毕业论文-飞机起落架防扭臂数控加工工艺与夹具.doc

湖南工业大学专科毕业设计（论文）（2010届）专科毕业设计（论文）飞机起落架防扭臂数控加工工艺与夹具学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 数控技术 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 职称 最终评定成绩 2010-5-27摘 要本次设计课题为“飞机起落架防扭臂数控加工工艺与夹具”，主要目的是针对飞机起落架防扭臂的数控加工工艺与夹具的设计，此次我设计的中心距为375的防扭臂。此设计说明书讲叙了数控加工与运用的一些基本知识，重点的描叙了工序3、4、7、15，以及相关工序的夹具设计。通过本次设计综合的运用了我们所学的知识，加强了我们对所学知识的运用，同时也提高了我们的各项能力并学习到了更多的相关知识。本次设计内容包括零件及毛坯建模、材料的选择、数控加工工艺分析和详细加工工艺路线的制定、夹具设计以及编写相关的数控加工程序。设计要求为设计零件的加工工艺，根据工艺要求选择加工设备设计夹具，在保证零件精度的条件下，使加工装备的结构简化、通用化，并且要保证定位准确、夹紧可靠、使用安全、方便。确保零件的可加工性，而且在保证零件可加工性同时，要充分利用加工设备，以降低成本，并在某些条件下能够适用现代加工设备，充分体现现代加工设为的先进性、优越性。为了体现此次设计中以“应用”为主，在进行综合设计时，运用所学基础理论课、技术基础课、专业方向课选修课的知识与技能去分析和解决机械领域内的一般工程技术应用问题，以及正确进行工程运算和使用技术文献、规格资料，运用课程理论和生产实际理论进行较复杂零件工艺与程序编制的实际训练，从而进一步掌握数控加工工艺过程设计、工艺装备设计技术和加工程序的编写，提高我们的独立工作能力。总而言之，确立课题主线，以主线为纲，有机融合其它课程内容，把所学的知识和所经历的实践知识充分运用于此次设计中，在最短时间内完成了最优的设计。通过本设计可熟悉数控加工的整个过程和方法以及机械零件的加工工艺及其工艺规程制定；加深数控机床操作和数控编程的应用能力；初步具备工艺分析、生产组织和技术管理的基本知识和能力。为学生毕业后从事数控加工工作奠定一定的实践技能。由于编者时间和水平有限，本设计过程中肯定涉及到不少不足之处，敬请各位领导和老师给予批评和指正为谢。 2010/5/27目 录摘 要2目 录3第1章 概 述31.1、飞机零件的加工特点、现状以及趋势31.2、数控加工技术在航空工业中的应用及存在的问题51.3、本课题研究内容及意义9第二章 防扭臂的功用及具体结构102.1、功用102.2、防扭臂的结构10第三章 数控加工工艺分析及设计编程133.1、数控工艺分析理论及在本设计中的应用133.2、防扭臂加工工艺28第四章 夹具设计364.1、夹具设计意义364.2、夹具的设计的具体过程37第五章 毕业设计总结44致谢45参考文献45附录146附录249第1章 概 述1.1、飞机零件的加工特点、现状以及趋势航空航天设备制造业主要包括飞机制造、航空航天器制造两大部分，由于随着人类科学不断进步，社会向前发展，航空航天制造业的技术水平和生产能力不但是一个国家制造业的实力标志，而且是国防科技工业现代化水平的综合体现。它是军工制造业最为重要的组成部分，在国民经济和国防现代化中有着举足轻重、不可替代的地位和作用。飞机的制造是航天事业的主要组成部分，在它的研制设计开发中有着自己鲜明的加工特征和方法；由产品特点所决定，航空航天设备制造一般都需要大型、高速、精密、多轴和高效数控机床。航空工业作为我国国防工业的中坚力量，其数控加工能力历来是国家制造业核心竞争力的集中体现，也是世界各国高技术竞争的主战场。自20世纪末以来，飞机设计制造过程中由于性能上的需求而广泛采用了整体结构件，其中80%以上的飞机结构件均采用数控加工完成，是数控技术应用的主要领域。由于飞机结构件的数控加工为典型的小批量、多品种产品，很适合采用数控加工方式，而我国在数控工艺技术、数控程编技术等方面与国外存在着较大的差距，导致前期工艺程编准备周期较长，占据了零件整个生产周期的30%70%，效率亟待提高。 飞机结构零件以其结构尺寸大、理论外形复杂，典型的飞机零件的结构特点是薄壁结构，形状复杂，外形变斜角变化大，外形多为双曲面，要求成形精确。为了减轻飞机重量，增加飞机的机动性和增加有效载荷和航程，进行轻量化设计，广泛采用新型轻质材料。为了提高零件强度和工作可靠性，主要采用整体毛坯件和整体薄壁结构。现在大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件不仅形状复杂，而且孔、空穴、沟槽、加强筋等多，工艺刚性较差。就拿飞机起落架来说，起落架的主要材料是高强度钢、铝合金、钛合金等，随着飞机制造技术的发展，更轻、强度更高、体积更大已经形成了一个趋势。这样，其加工的难度也不断提高，不夸张地说，它一直在挑战着机床、刀具以及编程技术。从传统机床到数控机床、多轴加工中心以及现在的车铣中心，随着机床技术以及零件材料的进步，加工工艺也在逐步地发生变化；对刀具的要求也是不断提高的，其中有一些典型例子：传统钻扩 铰，到如今的粗、精镗孔；传统的长钻头两头钻深孔，到如今的深孔枪钻一次完成；传统的成型板钻加工深孔底部形状，到如今深孔镗刀多次走刀车内孔形状； 传统的玉米铣刀逐步被高进给、小切深的刀具替代；传统的硬质合金铣刀精铣轮廓，到如今可换式精铣刀加工等等。这些都意味着数控加工技术对飞机零部件制造事业起着至关重要的作用。当今航空航天产品在结构的设计、产品的功能和性能以及产品的质量与可靠性等方面都有很高甚至是苛刻的要求。在目前的发展趋势中大量的新型材料、新结构已在航空航天产品中得到应用；国防需要以及市场竞争要求航空航天产品的研制周期和生产周期大大缩短；此外，要求最终产品的全生命周期使用成本不断降低。先进制造技术广泛地运用到国内外的航空航天制造业。而现代数控技术与装备是先进制造技术中的重要组成，在航空航天产品制造中已成为决定性的关键技术之一。这也就对航空航天产品的制造技术提出了更高的要求。国家大型民用客机项目的启动，从数控加工的角度看，由于飞机结构件尺寸显著增大，零件结构日趋复杂，几何精度不断提高，采用的材料也逐渐从过去的以铝合金为主变为铝合金和钛合金并重的局面，其加工难度、工艺程编工作量和质量控制难度大幅增加。 航空航天设备业既有国家政策的大力扶持，又具有未来相对确定的业绩预期，同时产业整合方兴未艾，在新机遇下将加速发展。在与航空、航天以及电子等领域的制造企业合作过程中，我们发现，现代复杂产品制造过程中由于零件材料和结构工艺的新特点，对数控机床设备能力和数控加工技术水平提出了更高的要求，企业的数控机床拥有量快速增长，加工设备的数控化率明显提高，数控加工零件比例应用面越来越广泛，但是由于对新型数控机床和先进数控加工技术掌握不够，缺乏合理优化的切削参数、加工工艺数据库和数字化数控车间管理系统，因此，数控机床应用水平不高，数控加工质量和效率都受到影响，尤其是在实际生产过程中数控加工应用的综合效率低，突出表现在数控机床主轴开动率低、加工过程主轴功率利用率低、单位时间的材料去除率低。 目前飞机结构件数控加工效率的技术瓶颈已经逐渐发生改变，从之前的数控设备能力不足逐渐转变为数控工艺程编效率低下。数控工艺程编准备周期过长已经成为高效数控加工过程中的薄弱环节，已不能适应新形势下客户和市场的需要，所以迫切要求对工艺程编技术进行技术革新，提高工艺程编的效率和质量。1.2、数控加工技术在航空工业中的应用及存在的问题航空航天设备制造业主要包括飞机制造、航空航天器制造两大部分，由于随着人类科学不断进步，社会向前发展，航空航天制造业的技术水平和生产能力不但是一个国家制造业的实力标志，而且是国防科技工业现代化水平的综合体现。它是军工制造业最为重要的组成部分，在国民经济和国防现代化中有着举足轻重、不可替代的地位和作用。飞机的制造是航天事业的主要组成部分，在它的研制设计开发中有着自己鲜明的加工特征和方法；由产品特点所决定，航空航天设备制造一般都需要大型、高速、精密、多轴和高效数控机床。航空工业作为我国国防工业的中坚力量，其数控加工能力历来是国家制造业核心竞争力的集中体现，也是世界各国高技术竞争的主战场。自20世纪末以来，飞机设计制造过程中由于性能上的需求而广泛采用了整体结构件，其中80%以上的飞机结构件均采用数控加工完成，是数控技术应用的主要领域。由于飞机结构件的数控加工为典型的小批量、多品种产品，很适合采用数控加工方式，而我国在数控工艺技术、数控程编技术等方面与国外存在着较大的差距，导致前期工艺程编准备周期较长，占据了零件整个生产周期的30%70%，效率亟待提高。 飞机结构零件以其结构尺寸大、理论外形复杂，典型的飞机零件的结构特点是薄壁结构，形状复杂，外形变斜角变化大，外形多为双曲面，要求成形精确。为了减轻飞机重量，增加飞机的机动性和增加有效载荷和航程，进行轻量化设计，广泛采用新型轻质材料。为了提高零件强度和工作可靠性，主要采用整体毛坯件和整体薄壁结构。现在大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件不仅形状复杂，而且孔、空穴、沟槽、加强筋等多，工艺刚性较差。就拿飞机起落架来说，起落架的主要材料是高强度钢、铝合金、钛合金等，随着飞机制造技术的发展，更轻、强度更高、体积更大已经形成了一个趋势。这样，其加工的难度也不断提高，不夸张地说，它一直在挑战着机床、刀具以及编程技术。从传统机床到数控机床、多轴加工中心以及现在的车铣中心，随着机床技术以及零件材料的进步，加工工艺也在逐步地发生变化；对刀具的要求也是不断提高的，其中有一些典型例子：传统钻扩 铰，到如今的粗、精镗孔；传统的长钻头两头钻深孔，到如今的深孔枪钻一次完成；传统的成型板钻加工深孔底部形状，到如今深孔镗刀多次走刀车内孔形状； 传统的玉米铣刀逐步被高进给、小切深的刀具替代；传统的硬质合金铣刀精铣轮廓，到如今可换式精铣刀加工等等。这些都意味着数控加工技术对飞机零部件制造事业起着至关重要的作用。当今航空航天产品在结构的设计、产品的功能和性能以及产品的质量与可靠性等方面都有很高甚至是苛刻的要求。在目前的发展趋势中大量的新型材料、新结构已在航空航天产品中得到应用；国防需要以及市场竞争要求航空航天产品的研制周期和生产周期大大缩短；此外，要求最终产品的全生命周期使用成本不断降低。先进制造技术广泛地运用到国内外的航空航天制造业。而现代数控技术与装备是先进制造技术中的重要组成，在航空航天产品制造中已成为决定性的关键技术之一。这也就对航空航天产品的制造技术提出了更高的要求。国家大型民用客机项目的启动，从数控加工的角度看，由于飞机结构件尺寸显著增大，零件结构日趋复杂，几何精度不断提高，采用的材料也逐渐从过去的以铝合金为主变为铝合金和钛合金并重的局面，其加工难度、工艺程编工作量和质量控制难度大幅增加。 航空航天设备业既有国家政策的大力扶持，又具有未来相对确定的业绩预期，同时产业整合方兴未艾，在新机遇下将加速发展。在与航空、航天以及电子等领域的制造企业合作过程中，我们发现，现代复杂产品制造过程中由于零件材料和结构工艺的新特点，对数控机床设备能力和数控加工技术水平提出了更高的要求，企业的数控机床拥有量快速增长，加工设备的数控化率明显提高，数控加工零件比例应用面越来越广泛，但是由于对新型数控机床和先进数控加工技术掌握不够，缺乏合理优化的切削参数、加工工艺数据库和数字化数控车间管理系统，因此，数控机床应用水平不高，数控加工质量和效率都受到影响，尤其是在实际生产过程中数控加工应用的综合效率低，突出表现在数控机床主轴开动率低、加工过程主轴功率利用率低、单位时间的材料去除率低。目前飞机结构件数控加工效率的技术瓶颈已经逐渐发生改变，从之前的数控设备能力不足逐渐转变为数控工艺程编效率低下。数控工艺程编准备周期过长已经成为高效数控加工过程中的薄弱环节，已不能适应新形势下客户和市场的需要，所以迫切要求对工艺程编技术进行技术革新，提高工艺程编的效率和质量。自1952年，世界上第一台数控机床诞生以来，数控技术与数控装备已经历了近60年的发展。21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。近年来随着市场竞争、用户需求和技术进步，数控技术在航天航空事业发展进程中起到了至关重要的作用。航空航天产品中的零部件中大多数需要经过切削加工这一工艺过程，数控加工技术和数控加工设备已成为航空航天产品制造中的主要需求之一。发达国家数控机床约占机床总量的40%，在航空航天制造企业中，数控机床的比例则要高许多，有的高达80%以上。在航空航天产品制造过程中，对数控技术与装备的需求呈现出以下六个特点：机械加工的数控化率要求高，几乎对各种类的数控机床都有需求；对数控机床利用率及数控加工效率要求高；数控加工已成为CAD/CAPP/CAM集成应用及“无图纸制造”的基础；高速高精度数控切削加工已成为必然趋势；要求对不同材料和结构的零部件数控加工工艺及切削参数进行优化；部分数控技术与装备具有专用性。 航空航天产品从构成上可分为主机（或主体结构）、发动机、机(弹、箭、星)载设备或部件等组成部分，以上各部分的零部件中的大多数需要经过切削加工这一工艺过程，数控加工技术和数控加工设备已成为航空航天产品制造中的主要需求之一。发达国家数控机床约占机床总量的40%，在航空航天制造企业中，数控机床的比例则要高许多，有的高达80%以上。在航空航天产品制造过程中，对数控技术与装备的需求呈现出以下六个特点：机械加工的数控化率要求高，几乎对各种类的数控机床都有需求；对数控机床利用率及数控加工效率要求高；数控加工已成为CAD/CAPP/CAM集成应用及“无图纸制造”的基础；高速高精度数控切削加工已成为必然趋势；要求对不同材料和结构的零部件数控加工工艺及切削参数进行优化；部分数控技术与装备具有专用性。在飞机主机（机体）制造过程中，对多坐标/高速/高刚性/大功率的数控龙门铣床、床身式立铣床、立式加工中心以及专用高速蜂窝铣床和长桁缘条铣床等数控加工设备的需求量大，主要用于整体构件（如机身、机翼、尾翼上的大型整体壁板/框等）、钛合金、复合材料结构件以及其它高强度合金钢的梁/肋/接头类复杂结构零件等的数控加工。在航天产品主体结构的制造过程中，对数控技术与装备的需求集中在数控旋压机床、多轴数控铣削、数控车削、数控车铣复合加工中心等，用于各种弹体、箭体、星体结构的数控成形与数控切削加工。在飞机制造方面，可以分为飞机的发动机、机身类零部件、飞机载设备和飞机起落装备等部分说明。由于飞机的发动机种类很多，加工方式大同小异，所需设备以高精度数控机床为主，如加工箱体的4轴以上联动卧式加工中心和立式加工中心、加工叶片的5轴联动叶片加工中心、加工主轴用数控车床和高精度数控磨床等；机身类零部件（包括机头、机翼和尾翼等）主要为大型框架结构，材料以铝合金和钛合金等为主，其加工工艺也是大同小异，设备以数控龙门式机床为主，如数控龙门镗铣床、数控龙门加工中心、数控落地铣镗床、数控5轴联动龙门加工中心等；由于飞机载设备种类很多，所需设备也比较复杂，一般需要规格较小的高精高速的数控机床，如中小型高精度立式加工中心、高精度数控车床和数控磨床等。飞机起落装备所需材料比较特殊，起落支架采用高强度的钛合会等材料，加工难度大，其毛坯需要万吨压力机锻造成型，机械加工需要数控落地铣镗床、龙门5轴联动加工中心等设备。航空机载设备的关键部件种类多、尺寸小、结构复杂、精度高，对精密数控镗铣床和加工中心、精密数控车床和车削中心、精密数控万能外圆磨床、数控电火花机床和线切割机床等数控设备有重要的需求，以满足各种壳体、阀体、液压偶件、液压平板阀、光管、激光陀螺反射镜、非球面光学零件等零部件的精密、超精密加工要求。航天产品的弹/箭/星载设备主要为控制、导引、探测部件等高精度的精密仪器与机械，对数控技术与装备的要求主要是：精密数控车床和车削中心、高精度万能数控磨床、数控光学坐标磨床和成形磨床、高精度数控电火花加工机床等。 航空发动机制造对数控立式车床和立式车削中心、立式铣削加工中心、立卧转换加工中心、数控镗铣床、高效专用叶片加工中心、榫齿成形磨床、数控电火花加工机床等需求量较大，主要用于采用难加工材料（多为钛合金、高温合金或复合材料）、结构复杂的整体机匣、整体叶轮和叶盘等结构件和各种复杂型面叶片的加工。航天产品的发动机制造中，推力室内外壁结构、阀门、活门、转子叶片等的加工，对数控铣床/铣削中心、精密数控车床、数控镗铣床等数控设备有较多的需求。航空航天设备制造业大发展对机床行业具有很强的带动作用。结合航空航天设备的特点，未来航空航天制造企业将采购一大批高速加工中心、5轴加工中心和5轴高速龙门铣床等关键设备。目前重点急需的是5轴加工中心。加工航天发射的运载火箭、舱体等大件，需要100t以上大吨位旋压机，3000mm以上5轴双柱立式车铣中心、16000mm以上落地铣镗加工中心、加工宽度2000mm以上宽龙门镗铣加工中心等重型机床。 总体来讲，无论是从数量上、精度上、功能上以及加工尺寸范围上，航空航天产品制造对数控技术与装备的需求量是十分明确和迫切的，数控机床的数量、性能、精度、加工能力及应用水平，在一定意义上，已经成为航空航天产品制造中的瓶颈问题，因此，人们已经深切地意识到数控加工技术在航空航天制造企业一级机械其他相关行业中起着至关重要的作用1.3、本课题研究内容及意义本课题来源于陕西某航空制造企业，以飞机起落架上的防扭臂为分析研究对象。首先根据零件的结构及要求，结合来源单位的设备拥有情况，分析其加工工艺，详细设计工序，并编写数控加工程序，最后对重要工序的夹具进行研究设计。由于防扭臂精度等级较高，一般为6级，在结构方面含曲面、孔以及不对称结构，因此，以防扭臂为加工对象，通过分析其加工工艺并编写数控加程序，设计夹具，能够使设计者全面地了解数控加工工艺设计及编程的全过程，提高学生的理论知识和实践能力，为我国的数控技术的发展和航空工业中的发展培养人才。第二章 防扭臂的功用及具体结构2.1、功用防扭臂为飞机起落架上的一重要零件，通常以上防扭臂和下防扭臂成对出现。上防扭臂上端和减震支柱外筒铰接，下防扭臂下端和减震支柱内筒铰接，上、下防扭臂也铰接在一起。3个铰链轴平行，且和减震支柱垂直，使得减震支柱的内筒和外筒能够伸缩运动，却不能相对转动。因此防扭臂的功用就是在飞机起飞和着地时，防止减震支柱的内筒和外筒出现相对转动。2.2、防扭臂的结构防扭臂的大概轮廓都为三角形，如下图2-1所示。但不同的飞机型号其起落架上的防扭臂结构有所区别。现已AXXX型飞机的防扭臂为例说明防扭臂结构特点。图2- 零件立体图2-2 AXXX防扭臂俯视图和主视图以上图2-2AXXX防扭臂结构分析防扭臂的结构，零件为上下对称，左右前后不对称结构。三角形轮廓上带有三个耳片，每个耳片上都有通孔，其中有两个孔为同轴孔，它们的轴线和第三个孔的轴线相互平行，并有一定的位置公差要求。以两平行的孔的轴线将防扭臂分为两端，一端带双耳片，一端带单耳片。三角架主体中间有减轻结构，中间为一凹面，凹面为一空间曲面且带有一孔径为70的通孔。双耳片孔的内侧都有倒角和沉孔，单耳片孔的两端面都有倒角和沉槽。由于防扭臂为航空航天设备上的零件，因此防扭臂的精度等级较高，此AXXX防扭臂其同轴孔的同轴度要求达到0.03，单耳片轴线与双耳片轴线的平行度公差值小于0.02，且单耳片端面与孔的中心线垂直度小于0.03。该零件的表面粗糙度精度等级也较高，由图可以看出粗糙度要求为1.63.2。由于航空设备质量要求轻，一般采用轻质量金属，唱采用铝合金。在课题的来源企业，该零件的的年生产量达到5000件，为批量生产。第三章 数控加工工艺分析及设计编程3.1、数控工艺分析理论及在本设计中的应用3.1.1、数控加工工艺设计的内容工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在编程之前完成。数控加工工艺设计主要包括下列内容：(1)选择并决定零件的数控加工内容；(2)零件图样的数控加工性分析；(3)数控加工的工艺路线设计；(4)数控加工工序设计；(5)数控加工专用技术文件的编写。数控加工工艺原则和内容在许多方面与普通机床加工工艺基本相似，下面主要针对数控加工的不同点进行简要说明3.1.2、数控加工工艺设计过程（1） 数控加工工艺设计准备1） 选择并确定数控加工的内容对零件图样进行仔细的工艺分析，选择出那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并作出决定时，应结合本单位的实际，立足于解决难题、攻克关键和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。在选择时，一般可按下列顺序考虑：通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容，例如叶片、较复杂的模具内腔或外形、非圆齿轮、凸轮的加工等；通用机床难加工、质量也难保证的内容应作为重点选择内容； 通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，一般在数控机床尚存在富余加工能力的基础上进行选择。一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合经济效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些加工内容则不宜选择数控加工：需要通过较长时间占机调整的加工内容，如：零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等部位的加工等；必须按专用工装协调的孔及其它加工内容。主要原因是采集编程用的数据有困难，协调效果也不一定理想；按某些特定的制造依据(如样板、样件、模胎等)加工的型面轮廓。主要原因是获取数据难，易与检验依据发生矛盾，增加编程难度；不能在一次安装中加工完成的其它零散部位，采用数控加工很繁杂，效果不明显，可安排通用机床补加工。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等，总之，要尽量做到合理，既要发挥数控机床的特长和能力，又不要把数控机床降格为通用机床使用。本课题的研究对象防扭臂由于属于航空产品，精度要求较高，且课题的来源企业的机械加工设备基本上都是改进的数控机床或中档的数控机床，因此机械加工的内容除钳工其他切削加工都在数控机床上加工。因此，零件的切削加工都为数控加工内容。2）对零件图进行数控加工工艺性分析对适合数控加工的工件图样进行分析，以明确数控机床加工内容的加工要求。分析工件图是其加工工艺的开始，工件图提出的要求又是加工工艺的结果和目标。(1) 对尺寸标注的分析 工件图样用尺寸标注确定零件形状、结构大小和位置要求，是正确理解零件加工要求的主要的依据。数控加工工艺人员对零件尺寸标注的分析应注意以下几点：分析图样尺寸标注方法是否适应数控加工的特点。对数控加工来说，尺寸从同一基准标注，便于工艺编程时保持设计、工艺、检测基准与编程原点设置的一致。而采取不同基准的局部分散尺寸标注，常常给加工工艺设计带来诸多不便。分析图样中加工轮廓的几何元素是否充分。由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被疏忽，常常出现构成零件轮廓的几何元素条件不充分，有错、漏、矛盾、模糊不清的情况。当发生以上各项缺陷时，应向图样的设计人员或技术管理人员及时反映，解决后方可进行程序编制工作。分析设计基准与工艺定位基准的统一问题，分析定位基准面的可靠性，以便设计装夹方案时，采取措施减少定位误差。(2) 公差要求分析分析零件图样上的公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺。影响到尺寸加工精度的工艺因素有机床的选择、刀具对刀方案、工件装夹定位选择及确定切削用量等因素。尺寸公差，从零件的设计角度看，是表示工件尺寸所允许的误差的范围，它的大小影响零件的使用性能；从工件加工工艺的角度来解读公差，它首先是生产的命令之一，它规定加工中所有加工因素引起加工因素误差大小的总和必须在该公差范围内，或者说所有的加工因素分享了这个公差，公差是所有加工因素公共的允许误差。对数控加工而言，由机床、夹具、刀具和工件所组成的统一体称为“工艺系统”。工艺系统的种种误差，是零件产生加工尺寸误差的根源。工艺系统误差有控制系统的误差，机床伺服系统的误差，零件定位误差，对刀误差以及机床、工件、刀具的刚性等引起的其他误差等。除工艺系统误差外，还包括程序编制的坐标数据值、刀具补偿值、刀具磨损补偿值的误差等。对于数控切削加工，零件的形状和位置误差主要受机床主运动和进给运动机械运动副几何精度的影响。如沿X坐标轴运动的方向线与其主轴轴线不垂直时，则无法保证垂直度这一位置公差要求。(3) 表面粗糙度要求表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择机床、刀具及确定切削用量的重要依据。机械加工时，表面粗糙度形成的原因，主要有两方面，一是几何因素，二是物理因素。影响表面粗糙度的几何因素，主要是刀具相对工件作进给运动时，在加工表面留下的切削层残留面积。残留面积越大，表面越粗糙。残留面积的大小与进给量、刀尖圆弧半径及刀具的主副偏角有关。物理因素是与被加工材料性质和与切削机理相关的因素。如：当刀具中速切削塑性材料时产生积屑瘤与鳞刺，使加工表面的粗糙程度高；工艺系统中的高频振动，使刀刃在加工表面留下振纹，增大了表面粗糙度值(4) 其它要求分析图样上给出的零件材料要求，是选择刀具(材料、几何参数及使用寿命)和选择机床型号及确定有关切削用量等的重要依据。零件的加工件数，对装夹与定位、刀具选择、工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的因素。3.1.3、零件工艺性分析与毛坯的选择一、零件工艺性分析1、查零件图的完整性：审查零件图上的尺寸标注是否完整、结构表达是否清楚。2、分析技术要求是否合理：（1）加工表面的尺寸精度；（2）主要加工表面的形状精度；（3）主要加工表面的相互位置精度；（4）表面质量要求；（5）热处理要求。零件上的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注，应根据零件的功能经济合理地决定。过高的要求会增加加工难度，过低的要求会影响工作性能，两者都是不允许的。3、审查零件材料选用是否适当：材料的选择既要满足产品的使用要求，又要考虑产品成本，尽可能采用常用材料，如45号钢，少用贵重金属。4、零件的结构工艺性分析：（1）零件结构工艺性： 是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件的各个制造过程中的工艺性，有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性。由此可见，零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。在制订机械加工工艺规程时，主要进行零件切削加工工艺性分析。（2）机械加工对零件局部结构工艺性的要求思考题：分析下图中零件局部结构工艺性存在的问题，并提出改进意见。（3）机械加工对零件整体结构工艺性的要求零件是各要素、各尺寸组成的一个整体，所以更应考虑零件整体结构的工艺性，具体有以下几点要求：1）尽量采用标准件、通用件。2）在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值3）尽量选用切削加工性好的材料4）有便于装夹的定位基准和夹紧表面。5）节省材料，减轻质量。二、毛坯的选择毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造技术及费用，而且也与零件的机械加工技术和加工质量密切相关。为此需要毛坯制造和机械加工两方面的技术人员密切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状，并绘出毛坯图。（一）常见的毛坯种类常见的毛坯种类有以下几种：1、铸件对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造技术制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。各种铸造技术 及技术特点见表 3-9 。2、锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。其锻造技术及技术特点见表 3-9 。3、型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造技术，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。4、焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。5、其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。（二）毛坯的选择技术选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素：1、零件的生产纲领大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造技术，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；选用冷拉和冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造技术。2、零件材料的技术性例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。3、零件的结构形状和尺寸形状复杂的毛坯，一般采用铸造技术制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；如各段直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可考虑选择模锻件。4、现有的生产条件选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。（三）毛坯的形状及尺寸毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。毛坯尺寸与零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量。铸件公称尺寸所允许的最大尺寸和最小尺寸之差称为铸件尺寸公差。毛坯余量与毛坯的尺寸、部位及形状有关。如铸造毛坯的加工余量，是由铸件最大尺寸、公称尺寸（两相对加工表面的最大距离或基准面到加工面的距离）、毛坯浇注时的位置（顶面、底面、侧面）、铸孔的尺寸等因素确定的。对于单件小批生产，铸件上直径小 30mm 和铸钢件上直径小于 60mm 的孔可以不铸出。而对于锻件，若用自由锻，当孔径小于 30mm 或长径比大于 3 的孔可以不锻出。对于锻件应考虑锻造圆角和模锻斜度。带孔的模锻件不能直接锻出通孔，应留冲孔连皮等。毛坯的形状和尺寸的确定，除了将毛坯余量附在零件相应的加工表面上之外，有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等技术因素的影响。在这种情况下，毛坯的形状可能与工件的形状有所不同。例如，为了加工时安装方便，有的铸件毛坯需要铸出必要的技术凸台。技术凸台在零件加工后一般应切去。又如车床开合螺母外壳，它由两个零件合成一个铸件，待加工到一定阶段后再切开，以保证加工质量和加工方便（四）选择毛坯的原则：（1）选择原则：毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工。（2）毛坯选择应考虑的因素：生产纲领的大小：对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。 现有生产条件：要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力。由于防扭臂的精度要求较高，且在加工中需变换基准才能保证结构各尺寸的公差要求，特别对于精度要求较高形面需多次加工才能保证表面粗糙度和形位公差，所以防扭臂的加工余量一般为10mm左右；另外因为防扭臂的外形多由曲面和加工余量很难保证均匀，因此在加工时，常在粗加工之前需增加去除多余余量使要加工面的在粗加工时的余量分布较均匀。3.1.4 数控机床的选择合理选用机床，才能以合理的投入，获得最佳生产效果。考虑零件特点和加工要求，全面衡量数控机床特征，是选用合适的数控机床的关键。数控设备的选用应从以下几个方面考虑。(1) 考虑机床的加工目标选用数控机床时总是有一定的出发点，目的是解决生产中的某一个或几个问题，选是为了用，选中的数控机床应能较好地实现预定的目标。例如考虑数控机床的加工目标是为了加工复杂的零件？还是为了提高加工效率？是为了提高精度？还是为了集中工序，缩短周期？或是实现柔性加工要求？有了明确的目标，有针对性地选用机床，才能以合理的投入，获得最佳效果。(2) 考虑机床工艺范围、类型不同工艺类型的数控机床或加工中心，其使用范围也有一定的局限性，只有加工在其工艺范围内的工件，才能达到良好的效果。各种加工机床都有其最佳加工的典型零件。如，立式数控铣床及镗铣加工中心适用于加工平面凸轮、样板、箱盖、壳体等形状复杂单面加工零件，以及模具的内、外型腔等；卧式铣床和加工中心配合回转工作台适用于加工箱体、泵体、壳体有多面加工任务的零件，如果对箱体的侧面与顶面要求在一次装夹中加工，可选用五面体加工中心。大多数工件可以用二轴半联动的机床来加工，有些工件需要用三轴、四轴甚至五轴联动加工。机床联动功能的冗余是也是一种浪费，而且给使用、维护、修理带来不必要的麻烦。例如：当工件只要钻削或铣削加工时，就不要选用加工中心；能用数控车床完成的工件，就不必选用数控车削中心。对机床工艺范围和类型的选择，应以够用为度，不宜盲目地追求“先进性”。(3)考虑机床规格主要是指机床的工作台尺寸以及运动范围等。工件在工作台上安装时要留有适当的校正、夹紧的位置；各坐标的行程要满足加工时刀具的进、退刀要求；工件较重时，要考虑工作台的额定荷重；尺寸较大的工件，要考虑加工中不要碰到防护罩，也不能妨碍换刀动作；对数控车床主要考虑卡盘直径、顶尖间距、主轴孔尺寸、最大车削直径及加工长度等。(4) 考虑主电机功率及进给驱动力等使用数控机床加工时，常常是粗、精加工在一次装夹下完成。因此，选用时要考虑主电动机功率是否能满足粗加工要求，转速范围是否合适；铰孔和攻螺纹时要求低速大扭矩；钻孔时，尤其钻直径较大的孔，要验算进刀力是否足够。对有恒切削速度控制的机床，其主电机功率要相当大，才能实现实时速度跟随，例如f360mm的数控机床，主电动机功率达27kW。(5)考虑加工精度及精度保持性影响数控机床加工精度的因素很多，如编程精度、插补精度、伺服系统跟随精度、机械精度等，在机床使用过程中还会有很多影响加工精度的因素发生，如温度的影响、力、振动、磨损的影响等等。对用户选用机床而言，主要考虑的是综合加工精度，即加工一批零件，然后进行测量，统计、分析误差分布情况。选择机床的精度等级应根据被加工工件关键部位的加工精度要求来确定，一般来说，批量生产零件时，实际加工出的精度公差数值为机床定位精度公差数值的1.52倍。(6) 考虑设备运行的可靠性设备故障是最令人头痛的问题，特别是同类设备台数少时，设备故障将直接影响生产。机床稳定可靠性高，既有数控系统的问题，也有机械部分的问题，尤其是数控系统部分。选择的设备一个是要少出故障，同时还要考虑排除故障要及时。衡量设备可靠性的两个指标。平均无故障时间（MTBF），其值可表示成：MTBF=总工作时间/总故障次数（小时）。平均排除故障时间（MTTR），即从出现故障直到故障排除恢复正常为止的平均时间。(7) 考虑机床配置机床配置主要包括换刀装置、冷却装置、排屑装置等。数控机床的转塔刀架有412把刀，大型机床还多些，有的机床具有双刀架或三刀架。按加工零件的复杂程度，一般选取812把刀已足够（其中包括备用刀）。加工中心的刀库容量有1040把、60把、80把、120把等配置。选用时以够用为原则，同时考虑换刀时间、相配的刀具系统。现代数控机床都使用大流量的冷却液，不仅可以降低切削区的温度，保证高效率地切削，而且可以起着冲屑的作用。根据课题来源企业的设备拥有状况及设备管理状况，选择防扭臂的数控加工机床为立式数控铣床YCM-458B或卧式数控铣床BMC-135。3.1.5 加工工序的划分根据数控加工的特点，加工工序的划分一般可按下列方法进行： （1）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错率、查错与检索困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。 （2）以加工部分划分工序。对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。 （3）以粗、精加工划分工序。对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校形，因此一般来说凡要进行粗、精加工的工件都要将工序分开。 加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹进的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按下列原则进行： （1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。 （2）先进行内型腔加工工序，后进行外型腔加工工序。 （3）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。 （4）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连接进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性、机床的功能、零件数控加工内容的多少、安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。什么零件宜采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，也要根据实际需要和生产条件确定，要力求合理。 防扭臂的加工属于批量生产，且精度要求加工，再加工中还需要穿插一些热处理程序，因此对数控加工工序的划分时在将孔加工、平面加工和曲面加工划分为不同工序的同时，也应将粗精加工划分为不同的工序。3.1.6 加工顺序的安排加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按下列原则进行：1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。2）先进行内型内腔加工工序，后进行外形加工工序。3）以相同定位、夹紧方式或用同一把刀具加工的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。4）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。由于防扭臂的单双耳片孔的形状尺寸、单耳片轴线与双耳片轴线的距离及平行度都有较高精度要求，因此在单双耳片孔加工之前应进行中间孔的加工以及基准面的加工以获得孔加工的定位基准，同时对零件减轻腔的加工又应该以单双耳片孔为定位基准一保证两面减轻腔尺寸的一致性。所以在加工顺序的安排时应注意各项加工内容的定位工艺基准以安排零件的工序顺序。3.1.7 工件装夹方式的确定1)定位基准与夹紧方案的确定 力求设计、工艺与编程计算的基准统一。尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹后就能加工出全部待加工表面。避免采用占机人工调整式方案，2)夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑下列几点；尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具。当成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单。工件的加工部位要敞开，夹具上的任何部分都不能影响加工中刀具的正常走刀，不能产生碰撞。夹紧力应力求通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。尽量不要在被加工孔的上方，以减少零件变形。装卸零件要方便、迅速、可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。在防扭臂的加工中，由于其不规则，且具有空间曲面，完成所有的加工内容需选取不同的工艺定位基准。且夹具的结构较复杂，考虑该零件为批量生产，且精度要求较高，所以对于精度要求高的内容的加工常采用专用夹具。3.1.8 对刀点的确定对刀点是工件在机床上找正、装夹后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点，同时也是数控加工中刀具相对工件运动的起点。为保证加工的正确，在编制程序时，应合理设置对刀点。其原则是：1)在机床上找正容易。 2)编程方便。3)对刀误差小。 4)加工时检查方便、可靠。对刀点可以设在被加工的零件上，也可以设在夹具上，但都必须与零件的编程原点有一定的坐标尺寸联系，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的相互关系。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，这主要取决于加工精度要求和对刀是否方便。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上。例如以零件上已有加工孔的中心作为对刀点较为合适。有时零件上没有合适的孔，也可以加工工艺孔用来对刀。对刀时应使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，是指刀具的定位基准点。对于各种立铣刀，一般取刀具轴线与刀具底端面的交点；对球头刀，取为球心；对于车