C415017撥叉零件機(jī)械加工工藝規(guī)程及鉆φ15.5孔工裝夾具設(shè)計

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編號： 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 工件變形的問題可能導(dǎo)致機(jī)械加工中的空間問題。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關(guān)鍵問題。本文應(yīng)用夾具布局優(yōu)化遺傳算法（GAs）來處理夾具布局優(yōu)化問題。遺傳算法的方法是基于一種通過整合有限的運(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，用于來優(yōu)化夾具布局。給出的個案研究說明已開發(fā)的方法的應(yīng)用。采用染色體文庫方法減少整體解決問題的時間。已開發(fā)的遺傳算法保持跟蹤先前的分析設(shè)計，因此先前的分析功能評價的數(shù)量降低大約93%。結(jié)果表明，該方法的夾具布局優(yōu)化問題是多模式的問題。優(yōu)化設(shè)計之間沒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；遺傳算法；優(yōu)化 1. 引言 夾具用來定位和束縛機(jī)械操作中的工件，減少由于對確保機(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，加工夾具是通過反復(fù)試驗(yàn)法來設(shè)計和制造的，這是一個既造價高又耗時的制造過程。為確保工件按規(guī)定尺寸和公差來制造，工件必須給予適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓蛫A緊以確保有必要開發(fā)工具來消除高造價和耗時的反復(fù)試驗(yàn)設(shè)計方法。適當(dāng)?shù)墓ぜㄎ缓蛫A具設(shè)計對于產(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，3-2-1定位原則對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。從動力學(xué)觀點(diǎn)來看定位零件意味著限制了自由移動物體的六自由度（三個平動自由度和三個旋轉(zhuǎn)自由度）。在零件下部設(shè)置三個支撐來建立工件在垂直軸方向的定位。在兩個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于制造過程的全面準(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包圍工件的重力中心并且盡可能的將其分開放置以維持其穩(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。 對于給定數(shù)量的夾具元件，加工夾具合成的問題是尋找夾具優(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程序以用于計算工件變形情況下夾緊力和切削力。本文給出兩個實(shí)例來說明給出的方法。 2. 回顧相關(guān)工程結(jié)構(gòu) 最近幾年夾具設(shè)計問題受到越來越多的重視。然而，很少有注意力集中于優(yōu)化夾具布局設(shè)計。Menassa和Devries用FEA計算變形量使設(shè)計準(zhǔn)則要求的位點(diǎn)的工件變形最小化。設(shè)計問題是確定支撐器位置。Meyer和Liou提出一個方法就是使用線性編程技術(shù)合成動態(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)化問題。這個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開發(fā)出一種啟發(fā)式方法來計劃最好的支撐和夾緊位置。Tao等人提出一個幾何推理的方法來確定最優(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)這個系統(tǒng)基于動態(tài)模型分析受限于時變加工負(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程中的工件動力學(xué)。本文提出一個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力學(xué)在加工期間的影響。Amaral等人用ANSYS驗(yàn)證夾具設(shè)計的完整性。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給出全局最優(yōu)解決方案。所有的夾具布局優(yōu)化程序開始于一個初始可行布局。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。他們沒有考慮到工件夾具布局優(yōu)化對整體的變形。 GAs已被證明在解決工程中優(yōu)化問題是有用的。夾具設(shè)計具有巨大的解決空間并需要搜索工具找到最好的設(shè)計。一些研究人員曾使用GAs解決夾具設(shè)計及夾具布局問題。Kumar等人用GAs和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計夾具。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)來表示夾具元件的位置。夾具布局優(yōu)化程序設(shè)計的實(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)于一個廣泛調(diào)查不同優(yōu)化方法的相對有效性。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)計最優(yōu)配置的金屬片。MSC/NASTRAN已經(jīng)用于適應(yīng)度值評價。Liao提出自動選擇最佳夾子和夾鉗的數(shù)目以及它們在金屬片整合的夾具中的最優(yōu)位置。Krishnakumar和Melkote開發(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。通過節(jié)點(diǎn)編號使定位器和夾具位置特殊化。一個內(nèi)置的有限元求解器研制成功。 一些研究沒考慮到整個刀具路徑的優(yōu)化布局以及磨屑清除。一些研究采用節(jié)點(diǎn)編號作為設(shè)計參數(shù)。 在本研究中，開發(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)計參數(shù)而不是用FEA節(jié)點(diǎn)編號。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計算。用染色體文庫的方法是為了減少解決問題的時間。用兩個問題測試已開發(fā)的遺傳算法工具。給出的兩個實(shí)例說明了這個開發(fā)的方法。本論文的主要貢獻(xiàn)可以概括為以下幾個方面： (1)開發(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以降低計算時間； (3)使用真正的設(shè)計參數(shù)，而不是有限元節(jié)點(diǎn)數(shù)字； (4)當(dāng)工具在工件中移動時考慮磨屑清除工具。 3. 遺傳算法概念 遺傳算法最初由John Holland開發(fā)。Goldberg出版了一本書，解釋了這個理論和遺傳算法應(yīng)用實(shí)例的詳細(xì)說明。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。種群從一代到另一代演化，通過自然選擇逐漸提高了適應(yīng)環(huán)境的能力，更健康的個體有更好的機(jī)會，將他們的特征傳給后代。 該算法中，要基于為每個設(shè)計計算適合性，所以人工選擇取代自然環(huán)境選擇。適應(yīng)度值這個詞用來指明染色體生存幾率，它在本質(zhì)上是該優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)。生物定義的特征染色體用代表設(shè)計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)遺傳算法和問題中的一種編碼的設(shè)計變量和參數(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。評價在每個重復(fù)中的許多不同的設(shè)計要點(diǎn)而不是一個點(diǎn)順序移動到下一個。 (3)遺傳算法僅僅需要一個適當(dāng)?shù)幕蚰繕?biāo)函數(shù)值。沒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)則來發(fā)現(xiàn)新設(shè)計為探索點(diǎn)而不是利用基于梯度信息的確定性規(guī)則來找到這些新觀點(diǎn)。 4. 方法 4.1 夾具定位原則 加工過程中，用夾具來保持工件處于一個穩(wěn)定的操作位置。對于夾具最重要的標(biāo)準(zhǔn)是工件位置精確度和工件變形。一個良好的夾具設(shè)計使工件幾何和加工精度誤差最小化。另一個夾具設(shè)計的要求是夾具必須限制工件的變形。考慮切削力以及夾緊力是很重要的。沒有足夠的夾具支撐，加工操作就不符合設(shè)計公差。有限元分析在解決這其中的一些問題時是一種很有力的工具。 棱柱形零件常見的定位方法是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)。在三維中一個工件可能會通過六自由度定位方法快速定位為了限制工件的九個自由度。其他的三個自由度通過夾具元件消除了。基于3-2-1定位原理的二位工件布局的例子如圖4。 圖4 3-2-1對二維棱柱工件定位布局 定位面得數(shù)量不得超過兩個避免冗余的位置。基于3-2-1的夾具設(shè)計原則有兩種精確的定位平面包含于兩個或一個定位器。因此，在兩邊有最大的夾緊力抵抗每個定位平面。夾緊力總是指向定位器為了推動工件接觸到所有的定位器。定位點(diǎn)對面應(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庸っ妫杂斜匾_保定位器的反應(yīng)力在所有時間內(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，當(dāng)反應(yīng)力是負(fù)的時候，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)計問題中，設(shè)計參數(shù)的數(shù)量可能很大并且它們對目標(biāo)函數(shù)的影響會是非常復(fù)雜的。目標(biāo)函數(shù)曲線必須是光滑的并且需要一個程序計算梯度。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。通過運(yùn)用遺傳算法來對夾具優(yōu)化布局，可以獲得一個或一組最優(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)化問題的方法因?yàn)闆]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傳算法僅僅為一個特別的夾具布局處理設(shè)計變量和目標(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。 使用開發(fā)的命名為GenFix的Delphi語言軟件來實(shí)現(xiàn)夾具布局優(yōu)化。位移量用ANSYS軟件計算。通過WinExec功能在GenFix中運(yùn)行ANSYS很簡單。GenFix和ANSYS之間相互作用通過四部實(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)解決后將位移值寫成一個文本文件。 (4)GenFix讀這個文件并為當(dāng)前定位器和夾緊位置計算適應(yīng)度值。 為了減少計算量，染色體與適應(yīng)度值儲存在一個文庫里以備進(jìn)一步評估。GenFix首先檢查是否當(dāng)前的染色體的適應(yīng)度值已經(jīng)在之前被計算過。如果沒有，定位器位置被送到ANSYS，否則從文庫中取走適應(yīng)度值。在初始種群產(chǎn)生過程中，檢查每一個染色體可行與否。如果違反了這個原則，它就會出局然后新的染色體就產(chǎn)生了。這個程序創(chuàng)造了可行的初始種群。這保證了初始種群的每個染色體在夾緊力和切削力作用下工件的穩(wěn)定性。用兩個測試用例來驗(yàn)證提到的遺傳算法計劃。第一個實(shí)例是使用Himmelblau功能。在第二個測試用例中，遺傳算法計劃用來優(yōu)化均布載荷作用下梁的支撐位置。 圖5 設(shè)計方法的流程與ANSYS相配合流程 5. 夾具布局優(yōu)化的個案研究 該夾具布局優(yōu)化問題的定義是：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)計參數(shù)因?yàn)樗鼈冊?-2-1方案中是已知的和固定的。因此，設(shè)計參數(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。兩個實(shí)例研究來說明以提出的方法。 6. 結(jié)論 本文提出了一個夾具布局優(yōu)化的評價優(yōu)化技術(shù)。ANSYS用于FE計算適應(yīng)度值?？梢钥吹?，遺傳算法和FE方法的結(jié)合對當(dāng)今此類問題似乎是一種強(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)計變量之間不存在一個定義明確的數(shù)學(xué)關(guān)系的問題。結(jié)果證明遺傳算法在夾具布局優(yōu)化問題方面的成功應(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算成本。種群中每個染色體需要工件的重嚙合。但是，染色體庫的使用，F(xiàn)E評價的數(shù)量從6000下降到415。這就導(dǎo)致了巨大的增益計算效益。其他減少處理時間的方法是在局域網(wǎng)內(nèi)使用分布式計算。 該方法結(jié)果表明，夾具布局優(yōu)化問題是多模態(tài)問題。優(yōu)化設(shè)計之間沒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)果表明夾具布局問題是多模態(tài)問題然而用于夾具設(shè)計的啟發(fā)式規(guī)則應(yīng)該用于遺傳算法來選擇最優(yōu)的設(shè)計。 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 第 張 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 張 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 機(jī)加工 9 鉆孔 ZG310-0570 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每坯件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 鉆床 X525 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 乳化液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 終準(zhǔn) 單件 工步號 工步內(nèi)容 工藝裝備 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) 基本工時 min 1 鉆孔ф14.5+0.18 0，表面粗糙度為12.5 高速鋼麻花鉆 272 13 0.62 14.5 1 0.36 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 C415017 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 撥叉 共 2 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 ZG310-0570 毛 坯 種 類 鑄件 毛坯外形尺寸 218.5×174×77mm3 每毛坯件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備注 工 序 號 安裝 工步 工序名稱 及工序內(nèi)容 主軸轉(zhuǎn)速(r/min） 切削速度(m/min) 進(jìn)給量(mm/r) 背吃刀量(mm) 設(shè) 備 夾 具 刀 具 量具 工 時（min） 總時 單件 01 1 1 粗銑ф40左端面(T2)，尺寸至760 -0.3，表面粗糙度為12.5 475 149.15 0.8 1 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 19000 0.19 02 1 1 粗銑ф40右端面(T1)，尺寸至750 -0.3， 表面粗糙度為12.5 475 149.15 0.8 1 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 19000 0.19 03 1 1 鉆ф25，尺寸至ф23+0.21 0，表面 粗糙度為12.5 272 18.7 0.36 11.5 Z525型立式鉆床 專用夾具 高速麻花鉆頭 塞規(guī) 89000 0.89 04 1 1 粗銑叉口左端面(T3)，尺寸至 58.750 -0.3，表面粗糙度為12.5 300 188.4 1 0.5 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 59000 0.59 05 1 1 粗銑叉口右端面(T4)凸臺1，尺寸至25.250 -0.21，表面粗糙度為12.5 475 149.15 0.8 0.5 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 18400 0.184 1 粗銑叉口右端面(T4)凸臺2，尺寸至25.250 -0.21，表面粗糙度為12.5 475 149.15 0.8 0.5 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 18400 0.184 06 1 1 粗銑方槽上端面(T7)，尺寸至300 -0.21， 表面粗糙度為12.5 475 147.15 0.8 1 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 18000 0.18 07 1 1 粗銑方槽，尺寸至190 -0.21，表面 粗糙度為12.5 118 37.052 0.05 13 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金三面盤銑刀 卡規(guī) 66000 0.66 08 1 1 粗銑ф32圓柱體上槽，表面 粗糙度為12.5 375 18.84 0.312 20 XA5032立式銑床 專用夾具 高速鋼鑲齒立銑刀 卡板 38900 0.389 09 1 1 鉆ф15.5孔，尺寸至ф14.5+0.18 0， 表面粗糙度為12.5 272 13 0.62 14.5 Z525型立式鉆床 專用夾具 高速麻花鉆頭 塞規(guī) 36000 0.36 10 1 1 粗銑叉口內(nèi)側(cè)面1(T5)，尺寸至 19.50 -0.21，表面粗糙度為12.5 475 149.15 0.8 0.5 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 1 粗銑叉口內(nèi)側(cè)面2(T6)，尺寸至 19.50 -0.21，表面粗糙度為12.5 475 149.15 0.8 0.5 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 11 1 1 擴(kuò)ф25孔，尺寸至ф24.8+0.084 0， 表面粗糙度為6.3 97 6 0.81 0.5 Z525型立式鉆床 專用夾具 高速麻花鉆頭 塞規(guī) 106000 1.06 1 粗鉸ф25孔，尺寸至ф24.94+0.031 0，表面粗糙度為3.2 140 10 0.4 1.8 Z525型立式鉆床 專用夾具 高速麻花鉆頭 塞規(guī) 133000 1.33 12 1 1 半精銑叉口左端面(T3)，尺寸至 58.450 -0.19，表面粗糙度為6.3 300 188.4 1 0.3 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 59000 0.59 設(shè)計（日期） 校對（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 太原理工大學(xué) 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 C415017 零件圖號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 撥叉 共 2 頁 第 2 頁 材 料 牌 號 ZG310-0570 毛 坯 種 類 鑄件 毛坯外形尺寸 218.5×174×77mm3 每毛坯件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備注 工 序 號 安裝 工步 工序名稱 及工序內(nèi)容 主軸轉(zhuǎn)速(r/min） 切削速度(m/min) 進(jìn)給量(mm/r) 背吃刀量(mm) 設(shè) 備 夾 具 刀 具 量具 工 時（min） 總時 單件 13 1 1 半精銑叉口右端面(T4)凸臺1，尺寸至24.950 -0.13，表面粗糙度為6.3 475 149.15 0.8 0.3 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 1 半精銑叉口右端面(T4)凸臺2，尺寸至24.950 -0.13，表面粗糙度為6.3 475 149.15 0.8 0.3 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 14 1 1 半精銑方槽，尺寸至18.30 -0.13， 表面粗糙度為6.3 475 149.15 0.8 0.7 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金三面盤銑刀 卡規(guī) 18100 0.181 15 1 1 擴(kuò)ф15.5孔，尺寸至ф15.5+0.07 0， 表面粗糙度為6.3 97 6 0.36 1 Z525立式鉆床 專用夾具 高速鋼麻花鉆頭 塞規(guī) 126000 1.26 16 1 1 半精銑叉口內(nèi)側(cè)面1(T5)，尺寸至 19.20 -0.13，表面粗糙度為6.3 475 149.15 0.8 0.3 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 1 半精銑叉口內(nèi)側(cè)面2(T6)，尺寸至 19.20 -0.13，表面粗糙度為6.3 475 149.15 0.8 0.3 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 17 1 1 精鉸ф25孔，尺寸至ф25+0.021 0， 表面粗糙度為1.6 140 12 1 0.06 Z525立式鉆床 專用夾具 高速鋼麻花鉆頭 塞規(guī) 76000 0.76 18 1 1 精銑叉口左端面(T3)，尺寸至 58.250 -0.03，表面粗糙度為3.2 300 188.4 1 0.2 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 59000 0.59 19 1 1 精銑叉口右端面(T4)凸臺1，尺寸至24.850 -0.021，表面粗糙度為3.2 475 149.15 0.8 0.2 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 1 精銑叉口右端面(T4)凸臺2，尺寸至24.850 -0.021，表面粗糙度為3.2 475 149.15 0.8 0.2 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 20 1 1 精銑方槽，尺寸至180 -0.018， 表面粗糙度為3.2 475 149.15 0.8 0.3 XA5032立式銑床 YT15硬質(zhì)合金三面盤銑刀 卡規(guī) 18100 0.181 21 1 1 精銑叉口內(nèi)側(cè)面1(T5)，尺寸至 190 -0.021，表面粗糙度為3.2 475 149.15 0.8 0.2 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 1 精銑叉口內(nèi)側(cè)面2(T6)，尺寸至 190 -0.021，表面粗糙度為3.2 475 149.15 0.8 0.2 XA5032立式銑床 專用夾具 YT15硬質(zhì)合金端銑刀 卡板 13600 0.136 22 1 1 攻M18的螺紋，保證精度等級6H 272 6 0.16 1 Z525立式鉆床 專用夾具 M16絲錐 螺紋規(guī) 23000 0.23 23 1 1 去毛刺 24 1 1 技術(shù)要求面淬火 25 1 總檢 設(shè)計（日期） 校對（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 目錄 一、零件分析————————————————————1 二、鑄造工藝方案設(shè)計————————————————3 三、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計——————————————6 四、夾具設(shè)計————————————————————73 五、總結(jié)——————————————————————76 六、參考文獻(xiàn)————————————————————77 1零件分析 1.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 圖紙所示是產(chǎn)品的換擋撥叉，該產(chǎn)品年產(chǎn)量10000件臺，其設(shè)備廢品率為10%，機(jī)械加工廢品率為1%，故柔性連接座的生產(chǎn)綱領(lǐng)為： N=Qn1+α%+β%=10000×1×1+10%+1%=11100件/年 1.2 零件的工藝分析 該零件主要加工面有平面、光孔和螺紋孔，可通過銑、鉆、擴(kuò)、鉸及攻螺紋來獲得。加工參數(shù)如下： 銑T1,T2面至尺寸75-0.30mm,表面粗糙度要求12.5； 銑T3,T4面至尺寸8-0.10mm，表面粗糙度要求3.2，以?25孔軸線為基準(zhǔn)有0.05的垂直度要求； 銑T5,T6面至尺寸1360+0.5mm, 表面粗糙度要求3.2，兩平面有0.05的平行度要求，以?15.5孔軸線為基準(zhǔn)有0.04的平行度要求； 銑T7面至尺寸30-0.210mm，表面粗糙度要求12.5； 銑方形槽至尺寸18-0.0180mm，表面粗糙度要求3.2； 鉆Φ25mm的孔至尺寸Φ250+0.021mm，表面粗糙度要求3.2； 鉆Φ15.5mm孔至尺寸Φ15.50+0.07mm，表面粗糙度要求6.3； 攻長為20的M18螺紋孔，表面粗糙度要求6.3； 根據(jù)以上的分析可知，可以先加工一個平面作為基準(zhǔn)加工其他平面。以T1面為粗基準(zhǔn)加工T2面。 1.3 零件的作用 題目所給的零件是C415017車床的撥叉。它位于車床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換擋，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的Φ25孔與操縱機(jī)構(gòu)相連接，而下方的Φ136半圓孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下放的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。 2 鑄造工藝方案設(shè)計 2.1確定毛坯種類 零件材料為ZG310-0570.考慮零件在運(yùn)行過程種所受的沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇熔模鑄造生產(chǎn)方法。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》第41頁表2.2-5,選用鑄件尺寸公差等級為CT-7。此外應(yīng)盡可能選擇各種已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用刀具、通用量具、檢具及輔助工具加工及檢驗(yàn)工件。 2.2確定鑄件加工余量及形狀 查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 第41頁表2.2-5， 選用加工余量為MA-E級，并查表2.2-4確定各個加工面的鑄件機(jī)械加工余量，鑄件的加工余量，如下表2-1所示: 表2-1鑄件加工余量 加工面代號 基本尺寸 加工余量等級 加工余量 說明 T1 Ф40 E 1 單側(cè)加工 T2 Ф40 E 1 單側(cè)加工 T3 107 E 1 單側(cè)加工 T4 25.75 E 1 單側(cè)加工 T5、T6 136 E 2 雙側(cè)加工 T7 30 E 1 單側(cè)加工 D1 Ф15.5 E 15.5 孔降一級雙側(cè)加工 D2 Ф25 E 25 孔降一級雙側(cè)加工 2.3繪制鑄造毛坯圖 2.4 確定鑄造工藝參數(shù) 2.4.1 鑄造壁的最小厚度 在鑄造工藝上為保證鑄造工件質(zhì)量，當(dāng)鑄造壁厚小于《機(jī)械制造工藝簡明手冊》44頁2.2-7上尺寸時不可鑄出，據(jù)此可以判定零件上較大面積6mm薄壁結(jié)構(gòu)的可以通過熔模鑄造鑄出。 2.4.2鑄造斜度 參照《機(jī)械制造工藝簡明手冊》44頁表2.2-8，據(jù)此可判定零件上斜度為7°的肋可以通過熔模鑄造鑄出。 2.4.3圓角半徑 參照《機(jī)械制造工藝簡明手冊》45頁表2.2-9的圓角半徑計算表，熔模鑄造選擇圓角半徑為2mm。 3 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計 3.1 基面的選擇及工序安排 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基面選擇得正確合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工過程中會問題百出，甚至造成零件大批量報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。 3.1.1 粗基準(zhǔn)的選擇 以T1面為粗基準(zhǔn)，在銑床上銑面T2，以T2面為精基準(zhǔn)加工其他表面。以T5、T6面為粗基準(zhǔn)，在鉆床上銑面D2。 3.1.2 精基準(zhǔn)的選擇 以T2為精基準(zhǔn)加工T3面，以T1內(nèi)表面為精基準(zhǔn)加工T4面，以D1、D2為精基準(zhǔn)對T5、T6面加工。 3.1.3 制訂工藝路線 生產(chǎn)為小批量生產(chǎn)，采用普通機(jī)床機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。同時還可降低生產(chǎn)成本。 工序1熔模鑄造 工序2粗銑ф40右端面（T2），以左端面T1為粗基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至760 -0.3，表面粗糙度為12.5 工序3粗銑ф40左端面（T1），以右端面T2為精基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至750 -0.3，表面粗糙度為12.5； 工序4鉆ф25，以ф40右端面T2和外表面為基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具加工，尺寸至ф23+0.21 0，表面粗糙度為12.5； 工序5粗銑叉口左端面(T3)，以ф25孔和ф40右端面T2為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至58.750 -0.3，表面粗糙度為12.5； 工序6粗銑叉口右端面(T4)，以ф25孔和ф40左端面T1為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至25.250 -0.21，表面粗糙度為12.5； 工序7粗銑方槽上端面(T7)，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至300 -0.21，表面粗糙度為12.5； 工序8粗銑方槽，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至190 -0.21，表面粗糙度為12.5； 工序9粗銑ф32圓柱體上槽，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，表面粗糙度為12.5； 工序10鉆ф15.5孔，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具加工，尺寸至ф14.5+0.18 0，表面粗糙度為12.5； 工序11粗銑叉口內(nèi)側(cè)面1(T5)，內(nèi)側(cè)面2(T6)，以T1面和ф15.5孔為基準(zhǔn),采用XA5032立式銑床加專用夾具,尺寸至1350 -0.4，表面粗糙度為12.5 工序12擴(kuò)ф25孔，以T2面和ф40外表面為基準(zhǔn)，采用XA5032立式銑床加專用夾具加工，尺寸至ф24.8+0.084 0，表面粗糙度為6.3；粗鉸ф25孔，尺寸至ф24.94+0.031 0，表面粗糙度為3.2； 工序13半精銑叉口左端面(T3)，以ф25孔和ф40右端面T2為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至58.450 -0.19，表面粗糙度為6.3； 工序14半精銑叉口右端面(T4)，以ф25孔和ф40左端面T1為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至24.950 -0.13，表面粗糙度為6.3； 工序15半精銑方槽，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至18.30 -0.13，表面粗糙度為6.3； 工序16擴(kuò)ф15.5孔，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具加工，尺寸至ф15.5+0.07 0，表面粗糙度為6.3； 工序17半精銑叉口內(nèi)側(cè)面1(T5)，內(nèi)側(cè)面2(T6)，以T1面和ф15.5孔為基準(zhǔn),采用XA5032立式銑床加專用夾具,尺寸至135.60 -0.25，表面粗糙度為6.3； 工序18精鉸ф25孔，以T2面和ф40外表面為基準(zhǔn)，采用XA5032立式銑床加專用夾具加工，尺寸至ф25+0.021 0，表面粗糙度為1.6； 工序19精銑叉口左端面(T3)，以ф25孔和ф40右端面T2為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至58.250 -0.03，表面粗糙度為3.2； 工序20精銑叉口右端面(T4)，以ф25孔和ф40左端面T1為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至24.850 -0.021，表面粗糙度為3.2； 工序21精銑方槽，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用 XA5032 立式銑床加專用夾具加工，尺寸至180 -0.018，表面粗糙度為3.2； 工序22精銑叉口內(nèi)側(cè)面1(T5)，內(nèi)側(cè)面2(T6)，以T1面和ф15.5孔為基準(zhǔn),采用XA5032立式銑床加專用夾具,尺寸至1360 -0.04，表面粗糙度為3.2； 工序23攻M18的螺紋，以T1面，ф25孔和T5T6為基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具加工，保證精度等級6H； 工序24去毛刺 工序25技術(shù)要求面淬火 工序26總檢 3.2 確定機(jī)械加工余量及工序尺寸 根據(jù)以上原始資料及機(jī)械加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸如下： 3.2.1 加工T1，T2面 根據(jù)平面的精度要求，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》21頁表1.4-8，得可用粗銑達(dá)到要求精度。查《機(jī)械加工余量手冊》129頁表5-45 表5-53確定工序間加工余量，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表1.4-24標(biāo)準(zhǔn)公差值可得如下具體工序尺寸如表3-1 表3-1加工T1,T2面具體工序尺寸 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 經(jīng)濟(jì)精 度 工序尺寸（mm） 表面粗糙度 鑄件 77+0.55 -0.55 T2面 粗銑 1 IT12 760 -0.3 Ra12.5 T1面 粗銑 1 IT12 750 -0.3 Ra12.5 3.2.2加工T3面 根據(jù)平面的精度要求，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》21頁表1.4-8，得可用粗銑、半精銑、精銑達(dá)到要求精度。查《機(jī)械加工余量手冊》129頁表5-45 表5-53確定工序間加工余量，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表1.4-24標(biāo)準(zhǔn)公差值可得如下具體工序尺寸如表3-2： 表3-2 加工T3面具體工序尺寸 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 毛坯 59.25+0.5 -0.5 T3面 粗銑 0.5 IT12 58.750 -0.3 Ra 12.5 半精銑 0.3 IT11 58.450 -0.19 Ra6.3 精銑 0.2 IT7 58.250 -0.03 Ra 3.2 3.2.3加工T4面 根據(jù)平面的精度要求，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》21頁表1.4-8，得可用粗銑、半精銑、精銑達(dá)到要求精度。查《機(jī)械加工余量手冊》129頁表5-45 表5-53確定工序間加工余量，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表1.4-24標(biāo)準(zhǔn)公差值可得如下具體工序尺寸如表3-3： 表3-3 加工T4面具體工序尺寸 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 毛坯 25.75+0.45 -0.45 T4面 粗銑 0.5 IT12 25.250 -0.21 Ra 12.5 半精銑 0.3 IT11 24.950 -0.13 Ra6.3 精銑 0.2 IT7 24.750 -0.021 Ra 3.2 3.2.4加工T5、T6面 根據(jù)平面的精度要求，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》21頁表1.4-8，得可用粗銑、半精銑、精銑達(dá)到要求精度。查《機(jī)械加工余量手冊》129頁表5-45， 表5-53確定工序間加工余量，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表1.4-24標(biāo)準(zhǔn)公差值可得如下具體工序尺寸如表3-4: 表3-4 加工T5、T6面具體工序尺寸 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 毛坯 134+0.6 -0.6 T5、T6面 粗銑 2×0.5 IT12 1350 -0.4 Ra 12.5 半精銑 2×0.3 IT11 135.60 -0.25 Ra6.3 精銑 2×0.2 IT7 1360 -0.04 Ra 3.2 3.2.5加工方槽、T7面 根據(jù)平面的精度要求，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》21頁表1.4-8，得可用粗銑、半精銑、精銑達(dá)到要求精度。查《機(jī)械加工余量手冊》129頁表5-45 表5-53確定工序間加工余量，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表1.4-24標(biāo)準(zhǔn)公差值可得如下具體工序尺寸如表3-5: 表3-5 加工方槽、T7面具體工序尺寸 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 毛坯 31+0.45 -0.45 T7面 粗銑 1 IT12 300 -0.21 Ra 12.5 方槽 粗銑 11 IT12 190 -0.21 Ra 12.5 半精銑 0.7 IT11 18.30 -0.13 Ra6.3 精銑 0.3 IT7 180 -0.018 Ra 3.2 3.2.6 加工ф25孔 根據(jù)孔的精度要求，查 《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 21頁表1.4-8，得可用鉆、擴(kuò)、粗鉸、精鉸達(dá)到要求精度。查《機(jī)械加工余量手冊》129頁表5-45 表5-53確定工序間加工余量，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表1.4-24標(biāo)準(zhǔn)公差值可得如下具體工序尺寸如表3-6： 表3-5 加工ф25孔具體工序尺寸 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 Ф25孔 鉆 23 IT12 ф23+0.21 0 Ra 12.5 擴(kuò) 1.8 IT10 ф24.8+0.084 0 Ra 6.3 粗鉸 0.14 IT8 ф24.94+0.031 0 Ra3.2 精鉸 0.06 IT7 ф25+0.021 0 Ra 1.6 3.2.6 加工ф15.5螺紋孔 根據(jù)孔的精度要求，查 《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 21頁表1.4-8，得可用鉆、擴(kuò)達(dá)到要求精度。根據(jù)螺紋的精度要求，查 《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 23頁表1.4-17，得可用絲錐加工達(dá)到要求精度。查《機(jī)械加工余量手冊》129頁表5-45 表5-53確定工序間加工余量，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表1.4-24標(biāo)準(zhǔn)公差值可得如下具體工序尺寸如表3-6： 表3-5 加工ф15.5螺紋孔具體工序尺寸 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量（mm） 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 ф15.5螺紋孔 鉆 14.5 IT12 ф14.5+0.18 0 Ra 12.5 擴(kuò) 1 IT10 ф15.5+0.07 0 Ra 6.3 攻螺紋 20 IT6 6H Ra3.2 3.3 確定切削用量及基本時間 3.3-1粗銑T2端面 （1）選擇刀具 根據(jù)《切削用量簡明手冊》5頁表1.2所選刀具為YT15硬質(zhì)合金刀片。 根據(jù)《切削用量簡明手冊》84頁表3.1，銑削深度ap≤4mm，故應(yīng)根據(jù)銑削寬度ae≤90mm，選擇d0為100mm。由于采用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金端銑刀，故齒數(shù)z=5。（2）選擇銑削用量 n 背吃刀量ap：由于加工余量為1mm，故可在一次走刀內(nèi)切完，取ap=1mm。 n 確定每齒進(jìn)給量af： 根據(jù)《切削用量簡明手冊》88頁表3.5，當(dāng)使用YT15，銑床功率為7.5kW（表3.30，XA5032型立銑床說明書），每齒進(jìn)給量af=0.09~0.18mm/z，采用對稱銑削，取af=0.18mm/z。 n 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命： 根據(jù)《切削用量簡明手冊》88頁表3.7-3.8，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.2mm，由于銑刀直徑d0=100mm，故刀具壽命T=180min。 n 確定銑削速度vc和每分鐘進(jìn)給量 根據(jù)給定條件，查《切削用量簡明手冊》56頁表3.16，根據(jù)ap=1mm<5mm得 vc=154m/min nt=491r/min vft=393mm/min 根據(jù)《切削用量簡明手冊》98頁表3.16查出修正系數(shù)： kMv=kMn=kMvf=1.13 ksv=ksn=ksvf=0.8 故 vc=vtkv=154×1.13×0.8m/min=139.216m/min n=ntkn=491×1.13×0.8r/min=443.864 r/min vf=vftkvt=393×1.13×0.8mm/min=355.272 mm/min 根據(jù)《切削用量簡明手冊》111頁表3.30 X5032A型立式銑床說明書取 nc=475r/min，vf=375mm/min 因此實(shí)際切削速度和每齒進(jìn)給量為 vc=πd0n1000=3.14×100×4751000=149.15m/min fzc=vfcncz=150475×4=0.16mm/z （3）校驗(yàn)機(jī)床功率: 根據(jù) 《切削用量簡明手冊》 105頁表3.24，當(dāng)ae≤72mm，ap=1.7mm，每分鐘進(jìn)給量為375mm，每齒進(jìn)給量為0.16mm時由表選擇 Pcc=1.3kW 根據(jù)《切削用量簡明手冊》111頁表3.30，機(jī)床主軸允許功率為 PCM=7.5×0.75=5.63kW 故Pcc3，所以f=0.25~0.31×1=0.39~0.47mm/r。 按鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》51頁表2.8，鉆頭強(qiáng)度的允許進(jìn)給量為f=1.24mm/r。 按機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度決定進(jìn)給量：根據(jù)表2.9，進(jìn)給量f=0.88mm/r 從以上三個進(jìn)給量比較可以看出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，根據(jù)Z525鉆床說明書，選擇f=0.36mm/r 由于加工通孔，為了避免孔即將鉆穿時鉆頭容易折斷，故宜在孔即將鉆穿時停止自動進(jìn)給而采用手動進(jìn)給。 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度校核 由表2.19可查出鉆孔時的軸向力，當(dāng)f=0.13mm/r，d0<14.5mm時，軸向力Ff=6090N。軸向力修正系數(shù)為1，故軸向力Ff=6090N。 根據(jù)Z525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Fmax=8830N。由于·Ff

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