，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布置情况会各不相同，宗旨是使用最简单的定位方法，使工件在夹具中迅速获得正确的位置。 工件的定位类别 （ 1） 完全定位 工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，而 在夹具中占有完全确定的惟一位置，称为完全定位。 （ 2） 不完全定位 根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。 有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，这种定位情况称为不完全定位。 不完全定位是允许的， （ 3） 欠定位 按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。 欠定位是不允许的。 因为欠定位保证不了加工要求。 （ 4） 过定位 工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。 当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时，应该严禁采用。 但当过定位并不影响加工精度，反而对提高 加工精度有利时，也可以采用。 各类钳加工和机加工都会用到。 工件定位的实质 工件定位的实质就是使工件在夹具中占据确定的位置，因此工件的定位问题可转化为在空间直角坐标系中决定刚体坐标位置的问题来讨论。 在空间直角坐标系中，刚体具有六个自由度，即沿 X、 Y、 Z 轴移动的三个自由度和绕此三轴旋转的三个自由度。 用六个合理分布的支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占据正确的位置，称为六点定位法则。 当然，定位只是保证工件在夹具中的位置确定，并不能保证在加工中工件不移动，故还需夹紧 [6]。 定位和夹紧是两个不同的概念。 西南科技大学本科生毕业论文 12 图 工件避免过定位的措施 （ 1） 提高夹具定位面和工件定位基准面的加工精度是避免过定位的根本方法 （ 2） 由于夹具加工精度的提高有一定限度，因此采用两种定位方式组合定位时，应以一种定位方式为主，减轻另一种定位方式的干涉。 从本质上说，这也是另一种提高夹具定位面精度的方法。 （ 3） 利用工件定位面和夹具定位面之间的间隙和定位元件的弹性变形来补偿误差，减轻干涉。 在分析和判断两种定位方式在误差作用下属于干涉还是过定位时，必须对误差、间隙和弹性变形进行综合计算，同时根据工件的加工精度要求才能作出正确判断。 从广义上讲， 只要采用的定位方式能使工件定位准确，并能保证加工精度，则这种定位方式就不属于过定位，就可以使用 [6]。 夹具夹紧原理介绍 （ 1） 设计夹紧机构，必须首先合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 [14]。 （ 2） 夹紧力大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故，采用手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，只是必要时进行概略的估算。 当设计机动（如气动、液压、电动等）夹紧装置时，则需要计算夹紧力的大小。 以便确定动力部件（如气缸、液压缸直径等）的尺寸。 西南科技大学本科生毕业论文 13 （ 3） 进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。 根据工件在切削力、夹紧力（重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力）作用下处于静平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为所需的实际夹紧力。 实际夹紧力一般比理论计算值大 2～ 3 倍 [14]。 实际生产中一般很少通过计算求得夹紧力，因为在加工过程中切削力随刀具的磨钝、工件材料性质和余量的不均匀等因素而变化，而且切削力的计算公式是在一定条件下求得的，使用时虽然根据实际的加工情况给予修正，但是仍然很难计算准确，对于关键性的夹具，往往通 过实验的方法来测定所需要的夹紧力。 （ 4） 夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题。 必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。 叶片夹具类型 由于叶片根部和端部的形状不同，且叶片较长，精度要求高，刚性要求高，所以其夹具需分别设计制造。 图 叶片夹具分析与设计 叶片夹具设计分析 由于叶片是被夹持在机床上进行铣削加工 ， 该类叶片汽道型面较长且出汽侧较薄（最薄的地方可以达到 左右），在这样的工件上加工容易出现变形及颤动，这样导致部分叶片报废。 因此，需要考虑克服叶片汽道型面较长、出汽侧较薄、粗加工后表面粗糙度较低、不均匀和加工前后中心高高度的变化等因素所带来的影响。 因此需要设计出具有以下特点： （ 1） 消除或减小变形 —— 于汽道型面上作用一拉伸力并加强刚度（辅助支撑）； （ 2） 消除或减小颤动， —— 液压自动控制浮动、拉伸并加强刚度（浮动支撑）； 西南科技大学本科生毕业论文 14 （ 3） 装夹方便、快捷和准确。 基于以上考虑，结合叶片具有叶根、叶茎和叶冠的结构特点设计一套组合夹具，分别为叶 根夹具和叶冠夹具， 考虑叶根和叶冠的形状、位置和作用， 叶根夹具为固定支撑，叶冠夹具为辅助支撑。 由于叶片质量较大，长度较长，厚度较薄，所以，叶冠夹具采用液压自动浮动支撑和拉伸作用。 这样既可以增加叶片在加工时的刚度，也可以减少叶片加工过程中 的颤动，可以较好的保证精度和高效率的设计目标。 叶片结构分叶根、叶冠，根据叶片的结构和形状，选取叶根为主定位部位，叶冠为辅助定位机构。 定位基准的选择 叶片结构分叶根、叶冠，根据叶片的结构和形状，选取叶根为主定位部位，叶冠为辅助定位机构。 叶根三维图 图 西南科技大学本科生毕业论文 15 为了减少误差 和定位方便 ，我们选择 平面 平面 平面 2 和平面 4 作为定位基准。 六点定位原理分析如下： 图 相应夹具定位基准如下 ： 图 根据图 ，平面 1 和平面 3 限制了工件 Z 方向的移动， X 轴的转动和 Y 轴的转动；平面 2 限制了工件 X 方向的移动和 Z 轴的转动；平面 4 限制了工件 Y 方向的移动。 西南科技大学本科生毕业论文 16 表 通过六点定位原理的分析，可以得出工件在空间的自由度为 0，因此工件定位正确。 定位误差分析 工件以 平面定位时，需要三个互成一定角度的平面作为定位基准，其中限制三个自由度的平面起主要定位作用，称主要定位基准；限制两个自由度的平面起次要定位基准，称导向定位基准；限制一个自由度的平 面称止动定位基准 [14]。 因此，平面 1 和平面 3 为主要定位基准；平面 2 为导向定位基准；平面 4 为制动定位基准 [6]。 铣削加工时，由于在 Y 方向是铣削整个截面，所以可简化为计算在 X、 Z 方向的定位误差。 由《 机械制造技术基础 》 [6]得： 在 X 方向定位基准时，尺寸 X 方向的工序基准和定位基准均是 X 方向定位基准面，基准重合，所以 （ 41） X 方向 定位基准面 有角度制造误差 ， 根据基准定位误差的定义有 ： 定位基准面 （图 ） 平面 1 和平面 3 平面 2 平面 4 空间自由度限制（图 ） Z 方向移动 X、 Y 轴转动 X 方向移动 Z 轴转动 Y 方向移动 西南科技大学本科生毕业论文 17 （ 42） 所以 （ 43） 在 Z 方向定位基准时，尺寸 Z 方向的工序基准和定位基准均是 Z 方向定位基准面，基准重合，所以 （ 44） Z 方向 定位基准面 有角度制造误差 ， 根据基准定位误差的定义有 ： （ 45） 所以 （ 46） 因叶片的加工精度为一般精度 177。 和镜面加工精度 177。 ，且夹具体平面度≤西南科技大学本科生毕业论文 18 定位面与中心高177。 ，垂直度≤ ，定位槽对称度≤ ；所以可以不考虑定位基准面和定位元件的制造误差 [6]。 因根据经验，工件以平面定位时，在大多数情况下，不考虑定位基准面和定位元件的制造误差。 综上所述： （ 47） 本工序加工按铣削估算夹紧力 根据《机械制造技术基础》 [6]P214 可得：。