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(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(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(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(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，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。“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, 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152.4mm×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 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 共 1 頁 產(chǎn)品名稱 減速箱 零（部）件名稱 減速箱箱體 第 1 頁 材料牌號 毛坯種類 鑄件 毛坯外型尺寸 每毛坯可件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 備 注 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 車間 工段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 0 鑄 鑄造 鑄造 1 銑 銑159的一個端面以159的底面為基準 機加 X53K 專用夾具、套式面銑刀、游標卡尺 2 銑 銑159的另一個端面以端面為基準 機加 X53K 專用夾具、套式面銑刀、游標卡尺 3 銑 銑面、以159的一個端面為基準 機加 X51 專用夾具、圓柱銑刀、游標卡尺 4 銑 銑面以159的底面及面為基準 機加 X52K 專用夾具、端面銑刀、游標卡尺 5 鏜 鏜面以159的底面及面為基準 機加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、深度游標卡尺 6 鏜 粗、半精鏜孔φ185mm以159的底面及側(cè)面為基準 機加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、內(nèi)徑百分尺 7 鏜 粗、半精鏜孔φ52H8以185mm的孔及長235mm的面為基準 機加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、游標卡尺 8 鏜 粗、半精鏜孔φ50H8以長為235mm面及φ52mm孔為基準 機加 T616 專用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀、游標卡尺 9 配 配作螺紋孔 10 檢 檢查 設計（日期） 審核（日期） 標準化（日期） 會簽（日期） 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件名 簽字 日期 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書 題 目 減速箱體零件工藝規(guī)程及加工φ52H8孔夾 具設計 畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 減速箱體零件工藝規(guī)程及加工Φ52H8孔夾具設計 1．畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1. 零件圖一張, 毛坯圖一張 ２. 夾具裝配圖一份, 夾具零件圖一套 ３. 機械加工工藝卡一套, 主要工序工序卡一份 ４. 設計說明書一份。 2．原始數(shù)據(jù) 零件圖一張, 生產(chǎn)綱領10000件 3．指定查閱的主要參考文獻及說明 1. 《機械制造工藝手冊》 ２.《機械零件設計手冊》 ３.《夾具設計手冊》 4. 進度安排 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 零件功能, 結(jié)構, 尺寸, 精度, 要求分析 及相關資料收集 2 機械加工工藝設計 3 工序設計 4 夾具設計 5 說明書編制 6 檢查及提交論文 7 答辯及準備 摘 要 本次設計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。 減速器箱體零件的工藝規(guī)程及其加工￠52H8孔的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，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)構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。 關鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing ￠ 52H8 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目 錄 中文摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要……………………………………………………………………………Ⅱ 第一章 工藝設計…………………………………………………………………………1 1.1零件分析………………………………………………………………………… 1 1.2 毛坯的選擇與設計及基準的確定………………………………………………… 1 1.3工藝規(guī)程的設計………………………………………………………… 3 第二章 工序設計………………………………………………………………… 6 2.1工序尺寸與毛坯尺寸的確定……………………………………………………… 6 2.2設備和工藝裝備的選擇……………………………………………………………7 2.3切削用量與時間定額………………………………………………………… 9 第三章 專用夾具的設計 ……………………………………………………………15 3.1夾具的設計………………………………………………………………15 3.2夾緊裝置的組成及設計要求……………………………………………………16 3.3鏜模導向裝置的設計…………………………………………………………17 3.4切削力與夾緊力的計算………………………………………………………19 3.5 定位誤差的分析………………………………………………………………24 3.6夾具設計與操作的簡要說明………………………………………………25 3.7夾具結(jié)構設計的分析與改進………………………………………………26 第四章 總結(jié)………………………………………………………………27 參考文獻……………………………………………………………………………29 致謝…………………………………………………………………………………30 附錄1：機械加工工藝過程卡 附錄2：機械加工工序卡 前 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水平的重要指標。 減速器箱體零件的工藝規(guī)程及其加工￠52H8孔的夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行課程設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。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。 畢業(yè)設計（論文） 第一章 工藝設計 1.1 零件的分析 1.1.1 零件的作用 減速器箱體是減速器的重要組成零件，它將有關零件（軸、套、齒輪）連接在一起，保證它們之間有正確的相對位置關系，使它們能按一定的傳動關系協(xié)調(diào)的運動。因此，箱體的加工質(zhì)量對機械精度、性能和使用壽命都有直接關系。減速器的作用（1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。 （2）速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。所以在日常的生活工作中運用得非常廣泛，也起到非常重要的的作用。 1.1.2 零件的工藝分析 減速箱體結(jié)構較復雜、加工面多、技術要求高、機械加工的勞動量大。因此箱體結(jié)構工藝性對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有重要意義。 減速箱體幾個加工表面它們之間有一定的位置要求，現(xiàn)分述如下： 尺寸159兩側(cè)面要保證一定的平行度要求平行度公差為0.05mm。 箱體底面與側(cè)面都有一定的垂直度要求垂直度公差為0.05mm。 φ52H8孔與φ185H8孔有一定的平行度要求平行度公差為0.05mm；且有一定的位置要求，保證相互位置尺寸為164±0.045mm；與側(cè)面也有一定的位置要求尺寸偏差為80±0.035mm。 φ50H8兩孔與φ52H8孔有一定的位置要求，保證相互位置尺寸為92±0.031mm；且φ50H8兩孔之間有一定的平行度要求平行度公差為0.05mm。與側(cè)面也有一定的垂直度要求垂直度公差為0.05mm。 1.2毛坯的選擇與設計及基準的確定 1.2.1確定毛坯制造形式 工件生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。 減速箱體零件材料為HT200。查《機械加工工藝設計實用手冊》P498表6-68，考慮到零件形狀復雜、有腔形、制造精度、機械性能、壽命及批量 ；可選擇砂型鑄造以提高毛坯精度、減少加工余量。 再確定毛坯制造形狀時應考慮各加工表面的余量還應考慮是否需要制出工藝凸臺以利于工件的裝夾；是一個零件制成一個毛坯還是多個零件合成一個毛坯；那些表面不需要制出；鑄件分型面、拔模斜度及鑄造圓角；最后繪制出毛坯圖，并要決定毛坯的結(jié)構特征及各項技術條件。 1.2.2 基準的選擇 正確選擇定位基準是設計工藝過程的一項重要內(nèi)容，也是保證零件加工精度的關鍵。 定位基準分為精基準、粗基準、輔助基準。在最初加工工序中，只能用毛坯上未經(jīng)加工的表面為定位基準（粗基準），在后續(xù)加工工序中，用也加工表面作為定位基準（精基準）。在制定工藝規(guī)程時，應先考慮選擇怎樣的精基準以保證達到精度要求并把各加工加工出來，另外，為了使工件便于裝夾和易于獲得所需加工精度，可在工件上某部位做一輔助基準，用以定位。 為了說明基準及加工表面方便，因此畫零件加工表面編號圖1-1，其中加工表面編號為、、…… 圖1-1 粗基準的選擇。 粗基準的選擇應遵循以下原則：1）以不需要加工表面作為粗基準。2）以工件上要求余量均勻的重要表面作為粗基準。3）以平整且面積較大的表面作為粗基準。4）粗基準一般只能使用一次。 對于箱體類零件應先加工面后加工孔再以面為基準加工孔。根據(jù)有關粗基準的選擇原則（當零件有不加相對位置精度較高的不加工表面做為粗基準。）加工尺寸為159的兩個端面、時應以尺寸159的底面為粗基準；在加工面、時應以孔及端面為粗基準，在加工面時應以、面及面為粗基準；再加工孔時應以也加工的表面為粗基準，如加工、孔時應以、、面作為粗基準，在加工孔時應以、、為粗基準。 精基準的選擇。 精基準的選擇應遵循以下原則：1）：“基準重合”原則，用設計基準作為精基準，以便消除基準不重合誤差。2）“基準統(tǒng)一”原則，當定位以某一組精基準定位可以較方便的加工其它表面，盡可能在多數(shù)工序中采用這組精基準定位。3）：“自為基準”原則，當精加工或光整加工工序要求余量盡量小而均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準。4）“互為基準”原則，。當兩個加工表面相互位置精度要求較高時，以兩個需加工表面相互作為基準反復加工以獲得均勻的加工余量和較高的位置精度。 應遵循“基準重合及統(tǒng)一”原則，選擇面積較大的平面或孔及其組合。因此第一個工序應選擇尺寸159端面作為精基準加工另一個端面，有利于夾緊及定位。其它工序應盡可能采取“基準重合及統(tǒng)一”原則，如在加工面、時應以孔及端面為精基準，在加工面時應以、面及面為精基準；再加工孔時應以也加工的表面為精基準，如加工、孔時應以、、面作為精基準，在加工孔時應以、、為精基準。 1.3工藝規(guī)程的設計 1.3.1 制定工藝路線 零件機械加工工藝過程是工藝規(guī)程的中心問題，其內(nèi)容包括確定定位基準、選擇各加工表面的加工方法、安排加工順序及組織整個加工工藝過程中各個工序的內(nèi)容、確定各個工序所采用機床設備和工藝裝備等。 設計時應同時考慮幾個方案，經(jīng)過分析比較，選擇出比較合理的方案。 根據(jù)減速箱體零件為大批生廠，所以采用通用機床，并配以專用的夾具、刀具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率，減少機床數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)零件工藝分析，零件毛坯為砂型機械造型，并經(jīng)人工時效處理消除鑄件內(nèi)應力，改善工件的可切削性。 先確定工藝路線如下： 方案一 工序Ⅰ 銑尺寸159的兩端面、，以尺寸159的底面為基準。 工序Ⅱ 銑面、，以端面、及孔為基準。 工序Ⅲ 鏜孔φ185mm、φ310mm以、面及面為基準。 工序Ⅳ 銑面以、面及面為基準。 工序Ⅴ 鏜面以、面及基準。 工序Ⅵ 粗、半精鏜孔φ52H8以、面及孔為基準。 工序Ⅶ 粗、半精鏜階梯孔φ50H8以、面及孔為基準。 工序Ⅷ 配作螺紋孔 工序Ⅸ 檢查 方案二 工序Ⅰ 銑尺寸159的端面以尺寸159的底面為基準。 工序Ⅱ 銑尺寸159的端面以尺寸159的底面為基準。 工序Ⅲ 銑面、以端面、及孔為基準。 工序Ⅳ 銑面以、面及面為基準。 工序Ⅴ 鏜孔φ185mm、φ310mm以、面及面為基準。 工序Ⅵ 鏜面以、面及基準。 工序Ⅶ 粗、半精鏜孔φ52H8以、面及孔為基準。 工序Ⅷ 粗、半精鏜孔φ50H8以、面及孔為基準。 工序Ⅸ 配作螺紋孔 工序Ⅹ 檢查 1.3.2 工藝方案的比較與分析 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是159的兩端面一起加工，然后以端面為基面加工其它面，面和孔加工順序比較混亂；方案二則與一有所不同，159兩端面分開加工，先加工面再以面為基準加工孔；兩者比較可以看出，第二方案比第一方案合理，位置精度也較易保證，定位及夾緊等都比較方便；但方案二也有不合適的地方，面、可以一起加工減少裝夾次數(shù)及夾具設計，因此可以合為一道工序，改進的工藝過程如下： 工序Ⅰ 銑尺寸159mm兩端面，以尺寸159mm的底面為粗基準。 工序Ⅱ 銑尺寸159mm兩端面，以端面為基準。 工序Ⅲ 銑面、，以尺寸159mm的一個端面為基準。 工序Ⅳ 銑面，以尺寸159mm的底面及面為基準。 工序Ⅴ 鏜面，以尺寸159mm的底面及面為基準。 工序Ⅵ 粗、半精鏜孔φ185mm、φ310mm ，以尺寸159mm的底面及側(cè)面為定位基準。 工序Ⅶ 粗、半精鏜孔φ52H8 ，以φ185mm的孔及尺寸為235mm的面為定位基準。 工序Ⅷ 粗、半精鏜孔φ50H8 ，以尺寸為235mm面及φ52mm孔為定位基準。 工序Ⅸ 配作螺紋孔 工序Ⅹ 檢查 13 第二章 工序設計 2.1工序尺寸與毛坯尺寸加工余量的確定 “減速器箱體”零件材料HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，查書《機械加工工藝設計實用手冊》P498表6-68，因為箱體有腔孔等、形狀復雜所以采用砂型鑄造毛坯；查書《機械加工工藝設計實用手冊》P516表6-90，根據(jù)為砂型機械造型材料為灰鑄鐵選取鑄造公差等級為CT8，；查書《機械加工工藝設計實用手冊》P510常用斜度值砂型一般選為鑄造斜度為3°，查書《機械加工工藝設計實用手冊》P511對于砂型鑄造一般圓角半徑為R3。 查書《機械加工余量與公差手冊》P78表3-1，為砂型機械造型選取鑄件加工余量等級為F；查《機械加工余量與公差手冊》表3-3，P80根據(jù)毛坯加工面的基本尺寸選取鑄件機械加工余量； 查《機械加工余量與公差手冊》表3-6，P84 根據(jù)鑄件的基本尺寸選取鑄件尺寸公差值。 工序一：加工尺寸159的兩個端面以尺寸159的地面為基準，因為兩面都要加工，因此都有加工余量；查《機械加工余量與公差手冊》表3-3，P80根據(jù)加工面的基本尺寸400mm-630mm之間一個端面的加工余量為4mm則兩個加工面的毛坯余量為8mm，查《機械加工余量與公差手冊》表3-6，P84根據(jù)鑄件的基本尺寸及公差等級選取尺寸公差值為2.6mm。本工序采用銑削，則加工余量為8mm，表面粗糙度為6.3um，查書《機械制造工藝設計手冊》表2-22，P65根據(jù)它的表面粗糙度采用粗銑便可達到加工要求。 毛坯尺寸為167±1.3 精度為CT8，加工余量為8mm 銑削后為 精度等級為IT9，粗糙度為6.3um 以下工序尺寸具體計算步驟同上，現(xiàn)列表描述如下 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、工序尺寸如下表：表2-1 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 精度等級 工序尺寸（mm） 粗糙度 （um） 工序余量（mm） 最小 最大 端面 鑄件 8 CT8 167±1.3 銑削 8 IT9 6.3 7.9 9.4 底面 鑄件 3 CT8 238±1.0 銑削 3 IT9 12.5 2.815 4.185 235mm端面 鑄件 3 CT8 407±2.1 銑削 3 IT9 6.3 2.86 5.24 銑面φ80mm 鑄件 4 CT8 銑削 4 IT9 6.3 4 4.28 鏜面 鑄件 3.5 CT8 鏜削 3.5 IT11 6.3 2.6 4.54 鏜孔φ185H8 鑄件 5 CT8 半精鏜 1.5 IT8 3.2 1.21 1.572 粗鏜 3.5 IT11 6.3 3.21 3.79 鏜孔φ310mm 鑄件 7 CT8 φ303±1.1 鏜孔 7 IT12 12.5 5.9 9.81 鏜孔φ52H8 鑄件 8 CT8 φ44±1.3 半精鏜 1.5 IT8 3.2 1.31 1.546 粗鏜 6.5 IT11 6.3 5.2 6.69 鏜孔φ50H8 鑄件 5 CT8 φ45±1.0 半精鏜 1.5 IT8 3.2 1.25 1.562 粗鏜 3.5 IT11 6.3 2.5 4.75 鏜階梯孔φ82 鑄件 32 CT8 半精鏜 2 IT8 3.2 1.7 2.087 粗鏜 30 IT11 6.3 29.938 30.362 2.2 設備和工藝裝備的選擇 在設計工序時，需要具體選定所用的機床、夾具、切削工具和量具。先具體各個工序裝備選擇如下： 工序Ⅰ： 銑159mm的端面，以尺寸159的底面為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅱ：銑尺寸159兩端面，以端面為基準。同工序Ⅰ一樣查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為大面積平面選擇套式面銑刀D=160mm,d=50mm,Z=16；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅲ：銑面、，以尺寸159的一個端面為基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X51立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P271表5-44，根據(jù)加工表面為兩個側(cè)面選取圓柱形銑刀，D=60mm,d=22mm,L=63mm；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅳ：銑面，以尺寸159的底面及面為基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X52K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P271表5-44，根據(jù)加工表面為頂面選取套式面銑刀，D=80mm,d=27mm,L=36mm；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面先選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-500mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅴ：鏜面，以尺寸159的底面及面為基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P221表4-7，根據(jù)平旋盤最大加工外端面為400mm選擇T616臥式鏜床；查書《機械加工工藝手冊》P1064表4.3-63，根據(jù)加工表面的情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅵ：粗、半精鏜孔φ185mm、φ310mm ，以尺寸159的底面及側(cè)面為定位基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P221表4-7，根據(jù)最大加工孔徑及工作臺寬度，選擇T616臥式鏜床；查書《機械加工工藝手冊》P1064表4.3-63，根據(jù)加工孔的大小情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-400mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅶ：粗、半精鏜孔φ52H8 ，以φ185mm的孔及尺寸為235mm的面為定位基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P214表4-8，根據(jù)最大加工孔徑及工作臺寬度，選擇T4163坐標鏜床；；查書《機械加工工藝手冊》P1064表4.3-63，根據(jù)加工孔的大小情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅷ：粗、半精鏜孔φ50H8 ，以尺寸為235mm面及φ52mm孔為定位基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P221表4-7，根據(jù)最大加工孔徑及工作臺寬度，選擇T616臥式鏜床；查書《機械加工工藝手冊》P1064表4.3-63，根據(jù)加工孔的大小情況頂選取硬質(zhì)合金鏜刀，B=12，H=12,d=12；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 工序Ⅸ：配作螺紋孔，查書《機械制造工藝設計手冊》P221表4-7，根據(jù)零件最大尺寸及工作臺寬度，選擇C616普通車床；查書《機械制造工藝設計手冊》選擇相應螺紋孔的螺紋車刀；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；采用專用夾具夾緊加工。 2.3 確定切削用量及時間定額 工序Ⅱ:銑159mm的端面⑨、⑥ 加工要求：銑159mm兩端面，表面粗糙度6.3。 機 床：X53K立式銑床。 刀 具：套式面銑刀（B類）， D=160mm，=40mm, =56mm,H=63,mmZ=8(粗加工)，=90o。查《機械加工工藝設計實用手冊》P1099，表12-113 計算銑削用量： 1.銑削深度=4mm 2.每齒進給量 =0.1mm/z,《機械制造工藝手冊》P108表3-28，。 3.切削速度 查《機械制造工藝手冊》P113表3-30。取V=1.5m/s即90m/s。根據(jù)刀具采用套式面銑刀， 表12-113，P1099《機械加工工藝設計實用手冊》。=160 Z=8 則根據(jù) （2-1） 查閱《機械制造工藝手冊》X53K立式銑床說明P226附表4-16-1。 取=190r/min則實際切削速度： （2-2） 計算銑削工時： 當=190r/min （2-3） 取工作臺的進給量=156mm/min。查閱《機械制造工藝手冊》P226表4-16-2立式銑床X53K工作臺橫向進給量。 由于工件在工作臺上的縱向最大尺寸為428mm，立銑刀直徑為160mm?？煞譃?次走刀完成銑削。 查閱表7-7，P305《機械制造工藝手冊》可得公式： ； （2-4） ； 。 第一次走刀：l=466mm，B=140mm 則：=0.5（160-）=41.27mm =（466+41.27+3）/156=3.27min； 第二次走刀：l=502mm，B=160mm 則：=0.5（160-）=80mm =（502+80+3）/156=3.75min； 第三次走刀：l=381.33mm,B=128mm 則： =0.5（160-）=32mm =（381.33+32+3）/156=2.67min； 現(xiàn)畫三次走刀路線圖如下： 圖2-1 該工序銑削總工時既是3次走刀時間相加： T=3.27+3.75+2.67=9.69min. 輔助時間計算： 查書《機械制造工藝設計手冊》P335表7-29，1）在立式銑床上裝上及取下零件所需的輔助時間為；根據(jù)壓緊方式為壓板壓緊及工件重量為8kg所以取輔助時間為0.89min；2）查書《機械制造工藝設計手冊》P336表7-30，在立式銑床上工作時有關定程的輔助時間，根據(jù)加工性質(zhì)為粗銑及工作臺長度取0.77min；3）工作地點服務及自然需要時間服，取工序時間的4.1%；4）查書《機械制造工藝設計手冊》P337表7-32，準備結(jié)束時間為7.6 min； 因此，總的輔助時間為T=0.89+0.77+7.6+9.69×4.1%=9.66min 工序Ⅳ:銑端面φ80mm 加工要求：銑面φ80mm，表面粗糙度6.3um。 機 床：X63臥式銑床 刀 具：硬質(zhì)合金端面銑刀YG6，Z=6，=90o 計算銑削用量： 1） 銑削深度=4mm 2） 每齒進給量 =0.3mm/z,查書《機械制造工藝手冊》表3-28，P108。 3） 切削速度 查表3-30《機械制造工藝手冊》。取V=1.5m/s即90m/s。根據(jù)刀具采用套式面銑刀， 表12-113，P1099《機械加工工藝設計實用手冊》。=100，Z=6。 則 （2-5） 根據(jù)X63臥式銑床說明P228附表4-17-1取=300r/min則實際切削速度 （2-6） 當=300r/min時，工作臺每分鐘進給量查附表4-17-2，P229取=600mm/min 4) （2-7） 5) 切削工時的計算： （2-8） 查表7-7，P305《機械制造工藝手冊》。 ｌ =80mm, =0.5(100-)+2=22mm =2mm 6) 輔助時間計算： 查書《機械制造工藝設計手冊》P335表7-29，1）在立式銑床上裝上及取下零件所需的輔助時間為；根據(jù)壓緊方式為壓板壓緊及工件重量為8kg所以取輔助時間為0.89min；2）查書《機械制造工藝設計手冊》P336表7-30，在立式銑床上工作時有關定程的輔助時間，根據(jù)加工性質(zhì)為粗銑及工作臺長度取0.77min；3）工作地點服務及自然需要時間服，取工序時間的4.1%；4）查書《機械制造工藝設計手冊》P337表7-32，準備結(jié)束時間為7.6 min； 因此，總的輔助時間為T=0.89+0.77+7.6+9.69×4.1%=9.66min 工序Ⅵ：粗、半精鏜孔φ52H8 工件材料：HT200、金屬型鑄造 加工要求：粗、半精鏜孔φ52H8，表面粗糙度為3.2um 機 床：T4163坐標鏜床 刀 具：刀具材料為硬質(zhì)合金、YG8、刀桿尺寸為12mm×12mm，長度為500mm。 (一)計算切削用量： 粗鏜孔至φ50.5mm，單邊余量Z=3.25mm，=3.25mm,一次加工 確定進給量 查表3-13，P93《機械制造工藝設計手冊》，加工鑄鐵，f=0.03-0.16mm/r.根據(jù)T4163鏜床主軸進給量。取f=0.15mm/r 根據(jù)有關手冊，取V=100m/min則 （2-9） 查表4-7-1，P213《機械制造工藝手冊》。T4163坐標鏜床主軸轉(zhuǎn)速取=612r/min 鏜削工時：查P299表7-1《機械制造工藝手冊》。 （2-10） 半精鏜孔至φ52mm，單邊余量0.75mm 一次加工 確定進給量 查表3-22，P101《機械制造工藝設計手冊》 根據(jù)鏜床主軸進給量取f=0.10mm/r 查表3-19，P98《機械制造工藝設計手冊》。V=1.333-1.83m/min,取V=1.8m/s。 則 （2-11） 根據(jù)T4163主軸轉(zhuǎn)速 工時定額 P299，表7-1《機械制造工藝設計手冊》。 第三章 夾具設計 3.1 夾具的設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定設計第Ⅵ道工序。 專用夾具是為某工序而特定設計制造的夾具。它優(yōu)點是針對性強，結(jié)構簡單，剛性好，操作容易，裝夾容易，生產(chǎn)率高。缺點是設計周期長，產(chǎn)品更新?lián)Q代后往往不能繼續(xù)使用，適應性差；費用較高。 機床夾具一般由功能相互獨立而又相互聯(lián)系的以下六部分組成：1.定位元件或定位裝置。如支承釘、定位鍵、定位銷等。2.夾緊元件或夾禁裝置，它一般由動力裝置（油缸、汽缸等）、中間傳力機構和夾緊元件（壓板、鉤板等）組成。3.對刀或引導元件，它是保證夾具相對刀具的正確的位置，如對刀塊、鉆套、鏜套等。4.夾具體，它與機床有關部件相連接，以確定夾具相對于機床的位置。5.連接元件，確定夾具在機床上的正確位置，如定位鍵、定位銷、螺釘、螺栓等。6.其它元件或裝置，適用于有特殊要求的元件，如分度裝置、上下料裝置等。 設計鏜φ52H8孔工序的專用夾具，夾具用于T4163坐標鏜床，刀具為硬質(zhì)合金鏜刀，利用鏜桿對孔進行鏜削。 工件的定位原理 自由物體在空間直角坐標系中有六個自由度，即沿OX,OY,OZ三個軸向的平動自由度和三個繞軸的轉(zhuǎn)動自由度。要使工件在夾具體中具有準確和確定不變的位置，則必須限制六個自由度。工件的六個自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六個，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在生產(chǎn)中，為了調(diào)整和控制不可避免產(chǎn)生的應力和變形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。 ①、以工件的平面為基準進行定位時，常采用擋鐵、支撐釘進行定位 ②、工件以圓孔內(nèi)表面為基準進行定位時常采用銷定位器 ③、工件以圓柱外表面為基準進行定位時常采用V形鐵定位器 ④、利用以定位工件的輪廓對被定位工件進行定位可采用樣板定位器 零件工序圖如下： 圖3-1 “減速箱體”用定位釘和圓銷定位。底面兩個支承釘限制了Z方向的移動自由度與X方向的轉(zhuǎn)動，擋板上的支承釘限制了Y方向移動以及繞Y、Z軸的轉(zhuǎn)動，圓銷限制了Y、Z兩個方向的移動，螺旋夾緊器機構夾緊，共限制了6個自由度。分析見上圖3-1。 3.2夾緊裝置的組成及設計要求 夾緊工件的方式是多種多樣的，因而夾緊裝置的結(jié)構也是千變?nèi)f化的。夾緊裝置一般分為簡單夾緊裝置與復合夾緊裝置兩類。夾緊裝置一般由以下三大部分組成： 3.2.1動力源 在夾具中產(chǎn)生原始作用力的機構稱為動力源。有手動與機動兩類，采用機動夾緊的動力源，是為了減少輔助時間，減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)率。本夾具采用機動液壓夾緊的動力源。 3.2.2中間傳力機構 它是將動力源產(chǎn)生的原始作用力傳遞給夾緊元件的機構稱為傳力機構。有螺旋機構、鉸鏈機構、偏心機構等。本夾具采用螺旋機構。 3.2.3夾緊元件 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。它通過與工件被夾表面直接接觸來實現(xiàn)夾緊的功能，如壓板、壓頭等。本夾具采用鉤形壓板。 鉤形壓板的計算如圖： 圖3-2 壓板回轉(zhuǎn)時沿圓柱轉(zhuǎn)過的弧長S （3-1） d-鉤形壓板導向部分直徑mm φ-壓板回轉(zhuǎn)角度 壓板回轉(zhuǎn)時的升程 （3-2） β-壓板螺旋槽的螺旋角 β為90° k-壓板升程系數(shù) k=0.94 3.3鏜模導向裝置的設計 采用鏜模鏜孔，孔的位置尺寸精度除了采用剛性主軸加工外都是依靠鏜模導向來保證的，而不決定于機床成形運動的精度。鏜模導向裝置的布置，結(jié)構和制造精度是保證鏜模精度的關鍵。 3.3.1導向支架的布置方式 單面后導向 導向支架布置在刀具的后方，刀具與主軸剛性連接。加工＞D的長孔時，刀具導向部分直徑d應小于所加工的孔徑D。這是因為，此時鏜桿能進入孔內(nèi)，可以減少鏜桿的懸伸量和利于縮短鏜桿長度。 圖3-3 單面后導向 3.3.2鏜套的結(jié)構形式 固定式鏜套 它是固定在鏜模的導向支架上，不能隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動。刀具或鏜桿在鏜套內(nèi)既有相對轉(zhuǎn)動又有相對移動。它具有外形尺寸小、結(jié)構簡單、中心位置準確的優(yōu)點。為了減少鏜套與鏜桿的磨損，一般帶有潤滑油孔，用油槍注油潤滑。 3.3.3鏜桿 1） 鏜桿導向部分 采用開有直槽和開有螺旋槽的導向。這種導向與導套接觸面積小，并有在溝槽中能存屑的優(yōu)點，采用上述導向結(jié)構時，切削速度不宜超過20米/分，因此采用這種導向結(jié)構的鏜桿直徑一般不大于60毫米。 2） 鏜桿直徑 確定鏜桿直徑時，在考慮到鏜桿剛度的同時，還要考慮到鏜桿和工件孔之間應留有足夠的容屑空間。鏜桿直徑一般選取 ， 在設計鏜桿時，鏜孔直徑D、鏜桿直徑d、鏜刀截面B×B之間一般按表考慮； 查書《機床夾具設計》P140表5-4，取D=52mm、d=40mm、B×B=12×12 3） 鏜桿材料及技術要求 鏜桿要求表面硬度而內(nèi)部有較好的韌性。因此鏜桿材料多采用45鋼。 鏜桿的導向部分的公差，粗加工采用db,精加工采用db1;鏜桿在500毫米長度內(nèi)彎曲小于0.01毫米；裝刀的刀孔對鏜桿的不對稱度不大于0.01-0.1毫米，不垂直度不大于0.01-0.02/100，刀孔光潔度一般為； 3.4 切削力與夾緊力的計算 3.4.1切削力的計算 刀具材料為：硬質(zhì)合金 鏜削力的計算：見表1-2-3，P32《機床夾具設計手冊》。 修正系數(shù) S — 每轉(zhuǎn)進給量 t — 切削深度 V — 切削速度 表1-2-4 ，P33《機床夾具設計手冊》 在 （3-3） 在 （3-4） 在 （3-5） 查表1-2-6中《機床夾具設計手冊》P33。 主 偏 角 =45° 1.0 1.0 1.0 前 角 =10° 1.0 1.0 1.0 刀 傾 角 =0° 1.0 1.0 1.0 刀尖圓弧半徑 r = 0.5mm 0.87 0.66 1.0 鏜削力： （3-6） （3-7） （3-8） 3.4.2夾緊力的確定 確定一個機構的夾緊力,即確定夾緊力的大小,方向和作用點。它必須通過綜合分析工件的結(jié)構特征、加工要求、工件的定位方案以及工件在加工過程中所受外力來確定。 1．確定夾緊力作用方向原則 夾緊力的作用方向不僅影響工件的加工精度，而且還影響工件夾緊的實際效果。0確定夾緊力方向應考慮以下三點：一是夾緊力的作用方向不應破壞工件的即定位置；二是夾緊力的作用方向應使夾緊力盡可能最小。 本夾具作用方向為向下。 2．確定夾緊力作用點的原則 夾緊力作用點是夾緊元件與工件接觸點處的面積。確定夾緊力作用點是指夾緊力方向已經(jīng)確定后，來確定作用點的位置、數(shù)目及面積。 本夾具的作用點為兩個點。 3．夾緊力大小的確定 夾緊力的大小關系到夾具使用的可靠性、安全性及工件的變形量。夾緊力過小加工過程中工件位置將發(fā)生變動，夾緊力過大將使將使工件產(chǎn)生變形。因此也不能過大。 一套夾具的實際所需夾緊力的計算是一個很復雜的問題，為了簡化計算，一般只考慮切削力對夾緊力的影響，并假定工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過程是連續(xù)穩(wěn)定的。 根據(jù)靜力平衡原理計算出理論夾緊力W，在乘上安全系數(shù) K即的實際夾緊力數(shù)值。 在計算夾緊力時,必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù)，其中為1.5—2 —粗加工取1.2，精加工取1 —刀具鈍化系數(shù)；取1.1—1.3 —斷續(xù)切削系數(shù)，連續(xù)取1 則粗加工安全系數(shù)K=1.2×1.7×1.2×1=2.45 鏜削及夾緊力分析圖如下： 圖3-4 方向所需夾緊力 （3-9） 方向所需夾緊力 （3-10） 方向所需夾緊力 （3-11） 則 W（即為運動方向所需夾緊力總和） 3.4.3液壓系統(tǒng)的設計 活塞作用力P的近似計算查書《機床夾具設計手冊》P182表1-6-7； （3-12） 為沿活塞運動方向的夾緊力所要求的作用力總和；既為前面所算W為4181N 為考慮各種損失的有效系數(shù)，通常取 查書《機床夾具設計手冊》P183表1-6-8；液壓缸內(nèi)徑D的計算 （3-13） P-活塞最大作用力 p-油缸工作壓力取2.5-5.0MPa 往復式活塞油缸，推力工作時的缸徑。 P=5226N p=3MPa 查書《機床夾具設計手冊》P183表1-6-8；無桿腔最大流量 （3-14） D為油腔內(nèi)徑；V1為無桿腔工作時活塞速度（m/min）根據(jù)工作需要確定取為2m/min 活塞桿直徑d=0.5D 查表3-1《液壓與氣壓傳動》 缸筒內(nèi)徑尺寸取50mm ，GB/T2348-1993，則活塞桿直徑d=0.5D=25mm 活塞長度0.6-1D 活塞桿導向長度0.6-1.5d 查書《液壓與氣壓傳動》P67；工作腔有效工作面積 （3-15） F為活塞作用力為5226N， P為油缸工作壓力取3MPa； 查書《液壓與氣壓傳動》P67實際工作壓力（液壓缸） （3-16） F為活塞作用力為5226N D為油腔內(nèi)徑為50mm； 查書《機床夾具設計手冊》P182表1-6-7；油流量計算 （3-17） 為活塞最大移動速度（m/min），F(xiàn)為活塞有效工作面積( )； 查書《液壓傳動》P75，油缸端蓋螺栓驗算： 螺栓直徑 （3-18） F —液壓缸負載 —擰緊系數(shù) Z—固定螺栓個數(shù) 為材料屈服極限 查書《液壓傳動》P75，活塞桿直徑校核： （3-19） F活塞桿作用力 [σ]材料許用應力 3.5定位誤差的分析與計算 由于工件定位所造成的加工面相對其工序基準的位置誤差簡稱定位誤差，以表示。對夾具設計中采用的某一定位方案,只要其可能產(chǎn)生的定位誤差小于工件相關尺寸或位置公差的1/3,或滿足前述,見書《機械制造技術基礎》P163；即可認為該定位方案符合加工精度的要求.在加工時夾具相對刀具及切削成形運動的位置經(jīng)調(diào)整后不在變動，因此可以認為加工面的位置是固定的，在這種情況下，加工面對其工序基準位置誤差必然是工序基準的位置變動所造成的。造成定位誤差的原因是基準位置誤差與不重合誤差。查書《機械制造技術基礎》P165， 本工件是以端面及孔為定位基準，消除五個自由度，用短圓柱銷對孔及端面定位；再用鉤形壓板壓緊。 本夾具采用銷定位，銷放置于定位板上，限制了工件的上下垂直方向位置的移動，而使工件水平位置不會變動；因此基準位置無變動，；而且定位基準與工序基準重合是同一個基準，因此。 定位誤差分析如下圖： 圖3-5 3.6夾具設計與操作的簡要說明 3.6.1夾具體方式的確定 ????夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機構、裝置連接成一個整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。因此，夾具體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。在設計夾具體時應滿足以下基本要求。 ?①、具有足夠的強度和剛度。 ②、結(jié)構簡單、輕便，在保證強度和剛度前提下結(jié)構盡可能簡單緊湊，體積小、質(zhì)量輕和便于工件裝卸。 ③、安裝穩(wěn)定牢靠。 ④、結(jié)構的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗 ⑤、尺寸要穩(wěn)定且具有一定精度。 ⑥、清理方便。 夾具體毛坯制造方法的選擇?? 綜合考慮結(jié)構合理性、工藝性、經(jīng)濟型、標準化以及各種夾具體的優(yōu)缺點等，選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體； 夾具體的外形尺寸?? 在繪制夾具總圖時，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置及其輔助機構在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。然后進行造型設計，再根據(jù)強度和剛度要求選擇斷面的結(jié)構形狀和壁厚尺寸。夾具體的壁厚30mm，長度326mm，寬度128mm；根據(jù)設計要求，夾具體上設計有螺孔、銷孔，并且要求定位件和夾緊機構的銷孔在裝配時配作。 3.6.2夾具的精度要求 夾具的精度都應比工件要求的精度高，才能加工出合格的工件。精度高出的部分稱為夾具的精度儲備或精度裕度。精度裕度用來補償加工中的各項誤差及定位、導向元件的磨損。當然精度裕度越大，加工工件的質(zhì)量越穩(wěn)定，夾具的易損件的使用壽命也越長。但從另一方面看，精度裕度越大，必須要求夾具的制造精度越高，從而會急劇增加夾具的制造成本，工件的加工成本也隨之增加；反之，夾具制造的精度越小，將會使夾具在夾具中易損件〔主要是定位、導向元件〕需頻繁地更換，維修周期短，增加維修費用，從而增加了工件的加工成本。所以夾具精度的設計準則是：應使夾具的設計精度與工件的加工精度要求相適應，不可盲目地提高夾具的精度要求。但多大的 經(jīng)濟裕度才算合適呢？從原則上講對加工精度要求高的工件，夾具的精度只能略高于工件要求的加工精度，即減小夾具的經(jīng)濟裕度。這雖然會使易損件使用期限縮短，更換頻繁，但仍比提高夾具的制造精度經(jīng)濟、合理。對加工精度要求不高的工件，夾具的設計精度要求應以夾具制造車間的平均經(jīng)濟精度為下限而不必過低。 3.6.3夾具使用注意事項、保養(yǎng)及維護 （1）使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置； （2）如果擋銷磨損超差，可以進行打磨修復；如果擋板、插銷、支承釘磨損超差，可以重新組裝，錯開磨損部