0064-工藝夾具-減速器箱體零件工藝及加工Φ120外圓的夾具設計

0064-工藝夾具-減速器箱體零件工藝及加工120外圓的夾具設計,工藝,夾具,減速器,箱體,零件,加工,設計 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書題 目 減速器箱體零件工藝及加工120 外圓的夾具設計 27畢業(yè)設計（論文）任務書設計（論文）題目： 減速器箱體的加工工藝及加工120外圓的夾具設計 1畢業(yè)設計（論文）的主要內容及基本要求1）繪制并審核零件圖、毛坯圖；2）設計加工工藝并繪制工藝規(guī)程卡、工序卡；3）設計夾具裝配圖；4）編制夾具安裝調整及使用維護說明書；5）編制設計說明書。2原始資料1）零件圖一張；2）生產批量10000件/年。3.指定查閱的主要參考文獻1）機械設計手冊2）機械加工工藝設計手冊3）夾具設計手冊4）機床圖冊5）其他相關資料4進度安排設計（論文）各階段名稱起 止 日 期1查閱和收集設計資料、繪制零件圖3月05日至3月15日2進行減速器箱體的加工工藝編寫及工序的相關數(shù)據(jù)計算3月16日至4月16日3填寫機械加工工藝過程卡片和工序卡片4月17日至5月21日4設計加工減速器箱體的120外圓的夾具, 并繪制裝配圖、零件圖4月24日5至月19日5編寫設計說明書5月20日至6月05日6畢業(yè)設計（論文）的修改、答辯的準備時間6月06日至6月24日摘要本次設計的是減速器箱體的加工工藝以及加工120外圓的夾具設計。減速器箱體零件是減速器的基礎件，它將減速器的零件按一定的相互位置關系裝配成一個整體，并按預定傳動關系協(xié)調其運動。因此，箱體的加工質量不僅影響其裝配精度及運動精度，而且影響到機器的工作精度、使用性能和壽命。夾具設計是針對120外圓的專用夾具，考慮到零件的數(shù)量比較大，屬于大規(guī)模生產，所以生產效率是非常重要的，所以此設計不采用以往手動方式的夾具，采用技術比較先進的氣動作為夾緊力來源。零件并沒有過高的技術要求，所以采用一個銷定位，平面支承，配合夾具的左右同時夾緊便可以滿足要求。關鍵詞：工藝設計、基準、切削用量、定位基準、定位誤差。 ABSTRACTThe design of the box is reducer processing and processing 120 of the cylindrical fixture design. Reducer box parts of the foundation pieces of reducer, It reducer by certain parts of the positional relationship between a general assembly, together with a planned drive to coordinate its relations campaign. Therefore, the processing box is not only affect their quality of assembly accuracy and precision of movement, but also affects the accuracy of the machine, performance and life. Fixture Design against 120 outside of the special fixture, taking into account the number of parts is comparatively big, large-scale production, Therefore, productivity is very important, so do not use this design manually to the previous fixture. using technology more advanced aerodynamic as a source of clamping force. Parts and not too high technical requirements and the use of a marketing positioning, supporting plane, with the fixture clamping around the same time they meet requirements. Key words : technological design,standard, cutting consumption, positioning benchmark positioning error. 目 錄中文摘要 .英文摘要 .前言 . . .1第1章 零件的分析 . .1 1.1 零件的功用. .11.1.1零件的結構特點 .11.2 零件的工藝分析. .11.2.1 零件的材料和毛坯. .2第2章 工藝規(guī)程設計.32.1工藝路線的安排 .32.1.1 工件的時效處理 .32.1.2 安排加工工藝順序.32.2 定位基準的選擇 .3 2.2.1 粗基準的選擇 .32.2.2 精基準的選擇 .32.3 主要表面的加工 .42.2.1箱體的平面加工 .42.2.2孔系的加工.4 2.2.3外圓面的加工 .4 2.4 制定工藝路線 .4 2.4.1工藝路線方案一 .4 2.4.2工藝路線方案二 . .5 2.4.3工藝路線方案的比較與分析. .6 2.5 機械加工余量、工序尺寸與毛坯尺寸的確定. .6 2.5.1 外圓表面 .6 2.5.2 鑄件的輪廓余量.6 2.5.3 以mm孔為中心的一組主要加工表面.6 2.5.4 以mm孔為中心的一組主要加工表面.7 2.5.5 平面加工余量 . .8 2.5.6 小孔加工的工序尺寸及余量.8 2.6 確定切削用量及基本工時.9 2.6.1 工序1.9 2.6.2 工序2.10 2.6.3 工序3.142.6.4 工序7.172.6.5 工序8.182.6.6 工序10.202.6.7 工序11.212.6.8 工序12.22第3章 專用夾具設計.243.1問題的指出.243.2夾具設計.24 3.2.1 定位基準的選擇.24 3.2.2 切削力及夾緊力及汽缸的計算.25 3.2.3 定位誤差的分析.26 3.2.4 夾具設計及操作的簡要說明.27第4章 結論.28參考文獻. . .29致謝. .30附錄A：工藝過程卡片. .31附錄B：工序卡片.33前 言本次設計是在我們學完了大學的全部基礎課，技術基礎課以及全部專業(yè)課程之后進行的。是對大學四年所學知識的一個綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實際的重要訓練，對我們大學四年的能力進行檢驗。所以，在本次設計在我們四年的大學生活中占有很重要的地位,。就我個人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設計對自己畢業(yè)將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的“四化”建設打下一個良好的基礎,提高自已的機械設計水平,因此我將盡自己最大努力來完成本次設計。由于本人經(jīng)驗尚淺,能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導,批評。四川理工學院畢業(yè)設計第一章 零件的分析11 零件的功用 減速器箱體零件是減速器的基礎件，它將減速器的零件按一定的相互位置關裝配成一個整體，并按預定傳動關系協(xié)調其運動。因此，箱體的加工質量不影響其裝配精度及運動精度，而且影響到機器的工作精度、使用性能和壽命。111 零件的結構特點1外形是由多個平面組成的封閉式多面體.2結構形狀比較復雜。內部為空腔形,箱體壁薄且厚薄不均。3箱壁上布置有孔系；4箱體上的加工面，主要是大量的平面，此外還有許多精度要求較高的支承孔和精度要求較低的緊固用孔。12 零件的工藝分析減速器箱體共有兩組加工表面，它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：（1）以 mm孔為中心的加工表面，這一組加工表面包括： mm的孔及其倒角， mm的孔，mm的孔和mm內階臺面，mm孔及其倒角。 mm 外圓,左端面。mm的孔和mm的孔。尺寸為119.5的兩端面。（2）以mm孔為中心的加工表面。這一組加工表面包括：mm孔及其倒角， mm內階臺面， mm孔及其倒角，mm孔。mm孔， mm孔，mm孔以及mm通孔。尺寸為96的兩端面。這兩組加工表面之間有一定的位置要求，主要是：mm孔與基準B：mm外圓的同軸度公差為0.02mm；左端臺階面對于外圓的垂直度公差為0.02mm；mm孔mm外圓的同軸度公差為0.025mm；mm的孔相對于外圓的位置度公差為0.02mm；mm的孔相對于mm孔的位置度公差為0.02mm;mm的孔相對于基準A的位置度公差為0.02mm;mm的孔的相對于基準D位置度公差為0.2mm；尺寸96的后端面相對于基準D的垂直度公差為0.04mm；尺寸為96的前端面相對于基準C的垂直度公差0.04mm。由以上分析可知，對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。121 零件的材料和毛坯1零件的材料為灰口鑄鐵，牌號HT200.2毛坯為鑄鐵件，符合OAGT.540.001鑄件技術條件.3鑄件尺寸的極限偏差按OAGT.610.013鑄件加工余量與毛坯公差的I級精度.4未注明的圓角半徑不超過R35鑄件清理后涂C06-1鐵紅醇酸底漆6未注明公差尺寸的極限偏差按GB1804-79JS147所有倒角表面粗糙度為Ra=12.5為了消除鑄造時形成的內應力，減少變形，保證其加工精度的穩(wěn)定性，毛坯鑄造后要安排人工時效處理。減速器箱體的零件材料為HT200，為鑄件毛坯，大批生產，最小壁厚量為5mm。機械制造工藝設計簡明手冊表1.3-1毛坯的制造方法為金屬模機械砂型鑄造。精度等級CT：8-10，加工余量等級G。第二章 零件工藝規(guī)程設計21 工藝路線的安排箱體要求加工的表面較多。在這些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保證，于是，箱體中主要孔的加工精度、孔系加工精度就成為工藝關鍵問題。因此，在工藝路線的安排中應注意：211 工件的時效處理箱體結構復雜壁厚不均勻，鑄造內應力較大。由于內應力會引起變形，因此鑄造后應安排人工時效處理以消除內應力減少變形。一般精度要求的箱體，可利用粗、精加工工序之間的自然停放和運輸時間，得到自然時效的效果。但自然時效需要的時間較長，否則會影響箱體精度的穩(wěn)定性。212 安排加工工藝的順序由于平面面積較大定位穩(wěn)定可靠，有利與簡化夾具結構檢少安裝變形。從加工難度來看，平面比孔加工容易。先加工平面，把鑄件表面的凹凸不平等缺陷切除，這樣對于平面上的孔的加工和保證孔的加工精度都是有利的。因此，一般均應先加工平面。22 定位基準的選擇箱體定位基準的選擇，直接關系到箱體上各個平面與平面之間，孔與平面之間，孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準時，首先要遵守“基準重合”和“基準統(tǒng)一”的原則，同時必須考慮生產批量的大小，生產設備、特別是夾具的選用等因素。221 粗基準的選擇粗基準的作用主要是決定不加工面與加工面的位置關系，以及保證加工面的余量均勻。為了保證孔的加工余量均勻，應該以不加工的外圓面作為粗基準。對于此箱體零件來說選擇其外圓面作為粗基準最合理，它與加工表面相對位置精度高。222 精基準的選擇 主要考慮基準重合的問題.箱體零件精基準的選擇以裝配面為精基準。它的優(yōu)點是消除了基準不重合誤差，觀察測量、調刀都比較方便。23 主要表面的加工231 箱體的平面加工箱體平面的加工常選擇刨削和銑削加工。箱體平面銑削加工的生產率比刨削高。在成批生產中，采用銑削加工。當批量較大時，常在多軸龍門銑床上用幾把銑刀同時加工幾個平面，即保證了平面間的位置精度，又提高了生產率。232 孔系加工箱體的孔系，是有位置精度要求的各孔的總和，其中有平行孔系和同軸孔系兩類。平行孔系主要技術要求是各平行孔中心線之間以及孔中心線與基準面之間的尺寸精度和平行精度根據(jù)生產類型的不同，可以在普通鏜床上或專用鏜床上加工。成批或大量生產箱體時，加工孔系都采用鏜模?？拙嗑戎饕Q于鏜模的精度和安裝質量。233 外圓面的加工箱體外圓面的加工通常選擇車削加工.24 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點是使零件的幾何形狀,尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證,在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率.除此之外,還應當考慮經(jīng)濟效果,以便使生產成本盡量下降.241 工藝路線方案一0 鑄造毛坯1 以35孔中心線為基準車削B面:120外圓.2 以B面為基準車A面35內孔,孔口倒角3 以A面為基準鏜30內孔.4 以B面為基準車35內孔,46內孔,52內孔,52內孔孔口倒角.5 以B面為基準車左端面.6.以35內孔中心線為基準,鏜基準面C,孔口倒角.7 以62內孔為基準,鏜基準面D,孔口倒角.8 以62內孔為基準鏜60內階臺.9 C面為基準銑F向大平面.10 D面為基準銑E向大平面.11 以D面為基準車96144面12 以D為基準鉆29通孔,口倒角.13 以D中心線為基準鉆210孔.,口倒角.14 以C中收線為基準鉆214孔,孔口倒角.15 以C為基準加工4-M6螺紋孔16 以A為基準加工3-M5螺紋孔17 以B為基準鉆35.5孔18 毛刺、清洗、打標記, 油漆各不加工外表面 19 圖樣要求檢驗242 工藝路線方案二 0 鑄造毛坯1 以125外圓為基準鏜削35內孔及其臺階面,孔口倒角.鏜30孔。選用T740金剛鏜床。2 以35內孔為基準車120外圓，端面.選用C516-A車床.3 以35內孔為基準車左端面,階臺面,左端Ra6.3的端面，選用C516-A車床.4 以35內孔為基準鏜左端35內孔.46內臺階面.52內孔及其臺階面,52內孔孔口倒角. 選用T611鏜床，T740鏜床.5 以35內孔中心線為基準,鏜62內孔.孔口倒角，選用T611鏜床，T740鏜床.6 以62內孔為基準,鏜42內孔.孔口倒角.鏜60內階臺，鏜88孔及其臺階面，選用T611鏜床，T740鏜床.7 以62內孔為基準銑尺寸為96的后端面.選用X63銑床.8 以42內孔為基準銑尺寸為96的前端面. 選用X63銑床.9 以42內孔為基準車尺寸91的右端面，車35凸臺面. 選用C516-A車床. 10 以42內孔為基準鉆，鉸29通孔, 孔口倒角,選用Z37鉆床.11 以42內孔為基準鉆，鉸210孔，孔口倒角. 選用Z37鉆床.12 以62內孔為基準鉆，鉸214孔,孔口倒角. 選用Z37鉆床.13 以62內孔為基準加工4-M6螺紋孔，選用Z37鉆床.14 以35內孔為基準加工3-M5螺紋孔，選用Z37鉆床.15 以120外圓基準鉆，鉸35.5孔，選用Z37鉆床.16 去毛刺、清洗、打標記, 油漆各不加工外表面 17 按圖樣要求檢驗243 工藝方案的比較與分析。上述兩個工藝方案的特點在于：方案一以為粗基準加工B面，再以B面為精基準加工一組內孔表面，且表述不是十分清楚；方案二則以為粗基準加工A面，然后以此為基準加工其它表面。經(jīng)比較可見方案二的基準選擇最為合理，這時的位置精度較易保證，并且定位及裝夾都比較方便。在精加工中能保證設計基準和工藝基準重合。因此方案二選擇為最終的加工路線。方案二的工藝過程詳見機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片。25機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定。251 外圓表面（120mm），考慮到其加工長度為4mm,與其聯(lián)結的非加工外圓的直徑為125mm,為簡化模鑄毛坯的外形，現(xiàn)直接取其外圓表面直徑為125mm。120mm表面有上下偏差，要求精加工，因此直徑余量取5mm能滿足加工要求（粗車Z=2.4mm，精車Z=0.1mm。）252鑄件的輪廓余量 （長度方向）91mm100mm，精度等級CT：8-10，加工余量等級G查機械制造工藝設計簡明手冊 2.2-4得為2.5mm-3mm,現(xiàn)取2.5mmm則為93.5mm。長度方向偏差為。輪廓尺寸余量（寬度方向）96100mm，精度等級CT：8-10，加工余量等級G查機械制造工藝設計簡明手冊 2.2-4取4mm,則為100mm.寬度方向偏差為。253 以mm孔為中心的一組主要加工表面。mm孔查公差配合與技術測量 精度要求介于IT7-IT8之間，參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9,2.3-12確定工序尺寸及余量為：鑄造直徑：mm粗鏜： mm 2Z=1.7mm精鏜： mm 2Z=0.2mm細鏜： mm 2Z=0.1mmmm的孔參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9,2.3-12確定其工序尺寸及余量為：鑄造直徑：mm粗鏜： mm 2Z=1.7mm精鏜： mm 2Z=0.3mmmm的孔參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9,2.3-12確定其工序尺寸及余量為：鑄造直徑：mm粗鏜： mm 2Z=1.7mm精鏜： mm 2Z=0.3mm孔查公差配合與技術測量其精度要求為IT7-IT8，參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9,2.3-12確定其工序尺寸及余量為：鑄造直徑：mm粗鏜： mm 2Z=3.6mm精鏜： mm 2Z=0.3mm細鏜： mm 2Z=0.1mm254 以mm孔為中心的一組的主要加工表面。其中mm孔查公差配合與技術測量其精度要求為IT7，參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-8,2.3-12確定其工序尺寸及余量為：鑄造直徑： mm 粗鏜： mm 2Z=3.6mm精鏜： mm 2Z=0.3mm細鏜： mm 2Z=0.1mmmm孔查公差配合與技術測量其精度要求為IT9IT10，參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9,2.3-12確定其工序尺寸及余量為： 鑄造直徑： mm粗鏜： mm 2Z=3.8mm精鏜： mm 2Z=0.2mmmm孔查公差配合與技術測量其精度要求為IT7IT8，參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9,2.3-12確定其工序尺寸及余量為：鑄造直徑： 40mm粗鏜： mm 2Z=1.7mm精鏜： mm 2Z=0.2mm細鏜： mm 2Z=0.1mm255 平面加工余量。查機械制造技術基礎表6.5和機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-21,前后端面單邊加工余量為：粗銑： Z=1.8mm精銑： Z=0.2mm右端面加工余量： 粗銑： Z=2.3mm精銑： Z=0.2mm256 小孔的加工工序尺寸及余量。35.5孔參照機械制造技術基礎表6.4及機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9加工工序尺寸及余量為：鉆孔： mm 2Z=5.3mm鉸孔： mm 2Z=0.2mm4-M6孔參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-20加工工序尺寸及余量為：鉆孔： mm 2Z=5mm攻螺紋： M6 2Z=1mm3-M5孔參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-20加工工序尺寸及余量為:鉆孔： mm 2Z=4.2mm攻螺紋： M5 2Z=0.8mm210孔參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9確定其工序尺寸及余量為： 鉆孔： mm 2Z=9.8mm鉸孔： mm 2Z=0.2mm214孔參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9確定其工序尺寸及余量為： 鉆孔： mm 2Z=13.8mm鉸孔： mm 2Z=0.2mm29孔參照機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-9確定其工序尺寸及余量為： 鉆孔： mm 2Z=8.8mm鉸孔： mm 2Z=0.2mm26 確定切削用量及基本工時 工序0鑄造毛坯261 工序1 以125外圓車削35內孔及其臺階面,孔口倒角選取T740金剛鏜床.鏜30孔。工件材料：HT200加工要求：粗、精，細鏜mm孔,長度方向尺寸13.5，孔口倒角，表面粗糙度為Ra1.6,臺階面表面粗糙度為Ra3.2, 粗、精鏜mm孔，表面粗糙度Ra3.2，35孔端面表面粗糙度Ra3.2.機床：T740金剛鏜床(1) 粗鏜孔至mm,單邊余量0.85mm,一次鏜去全部余量： =0.85mm. 進給量 =0.5mm/r 根據(jù)切削用量簡明手冊，確定金剛鏜床的切削速度為： 80m/min,則: =734 (r/min) （2-1）由于T740金剛鏜主軸轉速為無級調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。切削工時 =13.5+2.5=16mm,=3mm,=4mm則：=0.063（min） （2-2）精鏜孔至mm,單邊余量0.1mm,一次鏜去全部余量： =0.1mm. 進給量 =0.1mm/r 根據(jù)切削用量簡明手冊，確定金剛鏜床的切削速度為：100m/min,則:=913(r/min) 由于T740金剛鏜主軸轉速為無級調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。切削工時 =13.5+2.5mm,=3mm,=4mm則：=0.252（min） 細鏜孔至mm，單邊余量0.05mm, 一次鏜去全部余量： mm.由于細鏜時與精鏜孔共用一個鏜桿，利用金剛鏜床同時對工件精、細鏜孔，故切削用量及工時均與精鏜相同(2) 粗鏜孔至mm,單邊余量0.85mm,一次鏜去全部余量： =0.85mm. 進給量 =0.5mm/r根據(jù)切削用量簡明手冊，確定金剛鏜床的切削速度為： 80m/min,則: =734.3(r/min) 由于T740金剛鏜主軸轉速為無級調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。切削工時 =5mm,=3mm,=4mm則： =0.033（min） 精鏜孔至mm,單邊余量0.15mm,一次鏜去全部余量： =0.15mm. 進給量 =0.1mm/r據(jù)切削用量簡明手冊，確定金剛鏜床的切削速度為：100m/min,則:=1061.6(r/min)由于T740金剛鏜主軸轉速為無級調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。切削工時 =5mm,=3mm,=4mm則： =0.113（min）262 工序2 以35內孔為基準車120端面，外圓.選取C516-A車床加工要求：粗精車端面，端面表面粗糙度Ra3.2.粗精車mm外圓，表面粗糙度Ra為1.6mm.（1）粗車端面已知左端面長度方向的余量為：2mm，粗加工余量確定為1.8mm, 切削深度：1.8mm 確定進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表1.4，當?shù)毒邨U尺寸為1625mm,3mm以及工件直徑為mm時：=0.6-0.9(mm/r)按C516-A車床說明書（見機械制造工藝簡明手冊表4.2-6取 =0.72(mm/r) 計算切削速度：按切削用量簡明手冊表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）: （2-3）式中，=104，=0.40, =0.20,m=0.20.修正系數(shù)見切削用量簡明手冊表1.28，=1.44， 0.8 ，1.0，0.8，0.97所以 = =34.6(m/min)確定機床工作臺轉速：=91.8（r/min）按機床選取n=100 （r/min）所以實際切削速度 =37.7(m/min)計算切削工時：按機械制造工藝簡明手冊表6.2-1,取 =4(mm),mm, =0.067(min)（2）精車端面 已知左端面長度方向的余量為：2mm，精加工余量確定為0.2 mm, 切削深度：余0.2mm確定進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表1.4，當?shù)毒邨U尺寸為1625mm,3mm以及工件直徑為mm時：=0.6-0.9(mm/r)按C516-A車床說明書（見機械制造工藝簡明手冊表4.2-6取 =0.72(mm/r) 計算切削速度：按切削用量簡明手冊表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）: 式中，=104，=0.40, =0.20,m=0.20.修正系數(shù)見切削用量簡明手冊表1.28，即：=1.44， 0.8 ，1.0， 0.8，0.97所以 = =83.3(m/min)確定機床工作臺轉速：=221（r/min）按機床選取 n=200（r/min）所以實際切削速度 =75.4（m/min）計算切削工時：按機械制造工藝簡明手冊表6.2-1,取 =4(mm),mm,=0.042(min) （1）粗車外圓 機床：C516-A立式車床。刀具:刀片材料為YG8.刀桿尺寸1625mm，偏頭外圓車刀，。粗車 切削深度：單邊余量Z=2.4mm,可一次切除 。進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表1.4,選用：1.2(mm/r) 計算切削速度：見切削用量簡明手冊表1.27: 式中，=208，=0.20, =0.40,m=0.20.修正系數(shù)見切削用量明手冊表1.28，即：=1.44，0.8，1.04，0.810.97。所以： =67.4(m/min)確定機床主軸轉速： =172（r/min） 按機床選取n=160r/min.所以實際切削速度 =62.7(m/min)切削工時 式中：=4,=4,=0，所以：0.042(min)精車 切削深度：單邊余量0.1mm，可一次切除。進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表1.6,選用： mm/r計算切削速度：見切削用量簡明手冊表1.27: 式中，=208，=0.40, =0.20,m=0.20.修正系數(shù)見切削用簡明手冊表1.28，即：=1.36， 0.8 ，1.02， 0.8，0.93 =45.23(m/min)確定機床工作臺轉速： =115（r/min）按機床選取n=125r/min.所以實際切削速度 =49.1(m/min)切削工時 式中：=4,=4,=0，所以： =0.32(min)所以車削此外圓總工時為 =0.362(min) （2-4）263 工序3 以35內孔為基準車左端階臺面,左端Ra6.3的端面.選取C516-A車床 (1)粗車階臺面已知長度方向的余量為：2mm，粗加工余量確定為1.8mm, 切削深度：1.8mm 確定進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表1.4，當?shù)毒邨U尺寸為1625mm,3mm以及工件直徑為mm時：=0.6-0.9(mm/r)按C516-A車床說明書（見機械制造工藝簡明手冊表4.2-6取 =0.72(mm/r) 計算切削速度：按切削用量簡明手冊表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）: 式中，=104，=0.40, =0.20,m=0.20.修正系數(shù)見切削用量簡明手冊表1.28，=1.44， 0.8 ，1.0，0.8，0.97所以 = =34.6(m/min)確定機床工作臺轉速：=88（r/min）按機床選取 n=80（r/min）所以實際切削速度: =49（m/min）計算切削工時：按機械制造工藝簡明手冊表6.2-1,取 =2.5,mm, （2-5） =0.15（min）(2)精車階臺面已知階臺面長度方向的余量為：2mm，粗加工余量確定為0.2mm, 切削深度：0.2 mm 確定進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表1.4，當?shù)毒邨U尺寸為1625mm,3mm以及工件學位論文附錄二 ：中文翻譯 通過夾具布局設計和夾緊力的優(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主要方面。在本文提出了一種多目標模型的建立，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。最后舉了一個例子說明，一個令人滿意的結果被求得， 這是遠優(yōu)于經(jīng)驗之一的。多目標模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。關鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法1 引言夾具設計在制造工程中是一項重要的程序。這對于加工精度是至關重要。一個工件應約束在一個帶有夾具元件，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，應該從戰(zhàn)略的設計，并且適當?shù)膴A緊力應適用。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行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設計師的經(jīng)驗，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)化成為夾具設計方案的兩個主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應適當?shù)倪x擇和計算，使由于夾緊力和切削力產生的工件變形盡量減少和非正式化。 夾具設計的目的是要找到夾具元件關于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標優(yōu)化方法是代表了夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個觀點是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來計算工件由于夾緊力和切削力下產生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達且直接的搜索工具箱，并且被應用于解決優(yōu)化問題。最后還給出了一個案例的研究，以闡述對所提算法的應用。2 文獻回顧隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運用，近幾年夾具設計優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設計優(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)化夾具布局設計的方法。DeMeter也用了一個剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計算質量的有限元計算法。李和melkote用了一個非線性編程方法和一個聯(lián)絡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于多鉗夾具受到準靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認為工件在加工過程中處于動態(tài)。相結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行夾具設計與分析。蔡等對menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會的理論進行了拓展。秦等人建立了一個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)化設計的問題是非線性的，因為目標的功能和設計變量之間沒有直接分析的關系。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。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查的方法和結果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個夾具布局優(yōu)化技術，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個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)點號碼所指定。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等人建成了一個分析模型，認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 討論了混合學習系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡被用來計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)絡結合起來發(fā)展夾具設計系統(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去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時，一些研究沒有考慮為整個刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點數(shù)目作為設計參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時進行。 有幾項研究摩擦和碎片考慮進去了。碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實現(xiàn)更為現(xiàn)實和準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以實現(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，以達到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標優(yōu)化模型被建立了。一個優(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，結果多目標優(yōu)化模型對低剛度工件而言是比較單一的目標優(yōu)化方法、經(jīng)驗和方法。3 多目標優(yōu)化模型夾具設計一個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。夾具元件-工件接觸點的位置必須在候選位置。為一個問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學上仿照如下： 這里的表示加工區(qū)域在加工當中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；是靜態(tài)摩擦系數(shù)；fhi是切向力在i次的接觸點；pos(i)是i次的接觸點；是可選區(qū)域的i次接觸點；整體過程如圖1所示，一要設計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算出來。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內，加工變形下，切削力和夾緊力的計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 夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化4.1 遺傳算法遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產過程的強勁，隨機和啟發(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。每一個人口中的候選個體指派一個健身的價值，通過一個功能的調整，以適應特定的問題。遺傳算法，然后進行復制，交叉和變異過程消除不適宜的個人和人口的演進給下一代。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)勝個體代表全最好的方法。遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設計時需夾具布局和夾緊力作為設計變量，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)的夾具設計計劃。在這項研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運用的。 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 。只有當在一個人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時，nchg達到一個預先定義的價值ncmax ，或有多少幾代氮，到達演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒有遺傳算法停止。有五個主要因素，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生夾具設計字符串，當受到加工負荷時不完全限制夾具。這些解決方案被認為是不可行的，且被罰的方法是用來驅動遺傳算法，以實現(xiàn)一個可行的解決辦法。1夾具設計的計劃被認為是不可行的或無約束，如果反應在定位是否定的。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劃的高目標函數(shù)值時不可行的。因此，驅動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對于約束（4），當遺傳算子產生新個體或此個體已經(jīng)產生，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算。有限元模型是一個考慮摩擦效應的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個位置或支持，是代表三個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。每個元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點所包圍。圖3 連續(xù)插值這系列節(jié)點，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號和16號）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個節(jié)點相關聯(lián)。對任何一套節(jié)點，彈簧常數(shù)是：這里，kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點周圍i次夾具元件，Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點周圍之間的距離，ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置,i 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點數(shù)量為每個加工負荷的一步，適當?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個工作里，正常的彈簧約束在這三個方向（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。整個刀具路徑是模擬為每個夾具設計計劃所產生的遺傳算法應用的高峰期的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)被考慮進去。在機床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結構剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點的工具運動和碎片移除使用的元素死亡技術。在為了計算健身價值，對于給定夾具設計方案，位移存儲為每個負載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設計計劃的健身價值。遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動實施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個文本文件。那個輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計算加工表面的變形。 因此， 健身價值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當前夾具設計計劃的一個文本文件。當有大量的節(jié)點在一個有限元模型時，計算健身價值是很昂貴的。因此，有必要加快計算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項工作中，計算健身價值和染色體存放在一個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值已計算之前，先檢查；如果不，夾具設計計劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個計算時間保持不變。每計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“恢復”ANSYS 命令。5 案例研究一個關于低剛度工件的銑削夾具設計優(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152.4mm127mm*76.2mm.該工件頂端內壁的三分之一是經(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 模擬和加工的運作舉例將工件進行周邊銑削，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壁受到的表面載荷而被計算和應用，當工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時。整個刀具路徑被26個工步所分開，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 夾具設計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定位原則是夾具設計中常用的。夾具底板限制三個自由度，在側邊控制兩個自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個定點（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，兩個壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個定位元件限制其余的一個自由度，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的坐標范圍。表3 設計變量的約束由于沒有一個簡單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設為每一個夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43107 N/m 和5.47107 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.關于f1和的懲罰函數(shù)是這里fv可以被F1或代表。當nchg達到6時，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。且收斂過程的相應功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設計方案在表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 第一個函數(shù)值的收斂圖8第二個函數(shù)值的收斂性表4 多目標優(yōu)化模型的結果 表5 各種夾具設計方案結果進行比較，5.6 結果的比較 從單一目標優(yōu)化和經(jīng)驗設計中得到的夾具設計的設計變量和目標函數(shù)值，如表5所示。單一目標優(yōu)化的結果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗設計相比較，單一目標優(yōu)化方法有其優(yōu)勢。最高變形減少了57.5 ，均勻變形增強了60.4 。最高夾緊力的值也減少了49.4 。從多目標優(yōu)化方法和單目標優(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，多目標優(yōu)化方法產生的變形分布最均勻。與結果比較，我們確信運用最佳定位點分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實例夾具的裝配。圖9沿刀具軌跡的變形分布圖10 夾具配置實例6 結論本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化程序設計。優(yōu)化程序是多目標的：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)被用于健身價值的有限元計算。對于夾具設計優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結合被證明是一種很有用的方法。 在這項研究中，摩擦的影響和碎片移動都被考慮到了。為了減少計算的時間，建立了一個染色體的健身數(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)的夾具設計方法是單一目標優(yōu)化方法或經(jīng)驗。此研究結果表明，多目標優(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。參考文獻1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動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)化機床夾具表現(xiàn)的Min - Max負荷模型。2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(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)化和其對工件的定位精度的影響。4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(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)化和其對工件定位精度的影響。6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設計計算工件動態(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) 運用優(yōu)化方法在夾具設計中選擇支位。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)化設計。11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動態(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) 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) 一項關于空間坐標對基于遺傳算法的夾具優(yōu)化問題的作用的調查。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)絡和遺傳算法混合的系統(tǒng)設計智能夾具。20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遺傳算法固定裝置的概念設計。21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點。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, ztrk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運用對工件夾具布局的校核。62