0074-工藝夾具-套筒加工工藝及（鏜孔）夾具設計

0074-工藝夾具-套筒加工工藝及（鏜孔）夾具設計,工藝,夾具,套筒,加工,鏜孔,設計 學位論文附錄二 ：中文翻譯 通過夾具布局設計和夾緊力的優(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主要方面。在本文提出了一種多目標模型的建立，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。最后舉了一個例子說明，一個令人滿意的結果被求得， 這是遠優(yōu)于經(jīng)驗之一的。多目標模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。關鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法1 引言夾具設計在制造工程中是一項重要的程序。這對于加工精度是至關重要。一個工件應約束在一個帶有夾具元件，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，應該從戰(zhàn)略的設計，并且適當?shù)膴A緊力應適用。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行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設計師的經(jīng)驗，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)化成為夾具設計方案的兩個主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應適當?shù)倪x擇和計算，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。 夾具設計的目的是要找到夾具元件關于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標優(yōu)化方法是代表了夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個觀點是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來計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)達且直接的搜索工具箱，并且被應用于解決優(yōu)化問題。最后還給出了一個案例的研究，以闡述對所提算法的應用。2 文獻回顧隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運用，近幾年夾具設計優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設計優(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)化夾具布局設計的方法。DeMeter也用了一個剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計算質量的有限元計算法。李和melkote用了一個非線性編程方法和一個聯(lián)絡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于多鉗夾具受到準靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認為工件在加工過程中處于動態(tài)。相結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行夾具設計與分析。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行了拓展。秦等人建立了一個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)化設計的問題是非線性的，因為目標的功能和設計變量之間沒有直接分析的關系。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。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)查的方法和結果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個夾具布局優(yōu)化技術，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個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等人建成了一個分析模型，認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 討論了混合學習系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡被用來計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)絡結合起來發(fā)展夾具設計系統(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去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時，一些研究沒有考慮為整個刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點數(shù)目作為設計參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時進行。 有幾項研究摩擦和碎片考慮進去了。碎片的移動和摩擦接觸的影響對于實現(xiàn)更為現(xiàn)實和準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)，以達到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標優(yōu)化模型被建立了。一個優(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，結果多目標優(yōu)化模型對低剛度工件而言是比較單一的目標優(yōu)化方法、經(jīng)驗和方法。3 多目標優(yōu)化模型夾具設計一個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。夾具元件-工件接觸點的位置必須在候選位置。為一個問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學上仿照如下： 這里的表示加工區(qū)域在加工當中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；是靜態(tài)摩擦系數(shù)；fhi是切向力在i次的接觸點；pos(i)是i次的接觸點；是可選區(qū)域的i次接觸點；整體過程如圖1所示，一要設計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算出來。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時也是被發(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 夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化4.1 遺傳算法遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過程的強勁，隨機和啟發(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。每一個人口中的候選個體指派一個健身的價值，通過一個功能的調(diào)整，以適應特定的問題。遺傳算法，然后進行復制，交叉和變異過程消除不適宜的個人和人口的演進給下一代。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)勝個體代表全最好的方法。遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設計時需夾具布局和夾緊力作為設計變量，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)的夾具設計計劃。在這項研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運用的。 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 。只有當在一個人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時，nchg達到一個預先定義的價值ncmax ，或有多少幾代氮，到達演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒有遺傳算法停止。有五個主要因素，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)生夾具設計字符串，當受到加工負荷時不完全限制夾具。這些解決方案被認為是不可行的，且被罰的方法是用來驅動遺傳算法，以實現(xiàn)一個可行的解決辦法。1夾具設計的計劃被認為是不可行的或無約束，如果反應在定位是否定的。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劃的高目標函數(shù)值時不可行的。因此，驅動它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對于約束（4），當遺傳算子產(chǎn)生新個體或此個體已經(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。多邊形的頂點是用于檢查?！癷npolygon ”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算。有限元模型是一個考慮摩擦效應的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個位置或支持，是代表三個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。每個元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點所包圍。圖3 連續(xù)插值這系列節(jié)點，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，與這些每一個節(jié)點相關聯(lián)。對任何一套節(jié)點，彈簧常數(shù)是：這里，kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點周圍i次夾具元件，Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點周圍之間的距離，ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置,i 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點數(shù)量為每個加工負荷的一步，適當?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個工作里，正常的彈簧約束在這三個方向（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。整個刀具路徑是模擬為每個夾具設計計劃所產(chǎn)生的遺傳算法應用的高峰期的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)被考慮進去。在機床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結構剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點的工具運動和碎片移除使用的元素死亡技術。在為了計算健身價值，對于給定夾具設計方案，位移存儲為每個負載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設計計劃的健身價值。遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動實施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個文本文件。那個輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計算加工表面的變形。 因此， 健身價值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當前夾具設計計劃的一個文本文件。當有大量的節(jié)點在一個有限元模型時，計算健身價值是很昂貴的。因此，有必要加快計算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項工作中，計算健身價值和染色體存放在一個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值已計算之前，先檢查；如果不，夾具設計計劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個計算時間保持不變。每計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“恢復”ANSYS 命令。5 案例研究一個關于低剛度工件的銑削夾具設計優(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152.4mm127mm*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 模擬和加工的運作舉例將工件進行周邊銑削，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算和應用，當工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時。整個刀具路徑被26個工步所分開，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 夾具設計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定位原則是夾具設計中常用的。夾具底板限制三個自由度，在側邊控制兩個自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個定點（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，兩個壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個定位元件限制其余的一個自由度，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的坐標范圍。表3 設計變量的約束由于沒有一個簡單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設為每一個夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43107 N/m 和5.47107 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.關于f1和的懲罰函數(shù)是這里fv可以被F1或代表。當nchg達到6時，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。且收斂過程的相應功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設計方案在表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 第一個函數(shù)值的收斂圖8第二個函數(shù)值的收斂性表4 多目標優(yōu)化模型的結果 表5 各種夾具設計方案結果進行比較，5.6 結果的比較 從單一目標優(yōu)化和經(jīng)驗設計中得到的夾具設計的設計變量和目標函數(shù)值，如表5所示。單一目標優(yōu)化的結果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗設計相比較，單一目標優(yōu)化方法有其優(yōu)勢。最高變形減少了57.5 ，均勻變形增強了60.4 。最高夾緊力的值也減少了49.4 。從多目標優(yōu)化方法和單目標優(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，多目標優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。與結果比較，我們確信運用最佳定位點分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實例夾具的裝配。圖9沿刀具軌跡的變形分布圖10 夾具配置實例6 結論本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設計和夾緊力的優(yōu)化程序設計。優(yōu)化程序是多目標的：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)被用于健身價值的有限元計算。對于夾具設計優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結合被證明是一種很有用的方法。 在這項研究中，摩擦的影響和碎片移動都被考慮到了。為了減少計算的時間，建立了一個染色體的健身數(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)的夾具設計方法是單一目標優(yōu)化方法或經(jīng)驗。此研究結果表明，多目標優(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)化機床夾具表現(xiàn)的Min - Max負荷模型。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, 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采用遺傳算法固定裝置的概念設計。21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點。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, ztrk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運用對工件夾具布局的校核。62 機械加工工序卡片產(chǎn)品型號YG零（部）件圖號設計者： 產(chǎn)品名稱油缸零（部）件名稱油鋼鋼筒共 頁第 頁車間工序號工序名稱材料牌號機 加3內(nèi)孔加工35鋼毛坯種類毛坯外型尺寸每毛坯可制件數(shù)每臺件數(shù)無逢鋼管89141設備名稱設備型號設備編號同時加工件數(shù)鏜床T6121夾具編號夾具名稱切削液CDG-JZ033-03工位器具編號工位器具名稱工序工時準終單件工步號工 步 內(nèi) 容工藝裝備（含：刀具、量具、專用工具）主軸轉速r/min 切削速度m/min進給量mm/r切削深度mm進給次數(shù)工 步 工 時1深孔粗推鏜到66；YW11003200.12.51機動輔助2半精推鏜到68；.YW11003200.1113精鏜孔到69.85；YW11003200.10.92514精鉸（浮動絞刀）孔到700.20。浮動絞刀1003200.10.0751 專 業(yè)機械加工工藝過程卡產(chǎn)品型號T612零（部）件圖號CDG-JZ033-02共頁機械設計制造及自動化產(chǎn)品名稱鏜床零（部）件名稱液壓油缸共頁材料牌號8914毛坯種類無逢鋼管毛坯外形尺寸8914每毛坯件數(shù)每臺件數(shù)備 注工序號工序名稱工 序 內(nèi) 容車間工段設 備工 藝 裝 備工 時準 終單 件1配料無逢鋼管切斷,取總長695；機加鋸床卷尺2車車82到尺寸88（工藝用）機加CA6140三爪卡盤、脹力心軸、車端面及倒角；機加CA6140三爪卡盤、軟爪、中心架、調(diào)頭；機加CA6140車82到尺寸88（工藝用）機加CA6140三爪卡盤、脹力心軸、車端面及倒角（余量1mm）。機加CA6140三爪卡盤、中心架、3鏜深孔粗推鏜到66；精工T612鏜夾具、YW1刀具半精推鏜到68；精工T612鏜夾具、YW1刀具精鏜孔到69.85；精工T612鏜夾具、YW1刀具精鉸（浮動鏜刀）700.20精工T612鏜夾具、浮動鏜刀4滾壓用滾壓頭滾壓孔至700.02精工T612鏜夾具、油缸滾壓頭5車車去工藝外圓，將兩端外圓加工到尺寸82，割R3.5槽精工CA6140軟爪夾一端、以孔定位頂一端鏜內(nèi)錐孔及車端面精工CA6140軟爪，中心托架（千分尺校正）調(diào)頭車去工藝螺紋，將兩端外圓加工到尺寸82，割R3.5槽精工CA6140軟爪夾一端、以孔定位頂一端描 圖鏜內(nèi)錐孔及車端面，取總長685mm精工CA6140軟爪，中心托架（千分尺校正）6檢終檢精工描 校底圖號編制日期審核日期會簽日期班 級姓 名裝訂號 標記處數(shù)更改文件號簽字日期標記處數(shù)更改文件號簽字日期畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書題 目 套 筒 加 工 工 藝 及 夾 具 設 計 28川 理 工 學 院畢業(yè)設計（論文）任務書設計（論文）題目： 套筒加工工藝及夾具設計 、繪制并審核零件圖、毛坯圖；、設計加工工藝并編制工藝規(guī)程、工序卡；、設計夾具裝配圖；、編制夾具安裝調(diào)整及使用維護說明書；、編制設計說明書。2原始資料 、零件圖一張； 、生產(chǎn)批量6000件/年2指定查閱的主要參考文獻及說明、機械設計手冊、機械加工工藝手冊、夾具設計手冊、機床圖冊、其他相關資料3進度安排設計（論文）各階段名稱起 止 日 期1查閱和收集設計資料、繪制零件圖2進行套筒加工工藝及夾具設計并繪制毛坯圖3填寫機械加工工藝過程卡片和工序卡片4設計套筒加工工藝及夾具并繪制零件圖、裝配圖5編寫設計說明書6畢業(yè)設計(論文)的修改、答辯的準備時間中文摘要零件的加工工藝編制，在機械加工中占有非常重要的地位，零件工藝編制得合不合理，這直接關系到零件最終能否達到質量要求；夾具的設計也是不可缺少的一部分，它關系到能否提高其加工效率的問題。因此這兩者在機械加工行業(yè)中是至關重要的環(huán)節(jié)。套筒零件的主要加工表面為孔和外圓表面。外圓表面加工根據(jù)精度要要求可選擇車削和磨削?？准庸し椒ǖ倪x擇比較復雜，需要考慮零件的結構特點、孔徑大小、長徑比、精度和粗糙度要求以及生產(chǎn)規(guī)模等各種因素。對于精度要求較高的孔往往還要采用幾種不同的方法順次進行加工。本次設計的油缸，為保證孔的精度和表面質量將先后經(jīng)過粗鏜、半精鏜、精鏜和滾壓等四道工序加工。在機床上對零件進行機械加工時，為保證工件加工精度，首先要保證工件在機床上占有正確的位置，然后通過夾緊機構使工件在正確位置上固定不動，這一任務就是由機床夾具完成。對于單件、小批量生產(chǎn)，應盡量使用通用夾具，這樣可以降低工件的生產(chǎn)成本。但是由于通用夾具適用各種工件的裝夾，所以夾緊時往往比較費時間，并且操作復雜，生產(chǎn)效率低，也難以保證加工精度，為此需設計專用夾具。關鍵詞：工藝設計、基準選擇、切削用量、定位誤差ABSTRCTIs the components craft establishment, holds the very important status in the machine-finishing, the components craft establishes reasonable, whether do this direct relation components achieve the quality requirement finally; Jigs design is also an essential part, whether does it relate raises its processing efficiency the question. Therefore this both in the machine-finishing profession are the important links.Sleeve components main processing surface for hole and outer annulus surface. The outer annulus face work needs to request according to the precision to be possible to choose the turning and the grinding. The hole processing methods choice is quite complex, needs to consider the components the unique feature, the aperture size, the length to diameter ratio, the precision and roughness request as well as the scale of production and so on each kind of factor. Often must use several different methods regarding the accuracy requirement high hole to carry on the processing in order. This designs cylinder, will pass through half finished boring, the finished boring, the fine articulation and the trundle successively for the guarantee holes precision and the surface quality and so on four working procedure processingsWhen the engine bed carries on the machine-finishing to the components, is guaranteed that the work piece working accuracy, first needs to guarantee the work piece holds the correct position on the engine bed, then causes the work piece in the correct position through the clamp organization fixed motionless, this duty is completes by the engine bed jig. Regarding the single unit, the small batch production, should use the universal jig as far as possible, like this may reduce the work piece the production cost. But because the universal jig is suitable each kind of work piece the attire to clamp, therefore time clamp often compares spends the time, and operates complex, the production efficiency is low, also guarantees the working accuracy with difficulty, for this reason must design the unit clamp.Key word: Craft, datum, cutting specifications, localization datum, position error.畢業(yè)設計目錄中文摘要英文摘要概述1第一章 零件的分析3 1.1 零件的作用3 1.2 零件的工藝分析3 1.2.1 加工方法的選擇.3 1.2.2 保證套筒表面位置精度的方法.3 1.2.3 防止套筒變形的工藝措施.4第二章 工藝規(guī)程的設計52.1 確定毛坯的制造形式52.2 基準的選擇52.2.1 粗基準的選擇52.2.2 精基準的選擇52.3 制定工藝路線52.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯的確定62.5 確定切削用量及基本工時82.5.1工序1 配料（35鋼）82.5.2工序2 車82.5.3工序3 深孔推鏜142.5.4工序4 滾壓孔162.5.5工序5 車162.5.6 工序6 檢查19第三章 夾具設計.203.1 概述.203.2 鏜床夾具設計要則.203.3 夾具設計.203.3.1 問題的提出. . .203.3.2 鏜套的結構. . . 213.3.3 鏜套的布置形式. . .21 3.3.4 鏜桿.223.3.5 支架與底座. . .233.3.6 鏜套與鏜桿以及襯套等的配合選擇.233.3.7 定位機構設計.283.3.8 夾緊機構的設計.283.4 夾具工作原理及動作說明.25第四章 結論26設計體會. 27參考文獻28致謝29附錄30概述一、 套筒零件的功用和結構特點 套筒零件是機械加工中經(jīng)常碰到的一種零件，它的應用范圍很廣。例如：支承旋轉軸的各種形式的軸承、夾具上的導向套、內(nèi)燃機的汽缸套以及液壓系統(tǒng)中的油缸等。 機器中的套筒零件起支承或導向作用。由于功用不同，套筒零件的結構和尺寸有很大的差別，但結構上仍有共同的特點：零件的主要表面為不同軸度要求較高的內(nèi)、外旋轉表面；零件壁的厚度較?。毫慵拈L度一般大于直徑等。二、 套筒零件的技術要求 套筒零件的主要表面是內(nèi)孔和外圓，其主要技術要求如下：1、內(nèi)孔 內(nèi)孔是套筒零件起支承作用或導向作用最主要的表面，它通常與運動著的軸、刀具或活塞相配合。內(nèi)孔直徑的尺寸精度一般為2級，精密軸套有時取1級，油缸由于與其相配的活塞上有密封圈，故要求較低。 內(nèi)孔的形狀精度，一般應控制在孔徑公差以內(nèi)，有些精密軸套控制在孔徑公差的，甚至更嚴。對于長的套筒除了圓柱度和同軸度外，還應注意孔軸線直線度的要求。為保證零件的功能和提高其耐磨性，內(nèi)孔表面粗糙度一般為，有的高達以上。2、 外圓 外圓表面一般是套筒零件的支承表面，常以靜配合或過渡配合同箱體或機架沙鍋內(nèi)的孔相連接。外徑的尺寸精度通常為23級；形狀精度控制在外徑公差以內(nèi)；粗糙度一般為。1） 內(nèi)外圓之間的同軸度 當內(nèi)徑的最終加工系將套筒裝入機座后進行時，套筒內(nèi)外圓間的同軸度要求較低；如果最終加工是在裝配前完成時要求較高，一般為0.010.05mm。2） 孔軸線與端面的垂直度 套筒的端面（包括凸緣端面）如工作中承受軸向載荷，或雖不承受載荷但加工中是作為定位面時，與孔軸線的垂直度要求較高，一般為0.020.05mm。三、 套筒零件的材料與毛坯套筒零件一般都是用鋼、鑄鐵、青銅或黃銅等材料制成。有些滑動軸承采用雙金屬機構，即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套的內(nèi)壁上澆注巴氏合金等軸承合金材料，這樣既可節(jié)省貴重的有色金屬，又能提高軸承的壽命。套筒零件的毛坯選擇與其材料、結構和尺寸等因素有關?？讖捷^小（如d1.5D，加工孔徑較大，并且各個孔系之間的位置精度也要求較高，宜采用“雙支承前后引導”。另外鏜套采用的是固定式鏜套，故按H(1.52)d來選取，則取H63mm。圖3-2雙支承前后引導圖3-3 鏜桿導向部分的結構3.3.4 鏜桿圖3-3為用于固定式鏜套的鏜桿導向部分的結構。當鏜桿導向部分直徑d50mm時，鏜桿常采用整體式。確定鏜桿直徑時，應考慮鏜桿的剛度和鏜孔時應有的容屑空間。一般按：d = (0.60.8)D選取，式中d鏜桿直徑(mm)，D被鏜孔直徑(mm)。則得，d =55 mm設計鏜桿時，鏜孔直徑D，鏜桿直徑d、鏜刀截面BxB之間的關系參照表3-1選取。表3-1 鏜桿直徑d、鏜刀截面BxB與被鏜孔直徑D的關系D(mm)1104040505070709090110d(mm)20303040405050656590BxB(mm)10x1010x10121216x1616x1620x20表中所列鏜桿直徑的范圍，在加工小孔時取大值，在加工大孔時，若導向好，切削負荷小則可取小值；一般取中間值，若導向不良，切削負荷大時可取大值。鏜桿的軸向尺寸，應按鏜孔系統(tǒng)圖上的有關尺寸確定。鏜桿的材料要求鏜桿表面硬度高而心部有較好的韌性，因此可采用45鋼。鏜桿的主要技術條件要求為：鏜桿導向部分的圓度與錐度公差控制在直徑公差的1/2以內(nèi)。鏜桿導向部分公差帶為:粗鏜為g6，精鏜為g5。表面粗糙度值Ra0.8m。鏜桿的直線度公差為0.1mm。刀孔表面粗糙度一般為Ra1.6m，裝刀孔不淬火。3.3.5 支架與底座鏜模支架和底座為鑄鐵件（HT100），分開制造。鏜模支架應具有足夠的強度與剛度，且不允許承受夾緊力。其結構和尺寸參見鏜模支架零件圖。鏜模底座上要安裝各種裝置和元件，并承受切削力和夾緊力，因此必須有足夠的強度與剛度，并保持尺寸精度的穩(wěn)定性。其結構參見裝配圖。3.3.6 鏜套與鏜桿以及襯套等的配合選擇鏜套與鏜桿、襯套等的配合必須選擇恰當，過緊容易研壞或咬死，過松則不能保證加工精度。一般加工低于IT8級公差的孔或粗鏜時，鏜桿選用IT6級公差，當精加工IT7級公差的孔時，通常選用IT5級公差，當孔加工精度（如同軸度）高時，常用配研法使鏜套與鏜桿的配合間隙達到最小值，但此時應用低速加工。表8-7鏜套與鏜桿、襯套等的配合配合表面鏜桿與鏜套鏜套與襯套鏜套與支架配合性質H6/g5(H7/h6)，H6/g5(H6/h5)H7/h6(H7/js6)，H6/g5(H6/h5)H7/n5，H6/h5見表8-7，則本夾具鏜套與鏜桿、襯套的配合分別為H6/g5、H6/h5。鏜套內(nèi)外圓的同軸度允公差常取0.01mm，內(nèi)孔的圓度、圓柱度一般公差為0.01mm，表面粗糙度為Ra0.32m。鏜套用襯套的內(nèi)外圓的同軸度，粗鏜時常取0.01mm；精鏜時常取0.010.005mm。3.3.7 定位基準的選擇 對于工件的技術要求：內(nèi)孔必須光潔無縱向刻痕；內(nèi)孔位置度和圓柱度全長度不大于0.4mm；內(nèi)孔軸線的直線度為0.1/1000mm,內(nèi)孔軸線與端面的不垂直度0.03mm；內(nèi)孔對兩端外圓（）的不同軸度不大于0.025mm。為了使工件達到技術要求，本工序的定位基準選兩端外圓（）。3.3.8 夾緊機構的設計在滿足考慮了夾緊裝置的自動化程度和復雜程度與工件的產(chǎn)量和批量相適應，且操作安全、方便、省力等前提下，本夾具采用螺桿和壓板夾緊裝置，并進行手動夾緊。3） 切削力的計算本工序有4個工步，選擇其中切削力最大的粗鏜孔61mm工步進行計算。已知，工件材料為35鋼，切削參數(shù)：a=2.5 mm，= 0.1，=100r/min，查工藝手冊表2.4-14得：主切削力： 徑向切削力： 走刀力： 4） 夾緊力的計算計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)，根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件還應該考慮工件的重力，運動的工件還應該考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過程中對夾具不利的瞬時狀態(tài)。按靜力平衡原理（），計算出理論夾緊力，最后為保證夾緊可靠，將理論夾緊力乘以安全系數(shù)，作為實際所需夾緊力的值，即 式中：實際所需夾緊力（N）；W在一定條件下，由靜力平衡原理，計算出的理論夾緊力（N）；K安全系數(shù)。安全系數(shù)K按下式計算：式中，為各種因素的安全系數(shù)，查機床夾具設計手冊（第二版）表1-2-1得，則計算得， K=2.18，但由機床夾具設計手冊（第二版）表1-2-1備注知，當K值計算結果小于2.5時，取K=2.5。則 理論夾緊力，因此實際夾緊力=7202.5=1800 N則 加工工件時所需要的夾緊力為： 18002=900 N3.4 夾具設計及操作的簡要說明本夾具由鏜模支架；改制V型塊和夾緊螺栓，壓塊等幾部分組成（詳見夾具裝配圖）。裝夾工件時，利用工件兩端外圓表面，與兩V型塊相配合，將工件定位于V型塊上。當要求夾緊工件時，只需將兩個壓板分別壓住工件兩端外圓上表面，然后擰緊螺母，直至工件夾緊為止。為了防止在切削時因切削力和自身重力的作用而使工件發(fā)生變形，影響加工精度，將V型塊設計為以圓弧面與工件配合以增加工件的支承剛性和穩(wěn)定性。第四章 結論 一個零部件其質量的高低取決于設計、加工等因素，那么機械加工就是不可缺少的一部分，零件從設計好，到拿到工廠去加工，要加工出合格的產(chǎn)品，就必須在工藝以及夾具上下工夫，工藝編制的合不合理，夾具結構設計的合不合理這些都是很重要的因素。因此在加工零件之前，要認真的分析，然后編制合理的工藝和夾具設計。套筒零件是機械加工中經(jīng)常碰到的一種零件，它的應用范圍很廣。例如：支承旋轉軸的各種形式的軸承、夾具上的導向套、內(nèi)機沙鍋內(nèi)的汽缸套以及本次設計液壓系統(tǒng)中的油缸等。 機器中的套筒零件起支承或導向作用。由于功用不同，套筒零件的結構和尺寸有很大的差別，但結構上仍有共同的特點：零件的主要表面為不同軸度要求較高的內(nèi)、外旋轉表面；零件壁的厚度較薄：零件的長度一般大于直徑等。 通過本次的畢業(yè)設計，使我明白了自己的差距和不足之處。特別是對于知識的總體把握上有所欠缺，以及對于零件分析得不夠透徹，編制出的工藝不是很符合工廠實際加工的情況，零件專用夾具的設計其結構也不是很合理，但是通過指導老師的幫助，已基本解決這些問題。在設計的過程當中，讓自己體會到了設計的樂趣，體會到戰(zhàn)勝困難的激動，體會到了成功所帶來了喜悅，為以后初到公司工作積累一定的經(jīng)驗。