復(fù)雜鈦合金連接件加工工藝及典型夾具、量具設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書機械工程與自動化系復(fù)雜鈦合金連接件加工工藝及典型夾具、量具設(shè)計機械設(shè)計制造及其自動化系 名： 專 業(yè)： 摘要本文在查閱相關(guān)的資料和參考文獻的基礎(chǔ)上，對設(shè)計對象復(fù)雜鈦合金連接件的作用和技術(shù)要求進行了分析，在此基礎(chǔ)上，以“簡便、高效、經(jīng)濟”的設(shè)計思想為指導(dǎo)，進行了零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計。零件外形復(fù)雜且采用TC4難加工材料，故加工時僅靠使用傳統(tǒng)的加工方法是不能夠滿足零件的設(shè)計要求，所以對于此零件的輪廓的加工需要用到線切割技術(shù)，對于曲面的加工則需使用較為先進的數(shù)控加工。在選擇機床設(shè)備時，由于工件形狀復(fù)雜，有較多異型孔和異型曲面，故在加工這些地方時，盡可能地選擇適合的數(shù)控機床及相應(yīng)的刀具和

2、夾具，并設(shè)計合理的走刀路線。除工藝設(shè)計以外，還設(shè)計了一套專用夾具和檢驗量具。通過對零件的工藝設(shè)計、專用夾具設(shè)計和量具設(shè)計，提升了對專業(yè)知識的理解，為將來的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：鈦合金加工，曲面加工，數(shù)控加工，工藝設(shè)計，量具設(shè)計Machining Processes and Typical Fixture, Measuring Design for a Complex Titanium ConnectionAbstract：Based on consulting related material and references, and analys the design objects

3、which is a complex titanium fittings role. Based on “simple, efficient and economic” design ideas as a guide, to make a machining processes for this workpiece. Complex shape of the part using TC4 difficult materials, so the processing when using traditional processing methods alone is not able to sa

4、tisfy the design requirements of the parts, so this part of the processing needed to use state-of-the-art CNC machining and wire cutting technology. During the choice of machine tool equipment, due to the complex shape of the workpiece, there are many allotype hole and allotype surface, therefore, i

5、n the processing of these places as much as possible to choose a suitable CNC machine tools and the corresponding tools and fixture design and reasonable feed path. In addition to the process design, also designed a special fixture and a set of inspection and measuring. Through this parts of the pro

6、cess design, special jig design and measuring tool design, it enhance the understanding of professional knowledge, laid a good foundation for the development in the future.Key Words: Titanium machining processes, Surface processing, CNC processing，Process design，Design tools目 錄1 引言111 鈦合金綜述112 鈦合金的切

7、削加工1121 鈦合金的切削加工性能1122 改善鈦合金切削加工性能的措施2123 鈦合金切削加工工藝經(jīng)驗313 鈦合金的電加工3131 鈦合金的電火花線切割加工性能3132 鈦合金的電解加工414 鈦合金的精密成型技術(shù)415 本課題要研究或解決的問題52 零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定621 零件的作用622 零件的工藝分析623 零件的生產(chǎn)類型73 零件毛坯類型831 零件材料分析832 毛坯類型的選擇833 確定毛坯尺寸934 零件毛坯圖94 加工方法的選擇及工藝路線的制定941 定位基準(zhǔn)的選擇942 零件表面加工方法的選擇1043 制定工藝路線1144 典型加工方法簡介12441 電火

8、花線切割加工的特點12442 數(shù)控加工工藝特點135 工序設(shè)計1551 選擇加工設(shè)備與工藝裝備15511 確定各工序所使用的機床及工藝裝備15512 選擇刀具16513 選擇夾具16514 選擇量具16515 切削液的選擇1752 確定工序尺寸17521 確定端面的工序尺寸17522 確定圓柱面的尺寸17523 確定異型孔的尺寸18524 確定各曲面的加工余量19525 確定凸耳凹槽的加工余量196 切削用量及基本時間的確定1961 工序3切削用量及基本時間的確定1962 工序4切削用量及基本時間的確定19621 加工設(shè)備的選擇19622 切削用量20623 基本時間2163 工序6切削用量及

9、基本時間的確定21631 加工設(shè)備的選擇21632 切削用量22633 基本時間2264 工序8切削用量及基本時間的確定23641 加工設(shè)備的選擇2365 工序9切削用量及基本時間的確定24651 加工設(shè)備的選擇24652 切削用量24653 基本時間2666 工序10的切削用量及基本時間的確定28661 加工設(shè)備的選擇28662 切削用量28663 基本時間2867 工序11切削用量及基本時間的確定29671 加工設(shè)備的選擇29672 切削用量3068 工序12切削用量及基本時間的確定30681 加工設(shè)備的選擇30682 切削用量3069 工序13切削用量及基本時間的確定32691 加工設(shè)備

10、的選擇32692 切削用量32610 工序14切削用量及基本時間的確定336101 加工設(shè)備的選擇336102 切削用量346103 基本時間35611 工序15切削用量及基本時間的確定356111 加工設(shè)備的選擇356112 切削用量356113 基本時間36612 工序16的切削用量及基本時間的確定376121 加工設(shè)備的選擇376122 切削用量37613 工序18切削用量及基本時間的確定396131 加工設(shè)備的選擇396132 切削用量396123 基本時間40614 工序19的切削用量及基本時間的確定406141 加工設(shè)備的選擇406142 切削用量406143 確定基本時間427

11、夾具設(shè)計4371 夾具的選擇與組成4372 銑床夾具設(shè)計要點4373 定位加緊方案的確定4474 定位與加緊機構(gòu)設(shè)計448 量具的設(shè)計4481 位置量規(guī)設(shè)計概述4482 位置量規(guī)設(shè)計計算4783 位置量規(guī)技術(shù)要求499 總結(jié)48參考文獻49致 謝511 引言1.1 鈦合金綜述鈦及鈦合金對一個國家的國防、經(jīng)濟和科技發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。各國經(jīng)濟、軍事強國把鈦應(yīng)用量的多少和鈦工業(yè)發(fā)展水平當(dāng)作一個國家經(jīng)濟實力和國防實力的重要標(biāo)志之一鈦及鈦合金被稱為二十一世紀(jì)戰(zhàn)略金屬，也稱為新崛起的第三代金屬,它很有希望成為繼鐵、鋁之后的第三種實用金屬，開發(fā)利用前景十分廣闊。我國鈦資源非常豐富，總儲量達9億噸，儲量

12、世界第一，中國必將成為鈦金屬的世界生產(chǎn)大國。1鈦是同素異構(gòu)體，熔點為1720C，在低于882C時呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱鈦；在882C以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為鈦；利用鈦的上述2種結(jié)構(gòu)特點，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。室溫下，鈦合金有3種基體組織，鈦合金也就分為以下3類：(1)相鈦合金材料（用TA表示）；(2)相鈦合金（用TB表示）；(3)+相鈦合金（用TC表示）。3種鈦合金中最常用的是鈦合金和+鈦合金；鈦合金的切削加工性最好，+鈦合金次之，鈦合金最差。鈦合金密度僅為4.59cm3，重量輕，接近鋁的比重，但其比強度卻大于超高強度鋼；熔點高達1660

13、C，具有較高的熱強度，可在550C以下工作，在此溫度下，表面易于形成致密的氧化膜，故不容易被進一步氧化，對大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質(zhì)等有較強的抗腐蝕能力。因此，近年來，現(xiàn)代工業(yè)、儀器儀表、航天、軍事工業(yè)對鈦合金材料的需求量大增。盡管我國是鈦蘊含量最豐富的國家，但由于鈦合金材料導(dǎo)熱系數(shù)低、塑性低、硬度高、彈性模量低、彈性變形大等特點，造成鈦合金材料切削加工性差，且鈦合金原材料價格昂貴，廢料回收難，使鈦合金的使用成本增加，我國工業(yè)及軍事裝備使用鈦合金零件的比例相對較低，即使是某些新型軍用航空零件，鈦合金占有的比例也不大，與國際先進水平存在較大差距。1.2 鈦合金的切削加工1.2.1 鈦

14、合金的切削加工性能研究發(fā)現(xiàn)，影響鈦合金材料切削加工性能和刀具耐用度的主要原因是：(1) 材料親和力強。鈦元素化學(xué)活性強，具有很強的親和力，在600C以上高溫時，加工點很容易與接觸的氧、氫和氮等氣體雜質(zhì)化合而硬化，形成脆化層，影響刀具的壽命；同時，這些雜質(zhì)還具有磨料性質(zhì)，能夠加速刀具的磨損。(2) 塑性變形量小。鈦合金塑性變形量小，其收縮系數(shù)僅為鋼材的13左右，切屑經(jīng)主切削刃切離后，會立即向上翻卷，使切屑與刀具前刀面間僅存一極小的接觸區(qū)，使作用在刀具與工件材料接觸面上的壓力增高，產(chǎn)生熱量堆積。(3) 強度極限高。鈦合金的含碳量高，材料的高強度極限，加工時會造成切削點壓力增大和局部溫度增高。熱穩(wěn)定

15、性好，高溫強度高，在300500C溫度下，比鋁合金高10倍。(4) 彈性模量低，彈性變形大。鈦合金彈性模量低，約為鋼的12，故鈦合金彈性變形大，在后刀面與工件的接觸區(qū)材料回彈量大，使材料與后刀面的接觸面積增大，切削溫度升高，磨損嚴(yán)重。(5) 導(dǎo)熱性差。鈦合金的導(dǎo)熱率很低，僅為鎳的1/4，鐵的15，鋁的1/10，加工時前述原因產(chǎn)生的切削熱大量堆積在切削點難以迅速傳導(dǎo)，使刀刃局部溫度升高。(6) 切削液使用不當(dāng)時刀刃的熱沖擊增大。如前所述，由于材料特性等諸多原因，加工鈦合金時，在刀具切削點的附近會產(chǎn)生很大的熱量堆積，此時，如果切削液加注不當(dāng)，就會受膜態(tài)沸騰現(xiàn)象的影響，使切削點得不到連續(xù)而有效的潤滑

16、和冷卻，液體冷卻速度過快，易于形成熱沖擊，又增大了刀具的微裂。1.2.2 改善鈦合金切削加工性能的措施鈦合金作為一種難加工件，其加工難點主要由材料特性決定。在加工中需要根據(jù)具體物理特性合理選取刀具和輔助條件，制定合理的走刀路線和工藝方案，以達到最佳的切削效果。解決鈦合金切削加工性差的問題，必須從刀具、機床、夾具、切削用量等方面綜合考慮，其中刀具問題尤為重要，是鈦合金切削的主要矛盾。針對鈦合金材料的性質(zhì)和切削過程的特點，加工時應(yīng)考慮以下措施：(1) 由于在加工中切削力大、切削溫度高，導(dǎo)致刀具易磨損，壽命減低，所以要選用硬性好、耐磨性高的刀具材料。如高速鋼牌號：含鋁高速鋼 W6Mo5Cr4V2Al

17、、高鈷高速鋼W2Mo9Cr4VCo8(相當(dāng)于美國材料牌號M42)、粉末冶金高速鋼（此類鋼的含碳量接近于平衡碳，在淬火后可獲得很高的硬度HRC65-70）；硬質(zhì)合金牌號：粗加工選用YG8、YG8W、YG10H,精加工選用YG8W、YP15(YGRM)。(2) 采用較小的前角和較大的后角以增大切屑與前刀面的接觸長度，并減小工件與后刀面的摩擦，刀尖采用圓弧過渡刃，以提高強度，避免刀尖燒損和崩刃；一般取=510；=15。(3) 要保持刀刃鋒利，以保證排屑流暢，避免粘屑崩刃；加工鈦合金的硬質(zhì)合金刀具應(yīng)當(dāng)采用金剛石砂輪進行刃磨，要保證刃口鋒利、刀面光潔，前、后刀面的表面粗糙度應(yīng)小于RaO4，刃口部分不允許

18、有微小的缺口。對主切削刃在刃磨后還應(yīng)當(dāng)用金剛石或碳化硅油石研磨出倒棱(背刀)，以消除刃磨時產(chǎn)生的鋸口，使切削刃光滑，達到提高刀具抗磨損能力、增強刀刃強度的目的。(4) 切削速度宜低，以免切削溫度過高；進給量適中，過大易燒刀，過小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利于提高刀具耐用度；(5) 加工時須加冷卻液充分冷卻，充分的冷卻潤滑是鈦合金加工的必要保證。(6) 切削鈦合金時吃刀抗力較大，故工藝系統(tǒng)需保證有足夠的剛度。由于鈦合金易變形，所以切削夾緊力不能大，特別是在某些精加工工序時，必要時可使用一定的輔助支撐。1.2.3 鈦合金切削加工工藝經(jīng)驗綜合上述

19、加上難點，依照逐步去量的原則設(shè)計工藝路線。在加工過程中穿插自然時效和真空時效處理。同時為了在批量生產(chǎn)的條件下保證零件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，還可采取如下措施：粗加工過程中采用大功率大扭矩的普通銑床去除大量；考慮到鈦合金材料易受切削力、夾緊力作用發(fā)生加工變形，零件結(jié)構(gòu)剛性差的特點，在工序間穿插了自然時效過程，在粗精加工之間安排真空時效處理工序，以消除鑄造和加工應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸；在精加工階段為保證加工的高效率和高精度，采用立式加工中心、臥式加工中心進行加工；對于精加工階段的基準(zhǔn)面，其平面度及角度精度必須進行工藝加嚴(yán)，在批產(chǎn)中采用數(shù)控加工中心進行高速切削代替磨削，提高了加工效率；普通方法難以保證同軸孔

20、的尺寸精度和表面粗糙度要求，可采用機床安裝雙主軸進行精加工的方法。1.3 鈦合金的電加工1.3.1 鈦合金的電火花線切割加工性能電火花線切割加工是利用鉬絲和工件兩極之間脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象對工件進行加工。電火花腐蝕主要原因：兩電極在絕緣液體中靠近時，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平，其電場分布不均勻離得最近凸點處的電場度最高，極間介質(zhì)被擊穿，形成放電通道，電流迅速上升。在電場作用下，通道內(nèi)的負(fù)電子高速奔向陽極，正離子奔向陰極形成火花放電，電子和離子在電場作用下高速運動時相互碰撞，陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的轟擊，使電極間隙內(nèi)形成瞬時高溫?zé)嵩?，通道中心溫度達到10000度以上，以致

21、局部金屬材料熔化和氣化。電火花線切割加工的鈦合金表面光潔度和粗糙度都可以控制得很好，切縫也小，對鈦合金這樣昂貴的材料來說，浪費少就是極大地節(jié)省了材料，也節(jié)省了工人開支，明顯的節(jié)約了生產(chǎn)成本。切割鈦合金并不比切紫銅、鋁合金材料慢，但比起切割普通鋼材來，就要慢一些了。慢的原因和鈦合金材料本身強度比較大，比重比較輕，切削液不容易沖走有關(guān)系。所以要調(diào)好切削液。如果鉬絲已經(jīng)比較細了，要及時更換新鉬絲，切割的縫隙寬了，切削液也容易沖進去，切割起來也能快一些。1.3.2 鈦合金的電解加工鈦合金在電解加工過程中存在著特殊性。其特殊性體現(xiàn)在：加工表面易形成鈍化膜使加工困難以及非加工表面易形成點蝕影響表面質(zhì)量。對

22、鈦合金進行了電解加工試驗，對樣件進行了分析、比較并研究了影響表面質(zhì)量的工藝因素。結(jié)果表明：采用脈沖電源，選擇濃度合適的NaCl電解液和恰當(dāng)?shù)碾妳?shù)加工能獲得較好的表面質(zhì)量。鈦合金的電解試驗研究表明：(1) 采用活性較強的NaCl作為主電解液進行加工，應(yīng)選用合適的濃度。(2) 為了減輕雜散腐蝕，獲得較好表面質(zhì)量，應(yīng)選用較高的電流進行加工。(3) 和直流加工相比，脈沖電流加工能改善表面質(zhì)量。1.4 鈦合金的精密成型技術(shù)為推廣鈦合金的應(yīng)用，世界主要鈦合金生產(chǎn)國包括美國、日本、俄羅斯、中國等都開展了低成本鈦合金精密成形技術(shù)的研究。精密成形技術(shù)主要包括精密鑄造技術(shù)、等溫鍛造技術(shù)、粉末冶金技術(shù)等。這些技術(shù)

23、可以實現(xiàn)近凈形生產(chǎn)，材料利用率高達7090，大大降低了成本。隨著航空、航天工業(yè)的發(fā)展，復(fù)雜形狀構(gòu)件整體精密成形取代傳統(tǒng)的“多件連接”結(jié)構(gòu)和“鍛造切削加工”生產(chǎn)方式已成為必然趨勢。鈦合金在常規(guī)鍛造時屬于難變形材料，難以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的成形，只有通過增大鍛件余量和模鍛斜度，簡化鍛件結(jié)構(gòu)形狀，提高鍛造溫度來實現(xiàn)鍛件的成型這不僅降低了材料的利用率，同時也增大了鍛造設(shè)備的壓力要求如果采用等溫鍛造技術(shù)，不僅可實現(xiàn)近凈成形或凈成形，而且可以通過對變形速度的控制，大大降低變形抗力，充分發(fā)揮現(xiàn)有鍛造設(shè)備的潛力，提高模具的使用壽命。等溫鍛造技術(shù)的主要特點是模具與成形件處在基本相同的溫度中，因此需要帶有模具加熱及控

24、溫裝置。等溫鍛造一般速率較低，主要采用專用液壓機。等溫鍛造技術(shù)特別適合于那些鍛造溫區(qū)窄的難變形材料，例如高溫合金、鈦合金、粉末高溫合金等。等溫鍛造過程變形材料中常發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，從而使鍛件中的組織呈均勻的等軸細晶形態(tài)。等溫成形的零件尺寸精度高，既節(jié)約了材料，又減少加工工時。等溫鍛造的模具材料主要根據(jù)變形溫度進行選擇，常用的有熱模具鋼、鐵基高溫合金、鎳基高溫合金、鋁合金以及陶瓷等。俄羅斯的一些專家研究利用碳碳復(fù)合材料作為1000以上的等溫鍛造模具材料，因為這類材料具有優(yōu)越的高溫力學(xué)件能。然而這類材料易于發(fā)生高溫氧化，他們研究了相應(yīng)的防護措施，現(xiàn)在這類模具材料的應(yīng)用尚在探索階段。等溫鍛造過程時間較

25、長，溫度較高，成形件的形狀經(jīng)常比較復(fù)雜，模具表面包含一些淺細凹凸部分。因此，需要一定的潤滑涂料；在坯料加熱及成形中起到防護作用，同時在變形件與模具之間形成連續(xù)的潤滑膜以減少摩擦，在成形后它又能起到脫模劑的作用。在選擇潤滑劑時要注意不能對模具有腐蝕作用，也不能污染成形件表面材料。與其他鍛造方式相比，等溫鍛造更需要和更易于實現(xiàn)精確控制。所以實現(xiàn)從模具及坯料的設(shè)計到成形過程溫度速率控制的全面計算機化，是提高效率和質(zhì)量的需要，也是目前的技術(shù)水平可以達到的。1.5 本課題要研究或解決的問題畢業(yè)設(shè)計是所學(xué)專業(yè)所有基礎(chǔ)和專業(yè)課程結(jié)束后的一次綜合的機械設(shè)計。本次畢業(yè)設(shè)計選擇了一個復(fù)雜零件的機械加工工藝與夾具設(shè)

26、計和量具設(shè)計作為課題。畢業(yè)設(shè)計根據(jù)所給零件的零件圖和所用材料，主要設(shè)計此復(fù)雜鈦合金連接件的加工工藝，其中包括：零件圖的分析、零件的工藝分析、設(shè)計加工工藝方案、確定加工工序和走刀路線、選擇機床和加工工藝設(shè)備、設(shè)計加工工藝夾具、設(shè)計專用量具、確定切削用量、加工工藝過程設(shè)計、編寫加工工藝文件、以及編寫加工程序等。在本畢業(yè)設(shè)計中要研究定位基準(zhǔn)的選擇、工件的定位方法、零件的結(jié)構(gòu)工藝性等。機械制造加工工藝是機械制造業(yè)的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)高科技產(chǎn)品的保障。離開了它就不能開發(fā)出先進的產(chǎn)品和保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本和縮短生產(chǎn)周期。機械制造工藝技術(shù)是在人類生產(chǎn)實際中產(chǎn)生并不斷發(fā)展的，目前機械制造工藝技術(shù)向著高

27、精度、高效率、高自動化發(fā)展。精密加工精度已經(jīng)達到亞微米級，而超精密加工以及進入0.01微米級。現(xiàn)代機械產(chǎn)品的特點是多種多樣批量小、更新快、生產(chǎn)周期短。本畢業(yè)反映了機械制造加工工藝與夾具、量具設(shè)計的宗旨是：保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量；提高勞動生產(chǎn)率；提高經(jīng)濟效益。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我能對零件的制造過程有一個總體的、全貌的了解與把握，能利用已學(xué)的金屬切削的基本規(guī)律、機械加工工藝的基本知識、機床、刀具、夾具及其參數(shù)的選擇方法，進行零件的加工工藝規(guī)程的設(shè)計、專用夾具和量具的設(shè)計，初步具備了分析解決現(xiàn)場工藝問題的能力。2 零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定2.1 零件的作用本次設(shè)計所要研究的是一個復(fù)雜鈦合金連接件

28、，此連接件為彈翼接頭，此類零件要求零件材料本身具有高的強度和剛度，抗疲勞強度大，韌性高，耐高、低溫，抗腐蝕，質(zhì)輕等特點，故綜合這些條件，我們選用鈦合金（TC4）作為此連接件的材料。此接頭型面復(fù)雜，加工工藝也較為復(fù)雜，而且零件所用材料為鈦合金，故在加工過程中，要充分考慮到鈦合金的加工特性，合理運用適當(dāng)?shù)募庸すに?，如?shù)控加工，曲面加工及特種加工等，以使加工出的零件符合設(shè)計要求。本零件是一個航空用接頭（圖2.1），它位于尾翼處，用于安裝連接尾翼。該零件的兩個90H7的孔為軸承孔；8H8孔和6H8以及1：5錐孔都為重要的連接孔，要求的精度高；兩個矩形孔為減重孔；異型曲面為連接尾翼的連接部分。2.2 零

29、件的工藝分析零件的視圖正確，完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全。但基準(zhǔn)孔90H8要求較高，Ra3.2m，以此孔位加工定位基準(zhǔn)來加工其他部分。該零件形狀復(fù)雜，且為鈦合金材料，加工相對困難。先將毛坯的上下表面加工出來，要求表面粗糙度Ra6.3m，以此當(dāng)作粗基準(zhǔn)，采用線切割先將零件外輪廓切割出來，并切割出84的孔。鏜床上精加工出90H8孔，并以此孔為精基準(zhǔn)，加工8H8孔，銑削曲面和異型曲面。圖2.1 零件圖由于零件形狀復(fù)雜，尤其是有曲面和異型曲面及異型孔的存在，所以在加工這三處時要用到數(shù)控加工，其他部分工藝性相對較好，故在普通機床上加工即可。不過，在普通機床上加工8H8孔、6H8孔、1：5錐孔及兩個減重

30、孔時，由于他們所處位置的關(guān)系，故需要設(shè)計專用夾具來裝夾工件，也此來提高加工效率和加工精度。2.3 零件的生產(chǎn)類型零件的年產(chǎn)量Q=12100件/年，每臺產(chǎn)品包含的零件數(shù)目n=1件/臺；結(jié)合生產(chǎn)實際，備用率和廢品率分別取為10%和1%。代入公式得該零件的生產(chǎn)量為：N=Qn（1+）=12001（1+10%+1%）=1332件/年本零件為航空用鈦合金零件，所以為輕型零件，故生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。3 零件毛坯類型3.1 零件材料分析研究發(fā)現(xiàn)，影響鈦合金材料切削加工性能和刀具耐用度的主要原因是：(1) 材料親和力強。鈦元素化學(xué)活性強，具有很強的親和力，在600C以上高溫時，加工點很容易與接觸的氧、氫和氮等氣

31、體雜質(zhì)化合而硬化，形成脆化層，影響刀具的壽命；同時，這些雜質(zhì)還具有磨料性質(zhì)，能夠加速刀具的磨損。(2) 塑性變形量小。鈦合金塑性變形量小，其收縮系數(shù)僅為鋼材的13左右，切屑經(jīng)主切削刃切離后，會立即向上翻卷，使切屑與刀具前刀面間僅存一極小的接觸區(qū)，使作用在刀具與工件材料接觸面上的壓力增高，產(chǎn)生熱量堆積。(3) 強度極限高。鈦合金的含碳量高，材料的高強度極限，加工時會造成切削點壓力增大和局部溫度增高。熱穩(wěn)定性好，高溫強度高，在300500C溫度下，比鋁合金高10倍。(4) 彈性模量低，彈性變形大。鈦合金彈性模量低，約為鋼的12，故鈦合金彈性變形大，在后刀面與工件的接觸區(qū)材料回彈量大，使材料與后刀面

32、的接觸面積增大，切削溫度升高，磨損嚴(yán)重。(5) 導(dǎo)熱性差。鈦合金的導(dǎo)熱率很低，僅為鎳的1/4，鐵的15，鋁的1/10，加工時前述原因產(chǎn)生的切削熱大量堆積在切削點難以迅速傳導(dǎo)，使刀刃局部溫度升高。(6) 切削液使用不當(dāng)時刀刃的熱沖擊增大。如前所述，由于材料特性等諸多原因，加工鈦合金時，在刀具切削點的附近會產(chǎn)生很大的熱量堆積，此時，如果切削液加注不當(dāng)，就會受膜態(tài)沸騰現(xiàn)象的影響，使切削點得不到連續(xù)而有效的潤滑和冷卻，液體冷卻速度過快，易于形成熱沖擊，又增大了刀具的微裂。3.2 毛坯類型的選擇正確選擇毛坯是工藝技術(shù)人員應(yīng)該高度重視的問題。零件加工過程中工序的內(nèi)容或工序的數(shù)目、材料的消耗、熱處理的方法、

33、零件的制造費用等都與毛坯的制造方法有關(guān)，因此選擇合適的毛坯類型非常重要。機械零件的常用毛坯有鑄件、鍛件、軋制型材、擠壓件、沖壓件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件等。選擇毛坯時，應(yīng)盡量毛坯的形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件的形狀和尺寸，以減少機械加工。另外，毛坯類型的選擇主要考慮零件的材料、零件本身的結(jié)構(gòu)、在產(chǎn)品中的作用、生產(chǎn)綱領(lǐng)以及現(xiàn)有的生產(chǎn)條件。接頭的材料為鈦合金，這種材料難加工，而且價格較貴。況且零件外形復(fù)雜，并且用于航空航天領(lǐng)域，不論是力學(xué)性能還是其他方面對零件本身的要求都很高。綜合以上要求，這里采用鍛件作為毛坯的類型。3.3 確定毛坯尺寸由于本零件將采用線切割的加工方法切割出零件輪廓，故對毛坯

34、的徑向尺寸要求不嚴(yán)格，但是對軸向尺寸要求嚴(yán)格。如圖3.1所示，毛坯的軸承孔上下端面表面粗糙度Ra6.3m，單面加工余量為2mm；異型曲面面的單面加工余量為2mm。線切割加工零件輪廓時，只要保證毛坯的寬度和長度比零件最寬和最長的地方稍大即可，故在此去毛坯的寬度為320mm，長度為450mm。由此，確定出毛坯的最終尺寸為320450116。3.4 零件毛坯圖圖3.1 毛坯圖4 加工方法的選擇及工藝路線的制定4.1 定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)選擇的一般原則為：(1) 選最大尺寸的表面為安裝面，選最長距離的表面為導(dǎo)向面，選最小尺寸的表面為支承面；(2) 首先考慮保證空間位置精度，再考慮保證尺寸精度；(3)

35、 應(yīng)盡量選擇零件的主要表面為定位基準(zhǔn)；(4) 定位基準(zhǔn)應(yīng)有利于夾緊，在加工過程中穩(wěn)定可靠。本零件為一形狀復(fù)雜的連接件，由于90H7的加工要求較高，故選用這個孔位定位基準(zhǔn)。由于本零件的全部表面都需加工，而孔作為精基準(zhǔn)應(yīng)先加工，以此應(yīng)選孔的端面作為粗基準(zhǔn)。因此，最先加工毛坯的上下面，以此加工出粗基準(zhǔn)，然后在加工出90H7孔作為之后零件加工的精基準(zhǔn)。4.2 零件表面加工方法的選擇本零件外形復(fù)雜，加工面包括外圓，內(nèi)孔，端面，曲面，異型曲面，槽，小孔和異型孔，材料為鈦合金（TC4）。以公差等級和表面粗糙度的要求，查閱工藝手冊中零件表面的加工方法，加工經(jīng)濟精度與表面粗糙度的相關(guān)內(nèi)容，其加工方法選擇如下：表

36、4.1 零件各表面加工方法加工面公差等級表面粗糙度加工方法軸承孔上下端面（未注）IT14Ra6.3粗銑-半精銑84mm內(nèi)孔IT7Ra6.3線切割-粗鏜90H7軸承孔IT7Ra3.2粗鏜-半精鏜-精鏜100mm內(nèi)孔（未注）IT14Ra6.3粗鏜-半精鏜120mm外圓面（未注）IT14Ra6.3粗銑-半精銑8H8孔IT8Ra1.6鉆孔-鉸孔6H8孔IT8Ra1.6鉆孔-鉸孔1:5錐孔（未注）IT14Ra3.2鉆孔-粗銑-半精銑兩個減重孔（未注）IT14Ra6.3鉆孔-粗銑-半精銑曲面（未注）IT14Ra6.3粗銑-半精銑-精銑異型曲面（未注）IT14Ra6.3粗銑-半精銑-精銑異型孔（未注）IT1

37、4Ra6.3鉆孔-粗銑-半精銑（未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定其公差等級按IT14，表面粗糙度Ra6.3。）4.3 制定工藝路線制訂工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性的機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。按照一般零件的加工工藝路線，一般是先進行毛坯的加工，再進行零件表面的加工。按照先加工基準(zhǔn)面及先粗后精的原則，該零件加工可按下述工藝路線進行。工序1：下料。工序2：鍛造毛坯。工序3：退火。由于毛坯為鍛造成型，在機械加工之

38、前，首先安排退火處理，以消除鍛造應(yīng)力，改善金屬組織，細化金粒，改善切削性能。工序4：粗銑毛胚上下表面。先以零件的一側(cè)軸承孔端面為定位基準(zhǔn)加工對側(cè)的平面；翻面，再以另一側(cè)的軸承孔端面為基準(zhǔn)，加工對側(cè)的平面。工序5：超聲探傷。工序6：精銑軸承孔上下端面。工序7：劃線。鉗工劃線，劃出零件的輪廓，穿絲孔的位置、大小，再劃出84孔的中心線及線切割至82的輪廓，在底部中間異型孔位置預(yù)鉆一定位孔。工序8：線切割。電火花線切割，切割出零件輪廓，中心孔切割至82。工序9：粗鏜。粗鏜中心孔至，精鏜中心孔，粗鏜一側(cè)軸承孔至mm，半精鏜至mm；翻面，粗鏜另一側(cè)軸承孔至mm，半精鏜至mm，粗鏜100孔并倒圓角。工序10

39、：精鏜。以84孔和端面為定位基準(zhǔn)，精鏜一側(cè)軸承孔至；翻面，精鏜至。工序11：粗銑。粗銑上下異型面、上下曲面。工序12：粗、精銑。以90H7孔為基準(zhǔn)，粗精銑凸耳的上下外圓及表面、銑凸耳凹槽。工序13：銑削錐孔。先用14mm的鉆頭預(yù)鉆一通孔，再銑出圓錐孔，倒R5圓角。工序14：鉆8H8孔至7.8mm，鉸孔至8H8，锪倒角。工序15：鉆6H8孔至5.8mm，鉸孔至6H8。工序16：精銑。精銑上下曲面、上下異型曲面工序17：劃線。劃出減重孔、底面三異型孔輪廓的輪廓線、對稱中心線。工序18：銑削減重孔。先用20mm的鉆頭，預(yù)鉆出進刀孔，再銑出減重孔。工序19：鉆、銑底面三異型孔。工序20：去毛刺工序21

40、：熒光檢測工序22：終檢。按零件圖樣要求全面檢查。4.4 典型加工方法簡介在加工本零件的過程中，除了運用了傳統(tǒng)的加工方法，由于零件的外形復(fù)雜，而且為鈦合金零件，這對于傳統(tǒng)的加工方法來說加工效率較低，為了提高加工效率，提高加工精度，在加工過程中有分別采用了電火花線切割和數(shù)控銑削兩種加工效率加工精度都較高的加工工藝?，F(xiàn)在就兩種加工工藝做一簡單介紹。4.4.1 電火花線切割加工的特點電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續(xù)移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬

41、、切割成型。線切割加工主要用于加工各種形狀復(fù)雜和精密細小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工余量小、加工精度高、生產(chǎn)周期短、制造成本低等突出優(yōu)點。數(shù)控電火花線切割是數(shù)字系統(tǒng)控制下直接利用電能加工工件的一種方法，因此與其他加工方式相比有自己獨立的特點： (1) 直接利用線狀的電極絲作電極，不需要制作專用電極，可節(jié)約電極的設(shè)計、制造費用。(2) 可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的工件。對不同的工件只需編制不同的控制程序，對不同形狀的工件都很容易實現(xiàn)自動加工，很適合小批量形

42、狀復(fù)雜零件、單件和試制品的加工，且加工周期短。(3) 利用電蝕加工原理，電極絲與工件不直接接觸，兩者之間的作用很小，故而電極絲、夾具不需要太高的強度。(4) 傳統(tǒng)的車、銑、鉆加工中，刀具硬度必須比工件大，而數(shù)控電火花線切割機床的電極絲材料不必比工件材料硬，可節(jié)省輔助時間和刀具費用。(5) 直接利用電、熱能進行加工，可以方便地對影響加工精度的加工參數(shù)（脈沖寬度、間隔、伺服速度等）進行調(diào)整，有利于加工精度的提高，便于實現(xiàn)加工過程的自動化控制。(6) 工作液一般采用水基乳化液或純水，成本低，不會發(fā)生火災(zāi)。(7) 利用四軸或五軸聯(lián)動，可加工錐度、上下面異型體或回轉(zhuǎn)體等零件。(8) 由于電極絲比較細，可

43、以方便地加工微細異型孔、窄縫和復(fù)雜截面的型柱、型孔。由于切縫很窄，實際金屬去除量很少，材料的利用率很高。對加工、節(jié)約貴重金屬有重要意義。(9) 采用移動的長電極絲進行加工，使單位長度電極絲的損耗較少，從而對加工精度的影響比較小，特別在慢走絲線切割加工中，電極絲一次性使用，電極絲損耗對加工精度的影響更小。電火花線切割加工有許多突出的特點，因而在國內(nèi)外發(fā)展都很快，在塑料模具加工中已獲得了廣泛的應(yīng)用。4.4.2 數(shù)控加工工藝特點： 數(shù)控加工柔性好，自動化程度高，特別適宜加工輪廓形狀復(fù)雜的曲線，曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的復(fù)雜箱體，棱體零件，在多品種、小批量生產(chǎn)情況下，使用數(shù)控機床加工能獲得較高

44、的經(jīng)濟效益。概括起來，數(shù)控加工主要有一下特點：(1) 廣泛的適應(yīng)性、高度的柔性。數(shù)控機床適用于各種批量和加工精度零件的生產(chǎn)以及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)省了大量工藝裝備的費用。(2) 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機床加工精度高，一般可達0.005mm，而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行補償，因此數(shù)控機床定位精度高，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。(3) 生產(chǎn)率高。數(shù)控機床可有效減少零件的加工時間和輔助測量時間，允許機床進行大切削量的強力切削。另外，配合加工中心刀庫的使用，實現(xiàn)了在一臺機床進行多工序的連續(xù)加工，減少了半成品的工序周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)率。(4) 勞動強

45、度低，勞動條件好。數(shù)控機床能自動進行連續(xù)加工，直至加工結(jié)束，機床操作者的勞動趨于智力型工作。另外，機床一般是封閉式加工，既清潔，又安全。(5) 便于實現(xiàn)計算機集成制造。數(shù)控機床的加工可預(yù)先精確估計加工時間，所使用刀具、夾具可進行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。易于實現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。從工藝性來講，普通加工工藝是數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)和技術(shù)保障，由于數(shù)控加工采用計算機對機械加工過程進行自動化控制，使得數(shù)控加工工藝具有如下特點。(1) 數(shù)控加工工藝必須經(jīng)過實際驗證才能指導(dǎo)生產(chǎn)由于數(shù)控加工的自動化程度高，安全和質(zhì)量是至關(guān)重要的。數(shù)控加工工藝必須經(jīng)過驗證后才能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。在普通機械加工中

46、，工藝員編寫的工藝文件可以直接下到生產(chǎn)線用于指導(dǎo)生產(chǎn)，一般不需要上述的復(fù)雜過程。(2) 數(shù)控加工工藝的繼承性較好凡經(jīng)過調(diào)試、校驗和試切削過程驗證的，并在數(shù)控加工實踐中證明是好的數(shù)控加工工藝，都可以作為模板，供后續(xù)加工相類似零件調(diào)用，這樣不僅節(jié)約時間，而且可以保證質(zhì)量。作為模板本身在調(diào)用中也是一個不斷修改完善的過程，可以達到逐步標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的效果。因此，數(shù)控工藝具有非常好的繼承性。(3) 數(shù)控加工工藝設(shè)計要有嚴(yán)密的條理性由于數(shù)控加工的自動化程度較高，相對而言，數(shù)控加工的自適應(yīng)能力就較差。而且數(shù)控加工的影響因素較多，比較復(fù)雜，需要對數(shù)控加工的全過程深思熟慮，數(shù)控工藝設(shè)計必須具有很好的條理性，也就

47、是說，數(shù)控加工工藝的設(shè)計過程必須周密、嚴(yán)謹(jǐn)，沒有錯誤。數(shù)控加工工藝要考慮加工零件的工藝性，加工零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式，也要選擇刀具，制定工藝路線、切削方法及工藝參數(shù)等，而這些在常規(guī)工藝中均可以簡化處理。因此，數(shù)控加工工藝比普通加工工藝要復(fù)雜得多，影響因素也多，因而有必要對數(shù)控編程的全過程進行綜合分析、合理安排，然后整體完善。相同的數(shù)控加工任務(wù)，可以有多個數(shù)控工藝方案，既可以選擇以加工部位作為主線安排工藝，也可以選擇以加工刀具作為主線來安排工藝。數(shù)控加工工藝的多樣化是數(shù)控加工工藝的一個特色，是與傳統(tǒng)加工工藝的顯著區(qū)別。5 工序設(shè)計5.1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備5.1.1 確定各工序所使用的機床

48、及工藝裝備由于該工件形狀不規(guī)則，且加工曲面較多，在加工過程中基本使用的是專用夾具。機床包括普通機床和數(shù)控機床。(1) 工序4、6是粗銑和精銑平面。各工序工步數(shù)不多，成批生產(chǎn)不要求很高的精度，選用普通銑床就能滿足要求。本零件外廓尺寸較大，但是精度要求不是很高，選用常用的X5032立式升降臺銑床即可。刀具選用YG8硬質(zhì)合金端銑刀，刀盤直徑=80mm，采用專用夾具固定。(2) 工序9、10是鏜孔。零件所要加工的孔的孔徑較大，采用臥式鏜床易于觀察加工過程。這里選用TA4280雙柱坐標(biāo)鏜床加工，刀具選用YG8W硬質(zhì)合金內(nèi)孔鏜刀，刀桿直徑=40mm，采用專用夾具固定(3) 工序11是粗銑異型面、上下曲面，

49、由于曲面復(fù)雜，為了加快加工效率，提高加工精度，選用數(shù)控機床加工。所以這里選用XK5038數(shù)控立式升降臺銑床。刀具選用YG8硬質(zhì)合金立銑刀，刀具直徑=25mm，采用專用夾具固定。(4) 工序12是銑凸耳外圓、凸耳凹槽。由于凸耳的位置關(guān)系，以及凸耳外圓加工難度高，普通銑床不容易找到精確的位置，故采用數(shù)控銑床來加工外圓和凸臺以提高凸臺的位置精度。這里選用XK5038數(shù)控立式升降臺銑床。粗加工時刀具選用40和10粗齒立銑刀；半精加工時使用40細齒立銑刀和12球頭銑刀；倒R5圓角用10的球頭銑刀。采用專用夾具固定。(5) 工序14、15是鉆孔及鉸孔。由于本零件這兩個孔的加工要求很高。都需要鉸孔，為了減少零件裝夾次數(shù)，選用既能鉆孔又能鉸孔的鉆床。所以這里選用ZJ5025立式鉆床。刀具選用YG8硬質(zhì)合金麻花鉆，鉆頭直徑分別為=5.8mm，=7.8mm，采用專用夾具固定；鉸刀直徑分別為=6mm，=8mm，采用專用夾具固定。(6) 工序13、18、19是銑削異型孔。為了加快加工效率，提高加工精度，選用數(shù)控機床加工。所以這里選用XK5038數(shù)控立式升降臺銑床。加工鉆錐孔時，鉆孔使用YG8硬質(zhì)合金麻花鉆，刀具直