复杂钛合金连接件加工工艺及典型夹具、量具设计

1、毕业设计说明书机械工程与自动化系复杂钛合金连接件加工工艺及典型夹具、量具设计机械设计制造及其自动化系 名： 专 业： 摘要本文在查阅相关的资料和参考文献的基础上，对设计对象复杂钛合金连接件的作用和技术要求进行了分析，在此基础上，以“简便、高效、经济”的设计思想为指导，进行了零件加工工艺规程的设计。零件外形复杂且采用TC4难加工材料，故加工时仅靠使用传统的加工方法是不能够满足零件的设计要求，所以对于此零件的轮廓的加工需要用到线切割技术，对于曲面的加工则需使用较为先进的数控加工。在选择机床设备时，由于工件形状复杂，有较多异型孔和异型曲面，故在加工这些地方时，尽可能地选择适合的数控机床及相应的刀具和

2、夹具，并设计合理的走刀路线。除工艺设计以外，还设计了一套专用夹具和检验量具。通过对零件的工艺设计、专用夹具设计和量具设计，提升了对专业知识的理解，为将来的发展打下了良好的基础。关键词：钛合金加工，曲面加工，数控加工，工艺设计，量具设计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 录1 引言111 钛合金综述112 钛合金的切

7、削加工1121 钛合金的切削加工性能1122 改善钛合金切削加工性能的措施2123 钛合金切削加工工艺经验313 钛合金的电加工3131 钛合金的电火花线切割加工性能3132 钛合金的电解加工414 钛合金的精密成型技术415 本课题要研究或解决的问题52 零件的工艺分析及生产类型的确定621 零件的作用622 零件的工艺分析623 零件的生产类型73 零件毛坯类型831 零件材料分析832 毛坯类型的选择833 确定毛坯尺寸934 零件毛坯图94 加工方法的选择及工艺路线的制定941 定位基准的选择942 零件表面加工方法的选择1043 制定工艺路线1144 典型加工方法简介12441 电火

8、花线切割加工的特点12442 数控加工工艺特点135 工序设计1551 选择加工设备与工艺装备15511 确定各工序所使用的机床及工艺装备15512 选择刀具16513 选择夹具16514 选择量具16515 切削液的选择1752 确定工序尺寸17521 确定端面的工序尺寸17522 确定圆柱面的尺寸17523 确定异型孔的尺寸18524 确定各曲面的加工余量19525 确定凸耳凹槽的加工余量196 切削用量及基本时间的确定1961 工序3切削用量及基本时间的确定1962 工序4切削用量及基本时间的确定19621 加工设备的选择19622 切削用量20623 基本时间2163 工序6切削用量及

9、基本时间的确定21631 加工设备的选择21632 切削用量22633 基本时间2264 工序8切削用量及基本时间的确定23641 加工设备的选择2365 工序9切削用量及基本时间的确定24651 加工设备的选择24652 切削用量24653 基本时间2666 工序10的切削用量及基本时间的确定28661 加工设备的选择28662 切削用量28663 基本时间2867 工序11切削用量及基本时间的确定29671 加工设备的选择29672 切削用量3068 工序12切削用量及基本时间的确定30681 加工设备的选择30682 切削用量3069 工序13切削用量及基本时间的确定32691 加工设备

10、的选择32692 切削用量32610 工序14切削用量及基本时间的确定336101 加工设备的选择336102 切削用量346103 基本时间35611 工序15切削用量及基本时间的确定356111 加工设备的选择356112 切削用量356113 基本时间36612 工序16的切削用量及基本时间的确定376121 加工设备的选择376122 切削用量37613 工序18切削用量及基本时间的确定396131 加工设备的选择396132 切削用量396123 基本时间40614 工序19的切削用量及基本时间的确定406141 加工设备的选择406142 切削用量406143 确定基本时间427

11、夹具设计4371 夹具的选择与组成4372 铣床夹具设计要点4373 定位加紧方案的确定4474 定位与加紧机构设计448 量具的设计4481 位置量规设计概述4482 位置量规设计计算4783 位置量规技术要求499 总结48参考文献49致 谢511 引言1.1 钛合金综述钛及钛合金对一个国家的国防、经济和科技发展具有重要的战略意义。各国经济、军事强国把钛应用量的多少和钛工业发展水平当作一个国家经济实力和国防实力的重要标志之一钛及钛合金被称为二十一世纪战略金属，也称为新崛起的第三代金属,它很有希望成为继铁、铝之后的第三种实用金属，开发利用前景十分广阔。我国钛资源非常丰富，总储量达9亿吨，储量

12、世界第一，中国必将成为钛金属的世界生产大国。1钛是同素异构体，熔点为1720C，在低于882C时呈密排六方晶格结构，称钛；在882C以上呈体心立方晶格结构，称为钛；利用钛的上述2种结构特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有3种基体组织，钛合金也就分为以下3类：(1)相钛合金材料（用TA表示）；(2)相钛合金（用TB表示）；(3)+相钛合金（用TC表示）。3种钛合金中最常用的是钛合金和+钛合金；钛合金的切削加工性最好，+钛合金次之，钛合金最差。钛合金密度仅为4.59cm3，重量轻，接近铝的比重，但其比强度却大于超高强度钢；熔点高达1660

13、C，具有较高的热强度，可在550C以下工作，在此温度下，表面易于形成致密的氧化膜，故不容易被进一步氧化，对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质等有较强的抗腐蚀能力。因此，近年来，现代工业、仪器仪表、航天、军事工业对钛合金材料的需求量大增。尽管我国是钛蕴含量最丰富的国家，但由于钛合金材料导热系数低、塑性低、硬度高、弹性模量低、弹性变形大等特点，造成钛合金材料切削加工性差，且钛合金原材料价格昂贵，废料回收难，使钛合金的使用成本增加，我国工业及军事装备使用钛合金零件的比例相对较低，即使是某些新型军用航空零件，钛合金占有的比例也不大，与国际先进水平存在较大差距。1.2 钛合金的切削加工1.2.1 钛

14、合金的切削加工性能研究发现，影响钛合金材料切削加工性能和刀具耐用度的主要原因是：(1) 材料亲和力强。钛元素化学活性强，具有很强的亲和力，在600C以上高温时，加工点很容易与接触的氧、氢和氮等气体杂质化合而硬化，形成脆化层，影响刀具的寿命；同时，这些杂质还具有磨料性质，能够加速刀具的磨损。(2) 塑性变形量小。钛合金塑性变形量小，其收缩系数仅为钢材的13左右，切屑经主切削刃切离后，会立即向上翻卷，使切屑与刀具前刀面间仅存一极小的接触区，使作用在刀具与工件材料接触面上的压力增高，产生热量堆积。(3) 强度极限高。钛合金的含碳量高，材料的高强度极限，加工时会造成切削点压力增大和局部温度增高。热稳定

15、性好，高温强度高，在300500C温度下，比铝合金高10倍。(4) 弹性模量低，弹性变形大。钛合金弹性模量低，约为钢的12，故钛合金弹性变形大，在后刀面与工件的接触区材料回弹量大，使材料与后刀面的接触面积增大，切削温度升高，磨损严重。(5) 导热性差。钛合金的导热率很低，仅为镍的1/4，铁的15，铝的1/10，加工时前述原因产生的切削热大量堆积在切削点难以迅速传导，使刀刃局部温度升高。(6) 切削液使用不当时刀刃的热冲击增大。如前所述，由于材料特性等诸多原因，加工钛合金时，在刀具切削点的附近会产生很大的热量堆积，此时，如果切削液加注不当，就会受膜态沸腾现象的影响，使切削点得不到连续而有效的润滑

16、和冷却，液体冷却速度过快，易于形成热冲击，又增大了刀具的微裂。1.2.2 改善钛合金切削加工性能的措施钛合金作为一种难加工件，其加工难点主要由材料特性决定。在加工中需要根据具体物理特性合理选取刀具和辅助条件，制定合理的走刀路线和工艺方案，以达到最佳的切削效果。解决钛合金切削加工性差的问题，必须从刀具、机床、夹具、切削用量等方面综合考虑，其中刀具问题尤为重要，是钛合金切削的主要矛盾。针对钛合金材料的性质和切削过程的特点，加工时应考虑以下措施：(1) 由于在加工中切削力大、切削温度高，导致刀具易磨损，寿命减低，所以要选用硬性好、耐磨性高的刀具材料。如高速钢牌号：含铝高速钢 W6Mo5Cr4V2Al

17、、高钴高速钢W2Mo9Cr4VCo8(相当于美国材料牌号M42)、粉末冶金高速钢（此类钢的含碳量接近于平衡碳，在淬火后可获得很高的硬度HRC65-70）；硬质合金牌号：粗加工选用YG8、YG8W、YG10H,精加工选用YG8W、YP15(YGRM)。(2) 采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度，并减小工件与后刀面的摩擦，刀尖采用圆弧过渡刃，以提高强度，避免刀尖烧损和崩刃；一般取=510；=15。(3) 要保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃；加工钛合金的硬质合金刀具应当采用金刚石砂轮进行刃磨，要保证刃口锋利、刀面光洁，前、后刀面的表面粗糙度应小于RaO4，刃口部分不允许

18、有微小的缺口。对主切削刃在刃磨后还应当用金刚石或碳化硅油石研磨出倒棱(背刀)，以消除刃磨时产生的锯口，使切削刃光滑，达到提高刀具抗磨损能力、增强刀刃强度的目的。(4) 切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快；切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具耐用度；(5) 加工时须加冷却液充分冷却，充分的冷却润滑是钛合金加工的必要保证。(6) 切削钛合金时吃刀抗力较大，故工艺系统需保证有足够的刚度。由于钛合金易变形，所以切削夹紧力不能大，特别是在某些精加工工序时，必要时可使用一定的辅助支撑。1.2.3 钛合金切削加工工艺经验综合上述

19、加上难点，依照逐步去量的原则设计工艺路线。在加工过程中穿插自然时效和真空时效处理。同时为了在批量生产的条件下保证零件质量，提高生产效率，还可采取如下措施：粗加工过程中采用大功率大扭矩的普通铣床去除大量；考虑到钛合金材料易受切削力、夹紧力作用发生加工变形，零件结构刚性差的特点，在工序间穿插了自然时效过程，在粗精加工之间安排真空时效处理工序，以消除铸造和加工应力，稳定零件尺寸；在精加工阶段为保证加工的高效率和高精度，采用立式加工中心、卧式加工中心进行加工；对于精加工阶段的基准面，其平面度及角度精度必须进行工艺加严，在批产中采用数控加工中心进行高速切削代替磨削，提高了加工效率；普通方法难以保证同轴孔

20、的尺寸精度和表面粗糙度要求，可采用机床安装双主轴进行精加工的方法。1.3 钛合金的电加工1.3.1 钛合金的电火花线切割加工性能电火花线切割加工是利用钼丝和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行加工。电火花腐蚀主要原因：两电极在绝缘液体中靠近时，由于两电极的微观表面是凹凸不平，其电场分布不均匀离得最近凸点处的电场度最高，极间介质被击穿，形成放电通道，电流迅速上升。在电场作用下，通道内的负电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极形成火花放电，电子和离子在电场作用下高速运动时相互碰撞，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的轰击，使电极间隙内形成瞬时高温热源，通道中心温度达到10000度以上，以致

21、局部金属材料熔化和气化。电火花线切割加工的钛合金表面光洁度和粗糙度都可以控制得很好，切缝也小，对钛合金这样昂贵的材料来说，浪费少就是极大地节省了材料，也节省了工人开支，明显的节约了生产成本。切割钛合金并不比切紫铜、铝合金材料慢，但比起切割普通钢材来，就要慢一些了。慢的原因和钛合金材料本身强度比较大，比重比较轻，切削液不容易冲走有关系。所以要调好切削液。如果钼丝已经比较细了，要及时更换新钼丝，切割的缝隙宽了，切削液也容易冲进去，切割起来也能快一些。1.3.2 钛合金的电解加工钛合金在电解加工过程中存在着特殊性。其特殊性体现在：加工表面易形成钝化膜使加工困难以及非加工表面易形成点蚀影响表面质量。对

22、钛合金进行了电解加工试验，对样件进行了分析、比较并研究了影响表面质量的工艺因素。结果表明：采用脉冲电源，选择浓度合适的NaCl电解液和恰当的电参数加工能获得较好的表面质量。钛合金的电解试验研究表明：(1) 采用活性较强的NaCl作为主电解液进行加工，应选用合适的浓度。(2) 为了减轻杂散腐蚀，获得较好表面质量，应选用较高的电流进行加工。(3) 和直流加工相比，脉冲电流加工能改善表面质量。1.4 钛合金的精密成型技术为推广钛合金的应用，世界主要钛合金生产国包括美国、日本、俄罗斯、中国等都开展了低成本钛合金精密成形技术的研究。精密成形技术主要包括精密铸造技术、等温锻造技术、粉末冶金技术等。这些技术

23、可以实现近净形生产，材料利用率高达7090，大大降低了成本。随着航空、航天工业的发展，复杂形状构件整体精密成形取代传统的“多件连接”结构和“锻造切削加工”生产方式已成为必然趋势。钛合金在常规锻造时属于难变形材料，难以实现复杂结构件的成形，只有通过增大锻件余量和模锻斜度，简化锻件结构形状，提高锻造温度来实现锻件的成型这不仅降低了材料的利用率，同时也增大了锻造设备的压力要求如果采用等温锻造技术，不仅可实现近净成形或净成形，而且可以通过对变形速度的控制，大大降低变形抗力，充分发挥现有锻造设备的潜力，提高模具的使用寿命。等温锻造技术的主要特点是模具与成形件处在基本相同的温度中，因此需要带有模具加热及控

24、温装置。等温锻造一般速率较低，主要采用专用液压机。等温锻造技术特别适合于那些锻造温区窄的难变形材料，例如高温合金、钛合金、粉末高温合金等。等温锻造过程变形材料中常发生动态再结晶，从而使锻件中的组织呈均匀的等轴细晶形态。等温成形的零件尺寸精度高，既节约了材料，又减少加工工时。等温锻造的模具材料主要根据变形温度进行选择，常用的有热模具钢、铁基高温合金、镍基高温合金、铝合金以及陶瓷等。俄罗斯的一些专家研究利用碳碳复合材料作为1000以上的等温锻造模具材料，因为这类材料具有优越的高温力学件能。然而这类材料易于发生高温氧化，他们研究了相应的防护措施，现在这类模具材料的应用尚在探索阶段。等温锻造过程时间较

25、长，温度较高，成形件的形状经常比较复杂，模具表面包含一些浅细凹凸部分。因此，需要一定的润滑涂料；在坯料加热及成形中起到防护作用，同时在变形件与模具之间形成连续的润滑膜以减少摩擦，在成形后它又能起到脱模剂的作用。在选择润滑剂时要注意不能对模具有腐蚀作用，也不能污染成形件表面材料。与其他锻造方式相比，等温锻造更需要和更易于实现精确控制。所以实现从模具及坯料的设计到成形过程温度速率控制的全面计算机化，是提高效率和质量的需要，也是目前的技术水平可以达到的。1.5 本课题要研究或解决的问题毕业设计是所学专业所有基础和专业课程结束后的一次综合的机械设计。本次毕业设计选择了一个复杂零件的机械加工工艺与夹具设

26、计和量具设计作为课题。毕业设计根据所给零件的零件图和所用材料，主要设计此复杂钛合金连接件的加工工艺，其中包括：零件图的分析、零件的工艺分析、设计加工工艺方案、确定加工工序和走刀路线、选择机床和加工工艺设备、设计加工工艺夹具、设计专用量具、确定切削用量、加工工艺过程设计、编写加工工艺文件、以及编写加工程序等。在本毕业设计中要研究定位基准的选择、工件的定位方法、零件的结构工艺性等。机械制造加工工艺是机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。离开了它就不能开发出先进的产品和保证产品质量，提高生产率，降低成本和缩短生产周期。机械制造工艺技术是在人类生产实际中产生并不断发展的，目前机械制造工艺技术向着高

27、精度、高效率、高自动化发展。精密加工精度已经达到亚微米级，而超精密加工以及进入0.01微米级。现代机械产品的特点是多种多样批量小、更新快、生产周期短。本毕业反映了机械制造加工工艺与夹具、量具设计的宗旨是：保证和提高产品质量；提高劳动生产率；提高经济效益。通过这次毕业设计，使我能对零件的制造过程有一个总体的、全貌的了解与把握，能利用已学的金属切削的基本规律、机械加工工艺的基本知识、机床、刀具、夹具及其参数的选择方法，进行零件的加工工艺规程的设计、专用夹具和量具的设计，初步具备了分析解决现场工艺问题的能力。2 零件的工艺分析及生产类型的确定2.1 零件的作用本次设计所要研究的是一个复杂钛合金连接件

28、，此连接件为弹翼接头，此类零件要求零件材料本身具有高的强度和刚度，抗疲劳强度大，韧性高，耐高、低温，抗腐蚀，质轻等特点，故综合这些条件，我们选用钛合金（TC4）作为此连接件的材料。此接头型面复杂，加工工艺也较为复杂，而且零件所用材料为钛合金，故在加工过程中，要充分考虑到钛合金的加工特性，合理运用适当的加工工艺，如数控加工，曲面加工及特种加工等，以使加工出的零件符合设计要求。本零件是一个航空用接头（图2.1），它位于尾翼处，用于安装连接尾翼。该零件的两个90H7的孔为轴承孔；8H8孔和6H8以及1：5锥孔都为重要的连接孔，要求的精度高；两个矩形孔为减重孔；异型曲面为连接尾翼的连接部分。2.2 零

29、件的工艺分析零件的视图正确，完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但基准孔90H8要求较高，Ra3.2m，以此孔位加工定位基准来加工其他部分。该零件形状复杂，且为钛合金材料，加工相对困难。先将毛坯的上下表面加工出来，要求表面粗糙度Ra6.3m，以此当作粗基准，采用线切割先将零件外轮廓切割出来，并切割出84的孔。镗床上精加工出90H8孔，并以此孔为精基准，加工8H8孔，铣削曲面和异型曲面。图2.1 零件图由于零件形状复杂，尤其是有曲面和异型曲面及异型孔的存在，所以在加工这三处时要用到数控加工，其他部分工艺性相对较好，故在普通机床上加工即可。不过，在普通机床上加工8H8孔、6H8孔、1：5锥孔及两个减重

30、孔时，由于他们所处位置的关系，故需要设计专用夹具来装夹工件，也此来提高加工效率和加工精度。2.3 零件的生产类型零件的年产量Q=12100件/年，每台产品包含的零件数目n=1件/台；结合生产实际，备用率和废品率分别取为10%和1%。代入公式得该零件的生产量为：N=Qn（1+）=12001（1+10%+1%）=1332件/年本零件为航空用钛合金零件，所以为轻型零件，故生产类型为中批生产。3 零件毛坯类型3.1 零件材料分析研究发现，影响钛合金材料切削加工性能和刀具耐用度的主要原因是：(1) 材料亲和力强。钛元素化学活性强，具有很强的亲和力，在600C以上高温时，加工点很容易与接触的氧、氢和氮等气

31、体杂质化合而硬化，形成脆化层，影响刀具的寿命；同时，这些杂质还具有磨料性质，能够加速刀具的磨损。(2) 塑性变形量小。钛合金塑性变形量小，其收缩系数仅为钢材的13左右，切屑经主切削刃切离后，会立即向上翻卷，使切屑与刀具前刀面间仅存一极小的接触区，使作用在刀具与工件材料接触面上的压力增高，产生热量堆积。(3) 强度极限高。钛合金的含碳量高，材料的高强度极限，加工时会造成切削点压力增大和局部温度增高。热稳定性好，高温强度高，在300500C温度下，比铝合金高10倍。(4) 弹性模量低，弹性变形大。钛合金弹性模量低，约为钢的12，故钛合金弹性变形大，在后刀面与工件的接触区材料回弹量大，使材料与后刀面

32、的接触面积增大，切削温度升高，磨损严重。(5) 导热性差。钛合金的导热率很低，仅为镍的1/4，铁的15，铝的1/10，加工时前述原因产生的切削热大量堆积在切削点难以迅速传导，使刀刃局部温度升高。(6) 切削液使用不当时刀刃的热冲击增大。如前所述，由于材料特性等诸多原因，加工钛合金时，在刀具切削点的附近会产生很大的热量堆积，此时，如果切削液加注不当，就会受膜态沸腾现象的影响，使切削点得不到连续而有效的润滑和冷却，液体冷却速度过快，易于形成热冲击，又增大了刀具的微裂。3.2 毛坯类型的选择正确选择毛坯是工艺技术人员应该高度重视的问题。零件加工过程中工序的内容或工序的数目、材料的消耗、热处理的方法、

33、零件的制造费用等都与毛坯的制造方法有关，因此选择合适的毛坯类型非常重要。机械零件的常用毛坯有铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件等。选择毛坯时，应尽量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。另外，毛坯类型的选择主要考虑零件的材料、零件本身的结构、在产品中的作用、生产纲领以及现有的生产条件。接头的材料为钛合金，这种材料难加工，而且价格较贵。况且零件外形复杂，并且用于航空航天领域，不论是力学性能还是其他方面对零件本身的要求都很高。综合以上要求，这里采用锻件作为毛坯的类型。3.3 确定毛坯尺寸由于本零件将采用线切割的加工方法切割出零件轮廓，故对毛坯

34、的径向尺寸要求不严格，但是对轴向尺寸要求严格。如图3.1所示，毛坯的轴承孔上下端面表面粗糙度Ra6.3m，单面加工余量为2mm；异型曲面面的单面加工余量为2mm。线切割加工零件轮廓时，只要保证毛坯的宽度和长度比零件最宽和最长的地方稍大即可，故在此去毛坯的宽度为320mm，长度为450mm。由此，确定出毛坯的最终尺寸为320450116。3.4 零件毛坯图图3.1 毛坯图4 加工方法的选择及工艺路线的制定4.1 定位基准的选择定位基准选择的一般原则为：(1) 选最大尺寸的表面为安装面，选最长距离的表面为导向面，选最小尺寸的表面为支承面；(2) 首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度；(3)

35、 应尽量选择零件的主要表面为定位基准；(4) 定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。本零件为一形状复杂的连接件，由于90H7的加工要求较高，故选用这个孔位定位基准。由于本零件的全部表面都需加工，而孔作为精基准应先加工，以此应选孔的端面作为粗基准。因此，最先加工毛坯的上下面，以此加工出粗基准，然后在加工出90H7孔作为之后零件加工的精基准。4.2 零件表面加工方法的选择本零件外形复杂，加工面包括外圆，内孔，端面，曲面，异型曲面，槽，小孔和异型孔，材料为钛合金（TC4）。以公差等级和表面粗糙度的要求，查阅工艺手册中零件表面的加工方法，加工经济精度与表面粗糙度的相关内容，其加工方法选择如下：表

36、4.1 零件各表面加工方法加工面公差等级表面粗糙度加工方法轴承孔上下端面（未注）IT14Ra6.3粗铣-半精铣84mm内孔IT7Ra6.3线切割-粗镗90H7轴承孔IT7Ra3.2粗镗-半精镗-精镗100mm内孔（未注）IT14Ra6.3粗镗-半精镗120mm外圆面（未注）IT14Ra6.3粗铣-半精铣8H8孔IT8Ra1.6钻孔-铰孔6H8孔IT8Ra1.6钻孔-铰孔1:5锥孔（未注）IT14Ra3.2钻孔-粗铣-半精铣两个减重孔（未注）IT14Ra6.3钻孔-粗铣-半精铣曲面（未注）IT14Ra6.3粗铣-半精铣-精铣异型曲面（未注）IT14Ra6.3粗铣-半精铣-精铣异型孔（未注）IT1

37、4Ra6.3钻孔-粗铣-半精铣（未注公差尺寸，根据GB 1800-79规定其公差等级按IT14，表面粗糙度Ra6.3。）4.3 制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。按照一般零件的加工工艺路线，一般是先进行毛坯的加工，再进行零件表面的加工。按照先加工基准面及先粗后精的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。工序1：下料。工序2：锻造毛坯。工序3：退火。由于毛坯为锻造成型，在机械加工之

38、前，首先安排退火处理，以消除锻造应力，改善金属组织，细化金粒，改善切削性能。工序4：粗铣毛胚上下表面。先以零件的一侧轴承孔端面为定位基准加工对侧的平面；翻面，再以另一侧的轴承孔端面为基准，加工对侧的平面。工序5：超声探伤。工序6：精铣轴承孔上下端面。工序7：划线。钳工划线，划出零件的轮廓，穿丝孔的位置、大小，再划出84孔的中心线及线切割至82的轮廓，在底部中间异型孔位置预钻一定位孔。工序8：线切割。电火花线切割，切割出零件轮廓，中心孔切割至82。工序9：粗镗。粗镗中心孔至，精镗中心孔，粗镗一侧轴承孔至mm，半精镗至mm；翻面，粗镗另一侧轴承孔至mm，半精镗至mm，粗镗100孔并倒圆角。工序10

39、：精镗。以84孔和端面为定位基准，精镗一侧轴承孔至；翻面，精镗至。工序11：粗铣。粗铣上下异型面、上下曲面。工序12：粗、精铣。以90H7孔为基准，粗精铣凸耳的上下外圆及表面、铣凸耳凹槽。工序13：铣削锥孔。先用14mm的钻头预钻一通孔，再铣出圆锥孔，倒R5圆角。工序14：钻8H8孔至7.8mm，铰孔至8H8，锪倒角。工序15：钻6H8孔至5.8mm，铰孔至6H8。工序16：精铣。精铣上下曲面、上下异型曲面工序17：划线。划出减重孔、底面三异型孔轮廓的轮廓线、对称中心线。工序18：铣削减重孔。先用20mm的钻头，预钻出进刀孔，再铣出减重孔。工序19：钻、铣底面三异型孔。工序20：去毛刺工序21

40、：荧光检测工序22：终检。按零件图样要求全面检查。4.4 典型加工方法简介在加工本零件的过程中，除了运用了传统的加工方法，由于零件的外形复杂，而且为钛合金零件，这对于传统的加工方法来说加工效率较低，为了提高加工效率，提高加工精度，在加工过程中有分别采用了电火花线切割和数控铣削两种加工效率加工精度都较高的加工工艺。现在就两种加工工艺做一简单介绍。4.4.1 电火花线切割加工的特点电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属

41、、切割成型。线切割加工主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点。数控电火花线切割是数字系统控制下直接利用电能加工工件的一种方法，因此与其他加工方式相比有自己独立的特点： (1) 直接利用线状的电极丝作电极，不需要制作专用电极，可节约电极的设计、制造费用。(2) 可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。对不同的工件只需编制不同的控制程序，对不同形状的工件都很容易实现自动加工，很适合小批量形

42、状复杂零件、单件和试制品的加工，且加工周期短。(3) 利用电蚀加工原理，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用很小，故而电极丝、夹具不需要太高的强度。(4) 传统的车、铣、钻加工中，刀具硬度必须比工件大，而数控电火花线切割机床的电极丝材料不必比工件材料硬，可节省辅助时间和刀具费用。(5) 直接利用电、热能进行加工，可以方便地对影响加工精度的加工参数（脉冲宽度、间隔、伺服速度等）进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自动化控制。(6) 工作液一般采用水基乳化液或纯水，成本低，不会发生火灾。(7) 利用四轴或五轴联动，可加工锥度、上下面异型体或回转体等零件。(8) 由于电极丝比较细，可

43、以方便地加工微细异型孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。由于切缝很窄，实际金属去除量很少，材料的利用率很高。对加工、节约贵重金属有重要意义。(9) 采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别在慢走丝线切割加工中，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。电火花线切割加工有许多突出的特点，因而在国内外发展都很快，在塑料模具加工中已获得了广泛的应用。4.4.2 数控加工工艺特点： 数控加工柔性好，自动化程度高，特别适宜加工轮廓形状复杂的曲线，曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的复杂箱体，棱体零件，在多品种、小批量生产情况下，使用数控机床加工能获得较高

44、的经济效益。概括起来，数控加工主要有一下特点：(1) 广泛的适应性、高度的柔性。数控机床适用于各种批量和加工精度零件的生产以及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺装备的费用。(2) 加工精度高，质量稳定。数控机床加工精度高，一般可达0.005mm，而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此数控机床定位精度高，零件的一致性好，质量稳定。(3) 生产率高。数控机床可有效减少零件的加工时间和辅助测量时间，允许机床进行大切削量的强力切削。另外，配合加工中心刀库的使用，实现了在一台机床进行多工序的连续加工，减少了半成品的工序周转时间，提高了生产率。(4) 劳动强

45、度低，劳动条件好。数控机床能自动进行连续加工，直至加工结束，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，既清洁，又安全。(5) 便于实现计算机集成制造。数控机床的加工可预先精确估计加工时间，所使用刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。易于实现加工信息的标准化，是现代集成制造技术的基础。从工艺性来讲，普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术保障，由于数控加工采用计算机对机械加工过程进行自动化控制，使得数控加工工艺具有如下特点。(1) 数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产由于数控加工的自动化程度高，安全和质量是至关重要的。数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生产。在普通机械加工中

46、，工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产，一般不需要上述的复杂过程。(2) 数控加工工艺的继承性较好凡经过调试、校验和试切削过程验证的，并在数控加工实践中证明是好的数控加工工艺，都可以作为模板，供后续加工相类似零件调用，这样不仅节约时间，而且可以保证质量。作为模板本身在调用中也是一个不断修改完善的过程，可以达到逐步标准化、系列化的效果。因此，数控工艺具有非常好的继承性。(3) 数控加工工艺设计要有严密的条理性由于数控加工的自动化程度较高，相对而言，数控加工的自适应能力就较差。而且数控加工的影响因素较多，比较复杂，需要对数控加工的全过程深思熟虑，数控工艺设计必须具有很好的条理性，也就

47、是说，数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨，没有错误。数控加工工艺要考虑加工零件的工艺性，加工零件的定位基准和装夹方式，也要选择刀具，制定工艺路线、切削方法及工艺参数等，而这些在常规工艺中均可以简化处理。因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。相同的数控加工任务，可以有多个数控工艺方案，既可以选择以加工部位作为主线安排工艺，也可以选择以加工刀具作为主线来安排工艺。数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色，是与传统加工工艺的显著区别。5 工序设计5.1 选择加工设备与工艺装备5.1.1 确定各工序所使用的机床

48、及工艺装备由于该工件形状不规则，且加工曲面较多，在加工过程中基本使用的是专用夹具。机床包括普通机床和数控机床。(1) 工序4、6是粗铣和精铣平面。各工序工步数不多，成批生产不要求很高的精度，选用普通铣床就能满足要求。本零件外廓尺寸较大，但是精度要求不是很高，选用常用的X5032立式升降台铣床即可。刀具选用YG8硬质合金端铣刀，刀盘直径=80mm，采用专用夹具固定。(2) 工序9、10是镗孔。零件所要加工的孔的孔径较大，采用卧式镗床易于观察加工过程。这里选用TA4280双柱坐标镗床加工，刀具选用YG8W硬质合金内孔镗刀，刀杆直径=40mm，采用专用夹具固定(3) 工序11是粗铣异型面、上下曲面，

49、由于曲面复杂，为了加快加工效率，提高加工精度，选用数控机床加工。所以这里选用XK5038数控立式升降台铣床。刀具选用YG8硬质合金立铣刀，刀具直径=25mm，采用专用夹具固定。(4) 工序12是铣凸耳外圆、凸耳凹槽。由于凸耳的位置关系，以及凸耳外圆加工难度高，普通铣床不容易找到精确的位置，故采用数控铣床来加工外圆和凸台以提高凸台的位置精度。这里选用XK5038数控立式升降台铣床。粗加工时刀具选用40和10粗齿立铣刀；半精加工时使用40细齿立铣刀和12球头铣刀；倒R5圆角用10的球头铣刀。采用专用夹具固定。(5) 工序14、15是钻孔及铰孔。由于本零件这两个孔的加工要求很高。都需要铰孔，为了减少零件装夹次数，选用既能钻孔又能铰孔的钻床。所以这里选用ZJ5025立式钻床。刀具选用YG8硬质合金麻花钻，钻头直径分别为=5.8mm，=7.8mm，采用专用夹具固定；铰刀直径分别为=6mm，=8mm，采用专用夹具固定。(6) 工序13、18、19是铣削异型孔。为了加快加工效率，提高加工精度，选用数控机床加工。所以这里选用XK5038数控立式升降台铣床。加工钻锥孔时，钻孔使用YG8硬质合金麻花钻，刀具直