半轴是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，它是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，在进行半轴的工艺和工装设计时，首先对半轴的工艺性进行了详细的分析，设计出了加工的工艺过程，根据加工要求设计专用夹具设计，在设计中注意的夹具的经济性和使用性，尽量降低加工时的成本，减少工人的劳动强度，除此还进行了组合量具的设计，用来检查6个均匀分布的小孔的位置度公差。

关键词：工艺工装设计夹具设计组合量具设计

Abstract

The half stalk is in automotive stalk the acceptance twist the biggest spare parts of sqire , it is bad soon machine and drive the round of delivers to twist the of solid stalk, it inside carry generally pass to spend the key and half stalk wheel gears to connect, carry outside with a conjunction, that spare parts is in the machine equipments have to spread to move sex, at carry on the half stalk of craft and work equip to account, the half axial craft carried on the detailed analysis first, designing processed craft process, according to process to request to design the appropriation tongs design, , in the design the economy of the advertent tongs and usage, as far as possible lower to process of cost, reduce the worker of labor strength, in addition to this still carried on the design that the combination quantity have, use to check 6 even distribute of a business trip of position of the eyelet.

Key Words：The craft work packs the design The tongs design Combine the quantity has the design

摘要1

Abstract2

1 引言5

2 零件的分析5

2.1零件的生产纲领及生产类型5

2.2零件的作用5

2.3零件的工艺分析5

3 工艺规程制造的形式6

3.1确定毛坯制造的形式6

3.2基准的选择6

3.3零件表面加工方法的选择6

3.4制订工艺路线7

3.5机械加工余量及毛坯尺寸的确定8

4 选择加工设备11

4.1选择机床11

4.2选择夹具11

4.3选择刀具11

4.4选用量具12

4.4.1选择各外圆加工面的量具12

4.4.2 选择加工孔用量具12

5 确定切削用量和基本时间12

5.1工序00铣削用量及基本时间的确定12

5.1.1 选择刀具12

5.1.2 选择切削用量12

5.2工序10切削用量及基本时间的确定13

5.2.1 切削用量13

5.2.2 基本时间17

5.3工序30切削用量及基本时间的确定19

5.3.1 切削用量19

5.3.2 基本时间20

5.4工序40铣削用量及基本时间的确定20

5.4.1 选择刀具20

5.4.2 选择切削用量20

5.5工序50钻削用量及基本时间的确定21

⑴ 选择刀具和机床23

5.6工序60钻削与垂直轴线的的孔24

5.7工序70攻螺纹M625

5.8工序110磨削外圆表面及左端面25

5.8.1 确定磨削的磨削用量25

5.8.2 确定磨削的磨削用量26

总结27

致谢28

参考文献29

1 引言

通过对设计零件的分析可知，对该零件进行工艺工装设计，由于半轴加工比较的特殊，我们为了满足加工要求和经济性及减少工人的劳动强度。

2 零件的分析

2.1零件的生产纲领及生产类型

生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量，在设计题目中半轴的生产纲领为较小。生产类型为大批量生产，所以在制度工艺路线的时候应充分考虑其生产特点，制度合理的工业路线，选择合理的机床，刀具，量具，检具，以提高生产率，降低成本。

半轴零件图.gif

夹具体零件图.gif

毛坯图.gif

装配图.gif

内容简介：: 西南农业大学本科毕业论文（设计）任务书论文题目半轴机械加工工艺及工装设计专业名称班级下达日期学号姓名指导教师毕业设计（论文）目的、要求： 1、培养综合运用所学理论知识，独立分析和解决工程技术问题的能力。培养学生创新能力。 2、培养收集、查阅、分析各种文献资料的能力。进一步提高计算、绘图等技能。 3、学会使用工具书籍，通过夹具设计，提高结构设计能力。 4、初步掌握机械制造工艺规程设计和夹具设计的基本要求和设计方法；掌握设计计算说明书的编写。毕业设计（论文）主要内容： 1、绘制零件图 1 张；设计夹具 1 付，绘制夹具图。（一部分图纸必须用计算机绘制）。 2、设计机械加工工艺规程（生产纲领按成批生产）。 3、填写工艺过程卡 1 份。设计 4 5 道工序的详细工序卡。 4、图纸总量折合 A0号 1 2 张； 5、文献综述（ 3000 字以上）； 6、设计计算说明书（ 1.5 万字以上）和中英文说明书摘要。 7、英译汉（ 3000 字以上）。指导教师签名： 2004 年 12 月 10 日说明： 1.此表由指导教师完成。原则上用计算机打印（ A4 纸），可在各学院教学办拷贝表格或从教务处网页下载；若用钢笔填写，必须做到字迹工整、清晰。 2.请将毕业设计（论文）任务书装订在毕业设计（论文）的第一页。 nts 1 半轴机械加工工艺及工装设计摘要半轴是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，它是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，在进行半轴的工艺和工装设计时，首先对半轴的工艺性进行了详细的分析，设计出了加工的工艺过程，根据加工要求设计专用夹具设计，在设计中注意的夹具的经济性和使用性，尽量降低加工时的成本，减少工人的劳动强度，除此还进行了组合量具的设计，用来检查 6个均匀分布的小孔的位置度公差。关键词：工艺工装设计夹具设计组合量具设计 nts 2 Abstract The half stalk is in automotive stalk the acceptance twist the biggest spare parts of sqire , it is bad soon machine and drive the round of delivers to twist the of solid stalk, it inside carry generally pass to spend the key and half stalk wheel gears to connect, carry outside with a conjunction, that spare parts is in the machine equipments have to spread to move sex, at carry on the half stalk of craft and work equip to account, the half axial craft carried on the detailed analysis first, designing processed craft process, according to process to request to design the appropriation tongs design, , in the design the economy of the advertent tongs and usage, as far as possible lower to process of cost, reduce the worker of labor strength, in addition to this still carried on the design that the combination quantity have, use to check 6 even distribute of a business trip of position of the eyelet. Key Words： The craft work packs the design The tongs design Combine the quantity has the design nts 3 目录摘要 . 1 Abstract. 2 1 引言 . 5 2 零件的分析 . 5 2.1 零件的生产纲领及生产类型 . 5 2.2 零件的作用 . 5 2.3 零件的工艺分析 . 5 3 工艺规程制造的形式 . 6 3.1 确定毛坯制造的形式 . 6 3.2 基准的选择 . 6 3.3 零件表面加工方法的选择 . 6 3.4 制订工艺路线 . 7 3.5 机械加工余量及毛坯尺寸的确定 . 8 4 选择加工设备 . 11 4.1 选择机床 . 11 4.2 选择夹具 . 11 4.3 选择刀具 . 11 4.4 选用量具 .12 4.4.1 选择各外圆加工面的量具 .12 4.4.2 选择加工孔用量具 .12 5 确定切削用量和基本时间 .12 5.1 工序 00 铣削用量及基本时间的确定 .12 5.1.1 选择刀具 .12 5.1.2 选择切削用量 .12 5.2 工序 10 切削用量及基本时间的确定 .13 5.2.1 切削用量 .13 5.2.2 基本时间 .17 5.3 工序 30 切削用量及基本时间的确定 .19 5.3.1 切削用量 .19 5.3.2 基本时间 .20 5.4 工序 40 铣削用量及基本时间的确定 .20 5.4.1 选择刀具 .20 5.4.2 选择切削用量 .20 5.5 工序 50 钻削用量及基本时间的确定 .21 选择刀具和机床 .23 5.6 工序 60 钻削与垂直轴线 30 的 mm10 的孔 .24 5.7 工序 70 攻螺纹 M6 .25 5.8 工序 110 磨削外圆表面及左端面 .25 5.8.1 确定磨削 0025.039 mm的磨削用量 .25 nts 4 5.8.2 确定磨削 0025.045的磨削用量 .26 总结 .27 致谢 .28 参考文献 .29 nts 5 1 引言通过对设计零件的分析可知，对该零件进行工艺工装设计，由于半轴加工比较的特殊，我们为了满足加工要求和经济性及减少工人的劳动强度。 2 零件的分析 2.1 零件的生产纲领及生产类型生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量，在设计题目中半轴的生产纲领为较小。生产类型为大批量生产，所以在制度工艺路线的时候应充分考虑其生产特点，制度合理的工业路线，选择合理的机床，刀具，量具，检具，以提高生产率，降低成本。 2.2 零件的作用设计题目给定的零件，将其划定为轴类零件。它是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，半轴是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，故应具有足够的强度和刚度。 2.3 零件的工艺分析半轴共有 2 个加工表面，他们之间有的有一定的位置关系。现在分述如下： 1. 以 mm38 轴线为中心的加工表面这一组加工表面包括：半轴的左端面和半轴左端的花键加工，以及mm5.39 、 mm45 和 mm52 的外圆表面和 mm112 和 mm5.96 的两个台阶面。 2. 以半轴右边圆盘上 mm5.96 的台阶面为中心的加工表面这一组加工表面包括： 6个均匀分布的 mm14 的孔，和一个 M6 的螺孔以及一个 mm10 的孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要有： 6个 mm14 孔与表面 F 和 G 的位置度公差为 mm2.0 ； nts 6 mm38 的外圆表面的跳动公差相对基准 A 为 1.0mm ；半轴圆盘的跳动公差相对基准 A 为 0.8mm 。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一个表面，然后借助于专用夹具加工另一表面，并且保证它们之间的位置精度要求。 3 工艺规程制造的形式 3.1 确定毛坯制造的形式毛坯材料为 40Cr。考虑零件在工作过程中经常受扭交变载荷及冲击性载荷，因此应选用锻件，以使金属钎维尽量不切削，保证零件工作可靠。可以采用模锻成形，可以提高生产率，保证加工精度。 3.2 基准的选择粗基准的选择本零件是轴类零件，以外圆作为粗基准是完全合理的。但是对本零件来说，如果以 mm38 外圆表面作基准。由于此表面的粗糙度比较大，所以会让加工出来的零件表面尺寸严重不满足要求，由于本零件非常的特殊，我们车削外圆表面的时候可以选择半轴两端的顶尖作为粗基准，钻孔的时候以圆盘的台阶面为基准。精基准的选择在这主要考虑基准重合问题，也要考虑经济性等。 3.3 零件表面加工方法的选择零件的主要加工表面为外圆表面和孔。考虑到各个表面的技术要求，各种加工方法的经济加工精度范围，各加工表面的形状和尺寸大小，锻件材料的性质及可加工性和生产纲领与生产类型，选择各加工表面的加工方法如下 ,5.39 52,45 的外圆表面 ,该外圆表面的粗糙度为 aR 6.3,采用粗车磨削半精车进行加工。花键加工：花键的最大的直径为 38.100，采用铣花键加工。圆盘 5.96 的台阶面因为它的粗糙度为 aR 3.2，所以选择粗车半精车，nts 7 112 的台阶面由于粗糙度要求不是很高，所以就只进行粗车。孔 6- 14 ，表面粗糙度为aR3.2，故采用钻铰孔加工。 M6 1.0-6H，先进行钻孔，然后绞孔，即可以满足要求。键槽加工，由于表面粗糙度为aR12.5，所以采用铣键槽。 3.4 制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精确及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。工序 00 粗铣左端面并打中心孔；工序 10 以半轴两边的顶尖定位：粗车 54mm 、 52mm 、 45mm 以及39.5mm 的外圆面，在粗车 96.5mm 和 112mm 的台阶面工序 20 调直处理；工序 30 以半轴两边的顶尖定位：半精车 52 mm 、 45mm 以及 39.5mm 的外圆表面，及 96.5mm 台阶面；工序 40 铣花键加工；工序 50 以盘的顶部的台阶定位，钻绞 6 个 14 mm 的孔；工序 60 以半轴圆盘的台阶面定位，加工与垂直轴线 30 的 mm10 的孔；工序 70 攻螺纹 M6 ；工序 80 车削 39.5mm 的左端斜度为 8 的圆柱表面；车削 45 这段距左边位置的沟槽，和 45 mm 最右边的沟槽加工， 50 mm 宽为 3 的沟槽加工，并对 112 进行倒角；工序 90 感应淬火和低温回火；工序 100 磨削半轴的左端面；工序 110 以半轴两边的顶尖定位，磨削 39.5 mm 、 45 mm 和 52 mm 外圆面；工序 120 钳工去毛刺；工序 130 终检。 nts 8 3.5 机械加工余量及毛坯尺寸的确定机械加工余量确定由很多的因素决定的，在此主要考虑的是经济精度及各个工序的加工方法。左端面的机械加工表 3-1 工序尺寸表工序名称工序间余量 (mm) 工序间工序间尺寸 (mm) 工序间公差等级m 表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 磨削 0.4 IT7 6.1aR200 046.002006.1aR粗铣 1.6 IT8 3.6aR200.4 072.004.200 3.6aR毛坯面 IT16 202 9.20202 mm54 的机械加工表 3-2 工序尺寸表工序名称工序间余量 (mm) 工序间工序间尺寸 (mm) 工序间公差等级表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 粗车 1 IT12 5.12aR54 30.00545.12aR毛坯面 IT16 55 559.10 05.005.0_52 mm的机械加工粗车： 03.04.53 mm 2Z=1.6mm 半精车： 004.04.52 mm 2Z=1.0mm 磨削： 05.052 mm 2Z=0.4mm 具体工序尺寸见表 3-3。 018.0002.045 mm的机械加工粗车： 55 mm 2Z=8.6mm 半精车： 0039.04.45 mm2Z=1.0mm 磨削： 0025.045 mm2Z=0.4mm nts 9 具体工序尺寸见表 3-4。表 3-3 工序尺寸表工序名称工序间余量(mm) 工序间工序间尺寸(mm) 工序间公差等级表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 磨削 0.4 IT7 8.0aR 52 0 030.052 8.0aR 半精车 0.6 IT8 3.6aR52.4 0046.04.52 3.6aR粗车 1 IT12 5.12aR53 03.0535.12aR毛坯面 IT16 55 09.154表 3-4 工序尺寸表工序名称工序间余量(mm) 工序间工序间尺寸(mm) 工序间公差等级表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 磨削 0.4 IT7 8.0aR 45 0 025.045 8.0aR 半精车 1.0 IT8 3.6aR45.4 0039.04.45 3.6aR粗车 6.9 IT12 5.12aR46.4 025.05.46 5.12aR毛坯面 IT16 53.4 03.153 05.05.39 mm 的机械加工粗车： 025.05.46 mm2Z=8.6mm 半精车： 0039.04.45 mm2Z=1.0mm 磨削： 0025.045 mm2Z=0.4mm 具体工序尺寸见表 3-5。钻削六个 14 05.00 mm孔毛坯为实心，而孔的精度要求界于 IT8IT9 之间（参照机械制造工艺设计简明手册表 2.3-9 及表 2.3-12），确定工序尺寸及余量为：钻孔 13.8mm 铰孔： 14 033.00 mm2Z=0.15mm nts 10 具体工序尺寸见表 3-6 表 3-5 工序尺寸表工序名称工序间余量 (mm) 工序间工序间尺寸 (mm) 工序间公差等级表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 磨削 0.4 IT7 8.0aR39 0025.0398.0aR半精车 1.0 IT8 3.6aR39.4 0039.04.39 3.6aR粗车 6.1 IT12 5.12aR40.4 025.04.40 5.12aR毛坯面 IT16 46.5 03.15.46 表 3-6 工序尺寸表工序名称工序间余量 (mm) 工序间工序间尺寸 (mm) 工序间公差等级表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 铰孔 0.2 IT10 3.6aR14 07.00143.6aR钻孔 13.8 IT12 5.12aR13.8 18.008.135.12aR 车削 112 mm 台阶具体工序尺寸见表 3-7。表 3-7 工序尺寸表工序名称工序间余量 (mm) 工序间工序间尺寸 (mm) 工序间公差等级表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 粗车 56 IT12 5.12aR112 35.001125.12aR毛坯 IT16 166 5.20166 车削 96.5 015.0044.0 mm台阶面具体工序尺寸见表 3-8。钻削 10mm 孔毛坯为实心，而孔的精度要求界于 IT2IT3 之间（参照机械制造工艺设计简明手册表 2.3-9 及表 2.3-12），确定工序尺寸及余量为：钻孔 10mm。 nts 11 表 3-8 工序尺寸表工序名称工序间余量 (mm) 工序间工序间尺寸 (mm) 工序间公差等级m 表面粗糙度 m 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 m 半精车 0.6 IT8 2.3aR52.4 039.00962.3aR粗车 69 IT12 5.12aR53 25.00975.12aR毛坯面 IT16 55 5.20166 4 选择加工设备 4.1 选择机床工序 00 是铣削左端面由于花键的直径和长度都不是很大，所以选择XA6132 型花键铣床加工。工序 10、工序 30 是粗车和半精车外圆，在这几个个工序中，各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选择卧式车床就可以满足要求，本零件外廓尺寸不是很大，精度要求不是很高，选用最常用的 C620-1 型卧式车床即可。工序 40 铣花键加工，在本工序中，由于花键的直径和长度都不是很大，所以选择 XA6132 型花键铣床加工。工序 50 以盘的顶部的台阶定位，钻绞 6个 14 mm 的孔，由于半轴的长度较长，所以采用多轴立式钻床。工序 100、工序 110 磨削 39.5mm 、 45 mm 和 52mm 外圆表面，由于磨削的都是外圆表面，粗糙度为aR0.8，所以选用 M1331 外圆磨床。 4.2 选择夹具本零件由粗车、半精车、精车、钻孔和磨削等工序组成，由于零件的长度较长，所以在钻孔这个工序需要专用夹具，所以我们在设计过程中设计两套专用夹具，以满足加工过程中加工的要求，其他工序使用通用夹具。 4.3 选择刀具在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀，选用 YT类硬质合金，nts 12 粗加工选用 YT5,半精加工选用 YT15，精加工用 YT30，为提高生产效率及经济性，可以选用可转位车刀（ GB5313.1-85， GB5343.2-85）。钻 14 的 6 个小孔，可以选择麻花钻加工。 4.4 选用量具本零件属于成批生产，一般采用通用量具。选择量具的方法有两种：第一，按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。选择是按一种方法即可。 4.4.1 选择各外圆加工面的量具工序磨削 39.5mm 、 45mm 和 52mm 外圆表面时，现在按计量器具的不确定度选择该表面加工时所用量具：该尺寸公差为 T=0.039，按表 5.1-1，计量器具不确定度允许值我们确定 U=0.009 mm 。根据表 5.1-2，分度值 0.02 的游标卡尺，其不确定数值允许值不能选用。必须选择，故应选择分度值 0.01 的外径百分尺（ U=0.006）。从表 5.2-9 中选择测量范围为 100125 ，分度值为 0.01 的外径百分尺。 4.4.2 选择加工孔用量具孔加工量具我们将采用组合量具，在后面设计中具体介绍。 5 确定切削用量和基本时间切削用量一般包括切削深度，进给量及切削速度三项，确定方法是先确定切削深度、进给量在确定切削速度。 5.1 工序 00 铣削用量及基本时间的确定 5.1.1 选择刀具根据表 3.1，铣削深度pa 4mm ，端面刀直径为 80mm ， mmae 60。但已知铣刀铣削深度为 pa38mm ，故应根据铣削深度 mmap 40， mmd 800 。由于采用标准的镶齿圆柱铣刀，故齿数为 6（表 3.9） 5.1.2 选择切削用量选择每齿的进给量 zf 根据 XA6132 型铣床说明书，其功率为 7.5 kW ，nts 13 中等刚度。根据表 3.3，选择 zmmf z 20.0 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大的磨损量为 0.6mm ，刀具寿命 min180T 。选择实际切削速度根据 XA6132 型铣床说明书选择 min5.37 rnc ， min60 mmvfc 。因此实际的切削速度和每转进给量为 1000 5.378014.31000 0 cc ndv =9.42 minm 65.3760 znvfcfcnc =0.27 zmm 由于铣削量比较小，功率满足要求，所以不进行验算。最后选择min5.37 rn c ， min60 mmv fc 。 cv 9.42 minm ， rmmf z 27.0 。 5.1.3 计算基本的工时 fm vLt 式中， L= yl ， l=38,根据表 3.25，入切量及超切量 mmy 20 ，则 L=38+20=58mm ，故 6058mt=0.97min 5.2 工序 10 切削用量及基本时间的确定 5.2.1 切削用量本工序为粗车。已知加工材料为 40Cr， b =700MPa，锻件，机床为 C620-1型卧式车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。确定粗车 025.054的切削用量所选用的刀具是硬质合金可转位车刀，根据切削用量简明手册第一部分表 *1.1 ，由于 C620-1 机床的中心高度是 200mm（表 *3.1 ），故选用刀杆尺寸 B H=16mm 25mm，刀片厚度为 4.5mm。根nts 14 据表 *3.1 ，选择车刀的几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角= 12 ，后角= 6 ，主偏角= 90 ，副偏角k= 10 ，刃倾角s= 0 ，刀尖圆角半径=0.8mm 。确定切削深度pa由于单边余量为 0.5，可在一次走刀完成 pa=25455=0.5mm 确定进给量 f 根据表 4.1 ，在粗车时，刀杆尺寸为 16mm 25mm，pa3mm、工件直径为 40 60 时， f =0.4 0.7 rmm 确定的进给量要满足机床进给机构的强度的要求，故需要进行校核：根据表 30.1 ， C620-1机床机构的允许的进给力maxF=3530。根据表 *21.1 ，当 40Cr 的b=680 810Map，pa 2mm， f 0.53 rmm ，切削速度 v =65 minm （假设），进给力fF=905N。由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选择的f =0.4 rmm ，可用。选择车刀磨钝标准及耐用度根据表 9.1 ，车刀后刀面的最大的磨损量取 1mm，可转位车刀耐用度 T=30min。确定切削速度 v 切削速度 v 可根据公式计算，也可以查表。现在用查表的方法确定切削速度。根据表 10.1 ，当用 YT15 硬质合金车刀加工b=600 700MPa，的钢材，54.0,3 fa mmp ，切削速度 min123 mmv 。切削速度的修正系数为 0.1,81.0,15.1,65.0,8.0 kvMvkTvtvsv kkkkkk rv故： m i n5.5915.181.065.08.0138 mv m i n6.3445514.3 5.5910001000 rD vn nts 15 按 1620 C 机床切削速度（表 4.2-8），选择 min380 rn 则实际的切削速度 min8.66 mv 。检验机床功率由表 1.24* ，当 mmaHBSM P apb 6.0,277166,970580 ，KWpmmmv cc 0.2,70 故实际的切削的功率为： )(23.1106 8.661104106)(110489.094.08.664.05.027954415.075.0KWvFPNFcCCC 由切削手册表 1.30 中机床说明书可知， C620-1 主电动机功率为 7.8KW，机床功率足够，可以正常加工。确定粗车 05.052 的刀具加工外圆表面和 025.054一样，加工皆可一次走刀完成， f 0.4 rmm ， pa1mm 确定粗车 025.046的切削用量确定粗车 025.046的刀具加工外圆表面和 025.054一样确定切削深度pa由于单边余量为 0.5，可在一次走刀完成 pa=2 4.464.53 =3.5mm 分 2 次走刀，每次走刀为 1.75mm 。确定进给量 f 根据表 4.1 ，在粗车时，刀杆尺寸为 16mm 25mm ，pa 3mm 、工件直径为 40 60 时， f =0.4 0.7 rmm 由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选择的f =0.4 rmm ，可用。 nts 16 选择车刀磨钝标准及耐用度根据表 9.1 ，车刀后刀面的最大的磨损量取 1mm，可转位车刀耐用度 T=30min。确定切削速度 v 切削速度 v 可根据公式计算，也可以查表。现在用查表的方法确定切削速度。根据表 10.1 ，当用 YT15 硬质合金车刀加工b=600 700MPa，的钢材，54.0,3 fa mmp ，切削速度 min123 mmv 。切削速度的修正系数为 0.1,81.0,15.1,65.0,8.0 kvMvkTvtvsv kkkkkk rv故： m i n5.5915.181.065.08.0138 mv m i n3515414.3 5.5910001000 rD vn 按 1620 C 机床切削速度（表 4.2-8），选择 min380 rn 则实际的切削速度 min8.66 mv 。检验机床功率当 mmaHBSM P apb 6.0,277166,970580 ，KWpmmmv cc 0.2,70 故实际的切削的功率为： )(23.1106 8.661104106)(110489.094.08.664.05.027954415.075.0KWvFPNFcCCC 由切削手册表 1.30 中机床说明书可知， C620-1 主电动机功率为 7.8KW，机床功率足够，可以正常加工。确定粗车外圆 5.39 、 5.96 和 112 台阶面的切削用量才用车外圆 54的刀具加工这些外圆表面和台阶面，车 5.39 的2 4.404.46 pa=3mm 。分 2 次走刀，每次走刀为 1.5mm ，车 5.96 台阶面采用横向进给， 5.3pa mm，采用2 次走刀，每次走刀为 1.75mm ，车 112 台阶面采用横向进给， ,2mmap 采nts 17 用 2 次走到，每次走刀为 1mm 。车外圆 5.39 mm 的rmmf 4.0，车 mm5.96台阶面rmmf 52.0，车外圆 mm112 台阶面rmmf 52.0。 5.2.2 基本时间确定 54 mm 的基本时间，根据表 6-2.1，车外圆的基本时间： fnllllifnLT J 3211 式中 )32(,991 tg kalmml p 0,0,2,90321 llmmlk 4.0f srn 4.6 1i 则 ssTJ 4.394.64.0 2991 确定 4.53 mm 的基本时间，根据表 6-2.1，车外圆的基本时间： fnllllifnLT J 3211 式中 )32(,5.971 tg kalmml p 0,0,2,90321 llmmlk 4.0f srn 4.6 1i 则 ssTJ 9.384.64.0 24.971 确定 5.46 mm 的基本时间，根据表 6-2.1，车外圆的基本时间： fnllllifnLT J 3211 式中 )32(,811 tg kalmml p 0,0,2,90321 llmmlk 4.0f srn 4.6 1i nts 18 则 ssTJ 4.324.64.0 2811 确定 4.40 mm 的基本时间，根据表 6-2.1，车外圆的基本时间： fnllllifnLT J 3211 式中 )32(,351 tg kalmml p 0,0,2,90321 llmmlk 4.0f srn 4.6 1i 则 ssTJ 2321 确定 5.98 mm 的台阶面基本时间，根据表 6-2.1，车外圆的基本时间： ifnLTJ 132121 2 lllddL 式中 mmd 166 mmd 5.981 0,4,0321 lmmllrmmf 52.0 srn 4.6 1i 则 ssTJ 7.224.652.0 45.715 确定 112 mm 的台阶面基本时间，根据表 6-2.1，车外圆的基本时间： ifnLTJ 132121 2 lllddL 式中 mmd 166 mmd 1121 0,4,0321 lmmllrmmf 52.0 srn 4.6 1i 则 ssTJ 5.104.652.0 4315 nts 19 5.3 工序 30 切削用量及基本时间的确定 5.3.1 切削用量本工序为半精加工（车轴的外表面）。已知条件与粗加工工序一样。确定半精车 004.052 mm的切削用量确定切削深度pa由于单边余量为 0.5，可在一次走刀完成 pa=2 4.5253=0.3mm 确定进给量 f 根据表 4.1 ，在粗车时，刀杆尺寸为 16mm 25mm，pa3mm、工件直径为 40 60 时， f =0.4 0.7 rmm 选择进给量为 rmmf 3.0 由于半精加工切削力教小，故不需要校核机床进给强度选择车刀磨钝标准及耐用度根据表 9.1 ，车刀后刀面的最大的磨损量取 0.4mm，可转位车刀耐用度 T=30min。确定切削速度 v 切削速度 v 可根据公式计算，也可以查表。现在用查表的方法确定切削速度。根据表 10.1 ，当用 YT15 硬质合金车刀加工b=630 700MPa，的钢材，38.0,4.1 fa mmp ，切削速度 min156 mmv 。切削速度的修正系数为 0.1,81.0,15.1,65.0,8.0 kvMvkTvtvsv kkkkkk rv故： m i n3.14515.181.0156 mv m i n8725314.3 3.14510001000 rD vn 按 1620 C 机床切削速度（表 4.2-8），选择 min955 rn 则实际的切削速度 min42.2 mv 。半精加工，机械功率可以不进行校核。 nts 20 最后决定的切削用量为： 6.0pa rmmf 3.0 min955 rn smv .2 确定半精车 4.39,4.45 及 5.96 的台阶面的切削用量，车外圆4.45 的 mmap 5.02 5.455.46 ， 4.39 外圆的 mmap 5.02 4.394.40 ，5.96 的台阶面的 1pa 。车外圆 4.39,4.45 及 5.96 的 rmmf 3.0 。 5.3.2 基本时间确定 mm4.45 的基本时间： sT j 109.153.0 45.451 确定 mm4.52 的基本时间： sT j 49.153.0 45.161 确定半精车外圆 mm4.39 的基本时间： sT j 89.153.0 4351 确定半精车台阶面的基本时间： 5.442 5.965.972 3211 lllddL ssT j 45.44 5.4 工序 40 铣削用量及基本时间的确定 5.4.1 选择刀具本工序为铣削花键，选用花键铣刀。 5.4.2 选择切削用量选择每齿的进给量 zf 根据 XA6132 型铣床说明书，其功率为 7.5 kW ，中等刚度。根据表 3.3，选择 zmmfz 20.0 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大的磨nts 21 损量为 0.6mm ，刀具寿命 min180T 。选择实际切削速度根据 XA6132 型铣床说明书选择min5.37 rn c ，min60 mmv fc 。因此实际的切削速度和每转进给量为 1000 5.378014.31000 0 cc ndv =9.42 minm 65.3760 znvfcfcnc =0.27 zmm 由于铣削量比较小，功率满足要求，所以不进行验算。最后选择min5.37 rn c ， min60 mmv fc 。 cv 9.42 minm ， rmmf z 27.0 。 5.5 工序 50 钻削用量及基本时间的确定本工序为钻孔，刀具选用锥柄麻花钻头，直径为 8.13d mm ，钻 6 个通孔，使用切削液。 1 钻削六个 14mm 的孔选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，选择 d0=13.8mm 的 H12 级高速钢麻花钻， GB1438-85。机床选择立式钻床 Z535。选择切削用量进给量 f 根据切削用量简明手册表 2.7，取 f=0.310.37mm/r, 查阅机械制造工艺设计简明手册表 4.2 16，所以，取 f= 0.36mm/r 根据切削用量简明手册表 2.19 ,可以查出钻孔时的轴向力，当 f 0.47mm/r， d0 117.5mm 时，轴向力 Ff=6090N。轴向力的修正系数均为 1.0，故 Ff=6090N。根据立式钻床 Z535 说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力 Fmax =15696N, 由于 Ff Fmax ，故 f=0.36mm/r 可用。切削速度 vc nts 22 根据切削用量简明手册表 2 15，根据 f=0.36mm/r 和铸铁硬度为200217HBS,取 vc=12m/min。 nc=01000d v = 8.1314.3 121000 =276r/min 根据立式钻床 Z535 说明书，可以考虑选择选取： nc=275r/min，降低转速，使刀具寿命上升，所以， vc=1000. 0 nd=1000 2758.1314.3 =11.9m/min 决定钻头磨钝标准及刀具寿命根据切削用量简明手册表 2.12，当 d0=13.8mm 时，钻头后刀面最大磨损量为 0.8mm ，故刀具寿命 T=15min。检验机床扭矩及功率根据切削用量简明手册表 2.21，当 f=0.41mm /r， d0 16mm 。查得Mc=25.5N.m，根据立式钻床 Z535 说明书，当 nc=300r/min， Mm=72.6N.m，故Mc Mm，根据切削用量简明手册表 2.23， Pcc=1.0kw, 根据立式钻床 Z535说明书， PcM=4.5kw，故 Pcc PcM。因此，所选择的切削用量是可以采用的，即 f=0.34mm /r， nc=300r/min， vc=13m/min。计算基本工时 tm=fnL，式中， L=l+y+， l=14mm，查切削用量简明手册表 2.29，y+ =7mm ，所以， L= 10+5 = 15mm 。 tm =fnL=34.0300 15= 0.15min。因有六个孔，所以 tm =6 0.15= 0.9min。 2铰 14H10mm 孔 nts 23 选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，选择 d0=14mm 的 H10 级高速钢锥柄机用铰刀， GB1133-84。机床选择立式钻床 Z535。选择切削用量进给量 f 查阅切削用量简明手册表 2.11 及表 2.24，并根据机床说明书取f=0.651.35mm /r，所以，取 f=0.72mm /r 切削速度 vc根据切削用量简明手册表 2.24，取 vc=7m/min。 nc=01000 dvc = 1414.3 71000 =159r/min 根据立式钻床 Z535 机床说明书选取： nc=195r/min，所以， vc= 10000 nd =1000 1951414.3 = 附录附录 1：外文翻译集成和信息辅助夹具设计与制造 F. MERVYN, A. SENTHIL KUMAR* and A. Y. C NEE 虽然大量的研究已应用于开发计算机辅助夹具设计系统，但夹具设计制造领域和其他领域之间的信息交换并没有彻底处理。本文针对这一差距，在夹具设计中通过应用适当的信息模型研究计算机辅助夹具设计系统和集成支持制造业。夹具设计的模型主要是介绍有关夹具设计，以及其他设计和制造活动。对应用在XML 的信息模型和信息交流中的一个基于 XML 的消息传递模型的方法进行了讨论。关键词：夹具设计，综合设计和制造 ;信息建模 ; 1.介绍在一个旨在降低产品交货时间和成本以及提高产品质量的过程中，企业寻求各种工程所涉及的一体化进程设计和制造产品。适当的整合将允许在一个产品实现涉及领域作出的决定适用于其他领域的需要，导致整体的最优解设计和制造产品。计算机辅助系统发挥了关键作用在于协助不同领域开展工作。开发集成设计和制造系统的一个关键成功因素在于能在各种电脑辅助系统的信息进行交流。夹具设计领域的发展已出现大量的电脑辅助系统的应用。在制造过程设备服务于持有目的工件和保持一个安全方面的一致关系的工具。已通过各种办法发展半自动化，自动化夹具设计系统。张毕（ 2001）努力提出的这些最新成果。尽管通过大量的研究，适应各域之间的信息和其他制造业领域的交流，但是需求并没有得到彻底处理。适当的夹具设计信息模型描述知识和技术规格将有助于大大提高产品质量和缩短产品交货时间。本文的目的是要为解决通过对相应的信息化辅助模式的夹具设计系统，并支持集成设计和制造。该这项工作的范围只限于加工装置本文组织如下：第 2 条的有关研究进行讨论在发展生产的信息模型 ;第 3 条提出了一个活动模型夹具设计 ;第 4 给出了不同的夹具设计信息模式，以支持集成设计和制造，而第 5 条提出了一个使用 XML 的例子，实现了信息模型。第 6 节介绍交流信息的夹具设计方法为基础上的信息模型和第 7 条最后的文件。 2.相关研究 nts 制造业的信息交流的重要性已经发展了发展各种信息模型为代表的加工过程。国际标准化组织 10303 部分（国际标准化组织， 1997）是一个应用协议的存储和交换（美联社）进程之间的数控加工零件计划的资料不同的计算机辅助工艺规划（ CAPP 系统）系统。对 AP 213 的范围包括规划信息的数控加工计划，生产任务的指示利用数控机床的一部分，数控编程和过程检验资料。 Wysk 等。（ 1995年）制定了工艺方案和正式代表模式联营工厂资源模型。他们的工作范围是就如何处理计划可以用在车间控制环境，从而提供整合工艺规划和生产之间的执行。性等。（ 1998）开发了一个信息模型的 CAPP 系统。采用面向对象的建模和偏微分方程发展数据技术。该模型包括零件信息模型，计划信息模型的过程和生产资源信息模型。该工艺方案模型包含制造业活动的资料，例如程序，设置和制造业务。在制造工程工具包（ METK）项目，标准和技术研究所（ NIST）的在美国开发的一个过程计划（李 1999 年）作为信息模型在整合过程中的规划和 NC 验证的应用程序的手段，这个过程计划规定对每个产品的流程顺序指示。 Ryou 和 Jerard（ 2001）最近开发的基于 XML 的一个代表性数值称为控制标记语言（ NCML 之）作为一个有利的技术，允许买家和自定义加工零件卖方通过互联网进行电子商贸。在代表性，资料工件，设置，工具和信息宽容是提供让用户判断一个零件的可制造。很明显从文献回顾，信息的加工过程发展模式要么不提供或只提供信息装置固定装置的信息作为车间执行系统资源。原因这是因为在集成设计和制造设备的作用已被忽视，不经过深入的探讨。通过模式的发展，活动模型通常是先发展。活动模式设置在其中的作用是不同的域之间的交换方面设计和制造，从而确定捕获的信息类型在信息模型。这些活动的模型的一些审查中可以找到（ 1996）。活动模式发展至今，装置只能被视为一个制造系统的资源。对装置的影响一个产品的设计仍没有得到处理。在确定一个产品的关键作用，准确度也高，一个制造系统的灵活性、夹具的能力，有效的产品，因此应在设计关注一个产品。本文针对这在当前制造业信息化差距模型提出一个模型，夹具设计活动的需要考虑作用在产品设计和制造设备。适当的夹具设计信息模型，然后发展到支持集成的设计和制造业。该信息模型的开发利用作为一个 XML 的文件格式和交换信息的基础上的做法。 3.夹具设计活动模型拟议的夹具设计活动的模型如图 1 所示。该活动已使用 IDEF0 方法描述，并且只有在一个描述抽象的层面，使信息模型是独立的执行这些活动的。在图 1 可以看出，一为综合设计夹具设计系统与制造执行两个主要活动，格 A1 -夹具概念设计和 A2 -详细夹具设计。夹具设计活动的概念是一个规划过程的一部分活动，在那里他们讨论了需要nts概念工艺规划的活动，支持产品设计的概念确定生产过程，选择资源和设备，从制造成本估算的概念活动输出发送反馈到产品概念设计活动。作为活动的一部分概念工艺规划，通过对活动支持的困难分析概念产品设计夹具设计的概念夹具在该产品的特点，估计该产品的加工成本所采取的固定装置和夹具的制造时间。到投入活动是概念产品设计，产品的数量的估计是生产和当前夹具清单。该任务的概念夹具设计活动有： 1.确定要使用夹具的类型为基础的估计量该产品被制造。 2.在加工过程中的部分限制的基础上确定的困难概念产品的几何形状。 3.估计的时间和新设备的设计和制造成本如果目前的库存设备不能使用。夹具的概念设计活动的关键是信息模型和概念设计的反馈。这将提供产品信息模型与问题反馈设计，并提供了夹具上一个度量产品设计人员比较关注的不同的初始设计。图 1.夹具设计活动模型。夹具的概念设计活动的输出是信息模型与概念设计反馈。这将提供产品信息模型与问题的反馈设计，并提供了一个度量产品设计人员比较关注的夹具上有不同的初始设计。该夹具的详细设计活动的投入是固定的类型从概念夹具设计活动的信息，中间部分模型将被加工和夹具库存信息。中间部分模型零件的几何关系设置。作为一个例子，图 2 显示了一个部分，需要 3 设置机器的特点。中间部分是固定式模式，在每个安装图中显示。中间部分模型可以得出一旦制造业序列测定。应当指出，该夹具设计活动作为输入接收信息控制整个零件模型。该图提供了对现有夹具元件所需资料，以便夹具设计中使用。 nts 图 2.例如部分，中间部分的模型。夹具的详细设计活动的任务是： 1.设计为每个安装夹具。这包括进行夹具布局夹具的设计和配置设计。 2.评估所设计的夹具以及如何履行其职能的准确定位，限制和支持工件 3. 生成的铺地板的固定装置处理必要的指示。这包括在夹紧工件和正确的到达的每个夹紧力应驱动。顺序夹具的详细设计活动的输出是信息模型，中间部分模型反馈，夹具配置和组装工件装载指示。中间部分模型提供反馈信息反馈的过程以及如何规划师每个零件模型之间的中间可以设置固定式。反馈将使这个进程规划达到夹具最佳工艺方案。夹具装配模型的配置信息有两个目的。首先，它提供有关的信息工具的夹具装配路径规划配置。这些信息可以被用来生成夹具装配的检查刀具路径之间的干扰和夹具元件。其次，它使车间人员构建基于组件的夹具提供信息。工件装载指示信息模型提供车间工件如何适用于于人员的指示和信号灯。 4.夹具设计信息模型本节描述了各种夹具设计信息模型的细节将要生成的夹具设计活动。该信息模型已使用 XML 实现。两种方法可以用来表示数据时使用 XML，第一是使用一个文档类型定义（ DTD），第二个是使用一个 XML 架构。在这项工作中，我们代表的数据使用一个 DTD。一个 DTD 定义该元素可以出现在一个 XML 文件和办法，使他们能够出现。对每个 DTD 的结构信息模型解释了部分。这些文件是由一个开发计算机辅助夹具设计产生系统（默文等， 2003）。 nts4.1 概念设计和反馈该概念设计反馈 XML 文件的 DTD 列于图 3 是由四个组的信息了：（一）产品设计的评价是进行了身份，（二）固定式的使用，（三）该概念设计的几何评价，并（四）预计成本和时间，制造灯具。图 3.概念设计反馈 DTD 的 XML 文件。在该夹具类型的基础上加以确定的估计量产品被生产。该夹具类型要么是专用或弹性。一般来说，一个专一个灵活的夹具用于小批量的生产。用夹具用于大批量的生产和几何直观的评价应该是对产品设计人员认识上的夹具设计产品的几何效应。有关资料也应可解释为电脑自动化环境中使用。为了要做到这一点，几何评价已经被映射到该产品的特点设计。每个产品的功能，被加工有三个属性，定位，克制和支持。这些属性是一个代表的职责夹具。因此，他们描述的能力，夹具加工过程中的一部分功能。虽然有几个功能可以在一次装夹加工，这个映射已经被采纳，使产品设计师能够轻松地认识到这一问题的该产品的几何形状。三个属性的每个有两个子属性，存在人脸和脸获取。这两个属性的集体描述能否完成特定功能的灯具。面对存在的属性指的是寻找缓解面临的定位，夹紧工件和支持在加工的功能。此属性将一个整数的数值范围从 1 至 5，1 个非常容易和非常困难的 5。辅助功能属性的脸指的是在公司目前的库存夹具能够访问夹具的脸。这可能是一两个值，标准或特殊。如果脸难以进入，一个可能需要特殊的夹具和值将是特殊。标准装置是可以买现成的，现成的或现有的装置元素在可用于装夹部分用于公司。这个属性允许产品设计人员了解有关产品的成本影响几何夹具及采取的制造夹具的时间。例如，如果类型的夹具是nts一个灵活的夹具，但面临的无障碍特殊，它意味着由于该产品几何，专用夹具需要一个灵活的，虽然夹具的基础上更适合需要的产品数量。这将使产品设计师，了解了产品的增加导致时间和成本。在成本和时间估算属性有三个子属性，估计费用制造夹具，预计需时多久制造的，可以在一夹具加工工件夹具蔚，数量。这些属性使产品设计师 1 夹具的成本和效果的估计的夹具在产品交货时间。总体而言，这一信息模型提供了难易程度反馈夹具概念设计。该 fixturability 据分析映射以该产品的模型功能允许直观地了解产品设计师其特点将构成装夹加工过程中的问题。产品设计人员可以使用这些信息来作出评估的概念设计或改变之间关于 fixturability 关注的几个概念设计。 4.2 中间部分模型 fixturability 反馈该模型的中间部分的 XML 文件的 DTD fixturability 反馈需要的结构如图 4 所示。图 4.中间部分模型 fixturability 反馈 DTD 的 XML 文件。在这个信息模型中，模型的中间部分评价是基于三个属性，定位，克制和支持。如前面提到的，这些属性是一个固定的职能的代表。不过，相对的概念产品设计评价，中间部分模型的详细信息可在这个阶段。因此，在履行职能的能力上更彻底的代表性在此提供的信息模型。对位置属性的孔来定位和信息的一部分建立一个基准误差估计。每个定位孔上有定位元素限制。基准误差估计属性从工件位置的理想位置提供的信息可能偏差。这一信息是提供 6 个自由度，翻译nts从 X -， y 轴和 z 轴和旋转攻方的 X， Y 型和 Z -轴。属性的限制和支持也包含的信息用于工件夹紧和支持。属性的限制有进一步的约束分析属性。此属性描述的能力夹具以制止在加工过程中工件的议案。这可能需要一两个值，限制或无限制。类似属性的约束分析，支持属性具有变形分析子属性。此属性介绍了夹具在机械加工能力，以支持和工件防止变形。此属性将一个整数的值从 1 至 5， 1 对应非常差和 5 对应非常好。基准误差估计，约束分析和变形分析属性提供反馈的进程以及如何规划每个可以是固定的中间部分模型。 nts附录 2：英文原文 Fixture design information support for integrated design and manufacturing F. MERVYN, A. SENTHIL KUMAR* and A. Y. C NEE Although a vast amount of research has been conducted on developing computer-aided fixture design systems, the need for information exchange between the fixture design domain and other manufacturing domains has not been thoroughly dealt with. This paper addresses this gap in fixture design research through the development of appropriate information models for computer-aided fixture design systems to support integrated design and manufacturing. A fixture design activity model is presented that relates fixture design to other design and manufacturing activities. The implementation of the information models in XML and the exchange of the information models based on an XML messaging approach are also discussed. Keywords: Fixture design; Integrated design and manufacturing; Information modelling; XML 1. Introduction In an aim to reduce product lead-time and cost as well as improve product quality, enterprises seek the integration of the various engineering processes involved in the design and manufacture of a product. Proper integration will allow the different domains involved in the realization of a product to make decisions taking into account the requirements of other domains, resulting in overall optimal solutions for the design and manufacture of a product. Computer-aided systems play a key role today in aiding the different domains carry out their tasks. A crucial factor in the success of developing integrated design and manufacturing systems lies in the ability to exchange information among the various computer-aided systems. The fixture design domain has seen a vast amount of research in developing computer-aided systems. Fixtures are devices that serve the purpose of holding a workpiece securely and maintaining a consistent relationship with respect to the tools during a manufacturing process (Nee et al. 1995). Various approaches have been adopted in developing interactive, semi-automated and automated fixture design systems. Bi and Zhang (2001) present a recent review of these efforts. Despite the vast amount of research, the need for information exchange between the fixture *Corresponding author. Email: mpeask.sg International Journal of Production Research ISSN 00207543 print/ISSN 1366588X online 2006 Taylor & Francis http:/www.tandf.co.uk/journals DOI: 10.1080/00207540500465303 design domain and other manufacturing domains has not been thoroughly dealt with (Mervyn et al. 2003a). Appropriate information models describing fixture design knowledge and specifications could help to significantly improve product quality and reduce product lead-time. The aim of this paper is to take a step towards addressing ntsthis need through the development of appropriate information models for computeraided fixture design systems to support integrated design and manufacturing. The scope of this work is limited to machining fixtures. This paper is organized as follows: section 2 discusses the related research carried out in developing manufacturing information models; section 3 presents an activity model for fixture design; section 4 presents the different fixture design information models to support integrated design and manufacturing, while section 5 presents an example of the information models implemented using XML. Section 6 describes the exchange of the fixture design information models based on a messaging approach and section 7 concludes the paper. 2. Related research The importance of information exchange in manufacturing has seen the development of various information models for representing the machining process. ISO 10303 Part 213 (ISO, 1997) is a STEP application protocol (AP) for storing and exchanging process plan information for numerically controlled machined parts between dissimilar computer-aided process planning (CAPP) systems. The scope of AP 213 includes planning information of NC process plans, task instructions to manufacture a part using NC machines, NC programming and in-process inspection information. Wysk et al. (1995) developed a formal representation schema for process plans and an associated factory resource model. The scope of their work was on how process plans can be used in a shop floor control environment, thus providing integration between process planning and production execution. Xing et al. (1998) developed an information model for CAPP by using object-oriented modelling and the PDES/ STEP data techniques. The model consists of the part information model, the process plan information model and the production resource information model. The process plan model contains information on manufacturing activities such as processes, setups and manufacturing operations. The manufacturing engineering toolkit (METK) project at the National Institute of Standards and Technology (NIST) in the USA developed an information model for a process plan (Lee 1999) as a means of integrating process planning and NC validation applications. The process plan provides instructions on the sequence of processes for each product. Ryou and Jerard (2001) recently developed a representation based on XML called numerical control markup language (NCML) as an enabling technology to permit buyers and sellers of custom machined parts to conduct e-commerce via the Internet. In the representation, information regarding workpiece, setups, tool information and tolerance is provided to allow users to judge the manufacturability of a part. From the literature review, it was evident that the machining process information models developed either do not provide information on fixtures or only provide information on fixtures as a resource for shop floor execution systems. The reason for this is that the role of fixtures in integrated design and manufacturing has been overlooked and not thoroughly explored. In the development of standard 2 F. Mervyn et al. information models, an activity model is normally developed first. Activity models set the context in which information is exchanged between the different domains in ntsdesign and manufacturing, and thus determine the type of information captured in information models. A review of some of these activity models can be found in Feng (1996). In the activity models developed thus far, fixtures have only been considered as a resource for manufacturing systems. The effect of fixtures on the design of a product has not been dealt with. Fixtures play a key role in determining the accuracy of a product and also, the flexibility of a manufacturing system. The ability to effectively fixture a product should therefore be a concern in the design of a product. This paper addresses this gap in current manufacturing information models by presenting a fixture design activity model that takes into account the role of fixtures in product design and manufacturing. Appropriate fixture design information models are then developed to support integrated design and manufacturing. The information models are developed using XML as a file format and exchanged based on a messaging approach. 3. Fixture design activity model The proposed fixture design activity model is as shown in figure 1. The activities have been described using IDEF0 and are only described at an abstract level so that the information models are independent of the implementation of these activities. As seen in figure 1, a fixture design system for integrated design and manufacturing performs two main activities, A1Conceptual Fixture Design and A2Detailed Fixture Design. The conceptual fixture design activity is part of a conceptual process planning activity, described in Feng and Zhang (1999), where they discuss the need for a conceptual process planning activity that supports conceptual product design by determining the manufacturing processes, selecting resources and equipment, and estimating manufacturing costs roughly. The output from the conceptual process Figure 1. Fixture design activity model. planning activity is sent as feedback to the conceptual product design activity. As part of the conceptual process planning activity, the conceptual fixture design activity supports conceptual product design through an analysis of the difficulties in fixturing the product during the machining of the product features, estimation of the cost of the fixtures and the time taken to manufacture the fixture. The inputs to the activity are the conceptual product design, the estimated quantity of the product to be manufactured and the current fixture inventory. The tasks of the conceptual fixture design activity are: . Determine the type of fixture to be used based on the estimated quantity of the product to be manufactured. . Determine difficulties in restraining a part during machining based on the conceptual product geometry. . Estimate the time and cost of designing and manufacturing new fixtures if the current inventory of fixtures cannot be used. The output of the conceptual fixture design activity is the information model, conceptual design fixturability feedback. This information model will provide product ntsdesigners with feedback on fixturability problems and also provides a metric for product designers to compare different initial designs in terms of fixturing concerns. The inputs to the detailed fixture design activity are the type of fixture information from the conceptual fixture design activity, the intermediate part model, the faces of the intermediate part model that will be machined and the fixture inventory information. The intermediate part model is the geometry of the part in between setups. As an example, figure 2 shows a part that requires three setups to machine the features. The intermediate part models to be fixtured at each setup are shown in the figure. The intermediate part model can be derived once the manufacturing sequences are determined. It should be noted that the conceptual fixture design activity receives the entire part model as an input. The fixture Figure 2. Example part and intermediate part models. inventory provides the necessary information on the available fixture elements to be used in fixture design. The tasks of the detailed fixture design activity are: . Design the fixture for each setup. This includes carrying out fixture layout design and fixture configuration design. . Evaluate how well the designed fixture fulfils its functions of accurately locating, restraining and supporting a workpiece. . Generate the necessary instructions for shop floor handling of fixtures. This includes arriving at a proper sequence for clamping the workpiece and the force that each clamp should be actuated with. The outputs of the detailed fixture design activity are the information models, intermediate part model fixturability feedback, fixture assembly configuration and workpiece loading instructions. The intermediate part model fixturability feedback information model provides feedback to the process planner on how well each intermediate part model between setups can be fixtured. The feedback will allow the process planner to arrive at the optimal process plan taking into account fixturing considerations. The fixture assembly configuration information model serves two purposes. Firstly, it provides tool pa

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