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江苏大学继续教育学院毕业设计（论文）开题报告书课题名称 汽车变速箱上盖加工工艺及工装设计 学生姓名 XX 学 号 院（系） 、专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 XXX 2013年 04月一、课题的意义制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。而我将在毕业后前往一家以机械生产为主的企业工作，所以了解机械中零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。通过对汽车变速箱上盖工艺工装设计可以对大学四年里所学习的机械制造工艺学 ， 机床夹具设计 ， 金属切削原理与刀具 ， 互换性与技术测量等许多课程进行复习与提高，并掌握综合应用专业知识的能力。在此设计中，我将绘制一张变速箱上盖零件图；编写上盖加工的工艺规程；设计两套专用夹具；设计专用刀、量具各一套。通过这些对汽车变速器制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。为了更好的进行此次毕业设计我在校图书馆与辽宁省图书馆借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学 ，张耀宸编的机械加工工艺设计实用手册 ，杨黎明主编的机床夹具设计手册 ，现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的现代机械制造工艺装备标准应用手册等许多图书。二、本课题的研究内容、方法、手段及预期成果汽车变速箱上盖是汽车变速箱的重要组成部分。它与变速箱箱体装配，为变速箱内部的齿轮、轴等工作元件提供一个稳定安全的工作环境，防止内部零件在暴露环境下工作。上盖上还设计了检查窗，是为了便于观查内部元件的工作情况。本设计说明书是在毕业设计过程中撰写完成的，是对变速箱上盖加工工艺、工装设计的说明、分析和论证。主要内容有：上盖的工艺规程制定、典型加工工序分析、专用夹具设计、专用刀具设计、专用量具设计。通过这些我对变速箱上盖零件制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。三、任务安排的阶段安排及时间安排和完成任务所具备的条件因素及参考文献：1）时间安排 12 周：收集资料、分析相关材料制定研究、设计提纲；37 周：完成设计初稿、审核；8-10 周：完善设计初稿；11-12 周：终审；13 周：准备答辩。2）完成任务所具备的条件因素：结合所学知识，查阅学校图书馆中相关图书及资料，并运用计算机及网络查询相关信息。设计中遇到的疑难问题，及时与老师和同学探讨、交流，争取圆满完成设计任务。3）参考文献1 吴振彪.机电综合设计指导.华中理工大学出版社，20002 机电一体化技术手册编委会.机电一体化技术手册（上、下册）.北京：机械工业出版社，19943 范云章，陈兆年.金属切削机床简明手册. 北京：机械工业出版社，19944 邱宣怀.机械设计（第四版）.北京：高等教育出版社，19975 吴宗泽，罗圣国。机械设计课程设计手册（第三版）. 北京：高等教育出版社，20066 孙桓，陈作模.机械原理（第六版）. 北京：高等教育出版社，20017 杨有君.数控技术. 北京：机械工业出版社，20058 沈学勤.公差配合与技术测量. 北京：高等教育出版社，19989 陈绍廉.数控机床改造技术.航空工业出版社，198910 绕振纲.滚珠丝杠副及自锁装置.北京：国防工业出版社，199011 华东纺织工学院，哈尔滨工业大学，天津大学.机床设计图册.上海：上海科学技术出版社，1979 五、指导教师审查意见指导教师（签名） 年 月 日 六、教研室审查意见教研室主任（签名） 年 月 日 七、院（系）审查意见院（系）主任（签名） 年 月 日 备 注江江 苏苏 大大 学学 成成 教教 院院毕毕业业论论文文（设设计计）任任务务书书课程名称： 汽车变速箱上盖加工工艺及工装设计 进行日期 20XX 年 06 月 13 日至 20XX 年 09 月 16 日学生姓名： XX 专业班级： 机械设计制造及其自动化 指导教师： XX 所属站名： 江苏省交通技师学院 站 长： 第 1 页课题主要参数及依据：此次设计的课题是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。变速箱的上盖是汽车变速箱的重要组成部分。汽车变速箱内有很多的精密的齿轮，轴等零件，结构体系也较为复杂。为了保证内部的全部零件不再暴露的环境下工作，防止灰尘油污以及其他一些物质进入到箱体内部腐蚀零件，为箱体做一个上盖是很必需的。一、课题研究的主要内容、目的和意义制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。而我将在毕业后前往一家以机械生产为主的企业工作，所以了解机械中零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。为了更好的进行此次毕业设计我在校图书馆与辽宁省图书馆借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学 ，张耀宸编的机械加工工艺设计实用手册 ，杨黎明主编的机床夹具设计手册 ，现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的现代机械制造工艺装备标准应用手册等许多图书。本设计课题的内容分为以下几个部分：变速箱上盖是典型的铸造箱盖类零件。结构上的特点就是扁平，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大。考虑到上盖零件的毛坯选择铸造加工而成，在构型方面基本符合毛坯铸造方法的要求。非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件的运作和故障情况，在零件设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口，为一凸台结构。与箱体装配的接合面尺寸很大，当用螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。但是考虑到加工的质量和经济性，零件设计中简化了加工平面。在能保证接合的要求的前提下，加工表面的粗糙度等精度要求尽量降低。并且还在接合面上设计了装配定位孔和工艺定位孔，保证了装配的精度。二、设计要求1、设计计算说明书一份；2、夹具零件一张；3、夹具装配图一张；4、非标零件若干；第 2 页进 度 表起止日期内容提要备 注第 1-2 周第 3-7 周第 8-10 周第 11-12 周第 13 周收集资料、分析相关材料制定研究、设计提纲完成设计初稿、审核完善设计初稿终审准备论文答辩 第 3 页江苏大学本科毕业设计1J I A N G S U U N I V E R S I T Y本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 钻床专用夹具的设计Special drilling jig design学院名称： 江苏大学继续教育学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： X X 指导教师姓名： XXX 指导教师职称： XXX 2013 年 4 月江苏大学本科毕业设计2摘 要汽车变速箱上盖是汽车变速箱的重要组成部分。它与变速箱箱体装配，为变速箱内部的齿轮、轴等工作元件提供一个稳定安全的工作环境，防止内部零件在暴露环境下工作。上盖上还设计了检查窗，是为了便于观查内部元件的工作情况。本设计说明书是在毕业设计过程中撰写完成的，是对变速箱上盖加工工艺、工装设计的说明、分析和论证。主要内容有：上盖的工艺规程制定、典型加工工序分析、专用夹具设计、专用刀具设计、专用量具设计。通过这些我对变速箱上盖零件制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。关键词：工艺；工装；夹具；刀具江苏大学本科毕业设计3ABSTRACTMotor vehicle gearbox shelters is an important component of the gearbox. Box it and gearbox assembly, the internal gear for the transmission, axle components, and other work.It provide a stable and secure working environment to prevent exposure of internal components in the working environment. Also stamped on the design of the inspection windows, in order to facilitate the investigation of the internal components of the work. The design specification is in the process of writing graduate design completed, the gearbox cover processing technology, tooling design of the note, analysis and feasibility studies. Elements include: the superstructure of developing a point of order, the typical processing of special fixture design, special-purpose tool designed for measuring tool design. I passed these on the gearbox cover parts manufacturing activities have an overall, the understanding and grasp the full picture, metal-cutting process to be able to master the basic law, grasp the basic knowledge of mechanical processing, and processing methods can choose machine tools, cutting tools, fixtures and processing Parameters, with the development of protocols and the ability to master precision machining and surface quality of the foundation, a preliminary analysis of the scene to solve problems.Key words: Technology; Tooling; Fixture; Tool江苏大学本科毕业设计4目 录绪 论.11 机械加工工艺规程的制定.21.1 零件的工艺性分析.21.1.1 零件的功用.21.1.2 零件的结构特点与工艺性.21.1.3 主要加工表面及其技术要求.21.2 确定生产类型.21.3 零件毛坯选择.41.3.1 零件毛坯材料选择.41.3.2 变速箱上盖的毛坯.41.3.3 毛坯的制造方式.41.4 零件加工工艺规程的制定.51.4.1 选择加工方法和加工方案.51.4.2 定位基准的选择.51.4.3 热处理及检验的选择与安排.61.4.4 拟定工艺路线.61.4.5 选择各工序加工机床设备及工艺装备.81.4.6 确定各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法.101.4.7 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额.111.4.8 工艺过程的技术经济性分析.152 夹具设计.162.1 铣床夹具的设计.162.1.1 夹具功能简图和工作原理.162.1.2 铣床夹具的定位方案设计.172.1.3 铣床夹具的定位误差分析.182.1.4 切削力与夹紧力的计算.182.1.5 铣床夹具的夹紧装置与机构设计.21江苏大学本科毕业设计52.1.6 铣床夹具的动力装置设计.232.2 钻床夹具的设计.242.2.1 钻床夹具的定位方案设计.242.2.2 钻床夹具的定位误差分析.252.2.3 钻削力与夹紧力的计算.262.2.4 夹具的夹紧装置与机构设计.302.2.5 钻床夹具的动力装置设计.323 专用刀、量具设计.333.1 专用刀具设计.333.1.1 钻铰复合刀具设计应考虑的问题.333.1.2 钻铰复合刀具设计步骤及方法.343.1.3 钻铰复合刀具结构尺寸图.363.2 专用量具设计.373.2.1 量规工作尺寸的确定.373.2.2 量规的技术要求.393.2.3 量规的结构尺寸.39结 论.41致 谢.42参考文献.43附录 A 英文文献.44附录 B 中文翻译.52江苏大学本科毕业设计6绪 论制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。而我将在毕业后前往一家以机械生产为主的企业工作，所以了解机械中零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。通过对汽车变速箱上盖工艺工装设计可以对大学四年里所学习的机械制造工艺学 ， 机床夹具设计 ， 金属切削原理与刀具 ， 互换性与技术测量等许多课程进行复习与提高，并掌握综合应用专业知识的能力。在此设计中，我将绘制一张变速箱上盖零件图；编写上盖加工的工艺规程；设计两套专用夹具；设计专用刀、量具各一套。通过这些对汽车变速器制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。为了更好的进行此次毕业设计我在校图书馆与辽宁省图书馆借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学 ，张耀宸编的机械加工工艺设计实用手册 ，杨黎明主编的机床夹具设计手册 ，现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的现代机械制造工艺装备标准应用手册等许多图书。由于本人水平有限，经验不足，设计中必定有许多错误的地方，还请各位老师批评，指正。江苏大学本科毕业设计71 机械加工工艺规程的制定1.1 零件的工艺性分析1.1.1 零件的功用此次设计的课题是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。变速箱的上盖是汽车变速箱的重要组成部分。汽车变速箱内有很多的精密的齿轮，轴等零件，结构体系也较为复杂。为了保证内部的全部零件不再暴露的环境下工作，防止灰尘油污以及其他一些物质进入到箱体内部腐蚀零件，为箱体做一个上盖是很必需的。1.1.2 零件的结构特点与工艺性变速箱上盖是典型的铸造箱盖类零件。结构上的特点就是扁平，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大。考虑到上盖零件的毛坯选择铸造加工而成，在构型方面基本符合毛坯铸造方法的要求。非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件的运作和故障情况，在零件设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口，为一凸台结构。与箱体装配的接合面尺寸很大，当用螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。但是考虑到加工的质量和经济性，零件设计中简化了加工平面。在能保证接合的要求的前提下，加工表面的粗糙度等精度要求尽量降低。并且还在接合面上设计了装配定位孔和工艺定位孔，保证了装配的精度。1.1.3 主要加工表面及其技术要求变速箱上盖的加工内容主要是关于平面和孔的加工。平面的加工主要包括：1、 底部大接合面的加工，技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m。2、 凸台小平面的加工，技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m，至大接合面距离要求90mm2 . 02 . 03、 上盖内侧两端面的加工,技术要求：表面粗糙度 Ra12.5m，两端面之间距离要求 90mm。2 . 02 . 0孔的加工包括：江苏大学本科毕业设计81、 大接合面上 14 个直径 11mm 的通孔加工，没有特别的技术要求。2、 2 个直径 13mm 的装配定位孔的加工，技术要求：表面粗糙度 Ra1.6m，直径精度要求 13mm03. 003. 03、 2 个直径 11mm 的工艺定位孔的加工，技术要求：表面粗糙度 Ra1.6m，直径精度要求 11mm027. 004、 内壁顶部的 4 个 9.6mm 的深孔加工，技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m，相对 D 基准位置度要求 0.2mm，孔最深处至大接合面距离要求 78m2 . 02 . 05、 顶平面的 4 个 M10 螺纹孔的加工，技术要求：相对于 D 基准位置度要求0.4mm，深 18mm。6、 凸台上 M16 螺纹孔的加工，技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m，相对于 D 基准位置度要求 0.4mm，通孔。7、 上盖上 M14 螺纹斜孔的加工，技术要求：孔中心轴线与 Z 轴角度 45 度，高度方向尺寸要求 55mm,深度尺寸要求 26mm。15. 015. 02 . 02 . 08、 上盖两端 4 个直径 16mm 的深孔钻扩加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3m，钻孔 16mm,外扩孔要求 20mm,孔中心线间距077. 0050. 005. 005. 030.1mm，高度方向距大接合面距离 37mm.其中一端两个深孔的加工提出1 . 01 . 0更高的形位要求：直线度 0.03mm,相对 D 基准位置度 0.2mm，相对 E 基准位置度 0.3mm。（参见变速箱上盖零件图）。9、 上盖内壁阶梯孔的加工， 技术要求：孔直径为 8.5mm, 9mm,12mm，2 . 00深 139mm,形位要求有 2 个，相对 C 基准的位置度要求 0.3mm,相对 F 基准的垂直度要求 0.06mm.1.2 确定生产类型因变速箱上盖的生产产量很大，采用专用设备和专用工艺装备，广泛采用高效的专用机床等，且大多数设备经常重复进行某个工序的加工。根据变速箱上盖的这些生产特点，确定生产类型为大量生产。江苏大学本科毕业设计91.3 零件毛坯选择1.3.1 零件毛坯材料选择考虑到变速箱上盖的生产类型是大批量生产，结构形状较为复杂，制造精度不高，几何尺寸也比较大，以及考虑到生产经济性。所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁，HT20-40. 其性能HB170-241 3。201.3.2 变速箱上盖的毛坯毛坯图是毛坯制造和编制零件加工工艺的重要零件。制定工艺过程时，需要分析毛坯图，主要是分析粗加工的定位基准，其次分析铸件毛坯的分型面，浇口，冒口的位置，拔模斜度，圆角半径的大小。铸件毛坯如图 2.1 所示： （a） (b) (c)图 1.1江苏大学本科毕业设计101.3.3 毛坯的制造方式毛坯制造方法的选择时应考虑下列因素，生产类型；工件结构和尺寸；工件的机械加工性能要求；工件的工艺性能要求。分析此减速器箱体，毛坯采用砂型浇注成型，在砂型中保温 20-30min，直到冷却消除铸件的应力，最终进行喷漆处理。分型面选用在轴承孔的轴向垂直面，取外面一侧为上盖，便于浇注，排气和出砂3。1.4 零件加工工艺规程的制定1.4.1 选择加工方法和加工方案上盖零件各个加工表面的加工方法和加工方案具体如下：1、 底部大接合面：粗铣精铣；2、 凸台小平面：粗铣精铣；3、 内侧两端面：粗铣半精铣；4、 大接合面上 14 个 11mm 的通孔：钻孔；5、 2 个 13mm 的装配定位孔的：钻孔-铰孔；6、 2 个 11mm 的工艺定位孔：钻孔-铰孔；7、 内壁顶部的 4 个 9.6mm 的深孔：钻孔粗铰；8、 顶平面的 4 个 M10 螺纹孔：钻螺纹预孔攻丝；9、 凸台上 M16 螺纹孔：钻螺纹预孔攻丝；10、上盖上 M14 螺纹斜孔：钻螺纹预孔攻丝；11、上盖两端 4 个 16mm 的深孔：钻孔扩孔；12、上盖内壁阶梯孔：钻孔扩孔；1.4.2 定位基准的选择由于各加工阶段的加工性质不同，所以对定位基准的要求也有所不同。粗加工阶段的主要任务是切除大部分余量，切削力大，对定位基准的要求主要是稳定可靠。定位基准表面应该足够大，并便于施加较大的夹紧力而不致引起工件变形。精加工阶段的主要任务是保证精度问题。此时大部分余量都已经被切除，工件的刚度有所下降，江苏大学本科毕业设计11而加工精度要求更高，因此要在选择定位基准是要保证因定位而引起的误差很小。由于工序性质不同，定位基准也不同。如在第一道工序中只能用毛坯表面来定位，这是粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经切削加工的表面作为定位基准，这就是精基准。根据以上关于定位基准选择的概述，具体到变速箱上盖的工艺加工过程，定位基准的选择大致如下：开始，先是凸台小平面和上盖底部大接合面两个加工表面互为基准进行粗精铣加工。先是以大接合面为粗基准加工小平面，然后在以加工过的小平面为基准加工大接合面；在工序钻、扩、铰接合面上一系列孔以及螺纹预孔的工序当中，考虑到工件加紧的稳定可靠，以及考虑到与设计基准的重合，宜选择大接合面为精基准加工；在铣削内壁两端面的工序时，考虑铣削的力度加大，为保证加紧稳定可靠，依然宜选大接合面为精基准加工；在内壁顶部钻、铰 4 个 9.6mm 深孔工序中，考虑到保证工件在加工中不变形，宜选小平面为定位基准；在钻、扩内壁阶梯孔、两端16mm 深孔，以及攻丝螺纹预孔的工序中，考虑到加工方便、加紧可靠、且与设计基准重合等因素，还是选择大接合面为定位基准。1.4.3 热处理及检验的选择与安排在本次设计中，因为设计相关的零件材料为铸件，在其装配工作时承受的作用力很小，且没有较高要求的接合或者配合工作面，所以不需要安排调质，正火、退火等等的热处理工序。但需要安排一个清理砂冒口，喷砂的工序。至于检验工序，考虑到零件本身的加工精度不是很高，且加工过程中变形破坏的可能性不大，所以不需要特别安排中间检验的工序。每道工序结束后，正常用游标卡尺、极限量规等检验。在最后的工序里，再按图样要求做全面检查即可。1.4.4 拟定工艺路线拟订工艺路线是制订工艺规程的关键。工艺路线不仅影响加工质量和效率，而且影响工人劳动强度，设备投资，车间面积，生产成本等，必须进行多种方案的分析比较。加工方法的选择首先要保证加工质量；其次还要考虑生产率和经济性。机加工工序安排应满足先基准后其他；先主后次，先粗后精，先面后孔等原则。1、工艺路线表表 1.4.1 的第一套工艺方案是根据机加工序安排的原则，参考类似零件的加工工艺江苏大学本科毕业设计12编排的。表 1.1 第一套工艺路线方案(mm)工序号工序名称1铸造毛坯2清理烧冒口，喷砂3粗铣，半精铣上盖凸台小平面4粗铣，半精铣底部大接合面5钻、铰 14 个 11 孔6钻、铰 2 个 13 的装配定位孔。7钻、铰 2 个 11 工艺定位孔8中间检查9粗铣、半精铣内侧两端面10在内壁顶部钻铰 4 个 9.6 的深孔11在凸台上钻 M10，M16 的螺纹孔预孔12钻 M14 的螺纹斜孔的预孔13对 M10,M16 螺纹预孔攻丝14对 M14 螺纹预孔攻丝15钻、扩上盖内壁 8.5、9、12 的阶梯深孔16在上盖一端钻、扩 16 深孔17在上盖另一端钻、扩 16 深孔18钳，去毛刺，清洗上油19按图样要求检查入库表 1.4.2 第二套工艺方案是参考长春一汽变速箱加工的现场工艺编排的。表 1.2 第二套工艺路线方案(mm)江苏大学本科毕业设计13工序号工序名称1铸造毛坯2清理烧冒口，喷砂3粗铣，半精铣上盖凸台小平面4粗铣，半精铣底部大接合面5钻、铰 2-11 工艺定位孔；钻、铰 2-13 的装配定位孔；钻、铰 14-11 孔6粗铣、半精铣内侧两端面7在内壁顶部钻铰 4 个 9.6 的深孔8在上盖一端钻、扩、铰 16 通孔9在上盖另一端钻、扩、铰 16 通孔10钻、铰、扩上盖内壁 8.5、9、12 的阶梯深孔11在凸台上钻 M10，M16 的螺纹孔预孔并攻螺纹12钻 M14 的螺纹斜孔的预孔并攻螺纹13钳，去毛刺，清洗上油14按图样要求检查入库2、两套工艺路线方案比较第一套方案，虽然也能达到加工要求，但是工序明显不如第二套工序集中。钻铰上盖表面的一系列孔可以集中到一个工序中完成，减少装夹的次数，提高效率。钻螺纹预孔完全可以像第二套方案中集中到一个工序中完成。在第八个工序中，方案一安排了一次中间检查，其实也是没有必要的。因为总体上前面这些加工工序精度要求都不是很高的，而且每道工序完成后都有专用的量具检验。增加一道工序不妥。还有就是第二套方案中将钻扩阶梯孔的工序安排在钻扩两端 16mm 深孔之后，因为阶梯孔很深，且与 16mm 的深孔相贯穿，当加工完 16mm 孔时，在阶梯孔钻铰的时候自然就没有那么多的钻铰深度了，难度降低，更易保证精度。第二套方案联结紧凑，适当选用一些专用工装、设备，效率和加工精度都更加有保障。对于大批量生产是比较合理的方安，加工中辅助时间少，可以高质、高效达到各工序所需达到的要求。所以选用第二套工艺方案。江苏大学本科毕业设计141.4.5 选择各工序加工机床设备及工艺装备各个工序加工机床设备及工艺装备的选用情况具体如下：1、 粗精铣凸台小平面：立式铣床 X53,专用夹具，立铣刀，游标卡尺。2、 粗精铣上盖底部大接合面：卧式（万能）铣床 X62W,专用夹具，端铣刀，游标卡尺。3、 钻铰 14 个 11mm 孔：立式钻床 Z550,专用夹具，专用复合钻铰刀具，游标卡尺。4、 钻、铰装配定位孔 2-13：立式钻床 Z550，专用夹具，专用钻铰复合刀具，03. 003. 0专用塞规。5、 钻、铰工艺定位孔 2-11：立式钻床 Z550，专用夹具，专用钻铰复合刀027. 00具，专用塞规。6、 铣内侧两端面：卧式（万能）铣床 X62W，专用夹具，端铣刀，游标卡尺。7、 在内壁顶部钻、铰 4 个 9.6mm 的深孔：立式钻床 Z550，专用夹具，直径9.4mm 的直柄麻花钻，直径 9.6mm 锥柄长刃机用铰刀，专用塞规，深度卡尺，孔距量规。8、 在凸台上钻 M10、M16 螺纹孔的螺纹预孔：立式钻床 Z550，专用夹具，直径分别为 14.5mm 和 8.5mm 的短麻花钻，游标卡尺。9、 钻 M14 螺纹斜孔的预孔：立式钻床 Z550，专用夹具，短麻花钻，游标卡尺。10、钻、扩上盖内壁阶梯孔：立式钻床 Z550，专用夹具，直径 8.2mm 的锥柄加长麻花钻，直径分别为 9mm 和 12mm 的标准扩孔钻，直径 8.5mm 专用加长铰刀,专用塞规，深度卡尺。11、对 M10、M16 螺纹预孔攻丝：立式钻床 Z550，专用夹具，直径分别10.0mm 和 14.00mm 的细柄机用丝锥，游标卡尺。12、对 M14 螺纹斜孔预孔攻丝：立式钻床 Z550，专用夹具，直径 14.00mm 的细柄机用丝锥，游标卡尺。13、在上盖一端钻、扩 16mm 深孔：立式钻床，专用夹具，直径 15.7 的锥柄加长麻花钻，直径 20mm 的标准扩孔钻，直径 16mm 的专用铰刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。14、在上盖另一端钻、扩 16mm 深孔：立式钻床，专用夹具，直径 15.7 的锥江苏大学本科毕业设计15柄加长麻花钻，直径 20mm 的标准扩孔钻，直径 16mm 的专用铰刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。1.4.6 确定各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法各个工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法如表 1.3 所示3：表 1.3 各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法(mm)工序号工序尺寸检验方法1铸造毛坯2清理3粗洗上盖凸台小平面到尺寸（件高）95.3-95半精铣小平面到尺寸（件高）94，保证图纸尺寸 80,保证Ra 为 6.3游标卡尺 0125；0.1粗糙度比较样块4粗铣上盖底部大接合面至尺寸（件高）91.3-91半精铣底部大接合面至尺寸 902 . 0保证 Ra 为 6.3游标卡尺0125；0.055钻两个工艺定位孔达到 10.8-10.82铰孔至尺寸 11，保证 Ra 为 1.6027. 00钻两个装配定位孔至尺寸 12.7-12.8铰孔至尺寸 13，保证 Ra 为 1.603. 003. 0钻 14 个 11 的通孔至尺寸 10.5-10.6粗铰孔至尺寸 11专用量规粗糙度比较样块孔距量规6粗铣内壁一端面至尺寸（两端面间距）92半精铣内壁一端面至尺寸（两端面间距）91.5，距定位孔尺寸保证 1471 . 0粗铣内壁另一端面至尺寸（两端面间距）90.5半精铣此端面至尺寸（两端面间距）90,保证表面粗2 . 0糙度 Ra12.5游标卡尺 0150;0.05粗糙度比较样块江苏大学本科毕业设计167在内壁顶部钻 4 个深孔，直径至 9.4-9.42，深度 59精铰孔至图纸尺寸 9.6，保证 Ra6.315. 00专用塞规孔距量规深度卡尺粗糙度比较样块8在上盖一端钻 2 个通孔至尺寸 15.7-15.8扩两孔至 20,深 3，保证 Ra 为 6.305. 0铰两孔，至尺寸 16，保证 Ra 为 6.3017. 0050. 0专用塞规孔距量规深度卡尺粗糙度比较样块9在上盖另一端钻 2 个通孔至尺寸 15.7-15.8扩两孔至 20,深 3，保证 Ra 为 6.305. 0铰两孔，至尺寸 16，保证 Ra 为 6.3017. 0050. 0专用塞规孔距量规深度卡尺粗糙度比较样块10在上盖内壁钻深孔至尺寸 8.38.35,深 151半精铰孔至尺寸 8.52 . 00扩孔至尺寸 9,扩孔深 13扩孔至尺寸 12,扩孔深 3专用塞规深度卡尺11在凸台上钻 M10 螺纹预孔至尺寸 8.5,深度 20对 M10 螺纹预孔攻丝，有效螺纹长度 18钻 M16 螺纹预孔至尺寸 14.5，通孔对 M16 预孔攻丝，攻透，保证 Ra 达 6.3专用塞规深度卡尺粗糙度比较样块12钻 M14 斜孔的预孔至尺寸 12.5,通孔对预孔攻丝，攻透，保证 Ra 达 6.3专用塞规角度仪器粗糙度比较样块13清洗14检查入库1.4.7 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额选择第 7 道工序，钻铰内壁顶部 4-9.6mm 的深孔。15. 00江苏大学本科毕业设计17加工条件：立式钻床 Z550，专用刀具，专用夹具。1、钻孔至 9.4-9.42mm ，深 59mm确定背吃刀量 a =1/2*d=4.7mm ；钻头：9.4mmp由于工件材料是 HT20-40；HB=170，查得：进给量 f=0.22mm ， T=2100s=35min7,3；刀具材料选用高速钢，由资料查知：7；125. 0,55. 0, 0,25. 0, 7 .14mYXZCVVVV又查表得：；75. 0,88. 0, 0 . 1svapvTVKKK7；0 . 1, 0 . 1tvCvKK由于： （1.1）VYpXamVVKfTZdCvVV0式中 钻削速度（m/s） ；v 钻削进给量（mm/r） ；f 背吃刀量（mm） ；pa 耐用度（t） ；T 钻头直径(mm)；0d 系数,由被加工的材料性质和钻削条件决定；mYXZCVVVV、所以由以上数据可知道：；smv/62.160 . 10 . 188. 075. 00 . 10 . 122. 07 . 4354 . 97 .1455. 00125. 025. 0由于： （1.2）01000dvn式中 钻头转速（r/min） ；n钻头切削速度（r/min） ；v钻头直径（mm） 。0d所以：江苏大学本科毕业设计18；min/3 .5634 . 962.1610001rn查表取标准值 500r/min1n由文献中知： （1.3）fnlllT3210式中 为钻孔深度（mm） ；1l分别为刀具切入、退出长度（mm） ；32ll 、钻头转速（r/min） ；n钻头纵向进给量(mm/r)。f而mmDlmmlmml91. 24 . 931. 031. 05 . 759321所以：min63. 022. 050091. 25 . 7590T2、铰孔至 9.6，达图纸要求15. 00铰刀选用直径 9.6mm 锥柄长刃机用铰刀，由于工件材料是 HT20-80；HB=170，所以查资料知：进给量 f=1.3mm/r。刀具材料选用高速钢3,7。查知：；3 . 0, 5 . 0, 0, 2 . 0, 6 .15mYXZCVVVV又查表得：；95. 0,88. 0, 0 . 1svapvTVKKK3,7，7 . 00 . 1, 0 . 1dvtvCvKKK，由于： m/s （1.4）VYXPmmZVKfaTdCvVVV)10160（式中 铰削速度（m/s） ；v 铰削进给量（mm/r） ；f 背吃刀量（mm） ；pa江苏大学本科毕业设计19 耐用度（t） ；T 铰刀直径(mm)；0d系数,由被加工的材料性质和铰削条件决定。mYXZCVVVV、所以由以上数据可知：smv/59. 895. 00 . 188. 07 . 00 . 10 . 13 . 145606 . 96 .155 . 03 . 07 . 02 . 01由于： （1.5）01000dvn式中 铰刀转速（r/min） ；n铰刀切削速度（r/min） ；v铰刀直径（mm） 。0d所以：min/7 .2856 . 959. 810002rn查表取标准值 250r/min1n由文献中知： fnlllT3210而mmlmmDlmml5 . 2976. 26 . 931. 031. 05912查表可知为所以：min198. 03 . 1250976. 25 . 259,0T3、辅助时间计算由文献查表得：a.装卸工件时间：工件重量为 30-40kg 之间，t1=0.1minb.钻换时间 t2=0.10min江苏大学本科毕业设计20c.铰换时间 t3=0.10mind.排屑时间 t4=0.06mine.电机起动 t5=0.02minf.快进，快退 t6=0.05ming.工作台移动 t7=0.1minh.液压缸夹紧时间 t8=0.05mini.快速工作其他时间：t9=0.13min1,3总的辅助时间为：min3 . 21 . 013. 005. 0) 1 . 0205. 002. 006. 01 . 01 . 0(4).(498172, ,0tttttT4、加工此工序所需的总时间加工此工序所需的总时间 T 计算如下： min62. 53 . 2)20. 063. 0(4)(4, ,0,00TTTT1.4.8 工艺过程的技术经济性分析制订工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方案生产率很高，但设备和工夹具的投资比较大；另一些方案可能投资比较省，但生产率较低。因此，不同的方案就有不同的经济效果。本设计的减速器壳体属于大量生产。其长年生产所以本设计中采用大投资建立生产线将有利于提高生产率。江苏大学本科毕业设计212 夹具设计广义上说，为使工艺过程的任何工序保证质量，提高生产效率，减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置称为夹具。机床夹具是将工件进行定位，夹紧，将刀具进行导向和对刀，以保证工件和刀具之间相对位置关系的附加装置，简称夹具。夹具主要起保证加工质量，提高劳动生产效率；降低生产成本；扩大机床的工艺范围；减轻劳动强度等功用。在本毕业设计中主要设计两道工序的专用夹具，一套为铣上盖凸台小平面的铣床夹具;一套为钻、扩上盖内壁阶梯孔的钻床夹具。2.1 铣床夹具的设计2.1.1 夹具功能简图和工作原理一般夹具由以下几个部分组成：1.定位元件 2.夹紧装置 3.夹具体 4.连接元件 5.对刀和导向装置 6.其他元件与装置。举例用图 2.1 来说明夹具的功能及其工作原理。 江苏大学本科毕业设计22图 2.1图中表示铣槽夹具安装在立式铣床工作台上的情况。工件的底面支撑在两个支承板上，侧面支承在两齿纹顶支承钉上，端面靠在一支承钉上，这样就确定了工件在夹具中的正确位置。然后旋紧螺母通过压板将工件夹紧，完成了工件的装夹过程。下一工件进行加工时，夹具在机床上的位置不动，只需松开螺母装卸工件即可。夹具上支承板 2 的支承工作面与夹具底板 7 的底面保持平行，当夹具安装在铣床工作台上后，就相应保证了支承板 2 的支承工作面与铣床工作台面的平行。夹具利用定位键与 T 型槽配合，保证了与铣床纵向进给方向平行。夹具上装有对刀块 5，利用对刀塞尺塞入对刀块工作面与立铣刀切削刃之间来确定铣刀相对对刀块的正确位置。从以上实例中，可归纳出夹具的工作原理要点如下：1、 是工件在夹具中占有正确的加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的对应定为元件的定位工作面接触、配合或对准来实现的。2、 夹具对于机床应先保证有准确的相对位置。而夹具结构又保证了定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。 3、使刀具相对有关的定位元件的定位工作面定位到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸6,7。2.1.2 铣床夹具的定位方案设计1、定位方式的选择设计夹具是从减小加工误差考虑，应尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。所以在本次铣床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准上盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。工件的定位基准一旦被确定则其定位方案基本上被确定。铣床夹具是为了加工上盖凸台小平面。在此工序之中，选用的机床是立式铣床 X63W。所以上盖需要被限定江苏大学本科毕业设计23的自由度主要就是，,但考虑到铣面时工件的的平稳以及装夹定位的方便，决定yxz也将其他的两个自由度，加以限制。即采用不完全定位方式。xy2、定位元件的设计定位元件的设计包括定位元件的结构，形状，尺寸及布置方式等。工件的定位设计主要决定与工件的加工要求和工件定位基准的形状尺寸精度等因素，所以在设计时应分析定位基准的形态。在此铣床夹具的设计中，选的粗基准是底部大接合面。由于是粗基准，所以不宜选择支承板定位，而宜选择固定支承钉定位。在底面需要布置三后固定支承钉，但考虑到装夹时候工件受力的平衡，保证有效装夹和加工平稳，在底面另外布置了一个可调支承钉，起辅助支承的作用。增加刚性，但不限制自由度。夹具体的后面和右侧也分别布置一个支承钉。底面支承钉选择 B 型粗基准用支承钉，侧面则选用 C 型侧面定位用支承钉。各种支承钉如图 2.2 所示： (a) 可调支承钉 (b) B 型固定支承钉 (c) C 型固定支承钉图 2.22.1.3 铣床夹具的定位误差分析一批工件的定位误差 由基准位移误差 和基准不重合误差 组成。 这种由DYBY于定位元件和工件的制造误差而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围就称为基准位移误差，用 表示；因工序基准与定位基准不重合而引起的工序基准Y相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动的范围，称为基准不重合误差，用表示。B对于此次设计的铣床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为地不大接合面，所以，基准不重合误差 =0；由于此次用到的定位元件是固定球面B支承钉，定为元件制造上的误差可以忽略，基准位移误差 =0。Y江苏大学本科毕业设计242.1.4 切削力与夹紧力的计算1、切削力的计算在铣床夹具的设计中，需要铣削的平面是上盖凸台小平面，且选用的机床是立式铣床，所以选用莫氏锥柄立铣刀铣削小平面。联系到加工表面的尺寸，选择的立铣刀直径d=20mm,z=47，查的高速钢立铣刀的背吃刀量 a =3mm,进给量 a =0.08mm/z7，查得pf铣削力的计算公式为：（2.1）式中 圆周铣削力（N） ；ZF 铣削条件改变时铣削力修正系数；zFK 立铣刀的直径（mm） ；0d 背吃刀量（mm） ；pa 进给量（mm/z） ；fa 切削宽度（mm） ；wa 铣刀齿数；z 系数，由被加工的材料性质和铣削条件决定。FFFFFwuyxC、查得：C =294,x =1.0,y =0.65,u =0.83,w =0,q =0.837FFFFFF将上述数据代入公式得： = 2612.15N2、夹紧力的计算在计算夹紧力时，应先确定在加工过程中施与工件上夹紧力的作用点和方向，切削力的大小和作用在被加工零件上的力矩及其方向。为简化计算工作，通常将机床、辅具、夹具和刀具的工艺系统视为绝对刚体。并假定在切削过程中的经验和实验的公式进行计算，求得近似的切削力，然后根据工件所受的切削力、所需的夹紧力、重力和摩擦力所组成的力系均处于静平衡条件，计算出理论所需要的夹紧力；再根据具体zFfFFFFwquwyfxpFZKndzaaaCF012042208. 0329483. 083. 065. 01ZF江苏大学本科毕业设计25条件和经验乘以加紧可靠性的安全系数。工件受力情况如图 2.3 所示：Y 方向平衡：0Y即： 0421NpWYy图 2.3X 方向平衡：0X即：0421xffpNWX又相对与原点的转距和为 0 即：0EM即：023598424743670221yxfppWNNW又由已知可知：=NZyxFppp5 . 022)(211fNNf1fWWf江苏大学本科毕业设计26又由相关资料查得工件表面在夹具支承元件和夹紧接触元件间的摩擦因数为：5 . 0,55. 03 . 011ff取420. 0,25. 018. 022ff取由以上方程及相关数据，计算可得：W =1550 N查资料选定安全系数： （2.2）6543210KKKKKKKK 式中 考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数；0K 加工性质的系数；1K 刀具钝化程度系数；2K 切削特点系数；3K 夹紧力的稳定性系数；4K 手动夹紧时手柄的位置系数；5K 仅有力矩作用与工件时与支撑面接触情况系数。6K由资料查得：4所以：434. 20 . 10 . 10 . 12 . 13 . 12 . 13 . 1K工件夹紧需要的夹紧力大约为： （2.3）NKWWK3770434. 21550式中 夹紧力（N） ；KW 理论夹紧力（N） ；W 安全系数。K2.1.5 铣床夹具的夹紧装置与机构设计典型的夹紧装置是由力源装置，中间传力装置、夹紧元件与夹紧机构组成。夹紧装置的结构要简单，制造要容易，尽量做到体积小，重量轻，并有足够的强度；加紧动作要迅速，操作方便，使用安全，应有足够的夹紧行程和装卸工件的空间，其自动化程度要与工件的批量相适应；夹紧力的大小要恰当，要保证工件在夹具中不产生唯0 . 1, 0 . 1, 0 . 1, 2 . 1, 3 . 1, 2 . 1, 3 . 16543210KKKKKKK江苏大学本科毕业设计27一和振动，要保证夹紧后的工件变形和表面损伤不超过允许的范围。为此，夹紧力的方向要尽量垂直于工件的主要定位基面，尽量和切削力、重力方向一致。夹紧力作用点应该落在主要定位基准面上，要选在刚性较好的部位，尽量靠近被加工表面。因为工件是大量生产，夹紧力又比较大，所以采用液压夹紧，液压缸选用通用系列查机床夹具设计手册 ，选用法兰式油缸。本设计中铣床夹具选择由两个液压缸直接顶起压板进行压紧，压紧有效、快速。可以提高生产率。具体的机构设计如图 2.4 所示：图 2.4在上图的机构中，当工件在夹具上放置好后，人工将夹板旋转至夹紧得力位置，再启动液压系统，活塞杆向上伸出，顶杆自然顶起夹板尾部，夹板前部就能有效夹紧了。考虑到保护工件不致因为夹紧力太大而变形，所以应该保证活塞杆在接近其行程末端（留有适当余量）处顶杆开始顶起压板。余量也不能太小，否则夹紧力不够，不能有效夹紧。夹紧装置中主要零件夹板，见图 2.5江苏大学本科毕业设计28图 2.5本夹紧装置中用到的法兰式液压缸的装配图如图 2.6 所示,其中各主要零件如表 2.1所示：图 2.6表 2.1 法兰式液压缸零件列表(mm)件号12345678CL名称端盖螺钉活塞密封圈密封圈缸体弹簧密封圈数量16111111规格M8*25No.15540No.13*25*602420100江苏大学本科毕业设计292.1.6 铣床夹具的动力装置设计由于液压装置系统有以下特点：液压油油压高，传动力大，同比条件下液压缸比气压钢小的多；油液的不可能性使压紧刚度高，工作平稳，可靠。液压传动噪声小，劳动条件比较好，所以本设计选用液压装置。图 2.7液压装置的油路图设计：设计如图 2.7 油液经滤油器 12 进入柱塞泵 8，通过单向阀 7 与快换接头 3 进入夹具液压缸 1。电接点压力表用于显示液压系统的工作压力，溢流阀的作用是防止系统过滤，电磁卸荷阀 10 兼有卸荷，换向，保压的作用9。2.2 钻床夹具的设计2.2.1 钻床夹具的定位方案设计1、定位方式的选择在本次钻床夹具设计中，和前面铣床夹具定位基准选择的原则一样，尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。本次钻床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准上盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。此次设计的钻床夹具用于钻、扩上盖内壁阶梯孔，选用的机床为立式钻床 Z550，所以工件在夹具中应该是竖直放置。考虑到钻孔的精度要求较高，定位应该选择完全定位。具体的布置就是在大接合面上用两块支承板限制、三个自由度；在上盖xzy江苏大学本科毕业设计30的一侧用一个固定支承钉限制一个自由度；在上盖竖直放置时候，为了保证工件不y在 YOZ 平面内转动，所以在其底部用一托槽限制其两个自由度、。这样，支承板、zx支承钉、托槽三者就将工件的六个自由度都限制了，实现了完全定位。2、定位元件的设计1）支承板在前面的铣床夹具设计中，由于考虑到当时的底部大接合面尚未加工，作为粗基准只能用支承钉定位。但在钻床夹具设计中，大接合面已经精加工，所以适合用两块支承板定位了。支承板较之前面的支承钉能大大的增大受力面积，更好的保证工件受力不变形。支承板类型选用 A 型（用于顶面和侧面定位） 。由于采用了两个支承板，所以按照要求，在其装配后磨平工作面，以保证等高性。2）支承钉此次用到了一个侧面的固定支撑钉，宜选用 C 型。参见图 2.2(c)。3）托槽此次在工件定位中用到了托槽来限制、两个自由度。具体形状参见图 2.8 所示：zx图 2.8托槽实际上是平面支承的一个演化。考虑到实际情况，工件的长侧边厚度较小（10mm） ，且长度尺寸较大（330mm） ，所以选用标准的支承板来定位是不行的。托槽槽宽尺寸为 14mm，大于上盖侧边厚度 10mm，主要是考虑到托槽只是起到一个“托”的作用，两边都留有适当间隙是为防止工件安装时被槽的某一侧挡到，使得工件过定位。江苏大学本科毕业设计312.2.2 钻床夹具的定位误差分析1、钻孔距底面高度尺寸 37mm 的定位误差分析1 . 0对于此次设计的钻床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为底部大接合面，所以，基准不重合误差 =0。因为不存在制造不准确的定位副，所B以，定位基准位移误差 =0mm。所以，深度尺寸的定位误差为 = + =0 mmYDBY2、钻孔与工艺定位孔间距尺寸 134mm 的定位误差分析1 . 0阶梯孔尺寸 134mm 的设计基准为工艺定位孔，而本工序中的工序基准为工1 . 0件外侧边。所以存在基准不重合误差。由零件图知其基准不重合误差值等于工序尺寸公差值，即 =+0.05-(-0.05)=0.1mm. 因为不存在制造不准确的定位副，所以，定位基B准位移误差 =0mm。所以该尺寸的定位误差 = + =0.1mmYDBY2.2.3 钻削力与夹紧力的计算1、钻削力的计算采用的是高速钢钻头，故而进给力计算公式查表得： （2.4）FfYZffkfdCFFfFf式中 钻削进给力（N） ；fF安全系数；Fyk 钻头直径（mm） ；0d 系数，由被加工的材料性质和钻削条件决定。yyFFfYZC、此工序钻 8.5mm 孔，由文献查表得安全系数为：0 . 1, 0 . 10 . 1,15. 1, 2 . 1, 2 . 1643210kkkkkk （2.5）6 . 0)190(HBkp所以，935. 0)190170(6 . 0minpk153. 1)190290(6 . 0maxpk取江苏大学本科毕业设计321 . 1pk所以钻削力为：FfYZffkfdGFFfFf中其他参数查表得：3 . 0, , 5 . 88 . 0,420fdZCFfFf所以 ，NFf24861 . 10 . 10 . 10 . 115. 12 . 12 . 13 . 05 . 84208 . 00 . 12、夹紧力的计算由于工件受的钻削力在竖直平面上的分力 P 是方向大小恒定不变的力。但在水平y面内，是一圆周力，大小不变，方向时刻变化。在估算夹紧力的时候，应该考虑到钻削力分力 P 在垂直定位平面方向和垂直定位平面方向上的两种情况，并分别计算取大x值。1）分力 P 在定位平面法线方向时x此时工件受力情况如下图 2.9 所示：图 2.9根据受力情况对工件进行静平衡计算：江苏大学本科毕业设计33Y 方向受力平衡：0Y即：02NGPYyX 方向平衡:0X即：0221WPNXx又相对与原点的转距和为 0 即0OM即：022037514325147212xyPPGNNW又相对于钻削点处的转矩为零，即0327323277221NWGN又已知：NFPPfyx2486)(2122G=500N(估算)将数据带入上述方程解得理论夹紧力 W=1153 N2）分力 P 在定位平面切向时x此时工件受力情况如图 2.10 所示：江苏大学本科毕业设计34图 2.10根据受力情况对工件进行静平衡计算：Y 方向受力平衡：0Y即：02NGPYyX 方向平衡:0X即：0221ffxNWP又相对与原点的转距和为 0 即：0OM即：0220102143)(21xyffPPNW又有：NFPPfyx2486)(21221fWWf211fNNfG=500N(估算)且由资料查得夹紧块对工件的摩擦系数：4 . 0, 5 . 03 . 011ff取支承板对工件的摩擦系数：2 . 0, 4 . 01 . 022ff取将数据带入上述方程解得理论夹紧力：W=1520 N所以，夹紧装置的夹紧力应该取较大值 W=1520 N。查资料选定安全系数： 6543210KKKKKKKK 由资料查得：0 . 1, 0 . 1, 0 . 1, 0 . 1, 3 . 1, 0 . 1, 3 . 16543210KKKKKKK江苏大学本科毕业设计35所以，69. 10 . 10 . 10 . 10 . 13 . 10 . 13 . 1K工件夹紧需要的夹紧力大约为：NKWWK256869. 115202.2.4 夹具的夹紧装置与机构设计因为工件是大量生产，夹紧力又比较大，所以采用液压夹紧，液压缸选用通用系列查设计手册，选用凸缘式油缸7。本设计中选择由两个液压缸直接顶起夹紧块进行压紧，压紧有效、快速。可以提高生产率。具体的机构设计如图 2.11 所示：图 2.11在上图的机构中，工件竖直由右向左从托槽中插入，直至工件顶到左侧的支承钉，然后在启动液压缸，活塞推动夹紧块夹紧工件。同样，考虑到保护工件不致因为夹紧力太大而变形，所以应该保证活塞杆在接近其行程末端（留有适当余量）处顶杆开始顶起夹紧块。余量也不能太小，否则夹紧力不够，不能有效夹紧。江苏大学本科毕业设计36考虑到工件具体安装的情况，由于夹紧块夹紧作用的面不是工件的最高面（相对底部大接合面而言） ，选择液压缸型号的时候应该考虑到其活塞行程问题。当安装工件的时候，两个液压缸此时都以回油卸载，活塞退回至行程起点，如果选用的液压缸的活塞行程太短，活塞上的夹紧块退回行程不够，工件插入的时候就会被夹紧块挡到，根本不能通过，这样的错误是不允许的。此次选用的液压缸活塞行程 25mm,经尺寸验算，满足要求。本夹紧装置中用到的凸缘式液压缸的装配图如图 2.12 所示,其中各主要零件如表2.2.1 所示：图 2.12表 2.2.1 凸缘式液压缸零件列表(mm)件号12345678CL名称端盖螺钉密封圈缸体密封圈弹簧活塞密封圈数量16111111规格M8*2046No.24035260 No.2242595江苏大学本科毕业设计37本夹紧机构中用到的夹紧块是非标准件，作用部分为铸件材料为灰铸铁 HT200，与后面的直杆焊接而成。2.2.5 钻床夹具的动力装置设计此次钻床夹具的动力装置和前面的铣床一样，选用液压动力。具体设计思路如前所述，在此不再赘述。江苏大学本科毕业设计383 专用刀、量具设计3.1 专用刀具设计.变速箱上盖的加工中有很多工序都是关于孔的加工，基本都是采用专用刀具或复合刀具进行加工的。复合刀具就是把两把或两把以上单个孔加工刀具组合起来的刀具。由于它具有生产率高、加工精度高、加工成本低、加工范围广等优点，因此广泛应用于大批量生产中。本次刀具设计的有关工序就是钻、铰装配定位孔 2-13。此工序用到的刀具就03. 0013. 0是钻铰复合刀具。3.1.1 钻铰复合刀具设计应考虑的问题设计钻、铰复合刀具时，对各把刀具的直径及公差、齿数及齿形、几何参数以及有关机构尺寸等的设计均可参照各种孔加工刀具原有设计方法进行。但是还应考虑一些其他的问题。1、 切削图形因为要加工的装配定位孔是一个通孔，这就决定切削图形采用的方案是个各阶刀具顺序加工。但要注意的是切削时应该尽量使各把刀具的切削负荷均衡。2、 刀具的结构形式复合刀具的结构形式分为整体式和装配式。因为装配式复合刀具适用于粗加工刀具和前、后刀具直径相差较大的复合孔加工刀具以及需要韧磨端齿的复合孔加工刀具。而整体是刀具适用于精加工的复合孔加工刀具和前、后刀具直径相差不太大的刀具。所以选择的刀具形式是整体式。3、 刀具材料刀具材料选择的是否恰当对刀具的生产率有重要的影响，在设计刀具时一开始就应考虑正确选择刀具材料。刀具材料目前主要还是高速钢和硬质合金。因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高的多，因此，在能采用硬质合金的情况下应竟可能的采用。这是一个提高刀具生产率的十分重要的方向。但是由于目前硬质合金钢的性能还有许多缺憾，如脆性大，极难加工等，使它在许多刀具上应用困难。因而目前许多复杂刀具及切削条件差江苏大学本科毕业设计39的刀具主要还是应用高速钢。选择型号为 W18Cr4V-63HRC。4、 刀体材料刀体的材料要求强度要足够的高。本次设计的复合刀具选用比较常用的 9SiCr 做刀体的材料。5、 妥善解决刀具的排屑、容屑问题任何刀具在切削过程中都将切下很多切屑。必须妥善的处理切屑，使它能顺利的不段排出，或自由容纳在容屑槽内，才能保证刀具的正常工作，否则，将发生却屑堵塞现象，甚至损坏刀具。在本次设计中，由于考虑到要加工的孔是只有 10mm 深的通孔，而且工件材料为铸铁，所以从加工的条件来看，对刀具的排屑要求并不是很高。6、 刀齿安排复合刀具前后刀具刀齿有错开和对齐两种形式。错开前后刀齿的情形适用于前后刀具位置很近的场合，这样铣削前面刀齿的齿槽和齿背的时候就不会碰伤后面的刀齿了。对齐前后刀齿适用于一般情形，最大的优点就是制造方便，成本较低。考虑到本次设计的刀具前后刀齿不是很近，所以选择对齐的形式比较好。7、 导向装置导向装置主要适用于刀具细长、加工精度要求很高，以及加工孔距较大的同轴孔时。可以使刀具在加工时保持正确位置，减少刀具悬伸量，提高工艺系统刚性。当刀具较短，且加工精度要求不是相当高的时候，可以不用导向装置。考虑到具体的情况，本次刀具设计就不需设计导向装置7,10,12。3.1.2 钻铰复合刀具设计步骤及方法钻铰复合刀具的设计主要分为钻刀设计和铰刀设计。具体设计步骤及方法见下表： 表 3.1 钻铰复合刀具设计步骤及方法 (mm)序号名称符号参考公式或表格计算实例麻 花 钻 部 分1麻花钻直径d钻机械加工工艺设计实用手册取 d=12.7钻江苏大学本科毕业设计40表 12-262钻心直径d0d =(0.120.15) d0钻取 d =1.7003麻花钻材料选高速钢 W18Cr4V-63HRC4几何参数2、r、B、K、q、f、实用手册表 12-25取 2=118，=30， =45，rB=7.50,K=2.00,q=11.80,f=0.95、=12，=555工作部分长度l1取 l =45mm16直径公差工艺装备应用手册表 1-3-10取麻花钻直径公差 12.700027. 07磨钝标准实用手册表 12-27后刀面最大磨损限度 0.50.88耐用度实用手册表 12-27取 3600min铰 刀 部 分9铰刀类型非标准刀具设计手册表 2-34选用高速钢锥柄机用铰刀10铰刀直径d铰d=D铰取 d=13铰11直径公差非标准刀具设计手册表 2-70公差值为015. 0008. 012铰刀齿数Z非标准刀具设计手册表 2-35Z=613铰刀刀齿在圆周上的分布采用等齿距分布14齿槽形状及尺寸、F、f、r非标准刀具设计手册表 2-37、2-38选用直线齿背，=90F=0.9,f=0.2,r=0.515齿槽方向非标准刀具设计手册表 2-40选用直槽16刀具几何 、r、00非标准刀具设计手册表 2-42=4、 =0、 =8、r00=0、=45s江苏大学本科毕业设计41、s、17刀具工作部分材料选用 W18Cr4V18刀柄材料选用 9SiCr19切削部分前端直径d4d =d-（1.31.4）*2e4铰削余量 e=0.3,d =12.58420倒锥部分直径d2d =d-g,表 2-442g=0.04, d =12.96221铰刀工作部分长度l非标准刀具设计手册表 2-47取 l=2022铰刀切削部分长度l1l =cot124ddrl =1.3123前倒锥长l3l =133取 l =1324铰刀圆柱校准部分长l6l =(0.160.9)d6l =0.9*13=11.7625铰刀总长L取 L=10026铰刀颈部直径d3非标准刀具设计手册表 2-45取 d =10327铰刀颈部长l4取 l =15428中心孔D、中D、中1l、l中1中非标准刀具设计手册附表 1A 型刀 体 部 分29刀体材料选用 9SiCr30柄部莫式锥度非标准刀具设计手册表 2-45选用 1 号莫氏锥度，尺寸见附表 431对公共轴线的径向圆跳动非标准刀具设计手册表 2-72铰刀切削部分为 0.02，校准部分 0.02，柄部为 0.02江苏大学本科毕业设计423.1.3 钻铰复合刀具结构尺寸图钻铰复合刀具的结构尺寸如 图 3.1 所示：图 3.13.2 专用量具设计变速器箱体零件主要加工表面和孔，关键工序加工中需要测量尺寸公差，形状位置公差及表面质量，许多工序都需要用到专用量具。在工件的检验工作之中，计量器具应该根据具体情况进行选择。一般的原则是按被检验工件数量、尺寸以及计量器具的不确定度允许值进行选择。当检验数量很大的同一工件时，应选用专用的计量器具，专用计量器具中最常用的就是极限量规。极限量规是按被测件极限尺寸设计制造的具有固定尺寸的量具（简称量规） ，形式很多，广泛用于大量生产中3。光滑极限量规的形式很多，合理的选择和使用量规，对正确判断检验结果影响很大。参考资料，选定设计的量规的形式为锥柄圆柱塞规7。在此设计装配定位孔 13mm 测量使用的塞规如下：03. 003. 03.2.1 量规工作尺寸的确定量规制造和其他一般零件的制造一样，由于存在加工误差，所以必须规定制造公江苏大学本科毕业设计43差。量规公差的大小直接影响工件和量规的制造。量规公差过大将过多的占用工件公差，是工件的生产公差减小，给工件制造增加难度；量规公差过小可以使工件的生产公差变大，但又会使量规的制造成本增大。因此，需要合理规定量规的公差值。量规公差值包括尺寸公差值和形位公差值。量规尺寸公差值的确定，查取资料选取适合的尺寸公差值 T 和通规位置要素 Z。量规的形状和位置公差要遵循包容原则，而且形位公差值为量规尺寸公差值的50%7。由于， IT=+0.030-(-0.03)=0.060mm查表得：当基本尺寸大于 10mm 至 18mm 时，IT9=0.043mm，IT10=0.070mm8,选 IT10 显然低于图纸加工要求了，所以此装配定位孔定为 9 级精度的孔。1由孔上下偏差画出公差带图 ，如图 3.2.1 所示：图 3.2因为，03. 003. 013 所以， ES=+0.030 EI=-0.0302由资料查出工作量规的制造公差 T 和通规位置要素 Z 的值，并标在公差带图江苏大学本科毕业设计44上；孔用量规：制造公差 T=0.0034 ；通规位置要素 Z=0.0067 ；3参看图 51，计算各种量规的极限偏差和确定量规的工作尺寸：通端： 上偏差=EI+Z+T/2= -0.03+0.006+0.0017= -0.0233 （3.1）下偏差= EI+Z-T/2=-0.03+0.006-0.0017= -0.0257 （3.2）止端： 上偏差=ES=+0.030 （3.3）下偏差=ES-T=0.030-0.0034= -0.0266 （3.4）式中 T量规尺寸公差（mm） ； Z通规尺寸公差带的中心刀工件最大实体尺寸之间的距离（mm） 。工作尺寸：通端：（mm）0233. 00257. 013止端： （mm）030. 00266. 013工艺尺寸： 通端：（mm）00034. 09777.12 止端：（mm）00034. 0030.133.2.2 量规的技术要求孔用塞规的材料可用淬硬钢（合金工具钢，碳素工具钢，渗碳钢）或硬质合金的材料制造，也可在测量面上镀上以厚度大于磨损量的镀铬层，氮化层等耐磨材料。此设计塞规采用 T10A 为材料。量规测量面的硬度，对量规的寿命有一定的影响，通常使用淬硬钢制造的量规，其测量面硬度为 HRC58-65。测量面的表面粗糙度，取决于被检验工件的基本尺寸，公差等级和粗糙度以及量规的制造工艺水平。量规表面粗糙度值的大小，随上述因素和量规结构形式的变化而江苏大学本科毕业设计45异，查表（参见现代机械制造工艺装备标准应用手册P964 表 3-2-16）可知基本尺寸为 13，IT 为 9 级的孔用量规粗糙度为 0.08mm3,7。3.2.3 量规的结构尺寸量规结构尺寸如 图 3.3 所示：图 3.3 江苏大学本科毕业设计46结 论毕业设计结束了。回首这十五周的设计过程，觉得自己有了很大的收获，学到了很多实实在在有用的知识。我做的设计是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。整个课题的内容很丰富，涉及到了我大学很多专业课程的知识，比如工艺、公差、金属切削理论，夹具设计、刀具设计、量具设计以及液压等等。这些知识都是机械专业最基础最根本的。由于在以前学专业课的时候，知识学的很粗糙很肤浅，如走马观花一般根本不扎实。所以，在设计刚开始的时候，觉得有很多知识似曾相识，但却不知原理究竟，甚至还有很多是从未涉及的，所以感觉吃力。但是后来在老师的指导和帮助下，再加上翻阅查看了很多参考资料，这才一步步明朗和清晰。所以，在设计结束的时候，真实的体会到提高了很多。1、设计让我开阔了视野，拓宽了知识面，学到了很多新知识，也让我许多学过的知识得到了巩固，能熟练运用，融会贯通。2、提高了自己的能力，独立设计、独立思考的能力。这是一次很难得的锻炼，受益匪浅。3、设计让我培养了一种科学严谨的治学态度，在真理面前孜孜以求，绝不糊涂了事。我们即将步入社会，无论何时何地，做工作或做学问，都是需要严谨的精神的。毕业设计是对我们大学所学知识的一次综合考验，也是我们大学生在学校的最后一次证明自己能力的机会。我们都应该认真对待，踏实完成。为大学的学习做一个完美的结束！江苏大学本科毕业设计47致 谢本设计的完成在很大程度上得到了各位老师的殷切帮助，特别是我的指导老师，不论是在夹具装配图的完成过程中，还是在工艺分析方面无不包括了赵老师的汗水。正是在赵老师的指导下，我才克服了一个个困难，顺利的完成本次毕业设计。并且，我在老师不厌其烦的指导下，加深了对专业课知识的理解，提高了自己的设计水平。还有许多老师也在这次设计中也提出了很多宝贵意见，在此一并表示感谢！且在设计中同学之间互相帮助，互相促进，也在这里感谢帮助过我的所有同学。江苏大学本科毕业设计48参考文献1 侯家驹.汽车制造工艺学. 机械工业出版社. 19862 侯家驹主编.机械制造工艺学.机械工艺出版社 .20003 张耀宸主编. 机械加工工艺设计实用手册. 航空工业出版社 1993.124 杨黎明主编. 机床夹具设计手册. 国防工业出版社. 1996.55 孙庚午主编. 实用工具手册. 兵器工业出版社. 1994.76 庞怀玉主编. 机械制造工程学. 机械工业出版社. 1998.57 现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编. 现代机械制造工艺装备标准应用手册. 机械工业出版社. 1997.128 张玉、刘平主编. 几何量公差与测量技术. 东北大学出版社. 1999.99 左健民主编. 液压与压传动. 机械工业出版社. 1999.1010 刘华明主编. 刀具课程设计指导书. 哈尔滨工业大学出版社. 1981.811 黄如林主编. 切削加工简明实用手册. 化学工业出版社. 2004.712 许先绪主编. 非标准刀具设计手册. 机械工业出版社. 1992.813 冯幸安主编. 机械制造装备设计. 机械工业出版社. 2004.114 史美堂主编. 金属材料及热处理. 上海科学技术出版社. 2001.1215 顾维邦主编. 金属切削机床. 机械工业出版社. 1992.1016 陈日曜主编. 金属切削原理. 高等教育出版社. 1985.317 国家标准局. GB/T12204-90 金属切削基本术语. 中国标准出版社. 1991.318 龚安定等编. 机床夹具设计. 西安交通大学出版社. 1993.619大连理工大学工程画教研室编. 机械制图. 高等教育出版社. 2002.3江苏大学本科毕业设计49附录：外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。 ANSYS 软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 MATLAB 的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。江苏大学本科毕业设计502 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。King 和 Hutter 提出了一种使用刚体模型的夹具-工件系统来优化夹具布局设计的方法。DeMeter 也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 melkote 用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 menassa 和 devries 包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。Deng 和 melkote 提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（ GA ）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。vallapuzha 在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。krishnakumar 和 melkote 发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。krishnakumar 等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。Lai 等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。Hamedi 讨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江苏大学本科毕业设计51人工神经网络（ ANN ）和 GA。人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形，遗传算法被用来确定最佳锁模力。Kumar 建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。Kaya 用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 GA 和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-工件的接触点。夹具元件-工件接触点的位置必须在候选位置。为一个问题涉及夹具元件-工件接触和加工负荷步骤，优化问题可以在数学上仿照如下： 江苏大学本科毕业设计52这里的 表示加工区域在加工当中 j 次步骤的最高弹性变形。j其中是 的平均值；j是正常力在 i 次的接触点；niF 是静态摩擦系数；fhi 是切向力在 i 次的接触点；pos(i)是 i 次的接触点；是可选区域的 i 次接触点；iV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4.1 遗传算法遗传算法（ GA ）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，然后进行江苏大学本科毕业设计53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 MATLAB 的直接搜索工具箱是被运用的。 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，nchg 达到一个预先定义的价值 ncmax ，或有多少几代氮，到达演化的指定数量上限 nmax， 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。 “inpolygon ”在 MATLAB 的功能可被用来帮助检查。4.2 有限元分析ANSYS 软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，江苏大学本科毕业设计54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，江苏大学本科毕业设计55kij 是弹簧刚度在的 j -次节点周围 i 次夹具元件，Dij 是 i 次夹具元件和的 J -次节点周围之间的距离，ki 是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