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K709 支架 零件 机械 加工 工艺 规程 18 H7 工装 夹具 设计 中心 50

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机 械 加 工 工 艺 过 程 卡第 页共 页零件名称支 架年产设计钢领10000台材 料HT200毛坯种类铸件工序号工 序 名 称设 备 名 称设 备 型 号设备数量作业时间min工时定额min设备负荷率%备 注01金属型浇铸02时效处理03粗铣R8端面；25左端面立式铣床X52K104粗铣、半精铣、精铣25右端面立式铣床X52K105半精铣、精铣R8端面；25左端面立式铣床X52K106粗铣、半精铣、精铣8H7孔上端面卧式铣床X62107钻、粗铰、精铰8H7孔立式钻床Z525108钻、扩、铰18H7孔立式钻床Z525109去毛刺10检验至图纸要求并入库班级学号组号姓名批 阅成绩日期0目 录绪 论11.1 计算生产纲领，确定生产类型41.2 零件的分析512.1零件的分析51.2.2 选择毛坯及毛坯制造方法51.3 工艺规程设计71.3.1 定位基面的选择71.3.2 制定工艺路线81.4 确定切削用量及基本工时8第2章 支架零件的夹具设计182.1定位基准的选择182.2 切削力和夹紧力计算182.3 误差分析19总 结22参考文献23绪 论 机械制造工艺规程的制定需选择机械加工余量，机械加工余量的大小，不仅影响机械零件的毛坯尺寸，而且也影响工艺装备的尺寸，设备的调整，材料的消耗，切削用量的选择，加工工时的多少。因此，正确的确定机械加工余量，对于节约金属材料，降低刀具损耗，减少工时，从而降低产品制造成本，保证加工质量具有十分重要的意义。在这次设计过程中，广泛的收集各种资料及标准，课程设计中另一个重要的设计为专用夹具的设计。专用夹具的设计是为了特殊加工工序的技术要求的加工。夹具是机械制造厂使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。一、 机床夹具在机械加工中的作用对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，首先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用于小批生产。批量较大时，大都用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有下列优点：（1） 能稳定地保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。（2） 能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高生产率。（3） 能扩大机床的使用范围 （4）能降低成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。二、 机床夹具的分类机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有以下几种。1. 按夹具的使用特点分类（1） 通用夹具 已经标准化的，可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，如三爪定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁力工作台等。这些夹具已作为机床附件的专门工厂制造供应，只需选购即可。（2）专用夹具 专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。专用夹具一般在批量生产中使用。（3）可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。它还分为通用可调夹具和成组夹具两类。（4）组合夹具 采用标准的组合夹具元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。（5）拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装夹具而成的夹具，称为拼装夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。此类夹具更适合在数控机床上使用。2.按使用机床分类夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其它机床夹具等。3.按夹紧的动力源分类夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。三、 机床夹具的组成机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面几个部分。1. 定位装置定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。2. 夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用是不离开已经占据的正确位置。3. 对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。4. 连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。5. 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件。6. 其它装置或元件它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。如需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为能方便、准确地定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。四、 本设计的任务本设计的任务是：设计零件的工艺规程以及对典型夹具进行结构分析与精度分析；通过本课程的设计使学生具有一定的设计专用夹具的能力和分析生产中与夹具有关的技术问题的能力。第1章 零件机械加工工艺规程1.1 计算生产纲领，确定生产类型生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。零件生产纲领可按下式计算。N=Qn（1+a%）（1+b%） 根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确定其生产类型。如图，为某产品上的一个支架零件。该产品年产量为10000件/台。设其备品率为25%，机械加工废品率为0.2%，每台产品中该零件的数量为1件，现制定该支架零件的机械加工工艺规程。 N=Qn（1+a%）（1+b%） =100001（1+25%）（1+0.2%） =12750 件/年支架零件的年产量为12750件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献 ，确定其生产类型为大量生产。 支架零件图大量生产的工艺特征：（1） 零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。（2） 毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，铸或其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小。（3） 机床设备及其布置形式：广泛采用商效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。（4） 工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求。（5） 对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。（6） 工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。（7） 成本：较低。（8） 生产率：高。（9） 工人劳动条件：较好。1.2 零件的分析12.1零件的分析（1）加工表面的尺寸精度和形状精度。（2）主要加工表面之间的相互位置精度。（3）加工表面的粗糙度及其他方面的表面质量要求。（4）热处理及其他要求。支架零件的图样视图正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。但基准面A，表面粗糙度Ra1.6；25左端面，表面粗糙度Ra1.6；25右端面，表面粗糙度Ra1.6；8H7孔，表面粗糙度Ra0.8；18H7孔，表面粗糙度Ra0.8，本零件的两大小头孔的加工并不困难。 1.2.2 选择毛坯及毛坯制造方法支架，零件材料为HT200，大批量生产，由机械制造工艺设计简明手册表1.3-1知，采用金属型浇注，精度等级CT7，加工余量等级MA-F，再结合以下表2-10和表2-7，确定各加工表面的加工余量及公差。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸下：零件尺寸零件尺寸机械加工余量毛坯公差（权限偏差）毛坯尺寸支架R18端面162.02.0（1.1）支架25端面252.02.0（1.1）支架18H7孔端面181.51.5（1.2）1.3 工艺规程设计1.3.1 定位基面的选择定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。基面选择得正确、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。 在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题：(1) 以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行?(2) 为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面?(3) 是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面?精基面的选择：根据精基面的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准。 在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用支架的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头孔处指定一侧的外圆面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。这样就使各工序的定位基准统一起来，减少定位误差。再深入研究一下：（1） 根据零件图，连杆零件的大小头孔有一端面（即右端面）在一个平 面上，因此可以同时加工出来，但另一端面（即左端面）不在一个平面上，这对作为定位基准面来说是不利的。因此，在加工时需主意其定位方案的合理性。（2） 小头孔外圆作为基面，所以小头孔外圆表面的加工安排得比较早。 在小头孔与大头孔作为定位基面前的加工工序且钻孔、扩孔、铰孔，这些工序对于加工后的孔与孔的平行度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度，因此，在加工时应注意，选用合理的定位方案。（3） 在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响，因此第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆加工就是如此。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身，以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯表面 不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。1.3.2 制定工艺路线制定工艺路线主要是确定加工方法和划分加工阶段。(1)选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各个方面工艺因素的影响。一般是根据主要表面的技术条件先确定终加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再确定其他次要表面的加工方法。(2)在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中的大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工序及其他辅助工序。(3)排加工路线图表。当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较大的差别，先在列出连杆零件大量生产时的工艺路线。工序01：金属型浇注工序02：时效处理工序03：粗铣R8端面；25左端面工序04：粗铣、半精铣、精铣25右端面工序05：半精铣、精铣R8端面；25左端面工序06：粗铣、半精铣、精铣8H7孔上端面工序07：钻、粗铰、精铰8H7孔工序08：钻、扩、铰18H7孔工序09：去毛刺工序10：检验至图纸要求并入库1.4 确定切削用量及基本工时工序01：金属型浇注工序02：时效处理工序03：粗铣R8端面；25左端面工步一：粗铣R8端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取600当600r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3） 计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工步二：粗铣25左端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取600当600r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工序04：粗铣、半精铣、精铣25右端面工步一：粗铣25右端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取600当600r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工步二：半精铣25端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取750当750r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工步三：精铣25端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取950当950r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工序05：半精铣、精铣R8端面；25左端面工步一：半精铣R8端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取750当750r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工步二：半精铣25左端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取750当750r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工步三：精铣R8端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取950当950r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工步四：精铣25左端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，立式铣床X52K标准选取950当950r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时切削工时： ，=1则机动工时为工序06：粗铣、半精铣、精铣8H7孔上端面工步一：粗铣8H7孔上端面1. 选择刀具刀具选取圆柱铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，卧式铣床X62标准选取600当600r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，卧式铣床X62标准选取3）计算工时切削工时： ，=2则机动工时为工步二：半精铣8H7孔上端面1. 选择刀具刀具选取圆柱铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，卧式铣床X62标准选取750当750r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，卧式铣床X62标准选取3）计算工时切削工时： ，=2则机动工时为工步三：精铣8H7孔上端面1. 选择刀具刀具选取圆柱铣刀，2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按机械制造工艺设计简明手册表4.2-36，卧式铣床X62标准选取950当950r/min时实际切削速度 按机械制造工艺设计简明手册表4.2-37，卧式铣床X62标准选取3）计算工时切削工时： ，=2则机动工时为工序07：钻、粗铰、精铰8H7孔工步一：钻孔至7.8选用7.8高速钢锥柄麻花钻（工艺表3.16） 由切削表2.7和工艺表4.216查得 （切削表2.15） 612r/min 与612r/min相近的转速有545r/min和680r/min，在此选取n=545r/min 切削工时： ，则机动工时为 工步二：粗铰7.8孔至7.96确定进给量：根据参考文献表2-7根据立式钻床Z525说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=2 则机动工时为工步三：精铰7.96孔至8H7确定进给量：根据参考文献表2-7根据立式钻床Z525说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=2 则机动工时为工序08：钻、扩、铰18H7孔工步一：钻15孔至17选用17高速钢锥柄麻花钻（工艺表3.16） 由切削表2.7和工艺表4.216查得 （切削表2.15） 562r/min 与562r/min相近的转速有545r/min和680r/min，在此选取n=545r/min 切削工时： ，则机动工时为 工步二：扩17孔至17.8确定进给量：根据参考文献表2-7根据立式钻床Z525说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=1 则机动工时为工步三：铰17.8孔至18确定进给量：根据参考文献表2-7根据立式钻床Z525说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=1 则机动工时为工序09：去毛刺工序10：检验至图纸要求并入库第2章 支架零件的夹具设计 对于成批生产的零件，大多采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下，亦可部分采用通用夹具。本加工工艺规程中，所用夹具均为专用夹具，需专门设计、制造，这里对钻床夹具进行分析。2.1定位基准的选择在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工作定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准，均应符合六点定位原理。由于该零件的加工是18H7孔，并以基准A、两个8H7孔定位，对应的定位元件为：A型固定式定位销和B型固定式定位销，定位分析如下：1、 A型固定式定位销、B型固定式定位销端面作为第一定位基准，与支架基准面A相配合，限制三个自由度，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动。2、 A型固定式定位销8f6外圆作为第二定位基准，与支架8H7孔相配合，限制两个自由度，即X轴移动和Y轴移动。3、 B型固定式定位销8f6外圆作为第三定位基准，与支架8H7孔相配合，限制一个自由度，即Z轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。 2.2 切削力和夹紧力计算 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：1)夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内。3)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构4)必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。选用螺栓螺母夹紧机构来对被加工工件进行夹紧。螺栓螺母夹紧机构的特点：结构简单，制造方便加紧可靠施力范围大；自锁性能好操；扩力比80以上，行程S不受限制；加紧工作慢，效力低。1、查表4得切削力计算公式：式中，f=1mm/r,查表得=736MPa, 即=1547N2、 夹紧力计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=6mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠。2.3 误差分析1、移动时基准位移误差 （式2-1）式中： A型固定式定位销孔的最大偏差 A型固定式定位销孔的最小偏差 A型固定式定位销孔与A型固定式定位销最小配合间隙代入（式2-1）得： =0.015+0+0.013 =0.028（mm) 2、 转角误差 （式2-2）式中： A型固定式定位销孔的最大偏差 A型固定式定位销孔的最小偏差 A型固定式定位销孔与A型固定式定位销最小配合间隙 B型固定式定位销孔的最大偏差 B型固定式定位销孔的最小偏差 B型固定式定位销孔与B型固定式定位销最小配合间隙其中： 则代入（式2-2）得：则：0.045842.4 机床夹具的总体形式1、机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。夹具的组成归纳为：1）定位元件及定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置。2）夹紧元件及夹紧装置 用于固定元件已获得的正确位置的元件或装置。3）导向及对刀元件 用于确定工件与刀具相互位置的元件。4） 动力装置在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液动等动力装置。5） 夹具体用于将各种元件装置连接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。6）其他元件及装置 根据加工需要来设置的元件或装置。2、确定夹具体夹具体是夹具的基础件，夹具上的各种装置和无件通过夹具体连接成一个整体。故夹具体的形状与尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具与机床的连接。对夹具体的要求：1）、有足够的强度与刚度，在加工过程中，夹具体在切削力、夹紧力的作用下，应不会产生不允许的变形和振动。2）、尺寸稳定，为保证夹具加工后尺寸稳定，对铸造夹具体要进行时效处理；对焊接夹具体要进行退火处理，以削除内应力。3）、对构工艺性好，在保证强度和刚度的前提下，夹具体应力求结构简单，便于制造、装配和检验；体积小、重量轻以便于操作。对于移动或翻转夹具，其重量一般不宜超过10kg，5)机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性 机床夹具设计时，要方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。总 结时光飞逝，为期一周的课程设计已经接近尾声。回首这一周的设计过程，感慨万千。使我从中学到了以前在课内根本就学不到的东西。受益匪浅！在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。在课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。在课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次毕业设计真正将以前所学的联系到实际应用中来了。在这次课程设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。在这次课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。 参考文献1. 顾崇衍 机械制造工艺学。陕西：科技技术出版社，1981。2. 倪森寿 机械制造工艺与装备。化学工业出版社，2001。3. 张进生 机械制造工艺与夹具设计指导。机械工业出版社，1994。4. 姜敏凤 工程材料及热成型工艺。高等教育出版社，2003。5. 机械制造工艺及设备设计手册编写组 机械制造工艺及设备设计手册。机械工业出版社，1989。6. 胡家秀 简明机械零件设计实用手册。机械工业出版社，1999。7. 江南学院 肖继德 南京金陵职业大学 陈宁平 机床夹具设计（第二版）。机械工业出版社，1997。8. 倪森寿 机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书。化学工业出版社，2001。9. 刘越 机械制造技术。化学工业出版社，2001。10. 赵如福 金属机械加工工艺人员手册（第三版）。上海科技技术出版社，1981。11. 南京工程学院 陈于萍 沈阳大学 周兆元 互换性与测量技术基础。机械工业出版社，2004。12. 孙本绪 熊万武 机械加工余量手册。国防工业出版社，1999。13. 哈尔滨工业大学 上海工业大学 机床夹具设计（第二版）。上海科技出版社，1989。14. 王启平 机床夹具设计。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998。15. 浦林祥 金属切削机床夹具设计手册。北京：机械工业出版社，1995。16. 张耀宸 机械加工工艺设计实用手册。北京：航空工业出版社，1993。17. 艾兴，肖诗纲 切削用量手册。18. 马贤智 机械加工余量与公差手册。北京：中国标准出版社，1994。19. 张龙勋 机械制造工艺学课程设计指导书及习题。北京：机械工业出版社，1994。20. 赵家齐 机械制造工艺学课程设计指导书。北京：机械工业出版社，1993。251湖北汽车工业学院机械工程系机 械 加 工 工 序 卡零件名称支 架切削液共 6 页工序名称粗铣R8端面；25左端面工序号03第 1 页 设 计校 对修 改审 核机 床 夹 具 名称序号工 序 内 容设 备 型 号刀辅具名称量检具名称主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm切削长度mm基本时间min1 粗铣R8端面立式铣床端面铣刀游标卡尺60056.50.21.5410.3712粗铣25左端面立式铣床端面铣刀游标卡尺60056.50.21.5250.2381湖北汽车工业学院机械工程系机 械 加 工 工 序 卡零件名称支 架切削液共 6 页工序名称铣25右端面工序号04第 2 页 设 计校 对修 改审 核机 床 夹 具 名称序号工 序 内 容设 备 型 号刀辅具名称量检具名称主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm切削长度mm基本时间min1 粗铣25右端面立式铣床端面铣刀游标卡尺60056.50.21.5250.2382半精铣25端面立式铣床端面铣刀游标卡尺75071.00.160.4250.2283精铣25端面立式铣床端面铣刀游标卡尺95089.50.120.1250.2381湖北汽车工业学院机械工程系机 械 加 工 工 序 卡零件名称支 架切削液共 6 页工序名称铣25右端面工序号05第 3 页 设 计校 对修 改审 核机 床 夹 具 名称序号工 序 内 容设 备 型 号刀辅具名称量检具名称主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm切削长度mm基本时间min1 半精铣R8端面立式铣床端面铣刀游标卡尺75071.00.160.4410.3622半精铣25端面立式铣床端面铣刀游标卡尺75071.00.160.4250.2283精铣R8端面立式铣床端面铣刀游标卡尺95089.50.120.1410.3784精铣25端面立式铣床端面铣刀游标卡尺95089.50.120.1250.2381湖北汽车工业学院机械工程系机 械 加 工 工 序 卡零件名称支 架切削液共 6 页工序名称铣8H7孔上端面工序号06第 4页 设 计校 对修 改审 核机 床 夹 具 名称序号工 序 内 容设 备 型 号刀辅具名称量检具名称主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm切削长度mm基本时间min1 粗铣8H7孔上端面卧式铣床圆柱铣刀游标卡尺60094.20.21.5160.3252半精铣8H7孔上端面卧式铣床圆柱铣刀游标卡尺7501180.160.4160.3073精铣8H7孔上端面卧式铣床圆柱铣刀游标卡尺9501490.120.1160.3181湖北汽车工业学院机械工程系机 械 加 工 工 序 卡零件名称支 架切削液共 6 页工序名称钻、粗铰、精铰8H7孔工序号07第 5页 设 计校 对修 改审 核机 床 夹 具 名称序号工 序 内 容设 备 型 号刀辅具名称量检具名称主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm切削长度mm基本时间min1 钻孔至7.8立式钻床麻花钻锥柄圆柱塞规54513.30.283.9130.2482粗铰7.8孔至7.96立式钻床铰刀锥柄圆柱塞规96024.00.130.08130.2423精铰7.96孔至8H7立式钻床铰刀锥柄圆柱塞规136034.20.110.02130.2211湖北汽车工业学院机械工程系机 械 加 工 工 序 卡零件名称支 架切削液共 6 页工序名称钻、扩、铰18H7孔工序号08第 6页 设 计校 对修 改审 核机 床 夹 具 名称序号工 序 内 容设 备 型 号刀辅具名称量检具名称主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm切削长度mm基本时间min1 钻孔至15立式钻床麻花钻锥柄圆柱塞规54529.10.281.0220.1642扩17孔至17.8立式钻床扩孔钻锥柄圆柱塞规68038.00.170.4220.2113铰17.8孔至18立式钻床铰刀锥柄圆柱塞规96054.30.100.1220.2511编号： 采用遗传算法优化加工夹具定位和加紧位置Necmettin Kaya*Department of Mechanical Engineering, Uludag University, Gorukle, Bursa 16059, Turkey Received 8 July 2004; accepted 26 May 2005Available online 6 September 2005摘 要工件变形的问题可能导致机械加工中的空间问题。支撑和定位器是用于减少工件弹性变形引起的误差。支撑、定位器的优化和夹具定位是最大限度的减少几何在工件加工中的误差的一个关键问题。本文应用夹具布局优化遗传算法（GAs）来处理夹具布局优化问题。遗传算法的方法是基于一种通过整合有限的运行于批处理模式的每一代的目标函数值的元素代码的方法，用于来优化夹具布局。给出的个案研究说明已开发的方法的应用。采用染色体文库方法减少整体解决问题的时间。已开发的遗传算法保持跟踪先前的分析设计，因此先前的分析功能评价的数量降低大约93%。结果表明，该方法的夹具布局优化问题是多模式的问题。优化设计之间没有任何明显的相似之处，虽然它们提供非常相似的表现。关键词：夹具设计；遗传算法；优化1. 引言夹具用来定位和束缚机械操作中的工件，减少由于对确保机械操作准确性的夹紧方案和切削力造成的工件和夹具的变形。传统上，加工夹具是通过反复试验法来设计和制造的，这是一个既造价高又耗时的制造过程。为确保工件按规定尺寸和公差来制造，工件必须给予适当的定位和夹紧以确保有必要开发工具来消除高造价和耗时的反复试验设计方法。适当的工件定位和夹具设计对于产品质量的精密度、准确度和机制件的完饰是至关重要的。从理论上说，3-2-1定位原则对于定位所有的棱柱形零件是很令人满意的。该方法具有最大的刚性与最少量的夹具元件。从动力学观点来看定位零件意味着限制了自由移动物体的六自由度（三个平动自由度和三个旋转自由度）。在零件下部设置三个支撑来建立工件在垂直轴方向的定位。在两个外围边缘放置定位器旨在建立工件在水平x轴和y轴的定位。正确定位夹具的工件对于制造过程的全面准确性和重复性是至关重要的。定位器应该尽可能的远距离的分开放置并且应该放在任何可能的加工面上。放置的支撑器通常用来包围工件的重力中心并且尽可能的将其分开放置以维持其稳定性。夹具夹子的首要任务是固定夹具以抵抗定位器和支撑器。不应该要求夹子反抗加工操作中的切削力。对于给定数量的夹具元件，加工夹具合成的问题是寻找夹具优化布局或工件周围夹具元件的位置。本篇文章提出一种优化夹具布局遗传算法。优化目标是研究一个二维夹具布局使工件不同位置上最大的弹性变形最小化。ANSYS程序以用于计算工件变形情况下夹紧力和切削力。本文给出两个实例来说明给出的方法。2. 回顾相关工程结构最近几年夹具设计问题受到越来越多的重视。然而，很少有注意力集中于优化夹具布局设计。Menassa和Devries用FEA计算变形量使设计准则要求的位点的工件变形最小化。设计问题是确定支撑器位置。Meyer和Liou提出一个方法就是使用线性编程技术合成动态编程条件中的夹具。给出了使夹紧力和定位力最小化的解决方案。Li和Melkote用非线性规划方法解决布局优化问题。这个方法使工件位置误差最小化归于工件的局部弹性变形。Roy和Liao开发出一种启发式方法来计划最好的支撑和夹紧位置。Tao等人提出一个几何推理的方法来确定最优夹紧点和任意形状工件的夹紧顺序。Liao和Hu提出一种夹具结构分析系统这个系统基于动态模型分析受限于时变加工负载的夹具工件系统。本文也调查了夹紧位置的影响。Li和Melkote提出夹具布局和夹紧力最优合成方法帮我们解释加工过程中的工件动力学。本文提出一个夹具布局和夹紧力优化结合的程序。他们用接触弹性建模方法解释工件刚体动力学在加工期间的影响。Amaral等人用ANSYS验证夹具设计的完整性。他们用3-2-1方法。ANSYS提出优化分析。Tan等人通过力锁合、优化与有限建模方法描述了建模、优化夹具的分析与验证。以上大部分的研究使用线性和非线性编程方式这通常不会给出全局最优解决方案。所有的夹具布局优化程序开始于一个初始可行布局。这些方法给出的解决方案在很大程度上取决于初始夹具布局。他们没有考虑到工件夹具布局优化对整体的变形。GAs已被证明在解决工程中优化问题是有用的。夹具设计具有巨大的解决空间并需要搜索工具找到最好的设计。一些研究人员曾使用GAs解决夹具设计及夹具布局问题。Kumar等人用GAs和神经网络设计夹具。Marcelin已经将GAs用于支撑位置的优化。Vallapuzha等人提出基于优化方法的GA，它采用空间坐标来表示夹具元件的位置。夹具布局优化程序设计的实现是使用MATLAB和遗传算法工具箱。HYPERMESH和MSC / NASTRAN用于FE模型。Vallapuzha等人提出一些结果关于一个广泛调查不同优化方法的相对有效性。他们的研究表明连续遗传算法提出了最优质的解决方案。Li和Shiu使用遗传算法确定了夹具设计最优配置的金属片。MSC/NASTRAN已经用于适应度值评价。Liao提出自动选择最佳夹子和夹钳的数目以及它们在金属片整合的夹具中的最优位置。Krishnakumar和Melkote开发了一种夹具布局优化技术，它是利用遗传算法找到了夹具布局，由于整个刀具路径中的夹紧力和加工力使加工表面变形量最小化。通过节点编号使定位器和夹具位置特殊化。一个内置的有限元求解器研制成功。一些研究没考虑到整个刀具路径的优化布局以及磨屑清除。一些研究采用节点编号作为设计参数。在本研究中，开发GA工具用于寻找在二维工件中的最优定位器和夹紧位置。使用参考边缘的距离作为设计参数而不是用FEA节点编号。真正编码遗传算法的染色体的健康指数是从FEA结果中获得的。ANSSYS用于FEA计算。用染色体文库的方法是为了减少解决问题的时间。用两个问题测试已开发的遗传算法工具。给出的两个实例说明了这个开发的方法。本论文的主要贡献可以概括为以下几个方面：(1)开发了遗传算法编码结合商业有限元素求解；(2)遗传算法采用染色体文库以降低计算时间；(3)使用真正的设计参数，而不是有限元节点数字；(4)当工具在工件中移动时考虑磨屑清除工具。3. 遗传算法概念遗传算法最初由John Holland开发。Goldberg出版了一本书，解释了这个理论和遗传算法应用实例的详细说明。遗传算法是一种随机搜索方法，它模拟一些自然演化的机制。该算法用于种群设计。种群从一代到另一代演化，通过自然选择逐渐提高了适应环境的能力，更健康的个体有更好的机会，将他们的特征传给后代。该算法中，要基于为每个设计计算适合性，所以人工选择取代自然环境选择。适应度值这个词用来指明染色体生存几率，它在本质上是该优化问题的目标函数。生物定义的特征染色体用代表设计变量的字符串中的数值代替。被公认的遗传算法与传统的梯度基础优化技术的不同主要有如下四种方式：(1)遗传算法和问题中的一种编码的设计变量和参数一起工作而不是实际参数本身。(2)遗传算法使用种群类型研究。评价在每个重复中的许多不同的设计要点而不是一个点顺序移动到下一个。(3)遗传算法仅仅需要一个适当的或目标函数值。没有衍生品或梯度是必要的。(4)遗传算法以用概率转换规则来发现新设计为探索点而不是利用基于梯度信息的确定性规则来找到这些新观点。4. 方法4.1 夹具定位原则加工过程中，用夹具来保持工件处于一个稳定的操作位置。对于夹具最重要的标准是工件位置精确度和工件变形。一个良好的夹具设计使工件几何和加工精度误差最小化。另一个夹具设计的要求是夹具必须限制工件的变形。考虑切削力以及夹紧力是很重要的。没有足够的夹具支撑，加工操作就不符合设计公