十字頭滑套機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝配【銑床夾具設(shè)計(jì)】【含CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見(jiàn)即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問(wèn)可加】 CAXA實(shí)訓(xùn)（說(shuō)明書(shū)） 題 目：CAXA實(shí)訓(xùn) 指導(dǎo)老師： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)…………………………………………………………1 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)正文………………………………………………2 序言…………………………………………………………………2 一、 零件的分析…………………………………………………2 二、 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)………………………………………………5 （一）確定毛坯的制造形式………………………………………5 （二）基面的選擇…………………………………………………5 （三）制定工藝路線………………………………………………5 （四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定……………7 （五）確定切削用量及基本工時(shí)…………………………………8 三、 專用夾具設(shè)計(jì)………………………………………………18 四、 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)…………………………………………23 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………24 十字頭滑套主軸工藝編制 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 十字頭滑套 零件名稱 十字頭滑套零件 共 頁(yè) 第 頁(yè) 材 料 牌 號(hào) 毛 坯 種 類 HT200 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每 臺(tái) 件 數(shù) 1 備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車(chē) 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 準(zhǔn)終 單件 1 鑄 鑄造 鍛工 摩擦壓力機(jī) 2 清砂 清砂 鑄造 清砂機(jī) 3 熱處理 人工時(shí)效處理 熱處理 4 清砂 細(xì)清砂 金工 清砂機(jī) 5 涂漆 加工表面涂防銹漆 金工 6 劃線 劃十字線，劃?180+0.15/+0.06mm孔線，照顧壁厚均勻，劃350mm總長(zhǎng)加工線 金工 7 車(chē) 夾?335mm(毛坯）外圓，按線找正，車(chē)右端?320mm至圖樣尺寸，車(chē)端面及?1900/-0.10mm凸臺(tái)，留加工余量5mm,照顧法蘭盤(pán)厚度尺寸15mm,粗車(chē)內(nèi)孔?180+0.15/+0.06mm至?175mm 金工 CW6140 CW6140 8 車(chē) 倒頭，夾?320mm外圓，案內(nèi)孔?175mm找正，車(chē)?335mm至圖樣尺寸，車(chē)端面及?190+0.10/+0.02mm內(nèi)止口，各留加工余量5mm,照顧法蘭盤(pán)厚度尺寸18mm 金工 CW6140 CW6140 9 精車(chē) 夾?320mm外圓，按內(nèi)孔?175mm找正，車(chē)?335mm端面及?190mm+0.10/+0.02mmx5mm內(nèi)止口至圖樣尺寸，倒角1x45° 金工 CW6140 CW6140 10 精車(chē) 倒角，以?190+0.10/+0.02mmx5mm內(nèi)止口及?335mm端面定位壓緊（專用工裝），精車(chē)?320mm.端面及?1900/-0.10mmx5mm凸臺(tái)，保證總長(zhǎng)350mm。精車(chē)內(nèi)孔?180+0.15/+0.06mm,至圖樣尺寸，表面粗糙度為Ra1.6μm 金工 CW6140 CW6140專用 11 劃線 劃兩個(gè)方法蘭線215mm 金工 12 銑 以?190+0.10/+0.02mmx5mm,內(nèi)止口及?335mm端面定位按線找正壓緊（工裝）銑蘭盤(pán)兩側(cè)平面（端銑），保證尺寸215mm 金工 X64w X64w專用工裝和組合夾具 13 鉆 以?190+0.10/+0.02mmx5mm內(nèi)止口及?335mm端面定位，按十字中心線 找正壓緊，采用鉆模鉆右端蘭盤(pán)14x?22mm各孔，锪?36mm平面 金工 深孔鉆床 ZAx3050專用工裝 14 鉆 采用鉆模以?1900/-0.10mm凸臺(tái)及?320mm端面定位，按十字中心線找正壓緊，鉆左端蘭盤(pán)14x?22mm各孔，锪?36mm平面 金工 深孔鉆床 ZAx3050專用工裝 15 鉆 采用鉆模，按方蘭盤(pán)外形找正，鉆、攻8xM6、深10mm螺紋。 金工 深孔鉆床 ZAx3050專用工裝 16 檢驗(yàn) 按圖樣檢查各部分尺寸及精度。 質(zhì)檢室 專用檢具 17 入庫(kù) 涂防銹油、入庫(kù)。 設(shè) 計(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 十字頭滑套 零件名稱 十字頭滑套 共 頁(yè) 第 頁(yè) 車(chē)間 工序號(hào) 工序名稱 材 料 牌 號(hào) 金工 9 精車(chē) 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺(tái) 件 數(shù) C6140 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號(hào) 設(shè)備編號(hào) 同時(shí)加工件數(shù) C6140 夾具編號(hào) 夾具名稱 切削液 工位器具編號(hào) 工位器具名稱 工序工時(shí) (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號(hào) 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 進(jìn)給次數(shù) 工步工時(shí) r/min m/min mm/r mm 機(jī)動(dòng) 輔助 1 夾?320mm外圓，按內(nèi)孔?175mm找正 C6140 2 車(chē)?335mm端面 C6140 125 72.61 3 車(chē)端面及190+0.10/+0.02mm內(nèi)止口 C6140 125 70.2 4 倒角1x45° C6140 設(shè) 計(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題 目：十字頭滑套機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝配 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、產(chǎn)品零件圖 1張 2、產(chǎn)品毛坯圖 1張 3、機(jī)械加工工藝工程卡片 1份 4、機(jī)械加工工序卡片 1套 5、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1份 6、夾具設(shè)計(jì)裝配圖 1張 7、夾具設(shè)計(jì)零件圖 1~2張 序 言 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)科之后進(jìn)行的。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程設(shè)計(jì)的一次深入的綜合性的連接，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在我們的大學(xué)學(xué)習(xí)生活中占有十分重要的低位。 就我個(gè)人而言，希望通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己的未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，為今后參加祖國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指教。 一、零件的分析 （一） 零件的作用 題目所給定的零件是十字頭滑套，十字頭滑套位于軸的端部，連接軸與下一級(jí)的傳動(dòng)部件，起到傳遞扭矩與動(dòng)力的作用。 （二）零件的工藝分析 十字頭滑套共有兩個(gè)加工表面，現(xiàn)分述如下： 1、φ190mm內(nèi)止口為中心的加工表面。 這一組加工表面包括：φ190mm定位內(nèi)止口、φ190mm定位凸臺(tái)，φ180mm內(nèi)孔，φ335mm、φ320mm的外圓表面，左右兩端各14個(gè)φ14mm的孔。 2、M6為中心的加工表面。 這一組加工表面包括：8個(gè)M6的螺孔。 加工表面的位置要求： 1）φ190mm定位凸臺(tái)與φ180mm滑道孔同軸度公差為φ0.05mm。 2）φ190mm定位內(nèi)止口與φ180mm滑道孔同軸度公差為φ0.05mm。 由以上分析可知，對(duì)于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。1）劃線工序 (序6)主要是為了照顧鑄件的壁厚均勻，兼顧各部分的加工量，減少鑄件的廢品率。 2）φ180mm內(nèi)孔，中間部分，由兩段圓弧組成，而內(nèi)孔表面粗糙度要求又較高(Ra1.6μm)，在加工中會(huì)出現(xiàn)很長(zhǎng)一段斷續(xù)切削，所以在加工時(shí)，應(yīng)注意切削用量的選擇及合理的選用刀具的幾何角度。 零件三維圖形 二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì) （一）、零件毛坯的制造形式 零件為40Cr鍛件。由于零件年產(chǎn)量大。已達(dá)到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故采用模鍛成型。這對(duì)于提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量也是有利的。 確定毛坯的制造形式 零件材料為 HT200，考慮到該零件在車(chē)床中的受力并保證零件的工作可靠性，零件為中批生產(chǎn)，而且零件的尺寸不大，因此，毛坯可采用金屬模砂型鑄造。 （二）基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇得正確、合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。否則，就會(huì)使加工工藝過(guò)程問(wèn)題百出，嚴(yán)重的話還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。 1、 粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。但對(duì)本零件來(lái)說(shuō)，應(yīng)以兩端的外圓表面作為基準(zhǔn)，現(xiàn)定以φ335mm外表面為粗基準(zhǔn)，利用止口盤(pán)定位，螺栓壓板夾緊，達(dá)到定位要求。 2、精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。 （三） 制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用夾具來(lái)提高生產(chǎn)效率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效率，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 1.工藝路線方案一 工序Ⅰ 鑄造。 工序Ⅱ 時(shí)效處理。 工序Ⅲ 平 335 端面，見(jiàn)光 工序Ⅳ 平另一端面。 工序Ⅴ 銑上平面。 工序Ⅵ 銑下平面。 工序Ⅶ 鉆上平面孔。 工序Ⅷ 鉆下平面孔。 工序Ⅸ 以下平面和端面定位鏜 180 的孔和 190 的止口。 工序Ⅹ。鏜 190 偏差為-0.1 的外圓 工序 XI 鉆 335 面上的 14- 22 孔。 工序 XII 鉆 320 面上的 14- 22 的孔 工序 XIIi 去毛刺 工序 XIIII 質(zhì)檢，入庫(kù) 2.工藝路線方案二 工序Ⅰ 鑄造。 工序Ⅱ 時(shí)效處理。 工序Ⅲ 平 335 端面，見(jiàn)光 工序Ⅳ 平另一端面。 工序Ⅴ 銑上平面。 工序Ⅵ 銑下平面。 工序Ⅶ 鉆上平面孔。 工序Ⅷ 鉆下平面孔。 工序Ⅸ 以下平面和端面定位鏜 180 的孔和 190 的止口。 工序Ⅹ。鏜 190 偏差為-0.1 的外圓 工序 XI 鉆 335 面上的 14- 22 孔。 工序 XII 鉆 320 面上的 14- 22 的孔 工序 XIIi 去毛刺 工序 XIIII 質(zhì)檢，入庫(kù) 工藝方案的比較與分析 上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是先上下面，再以下面為基準(zhǔn)鏜孔；方案二是先鏜孔在加工上下表面。兩相比較可以看出，方案一可以避免加工上定位精準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重和的問(wèn)題，從而保證了止口和內(nèi)孔的同軸度，而方案而不能，所以選用方案一作為零件的加工工序。 （四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “十字頭滑套”零件材料為HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可采用砂型鑄造形成毛坯。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下: 1、外圓表面（φ335mm及φ320mm） 根據(jù)技術(shù)要求及為簡(jiǎn)化毛坯的外形，兩端外圓的直徑余量取2Z=3mm，即直接取兩端外圓表面直徑為φ338mm、φ323mm。 2、外圓表面沿軸線長(zhǎng)度方向的加工余量（350mm） 考慮加工工藝的需要，切削兩端面時(shí)各留5mm。 3、 內(nèi)孔（φ180mm） 根據(jù)內(nèi)孔的精度要求，參照《工藝手冊(cè)》確定工序尺寸及余量為： 粗車(chē)孔：φ175mm 精車(chē)孔：φ180 mm 2Z=5mm 4、內(nèi)止口（φ190mm×5mm內(nèi)止口）、凸臺(tái)（φ190mm×5mm） 加工內(nèi)止口和凸臺(tái)時(shí)，各留加工余量5mm。 由于毛坯尺寸及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實(shí)只是名義上的加工余量。實(shí)際上，加工余量有最大及最小之分。 由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整法加工，因此在計(jì)算最大、最小加工余量時(shí)，應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以規(guī)定。 （五）確定切削用量及基本工時(shí) 工序1：車(chē)削外圓、端面、凸臺(tái)及內(nèi)孔。本工序采用計(jì)算法確定切削用量。 1、加工條件 工件材料：HT200 加工要求：車(chē)右端φ320mm外圓，粗車(chē)端面及φ190mm凸臺(tái)，粗車(chē)內(nèi)孔φ180mm。 機(jī)床：CA6140臥式機(jī)床。 刀具：刀片材料為硬質(zhì)合金，刀桿尺寸為16x25mm,Kr=450,rs=00, rE =2mm。 2、計(jì)算切削用量 （1）粗車(chē)右端面 1）確定端面加工余量：考慮凸臺(tái)的影響，取毛坯長(zhǎng)度的加工余量為：Zmax=5mm,分兩次加工，ap=2.5mm，按ap=3mm計(jì)。 2）確定進(jìn)給量f：經(jīng)查表《切削手冊(cè)》（表2.23）可知，當(dāng)?shù)稐U尺寸為16x25mm，ap≦3mm以及工件直徑為323mm時(shí)， f=0.8～1.2mm/r 按CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū)取f=0.81mm/r（表3.9）。 3）計(jì)算切削速度：硬質(zhì)合金車(chē)刀切削灰鑄鐵的平均切削速度為1.17m/s，即uc=70.2m/min。 4）確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速: ns =1000uc/∏dw=(1000x70.2)/ ∏x323≈69r/min 按機(jī)床說(shuō)明書(shū)，與69 r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為63 r/min、80 r/min。現(xiàn)選取80 r/min。所以實(shí)際切削速度為99.39m/min。 5)計(jì)算切削工時(shí)： l=(323-40)/2=141.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=i(l+ l1+ l2+ l3)/ nwf=2x(141.5+2)/(100x0.8)=3.5875min (2)粗車(chē)φ320mm外圓，同時(shí)應(yīng)校驗(yàn)機(jī)床功率及進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度。 1）背吃刀量：?jiǎn)芜呌嗔縕=1.5mm,可一次切除。 2）進(jìn)給量：根據(jù)《切削手冊(cè)》選用f=0.8mm/r。 3）計(jì)算切削速度：見(jiàn)《切削手冊(cè)》 Vc=={242/(600.2X1.50.15X0.80.35)}X1.44X0.8X0.81X0.97=98m/min 4)確定主軸轉(zhuǎn)速： ns =1000uc/∏dw=（1000x98）/(∏x323)=97r/min 按機(jī)床選取n=100r/min。所以實(shí)際切削速度為 u=∏dn/1000=∏x323x98/1000=99.39m/min 5）校驗(yàn)機(jī)床功率：主切削力按《切削手冊(cè)》中公式計(jì)算 FC= 式中，=900，=1.0，=0.75，=0 =（）nF=()0.75=0.94,=0.89 所以，F(xiàn)C=900x1.5x0.80.75×99.390×0.94×0.89N=955.4N 切削時(shí)消耗功率為: Pc＝＝(955.4x99.39)/(6x104)kw≈1.58KW 由CA6140機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，CA6140主電動(dòng)機(jī)功率為7.8 KW,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為100r/min時(shí)，主軸傳遞的最大功率為5.5KW，所以機(jī)床功率足夠，可以正常加工。 6）校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)強(qiáng)度：已知主切削力FC=955.4N，徑向切削力FP按《切削手冊(cè)》中公式計(jì)算 FP＝ 式中，=530，=0.9，=0.75，=0 =（）nF=()1.35=0.897,=0.5 所以 FP＝530×1.50.9×0.50.6×99.390×0.897×0.5N＝225.9N 而軸向切削力 Ff＝ 式中 ， ＝450，＝1.0，＝0.4， ＝0 KM=（）Nf=()0.1＝0.923，KK=1.17 于是軸向切削力為 FF=450×1.5×0.50.5×99.390×0.923×1.17N=515.4N 取機(jī)床導(dǎo)軌與機(jī)床之間的摩擦系數(shù)=0.1，則切削力在縱向進(jìn)給方向?qū)M(jìn)給機(jī)構(gòu)的作用力為： F＝FF+(FC+FP)=515.4+0.1×（955.4+225.9）=633.53N 而機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可承受的最大縱向力為3530N（見(jiàn)《切削手冊(cè)》表1.30），故機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)可正常工作。 7)切削工時(shí)： t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=15, l1=4, l2=0 所以，t=(l+l1+l2）/nf=（15+4）/(100x0.8)=0.238min (3)粗車(chē)凸臺(tái) 取ap=2.5mm，f=0.81mm/r， 切削速度：硬質(zhì)合金車(chē)刀切削灰鑄鐵的平均切削速度為1.17m/s，即uc=70.2m/min。 ns =1000uc/∏dw=(1000x70.2)/ ∏x320≈69r/min 按機(jī)床說(shuō)明書(shū)取 ns =80 r/min 則此時(shí)： u=98.47m/min 切削工時(shí)： t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=5, l1=4, l2=0 所以， t=(l+l1+l2）/nf=（5+4）/(80x0.8)=0.141min （4）粗車(chē)內(nèi)孔 取ap=2.5mm，f=0.81mm/r， 切削速度：硬質(zhì)合金車(chē)刀切削灰鑄鐵的平均切削速度為1.17m/s，即uc=70.2m/min。 ns =1000uc/∏dw=(1000x70.2)/ ∏x175≈128r/min 按機(jī)床說(shuō)明書(shū)取 ns =160 r/min 則此時(shí)： u=87.92m/min 切削工時(shí)： t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=180, l1=4, l2=0 所以， t=(l+l1+l2）/nf=（180+4）/(160x0.8)=1.438min 工序2：車(chē)φ335mm外圓，粗車(chē)端面及φ190mm內(nèi)止口，選用機(jī)床：CA6140臥式機(jī)床。切削用量計(jì)算如下： （1） 車(chē)左端面 1）確定端面加工余量：考慮內(nèi)止口的影響，取毛坯長(zhǎng)度的加工余量為：Zmax=5mm,分兩次加工，ap=2.5mm，按ap=3mm計(jì)。 2）確定進(jìn)給量f：經(jīng)查表《切削手冊(cè)》（表2.23）可知，當(dāng)?shù)稐U尺寸為16x25mm，ap≦3mm以及工件直徑為338mm時(shí)， f=0.8～1.2mm/r 按CA6140車(chē)床說(shuō)明書(shū)取f=0.81mm/r（表3.9）。 3）計(jì)算切削速度：硬質(zhì)合金車(chē)刀切削灰鑄鐵的平均切削速度為1.17m/s，即uc=70.2m/min。 4） 確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速: 5） ns =1000uc/∏dw=(1000x70.2)/ ∏x338≈66r/min 按機(jī)床說(shuō)明書(shū)，與66 r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為63 r/min、80 r/min。現(xiàn)選取80 r/min。所以實(shí)際切削速度為85.41m/min。 5)計(jì)算切削工時(shí)： l=(338-40)/2=149mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=i(l+ l1+ l2+ l3)/ nwf=2x(149+2)/(100x0.8)=3.775min (2)粗車(chē)φ335mm外圓 1）背吃刀量：?jiǎn)芜呌嗔縕=1.5mm,可一次切除。 2）進(jìn)給量：根據(jù)《切削手冊(cè)》選用f=0.8mm/r。 3）計(jì)算切削速度：見(jiàn)《切削手冊(cè)》 Vc=={242/(600.2X1.50.15X0.80.35)}X1.44X0.8X0.81X0.97=98m/min 4)確定主軸轉(zhuǎn)速： ns =1000uc/∏dw=（1000x98）/(∏x338)=92.34r/min 按機(jī)床選取n=100r/min。所以實(shí)際切削速度為 u=∏dn/1000=∏x338x98/1000=104.01m/min 7)切削工時(shí)： t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=18, l1=4, l2=0 所以，t=(l+l1+l2）/nf=（18+4）/(100x0.8)=0.275min (3)粗車(chē)φ190mm內(nèi)止口 取ap=2.5mm，f=0.81mm/r， 切削速度：硬質(zhì)合金車(chē)刀切削灰鑄鐵的平均切削速度為1.17m/s，即uc=70.2m/min。 ns =1000uc/∏dw=(1000x70.2)/ ∏x185≈121r/min 按機(jī)床說(shuō)明書(shū)取 ns =125 r/min 則此時(shí)： u=72.61m/min 切削工時(shí)： t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=5, l1=4, l2=0 所以， t=(l+l1+l2）/nf=（5+4）/(125x0.8)=0.09min 工序3：精車(chē)φ335mm端面及φ190mm×5mm內(nèi)止口，倒角1×45°。 參照工序2的計(jì)算過(guò)程。 工序4：精車(chē)φ320mm端面及φ190mm×5mm凸臺(tái)，精車(chē)內(nèi)孔φ180mm。 參照工序1的計(jì)算過(guò)程。 工序5：銑蘭盤(pán)兩側(cè)平面。 fz=0.08mm/齒（參考《切削手冊(cè)》） 切削速度：參考有關(guān)手冊(cè)，確定u=27m/min。 采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm,齒數(shù)z=20。則 ns=1000u/∏dw=1000x27/(∏x225)=38r/min 現(xiàn)選用X63臥式銑床，根據(jù)機(jī)床使用說(shuō)明書(shū)，取nw=37.5r/min,故實(shí)際切削速度為u=∏dwnw /1000=∏x225x37.5=26.5r/min 當(dāng)nw=37.5r/min時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量為： fm= fzZnw=0.08x20x37.5=60mm/min 查機(jī)床使用說(shuō)明書(shū)，剛好有fm=60mm/min，故直接選用該值。 切削工時(shí)：由于是粗銑，故整個(gè)銑刀刀盤(pán)不必銑過(guò)整個(gè)工件，利用作圖法，可得出銑刀的行程l+l1+l2=105mm。因此，機(jī)動(dòng)工時(shí)為： tm=（ l+l1+l2）/ fm =105/60min=1.75min 工序6：鉆右端蘭盤(pán)14×φ22mm各孔，锪φ36mm平面。 （1） 鉆孔φ20mm f=0.41mm/r ，u=12.25m/min (見(jiàn)《切削手冊(cè)》) ns=(1000x12.25)/25∏=155r/min 按機(jī)床選取nw=136r/min (按《工藝手冊(cè)》) 所以實(shí)際切削速度 u=∏dwnw/1000=10.68m/min 切削工時(shí)： t=（ l+l1+l2）/ nw f=(150+10+4)/(136x0.41)=3min (2)擴(kuò)孔φ22mm 根據(jù)《切削手冊(cè)》可知， f=1.6x0.41=0.656mm/r , u=0.4x12.25=4.9m/min ns=(1000x4.9)/25∏=62.4r/min 按機(jī)床選?。簄w=68r/min 切削工時(shí)：切入時(shí)l1=3mm ,切除時(shí)l2=1.5mm 則 t=(150+3+1.5)/(68x1.24)=1.83min (3) 锪φ36mm平面 f=1/3x0.5=0.17mm/r , 按機(jī)床取0.19mm/r u=1/3x25=8.3m/min ns=1000u/∏D=1000x8.3/(∏x25)=106r/min 按機(jī)床選取nw=132r/min, 所以實(shí)際切削速度為 u=∏D nw/1000=(∏x36x132)/1000=14.9m/min 切削工時(shí)：：切入時(shí)l1=2mm ,切除時(shí)l2=0mm ，l=8mm 則 t=(2+8)/(132x0.19)=0.40min 工序7：鉆左端蘭盤(pán)14×φ22mm各孔，锪φ36mm平面。 (1)鉆孔φ20mm f=0.41mm/r ，u=12.25m/min (見(jiàn)《切削手冊(cè)》) ns=(1000x12.25)/25∏=155r/min 按機(jī)床選取nw=136r/min (按《工藝手冊(cè)》) 所以實(shí)際切削速度 u=∏dwnw/1000=10.68m/min 切削工時(shí)： t=（ l+l1+l2）/ nw f=(150+10+4)/(136x0.41)=3min (2)擴(kuò)孔φ22mm 根據(jù)《切削手冊(cè)》可知， f=1.6x0.41=0.656mm/r , u=0.4x12.25=4.9m/min ns=(1000x4.9)/25∏=62.4r/min 按機(jī)床選取：nw=68r/min 切削工時(shí)：切入時(shí)l1=3mm ,切除時(shí)l2=1.5mm 則 t=(150+3+1.5)/(68x1.24)=1.83min (3) 锪φ36mm平面 f=1/3x0.5=0.17mm/r , 按機(jī)床取0.19mm/r u=1/3x25=8.3m/min ns=1000u/∏D=1000x8.3/(∏x25)=106r/min 按機(jī)床選取nw=132r/min, 所以實(shí)際切削速度為 u=∏D nw/1000=(∏x36x132)/1000=14.9m/min 切削工時(shí)：：切入時(shí)l1=2mm ,切除時(shí)l2=0mm ，l=8mm 則 t=(2+8)/(132x0.19)=0.40min 工序8：鉆、攻8×M6、深10mm螺紋。 1）切削速度的計(jì)算;參見(jiàn)《切削用量手冊(cè)》刀具壽命T=60min,采用采用高速鋼螺紋車(chē)刀，規(guī)定粗車(chē)螺紋時(shí)ap=0.17，走刀次數(shù)i=4；精車(chē)螺紋時(shí)ap=0.08，走刀次數(shù)i=2。 Vc= m/min 式中，Cv=11.8, m=0.11, Xv=0.70, yv=0.3, 螺距t1=1, km= (0.637/0.6)1.75=1.11, Kk=0.75 所以粗車(chē)螺紋時(shí)：uc=1.11X0.75X11.8/( 600.11X 0.170.7X 10.3)=21.57m/min 精車(chē)螺紋時(shí)：uc=1.11X0.75X 11.8/( 600.11X 0.080.7X 10.3)=36.8m/min 2）確定主軸轉(zhuǎn)速： 粗車(chē)螺紋時(shí)：n1=1000 uc/∏D=1000x21.57/(∏x6)=1145r/min 按機(jī)床說(shuō)明書(shū)取 n=1400r/min 實(shí)際切削速度 uc=26.38m/min 精車(chē)螺紋時(shí)：n2=1000 uc/∏D=1000x36.8/(∏x6)=1953r/min 按機(jī)床說(shuō)明書(shū)取 n=2000r/min 實(shí)際切削速度 uc=37.68m/min 3）切削工時(shí)：取切入長(zhǎng)度l1=3mm,粗車(chē)螺紋工時(shí)： t1=(l+ l1)i/nf=4x(10+3)/(1145x1)=0.045min t2=(l+ l1)i/nf=2x(10+3)/(1953x1)=0.013min 所以車(chē)螺紋的總工時(shí)為：t=t1+ t2=0.058min 三、 專用夾具設(shè)計(jì) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，通常需要設(shè)計(jì)專用夾具?，F(xiàn)為加工給定零件設(shè)計(jì)所必須的夾具一套，具體設(shè)計(jì)步驟如下； （1）確定定位方案 ① 分析零件圖和工藝文件，熟悉加工的技術(shù)要求； ② 分析工件在加工時(shí)學(xué)要限定的自由度； ③ 確定定位基準(zhǔn),本設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)為直徑180孔的軸線； ④ 選擇和確定定位元件，本設(shè)計(jì)為一面一銷。 ⑤ 畫(huà)定位簡(jiǎn)圖（如下圖），首先畫(huà)出工件定位基準(zhǔn)與加工表面的理想位置，然后選則定位元件（一面兩銷）； ⑥確定夾具在機(jī)床上的位置和對(duì)刀元件的位置； ⑦定位誤差的分析和計(jì)算。 （2）夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與定位方案設(shè)計(jì)密切相關(guān)，夾緊機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣決定夾具設(shè)計(jì)的成功與否，因?yàn)楸仨毘浞值难芯坑懻撘源_定最佳方案，而不是及于畫(huà)圖。在確定夾具設(shè)計(jì)方案是應(yīng)該遵循下列原則：保證加工質(zhì)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作省力可靠，效率高，制造成本低。其步驟如下： ① 合理的選擇力的作用點(diǎn)、方向、大小，保證夾緊時(shí)穩(wěn)定變形小。 ② 設(shè)計(jì)夾緊力的大小。設(shè)計(jì)時(shí)所進(jìn)行的夾緊力實(shí)際上主要考慮在切削力、夾緊力作用下，按照靜力平衡條件求得理論夾緊力，為了保證夾緊力的安全可靠、實(shí)際的夾緊力比理論夾緊力大，安全系數(shù)可從有關(guān)手冊(cè)中查處。 ③ 加緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的加緊機(jī)構(gòu)如下圖 ④ 對(duì)主要零件（桿件）進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)于受壓細(xì)長(zhǎng)桿，其穩(wěn)定性必須給與考慮。 ⑤ 動(dòng)力裝置的選擇及其他部件的選擇，在大批大量生產(chǎn)中廣泛采用起氣動(dòng)、液壓和氣動(dòng)—液壓作為夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置以實(shí)現(xiàn)加緊，如果采用手動(dòng)，一定要滿足自鎖條件，對(duì)刀元件和導(dǎo)向元件為標(biāo)準(zhǔn)元件，學(xué)生可以從有關(guān)手冊(cè)中選出，并根據(jù)具體情況是否采用輔助支撐，夾具體是非標(biāo)準(zhǔn)元件，設(shè)計(jì)時(shí)要遵循下列原則。 （a） 有足夠的剛度和強(qiáng)度； （b） 結(jié)構(gòu)緊湊并保證使用要求； （c） 具有良好的機(jī)構(gòu)工藝性； （d） 夾具體安放穩(wěn)定，裝卸方便。 在進(jìn)行夾具草圖設(shè)計(jì)時(shí)可以多考慮幾個(gè)方案，以便進(jìn)行分析，從中選擇最佳的方案。 （2）繪制總圖和零件圖，如下圖 ①本設(shè)計(jì)中要求按1：1比例畫(huà)夾具總裝配圖，被加工零件在夾具上的位置，要用雙點(diǎn)劃線表示，夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)處于夾緊狀態(tài)。 ②確定圖面，本設(shè)計(jì)為左視圖和俯視圖。 ③工件的輪廓用雙點(diǎn)劃線表示，夾具在投影時(shí)可將工件看成“玻璃體”，不影響投影關(guān)系。 ④按定位方案畫(huà)出定位元件，必要時(shí)用雙點(diǎn)劃線將刀具畫(huà)出。 ⑤ 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件和成套借用的部件在夾具總圖中只畫(huà)出外形輪廓。 ⑥保證夾具機(jī)構(gòu)合理。 ⑦保證機(jī)床與夾具、刀具與夾具的相對(duì)位置的正確性。 ⑧運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)靈活。 ⑨夾具具有良好工藝性。 ⑩運(yùn)動(dòng)部件有潤(rùn)滑裝置，排屑方便。 零件的選材，尺寸標(biāo)注及總裝技術(shù)要求合理（有關(guān)技術(shù)要求參閱教材） 四、課程設(shè)計(jì)心得 經(jīng)過(guò)三個(gè)星期的努力，我終于將機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)做完了。在這次作業(yè)過(guò)程中，我遇到了許多困難，一遍又一遍的計(jì)算，一次又一次的設(shè)計(jì)方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。特別是在做夾具的時(shí)候，在夾具我根本什么也不知道，效率太慢，還經(jīng)常出錯(cuò)，令我非?？鄲馈：髞?lái)在翻閱各種資料下，我找到了問(wèn)題所在之處，將之解決了。這使我對(duì)機(jī)械加工工藝規(guī)程分析有了更進(jìn)一步的了解。盡管這次作業(yè)的時(shí)間是漫長(zhǎng)的，過(guò)程是曲折的，但我的收獲還是很大的。不僅僅掌握了加工工藝的各種數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)加工流程，還使得我對(duì)一些必備的操作軟件掌握的更加徹底了。對(duì)我來(lái)說(shuō),收獲最大的是方法和能力，那些分析和解決問(wèn)題的方法與能力。在整個(gè)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有感性的認(rèn)識(shí)，空有理論知識(shí)，有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié)?？傮w來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得做這種類型的作業(yè)對(duì)我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)都系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)，從中暴露出自身的不足，以待改進(jìn)。有時(shí)候，一個(gè)人的力量是有限的，合眾人智慧，我相信我們的作品會(huì)更完美！ 參考文獻(xiàn) 1、《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》 段明揚(yáng)主編2007年1月。 廣西師范大學(xué)出版社 2、《現(xiàn)代機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程》 段明揚(yáng)主編 2007年1月。 廣西師范大學(xué)出版社 3、《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 李益民主編1999年10月。 機(jī)械工業(yè)出版社 4、《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》 艾興等編2000年3月 機(jī)械工業(yè)出版社 5、《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》 上?？萍汲霭? 6、《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 華楚生 主編2000年4月 21 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 附錄二 ：中文翻譯 通過(guò)夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化控制變形 摘 要 工件變形必須控制在數(shù)值控制機(jī)械加工過(guò)程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個(gè)主要方面。在本文提出了一種多目標(biāo)模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應(yīng)用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個(gè)例子說(shuō)明，一個(gè)令人滿意的結(jié)果被求得， 這是遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)之一的。多目標(biāo)模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。 關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法 1 引言 夾具設(shè)計(jì)在制造工程中是一項(xiàng)重要的程序。這對(duì)于加工精度是至關(guān)重要。一個(gè)工件應(yīng)約束在一個(gè)帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應(yīng)該從戰(zhàn)略的設(shè)計(jì)，并且適當(dāng)?shù)膴A緊力應(yīng)適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進(jìn)行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設(shè)計(jì)方案的兩個(gè)主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應(yīng)適當(dāng)?shù)倪x擇和計(jì)算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。 夾具設(shè)計(jì)的目的是要找到夾具元件關(guān)于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個(gè)最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個(gè)觀點(diǎn)是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個(gè)是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來(lái)計(jì)算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達(dá)且直接的搜索工具箱，并且被應(yīng)用于解決優(yōu)化問(wèn)題。最后還給出了一個(gè)案例的研究，以闡述對(duì)所提算法的應(yīng)用。 2 文獻(xiàn)回顧 隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運(yùn)用，近幾年夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)的方法。DeMeter也用了一個(gè)剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進(jìn)行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計(jì)算質(zhì)量的有限元計(jì)算法。李和melkote用了一個(gè)非線性編程方法和一個(gè)聯(lián)絡(luò)彈性模型解決布局優(yōu)化問(wèn)題。兩年后， 他們提交了一份確定關(guān)于多鉗夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認(rèn)為工件在加工過(guò)程中處于動(dòng)態(tài)。相結(jié)合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)與分析。蔡等對(duì)menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會(huì)的理論進(jìn)行了拓展。秦等人建立了一個(gè)與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來(lái)優(yōu)化夾緊力與，以盡量減少工件的位置誤差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力，保證了被夾緊工件在加工的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。 大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個(gè)可行布局開(kāi)始。此外，還得到了對(duì)這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)的功能和設(shè)計(jì)變量之間沒(méi)有直接分析的關(guān)系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。 以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問(wèn)題中是一種有用的技術(shù)。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應(yīng)用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標(biāo)編碼。他們還提出了針對(duì)主要競(jìng)爭(zhēng)夾具優(yōu)化方法相對(duì)有效性的廣泛調(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個(gè)夾具布局優(yōu)化技術(shù)，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個(gè)刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點(diǎn)號(hào)碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個(gè)切削過(guò)程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個(gè)分析模型，認(rèn)為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學(xué)習(xí)系統(tǒng)用來(lái)非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來(lái)計(jì)算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來(lái)確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)發(fā)展夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進(jìn)去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認(rèn)為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時(shí)，一些研究沒(méi)有考慮為整個(gè)刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點(diǎn)數(shù)目作為設(shè)計(jì)參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時(shí)進(jìn)行。 有幾項(xiàng)研究摩擦和碎片考慮進(jìn)去了。 碎片的移動(dòng)和摩擦接觸的影響對(duì)于實(shí)現(xiàn)更為現(xiàn)實(shí)和準(zhǔn)確的工件夾具布局校核分析來(lái)說(shuō)是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實(shí)現(xiàn)更好的加工精度是必須的。 在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達(dá)到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標(biāo)優(yōu)化模型被建立了。一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)低剛度工件而言是比較單一的目標(biāo)優(yōu)化方法、經(jīng)驗(yàn)和方法。 3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)計(jì) 一個(gè)可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢(shì)力應(yīng)用到工件；第二，庫(kù)侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點(diǎn)。夾具元件-工件接觸點(diǎn)的位置必須在候選位置。為一個(gè)問(wèn)題涉及夾具元件-工件接觸和加工負(fù)荷步驟，優(yōu)化問(wèn)題可以在數(shù)學(xué)上仿照如下： 這里的△表示加工區(qū)域在加工當(dāng)中j次步驟的最高彈性變形。 其中 是△的平均值； 是正常力在i次的接觸點(diǎn)； μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)； fhi是切向力在i次的接觸點(diǎn)； pos(i)是i次的接觸點(diǎn)； 是可選區(qū)域的i次接觸點(diǎn)； 整體過(guò)程如圖1所示，一要設(shè)計(jì)一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計(jì)算出來(lái)。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時(shí)也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計(jì)算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。 圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過(guò)程 4 夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化 4.1 遺傳算法 遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過(guò)程的強(qiáng)勁，隨機(jī)和啟發(fā)式的優(yōu)化方法?；舅悸繁澈蟮倪z傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個(gè)人口中的候選個(gè)體指派一個(gè)健身的價(jià)值，通過(guò)一個(gè)功能的調(diào)整，以適應(yīng)特定的問(wèn)題。遺傳算法，然后進(jìn)行復(fù)制，交叉和變異過(guò)程消除不適宜的個(gè)人和人口的演進(jìn)給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營(yíng)者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個(gè)體代表全最好的方法。 遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)時(shí)需夾具布局和夾緊力作為設(shè)計(jì)變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃。在這項(xiàng)研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運(yùn)用的。 收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當(dāng)在一個(gè)人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒(méi)有變化時(shí)，nchg達(dá)到一個(gè)預(yù)先定義的價(jià)值ncmax ，或有多少幾代氮，到達(dá)演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒(méi)有遺傳算法停止。有五個(gè)主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。 表1 遺傳算法參數(shù)的選擇 由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設(shè)計(jì)字符串，當(dāng)受到加工負(fù)荷時(shí)不完全限制夾具。這些解決方案被認(rèn)為是不可行的，且被罰的方法是用來(lái)驅(qū)動(dòng)遺傳算法，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可行的解決辦法。1夾具設(shè)計(jì)的計(jì)劃被認(rèn)為是不可行的或無(wú)約束，如果反應(yīng)在定位是否定的。在換句話說(shuō)，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計(jì)劃的高目標(biāo)函數(shù)值時(shí)不可行的。因此，驅(qū)動(dòng)它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對(duì)于約束（4），當(dāng)遺傳算子產(chǎn)生新個(gè)體或此個(gè)體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無(wú)效的區(qū)域。在為了簡(jiǎn)化檢查，多邊形是用來(lái)代表候選區(qū)域和無(wú)效區(qū)域的。多邊形的頂點(diǎn)是用于檢查?！癷npolygon ”在MATLAB的功能可被用來(lái)幫助檢查。 4.2 有限元分析 ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計(jì)算。有限元模型是一個(gè)考慮摩擦效應(yīng)的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個(gè)位置或支持，是代表三個(gè)正交彈簧提供的制約。 圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型 在x ， y和z 方向和每個(gè)夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個(gè)彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計(jì)算如下： 隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個(gè)合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來(lái)申請(qǐng)工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說(shuō)明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個(gè)元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點(diǎn)所包圍。 圖3 連續(xù)插值 這系列節(jié)點(diǎn)，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號(hào)和16號(hào)）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。對(duì)任何一套節(jié)點(diǎn)，彈簧常數(shù)是： 這里， kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點(diǎn)周?chē)鷌次夾具元件， Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點(diǎn)周?chē)g的距離， ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置, ηi 是周?chē)膇次夾具元素周?chē)墓?jié)點(diǎn)數(shù)量 為每個(gè)加工負(fù)荷的一步，適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個(gè)工作里，正常的彈簧約束在這三個(gè)方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點(diǎn)。整個(gè)刀具路徑是模擬為每個(gè)夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃所產(chǎn)生的遺傳算法應(yīng)用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進(jìn)去。在機(jī)床改變幾何數(shù)值過(guò)程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點(diǎn)的工具運(yùn)動(dòng)和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計(jì)算健身價(jià)值，對(duì)于給定夾具設(shè)計(jì)方案，位移存儲(chǔ)為每個(gè)負(fù)載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的健身價(jià)值。 遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動(dòng)實(shí)施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫(xiě)入到一個(gè)文本文件。那個(gè)輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計(jì)算加工表面的變形。 因此， 健身價(jià)值觀，在遺傳算法程序，也可以寫(xiě)到當(dāng)前夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的一個(gè)文本文件。 當(dāng)有大量的節(jié)點(diǎn)在一個(gè)有限元模型時(shí)，計(jì)算健身價(jià)值是很昂貴的。因此，有必要加快計(jì)算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項(xiàng)工作中，計(jì)算健身價(jià)值和染色體存放在一個(gè)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價(jià)值已計(jì)算之前，先檢查；如果不，夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價(jià)值觀是直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個(gè)計(jì)算時(shí)間保持不變。每計(jì)算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來(lái)反復(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。 5 案例研究 一個(gè)關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。 5.1 工件的幾何形狀和性能 工件的幾何形狀和特點(diǎn)顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應(yīng)用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。 圖4 空心工件 5.2 模擬和加工的運(yùn)作 舉例將工件進(jìn)行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出。基于這些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計(jì)算和應(yīng)用，當(dāng)工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時(shí)。整個(gè)刀具路徑被26個(gè)工步所分開(kāi)，切削力的方向被刀具位置所確定 表2加工參數(shù)和條件 。 5.3 夾具設(shè)計(jì)方案 夾具在加工過(guò)程中夾緊工件的規(guī)劃如圖5所示。 圖5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域 一般來(lái)說(shuō)， 3-2-1定位原則是夾具設(shè)計(jì)中常用的。夾具底板限制三個(gè)自由度，在側(cè)邊控制兩個(gè)自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個(gè)定點(diǎn)（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個(gè)壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個(gè)定位元件限制其余的一個(gè)自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點(diǎn)的坐標(biāo)范圍。 表3 設(shè)計(jì)變量的約束 由于沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設(shè)為每一個(gè)夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。 5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù) 在這個(gè)例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是 這里fv可以被F1或σ代表。當(dāng)nchg達(dá)到6時(shí)，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1. 5.5 優(yōu)化結(jié)果 連續(xù)優(yōu)化的收斂過(guò)程如圖6所示。且收斂過(guò)程的相應(yīng)功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在表4中給出。 圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個(gè)函數(shù)值的收斂 圖8第二個(gè)函數(shù)值的收斂性 表4 多目標(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計(jì)方案結(jié)果進(jìn)行比較， 5.6 結(jié)果的比較 從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中得到的夾具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)值，如表5所示。單一目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比較，單一目標(biāo)優(yōu)化方法有其優(yōu)勢(shì)。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強(qiáng)了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標(biāo)優(yōu)化方法和單目標(biāo)優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標(biāo)優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。 與結(jié)果比較，我們確信運(yùn)用最佳定位點(diǎn)分布和最優(yōu)夾緊力來(lái)減少工件的變形。圖10示出了一實(shí)例夾具的裝配。 圖9沿刀具軌跡的變形分布 圖10 夾具配置實(shí)例 6 結(jié)論 本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。優(yōu)化程序是多目標(biāo)的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于 健身價(jià)值的有限元計(jì)算。對(duì)于夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化的問(wèn)題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。 在這項(xiàng)研究中，摩擦的影響和碎片移動(dòng)都被考慮到了。為了減少計(jì)算的時(shí)間，建立了一個(gè)染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫(kù)，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過(guò)程中多次使用的。 傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗(yàn)。此研究結(jié)果表明，多目標(biāo)優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對(duì)于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。 參考文獻(xiàn) 1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動(dòng)化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機(jī)床夾具表現(xiàn)的Min - Max負(fù)荷模型。 2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過(guò)夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 3、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對(duì)工件的定位精度的影響。 4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過(guò)夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對(duì)工件定位精度的影響。 6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設(shè)計(jì)計(jì)算工件動(dòng)態(tài)的影響。 7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析。 8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 運(yùn)用優(yōu)化方法在夾具設(shè)計(jì)中選擇支位。 9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 變形金屬板材的裝夾的原則、算法和模擬。 10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定。 12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法。 13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 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