A7V型泵缸体壳体加工工艺及铣上端面夹具设计（全套含CAD图纸）
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沈阳理工大学学士学位论文 50 附录 二 ：中文翻译 通过夹具布局设计和夹紧力的优化控制变形 摘 要 工件变形必须控制在数值控制机械加工过程 之中 。夹具布局和夹紧力是 影 响加工变形程度和分布的 两个主要方面 。在 本文提出了一种多目标模型的建立，以减低 变形的 程度 和增加 均匀变形 分布 。有限元方法 应用 于分析变形。遗传算法发展是为了解决优化模型。最后举了一个例子说明，一个令人满意的结果被求得 ， 这是远优于经验之一的。多目标模型可以减少加工变形有效地改善分布状况。 关键词 ：夹具布局；夹紧力； 遗传算法；有限元方法 1 引言 夹具设计在制造工程中是一项重要 的程序。这对于加工精度是至关重要。一个工件应约束在一个带有夹具元件，如定位元件，夹紧装置，以及支撑元件的夹具中加工。定位的位置和夹具的支力，应该从战略的设计，并且适当的夹紧力应适用。该夹具元件可以放在工件表面的任何可选位置。夹紧力必须大到足以进行工件加工。通常情况下，它在很大程度上取决于设计师的经验，选择 该夹具元件的方案 ，并确定夹紧力。因此，不能保证由此产生的解决方案是 某一特定的工件的 最优或接近最优 的方案。 因此，夹具布局和夹紧力优化成为 夹具设计方案的两个主要方面 。 定位和夹紧装置和 夹紧力 的值都应 适当的选择和 计算 ， 使由于夹紧 力 和切削力 产生的工件变形尽量减少和非正式化 。 夹具设计 的目的 是要找到 夹具元件关于工件和最优的夹紧力的 一个最优 布局或方案 。在这篇论文里 ， 多目标优化方法是代表了 夹具布局设计和夹紧力的优化 的方法 。 这个观点是具有两面性的。 一，是尽量减少 加工表面最大的弹性变形 ； 另一个是尽量均匀变形。 件包 是用来计算 工件 由于夹紧力和切削力 下产生的变形。遗传算法是 发达且 直接 的搜索工具箱，并且被应用于 解决优化问题。最后还给出了一个 案例 的 研究 ，以阐述对所提算法 的应用。 沈阳理工大学学士学位论文 51 2 文献回顾 随着优化方法在工业中的广泛运用，近几年 夹具设计优化已获得了更多的利益。夹具设计优化包括夹具布局优化和夹紧力优化。 出了一种 使用刚体模型的夹具 用了一个刚性体模型，为最优夹具布局和最低的夹紧力进行分析和综合。 他提出了基于支持布局优化的程序与计算质量的有限元计算法 。李和 了一个非线性编程方法和一个联络弹性模型解决布局优化问题。两年后， 他们提交了一份 确定关于多钳夹具受到准静态加工力的夹紧力优化的方法。他们还提出了一关于夹 具布置和夹紧力的最优的合成方法，认为工件在加工过程中处于动态。相结合的夹具布局和夹紧力优化程序被提出，其他研究人员用有限元法进行夹具设计与分析。蔡等对 括合成的夹具布局的金属板材大会的理论进行了拓展。 秦等人建立了一个与夹具和工件之间弹性接触的模型作为参考物来优化夹紧力与，以尽量减少工件的位置误差。 交了一份 基于模型的 框架 以 确定所需的最低限度夹紧力，保证了 被夹紧 工件在加工 的动态稳定 。 大部分的上述研究使用的是非线性规划方法，很少有全面的或近全面的最优解决 办法。 所有的夹具布局优化程序必须从一个可行布局开始。 此外，还得到了对这些模型都非常敏感的初步可行夹具布局的解决方案。 夹具优化设计的问题是非线性的，因为目标的功能和设计变量之间没有直接分析的关系。例如加工表面误差和夹具的参数之间（定位、夹具和夹紧力）。 以前的研究表明，遗传算法（ 在解决这类优化问题中是一种有用的技术。吴和陈用遗传算法确定最稳定的静态夹具布局。石川和青山应用遗传算法确定最佳夹紧条件弹性工件。 基于优化夹具布局的遗传算法中使用空间坐标编码。他们还提出了针对主要竞争夹具 优化方法相对有效性的广泛调查的方法和结果。这表明连续遗传算法取得最优质的解决方案。 展了一个夹具布局优化技术，用遗传算法找到夹具布局，尽量减少由于在整个刀具路径的夹紧和切削力造成的加工表面的变形。 定位器和夹具位置被节点号码所指定。 人还提出了一种迭代算法，尽量减少工件在整个切削过程之中由不同的夹具布局和夹紧力造成的弹性变形。 人建成了一个分析模型，认为定位和夹紧装置为同一夹具布局的要素灵活的一部分。 论了混合学习系统用来非 线性有限元分析与支持相结合的人工神经网络（ 和 人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形，遗传算法被用沈阳理工大学学士学位论文 52 来确定最佳锁模力。 议将 迭代算法和人工神经网络结合起来发展夹具设计系统。 迭代算法和有限元分析，在二维工件中找到最佳定位和夹紧位置，并且把碎片 的效果考虑进去。 周等人。提出了基于遗传算法的方法，认为优化夹具布局和夹紧力的同时，一些研究没有考虑为整个刀具路径优化布局。一些研究使用节点数目作为设计参数。 一些研究解决夹具布局或夹紧力优化方法，但不能两者都同时进行。 有几项研究摩擦和 碎 片 考虑进去了。 碎片 的移动和摩擦接触的影响对于实现更为现实和准确的工件夹具布局校核分析来说是不可忽视的。 因此将 碎片 的去除效果和摩擦考虑在内以实现更好的加工精度是必须的。 在这篇论文中，将摩擦和 碎片 移除考虑在内，以达到加工表面在夹紧和切削力下最低程度的变形。 一多目标优化模型被建立了。一个优化的过程中基于 有限元法提交找到最佳的布局和夹具夹紧力。 最后，结果多目标优化模型对低刚度工件而言是比较单一的目标优化方法、经验和方法。 3 多目标优化模型夹具设计 一个可行的夹具布局 必须 满足三限制。 首先，定位和夹紧装置 不能 将 拉伸势力 应用到 工件 ； 第二，库仑摩擦约束必须 施加 在所有夹具 夹具元件 位置必须在候选位置。 为一个问题涉及夹具元件 化问题可以在数学上仿照如下 ： 这里的 工区域在加工当中 其中 沈阳理工大学学士学位论文 53 是 j 的平均值； i 次的接触点； 是静态摩擦系数； 切向力在 i 次的接触 点 ； i)是 i 次的接触点； i 次接触点； 整体过程如图 1 所示， 一要设计一套可行的夹具布局和优化的夹紧力。最大切削力在切削模型和切削力发送到有限元分析模型中被计算出来。优化程序造成一些夹具布局和夹紧力，同时也是被发送到有限元模型中。在有限元分析座内，加工变形下，切削力和夹紧力的计算方法采用有限元方法 。 根据某夹具布局和变形 ， 然后发送给优化程序，以搜索为一优化夹具 方案。 图 1 夹具布局和夹紧力 优化过程 4 夹具布局设计和夹紧力的优化 遗传 算法 遗传算法（ 是基于生物再生产过程的强劲，随机和启发式的优化方法。 基本思路背后的遗传算法是模拟 “生存的优胜劣汰 “的现象。 每一个人口中的候选个体指派一个健身的价值，通过一个功能的调整，以适应特定的问题。 遗传算法，然后进行复制，交叉和变异过程消除不适宜的个人和人口的演进给下一代。 人口足够数目的演变基于这些经营者引起全球健身人口的增加 和优胜个体代表全最好的方法。 遗传算法程序在优化夹具设计时需夹具布局和夹紧力作为设计变量，以生成字符串代表不同的 布置。 字符串相比染色体的自然演变，以及字符串，它和遗传算法寻找最优，是映射到最优的夹具设计计划。在这项研究里，遗传算法和 直接搜索工具箱是被运用的。 沈阳理工大学学士学位论文 54 收敛性遗传算法是被 人口大小 、交叉的概率和概率突变所控制的 。只有当在一个人口中功能最薄弱功能的最优值没有变化时， 到一个预先定义的价值 或有多少几代氮，到达演化的指定数量上限 没有遗传算法停止。 有五个主要因素，遗传算法，编码，健身功能，遗传算子，控制参数和制约因素。 在这篇论文中，这些因素都被选出如 表 1 所列。 表 1 遗传算法参数的选择 由于遗传算法可能产生夹具设计字符串，当受到加工负荷时不完全限制夹具。 这些解决方案被认为是不可行的，且被罚的方法是 用来驱动遗传算法，以实现一个可行的解决办法。 1 夹具设计的计划被认为是不可行的或无约束，如果反应在定位是否定的。在换句话说，它不符合方程（ 2）和（ 3）的限制。 罚的方法基本上包含指定计划的高目标函数值时不可行的 。因此，驱动它在连续迭代算法中的可行区域。 对于约束（ 4） ，当遗传算子产生新个体或此个体已经产生，检查它 们是否符合条件是必要的。 真正的候选区域是那些不包括无效 的区域。在为了简化检查，多边形是用来代表候选区域和无效区域的。 多边形的顶点是用于检查。 “在 功能可被用来帮助检查。 有限元分析 件包是用于 在这方面的研究 有限元分析计算 。 有限元模型是一个考虑摩擦效应的半弹性接触模型，如果材料是假定线弹性。 如图 2 所示，每个位置或支持，是代表三个正交弹簧提供的制约。 图 2 考虑到摩擦的半弹性接触模型 沈阳理工大学学士学位论文 55 在 x ， y 和 z 方向和每个夹具类似，但定位夹紧力在正常的方向。 弹力在自然的方向即所谓自然弹力，其余两个弹力即为 所谓的切向弹力。 接触弹簧刚度可以 根据向赫兹接触理论 计算 如下 ： 随着夹紧力和夹具布局的变化，接触刚度也不同，一个合理的线性逼近的接触刚度可以从适合上述方程的最小二乘法得到。 连续插值，这是用来申请 工件的有限元分析模型的 边界条件 。在图 3中说明了夹具元件的位置，显示为黑色界线。 每个元素的位置被其它四或六最接近的邻近节点 所包围。 图 3 连续插值 这系列节点，如黑色正方形所示，是（ 37， 38， 31和 30 ），（ 9， 10 ， 11 ， 18，17号和 16号）和（ 26， 27 ， 34 ， 41， 40和 33 ）。 这一系列弹簧单元，与这些每一个节点相关联。对任何一套节点，弹簧常数 是： 这里， 弹簧刚度在的 j i 次夹具元件， i 次夹具元件和的 J 弹簧刚度在一次夹具元件位置 , i 是周围的 i 次夹具元素周围的节点数量 为每个加工负荷的一步，适当的边界条件将适用于工件的有限元模型。 在这个 工作里 ，正常的弹簧 约束在这三个方向（ X ， Y ， Z ）的和 在切方向 切向弹簧约束， （ X ， Y ） 。 夹紧力是适用于正常方向（ Z）的夹紧点。整个刀具路径是模拟为每 个夹具设计计划所产生的遗传算法应用的高峰期的 X ， Y ， z 切削力顺序到元曲面，其中刀具通沈阳理工大学学士学位论文 56 行 证。 在这工作中，从刀具路径中欧盟和去除 碎片 已经被考虑进去。在机床改变几何数值过程中，材料被去除，工件的结构刚度也改变。 因此，这是需要考虑 碎片 移除的影响。有限元分析模型，分析与重点的工具运动和碎片 移除使用的元素死亡技术。 在为了计算健身价值，对于给定夹具设计方案，位移存储为每个负载的一步。 那么，最大位移是选定为夹具设计计划的健身价值。 遗传算法的程序和 间的互动实施如下。 定位和夹具的位置以及夹紧力 这些参 数写入到一个文本文件。那个输入批处理文件 件可以读取这些参数和计算加工表面的变形。 因此， 健身价值观，在遗传算法程序，也可以写到当前夹具设计计划的一个文本文件。 当有大量的节点在一个有限元模型时，计算健身价值是很昂贵的。 因此，有必要加快计算遗传算法程序。作为这一代的推移，染色体在人口中取得类似情况。在这项工作中，计算健身价值和 染色体存放在一个 据库。 遗传算法的程序，如果目前的染色体的健身价值已计算之前，先检查；如果不，夹具设计计划发送到 则健身价值观是直接从数据库 中取出。 啮合的工件有限元模型 ，在每一个计算时间保持不变。每计算模型间的差异是边界条件，因此，网状工件的有限元模型可以用来反复 “恢复 ”令 。 5 案例研究 一个关于低刚度工件的铣削夹具设计优化问题 是被显示在前面的论文中，并在以下各节加以表述。 工件的几何形状和性能 工件的几何形状和特点显示在图 4 中，空心工件的材料 是铝 390 与泊松比 71杨氏模量。 外廓尺寸 27件 顶端内壁的三分之一 是经铣削及其刀具轨迹，如 图 4 所示 。 夹具元件中应用到的 材料 泊松比 杨氏模量的220 的合金钢。 沈阳理工大学学士学位论文 57 图 4 空心工件 模拟和加工的运作 举例将工件进行周边铣削，加工参数在表 2 中给出。 基于这些参数，切削力的最高值被作为工件内壁受到的表面载荷而被计算和应用 ，当工件处于 n（切）、 （下径向）和 （下轴） 的切削位置时。 整个刀具路径被 26 个工步所分开，切削力的方向被刀具位置所确定 表 2 加工参数和条件 。 夹具设计方案 夹具在加工过程中夹紧工件的规划如图 5 所示。 图 5 定位和夹紧装置 的可选区域 沈阳理工大学学士学位论文 58 一般来说， 3位原则是夹具设计中常用的。夹具底板限制三个自由度，在侧边控制两个自由度。这里， 在 Y=0面上 使用了 4 个定点（ 14 ），以定位工件并限制 2 自由度；并且在 Y=127相反面上，两个压板（ 2）夹紧工件。 在正交面上，需要一个定位元件限制其余的一个自由度，这在优化模型中是被忽略的。在表 3 中给出了定位加紧点的坐标范围。 表 3 设计变量的约束 由于没有一个简单的一体化程序确定夹紧力，夹紧力很大部分 （ 初始阶段被假设为每一个夹板上作用的力。且从符合例 5的最小二乘法，分别由 07 N/m 和 07 N/m 得到了正常切向刚度。 遗传控制参数和 惩 罚函数 在这个例子中， 用到了 下列参数值： 0, 00和 的惩罚函数是 这里 以被 代表。当 到 6 时， 优化结果 连续优化的收敛过程如图 6所示。且收敛过程的相应功能 （ 1） 和 （ 2） 如图 7、图8 所示。 优化设计方案在表 4 中给出。 沈阳理工大学学士学位论文 59 图 6 夹具布局和夹紧力优化程序 的 收敛性遗传算法 图 7 第一 个 函数值 的收敛 图 8 第二个函数值 的收敛性 表 4 多目标优化模型的结果 表 5 各种夹具设计方案结果进行比较， 结果 的 比较 从单一目标优化和经验设计中得到的夹具设计的设计变量和目标函数值，如表 5所示。 单一目标优化的结果，在论文中引做比较。 在例子中，与经验设计相比较，单一目标优化方法有其优势。 最高 变形减少了 ，均匀变形增强了 。最高夹紧力的值也减少了 。从多目标优化方法和单目标优化方法的比较中可以得出什么呢？最大变形减少了 ，均匀变形量增加了 ，最高夹紧力的值 减少了沈阳理工大学学士学位论文 60 。加工表面沿刀具轨迹 的变形分布如图 9所示。很明显，在三种方法中，多目标优化方法产生的变形分布最均匀。 与结果比较，我们确信 运用最佳定位点分布和最优夹紧力来减少工件的变形。图 10示出了一实例夹具的装配。 图 9 沿刀具轨迹 的变形分布 图 10 夹具配置 实例 6 结论 本文介绍了 基于 有限元 的 夹具布局设计和夹紧力的优化程序 设计。 优化程序是多目标 的： 最大限度地减少加工表面 的 最高变形和最大限度地 均匀 变形 。 健身价值的有限元计算。 对于 夹具设计优化的问题 ， 有限元分析 的结合被证明是一种很有用的方法 。 沈阳理工大学学士学位论文 61 在这项研究中，摩擦的影响和 碎片 移动都被考虑到了。为了减少计算的时间，建立了一个染色体的健身数值的数据库， 且网状工件的有限元模型是优化过程中多次使用的。 传统的夹具设计方法是单一目标优化方法或经验 。此研究结果表 明， 多目标优化方法 比起其他两种方法 更有效地减少变形和均匀变形 。这对于在数控加工中控制加工变形是很有意义的 。 参考文献 1、 S， 1993 年） 自动化装配线上棱柱工件最佳装夹定位生成的理论方法 。 C (1995) 优化机床夹具表现的 荷模型 。 2、 C (1998) 快速支持布局优化 。 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 3、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化和其对 工件的定位精度 的影响。 4、 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 5、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化 和其对工件定位精度的影响。 6、 , N (2001) 最优夹具设计计算工件动态的影响。 7、 D, S (1987) 灵活装夹系统的有限元分析。 8、 J, R (1991) 运用优化方法在夹具设计中选择支位。 9、 , J, X (1996) 变形金属板材的装夹的原则、算法和模拟。 10、 H, H, L (2005) 夹具装夹方案 的建模和优化设计。 11、 Y, N (2006) 动态稳定装夹中夹紧力最小值的确定。 12、 H, C (1996) 基于遗传算法 的夹具优化配置方法。 13、 , (1996) 借助遗传算法对装夹条件的优化。 14、 , C, , et 2002) 一项关于 空间坐标对 基于遗传算法的夹具优化问题的作用的调查。 15、 , C, , et 2002) 夹具布局优化方法 成效的调查。 16、 , N (2000) 利用遗传算法 优化加工夹具的布局。 17、 , , N (2002) 利用遗传算法 优化夹紧布局和夹紧力。 18、 M, J, Q (2004) 基于遗传算法的柔性装配夹具布局 的 建模与优化 。 沈阳理工大学学士学位论文 62 19、 (2005) 通过一种人工神经网络和遗传算法 混合的系统设计智能夹具。 20、 S, , C (2001) 采用遗传算法 固定装置的概念设计。 21、 (2006) 利用遗传算法 优化加工夹具的定位和夹紧点。 22、 L, H, H (2005) 遗传算法用于优化夹具布局和夹紧力。 23、 , (2003) 碎片 位移和摩擦接触的运用对工件夹具布局的校核。 i & 2 007 /4 007# 007be in of In a to of to of to A to a is to is an in It is to be in a as of be be be on be it on s to to is no or a in of be to is of is to an or of In is is is to of is to of is to of A is to is to of of in a . . *)o. 29, 10016, a of 1. a of 2. a 3. Li a a 4. a a 5. of . A , 8 EM 9 8of et 10 an to to of 11 a of of or of an to is of A) a in 213 A to an 14 to in A of of an of 15. 16 a A to of et 17 an by et 18 up as 19 a EA a of A. NN to 20 to A NN a 21 EM to D et 22 a GA of of as of or of be 23, so it is to to to of of to A is A EM to of is a to be at of be in a n be as 12:; :; s ; j 1; 2; :; n 12 3i 1; 2; :; p 4to at in of j is at is of at i) is i) is of is 1 to to is in is to to EA is a to to on A is to in is a a to A of on to in of A to as to of A to In A is by of Pc)of no of in a a or N, A A, In as A is to is to A to a A is if at it in ). 1 As a to it to A. 4), by or is it is to up In to to of be to is in is As 2, or is by in , Y is to in in be 8 as 65of s at of A be a to is to to EA 2 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 2829 30 31 32 33 34 3536 37 38 39 40 41 4243 44 45 46 47 48 493 4 A of nd 5.4 of 00mm/of of 5.4 00 3. as is or by 37, 38,31 0, 9, 10, 11, 18, 17 6 26, 27, 34, 41,40 3. A of to of at it,at of to be to In in X, Y, Z)in X, Y). in Z) at by by , Y, Z 23is of so of it is to EA is to In to a is A as of to a of A be to a is to up A As in In in a GA if s of EA is EA be of a in 16, 18, 22 is in 5 of / / / 0 0 of 4. of is a .3 s 52.4 27 6.2 of an is 4. of is a .3 s 20 is on of . on of as on at ( ( ( is 6 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 要 这次毕业设计内容涵盖了机械加工工艺和机床专用夹具设计、金属切削机床、公差尺寸与机械测量等各个方面的内容。 支撑壳体加工工艺及其 铣上端面 的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、加工工序设计及专用夹具设计这三部分。机械加工工艺设计是在机械制造技术等专业课程所学的理论知识上，发挥专业知识解决实际生产问题的一次实践训练。机械制造技术定义：机械的生产过程中，改变生产对象的形状，尺寸，相对位置和性质等使其称为半成品或者成品的工艺过程。以工艺文件的形式确定下来的工艺过程叫做工艺规程。将铸件，锻件毛坯或者钢材经过机械 加工的方法，改变它们的形状，尺寸，表面质量，使其称为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。在工艺设计中，要对零件进行了解，了解零件的作用，应用场合，分析它的技术要求，这样可以保证零件的加工质量，还可以提高其生产效率。要研究零件毛培的工艺结构，制定出粗精基准，在设计出对应的加工工艺过程，完成工艺过程卡；然后按照工艺过程卡的要求，测量计算毛培每个工步所需的加工机床设备及其切削用量；然后按照所需加工要求，设计该机床的专用夹具，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；设计的夹具尽量操作方便，加紧稳定，从而改善加工强度来获得更好的经济效益。 关键词 ：切削用量；定位；误差 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 of of of is a of of is in in of to of of of of is or In of to is or of of as To of of in of in of To in a in of in of of to of of as a as to to so as to to he 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 V 目 录 摘 要 . . 录 . V 2 零件的分析 . 2 件的作用 . 2 具的作用 . 2 件的工艺分析 . 3 件工艺流程概念 . 3 体工艺分析 . 3 3. 工艺规程设计 . 5 械加工工艺规程内容 . 5 定毛坯的制作形式 . 5 坯的设计 . 6 面和基准的设计 . 7 面的概念 . 7 基准的选择 . 8 定工艺路线 . 9 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 10 确定切削用量及基本工时 . 铣上端面夹具设计 . 20 . 20 . 20 位计算 . 20 . 20 . 20 . 21 5. 结论与展望 . 23 论 . 23 足之处与未来展望 . 24 致 谢 . 26 参 考 文 献 . 27 支撑壳体工艺工装设计 1 1. 绪 论 机械制造业指从事各种动力机械、 起重运输机械 、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。机械制造业为整个国民经济提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一。 机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备。据统计美国 60%财富来自制造业，俄罗斯占 48%,中国制造业在工业总产值中也占有 40%。制造业是国家立国之本，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 壳体的加工工艺规程及其 铣上端面 夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。壳体是组成机器或部件的主要零件之一，对其他零件有支撑和 保护的作用。壳体部分常设计有安装轴密封盖，轴承盖等零件的凸台，凹坑，沟槽等。因此结构复杂。壳体的加工质量不仅影响其装配进度和运动进度，而且影响机器工作精度，使用寿命，性能等。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，提高加工效率，减轻劳动强度，也保证零件加工精度。 本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次 设计。 2 2 零件的分析 件的作用 图 件图 这个零件是一个支撑壳体类型的零件，这种零件内部可以存放和保护其他零件，这个零件的作用是可以和其他的零部件进行装配链接，以实现连接过度作用。零件通过四个底孔与其他的零件相连接。 机床夹具的作用 夹具是机械加工中的一种工艺设备，它在机械加工中起着十分重要的作用，主要有以下的几个方面： 1）便于工件的正确定位，以保证加工精度 1 工件装夹在夹具上后，工件上各有关的几何元素（点、线 、面）之间的相互位置精度在一定程度上就由夹具保证。当夹具在机床上正确定位及固定以后，工件在夹具中又得到正确定位并被夹紧，这样就保证了再加工过程中 “同批 ”工件对刀具和机床保持确定的相对位置，使加工得以顺利进行。 2）提高劳动生产效率和降低加工成本 支撑壳体工艺工装设计 3 采用夹具以后，可以省去即十分费时又不很紧缺的划线、找正工序，减少了辅助时间。若采用联动夹具装置、快速夹紧装置，既能降低劳动强度，又能提高生产效率。例如采用气压、液压等传动装置，只需要几秒钟旧可以完成夹紧动作。 3）改善工人的劳动条件 采用夹具后，工件的装卸比不用夹具 要方便、省力、安全。如果生产规模较大，还可以采用机械化传动装置和自动装卸工件的自动化夹具，以实现生产过程中的自动化，进一步提高劳动生产效率和改善工人的劳动条件。 4）扩大机床工艺范围 在单件小批量生产的条件下，工件的种类、规格多，而机床的数量、品种却有限。为了解决这种矛盾，可以设计制造专用的夹具，使机床 “一机多用 ”。例如，可以采用专用的夹具，在车床上实现拉削。 夹具在机械加工中的作用是重要的，但是在不同的生产规模和不同的生产条件下，夹具的功用也有所侧重，其结构的复杂程度也有很大的不同。例如，在单件小批生产条件下，宜于使用通用的可调夹具，若采用专用的夹具，其结构也应求简单。在大批量生产的条件下，夹具的作用则主要是在保证加工精度的前提下提高生产效率，因此夹具的结构更完善些是必要的。虽然此时夹具的制造费用大一些，但由于生产效率的提高，产品质量的稳定，技术经济效果还是好的。 件的工艺分析 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工 工 检验 是个加工的笼统的流程 2。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称 工艺规程 。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 壳体有 2 组加工面他们有位置度要求。 4 这 2 组加工面的分别为： 1，以底面为基准的加工面，这组加工面包括，基准面底面和上端面， 48304 2：一个 30个主要是其余的各个面，孔，和槽的加工。 该零件加工底孔时，采用的是一面两销定位。一面两销定位，是壳体、盖类零件加工常用的定位方式。一面，就是壳、盖的大平面，用一周圈若干个垫块（装配后磨平）支撑，垫块用沉头螺钉紧固在夹具体上。两销，一个是圆柱销，另一个是菱 形销（削边销），菱形销的长轴与两销的连心线垂直，两销的中心距等于壳、盖的定位销孔的中心距。中心距尺寸公差一般选用 个销子上端，一般高出垫块上平面 5子直径公称尺寸与定位销孔公称直径相同，公差一般选用 面，限制了 3 个自由度，沿 Z 移动、绕 Y 转动。必须是一个圆柱销与一个菱形销，否则会过定位。 2 个定位孔的中心距是有公差（误差）的，与两销中心距不可能非常一致的，菱形销就是 “让开 ”两者中心距误差、安装干涉的，限制绕 Z 转动的。菱形销的长轴必须垂直于两销孔的连心线。圆柱销是限制沿 X、 Y 移动。 支撑壳体工艺工装设计 5 3. 工艺规程设计 械加工工艺规程内容 设计步骤及要求： 生产类型大批。 对零件进行工艺分析采用新国标。 确定毛坯的种类、形状、尺寸和精度。 拟定工艺路线。这是制定工艺规程的关键一步，其主要工作是：选择定位基准，确定各表面的加工方法，安排加工顺序，确定工序集中与分散的程度，以及安排热处理、检验及其它辅助工序。在拟定工艺路线时，一般是提出几个可能的方案，进行分析比较，最后确定 一个最佳的方案。 确定工序所采用的设备。选择机床时，应注意 以下几个基本原则： 机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。 机床的精度应与工序 要求的精度相适应。 机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如果工件尺寸太大、精度要求过高，没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。这时需要根据具体工序提出机床改装（或设计）任务书，任务书中应提出与工序加工有关的必要数据、资料。例如：工序尺寸、工序公差及技术要求、工件的定位、夹压方式，以及机床的总体布局、机床的生产率等。 确定各工序所采用的工艺装备。选择工艺装备时应注意以下几点原则： 对夹具的选择。 对刀具的选择：一般情况下应尽量 选用标准刀具。在组合机床上加工时，按工序集中原则组织生产，可采用专用的复合刀具。 对量具的选择 ：量具主要是根据生产类型和所要求 检验的精度来选择的。单件小批量生产中应采用通用夹具，大批量生产中，应采用极限量规、高生产率的检验夹具和检验仪器等。 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 确定各工序的切削用量。但对于大批量流水线生产，尤其是自动线生产，则各工序、工步都需要规定切削用量，以便计算各工序的生产节拍。 确定时间定额。 填写工艺文件。 定毛坯的 制作形式 零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着各自不同的工艺特征。单件生产的基本特点是：生产的产品种类繁多，每种产品的产量都很少，而且很少重复生产。例如重型机械产品制造和新产品试制等都属于单件生产。成批生产的特点是分批的生产相同的产品，生产呈周期性重复。如机床制造，电机制造等属于成批生产。成批生产又可按其批量大小分为小批生产，中批生产和大批生产三种类型 3。 其中，小批生产和大批生产的工艺特点分别与单件和大量生产的工艺特点类似；中批生产的工艺特点介于小批生产和大批生产之间。大量生产的 6 基本特点是产量大，品种少，大多数工作的长期重复的进行某个零件的某一道工序的加工。例如，汽车，拖拉机，轴承等制造都属于大量生产。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领 N 可按下式计算： 2%:a :m:Q:%)1%)(1(废品率，一般取备品率，一般取量每台产品中改零件的数产品的年产量零件的生产纲领式中 根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领，再通过查表，就能确定该零件的生产类型。 根据本零件的设计要求，根据机械制造技术基础课程设计指导教程 3表 1 1设计零件 体的生产类型为中批量生产。采用砂型铸造 坯的设计 壳体零件材料为 铸铁 200），硬度范围是 195坯重约 1 根据本零件设计要求，根据工程材料 表 3铸铁强 度表 牌号 铸件厚度 /拉强度 微组织 基体 石墨 0 200 珠光体 中等片状 10 20 195 20 30 170 30 50 160 灰铸铁 抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。 生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型， 2 级精度组。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量， 零件加工工艺路线确定后，在进一步安排各 个工序的具体内容时，应正确地确定工序的工序尺寸，为确定工序尺寸，首先应确定加工余量。 由于毛坯不能达到零件所要求的精度和表面粗糙度，因此要留有加工余量，以便经过机械加工来达到这些要求。加工余量是指加工过程中从加工表面切除的金属层厚度。加工余量分为工序余量和总余量 4。 对毛坯初步设计如下： 1. 48 因为孔只有 3030孔的粗糙度为 精加工表面。用于不生要的零件的非配合表面，如不要求定心和配合特性的表面，例螺栓孔、螺钉通孔、铆钉孔。 粗镗既可以满足要求，查 相关资料知粗加工和精加工的余量之和为 3 2. 壳体的上下端面 该阀体的上下端面粗糙度都是 需要进行粗铣加工就可以满足该阀体端面的光 支撑壳体工艺工装设计 7 洁度要求。根据资料可知，选取加工余量等级为 G，选取尺寸公差等级为 9级。 所以根据相关资料和经验可知，阀体的上下端面的单边余量为 3合要求。 3. 宽 28端面 宽 28次粗铣即可满足要求。 所以根据相关资料和经验可知宽 70端面的单边余量为 2 根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸， 这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体形状和尺寸见图 “壳体 ”零件毛坯简 图 坯图 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行 5。 基准是机械制造中应用十分广泛的一个概念，机械产品从设计时零件尺寸的标注，制造时工件的定位，校验时尺寸的测量， 一直到装配时零部件的的装配位置确定等，都要用到基准的概念。基准就是用来确定生产对象上几何关系所依据的点 ,线或面 . 基准分为： 设计基准、 工艺基准 工艺基准又分为： 工序基准 、 定位基准 、 测量基准、 装配基准 基准面是指以之为基准用来确定其他点，线，面等尺寸的表面，分为设计基准 面和加 8 工基准面，前者指图纸上的基准面，后者用于实际加工，该两者最好是指工件的同一个表面，基准面通常是指一个平面。在实际的操作中，基准面是为了保证加工精度和便于测量，在工件上选定的一个面作为定位面，在车削加工，常以工件的外圆面、台阶面或端面做为基准，目的就是为了便于加工和测量。 在加工中，尽量使设计基准和定位基准相重合，在多工步加工中尽量使用同一个基准面，也不要使用毛坯面做为基准面，这样便于保证加工的准确性，减少由于基准不重合造成的误差。 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。 目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 （ 2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 （ 3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工 余量。 （ 4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （ 5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取 40外圆为定位基准，利用 V 型块为定位元件。 基准的选择 精基准的选择应满足以下原则： （ 1） “基准重合 ”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基 准不重合引起的误差。 （ 2） “基准统一 ”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 （ 3） “自为基准 ”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。 （ 4） “互为基准 ”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用 “互为基准 ”方法，反复加工。 （ 5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 以 错误 !未找到引用源。 12和 30孔（一面 2 销）为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。 支撑壳体工艺工装设计 9 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来方案一 工序 ：铸造 工序 ：清沙 工序 ：时效处 理 工序 ：铣下端面 工序 ：铣上端面 工序 ：钻 4工序 ：镗 4830工序 ：钻 12孔，钻 纹底孔攻丝 序 ：钻 614 工序 X：铣宽 28深 5序 2纹底孔攻丝 8孔锪孔 11 工序 孔 12锪孔 20深 14 工序 毛刺 工序 验 方案二 工序 ：铸造 工序 ：清沙 工序 ：时效处理 工序 ：铣下端面 工序 ：铣上端面 工序 ：镗 4830工序 ：钻 12孔，钻 纹底孔攻丝 序 ：钻 4工序 ：钻 614 工序 X：铣宽 28深 5序 2纹底孔攻丝 8孔锪孔 11 工序 孔 12锪孔 20深 14 工序 毛刺 工序 验 10 工艺路线三： 工序 I 铸造 工序 沙 工序 效处理 工序 下端面 工序 V：铣上端面 工序 ：镗 4830工序 ：钻 12孔，钻 纹底孔攻丝 序 ：钻 4工序 ：钻 614 工序 X：铣宽 28深 5序 2纹底孔攻丝 8孔锪孔 11 工序 孔 12锪孔 20深 14 工序 毛刺 工序 检 工艺方案二和方案一，方案三区别在于方案二先镗 30， 48孔钻 12孔这样可以利用加工好的这几个孔作为定位基准，加工 48和 30更好地保证了工件的加工精度，综合考虑我们选择方案一 具体的工艺路线如下 工序 I 铸造 工序 沙 工序 效处理 工序 下面 工序 V：铣上面 工序 4830工序 12孔，钻 纹底孔攻丝 序 4 工序 614 工序 X：铣宽 28深 5序 2纹底孔攻丝 8孔锪孔 11 工序 孔 12锪孔 20深 14 工序 毛刺 工序 检 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 壳体零件材料为 产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯 6。 1、 壳体的上下端面 因为壳体的上下和左右端面没有精度要求，粗糙度要求为 洁度要求不高，其 支撑壳体工艺工装设计 11 加工余量为 3、壳体的孔 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于 间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为单边余量为 确定切削用量及基本工时 1、工序 下端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用 。 由难熔金属的硬质 化合物 和粘结金属通过 粉末冶金 工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和 韧性 较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和 耐磨性 ，即使在 500 的温度下也基本保持不变，在 1000 时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作 刀具 材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用
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