发动机压气机转子工艺设计及夹具设计(有proe图CAD图)机械大学设计

三级转子是汽车发动机压气机的关键零件，发动机压气机转子是用来对空气作功产生反作
用推力，并将空气压缩后送到燃烧室和涡轮；发动机转子由于在高转速下工作，承受着相
当大的而且复杂的负荷，例如，扭矩、轴向力、径向方、陀螺力矩及振动等，因此对其加
工要求十分严格。

而高精度加工在国内来讲也是制造业一个较困难的课题，叶型加工包含了多项高尖技术，
蕴藏了巨大的科研价值和经济价值，所以研究叶型加工工装具有重要意义。

发动机压气机
Ⅲ级转子就是这样一个零件，现以这个零件为例来研究叶型加工的工艺规程及夹具设计。

该转子的加工过程是比较复杂的，这是由零件本身的复杂程度所决定的。

加工该零件的最
大难题之一就是要克服它的高精度要求。

对表面的车削加工；对叶形铣削加工；对成型面
的车削加工；以及在直径87的圆周上钻头8个孔的钻削加工都是本次加工的重点中的重
点。

且为了保证上述加工的精度，必须有针对性的对其进行专用夹具的设计，以求达到最
好的效果。

目录
摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2第一章序论 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
1.1工艺的内容 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
1.1.1机械制造工艺的目标 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.2工艺的任务 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.3工艺规程的基本要求 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
1.3.1工艺规程的作用---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
1.3.2工艺规程的选择---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
1.3.3工艺规程的编制---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.3.4工艺规程的设计准则 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.3.5制定工艺规程的原始资料 --------------------------------------------------------------------------------------------- 6
1.3.6生产类型的工艺特征 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 第二章零件工艺方案制定------------------------------------------------------------------------------------------------------ 9
2.1零件分析------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
2.1.1零件的作用 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
2.1.2零件的工艺分析---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 2.2工艺规程设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 9
2.2.1确定毛坯的制造形式 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
2.2.2工艺路线的制订---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
2.2.3 工艺方案的比较与分析 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 11 2.3工艺过程卡的制做 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
第三章夹具设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
3.1机床夹具----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
3.1.1机床夹具的概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
3.1.2机床夹具的作用-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
3.1.3机床夹具的分类-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15
3.1.4机床夹具的一般组成 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 15
3.1.5机床夹具的发展-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15
3.1.6转子等分孔加工的专用夹具设计---------------------------------------------------------------------------------- 16 3.2定位误差----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 3.3四个专用夹具的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17
3.3.1精车一专用夹具的设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 17
3.3.2精车二的夹具设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 19
3.3.3钻孔夹具的设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23
3.3.4铣叶型夹具的设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 26
第四章设计总结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 27
4.1工艺文件设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 27 4.2关键工序的工艺措施与实施效果 --------------------------------------------------------------------------------------- 27 4.3实际加工出现的问题及采取的相应措施------------------------------------------------------------------------------ 27
第五章转子的计算机辅助设计---------------------------------------------------------------------------------------------- 31
5.1设计软件简介 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 5.2传统设计方法与运用PRO/E软件设计方法的区别----------------------------------------------------------------- 32 5.3设计产品简介及PRO/E的设计优点 ----------------------------------------------------------------------------------- 33 5.4三级转子的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 33 5.5小结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38
总结--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 39
参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42
摘要
高精度叶型加工在国内来讲是制造业一个较困难的课题。

但由于叶型加工包括了多项
高尖端技术，蕴涵了巨大的经济价值，所以研究它的工装对于解决这个难题有很重要的意
义。

本次毕业设计选取了具有代表性的零件，发动机压气机的的关键零件三级转子。

该设
计的目标是设计一套适用于中小型叶型加工的工装。

研究内容和拟解决的关键问题是要保
证装夹精度。

根据该零件的技术要求和结构特点，首先对零件的工艺难点、解决方法与质
量控制等问题进行了深入认真的分析，明确了工艺原则和质量控制措施，制定了工艺总方案，编制了工艺路线和工艺规程。

对于零件的关键工序、加工方法及一些重要的工装，经过多次研究，探索，最终完成了工艺规程制定和精车一、精车二、钻孔及铣叶型四个关键工序四套工序的专用夹具设计。

关键字：工序、工艺、夹具、装夹
第一章序论
毕业设计可以说是大学四年里所学知识的一次综合检测和总结，同时也是对自己能力
的一次提高。

就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的四化建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

1.1工艺的内容
在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。

它是车间生产过程的主要部分。

将工艺过程中各项内容写成文件，就是工艺规程。

工艺过程由工序、安装和定位、工步及工作行程组成。

零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。

由于生产规模与具体情况的不同，对于同一零件的加工工序综合可能有很多的方案。

应当根据具体条件，采用其中最完善和最经济的一种方案。

1.1.1机械制造工艺的目标
机械制造工艺主要有以下几方面的目标：
（1）设计结构应能够加工。

在工件上应有足够的加工空间，以便刀具能够接近加工部位，如留有必要的退刀槽和越程槽等。

（2）便于保证加工质量，并尽可能减少加工面积。

如被加工孔的端面最好与孔加工刀具的轴线垂直；对于大的安装平面尽可能采取周边接触或四角接触的形式等。

（3）要能提高劳动生产率。

如加工表面尽可能地安排在同一平面或同一轴线上，以便采取多刀或多件加工的高效生产方法。

（4）零件结构便于安装夹具。

1.2工艺的任务
机械制造中的质量、生产效率和经济性三者具有密切的辩证关系和灵活性。

在解决某一具体工艺问题时，需要全面的加以考虑。

例如提高零件加工精度可以提高互换性，减少钳工修理的劳动量，但在采用新的工艺方法或装备时，必须牵涉到前后工序的平衡和机床的负荷率。

又如改善零件的结构工艺可在相同的生产条件和质量要求下提高生产效率，但又涉及毛坯制造工艺和原设计零件结构形状的修改，这就需要工艺部门和设计部门进行商讨和协调。

工艺部门在完成一台机械的零件加工和装配工艺过程的全面分析和方案比较、抉择以后，最终将以工艺文件（卡片）的方式填写下来，通常称为工艺规程，供生产准备和车间
实施之用。

为了培养担当这项任务的人才，机械制造工艺就要阐明编制工艺规程的原则、步骤和方法，还要通过一些常见的典型零件在不同批量的生产纲领下举出活生生的例子，传授思考方法、分析途径和决策要点。

1.3工艺规程的基本要求
1.3.1工艺规程的作用
(1)工艺规程是指导生产的主要技术条件。

(2)工艺规程是生产准备和生产管理的基本依据。

(3)工艺规程是新建扩建工厂或车间时的基本资料。

(4)工艺规程是工艺技术交流的主要文件形式。

1.3.2工艺规程的选择
(1)生产规模是决定生产类型的主要因素，亦即是设备、用具、机械化与自动化程度
等的选择依据；
(2)制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。

它是选择加工总余量和加工过
程中头几道工序的决定因素；
(3)零件材料的性质。

它是决定热处理工序和选用设备及切削用量的依据；
(4)零件制造的精度。

包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定或技术条件中所
补充指定的要求；
(5)零件的表面粗糙度是决定表面上粗精加工工序的类别和次数的主要因素；
(6)特殊的限制条件，例如工厂的设备和用具的条件等；
(7)编制的加工规程要在既定生产规模与生产条件下达到多、快、好、省的生产效
果。

1.3.3工艺规程的编制
(1)研究零件图及技术条件。

(2)加工的粗基面和光基面确定后，最初工序和主要表面的粗、精加工的工序已很清
楚，就能编制零件加工的顺序。

(3)分析已加工表面的粗糙度以后，在已拟的加工顺序中增添粗精加工工序。

(4)然后视加工时的便利情况，确定并排列零件上不重要表面加工所需所有其余。

(5)如果有限制加工工艺规程选择的特殊条件存在，通常要作补充说明，以修正加工
的顺序。

(6)确定每一工序所需的机床和工具，填写工艺卡和工序卡。

(7)详细拟订工艺规程时，必须进行全部加工时间的标定和单件加工时间的结算，并
计算每一工序所需的机床。

(8)为了达到所编制的工艺规程符合具有最大经济性的要求，在确定了规程的全部工
程以后，必须要检查对该零件的加工是否还可能作出同样完善而更为经济的工
艺规程。

1.3.4工艺规程的设计准则
(1)必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。

(2)在规定的生产纲领和生产批量下，能以最经济的方法获得所要求的生产效率和生
产纲领，一般要求工艺成本最低。

(3)充分利用现有生产条件，少花钱，多办事，并要便于组织生产。

(4)尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好，文明的生产条件。

1.3.5制定工艺规程的原始资料
为编制工艺规程必须具备下列的原始资料：
(1)产品的整套装配图和零件图；
(2)产品质量验收标准；
(3)产品的生产纲领和生产类型；
(4)毛坯的情况；
(5)工厂的生产能力和生产条件；
(6)了解国内外同种类型产品的生产技术状况，便于引进消化、吸收和创新，以保证
生产出优质高效、低成本的产品；
1.3.6生产类型的工艺特征
对于不同的生产类型，为获得最佳技术经济效果，其生产组织、车间布置、毛坯制造方法、夹具使用、加工方法及对工人的技术要求等各方面均不相同，及具有不同的工艺特征。

例如，大批量生产采用高生产率的工艺及高效专用自动化设备，而单件小批量生产则采用通用设备及工艺设备。

各种生产类型的工艺特征
第二章零件工艺方案制定
2.1零件分析
2.1.1零件的作用
该零件是发动机压气机的关键零件，发动机压气机转子是用来对空气作功产生反作用推力，并将空气压缩后送到燃烧室和涡轮；发动机转子由于在高转速下工作、承受着相当大的而且复杂的负荷，例如，扭矩、轴向力、径向方、陀螺力矩及振动等，因此对其加工要求十分严格。

2.1.2零件的工艺分析
该转子的加工过程是比较复杂的。

这是由零件本身的复杂程度以及高精度所决定的。

加工该零件的最大难题之一就是要克服它的高精度要求。

对B面、C面、D面、F面
的车削加工；对叶型铣削加工；对成型面N、M的车削加工；以及在直径87的圆周
上钻8个孔的钻削加工都是本次加工的重点中的重点。

且为了保证上述加工的精度，必须有针对性的对其进行专用夹具的设计，以求达到最好的效果。

如（图2-1）
图2-1
2.2工艺规程设计
2.2.1确定毛坯的制造形式
该转子的毛坯是铸铝材料的。

2.2.2工艺路线的制订
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能得到合理的保证，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

方案一：
05 毛坯检验
10 粗车
15 精车1
20 开槽
25 精车2
30 铣叶形
35 钻孔
40 荧光检验
45 清洗
方案二：
05 毛坯检验
10 粗车
15 半精车
20 开槽
25 精车一
30 钳修
35 精车二
40 钳修
45 钻孔
50 铣叶形
55 钳修
60 荧光检验
65 清洗
2.2.3 工艺方案的比较与分析
两个方案的对比可以看出：
(1)方案（一）将方案(二)的粗车与半精车整合到一起，一个工序完成，这样一来，虽然达到了工序集中，减少工序的效果，但是将极不利于批量流水线生产。

(2)精车之后开槽可以使开槽的定位精度有很大提高。

但这样做是不必要的，开槽应该是半精加工的工序，所以应该放在精车工序前进行。

况且先精车，后开槽会将工时消耗在本应切割掉的部分，造成工时及设备的极大浪费。

(3)工序之间适当加上钳修的过程,可以使加工中产生的毛刺去掉,提高加工精度。

(4)开槽后要加入时效的过程,防止在开槽后继续加工后续操作,使得由于应力作用使加工的零件不符合尺寸要求。

(5)根据加工时的工序顺序的选用原则，应该精加工和光整加工可适当放在前面,然后才是次要表面，即先铣叶型再钻孔。

但本次加工的零件对精度要求相当之高，所以，为防止钻孔时划伤叶型，就选择了方案（二），先钻孔再铣叶型。

综上所述，应选方案具体如下：
05 毛坯检验
10 粗车
15 半精车
20 开槽
25 时效
30 精车1
35 钳修
40 精车2
45 钳修
50 钻孔
55 铣叶形
60 钳修
65 荧光检验
70 清洗
2.3工艺过程卡的制做
依据以上工序方案，我们做了以下工艺设计。

事先不决定是否重复生产, 只编制简单的加工工艺过程卡片和加工工序卡片。

（见附表）
第三章夹具设计
3.1机床夹具
3.1.1机床夹具的概述
在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确的位置，以便接受施工的一种工艺装备，统称为夹具。

因此，无论是在机械加工、装配、检验，还是在焊接、热处理等冷、热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。

但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具，我们称之为机床夹具。

机床夹具是在机床上用以准确、迅速地安装工件或刀具，从而保证工件与刀具间相对位置正确的一种工艺装备。

由此可知，机床夹具总的来看可以分为两大类：一类是用以安装工件的，一般通称为夹具；另一类是用以安装刀具的，一般通称为辅具。

多数工厂通常将机床夹具（包括夹具、辅具）、刀具、量具称为工艺装备。

有的又将用以制造非基本生产产品，即制造工艺装备的工艺装备，又称为二次工艺装备。

3.1.2机床夹具的作用
机床夹具在保证产品优质、高产、低成本，充分发挥现有设备的潜力，便于工人掌握复杂或精密零件加工技术，减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。

机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。

因此，一切机械制造行业的广大工人和工程技术人员，历来都把机床夹具的改进、研制和开发，作为技术革新中的主要课题之一。

1.机床夹具的作用可以归纳为如下几个方面：
(1)夹具是保证和稳定产品质量，实行全面质量管理的重要手段
使用夹具后，可以保证工件被加工表面和其他相关表面（线或点）间的尺寸精度，以及他们间的平行度、垂直度、同轴度等相对位置精度要求。

且不受各种主观因素的影响，因此可使加工精度稳定。

日本1977年曾对铣床的加工精度进行实验分析，他们采用升降台铣床进行切削实验。

按照日本JIS机械标准，分析了影响加工精度的主要因素后指出：机床加工精度是由相互关联的一系列结合因素决定的，要找出其中某个因素是困难的，但是可以找出其中一、二个因素推测全体影响机床加工精度的主要因素有：机床精度、夹具精度、夹具的安装方法、工件、刀具及操作人员，这里把夹具的精度好坏及安装的合理性，列为保证机床加工精度的重要部分。

(2)可提高劳动生产率，降低产品成本
所谓提高劳动生产率，就是要降低工序的时间。

这除了采用高速、强力切削方法以降
低机动时间外，为了更好地发挥现有设备的潜力，利用夹具以降低辅助时间也是提高生产率的一个极其重要的途径，尤其是利用各种高效率夹具，其效果就更为明显。

凡是最大限度地缩短辅助时间、操作轻便灵巧的夹具都能称为高效夹具。

总之，采用夹具定位可全部或部分地省去校正时间；采用快速定位、夹紧机构，尤其是各种机械化夹紧机构，可以明显地降低辅助时间；采用夹具可改善工艺系统刚性、稳定性和加大切削用量，减小机动时间；采用夹具可降低对工人等级的要求等等。

工序时间的缩短，生产效率的提高及产品质量的稳定，必有利于加工成本的降低。

(3)夹具可扩大机床的工艺范围，做到一机多用
对于中小工厂，由于机床的品种、规格和数量有限，为了适应生产发展的需要，充分挖掘现有设备的潜力，往往通过设计不同的夹具来进一步扩大机床的工艺范围，达到一机多用的目的。

(4)机床夹具在新产品的试制过程中，对缩短试制周期起着重要作用
根据我国机械工业现有水平，生产准备周期占50%—70%，其中工艺装备准备阶段中要占70%—80%的时间用于工装夹具的设计，所以夹具直接影响到新产品的研制周期和生产周期。

(5)夹具在特种零件的加工中起着特殊作用
在机械行业中，长遇到一些特殊的加工件，如特大件、特小件、薄壁件、平面凸轮、偏心零件，非金属件等，夹具在这些特殊零件的加工中起着特殊作用。

(6)平衡各工序时间，以便组织流水生产
由于工作在加工中个工序所需的时间往往是不同的，若某一工序迟缓于其他工序，就可采用高效夹具、多工位夹具等使该工序赶上其他工序。

若某一工序时间快于其他工序，即可使用多件联动夹具等措施与其他工序时间取得平衡。

(7)使操作方便、安全，减轻工人的劳动强度
使用夹具安装工件，基本上不用再进行找正，对于复杂或精密零件的加工主要靠夹具，而基本上不取决于工人的技术水平，因此工人操作方便，并便于组织生产。

夹具采用机械化夹紧装置与装卸装置，可以大大的减轻工人的劳动强度，这一点对于大型工件或产量大的工件的加工尤为重要。

3.1.3机床夹具的分类
按生产类型可分为：大批量生产夹具、单件、小批或新产品试制用夹具，中小批量产品的夹具。

按夹紧动力源分类：手动夹具，气动夹具，液压夹具，电动夹具，磁力夹具，真空夹具，离心力夹具。

按夹具所在机床的功能范围分类：万能机床夹具，专用机床与组合机床夹具，自动线夹具。

3.1.4机床夹具的一般组成
定位部分、夹紧部分、导向部分、支承部分、辅助部分等。

3.1.5机床夹具的发展
回顾夹具的历史，它是来源于以大量生产为基础的互换性零件的加工。

夹具最早出现于1988年，当时作为大量生产方式的创造者而名利前茅的“惠特尼”公司接受了美国政府订购的三年间制造一万支步枪的合同，把原来靠手工操作的。