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1、0目 录1 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2国内外类似制件的工艺现状21.2.1充分利用零件整体刚性的刀具路径优化方案21.2.2薄壁结构的腹板加工31.3本文的主要工作42 机械加工工艺规程的设计52.1零件的分析52.1.1零件图纸52.1.2零件的工艺性52.2生产纲领与生产类型52.3毛坯62.4拟定工艺路线62.4.1定位基准62.4.2表面加工方法72.4.3相关工序情况72.4.5加工方案的确定和相应工装的选择72.5工序设计82.5.1加工余量的确定82.5.2工序尺寸与公差计算82.5.3机床及刀具选择92.5.4时间定额102.6编制工艺卡123 车夹具及钻模的设计
2、123.1准备工作123.1.1设计任务及工艺状况123.1.2配套机床规格123.1.4类似制件生产中的常见问题133.2确定设计方案133.2.1车夹具的设计133.2.2钻模的设计144 量具的设计与相关计算185 结论22参考文献23致 谢241绪论1.1课题研究的目的和意义弹身是导弹弹体的重要组成部分。它的主要功用是用来装载战斗部、推进剂和各种仪器设备，连接弹翼、舵面、发动机等其它部件，并承受它们的载荷1。常常设计成在地面上可以分离和不可分离的若干个功能舱段，如战斗部舱、仪器(电器)舱、燃料舱、发动机舱、火箭级间连接过渡段等。电器舱是为了保证内部装载仪器的正常工作条件，如气压、温度、
3、湿度和耐振性等要求的独立舱段，并具有仪器安装迅速，维护、修理、更换方便的特点2。由于各方面技术的进步，原来体积较大的导弹逐渐小型化，而空空导弹，反坦克导弹、小型地空导弹、巡航导弹等小型导弹所占的比例则越来越大，其较小直径的弹身多采用整体结构，该结构构造简单，装配工作量少，气动外形好，容易保证舱段的密封，有效容积大。作为传统加工工艺的机加工在导弹舱体制造中主要有两种方式：1.如空空导弹、反坦克导弹、便携式地空导弹等小型导弹的机加工多采用厚壁管材作为毛坯，经过机械加工而成3；2.一些稍大型导弹整体舱体的加工多采用旋压（拉深）后由机加工精加的方式制造，而由于旋压与拉深相比具有模具简单、制造工序少等优
4、点，所以旋压后机加工方式被更多的采用。作为一种传统的加工方法，机加工与它的前道工序新兴的旋压加工相比，所消耗的工时更多，生产率更低，严重地阻碍了大批量生产，从而也就影响了整个导弹生产过程，成为“木桶的最低边”。虽然目前无加工余量的净成型和近净成型有所发展，但远未普及，目前的技术水平仅仅能加工小型的简单零件，且需要配备专用的大型压力机、加热设备和高精度模具，在导弹舱体制造过程中难以实际应用，机加工成为目前导弹制造过程的一种必备手段，暂时还很难被完全取代，所以研究导弹加工中的高效机加方法具有很重要的现实意义。与普通零件的机加工相比，导弹舱体的机加工具有许多新的特点，加工难度极高。首先、由于舱体为导
5、弹承力部件，且外表面对空气动力有较大影响，对导弹性能影响很大，加工部分为电器舱与其它舱段连接部分，所要求的加工精度非常高，对工人的技术水平要求很高，而且质量不易保证，易产生质量分布不均；其次、导弹电器舱是回转零件，宜采用车削方式加工。又是典型的薄壁件，薄壁工件在切削热、切削力和夹紧力作用下极易变形3 4。薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性（尤其是径向刚性）差，强度弱，容易发生切削振颤，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量，影响零件加工效率5。加之铝合金本身强度、硬度较低，容易划伤零件表面6，使得零件的加紧也很困难，如果在卡盘上夹紧时用力过大，就会使薄壁零件产生变形
6、，造成零件的圆度误差。如果在卡盘上夹得不紧，工件容易打滑，在车削时有可能使零件松动而报废5 7。采用在三爪自定心卡盘上装夹时，零件只受到三个爪的夹紧力，夹紧力不均衡，从而使零件变形。因为薄壁零件机构刚性差，加工变形大8 9的同样原因，舱段上连接孔的加工用常规的方法也很难实现，除此之外，孔的定位也有一定的困难，机械加工过程中，加工薄壁变形量较大，诸多原因使孔的加工精度难以达到图纸要求10。综上所述，对旋压后电器舱加工方法的研究，实际上就是对薄壁零件加工方法的探讨；反过来说，对电器舱的高效率、低成本的机加对民用类似零件的生产也具有很大的现实意义。而需解决的首要问题就是如何减小切削力对工件变形的影响
7、，11 尤其是减少工件所受非均匀径向力对工件变形的影响12。1.2国内外类似制件的工艺现状国外研究现状：1.2.1 充分利用零件整体刚性的刀具路径优化方案1. 单轴铣削在切削用量允许范围内，采用大径向切深、小轴向切深分层加工，充分利用零件整体刚性，为防止刀具对 侧壁的干涉，可以选用或设计特殊形状刀具，以降低刀具对工件的变形影响和干扰。对于较深的型腔和侧壁的高效切削加工，J. Tlusty等人在研究动态铣削的基础上，提出合理的大长径比刀具可以有效的解决该类问题。在较高的机床主轴转速和功率状态下，通过调整刀具的悬伸长度来 调整机床刀具工件工艺系统的自然频率，利用凸角稳定效应(stability o
8、f lobe effects)，避开可能的切削振动，可用较大的轴向切深铣削深腔和侧壁。实验结果表明，该方法有较大的金属去除率和较高的表面完整性13 14。2. 平行双主轴加工方案平行双主轴加工方案由日本岩部洋育等人提出。由于铣削力的作用，工件的侧壁会产生“让刀”变形，因此，应用一个立铣刀很难实现薄壁零件的高精加工。常规的小进给量和低切深的方法虽然可以满足一定的加工精度, 但是效率比较低。平行双主轴方案可以有效的解决单一主轴加工零件的变形问题。该方法需要同时应用两个回转半径、有效长度及螺旋升角大小相同的立铣刀, 刀刃分别为左旋和右旋。采用平行双主轴加工方案,由于工件两侧受力为对称力, 所以除了微
9、量的刀具变形引起的加工误差以外, 工件的加工倾斜变形基本上可以消除。采用平行双主轴加工薄壁零件, 有效的控制了薄壁零件的加工变形问题, 零件的加工精度和加工效率显著提高, 可以应用于简单形状的侧壁加工15。但是其局限性也在于该方法仅能加工简单薄壁零件的侧壁, 而且对机床双主轴的间距有要求，结构复杂，不适合普遍采用。1.2.2 薄壁结构的腹板加工1. 带有辅助支撑的腹板加工对于薄壁结构的腹板或较大的薄板加工, 关键问题就是要解决由于装夹力或切削力引起的加工变形。Haruki OBARA等人提出的低熔点合金(LowMelting Alloy)辅助切削方案可有效解决薄板的加工变形问题15。该方案指出
10、，利用熔点低于100的MAU-ALLOY70”作为待加工薄板的基座，或者将 LMA浇注入薄壁结构型腔，也可以将LMA与真空吸管相配合组成真空夹具。通过浇注LMA，填补型腔空间，可大大提高工件的刚度，有效抑制了加工变形，在 精铣时可实现加工壁厚达到0. 05mm。U-ALLOY70具有凝固时的膨胀特性，可以起到一定的填充装卡作用；而且其熔点为70，可以在沸水中熔融回收再利用。该方法不仅可以加工 高精度的薄板，也可以加工高精度的侧壁。 2. 无辅助支撑的腹板加工对于一个未附加辅助支撑或不能添加辅助支撑的薄壁零件腹板的加工, S. Smith 等人提出的有效利用零件未加工部分作为支撑的刀具路径优化方
11、案可以有效的解决腹板的加工变形问题，其思想充分利用零件整体刚性的刀具路径优化方案15。国内研究现状：1)研制薄壁筒体端面切割专用设备如郑州中原工学院的梁睦、李鉻、陈军红和华北水利水电学院的白泓韧研制的用于纺织工业烘筒端面加工的专用设备。采用待加工的薄壁零件置于硬壳内固定不动，刀具旋转同时伸缩将薄壁筒形件端面切除16。该专用设备在郑纺机厂投入使用后，解决了薄壁筒形件加工难题，满足了批量生产的生产效率要求，提高了生产质量，创造了很大的经济效益17。2)设计专用夹具在通用设备上加工北京国营新风机械厂针对所生产的铝制薄壁筒形件特点，围绕“减小工件所受非均匀径向力”这一关键，设计了薄壁筒形零件加工系列夹
12、具，并相应调整了加工工步和刀具切削参数。由于工件径向刚性较差，为减小工件夹紧变形，采用了弹性胀盘的方式夹紧工件加工,在普通的车床上就可以加工难加工的薄壁筒形零件18。这种方法的局限性在于只能加工等直径筒形零件，对于两端直径不相等的筒形件，只能使用两套不同的夹具分别进行加工。也有生产单位如东风汽车公司通用铸锻厂采用特制扇形软爪结构，扩大卡爪与工件的接触面积，减小单位面积上的夹紧力，使工件受力尽量均匀，达到减小变形的目的19。还有设计在半自动液压机床上加工薄壁件的夹具，靠夹具将保持架的内径外径同时限制住，保证车加工顺利进行。该夹具使用可靠，但产品车制后，不容易从夹具中取出，需另外在夹具以外增加辅助
13、卸料装置20。结论作为导弹“心房”的电器舱的快速、准确、经济的加工对国防建设具有很重要的意义，同时开发的薄壁筒形零件的先进加工方法在民用领域也必将创造巨大的经济效益。国外的加工方法是建立在很高级的加工方法上，或采用复杂的工艺来完成对此类零件的加工；国内加工方法暂时在设备通用性方面还有一定的不足。因此设计一套完善的夹具，编制合适的加工工艺，把专用夹具和组合夹具相结合，根据工装设计新思路：有效的工装大量通用件少量专用件，并且符合通用化、系列化和组合化的要求21，在通用机床上可以简单方便地加工出所需零件，成为最符合国情的电器舱加工途径。1.3本文的主要工作1）编制旋压后导弹电器舱壳体的机械加工工艺规
14、程。2）设计一套导弹电器舱壳体的机械加工夹具。3）设计一套检验工件尺寸的工作量规。2 机械加工工艺规程的设计2.1零件的分析2.1.1零件图纸零件图如图2.1所示。图2.1 工件图2.1.2零件的工艺性该工件是由旋压后的毛坯机加工而成，主要加工面为两端面的切断和各螺纹孔的加工。该零件的机加工艺难点有三：第一，工件太薄，而且直径太大，导致工件难以装卡；第二，工件整体刚度差、强度弱，容易发生切削振颤，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量，影响零件加工效率；第三，零件加工极易变形，发生让刀现象，使后续加工无法进行。这三个难点存在车削和钻削加工的整个过程，可以说解决了这三个问题，就等于解决了该
15、工件90的问题。而解决这些问题主要依靠性能可靠、使用简便的工装来解决，工件的加工工艺规程与夹具的形式紧密相关。2.2生产纲领与生产类型根据任务书要求，生产纲领为5000件；该导弹直径很大，属于大型产品，很明显，生产类型属中批生产。2.3毛坯根据任务书要求，毛坯显然是旋压制作的筒形件。新兴的旋压加工工艺，使得整个这种制件的生产过程金属切除工作量变得很小，从而所消耗的工时极少，生产率非常高，很适用于薄壁筒形件的大批量生产，从而也就加快了导弹的生产过程。毛坯的外形尺寸如图2.2所示图2.2 毛坯图2.4拟定工艺路线2.4.1定位基准机加工第一道工序肯定是精确切断旋压毛坯的飞边长度。加工一个端面时，未
16、加工端以一个夹在三爪卡盘上的圆盘定位，加工端内侧则通过夹具的一个尼龙弹性胀盘定位，胀盘固定在一根心轴上，心轴两端分别由机床主轴和尾座顶尖定位。加工螺纹孔时，以八面体钻模上的导向孔直接定位加工。2.4.2表面加工方法根据图纸可知，旋压后可以得要尺寸精度很高，力学性能很好的毛坯，再需加工的只是遗留的两端面飞边和一端的螺纹孔，这两处是无法用旋压获得的。两端面的加工是典型的回转体切断，极适合车削加工；八个均布的螺纹孔可以先钻削，再攻螺纹。很明显，表面加工方法的确定没有太大异议。2.4.3相关工序情况所有这些待加工毛坯都是有一台数控旋压机提供的。毛坯品质精良尺寸稳定公差波动很小，而且生产速度极快，普通工
17、人两分钟就能装卸一次，只是由于该工人还要时不时的测量，实际生产才会显得慢一些。但是旋压工序再慢，一天做上个150180件，还是一件很轻松的事情。因为刚刚拿下旋压机的这些筒不能直接就拿去机加，而是要经过较长时段的时效处理，所以旋压工序之快是有它的道理的。时效处理后的筒就可以进行车削了，车削完成之后进行孔的加工，擦去表面的油污、碎铝屑检验后就可以直接装箱运出了。2.4.5加工方案的确定和相应工装的选择现两套加工方案如下。方案一设计专用车削夹具，切断两端面，获得轴向尺寸；将手工钻安装于刀架，并在机床主轴安装分度盘，在车削加工完成之后，在车床上利用分度盘和固定好的手工钻完成孔的加工，然后攻螺纹，此期间
18、利用车削夹具提高整体刚度，以改善加工性。方案二设计专用车床夹具，并设计一套钻模，在车床上完成两端面的切断，在钻床上完成孔的加工，然后手工攻螺纹。对两方案进行对比，分析方案一的优点主要是只用一套夹具，便可以在同一台车床上完成切断和钻孔两道工序。但其缺点也是显而易见的，归纳如下：1.虽然省去了一套钻模，但是将手工钻精确的安装到刀架所需的配套加紧设备，供电设备，分度盘的安装，以及考虑到其与切断刀具的干涉等问题，其复杂程度不亚于再设计制造一套钻模；2.车工所需完成的工作更多，工步也更加复杂，省去一步装卡，但多出分度，换刀，对刀等动作，严重影响了批量生产。方案二与方案一恰好相反，缺点是需要一套车削夹具，
19、另外还需再设计并且制造一套专用钻模，增加了钻模的成本，钻床的投资，而且多出一步工序。其优点如下：1.由于钻模的保证，使得钻孔只需像普通工件孔加工一样，在普通立式钻床上便可以加工；2.对工人要求更低，车削加工和孔的加工分别由车工和钳工完成，而所需的技术水平都相对较低，加工成本降低，效率提高。综上所述，方案二更加符合实际的加工情况，故采用方案二，机加工薄壁旋压电器舱，两端面拟采用夹具夹持在车床车削的加工方式，再由钻模导向加工所需螺纹孔。经过分析，在此方案基础上细分为以下两套加工方案：a.一次装夹，分别车削加工两个端面，完成车削后在钻床由钻模导向钻孔，然后手工铰螺纹孔。b.装夹一次，车削一个端面，掉
20、头装夹，再车削另外一个端面。完成后在钻床由钻模导向钻孔，然后手工铰螺纹孔。方案论证及选择单就加工的方便性而言，a方案似乎更加节约工时。但是加工一个端面时，需要用另外一个端面作辅助定位，因而在夹具上只能同时露出一个加工面，即a方案事实上是不可实施的，因此选择b加工方案。2.5工序设计2.5.1加工余量的确定确定加工余量有三种方法：计算法、查表法、经验法。由于设计、生产条件的因素在此采用查表法。根据毛坯尺寸与铝合金切削参数，三个典型表面的加工余量选择如表3.X所示。2.5.2工序尺寸与公差计算工序尺寸与公差的确定过程如下:(1)确定各加工工序的加工余量；(2)从终加工工序开始，即从设计尺寸开始，到
21、第一道加工工序，逐次加上每次加工工序余量，可分别求得各加工工序的基本尺寸（包括毛坯尺寸）；(3)除终加工工序外，其他各加工工序按各自所采用的加工方法的加工经济精度确定工序尺寸公差（终加工工序的尺寸公差按设计要求确定）；(4)填写工序尺寸并按“入体原则”标注工序尺寸公差。工序间尺寸和公差的确定首先应拟定该加工表面的工艺路线，确定工序及工步；按工序用查表法算出其加工余量，再按照工序确定其加工经济精度和表面粗糙度，就可以确定各工序间的尺寸和公差。3车夹具及钻模的设计3.1准备工作3.1.1设计任务及工艺状况夹具和钻模的作用就是保证加工质量，使被加工零件苻和图纸要求，并且缩短加工工时，减轻工人劳动强度
22、。用夹具和钻模来定位、夹紧工件、加工孔，就避免了手工划线等低效操作方法，缩短了安装工件的时间。有助于提高生产率，保证工人能够按时完成年产5000件的任务3.1.2配套机床规格因为要设计夹具心轴需要与机床主轴相连，所以需要了解主轴孔的相关参数。经查资料，CA6140主轴孔为锥形，其锥度为莫氏6号，即1：19.180，最大端直径为63.348mm。安装加工大直径件卡盘后，卡盘连接工件端与主轴孔端面相距约24mm。以上尺寸直接决定了夹具心轴的结构长度。3.1.4类似制件生产中的常见问题根据了解，生产中常见问题有二：1.因车削参数不规范导致的切削力过大，产生切削震动引发工件加工表面质量的下降，刀具寿命
23、降低以及夹具修整周期的减短等等。2.因夹具结构设计不合理，导致的性能低下或使用维护不便：如夹具转动时因为自身零部件松动而导致整个夹具振动，夹具整体安装上床不方便，夹具各部件装配、调整困难，易损零部件不易拆卸更换，等等。针对上述问题，在夹具结构方案论证时就要全面考虑将来使用过程中可能会遇到的各种情形，分别予以防范措施；只要夹具设计合理，安装准确，并且机加操作时严格遵守工艺规程，这些问题较易解决。3.2确定设计方案3.2.1车夹具的设计车夹具设计工作的特点就是灵活性很强，结构方案往往可以提出很多套。相似的地方也只是连接机床的部分了。一般设计时要遵守的原则有：1.要大胆借鉴现有类似车床夹具的结构特点
24、，吸取其长处，避免其弱点，这样才可以在最短时间内拿出性能优良的夹具，以尽快的投入生产。2.夹具要设计得稳定可靠、受力合理、结构尽量简单、工艺性要好、拆卸容易、精度检验起来容易、易损部位更换容易、结构合理匀称美观。夹具的核心要素是“夹紧装置”。“夹紧装置”的结构形式选择起来灵活性最大，设计时要注意参考前人经验，少走弯路，不要冥思苦想。为此设计了车削端面的夹具，该夹具以心轴右端中心孔和左端锥柄在机床主轴孔内定位，心轴右端中心孔插在尾座顶尖的支撑下定位。胀盘由重量轻、减震效果好、硬度低、对筒内壁有保护作用的尼龙材料制成，其圆周面上均按45均布加工出多条宽度小于2mm的槽口。由锁紧螺母紧固胀盘，在胀心
25、的推动下，胀盘直径增大并与工件内壁紧密贴合，这种近似于整圆周的均匀支撑不但定位精度高，而且避免了装夹时多边变形的误差复印，张力的大小也得到控制。左端盘由卡盘爪紧固，加工时，心轴、胀盘、左端盘与工件形成一个刚性回转体，实现了一次装夹下车削两端面的要求，能可靠的将平行度控制在0.01mm之内。夹具组装图如下页图4 量具的设计与相关计算用通用计量器具检验工件时，通常采用两点法测量，所得测量值为局部实际结果。显然计量器具本身的误差、测量条件的误差，以及工件的形位误差等都会对测量结果产生影响，容易产生误费和误收现象。因为该工件产量较大，所以拟采用专用量具进行检验。光滑极限量规（以下简称量规）是一种没有刻
26、度的专用量具，它只能检验工件尺寸合格与否，而不能测量出工件的实际尺寸。其作用是利用体现零件最大实体尺寸和最小实体尺寸的一对量规来分别控制零件的作用尺寸和实际尺寸。检验孔用的量规一般为塞规，检验轴用的量规一般为卡规（或环规）。量规（塞规和卡规）有通端和止端之分。检验时，对于合格的零件，通端量规应能顺利的通过，而止端量规不能通过。量规的结构简单，使用方便，检验结果可靠，因而在批量生产中得到广泛的应用。以下为设计过程：1. 量规的设计原则光滑极限量规的设计应符合极限尺寸判断原则（泰勒原则），即孔或轴的（体外）作用尺寸不允许超过最大实体尺寸，在任何位置上的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸。对于孔，其作用
27、尺寸应不小于最小极限尺寸，而局部尺寸应不大于最大极限尺寸；对于轴，其作用尺寸应不大于最大极限尺寸，而局部实际尺寸应不小于极限尺寸。2. 量规型式的选用按照泰勒原则，用于控制工件作用尺寸的是通规量规，他的测量面理论上应具有与被测孔或轴相应的完整表面，其尺寸应等于孔或轴的最大实体尺寸，且测量面工件长度应等于工件的配合长度，即用以模拟最大实体边界；止端量规仅用于控制工件实际尺寸，它的测量面理论上应为点状，即应按两点发来检测，以避免形状误差的影响，其尺寸应等于孔或轴的最小实体尺寸。泰勒原则是设计极限量规的依据，用这种极限量规检验零件，基本可以保证零件公差与配合要求。在实际应用中，为了使量规的制造和使用
28、方便，量规常偏离上述原则：如检验轴的通规按泰勒原则应为圆形环规，但环规使用不方便，故一般都做成卡规；检验大尺寸的孔的通规，为了减轻重量以便使用，常做成不全形塞规或球端杆规；由于点接触容易磨损，故止规也不一定是两点接触式的，一般常用小平面或柱面，即采用线、面接触型式；检验小尺寸孔的止规为了加工方面，常做成全形（圆柱形）止规。国家标准规定，使用偏离泰勒原则的量规的条件是应保证被检工件的形状误差不致影响配合性质，因此检验时应在被测件的多方位上做多次检验。本设计中，要求检验的尺寸，该尺寸为工件最外层尺寸，可看作轴类尺寸。轴用工作量规一般设计成具有通端和止端的卡规，所以本设计中设计了一副卡规。工作量规的
29、通端用代号“T”表示。止端用代号“Z”表示。GB/T 19571981对工作量规的制造公差T和位置要素Z（通规制造公差带中心到被检查工件最大实体尺寸之间的距离）做了规定。标准要求新通规的实际尺寸必须在制造公差带内，而经使用磨损后的尺寸可以超出制造公差带，直至磨损到磨损极限（即被检工件的最大实体尺寸）时才停止使用。 本团队全部是在读机械类研究生，熟练掌握专业知识，精通各类机械设计，服务质量优秀。可全程辅导毕业设计，知识可贵，带给你的不只是一份设计，更是一种能力。联系方式：QQ712070844，请看QQ资料。5结论本课题的内容主要包含工艺及工装两部分设计任务，其中工装设计主要做的是夹具、钻模即量
30、具的设计。旋压工艺之后零件的切削工时大大缩短，机加工艺也随之得以大大简化。经过对某型导弹电器舱壳体机加工艺性的综合全面分析，使原本看似棘手的工艺问题变得简单有序。这也得益于民用生产领域科研技术人员和一线工人的辛勤劳动，他们对围绕类似产品进行着常年累月的刻苦钻研，反复生产试验，不断完善产品结构和开发新型制造工艺，等等，才会有今天拿到我们面前的成熟的零件图纸。其实，但凡成熟的产品，它的每个零件是经历过无数次推敲，改进，生产，发现问题，再改进的过程的。在这些改进过程中，零件在保证使用要求（能更好的满足使用要求更好）的前提下，其工艺性越来越好，造价越来越低。工装设计过程主要两个阶段，一是结构方案论证，
31、另一个是就是根据工艺性和标准化要求对每一个零件结构或规格进行设计或挑选，这也是一般机械设计中的两个主要阶段。一般的，第一个阶段的工作，对所设计工装的性能起决定作用；第二阶段的工作，则主要影响工装的经济性能。产品的性能（主要有强度、刚度、寿命、安全环保性等）要求与经济性（工艺性）是紧密相连、对立统一的。本课题所做的就是立足当前现状，综合考虑各种因素，对一套性能可靠，结构简单，方便实用，成本低廉的工装的设计过程。参考文献1 何庆芝.航空航天概论.北京:北京航空航天大学出版社,1997.2182192 韩品尧.战术导弹总体设计原理.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000,1341413 赵忠.薄壁件
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