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XX大學 設計論文 小撥叉加工工藝及銑Φ25下端面夾具設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 摘 要 小撥叉零件加工工藝及鉆床夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。 關(guān)鍵詞：工藝，工序，切削用量，夾緊，定位，誤差 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第1章 序 言 5 第2章 零件的分析 6 2.1零件的形狀 6 2.2零件的工藝分析 6 第3章 工藝規(guī)程設計 7 3.1 確定毛坯的制造形式 7 3.2 基面的選擇 7 3.3 制定工藝路線 7 3.4 選擇加工設備和工藝裝備 10 3.4.1 機床選用 10 3.4.2 選擇刀具 10 3.4.3 選擇量具 10 3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 10 3.6確定切削用量及基本工時 12 第4章 銑Φ25下端面夾具設計夾具設計 16 4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 16 4.2 問題的提出 17 4.3 夾具設計 17 4.3.1 定位基準的選擇 17 4.3.2切削力和夾緊力計算 17 4.4定位誤差的分析 19 4.5確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 19 4.6 夾具設計及操作的簡要說明 20 總 結(jié) 21 致 謝 22 參 考 文 獻 23 第1章 序 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術(shù)水平的重要指標。 小撥叉零件加工工藝及鉆床夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術(shù)基礎、機械設計、機械工程材料等的基礎下，進行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設計。 本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 第2章 零件的分析 2.1零件的形狀 題目給的零件是小撥叉零件，主要作用是起連接作用。 零件的實際形狀如上圖所示，?從零件圖上看，該零件是典型的零件，結(jié)構(gòu)比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。 2.2零件的工藝分析 由零件圖可知，其材料為ZG45，該材料具有較高強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力和要求耐磨零件。 小撥叉零件主要加工表面為：1.外圓及端面，表面粗糙度值為3.2。2.車外圓及端面，表面粗糙度值3.2。3.裝配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精車側(cè)面，及表面粗糙度值3.2。5.側(cè)面粗糙度值6.3、12.5，法蘭面粗糙度值6.3。 第3章 工藝規(guī)程設計 本小撥叉，假設年產(chǎn)量為10萬臺，每臺需要該零件1個，備品率為19%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。 該零件材料為ZG45，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇鑄鐵鑄造。依據(jù)設計要求Q=100000件/年，n=1件/臺；結(jié)合生產(chǎn)實際，備品率α和 廢品率β分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領 N=2XQn(1+α)（1+β)=236095件/年 3.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為ZG45，鑄件的特點是液態(tài)成形，其主要優(yōu)點是適應性強，即適用于不同重量、不同壁厚的鑄件，也適用于不同的金屬，還特別適應制造形狀復雜的鑄件?？紤]到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用鑄件，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達成批生產(chǎn)水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用砂型鑄造，這從提高生產(chǎn)效率，保證加工精度，減少生產(chǎn)成本上考慮，也是應該的。 3.2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 粗基準的選擇，對像小撥叉這樣的零件來說，選好粗基準是至關(guān)重要的。對本零件來說，如果外圓的端面做基準，則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對稱，按照有關(guān)粗基準的選擇原則(即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面做粗基準，若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對應位置精度較高的不加工表面做為粗基準)。 對于精基準而言，主要應該考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不在重復。 3.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、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)綱領已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 是自選定位零件的工藝，而不是小拔叉的工藝分分析 3.1 選擇表面加工方法 1） V型槽考慮：① 生產(chǎn)批量較大，應采用高效加工方法；② 零件精度要求高，為保證V形槽的精度和表面粗糙度，熱處理后需對該V型槽再進行加工。故確定熱前采用粗銑—半精銑的加工方法，熱后采用磨削方法。 2） 零件上下表面和四個端面 根據(jù)精度要求，并考慮生產(chǎn)批量較大，故采用精銑—半精銑的加工方法。 3） U型斜槽 采用粗銑的加工方法。 3.2 選擇定位基準 1） 精基準的選擇 V型槽要保證粗糙度和與基準面A的對稱度，考慮統(tǒng)一基準原則，選基準A作為精基準，選V型槽的對稱端面作為第二精基準。 2） 粗基準選擇 重要考慮裝夾方便、可靠，選一大端面作為基準。 3.3 擬定零件加工工藝路線 方案一： 1） 下料（鋸床G4225，鋸床專業(yè)夾具）； 2） 粗銑表面（銑床X62W，銑床專業(yè)夾具）； 3） 精銑表面（銑床X62W，銑床專業(yè)夾具）； 4） 鉆孔，用Φ10鉆頭鉆孔（立式鉆床Z3040）； 5） 畫線，鋸V型槽； 6） 銑斜坡（銑床X52，專用夾具）； 7） 熱處理； 8） 中期檢驗； 9） 精磨表面和V型槽（專業(yè)夾具）； 10） 終期檢驗。 方案二： 1） 下料（鋸床G4225，鋸床專業(yè)夾具）； 2） 粗銑表面（銑床X62W，銑床專業(yè)夾具）； 3） 精銑表面（銑床X62W，銑床專業(yè)夾具）； 4） 銑V型槽（銑床X52，專用夾具）； 5） 銑斜坡（銑床X52，專用夾具）； 6） 熱處理； 7） 中期檢驗； 8） 精磨表面和V型槽（專用夾具）； 9） 終期檢驗。 方案對比： 方案一工序復雜，加工過程中誤差較大，加工時難達到批量生產(chǎn)。方案二工序集中，便于管理，且采用機床種類少，精度要求高的地方使用專用夾具?？紤]到該零件生產(chǎn)批量大，，可簡化調(diào)整工作，采用專用夾具，可提高效率，故采用方案二。 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 設備 工藝裝備 工時 01 下料 下料（鍛料）尺寸 金工 鋸床通用夾具 02 粗銑表面 夾零件左右2端,先銑下表面,再銑上表面,依次銑剩下表面 金工 X62W 銑床通用夾具 03 精銑 精銑表面 金工 X62W 銑床通用夾具 04 銑V型槽 用專用夾具夾緊零件,用Φ10在零件左端中間銑深10mm槽，然后旋轉(zhuǎn)分度盤45°銑90°槽。 金工 X52 專業(yè)夾具 05 銑斜槽 裝夾零件時在夾具里墊5°的墊片 金工 X52 銑床通用夾具 06 熱處理 滲碳深度0.8~1.2,淬火HRC58~64 熱處理車間 07 中期檢驗 切片組織分析 08 磨表面和V型槽 精磨表面和V型槽 金工 專用夾具 09 終期經(jīng)驗 檢驗尺寸，精度。 3.4 選擇加工設備和工藝裝備 3.4.1 機床選用 ①.工序是粗車、粗鏜和半精車、半精鏜。各工序的工步數(shù)不多，成批量生產(chǎn)，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的CA6140臥式車床。參考根據(jù)《機械制造設計工工藝簡明手冊》表4.2-7。 ②.工序Ⅸ是鉆孔，選用Z525搖臂鉆床。 3.4.2 選擇刀具 ①.在車床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金車刀，它的主要應用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性,可選用可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-60,GB5343.2-60)。 ②.鉆孔時選用高速鋼麻花鉆，參考《機械加工工藝手冊》（主編 孟少農(nóng)），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。 3.4.3 選擇量具 本零件屬于成批量生產(chǎn)，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。 3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “小撥叉” 零件材料為ZG45，查《機械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，球墨鑄鐵的硬度HB為143～269，表2.2-23 球墨鑄鐵的物理性能，ZG45密度ρ=7.2～7.3（），計算零件毛坯的重量約為2。 表3-1 機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì) 生產(chǎn)類別 同類零件的年產(chǎn)量[件] 重型 （零件重>2000kg） 中型 （零件重100~2000kg） 輕型 （零件重<100kg） 單件生產(chǎn) 5以下 10以下 100以下 小批生產(chǎn) 5~100 10~200 100~500 中批生產(chǎn) 100~300 200~500 500~5000 大批生產(chǎn) 300~1000 500~5000 5000~50000 大量生產(chǎn) 1000以上 5000以上 50000以上 根據(jù)所發(fā)的任務書上的數(shù)據(jù)，該零件的月工序數(shù)不低于30～50，毛坯重量2<100為輕型，確定為大批生產(chǎn)。 根據(jù)生產(chǎn)綱領，選擇鑄造類型的主要特點要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊》表3.1-19 特種鑄造的類別、特點和應用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟合理性，采用機器砂模造型鑄件。 表3-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級 鑄造方法 公差等級CT 球墨鑄鐵 砂型手工造型 11~13 砂型機器造型及殼型 8~10 金屬型 7~9 低壓鑄造 7~9 熔模鑄造 5~7 根據(jù)上表選擇金屬型公差等級為7級。 3-3 鑄件尺寸公差數(shù)值 鑄件基本尺寸 公差等級CT 大于 至 8 63 100 160 100 160 250 1.6 1.8 2.0 根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至160，公差等級為8級的公差數(shù)值為1.8。 表3-4 鑄鐵件機械加工余量（JB2604-100）如下 鑄件基本尺寸 加工余量等級 6 澆注時位置 >120~250 6.0 4.0 頂、側(cè)面 底 面 鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，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。 3.6確定切削用量及基本工時 ① 粗銑加工 1）加工條件 工件材料：20#鋼，σb =410MPa（《機械工程材料》）。 加工要求：粗銑上下表面 機床：X62W。 刀具：WC+TiC+Co硬質(zhì)合金鋼，牌號YT15，硬度91HRA， 整體式圓柱銑刀80×22 GB/T 7953-1999 2）切削用量 背吃刀量：ap=3.4mm，考慮到加工誤差，取ap=4mm（《機械工藝手冊》）。 進給量：f=0.22mm/r（《機械工藝手冊》）。 切削速度： =157m/min（《機械零件切削加工工藝標準適用手冊》）。 進給速度：Vf=ｆｎ=0.1375m/min 工時的計算：銑單個表面的工時tm＝L/ Vf = 64.6mm/0.1375m/min=0.47min。 ②銑削加工 1）加工條件 工件材料：20#鋼，σb =410MPa（《機械工程材料》）。 加工要求：精銑上下表面 機床：X62W。 刀具：WC+TiC+Co硬質(zhì)合金鋼，牌號YT30，硬度106HRA， 整體式圓柱銑刀80×22 GB/T 7953-1999 2）切削用量 背吃刀量：精銑余量0.3mm，一次切削可以完成。?。篴P?= 0.3mm；（《機械工藝手冊》）。 進給量：f=0.2mm/r（《機械工藝手冊》）。 切削速度： =157m/min，n=625r/min。 進給速度：Vf=ｆｎ=0.125m/min。 工時的計算：銑單個表面的工時tm＝L/ Vf = 64.6mm/0.125m/min=0.52min。 ③檢測 工件材料：20#鋼，σb =410MPa（《機械工程材料》）。 加工要求：V型槽母線與基準面A的對稱度。 檢驗方法： 如圖：將V型槽內(nèi)固定有圓柱檢驗棒的V形塊側(cè)面置放于平板上，在圓柱檢驗棒上取兩截面，用測微議的檢測頭接觸在第一截面一側(cè)面圓柱母線最高點上，并讀數(shù)，然后V形塊翻轉(zhuǎn)180°，在同一截面上冊的另一側(cè)圓柱母線最高點的讀數(shù)值。在第二節(jié)面上重復上述測量過程，測得讀數(shù)值。 a）在同一截面上，兩讀數(shù)值符號相同，以兩讀數(shù)值的絕對值之差的1/2為對稱度誤差； b）在同一截面上，兩讀數(shù)值符號相反，以兩讀數(shù)值的絕對值之和的1/2為對稱度誤差。 對稱度誤差值小于0.03，則產(chǎn)品合格。 3.6.5 工序 鉆孔，本工序采用計算法。 表3-5高速鋼麻花鉆的類型和用途 標準號 類型 直徑范圍（mm） 用途 GB1436-60 直柄麻花鉆 2.0～20.0 在各種機床上，用鉆模或不用鉆模鉆孔 GB1437-60 直柄長麻花鉆 1.0～31.5 在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB1438-60 錐柄麻花鉆 3.0～100.0 在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 GB1439-60 錐柄長麻花鉆 5.0～50.0 在各種機床上，用鉆?；虿挥勉@模鉆孔 選用Z525搖臂鉆床，查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，查《機》表2.4-37鉆頭的磨鈍標準及耐用度可得，耐用度為4500，表10.2-5標準高速鋼麻花鉆的直徑系列選擇錐柄長，麻花鉆，則螺旋角=30，鋒交2=118，后角a=10,橫刃斜角=50，L=197mm,l=116mm。 表3-6 標準高速鋼麻花鉆的全長和溝槽長度（摘自GB6137-60） mm 直徑范圍 直柄麻花鉆 l l1 >11.100～13.20 151 101 表3-7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值（根據(jù)GB6137-60） （o） d (mm) β 2ф αf ψ 8.6～18.00 30 118 12 40～60 表3-8 鉆頭、擴孔鉆和鉸刀的磨鈍標準及耐用度 （1）后刀面最大磨損限度mm 刀具材料 加工材料 鉆頭 直徑d0（mm） ≤20 高速鋼 鑄鐵 0.5～0.8 （2）單刃加工刀具耐用度T min 刀具類型 加工材料 刀具材料 刀具直徑d0（mm） 11～20 鉆頭（鉆孔及擴孔） 鑄鐵、銅合金及合金 高速鋼 60 鉆頭后刀面最大磨損限度為0.5～0.8mm刀具耐用度T = 60 min ①.確定進給量 查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，第二卷表10.4高速鋼鉆頭鉆孔的進給量為f=0.25～0.65,根據(jù)表4.13中可知，進給量取f=0.60。 ②.確定切削速度 查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-17高速鋼鉆頭在球墨鑄鐵（190HBS）上鉆孔的切削速度軸向力，扭矩及功率得，V=12，參考《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-10鉆擴鉸孔條件改變時切削速度修正系數(shù)K=1.0，R=0.60。 V=12=10.32 （3-17） 則 = =131 （3-18） 查表4.2-12可知， 取 n = 150 則實際切削速度 = = =11.8 ③.確定切削時間 查《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編，表10.4-43，鉆孔時加工機動時間計算公式： T= （3-19） 其中 l= l=5 l=2～3 則： t= =9.13 3.6.5.2 確定鉆孔的切削用量 鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用GB1436-60直柄短麻花鉆，《機械加工工藝手冊》第2卷。 根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.20～0.35。 則取 確定切削速度，根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-9 切削速度計算公式為 （3-20） 查得參數(shù)為，刀具耐用度T=35 則 ==1.6 所以 ==72 選取 所以實際切削速度為=2.64 確定切削時間（一個孔） = 第4章 銑Φ25下端面夾具設計夾具設計 4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。 僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。 夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。 一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構(gòu)和夾緊元件。 考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。 螺旋夾緊機構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構(gòu)組成復合夾緊機構(gòu)來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構(gòu)。 螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。 典型的螺旋夾緊機構(gòu)的特點： （1）結(jié)構(gòu)簡單； （2）擴力比大； （3）自瑣性能好； （4）行程不受限制； （5）夾緊動作慢。 夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此小撥叉夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。 工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此小撥叉移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。 4.2 問題的提出 本夾具要用于銑Φ25下端面夾具的設計夾具精度等級為IT12級，粗糙度為12.5。本道工序只精銑一下即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應首先考慮保證銑Φ25下端面設計夾具設計的各加工精度，如何提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度。 4.3 夾具設計 4.3.1 定位基準的選擇 擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。Φ14的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ14孔和其端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ14孔的端面作為定位夾具。 為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺母作為夾緊機構(gòu)。 4.3.2切削力和夾緊力計算 （1）刀具： YG6銑刀 機床： 萬能銑床 由[3] 所列公式 得 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù) K= 其中：為基本安全系數(shù)1.5 為加工性質(zhì)系數(shù)1.1 為刀具鈍化系數(shù)1.1 為斷續(xù)切削系數(shù)1.1 所以 （2）夾緊力的計算 選用夾緊螺釘夾緊機 由 其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取 F=+G G為工件自重 夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級 螺釘疲勞極限： 極限應力幅： 許用應力幅： 螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為 [s]=2.5~4 取[s]=4 得 滿足要求 經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠， 使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力 4.4定位誤差的分析 制造誤差ZZ （1）中心線對定位件中心線位置精度 . 取. （2）V型塊同軸度誤差（查表P297） .故，. 則. 知此方案可行。 4.5確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對夾具體的設計的基本要求 （1）應該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。 （2）應具有足夠的強度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。 （3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應該不錯 夾較大的工件的外觀，更復雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應該簡單。 （4）應便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。 （5）安裝應牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構(gòu)應便于鐵屑。此外，夾點技術(shù)，經(jīng)濟的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構(gòu)應便排出鐵屑。 4.6 夾具設計及操作的簡要說明 由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設計，用底部大平面定位三個自由度， V型塊定位兩個自由度，再用一個壓塊限制最后一個自由度。 總 結(jié) 畢業(yè)設計即將結(jié)束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎。 畢業(yè)設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了很多，也非常珍惜大學給我們的這次設計的機會，它將是我們畢業(yè)設計完成的更出色的關(guān)鍵一步。 致 謝 這次畢業(yè)設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設計。 這次畢業(yè)設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參 考 文 獻 [1] 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學，機床夾具設計手冊[M]，上海：上海科學技術(shù)出版社，19100。 [2] 張進生。機械制造工藝與夾具設計指導［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1995。 [3] 李慶壽。機床夾具設計［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1991。 [4] 李洪。機械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，1996。 [5] 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會。金屬切削手冊［Ｍ］。上?？茖W技術(shù)出版社，2544。 [6] 黃如林，劉新佳，汪群。切削加工簡明實用手冊［Ｍ］。化學工業(yè)出版社，2544。 [7] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計[M]，重慶：重慶大學出版社，1995。 [8] [周永強，高等學校畢業(yè)設計指導[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，2542。 [9]?劉文劍，曹天河，趙維，夾具工程師手冊[M]，哈爾濱：黑龍江科學技術(shù)出版社，1987。 [10] 王光斗，王春福。機床夾具設計手冊［Ｍ］。上?？茖W技術(shù)出版社，2542。 [11] 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學。機床夾具設計手冊［Ｍ］.上?？茖W技術(shù)出版社，1984。 [12] 李慶壽，機械制造工藝裝備設計適用手冊[M]，銀州：寧夏人民出版社，1991。 [13] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術(shù)測量[M]，中國計量出版社，2540：9-19。 [14] [王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術(shù)出版社，2540。 [15] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，2545：4-17 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(jié)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(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(guān)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(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(chǎn)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(guān)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(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(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(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(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 討論了混合學習系統(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（ 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(jié)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(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； 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?；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(diào)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(chǎn)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(qū)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(qū)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(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?！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(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?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(chǎn)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(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(guān)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152.4mm×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(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4.43×107 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(jié)果 表5 各種夾具設計方案結(jié)果進行比較， 5.6 結(jié)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(jié)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(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(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)的夾具設計方法是單一目標優(yōu)化方法或經(jīng)驗。此研究結(jié)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(guān)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(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, ?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