0067-工藝夾具-減速箱箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)（鉆）,工藝,夾具,減速,箱體,加工,設(shè)計(jì)
學(xué)位論文
附錄二 ：中文翻譯
通過夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化控制變形
摘 要
工件變形必須控制在數(shù)值控制機(jī)械加工過程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個(gè)主要方面。在本文提出了一種多目標(biāo)模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應(yīng)用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個(gè)例子說明，一個(gè)令人滿意的結(jié)果被求得， 這是遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)之一的。多目標(biāo)模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。
關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法
1 引言
夾具設(shè)計(jì)在制造工程中是一項(xiàng)重要的程序。這對(duì)于加工精度是至關(guān)重要。一個(gè)工件應(yīng)約束在一個(gè)帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應(yīng)該從戰(zhàn)略的設(shè)計(jì)，并且適當(dāng)?shù)膴A緊力應(yīng)適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進(jìn)行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設(shè)計(jì)方案的兩個(gè)主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應(yīng)適當(dāng)?shù)倪x擇和計(jì)算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。
夾具設(shè)計(jì)的目的是要找到夾具元件關(guān)于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個(gè)最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個(gè)觀點(diǎn)是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個(gè)是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來計(jì)算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達(dá)且直接的搜索工具箱，并且被應(yīng)用于解決優(yōu)化問題。最后還給出了一個(gè)案例的研究，以闡述對(duì)所提算法的應(yīng)用。
2 文獻(xiàn)回顧
隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運(yùn)用，近幾年夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)的方法。DeMeter也用了一個(gè)剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進(jìn)行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計(jì)算質(zhì)量的有限元計(jì)算法。李和melkote用了一個(gè)非線性編程方法和一個(gè)聯(lián)絡(luò)彈性模型解決布局優(yōu)化問題。兩年后， 他們提交了一份確定關(guān)于多鉗夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認(rèn)為工件在加工過程中處于動(dòng)態(tài)。相結(jié)合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)與分析。蔡等對(duì)menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會(huì)的理論進(jìn)行了拓展。秦等人建立了一個(gè)與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來優(yōu)化夾緊力與，以盡量減少工件的位置誤差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力，保證了被夾緊工件在加工的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。
大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個(gè)可行布局開始。此外，還得到了對(duì)這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)的功能和設(shè)計(jì)變量之間沒有直接分析的關(guān)系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。
以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問題中是一種有用的技術(shù)。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應(yīng)用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標(biāo)編碼。他們還提出了針對(duì)主要競(jìng)爭(zhēng)夾具優(yōu)化方法相對(duì)有效性的廣泛調(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個(gè)夾具布局優(yōu)化技術(shù)，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個(gè)刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點(diǎn)號(hào)碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個(gè)切削過程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個(gè)分析模型，認(rèn)為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學(xué)習(xí)系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來計(jì)算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來發(fā)展夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進(jìn)去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認(rèn)為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時(shí)，一些研究沒有考慮為整個(gè)刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點(diǎn)數(shù)目作為設(shè)計(jì)參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時(shí)進(jìn)行。 有幾項(xiàng)研究摩擦和碎片考慮進(jìn)去了。
碎片的移動(dòng)和摩擦接觸的影響對(duì)于實(shí)現(xiàn)更為現(xiàn)實(shí)和準(zhǔn)確的工件夾具布局校核分析來說是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實(shí)現(xiàn)更好的加工精度是必須的。
在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達(dá)到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標(biāo)優(yōu)化模型被建立了。一個(gè)優(yōu)化的過程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)低剛度工件而言是比較單一的目標(biāo)優(yōu)化方法、經(jīng)驗(yàn)和方法。
3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)計(jì)
一個(gè)可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢(shì)力應(yīng)用到工件；第二，庫侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點(diǎn)。夾具元件-工件接觸點(diǎn)的位置必須在候選位置。為一個(gè)問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負(fù)荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學(xué)上仿照如下：
這里的△表示加工區(qū)域在加工當(dāng)中j次步驟的最高彈性變形。
其中
是△的平均值；
是正常力在i次的接觸點(diǎn)；
μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)；
fhi是切向力在i次的接觸點(diǎn)；
pos(i)是i次的接觸點(diǎn)；
是可選區(qū)域的i次接觸點(diǎn)；
整體過程如圖1所示，一要設(shè)計(jì)一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計(jì)算出來。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時(shí)也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計(jì)算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。
圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過程
4 夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化
4.1 遺傳算法
遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過程的強(qiáng)勁，隨機(jī)和啟發(fā)式的優(yōu)化方法?；舅悸繁澈蟮倪z傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個(gè)人口中的候選個(gè)體指派一個(gè)健身的價(jià)值，通過一個(gè)功能的調(diào)整，以適應(yīng)特定的問題。遺傳算法，然后進(jìn)行復(fù)制，交叉和變異過程消除不適宜的個(gè)人和人口的演進(jìn)給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營(yíng)者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個(gè)體代表全最好的方法。
遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)時(shí)需夾具布局和夾緊力作為設(shè)計(jì)變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃。在這項(xiàng)研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運(yùn)用的。
收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當(dāng)在一個(gè)人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時(shí)，nchg達(dá)到一個(gè)預(yù)先定義的價(jià)值ncmax ，或有多少幾代氮，到達(dá)演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒有遺傳算法停止。有五個(gè)主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。
表1 遺傳算法參數(shù)的選擇
由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設(shè)計(jì)字符串，當(dāng)受到加工負(fù)荷時(shí)不完全限制夾具。這些解決方案被認(rèn)為是不可行的，且被罰的方法是用來驅(qū)動(dòng)遺傳算法，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可行的解決辦法。1夾具設(shè)計(jì)的計(jì)劃被認(rèn)為是不可行的或無約束，如果反應(yīng)在定位是否定的。在換句話說，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計(jì)劃的高目標(biāo)函數(shù)值時(shí)不可行的。因此，驅(qū)動(dòng)它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對(duì)于約束（4），當(dāng)遺傳算子產(chǎn)生新個(gè)體或此個(gè)體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無效的區(qū)域。在為了簡(jiǎn)化檢查，多邊形是用來代表候選區(qū)域和無效區(qū)域的。多邊形的頂點(diǎn)是用于檢查。“inpolygon ”在MATLAB的功能可被用來幫助檢查。
4.2 有限元分析
ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計(jì)算。有限元模型是一個(gè)考慮摩擦效應(yīng)的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個(gè)位置或支持，是代表三個(gè)正交彈簧提供的制約。
圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型
在x ， y和z 方向和每個(gè)夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個(gè)彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計(jì)算如下：
隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個(gè)合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來申請(qǐng)工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個(gè)元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點(diǎn)所包圍。
圖3 連續(xù)插值
這系列節(jié)點(diǎn)，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號(hào)和16號(hào)）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。對(duì)任何一套節(jié)點(diǎn)，彈簧常數(shù)是：
這里，
kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點(diǎn)周圍i次夾具元件，
Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點(diǎn)周圍之間的距離，
ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置,
ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點(diǎn)數(shù)量
為每個(gè)加工負(fù)荷的一步，適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個(gè)工作里，正常的彈簧約束在這三個(gè)方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點(diǎn)。整個(gè)刀具路徑是模擬為每個(gè)夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃所產(chǎn)生的遺傳算法應(yīng)用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進(jìn)去。在機(jī)床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)剛度也改變。
因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點(diǎn)的工具運(yùn)動(dòng)和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計(jì)算健身價(jià)值，對(duì)于給定夾具設(shè)計(jì)方案，位移存儲(chǔ)為每個(gè)負(fù)載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的健身價(jià)值。
遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動(dòng)實(shí)施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個(gè)文本文件。那個(gè)輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計(jì)算加工表面的變形。 因此， 健身價(jià)值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當(dāng)前夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的一個(gè)文本文件。
當(dāng)有大量的節(jié)點(diǎn)在一個(gè)有限元模型時(shí)，計(jì)算健身價(jià)值是很昂貴的。因此，有必要加快計(jì)算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項(xiàng)工作中，計(jì)算健身價(jià)值和染色體存放在一個(gè)SQL Server數(shù)據(jù)庫。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價(jià)值已計(jì)算之前，先檢查；如果不，夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價(jià)值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個(gè)計(jì)算時(shí)間保持不變。每計(jì)算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來反復(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。
5 案例研究
一個(gè)關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化問題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。
5.1 工件的幾何形狀和性能
工件的幾何形狀和特點(diǎn)顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應(yīng)用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。
圖4 空心工件
5.2 模擬和加工的運(yùn)作
舉例將工件進(jìn)行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出?；谶@些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計(jì)算和應(yīng)用，當(dāng)工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時(shí)。整個(gè)刀具路徑被26個(gè)工步所分開，切削力的方向被刀具位置所確定
表2加工參數(shù)和條件
。
5.3 夾具設(shè)計(jì)方案
夾具在加工過程中夾緊工件的規(guī)劃如圖5所示。
圖5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域
一般來說， 3-2-1定位原則是夾具設(shè)計(jì)中常用的。夾具底板限制三個(gè)自由度，在側(cè)邊控制兩個(gè)自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個(gè)定點(diǎn)（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個(gè)壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個(gè)定位元件限制其余的一個(gè)自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點(diǎn)的坐標(biāo)范圍。
表3 設(shè)計(jì)變量的約束
由于沒有一個(gè)簡(jiǎn)單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設(shè)為每一個(gè)夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。
5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù)
在這個(gè)例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是
這里fv可以被F1或σ代表。當(dāng)nchg達(dá)到6時(shí)，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1.
5.5 優(yōu)化結(jié)果
連續(xù)優(yōu)化的收斂過程如圖6所示。且收斂過程的相應(yīng)功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在表4中給出。
圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個(gè)函數(shù)值的收斂
圖8第二個(gè)函數(shù)值的收斂性
表4 多目標(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計(jì)方案結(jié)果進(jìn)行比較，
5.6 結(jié)果的比較
從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中得到的夾具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)值，如表5所示。單一目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比較，單一目標(biāo)優(yōu)化方法有其優(yōu)勢(shì)。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強(qiáng)了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標(biāo)優(yōu)化方法和單目標(biāo)優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標(biāo)優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。
與結(jié)果比較，我們確信運(yùn)用最佳定位點(diǎn)分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實(shí)例夾具的裝配。
圖9沿刀具軌跡的變形分布
圖10 夾具配置實(shí)例
6 結(jié)論
本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。優(yōu)化程序是多目標(biāo)的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于
健身價(jià)值的有限元計(jì)算。對(duì)于夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。
在這項(xiàng)研究中，摩擦的影響和碎片移動(dòng)都被考慮到了。為了減少計(jì)算的時(shí)間，建立了一個(gè)染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過程中多次使用的。
傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗(yàn)。此研究結(jié)果表明，多目標(biāo)優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對(duì)于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。
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9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 變形金屬板材的裝夾的原則、算法和模擬。
10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定。
12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法。
13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 借助遺傳算法對(duì)裝夾條件的優(yōu)化。
14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一項(xiàng)關(guān)于空間坐標(biāo)對(duì)基于遺傳算法的夾具優(yōu)化問題的作用的調(diào)查。
15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夾具布局優(yōu)化方法成效的調(diào)查。
16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的布局。
17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遺傳算法優(yōu)化夾緊布局和夾緊力。
18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遺傳算法的柔性裝配夾具布局的建模與優(yōu)化。
19、Hamedi M (2005) 通過一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法混合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能夾具。
20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遺傳算法固定裝置的概念設(shè)計(jì)。
21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點(diǎn)。
22、Zhou XL, Zhang WH, Qin GH (2005) 遺傳算法用于優(yōu)化夾具布局和夾緊力。
23、Kaya N, ?ztürk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運(yùn)用對(duì)工件夾具布局的校核。
62
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零（部）件圖號(hào)
設(shè)計(jì)者： 賀傳松
產(chǎn)品名稱
減速箱
零（部）件名稱
減速箱箱體
共 頁
第 頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材料牌號(hào)
機(jī) 加
9
內(nèi)孔加工
HT150
毛坯種類
毛坯外型尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄造毛坯
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)
搖臂鉆床
Z3025
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工藝裝備（含：刀具、量具、專用工具）
主軸轉(zhuǎn)速
r/min
切削速度
m/min
進(jìn)給量
mm/r
切削深度
mm
進(jìn)給次數(shù)
工 步 工 時(shí)
1
鉆6-φ13锪平φ30
高速鋼錐柄加長(zhǎng)麻花鉆、游標(biāo)卡尺、Z3025型搖臂鉆床
400
16.32
0.4
2
1
機(jī)動(dòng)
輔助
專 業(yè)
機(jī)械加工工藝過程卡
產(chǎn)品型號(hào)
零（部）件圖號(hào)
共頁
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
產(chǎn)品名稱
減速箱
零（部）件名稱
減速箱箱體
共頁
材料牌號(hào)
HT150
毛坯種類
鑄件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
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)
準(zhǔn) 終
單 件
1
鑄
鑄造毛坯
鑄造
2
劃
按圖紙尺寸,檢查加工余量,并劃中心十字線,剖分線,端面線,頂上斜方孔平面線等
機(jī)加
劃針
劃針、劃線平臺(tái)
3
刨
留余量粗刨剖分面426196; 箱蓋頂上斜方孔10090平面;底面368190,粗精刨底平面
機(jī)加
B2010A
YG8刨刀、刨床、游標(biāo)卡尺
4
刨
箱蓋:留余量粗刨剖分面;刨箱蓋頂上斜方孔平面
機(jī)加
B2010A
YG8刨刀、刨床、游標(biāo)卡尺
5
劃
分別劃箱座,箱蓋上 M161.5, M12-7H和各螺釘孔及兩銷釘孔中心線
機(jī)加
劃針
劃針、劃線平臺(tái)
6
鉆
箱座:鉆底平面6-φ17, M161.5, M12-7H及锪平面和攻螺紋
機(jī)加
Z3025
鉆頭、搖臂鉆床、游標(biāo)卡尺
7
鉆
鉆斜方孔平面上4-φ6孔并攻絲M6-7H
機(jī)加
Z3025
鉆頭、搖臂鉆床、游標(biāo)卡尺
8
鉆
將箱座和箱蓋組裝在一起,并用螺栓固緊,按箱蓋上已劃好的兩銷孔線鉆,鉸銷孔,并打入定位銷
機(jī)加
Z3025
鉆頭、搖臂鉆床、游標(biāo)卡尺
9
鉆
鉆6-φ13锪平φ30,并锪平各孔上下平面
機(jī)加
Z3025
YG8刨刀、刨床、游標(biāo)卡尺
描 圖
描 校
底圖號(hào)
編制日期
審核日期
會(huì)簽日期
班 級(jí)
姓 名
裝訂號(hào)
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
專 業(yè)
機(jī)械加工工藝過程卡
產(chǎn)品型號(hào)
零（部）件圖號(hào)
共頁
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
產(chǎn)品名稱
減速箱
零（部）件名稱
減速箱箱體
共頁
材料牌號(hào)
HT150
毛坯種類
鑄件
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
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)
準(zhǔn) 終
單 件
10
刨
留余量,分別精刨箱座和仃蓋剖分面426196; 箱蓋頂上斜方孔10090平面
機(jī)加
B2010A
YG8刨刀、刨床、游標(biāo)卡尺
11
刨
寬刀分別精細(xì)刨箱座和箱蓋剖分面426196; 箱蓋頂上斜方孔10090平面,達(dá)到要求的精度和粗糙度
機(jī)加
B2010A
YG8刨刀、刨床、游標(biāo)卡尺
12
劃
劃φ100和φ80兩孔中心線,各軸承線及孔端面線
機(jī)加
劃針
劃針、劃線平臺(tái)
13
鏜
精,細(xì)鏜各軸承孔φ100和φ80兩孔及锪端面
機(jī)加
T740
金剛鏜床、鏜刀、游標(biāo)卡尺
14
劃
劃φ100和φ80兩孔端面螺孔線
機(jī)加
劃針
劃針、劃線平臺(tái)
15
鉆
鉆φ100和φ80兩孔端面螺孔,并攻絲M8-7H
機(jī)加
Z3025
鉆頭、搖臂鉆床、游標(biāo)卡尺
16
銑
拆開后銑箱座各油槽
17
檢
成對(duì)裝好后,總檢驗(yàn)
描 圖
描 校
底圖號(hào)
編制日期
審核日期
會(huì)簽日期
班 級(jí)
姓 名
裝訂號(hào)
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說 明 書
題 目 減速箱箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
27
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
設(shè)計(jì)（論文）題目： 減速箱箱體加工工藝夾具設(shè)計(jì)。
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求
⑴零件圖一張, 毛坯圖一張;
⑵夾具裝配圖一份, 主要夾具零件圖一張;
⑶機(jī)械加工工藝卡一套, 主要工序工序卡一份;
⑷設(shè)計(jì)說明書一份.
2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明
⑴機(jī)械制造工藝手冊(cè);
⑵機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè);
⑶夾具設(shè)計(jì)手冊(cè);
⑷其他資料.
3．進(jìn)度安排
設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱
起 止 日 期
1
查閱和收集設(shè)計(jì)資料、繪制毛坯圖
3月05日至3月15日
2
進(jìn)行減速箱箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)并繪制毛坯圖
3月16日至4月16日
3
填寫機(jī)械加工工藝過程卡片和工序卡片
4月17日至5月21日
4
設(shè)計(jì)減速箱箱體加工工藝及夾具并繪制零件圖、裝配圖
5月22日至5月19日
5
編寫說明書
5月20日至6月05日
6
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的修改、答辯的準(zhǔn)備時(shí)間
6月06日至6月24日
注：本表一式三份，系、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份
摘要
零件的工藝編制，在機(jī)械加工中占有非常重要的地位，零件工藝編制得合不合理，這直接關(guān)系到零件最終能否達(dá)到質(zhì)量要求；夾具的設(shè)計(jì)也是不可缺少的一部分，它關(guān)系到能否提高其加工效率的問題。因此這兩者在機(jī)械加工行業(yè)中是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)械制圖、、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械制造裝備等專業(yè)課后，掌握了一定的專業(yè)知識(shí)。把所學(xué)的理論知識(shí)綜合地運(yùn)用在實(shí)際工藝、夾具設(shè)計(jì)中。
本次設(shè)計(jì)的是減速箱箱體上的孔6-13锪平30的加工工藝以及夾具的設(shè)計(jì)，在編制加工工藝時(shí)，要考慮到孔的各項(xiàng)精度以及形狀與位置公差等。
在設(shè)計(jì)加工孔6-13锪平30的專用夾具時(shí)，以箱體底面為基準(zhǔn)，通過“C”形鉗將箱蓋和箱座聯(lián)結(jié)，并以定位銷將其定位。為了縮短輔助時(shí)間，采用了可換鉆套,鉆模板左端采用一鉸鏈?zhǔn)蛊浞D(zhuǎn),右端也用鉸鏈和一開口墊圈,用螺母進(jìn)行聯(lián)結(jié)。這樣能很快將箱體放入夾具體上,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高生產(chǎn)率，提高效益。
關(guān)鍵詞：工藝、基準(zhǔn)、輔助時(shí)間、定位、形位公差。
ABSTRACT
The craft establishment of the components, holds the very important status in the machine-finishing,. whether the components craft establishes are reasonable or not have a direct relation to the components to achieve the final quality requirement ; The jig’s design is also an essential part. it relate to whther it will improve its processing efficiency or not.therefore these two in the machine-finishing profession are the very important link.This design is comprehensive apply the craft theory and the practice knowledge we learned to the actual craft and the jig design after studied some specialized knowledge about the machine manufacture technology, the mechanical drawing, the machine manufacture equipments design and so on 。
This design is about the processings craft of the 6-13aperture on the decelerator box body and the jig’s design, the aperture has a very high processing craft requirement when processing it , so during establish the processing craft ,we must consider every precision of the aperture , the shape ,the Location tolerance and so on 。 When design the special clamp of the aperture 6-13 , take the boxbody bottom surface as a benchmark, combine the lid of the box and the pedestal of the box with the “c”type pliers , and localized with positioning pin.In order to reduce the assistant time, use the changeable drill sheath, on the left of the drill template we use a gemel to turn it , also ues a gemel and a open gasket on the right side , and combined with the nut.as this it will quickly put the box body onto the clamp body, reduce the labour intensity, greatly improve the productivity and the benefit.
Key words: Craft, benchmark, assistant time, , orientation, shape position tolerance
目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
前言 1
第1章 零件的分析 1
1.1 零件的作用 1
1.2 零件的工藝分析 1
第2章 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 2
2.1 確定毛坯的制造形式 2
2.2 基準(zhǔn)的選擇 2
2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇 2
2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇 2
2.3 制定工藝路線 2
2.3.1 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯的確定 5
2.3.2 確定切削用量及基本工時(shí) 6
第3章 專用夾具的設(shè)計(jì) 15
3.1 問題的指出 15
3.2 夾具的設(shè)計(jì) 15
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 15
3.2.2切削力及夾緊力的計(jì)算 15
3.2.3定位誤差的分析 16
3.2.4夾具安裝及操作的簡(jiǎn)要說明 16
3.3 夾具的設(shè)計(jì) 17
第4章 結(jié)論 24
參考文獻(xiàn) 26
致謝 27
前言
就目前而言“復(fù)合、高速、智能、精密、環(huán)?！币殉蔀楫?dāng)今機(jī)床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。其中，高速加工可以有效地提高機(jī)床的加工效率、縮短工件的加工周期。這就要求機(jī)床主軸及其相關(guān)部件要適應(yīng)高速加工的需求?；瑒?dòng)軸承在彈性流體力學(xué)潤(rùn)滑理論的研究，流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承油膜剛度阻尼特性測(cè)定方法的研究、鐵譜技術(shù)研究和電磁鐵譜儀、論摩擦學(xué)數(shù)據(jù)庫、固體變形等因素對(duì)滑動(dòng)軸承流體動(dòng)力潤(rùn)滑的影響、具有非線性油膜力的滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)特性研究等等方面有了更進(jìn)一步的發(fā)展。
減速箱箱體起著支持和固定軸系零件,保證軸系運(yùn)轉(zhuǎn)精度、良好潤(rùn)滑及可靠密封等重要作用。箱體多采用剖分式結(jié)構(gòu)，剖分面一般通過軸心線。在重型立式減速器中，為便于制造、安裝和運(yùn)輸，也可以多個(gè)采用剖分面。在設(shè)計(jì)此裝配工作圖時(shí)要綜合考慮工作要求、材料、強(qiáng)度、剛度、磨損、加工、裝拆、調(diào)整、潤(rùn)滑和維護(hù)以及經(jīng)濟(jì)性諸因素，并要用足夠的視圖表達(dá)清楚。
本次設(shè)計(jì)是對(duì)減速箱箱體上6-13孔加工專用夾具及工藝編制，其設(shè)計(jì)的目的在于回顧自己大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，提高自身的專業(yè)知識(shí)的理論水平，在工作之前就有一次自己獨(dú)自搞一個(gè)題目的鍛煉，從中提高自己分析問題、解決問題的能力，為以后工作打下一定的基礎(chǔ)。
四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
第一章 零件的分析
1.1 零件的作用
減速器箱體起著支持和固定軸系零件,保證軸系運(yùn)轉(zhuǎn)精度和良好潤(rùn)滑及可靠密封等重要作用。箱體多采用剖分式結(jié)構(gòu),剖分面一般通過軸心線.在重型立式減速器中,為了便于制造和安裝及運(yùn)輸,也可采用多個(gè)剖分面。
1.2 零件的工藝分析
減速箱箱體有幾組加工表面，并有一定位置要求.其中尺寸要求較高的有：分述如下：
1.以φ100和φ80兩孔為中心的加工表面：
這一組加工表面包括：φ100和φ80兩孔及其倒角，尺寸為196與φ100和φ80兩孔相垂直的前后兩平面,還有在這前后兩平面上總共有24個(gè)M8的螺孔。其中，主要加工表面為φ100和φ80兩孔。
2.以尺寸426為中心的加工表面
這一組加工表面包括：銑削426196平面,左端2-φ11锪平φ24兩孔,2-錐銷孔φ8。
這些加工表面之間有著一定的位置要求，主要是：
（1）尺寸為φ100孔兩處軸心線同軸度為φ0.025,同柱度為0.010。
（2）尺寸為φ80孔兩處軸心線同軸度為φ0.025且與φ100軸心線的平行度公差為0.025。
（3）φ100和φ80兩孔端面上的螺孔M8分別有位置度要求:要求最大實(shí)體要求為φ0.4，兩端面與φ80孔軸心線有垂直度公差為0.10。
（4）426196的平面度要求0.025。
由上面分析可知，加工時(shí)應(yīng)先加工一組表面，再以這組加工后表面為基準(zhǔn)加工另外一組。
第二章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為灰鑄鐵（HT150或HT200）制成。鑄件易切削，抗壓性能好，并具有一定的吸振性，但其彈性模量E較小，剛性較差，故在重型減速器中，常用鑄鋼（ZG200—400或ZG230—450）箱體。在一般情況下，生產(chǎn)批量超過3~4件，采用鑄件就比較經(jīng)濟(jì)。由于零件產(chǎn)量為4000件/年，屬于大批量生產(chǎn)，故選擇鑄造毛坯（低壓鑄造）。這對(duì)提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量也是有利的。
2.2 基準(zhǔn)的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢，是生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇
對(duì)于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)選擇原則，現(xiàn)選取工件底面作為粗基準(zhǔn)。
2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇
主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不再重復(fù)。
2.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。同時(shí)箱體應(yīng)有足夠的風(fēng)度、可靠的密封及便于傳動(dòng)件潤(rùn)滑和散熱、箱體應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性、箱體形狀應(yīng)力求勻稱和美觀。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降，提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
1.工藝路線方案一：
工序一 熱處理, 人工時(shí)效
工序二 按圖紙尺寸,檢查加工余量,并劃中心十字線,剖分線,端面線,頂上斜方孔平面線等
工序三 箱座:留余量粗刨剖分面426196; φ100和φ80孔端面; 箱蓋頂上斜方孔10090平面,粗精刨底平面到尺寸
箱蓋:留余量粗銑剖分面;銑箱蓋頂上斜方孔平面
工序四 分別劃箱座,箱蓋上 6-φ13, 6-φ17, M161.5, M12-7H和各螺釘孔及兩銷釘孔中心線
工序五 箱座:鉆底平面6-φ17, M161.5, M12-7H及锪平面和攻螺紋
工序六 鉆6-φ13锪平φ30,并锪平各孔上下平面
工序七 鉆斜方孔平面上4-φ6孔并攻絲M6-7H
工序八 留余量,分別精刨箱座和仃蓋剖分面426196; φ100和φ80 孔端面; 箱蓋頂上斜方孔10090平面; 底面368190
工序九 鉆,鉸銷孔,并打入定位銷
工序十 劃φ100和φ80兩孔端面螺孔線
工序十一 鉆φ100和φ80兩孔端面螺孔,并攻絲M8-7H
工序十二 劃φ100和φ80兩孔中心線
工序十三 精,細(xì)鏜各軸承孔φ100和φ80兩孔及锪端面
工序十四 檢驗(yàn)
2.工藝路線方案二
工序一 熱處理, 人工時(shí)效
工序二 按圖紙尺寸,檢查加工余量,并劃中心十字線,剖分線,端面線,頂上斜方孔平面線等
工序三 分別劃箱座,箱蓋上 6-φ13, 6-φ17, M161.5, M12-7H和各螺釘孔及兩銷釘孔中心線
工序四 箱座:鉆底平面6-φ17, M161.5, M12-7H及锪平面和攻螺紋
工序五 箱座:留余量粗刨剖分面426196; φ100和φ80孔端面; 箱蓋頂上斜方孔10090平面,粗精刨底平面到尺寸
箱蓋:留余量粗銑剖分面;銑箱蓋頂上斜方孔平面
工序六 鉆6-φ13锪平φ30,并锪平各孔上下平面
工序七 鉆斜方孔平面上4-φ6孔并攻絲M6-7H
工序八 留余量,分別精刨箱座和仃蓋剖分面426196; φ100和φ80 孔端面; 箱蓋頂上斜方孔10090平面; 底面368190
工序九 鉆,鉸銷孔,并打入定位銷
工序十 劃φ100和φ80兩孔中心線
工序十一 精,細(xì)鏜各軸承孔φ100和φ80兩孔及锪端面
工序十二 劃φ100和φ80兩孔端面螺孔線
工序十三 鉆φ100和φ80兩孔端面螺孔,并攻絲M8-7H
工序十四 檢驗(yàn)
3.工藝路線方案的比較與最終工藝路線方案如下：
兩種工藝路線方案的工序是一樣，只是加工順序不一樣。在第一個(gè)方案中，是先銑426196平面,然后以此為基準(zhǔn)在保證箱蓋與箱座配合的情況下來鉆M8-7H深15螺孔和鏜φ100和φ80兩孔.對(duì)鏜這兩孔的位置精度都得以保證,并且定位及裝夾等都比較方便.方案二卻相反,是先鉆M8-7H深15和先鏜φ100和φ80兩孔再來銑426196這平面.這樣的話對(duì)加工M8-7H深15螺孔和鏜φ100和φ80兩孔的位置精度就難以保證.以上兩方案都是先加工M8-7H深15螺孔和鏜φ100和φ80兩孔再銑φ100和φ80兩孔的端平面,這也影響φ100和φ80兩孔的軸心線與此平面的垂直度.對(duì)于整個(gè)加工工藝路線看來,以上兩種加工方案大致看來都是合理的.但是通過仔細(xì)考慮零件的技術(shù)要求以及可能采取的加工手段之后,就會(huì)發(fā)現(xiàn)仍有問題.因此,最后的加工工藝路線方案如表2.3-1。
表2.3-1 加工工藝路線
序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
熱處理
人工時(shí)效
2
劃線
按圖紙尺寸,檢查加工余量,并劃中心十字線,剖分線,端面線,頂上斜方孔平面線等
劃線平臺(tái)
3
粗刨
箱座:留余量粗刨剖分面426196; 箱蓋頂上斜方孔10090平面;底面368190,粗精刨底平面到尺寸
龍門刨床
4
粗刨
箱蓋:留余量粗刨剖分面;刨箱蓋頂上斜方孔平面
龍門刨床
5
劃線
分別劃箱座,箱蓋上 M161.5, M12-7H和各螺釘孔及兩銷釘孔中心線
劃線平臺(tái)
6
鉆
箱座:鉆底平面6-φ17, M161.5, M12-7H及锪平面和攻螺紋
搖臂鉆床
7
鉆
鉆斜方孔平面上4-φ6孔并攻絲M6-7H
搖臂鉆床
8
鉆
將箱座和箱蓋組裝在一起,并用螺栓固緊,按箱蓋上已劃好的兩銷孔線鉆,鉸銷孔,并打入定位銷
搖臂鉆床
9
鉆
鉆6-φ13锪平φ30,并锪平各孔上下平面
搖臂鉆床
10
精刨
留余量,分別精刨箱座和仃蓋剖分面426196; 箱蓋頂上斜方孔10090平面
龍門刨床
11
精細(xì)刨
寬刀分別精細(xì)刨箱座和箱蓋剖分面426196; 箱蓋頂上斜方孔10090平面,達(dá)到要求的精度和粗糙度
龍門刨床
12
劃線
劃φ100和φ80兩孔中心線,各軸承線及孔端面線
劃線平臺(tái)
13
鏜孔
精,細(xì)鏜各軸承孔φ100和φ80兩孔及锪端面
金剛鏜床
14
劃線
劃φ100和φ80兩孔端面螺孔線
劃線平臺(tái)
15
鉆
鉆φ100和φ80兩孔端面螺孔,并攻絲M8-7H
搖臂鉆床
16
銑油槽
拆開后銑箱座各油槽
龍門銑床
17
檢驗(yàn)
成對(duì)裝好后,總檢驗(yàn)
2.3.1機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定
減速箱箱體零件材料為HT150，硬度為137-205HBS,生產(chǎn)類型為大批量，采用鑄造毛坯。
據(jù)以上原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1． φ100和φ80孔端面
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-5,確定加工余量等級(jí),灰鑄鐵: CT:7~9(選IT9);MA:F.再查表2.2-4.查得規(guī)定余量值為:3.5。故鑄造尺寸為:196+3.5+3.5=203。
2． 426196平面
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-5,確定加工余量等級(jí),灰鑄鐵: CT:7~9(選IT9);MA:F.再查表2.2-4.查得規(guī)定余量值為:4.5。
3．底面368190
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-5,確定加工余量等級(jí),灰鑄鐵: CT:7~9(選IT9);MA:F.再查表2.2-4.查得規(guī)定余量值為:4.5.故鑄造尺寸為:170+4.5=174.5。
4. 箱蓋頂上斜方孔10090平面
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-5,確定加工余量等級(jí),灰鑄鐵: CT:7~9(選IT9);MA:F.再查表2.2-4.查得規(guī)定余量值為:2.5。
5. φ100孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表(2.3-8),鉆:第一次30,第二次80.0;(用車刀鏜以后99.3) 粗鉸:99.8;精鉸:100至尺寸。
6． φ80孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表(2.3-8),鉆:第一次30,第二次75.0; (用車刀鏜以后75.5) 擴(kuò)孔鉆:79.5; 粗鉸:99.8;精鉸:80至尺寸。
7． 6-φ13锪平φ30和6-φ17锪平φ30和2-φ11锪平φ24一次鉆削加工完成。
8． 螺孔3-M6-7H和M10-7H一次加工完成。
2.3.2 確立切削用量及基本工時(shí)
工序一 熱處理, 人工時(shí)效
工序二 按圖紙尺寸,檢查加工余量,并劃中心十字線,剖分線,端面線,頂上斜方孔平面線等
工序三 箱座:留余量粗刨剖分面426196;粗精刨底平面到尺寸
工零件材料：HT150 鑄件
機(jī)床選用：因床身是較大零件，故選用龍門刨床，型號(hào)為B2010A
刀具選用：選用YG8刨刀，刀桿尺寸b×h 為 20×30
1、 切削用量的選擇：
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—32可知，取相應(yīng)的切削用量如下：
切削深度1.5 mm
進(jìn)給量f=1.8 mm/r
切削速度v=45 m/s
2、 計(jì)算切削時(shí)間：
查《機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表1.4—11 可知：
(2-1)
(2-2)
(2-3)
(2-4)
查表1.4—10，取 K=0.4--0.75
所以有:
L=426+3+4=433mm n=1000=65r/min
T=L/(fn)=(197+3+4)/(1.8)=1.74min
因?yàn)槭桥傧渖w和箱座兩相同平面,所以:T= T=L/(fn)==1.74min
所以，總切削時(shí)間T=T+ T=3.48min
工序四 箱蓋:留余量粗刨剖分面;刨箱蓋頂上斜方孔平面
工序五 劃線
工序六 箱座:鉆底平面6-φ17及锪平面
1．加工條件
材料為HT150,硬度為137~205HBS,σb =175/Mpa(《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》)2—3
工藝要求:孔徑d=17mm,孔深20mm,通孔,粗糙度要求為Rz50.
選用鉆床型號(hào)為Z3025型搖臂鉆床. (查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》)表4.2-12和4.2-13
主軸轉(zhuǎn)速: 50 80 125 200 250 315 400 500 630 1000 1600 2500
進(jìn)給量: 0.05 0.08 0.12 0.16 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.63 1.00 1.60
2．選擇鉆頭：
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.1,選用高速鋼麻花鉆鉆削,麻花鉆直徑為d=17mm.
鉆頭幾何形狀為：
雙錐修磨橫刃, 后角αo＝11°，二重刃長(zhǎng)度bε=3.5mm,橫刃長(zhǎng)b=2mm,弧面長(zhǎng)度l=4mm,棱帶長(zhǎng)度 ° °
3．選擇切削用量:
1）決定進(jìn)給量f：
按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2--7），因?yàn)椴牧蠟镠T150, 硬度為137~205HBS,σb =175/Mpa ,d=17mm時(shí)，所以f=0.70~0.86mm/r。
由于<8,所以f=0.70--0.86mm/r。
2)按鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量:
根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2—8）,材料為HT150,硬度為137--205HB d=17mm,鉆頭強(qiáng)度允許的進(jìn)給量是f=1.45(或1.75)mm/r
從以上三個(gè)進(jìn)給量比較可以看出,受限制的進(jìn)給量是工藝要求,其值為f=0.70--0.86mm/r
根據(jù)Z3025鉆床說明書,選擇f=1.00mm/r，由于是加工通孔,為了避免孔即將鉆穿時(shí)鉆頭容易折斷,故在孔即將鉆穿的時(shí)候停止自動(dòng)進(jìn)給采用手動(dòng)進(jìn)給.
機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度也可根據(jù)初步確定的進(jìn)給量查出軸向力在進(jìn)行比較來校驗(yàn)。
由（《切削手冊(cè)》表2—19）可以查出鉆孔時(shí)的軸向力，軸向力F= 7260N
軸向力的修正系數(shù)為1.0(或0.85) ,故F=7260N.
根據(jù)Z3025鉆床說明書,機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度允許的最大軸向力F遠(yuǎn)大于F,由于F< F校驗(yàn)成功.故f=1.00mm/r可用.
(1)決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命:
查（《切削手冊(cè)》表2—12）,當(dāng)d=17mm時(shí),鉆頭后刀面最大磨損量0.5--0.8mm.壽命T=60min
(2)決定切削速度:
查（《切削手冊(cè)》表2—15），由于材料是HT150，硬度是硬度為137~205HB，進(jìn)給量f=0.81mm/r, d=17mm,.所以取切削速度V=20m/min
查（《切削手冊(cè)》）切削速度的修正系數(shù)為:
故m/min
根據(jù)Z3025鉆床的實(shí)際鉆速,可以考慮選擇n=400r/min.這個(gè)轉(zhuǎn)速基本與計(jì)算轉(zhuǎn)相符合,對(duì)麻花鉆,以及其他方面的影響會(huì)比較小,所以可以直接采用
(3)檢驗(yàn)機(jī)床的扭矩及功率
根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2—21）,當(dāng)f=1.00mm/r, d<17.5mm時(shí),M=61.8N.m . 扭矩的修正系數(shù)為1(或0.85),故N.m
根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2—23）,和以上已經(jīng)的出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以查出,高速鋼鉆頭鉆灰鑄鐵的時(shí)候消耗的功率為P=1.1
根據(jù)Z525鉆床說明書,P遠(yuǎn)大于P.
由于M
12時(shí),軸向力F= 2110N
軸向力的修正系數(shù)為1.0(或0.85) ,故F=2110N.
根據(jù)Z3025鉆床說明書,機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度允許的最大軸向力為F遠(yuǎn)大于F,由于F< F校驗(yàn)成功.故f=0.3mm/r可用.
(1)決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命:
查（《切削手冊(cè)》表2—12）,當(dāng)d=6mm時(shí),鉆頭后刀面最大磨損量0.5--0.8mm.壽命T=35min
(2)決定切削速度:
查（《切削手冊(cè)》表2—15），由于材料是HT150，硬度是硬度為137~205HB，進(jìn)給量f=0.3mm/r, d=6mm,.所以取切削速度V=22m/min
查（《切削手冊(cè)》）切削速度的修正系數(shù)為: 9
故m/min
根據(jù)Z3025鉆床的實(shí)際鉆速,可以考慮選擇n=1600r/min.這個(gè)轉(zhuǎn)速基本與計(jì)算轉(zhuǎn)相符合,對(duì)麻花鉆,以及其他方面的影響會(huì)比較小,所以可以直接采用
(3)檢驗(yàn)機(jī)床的扭矩及功率
根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2—21）M=10.49N.m
扭矩的修正系數(shù)為1,故N.m
根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2—23）,和以上已經(jīng)的出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以查出,高速鋼鉆頭鉆灰鑄鐵的時(shí)候消耗的功率為P=1KW.
根據(jù)Z525鉆床說明書,P遠(yuǎn)大于P.
由于M12時(shí),軸向力F= 2500N
軸向力的修正系數(shù)為1.0(或0.85) ,故F=2500N.
根據(jù)Z3025鉆床說明書,機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度允許的最大軸向力為F遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此軸向力F,由于F< F校驗(yàn)成功.故f=0.4mm/r可用.
(1)決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命:
查（《切削手冊(cè)》表2—12）,當(dāng)d=13mm時(shí),鉆頭后刀面最大磨損量0.5~0.8mm.壽命T=60min
(2)決定切削速度:
查（《切削手冊(cè)》表2—17），由于材料是HT150，硬度是硬度為137~205HB，進(jìn)給量f=0.4mm/r, d=13mm,.所以取切削速度V=16m/min
查（《切削手冊(cè)》）切削速度的修正系數(shù)為:
故m/min
根據(jù)Z3025鉆床的實(shí)際鉆速,可以考慮選擇n=400r/min.這個(gè)轉(zhuǎn)速基本與計(jì)算轉(zhuǎn)相符合,對(duì)麻花鉆,以及其他方面的影響會(huì)比較小,所以可以直接采用
(3)檢驗(yàn)機(jī)床的扭矩及功率
根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2—21）,當(dāng)f<0.41mm/r, d<13.3mm時(shí),M=17.85N.m扭矩的修正系數(shù)為0.85,故N.m
根據(jù)（《切削手冊(cè)》表2—23）,和以上已經(jīng)的出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以查出,高速鋼鉆頭鉆灰鑄鐵的時(shí)候消耗的功率為P=1KW.
根據(jù)Z3025鉆床說明書,P遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P.
由于M
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