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工艺 夹具 切口 连杆 工装 设计

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摘要

本文主要研究了连杆的加工工艺及夹具设计。具体内容包括：工艺分析、工艺规程设计，工序卡，工艺过程卡的制作，连杆零件图、毛坯图、装配图和夹具装配图。本论文通过设备选型、刀具选用，并结合工艺学方面的有关知识，对连杆加工工艺进行了详细阐述，并设计了一套半精铣两端面夹具。

关键字： 连杆   工艺设计    夹具

内容简介：

毕 业 设 计（论 文）说 明 书 题 目 平切口连杆的工艺工装设计 四 川 理 工 学 院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 平切口连杆的工艺工装设计 1 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 （ 1） 基本设计参数 ： 连杆毛胚图一张。 生产方式：批量生产 （ 2） 主要内容及基本要求 绘制柴油机连杆的装配图和零件图。 确定加工方法、制定加工工艺、编制加工工序卡。 进行连杆部件半精铣两 端面的工装设计 。 编写设计计算说明书。 2指定查阅的主要参考文献及说明 机械制造工艺手册 机械制造技术基础 机械制造装备 夹具设计 3进度安排 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 查阅资料，了解连杆的功能以及加工制造的基本知识 3 月 5 日 3 月 25 日 2 完成 连杆的装配图和零件图的绘制。 3 月 26 日 4 月 10 日 3 确定加工方法、制定加工工艺、完成工装设计 4 月 11 日 5 月 22 日 4 完成设计计算说明书的编写 5 月 23 日 6 月 2 日 5 设计图纸与说明书的校对 6 月 3 日 6 月 5 日 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）名称 平切口连杆的工艺工装设计 设计（论文）类型 B 指导教师 林尊荣 学生 姓名 张留军 学号 030110903 系、专业、班级 机电系 机制 、选题依据：（简述研究现状或生产需求情况，说明该设计（论文）目的意义。） 连杆是内燃机的重要组成部分，它将活塞上的作用力传给曲轴，使活塞的往复运动变为曲轴的回转运动。 连杆除承受气体作用力外，还受到活塞的惯性力。因此连杆是在冲击，交变载荷下工作。要求连杆能耐 疲劳，在保证质量轻的条件下，有足够的刚度和强度。为保证多缸内燃机运转平稳，给连杆组的质量偏差应在规定的范围内。因此如制造出合格的连杆也非常重要的。 该题目综合了机械制造装备，机械制造技术基础，刀具设计，理论力学，材料力学等知识。是对自己大学四年学习的检验，通过这次设计可以把以前的知识复习一下，也可以及时找出学的不扎实的的地方进行补充，同时也扩大了自己的知识面，为今后的工作奠定了坚实的基础。 二、设计（论文研究）思路及工作方法 1读懂所给的零件图。 2了解零件的作用，并分析出哪些面精度要求高哪些面 精度要求低。 3按步骤确定出加工工序，及每道工序的工艺参数。 4设计规定工序的夹具。 5编写设计说明书及后续完善工作。 三、设计（论文研究）任务完成的阶段内容及时间安排。 1查阅资料，了解连杆的功能以及加工制造的基本知识。 3 月 5 日 3 月 25 日 2完成连杆的装配图和零件图的绘制。 3 月 26 日 4 月 10 日 3确定加工方法、制定加工工艺、完成工装设计。 4 月 11 日 5 月 22 日 4完成设计计算说明书的编写。 5 月 3 日 6 月 2 日 5设计图纸与说明书的校对。 6 月 3 日 6 月 5 日 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 教研室毕业设计（论文）工作组审核意见 难度 分量 综合训练程度 教研室主任： 年 月 日 设计（论文）类型： A 理论研究； B 应用研究； C 软件设计； 摘要 本文主要研究了连杆的加工工艺及夹具设计。具体内容包括：工艺分析、工艺规程设计，工序卡，工艺过程卡的制作，连杆零件图、毛坯图、装配图和夹具装配图。本论文通过设备选型、刀具选用，并结合工艺学方面的有关知识，对连杆加工工艺进行了详细阐述，并设计了一套半精铣两端面夹具。 关键字 ： 连杆 工艺设计 夹具 he of a on of a of 言 制造业特别是机械制造业是国民经济的支柱产业，现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。由于中国潜在的巨大市场和丰富的劳动力资源，世界的制造业正在向中国转移，中国正在成为世界的制造大国。我国在家电等若干产品的产量已居世界第一位。但是在自主知识产权的创新设计、先进制造工艺和装 备及现代化管理等方面仍然存在很大差距，所以我们还不是制造强国。 近一个世纪以来，国内外专家和学者对培养制造工艺技术方面的应用型人才持有两种不同的观点：一种是偏重于掌握各种具体的工艺实践知识（典型零件加工方法），即工艺的个性；另一种是偏重于掌握工艺理论，即工艺的共性。因此，制造工艺教材也有两种与之相应模式。我们认为，这两种观点都有其正确的一面，最佳的方案应该是两者的有机结合。 传统的制造技术发展到了一个崭新的阶段。传统制造不断吸取机械、电子、信息、能源及现代管理等技术成果，并将其综合应用于产品整个生命周期，称 为“市场 的大的生产制造系统。在生产制造系统中，各个专业学科间不断交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失。用人单位根据市场要求需要高技能的数控编程技术人员，要成为一名合格的机械加工技术人员必须掌握机械制造工艺，能够指定出合格的工艺规程和合格的数控程序，如何制定合理的加工路线和加工的参数直接影响着零件的加工质量和效率及成本。本次设计就在于通过毕业设计培养学生能够根据机械设备和零件的要求编制合理的加工工艺为以后从事机械加工的技术工作打下坚实的基础。 连杆 广泛运用于 汽车、压缩机 中， 其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力 。在设计 连杆 械加工工艺过程时要合理选择加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩提高加工精度，来提 连杆 加工精度，保证加工质量。 毕业设计（论文） 1 第一章 零件的分析 1连杆的工作条件 1 1 运动 连杆是内燃机重要运动部件之一，它把活塞与曲轴连接起来，使活塞的往复运动（小头）边为曲轴的回转运动（大头），杆身作复合平面运动，轨迹为椭圆。 1 2 受力 工作时连杆承受大小、方向为周期性变化的动载荷。在做功过程，燃气压力在连杆轴线上的分力产生压缩应力；燃气压力在水平方向的分力引起纵向弯曲应力；摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力。而且，交变应力值在很宽的范围内急剧变化，弯曲应力引起弯曲变形，导致产生疲劳破坏。 1 3 连杆疲劳破坏发生的位置 （ 1）连杆小头与杆身 圆弧过渡处产生裂纹； （ 2）大头杆身与螺栓平面直角处产生应力集中； （ 3）连杆螺栓断裂。 2连杆的结构特点 连杆由连杆体和连杆盖两部分组成。杆身多为工字形断面，大头孔用连杆螺栓和螺母与曲轴轴颈装配在一起，孔内装有薄壁轴瓦。钢质瓦背内表面浇有一层耐磨合金；打头接合面多为平切口，为便于从汽缸中装卸，大头结合面也有做成斜切口的。定位方式有销钉定位、套筒定位、齿形定位和凸肩定位。小头孔内压入青铜衬套，用以补偿磨损，便于更换。小头、大头与杆身采用圆弧过渡，逐渐变化，以获得足够的强度和刚度。 3连杆的材料与毛坯 3 1 对连杆材料的要求 （ 1）具有较高的机械强度和刚度； （ 2）具有较高的抗疲劳强度； （ 3）为减小惯性力，尽量减轻杆身重量。 3 2 材料与毛坯 第一章 零件的分析 2 （ 1）杆身与端盖 通常采用相同的材料，对中高速柴油机，采用中碳钢、 45 号钢，精选含碳量为 毛坯整体锻模，正火哦处理。对强载内燃机，采用中碳合金钢，403518，毛坯整体锻模，正火处理，加工中间采用调质处理，提高强度和抗冲击能力。近年来，有用球墨铸铁制造连杆的。 （ 2）连杆螺栓 中碳合金钢、 352018材料，锻造表面调质处理，提高强度和韧性，进行探伤、螺纹渡铜防松处理。 （ 3）小头青铜衬套 采用锡青铜、 金、 材料。 （ 4）大头薄壁轴瓦、瓦背 采用 10、 15 低碳钢，瓦背镀锡，内表面浇注锡基白合金 铅基铜铅合金 度为 4连杆的工艺性分析 杆的工艺特点 外形复杂，定位较难；细长杆身，刚度较差，受夹紧力、切削力容易变形；尺寸精度、形状精度，位置精度及表面 粗糙度要求较高，是加工难度较大的杆类零件。 准的选择 最难达到的技术要求是大小头孔轴线的平行度和扭曲度。 （ 1） 应符合“基准统一”原则，尽量避免基准的更换，以减少定位误差。 （ 2） 工艺夹紧点要选择在刚性好的端面处。 （ 3） 设计工艺用定位凸台作为辅助基准。 a. 粗基准的选择 为了保证小头孔的壁厚均匀，在钻小头孔时，选小头孔不加工的外圆面作为粗基准。在毛坯制造时往往在杆身的一侧作出定位标记（凸起球面），以大、小头端面定位时就能区别两个端面。粗加工大、小头两端面时，先取没有凸起标记一侧的端面为粗基准来加工另一端面，然后以 加工过的端面为精基准加工没有凸起标记一侧的端面，在以后的大部分工序都以此端面作为精基准。这样可以保证两端面的厚度和两端面的平行度，并使作为精基准的端面有较好的表面质量。 毕业设计（论文） 3 b. 精基准的选择 在整个加工过程中，各工序尽量保持基准统一，选用连杆端平面（没有凸起标记的一侧的端面）、经过钻削的小头孔及连杆大端经过加工的侧面作为辅助定位基准。 杆的加工过程可分为 3 个阶段： （ 1）粗加工 基准面的加工，包括钻削连杆小头孔，粗磨大、小头端面，粗铣大头接合面，钻连杆螺栓孔。 （ 2）精加工 包括精镗小头底孔，精 磨分开面，精铰连杆螺栓孔，精磨端平面。 （ 3）装合后加工 小头压入衬套后精镗小头衬套孔，大头端盖与连杆体装合后，精镗大头孔，在这三个阶段中，根据需要穿插一些其他工序。 （ 4） 加工顺序 先基准，后其他；先粗加工，后精加工。 第二章 工序方案的确定 第二章 工序方案的确定 方案一 1 铣 粗铣两平面至 （两平面对杆部对称度 2 钻 钻小头孔至 38，小头孔至 50 3 镗 粗镗孔至 65（大头） 4 镗 粗镗大孔至 5 车 车大头孔至 70，到角 6 镗 粗镗小头孔至 7 镗 镗小头孔至 45，中心距至 279 8 镗 镗小头孔至 46 9 磨 磨两平面至 40 ， 对杆部对称度 面度 0 钳 去毛刺，打字（杆盖打上相 同编号） 11 铣 铣破 12 铣 粗铣杆、盖配合面 13 铣 精铣杆、盖配合面 14 铣 铣盖顶面，保持尺寸 68 15 磨 磨杆盖配合面成 16 钻 钻、扩、铰孔 2- 157 磨 磨杆钉孔面成 18 磨 磨盖钉孔面成 19 钻 到角（钉孔）两个 1 45成 20 磨 精磨 40平面成 21 钳 小头孔压装铜套 22 镗 镗小头孔至 46 23 钻 铰孔 12 24 钻 （ 1）大头油孔 2- 7 成，到角 （ 2）小头油孔 2- 5 成，到角 25 钳 称重（ 6 铣 超重铣杆部均匀到要求 毕业设计（论文） 27 钳 去毛刺清洗 28 检 检验 方案二 1 铣 粗铣两平面尺寸 40 至 44 2 划 中心十字线，中心距尺寸 275 至 279，大 头孔线至 65 3 镗 粗镗孔至 65（大头） 4 钳 去毛刺 5 检 检验 6 热 调质 8（机械性能试样一同进行） 7 检 检验硬度和机械性能试样合格后零件才能继续加工 8 喷 1，喷砂 2，涂底漆 9 检 检验 10 铣 半精铣两平面至 （两平面对杆部对称度 11 磨 磨 两平面至 两平面对杆部对称度 面度 2 钳 去毛刺，打字（杆盖打上相同编号） 13 划 划中心十字线，大头孔线至 68， 42 中心距 275 至 279 14 镗 粗镗小头孔至 15 镗 粗镗大孔至 ，中心距至 279 镗 16 钳 去毛刺 17 检 检验 18 划 划线（每批划两件） 见工序卡 19 铣 铣钉孔两端面 20 铣 铣破 21 钳 去毛刺 22 铣 铣杆、盖配合面 23 钳 去毛刺 24 铣 铣盖顶面，保持尺寸 68 25 磨 磨杆盖配合面成 第二章 工序方案的确定 26 磨 磨杆钉孔面成 27 磨 磨盖钉孔面成 28 钳 去毛刺 29 检 检验 30 钻 钻、扩、铰孔 2- 151 检 检验 32 钻 到角（钉孔）两个 1 45成 33 钳 去毛刺油污对号用螺钉、螺母连接杆盖拧紧力 98127N/M 34 磨 精磨 40平面成（应反复磨两平面） 35 钳 去毛刺、拆下螺钉、螺母 36 镗 镗 46 45 37 镗 镗 46 38 钳 去毛刺油污 对号用螺钉、螺母连接杆盖拧紧力 98127N/M 打磨小头尾部氧化皮，能探伤即可 39 镗 镗大头孔至 70，到角 40 检 检验磁力探伤检查退磁 41 钳 小头孔压装铜套 42 钳 拆下螺钉，螺母 43 检 检验 44 钻 （ 1）大头油孔 2- 7 成，到角 （ 2）小头油孔 2- 5 成，到角 45 钳 去非钉孔端面毛刺 46 钳 称重（ 7 铣 超重铣杆部均匀到要求 48 钳 去毛刺清洗 49 检 检验 防锈入库 分析 方案一在加工大小头孔的时候基本上是直接由粗至精的就加工出来了，虽然毕业设计（论文） 小范围的由粗至精了，但是从总体上说并没有。磨两平面时也存在同样的问题，这样加工会出现基准不统一，造成定位误差。方案一较方案二还少了许多必不可少的辅助工序，如划线、检验、热处理等。因此综合多方面的因素，选择方案二。 第三章 毛坯尺寸的确定 第三章 毛坯尺寸的确定 一、机械加工余量的分析 总余量：在由毛坯变为成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层的总厚度。 工序余量：完成一个工序中某一个表面所需要切除的金属层厚度。 公称余量：前工序的基本尺寸与本工序基本尺寸之差，通常所说的加工余量及查表所得加工余量均是指公称余量。 工序余量公差：本工序最大余量与最小余量之差。 前工序（或毛坯）加工后的表面粗糙度及表面缺陷层 前工序（或毛坯）的尺寸公差。 前工序（或毛坯）各表面相互位置的空间偏差，如弯曲度、轴心线偏移及平行度、垂直度和同轴度误差等。 本工序的安装误差包括定位误差和夹紧误差。 二、工序余量的确定 应考虑前道工序的加工精度和表面质量，加工精度和表面质量较好 ，应取得较小的余量，反之应取较大的余量。 应考虑前道工序 的加工方法、设备、安装以及加工过程中变形所引起的个表面间相互位置的空间偏差，空间偏差大，应取较大的余量。 应考虑本工序的定位和夹紧所造成的安装误差，尤其是对刚度小的零件，安装误差大，工件变形大应取 得较大的余量。 应考虑热处理工序引起的零件变形。 根据年产量确定锻件形式为：锤上模锻件。根据加工要求查机械加工工艺手册表 4，高度偏差 。 毕业设计（论文） 第四章 各工序参数的确定 1 铣 粗铣两平面尺寸 40 至 44 根据机械加工工艺手册表 52K 由机械加工工艺手册表 由机械加工工艺手册表 其中 查机械加工工艺手册表 T= s 查机械加工工艺手册表 125D L=40 d=40Z=14 铣削宽度12机械加工工艺手册表 s=确定机床主轴转速： ws 1000 73r/据机械加工工艺手册表 75r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 375r/ 故实际切削速度 1000 3751251000 削工时：1 机械加工工艺手册表 四章 各工序参数的确定 l 为加工长度， 21,刀具切入退出长度 m 303751412.0 查机械加工工艺手册表 00mm/ m 515350 2总= 划 中心十字线，中心距尺寸 275 至 279，大头孔线至 64 3 镗 粗镗孔至 65（大头） 机床选 具材料 坯尺寸 55，单边余量 5机械加工工艺手册表 f=r 查机械加工工艺手册表 s=15m/算 60 1510001000 d v=定械加工工艺手册表 5r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 75r/ 故实 际切削速度 1000 75601000 定工时 查机械加工工艺手册表 j 321 毕业设计（论文） 其中 )32(1 532 l 3 m 540 粗镗小头孔至 机床选 具材料 机械加工工艺手册表 本工序加工余量为查机械加工工艺手册表 =15m/ 确定机床主轴转速： m 510001000 rd vn w 根据机械加工工艺手册表 18r/计算转速最接近，为防止速度的 损失现选取 118r/ 故实际切削速度 1000 118421000 定工时 查机械加工工艺手册表 j 321 其中 )32(1 532 l 3 m 540 各工序参数的确定 5 钳 去毛刺 6 检 检验 7 热 调质 8（机械性能试样一同进行） 8 检 检验硬度和机械性能试样合格后零件才能继续加工 9 喷 1，喷砂 2，涂底漆 10 检 检验 11 铣 半精铣两平面至 （两平面对杆部对称度 根据机械加工工艺手册表 52K 由机械加工工艺手册表 由机械加工工艺手册表 其中 查机械加工工艺手册表 T= s 查机械加工工艺手册表 125D L=40 d=40Z=14 铣削宽度12 机械加工工艺手册表 s=确定机床主轴转速： ws 1000 125 据机械加工工艺手册表 标准转速 475r/计算转速 最接近，为防止速度的损失现选取 475r/ 毕业设计（论文） 故实际切削速度 1 0 0 0 4751251 0 0 0 削工时：1 机械加工工艺手册表 l 为加工长度， 21,刀具切入退出长度 m 查机械加工工艺手册00mm/ m 515350 2总=2 磨 磨 两平面至 两平面对杆部对称度 面度 机械加工工艺手册表 7130卧轴矩台平面磨床 查机械加工工艺手册表 r 查机械加工工艺手册表 v =s=12m/ 查机械加工工艺手册表 60r/本工序单边余量轮 D=200B=50T=540s 材料为铬刚玉 定工时： 查机械加工工艺手册表 000工件计算磨削长度 L=350 工件磨削宽度 b=85 查机械加工工艺手册表 k=1 查机械加工工艺手 册表 轴向进给量 程 同时磨削件数 Z=1 第四章 各工序参数的确定 0 0 上为加工单面的时间，此工序要求加工两个面所以加工一件的时间为 13 钳 去毛刺，打字（杆盖打上相同编号） 14 划 划中心十字线，大头孔线至 68， 42 中心距 275 至 279 15 镗 粗镗大头 孔至 ，中心距至 279 机床选 具材料 机械加工工艺手册表 本工序加工余量为查机械加工工艺手册表 =15m/ 确定机床主轴转速： m 068 151 0 0 01 0 0 0 rd vn w 根据机械加工工艺手册表 5r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 75r/ 故实际切削速度 1000 75681000 6m/定工时 查机械加工工艺手册表 j 321 其中 )32(1 532 l 3的试切附加长度 m 540 文） 16 钳 去毛刺 17 检 检验 18 划 划线（每批划两件） 见工序卡 19 铣 铣钉孔两端面 根据机械加工工艺手册表 52K 由机械加工工艺手册表 由机械加工工艺手册表 其中 查机械加工工艺手册表 T= s 查机械加工工艺手册表 80D L=20 d=22Z=10 铣削宽度0机械加工工艺手册表 s=确定机床主轴转速： ws 1000 80 35r/据机械加工工艺手册表 75r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 475r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 4751251 0 0 0 定工时 第四章 各工序参数的确定 查机械加工工艺手册表 1 l 为加工长度， 21,刀具切入退出长度 m 50475102.0 查机械加工工艺手册表 50mm/ m 0 5540 铣破 根据机械加工工艺手册表 62K 由机械加工工艺手册表 由机械加工工艺手册表 其中0机械加工工艺手册表 T= 3109 s 查机械加工工艺手册表 D=160 L=3.0 d=32Z=148 铣削宽度机械加工工艺手册表 09(s=63m/定机床主轴转速： ws 1000 160631000 125r/据机械加工工艺手册表 18r/计算转速最接毕业设计（论文） 近，为防止速度的损失现选取 118r/ 故实际切削速度 1000 1181601000 定工时 查机械加工工艺手册表 1 l =1120516016060)51()(1 ）（）（ee 2l =2 5mm m 查机械 加工工艺手册表 18mm/ m 80112 去毛刺 22 铣 铣杆、盖配合面 根据机械加工工艺手册表 52K 由机械加工工艺手册表 由机械加工工艺手册表 其中 查机械加工工艺手册表 T= s 查机械加工工艺手册表 D=80 L=36 d=27Z=10 铣削宽度0机械加工工艺手册表 四章 各工序参数的确定 s=确定机床主轴转速： ws 1000 80 40r/据机械加工工艺手册表 00r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 600r/ 故实际切削速度 1000 600801000 定工时： 查机械加工工艺手册 表 1 l 为加工长度， 21,刀具切入退出长度 m 206001012.0 查机械加工工艺手册表 50mm/ m 4112 去毛刺 24 铣 铣盖顶面，保持尺寸 68 根据机械加工工艺手册表 52K 由机械加工工艺手册表 由机械加工工艺手册表 毕业设计（论文） 其中 查机械加工工艺手册表 T= s 查机械加工工艺手册表 D=40 L=32 d=16Z=6 铣削宽度5机械加工工艺手册表 s=确定机床主轴转速： ws 1000 40 据机械加工工艺手册表 50r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 150r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 1 5 0401 0 0 0 定工时： 查机械加工工艺手册表 1 l 为加工长度， 21,刀具切入退出长度 m 8015062.0 查机械加工工艺手册表 50mm/ m 525 磨杆盖配合面成 （ 1）磨杆配合面 查机械加工工艺手册表 7130卧轴矩台平面磨床 第四章 各工序参数的确定 查机械加工工艺手册表 r 查机械加工工艺手册表 v =s= 查机械加工工艺手册表 60r/本工序单边余量轮 D=200B=50T=540s 材料为铬刚玉 定工时： 查机械加工工艺手册表 000工件计算磨削长度 L=132 工件磨削宽度 b=80 查机械加工工艺手册 表 k=1 查机械加工工艺手册表 轴向进给量 程 同时磨削件数 Z=2 上为加工两件的时间，所以加工一件的时间为 2）磨盖配合面 查机械加工工艺手册表 7130卧轴矩台平面磨床 查机械加工工艺手册表 r 查 机械加工工艺手册表 v =s= 查机械加工工艺手册表 60r/本工序单边余量轮 D=200B=50T=540s 材料为铬刚玉 定工时： 查机械加工工艺手册表 000工件计算磨削长度 L=132 毕业设计（论文） 工件磨 削宽度 b=80 查机械加工工艺手册表 k=1 查机械加工工艺手册表 轴向进给量 程 同时磨削件数 Z=2 上为加工两件的时间，所以加工一件的时间为 6 磨 磨杆钉孔面成 查机械加工工艺手册表 7130卧轴矩台平面磨床 查机械加工工艺手册表 r 查机械加工工艺手册表 v =s=12m/ 查机械加工工艺手册表 60r/本工序单边余量轮 D=200B=63T=540s 材料为铬刚玉 定工时： 查机械加工工艺手册表 000工件计算磨削长度 L=60 工件磨削宽度 b=24 查机械加工工艺手册表 k=1 查机械加工工艺手册表 轴向进给量 程 同时磨削件数 Z=1 上为单边时间，磨一件为双边 总t=2=四章 各工序参数的确定 27 磨 磨盖钉孔面成 查机械加工工艺手册表 7130卧轴矩台平面磨床 查机械加工工艺手册表 r 查机械加工工艺手册表 v =s=12m/ 查机械加工工艺手册表 60r/本工序单边余量轮 D=200B=63T=540s 材料 为铬刚玉 定工时： 查机械加工工艺手册表 000工件计算磨削长度 L=60 工件磨削宽度 b=24 查机械加工工艺手册表 k=1 查机械加工工艺手册表 轴向进给量 程 同时磨削件数 Z=1 上为单边时间，磨一件为双边 总t=2=8 钳 去毛刺 29 检 检验 30 钻 钻、扩、铰孔 2- 15 1）钻孔至 14机械加工工艺手册表 机床为 查机械加工工艺手册表 钻头为高速钢锥柄麻花钻，钻头直径为 14削部分 57l 查机械加工工艺手册表 进给量 f=r 查机械加工工艺手册表 毕业设计（论文） 机械加工工艺手册表 中 查机械加工工艺手册表 T=1800s 0 v =s=27m/定机床主轴转速： m 710001000 rd vn w 根据机械加工工艺手册表 30r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 530r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 530141 0 0 0 定工时： 查机械加工工艺手册表 1 m 285 2）扩孔至 查机械加工工艺手册表 机床 为 查机械加工工艺手册表 钻头为高速钢锥柄麻花钻，钻头直径为 15削部分 57l 查机械加工工艺手册表 r 查机械加工工艺手册表 第四章 各工序参数的确定 机械加工工艺手册表 中 查机械加工工艺手册表 =1800s v =s=22m/定机床主轴转速： m 21 0 0 01 0 0 0 rd vn w 根据机械加工工艺手册表 标准转速 530r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 530r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 5 3 0151 0 0 0 5m/定工时： 查机械加工工艺手册表 1 m 285 3）铰孔至尺寸 查机械加工工艺手册表 机床为 查机械加工工艺手册表 铰刀为锥柄机用铰刀，铰刀直径为 16削部分 52l 查机械加工工艺手册表 r 查机械加工工艺手册表 毕业设计（论文） 机械加工工艺手册表 中 查机械加工工艺手册表 =1800s 111 8 0 v =s=定机床主轴转速： m rd vn w 根据机械加工工艺手册表 标准转速 400r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 400r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 4 0 0151 0 0 0 定工时： 铰杆上面的孔的工时 查机械加工工艺手册表 1 m 218 查机械加工工艺手册表 1 m 218 各工序参数的确定 31 检 检验 32 钻 到角（钉孔）两个 1 45成 33 钳 去毛刺油污对号用 螺钉、螺母连接杆盖拧紧力 98127N/M 34 磨 精磨 40平面成（应反复磨两平面） 查机械加工工艺手册表 7130卧轴矩台平面磨床 查机械加工工艺手册表 r 查机械加工工艺手册表 v =s=12m/ 查机械加工工艺手册表 60r/本工 序单边余量机械加工工艺手册表 轮 D=200B=63T=540s 材料为铬刚玉 定工时： 查机械加工工艺手册表 000（ 1）大头 工件计算磨削长度 L=105 工件磨削宽度 b=85 查机械加工工艺手册表 k=1 查机械加工工艺手册表 轴向进给量 程 0 0 2）小头 工件计算磨削长度 L=82 工件磨削宽度 b=62向进给量 程 0 0 上为加工单面大小头的时间因此 毕业设计（论文） 总t=2（ =5 钳 去毛刺、拆下螺钉、螺母 36 镗 镗 46 45 机床选 具材料 边余量 5机械加工工艺手册表 f=r 查机械加工工艺手册表 s=18m/算 45 1810001000 d v=127r/定械加工工艺手册表 18r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 118r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 1 1 8451 0 0 0 定工时 查机械加工工艺手册表 j 321 其中 )32(1 532 l 3 m 540 镗 46 机床选 具材料 边余量四章 各工序参数的确定 查机械加工工艺手册表 f=r 查机械加工工艺手册表 s=21m/算 46 2110001000 d v=定械加工工艺手册表 50r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 150r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 1 5 0461 0 0 0 定工时 查机械加工工艺手册表 j 321 其中 )32(1 532 l 3 m 540 去毛刺油污对号用螺钉、螺母连接杆盖拧紧力 98127N/M 打磨小头尾部氧化皮，能探伤即可 39 镗 镗大头孔至 70，到角 机床选 具材料 边余量机械加工工艺手册表 f=r 查机械加工工艺手册表 s=21m/算文） 70 2110001000 d v=定械加工工艺手册表 标准转速 95r/计算转速最接近，为防 止速度的损失现选取 95r/ 故实际切削速度 1000 95701000 定工时 查机械加工工艺手册表 j 321 其中 )32(1 532 l 3 m 540 检验磁力探伤检查退磁 41 钳 小头孔压装铜 套 42 钳 拆下螺钉，螺母 43 检 检验 44 钻 （ 1）大头油孔 2- 7 成，到角 （ 2）小头油孔 2- 5 成，到角 （ 1）钻大头油孔 2- 7 成，到角 查机械加工工艺手册表 机床为 查机械加工工艺手册表 钻头为高速钢锥柄麻花钻，钻头直径为 7削部分 57l 查机械加工工艺手册表 进给量 f=r 查机械加工工艺手册表 第四章 各工序参数的确定 机械加工工艺手册表 中 8 查机械加工工艺手册表 T=900s v =s=60m/定机床主轴转速： m 010001000 rd vn w 根据机械加工工艺手册表 标准转速 1100r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 1100r/ 故实际切削速度 1 0 0 0 1 1 0 071 0 0 0 定工时： 查机械加工工艺手册表 1 m 0 220 2）小头油孔 2- 5 成，到角 查机械加工工艺手册表 机床为 查机械加工工艺手册表 钻头为高速钢锥柄麻花钻，钻头直径为 5削部分 57l 查机械加工工艺手册表 进给量 f=r 查机械加工工艺手册表 毕业设计（论文） 机械加工工艺手册表 中 8机械加工工艺手册表 T=480s v =s=定机床主轴转速： m rd vn w 根据机械加工工艺手册表 标准转速 1100r/计算转速最接近，为防止速度的损失现选取 1100r/ 故实际切削速度 1 0 0 01 1 0 051 0 0 0 定工时： 查机械加工工艺手册表 1 m 212 去非钉孔端面毛刺 46 钳 称重（ 7 铣 超重铣杆部均匀到要求 48 钳 去毛刺清洗 49 检 检验 防锈入库 第五章 夹具设计 第五章 夹具设计 1 问题的提出 本夹具是用来半精铣两平面至 41 （两平面对杆部对称度 ,因为本工序不是最后工序，所以在本道工序加工时主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。 2 切削力及夹紧力计算 刀具： D=123 L=40d=40Z=14 圆周分力 查机械加工工艺手册表 查机械加工工艺手册表 r 5mm n=475r/d=125 =平分力 ：F =直分力 ：v =向力： F =紧力的计算 查机床夹具设计手册 52页有 )(./21/0 原始作用力（ N） 毕业设计（论文） L 作用力臂（ /r 螺杆端学位论文 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。 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 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。 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 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。 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 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 ）