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林乐毕业设计
Southwestuniversityofscienceandtechnology
本科毕业设计（论文）
航空接插件的加工工艺及夹具设计
学院名称
制造科学与工程学院
专业名称
机械设计制造及其自动化
学生姓名
林乐
学号
20118902
指导教师
赖思琦高级讲师
二〇一五年六月
航空接插件的工艺及夹具设计
摘要：
航空接插件用于航空设备上各种线缆的连接，种类繁多，是一种非标准零件，生产批量大，精度要求较高。
以其中一种接插件为对象，设计其加工工艺、数控程序、工装夹具。
机械产品的生产过程是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置及性质，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺流程。
比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是各加工的笼统的流程。
夹具是机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。
关键词：
航空接插件；加工工艺；夹具设计
Processandfixturedesignoftheaviationconnector
Abstract:
Airconnectorsforconnectingvariouscablesonaviationequipment,awiderange,isanon-standardparts,productionvolume,highprecision.Inoneoftheconnectorfortheobject,thedesignofitsprocessingtechnology,theNCprogram,toolingandfixtures.Productionmachineryistochangetheshape,size,relativepositionandthenatureoftheproductiontarget,makingitthefinishedorsemi-finishedproductsiscalledProcess.Mechanicalprocessingmethods,directlychangetheshape,dimensionsandsurfacequalityoftheblankandsoon,andtobecomepartoftheprocessiscalledmachiningprocess.Forexample,acommonpartoftheprocessflowisroughing-finishing-Assembly-Inspection-Packaging,thisisthegeneralflowofeachprocess.
Mechanicaljigisamanufacturingprocessforfixingtheobject,sothatoccupiesthecorrectpositiontoaccepttheconstructionordetectionmeans.
Keywords:
airconnector;machiningprocess;fixturedesign
前言
本次的毕业设计内容来源于我在绵阳惠捷机械有限公司进行的实习。
根据在公司实习的过程中所学习到的相关的航空接插件的加工工艺的知识，对航空接插件的加工工艺进行了一定的设计，对其夹具的设计进行了一定的改进。
毕业设计对于机械设计制造及其自动化专业的学生来说，是一项重要的课程，同时也是我们大学生涯的最后一项不可或缺的课程。
作为大学生在校的最后一次综合性的考验和对知识的考察，它主要是考查学生在大学期间对基础知识及其专业知识的掌握情况，培养学生学会自我思考、自行设计的能力。
在进行这项综合性考察的毕业设计过程中，我们应该把自己大学四年所学的理论知识结合实践经验，综合的展现在自己的设计成果上。
同时在设计过程中学习理解更多的知识，更加完善自己的能力，让自己对专业知识的理解更加全面、彻底。
第1章绪论
1.1概述
本章讲述的是关于航空接插件的加工、工艺的概念以及夹具的概念。
1.2航空接插件的加工、机械加工工艺的概念、夹具的概念
1.2.1航空接插件的加工
航空接插件是一种典型的机械加工零件。
在设计其相关的机械加工工艺时我们需要考虑很多插接件在加工过程中需要注意的问。
因为我们采用的原料是棒料，下料后首先就是钻孔，钻孔先选合适的中心钻钻中心孔，然后再扩孔；其次是车削毛坯件的内外圆，由于零件比较小，我们必须一次装夹将一边外圆车削完成，再车削另外一头的内外圆，车削时还得保证零件的总长在给定的范围内、车削内外圆还得保证与中心轴的同轴度，外圆车削好之后就是车削螺纹；车削的部分完成后还要在工中心上铣削内外圆花键，这时我们就得设计一个合适的夹具来解决这一系列工序加工过程中的零件的预紧及定位的问题了，当然加工完成后的产品还得检查外观，最后包装入库。
1.2.2机械加工工艺的概念
机械产品的生产过程是将原材料变为成品的全过程。
生产过程大致可以分为三个阶段，即毛坯制造、零件加工和产品装配。
机械产品的生产过程是一个很复杂的过程，在这些过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置及性质，使其成为半成品的过程称为工艺过程。
用机械加工的方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和性能等，使之变为合格的零件的过程，称为零件的机加工工艺过程，又称工艺路线或工艺过程。
工艺过程的组成为工序、工步、走刀、安装、工位。
工艺规程就是把工艺过程的各项内容用表格或以文件的形式确定下来，并用于指导和组织生产的工艺文件。
工艺规程是指导工人操作和用于生产、工艺管理工作及保证产品质量可靠性的主要技术文件。
它包括以下内容：
毛坯类型和材料定额、工件的加工工艺路线、所经过的车间和工段、各工序的内容要求和工艺装备、工件质量的检验项目及检验方法、切削用量、工时定额及工人技术等级。
工艺规程要经过逐级审批，因而也是工厂生产中的工艺规律，有关人员必须严格执行。
总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。
工艺规程设计的步骤：
1）研究和分析零件的工作图；
2）根据零件的生产纲领确定零件的生产类型；
3）确定毛坯类型；
4）拟定零件加工的工艺路线；
5）选定各工序的机床设备、工艺装备和辅助工具；
6）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差；
7）确定个工序的切削用量及工时定额；
8）技术经济分析；
9）填写工艺文件。
制定工艺规程的基本原则是保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益，即在一定的生产条件下，以最快的速度，最少的劳动消耗和最低的成本，最可靠的的加工出符合图样要求的零件，同时还要注意技术的先进性、经济上的合理性、有良好的劳动条件。
1.2.3夹具的概念
夹具是一种装夹工件的工艺装备，广泛地应用在机械加工、装配、检验、热处理、焊接等工艺过程中。
在机械加工过程中，为了使加工的工件符合图样要求，就必须使工件相对机床和刀具的位置正确，并保持其位置不变。
当零件为单件、小批量生产时，常采用直接找正安装或画线找正安装，由于这两种方法的生产率低，不适合成批、大量生产。
对于成批、大量生产的零件，通常把工件安装在机床夹具中进行加工。
工件在机床加工时，为保证加工精度和提高效率，必须使工件在机床上相对刀具有正确的位置，这个过程称为定位。
为了克服切削过程中工件受切削力、惯性力、重力等的作用而破坏定位，还必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。
定位和夹紧两个过程的综合称为装夹，完成工件装夹的工艺装备称为机床夹具。
夹具的作用：
1）可以缩短辅助时间，提高劳动生产效率。
在某些情况下，由于使用了夹具，工件夹得更牢固、可靠，有可能加大切削用量或增多同时加工的刀具数目和工件数目，以减少加工时间，提高劳动生产效率，降低成本。
2）保证工件加工进度，稳定产品质量。
采用夹具后，工件上各表面的相对位置精度由夹具来保证，比画线找正达到的精度高得多，且稳定可靠，还可降低对操作者的技能要求。
3）可扩大机床的适用范围，充分发挥机床的潜力。
采用专门夹具可增加机床的功能，如代替无靠模铣床，可采用专门夹具在普通铣床上铣削成形表面，因而扩大了普通铣床的使用范围。
4）可以减轻铣床劳动强度，保证安全生产。
采用夹具后可以降低对工人技术水平的要求，使工人操作方便，生产安全和减轻体力劳动。
5）夹具按机床的使用范围的分类：
6）通用家具。
该类夹具由于具有较大的通用性，故得其名，通用家具一般已标准化，并由专门的专业工厂生产，常作为机床的标准附件提供给用户如车床上常用的三抓自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、铣床上的平口钳、回转工作台、分度头等都是通用夹具。
7）专用夹具。
这类夹具是专门对某一工序而专门设计的，这种夹具用途专一，针对性很强。
8）组合夹具。
这类夹具的零部件具有高度的通用性，可以用来组装各种不同的夹具，但是一旦组装成一个夹具后，其结构就变得专用，只适合某个工件的某道工序的加工了。
9）可调整夹具和成组夹具。
该类夹具部分元件可更换，部分装置可调整，以适应同一系列、不同尺寸要求的多种工件加工的夹具。
10）随行夹具。
该类夹具是自动线或柔性制造系统中使用的夹具，它除了对工件的定位和夹紧起作用外，还载着工件随输送装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。
第2章工艺规程设计
2.1概述
工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。
本章将主要讲述航空接插件的加工方案的确定。
2.2矩形通道工艺的技术要求和设计任务
2.2.1工艺要求
工艺规程是把工艺过程的各项内容用表格或以文件的形式确定下来，并用指导和组织生产的工艺文件。
制定零件机械加工工艺过程是生产技术准备工作的一个重要组成部分。
一个零件可以采用不同的工艺过程制造出来，但正确与合理的工艺过程应满足以下基本要求：
1）符合图纸和技术要求；
2）保证产品质量；
3）降低成本、经济的合理性；
4）提高生产效率。
2.2.2设计任务
了解分析航空接插件的结构特点，以及加工的技术要求，根据航空接插件的零件图设计航空接插件的加工工艺以及工艺规程；根据加工要求设计一个零件加工时的相应的工装夹具，通过UG加工模块导出一段零件相应的数控加工的程序单。
航空接插件的零件图如图2-1所示：
图2-1
2.3毛坯的确定
我们需要加工的航空接插件是一个管装部件。
由于尺寸较小，且内外圆有花键，而且其使用在航空设备上，所以我们需要考虑强度大、质量轻巧、不易氧化的材料。
经查阅相关资料可以得知，6061-T651是6061铝合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。
综上考虑，我们选择毛坯件是铝合金6061实心棒料，结合图纸要求我选择毛坯尺寸为φ26×32.5。
2.4制定工艺路线及方法
2.4.1零件工艺的分析
航空接插件零件为一个棒状的机械加工零件，对于同轴度，平行度等形位公差要求很高，以下是航空接插件零件的一些主要的加工以及主要表面的公差要求和形位公差的要求，通过查文献[7,18~14]的表2.1、表2.2、表2.3和表2.4可知：
1）钻φ15孔的尺寸精度为8级，以外圆中心轴为基准，同轴度公差为0.01；
2）外圆表面长度，以A端面为基准，平行度公差0.02；
3）外圆表面长度，以A端面为基准，平行度公差为0.02；
4）内圆台阶孔尺寸精度为6级，以内孔中心轴为基准，同轴度公差为0.01；
5）内圆孔尺寸精度为6级，以内孔中心轴为基准，同轴度公差为0.01，表面粗糙度为Ra1.6；
6）外圆表面长度，以A端面为基准，平行度公差为0.02，表面粗糙度为Ra1.6；
7）内键槽以端面为基准，平行度公差为0.02，表面粗糙度为Ra3.2。
2.4.2定位基准的选择
在零件图上或实际的零件上，用来确定一些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面称为基准。
工件在机床上加工时，在工件上用以确实被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的点、线、面称为定位基准。
定位的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。
零件在加工的过程中，在最初的工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。
以已经加工过的表面进行定位的基准称为精基准。
定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
本零件是带孔的复杂零件，孔是其测量基准。
为了避免由于基准不重合而产生的误差，应该选择孔为定位基准，这样就遵循了基准重合原则。
以下就是我选择的一些加工基准：
1）钻中心孔和扩孔时以棒料的外圆面为粗基准；
2）车花键头外圆以外圆面为粗基准；
3）车花键头内圆以花键头外圆Φ22.63为精基准；
4）车螺纹头外圆以内孔Φ21.80为精基准；
5）车螺纹头内圆以内孔Φ21.80为精基准；
6）车内圆键槽以内孔Φ21.80为精基准；
7）车M22×1-6g螺纹以内孔Φ21.80为精基准；
8）铣内外圆花键以内孔Φ21.80为精基准。
2.4.3制定工艺加工路线
制定加工工艺路线时我们要考虑到很多问题。
比如我们需要考虑到零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的精度等级。
在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用通用型机床配以专用工装卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，、我们还应当考虑经济情况，考虑加工产品的性价比，以便使生产成本尽量下降。
所以制定一个合理的工艺加工路线是十分重要的一个环节，通过参考已有的零件图纸和加工的需求，我制定了一个加工方案如下所示：
1）下料Φ26×32.5的棒料；
2）钻Φ15的孔；
3）车花键头外圆，保证总长31.5mm；
4）车花键头内孔；
5）车螺纹头外圆；
6）车内键槽，保证两键槽距离mm；
7）车M22×1-6g螺纹，去毛刺；
8）铣花键头外圆花键，四个小花键高1.04mm，宽1.32mm；大花键宽2.54mm，高1.04mm；
9）铣花键头花键小槽，键宽1mm，键深0.19mm；
10）铣螺纹头外圆花键，4个呈90度，键宽1.8mm，键高0.55mm；
11）铣螺纹头内圆花键，圆弧过渡R4，厚0.68mm；
12）铣螺纹头内孔；
13）插螺纹头内圆花键（内圆花键与外圆花键在同一轴线上对齐）键高0.65mm,键宽1.9mm。
通过这个加工方案，我们可以有效的减少一些不必要的加工步骤。
加工由内孔到外表面，一步步完成，可以避免多次装夹所造成误差的增多，以及因为多次装夹而造成工时的浪费。
同时也保证了零件尺寸的要求，而且本方案加工工序也不是太多，所以不会应为过多工序而导致浪费过多的人工时间，故此方案可行。
2.5加工余量，工序尺寸及公差的确定
加工余量，工序尺寸及公差的确定可以查阅表2-1：
表2-1
加工表面
加工内容
加工/mm
精度等级
工序尺寸/mm
表面粗糙/μm
钻Φ15的孔
毛坯
15
0
中心孔
5
Φ5
粗钻
15
Φ15
12.5
车Φ18.4内键槽
毛坯
3.4
Φ15
粗车
2
Φ17
精车
1.4
Φ18.4
3.2
车Φ19内键槽
毛坏
4
Φ15
粗车
2.5
Φ17.5
精车
1.5
Φ19
3.2
车M22×1-6g螺纹
毛坯
精车
IT6
0.8
铣Φ20.4外圆花键
毛坯
2.2
Φ22.6
粗铣
1.5
Φ21.9
精铣
0.7
Φ20.4
3.2
铣Φ22.1外圆花键
毛坯
1.1
Φ23.2
粗铣
0.8
Φ22.9
精铣
0.3
IT8
Φ23.2
3.2
铣内圆
毛坯
3
Φ15
粗铣
2
Φ17
精铣
1
IT8
1.6
铣花键槽
毛坯
1
Φ22.6
精铣
1
IT8
Φ21.6
3.2
2.6切削用量及工时定额的确定
2.6.1工序2：
钻孔（粗钻）
钻中心孔
机床CK6140
夹具：
三爪卡盘
钻削深度：
L=15mm
刀具：
中心钻Φ5
背吃刀量：
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-64至表5-71可以得知取V=40m/min，f=0.15mm/r，一次进给i=1
r/min，所以n可以取480r/min
n——机床主轴转速（r/min）
d——工件或刀具直径（mm）
实际V=39.4m/min
参考文献[1]查表3-9、表3-16可以得知额定时间计算公式：
基本时间：
=0.21min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
Tb——基本时间（min）
Ta——辅助时间定额（min）
L——刀具或工作台行程长度（mm）
f——主轴每转一转刀具的进给量（mm/r）
扩孔：
机床：
CK6136
夹具：
三爪卡盘
钻削深度：
L=33mm
刀具：
内排屑孔钻Φ15
根据文献[1]查表5-64至表5-71可以得到V=45m/min，f=0.2mm/r，进给次数i=3，进给量11mm
r/min，所以n可以去550r/min
实际V=49.25m/min
参考文献[1]查表3-9、表3-16可以得知额定时间计算公式：
基本时间：
=0.9min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
Tb——基本时间（min）
Ta——辅助时间定额（min）
L——刀具或工作台行程长度（mm）
f——主轴每转一转刀具的进给量（mm/r）
2.6.2工序3：
车花键头外圆
工步1：
车Φ24.25外圆
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=18mm
刀具：
外圆车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=90m/min，f=0.2mm/r，进给次数1次，i=1，切削深度1.75mm。
r/min,所以取n=1200r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.075min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
工步2：
车Φ22.63外圆
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=0.76mm
刀具：
外圆车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=100m/min，f=0.2mm/r，进给次数1次，i=1，切削深度1.62mm。
r/min,所以取n=1250r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.003min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
工步3：
车Φ22.03外圆
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=7.2mm
刀具：
外圆车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=120m/min，f=0.15mm/r，进给次数1次，i=1，切削深度2.6mm。
r/min,所以取n=1450r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.033min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
2.6.3工序4：
车花键头内孔
工步1：
车花键头内孔
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=2mm
刀具：
内孔车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=120m/min，f=0.3mm/r，进给次数2次，i=2，切削深度1.925mm。
r/min,所以取n=1500r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.008min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
工步2：
车花键头内孔
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=12mm
刀具：
内孔车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=120m/min，f=0.1mm/r，进给次数1次，i=1，切削深度2.12mm。
r/min,所以取n=1500r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.08min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
工步3：
车花键头内孔
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=2mm
刀具：
内孔车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=120m/min，f=0.1mm/r，进给次数1次，i=1，切削深度3.8mm。
r/min,所以取n=1450r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.014min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
2.6.4工序5：
车螺纹头外圆
工步1：
车Φ22.10外圆
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=5.6mm
刀具：
外圆车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=100m/min，f=0.3mm/r，进给次数2次，i=2，切削深度1.95mm。
r/min,所以取n=1250r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.5min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
工步2：
车Φ20.56外圆
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=2.7mm
刀具：
外圆车刀
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=84m/min，f=0.4mm/r，进给次数2次，i=2，切削深度2.72mm。
r/min,所以取n=1100r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.012min
辅助时间定额：
0.5min
作业时间：
工步3：
车Φ20.90外圆
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=1mm
刀具：
外圆切断刀,刀宽1mm
背吃刀量：
——待加工表面直径（mm）
——已加工表面直径（mm）
根据文献[1]查表5-60可以查得，V=70m/min，f=0.1mm/r，进给次数1次，i=1，切削深度1.2mm。
r/min,所以取n=900r/min
实际V=m/min
基本时间：
=0.011min
辅助时间定额：
0.5+0.2min
作业时间：
工步4：
车Φ21.80外圆
机床：
CK6140
夹具：
三爪卡盘
切削层长度；L=2mm
刀具：
外圆车切断刀，刀宽2mm
背
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