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編號(hào)： 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(wèn)題可能導(dǎo)致機(jī)械加工中的空間問(wèn)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(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。本文應(yīng)用夾具布局優(yōu)化遺傳算法（GAs）來(lái)處理夾具布局優(yōu)化問(wèn)題。遺傳算法的方法是基于一種通過(guò)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(lái)優(yōu)化夾具布局。給出的個(gè)案研究說(shuō)明已開發(fā)的方法的應(yīng)用。采用染色體文庫(kù)方法減少整體解決問(wèn)題的時(shí)間。已開發(fā)的遺傳算法保持跟蹤先前的分析設(shè)計(jì)，因此先前的分析功能評(píng)價(jià)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(wèn)題是多模式的問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)之間沒(méi)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(jì)；遺傳算法；優(yōu)化 1. 引言 夾具用來(lái)定位和束縛機(jī)械操作中的工件，減少由于對(duì)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(guò)反復(fù)試驗(yàn)法來(lái)設(shè)計(jì)和制造的，這是一個(gè)既造價(jià)高又耗時(shí)的制造過(guò)程。為確保工件按規(guī)定尺寸和公差來(lái)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(lái)消除高造價(jià)和耗時(shí)的反復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。適當(dāng)?shù)墓ぜㄎ缓蛫A具設(shè)計(jì)對(duì)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(shuō)，3-2-1定位原則對(duì)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(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看定位零件意味著限制了自由移動(dòng)物體的六自由度（三個(gè)平動(dòng)自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度）。在零件下部設(shè)置三個(gè)支撐來(lái)建立工件在垂直軸方向的定位。在兩個(gè)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(duì)于制造過(guò)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(lái)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(duì)于給定數(shù)量的夾具元件，加工夾具合成的問(wèn)題是尋找?jiàn)A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(gè)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(jì)算工件變形情況下夾緊力和切削力。本文給出兩個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)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(jì)問(wèn)題受到越來(lái)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(jì)。Menassa和Devries用FEA計(jì)算變形量使設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求的位點(diǎn)的工件變形最小化。設(shè)計(jì)問(wèn)題是確定支撐器位置。Meyer和Liou提出一個(gè)方法就是使用線性編程技術(shù)合成動(dòng)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(wèn)題。這個(gè)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(lái)計(jì)劃最好的支撐和夾緊位置。Tao等人提出一個(gè)幾何推理的方法來(lái)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(gè)系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)模型分析受限于時(shí)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(guò)程中的工件動(dòng)力學(xué)。本文提出一個(gè)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(dòng)力學(xué)在加工期間的影響。Amaral等人用ANSYS驗(yàn)證夾具設(shè)計(jì)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(guò)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(huì)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(gè)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(méi)有考慮到工件夾具布局優(yōu)化對(duì)整體的變形。 GAs已被證明在解決工程中優(yōu)化問(wèn)題是有用的。夾具設(shè)計(jì)具有巨大的解決空間并需要搜索工具找到最好的設(shè)計(jì)。一些研究人員曾使用GAs解決夾具設(shè)計(jì)及夾具布局問(wèn)題。Kumar等人用GAs和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(lái)表示夾具元件的位置。夾具布局優(yōu)化程序設(shè)計(jì)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(gè)廣泛調(diào)查不同優(yōu)化方法的相對(duì)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(jì)最優(yōu)配置的金屬片。MSC/NASTRAN已經(jīng)用于適應(yīng)度值評(píng)價(jià)。Liao提出自動(dòng)選擇最佳夾子和夾鉗的數(shù)目以及它們?cè)诮饘倨系膴A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(gè)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(guò)節(jié)點(diǎn)編號(hào)使定位器和夾具位置特殊化。一個(gè)內(nèi)置的有限元求解器研制成功。 一些研究沒(méi)考慮到整個(gè)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(hào)作為設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)而不是用FEA節(jié)點(diǎn)編號(hào)。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(jì)算。用染色體文庫(kù)的方法是為了減少解決問(wèn)題的時(shí)間。用兩個(gè)問(wèn)題測(cè)試已開發(fā)的遺傳算法工具。給出的兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明了這個(gè)開發(fā)的方法。本論文的主要貢獻(xiàn)可以概括為以下幾個(gè)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(kù)以降低計(jì)算時(shí)間； (3)使用真正的設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)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(gè)理論和遺傳算法應(yīng)用實(shí)例的詳細(xì)說(shuō)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(jì)。種群從一代到另一代演化，通過(guò)自然選擇逐漸提高了適應(yīng)環(huán)境的能力，更健康的個(gè)體有更好的機(jī)會(huì)，將他們的特征傳給后代。 該算法中，要基于為每個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)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(gè)詞用來(lái)指明染色體生存幾率，它在本質(zhì)上是該優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)。生物定義的特征染色體用代表設(shè)計(jì)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(wèn)題中的一種編碼的設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)在每個(gè)重復(fù)中的許多不同的設(shè)計(jì)要點(diǎn)而不是一個(gè)點(diǎn)順序移動(dòng)到下一個(gè)。 (3)遺傳算法僅僅需要一個(gè)適當(dāng)?shù)幕蚰繕?biāo)函數(shù)值。沒(méi)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(lái)發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)為探索點(diǎn)而不是利用基于梯度信息的確定性規(guī)則來(lái)找到這些新觀點(diǎn)。 4. 方法 4.1 夾具定位原則 加工過(guò)程中，用夾具來(lái)保持工件處于一個(gè)穩(wěn)定的操作位置。對(duì)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(gè)良好的夾具設(shè)計(jì)使工件幾何和加工精度誤差最小化。另一個(gè)夾具設(shè)計(jì)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(méi)有足夠的夾具支撐，加工操作就不符合設(shè)計(jì)公差。有限元分析在解決這其中的一些問(wèn)題時(shí)是一種很有力的工具。 棱柱形零件常見(jiàn)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(gè)工件可能會(huì)通過(guò)六自由度定位方法快速定位為了限制工件的九個(gè)自由度。其他的三個(gè)自由度通過(guò)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(duì)二維棱柱工件定位布局 定位面得數(shù)量不得超過(guò)兩個(gè)避免冗余的位置?；?-2-1的夾具設(shè)計(jì)原則有兩種精確的定位平面包含于兩個(gè)或一個(gè)定位器。因此，在兩邊有最大的夾緊力抵抗每個(gè)定位平面。夾緊力總是指向定位器為了推動(dòng)工件接觸到所有的定位器。定位點(diǎn)對(duì)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?，所以有必要確保定位器的反應(yīng)力在所有時(shí)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(shuō)，當(dāng)反應(yīng)力是負(fù)的時(shí)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(jì)問(wèn)題中，設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)量可能很大并且它們對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響會(huì)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(gè)程序計(jì)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(guò)運(yùn)用遺傳算法來(lái)對(duì)夾具優(yōu)化布局，可以獲得一個(gè)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(wèn)題的方法因?yàn)闆](méi)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(gè)特別的夾具布局處理設(shè)計(jì)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(yǔ)言軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)夾具布局優(yōu)化。位移量用ANSYS軟件計(jì)算。通過(guò)WinExec功能在GenFix中運(yùn)行ANSYS很簡(jiǎn)單。GenFix和ANSYS之間相互作用通過(guò)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(gè)文本文件。 (4)GenFix讀這個(gè)文件并為當(dāng)前定位器和夾緊位置計(jì)算適應(yīng)度值。 為了減少計(jì)算量，染色體與適應(yīng)度值儲(chǔ)存在一個(gè)文庫(kù)里以備進(jìn)一步評(píng)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(jì)算過(guò)。如果沒(méi)有，定位器位置被送到ANSYS，否則從文庫(kù)中取走適應(yīng)度值。在初始種群產(chǎn)生過(guò)程中，檢查每一個(gè)染色體可行與否。如果違反了這個(gè)原則，它就會(huì)出局然后新的染色體就產(chǎn)生了。這個(gè)程序創(chuàng)造了可行的初始種群。這保證了初始種群的每個(gè)染色體在夾緊力和切削力作用下工件的穩(wěn)定性。用兩個(gè)測(cè)試用例來(lái)驗(yàn)證提到的遺傳算法計(jì)劃。第一個(gè)實(shí)例是使用Himmelblau功能。在第二個(gè)測(cè)試用例中，遺傳算法計(jì)劃用來(lái)優(yōu)化均布載荷作用下梁的支撐位置。 圖5 設(shè)計(jì)方法的流程與ANSYS相配合流程 5. 夾具布局優(yōu)化的個(gè)案研究 該夾具布局優(yōu)化問(wèn)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(jì)參數(shù)因?yàn)樗鼈冊(cè)?-2-1方案中是已知的和固定的。因此，設(shè)計(jì)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(gè)實(shí)例研究來(lái)說(shuō)明以提出的方法。 6. 結(jié)論 本文提出了一個(gè)夾具布局優(yōu)化的評(píng)價(jià)優(yōu)化技術(shù)。ANSYS用于FE計(jì)算適應(yīng)度值?？梢钥吹剑z傳算法和FE方法的結(jié)合對(duì)當(dāng)今此類問(wèn)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(jì)變量之間不存在一個(gè)定義明確的數(shù)學(xué)關(guān)系的問(wèn)題。結(jié)果證明遺傳算法在夾具布局優(yōu)化問(wèn)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(jì)算成本。種群中每個(gè)染色體需要工件的重嚙合。但是，染色體庫(kù)的使用，F(xiàn)E評(píng)價(jià)的數(shù)量從6000下降到415。這就導(dǎo)致了巨大的增益計(jì)算效益。其他減少處理時(shí)間的方法是在局域網(wǎng)內(nèi)使用分布式計(jì)算。 該方法結(jié)果表明，夾具布局優(yōu)化問(wèn)題是多模態(tài)問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)之間沒(méi)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(wèn)題是多模態(tài)問(wèn)題然而用于夾具設(shè)計(jì)的啟發(fā)式規(guī)則應(yīng)該用于遺傳算法來(lái)選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)。 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 第 張 產(chǎn)品名稱 零件名稱 共 張 車間 工序號(hào) 工序名稱 材料牌號(hào) 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(tái)件數(shù) 鑄件 1 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號(hào) 設(shè)備編號(hào) 同時(shí)加工件數(shù) 鉆床 X525 1 夾具編號(hào) 夾具名稱 切削液 專用夾具 乳化液 工位器具編號(hào) 工位器具名稱 工序工時(shí) 終準(zhǔn) 單件 工步號(hào) 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(shí) 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(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) C415017 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 零件名稱 撥叉 共 2 頁(yè) 第 1 頁(yè) 材 料 牌 號(hào) 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(tái)件數(shù) 1 備注 工 序 號(hào) 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(shí)（min） 總時(shí) 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(tái)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(tái)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(jì)（日期） 校對(duì)（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì)簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 太原理工大學(xué) 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) C415017 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 零件名稱 撥叉 共 2 頁(yè) 第 2 頁(yè) 材 料 牌 號(hào) 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(tái)件數(shù) 1 備注 工 序 號(hào) 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(shí)（min） 總時(shí) 單件 13 1 1 半精銑叉口右端面(T4)凸臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(jí)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(jì)（日期） 校對(duì)（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì)簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 目錄 一、零件分析————————————————————1 二、鑄造工藝方案設(shè)計(jì)————————————————3 三、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)——————————————6 四、夾具設(shè)計(jì)————————————————————73 五、總結(jié)——————————————————————76 六、參考文獻(xiàn)————————————————————77 1零件分析 1.1 計(jì)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(tái)，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(guò)銑、鉆、擴(kuò)、鉸及攻螺紋來(lái)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(zhǎng)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(gè)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(dòng)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(guò)上方的力撥動(dòng)下放的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時(shí)分開。 2 鑄造工藝方案設(shè)計(jì) 2.1確定毛坯種類 零件材料為ZG310-0570.考慮零件在運(yùn)行過(guò)程種所受的沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第41頁(yè)表2.2-5,選用鑄件尺寸公差等級(jí)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 第41頁(yè)表2.2-5， 選用加工余量為MA-E級(jí)，并查表2.2-4確定各個(gè)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(hào) 基本尺寸 加工余量等級(jí) 加工余量 說(shuō)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(jí)雙側(cè)加工 D2 Ф25 E 25 孔降一級(jí)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(jiǎn)明手冊(cè)》44頁(yè)2.2-7上尺寸時(shí)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(guò)熔模鑄造鑄出。 2.4.2鑄造斜度 參照《機(jī)械制造工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》44頁(yè)表2.2-8，據(jù)此可判定零件上斜度為7°的肋可以通過(guò)熔模鑄造鑄出。 2.4.3圓角半徑 參照《機(jī)械制造工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》45頁(yè)表2.2-9的圓角半徑計(jì)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(jì) 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(jì)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(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出，甚至造成零件大批量報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)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(duì)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(lái)提高生產(chǎn)率。同時(shí)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(jí)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》21頁(yè)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(cè)》129頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》21頁(yè)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(cè)》129頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》21頁(yè)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(cè)》129頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》21頁(yè)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(cè)》129頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》21頁(yè)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(cè)》129頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 21頁(yè)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(cè)》129頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 21頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 23頁(yè)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(cè)》129頁(yè)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(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(shí)間 3.3-1粗銑T2端面 （1）選擇刀具 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》5頁(yè)表1.2所選刀具為YT15硬質(zhì)合金刀片。 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》84頁(yè)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(jiǎn)明手冊(cè)》88頁(yè)表3.5，當(dāng)使用YT15，銑床功率為7.5kW（表3.30，XA5032型立銑床說(shuō)明書），每齒進(jìn)給量af=0.09~0.18mm/z，采用對(duì)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(jiǎn)明手冊(cè)》88頁(yè)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(jiǎn)明手冊(cè)》56頁(yè)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(jiǎn)明手冊(cè)》98頁(yè)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(jiǎn)明手冊(cè)》111頁(yè)表3.30 X5032A型立式銑床說(shuō)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(jiǎn)明手冊(cè)》 105頁(yè)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(shí)由表選擇 Pcc=1.3kW 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》111頁(yè)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(jiǎn)明手冊(cè)》51頁(yè)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(gè)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(shuō)明書，選擇f=0.36mm/r 由于加工通孔，為了避免孔即將鉆穿時(shí)鉆頭容易折斷，故宜在孔即將鉆穿時(shí)停止自動(dòng)進(jìn)給而采用手動(dòng)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(shí)的軸向力，當(dāng)f=0.13mm/r，d0<14.5mm時(shí)，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(shuō)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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