氣門搖臂軸支座 加工工藝及車加工φ16孔工序夾具設(shè)計[含高清CAD圖 工序卡片 說明書]

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多目標(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(shè)計優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)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(shè)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(zhì)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(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，認為工件在加工過程中處于動態(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行夾具設(shè)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(shè)計的問題是非線性的，因為目標(biāo)的功能和設(shè)計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(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(shè)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(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)驗和方法。 3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)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(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。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(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； μ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(shè)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(nèi)，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(shè)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(chǎn)過程的強勁，隨機和啟發(fā)式的優(yōu)化方法。基本思路背后的遺傳算法是模擬“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(diào)整，以適應(yīng)特定的問題。遺傳算法，然后進行復(fù)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(shè)計時需夾具布局和夾緊力作為設(shè)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(shè)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(dāng)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(yù)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(chǎn)生夾具設(shè)計字符串，當(dāng)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(qū)動遺傳算法，以實現(xiàn)一個可行的解決辦法。1夾具設(shè)計的計劃被認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劃的高目標(biāo)函數(shù)值時不可行的。因此，驅(qū)動它在連續(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)生新個體或此個體已經(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。多邊形的頂點是用于檢查。“inpolygon ”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(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(guān)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, ηi 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(dāng)?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(shè)計計劃所產(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)被考慮進去。在機床改變幾何數(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，分析與重點的工具運動和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計算健身價值，對于給定夾具設(shè)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(shè)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(dāng)前夾具設(shè)計計劃的一個文本文件。 當(dāng)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(shè)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(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。 5 案例研究 一個關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)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152.4mm×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(nèi)壁受到的表面載荷而被計算和應(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。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(shè)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(shè)計中常用的。夾具底板限制三個自由度，在側(cè)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(biāo)范圍。 表3 設(shè)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(shè)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4.43×107 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(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(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計方案結(jié)果進行比較， 5.6 結(jié)果的比較 從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗設(shè)計中得到的夾具設(shè)計的設(shè)計變量和目標(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)驗設(shè)計相比較，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(jié)論 本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計。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 健身價值的有限元計算。對于夾具設(shè)計優(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(shè)計方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗。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。 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(shè)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(shè)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(shè)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(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。 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, ?ztürk 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 目錄 前言 一、零件的分析 1.1零件的作用 1.2零件的工藝分析 二、工藝規(guī)程的設(shè)計 2.1確定毛坯的制造形式 2.1基準(zhǔn)的選擇 2.3制訂工藝路線 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 2.5確定切削用量及基本工時 三、專用夾具的設(shè)計 3.1問題的指出； 3.2夾具設(shè)計； （1）定位基準(zhǔn)的選擇； （2）切削力及夾緊力的計算； （3）夾具設(shè)計及操作的簡要說明。 四、總結(jié) 五、主要參考文獻 前言 本次設(shè)計是在我們學(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)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。音癡，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的經(jīng)濟建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。 通過對氣門搖臂軸支座的機械制造工藝的設(shè)計，使我們在機械制造工藝規(guī)程設(shè)計，工藝方案論證，機械加工余量計算，工藝尺寸的確定，編寫技術(shù)文件及查看技術(shù)文獻等各個方面受到一次綜合性的訓(xùn)練，通過對夾具的設(shè)計，我學(xué)會了擬定夾具方案，設(shè)計夾具體結(jié)構(gòu)的方法，初步具備了設(shè)計一個一般零件的工藝規(guī)程和夾具體設(shè)計的能力。通過對零件圖和夾具圖的繪制，使我對A UTO CAD制圖軟件的使用技術(shù)得到進一步的提高。 但由于能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 一、零件的分析 1.1零件的作用 本設(shè)計所設(shè)計的零件是1105柴油機中搖臂結(jié)合部的氣門搖臂軸支座，它是柴油機上氣門控制系統(tǒng)的一個重要零件。直徑為18mm的孔用來裝配搖臂軸，軸的兩端各安裝一進、排氣氣門搖臂.直徑為16mm的孔內(nèi)裝一個減壓軸,用于降低氣缸內(nèi)壓力,便于啟動柴油機.兩孔間距56mm,可以保證減壓軸在搖臂上打開氣門,實現(xiàn)減壓.兩孔要求的表面粗糙度和位置精度較高,工作時會和軸相配合工作,起到支撐的作用,直徑為11mm的孔用M10的螺桿與氣缸蓋相連,直徑為3mm的孔用來排油。 1.2零件的工藝分析 氣門搖臂軸支座的加工面主要集中在平面加工和孔的加工上。根據(jù)零件圖的分析，該零件需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求如下： （1）Ф22mm外圓的上端面以及與此孔相通的Ф22mm通孔，表面粗糙度均為12.5; （2）36mm下底面，根據(jù)零件的總體加工特性，36mm為整個機械加工過程中主要的基準(zhǔn)面，粗糙度為6.3，因此在制定加工方案的時候要先將此面粗加工出來； （3）Ф28mm外圓前后端面，粗糙度3.2，并倒1×45°的角，粗糙度為12.5；Ф18mm的通孔的表面粗糙度為1.6，加工精度較高。該孔的軸線與36mm下底面平行度為0.05，且該孔的軸線圓跳動為0.1； （4）Ф26mm的前后端面，粗糙度為12.5，并倒1×45°的角，粗糙度為12.5。以及Ф16mm的通孔，其加工精度要求很高，表面粗糙度為1.6，孔的軸心線與36mm下底面的平行度為0.05； 由以上分析可知，36mm下底面與Ф22mm上端面表面粗糙度不高，則不需要精加工來達到要求，并且這兩面為整個加工過程中的定位基準(zhǔn)面，為保證36mm下底面6.3的表面粗糙度，則需要半精加工。以這兩面為基準(zhǔn)采用專用夾具來對其他表面進行加工，并且保證其他表面的位置精度要求。 圖1 零件圖 二、工藝規(guī)程的設(shè)計 2.1確定毛坯的制造形式 零件的材料為HT200，灰鑄鐵的生產(chǎn)工藝簡單，熔點低、流動性好，因此鑄造性能優(yōu)良，切削加工性能優(yōu)越，故零件毛坯課選擇鑄造的方法。 2.2基準(zhǔn)的選擇 （1）粗基準(zhǔn)的選擇原則：當(dāng)零件有不加工表面時，應(yīng)以不加工表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干個不加工表面時，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的加工表面作為粗基準(zhǔn)。 （2）精基準(zhǔn)的選擇原則；精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)該進行尺寸換算。 根據(jù)以上選擇原則，對零件圖分析，孔Ф18mm、孔Ф16mm以及孔Ф11mm均為零件設(shè)計基準(zhǔn)，均可選為定位基準(zhǔn)，并且孔Ф18mm和孔Ф16mm設(shè)計精度較高，應(yīng)將這兩孔放在后面進行。為遵循“基準(zhǔn)重合”原則，因此選擇先進行加工的Ф11mm孔和加工后的36mm下底面為精基準(zhǔn)。選擇Ф28mm外圓端面及未加工的36mm下端面作為粗基準(zhǔn)。 2.3制訂工藝路線 加工工藝路線方案： 工序00：鑄造。 工序10：去應(yīng)力退火。 工序20：粗銑36mm下底面，留余量1mm。以Ф22mm上端面定位。 工序30：粗銑Φ22mm上端面，以粗銑后的36mm下底面定位。 工序40：鉆Φ11mm通孔，以36mm下底面、22mm×5mm右端面定位。 工序50：粗銑Φ28mm前端面，留余量1mm，粗銑Φ26mm前端面，以Φ28mm后端面定位。 工序60：粗銑Φ28mm后端面，留余量1mm，粗銑Φ26mm后端面，以Φ28mm前端面定位。 工序70：鉆Φ17mm的通孔，擴孔至Φ17.85mm，粗鉸至Φ17.94mm，精鉸至Φ18H7，兩邊倒角1×45°，以36mm下底面、Φ11mm通孔定位。 工序80：半精銑Φ28mm前端面，以Φ28mm后端面、Φ18mm通孔定位。 工序90:半精銑Φ28mm后端面,保證尺寸37﹢﹣0.1mm，以Φ28mm前端面及Φ18mm孔定位。 工序100：半精銑36mm下底面，保證尺寸24﹢﹣0.03mm,以Φ22mm上端面及Φ18mm孔定位。 工序110：鉆Φ15mm的通孔，粗車至Φ15.85mm，半精車至Φ15.95mm，精車至Φ16H7，兩邊倒角1×45° 工序120：鉆Φ3mm的孔，以Φ22mm上端面及Φ11mm孔定位。 工序十四：后處理去毛刺，清洗。 工序十五：終檢。 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “氣門搖臂軸支座”零件材料為HT200，根據(jù)加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： （1）根據(jù)加工長度等條件，查《工藝手冊》可知Φ22mm上端面，36mm下底面，Φ28mm前后端面，Φ26mm前后端面余量為2.5mm。而36mm下底面及Φ28mm前后端面要進行半精銑，查表得粗銑后留余量為1mm。 （2）Φ11mm及Φ3mm孔的加工表面粗糙度要求較低，故直接可以通過鉆來完成。余量分別為11mm及3mm。 （3）加工Φ18mm通孔，表面粗糙度為1.6。故孔的精度等級為IT7，參照《工藝手冊》表確定工序尺寸及余量為: 鉆孔：Φ17mm 2Z=17mm 擴孔：Φ17.85mm 2Z=0.85mm 粗鉸：Φ17.94mm 2Z=0.09mm 精鉸：Φ18H7 2Z=0.06mm （4）加工Φ16mm通孔，表面粗糙度為1.6。取孔的精度等級為IT7，在車床上進行加工，參照《工藝手冊》表確定工序尺寸及余量為： 鉆孔：Φ15mm 2Z=15mm 粗車：Φ15.85mm 2Z=0.85mm 半精車：Φ15.95mm 2Z=0.10mm 精車：Φ16H7 2Z=0.05mm 圖2 毛坯圖 2.5確定切削用量及基本工時 工序十二：車Φ16mm孔，采用計算法確定切削用量。 （1）加工條件： 工件材料：HT200，鑄造。 加工要求：在車床上鉆Φ15mm的通孔。 機床：C620-1臥式車床。 刀具：中心鉆，材料為硬質(zhì)合金。 （2）計算切削用量 工步一： 確定最大加工余量 可知2Z=15mm。 確定進給量f：根據(jù)《切削手冊》表查得f=0.08~0.16mm/r.取f=0.10mm/r。 計算切削速度：根據(jù)《切削手冊》，計算得切削速度Vc=50~70m/min,取Vc=60m/min,根據(jù)數(shù)據(jù)計算主軸轉(zhuǎn)速n=60×1000/(3.14×15)=1273r/min,查《工藝手冊》取n=1000r/min，在計算實際切削速度Vc=47m/min。 基本時間的確定 根據(jù)公式查表求得T=23/(1360×0.1)=0.17min，其余切削用量及基本工時略。 三、專用夾具的設(shè)計 3.1問題指出 本夾具主要用于在車床上加工Φ16mm孔。Φ16mm孔對36mm下底面及Φ18mm孔都有一定的技術(shù)要求，其表面粗糙度為1.6?？梢酝ㄟ^鉆，粗車，半精車，精車來達到要求。對應(yīng)零件圖上的尺寸公差要求等，可采用一面一銷達到定位，通過適當(dāng)?shù)膴A緊裝置和輔助支承來達到要求。 3.2夾具設(shè)計 （1）定位基準(zhǔn)的選擇。對本夾具，設(shè)計過程如下：在36mm下底面進行平面定位，在Φ18mm孔內(nèi)加一菱形銷定位以限制X的移動和Z的轉(zhuǎn)動自由度，在Φ28mm前端面加一支承釘，起到輔助支承的作用。夾緊裝置可用一螺栓通過Φ11mm孔在Φ22mm上端面用螺旋鈕進行夾緊。 圖3 車Φ28mm孔的定位夾緊位置 （2）切削力及夾緊力的計算。刀具：硬質(zhì)合金刀，則切削力代入數(shù)據(jù)求得Fy=552(N)。再求得夾緊力大小W遠大于Fy。故本夾具可安全工作。 （3）夾具設(shè)計及操作的簡要說明。在設(shè)計夾具時，工件的夾緊是很重要的。本夾具采用螺栓連接，再用螺旋鈕來進行夾緊的裝置非常方便。該夾具通過在夾具體上聯(lián)接一個菱形銷及一平面來定位工件。再加一個支承釘來防止切削力過大造成工件斷裂。 圖4 工件的夾緊裝置 圖5 工件的定位裝置 四、總結(jié) 為期三周的機械課程設(shè)計結(jié)束了，這次課程對于我來說幫助很大，時間過得也很充實。作為一名機械設(shè)計制造及自動化大四的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計是十分有意義。在已度過的三年大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種機械設(shè)計？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。 在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱了很多次設(shè)計書和指導(dǎo)書。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機械設(shè)計書是十分必要的，同時也是必不可少的。另外，課堂上也有部分知識不太清楚，于是我又不得不邊學(xué)邊用，時刻鞏固所學(xué)知識，這也是我作本次課程設(shè)計的第二大收獲。 在此，我也非常感謝指導(dǎo)老師對我的細心教導(dǎo)，正是她不厭其煩的對我們進行講解，才能讓我們更好的發(fā)現(xiàn)自己的不足，進而予以改正。整個設(shè)計我基本上還滿意，由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。由此我可以更好地了解到自己的不足，以便課后加以彌補。 五、主要參考文獻 [1] 陳明主編．機械制造工藝學(xué)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006． [2] 孫麗媛主編．機械制造工藝及專業(yè)夾具設(shè)計指導(dǎo)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2010． [3] 毛昕主編．畫法幾何及機械制圖[M]．北京：高等教育出版社，2004． [4] 朱家誠主編．機械設(shè)計課程設(shè)計[M]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005． [5] 紀(jì)名剛主編．機械設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，2006． [6] 李旦主編．機床專用夾具圖冊[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005． [7] 許德珠主編．機械工程材料[M]．北京：高等教育出版社，2001． [8] 艾興主編．切削用量簡明手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1994． 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工車間 20 銑 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 粗銑36mm下底面，留余量1mm 臥式銑床 250 117.8 0.20 2  機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工車間 30 銑 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 粗銑Φ22mm上端面 臥式銑床 250 117.8 0.20 2  機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 金工車間 40 鉆 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鑄件 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 鉆Φ11mm通孔 立式鉆床 272 17 0.28 11  機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 50 銑 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 粗銑φ28mm前端面留余量1mm 臥式銑床 250 117.8 0.20 2 2 粗銑φ26mm前端面 臥式銑床  機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 60 銑 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 粗銑φ28mm后端面，留余量1mm 臥式銑床 250 117.8 0.20 2 2 粗銑φ26mm后端面 臥式銑床  機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 70 鉆擴鉸 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 鉆Φ17mm通孔 272 17 0.28 17 2 擴孔至Φ17.85mm 3 粗鉸至Φ 17.94mm 4 精鉸至Φ18H7，兩邊倒角1x45° 機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 80 銑 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 半精銑φ28mm前端面 250 117.8 0.2 0.5  機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 90 銑 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 半精銑φ28mm后端面，保證尺寸37+ -0.1mm 250 117.8 0.2 0.5  機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 100 銑 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 半精銑36mm下底面，保證尺寸24+ -0.03mm 250 117.8 0.2 0.5  機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 110 車 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 車Φ16mm通孔鉆至Φ15mm 2 粗車至Φ15.85mm 3 半精車至Φ15.95mm 4 精車至Φ16H7 5 兩邊倒角1x45°  機械工程學(xué)院 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 頁 第 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 120 鉆 HT200 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 鉆Φ3mm的孔