0079-工藝夾具-銑床升降臺(tái)機(jī)械加工工藝及刨燕尾夾具設(shè)計(jì)
0079-工藝夾具-銑床升降臺(tái)機(jī)械加工工藝及刨燕尾夾具設(shè)計(jì),工藝,夾具,銑床,升降臺(tái),機(jī)械,加工,燕尾,設(shè)計(jì)
學(xué)位論文
附錄二 ：中文翻譯
通過夾具布局設(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)化問題。最后還給出了一個(gè)案例的研究，以闡述對所提算法的應(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)可行布局開始。此外，還得到了對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)的問題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)的功能和設(shè)計(jì)變量之間沒有直接分析的關(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。他們還提出了針對主要競爭夾具優(yōu)化方法相對有效性的廣泛調(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)被用來計(jì)算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來確定最佳鎖模力。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說是不可忽視的。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力應(yīng)用到工件；第二，庫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)問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負(fù)荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(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。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，通過一個(gè)功能的調(diào)整，以適應(yīng)特定的問題。遺傳算法，然后進(jìn)行復(fù)制，交叉和變異過程消除不適宜的個(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)為是不可行的或無約束，如果反應(yīng)在定位是否定的。在換句話說，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)域是那些不包括無效的區(qū)域。在為了簡化檢查，多邊形是用來代表候選區(qū)域和無效區(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，這是用來申請工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說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)周圍i次夾具元件，
Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點(diǎn)周圍之間的距離，
ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置,
ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(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。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?；谶@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，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
一般來說， 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
由于沒有一個(gè)簡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)化的收斂過程如圖6所示。且收斂過程的相應(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。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。對于夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化的問題，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，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過程中多次使用的。
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。這對于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。
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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) 借助遺傳算法對裝夾條件的優(yōu)化。
14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一項(xiàng)關(guān)于空間坐標(biāo)對基于遺傳算法的夾具優(yōu)化問題的作用的調(diào)查。
15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夾具布局優(yōu)化方法成效的調(diào)查。
16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的布局。
17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遺傳算法優(yōu)化夾緊布局和夾緊力。
18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遺傳算法的柔性裝配夾具布局的建模與優(yōu)化。
19、Hamedi M (2005) 通過一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法混合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能夾具。
20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遺傳算法固定裝置的概念設(shè)計(jì)。
21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點(diǎn)。
22、Zhou XL, Zhang WH, Qin GH (2005) 遺傳算法用于優(yōu)化夾具布局和夾緊力。
23、Kaya N, ?ztürk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運(yùn)用對工件夾具布局的校核。
62
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說 明 書
題 目 銑床升降臺(tái)機(jī)械加工工
藝及刨燕尾夾具設(shè)計(jì)
35
四 川 理 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
設(shè)計(jì)題目： 銑床升降臺(tái)機(jī)械加工工藝及刨燕尾夾具設(shè)計(jì)
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求
1，繪制銑床升降臺(tái)零件圖和毛坯圖各1張
2．制定銑床升降臺(tái)機(jī)械加工工藝規(guī)程1份
3．設(shè)計(jì)銑床升降臺(tái)刨燕尾夾具并繪制裝配圖1張
4．繪制刨燕尾夾具零件圖2張
5．編寫設(shè)計(jì)說明書1份
2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)
1．《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》
2．《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》
3．《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》
3．設(shè)計(jì)的原始參數(shù)
1．銑床升降臺(tái)圖紙1張；
2．生產(chǎn)綱領(lǐng)：500件/年
4．進(jìn)度安排
設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱
起止日期
1
搜集設(shè)計(jì)資料,撰寫開題報(bào)告,繪制銑床升降臺(tái)零件圖
3.5-3.11
2
進(jìn)行銑床升降臺(tái)的工藝設(shè)計(jì)并繪制毛坯圖、填寫機(jī)械加工工藝過程卡片和工序卡片
3.12-3.25
3
設(shè)計(jì)銑床升降臺(tái)刨燕尾夾具并繪制裝配圖、零件圖
3.26-4.22
4
編寫設(shè)計(jì)說明書
4.23-5.6
5
檢查、修改
5.7-6.3
注：本表一式三份，系、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份
摘要
零件的加工工藝編制，在機(jī)械加工中占有非常重要的地位，零件工藝編制得合不合理，這直接關(guān)系到零件最終能否達(dá)到質(zhì)量要求；夾具的設(shè)計(jì)也是不可缺少的一部分，它關(guān)系到能否保證加工質(zhì)量和提高加工效率的問題。因此這兩者在機(jī)械加工行業(yè)中是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。
銑床在如今機(jī)械加工中占的比重越來越大，升降臺(tái)作為銑床的一個(gè)重要組成部分，其加工質(zhì)量的好壞，將直接影響銑床的加工性能。！
加工精度的不斷提高，產(chǎn)品質(zhì)量要求上升，在銑床加工精度相對更高的前提下，銑床的需求量將大幅度上升！
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是銑床升降臺(tái)加工工藝與刨燕尾夾具設(shè)計(jì)，銑床升降臺(tái)做為一個(gè)箱體零件，加工面較多，在制造和設(shè)計(jì)時(shí)考慮到各方面的因素，編制工藝比較繁雜，在制造時(shí)因注意各處倒角的大小，特別是在加工內(nèi)表面時(shí)存在一定難度，此零件在加工時(shí)分成幾個(gè)加工面組，依次進(jìn)行加工，從而減少加工中的錯(cuò)誤，減少加工時(shí)間。在鉆各孔時(shí)盡量在一次裝夾中采用搖臂鉆床來完成。盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。
在設(shè)計(jì)刨燕尾槽專用夾具時(shí)，為了能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，主要采用兩螺栓和兩壓板對工件進(jìn)行夾緊，在設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)注意零件的定位。夾具的夾緊力與加工的切削力方向相同，因此加工時(shí)所需夾緊力降低，裝夾穩(wěn)定性增加，加工效率提高。
關(guān)鍵詞：機(jī)械加工工藝、升降臺(tái)、夾具
Abstract
Part of the preparation processing, mechanical processing occupies a very important position, the components in the preparation process is reasonable, this is directly related to the components can eventually meet quality requirements; Fixture Design is an indispensable part of it is closely related to whether we can enhance the processing efficiency. Therefore both the machining industry is a crucial element.
Miller in the machining now account for an increasing proportion of heavy machine lifts as an important component of the The development has a strong sense!
Machining accuracy continues to improve, increase product qualitrequirements in Machining relatively higher precision, under the premise Miller demand will be greatly increased.
Designed to this machine lifts processing and design of peelers mainly Dovetail jig, Miller lifts as a box parts, processing more face in the manufacturing and design, taking into account various factors, preparation process more complicated, and at the time of manufacture for attention throughout the size range, especially in processing inner surface when there is a certain degree of difficulty, This components for the processing of surface processing into several groups, in order for processing, thereby reducing processing errors and reduce processing time. In the drilling of the hole to make full use of a fixture Rocker drilling to be completed. To make the process focus to improve productivity.
In the design of peelers dovetail slot special fixture, as it will reduce the labor intensity, improved productivity, mainly uses two bolts and two platen clamping of the workpiece for the design should pay attention to the major components of positioning. Fixture clamping force of the cutting force and processing the same direction, therefore the processing time required clamping force reduction, and increase the fixture, processing efficiency.
Key words : technology, benchmarks, cutting consumption, positioning benchmark positioning error.
前言
在機(jī)械制造批量生產(chǎn)中，根據(jù)加工工件的工藝要求，合理編制工藝和使用夾具是充分發(fā)揮機(jī)床的作用，保證產(chǎn)品質(zhì)量，縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本以及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的重要手段，因此機(jī)床夾具在機(jī)械制造行業(yè)中占有十分重要的地位。
銑床升降臺(tái)的設(shè)計(jì)制造完成后，是通過鑄造成形，機(jī)械加工各面，使各面滿足要求而完成的。銑床升降臺(tái)在銑床中主要用于安裝床鞍，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的橫身長縱向運(yùn)動(dòng)。因此，它有較高的精度和表面粗糙度要求。
對零件進(jìn)行工藝編制，使得工人和管理人員對此零件的加工過程有更清晰的認(rèn)識(shí)，從而保證零件的加工質(zhì)量。
針對其中一道工序進(jìn)行專用夾具設(shè)計(jì)，更能清楚的了解到在制造行業(yè)中，對零件分析的重要性，如果沒有對零件進(jìn)行深入的分析，將無法設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的夾具。
本次主要是對銑床升降臺(tái)加工工藝編制及刨燕尾槽的專用夾具設(shè)計(jì)，通過這次設(shè)計(jì)的完成，其目的在于回顧自己大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，提高自身的專業(yè)知識(shí)的理論水平，在工作之前就有一次自己獨(dú)自搞一個(gè)題目的鍛煉，從中提高自己分析問題、解決問題的能力，為以后工作打下一定的基礎(chǔ)。
目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
前言
第一章 零件的分析 1
1.1 零件的作用 1
1.2 零件的工藝分析 1
第2章 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 2
2.1 確定毛坯的制造形式 2
2.2 基準(zhǔn)的選擇 2
2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇 2
2.2.1 精基準(zhǔn)的選擇 2
2.3 制定工藝路線 3
2.3.1 確定工藝路線方案.............................................................................3
2.3.2 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯的確定 4
2.3.3 確定切削用量及基本工時(shí) 4
第3章 專用夾具的設(shè)計(jì) 31
3.1 問題的指出 31
3.2 夾具的設(shè)計(jì) 31
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 31
3.2.2切削力及夾緊力的計(jì)算 31
3.2.3定位誤差的分析 32
3.2.4夾具安裝及操作的簡要說明 3233
第4章 結(jié)論 3334
參考文獻(xiàn) 3435
致謝 3536
畢業(yè)設(shè)計(jì)
第一章 零件的分析
1.1 零件的作用
題目所給的零件是銑床的升降臺(tái)，該零件作為銑床上的重要組成部分，它的加工精度的高低將直接影響銑床加工出的零件的好壞。升降臺(tái)在銑床上主要用于安裝床鞍，工作臺(tái)裝在床鞍上，使工作臺(tái)可做縱向，橫向和垂直的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，升降臺(tái)銑床用于加工中小型零件的平面、溝槽、螺旋面或成形面等，主要有萬能式、臥式和立式三種。
1.2 零件的工藝分析
升降臺(tái)加工表面較多，現(xiàn)對其大至做以下分析：
以上導(dǎo)軌平面為主的，導(dǎo)軌平面、中間蓋板面，對于導(dǎo)軌兩立面對中槽中心線有個(gè)平行度的要求。加工2-6×6×45°空刀槽。2-4×1空刀槽加工。對115平面加工其表面對于后導(dǎo)軌面因保證其垂直度要求。右窗口加工。
后面加工為主，后表面的平面度，以及相對中槽中心線垂直度，都有一定要求。后導(dǎo)軌面55°，空刀槽6×6×27°30′。
對各孔分析
關(guān)于孔的加工主要有：鏜前孔，后孔；鏜以及、端面；鉆，擴(kuò)，鏜；鉆，功絲4-M12、4-M8、9-M6、2-M15及M14×1.5、；鉆，空口鉸8H7；鉆，攻底面4-M8，4-M6，透孔4-9上面；鉆，攻10-M6，M5；倒角，锪4-9鉆3-，及孔口擴(kuò)孔3-M12×1.25，鉆，攻8-M6、2-M8、3-M10、4-M12；鉆，锪2-40后面；鉆，鉸5-M20；鉆2-7.8與2-7.8深80相通。
這些孔與孔之間，與面之間都有一定的位置要求：
和在位置上都有著相同的位置度要求，對上導(dǎo)軌面保證平行度為0.04，孔面對孔中心線的同軸度要求為0.04，相對于3-M12×1.25孔中心線的平行度為0.04
由以上分析可知，對于這3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。
第二章 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
2.1 確定毛坯的制造形式
零件的材料為HT150，考慮銑床升降臺(tái)作為一個(gè)支承運(yùn)動(dòng)部件在機(jī)械加工中不需承載太大載荷與運(yùn)動(dòng)，主要做直線運(yùn)動(dòng)，所受的交變載荷與沖擊載荷都相對較小，所以力學(xué)性能要求相對較低，零件外形尺寸較大，形狀比較復(fù)雜，生產(chǎn)量要求已達(dá)到大批量生產(chǎn)，所以毛坯可選砂型鑄造，這對提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量也是有利的。
2.2基準(zhǔn)的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇的合理與正確，直接影響到加工效率和加工質(zhì)量，不合理的基準(zhǔn)選擇會(huì)造成加工過程中問題的不斷出現(xiàn)，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法進(jìn)行，利益受到損失。
2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇
本零件是一較大箱體零件，要求加工面較多，對于左右面，鑄造時(shí)已鑄出窗口，當(dāng)不方便用來作為粗基準(zhǔn)加工，上導(dǎo)軌面雖然形狀平整，但加工面太多，且不好裝夾，故也不亦選用，工件長度為825較長，而且重量較大，如果以前后面裝夾，在定位方面存在一定難度，所以最理想的可以底平面做粗基準(zhǔn)，底平面825×340，作為一個(gè)大平面在裝夾時(shí)也好裝夾，同時(shí)一大平面定位也較容易，從而來對零件進(jìn)行加工。
2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)考慮基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，從而保證加工的精度與位置要求。升降臺(tái)的加工面比較多，各加工面的精基準(zhǔn)將在后面分別加以說明。
2.2.3 零件表面加工方法選擇
本零件的加工面有零件各端面、孔、槽、小孔等，材料為HT150參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》，其加工方法選擇如下：
（1） 底面：為未注公差尺寸，根據(jù)GB1800-79規(guī)定其公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度為6.3um需進(jìn)行粗銑（表1.4-8）。
（2） 導(dǎo)軌平面：為未注公差尺寸，公差等級(jí)IT14，表面粗糙度為1.6um需進(jìn)行粗銑，半精銑（表1.4-8）。
（3） 中間蓋板面：公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度為3.2um,需進(jìn)行粗銑，半精銑（表1.4-8）。
（4） 壓板面：公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度3.2um需粗刨，半精刨（表1.4-8）。
（5） 右面窗口：為未注公差尺寸，公差等級(jí)IT14，粗糙度3.2um，需粗銑，半精銑（表1.4-8）。
（6） 80J7孔：公差等級(jí)為IT7，表面粗糙度1.6um，需粗鏜，半精鏜，精鏜（表1.4-7）。
（7） 80H7孔：公差等級(jí)為IT7，表面粗糙度3.2um，需粗鏜，半精鏜，精鏜（表1.4-7）。
（8） 120端面：公差等級(jí)為IT9，表面粗糙度3.2um，需粗鏜，半精鏜，精鏜（表1.4-7）。
（9） 前面，后面：公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度3.2um，需粗刨，半精刨（表1.4-8）。
（10） 150×2空刀面：公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度6.3um，只需粗刨即可（表1.4-8）。
（11） 16H9×5槽：公差等級(jí)為IT9, 表面粗糙度3.2um,需粗刨,精刨。
（12） 后導(dǎo)軌平面: 公差等級(jí)為IT10，表面粗糙度1.6um，需粗刨，半精刨。
（13） 左、右面：公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度左6.3um，右12.5um，需粗刨。
（14） 上面：公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度3.2um，需粗銑，半精銑。
（15） 左面限位開關(guān)：公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度3.2um，需粗銑，半精銑。（表1.4-8）。
（16） 導(dǎo)軌外側(cè)立面：公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度3.2um，需粗刨，半精刨。
（17） 導(dǎo)軌立面：公差等級(jí)為IT11，表面粗糙度1.6um，需粗刨，半精刨。（表1.4-8）。
（18） 右面80孔：公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度12.5um，粗鏜（表1.4-7）。
（19） 螺紋孔：采用搖臂鉆床鉆，攻各螺紋孔。
2.3 制定工藝路線
2.3.1 確定工藝路線方案
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)，利潤，以便降低生產(chǎn)成本降低，按照先面后孔和先粗后精的原則，制定加工工藝路線如下：
工序一：銑底面，選X63T銑床加工。
工序二：以底面為基準(zhǔn)，粗銑導(dǎo)軌平面，中間蓋板面；粗銑左面限位開關(guān)。
工序三：以底面為基準(zhǔn)，粗，精銑右面窗口面。
工序四：以底面為基準(zhǔn)，粗刨，半精刨兩外側(cè)立面，導(dǎo)軌立面；半精刨導(dǎo)軌兩平面，中間蓋板面；粗刨，半精刨兩壓板面；粗刨，半精刨導(dǎo)軌空刀槽；粗刨壓板面2-4×1空刀槽；刨導(dǎo)軌倒角6-。選用B2012A龍門刨床加工。
工序五：以水平導(dǎo)軌面及立面定位，粗刨，半精刨后面，前面；粗刨，半精刨后導(dǎo)軌平面，55°后斜面；刨后導(dǎo)軌150×2空刀面，5×2空刀槽；粗刨，精刨16H9×5槽成；粗刨左右面；粗刨，半精報(bào)刨后面90°斜面和45°斜面；后導(dǎo)軌各處倒角，刨6×6×27°30′空刀槽。選用B2010AB2012A龍門刨床加工，并加以專用夾具。
工序六：以下面為基準(zhǔn)。粗銑，精銑上端面；精銑左面限位開關(guān)；精銑左面窗口上內(nèi)面，下內(nèi)邊面，后內(nèi)邊面，前內(nèi)邊面，選用X53T銑床加工。
工序七：以水平導(dǎo)軌平面及里面為基準(zhǔn)定位，粗鏜，半精鏜，精鏜孔，粗鏜，半精鏜，精鏜孔及120端面，鏜底面窗口孔。選用T611進(jìn)行加工。
工序八：以下面為基準(zhǔn)，粗鏜右面80孔，選用T611進(jìn)行加工。
工序九：鉆，擴(kuò)，攻4-M12，4-M8深20，9-M6深15，2-M5深15，鉆，攻M1.4×1.5，，鉆7.8通孔，采用搖臂鉆床。
工序十：去色，去刺，倒角，整形，清屑，交驗(yàn)。
工序十一：涂漆，入庫。
以上工藝過程詳見機(jī)械加工工藝過程卡片和機(jī)械加工工序卡片。
2.3.2 機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定。
“銑床升降臺(tái)”零件材料為HT150，硬度為110-166HBS，最小抗拉強(qiáng)度，最小壁厚為20-30，毛坯重量約為275kg，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用砂型鑄造成型毛坯，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》表2.3-6，加工余量等級(jí)MA-G，尺寸公差等級(jí)CT10。
根據(jù)砂型鑄造的鑄件，頂面的加工余量等級(jí)，比底面，側(cè)面的加工余量等級(jí)需降一級(jí)選用。砂型鑄造孔的加工余量等級(jí)可選用與頂面相同的等級(jí)。于是可確定其加工余量：（按《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》表2.3-5） 余量選擇如下表：
高度方向
加工余量等級(jí)
加工余量值
下表面-825
G
6.5
上表面-640
H
8.5
導(dǎo)軌平面
H
8.5
中間蓋板面
H
8.5
壓板面
H
8.5
80J7孔
H
3.0
120端面
G
3.5
寬度方向
加工余量等級(jí)
加工余量值
后導(dǎo)軌面-423
G
6.5
導(dǎo)軌兩外側(cè)面-400
G
6.5
導(dǎo)軌立面-170
G
6.5
左面限位開關(guān)
G
6.5
左面窗口
G
5
右面窗口
G
6
長度方向
加工余量等級(jí)
加工余量值
前面
G
6.5
后導(dǎo)軌面
G
6.5
80H7孔
H
3.0
80孔
H
3.0
其余
加工余量等級(jí)
加工余量值
55斜面
H
6.5
2.3.3 確定切削用量及基本工時(shí)
相關(guān)術(shù)語: -機(jī)動(dòng)時(shí)間 B-刨削寬度 -切入長度 -背吃刀量 -刀具主偏角 -切出長度 -進(jìn)給量 -進(jìn)給次數(shù) H-切刀的行程量 -被加工槽的深度 -每分鐘的往復(fù)行程數(shù) -機(jī)床的平均切削速度 -刨削平均速度與回程平均速度之比 L-切削行程長度 -工件長度 -主切削切入長度 -主切削切出長度 Z-刀具齒數(shù) z-加工余量
工序一：銑底面
（20） 切削用量
底平面為一大面，面較為規(guī)則，公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度為6.3um.所選刀具為硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位端銑刀：=（1.4-1.6），銑刀直徑d=400mm,齒數(shù)z=14。（根據(jù)GBS342-85）
已知銑削寬度，銑削深度機(jī)床選用X63T型立式銑床。
(1) 決定每齒進(jìn)給量f
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》表2.4-35，X63T型立式銑床的功率為10kw
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》表2.4-73，每齒進(jìn)給量，現(xiàn)取。
(2) 決定切削速度v和工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表
公式計(jì)算：
式中：，。
根據(jù)X53T立式銑床主軸轉(zhuǎn)速（表4.2-36），選擇
所以實(shí)際切削速度
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量為：
根據(jù)X63T銑床工作臺(tái)進(jìn)給量(表4.2-37)，選擇
則實(shí)際的每齒進(jìn)給量為：
(3) 檢驗(yàn)機(jī)床功率，根據(jù)
銑削時(shí)功率為
由：
式中
X53T銑床主動(dòng)電機(jī)的功率為10kw，可采用所選切削用量。
確定的切削用量為：
(4) 切削工時(shí)計(jì)算
根據(jù)表6.2-7，面銑刀銑平面的基本時(shí)間為：
式中
所以：
工序二 銑導(dǎo)軌平面，中間蓋板面，左面限位開關(guān)結(jié)合面
(一) 粗銑導(dǎo)軌平面
(1) 切削用量
公差等級(jí)IT14，表面粗糙度為1.6um，所選刀具為硬質(zhì)合金鑲齒式面銑刀,查表4.4-14選D=160,L=45,d=50,Z=16.
根據(jù)《實(shí)用手冊》表8.31,第一次加工余量可達(dá)4-6
所以現(xiàn)取Z=7mm,分兩次走刀。
于是銑削寬度mm，銑削深度
選用X63T臥式銑床，共銑兩平面，根據(jù)表3.1-75,X63T銑床功率為10KW，根據(jù)表2.4-73,查得,??；表2.4-72，T=14.4s=240min
現(xiàn)決定和:
根據(jù)《實(shí)用手冊》表15-47
式中：
所以有：
根據(jù)表3.1-74 取
可得實(shí)際
工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量為:
根據(jù)表3.1-75選擇
所以實(shí)際
機(jī)床功率
(2) 切削工時(shí)
查表2.5-10 得:
所以
(二) 粗銑中間蓋板面
(1) 切削用量
公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度為3.2um 選擇刀具:鑲齒套式面銑刀,查表4.4-4
D=250 L=45 d=50 z=20
根據(jù)《實(shí)用手冊》表8.32 銑削寬度，深度
查表2.3-72 T=240min
切削速度：
可得實(shí)際
(3) 切削工時(shí)
所以
(三) 粗銑左面限位開關(guān)
(1) 切削用量選擇
公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度3.2um，選鑲齒式端面銑刀,查表4.4-4 D=100 L=40 d=32 z=10 寬
查表2.4-72 T=
查表選擇
查表選擇
(2) 切削工時(shí)
工序三 粗銑右面窗口面
查表4.4-4,選擇鑲齒套式面銑刀 D=45 L=45 d=50 z=26
查表2.4-81
z=12
則
切削速度修正系數(shù):
查表選擇
實(shí)際
查表選
工時(shí)計(jì)算:
精銑右面窗口面
查表2.4-73,精銑達(dá)到,則,取
所以
選硬質(zhì)合金端銑刀 D=320 z=12 T=
有
選擇
所以有
查表2.5-10 選擇
工時(shí)計(jì)算
工序四 粗刨,半精刨,導(dǎo)軌立面,半精刨導(dǎo)軌兩平面,中間蓋板面,兩外側(cè)立面,粗刨,半精刨兩壓板面,刨導(dǎo)軌空刀槽,刨壓板面空刀槽,刨導(dǎo)軌倒角至
(一) 粗刨導(dǎo)軌兩外側(cè)立面
該工序均選擇龍門刨床B2012A,刨削最大長度4000,最大寬度,最大高度,主電機(jī)功率55kw，工作臺(tái)T型槽尺寸28210。
確定切削用量: 取 切削速度 查表7.2-18 , F=7210N,
切削工時(shí): 查表7.2-36 式中:
, L=811.5
,
則:
(二) 半精刨導(dǎo)軌兩外側(cè)立面
查表7.2-10(2) ，,, 行程次數(shù):1
切削工時(shí):
(三) 粗刨導(dǎo)軌兩立面
切削用量選擇:
切削工時(shí):
(四) 半精刨中間蓋板及導(dǎo)軌兩端
切削用量選擇: 查表7.2-38 可以采用一個(gè)垂直刀架及兩個(gè)水平刀架同時(shí)加工平面?zhèn)让? 查表7.2-10(2) , 取
工時(shí)計(jì)算:
中間蓋板面:
導(dǎo)軌立面:
(五) 半精刨導(dǎo)軌兩平面
切削用量選擇: , ,
工時(shí)計(jì)算: 刨兩側(cè)面，所以
(六) 粗刨兩壓板面
選擇切削用量: 查表得 ,
工時(shí)計(jì)算: 加工兩壓板面
(七) 半精刨兩壓板面
切削用量選擇:
工時(shí)計(jì)算: 加工兩壓板面
(八) 刨導(dǎo)軌空刀槽
切削用量選擇: H=6
工時(shí)計(jì)算:
(九) 刨壓板面2-41空刀槽
切削用量選擇: 查表 根據(jù)表7.2-10 取
工時(shí)計(jì)算: H=4
工序五 粗刨,半精刨后面,前面,粗刨,半精刨后導(dǎo)軌平面,55°后斜面,刨后導(dǎo)軌中間空刀面，空到槽，粗刨左面，右面，粗刨、精刨后面90°45°斜面。
所選機(jī)床為B2012A龍門刨床
(一) 粗刨后面
查表7.2-10，刀桿 3045 粗刨時(shí)余量z=5，留余量z=1.5用于精刨。
查表7.2-10(1) 進(jìn)給量 取
查表7.2-18 切削速度
計(jì)算工時(shí)：
B=60mm L=
所以
(二) 粗刨后面
切削用量選擇，查表7.2-10(2)
查表7.2-19 取
計(jì)算工時(shí)：
得
(三) 粗刨前面
切削用量選擇，查《機(jī)械加工工藝手冊》
計(jì)算工時(shí)：
L=
(四) 半精刨前面
切削用量選擇：
查表《機(jī)械加工工藝手冊》 取
計(jì)算工時(shí)：
(五) 粗刨后導(dǎo)軌平面
切削用量選擇：
L=648.5+150=798.5
計(jì)算工時(shí)：
(六) 半精刨后導(dǎo)軌平面
切削用量選擇:
加工雨量計(jì)算可得 查《機(jī)械加工工藝手冊》有
加工工時(shí)計(jì)算:
所以
(七) 刨后導(dǎo)軌52空刀槽
選擇切刀,寬度 B=5,
查表《機(jī)械加工工藝手冊》7.2-10(3) 根據(jù)條件可取
查表《機(jī)械加工工藝手冊》7.2-21
工時(shí)計(jì)算:
(八) 粗刨槽
切削用量選擇:
選擇硬質(zhì)合金切刀,查表得 寬度B=16
由表《機(jī)械加工工藝手冊》7.2-10(3) 選擇
由表《機(jī)械加工工藝手冊》7.2-21 選擇
工時(shí)計(jì)算:
(九) 精刨槽
切削用量選擇:
選擇硬質(zhì)合金切刀,B=16
查表《機(jī)械加工工藝手冊》 選擇 選擇
工時(shí)計(jì)算:
(十) 刨后導(dǎo)軌中間空刀面
切削用量選擇:
選擇切刀, 寬度
根據(jù)表《機(jī)械加工工藝手冊》7.2-10(3) 取
根據(jù)表《機(jī)械加工工藝手冊》7.2-21 取
工時(shí)計(jì)算:
(十一) 粗刨左,右面
切削用量選擇:
采用兩個(gè)水平刀架同時(shí)加工左右面,查表 7.2-10(4)
根據(jù)表7.2-10(1) 取
根據(jù)表7.2-18 取
工時(shí)計(jì)算:
(十二) 精刨左,右面
切削用量選擇: 采用兩個(gè)水平刀架同時(shí)加工左右面,查表 7.2-10(4)
查表7.2-10(2) 取
查表7.2-19 取
工時(shí)計(jì)算:
(十三) 粗刨55°后斜面
切削用量選擇; 根據(jù)表7.2-8,選擇偏刀來刨削55°后斜面。
根據(jù)表7.2-22， 取
， 取
計(jì)算工時(shí)：
(十四) 半精刨55°后斜面
切削用量選擇： 查表7-22， 取
工時(shí)計(jì)算：
(十五) 粗刨后面90°斜面
切削用量選擇: 粗刨 分三次走刀 留待其精刨。 查表 取 取
工時(shí)計(jì)算:
(十六) 精刨后面90°斜面
切削用量選擇: 查表
工時(shí)計(jì)算:
(十七) 粗刨后面45°斜面
切削用量選擇: 第一次粗刨取 留余量待精刨。
查表 取
工時(shí)計(jì)算:
(十八) 精刨后面45°斜面
切削用量選擇:
工時(shí)計(jì)算:
(十九) 刨′空刀槽
切削用量選擇: 選擇切刀 寬度 B=6
查表7.2-10(3) 選擇
查表7.2-21
工時(shí)計(jì)算:
工序六 粗,精銑上端面,精銑左面限位開關(guān);銑左窗口上內(nèi)邊面,下內(nèi)邊面,后內(nèi)邊面,前內(nèi)邊面
選擇X63T臥式銑床來進(jìn)行加工
(一) 粗銑上端面
切削用量選擇: 選擇硬質(zhì)合金端銑刀加工,查表4.4-4, 分兩次走刀, D=100 z=10
查表2.4-72 T=
查表2.4-73 取
切削速度:
查表3.7-74,取
實(shí)際
查表3.1-715
由表2.4-97
工時(shí)計(jì)算:
所以 兩次走刀完成
(二) 精銑上端面
切削用量選擇: 查表2.3-59 精銑余量 所以
查表2.4-73 選 由于 所以
由表2.4-96
由表3.1-74 取 得
查表3.1-75 取
所以
確定工時(shí):
(三) 精銑左面限位開關(guān)
切削用量選擇: 選用鑲齒式面銑刀 D=100,Z=10
查表2.3-59 z=1.0 取 所以
有
查表,取
所以
查表3.1-75 取 所以,
工時(shí)計(jì)算:
(四) 粗銑內(nèi)邊面
確定切削用量: 查相關(guān)手冊得,第一次粗銑可達(dá)4-6,現(xiàn)余量 則
選擇刀具,查表4.4-16 選擇高速鋼錐柄立銑刀 GB1106-85
D=16 L=96 Z=4 T= 銑削寬度 深度
查表2.4-77 取 查表2.4-87 取
所以 查表3.1-74 取
得 查表 3.1-75
工時(shí)計(jì)算: 查表2.5-10
長度方向切削用量相同
工序七 粗,半精,精鏜孔孔
(一) 粗鏜
切削用量選擇: 選用機(jī)床 “T611臥式鏜床”,所選刀具為YG6硬質(zhì)合金,D=20的圓形鏜刀 查《機(jī)械加工工藝手冊》表4.3-63,L=150-250 T=60
查《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-5 取
查《機(jī)械加工工藝手冊》表8.4-8 式中則有
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表3.1-41 取
工時(shí)計(jì)算: 查《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-3
則
(二) 半精鏜
切削用量選擇: 所選刀具為YG6硬質(zhì)合金,主偏角 直徑為20的圓形鏜刀
所以
查表 3.1-41 取
工時(shí)計(jì)算: 查表《機(jī)械加工工藝手冊》2.5-3
式中
所以
后孔:
孔:
(三) 精鏜孔
切削用量選擇:
根據(jù)表3.1-41 取
切削工時(shí): 查表2.3-5
后孔:
孔:
(四) 粗鏜端面
切削用量選擇: 所選刀具為YG6硬質(zhì)合金端面鏜刀,查《機(jī)械加工工藝手冊》表4.3-63
切削深度 z=6 分兩次走刀 所以 取
其中
根據(jù)表3.1-41,取
切削工時(shí):
根據(jù)表2.5-3, L=34 所以
(五) 精鏜端面
切削用量選擇:
查表取,
切削工時(shí): L=
(六) 鏜孔
切削用量選擇和基本相同
但在計(jì)算工時(shí)時(shí)有點(diǎn)差別
粗鏜:
半精鏜:
精鏜:
鏜右面孔：
１、 查表４.３——６３：選擇鏜刀
一次性鏜完２z=6,則有
查表２.４—６６得：f=0.35~0.70,結(jié)合表３.１——４２取：
則切削速度：
則有：
根據(jù)表３.１—４１，選擇
所以有：
２、 切削工時(shí)
查表２.５—３，
式中： 取
所以：
工序：鉆左面4—M12，4—M8，深20；9—M6深15，2—M5深15，鉆M14×1.5等螺孔的底孔
（一） 鉆左面孔4—M12的底孔
1、切削用量
刀具選用高速鋼鉆頭，查表M12小徑為10.02,所以d＝10.02mm。鉆４個(gè)通孔，使用切削液。
（1）確定進(jìn)給量f：
表4.3—11?。模?0.2 Ｌ＝197 =116
查表2.4—37，鉆頭耐用度T=1500s=25min
查表2.4—39，，取f=0.40
（2）切削速度v
查表2.4—41 v=0.41=24.6
所以
選擇3.31 n=800
所以
切削工時(shí)：
表2.5—7
l=25 取
所以：
(二)鉆4—M8深20
切削用量: 查表4.3—11 d=6.7 l=174
查表2.4—38 f=0.27~0.33 取f=0.32
查表2.4—41 v=0.45=27
選擇
所以 v=26
切削工時(shí)，有前式得t=0.27min
9—M6深15
d=5 f=0.20~0.24 取f=0.20
v=0.52=31.6
所以n=2012
選擇n=1250
所以有：
工時(shí)
故：t=0.76min
（三）鉆2—M5深15
切削用量選擇: d=4.2 f=0.13~0.17 取0.16
v=0.64=38.4
故有：n=2912 選擇n=1250
所以：v=16.5
工時(shí)：
所以 t=0.76
（四）鉆7.8通孔
切削用量選擇: D=7.8 f=0.36~0.44 取0.40
V=0.39=23.4
所以 n=955 選擇n=800
所以有：v=20
工時(shí)：
所以t=0.13min
（五）鉆右面4—M8
同（二） d=6.7 f=0.32 v=26 n=1250
切削工時(shí)：
t=0.21min
（六）鉆4—M6
切削用量選擇: L=174 d=5 f=0.20 v=20 n=1250
所以 t=0.42min
(七)鉆上面10—M6A深15
切削用量選擇: d=5 f=0.20 v=20 n=1250
所以 t=0.84min
（八） 鉆M5深10
切削用量選擇: d=4.2 f=0.13~0.17 取0.16
v=0.64=38.4
所以 n=2912 選擇n=1250
所以有：v=16
工時(shí)：l=10
所以有：t=0.08min
（九）鉆4—φ9
切削用量選擇 d=9mm
表2.4—38 f=0.36~0.44 取0.40
表2.4—41 v=0.40=24
所以有：n=849
由3.1—31，選擇n=800
所以：v=22.6
切削工時(shí)：
所以：t=0.44min
（十）锪4—φ9至4—φ15，深6
切削用量選擇: 查表4.3—37 帶導(dǎo)軸直柄平底锪鉆（GB4260—84）
d=15 齒數(shù)Z=4
根據(jù)2.4—67 f=0.10~0.15 取f=0.13
為縮短時(shí)間，主軸轉(zhuǎn)速去取鉆φ9的相同
則：n=800
所以v=38
表2.5—7 工時(shí)：
所以：t=0.27min
（十一）鉆3—φ7.8深80孔
切削用量選擇: D=7.8 f=0.36~0.44 取0.40
v=23.4 故n=955 取800
所以：v=20
工時(shí)：
所以：t=0.82min
（十二）擴(kuò)3—M12×1.25深25
切削用量選擇: 查表4.3—30直柄擴(kuò)孔鉆 d=12
查表2.4—52 f=0.7—0.9 取0.8
表2.4—53 v=0.38=22.8
n=605
表3.1—31 取n=500
工時(shí)：表2.5—7
所以：t=0.07min
（十三）鉆前面8—M6深15
切削用量選擇: d=5 f=0.2 v=20 n=1250
工時(shí)：t=0.67min
（十四）鉆孔2—M8
切削用量選擇: d=6.7 f=0.32 v=26 n=1250
工時(shí)：t=0.19min
（十五）3—M10
切削用量選擇: d=8.5 f=0.27~0.33 取0.32
v=0.47=27.2
n=1019 選擇n=1250
所以：v=33
工時(shí)：t=0.29min
（十六）鉆前面孔4—M12
切削用量選擇: d=10.2 f=0.40 v=26 n=800
工時(shí)：t=0.48min
（十七）鉆2—φ40深18
切削用量選擇: d=40 f=1.0~1.2 取1.0
v=0.39=23.4
n=186
所以取n=200 所以：v=25
工時(shí)：t=0.39min
（十八）鉆后面5—M20
切削用量選擇: D=17.4 f=0.52~0.64 取0.63
v=0.44=26.4
所以n=483 取n=500
所以v=27
工時(shí)：t=0.92min
（十九）鉆2—φ7.8與2—φ7.8孔相通
切削用量選擇: d=7.8 f=0.36~0.44 取f=0.40
v=200
故n=800
工時(shí)：t=0.12min
工序 攻螺紋
（一）攻螺紋4—M12 用YG類硬質(zhì)合金 表 2.4—101
表4.6—7刀具選擇長柄用絲錐。（GB3465—83）
代號(hào) M12 d=12.0 螺距p=1.75=f
查表2.4=105. v=0.148=8.88
所以n=236 按機(jī)床選擇:n=250
故v=9.4
機(jī)動(dòng)工時(shí)：表2.5—9
攻盲孔時(shí)，=0
所以：t=0.59min
（二）攻螺紋4—M8深20
切削用量選擇: 代號(hào)M8 d=8.0 p=1.25=f
查表2.4—105 v=0.133=7.98
所以：n=318 選擇 n=315
所以v=7.9
工時(shí)： 所以t=0.46min
（三）攻9—M6深15
切削用量選擇: d=6 p=1=f v=0.115=6.9 n=366
選擇 n=400 所以：v=7.5
工時(shí)：
故 t=1.35min
（四）攻2—M5深15
切削用量選擇: M5 d=5 p=0.8
v=0.113=6.78
n=432 選擇：n=400 所以：v=6.3
工時(shí)： 所以：t=0.38min
（五）攻M14螺紋
切削用量選擇: 選擇刀具4.6-7細(xì)牙普通螺紋用絲錐
M14×1.5 d=14 p=1.5=f
表2.4=105 v=0.200=12m/min
n=
表3.1-31選擇n=250
所以：v=
工時(shí)： 故 t=0.11min
（六）攻右面螺紋M8
切削用量選擇: M8 d=8 p=1.25=f
v=0.133=7.98
所以有：n=318 故v=7.9
工時(shí)： 故：t=0.39min
（七）攻4-M6
切削用量選擇: M6 d=6 p=1=f v=7.5 n=400
工時(shí)：
所以：t=0.36min
（八）功上面螺紋10—M6深15
切削用量: d=6 p=1=f v=0.115=6.9 n=366
查表選擇 f=1 v=7.5 n=400
工時(shí)：t=0.85min
（九）攻M5深10
切削用量: v=0.113=6.78 n=432
M5 d=5， 查表取: f=0.8 v=6.3 n=400
工時(shí)：
所以：t=0.08min
（十）攻螺紋3—M12×1.25深25
切削用量選擇:
表4.6-7 細(xì)牙普通螺紋用絲錐
M12×1.25 d=12 p=1.25
查表2.4-105
v=0.201=12.06
選擇 n=315 所以：n=11.9
工時(shí)：
故有：t=0.42min
（十一）攻前面螺紋8—M6深15
切削用量: p=1=f v=0.115=6.9 n=366
M6 d=6 查表取: f=1 v=7.5 n=400
工時(shí)：
故：t=0.68min
（十二）攻2-M8
切削用量: v=0.133=7.98, n=318
查表取: f=1.25 v=7.9 n=315
工時(shí)：
所以有：t=0.36min
（十三）攻3-M10
切削用量:
查表4.6—7 M10 d=10 p=1.5
查表2.4—105 v=0.418=8.88
所以：n=283
取 所以
工時(shí)計(jì)算：
(十四) 攻4-M12
切削用量選擇:
公式計(jì)算:
(十五) 攻后面5-M20
切削用量選擇: 查表4.6-7 M20 d=20 p=2.5 v=12.78
選擇 n=200 所以 v=12.56
工時(shí)計(jì)算:
第三章 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，需要設(shè)計(jì)專用夾具。經(jīng)過與指導(dǎo)教師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第五道工序——刨后導(dǎo)軌燕尾槽專用夾具，本夾具將用于B2010AB2012A龍門刨床，刀具選擇YG8，加工工件材料為HT150，對工件燕尾進(jìn)行粗、精刨削加工。
3．1 問題的指出
本夾具主要用來粗，精刨后導(dǎo)軌平面和55°后斜面，刨后導(dǎo)軌中間1502空刀面和52空刀槽，粗刨，精刨16H95槽，粗刨，精刨后面90°斜面與45°斜面；刨后導(dǎo)軌各處倒角和6627°30′空刀槽。在加工時(shí)應(yīng)注意其位置精度要求和位置度要求。在本道工序加工時(shí)，最主要應(yīng)考慮在保證加工精度的同時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
3.2 夾具設(shè)計(jì)
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，后導(dǎo)軌面有平行度和垂直度的要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中槽中心線，為了使定位誤差降低，應(yīng)該選擇以中槽定位的夾具，但這種夾具設(shè)計(jì)起來比較復(fù)雜，而且裝夾穩(wěn)定性不容易保證，不易定位，不易裝夾，所以在此選擇水平導(dǎo)軌平面及兩立面作為主要定位基面，以此可以減小誤差。同時(shí)為了縮短輔助時(shí)間，現(xiàn)采用兩雙頭螺栓加開口壓板來將零件夾緊。
3.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算
計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)，根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件還應(yīng)該考慮工件的重力，運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)該考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過程中對夾具不利的瞬時(shí)狀態(tài)。按靜力平衡原理
（），計(jì)算出理論夾緊力，最后為保證夾緊可靠，將理論夾緊力乘以安全系數(shù)，作為實(shí)際所需夾緊力的值，
即
式中：
——實(shí)際所需夾緊力（N）；
W——在一定條件下，由靜力平衡原理，計(jì)算出的理論夾緊力（N）；
K——安全系數(shù)。
安全系數(shù)K按下式計(jì)算：
式中，為各種因素的安全系數(shù)，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊（第二版）》表1-2-1得，
則計(jì)
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