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編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯 （譯文） 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 徐杰 學(xué) 號(hào)： 1000110132 指導(dǎo)教師單位： 桂林電子科技大學(xué) 姓 名： 高成 職 稱： 助理研究員 2014年 5 月 26 日  采用遺傳算法優(yōu)化加工夾具定位和加緊位置 Necmettin Kaya* Department of Mechanical Engineering, Uludag University, Go¨ru¨kle, Bursa 16059, Turkey Received 8 July 2004; accepted 26 May 2005 Available online 6 September 2005 摘 要 工件變形的問(wèn)題可能導(dǎo)致機(jī)械加工中的空間問(wèn)題。支撐和定位器是用于減少工件彈性變形引起的誤差。支撐、定位器的優(yōu)化和夾具定位是最大限度的減少幾何在工件加工中的誤差的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。本文應(yīng)用夾具布局優(yōu)化遺傳算法（GAs）來(lái)處理夾具布局優(yōu)化問(wèn)題。遺傳算法的方法是基于一種通過(guò)整合有限的運(yùn)行于批處理模式的每一代的目標(biāo)函數(shù)值的元素代碼的方法，用于來(lái)優(yōu)化夾具布局。給出的個(gè)案研究說(shuō)明已開(kāi)發(fā)的方法的應(yīng)用。采用染色體文庫(kù)方法減少整體解決問(wèn)題的時(shí)間。已開(kāi)發(fā)的遺傳算法保持跟蹤先前的分析設(shè)計(jì)，因此先前的分析功能評(píng)價(jià)的數(shù)量降低大約93%。結(jié)果表明，該方法的夾具布局優(yōu)化問(wèn)題是多模式的問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)之間沒(méi)有任何明顯的相似之處，雖然它們提供非常相似的表現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計(jì)；遺傳算法；優(yōu)化 1. 引言 夾具用來(lái)定位和束縛機(jī)械操作中的工件，減少由于對(duì)確保機(jī)械操作準(zhǔn)確性的夾緊方案和切削力造成的工件和夾具的變形。傳統(tǒng)上，加工夾具是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)法來(lái)設(shè)計(jì)和制造的，這是一個(gè)既造價(jià)高又耗時(shí)的制造過(guò)程。為確保工件按規(guī)定尺寸和公差來(lái)制造，工件必須給予適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓蛫A緊以確保有必要開(kāi)發(fā)工具來(lái)消除高造價(jià)和耗時(shí)的反復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。適當(dāng)?shù)墓ぜㄎ缓蛫A具設(shè)計(jì)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的精密度、準(zhǔn)確度和機(jī)制件的完飾是至關(guān)重要的。 從理論上說(shuō)，3-2-1定位原則對(duì)于定位所有的棱柱形零件是很令人滿意的。該方法具有最大的剛性與最少量的夾具元件。從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看定位零件意味著限制了自由移動(dòng)物體的六自由度（三個(gè)平動(dòng)自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度）。在零件下部設(shè)置三個(gè)支撐來(lái)建立工件在垂直軸方向的定位。在兩個(gè)外圍邊緣放置定位器旨在建立工件在水平x軸和y軸的定位。正確定位夾具的工件對(duì)于制造過(guò)程的全面準(zhǔn)確性和重復(fù)性是至關(guān)重要的。定位器應(yīng)該盡可能的遠(yuǎn)距離的分開(kāi)放置并且應(yīng)該放在任何可能的加工面上。放置的支撐器通常用來(lái)包圍工件的重力中心并且盡可能的將其分開(kāi)放置以維持其穩(wěn)定性。夾具夾子的首要任務(wù)是固定夾具以抵抗定位器和支撐器。不應(yīng)該要求夾子反抗加工操作中的切削力。 對(duì)于給定數(shù)量的夾具元件，加工夾具合成的問(wèn)題是尋找?jiàn)A具優(yōu)化布局或工件周圍夾具元件的位置。本篇文章提出一種優(yōu)化夾具布局遺傳算法。優(yōu)化目標(biāo)是研究一個(gè)二維夾具布局使工件不同位置上最大的彈性變形最小化。ANSYS程序以用于計(jì)算工件變形情況下夾緊力和切削力。本文給出兩個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明給出的方法。 2. 回顧相關(guān)工程結(jié)構(gòu) 最近幾年夾具設(shè)計(jì)問(wèn)題受到越來(lái)越多的重視。然而，很少有注意力集中于優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)。Menassa和Devries用FEA計(jì)算變形量使設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求的位點(diǎn)的工件變形最小化。設(shè)計(jì)問(wèn)題是確定支撐器位置。Meyer和Liou提出一個(gè)方法就是使用線性編程技術(shù)合成動(dòng)態(tài)編程條件中的夾具。給出了使夾緊力和定位力最小化的解決方案。Li和Melkote用非線性規(guī)劃方法解決布局優(yōu)化問(wèn)題。這個(gè)方法使工件位置誤差最小化歸于工件的局部彈性變形。Roy和Liao開(kāi)發(fā)出一種啟發(fā)式方法來(lái)計(jì)劃最好的支撐和夾緊位置。Tao等人提出一個(gè)幾何推理的方法來(lái)確定最優(yōu)夾緊點(diǎn)和任意形狀工件的夾緊順序。Liao和Hu提出一種夾具結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)模型分析受限于時(shí)變加工負(fù)載的夾具—工件系統(tǒng)。本文也調(diào)查了夾緊位置的影響。Li和Melkote提出夾具布局和夾緊力最優(yōu)合成方法幫我們解釋加工過(guò)程中的工件動(dòng)力學(xué)。本文提出一個(gè)夾具布局和夾緊力優(yōu)化結(jié)合的程序。他們用接觸彈性建模方法解釋工件剛體動(dòng)力學(xué)在加工期間的影響。Amaral等人用ANSYS驗(yàn)證夾具設(shè)計(jì)的完整性。他們用3-2-1方法。ANSYS提出優(yōu)化分析。Tan等人通過(guò)力鎖合、優(yōu)化與有限建模方法描述了建模、優(yōu)化夾具的分析與驗(yàn)證。 以上大部分的研究使用線性和非線性編程方式這通常不會(huì)給出全局最優(yōu)解決方案。所有的夾具布局優(yōu)化程序開(kāi)始于一個(gè)初始可行布局。這些方法給出的解決方案在很大程度上取決于初始夾具布局。他們沒(méi)有考慮到工件夾具布局優(yōu)化對(duì)整體的變形。 GAs已被證明在解決工程中優(yōu)化問(wèn)題是有用的。夾具設(shè)計(jì)具有巨大的解決空間并需要搜索工具找到最好的設(shè)計(jì)。一些研究人員曾使用GAs解決夾具設(shè)計(jì)及夾具布局問(wèn)題。Kumar等人用GAs和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)夾具。Marcelin已經(jīng)將GAs用于支撐位置的優(yōu)化。Vallapuzha等人提出基于優(yōu)化方法的GA，它采用空間坐標(biāo)來(lái)表示夾具元件的位置。夾具布局優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是使用MATLAB和遺傳算法工具箱。HYPERMESH和MSC / NASTRAN用于FE模型。Vallapuzha等人提出一些結(jié)果關(guān)于一個(gè)廣泛調(diào)查不同優(yōu)化方法的相對(duì)有效性。他們的研究表明連續(xù)遺傳算法提出了最優(yōu)質(zhì)的解決方案。Li和Shiu使用遺傳算法確定了夾具設(shè)計(jì)最優(yōu)配置的金屬片。MSC/NASTRAN已經(jīng)用于適應(yīng)度值評(píng)價(jià)。Liao提出自動(dòng)選擇最佳夾子和夾鉗的數(shù)目以及它們?cè)诮饘倨系膴A具中的最優(yōu)位置。Krishnakumar和Melkote開(kāi)發(fā)了一種夾具布局優(yōu)化技術(shù)，它是利用遺傳算法找到了夾具布局，由于整個(gè)刀具路徑中的夾緊力和加工力使加工表面變形量最小化。通過(guò)節(jié)點(diǎn)編號(hào)使定位器和夾具位置特殊化。一個(gè)內(nèi)置的有限元求解器研制成功。 一些研究沒(méi)考慮到整個(gè)刀具路徑的優(yōu)化布局以及磨屑清除。一些研究采用節(jié)點(diǎn)編號(hào)作為設(shè)計(jì)參數(shù)。 在本研究中，開(kāi)發(fā)GA工具用于尋找在二維工件中的最優(yōu)定位器和夾緊位置。使用參考邊緣的距離作為設(shè)計(jì)參數(shù)而不是用FEA節(jié)點(diǎn)編號(hào)。真正編碼遺傳算法的染色體的健康指數(shù)是從FEA結(jié)果中獲得的。ANSSYS用于FEA計(jì)算。用染色體文庫(kù)的方法是為了減少解決問(wèn)題的時(shí)間。用兩個(gè)問(wèn)題測(cè)試已開(kāi)發(fā)的遺傳算法工具。給出的兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明了這個(gè)開(kāi)發(fā)的方法。本論文的主要貢獻(xiàn)可以概括為以下幾個(gè)方面： (1)開(kāi)發(fā)了遺傳算法編碼結(jié)合商業(yè)有限元素求解； (2)遺傳算法采用染色體文庫(kù)以降低計(jì)算時(shí)間； (3)使用真正的設(shè)計(jì)參數(shù)，而不是有限元節(jié)點(diǎn)數(shù)字； (4)當(dāng)工具在工件中移動(dòng)時(shí)考慮磨屑清除工具。 3. 遺傳算法概念 遺傳算法最初由John Holland開(kāi)發(fā)。Goldberg出版了一本書(shū)，解釋了這個(gè)理論和遺傳算法應(yīng)用實(shí)例的詳細(xì)說(shuō)明。遺傳算法是一種隨機(jī)搜索方法，它模擬一些自然演化的機(jī)制。該算法用于種群設(shè)計(jì)。種群從一代到另一代演化，通過(guò)自然選擇逐漸提高了適應(yīng)環(huán)境的能力，更健康的個(gè)體有更好的機(jī)會(huì)，將他們的特征傳給后代。 該算法中，要基于為每個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算適合性，所以人工選擇取代自然環(huán)境選擇。適應(yīng)度值這個(gè)詞用來(lái)指明染色體生存幾率，它在本質(zhì)上是該優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)。生物定義的特征染色體用代表設(shè)計(jì)變量的字符串中的數(shù)值代替。 被公認(rèn)的遺傳算法與傳統(tǒng)的梯度基礎(chǔ)優(yōu)化技術(shù)的不同主要有如下四種方式： (1)遺傳算法和問(wèn)題中的一種編碼的設(shè)計(jì)變量和參數(shù)一起工作而不是實(shí)際參數(shù)本身。 (2)遺傳算法使用種群—類型研究。評(píng)價(jià)在每個(gè)重復(fù)中的許多不同的設(shè)計(jì)要點(diǎn)而不是一個(gè)點(diǎn)順序移動(dòng)到下一個(gè)。 (3)遺傳算法僅僅需要一個(gè)適當(dāng)?shù)幕蚰繕?biāo)函數(shù)值。沒(méi)有衍生品或梯度是必要的。 (4)遺傳算法以用概率轉(zhuǎn)換規(guī)則來(lái)發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)為探索點(diǎn)而不是利用基于梯度信息的確定性規(guī)則來(lái)找到這些新觀點(diǎn)。 4. 方法 4.1 夾具定位原則 加工過(guò)程中，用夾具來(lái)保持工件處于一個(gè)穩(wěn)定的操作位置。對(duì)于夾具最重要的標(biāo)準(zhǔn)是工件位置精確度和工件變形。一個(gè)良好的夾具設(shè)計(jì)使工件幾何和加工精度誤差最小化。另一個(gè)夾具設(shè)計(jì)的要求是夾具必須限制工件的變形?？紤]切削力以及夾緊力是很重要的。沒(méi)有足夠的夾具支撐，加工操作就不符合設(shè)計(jì)公差。有限元分析在解決這其中的一些問(wèn)題時(shí)是一種很有力的工具。 棱柱形零件常見(jiàn)的定位方法是3-2-1方法。該方法具有最大剛體度以及最小夾具元件數(shù)。在三維中一個(gè)工件可能會(huì)通過(guò)六自由度定位方法快速定位為了限制工件的九個(gè)自由度。其他的三個(gè)自由度通過(guò)夾具元件消除了?；?-2-1定位原理的二位工件布局的例子如圖4。 圖4 3-2-1對(duì)二維棱柱工件定位布局 定位面得數(shù)量不得超過(guò)兩個(gè)避免冗余的位置?；?-2-1的夾具設(shè)計(jì)原則有兩種精確的定位平面包含于兩個(gè)或一個(gè)定位器。因此，在兩邊有最大的夾緊力抵抗每個(gè)定位平面。夾緊力總是指向定位器為了推動(dòng)工件接觸到所有的定位器。定位點(diǎn)對(duì)面應(yīng)定位夾緊點(diǎn)防止工件由于夾緊力而扭曲。因?yàn)榧庸ちρ刂庸っ?，所以有必要確保定位器的反應(yīng)力在所有時(shí)間內(nèi)是正的。任何負(fù)面的反應(yīng)力表示工件從夾具元件中脫離。換句話說(shuō)，當(dāng)反應(yīng)力是負(fù)的時(shí)候，工件和夾具元件之間接觸或分離的損失可能發(fā)生。定位器內(nèi)正的反應(yīng)力確保工件從切削開(kāi)始到結(jié)束都能接觸到所有的定位器。夾緊力應(yīng)該充分束縛和定位工件且不導(dǎo)致工件的變形或損壞。本文不考慮夾緊力的優(yōu)化。 4.2 基于夾具布局優(yōu)化方法的遺傳算法 在實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題中，設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)量可能很大并且它們對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響會(huì)是非常復(fù)雜的。目標(biāo)函數(shù)曲線必須是光滑的并且需要一個(gè)程序計(jì)算梯度。遺傳算法在理念上遠(yuǎn)不同于其他的探究方法，它們包括傳統(tǒng)的優(yōu)化方法和其他隨機(jī)方法。通過(guò)運(yùn)用遺傳算法來(lái)對(duì)夾具優(yōu)化布局，可以獲得一個(gè)或一組最優(yōu)的解決方案。 本項(xiàng)研究中，最優(yōu)定位器和夾具定位使用遺傳算法確定。它們是理想的適合夾具布局優(yōu)化問(wèn)題的方法因?yàn)闆](méi)有直接分析的關(guān)系存在于加工誤差和夾具布局中。因?yàn)檫z傳算法僅僅為一個(gè)特別的夾具布局處理設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)值，所以不需要梯度或輔助信息。 建議方案流程圖如圖5。 使用開(kāi)發(fā)的命名為GenFix的Delphi語(yǔ)言軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)夾具布局優(yōu)化。位移量用ANSYS軟件計(jì)算。通過(guò)WinExec功能在GenFix中運(yùn)行ANSYS很簡(jiǎn)單。GenFix和ANSYS之間相互作用通過(guò)四部實(shí)現(xiàn)： (1)定位器和夾具位置從二進(jìn)制代碼字符串中提取作為真正的參數(shù)。 (2)這些參數(shù)和ANSYS輸入批處理文件（建模、解決方案和后置處理）用WinExec功能傳給ANSYS。 (3)解決后將位移值寫(xiě)成一個(gè)文本文件。 (4)GenFix讀這個(gè)文件并為當(dāng)前定位器和夾緊位置計(jì)算適應(yīng)度值。 為了減少計(jì)算量，染色體與適應(yīng)度值儲(chǔ)存在一個(gè)文庫(kù)里以備進(jìn)一步評(píng)估。GenFix首先檢查是否當(dāng)前的染色體的適應(yīng)度值已經(jīng)在之前被計(jì)算過(guò)。如果沒(méi)有，定位器位置被送到ANSYS，否則從文庫(kù)中取走適應(yīng)度值。在初始種群產(chǎn)生過(guò)程中，檢查每一個(gè)染色體可行與否。如果違反了這個(gè)原則，它就會(huì)出局然后新的染色體就產(chǎn)生了。這個(gè)程序創(chuàng)造了可行的初始種群。這保證了初始種群的每個(gè)染色體在夾緊力和切削力作用下工件的穩(wěn)定性。用兩個(gè)測(cè)試用例來(lái)驗(yàn)證提到的遺傳算法計(jì)劃。第一個(gè)實(shí)例是使用Himmelblau功能。在第二個(gè)測(cè)試用例中，遺傳算法計(jì)劃用來(lái)優(yōu)化均布載荷作用下梁的支撐位置。 圖5 設(shè)計(jì)方法的流程與ANSYS相配合流程 5. 夾具布局優(yōu)化的個(gè)案研究 該夾具布局優(yōu)化問(wèn)題的定義是：找到定位器和夾子的位置以使在特定區(qū)工件變形降到最小程度。那么多的定位器和夾子并不是設(shè)計(jì)參數(shù)因?yàn)樗鼈冊(cè)?-2-1方案中是已知的和固定的。因此，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇如同定位器和夾子的位置。本研究中不考慮摩擦力。兩個(gè)實(shí)例研究來(lái)說(shuō)明以提出的方法。 6. 結(jié)論 本文提出了一個(gè)夾具布局優(yōu)化的評(píng)價(jià)優(yōu)化技術(shù)。ANSYS用于FE計(jì)算適應(yīng)度值。可以看到，遺傳算法和FE方法的結(jié)合對(duì)當(dāng)今此類問(wèn)題似乎是一種強(qiáng)大的方法。遺傳算法特別適合應(yīng)用于解決那些在目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量之間不存在一個(gè)定義明確的數(shù)學(xué)關(guān)系的問(wèn)題。結(jié)果證明遺傳算法在夾具布局優(yōu)化問(wèn)題方面的成功應(yīng)用。本項(xiàng)研究中，遺傳算法在夾具布局優(yōu)化應(yīng)用中的主要困難是較高的計(jì)算成本。種群中每個(gè)染色體需要工件的重嚙合。但是，染色體庫(kù)的使用，F(xiàn)E評(píng)價(jià)的數(shù)量從6000下降到415。這就導(dǎo)致了巨大的增益計(jì)算效益。其他減少處理時(shí)間的方法是在局域網(wǎng)內(nèi)使用分布式計(jì)算。 該方法結(jié)果表明，夾具布局優(yōu)化問(wèn)題是多模態(tài)問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)之間沒(méi)有任何明顯的相似之處盡管他們提供非常相似的表現(xiàn)。結(jié)果表明夾具布局問(wèn)題是多模態(tài)問(wèn)題然而用于夾具設(shè)計(jì)的啟發(fā)式規(guī)則應(yīng)該用于遺傳算法來(lái)選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)。 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 聯(lián)軸器箱體 零件名稱 聯(lián)軸器箱體 共 1 頁(yè) 第 1頁(yè) 車間 工序號(hào) 工序名稱 材料牌號(hào) 金工 5 粗精鏜Φ80mm孔 HT200 毛皮種類 毛皮外形尺寸 每件毛坯可制件數(shù) 每臺(tái)件數(shù) 鑄件 1 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號(hào) 設(shè)備編號(hào) 同時(shí)加工件數(shù) 鏜床 T68 1 夾具編號(hào) 夾具名稱 鉆床專用夾具 工位器具編號(hào) 工位器具名稱 工序工時(shí) 準(zhǔn)終 單件 0 96.69s 工步號(hào) 工步內(nèi)容 工藝設(shè)備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 背吃刀量 進(jìn)給次數(shù) 工步工時(shí) r/min m/min mm/r mm 機(jī)動(dòng) 輔助 1 粗鏜Φ80mm孔 鏜刀、專用夾具、內(nèi)徑千分尺 500 2.8 2 0.16 1 25s 3.75s 2 精鏜Φ80mm孔 鏜刀、專用夾具、內(nèi)徑千分尺 800 3.4 0.4 0.04 1 22.7s 3.4s 設(shè)計(jì)（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì)簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件批號(hào) 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件批號(hào) 簽字 日期 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零（部）件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 零（部）件名稱 聯(lián)軸器箱體 共（ 1 ）頁(yè) 第（ 1 ）頁(yè) 材料牌號(hào) HT200 毛坯種類 鑄件 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數(shù) 1 每臺(tái)件數(shù) 備注 工序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 工段 設(shè)備 工藝裝備 工時(shí) 單件 1 粗銑聯(lián)軸器箱體兩端面 立式銑床X51 端銑刀、游標(biāo)卡尺 131.03s 2 半精銑聯(lián)軸器箱體左端面 立式銑床X51 端銑刀、游標(biāo)卡尺 114.82s 3 粗鏜-精鏜φ80mm孔 鏜床T68 鏜刀、卡尺、塞規(guī) 337.08s 4 粗車-半精車-精車φ90mm外圓 普通車床 車刀、游標(biāo)卡尺 593.46s 5 鉆-鉸-精鉸φ10mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī) 96.69s 6 去毛刺 鉗工臺(tái) 平銼 7 中檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 8 熱處理 麻花鉆、卡尺、塞規(guī) 9 清洗 清洗機(jī) 10 終檢 塞規(guī)、卡尺、百分表等 描圖 11 12 設(shè)計(jì)日期 審核日期 標(biāo)準(zhǔn)化日期 會(huì)簽日期 裝訂號(hào) 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 指導(dǎo) 2012-6-20 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　IV 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 機(jī) 械 制 造 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目： 聯(lián)軸器箱體機(jī)械加工工藝規(guī)程及 專用鏜孔夾具設(shè)計(jì) 班　　級(jí) 姓　　名： 學(xué) 號(hào)：　 指導(dǎo)教師：　 完成日期：　 任 務(wù) 書(shū) 一、設(shè)計(jì)題目: 聯(lián)軸器箱體機(jī)械加工工藝規(guī)程及專用鉆床夾具設(shè)計(jì) 二、原始資料 (1) 被加工零件的零件圖 1張 (2) 生產(chǎn)類型: 中批 三、上交材料 1．所加工的零件圖 1張 2．毛坯圖 1張 3．編制機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 1套 4．編制所設(shè)計(jì)夾具對(duì)應(yīng)的那道工序的機(jī)械加工工序卡片 1套 5．繪制夾具裝配圖（A0或A1） 1張 6．繪制夾具中1個(gè)零件圖（A1或A2。裝配圖出來(lái)后，由指導(dǎo)教師為學(xué)生指定需繪制的零件圖，一般為夾具體）。 1張 7．課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，包括機(jī)械加工工藝規(guī)程的編制和機(jī)床夾具設(shè)計(jì)全部?jī)?nèi)容。（約5000-8000字） 1份 四、進(jìn)度安排 本課程設(shè)計(jì)要求在3周內(nèi)完成。 1．第l～2天查資料，繪制零件圖。 2．第3～7天，完成零件的工藝性分析,確定毛坯的類型、制造方法，編制機(jī)械加工工藝規(guī)程和所加工工序的機(jī)械加工工序卡片。 3．第8～10天，完成夾具總體方案設(shè)計(jì)（畫(huà)出草圖，與指導(dǎo)教師溝通，在其同意的前提下，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的下一步）。 4．第11～13天，完成夾具裝配圖的繪制。 5．第14～15天，零件圖的繪制。 6．第16～18天，整理并完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。 7．第19天，完成圖紙和說(shuō)明書(shū)的輸出打印。 8．第20～21天，答辯 五、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 該生設(shè)計(jì)的過(guò)程中表現(xiàn) ，設(shè)計(jì)內(nèi)容反映的基本概念及計(jì)算 ，設(shè)計(jì)方案 ，圖紙表達(dá) ，說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě) 。 綜合評(píng)定成績(jī)： 指導(dǎo)教師　　　　　　　 日　　期　　　　　　　 摘　要 這次通過(guò)設(shè)計(jì)聯(lián)軸器箱體綜合運(yùn)用過(guò)去所學(xué)過(guò)的全部課程、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論知識(shí)。鍛煉我們進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本能力，另外，也為以后搞好畢業(yè)設(shè)計(jì)及未來(lái)從事工作打下良好的基礎(chǔ)。通過(guò)機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)該在以下兩個(gè)方面得到鍛煉：能熟練地運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)課程中的基本理論，以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，正確得解決一個(gè)零件在在加工中的定位、夾緊及合理安排工藝路線等問(wèn)題，以保證零件的加工質(zhì)量。學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料，掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱及出處，并能夠做到熟練應(yīng)用。 Abstract The design enable us to comprehensive use of all the lessons learned in the past, mechanical manufacturing technology and combining the basic theory based production and practice the middle school to practice knowledge. Exercise we process and structure design of the basic ability, in addition, also after graduation design and do well for future work lay a good foundation. Through the mechanical manufacturing process course design, students should be in the following two aspects get exercise: apply good mechanical manufacturing technology courses in basic theory, and production practice in the middle school to practice knowledge, correctly solve a parts in the process of the localization, the clamping and reasonable process route arrangement, in order to ensure that the parts processing quality. Learn to use manual and chart material, master and the design of all kinds of information about the name and source, and can do skilled application. 目 錄 第一節(jié) 聯(lián)軸器的工藝分析 1 一，聯(lián)軸器的用途 1 二，聯(lián)軸器的技術(shù)要求 1 三，審查聯(lián)軸器的工藝性 2 四，確定聯(lián)軸器的生產(chǎn)類型 2 第二節(jié) 確定毛坯，繪制毛坯簡(jiǎn)圖 2 一，選擇毛坯 2 二，確定毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量 2 三，繪制聯(lián)軸器箱體鍛造毛坯簡(jiǎn)圖 4 第三節(jié) 擬定聯(lián)軸器箱體工藝路線 4 一，定位基準(zhǔn)的選擇 4 二，表面加工方法的確定 5 一，加工階段的劃分 5 二，工序的集中與分散 5 三，工序順序的安排 5 四，確定工藝路線 6 第四節(jié) 機(jī)床設(shè)備及工藝裝備的選用 7 一，機(jī)床設(shè)備的選用 7 二，工藝裝備的選用 7 第五節(jié) 加工余量、工序尺寸和公差的確定 8 一，工序1和工序2——加工聯(lián)軸器箱體兩端面至設(shè)計(jì)尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的確定 8 二，工序3——粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 9 三，工序4——粗車-半精車-精車φ90mm軸的加工余量、工序尺寸和公差的確定 10 四，工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 10 第六節(jié) 切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算 11 一，切削用量的計(jì)算 11 1．工序1——粗銑兩端面 11 2．工序2——半精銑左端面 11 3．工序3——粗鏜-精鏜φ80mm孔 11 4．工序4——粗車-半精車-精車φ90mm外圓 12 5．工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔 12 二，時(shí)間定額的計(jì)算 13 1．基本時(shí)間tm的計(jì)算（kr=15 o） 13 2．輔助時(shí)間tf的計(jì)算 14 3．其他時(shí)間計(jì)算 15 4．單件時(shí)間tdj的計(jì)算 15 第七節(jié) 鏜孔夾具設(shè)計(jì) 16 1 研究原始質(zhì)料 16 2 定位、夾緊方案的選擇 16 3切削力及夾緊力的計(jì)算 16 4 誤差分析與計(jì)算 18 5 零、部件的設(shè)計(jì)與選用 19 5.1定位銷選用 19 5.2夾緊裝置的選用 20 6 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 20 第八節(jié) 方案評(píng)價(jià)和結(jié)論 22 第九節(jié) 總結(jié) 22 參考文獻(xiàn) 23 第一節(jié) 聯(lián)軸器的工藝分析 一，聯(lián)軸器的用途 聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。 二，聯(lián)軸器的技術(shù)要求 通過(guò)對(duì)該零件圖的重新繪制，對(duì)設(shè)計(jì)尺寸，尺寸公差、技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了深入的分析后發(fā)現(xiàn)在零件的某些地方需要較細(xì)的表面粗糙度，各裝配基面要求有一定的尺寸精度，否則會(huì)影響機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)性能和精度。 ?因零件的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，大部分工序在車床加工時(shí)只需要三爪卡盤，并加載適當(dāng)?shù)牧纯啥ㄎ?。但是?duì)于孔的加工要設(shè)計(jì)較復(fù)雜的夾具才能準(zhǔn)確的定位，并保持適當(dāng)?shù)膴A緊力。?同時(shí)基準(zhǔn)面的選擇也是很重要的。在加工小軸端面時(shí)應(yīng)選擇大軸端面做粗基準(zhǔn)，用銑刀銑出小軸表面，加工完后再用小軸端面作精基準(zhǔn)加工大軸端面。加工孔時(shí)，由于直徑較大，在加工過(guò)程應(yīng)采用先鉆削再鏜削。注意在整個(gè)加工過(guò)程中，應(yīng)盡量減少安裝的次數(shù)，以減少安裝時(shí)帶來(lái)的安裝誤差。 ?材料為HT200，制造方法為鑄造。 將改聯(lián)軸器的全部技術(shù)要求列于表1-1中。 表1-1 聯(lián)軸器零件技術(shù)要求表 加工表面 尺寸及偏差 /mm 公差及精度等級(jí) 表面粗糙度Ra/ μm 形位公差/mm 聯(lián)軸器左端面 1090 -0.3 IT12 3.2 聯(lián)軸器右端面 1090 -0.3 IT12 6.3 φ80mm孔 φ80H7 IT7 1.6 φ90mm軸 φ90H7 IT7 1.6 φ10mm孔 φ10+0.015 0 IT7 1.6 三，審查聯(lián)軸器的工藝性 分析零件圖可知，聯(lián)軸器兩端面均要求切削加工，在軸向方向上均高于相鄰表明，這樣減少了加工面積?？爪?0和孔φ10mm的端面均為平面，可以防止加工過(guò)程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度。另外，該零件除主要工作表面外，其余表面的加工精度均比較低，不需要高精度機(jī)床加工，通過(guò)銑削，鉆床的粗加工就可以達(dá)到加工要求。而主要工作表面雖然加工精度相對(duì)較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟(jì)的方法保質(zhì)保量的加工出來(lái)。由此可見(jiàn)，該零件的工藝性較好。 四，確定聯(lián)軸器的生產(chǎn)類型 依設(shè)計(jì)題目知：Q=2000個(gè)/年，m=1件/臺(tái)；結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，備品率a%和廢品率b%分別取3%和0.5%。代入公式（1-1）得 N=2000*1*（1+3%）*（1+0.5%）=2070.3個(gè)/年 設(shè)聯(lián)軸器箱體重量5kg，有表1-3知，屬于輕零件；由表1-4知，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)。 第二節(jié) 確定毛坯，繪制毛坯簡(jiǎn)圖 一，選擇毛坯 該零件的材料為HT200，零件為中批生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在使用過(guò)程中，它的主要作用是傳遞力矩，受到的沖擊不是很大用鑄造的方法。HT200鑄鐵材料是最常見(jiàn)的材料，其優(yōu)點(diǎn)是：容易成型，切削性能好，價(jià)格低廉，且吸振性好。為了得到較好的強(qiáng)度和表面硬度，可在加工過(guò)程中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，淬火，同時(shí)為了消除內(nèi)應(yīng)力對(duì)工件的影響，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯r(shí)效處理（如果需要的話）。從提高生產(chǎn)率、加工精度方面并在生產(chǎn)條件許可的條件下，還可以采用一般機(jī)器造型的振壓式或高壓造型中的脫箱射壓法，這里采用上采用砂型機(jī)器造型的振壓式來(lái)制造零件的輪廓。 二，確定毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量 由表2-10~2-12可知 1． 公差等級(jí) 由聯(lián)軸器的功用和技術(shù)要求，確定改零件的公差等級(jí)為普通級(jí)。 2． 鑄鐵重量 已知機(jī)械加工后聯(lián)軸器的重量為5kg，由此可初步估計(jì)機(jī)械加工前鑄鐵毛坯的重量為6kg。 3． 鑄鐵形狀復(fù)雜系數(shù) 對(duì)聯(lián)軸器零件圖進(jìn)行分析計(jì)算，可大致確定鑄鐵外廓包容體的長(zhǎng)、寬度、和高度，即l=134mm，b=96mm，h=120mm；由公式可計(jì)算出該聯(lián)軸器箱體的形狀復(fù)雜系數(shù) S=mt/mn=6/（lbhp）=6kg/（134mm*96mm*120mm*7.8*10-6kg/mm3）=0.498由于0.498介于0.32到0.63之間，故該聯(lián)軸器箱體的形狀復(fù)雜系數(shù)屬S2級(jí)。 4． 鑄鐵材質(zhì)系數(shù) 由于該聯(lián)軸器箱體材料為HT200，故該材質(zhì)系數(shù)屬M(fèi)1級(jí) 5． 分模線形狀 根據(jù)該聯(lián)軸器箱體的形位特點(diǎn)，屬平直分模線。 6． 零件表面粗糙度 由零件可知，該聯(lián)軸器箱體的各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm。 根據(jù)上述因素，可查表確定該鍛件的尺寸公差和機(jī)械加工余量，所得結(jié)果列于表1-2中。 表1-2 聯(lián)軸器箱體鑄造毛坯尺寸公差及機(jī)械加工余量 鑄件重量/kg 包容體重量/kg 形狀復(fù)雜系數(shù) 材質(zhì)系數(shù) 公差等級(jí) 6 12.1 S2 M1 普通級(jí) 項(xiàng)目/mm 機(jī)械加工余量/mm 尺寸公差/mm 備注 厚度109 3.2（+2.4 -0.8） 表2-11 2~2.5（兩端面分別取2和2.5） 表2-13 孔徑φ80 2.5（+1.7 -0.8） 表2-10 3 表2-14 軸徑φ90 2.8（+1.9 -0.9） 表2-10 3 表2-14 中心距114 + -0.3 表2-12 中心距100 + -0.2 表2-12 中心距76 + -0.3 表2-12 中心距70 + -0.3 表2-12 三，繪制聯(lián)軸器箱體鍛造毛坯簡(jiǎn)圖 第三節(jié) 擬定聯(lián)軸器箱體工藝路線 一，定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)。 1． 精基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)該聯(lián)軸器箱體技術(shù)要求和裝配要求，選擇聯(lián)軸器左端面和孔φ80mm作為精基準(zhǔn)，零件上很多表面都可以采用它們作基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵循了‘基準(zhǔn)統(tǒng)一’原則?？爪?0的軸線是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，選用其作為精基準(zhǔn)定位加工φ10mm，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合，保證了被加工表面的垂直度要求。選用聯(lián)軸器左端面作為精基準(zhǔn)同樣是遵循了‘基準(zhǔn)重合’原則，以為該聯(lián)軸器在軸向方向上的尺寸多以該端面作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。 2． 粗基準(zhǔn)的選擇 作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒(méi)有飛邊、毛刺、或其他表面缺欠。選用φ80的外圓面和右端面作為粗基準(zhǔn)。采用φ80mm外圓面定位加工內(nèi)孔可以保證孔的壁厚均勻；采用右端面作為粗基準(zhǔn)加工左端面，可以為后援工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。 二，表面加工方法的確定 根據(jù)聯(lián)軸器箱體零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法，如表1-3所示。 表6-3 聯(lián)軸器箱體零件各表面加工方案 加工表面 尺寸精度等級(jí) 表面粗糙度Ra/μm 加工方案 備注 左端面 IT11 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 右端面 IT12 6.3 粗銑 表1-8 孔φ80mm IT7 1.6 粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸 表1-8 軸φ90mm IT7 1.6 粗車-半精車-精車 表1-8 孔φ10mm IY7 1.6 鉆-粗鉸-精鉸 表1-8 一，加工階段的劃分 該聯(lián)軸器箱體加工質(zhì)量要求一般，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工兩個(gè)階段。精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑右端面、。在半精加工階段，完成孔φ10mm的鉆，鉸加工。 二，工序的集中與分散 選用工序集中原則安排聯(lián)軸器箱體的加工工序。該聯(lián)軸器的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，可以采用普通機(jī)床；而運(yùn)用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時(shí)間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各表面之間的相對(duì)位置精度要求。 三，工序順序的安排 3． 機(jī)械加工工序 遵循‘先基準(zhǔn)后其他’原則，首先加工精基準(zhǔn)——聯(lián)軸器左端面和孔φ80mm。 遵循‘先粗后精’原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循‘先主后次’原則，先加工主要表面，再加工次要表面。 遵循‘先面后孔’原則。 4． 熱處理工序 模鍛成型后切邊，進(jìn)行調(diào)質(zhì)，并進(jìn)行酸洗、噴丸處理。 5． 輔助工序 粗加工兩端面和熱處理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗(yàn)工序并安排去毛刺、清洗和終檢工序。 四，確定工藝路線 在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，表1-4列出了聯(lián)軸器箱體的工藝路線。 表1-4 聯(lián)軸器箱體工藝路線及設(shè)備、工裝的選用 工序號(hào) 工序名稱 機(jī)床設(shè)備 刀具 量具 1 粗銑聯(lián)軸器箱體兩端面 立式銑床X51 端銑刀 游標(biāo)卡尺 2 半精銑聯(lián)軸器箱體左端面 立式銑床X51 端銑刀 游標(biāo)卡尺 3 粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鏜刀、鉸刀 卡尺、塞規(guī) 4 粗車-半精車-精車φ90mm軸 普通車床 車刀 游標(biāo)卡尺 5 鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔 四面組合鉆床 鉆頭復(fù)合鉸刀 卡尺、塞規(guī) 6 去毛刺 鉗工臺(tái) 平銼 7 中檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 8 熱處理 9 清洗 清洗機(jī) 10 終檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 第四節(jié) 機(jī)床設(shè)備及工藝裝備的選用 一，機(jī)床設(shè)備的選用 因零件的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，大部分工序在車床加工時(shí)只需要三爪卡盤，并加載適當(dāng)?shù)牧纯啥ㄎ弧? 二，工藝裝備的選用 工藝裝備主要包括刀具、夾具、和量具。在工藝卡片中應(yīng)簡(jiǎn)要寫(xiě)出它們的名稱，如‘鉆頭、百分表、車床夾具’等。 第五節(jié) 加工余量、工序尺寸和公差的確定 一，工序1和工序2——加工聯(lián)軸器箱體兩端面至設(shè)計(jì)尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的確定 第1、2兩道工序的加工過(guò)程為： 1）以右端面定位，粗銑左端面，保證工序尺寸P1； 2）以左端面定位，粗銑右端面，保證工序尺寸P2； 3）以右端面定位，半精銑左端面，保證工序尺寸P3，達(dá)到零件圖設(shè)計(jì)尺寸D的要求，D=1090 -0.3mm。 1）P3= D=1090 -0.3mm； 2）P2=P3+Z3，其中Z3為半精銑余量，查表2-38確定Z3=1mm，則P2=（109+1）mm=110mm。由于工序尺寸P2是在粗銑加工中保證的，查表1-20知，粗銑工序的經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)柯達(dá)到右端面的最終加工要求——IT12，因此確定該工序尺寸公差為IT12，其公差值為0.35mm，故P2=（110 + - 0.175）mm； 3）因?yàn)镻1=P2+Z2，其中Z2為粗銑余量，由于右端面的加工余量是經(jīng)粗銑一次切除的，故Z2應(yīng)等于右端面的毛坯余量，即Z2=2mm，P1=110+2=112mm。由表1-20確定應(yīng)粗銑工序的經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)為IT13，其公差值為0.54mm，故P1=（112 + - 0.27）mm。 所以工序尺寸按‘入體原則’表示：P3=1090 -0.3mm，P2=110.1750 -0.35mm，P1=112.270 -0.54mm。 二，工序3——粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 查表2-19可得，精鉸余量為0.1mm，粗鉸余量為0.4mm，精鏜余量為1.5mm，粗鏜余量為4mm，查表1-20可知上述對(duì)應(yīng)的加工精度，精鉸：IT7，粗鉸：IT8，精鏜：IT11，粗鏜：IT12。綜上所述各工步的工序尺寸及公差為φ80+0.03 0，φ79.9+0.046 0，φ79.5+0.19 0，φ78+0.3 0。它們的互相關(guān)系如圖。 三，工序4——粗車-半精車-精車φ90mm軸的加工余量、工序尺寸和公差的確定 查表2-16~2-21可知粗車余量為4mm，半精車余量為1.5mm，精車余量為0.5mm。對(duì)應(yīng)加工精度為IT11，IT9，IT7。綜上所述各工步的工序尺寸及公差為φ920 -0.35，φ90.50 -0.087，φ900 -0.03。 四，工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 查表2-28可知，精鉸余量為0.04mm，粗鉸余量為0.16mm，鉆孔余量為9.8mm。差表1-20可依次確定各工序尺寸的加工精度等級(jí)為IT7，IT10，IT12。根據(jù)上述結(jié)果，再查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表可確定各工步的公差值分別為0.015mm，0.058mm，0.015mm。 綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為φ10+0.015 0，φ9.96+0.058 0，φ9.8+0.15 0。它們?nèi)鐖D。 第六節(jié) 切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算 一，切削用量的計(jì)算 1．工序1——粗銑兩端面 該工序分兩個(gè)工步，工步1是以右端面定位，粗銑左端面；工步2是以左端面定位，噓唏右端面。由于這兩個(gè)工步是在一臺(tái)機(jī)床上經(jīng)一次走到完成，因此它們所選用的切削速度v和進(jìn)給量f是一樣的，只有背吃刀量不同。 （1） 背吃刀量的確定 工步1的背吃刀量ap1取Z1，Z1等于左端面的毛坯總余量減去工序2的余量Z3。故ap2=2mm。 （2） 進(jìn)給量的確定 表5-7知，按機(jī)床功率為5~10kw、工件——夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，所以f=0.08mm/z。 （3） 銑削速度的計(jì)算 n=1000v/πd=1000*44.9/π*109=131.2r/min，參照4-15去轉(zhuǎn)速n=160r/min，求實(shí)際速度v=160*π*109/1000=54.76m/min。 2．工序2——半精銑左端面 （1） ap=1mm。 （2） f=0.4mm/r。 （3） n=1000*48.4/π*109=141.4m/min。取轉(zhuǎn)速n=160r/min，實(shí)際速度v=160*π*109/1000=54.8m/min。 3．工序3——粗鏜-精鏜φ80mm孔 1．粗鏜工步 （1） 背吃刀量ap=4mm。 （2） 進(jìn)給量f=0.5mm/r。 （3） 切削速度v=30m/min，由n=1000v/πd可求n=122.5 m/min，取n=125 r/min，實(shí)際速度v=125*π*78/1000=30.6 m/min。 2.精鏜工步 （1） 背吃刀量ap=1.5mm。 （2） 進(jìn)給量f=0.2mm/r。 （3） 切削速度v=20m/min，由n=1000v/πd可求n=80.1m/min，取n=80 r/min，實(shí)際速度v=80*π*79.5/1000=19.97 m/min。 3.粗鉸工步 （1） 背吃刀量ap=0.4mm。 （2） 進(jìn)給量f=1.5r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=15.9m/min，取n=18 r/min，實(shí)際速度v=18*π*79.9/1000=4.5 m/min。 4.精鉸工步 （1）背吃刀量ap=0.1mm。 （2）進(jìn)給量f=1.5r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=15.9m/min，取n=18 r/min，實(shí)際速度v=18*π*79.9/1000=4.5 m/min。 4．工序4——粗車-半精車-精車φ90mm外圓 1.粗車工步 （1）背吃刀量ap=4mm。 （2）進(jìn)給量f=0.8r/mm。 （3） 切削速度v=10m/min。 2.半精車工步 （1）背吃刀量ap=1.5mm。 （2）進(jìn)給量f=0.4r/mm。 （3） 切削速度v=10m/min。 3.精車工步 （1）背吃刀量ap=0.5mm。 （2）進(jìn)給量f=0.2r/mm。 （3） 切削速度v=20m/min。 5．工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔 1.鉆孔工步 （1）背吃刀量ap=9.8mm。 （2）進(jìn)給量f=0.1r/mm。 （3） 切削速度v=15m/min，由n=1000v/πd可求n=487.5m/min，取n=545 r/min，實(shí)際速度v=545*π*9.8/1000=16.8 m/min。 2.粗鉸工步 （1）背吃刀量ap=0.16mm。 （2）進(jìn)給量f=0.4r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=127.4m/min，取n=140 r/min，實(shí)際速度v=140*π*9.96/1000=4.4 m/min。 3.精鉸工步 （1）背吃刀量ap=0.04mm。 （2）進(jìn)給量f=0.4r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=127.4m/min，取n=140 r/min，實(shí)際速度v=140*π*10/1000=4.4 m/min。 二，時(shí)間定額的計(jì)算 1．基本時(shí)間tm的計(jì)算（kr=15 o） （1） 工序1——粗銑兩端面 根據(jù)表5-43中面銑刀銑平面的基本時(shí)間計(jì)算公式tj=（L+L1+L2）/fMz可求出該工序的基本時(shí)間。 工步1：L=96mm，L2=1mm，L1=0.5（d-√（d2-ae2））+1=【0.5*（109-√1092-962）+1】mm=29.7mm。 fMz=f*n=fz*Z*n=0.08*10*160=128mm/min。由tj=（L+L1+L2）/fMz， 則tj=（96+1+29.7）/128=59.4s。 工步2：L1=0.5*（109-√1092-（134-90）2+1）=5.6mm，所以tj1=（96+1+5.6）/128=48.1s。 （2） 工序2——半精銑左端面 同理，L=96，L1=29.7，L2=1mm；fMz=f*n=0.4*160=64mm/min則tj=（L+L1+L2）/fMz=（96+1+29.7）/64=118.8s。 （3） 工序3——粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔 粗鏜工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=2mm，L1=ap/tankr+（2~3）=9.5mm，L2=3~5mm，L=15mm，f=0.5mm/r，n=125r/min。則tj=（9.5+4+15）/0.5/125=27.4s。 精鏜工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.75mm，L1=ap/tankr+（2~3）=4.8mm，L2=3~5mm，L=15mm，f=0.2mm/r，n=80r/min。則tj=（4.8+4+15）/0.2/80=89.3s。 粗鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.2mm，查5-42表可得L1=0.75mm，L2=28mm，L=15mm，f=1.5mm/r，n=18r/min。則tj=（0.75+28+15）/1.5/18=97.2s。 精鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.05mm，查5-42表可得L1=0.19mm，L2=13mm，L=15mm，f=1.5mm/r，n=18r/min。則tj=（0.19+13+15）/1.5/18=62.6s。 （4） 工序4——粗車-半精車-精車φ90mm軸 粗車工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=2mm，L1=ap/tankr+（2~3）=9.5mm，L2=3~5mm，L=5mm，f=0.8mm/r，n=10r/min。則tj=（9.5+3+5）/0.8/10=131.25s。 半精車工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.75mm，L1=ap/tankr+（2~3）=4.8mm，L2=3~5mm，L=5mm，f=0.4mm/r，n=10r/min。則tj=（4.8+3+5）/0.4/10=192s。 精車工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.25mm，L1=ap/tankr+（2~3）=2.9mm，L2=3~5mm，L=5mm，f=0.2mm/r，n=20r/min。則tj=（2.9+3+5）/0.2/20=163.5s。 （5） 工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔 鉆孔工步：根據(jù)表5-41，tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，可得L1=D/2cotkr+（1~2）=19.7mm，L2=1mm，L=8mm，f=0.1mm/r，n=545r/min。則tj=（19.7+1+8）/0.1/545=31.6s。 粗鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.08mm，查5-42表可得L1=0.37mm，L2=15mm，L=8mm，f=0.4mm/r，n=140r/min。則tj=（0.37+15+8）/0.4/140=25s。 精鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.02mm，查5-42表可得L1=0.19mm，L2=13mm，L=8mm，f=0.4mm/r，n=140r/min。則tj=（0.19+13+8）/0.4/140=22.7s。 2．輔助時(shí)間tf的計(jì)算 （1） tf與基本時(shí)間tj之間的關(guān)系為tf=（0.15~0.2）tj，取tf=0.15tj，則工序的輔助時(shí)間分別為： 工序1工步1：tf=0.15*59.4s=8.91s； 工步2：tf=0.15*48.1s=7.22s； 工序2：tf=0.15*118.8s=17.82s； 工序3粗鏜：tf=0.15*27.4s=4.11s； 工序3精鏜：tf=0.15*89.3s=13.40s； 工序3粗鉸：tf=0.15*97.2s=14.58s； 工序3粗鏜：tf=0.15*62.6s=9.39s； 工序4粗車：tf=0.15*131.25s=19.69s； 工序4半精車：tf=0.15*192s=28.8s； 工序4精車：tf=0.15*163.5s=24.52s； 工序5鉆孔：tf=0.15*31.6s=4.74s； 工序5粗鉸：tf=0.15*25s=3.75s； 工序5精鉸：tf=0.15*22.7s=3.4s； 3．其他時(shí)間計(jì)算 除了作業(yè)時(shí)間以外，每道工序的單件時(shí)間還包括布置工作地時(shí)間、休息與生理需要時(shí)間和準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間。布置工作地時(shí)間tb和休息與生需要時(shí)間tx，（tb+tx）=（3%+3%）*（tj+tf）則 工序1工步1：tb+tx=6%*（59.4+8.91）=4.1s； 工序1工步2：tb+tx =6%*（48.1s+7.22s）=3.3s； 工序2：tb+tx =6%*（118.8s+17.82s）=8.2s； 工序3粗鏜：tb+tx =6%*(27.4s+4.11s）=1.9s； 工序3精鏜：tb+tx =6%*(89.3s+13.40s）=6.2s； 工序3粗鉸：tb+tx =6%*(97.2s+14.58s）=6.7s； 工序3精鉸：tb+tx =6%*(62.6s+9.39s）=4.3s； 工序4粗車：tb+tx =6%*(131.25s+19.69s）=9.1s; 工序4半精車：tb+tx =6%*(192s+28.8s)；=13.3s； 工序4精車：tb+tx =6%*(163.5s+24.52s) =11.3s； 工序5鉆孔：tb+tx =6%*(31.6s+4.74s) =2.2s； 工序5粗鉸：tb+tx =6%*(25+3.75s) =1.7s； 工序5精鉸：tb+tx =6%*(22.7s+3.4s) =1.6s； 4．單件時(shí)間tdj的計(jì)算 工序1的單件時(shí)間：tdj=59.4+8.91+4.1s+48.1s+7.22s+3.3=131.03s； 工序2的單件時(shí)間：tdj=118.8s+17.82s+8.2s=114.82s； 工序3的單件時(shí)間：tdj=33.41s+108.9+118.48+76.29=337.08s； 工序4的單件時(shí)間：tdj=160.04+234.1+199.32=593.46s； 工序5的單件時(shí)間：tdj=38.54+30.45+27.7=96.69s； 第七節(jié) 鏜孔夾具設(shè)計(jì) 1 研究原始質(zhì)料 利用本夾具主要用來(lái)加工孔，加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外，還應(yīng)滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 2 定位、夾緊方案的選擇 由零件圖可知：在對(duì)孔進(jìn)行加工前，底平面進(jìn)行了粗、精銑加工，孔進(jìn)行了鉆、擴(kuò)、鉸加工。因此，定位、夾緊方案選一面兩銷定位方式，夾緊方式用操作簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)的移動(dòng)壓板來(lái)夾緊。 3切削力及夾緊力的計(jì)算 鏜刀材料：（硬質(zhì)合金鏜刀） 刀具的幾何參數(shù)： 由參考文獻(xiàn)[5]查表可得： 圓周切削分力公式： 式中 查[5]表得： 查[5]表 取 由表可得參數(shù)： 即： 同理：徑向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： 即： 軸向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： 即： 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即： 安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有：： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]表可得： 所以有： 螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有： 式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得： 其中： 螺旋夾緊力： 該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓通過(guò)弧形壓塊壓緊工件，受力簡(jiǎn)圖如下： 圖4.1 移動(dòng)壓板受力簡(jiǎn)圖 由表得：原動(dòng)力計(jì)算公式 即： 由上述計(jì)算易得： 由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。 4 誤差分析與計(jì)算 該夾具以一面兩銷定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。 與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示： 由參考文獻(xiàn)[5]可得： ⑴ 兩定位銷的定位誤差 ： 其中： ， ， ， 且：L=135mm ，得 ⑵ 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過(guò) ⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。 5 零、部件的設(shè)計(jì)與選用 5.1定位銷選用 本夾具選用一可換定位銷和固定棱形銷來(lái)定位，其參數(shù)如下表： 表5.1 定位銷 d H D 公稱尺寸 允差 14～18 16 15 ～0.011 22 5 1 4 M12 4 表5.2 定位棱銷 d H d 公稱尺寸 允差 40～50 20 22 +0.034 ～0.023 65 5 3 8 1 6 1.5 5.2夾緊裝置的選用 該夾緊裝置選用移動(dòng)壓板，其參數(shù)如表5.3： 表5.3 移動(dòng)壓板 公稱直徑 L 6 45 20 8 19 6.6 7 M6 5 6 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設(shè)計(jì)采用了手動(dòng)夾緊方式，在夾緊和松開(kāi)工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。由于該工件體積小，經(jīng)過(guò)方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動(dòng)夾緊方式（螺旋夾緊機(jī)構(gòu)）。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。 此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過(guò)程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時(shí)，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。 第八節(jié) 方案評(píng)價(jià)和結(jié)論 此方案為設(shè)計(jì)聯(lián)軸器箱體，完整的從選材料到毛坯到生產(chǎn)成零件加上夾具的設(shè)計(jì)包括很多的內(nèi)容，通過(guò)機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)該在以下兩個(gè)方面得到鍛煉：能熟練地運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)課程中的基本理論，以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，正確得解決一個(gè)零件在在加工中的定位、夾緊及合理安排工藝路線等問(wèn)題，以保證零件的加工質(zhì)量。學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料，掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱及出處，并能夠做到熟練應(yīng)用。此方案不復(fù)雜，根據(jù)步驟一步一步的剖析，思路比較清晰易懂。 第九節(jié) 總結(jié) 在本次設(shè)計(jì)中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問(wèn)題，所選用的零、部件都是操作簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)件，從現(xiàn)時(shí)以最低的成本實(shí)現(xiàn)最先進(jìn)的加工。但也有不足之處：特別是對(duì)于鏜孔夾具，在刀具加工完退出工件孔時(shí)，有可能會(huì)劃傷工件內(nèi)孔表面，本可以在夾具體內(nèi)部設(shè)置液壓升降系統(tǒng)，使工件孔與定位立臺(tái)可升可降，這樣，在刀具退出時(shí)，使定位立臺(tái)連同工件孔一起升起，從而避免劃傷。但考慮到成本問(wèn)題，未采用這種方法。為此，鏜孔的專用夾具還有待改進(jìn)。無(wú)論怎樣，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我獲益良多，是我在學(xué)校的最后一次答卷，也是我成功邁向社會(huì)的第一步。 參考文獻(xiàn) [1] 楊叔子，機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004。 [2] 上海金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì)，金屬切削手冊(cè)[M]，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2004。 [3] 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