柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具設(shè)計(jì)【鉆孔為9.5mm于6.7mm】【說(shuō)明書+CAD+PROE】,鉆孔為9.5mm于6.7mm,說(shuō)明書+CAD+PROE,柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具設(shè)計(jì)【鉆孔為9.5mm于6.7mm】【說(shuō)明書+CAD+PROE】,柴油機(jī),軸進(jìn)油孔鉆,夾具,設(shè)計(jì),鉆孔,mm,妹妹,說(shuō)明書 江西農(nóng)大___工___學(xué)院(系)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))完成情況登記卡 姓 名 張兆友 性別 男 學(xué)號(hào) 20055027 院(系) 工學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 班級(jí) 機(jī)械 論文(設(shè)計(jì))題 目 柴油機(jī)惰輪A軸鉆夾具設(shè)計(jì) 完成情況 完成提綱時(shí)間 2009年4月10日 完成初稿時(shí)間 2009年4月30日 成二稿時(shí)間 2009年5月15日 定 稿 時(shí) 間 2009年5月23日 所 用 主 要 參 考 資 料 索 引 畢 業(yè) 論 文 、 設(shè) 計(jì) 指 導(dǎo) 情 況 指導(dǎo)次數(shù) 指導(dǎo)日期 求教事項(xiàng) 指導(dǎo)內(nèi)容 指導(dǎo)教師簽名 畢業(yè)論文題目 學(xué)校代碼：10410 序 號(hào)：055027 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目： 柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 張兆友 學(xué) 號(hào)： 20055027 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2005級(jí) 指導(dǎo)教師： 樊十全 二OO九年 五 月 - 22 - 柴油機(jī)惰輪A軸進(jìn)油孔鉆夾具 摘 要 本文是鉆夾具的設(shè)計(jì)說(shuō)明，其中包括十三部分。 一．零件的作用： 二．夾具方案確定: 三．夾具設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)： 四．夾具設(shè)計(jì)的基本要求： 五．鉆床專用夾具的設(shè)計(jì)： 六．工件定位方案設(shè)計(jì)： 6.1 工件的工藝分析： 6.2 工件自由度的限制： 6.3定位基準(zhǔn)的選擇：工件的定位及定位件6.4 工件的定位6.5 定位銷的選擇 七．工件的夾緊及夾緊裝置的設(shè)計(jì)： 7.1.工件夾緊的原則： 7.2.夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求： 7.3.夾緊力的選擇： 7.4.工件的夾緊方案： 7.5.夾具的夾緊裝置和定心裝置八．導(dǎo)引方案的設(shè)計(jì): 8.1. 夾具的導(dǎo)向8.2.鉆套的選擇： 8.3.鉆孔與工件之間的切屑間隙8.4.鉆模板九、夾具體的設(shè)計(jì): 十、夾具精度分析： 十一.夾具三維實(shí)體圖： 十二、參考文獻(xiàn): 十三、致謝: 關(guān)鍵詞：夾具體 鉆模板 菱形定位銷  Abstract This article is about a 150T-2 (HD) components side blanking punch and die design,Through the analysising of the graphical parts of the structure and production process, so decided to adopt the gang dies which the pierceing and the shearing in the same process, At the same time taking into account the waste of gang dies directly pung down from the punch-die by press lineBecause of no lifting equipment, The Structure is Simple,and easy to operate.So select the gang dies . The design of the gang dies include 1 Analysising of the process of the part. Then select a number of possible program , calculate and comparison the process program.Finally choose the gang dies.2 Formulation the process process flows.Stocking layout , calculating the utilization of materials.3 Choose the structure of the punching dies initially include Specific forms of dies, locating device, discharging device, guiding parts, die carrier. 4 Calculating the blanking force.5 Calculating the dimension of the cutting edge. 6 Designing and Calculating the main parts of the dies .7. Designing and Calculating the standard components include die carrier, guide pillar, guide sleeve, punch set, lower die base, discharging bolt 8 Bearing components include die shank, fixing plate, shim plate, 9 Choosing the fastener. Key words: punching hole, blanking, flip-over type, gang dies 目錄 一．零件的作用： - 1 - 二．夾具方案確定: - 2 - 三．夾具設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)： - 2 - 四．夾具設(shè)計(jì)的基本要求： - 3 - 五．鉆床專用夾具的設(shè)計(jì)： - 3 - 六．工件定位方案設(shè)計(jì)： - 5 - 6.1 工件的工藝分析： - 5 - 6.2 工件自由度的限制： - 5 - 6.3定位基準(zhǔn)的選擇：工件的定位及定位件 - 5 - 6.4 工件的定位 - 6 - 6.5 定位銷的選擇 - 8 - 七．工件的夾緊及夾緊裝置的設(shè)計(jì)： - 9 - 7.1.工件夾緊的原則： - 9 - 7.2.夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求： - 9 - 7.3.夾緊力的選擇： - 9 - 7.4.工件的夾緊方案： - 12 - 7.5.夾具的夾緊裝置和定心裝置 - 12 - 八．導(dǎo)引方案的設(shè)計(jì): - 13 - 8.1. 夾具的導(dǎo)向 - 13 - 8.2.鉆套的選擇： - 13 - 8.3.鉆孔與工件之間的切屑間隙 - 14 - 8.4.鉆模板 - 15 - 九、夾具體的設(shè)計(jì): - 15 - 十、夾具精度分析： - 17 - 十一.夾具三維實(shí)體圖： - 17 - 十二、參考文獻(xiàn): - 21 - 十三、致謝: - 22 - 一．零件的作用： 柴油機(jī)惰輪A軸的作用是在柴油機(jī)內(nèi)部用于連接、固定惰輪，以實(shí)現(xiàn)改變齒輪傳動(dòng)方向的效果。惰輪A軸與惰輪采用小間隙配合的連接方式，而惰輪A軸上的三個(gè)進(jìn)油孔，是提供必要的輪滑油和機(jī)內(nèi)其它部件的用油需求。因?yàn)槎栎嗇S上的進(jìn)油孔作用單一，且不是其它部件的安裝、定位、設(shè)計(jì)和加工的基準(zhǔn)和參考，故進(jìn)油孔的設(shè)計(jì)、加工精度要求不高。因此，在設(shè)計(jì)制造實(shí)現(xiàn)該鉆孔工序的專用夾具時(shí)，通過(guò)查找相應(yīng)的夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)采用較低的精度要求，以實(shí)現(xiàn)降低成本，縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟(jì)性的目的。 二．夾具方案確定: 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，可知，此夾具是為實(shí)現(xiàn)鉆孔這一特定的工序而設(shè)計(jì)的專用夾具，即是鉆床的專用夾具。 根據(jù)加工零件的孔的加工尺寸和自身的幾何形狀，查相應(yīng)的機(jī)床手冊(cè)可知，可采用立式鉆床，且型號(hào)可以是Z5060。 鉆夾具的主要任務(wù)是保證刀具旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)工件定位表面有正確的相互位置，根據(jù)工件的集合形狀和尺寸結(jié)構(gòu)及工藝特性，選擇不同形式的鉆模以保證產(chǎn)品精度和生產(chǎn)率。 三．夾具設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)： 1.在夾具設(shè)計(jì)工作中，一般有下列的一些特點(diǎn): 1.1夾具設(shè)計(jì)周期較短，一般不進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算。 夾具設(shè)計(jì)是直接為產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)的一項(xiàng)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，其設(shè)計(jì)周期要求短，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)一般不進(jìn)行剛度和強(qiáng)度的計(jì)算，而采用“憑經(jīng)驗(yàn)確定”的辦法來(lái)保證;或者采用一些簡(jiǎn)便的計(jì)算公式和圖表作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。 1.2專用夾具的設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)品零件有較強(qiáng)的針對(duì)性。 專用夾具是夾具中數(shù)量最大的一類，是為某一產(chǎn)品零件某一道工序進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此有較強(qiáng)的針對(duì)性。 1.3確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率是夾具設(shè)計(jì)工作的首要任務(wù)。 產(chǎn)品零件的加工質(zhì)量，一般包括兩種特性： 被加工表面的本身精度; 被加工表面的位置精度。 對(duì)于第一種加工精度，主要由加工方法和刀具來(lái)保證，而夾具在這方面的影響一般是保證夾具本身的剛度和防止夾緊工件時(shí)不發(fā)生嚴(yán)重的變形。 對(duì)于第二種加工精度，主要由夾具來(lái)保證的，這是設(shè)計(jì)夾具的首要任務(wù)。保證這個(gè)精度，應(yīng)與夾具中各種裝置的結(jié)構(gòu)形式、制造精度、受力情況和工作條件有著密切的關(guān)系。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)通過(guò)必要的誤差分析以確保加工精度要求，這是設(shè)計(jì)夾具的主要任務(wù)之一。 另一個(gè)主要任務(wù)，就是設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 1.4夾緊裝置的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)具有決定性的影響。 因?yàn)閵A緊裝置的結(jié)構(gòu)型式，種類很多，選用的靈活性較大。特別是夾緊裝置中的力源及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)夾具結(jié)構(gòu)的影響更大。 2. 在夾具制造工作中，一般有下列的一些特點(diǎn): 2.1單件生產(chǎn)及高精度要求。 夾具的制造一般都屬單件生產(chǎn)，多用萬(wàn)能方法加工，盡量不用或少用專用二級(jí)工夾具。夾具的制造精度要求較高，在一般情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于產(chǎn)品零件的精度要求。 2.2常用組合加工的方法。 組合加工在夾具制造中應(yīng)用廣泛，如銷子孔的配作等，這樣可以使夾具零件的制造容易。如對(duì)于鉆具上的鉆套安裝孔，常用按總圖鏜孔的辦法來(lái)保證它和定位件之間的要求。 2.3廣泛采用“修配法”加工。 對(duì)于間隙和運(yùn)動(dòng)靈活性要求較高的配合面，常用研配的辦法來(lái)保證，而不是用公差來(lái)保證。對(duì)精度要求高的型面也常用鉗工修正的辦法來(lái)保證最后的精度和粗糙度要求。 2.4在保證設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量考慮加工方便。 為了便于加工，減少鉗工加工的勞動(dòng)量，一般可采用組合式的結(jié)構(gòu)使零件便于加工，以替代整體式結(jié)構(gòu)。 四．夾具設(shè)計(jì)的基本要求： 夾具設(shè)計(jì)的原則使經(jīng)濟(jì)和適用。夾具設(shè)計(jì)的基本要求分為以下三個(gè)方面：好用、好造、好修。 具體要求有下列幾點(diǎn): 1. 夾具的構(gòu)造應(yīng)與其用途及生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。 2. 保證工件精度。 3. 保證使用方便與安全。 4. 正確處理作用力的平橫問(wèn)題。 5. 注意結(jié)構(gòu)的工藝性，便于制造和維修。 6. 注意夾具與機(jī)床、輔助工具、刀具、量具之間的聯(lián)系。 五．鉆床專用夾具的設(shè)計(jì)： 鉆床夾具的主要類型： 鉆床夾具簡(jiǎn)稱鉆模，主要用于加工孔及螺紋。它主要由鉆套、鉆模板、定位及夾緊裝置夾具體組成。其主要類型有以下幾種。 （1）固定式鉆模 在使用中，這類鉆模在機(jī)床上的位置固定不動(dòng)，而且加工精度較高，主要用于立式鉆床上加工直徑較大的單孔或搖臂鉆床加工平行孔系。 （2）回轉(zhuǎn)式鉆模 這類鉆模上有分度裝置，因此可以在工件上加工出若干個(gè)繞軸線分布的軸向或徑向孔系。 （3）翻轉(zhuǎn)式鉆模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔徑小于f8~f10mm。它可以減少安裝次數(shù)，提高被加工孔的位置精度。其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，加工鉆模一般手工進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，所以?shī)A具及工件應(yīng)小于10 kg為宜。 （4）蓋板式鉆模 這種鉆模無(wú)夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鉆模板上。鉆模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費(fèi)時(shí)，故此鉆模的質(zhì)量一般不宜超過(guò)10 kg。 （5）滑柱式鉆模 滑柱式鉆模是帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具。這種鉆模有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、動(dòng)作迅速、制造周期短的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。 此次我設(shè)計(jì)的夾具工件是發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸進(jìn)油孔工件.如圖1. 圖1. 如圖.工件上表面三個(gè)孔為進(jìn)油孔,此設(shè)計(jì)針對(duì)這三個(gè)進(jìn)油孔設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)式鉆孔夾具. 翻轉(zhuǎn)式夾具特點(diǎn) 翻轉(zhuǎn)式鉆模用于加工小型工件上分布在幾個(gè)面上的孔或同一面上的孔.在使用過(guò)程中易于在機(jī)床工作臺(tái)上用手翻轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)加工表面的轉(zhuǎn)換,因此夾具連同工件的總重一般不超過(guò)十公斤. 如 圖2 圖 2 采用翻轉(zhuǎn)式鉆?？梢詼p少工件的安裝次數(shù),提高工件加工時(shí)各被加工孔之間的位置精度..翻轉(zhuǎn)式鉆模加工孔軸線對(duì)工件定位基面的垂直度要求較高,同時(shí)在工件的鉆孔前后采用雙面導(dǎo)向的結(jié)構(gòu). 六．工件定位方案設(shè)計(jì)： 6.1 工件的工藝分析： 此工件是中批量生產(chǎn)數(shù)目多，應(yīng)設(shè)計(jì)加工的專用夾具以提高生產(chǎn)效率。工件的尺寸合理，能用常用方法加工，零件結(jié)構(gòu)也合理。其通孔Ф9.5和通孔Ф6.7深度均為27.5，孔的定位公差均限制在0.25之范圍內(nèi)，加工精度中等。應(yīng)先加工孔Ф6.7，完成后，可通過(guò)孔Ф6.7內(nèi)加入圓柱銷對(duì)工件進(jìn)行再次夾緊定位，然后再加工大孔Ф9.5?？椎募庸た梢栽诹⑹姐@床加工。 6.2 工件自由度的限制： 采用定位孔和壓板實(shí)現(xiàn)零件的完全定位。 6.3定位基準(zhǔn)的選擇：工件的定位及定位件 第一基準(zhǔn)：夾具體上的工件定位孔 第二基準(zhǔn)：夾具體上的菱形定位銷定位孔 第三基準(zhǔn)：鉆模板上銷定位孔 6.4 工件的定位 該套夾具采用”一面雙孔”的定位.通過(guò)一個(gè)平面及軸心線垂直該平面的兩個(gè)孔進(jìn)行定位. 工件以平面在夾具中定位時(shí),定位件為定位板.定位板常裝在以鑄鐵制造的或者其他不耐磨損的夾具體上.如圖3 定位板可用兩個(gè)或三個(gè)螺釘固定在本體上,這種定位板的缺點(diǎn)是螺釘頭處的凹坑容易聚集細(xì)小的切屑,清楚不易.定位板應(yīng)盡可能作成狹而短,同時(shí)應(yīng)有主夠的剛度,使淬火時(shí)不致翹曲. 圖3 定位板緊固在夾具本體的凸出表面上,為了使所有定位表面能保持在同一平面內(nèi),裝配后應(yīng)經(jīng)過(guò)磨削. 一面雙孔定位中,平面可以限制Z方向,X旋轉(zhuǎn),Y旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度,若定位銷為長(zhǎng)銷.,則出現(xiàn)過(guò)定位.所以兩個(gè)定位銷都為短定位銷.但這種情況依然出現(xiàn)了過(guò)定位.因?yàn)殇N子和孔為間隙配合,存在孔距(Lg)和銷距(Lj)誤差(±alg和±alj).如圖4 圖4 這種誤差是無(wú)法消除的,只能從兩個(gè)銷子上想辦法.則可以縮小銷2的直徑.d2必須小于AB.又因?yàn)? d2/2≤O″d2B 2O″d2B=D2- O′d1 O″d2-BC 又 BC=2aL 所以d2≤D2-2alj-2alg; 若考慮銷2和第二個(gè)孔還必須留有最小間隙Δ2和孔1與銷1之間的最小配合間隙Δ1 則 d2=D2-2(alg+alj)- Δ2+Δ1 可見d2比D2的尺寸小很多,比如導(dǎo)致轉(zhuǎn)角誤差.則必須減小銷2的直徑來(lái)消除過(guò)定位.選擇銷2的樣式為削邊銷. 如圖 5 圖 5 6.5 定位銷的選擇 從上可知此套夾具選取的定位銷為一圓柱銷和菱型銷實(shí)現(xiàn)定位. 按表選取 D=12 B=D-2=10 b=4 b1=3 H=12 根據(jù)尺寸選取的固定圓柱定位銷為A型:A12n6*12 720-073 固定菱形定位銷為A型:A12n6*12 720-073 在一面雙孔定位方式中,菱形削邊銷是限制Z旋轉(zhuǎn)自由度的,因此削邊銷的長(zhǎng)軸一定要垂直雙孔中心連線,否則會(huì)失去限制該轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的作用.如圖六 同時(shí)在裝配中,當(dāng)削邊銷調(diào)整后,一定要采取防轉(zhuǎn)措施.在夾具體上放置兩個(gè)定位銷的定位孔不在同一軸上,,則,菱形定位銷將轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度,限制轉(zhuǎn)動(dòng)自由度. 圖6 工件以”一面雙孔”定位時(shí)的定位誤差 設(shè)計(jì)中兩銷為垂直放置,孔和銷皆為Ф12H7/k6 由公差和配合表可知,定位孔為Ф12+0.035/0.006,定位銷為Ф12+0.006/-0.023 ε01XW=δg1+δj1+Δ1=0.029+0.029+0=0.058 ε1YW=|x/L*[ε02YW+ε01YW]-ε01YW| =|41/110*[0.058+0.058]-0.058|=0.015 εⅡ=ε01XW+εB=0.058+0.1=0.158 由上述分析可知,欲減少一面雙孔定位系統(tǒng)定位誤差,可以采取:提高定位孔,定位銷的精度或配合類別,采用消除間隙的結(jié)構(gòu),選取孔距大的雙孔定位等, 我選擇的工件定位孔是Ф12,精度是7級(jí) 孔距公差為±0.015,定位平面的平面度為0.02.粗糙度為7級(jí). 七．工件的夾緊及夾緊裝置的設(shè)計(jì)： 7.1.工件夾緊的原則： 為使工件在定位件上所占有的規(guī)定位置在加工過(guò)程中保持不變，就要用夾緊裝置將工件夾緊。才能保證工件的定位基準(zhǔn)與夾具上的定位表面可靠地接觸，防止在加工過(guò)程中移動(dòng)、振動(dòng)或變形。 由于工件的夾緊是和定位緊密聯(lián)系的，因此，夾緊方法的選擇應(yīng)與定位方法的選擇一起考慮。 在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)考慮夾緊力的選擇，夾緊機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)方法的確定。夾緊裝置選擇合適，不僅可以顯著地縮短輔助時(shí)間，保證產(chǎn)品質(zhì)量；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，并且還可以方便工人操作，減輕體力勞動(dòng)。 7.2.夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，必須注意夾緊力對(duì)工件加工表面所產(chǎn)生的松緊問(wèn)題，以保證工件加工表面的精度和粗糙度。因此，在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)應(yīng)滿足以下一些基本要求： 注意夾緊力的大小、方向和作用點(diǎn)的選擇。 夾緊裝置應(yīng)與生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率的要求相適應(yīng)。 結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，制造維修方便。 使用安全可靠。 盡量減少夾緊時(shí)夾具體所受的彎曲力矩。 7.3.夾緊力的選擇： 在確定夾緊方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)先決定幾個(gè)主要因素：即夾緊力的方向和作用點(diǎn)的選擇及夾緊力的大小，然后再根據(jù)這些要素，進(jìn)一步選擇合理的傳動(dòng)方法與設(shè)計(jì)合理的夾緊機(jī)構(gòu)。 夾緊力的大小重要取決于切削P和重力G ,重力是可認(rèn)為不變的,而切削力在切削的過(guò)程中是變化的.影響切削力的大小因素很多,如工件質(zhì)量的不均勻,加工質(zhì)量的不均勻,刀具磨損以及切削用量的變化等等.同時(shí)夾緊力也和其他因素有關(guān),如夾緊件和工件及工件與定位件間接觸表面的光潔度,工藝系統(tǒng)的剛性等等,因此夾具夾緊力的設(shè)計(jì)只能對(duì)其做初略的估算. W:實(shí)際夾緊力 Wi:理論夾緊力 K:安全系數(shù) 安全系數(shù):K=K1K2K3K4 式中: K1-基本安裝系數(shù) K2-加工安裝系數(shù) K3-刀具鈍化系數(shù) K4-切削特點(diǎn)系數(shù) 工件切削孔的位置標(biāo)注如圖7: 圖7 此套夾具的夾緊力計(jì)算如表1: 孔號(hào) 孔坐標(biāo)(毫米) 孔徑 (毫米) 走刀量 (毫米/轉(zhuǎn)) x y 1 20 40 φ9.5 0.10 2 50 40 φ9.5 0.10 3 35 25 φ6.7 0.119 表 1 切削力P:P=2.6*D*S0.8*HB0.6 式中:D-鉆孔直徑 S-走刀量 HB-材料布氏硬度 HB=Hbmax-(Hbmax-Hbmin)/3=230 P1=P2=2.6*9.5*0.100.8*2300.6=102.3 (公斤力) P3=2.6*6.7*0.1190.8*2300.6=82.9 (公斤力) 切削合力P=Σpi=P1+P2+P3 =102.3+102.3+82.9=287.5 (公斤力) 合力的位置: x=Σpixi/Σpi ; y=Σpiyi/Σpi 如表2 孔號(hào) pi xi pixi yi piyi 1 102.3 20 2046 40 4092 2 102.3 50 5115 40 4092 3 82.9 35 2901.5 25 2072.5 表 2 X=35mm y=36mm 安全系數(shù)K: K=K1*K2*K3*K4 取:K1=1.75 K2=1.2 K3=1.2 K4=1.0 得: K=1.75*1.2*1.2*1.0=2.52 夾緊力的計(jì)算 夾緊工件所需的夾緊力W W=K*P/（ f1+f2）=2.52*287.5/(0.4+0.2) =1207.5(公斤力) 驗(yàn)算加緊工件的螺栓直徑尺寸： 其中取 tg=tg =2.94 當(dāng)Q=W時(shí)，驗(yàn)算螺桿的直徑 d2>9.23 故可取d2=12mm 7.4.工件的夾緊方案： 為使工件在定位件上所占有的規(guī)定位置在加工過(guò)程中保持不變,就要用夾緊裝置將工件夾緊.報(bào)紙工件的定位基準(zhǔn)與夾具上的定位表面可靠的接觸,防止在加工過(guò)程中移動(dòng)、振動(dòng)、或變形. 因?yàn)榇颂讑A具加工的工件剛度較好,防止了切削力作用是所引起的振動(dòng),側(cè)面在加上移動(dòng)壓板的定位,免除夾緊力對(duì)加工表面幾何形狀精度的不利影響夾具的夾緊選用加工表面的松態(tài)夾緊,夾緊力的作用線不通過(guò)加工表面的周圍,使加工表面的材料處在自由狀態(tài)下. 在夾具體上對(duì)工件進(jìn)行定位后，用壓板垂直壓在工件上并夾緊，首先對(duì)工件上的小通孔Ф6.7進(jìn)行加工，需要對(duì)加工通孔Ф6.7時(shí)的夾緊力計(jì)算。為保證工件在夾具上的夾緊、定位的效果，在加工完通孔Ф6.7后，在通孔Ф6.7內(nèi)加入以圓柱銷，從而完全限制工件自由度，隨后再加工兩個(gè)通孔Ф9.5，且可省略計(jì)算其夾緊力的過(guò)程。 7.5.夾具的夾緊裝置和定心裝置 夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置,在此套夾具中,中間傳動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一.力源為機(jī)動(dòng)夾緊,通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板.達(dá)到夾緊和定心作用.如圖8 圖 8 圖中工件通過(guò)定位銷的定位限制了橫向的移動(dòng),通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊.并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板,通過(guò)精確的圓弧定位,實(shí)現(xiàn)定心.此套移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單,便于手動(dòng)調(diào)整.通過(guò)松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動(dòng),以達(dá)到壓緊的目的.壓緊的同時(shí),實(shí)現(xiàn)工件的定心,使其定位基準(zhǔn)的對(duì)稱中心在規(guī)定位置上. 具體尺寸詳見后附的零件圖。 八．導(dǎo)引方案的設(shè)計(jì): 8.1. 夾具的導(dǎo)向 鉆床夾具中用以確定刀具對(duì)工件的相對(duì)位置，以及避免或減少在加工過(guò)程中偏移的元件時(shí)是鉆套。鉆套是鉆具的一種主要元件，因?yàn)殂@頭的引導(dǎo)作用是通過(guò)鉆套來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有了鉆套，加工前工件不用進(jìn)行劃線和找正，因而可以提高生產(chǎn)率，并容易保證工件加工表面的精度。 在鉆床上加工孔時(shí),大都采用導(dǎo)向元件或?qū)蜓b置,用以引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確的加工位置,并在加工過(guò)程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移,提高刀具的剛性,從而保證零件上孔的精度,在鉆床上加工的過(guò)程中,導(dǎo)向裝置保證同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度、各軸線間的平行度等,因此,導(dǎo)向裝置如同定位元件一樣，對(duì)于保證工件的加工精度有這十分重要的作用. 8.2.鉆套的選擇： 導(dǎo)向元件包括刀桿的導(dǎo)向部分和導(dǎo)向套 在這套鉆床夾具上用的導(dǎo)向套是鉆套. 鉆套按其結(jié)構(gòu)可分為固定鉆套,可換鉆套,快換鉆套及特殊鉆套。因此套鉆夾具加工量不大,磨損較小，孔距離精度要求較高,則選用固定鉆套.如圖9.直接壓入鉆模板或夾具體的孔中.鉆套內(nèi)孔進(jìn)口處應(yīng)做成圓角,以利于導(dǎo)屑. 圖9 鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/p6的配合.且必須有很高的耐磨行,材料選擇T10A.,淬火HRC60.工件上不同孔徑選擇不同的鉆套:9.5F8╳24 720-053和6.7F8╳24 720-053. 相同的,為了防止定位銷與模板之間的磨損,在模板定位孔之間套上兩個(gè)固定襯套.選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)為12╳12 720-055.材料仍選取T10A, 淬火HRC60.公差也采用H7/k6的配合. 8.3.鉆孔與工件之間的切屑間隙 鉆套下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C,使開始鉆孔時(shí),鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中,以免刮傷鉆套內(nèi)孔.如圖10 圖10 切屑間隙 C=(0.3 ～1)d 取C=0.5d d 為鉆頭直徑 工件加工鉆孔為9.5mm于6.7mm 故 C1=4.75mm C2=3.85mm 因兩孔都在同一面上，所以,取C=4.75mm 8.4.鉆模板 在導(dǎo)向裝置中,導(dǎo)套通常是安裝在鉆模板上,因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度,以防變形而影響鉆孔精度.鉆模板按其與夾具體連接的方式,可分為固定式鉆模板、鉸鏈?zhǔn)姐@模板、可卸式鉆模板、滑柱式鉆模板和活動(dòng)鉆模板等. 在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板,在裝卸工件時(shí)需從夾具體上裝上或卸下,鉆模板在夾具體上采用定位銷一面雙孔定位,螺栓緊固,鉆模精度較高.如圖11 圖11 如圖11.圖中央三個(gè)孔為加工鉆孔. 九、夾具體的設(shè)計(jì): 夾具體是一般是夾具上最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)元件。在夾具體上，要安放組成該夾具所需要的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置，并且還要考慮便于裝卸以及在機(jī)床上的固定。因此夾具體的形狀和尺寸應(yīng)滿足如下基本要求： 1． 有足夠的強(qiáng)度和剛度； 2． 合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，盡量減輕重量，便于操作； 3． 安放穩(wěn)定、可靠； 4． 結(jié)構(gòu)緊湊、工藝性好； 5． 尺寸穩(wěn)定、有一定的精度； 6． 排屑方便； 7． 應(yīng)吊裝方便、使用安全。 根據(jù)以上要求，采用HT200灰鑄鐵為材料設(shè)計(jì)制造如下圖所示的夾具體。 具體尺寸見附圖。 夾具體構(gòu)造的工藝性要求： 1. 夾具體幾何形狀的選擇應(yīng)便于加工； 2. 夾具的構(gòu)形應(yīng)考慮裝配的可能性和方便性； 3. 夾具體零件圖上的尺寸標(biāo)注應(yīng)便于測(cè)量。 夾具裝配后在鉆床上不用固定，且自重較大，工件減輕，切削力較小，為提高生產(chǎn)率，可將夾具直接放在鉆床的工作臺(tái)上。 零件圖 十、夾具精度分析： 夾具誤差必須滿足如下公式： dw是定位誤差：dw=0.03; jw是基準(zhǔn)位置誤差：jw=0.015; jd是鉆床夾具的對(duì)刀誤差： Δjd =δS＋δh δS——塞尺的制造誤差；δh——對(duì)刀塊工作表面至定位元件的尺寸公差。查表可知：δS=0.0005。因?yàn)閷?duì)刀塊是用就地加工法加工的，所以可以認(rèn)為：δh=0。由此我們可知：jd=0.0005 得 =0.034 0.034<=0.0667 夾具精度符合要求。 十一.夾具三維實(shí)體圖： 十二、參考文獻(xiàn): 1.林文煥主編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 中國(guó)鐵道出版局 1987 2.王秀倫主編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 國(guó)防工業(yè)出版社 1983 3.編輯委員會(huì)編 機(jī)械工程手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1979 4.李家寶編 夾具設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 1964 5.唐用中編 組合夾具組裝技術(shù) 國(guó)防工業(yè)出版社 1979 6.長(zhǎng)春第一汽車制造廠工裝設(shè)計(jì)室編 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理 1976 7.湖南大學(xué)機(jī)制教研室編 機(jī)床夾具 湖南人民出版社 1976 8.機(jī)床夾具零部件 第一機(jī)械工業(yè)部機(jī)床研究所 1965 9.吳克堅(jiān)主編 機(jī)械原理 高等教育出版社 1989 10.劉鴻文主編 材料力學(xué) 高等教育出版社 1991 11.吳宗澤主編 機(jī)械設(shè)計(jì)高等教育出版社 1990 12、成大先 主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M] 1994年4月第三版第五卷，化學(xué)工業(yè)出版社。 13、王啟平主編。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005。 14、陶崇德，葛鴻翰主編。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1982。 15、浦林祥主編。金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社，1987。 十三、致謝: 經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的時(shí)間，在指導(dǎo)老師和自己努力下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于圓滿完成了。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)各種方式收集、查找相關(guān)資料。同時(shí)，為了增加感性認(rèn)識(shí)，也為了更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)。指導(dǎo)老師親自帶我們?cè)啻紊钊肽喜S進(jìn)行實(shí)地考察。在考察參觀的過(guò)程中，我們仔細(xì)觀察，虛心請(qǐng)教，不放過(guò)任何難點(diǎn)與疑問(wèn)。設(shè)計(jì)中的很多機(jī)器結(jié)構(gòu)都參照工廠的現(xiàn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)。 通過(guò)這次完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們系統(tǒng)地回顧和復(fù)習(xí)了大學(xué)四年所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也深刻體會(huì)到學(xué)習(xí)的重要性并領(lǐng)會(huì)到設(shè)計(jì)也是一種學(xué)習(xí)的方式。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們綜合運(yùn)用了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和相關(guān)設(shè)計(jì)軟件（如AutoCAD、Word等），且應(yīng)用熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)資料（包括手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到計(jì)算機(jī)和工具書及手冊(cè)在設(shè)計(jì)中帶來(lái)的便利和幫助。 編 號(hào) 20055027 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)材料 題 目 柴油機(jī)惰輪A軸鉆夾具設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 張兆友 材 料 目 錄 序號(hào) 附 件 名 稱 數(shù)量 備注 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 2 零件圖 5 3 裝配圖 1 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)完成情況登記表 1 二〇〇九年五月 附錄二 ：中文翻譯 通過(guò)夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化控制變形 摘 要 工件變形必須控制在數(shù)值控制機(jī)械加工過(guò)程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個(gè)主要方面。在本文提出了一種多目標(biāo)模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應(yīng)用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個(gè)例子說(shuō)明，一個(gè)令人滿意的結(jié)果被求得， 這是遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)之一的。多目標(biāo)模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。 關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法 1 引言 夾具設(shè)計(jì)在制造工程中是一項(xiàng)重要的程序。這對(duì)于加工精度是至關(guān)重要。一個(gè)工件應(yīng)約束在一個(gè)帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應(yīng)該從戰(zhàn)略的設(shè)計(jì)，并且適當(dāng)?shù)膴A緊力應(yīng)適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進(jìn)行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設(shè)計(jì)方案的兩個(gè)主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應(yīng)適當(dāng)?shù)倪x擇和計(jì)算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。 夾具設(shè)計(jì)的目的是要找到夾具元件關(guān)于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個(gè)最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個(gè)觀點(diǎn)是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個(gè)是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來(lái)計(jì)算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達(dá)且直接的搜索工具箱，并且被應(yīng)用于解決優(yōu)化問(wèn)題。最后還給出了一個(gè)案例的研究，以闡述對(duì)所提算法的應(yīng)用。 2 文獻(xiàn)回顧 隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運(yùn)用，近幾年夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)的方法。DeMeter也用了一個(gè)剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進(jìn)行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計(jì)算質(zhì)量的有限元計(jì)算法。李和melkote用了一個(gè)非線性編程方法和一個(gè)聯(lián)絡(luò)彈性模型解決布局優(yōu)化問(wèn)題。兩年后， 他們提交了一份確定關(guān)于多鉗夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認(rèn)為工件在加工過(guò)程中處于動(dòng)態(tài)。相結(jié)合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)與分析。蔡等對(duì)menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會(huì)的理論進(jìn)行了拓展。秦等人建立了一個(gè)與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來(lái)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定。 大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個(gè)可行布局開始。此外，還得到了對(duì)這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)的功能和設(shè)計(jì)變量之間沒(méi)有直接分析的關(guān)系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。 以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問(wèn)題中是一種有用的技術(shù)。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應(yīng)用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標(biāo)編碼。他們還提出了針對(duì)主要競(jìng)爭(zhēng)夾具優(yōu)化方法相對(duì)有效性的廣泛調(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個(gè)夾具布局優(yōu)化技術(shù)，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個(gè)刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點(diǎn)號(hào)碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個(gè)切削過(guò)程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個(gè)分析模型，認(rèn)為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學(xué)習(xí)系統(tǒng)用來(lái)非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來(lái)計(jì)算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來(lái)確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)發(fā)展夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進(jìn)去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認(rèn)為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時(shí)，一些研究沒(méi)有考慮為整個(gè)刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點(diǎn)數(shù)目作為設(shè)計(jì)參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時(shí)進(jìn)行。 有幾項(xiàng)研究摩擦和碎片考慮進(jìn)去了。 碎片的移動(dòng)和摩擦接觸的影響對(duì)于實(shí)現(xiàn)更為現(xiàn)實(shí)和準(zhǔn)確的工件夾具布局校核分析來(lái)說(shuō)是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實(shí)現(xiàn)更好的加工精度是必須的。 在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達(dá)到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標(biāo)優(yōu)化模型被建立了。一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)低剛度工件而言是比較單一的目標(biāo)優(yōu)化方法、經(jīng)驗(yàn)和方法。 3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)計(jì) 一個(gè)可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢(shì)力應(yīng)用到工件；第二，庫(kù)侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點(diǎn)。夾具元件-工件接觸點(diǎn)的位置必須在候選位置。為一個(gè)問(wèn)題涉及夾具元件-工件接觸和加工負(fù)荷步驟，優(yōu)化問(wèn)題可以在數(shù)學(xué)上仿照如下： 這里的△表示加工區(qū)域在加工當(dāng)中j次步驟的最高彈性變形。 其中 是△的平均值； 是正常力在i次的接觸點(diǎn)； μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)； fhi是切向力在i次的接觸點(diǎn)； pos(i)是i次的接觸點(diǎn)； 是可選區(qū)域的i次接觸點(diǎn)； 整體過(guò)程如圖1所示，一要設(shè)計(jì)一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計(jì)算出來(lái)。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時(shí)也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計(jì)算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。 圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過(guò)程 4 夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化 4.1 遺傳算法 遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過(guò)程的強(qiáng)勁，隨機(jī)和啟發(fā)式的優(yōu)化方法?；舅悸繁澈蟮倪z傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個(gè)人口中的候選個(gè)體指派一個(gè)健身的價(jià)值，通過(guò)一個(gè)功能的調(diào)整，以適應(yīng)特定的問(wèn)題。遺傳算法，然后進(jìn)行復(fù)制，交叉和變異過(guò)程消除不適宜的個(gè)人和人口的演進(jìn)給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營(yíng)者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個(gè)體代表全最好的方法。 遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)時(shí)需夾具布局和夾緊力作為設(shè)計(jì)變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃。在這項(xiàng)研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運(yùn)用的。 收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當(dāng)在一個(gè)人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒(méi)有變化時(shí)，nchg達(dá)到一個(gè)預(yù)先定義的價(jià)值ncmax ，或有多少幾代氮，到達(dá)演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒(méi)有遺傳算法停止。有五個(gè)主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。 表1 遺傳算法參數(shù)的選擇 由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設(shè)計(jì)字符串，當(dāng)受到加工負(fù)荷時(shí)不完全限制夾具。這些解決方案被認(rèn)為是不可行的，且被罰的方法是用來(lái)驅(qū)動(dòng)遺傳算法，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可行的解決辦法。1夾具設(shè)計(jì)的計(jì)劃被認(rèn)為是不可行的或無(wú)約束，如果反應(yīng)在定位是否定的。在換句話說(shuō)，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計(jì)劃的高目標(biāo)函數(shù)值時(shí)不可行的。因此，驅(qū)動(dòng)它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對(duì)于約束（4），當(dāng)遺傳算子產(chǎn)生新個(gè)體或此個(gè)體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無(wú)效的區(qū)域。在為了簡(jiǎn)化檢查，多邊形是用來(lái)代表候選區(qū)域和無(wú)效區(qū)域的。多邊形的頂點(diǎn)是用于檢查?！癷npolygon ”在MATLAB的功能可被用來(lái)幫助檢查。 4.2 有限元分析 ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計(jì)算。有限元模型是一個(gè)考慮摩擦效應(yīng)的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個(gè)位置或支持，是代表三個(gè)正交彈簧提供的制約。 圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型 在x ， y和z 方向和每個(gè)夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個(gè)彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計(jì)算如下： 隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個(gè)合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來(lái)申請(qǐng)工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說(shuō)明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個(gè)元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點(diǎn)所包圍。 圖3 連續(xù)插值 這系列節(jié)點(diǎn)，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號(hào)和16號(hào)）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。對(duì)任何一套節(jié)點(diǎn)，彈簧常數(shù)是： 這里， kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點(diǎn)周圍i次夾具元件， Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點(diǎn)周圍之間的距離， ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置, ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點(diǎn)數(shù)量 為每個(gè)加工負(fù)荷的一步，適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個(gè)工作里，正常的彈簧約束在這三個(gè)方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點(diǎn)。整個(gè)刀具路徑是模擬為每個(gè)夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃所產(chǎn)生的遺傳算法應(yīng)用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進(jìn)去。在機(jī)床改變幾何數(shù)值過(guò)程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)剛度也改變。 因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點(diǎn)的工具運(yùn)動(dòng)和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計(jì)算健身價(jià)值，對(duì)于給定夾具設(shè)計(jì)方案，位移存儲(chǔ)為每個(gè)負(fù)載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的健身價(jià)值。 遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動(dòng)實(shí)施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個(gè)文本文件。那個(gè)輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計(jì)算加工表面的變形。 因此， 健身價(jià)值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當(dāng)前夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的一個(gè)文本文件。 當(dāng)有大量的節(jié)點(diǎn)在一個(gè)有限元模型時(shí)，計(jì)算健身價(jià)值是很昂貴的。因此，有必要加快計(jì)算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項(xiàng)工作中，計(jì)算健身價(jià)值和染色體存放在一個(gè)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價(jià)值已計(jì)算之前，先檢查；如果不，夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價(jià)值觀是直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個(gè)計(jì)算時(shí)間保持不變。每計(jì)算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來(lái)反復(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。 5 案例研究 一個(gè)關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。 5.1 工件的幾何形狀和性能 工件的幾何形狀和特點(diǎn)顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應(yīng)用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。 圖4 空心工件 5.2 模擬和加工的運(yùn)作 舉例將工件進(jìn)行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出。基于這些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計(jì)算和應(yīng)用，當(dāng)工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時(shí)。整個(gè)刀具路徑被26個(gè)工步所分開，切削力的方向被刀具位置所確定 表2加工參數(shù)和條件 。 5.3 夾具設(shè)計(jì)方案 夾具在加工過(guò)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(lái)說(shuō)， 3-2-1定位原則是夾具設(shè)計(jì)中常用的。夾具底板限制三個(gè)自由度，在側(cè)邊控制兩個(gè)自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個(gè)定點(diǎn)（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個(gè)壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個(gè)定位元件限制其余的一個(gè)自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點(diǎn)的坐標(biāo)范圍。 表3 設(shè)計(jì)變量的約束 由于沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設(shè)為每一個(gè)夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。 5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù) 在這個(gè)例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是 這里fv可以被F1或σ代表。當(dāng)nchg達(dá)到6時(shí)，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1. 5.5 優(yōu)化結(jié)果 連續(xù)優(yōu)化的收斂過(guò)程如圖6所示。且收斂過(guò)程的相應(yīng)功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在表4中給出。 圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個(gè)函數(shù)值的收斂 圖8第二個(gè)函數(shù)值的收斂性 表4 多目標(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計(jì)方案結(jié)果進(jìn)行比較， 5.6 結(jié)果的比較 從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中得到的夾具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)值，如表5所示。單一目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比較，單一目標(biāo)優(yōu)化方法有其優(yōu)勢(shì)。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強(qiáng)了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標(biāo)優(yōu)化方法和單目標(biāo)優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標(biāo)優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。 與結(jié)果比較，我們確信運(yùn)用最佳定位點(diǎn)分布和最優(yōu)夾緊力來(lái)減少工件的變形。圖10示出了一實(shí)例夾具的裝配。 圖9沿刀具軌跡的變形分布 圖10 夾具配置實(shí)例 6 結(jié)論 本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。優(yōu)化程序是多目標(biāo)的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于 健身價(jià)值的有限元計(jì)算。對(duì)于夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化的問(wèn)題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。 在這項(xiàng)研究中，摩擦的影響和碎片移動(dòng)都被考慮到了。為了減少計(jì)算的時(shí)間，建立了一個(gè)染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫(kù)，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過(guò)程中多次使用的。 傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗(yàn)。此研究結(jié)果表明，多目標(biāo)優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對(duì)于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。 參考文獻(xiàn) 1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動(dòng)化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機(jī)床夾具表現(xiàn)的Min - Max負(fù)荷模型。 2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過(guò)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(duì)工件的定位精度的影響。 4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過(guò)夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。 5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對(duì)工件定位精度的影響。 6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設(shè)計(jì)計(jì)算工件動(dòng)態(tài)的影響。 7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析。 8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 運(yùn)用優(yōu)化方法在夾具設(shè)計(jì)中選擇支位。 9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 變形金屬板材的裝夾的原則、算法和模擬。 10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定。 12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法。 13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 借助遺傳算法對(duì)裝夾條件的優(yōu)化。 14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一項(xiàng)關(guān)于空間坐標(biāo)對(duì)基于遺傳算法的夾具優(yōu)化問(wèn)題的作用的調(diào)查。 15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夾具布局優(yōu)化方法成效的調(diào)查。 16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的布局。 17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遺傳算法優(yōu)化夾緊布局和夾緊力。 18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遺傳算法的柔性裝配夾具布局的建模與優(yōu)化。 19、Hamedi M (2005) 通過(guò)一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法混合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能夾具。 20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遺傳算法固定裝置的概念設(shè)計(jì)。 21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點(diǎn)。 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, ?ztürk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運(yùn)用對(duì)工件夾具布局的校核。 62