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機(jī)械加工工序卡片 工序名稱 粗銑孔外側(cè)面 工序號 零件名稱 后鋼板彈簧吊耳 零件號 零件重量 2.6kg 同時(shí)加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型式 重量 35鋼 149~187HBS 模鍛造 3.9kg 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 銑床 X51 工步 工步內(nèi)容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 進(jìn)給次數(shù) 基本工時(shí) 1 粗銑孔左外側(cè)面 端銑刀 380 59.7 0.48 2 1 0.51 2 粗銑孔右外側(cè)面 端銑刀 380 59.7 0.48 2 1 0.51 指導(dǎo)老師 第 頁 共 10 頁 機(jī)械加工工序卡片 工序名稱 鉆-擴(kuò)-鉸孔 工序號 零件名稱 后鋼板彈簧吊耳 零件號 零件重量 2.6kg 同時(shí)加工件數(shù) 1 材料 毛坯 牌號 硬度 型式 重量 35鋼 149~187HBS 模鍛造 3.9kg 設(shè)備 夾具 輔助工具 名稱 型號 專用夾具 鉆床 Z550 工步 工步內(nèi)容 工藝裝備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 進(jìn)給次數(shù) 基本工時(shí) 1 鉆孔 麻花鉆 250 22.0 0.28 13 0.67 2 擴(kuò)孔 擴(kuò)孔鉆 185 16.3 0.6 1.8 0.07 3 粗鉸孔 鉸刀 63 68.3 0.6 0.2 0.05 4 精鉸孔 鉸刀 63 68.3 0.6 0.2 0.05 5 倒角 锪鉆 （以孔和其兩外圓端面定位） 指導(dǎo)老師 第 頁 共 10 頁 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 后鋼板彈簧吊耳 零件名稱 共1 頁 第1 頁 材料牌號 35鋼 毛坯種類 鍛件 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備注 工序號 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 端面銑 粗精銑兩外圓端面 X51銑床 專用銑夾具 高速鋼圓形銑刀 2 鉆-擴(kuò)-粗鉸-精鉸 鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角 Z550鉆床 專用鉆夾具 麻花鉆 擴(kuò)孔鉆 鉸刀 忽刀 3 端面銑 粗銑孔內(nèi)側(cè)面 X51銑床 專用銑夾具 高速鋼圓形銑刀 4 端面銑 粗銑孔外側(cè)面 X51銑床 專用銑夾具 高度速圓形銑刀 5 鉆-擴(kuò)-鉸 鉆-擴(kuò)-鉸孔 倒角1×45 Z550鉆床 專用鉆夾具 麻花鉆 擴(kuò)孔鉆 鉸刀 忽刀 6 鉆-擴(kuò) 鉆-擴(kuò)孔 Z550鉆床 專用鉆夾具 麻花鉆 擴(kuò)孔鉆 7 粗銑 粗銑開口槽 X51銑床 專用銑夾具 8 終檢 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(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menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會的理論進(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。他們還提出了針對主要競爭夾具優(yōu)化方法相對有效性的廣泛調(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。 碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實(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。基本思路背后的遺傳算法是模擬“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)動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對于約束（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號和16號）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，對于給定夾具設(shè)計(jì)方案，位移存儲為每個(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。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。這對于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。 參考文獻(xiàn) 1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機(jī)床夾具表現(xiàn)的Min - Max負(fù)荷模型。 2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 3、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件的定位精度的影響。 4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對工件定位精度的影響。 6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設(shè)計(jì)計(jì)算工件動態(tài)的影響。 7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析。 8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 運(yùn)用優(yōu)化方法在夾具設(shè)計(jì)中選擇支位。 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) 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2.1.2零件的工藝分析 - 4 - 后鋼板彈簧吊耳的技術(shù)要求 - 4 - 2.2工藝過程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 - 5 - 2.3后鋼板彈簧吊耳加工定位基準(zhǔn)的選擇 - 5 - 2.3.1 確定毛坯的制造形式 - 5 - 2.3.2粗基準(zhǔn)的選擇 - 6 - 2.3.3精基準(zhǔn)的選擇 - 6 - 2.4工藝路線的制定 - 6 - 2.4.1 工藝方案一 - 6 - 2.4.2 工藝方案二 - 7 - 2.4.3 工藝方案的比較與分析 - 7 - 2.5機(jī)械加工余量、毛坯尺寸及工序尺寸的確定 - 8 - 2.5.1機(jī)械加工余量·毛坯尺寸 - 8 - 2.5.2 確定工序尺寸 - 8 - 3 切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算 - 10 - 3.1切削用量的計(jì)算 - 10 - 3.2 時(shí)間定額的計(jì)算 - 12 - 3.2.1 基本時(shí)間的計(jì)算 - 12 - 3.2.2 輔助時(shí)間的計(jì)算 - 13 - 3.2.3 其他時(shí)間的計(jì)算 - 13 - 3.2.4單件時(shí)間的計(jì)算 - 14 - 3.2 本章小結(jié) - 14 - 4 加工工藝孔夾具設(shè)計(jì) - 14 - 4.1加工工藝孔夾具設(shè)計(jì) - 14 - 4.2定位方案的分析和定位基準(zhǔn)的選擇 - 15 - 4.3定位誤差分析 - 15 - 4.4切削力的計(jì)算與夾緊力分析 - 16 - 4.5鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計(jì) - 16 - 4.6夾具精度分析 - 18 - 4.7夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 - 18 - 4.8夾具裝配二維圖 - 19 - 4.9夾具裝配三維圖 - 20 - 4.10本章小結(jié) - 22 - 五、結(jié) 論 - 23 - 六、參 考 文 獻(xiàn) - 23 - 七、致 謝 - 23 - 設(shè)計(jì)后鋼板彈簧吊耳的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備 1、 引言 機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是在完成了大學(xué)的基本課程之后，進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實(shí)際的綜合運(yùn)用，使我對專業(yè)知識、技能有了進(jìn)一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。機(jī)械加工工藝是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，計(jì)劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是十分重要的。因此，好的夾具設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當(dāng)今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設(shè)計(jì)及制造提出了更高的要求。所以對機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。 本次設(shè)計(jì)是對后鋼板彈簧吊耳零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設(shè)計(jì)。后鋼板彈簧吊零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工藝原則可知，保證平面的加工精度要比保證孔的加工精度容易。所以本設(shè)計(jì)遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度?；鶞?zhǔn)選擇以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面作為粗基準(zhǔn)，以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面與兩個(gè)工藝孔作為精基準(zhǔn)。主要加工工序安排是先以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面互為基準(zhǔn)加工出端面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個(gè)別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。 2 后鋼板彈簧吊耳加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2.1零件的分析 2.1.1零件的作用 按照設(shè)計(jì)要求給出的零件是CA10B解放牌汽車后鋼板彈簧吊耳。后鋼板彈簧吊耳的主要作用是載重后，使鋼板能夠得到延伸，伸展，能有正常的緩沖作用。因此汽車后鋼板彈簧吊耳零件的加工質(zhì)量會影響汽車的工作精度、使用性能和壽命。汽車后鋼板彈簧吊耳主要作用是減震功能、阻尼緩沖部分功能、以及導(dǎo)向功能。 圖2.1 后鋼板彈簧吊耳零件圖 三維圖如下圖所示 2.1.2零件的工藝分析 后鋼板彈簧吊耳的技術(shù)要求 加工表面 尺寸及偏差 公差 及精度等級 表面粗糙度 形位公差 兩端面 0.4，IT13 0.05，IT9 尺寸的端面 0.074，IT9 22 0.045,IT9 ◎ A 寬為的槽 由后鋼板彈簧吊耳零件圖知可將其分為兩組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下： （1）以兩外圓端面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：。兩外圓端面的銑削，加工的孔，其中兩外圓端面表面粗糙度要求為，的孔表面粗糙度要求為 （2）以孔為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：2個(gè)的孔，2個(gè)的孔、2個(gè)孔的內(nèi)外兩側(cè)面的銑削，寬度為4的開口槽的銑削，2個(gè)在同一中心線上數(shù)值為的同軸度要求。其中2個(gè)的孔表面粗糙度要求為，2個(gè)的孔表面粗糙度要求為，2個(gè)孔的內(nèi)側(cè)面表面粗糙度要求為，2個(gè)孔的外側(cè)面表面粗糙度要求為，寬度為4的開口槽的表面粗糙度要求為。 2.2工藝過程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 由以上分析可知。采用35號鋼，含碳量0.32~0.40 。屬于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，該零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于該零件來說，加工過程中的主要問題是保證平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān)系。 該類零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工零件的基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后鋼板彈簧吊耳的加工自然應(yīng)遵循這個(gè)原則。這是因?yàn)槠矫娴拿娣e大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對刀及調(diào)整，也有利于保護(hù)刀具。 后鋼板彈簧吊耳零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。 2.3后鋼板彈簧吊耳加工定位基準(zhǔn)的選擇 2.3.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為35鋼。由于生量已達(dá)到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可以采用鑄造成型，這對提高生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量也是有利的。 2.3.2粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求： （1） 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個(gè)不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 （2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時(shí)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。 （3） 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。 （4） 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時(shí)需經(jīng)初加工。 （5） 粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。 為了滿足上述要求，基準(zhǔn)選擇以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面作為粗基準(zhǔn)，先以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面互為基準(zhǔn)加工出端面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個(gè)別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。 2.3.3精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇主要考慮基準(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)當(dāng)進(jìn)行尺寸換算。 2.4工藝路線的制定 由于生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，應(yīng)盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還應(yīng)降低生產(chǎn)成本。 2.4.1 工藝方案一 表 2.1 工藝方案一表 工序1： 銑兩外圓端面 工序2： 鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角 工序3： 銑孔的內(nèi)側(cè)面 工序4： 銑孔的外側(cè)面 工序5： 鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角 工序6： 鉆，擴(kuò)孔 工序7： 銑寬度為4的開口槽 工序8： 終檢 2.4.2 工藝方案二 表 2.2 工藝方案二表 工序1： 以的圓柱面以及一個(gè)端面為粗基準(zhǔn)車床加工另外一個(gè)端面，以及用車床尾座進(jìn)行鉆孔 工序2： 以加工完的的圓柱面以及端面為精基準(zhǔn)加工另外一個(gè)端面 工序3： 鉆床 擴(kuò)，鉸孔，倒角 工序4： 鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角 工序5： 銑孔的內(nèi)側(cè)面 工序6： 銑孔的外側(cè)面 工序7： 鉆，擴(kuò)孔 工序8： 銑寬度為4的開口槽 工序9： 終檢 2.4.3 工藝方案的比較與分析 工藝方案一與工藝方案二的關(guān)鍵不同的兩個(gè)地方在于的端面加工以及的內(nèi)外表面與孔的加工順序。 方案二車床加工車削的端面與內(nèi)孔，可以保證垂直度的要求，但是相對于方案一，需要裝夾兩次，定位比較麻煩。而且由于的內(nèi)孔的粗糙度要求比較高，還需要擴(kuò)孔以及鉸孔處理。方案一銑床銑削兩側(cè)端面，可以保證平行度，孔加工可以一次性在鉆床上面加工完。 的兩側(cè)面以及孔的加工順序應(yīng)該遵循先面后孔的原則，若先加工孔，加工余量更大，加工時(shí)間耗時(shí)更多，加工路線就不合理。綜上所述，合理具體加工藝如下： 工序1： 銑兩外圓端面 工序2： 鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角 工序3： 銑孔的內(nèi)側(cè)面 工序4： 銑孔的外側(cè)面 工序5： 鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角 工序6： 鉆，擴(kuò)孔 工序7： 銑寬度為4的開口槽 工序8： 終檢 2.5機(jī)械加工余量、毛坯尺寸及工序尺寸的確定 2.5.1機(jī)械加工余量·毛坯尺寸 “后鋼板彈簧吊耳”零件材料為35鋼，硬度HBS為149～187，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，采用鍛造毛坯。 參考金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)書本.查表可以 毛坯圖 如下 2.5.2 確定工序尺寸 （1-1）銑端的其中的一個(gè)側(cè)面，以另一側(cè)面為定位基準(zhǔn) 名稱 加工余量 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗銑 2 78 IT12 Ra6.3 毛胚尺寸 - 80 - - （1-2）銑端的其中的一另一個(gè)側(cè)面，以加工后的那面作為精基準(zhǔn) 名稱 加工余量 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗銑 2 76 IT12 Ra6.3 （2）工孔： 名稱 加工余量（雙） 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 鉸孔（粗-精） 0.25 IT7 Ra1.6 擴(kuò)孔 1.75 IT11 Ra6.3 鉆孔 35 IT12 - （3）銑孔的內(nèi)側(cè)端面： 名稱 加工余量（雙） 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗銑 4 76.5 - Ra12.5 毛胚尺寸 - 72.5 -　 （4）銑孔的外側(cè)兩端面 以加工后的內(nèi)側(cè)面為定位的基準(zhǔn) 名稱 加工余量 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗銑 2 22 IT12 22 Ra50 （5）加工孔： 名稱 加工余量（雙） 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 鉸孔（粗-精） 0.2 IT7 Ra1.6 擴(kuò)孔 1.8 IT11 Ra6.3 鉆孔 28 IT12 - （6）加工孔： 名稱 加工余量（雙） 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 擴(kuò)孔 0.7 - - 鉆孔 9.8 IT12 - （7）銑寬度為4mm的開口槽： 名稱 加工余量 基本尺寸 加工經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗銑 4 4 IT13 4 Ra50 3 切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算 3.1切削用量的計(jì)算 以工序1為例：粗銑兩外圓端 確定切削用量 機(jī)床：立式銑床X51 刀具：高速鋼圓柱形銑刀 粗齒數(shù)，細(xì)齒數(shù) （1）、粗銑 銑削深度： 每齒進(jìn)給量：查設(shè)計(jì)指南 表5-144可知，取 銑削速度： 取， 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 取=30, =63代入公式得： 根據(jù)表5-72，取 實(shí)際銑削速度： 工作臺每分進(jìn)給量： 取=，，=代入公式得： 工作臺每分進(jìn)給量： 取 以工序5——鉆—擴(kuò)—鉸孔為實(shí)例，確定切削用量 機(jī)床：立式鉆床 Z550 刀具：麻花鉆（45度的主偏角）、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、锪鉆 1.鉆孔工步 1）背吃刀量的確定 取。（雙邊余量） 2）進(jìn)給量的確定 零件材料為低剛度零件，故進(jìn)給量應(yīng)乘系數(shù)0.75，則～0.43）0.26～0.32mm/r，取f=0.28mm/r根據(jù)表4-64可以查到選取該工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 3）切削速度的計(jì)算 由表4-66，按工件材料為35鋼中碳鋼的條件選取，切削速度v可取為。由可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速，參照課程設(shè)計(jì)指南表5-65所列Z550型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，選取轉(zhuǎn)速。再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實(shí)際鉆削速度： 。 2.擴(kuò)孔工步 1）背吃刀量的確定 取。 2）進(jìn)給量的確定 由表5-128，選取該工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 3）切削速度的計(jì)算 由指南 表5-128，按工件材料為35鋼的條件選取，切削速度v可取為。由可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速，參照表5-65所列Z550型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速。再將此轉(zhuǎn)速代入公式，可求出該工序的實(shí)際鉆削速度： 。 3.鉸孔工步 1）背吃刀量的確定 取。 2）進(jìn)給量的確定 查設(shè)計(jì)指南表5-129，可以查到每轉(zhuǎn)進(jìn)給量處于0.5-0.6之間，可以選取該工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 3）切削速度的計(jì)算 根據(jù)課程設(shè)計(jì)指南表5-135可以知道，主軸轉(zhuǎn)速處于5-7m/min參照表4-9所列Z550型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速， .取轉(zhuǎn)速。再將此轉(zhuǎn)速代入公式，可求出該工序的實(shí)際鉆削速度： 。 4.倒角 采用锪鉆。為縮短輔助時(shí)間，取倒角是的主軸轉(zhuǎn)速與擴(kuò)孔時(shí)相同：，手動進(jìn)給。 3.2 時(shí)間定額的計(jì)算 3.2.1 基本時(shí)間的計(jì)算 以工序7——鉆—擴(kuò)—鉸孔為例 1）鉆孔工步 鉆孔的基本時(shí)間可由公式求得。式中；；；；。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時(shí)間。 以上為鉆一個(gè)孔的機(jī)動時(shí)間，故本工序機(jī)動工時(shí)是。 2）擴(kuò)孔工步 擴(kuò)孔的基本時(shí)間可由公式求得。式中；；;；；；。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時(shí)間。 以上為擴(kuò)一個(gè)孔的機(jī)動時(shí)間，故本工序機(jī)動工時(shí)是。 3）鉸孔工步（因?yàn)榉执帚q和精鉸。所以鉸孔工步時(shí)長為兩倍0 鉸孔的基本時(shí)間可由公式求得。式中；；;；；；。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時(shí)間。 以上為鉸孔工步的機(jī)動時(shí)間，故本工序機(jī)動工時(shí)是。 3.2.2 輔助時(shí)間的計(jì)算 工序5——鉆—擴(kuò)—鉸孔 輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15~0.2），這里取=0.15，則： 工序5鉆孔工步的輔助時(shí)間：t = 0.15 * 48s=7.2s 工序5擴(kuò)孔工步的輔助時(shí)間：t = 0.15 * 28.6s=4.3s 工序5鉸孔工步的輔助時(shí)間：t = 0.15 * 164.8s=24.72s 3.2.3 其他時(shí)間的計(jì)算 除了作業(yè)休息時(shí)間（基本時(shí)間與輔助時(shí)間之和）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)備與終結(jié)時(shí)間。由于該工件的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間甚微，可忽略不計(jì)；布置工作地時(shí)間是作業(yè)時(shí)間的2%~7%，休息與生理需要時(shí)間是作業(yè)時(shí)間的2%~4%，均取為3%，則各工序的其它時(shí)間（+）可按關(guān)系式(3%+3%)(+)計(jì)算，則： 工序5——鉆—擴(kuò)—鉸孔 工序5鉆孔工步的其他時(shí)間：+=6%（48s+7.2s）=3.1s； 工序5擴(kuò)孔工步的其他時(shí)間：+=6%（28.6s+4.3s）=1.98s； 工序5鉸孔工步的其他時(shí)間：+=6%（164.8s+24.72s）=11.37s； 3.2.4單件時(shí)間的計(jì)算 工序5單件時(shí)間為三個(gè)工步單件時(shí)間的和，其中 鉆孔工步：=48s+7.2s+3.1s=58.3s 擴(kuò)孔工步：=28.6s+4.3s+1.98s=34.88s 鉸孔工步：=164.8s+24.72s+11.37s=200.8s； 因此，工序9的單件時(shí)間=++=58.3s+34.88s+200.8s=293.98s。 3.2 本章小結(jié) 本章主要是對后鋼板彈簧吊耳的加工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。先要明確零件的作用 ，本次設(shè)計(jì)的后鋼板彈簧吊耳的主要作用就是載重后，使鋼板能夠得到延伸，伸展，能有正常的緩沖作用。確定了零件的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以對零件的工藝路線進(jìn)行分析，制定出幾套工藝方案，然后對這幾套方案進(jìn)行分析比較，選擇最優(yōu)方案，最后進(jìn)行時(shí)間定額計(jì)算及生產(chǎn)安排。優(yōu)良的加工工藝是能否生產(chǎn)出合格，優(yōu)質(zhì)零件的必要前提，所以對加工工藝的設(shè)計(jì)十分重要，設(shè)計(jì)時(shí)要反復(fù)比較，選擇最優(yōu)方案. 4 加工工藝孔夾具設(shè)計(jì) 4.1加工工藝孔夾具設(shè)計(jì) 本夾具主要用來鉆、、鉸兩個(gè)工藝孔。這兩個(gè)工藝孔均有尺寸精度要求為，表面粗糙度要求，表面粗糙度為，與端面垂直。并用于以后加工中的定位。其加工質(zhì)量直接影響以后各工序的加工精度。本道工序?yàn)楹箐摪鍙椈傻醵庸さ牡谖宓拦ば?，本道工序加工時(shí)主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度。 4.2定位方案的分析和定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，兩工藝孔位于零件孔內(nèi)外側(cè)面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并應(yīng)與側(cè)面垂直。為了保證所鉆、鉸的孔與側(cè)面垂直并保證兩工藝孔能在后續(xù)的孔加工工序中使孔的加工余量均勻。根據(jù)基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。在選擇兩工藝孔的加工定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗、精銑頂面工序的定位基準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為其定位基準(zhǔn)。因此加工工藝孔的定位基準(zhǔn)應(yīng)選擇外圓端面和與之配合的心軸(大平面短銷）為主要定位基準(zhǔn)限制工件的五個(gè)自由度，用一個(gè)活動的支承釘限制工件的另一個(gè)自由度。采用螺母夾緊。以及一個(gè)活動的支承釘來作為輔助支承。 4.3定位誤差分析 本工序選用的工件以圓孔在間隙心軸上定位，心軸為垂直放置，由于定位副間存在徑向間隙，因此必將引起徑向基準(zhǔn)位移誤差。不過這時(shí)的徑向定位誤差不再只是單向的了，而是在水平面內(nèi)任意方向上都有可能發(fā)生，其最大值也比心軸水平放置時(shí)大一倍。見下圖。 式中 ——定位副間的最小配合間隙（mm）； ——工件圓孔直徑公差（mm）； ——心軸外圓直徑公差（mm）。 圖4.2 心軸垂直放置時(shí)定位分析圖 4.4切削力的計(jì)算與夾緊力分析 由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、擴(kuò)、鉸加工，而鉆削力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擴(kuò)和鉸的切削力。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準(zhǔn)。由《切削手冊》得： 鉆削力 式（4-1） 鉆削力矩 式（4-2） 式中： 代入公式（4-1）和（4-2）得 本道工序加工工藝孔時(shí)，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進(jìn)行夾緊立計(jì)算無太大意義。只需定位夾緊部件的銷釘強(qiáng)度、剛度適當(dāng)即能滿足加工要求。 4.5鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計(jì) 工藝孔的加工需鉆、擴(kuò)、鉸三次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。根據(jù)工藝要求：工藝孔分鉆、擴(kuò)、鉸三個(gè)工步完成加工。即先用的麻花鉆鉆孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定鉆頭上偏差為零，鉆套孔徑為。再用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定擴(kuò)孔鉆的尺寸為，鉆套尺寸為。最后用的標(biāo)準(zhǔn)鉸刀鉸孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)鉸刀尺寸為故鉆套孔徑尺寸為。 圖 4.3 快換鉆套圖 鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表： 表 4.1 鉸工藝孔鉆套數(shù)據(jù)表 d H D 公稱尺寸 允差 30 30 40 -0.010 -0.027 59 46 16 5.5 27 28 36 襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 4.4 固定襯套圖 其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表： 表 4.2 固定襯套數(shù)據(jù)表 d H D C 公稱尺寸 允差 公稱尺寸 允差 40 +0.023 0 42 46 +0.035 +0.018 3 2 夾具體的設(shè)計(jì)主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個(gè)整體。這些主要元件設(shè)計(jì)好后即可畫出夾具的設(shè)計(jì)裝配草圖。整個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)見夾具裝配圖2所示。 4.6夾具精度分析 利用夾具在機(jī)床上加工時(shí)，機(jī)床、夾具、工件、刀具等形成一個(gè)封閉的加工系統(tǒng)。它們之間相互聯(lián)系，最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系。因此在夾具設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)方案確定后，應(yīng)對所設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行精度分析和誤差計(jì)算。 本道工序加工中主要保證兩工藝孔尺寸及同軸度公差及表面粗糙度。本道工序最后采用精鉸加工，選用GB1141—84鉸刀，直徑為，并采用鉆套，鉸刀導(dǎo)套孔徑為，外徑為同軸度公差為。固定襯套采用孔徑為，同軸度公差為。 該工藝孔的位置度應(yīng)用的是最大實(shí)體要求。即要求：（1）、各孔的實(shí)際輪廓受最大實(shí)體實(shí)效邊界的控制即受直徑為的理想圓柱面的控制。（2）、各孔的體外作用尺寸不能小于最大實(shí)體實(shí)效尺寸。（3）、當(dāng)各孔的實(shí)際輪廓偏離其最大實(shí)體狀態(tài)，即其直徑偏離最大實(shí)體尺寸時(shí)可將偏離量補(bǔ)償給位置度公差。（4）、如各孔的實(shí)際輪廓處于最小實(shí)體狀態(tài)即其實(shí)際直徑為時(shí)，相對于最大實(shí)體尺寸的偏離量為，此時(shí)軸線的位置度誤差可達(dá)到其最大值。 工藝孔的尺寸，由選用的鉸刀尺寸滿足。 工藝孔的表面粗糙度，由本工序所選用的加工工步鉆、擴(kuò)、鉸滿足。 4.7夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 由零件圖可知，兩工藝孔位于零件孔內(nèi)外側(cè)面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并應(yīng)與側(cè)面垂直。為了保證所鉆、鉸的孔與側(cè)面垂直并保證兩工藝孔能在后續(xù)的孔加工工序中使孔的加工余量均勻。根據(jù)基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。在選擇兩工藝孔的加工定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗、精銑頂面工序的定位基準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為其定位基準(zhǔn)。因此加工工藝孔的定位基準(zhǔn)應(yīng)選擇外圓端面為主要定位基面以限制工件的三個(gè)自由度，以孔限制工件的兩個(gè)自由度，用一個(gè)擋塊定位限制工件的另一個(gè)自由度。 4.8夾具裝配二維圖 4.9夾具裝配三維圖 4.10本章小結(jié) 在本章中，夾具主要用來加工后鋼板彈簧吊耳工藝孔。首先應(yīng)明確本夾具中的夾緊定位機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行后鋼板彈簧吊耳內(nèi)側(cè)端面粗銑加工工序時(shí)，外圓端面已經(jīng)精銑，工藝孔已經(jīng)加工出。本工藝孔的定位基準(zhǔn)應(yīng)選擇外圓端面和與之配合的心軸為主要定位基準(zhǔn)限制工件的五個(gè)自由度，用一個(gè)定位銷限制工件的另一個(gè)自由度。采用螺母夾緊。然后按照有關(guān)公式進(jìn)行切削力和夾緊力的計(jì)算，然后對鉆床夾具必不可少的鉆套和襯套進(jìn)行設(shè)計(jì)，還應(yīng)對夾具精度進(jìn)行分析。 夾具是制造系統(tǒng)的重要組成部分，夾具對加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有直接的影響。是能否高效、便捷生產(chǎn)出合格、優(yōu)質(zhì)零件的保證。所以對夾具設(shè)計(jì)也是非常重要的。 - 24 - 五、結(jié) 論 后鋼板彈簧吊耳的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)，主要是對后鋼板彈簧吊耳的加工工藝和夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。后鋼板彈簧吊耳的加工工藝設(shè)計(jì)主要是確定加工工藝路線，機(jī)械加工余量和切削用量、基本工時(shí)的確定，夾具的設(shè)計(jì)主要是要設(shè)計(jì)出正確的定位夾緊機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中工件的加工工藝路線正確合理，夾具的定位夾緊機(jī)構(gòu)也能達(dá)到定位夾緊的目的，能保證加工工件的精度。在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，如出現(xiàn)工藝路線的不合理，甚至出現(xiàn)不能保證加工所要求達(dá)到的精度。在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)，因定位基準(zhǔn)選擇不合理，出現(xiàn)過定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保證。在選擇夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)由于機(jī)構(gòu)的大小，尺寸等不合理，而達(dá)不到夾緊的目的，也可能因夾緊力作用點(diǎn)或作用面的位置不合理而使工件產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。不過在指導(dǎo)老師的悉心認(rèn)真的指導(dǎo)下，經(jīng)過三個(gè)多月自身的不斷努力，這些問題都一一解決。在這個(gè)過程中，對機(jī)械加工工藝和夾具設(shè)計(jì)有關(guān)的知識有了更深的理解，增強(qiáng)了對本專業(yè)綜合知識運(yùn)用的能力，使我對專業(yè)知識、技能有了進(jìn)一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。 六、參 考 文 獻(xiàn) 《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》化工工業(yè)出版， 主編：黃如林，汪群，2006.3 《機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》化工工業(yè)出版 主編：王祟凱 《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社 主編 ：吉衛(wèi)喜 七、致 謝 首先，我要感謝汪群老師對我的課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。在課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，汪老師給予了我學(xué)術(shù)和指導(dǎo)性的意見以及寶貴的指導(dǎo)意見和鼓勵(lì)。 同時(shí)，我深深感謝我們班級的同學(xué)，在兩個(gè)個(gè)星期的設(shè)計(jì)過程中，大家團(tuán)結(jié)互愛，彼此互幫互助，使得整個(gè)設(shè)計(jì)過程順利有序的進(jìn)行。我也非常感謝我的父母朋友。在學(xué)習(xí)和生活上，他們一直都很支持我，使我能全身心地投入到學(xué)習(xí)中。 最后，很感謝閱讀這篇課程設(shè)計(jì)（論文）的人們。感謝你們抽出寶貴的時(shí)間來閱讀這篇課程設(shè)計(jì)（論文）