聯軸器箱體機械加工工藝規(guī)程及鉆直徑10孔夾具設計【說明書+CAD】

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編號： 畢業(yè)設計(論文)外文翻譯 （譯文） 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 徐杰 學 號： 1000110132 指導教師單位： 桂林電子科技大學 姓 名： 高成 職 稱： 助理研究員 2014年 5 月 26 日  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致機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鍵問題。本文應用夾具布局優(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行于批處理模式的每一代的目標函數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計，因此先前的分析功能評價的數量降低大約93%。結果表明，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。 關鍵詞：夾具設計；遺傳算法；優(yōu)化 1. 引言 夾具用來定位和束縛機械操作中的工件，減少由于對確保機械操作準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試驗法來設計和制造的，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，工件必須給予適當的定位和夾緊以確保有必要開發(fā)工具來消除高造價和耗時的反復試驗設計方法。適當的工件定位和夾具設計對于產品質量的精密度、準確度和機制件的完飾是至關重要的。 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。從動力學觀點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自由度）。在零件下部設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確性和重復性是至關重要的。定位器應該盡可能的遠距離的分開放置并且應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是固定夾具以抵抗定位器和支撐器。不應該要求夾子反抗加工操作中的切削力。 對于給定數量的夾具元件，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。本文給出兩個實例來說明給出的方法。 2. 回顧相關工程結構 最近幾年夾具設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)化夾具布局設計。Menassa和Devries用FEA計算變形量使設計準則要求的位點的工件變形最小化。設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)夾緊點和任意形狀工件的夾緊順序。Liao和Hu提出一種夾具結構分析系統(tǒng)這個系統(tǒng)基于動態(tài)模型分析受限于時變加工負載的夾具—工件系統(tǒng)。本文也調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。本文提出一個夾具布局和夾緊力優(yōu)化結合的程序。他們用接觸彈性建模方法解釋工件剛體動力學在加工期間的影響。Amaral等人用ANSYS驗證夾具設計的完整性。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。夾具設計具有巨大的解決空間并需要搜索工具找到最好的設計。一些研究人員曾使用GAs解決夾具設計及夾具布局問題。Kumar等人用GAs和神經網絡設計夾具。Marcelin已經將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，它采用空間坐標來表示夾具元件的位置。夾具布局優(yōu)化程序設計的實現是使用MATLAB和遺傳算法工具箱。HYPERMESH和MSC / NASTRAN用于FE模型。Vallapuzha等人提出一些結果關于一個廣泛調查不同優(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)質的解決方案。Li和Shiu使用遺傳算法確定了夾具設計最優(yōu)配置的金屬片。MSC/NASTRAN已經用于適應度值評價。Liao提出自動選擇最佳夾子和夾鉗的數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，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)點編號使定位器和夾具位置特殊化。一個內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)點編號作為設計參數。 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計參數而不是用FEA節(jié)點編號。真正編碼遺傳算法的染色體的健康指數是從FEA結果中獲得的。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。給出的兩個實例說明了這個開發(fā)的方法。本論文的主要貢獻可以概括為以下幾個方面： (1)開發(fā)了遺傳算法編碼結合商業(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)使用真正的設計參數，而不是有限元節(jié)點數字； (4)當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用實例的詳細說明。遺傳算法是一種隨機搜索方法，它模擬一些自然演化的機制。該算法用于種群設計。種群從一代到另一代演化，通過自然選擇逐漸提高了適應環(huán)境的能力，更健康的個體有更好的機會，將他們的特征傳給后代。 該算法中，要基于為每個設計計算適合性，所以人工選擇取代自然環(huán)境選擇。適應度值這個詞用來指明染色體生存幾率，它在本質上是該優(yōu)化問題的目標函數。生物定義的特征染色體用代表設計變量的字符串中的數值代替。 被公認的遺傳算法與傳統(tǒng)的梯度基礎優(yōu)化技術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計變量和參數一起工作而不是實際參數本身。 (2)遺傳算法使用種群—類型研究。評價在每個重復中的許多不同的設計要點而不是一個點順序移動到下一個。 (3)遺傳算法僅僅需要一個適當的或目標函數值。沒有衍生品或梯度是必要的。 (4)遺傳算法以用概率轉換規(guī)則來發(fā)現新設計為探索點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。 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準是工件位置精確度和工件變形。一個良好的夾具設計使工件幾何和加工精度誤差最小化。另一個夾具設計的要求是夾具必須限制工件的變形?？紤]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。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?；?-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 定位面得數量不得超過兩個避免冗余的位置?；?-2-1的夾具設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。定位點對面應定位夾緊點防止工件由于夾緊力而扭曲。因為加工力沿著加工面，所以有必要確保定位器的反應力在所有時間內是正的。任何負面的反應力表示工件從夾具元件中脫離。換句話說，當反應力是負的時候，工件和夾具元件之間接觸或分離的損失可能發(fā)生。定位器內正的反應力確保工件從切削開始到結束都能接觸到所有的定位器。夾緊力應該充分束縛和定位工件且不導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 在實際設計問題中，設計參數的數量可能很大并且它們對目標函數的影響會是非常復雜的。目標函數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)化方法和其他隨機方法。通過運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)化問題的方法因為沒有直接分析的關系存在于加工誤差和夾具布局中。因為遺傳算法僅僅為一個特別的夾具布局處理設計變量和目標函數值，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語言軟件來實現夾具布局優(yōu)化。位移量用ANSYS軟件計算。通過WinExec功能在GenFix中運行ANSYS很簡單。GenFix和ANSYS之間相互作用通過四部實現： (1)定位器和夾具位置從二進制代碼字符串中提取作為真正的參數。 (2)這些參數和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讀這個文件并為當前定位器和夾緊位置計算適應度值。 為了減少計算量，染色體與適應度值儲存在一個文庫里以備進一步評估。GenFix首先檢查是否當前的染色體的適應度值已經在之前被計算過。如果沒有，定位器位置被送到ANSYS，否則從文庫中取走適應度值。在初始種群產生過程中，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證提到的遺傳算法計劃。第一個實例是使用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計參數因為它們在3-2-1方案中是已知的和固定的。因此，設計參數的選擇如同定位器和夾子的位置。本研究中不考慮摩擦力。兩個實例研究來說明以提出的方法。 6. 結論 本文提出了一個夾具布局優(yōu)化的評價優(yōu)化技術。ANSYS用于FE計算適應度值?？梢钥吹?，遺傳算法和FE方法的結合對當今此類問題似乎是一種強大的方法。遺傳算法特別適合應用于解決那些在目標函數和設計變量之間不存在一個定義明確的數學關系的問題。結果證明遺傳算法在夾具布局優(yōu)化問題方面的成功應用。本項研究中，遺傳算法在夾具布局優(yōu)化應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，FE評價的數量從6000下降到415。這就導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內使用分布式計算。 該方法結果表明，夾具布局優(yōu)化問題是多模態(tài)問題。優(yōu)化設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。結果表明夾具布局問題是多模態(tài)問題然而用于夾具設計的啟發(fā)式規(guī)則應該用于遺傳算法來選擇最優(yōu)的設計。 機械加工工序卡片 產品型號 零件圖號 1007100225 機械10-2班 詹德帥 產品名稱 聯軸器箱體 零件名稱 聯軸器箱體 共 1 頁 第 1頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 金工 5 鉆-鉸-精鉸φ10mm孔 HT200 毛皮種類 毛皮外形尺寸 每件毛坯可制件數 每臺件數 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 鉆床 四面組合鉆床 1 夾具編號 夾具名稱 鉆床專用夾具 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準終 單件 0 96.69s 工步號 工步內容 工藝設備 主軸轉速 切削速度 進給量 背吃刀量 進給次數 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機動 輔助 1 鉆φ10mm孔 麻花鉆、專用夾具、內徑千分尺 545 16.8 0.1 9.8 1 31.6s 4.74s 2 粗鉸Φ10mm孔 鉸刀、專用夾具、內徑千分尺 140 4.4 0.4 0.16 1 25s 3.75s 3 精鉸Φ10mm孔 鉸刀、專用夾具、內徑千分尺 140 4.4 0.4 0.04 1 22.7s 3.4s 設計（日期） 審核（日期） 標準化（日期） 會簽（日期） 標記 處數 更改文件批號 簽字 日期 標記 處數 更改文件批號 簽字 日期 2013.6.28 機械10-2班 詹德帥 1007100225 機械加工工藝過程卡片 產品型號 零（部）件圖號 產品名稱 零（部）件名稱 聯軸器箱體 共（ 1 ）頁 第（ 1 ）頁 材料牌號 HT200 毛坯種類 鑄件 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數 1 每臺件數 備注 工序號 工序名稱 工序內容 車間 工段 設備 工藝裝備 工時 單件 1 粗銑聯軸器箱體兩端面 立式銑床X51 端銑刀、游標卡尺 131.03s 2 半精銑聯軸器箱體左端面 立式銑床X51 端銑刀、游標卡尺 114.82s 3 粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鏜刀、鉸刀、卡尺、塞規(guī) 337.08s 4 粗車-半精車-精車φ90mm軸 普通車床 車刀、游標卡尺 593.46s 5 鉆-鉸-精鉸φ10mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī) 96.69s 6 去毛刺 鉗工臺 平銼 7 中檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 8 熱處理 麻花鉆、卡尺、塞規(guī) 9 清洗 清洗機 10 終檢 塞規(guī)、卡尺、百分表等 描圖 11 12 設計日期 審核日期 標準化日期 會簽日期 裝訂號 2013.6 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 指導 2013-6-28 遼寧工程技術大學課程設計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　IV 遼寧工程技術大學 機 械 制 造 技 術 基 礎 課 程 設 計 題 目： 聯軸器箱體機械加工工藝規(guī)程及專用鉆床夾具設計設計 班　　級：　 姓　　名：　 學 號：　 指導教師：　 完成日期：　 任 務 書 一、設計題目: 聯軸器箱體機械加工工藝規(guī)程及專用鉆床夾具設計 二、原始資料 (1) 被加工零件的零件圖 1張 (2) 生產類型: 中批 三、上交材料 1．所加工的零件圖 1張 2．毛坯圖 1張 3．編制機械加工工藝過程卡片 1套 4．編制所設計夾具對應的那道工序的機械加工工序卡片 1套 5．繪制夾具裝配圖（A0或A1） 1張 6．繪制夾具中1個零件圖（A1或A2。裝配圖出來后，由指導教師為學生指定需繪制的零件圖，一般為夾具體）。 1張 7．課程設計說明書，包括機械加工工藝規(guī)程的編制和機床夾具設計全部內容。（約5000-8000字） 1份 四、進度安排 本課程設計要求在3周內完成。 1．第l～2天查資料，繪制零件圖。 2．第3～7天，完成零件的工藝性分析,確定毛坯的類型、制造方法，編制機械加工工藝規(guī)程和所加工工序的機械加工工序卡片。 3．第8～10天，完成夾具總體方案設計（畫出草圖，與指導教師溝通，在其同意的前提下，進行課程設計的下一步）。 4．第11～13天，完成夾具裝配圖的繪制。 5．第14～15天，零件圖的繪制。 6．第16～18天，整理并完成設計說明書的編寫。 7．第19天，完成圖紙和說明書的輸出打印。 8．第20～21天，答辯 五、指導教師評語 該生設計的過程中表現 ，設計內容反映的基本概念及計算 ，設計方案 ，圖紙表達 ，說明書撰寫 。 綜合評定成績： 指導教師　　　　　　　 日　　期　　　　　　　 摘　要 這次通過設計聯軸器箱體綜合運用過去所學過的全部課程、機械制造技術基礎的基本理論知識。鍛煉我們進行工藝及結構設計的基本能力，另外，也為以后搞好畢業(yè)設計及未來從事工作打下良好的基礎。通過機械制造工藝課程設計，學生應該在以下兩個方面得到鍛煉：能熟練地運用機械制造工藝學課程中的基本理論，以及在生產實習中學到的實踐知識，正確得解決一個零件在在加工中的定位、夾緊及合理安排工藝路線等問題，以保證零件的加工質量。學會使用手冊及圖表資料，掌握與本設計有關的各種資料的名稱及出處，并能夠做到熟練應用。 Abstract The design enable us to comprehensive use of all the lessons learned in the past, mechanical manufacturing technology and combining the basic theory based production and practice the middle school to practice knowledge. Exercise we process and structure design of the basic ability, in addition, also after graduation design and do well for future work lay a good foundation. Through the mechanical manufacturing process course design, students should be in the following two aspects get exercise: apply good mechanical manufacturing technology courses in basic theory, and production practice in the middle school to practice knowledge, correctly solve a parts in the process of the localization, the clamping and reasonable process route arrangement, in order to ensure that the parts processing quality. Learn to use manual and chart material, master and the design of all kinds of information about the name and source, and can do skilled application. 目 錄 第一節(jié) 聯軸器的工藝分析……………………………………………1 一，聯軸器的用途………………………………………………………1 二，聯軸器的技術要求…………………………………………………1 三，審查聯軸器的工藝性………………………………………………2 四，確定聯軸器的生產類型……………………………………………2 第二節(jié) 確定毛坯，繪制毛坯簡圖………………………………………2 一，選擇毛坯……………………………………………………………2 二，確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量……………………………2 第三節(jié) 擬定聯軸器箱體工藝路線……………………………………4 一，定位基準的選擇……………………………………………………4 二，表面加工方法的確定………………………………………………4 第四節(jié) 機床設備及工藝裝備的選用…………………………………6 一，機床設備的選用……………………………………………………6 二，工藝裝備的選用……………………………………………………6 第五節(jié) 加工余量、工序尺寸和公差的確定……………………………7 一，工序1和工序2——加工聯軸器箱體兩端面至設計尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的確定……………………………………………7 二，工序3——粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定…………………………………………………………8 三，工序4——粗車-半精車-精車φ90mm軸的加工余量、工序尺寸和公差的確定………………………………………………………………9 四，工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定…………………………………………………………………9 第六節(jié) 切削用量、時間定額的計算…………………………………10 一，切削用量的計算……………………………………………………10 二，時間定額的計算……………………………………………………12 第七節(jié) 專用鉆床夾具設計……………………………………………15 第八節(jié) 方案評價和結論………………………………………………16 第九節(jié) 體會與展望……………………………………………………16 參考文獻…………………………………………………………………17 第一節(jié) 聯軸器的工藝分析 一，聯軸器的用途 聯軸器是用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯接。一般動力機大都借助于聯軸器與工作機相聯接。 二，聯軸器的技術要求 通過對該零件圖的重新繪制，對設計尺寸，尺寸公差、技術參數進行了深入的分析后發(fā)現在零件的某些地方需要較細的表面粗糙度，各裝配基面要求有一定的尺寸精度，否則會影響機械設備的傳動性能和精度。 ?因零件的結構比較簡單，大部分工序在車床加工時只需要三爪卡盤，并加載適當的力即可定位。但是對于孔的加工要設計較復雜的夾具才能準確的定位，并保持適當的夾緊力。?同時基準面的選擇也是很重要的。在加工小軸端面時應選擇大軸端面做粗基準，用銑刀銑出小軸表面，加工完后再用小軸端面作精基準加工大軸端面。加工孔時，由于直徑較大，在加工過程應采用先鉆削再鏜削。注意在整個加工過程中，應盡量減少安裝的次數，以減少安裝時帶來的安裝誤差。 ?材料為HT200，制造方法為鑄造。 將改聯軸器的全部技術要求列于表1-1中。 表1-1 聯軸器零件技術要求表 加工表面 尺寸及偏差 /mm 公差及精度等級 表面粗糙度Ra/ μm 形位公差/mm 聯軸器左端面 1090 -0.3 IT12 3.2 聯軸器右端面 1090 -0.3 IT12 6.3 φ80mm孔 φ80H7 IT7 1.6 φ90mm軸 φ90H7 IT7 1.6 φ10mm孔 φ10+0.015 0 IT7 1.6 三，審查聯軸器的工藝性 分析零件圖可知，聯軸器兩端面均要求切削加工，在軸向方向上均高于相鄰表明，這樣減少了加工面積?？爪?0和孔φ10mm的端面均為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度。另外，該零件除主要工作表面外，其余表面的加工精度均比較低，不需要高精度機床加工，通過銑削，鉆床的粗加工就可以達到加工要求。而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常的生產條件下，采用較經濟的方法保質保量的加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。 四，確定聯軸器的生產類型 依設計題目知：Q=2000個/年，m=1件/臺；結合生產實際，備品率a%和廢品率b%分別取3%和0.5%。代入公式（1-1）得 N=2000*1*（1+3%）*（1+0.5%）=2070.3個/年 設聯軸器箱體重量5kg，有表1-3知，屬于輕零件；由表1-4知，生產類型為中批量生產。 第二節(jié) 確定毛坯，繪制毛坯簡圖 一，選擇毛坯 該零件的材料為HT200，零件為中批生產、結構簡單，在使用過程中，它的主要作用是傳遞力矩，受到的沖擊不是很大用鑄造的方法。HT200鑄鐵材料是最常見的材料，其優(yōu)點是：容易成型，切削性能好，價格低廉，且吸振性好。為了得到較好的強度和表面硬度，可在加工過程中進行調質處理，淬火，同時為了消除內應力對工件的影響，可進行適當的人工時效處理（如果需要的話）。從提高生產率、加工精度方面并在生產條件許可的條件下，還可以采用一般機器造型的振壓式或高壓造型中的脫箱射壓法，這里采用上采用砂型機器造型的振壓式來制造零件的輪廓。 二，確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 由表2-10~2-12可知 1． 公差等級 由聯軸器的功用和技術要求，確定改零件的公差等級為普通級。 2． 鑄鐵重量 已知機械加工后聯軸器的重量為5kg，由此可初步估計機械加工前鑄鐵毛坯的重量為6kg。 3． 鑄鐵形狀復雜系數 對聯軸器零件圖進行分析計算，可大致確定鑄鐵外廓包容體的長、寬度、和高度，即l=134mm，b=96mm，h=120mm；由公式可計算出該聯軸器箱體的形狀復雜系數 S=mt/mn=6/（lbhp）=6kg/（134mm*96mm*120mm*7.8*10-6kg/mm3）=0.498由于0.498介于0.32到0.63之間，故該聯軸器箱體的形狀復雜系數屬S2級。 4． 鑄鐵材質系數 由于該聯軸器箱體材料為HT200，故該材質系數屬M1級 5． 分模線形狀 根據該聯軸器箱體的形位特點，屬平直分模線。 6． 零件表面粗糙度 由零件可知，該聯軸器箱體的各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm。 根據上述因素，可查表確定該鍛件的尺寸公差和機械加工余量，所得結果列于表1-2中。 表1-2 聯軸器箱體鑄造毛坯尺寸公差及機械加工余量 鑄件重量/kg 包容體重量/kg 形狀復雜系數 材質系數 公差等級 6 12.1 S2 M1 普通級 項目/mm 機械加工余量/mm 尺寸公差/mm 備注 厚度109 3.2（+2.4 -0.8） 表2-11 2~2.5（兩端面分別取2和2.5） 表2-13 孔徑φ80 2.5（+1.7 -0.8） 表2-10 3 表2-14 軸徑φ90 2.8（+1.9 -0.9） 表2-10 3 表2-14 中心距114 + -0.3 表2-12 中心距100 + -0.2 表2-12 中心距76 + -0.3 表2-12 中心距70 + -0.3 表2-12 三，繪制聯軸器箱體鍛造毛坯簡圖 第三節(jié) 擬定聯軸器箱體工藝路線 一，定位基準的選擇 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。 1． 精基準的選擇 根據該聯軸器箱體技術要求和裝配要求，選擇聯軸器左端面和孔φ80mm作為精基準，零件上很多表面都可以采用它們作基準進行加工，即遵循了‘基準統(tǒng)一’原則?？爪?0的軸線是設計基準，選用其作為精基準定位加工φ10mm，實現了設計基準和工藝基準重合，保證了被加工表面的垂直度要求。選用聯軸器左端面作為精基準同樣是遵循了‘基準重合’原則，以為該聯軸器在軸向方向上的尺寸多以該端面作設計基準。 2． 粗基準的選擇 作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺、或其他表面缺欠。選用φ80的外圓面和右端面作為粗基準。采用φ80mm外圓面定位加工內孔可以保證孔的壁厚均勻；采用右端面作為粗基準加工左端面，可以為后援工序準備好精基準。 二，表面加工方法的確定 根據聯軸器箱體零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法，如表1-3所示。 表6-3 聯軸器箱體零件各表面加工方案 加工表面 尺寸精度等級 表面粗糙度Ra/μm 加工方案 備注 左端面 IT11 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 右端面 IT12 6.3 粗銑 表1-8 孔φ80mm IT7 1.6 粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸 表1-8 軸φ90mm IT7 1.6 粗車-半精車-精車 表1-8 孔φ10mm IY7 1.6 鉆-粗鉸-精鉸 表1-8 一，加工階段的劃分 該聯軸器箱體加工質量要求一般，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工兩個階段。精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑右端面、。在半精加工階段，完成孔φ10mm的鉆，鉸加工。 二，工序的集中與分散 選用工序集中原則安排聯軸器箱體的加工工序。該聯軸器的生產類型為中批生產，可以采用普通機床；而運用工序集中原則使工件的裝夾次數少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各表面之間的相對位置精度要求。 三，工序順序的安排 3． 機械加工工序 遵循‘先基準后其他’原則，首先加工精基準——聯軸器左端面和孔φ80mm。 遵循‘先粗后精’原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循‘先主后次’原則，先加工主要表面，再加工次要表面。 遵循‘先面后孔’原則。 4． 熱處理工序 模鍛成型后切邊，進行調質，并進行酸洗、噴丸處理。 5． 輔助工序 粗加工兩端面和熱處理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗工序并安排去毛刺、清洗和終檢工序。 四，確定工藝路線 在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎上，表1-4列出了聯軸器箱體的工藝路線。 表1-4 聯軸器箱體工藝路線及設備、工裝的選用 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 量具 1 粗銑聯軸器箱體兩端面 立式銑床X51 端銑刀 游標卡尺 2 半精銑聯軸器箱體左端面 立式銑床X51 端銑刀 游標卡尺 3 粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鏜刀、鉸刀 卡尺、塞規(guī) 4 粗車-半精車-精車φ90mm軸 普通車床 車刀 游標卡尺 5 鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔 四面組合鉆床 鉆頭復合鉸刀 卡尺、塞規(guī) 6 去毛刺 鉗工臺 平銼 7 中檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 8 熱處理 9 清洗 清洗機 10 終檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 第四節(jié) 機床設備及工藝裝備的選用 一，機床設備的選用 因零件的結構比較簡單，大部分工序在車床加工時只需要三爪卡盤，并加載適當的力即可定位。 二，工藝裝備的選用 工藝裝備主要包括刀具、夾具、和量具。在工藝卡片中應簡要寫出它們的名稱，如‘鉆頭、百分表、車床夾具’等。 第五節(jié) 加工余量、工序尺寸和公差的確定 一，工序1和工序2——加工聯軸器箱體兩端面至設計尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的確定 第1、2兩道工序的加工過程為： 1）以右端面定位，粗銑左端面，保證工序尺寸P1； 2）以左端面定位，粗銑右端面，保證工序尺寸P2； 3）以右端面定位，半精銑左端面，保證工序尺寸P3，達到零件圖設計尺寸D的要求，D=1090 -0.3mm。 1）P3= D=1090 -0.3mm； 2）P2=P3+Z3，其中Z3為半精銑余量，查表2-38確定Z3=1mm，則P2=（109+1）mm=110mm。由于工序尺寸P2是在粗銑加工中保證的，查表1-20知，粗銑工序的經濟加工精度等級柯達到右端面的最終加工要求——IT12，因此確定該工序尺寸公差為IT12，其公差值為0.35mm，故P2=（110 + - 0.175）mm； 3）因為P1=P2+Z2，其中Z2為粗銑余量，由于右端面的加工余量是經粗銑一次切除的，故Z2應等于右端面的毛坯余量，即Z2=2mm，P1=110+2=112mm。由表1-20確定應粗銑工序的經濟加工精度等級為IT13，其公差值為0.54mm，故P1=（112 + - 0.27）mm。 所以工序尺寸按‘入體原則’表示：P3=1090 -0.3mm，P2=110.1750 -0.35mm，P1=112.270 -0.54mm。 二，工序3——粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 查表2-19可得，精鉸余量為0.1mm，粗鉸余量為0.4mm，精鏜余量為1.5mm，粗鏜余量為4mm，查表1-20可知上述對應的加工精度，精鉸：IT7，粗鉸：IT8，精鏜：IT11，粗鏜：IT12。綜上所述各工步的工序尺寸及公差為φ80+0.03 0，φ79.9+0.046 0，φ79.5+0.19 0，φ78+0.3 0。它們的互相關系如圖。 三，工序4——粗車-半精車-精車φ90mm軸的加工余量、工序尺寸和公差的確定 查表2-16~2-21可知粗車余量為4mm，半精車余量為1.5mm，精車余量為0.5mm。對應加工精度為IT11，IT9，IT7。綜上所述各工步的工序尺寸及公差為φ920 -0.35，φ90.50 -0.087，φ900 -0.03。 四，工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定 查表2-28可知，精鉸余量為0.04mm，粗鉸余量為0.16mm，鉆孔余量為9.8mm。差表1-20可依次確定各工序尺寸的加工精度等級為IT7，IT10，IT12。根據上述結果，再查標準公差數值表可確定各工步的公差值分別為0.015mm，0.058mm，0.015mm。 綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為φ10+0.015 0，φ9.96+0.058 0，φ9.8+0.15 0。它們如圖。 第六節(jié) 切削用量、時間定額的計算 一，切削用量的計算 1．工序1——粗銑兩端面 該工序分兩個工步，工步1是以右端面定位，粗銑左端面；工步2是以左端面定位，噓唏右端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經一次走到完成，因此它們所選用的切削速度v和進給量f是一樣的，只有背吃刀量不同。 （1） 背吃刀量的確定 工步1的背吃刀量ap1取Z1，Z1等于左端面的毛坯總余量減去工序2的余量Z3。故ap2=2mm。 （2） 進給量的確定 表5-7知，按機床功率為5~10kw、工件——夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，所以f=0.08mm/z。 （3） 銑削速度的計算 n=1000v/πd=1000*44.9/π*109=131.2r/min，參照4-15去轉速n=160r/min，求實際速度v=160*π*109/1000=54.76m/min。 2．工序2——半精銑左端面 （1） ap=1mm。 （2） f=0.4mm/r。 （3） n=1000*48.4/π*109=141.4m/min。取轉速n=160r/min，實際速度v=160*π*109/1000=54.8m/min。 3．工序3——粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔 1．粗鏜工步 （1） 背吃刀量ap=4mm。 （2） 進給量f=0.5mm/r。 （3） 切削速度v=30m/min，由n=1000v/πd可求n=122.5 m/min，取n=125 r/min，實際速度v=125*π*78/1000=30.6 m/min。 2.精鏜工步 （1） 背吃刀量ap=1.5mm。 （2） 進給量f=0.2mm/r。 （3） 切削速度v=20m/min，由n=1000v/πd可求n=80.1m/min，取n=80 r/min，實際速度v=80*π*79.5/1000=19.97 m/min。 3.粗鉸工步 （1） 背吃刀量ap=0.4mm。 （2） 進給量f=1.5r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=15.9m/min，取n=18 r/min，實際速度v=18*π*79.9/1000=4.5 m/min。 4.精鉸工步 （1）背吃刀量ap=0.1mm。 （2）進給量f=1.5r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=15.9m/min，取n=18 r/min，實際速度v=18*π*79.9/1000=4.5 m/min。 4．工序4——粗車-半精車-精車φ90mm軸 1.粗車工步 （1）背吃刀量ap=4mm。 （2）進給量f=0.8r/mm。 （3） 切削速度v=10m/min。 2.半精車工步 （1）背吃刀量ap=1.5mm。 （2）進給量f=0.4r/mm。 （3） 切削速度v=10m/min。 3.精車工步 （1）背吃刀量ap=0.5mm。 （2）進給量f=0.2r/mm。 （3） 切削速度v=20m/min。 5．工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔 1.鉆孔工步 （1）背吃刀量ap=9.8mm。 （2）進給量f=0.1r/mm。 （3） 切削速度v=15m/min，由n=1000v/πd可求n=487.5m/min，取n=545 r/min，實際速度v=545*π*9.8/1000=16.8 m/min。 2.粗鉸工步 （1）背吃刀量ap=0.16mm。 （2）進給量f=0.4r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=127.4m/min，取n=140 r/min，實際速度v=140*π*9.96/1000=4.4 m/min。 3.精鉸工步 （1）背吃刀量ap=0.04mm。 （2）進給量f=0.4r/mm。 （3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/πd可求n=127.4m/min，取n=140 r/min，實際速度v=140*π*10/1000=4.4 m/min。 二，時間定額的計算 1．基本時間tm的計算（kr=15 o） （1） 工序1——粗銑兩端面 根據表5-43中面銑刀銑平面的基本時間計算公式tj=（L+L1+L2）/fMz可求出該工序的基本時間。 工步1：L=96mm，L2=1mm，L1=0.5（d-√（d2-ae2））+1=【0.5*（109-√1092-962）+1】mm=29.7mm。 fMz=f*n=fz*Z*n=0.08*10*160=128mm/min。由tj=（L+L1+L2）/fMz， 則tj=（96+1+29.7）/128=59.4s。 工步2：L1=0.5*（109-√1092-（134-90）2+1）=5.6mm，所以tj1=（96+1+5.6）/128=48.1s。 （2） 工序2——半精銑左端面 同理，L=96，L1=29.7，L2=1mm；fMz=f*n=0.4*160=64mm/min則tj=（L+L1+L2）/fMz=（96+1+29.7）/64=118.8s。 （3） 工序3——粗鏜-精鏜-粗鉸-精鉸φ80mm孔 粗鏜工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=2mm，L1=ap/tankr+（2~3）=9.5mm，L2=3~5mm，L=15mm，f=0.5mm/r，n=125r/min。則tj=（9.5+4+15）/0.5/125=27.4s。 精鏜工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.75mm，L1=ap/tankr+（2~3）=4.8mm，L2=3~5mm，L=15mm，f=0.2mm/r，n=80r/min。則tj=（4.8+4+15）/0.2/80=89.3s。 粗鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.2mm，查5-42表可得L1=0.75mm，L2=28mm，L=15mm，f=1.5mm/r，n=18r/min。則tj=（0.75+28+15）/1.5/18=97.2s。 精鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.05mm，查5-42表可得L1=0.19mm，L2=13mm，L=15mm，f=1.5mm/r，n=18r/min。則tj=（0.19+13+15）/1.5/18=62.6s。 （4） 工序4——粗車-半精車-精車φ90mm軸 粗車工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=2mm，L1=ap/tankr+（2~3）=9.5mm，L2=3~5mm，L=5mm，f=0.8mm/r，n=10r/min。則tj=（9.5+3+5）/0.8/10=131.25s。 半精車工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.75mm，L1=ap/tankr+（2~3）=4.8mm，L2=3~5mm，L=5mm，f=0.4mm/r，n=10r/min。則tj=（4.8+3+5）/0.4/10=192s。 精車工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.25mm，L1=ap/tankr+（2~3）=2.9mm，L2=3~5mm，L=5mm，f=0.2mm/r，n=20r/min。則tj=（2.9+3+5）/0.2/20=163.5s。 （5） 工序5——鉆、粗鉸、精鉸φ10mm孔 鉆孔工步：根據表5-41，tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，可得L1=D/2cotkr+（1~2）=19.7mm，L2=1mm，L=8mm，f=0.1mm/r，n=545r/min。則tj=（19.7+1+8）/0.1/545=31.6s。 粗鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.08mm，查5-42表可得L1=0.37mm，L2=15mm，L=8mm，f=0.4mm/r，n=140r/min。則tj=（0.37+15+8）/0.4/140=25s。 精鉸工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.02mm，查5-42表可得L1=0.19mm，L2=13mm，L=8mm，f=0.4mm/r，n=140r/min。則tj=（0.19+13+8）/0.4/140=22.7s。 2．輔助時間tf的計算 （1） tf與基本時間tj之間的關系為tf=（0.15~0.2）tj，取tf=0.15tj，則工序的輔助時間分別為： 工序1工步1：tf=0.15*59.4s=8.91s； 工步2：tf=0.15*48.1s=7.22s； 工序2：tf=0.15*118.8s=17.82s； 工序3粗鏜：tf=0.15*27.4s=4.11s； 工序3精鏜：tf=0.15*89.3s=13.40s； 工序3粗鉸：tf=0.15*97.2s=14.58s； 工序3粗鏜：tf=0.15*62.6s=9.39s； 工序4粗車：tf=0.15*131.25s=19.69s； 工序4半精車：tf=0.15*192s=28.8s； 工序4精車：tf=0.15*163.5s=24.52s； 工序5鉆孔：tf=0.15*31.6s=4.74s； 工序5粗鉸：tf=0.15*25s=3.75s； 工序5精鉸：tf=0.15*22.7s=3.4s； 3．其他時間計算 除了作業(yè)時間以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準備終結時間。布置工作地時間tb和休息與生需要時間tx，（tb+tx）=（3%+3%）*（tj+tf）則 工序1工步1：tb+tx=6%*（59.4+8.91）=4.1s； 工序1工步2：tb+tx =6%*（48.1s+7.22s）=3.3s； 工序2：tb+tx =6%*（118.8s+17.82s）=8.2s； 工序3粗鏜：tb+tx =6%*(27.4s+4.11s）=1.9s； 工序3精鏜：tb+tx =6%*(89.3s+13.40s）=6.2s； 工序3粗鉸：tb+tx =6%*(97.2s+14.58s）=6.7s； 工序3精鉸：tb+tx =6%*(62.6s+9.39s）=4.3s； 工序4粗車：tb+tx =6%*(131.25s+19.69s）=9.1s; 工序4半精車：tb+tx =6%*(192s+28.8s)；=13.3s； 工序4精車：tb+tx =6%*(163.5s+24.52s) =11.3s； 工序5鉆孔：tb+tx =6%*(31.6s+4.74s) =2.2s； 工序5粗鉸：tb+tx =6%*(25+3.75s) =1.7s； 工序5精鉸：tb+tx =6%*(22.7s+3.4s) =1.6s； 4．單件時間tdj的計算 工序1的單件時間：tdj=59.4+8.91+4.1s+48.1s+7.22s+3.3=131.03s； 工序2的單件時間：tdj=118.8s+17.82s+8.2s=114.82s； 工序3的單件時間：tdj=33.41s+108.9+118.48+76.29=337.08s； 工序4的單件時間：tdj=160.04+234.1+199.32=593.46s； 工序5的單件時間：tdj=38.54+30.45+27.7=96.69s； 第七節(jié) 專用鉆床夾具設計 1.夾具設計任務 工件材料為HT200，由于是中批量生產，采用了固定式鉆床夾具，提高了生產效率。在工藝性方面使這種夾具的結構簡單、合理、便于加工、裝配、檢驗和維修。在使用性方面這種夾具的操作簡便、省力、安全可靠，排屑也方便，必要時可設置排屑結構。 2.選擇定位元件 選擇帶臺階面的定位心軸，作為以φ10H7孔及其端面的定位元件。定位副配合取φ10H7/f6。 3.定位誤差計算 加工φ10H7孔時孔距尺寸 35+0.18 0mm的定位誤差計算 由于基準重合，故ΔB=0； 不存在基準位移誤差，故ΔD=0 。 由此可知此定位方案能滿足尺寸35+0.18 0mm的定位要求。 4. 確定夾緊方案 參考夾具資料， 以定位軸為主定位，以固定式套筒為輔助定位，采用 M18螺母、端蓋、墊圈和定位軸在φ80H7孔右端面夾緊工件。 5.確定引導元件 由于生產量為中批量生產故選用可換鉆套。 主要尺寸由《機床夾具零、部件》國家標準 GB/T2263 — 80 、 GB/T2265 — 80選取。 鉆孔時鉆套內徑為φ10+ mm。 鉆套端面至加工面的距離取 8mm。 麻花鉆選用φ10mm 。 引導元件至定位元件間的位置尺寸為56± 0.03 mm。 鉆套軸線對基面的垂直度允差為 0.02mm。 第八節(jié) 方案評價和結論 此方案為設計聯軸器箱體，完整的從選材料到毛坯到生產成零件加上夾具的設計包括很多的內容，通過機械制造工藝課程設計，學生應該在以下兩個方面得到鍛煉：能熟練地運用機械制造工藝學課程中的基本理論，以及在生產實習中學到的實踐知識，正確得解決一個零件在在加工中的定位、夾緊及合理安排工藝路線等問題，以保證零件的加工質量。學會使用手冊及圖表資料，掌握與本設計有關的各種資料的名稱及出處，并能夠做到熟練應用。此方案不復雜，根據步驟一步一步的剖析，思路比較清晰易懂。 第九節(jié) 體會與展望 20天的設計我翻閱了很多資料深刻體會到生產一件產品是多么的不易，希望能通過本次課程設計的學習，學會將所學理論知識和工藝課程實習所得的實踐知識結合起來，并應用于解決實際問題之中，從而鍛煉自己分析問題和解決問題的能力；同時，又希望能超越目前工廠的實際生產工藝，而將有利于加工質量和勞動生產率提高的新技術和新工藝應用到機器零件的制造中，為改善我國的機器制造業(yè)相對落后的局面探索可能的途徑，并為未來先進的加工工藝的設計打下堅實的基礎。 參考文獻 [1] 趙麗娟 機械幾何量精度設計與檢測 清華大學出版社 2011.07 [2] 黃健求 機械制造技術基礎 機械工業(yè)出版社 2011.01 [3] 機械制造技術基礎課程設計指導書 [4] 葛文杰 機械原理 高等教育出版社 2010.04 [5] 劉青科 工程圖學 東北大學出版社 2008.01 17