壳体零件制造工艺及夹具设计

摘要 论述了航空发动机上活门壳体的机械加工工艺规程的制定过程，及一套夹具的设计过程。本文参考了大量的与机床夹具相关的文献，并分析了国内外机床夹具的发展研究现状。论文对零件进行了工艺性分析，确定了毛坯的制造形势及技术要求，为工艺路线的编制奠定了基础，最终确定了零件加工的工艺路线 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。通过六点定位原理设计了一套铣床夹具。以 SolidWorks 软件为三维可视化设计平台，完成了对零件可视化设计的三维实体建模。 关键词：壳体；工艺规程；夹具；三维设计 Abstract Discusses on the aircraft engine the valve casing machining process planning formulation process, and a fixture of the design process.In this paper, a lot of reference and machine tool fixture in relevant literature, and has analyzed the domestic and foreign research status the development of machine tool fixture.Study on the parts of the process analysis, to determine the blank of manufacturing situation and technical requirements, process route for the preparation of laid the foundation, and ultimately determine the machining process route plan.By six point locating principle to design a set of milling fixture.Taking SolidWorks software for 3D visual design platform, completed the parts design visualization of 3D entity modeling. Key words: shell; procedure; fixture; three dimensional design 目录 1  绪论    1 1.1 课题的研究目的和意义    1 1.2 国内外的研究现状    1 1.2.1 国内研究现状    1 1.2.2 国外研究现状    2 1.3 可视化技术    3 1.4 课题研究的主要内容    3 2  机械加工工艺规程设计    5 2.1 机械加工工艺规程概述    5 2.1.1 机械加工工艺规程的设计的主要依据    5 2.1.2 确定零件的生产类型    5 2.2 确定毛坯的种类和制造方法    5 2.3 拟定机械加工工艺路线    6 2.3.1 零件的工艺分析    6 2.3.2 确定工艺组合    7 2.3.3 拟定工艺路线    8 2.3.4 划分加工阶段    9 2.3.5 基准的选择    10 2.3.6 工艺规程的分析    11 2.4 确定工序间的加工余量、工序尺寸和公差    14 2.4.1 确定工序间加工余量应考虑的因素    14 2.4.2 确定工序的加工余量，工序尺寸和公差    15 2.5 确定各工序的工艺装配，切削用量和额定工时    16 3  夹具设计    37 3.1  夹具设计概述    37 3.1.1 夹具的功能和作用    37 3.1.2 机床夹具的设计要求    37 3.1.3 机床夹具设计重点解决的问题    37 3.2  专用夹具设计    38 3.2.1 夹具设计分析    38 3.2.2 夹具设计    38 4  壳体的三维建模    42 4.1 简介    42 4.2 三维实体建模    43 总结与展望    48 致谢    49 参考文献    50 附录A 英文资料    52 附录B 汉语翻译    61 1 绪论 1.1 课题的研究目的和意义 保证加工精度方面，采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。 提高生产率、降低成本方面，用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。  扩大机床的工艺范围方面，使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。  减轻工人的劳动强度方面，用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。 1.2 国内外的研究现状 1.2.1 国内研究现状 国内现代机床夹具的发展方向主要表现为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。标准化就是机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。精密化就是随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"，用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右，在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 1.2.2 国外研究现状 从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的央具，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20%左右。特别是近年来，机床夹具发展迅速，如图1.1所示为KHFR伸缩卡爪式卡盘。数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： (1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； (2)能装夹一组具有相似性特征的工件； (3)能适用于精密加工的高精度机床夹具； (4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； (5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； (6)提高机床夹具的标准化程度。 图 1.1  KHFR伸缩卡爪式卡盘 1.3 可视化技术 最近几年计算机图形学的发展使得三维表现技术得以形成，这些三维表现技术使我们能够再现三维世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息，这种技术就是可视化（Visualization）技术。可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交流。这种技术已经把人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以统一，这种革命性的变化无疑将极大地提高人们的工作效率。可视化技术赋予人们一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力，这样人们可以在三维图形世界中用以前不可想象的手段来获取信息或发挥自己创造性的思维。机械工程师可以从二维平面图中得以解放直接进入三维世界，从而很快得到自己设计的三维机械零件模型。 1.4 课题研究的主要内容 1. 查阅壳体零件的相关资料，了解该零件的结构特性及制造工艺特性。 2．绘制壳体零件工程图及三维图。 3．绘制壳体零件毛坯图。 4．制定壳体零件机械加工工艺规程。 5．绘制壳体零件专用夹具装配图及夹具体零件图。 2  机械加工工艺规程设计 2.1 机械加工工艺规程概述 2.1.1 机械加工工艺规程的设计的主要依据 制定工艺规程的原则是：在一定的生产条件下，以近可能少的劳动消耗和最少的费用损失，按 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的速度，可靠的加工出符合图纸和设计要求的零件。 机械加工工艺过程的设计主要依靠产品装配图样和零件图样；产品的生产纲领； 现有生产条件和资料，它包括毛坯的生产条件或协作关系、工艺装备及专用设备的制造能力、有关机械加工车间的设备和工艺装备的条件、技术工人的水平以及各种工艺资料和标准等。 2.1.2 确定零件的生产类型 生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。不同的生产类型有不同的机械加工工艺特征。考虑到该零件形状特殊，外形中等复杂，根据工厂实际调研结果，活门壳体的年生产量为500件。同时要考虑生产中的备品与废品的比例。在进行零件机械加工工艺设计时，一般使用一年的生产纲领。计算公式如下： (2.1) 其中, ：零件产量数 ：比例因子 =1 ：备品的百分率 =5% ：废品的百分率 =1% 带入公式中： =500×1×（1+5%）×（1+1%）=5302（件） 年产总量为5302件，由资料中查出为成批生产。 2.2 确定毛坯的种类和制造方法 毛坯的种类形式（铸件、锻件和轧制的各种钢型）和质量对整个加工过程有着重要的意义。它确定了机械加工的质量，加工要素，材料的使用，劳动生产率和成本作用；即毛坯的总体状况决定了机械加工过程的制定。 毛坯的种类和质量对机械加工余量的质量、材料的节约、劳动生产率的提高和成本的降低有着重要的作用。毛坯的选择应使毛坯的形状和尺寸尽量与零件成品相接近，从而可以减少加工余量，提高材料利用率，减少劳动时间和降低成本，而且考虑以下几个方面： 1.零件的结构形状和外形尺寸： 2.零件材料的公益性及零件对材料组织的要求： 3.零件生产纲领的大小； 4.零件的机械性能； 5.现有生产能力和发展前途； 活门壳体零件的材料选用1Cr17Ni2不锈钢，并考虑到其形状特殊，外形中等复杂，生产周期属于周期性成批生产，故零件毛坯采用锤上模锻件。尺寸和形状精度要求较高，光洁度要求较高，故应采用二级模锻。 2.3 拟定机械加工工艺路线 2.3.1 零件的工艺分析 通过分析零件图及产品装配图可以得出如下分析结论： 1.总体结构上，该零件为一较复杂的小型壳体零件，特别是内部形状复杂，圆环槽很多，是一个刚度很低的薄壁零件，最小壁厚仅为1.2mm。 2.局部结构上，本零件可以分为四组加工表面，现在分述如下： (1) 以Φ16 mm为中心的加工表面组。 这组表面包括：M27×1.5外螺纹、Φ24.8mm外槽面、相距24 mm的两平行平面、及60°内锥面、M18×1.5内螺纹、Φ15.6 mm、Φ18 mm、Φ16.5 mm、Φ16 mm各内环槽面。M27×1.5外螺纹与一带内螺纹的座配合，使一堵头压靠在60°内锥面上起密封作用，这就要求60°锥面有较高的位置精度及表面粗糙度。外螺纹因要与带内螺纹的座配合，为防止在高温下（活门壳体零件最高工作温度可达300℃）粘连，所以其表面需要镀铜，镀层厚度3～5um。Φ16 mm因要与一衬套互相配合，为一较主要的配合表面，故对其精度及粗糙度要求也较高。其余表面为非配合表面，故尺寸，形状位置精度及表面及表面粗糙度都没做特殊要求。 (2) 以Φ4 mm为中心的加工表面组 这组表面包括：M18×1.5外螺纹、Φ15.8 mm外环槽、及60°内锥面Φ14 mm、Φ8.5 mm、Φ6 mm、Φ4 mm各内环槽面。M18×1.5外螺纹及60°内锥面的作用与上一组加工表面中的M27×1.5外螺纹及60°内锥面的作用类似，所以也提出了与之相同的加工要求。Φ6 mm因也与一衬套相配合，属于较重要的配合表面，所以其尺寸、形状位置精度及表面粗糙度也较高。其余表面为非配合表面，故尺寸，形状位置精度及表面及表面粗糙度只做一般要求。 (3) 以Φ6 mm为中心的加工表面组及以Φ3 mm为中心的加工表面组 这两组表面中的一些表面形状及作用相同。M18×1.5外螺纹同样需要镀铜，60°内锥面形状位置精度及表面及表面粗糙度同样要求较高。Φ10 mm内孔面与过滤器相配合，故其尺寸精度及表面粗糙度要求较严格。球面SR8.75±0.2因要与管接头的内圆锥面相接触，已达到密封作用，所以其形状精度要求对环槽Φ14 mm的跳动量为0.08mm。表面粗糙度为Ra0.8。 由以上可以看出，该零件的重要加工表面有以下几个： 三个60°内锥面：形状位置精度要求对外螺纹的跳动不大于0.1mm；表面粗糙度Ra0.8。 Φ16 mm内孔表面：尺寸精度IT8；表面粗糙度Ra1.6。 两个Φ10 mm内孔表面：尺寸精度IT8；表面粗糙度Ra1.6。 SR8.75±0.2球面：形状位置精度要求对环槽Φ14 mm的跳动量不大于0.08mm，表面粗糙度Ra0.8。 2.3.2 确定工艺组合 工序集中与分散的选择有如下几条原则： 从生产批量的观点看，单件生产的工序越集中越好，生产批量越小，工序越集中越有利于缩短生产同周期，生产费用也会相对降低；当大批量生产工件时，工序分散易于组织流水生产，便于实现自动化。从设备选择的观点看，工序越分散，越能选用生产率高的设备；而工序集中的工序加工则只能选用通用性较强的设备。从零件的尺寸和重量上看，尺寸大，重量大的零件，搬迁运输等均不很方便，因此，比较适宜采用工序集中进行加工。从加工精度上看，工序分散度愈大，所引起的定位误差越大，而工序越集中，则各表面的精度及相互位置关系的精度就越高。 根据零件及工厂中设备的具体情况，并综合考虑上述选用的原则，该零件加工工序采用工序集中与分散相结合的工艺组合方式。 2.3.3 拟定工艺路线 制定工艺路线时，其基本出发点是保证加工质量，提高生产效率和降低生产成本。为了避免切削力大、切削温度高、切削粘附性强的不利因素，采用受用丝锥攻螺纹这样虽然会使成产效率有所降低，但加工质量易于保证。磁力探伤检验在镀铜及研磨加工之前进行比较好，因为研磨加工效率低，工人的劳动强度也不打，而且镀铜及研磨均属于光整加工，一般不会出现废品，所以将磁力探伤检验安排在这些工序以前进行，可以事先检查出废品，避免在废品上再继续这些工序的加工而造成人力、物力的浪费，有利于降低生产成本，提高生产效益。通过以上分析，结合壳体技术要求，拟定加工方案如下： 工序0：模锻 工序5：挫毛边 工序10：铣端平面 工序15：铣平面 工序20：车外圆内孔 工序25：攻螺纹M18×1.5-6H 工序30：钻孔和车球面 工序35：钻孔和车槽 工序40：钻孔和车度 工序45：铣两侧面 工序50：铣螺纹M18×1.5 工序55：铣螺纹M27×1.5 工序60：铣螺纹M18×1.5 工序65：打磨锐边 工序70：车锥度 工序75：车锥度 工序80：打磨锐边 工序85：洗涤 工序90：电镀前检验 工序95：磁力探伤 工序100：钳工打磨 工序105：洗涤 工序110：镀铜 工序115：磨孔Φ16 工序120：研磨锥孔 工序125：研磨锥孔 工序130：研磨锥孔 工序135：研磨球面 工序140：用润滑油加压冲洗壳体 工序145：洗涤 工序150：研磨后检验 2.3.4 划分加工阶段 由于此加工零件为薄壁壳体零件，最小壁厚仅为1.2mm，所以是刚性较差的零件。同时，其主要表面的精度要求又较高，加工余量较大，因此，在加工过长中，有必要划分就爱共阶段，以减少各种因素所引起的零件变形，从而保证加工质量，此外，划分加工阶段，还有利于合理使用设备，即使发现和处理毛坯缺陷等等。根据已经拟定的工艺路线方案，该零件的加工过程大致可以划分为如下三个加工阶段： (1) 粗加工及半精加工阶段（工序0——工序65） 本加工阶段严格地讲应再细划分为粗加工阶段和半精加工阶段，但由于为了便于保证各加工表面间的相互位置精度，各工序，尤其是工序比较集中的几个工序中（工序20，工序30，工序35，工序40）均采用了一次装夹工作的方法来予以保证，这样就很难明确地划分出哪是粗加工阶段，哪是半精加工阶段，因此，就统一合并为一个加工阶段。 (2) 精加工阶段（工序70——工序105） 本加工阶段主要完成60°内锥孔的精加工，保证其对外螺纹的跳动量要求。 (3) 光整加工阶段（工序110——工序150） 本加工阶段主要完成对Φ16 mm、三个60°内锥孔及SR8.75 0.2球面的研磨加工，确保其加工表面光洁度达到设计图纸要求。 2.3.5 基准的选择 (1) 精基准的选择 在制定零件的机械加工工艺规程时，一般是先考虑选择怎样的精基准定位把各个表面加工出来，然后考虑选择怎样的粗基准把精基准加工出来。因此，我们先确定精基准。 研磨孔及锥孔时，由于加工表面余量在非常小而且均匀，按照“自为基准原则”，选择基本身为精基准。车锥度时，由于设计要求60°内锥孔对外螺纹的跳动量不大于0.1mm，所以选择设计基准——外螺纹的中心线为定位基准，即所谓“基准重合原则”。 加工工序30——工序60时，按照“基准统一原则”，在这些道工序中均采用同一组精基准——第一组加工表面中的Φ16 mm内孔表面及M27×1.5螺纹外径端面来定位（详见机械加工工艺综合卡片）。这样既保证了各表面间的相互位置精度，又简化了夹具的设计与制造，缩短了生产准备的时间，这对减少生产成本，提高经济效益均为有利。 (2) 粗基准的选择 通过分析零件图可以看出，在Φ22mm和Φ23mm及R9 1毛坯表面处，零件壁厚最小，为了满足设计要求，（这两处壁厚分别不小于1.6mm和1.2mm），降低废品率，在工序20车外圆内孔工序中，选择了这几处毛坯表面为粗基准，这体现了通常所说的“相互位置要求原则”。 2.3.6 工艺规程的分析 工序0模锻件: 此工序中包括：模锻、热处理、吹砂三个工步。热处理安排在毛坯制造完之后，采用回火，目的是消除毛坯因为锻造加工所产生的内应力和脆性，增加塑性和韧性，提高材料的综合机械性能并改善材料的加工性能。热处理后对毛坯表面进行吹砂，消除氧化皮，有利于以后切削加工。 工序5锉毛边: 本工序主要清楚毛坯上的残留毛边及沿分模面的错移，尤其是基准面上的毛边，因为如果不在其它加工工序之前将这些毛边去除，将会严重影响工作的定位精度。 工序10铣端平面: 此工序所加工出的端平面主要是为后续工序做定位基准，并起定向夹紧、压紧的作用。 工序15铣平面: 本工序包括铣工作大头端的两组相距24 mm的平行平面。 工序20车外圆内孔: 本工序除60°内锥孔及Φ16mm以外，其余表面均加工到图样设计尺寸。Φ16mm的孔要求在本道工序加工之后达到较高的精度及表面粗糙度，目的是为后续工序提供基准，因此，加工Φ16mm孔的最后工步为精铰。 本工序虽然在尺寸精度及位置精度上没有过高的要求，但由于加工面多，需要保证的尺寸多，所以操作者应头脑清醒，技术熟练，经验丰富。 工序25攻螺丝毫M18×1.5-6H： 内螺纹要求对端面LC垂直，因此要求定位基准精度较高，所以选用已加工外圆柱表面作定位基准，由夹具保证内螺纹对端面LC的垂直度要求。 工序30钻孔和车球面： 本工序加工球面用YG8成形车刀，为达到光洁度要求，再对其进行抛光处理，并着色检查球面，密接度沿圆周无间断，球面对外环槽的跳动量，由一次装夹保证。与工序20相似，本道工序尺寸精度要求没有多高，但需要保证的尺寸较多，所以操作者需要头脑清醒，技术熟练，经验丰富。 工序35钻孔和车槽： 本工序除60°内锥孔以外其余表面均达到图样设计尺寸。 工序40钻孔和车度： 本工序除60°内锥孔以外其余表面加工均达到图样设计尺寸。孔Φ6 mm的精度，采用分组钻套夹予以保证，分组钻套套在孔Φ8.5 mm内，在加工Φ6mm孔之前，通过测量孔Φ8.5 mm的实际尺寸选用不同的钻套，即可有效地保证加工精度。孔Φ6 mm还不允许有倒锥，这由合格刀具来保证。 工序45铣两侧面： 加工两侧面的目的是为了以后工序的加工做定向加紧面。 工序50、55、60铣螺纹： 由于本零件是薄壁工作，强度和刚度均不够，因此采用铣削加工螺纹而不采用滚压法加工。因为铣螺纹时，工作只需要较小的夹持力即可，从而减少了工作变形，有利于保证产品质量。该零件也不宜用螺纹车刀或板牙来加工外螺纹，因为螺纹车刀加工螺纹，虽然精度和光洁度较高，但需要多次走刀才能切出完整的螺纹廓形，故生产率较低；而板牙虽然加工生产率较高，但由于板牙成形表面是内螺纹表面，热处理后很难磨削，以至螺纹廓形难予保证，故板牙加工精度较低，同时，板牙使用寿命也较短，所以均不宜采用。 工序65打磨锐边： 该工序目的是打光铣螺纹后的毛刺，为以后工序的定位和操作方便打下基础。 工序70、75车锥度： 设计零件图要求椎体对其外螺纹的跳动量不大于0.1mm，今采用工艺方法保证，即以外螺纹定位夹紧，精车即可。并且从理论上看，精车加工也可以达到表面光洁度要求。 工序80打磨锐边： 打光不加工表面上的缺陷。如：皱、折、裂缝、发纹等。打光机械加工后的锐边，为以后的磁力探伤检验做准备。 工序85洗涤： 将零件放于汽油中仔细的洗涤，并用干燥而洁净的压缩空气吹干。 工序90电镀前检验： 由于下道工序安排的是磁力探伤检验，需要换车间，所以之前安排在中间检验工序，便于分清责任，更好地保证质量。 工序95磁力探伤检验： 磁力探伤又称磁粉探伤。它能发现工作表面及近表面的缺陷（如：裂纹、气孔、夹渣等），而不能发现较深的缺陷。它的基本原则是：磁性材料制成的工件若放在磁场中，在外加磁场的作用下即被磁化，在材料中产生磁力线的传布。当被检工作不存在缺陷时，磁力线在工件表面上均匀分布；若被检工件存在缺陷，则缺陷会阻碍磁力线通过，使磁力线产生弯曲，当缺陷位于表面附近时，会产生漏磁场，形成一个小NS磁极；若工件表面事先撒上了一层很细的磁性粉末（通常用Fe O 或Fe O ），此时就会被小磁极吸引，缺陷处由于堆积较多的磁粉而被显示出来。 另外，工件进行磁力探伤时，只有当磁力线方向与缺陷（裂纹）方向相垂直或接近垂直时，漏磁场最大，灵敏度最高，才能将缺陷显露出来，若两者平行就不能显露出来，因此，必须将工件分别在垂直成90°的两个方向上进行磁化，才能将所有可能的缺陷检查出来。 零件磁化后，其上的剩余磁场影响航空仪表的正常工作，也会对部件的工作起不良影响，因此，零件经磁力探伤后必须进行退磁处理。 工序100钳工打磨： 工件经磁力探伤以后，对于有严重缺陷的工作，即可以断定为废品；对于只有轻度缺陷的工件，如：表面裂纹、发纹，则可以由钳工打磨去除，而且完成打磨之后，应重新进行探伤检验，直到没有缺陷为止。 工序105洗涤： 将零件放于汽油中仔细的洗涤，并用干燥而洁净的压缩空气吹干。 工序110镀铜： 前面已经叙述，零件上的三个外螺纹因为要与外加螺母进行配合，为了防止其高温下的粘结而不能正常工作，所以安排在此工序对三个外螺纹进行表面镀铜处理，镀层厚度3-5um（HB899-66）。 工序115研磨孔Φ16 mm： 在工序20工序中，孔Φ16 mm的最后加工工步为精铰，理论上来说，精铰Φ16 mm孔即可达到图样设计尺寸精度及表面光洁度要求，但由于设备、刀具等原因或后续工序中Φ16 mm孔作精基准定位时，难免对其表面有划伤，故在光整加工阶段，为保证其质量，对其经行研磨加工。由于该孔的尺寸误差要求很严，所以工艺上要求保证该孔的圆柱度误差不大于0.005mm，并允许该孔加工超差至Φ16.15mm。 工序120、125、130、135研磨锥孔和球面： 在这四道工序进行之前，先对被加工表面进行检验，检验内容按工序图表的内容进行，若达到设计图纸要求，则不进行本工序的加工，否则进行研磨加工。 工序140用润滑油加压冲洗壳体 工序145研磨后检验（终检）： 对检验合格的零件打上机械加工检验印，并油封保存。 2.4 确定工序间的加工余量、工序尺寸和公差 2.4.1 确定工序间加工余量应考虑的因素 由于零件机械加工过程中涉及的因素很多，按计算法确定工序间的机械加工余量目前还缺少充分的实践数据资料，因此查表法和经验加查表在生产中应用广泛。 按查表法确定的工序间加工余量应考虑的因素： (1) 为缩短加工的时间，降低制造成本，应采用最小的加工余量。 (2) 选择加工余量时应保证得到图样上规定的精度和表面粗糙度。 (3) 选择加工余量时，要考虑零件热处理时引起的变形。 (4) 选择加工余量时，要考虑所采用的加工设备、方法以及加工过程中零件可能产生的变形。 (5) 选择加工余量时，要考虑被加工的零件的尺寸；尺寸越大加工余量越大，因为零件的尺寸增大后，由切削力、应力等引起变形的可能性也增加。 (6) 选择加工余量时，要考虑工序尺寸公差的选择，起工序公差不应超越出经济加工精度的范围。 (7) 选择加工余量时，要考虑上到工序留下的表面缺陷层厚度。 (8) 选择加工余量时，要考虑本道工序的余量要大于上到工序的尺寸公差和几何形状公差。 2.4.2 确定工序的加工余量，工序尺寸和公差 由一个工步即可完成的加工表面，由于其加工余量即为工序总余量，故不必讨论。下面只对一些重要表面的加工余量进行一下确定。 (1) 孔Φ16.5 mm的加工余量的确定 确定孔的加工方案：钻孔→粗镗→锪孔 确定工序余量如下：由表8-17查得 镗孔后锪孔的加工余量：Z =0.8mm 钻孔后粗镗的加工余量：Z =0.8mm 经过调整，确定工序余量及工序尺寸为： 钻孔Φ15mm→粗镗Φ15.8mm→锪孔Φ16.5 mm Z =0.8mm    Z =0.8mm (2) 孔Φ16 mm的加工余量的确定 确定孔的加工方案：钻孔→扩孔→粗铰→精铰→研磨 确定工序余量如下：由表8-17查得： 粗铰后半精铰的加工余量：Z =0.1mm 扩孔后粗铰的加工余量：Z =0.2mm 由表8-22查得查得研磨的加工余量：Z =0.015mm 钻孔后扩孔的加工余量：Z =Z -Z -Z -Z =1.0mm-0.015mm-0.2mm-0.1mm =0.685mm 经过调整后，确定工序尺寸及工序余量为： 钻孔Φ15mm→扩孔Φ15.7mm→粗铰Φ15.9mm→精铰Φ15.985mm→研磨Φ16 mm Z =0.7mm  Z =0.2mm  Z =0.085mm  Z =0.015mm (3) 孔Φ10 mm的加工余量的确定 确定孔的加工方案：钻孔→扩孔→粗铰→精铰 确定工序余量如下：由表8-17查得： 粗铰后半精铰的加工余量：Z =0.1mm 扩孔后粗铰的加工余量：Z =0.2mm 钻孔后扩孔的加工余量：Z =Z - Z - Z =0.8mm-0.2mm-0.1mm =0.5mm 经过调整后，确定工序尺寸及工序余量为： 钻孔Φ9.2mm→扩孔Φ9.7mm→粗铰Φ9.9mm→精铰Φ10 mm Z =0.5mm  Z =0.2mm  Z =0.1mm (4) 孔Φ6 mm的加工余量的确定 确定孔的加工方案：钻孔→扩孔→粗铰→精铰 确定工序余量如下：由表8-17查得： 粗铰后半精铰的加工余量：Z =0.05mm 扩孔后粗铰的加工余量：Z =0.15mm 钻孔后扩孔的加工余量：Z =Z - Z - Z =0.5mm-0.15mm-0.05mm =0.3mm 经过调整后，确定工序尺寸及工序余量为： 钻孔Φ5.5→扩孔Φ5.8mm→粗铰Φ5.95mm→精铰Φ6 mm Z =0.3mm  Z =0.15mm  Z =0.05mm (5) 60°内锥孔加工余量的确定 确定孔的加工方案：钻孔→锪孔→半精车（镗）→研磨 由表8-22、表8-17、表8-1确定工序余量如下： Z =0.015mm                    Z =0.8mm                      Z =1.2mm                      2.5 确定各工序的工艺装配，切削用量和额定工时 切削用量的选择主要依据刀具耐用度，加工精度和加工表面粗糙度的要求。此外，也应该相应地考虑机床的刚度、功率、断屑和振动等情况。对于不锈钢这一难加工材料切削用量的选择，总体上还是应该遵循以下主要原则：切削速度不宜过高；进给量不宜过大，但也不要过小，对于马氏体-铁素体不锈钢来说，?=0.07～0.18(mm/r)；切削深度尽可能大些。 正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证合理的刀具耐用度，保证加工质量，降低成本都是具有重要的作用。 以下按照零件机械加工工艺路线的顺序运用查表法及计算法分别给出的各工步的切削用量和时间定额。 工序10：铣端平面 (1) 加工条件：卧式铣床，镶齿三面刃铣刀 d =125  Z=22（表12-85[6]） (2) 切削用量的选择 因为铣削用量主要根据刀具材料和被加工工作材料选取，而合金钢硬度与本零件硬度相近，所以参考合金钢材料查表6-16[4]得： a =2.5mm a =0.05～0.25(mm/z)  取0.20(mm/z)    （粗铣选大值） v=0.5～0.83(m/s)      取0.6(m/s) 机床主轴计算转速： n = = =1.53(r/s)=91.7(r/min)                  (2.2) 由表3.1-74[6]取机床主轴实际转速：n =1.67(r/s)=100(r/min)                实际切削速度：v = = =0.65(m/s)            (2.3) 铣削进给速度：v = a ×z×n =0.2×22×1.67=7.35(mm/s)        (2.4) 由表3.1-75[7]修正为v =8.5(mm/s)=510(mm/min) 则实际每齿进给量：a = = =0.23(mm/z)              (2.5) (3) T 、T 的计算 加工时T 、T 的计算 L=l+l +l =23+20+2=45mm                                    (2.6) T = = ×1=5.3s                                    (2.7) T =20％×T =1.0s                                          (2.8) 工序15铣平面 (1) 加工条件： 立式铣床X5025，圆锥柄立铣刀，D=25，Z=6。 (2) 切削用量的选择 由于加工平面处的工序总量不等，所以铣削加工时有如下两个切削深度值： a = (27.7-24)=1.85mm a = (31.5-24)=3.75mm 由表6-16得a =0.02～0.1(mm/z)  取a =0.1(mm/z)        v=0.10～0.25(m/s)  取v=0.10(m/s) n = = =1.27(r/s)=76.4(r/min) 由表8-16[4]取n =1.25(r/s)=(75r/min)  v = = =0.10(m/s) v = a × z× n =0.1×6×1.25=0.75(mm/s)=(45mm/min) 由表3.7-75取v =0.625(mm/s)=37.5(mm/min)  则a = = =0.08(mm/z) (3) T 、T 的计算 铣削深度为a =1.85mm时 L=l+l +l =10+9.5+3=22.5mm T = = ×1=36s T =20％×T =7.2s 铣削深度为a =3.75mm时 L =l+l +l =18+4+3=25mm T = = ×1=40s T =20％×T =8s 则铣平面C 、C 时： L=2(l +l )=2×(22.5+25)=95mm T =15％×T =12s 工序20车外圆内孔 (1) 车端面E a =1.0mm 由表6-5得f=0.18(mm/r)   v=84(m/min)=1.4(m/s) n = = =14.4(r/s)= (862.5r/min) 由表8-13取n =12.4(r/s)=(745r/min) v = = =1.21(m/s) L= +l +l +l = +0+5+5=25.5mm T = i= =11.4s T =20％×T =2.3s (2) 在端面E上打中心孔 a = d= ×2.5=1.25mm 由表6-29f=0.05(mm/r)  根据前后工步主轴实际转速，考虑在同一工序内不宜频繁更换主轴转速，由表8-13取n =12.4(r/s)=(745r/min)  v = = =0.097(m/s) L=l+l +l =4.5+3+0=7.5mm T = = =12.1s T =20％×T =2.4s (3) 钻孔Φ16.5 mm至Φ15mm深79mm-80.5mm a =7.5mm 不锈钢钻孔时，切削速度不宜过高，对于高速钢钻头 V=0.17～0.5(m/s),f=0.1～0.5(mm/r) 取,f=0.20(mm/r) 由表9-120[2]得n =6.67～10(r/s)       由表8-13取n =9.17(r/s)=550(r/min)   v = = =0.43(m/s)  符合要求 L=l+l +l =80.5+13+0=93.5mm T = = =51s T =20％×T =10.2s (4) 镗孔Φ16.5 mm至Φ15.8mm深54mm-56mm a = Z = ×0.8=0.4mm 由表6-9f=0.15(mm/r)  硬质合金镗刀切削速度参照外圆车削速度由表6-7选取，并比车外圆时低10％—20％[4] v=1.167×(1-20％)=0.93(m/s) n = = =18.7(r/s)= 1124(r/min) 由表8-13取n =16.67(r/s)=1000(r/min) v = = =0.83(m/s) L=l+l +l +l =56+3+0+5=64mm T = ×i= ×1=25.6s T =20％×T =5.1s (5) 锪孔Φ16 mm至Φ15.7mm，深85 mm a = Z = ×0.7=0.35mm ?=(2.2～2.4) × ? =(2.2～2.4)×0.18=0.396～0.432(mm/r) 取? =0.4(mm/r) 其中? 由表6-29查得? =（0.18～0.22）×0.9=0.162～0.198(mm/r)     取0.18(mm/r) v=( ～ )v   =( ～ )×0.28=0.093～0.14(m/s) 取v=0.10(m/s) 其中v 由表6-31查得v =0.28(m/s) n = = =2.03(r/s)=121.6(r/min) 由表8-13取n =2.27(r/s)=136(r/min)  v = = =0.11(m/s)                        L=l+l +l =85+2.6+0=87.6mm T = = =96.5s T =20％×T =19.3s (6) 锪孔Φ16.5 mm至图样尺寸 a = Z = ×0.7=0.35mm ?=(2.2～2.4) × ? =(2.2～2.4)×0.23=0.5～0.55mm/r 取? =0.5(mm/r) 其中? 由表6-29查得? =0.21～0.25(mm/r) 取? =0.23(mm/r) v=( ～ )v =( ～ )×0.28=0.093～0.14(m/s) 取v=0.10(m/s) 其中v 由表6-31查得v =0.28(m/s) n = = =1.93(r/s)=115.7(r/min) 由表8-13取n =2.27(r/s)=136(r/min)  v = = =0.12(m/s) L=l+l +l =57+2.6+0=59.6mm T = = =52.6s T =20％×T =10.5s (7) 车外圆柱面Φ27 mm a = Z = ×4.5=2.25mm 由表6-5得?=0.4～0.5(mm/r) 取?=0.45(mm/r) 由表6-7得v=1.0(m/s)  n = = =10.3(r/s)=616.1(r/min) 取n =9.17(r/s)=550(r/min) v = = =0.89(m/s) L=l+l +l +l =14+5+0+5=24mm T = ×i= ×1=5.3s T =20％×T =1.1s (8) 车外槽Φ24.8 mm a = （27-24.8）=1.1mm ?=0.7～0.8(mm/r) 取?=0.8(mm/r) v=0.833～1(m/s)  取v=0.833(m/s) n = = =9.82(r/s)=589(r/min) 取n =9.17(r/s)=550(r/min)   v = = =0.78(m/s) L=l+l +l +l =3mm T = ×i= ×1=0.4s T =20％×T =0.1s (9) 车倒角1×45° a =1mm ?=0.2(mm/r)  （手动） v=0.36(m/s)   n = = =4.24(r/s)=254.6(r/min) 取n =3.97(r/s)=238(r/min)  v = = =0.34(m/s) L=l+l +l +l =4mm T = ×i= ×1=5s T =20％×T =1s (10) 车内小槽Φ17 mm a = （17-15.7）=0.65mm ?=0.10～0.20(mm/r) 取?=0.20(mm/r) v=0.16～0.32(m/s)  取v=0.2(m/s)    n = = =3.75(r/s)=225(r/min) 取n =3.97(r/s)=238(r/min)  v = = =0.21(m/s) L=l+l +l +l =5mm T = ×i= ×1=6.3s T =20％×T =1.2s (11) 车内中槽Φ18.5 mm a = Z = ×2.8=1.4mm ?=0.10～0.20(mm/r) 取?=0.20(mm/r) v=0.16～0.32(m/s)   取v=0.2(m/s)  n = = =3.44(r/s)=206.5(r/min) 取n =3.97(r/s)=238(r/min)  v = = =0.23(m/s) L=l+l +l +l =8mm T = ×i= ×1=10.1s T =20％×T =2.0s (12) 车内大槽Φ18 mm a = （18-16.5）=0.75mm ?=0.10～0.20(mm/r) 取?=0.20(mm/r) v=0.16～0.32(m/s)   取v=0.2(m/s) n = = =3.54(r/s)=212.2(r/min) 取n =3.97r/s(238r/min) (表8-13) v = = =0.22(m/s) L=l+l +l +l =23mm T = ×i= ×1=29.0s T =20％×T =5.8s (13) 锪锥面 a = Z = ×1.2=0.6mm ?=(2.2～2.4) × ? =(2.2～2.4)×0.26 =0.572～0.624(mm/r) 取?=0.6(mm/r) 其中? 由表6-31查得? =0.26(mm/r) v=( ～ )v   =( ～ )×0.28 =0.093～0.14m/s 取v=0.10(m/s) 其中v 由表6-31查得v =0.28(m/s) n = = =1.37(r/s)=82(r/min) 取n =1.67(r/s)=100(r/min) v = = =0.12(m/s) L= +l = +l 7.8mm T = = =7.8s T =20％×T =1.6s (14) 粗铰孔Φ16 mm至Φ15.9mm a = Z = ×0.2=0.1mm ?=0.15～0.25(mm/r) 取? =0.25(mm/r) n =1.67(r/s)=96(r/min) 取n =1.67(r/s)=100(r/min)  v = = =0.083(m/s) L=l+l +l =23+15+3=41mm T = = =98.2s T =20％×T =19.6s (15) 精铰孔Φ16 mm至Φ15.985 mm a = Z = ×0.085=0.0425mm ?=0.15～0.25(mm/r) 取? =0.15(mm/r)  n =1.60(r/s)=96(r/min)   取n =1.67(r/s)=100(r/min)  v = = =0.083(m/s) L=l+l +l =23+15+3=41mm T = = =163.7s T =20％×T =16.4s 工序25攻螺纹 a = （18-16.5）=0.75mm ?=1.5(mm/r)  (螺距) 估计手动丝锥切削速度v=0.1(m/s)左右 则n = = =1.77(r/s)  L=l+l +l =16+1.5+4.5=22mm 估计T = i= ×3=24.9s T =20％×T =5.0s 工序30镗孔和车球面 (1) 车端面F a = Z =2.6mm ?=0.4(mm/r)  v=60(m/min)=1(m/s)  n = = =15.16(r/s)=909(r/min) 取n =16.67(r/s)=1000(r/min) v = = =1.1(m/s) L= +l +l +l = +0+5+5=20.5mm T = i= ×1=3.5s T =20％×T =0.7s (2) 在端面F上打中心孔 a =1.25mm ?=0.05(mm/r) v=60(m/min)=1(m/s) 由于主轴转速在同一工序内不宜频繁更换，根据前后工序主轴转速。取 n =16.67(r/s) =1000(r/min) v = = =0.13(m/s) L=l+l +l =4.5+3+0=7.5mm T = = =9s T =20％×T =1.8s (3)钻孔Φ10 mm至Φ9.2mm深25mm～26mm a = ×9.2=4.6mm 不锈钢钻孔时，对于高速钢刀具： ?=0.102～0.18(mm/r) 取? =0.15(mm/r)  n =8.33～12.5(r/s)  取n =12.4(r/s)=745(r/min) v == =0.36(m/s) L=l+l +l =26+5+0=31mm T = = =16.7s T =20％×T =3.3s (4)钻孔Φ3 mm至图样尺寸 a = =1.5mm ?=0.04～0.06(mm/r) 取? =0.06(mm/r)  n =11.67～16.67(r/s) =700～1000(r/min） 取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.12(m/s) L=l+l +l =6+4+3=13mm T = = =17.5s T =20％×T =3.5s (5)车外圆柱面Φ16.95 mm及外槽Φ14 mm 车外圆柱面 a = ×（21.5-17）=2.25mm ?=0.3～0.4(mm/r) 取0.35(mm/r)   v=1～1.167取v=1(m/s)   n = = =14.8(r/s) =888.3(r/min) 取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.84(m/s) L=l+l +l +l =18.5+5+0+5=28.5mm T = i= ×1=6.6s T =20％×T =1.3s (6) 车外槽 a = ×（17-14）=1.5mm ?=0.17～0.22(mm/r) 取?=0.20(mm/r)   v=0.833(m/s)  取v=1(m/s)   n = = =15.6(r/s) =938.6(r/min) 取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.66(m/s) L=l+l +l +l =4mm T = i= ×1=1.6s T =6.6+1.6=8.2s    T =1.3+0.3=1.6s (7) 车球面SR8.75±0.2 a =5mm 考虑硬质合金刀具一般可以比高速钢刀具切削用量选大一些，根据9-21取f=0.008(mm/r) 根据表9-22取v=0.04(m/s) n = = =7.68(r/s) =460.6(r/min) 取n =7.17(r/s)=430(r/min) v = = =0.38(m/s) L= +l = +5=8mm T = = =13.9s T =20％×T =2.8s (8) 扩孔Φ10 mm至Φ9.7mm a = ×（9.7-9.2）=0.25mm ?=(2.2～2.4) × ? =(2.2～2.4)×0.15=0.33～0.36(mm/r) 取?=0.35(mm/r) 其中? 由表6-31查得? =0.13～0.17(mm/r) 取? =0.15(mm/r) v=( ～ )v =( ～ )×0.28=0.093～0.14(m/s) 取v=0.10(m/s) 其中v 由表6-31查得v =0.28(m/s) n = = =3.28(r/s)=197(r/min) 取n =3.05(r/s)=183(r/min)  v = = =0.093(m/s) L=l+l +l =28+2+0=30mm T = = =28.1s T =20％×T =5.6s (9) 车宽槽Φ12 mm至图样尺寸 a = ×（12-9.7）=1.15mm ?=0.08(mm/r) v=0.16～0.32(m/s) 取v=0.2(m/s)   n = = =5.3(r/s)=318.3(r/min) 取n =5.37(r/s)=322(r/min) v = = =0.2(m/s) L=l+l +l +l =11mm T = i= ×1=25.6s T =20％×T =5.1s (10) 车圆弧槽Φ10.6 mm至图样尺寸 a =1.0mm ?=0.15(mm/r)  v=0.44(m/s)  n = = =13.2(r/s)=793(r/min) 取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.41(m/s) L= +l = +5=5mm T = = =2.7s T =20％×T =0.5s (11) 粗铰孔Φ10 mm至Φ9.9mm a = ×（9.9-9.7）=0.1mm ?=0.12～0.25(mm/r) 取?=0.25mm/r n =1.60(r/s)=96(r/min)  取n =1.67(r/s)=100(r/min) v = = =0.052(m/s) L=l+l +l =18+15+0=33mm T = = =79.04s T =20％×T =15.8s (12) 精铰孔Φ10 mm至图样尺寸 a = ×（10-9.9）=0.05mm ?=0.12～0.25(mm/r) 取?=0.15(mm/r) n =1.60(r/s)=96(r/min)  取n =1.67(r/s)=100(r/min) v = = =0.052(m/s) L=l+l +l =18+15+0=33mm T = = =131.7s T =20％×T =26.3s 工序35钻孔和车槽 (1) 车端面G a =2.5mm 由表15-98[7]得?=0.4(mm/r)  n = = =14.7(r/s)=868(r/min) 取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.86(m/s) L= +l +l +l = +0+5+5=21mm T = i= ×1=4.2s T =20％×T =0.8s (2) 在端面G上打中心孔 a =1.25mm 由表6-29?=0.05(mm/r)  取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.097(m/s) L=l+l +l =4.5+3+0=7.5mm T = = =12.1s T =20％×T =2.4s (3) 钻孔Φ10 mm至Φ9.2mm深30-31mm a = =6.4mm 由表15-103[7]得?=0.102～0.18(mm/r) 取?=0.15(mm/r)  由表15-98得v=1(m/s)=60(m/min)  由表9-120n =8.33～12.5(r/s)  取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.36(m/s) L=l+l +l =31+5+0=36mm T = = =19.3s T =20％×T =3.9s (4) 钻孔Φ6 至图样尺寸 a = =3mm 由表6-29得?=0.08～0.10(mm/r) 取?=0.10(mm/r)  由表9-120得n =8.33～12.5(r/s)=750-500(r/min)    取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.23(m/s) L=l+l +l =3+3+4=10mm T = = =8.1s T =20％×T =1.6s (5) 车螺纹外径Φ18 mm及外槽Φ15.8 mm 车螺纹外径 a = （22-18）=6.4mm 由表6-6得?=0.3～0.4(mm/r)  取?=0.35(mm/r)  由表6-7得v=1～1.167(m/s)   取v=1(m/s)        n = = =14.7(r/s)=(868r/min) 取n =12.4(r/s)=745(r/min) L=l+l +l +l =16+5+0+5=26mm T = = =6s T =20％×T =1.2s (6) 车外槽 由表9-177得?=0.19～0.60(mm/r) 取?=0.35(mm/r)  由表9-177得n =13～16(r/s)=960-780(r/min)        考虑同一工步不便频繁更换主轴转速，取n =12.4(r/s)=745(r/min) v = = =0.7(m/s) L=l+l +l +l =7mm T = i= ×1=1.6s T =20％×T =0.3s T =6+1.6=7.6s  T =1.2+0.3=1.5s (7) 扩孔Φ10 mm至Φ9.7mm a = （9.7-9.2）=0.25mm ?=0.35(mm/r) n =3.05(r/s)=183(r/min) v =0.093(m/s) 以上切削用量的选择可参看工序工序35中工步(7)。 L=l+l +l =32+2+0=34mm T = = =31.8s T =20％×T =6.4s (8) 车倒角1×45° a =1mm ?=0.2(mm/r)左右 (手动) v=0.36(m/s) n = = =6.37(r/s)=382(r/min) 取n =5.37(r/s)=322(r/min) v = = =0.3(m/s) L=l+l +l =4mm T = i= ×1=3.7s T =20％×T =0.7s (9) 车宽Φ12 mm至图样尺寸 a =1.15mm ?=0.08(mm/r) n =5.37(r/s)=322(r/min) v =0.2(m/s) 以上切削用量的选择可参看工序工序35工步(9) L=l+l +l +l =18mm T = i= ×1=41.9s T =20％×T =8.4s (10) 车圆槽Φ10.6 mm至图样尺寸 a =1mm ?=0.15(mm/r) n =12.4(r/s)=745(r/min) v =0.41(m/s) L=5mm T = = =2.7s T =20％×T =0.5s 以上切削用量的选择及时间额定的计算可参看工序35工步(10)。 (11) 粗铰孔Φ10 mm至Φ9.9mm a =0.1mm ?=0.25(mm/r) n =1.67(r/s)=100(r/min) v =0.052(m/s) 以上切削用量的选择可参看工序35工步(11)。 L=l+l +l =32+15+0=47mm T = = =112.6s T =20％×T =22.52s (12) 精铰孔Φ10 mm至图样尺寸 a =0.05mm ?=0.15(mm/r) n =1.67(r/s)=100(r/min) v =0.052(m/s) 以上切削用量的选择可参看工序工步(12)。 L=l+l +l =32+15+0=47mm T = = =187.6s T =20％×T =18.8s (13) 锪锥度 a = Z = ×1.2=0.6mm ?=(2.2～2.4) × ? =(2.2～2.4)×0.15 =0.33～0.36(mm/r)   取?=0.35(mm/r) 其中? 由表6-31查得? =0.13～0.17 取0.15(mm/r) V=( ～ )v  =( ～ )×0.28=0.093～0.14(mm/r)  取v=0.10(mm/r) 其中v 由表6-31查得v =0.28(m/s) 取n =2.27(r/s)=136(r/min)  v = = =0.10(m/s) L= +l = +1～2=5.5mm T = i= ×1=6.9s T =20％×T =1.4s 工序40钻孔和车锥度 此工序中各工步的切削用量及时间额定的选择和计算与工序25、35、40相似，为了节省篇幅，在此不在赘述，需要时可以查阅《机械加工工艺过程综合卡片》。 工序45铣两侧面 加工条件：立式铣床X6025，圆锥柄立铣刀D=22，Z=6 (1) 切削用量的选择 a = (22-17)=2.5mm a =0.02～0.1(mm/z) 取a =0.06(mm/z)   v=0.10～0.25(m/s) 取v=0.17(m/s)   n = = =2.46(r/s) =147.6(r/min) 取n =2.5(r/s)=150(r/min)  v = = =0.17(m/s) v =a ×z×n =0.06×6×2.5=0.9(mm/s)=54(mm/min) 取v =1(mm/s)=60(mm/min) 则a = = =0.067(mm/z) (2) 时间定额的计算 L=2（l+l +l ）=2×（9+10+4）=46mm T = ×i= ×1=46s T =20％×T =9.2s 工序50、60铣螺纹M18×1.5-6e (1) 加工条件：螺纹铣床  梳形铣刀  D=20mm  Z=6 (2) 切削用量的选择及时间额定的计算 a = (D-D )= (18-16.376)=0.812mm 由表2.4-107得a =0.030～0.040(mm/z) 取a =0.030(mm/z)   由表2.4-109得v=0.72×0.86=0.62(m/s) n = = =9.85(r/s)=592(r/min) 工件每秒钟转数n= (r/s) 则工件每一周的时间t= = (s) 用梳形螺纹铣刀铣削螺纹时，工件应转过1.2～1.4转，则： T =1.3t=1.3× =1.3× =35.4s T =20％×T =7.1s 工序55铣螺纹M27×1.5-6e (1) 加工条件：螺纹铣床  梳形铣刀  D=32mm  Z=8 (2) 切削用量的选择及时间额定的计算 a = (D-D )= (27-25.376)=0.812mm 由表2.4-107得a =0.030～0.040(mm/z) 取a =0.040(mm/z)  由表2.4-109得v=0.5×（0.62+0.76）×0.86=0.59(m/s)      n = = =5.9(r/s)=352(r/min) 工件每秒钟转数n= (r/s) 则工件每一周的时间t= = (s) 用梳形螺纹铣刀铣削螺纹时，工件应转过1.2～1.4转，则： T =1.3t=1.3× =1.3× =69.2s T =20％×T =13.8s 工序70车锥度 a = ×Z = ×0.8=0.4mm 由表9-117得f=0.20(mm/r)  (n=8～13r/s)  由表9-18得v=1.167m/s  n = = =15.5(r/s)=930(r/min) 由表8-13取n =15.492(r/s)=855(r/min)   v = = =1.20(m/s) T = i= ×1=5.3s T =20％×T =1.1s 工序75车锥度 a = ×Z = ×0.8=0.4mm 由表9-117f=0.20(mm/r) (n=10～16r/s)  由表9-18得v=1.167(m/s)  n = = =24.78(r/s)=1486(r/min) 取n =25.33(r/s)=1520(r/min)  （反转） v = = =1.193(m/s) T = i= ×1=2.8s T =20％×T =0.6s 工序115研磨孔Φ16 mm a = ×Z = ×0.015=0.0075mm 研磨压力：1.2～2.8 Mpa 由表15-162[2]得研磨速度：v=0.33～1.0(m/s) 取v=0.6(m/s) n = = =11.94(r/s)=760(r/min) 取n =12.7(r/s)=760(r/min)  v = = =0.64(m/s) 工序120研磨锥孔 a = ×Z= ×0.015=0.0075mm 研磨压力：0.8～1.2 Mpa 由表15-162[2]得研磨速度：v=0.17～1.17(m/s) 取v=0.6(m/s) n = = =7.96(r/s)=477(r/min) 取n =8(r/s)=480(r/min)  v = = =0.6(m/s) 工序125、130研磨锥孔 a = ×Z = ×0.015=0.0075mm 研磨压力：0.8～1.2 Mpa 由表15-162[2]得研磨速度：v=0.17～1.17(m/s) 取v=0.6(m/s) n = = =12.73(r/s)=764(r/min) 取n =12.7(r/s)=760(r/min)  v = = =0.60(m/s) 工序135研磨球面 a = ×Z = ×0.015=0.0075mm 研磨压力：1.5～2.5 Mpa 由表15-162[2]得研磨速度：v=0.33～1.0(m/s) 取v=0.6(m/s) n = = =11.94(r/s)=760(r/min) 取n =12.7(r/s)=760(r/min)  v = = =0.68(m/s) 满足条件。 本章小结： 本章分析了制定机械加工工艺规程的依据，还研究了毛坯的种类和制造方法，通过对零件的工艺分析，制定了机械加工工艺规程。 3  夹具设计 3.1  夹具设计概述 3.1.1 夹具的功能和作用 夹具的主要功能包括定位功能、加紧功能、对刀功能和引导功能。在机械加工中，夹具的主要作用有：工件易于正确定位，保证加工精度。缩短工件的安装时间，提高劳动生产率。降低加工成本，扩大机床的使用范围。操作方便、安全、可靠，对工人的技术等级要求低，可减轻工人的劳动强度等。 3.1.2 机床夹具的设计要求 在夹具设计过程中，根据以上几个方面的要求进行设计，同时满足以下四个方面的要求：第一、稳定工件的机械加工质量和提高劳动生产效率。第二、结构简单，具有良好的结构工艺性和较好的工作劳动条件。第三、提高工件在机械加工中的劳动效率。第四、降低工件的制造成本。 夹具的设计过程需要使加工质量，生产效率，劳动条件，经济性几个方面辩证的统一起来。其中，最根本的是保证工件的加工质量，同时采用先进的结构和机械化传动装置，会增加家具的制造成本。在一定的生产规模下，会大大降低工件的加工工时，从而会使成本大大的降低。所以，夹具设计的结构方面和工作效率必须同时兼顾，把二者有机的统一起来。 3.1.3 机床夹具设计重点解决的问题 1.  定位方式选择 选择定位方式包括选择定位基准和定位元件。选择的定位方式应具有较高的定位精度，不发生过定位，便于工件的安装，可采用完全定位和不完全定位方式。 过定位是定位多于应消除的自由度数，实际上有些定位点重复消除同一个自由度，由于定位基准的误差，过定位后往往造成定位不稳定，增加工件和夹具的变形。工件的定位精度取决于工件在夹具中的定位精度、夹具在机床上的定位精度、刀具对夹具的定位精度。 设计定位件尺寸时，在保证定位精度的前提下，应尽可能增加工件与定位件的间隙。定位件要有较好的导向角。要充分估计工件的毛坯状态，夹具中容纳工件和送入工件的空间要足够。 2.  夹紧方案的确定 夹紧力应通过或靠近主要的支撑部分。切削力应尽可能作用在夹具的固定部分上、夹紧力的大小要保证工件在切削时不改变定位状态，但又不能过大，以免使工件和夹具变形。为了克服变形，可以采用多点夹紧和宽爪加紧等措施。 3.2  专用夹具设计 3.2.1 夹具设计分析 本夹具是为工序15铣平面所设计的专用夹具，使用机床X5025。本夹具是在断续切削的条件下工作的，切削力较大，为了不致发生超出许可范围的振动和变形，夹具体，定位元件，夹紧元件等的刚度和强度一定要够。 设计夹具时，应使切削力方向指向定位支撑件，作用点应尽量靠近被加工面，如何保证加工时的加工余量均匀，以及毛坯为模锻件，其尺寸公差较小，余量分布较为均匀，而本工序又为粗加工，如何保证加工时的加工余量均匀，在拟定定位方案时应予考虑。本零件形状复杂，在保证产品质量的前提下，如何提高生产率，降低劳动强度，在夹具结构设计中应予考虑。 3.2.2 夹具设计 (1) 定位基准的选择 由于在本工序之前，该工件和内孔均未加工，所以只能考虑利用工件外表面来定位，又由于完成本工序所应限制全部的六个自由度。所以可选Φ22，及R9，R11.5的毛坯外表面为定位基准，（见机加综合工艺卡片工序工步15）。定位夹紧方式采用双V型块定心夹紧。 （2）切削力及夹紧力的计算 工件在铣削加工过程中受到切削力的作用，为保证工件安装稳定可靠，夹紧力必须与切削力相平衡。下面按静力平衡原则对夹紧力做一粗略估算。为保证夹紧可靠，再乘以安全系数，即： W =KW  (N)                                            (3.1) 式中：W ——实际所需夹紧力 W——按静力平衡原理计算的夹紧力 K——安全系数，一般为1.5～3。粗加工时取K=2.5～3，精加工时取K=1.5～2。 铣平面时V型卡爪受力最大状况时，F表示V型卡爪产生的夹紧力W沿水平方向的分力，R为铣削时的合力，这两个力在以O出的V型卡爪为支点达到力矩平衡，即满足下式： 2F L =R L                                              (3.2) 则F= R                            又因：F= W                                                (3.3) 得：W= R                                                (3.4) 即：W = K R                                            (3.5) 由表6-12得圆周铣削力： F =9.81c a a d a z k                       (3.6) =9.81×68.2×14 ×25 ×3.75×6×（ ） =1664.4 N 由表6-14查取水平切削分离及垂直切削分力为： F =1.2F =1.2×1664.4=1997.3 N                              (3.7) F =0.3F =0.3×1664.4=499.3 N                              (3.8) 则铣削合力： R= = =2058.7 N                    (3.9) L=7.5/cos +21.5sin                                       (3.10) =7.5× +21.5× =7.5× +21.5× =12.9 mm L =45 mm 将以上结果代入(3.5)式中得 W = K R= ×2.5× ×2058.7=2086.2 N (3) 分度装置的设计 根据工序要求，加工四方平面，为了便于保证质量及提高生产率，降低工人劳动量，故采用分度装置使工件在一次装夹中便于能加工出全部平面。常用的分度装置有机械、光学和电感式等不同类型，而机械式分度装置在机械加工中应用最广，并且为了方便起见，选用通用标准分度组件：圆盘式分度机构组件。 ①分度销的设计 分度销可以做成圆柱形的，也可以做成圆锥形的。圆锥形分度销能消除其与衬套配合的间隙，可以提高工作精度，但若锥孔中存有碎屑和污物，或分度销的推力弹簧的弹力不足时，反而影响工作精度；而圆柱形分度销由于结构简单，制造容易，特别是分度空气中如有污物和碎屑粘附，当分度销插入时，能把污物和碎屑推挤出来，故在实际成产中应用铰普遍。本分度装置所选用的分度销即为圆柱形分度销。 ②分度销操纵机构的设计 本分度装置采用齿杆齿条的分度销操纵机构，分度销棒的圆柱面上做出齿条，通过转动齿杆就可拔出分度销。 ③分度盘锁紧机构设计 在分度夹具上加工工件时，当切削力大，切削有振动式切削力不通过旋转中心时，分度后应当锁紧分度盘，否则切削时不仅产生振动，而且分度销承受切削力而过早磨损。 分度锁紧的方法大致有两种：一种是从转动部分的轴向把分度盘锁紧，另一种是在转动部分的圆周长，沿径向或切向把分度盘锁紧，本分度装置采用基于第一种方式的锁紧机构——卡箍锁紧机构，其锁紧原理为：当顺时针方向转动手柄时，卡箍收紧，以它的内圆锥面下压锥套，通过转轴把分度盘拉紧在夹具底座上而实现锁紧，旋转所需的间隙，用螺帽调节并用背帽锁住。 为了减少设置操纵手柄，故使锁紧与拔出分度锁联动进行。其动作步骤如下：逆时针方向转动手柄，螺杆退出，卡箍松开，与此同时，横销先在齿套的缺口中走空程，而齿套此时相当于空套在螺杆上，当横销碰在缺口的侧面时，便带动齿套一同旋转，从而将齿条式的分度销拔出，这时就可转动分度盘进行分度了。当下一个分度孔对准分度销时，顺时针方向转动手柄，使横销离开缺口的侧面，这时，分度销在弹簧的作用下便被缓缓地弹入分度孔中，则分度完毕，继续转动手柄，横销在缺口中走空程，卡箍收拢，直到锁紧分度盘为止。 本章小结： 本章描述了夹具的功能和作用，分析了机床夹具的设计要求以及机床夹具设计重点解决的问题，并且设计了一套专用夹具。 4  壳体的三维建模 4.1 简介 三维建模技术是一门通过软件来实现模型的技术手段。三维建模的关键技术是布线，造型，菜单命令很简单，最重要的还是思路和对结构的敏感。目前使用最广泛的三维建模电脑绘图软件包括Auto CAD、CATIA、UG NX、Pro/Enginer、SolidWorks、Inxentor。计算机图形学的发展使得三维表现技术得以形成，这些三维表现技术使我们能够再现三维世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息，这种技术就是可视化技术。可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交流。这种技术已经把人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以统一，这种革命性的变化无疑将极大地提高人们的工作效率。可视化技术赋予人们一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力，这样人们可以在三维图形世界中用以前不可想象的手段来获取信息或发挥自己创造性的思维。机械工程师可以从二维平面图中得以解放直接进入三维世界，从而很快得到自己设计的三维机械零件模型。 本次毕设的三维设计采用了solidworks软件，三维建模软件的共同特点是利用一些基本的几何元素，如立方体、球体等，通过一系列几何操作，如平移、旋转、拉伸等来构建复杂的零件或者几何场景。 所谓三维，按大众理论来讲，只是人为规定的互相交错（垂直是一个很有特性的理解）的三个方向，用这个三维坐标，看起来可以把整个世界任意一点的位置确定下来，三维是为了确定位置。在三维建模的作图过程中，有时需要及时的观察整体或局部效果，或者为了确定某一实体的位置，应从不同的角度显示实体。在壳体零件设计的过程中，可以随意插入其他特征的零件与之进行操作和修改，有别于装配体中的装配命令，还有当一个实体又很多圆角过渡造型比较复杂的时候，可以用分割的命令将其分成两个部分，然后分别对他们进行造型上的设计。在草图绘制的过程中，可以利用工具－草图绘制工具－封闭草图到模型边线的命令来封闭草图到模型边界，省去很多延伸和剪切。在旋转视图时， 用鼠标中键双击模型边的某条线段（应该要直线），然后按中键旋转， 视图就可以绕着该双击的线来旋转了。 4.2 三维实体建模 打开solidworks软件，设定前视基准面、上视基准面、右视基准面及原点。在前视基准面上根据零件图尺寸绘制部分草图，通过旋转命令得到如图4.1所示效果图 图4.1 旋转草图 在基准面上绘制圆形草图，草图中圆直径20mm，与已知轴定位尺寸43mm，然后进行凸台拉伸，如图4.2效果图 图4.2 凸台拉伸 分别绘制两个草图，如图4.3所示，依次进行切除旋转，如此便做好了零件下端圆柱的外形和内孔 图 4.3 切削旋转圆柱体 距离水平圆柱轴线上方38mm处设置基准面，然后在基准面上绘制草图，然后如图4.4所示进行凸台拉伸，在距离水平圆柱右侧36mm处设置竖直基准面，在这一基准面上绘制草图，然后进行切除旋转。 图 4.5 拉伸凸台及切除旋转 如图4.6设置基准面之后，在基准面上绘制Φ18mm圆，定位尺寸13mm，然后进行凸台拉伸23mm。 图 4.6 绘制草图及凸台拉伸 在上一基准面内绘制草图，尺寸按照零件图标准，以这同一草图，进行两次拉伸，得到如图4.7所示效果图 图 4.7 凸台拉伸 绘制草图，之后进行切除旋转，以达到加工内孔的效果，尺寸根据零件图尺寸，之后进行切除拉伸操作，如图4.8， 图4.8 切除旋转及切除拉伸 和以上方法类似，依次对零件的内孔进行切除旋转，如图4.9所示，绘制草图时注意尺寸要求及基准平面的选择，最后对零件外表面进行一次凸台拉伸，以达到要求。 图4.9 对内孔进行切除旋转及零件外部的凸台拉伸 最后如图4.10所示即为零件的三维图及剖视图 图 4.10 零件三维图及剖视图 本章小结： 本章通过使用solidworks三维制图软件绘制了壳体零件的三维图，更加形象的描述了零件。 总结与展望 论文总结 本课题为壳体零件制造工艺及夹具设计，针对本课题进行机械加工工艺规程的设计，专用夹具的设计，通过以上论述得出以下主要结论： 1、分析了国内外机床夹具的研究现状，对机床夹具有了深刻的了解； 2、确定了毛坯的种类和制造方法，通过对零件的分析，完成了机械加工工艺规程； 3、基于六点定位原理设计了一套铣床夹具； 4、利用solidworks软件，绘制出壳体零件三维图。 工作展望 毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程有助于培养我的学习能力和独立工作能力。 这个题目对于我而言是一个全新的挑战。在设计时，导师给我我很大的指导与帮助。我选择这个题目，就是想在大学这个最后的、最重要的时间里，把自己平时存在的问题解决掉，不能够带着问题遗憾的离开我的美好的大学。虽然在毕业设计的过程中存在许多问题，但通过自己不断的查阅书籍和导师的悉心指导，最后所有困难都迎刃而解。这对于培养我们的自学能力和独立工作能力是非常有帮助的。通过本次毕业设计，我感到自己应用基础知识及专业知识解决问题的能力有了很大的提高。我想，通过这次毕业设计，到了工作单位后，我将能够更快的适应工作岗位和工作要求。总之，这次毕业设计对我而言是受益匪浅的。 致谢 本课题在选题及研究过程中得到李兴山老师的亲切关怀和悉心指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 2012.06 赵浩然 参考文献 [1]  张耀宸.机械加工工艺设计手册[M].航空工业出版社，1987.12. [2]  肖诗钢等.螺纹铣刀[M].机械工业出版社，1986.10:151-215. [3]  马正元.机械制造工艺设计指导[M].东北大学出版社，1995.2:24-167. [4]  许音、马仙、杨晶.机械制造基础[M].机械工业出版社，2000.1. [5]  李延平，张喜群，王耀武，梁齐.新一代夹具的发展与应用[J].机械工人（冷加工），2006(06). [6]  李洪.机械加工工艺手册[M].北京出版社，1990.12. [7]  张耀宸.机械加工工艺设计使用手册[M].航空工业出版社，1993.9. [8]  卢克超、周利平.计算机辅助专用夹具CAD系统开发和研究[J].数控机床市场,2006(07). [9]  姬文芳.机床夹具设计[M].航空工业出版社，1994.3:74-158. [10]  李若林，孙鸿吉.点辅助支撑夹具的设计[J].汽车工艺与材料，1995(09). [11]  汤湘中.机床夹具设计[M].国防工业出版社，1994.3:74-262. [12]  黄克孚、王先逵.机械制造工程学[M].机械工业出版社，1988.12:8-166. [13]  蔡光起.机械制造工艺学[M].东北大学出版社，1994.8:169-184. [14]  余用仁.铣削用的自动夹具[J].机械工人.热加工，1954(03). [15]  机床夹具零件及部件[M].国家标准，北京，1993. [16]  袁哲俊.金属切削刀具[M].上海科学技术出版社，1993.9:90-160. [17]  朱大品.多工序用铣夹具[J].机械工人.冷加工，1993(04). [18]  乐兑谦.金属切削刀具[M].机械工业出版社，1992.12:57-60. [19]  孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导[M].北京，冶金工业出版社，2010. [20]  薛顺源等.机床夹具设计[M].北京，机械工业出版社，2001. [21]  张金生等.机械制造工艺与夹具设计指导[M]，北京，机械工业出版社，1995. [22]  刘杰，王成志.提高机床加工精度的可行性研究[J].重庆工学学报，1995(03) [23]  何七荣.浅谈数控机床的科学使用与管理[J].机械工人（冷加工），2006(11). [24]  闫志中，刘先梅.计算机辅助夹具设计方法及发展趋势[J].内蒙古林学院学报，1996(03). [25]  王文栋.国外模具文摘[J].模具工业，1986(05). [26]  李若林，孙鸿吉.点辅助支撑夹具的设计[J].汽车工艺与材料，1995(09). [27]  王赛唐，李盛宇.对《机床夹具设计》课程教学的几点思考[J].现代技能开发，2003(03). [28]  姜希光.夹具知识讲座 第三讲 如何正确地设计和使用机床夹具[J].机械工人.冷加工，1974(12). [29]  王凤鲜.浅谈组合夹具的重要作用[J].科技情报开发与经济,2008(13). 附录A 英文资料 附录B 汉语翻译 采用遗传算法优化加工夹具定位和加紧位置 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 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 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差。有限元分析在解决这其中的一些问题时是一种很有力的工具。 棱柱形零件常见的定位方法是3-2-1方法。该方法具有最大刚体度以及最小夹具元件数。在三维中一个工件可能会通过六自由度定位方法快速定位为了限制工件的九个自由度。其他的三个自由度通过夹具元件消除了。基于3-2-1定位原理的二位工件布局的例子如图4。 图4 3-2-1对二维棱柱工件定位布局 定位面得数量不得超过两个避免冗余的位置。基于3-2-1的夹具设计原则有两种精确的定位平面包含于两个或一个定位器。因此，在两边有最大的夹紧力抵抗每个定位平面。夹紧力总是指向定位器为了推动工件接触到所有的定位器。定位点对面应定位夹紧点防止工件由于夹紧力而扭曲。因为加工力沿着加工面，所以有必要确保定位器的反应力在所有时间内是正的。任何负面的反应力表示工件从夹具元件中脱离。换句话说，当反应力是负的时候，工件和夹具元件之间接触或分离的损失可能发生。定位器内正的反应力确保工件从切削开始到结束都能接触到所有的定位器。夹紧力应该充分束缚和定位工件且不导致工件的变形或损坏。本文不考虑夹紧力的优化。 4.2 基于夹具布局优化方法的遗传算法 在实际设计问题中，设计参数的数量可能很大并且它们对目标函数的影响会是非常复杂的。目标函数曲线必须是光滑的并且需要一个程序计算梯度。遗传算法在理念上远不同于其他的探究方法，它们包括传统的优化方法和其他随机方法。通过运用遗传算法来对夹具优化布局，可以获得一个或一组最优的解决方案。 本项研究中，最优定位器和夹具定位使用遗传算法确定。它们是理想的适合夹具布局优化问题的方法因为没有直接分析的关系存在于加工误差和夹具布局中。因为遗传算法仅仅为一个特别的夹具布局处理设计变量和目标函数值，所以不需要梯度或辅助信息。 建议方案流程图如图5。 使用开发的命名为GenFix的Delphi语言软件来实现夹具布局优化。位移量用ANSYS软件计算。通过WinExec功能在GenFix中运行ANSYS很简单。GenFix和ANSYS之间相互作用通过四部实现： （1） 定位器和夹具位置从二进制代码字符串中提取作为真正的参数。 （2） 这些参数和ANSYS输入批处理文件（建模、解决方案和后置处理）用WinExec功能传给ANSYS。 （3） 解决后将位移值写成一个文本文件。 （4） GenFix读这个文件并为当前定位器和夹紧位置计算适应度值。 为了减少计算量，染色体与适应度值储存在一个文库里以备进一步评估。GenFix首先检查是否当前的染色体的适应度值已经在之前被计算过。如果没有， 图5 设计方法的流程与ANSYS相配合流程 定位器位置被送到ANSYS，否则从文库中取走适应度值。在初始种群产生过程中，检查每一个染色体可行与否。如果违反了这个原则，它就会出局然后新的染 色体就产生了。这个程序创造了可行的初始种群。这保证了初始种群的每个染色体在夹紧力和切削力作用下工件的稳定性。用两个测试用例来验证提到的遗传算法计划。第一个实例是使用Himmelblau功能。在第二个测试用例中，遗传算法计划用来优化均布载荷作用下梁的支撑位置。 5.夹具布局优化的个案研究 该夹具布局优化问题的定义是：找到定位器和夹子的位置以使在特定区工件变形降到最小程度。那么多的定位器和夹子并不是设计参数因为它们在3-2-1方案中是已知的和固定的。因此，设计参数的选择如同定位器和夹子的位置。本研究中不考虑摩擦力。两个实例研究来说明以提出的方法。 6.结论 本文提出了一个夹具布局优化的评价优化技术。ANSYS用于FE计算适应度值。可以看到，遗传算法和FE方法的结合对当今此类问题似乎是一种强大的方法。遗传算法特别适合应用于解决那些在目标函数和设计变量之间不存在一个定义明确的数学关系的问题。结果证明遗传算法在夹具布局优化问题方面的成功应用。本项研究中，遗传算法在夹具布局优化应用中的主要困难是较高的计算成本。种群中每个染色体需要工件的重啮合。但是，染色体库的使用，FE评价的数量从6000下降到415。这就导致了巨大的增益计算效益。其他减少处理时间的方法是在局域网内使用分布式计算。 该方法结果表明，夹具布局优化问题是多模态问题。优化设计之间没有任何明显的相似之处尽管他们提供非常相似的表现。结果表明夹具布局问题是多模态问题然而用于夹具设计的启发式规则应该用于遗传算法来选择最优的设计。