CA6140車(chē)床831003撥叉加工工藝及鉆2-M8孔的鉆床夾具【全套設(shè)計(jì)含CAD圖紙】

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plane than to ensure machining accuracy hole easilyTherefore，the design follows the surface after the first hole of the principleAnd the hole and the plane processing clearly divided into roughing and finishing stages of processing to ensure the accuracy of the holeThe supporting hole of the input shaft and the output shaft of the benchmark by a shifting fork as a rough benchmark，the top two holes as a precision technology baseMain processing process arrangement is to support hole positioning processing the top plane，and then the top plane and the series of supporting hole location hole processing technologyIn addition to the follow-up processes individual processes are used in the top plane positioning technology and other processing Kong and plane The supporting hole processing system using the method of coordinate boring， The whole process selection of combined machine toolThe special fixture fixture，clamping means more choice of pneumatic clamping，clamping reliable，agencies can not self-locking，therefore the production efficiency is higher，suitable for high-volume，line processing，can meet the design requirementsKey Words: fork parts technology procedure fixture目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 機(jī)械加工工藝概述11.2 機(jī)械加工工藝流程11.3 夾具概述21.4 機(jī)床夾具的功能21.5 機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì)31.5.1 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀31.5.2 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向3第2章 零件的工藝性分析52.1 零件的作用52.2 零件的工藝分析6第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)73.1 制定毛坯的成型73.2 基準(zhǔn)的選擇73.3 制定工藝路線83.4 確定撥叉零件的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸93.5 確定切削用量及基本工時(shí)10第5章 設(shè)計(jì)鉆2-M8孔的專用夾具215.1 提出問(wèn)題215.2 夾具設(shè)計(jì)215.2.1 選擇定位基準(zhǔn)215.2.2 分析定位誤差215.2.3 計(jì)算切削力及夾緊力215.2.4 夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明22結(jié) 論24致 謝25參考文獻(xiàn)26 第1章緒論1.1機(jī)械加工工藝簡(jiǎn)述機(jī)械加工工藝是指用機(jī)械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)使其成為合格零件的全過(guò)程，加工工藝是工人進(jìn)行加工的一個(gè)依據(jù)。機(jī)械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱為機(jī)械加工工藝過(guò)程。比如一個(gè)普通零件的加工工藝流程是粗加工-精加工-裝配-檢驗(yàn)-包裝，就是個(gè)加工的籠統(tǒng)的流程。 機(jī)械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上，改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品，是每個(gè)步驟，每個(gè)流程的詳細(xì)說(shuō)明，比如，上面說(shuō)的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車(chē)，鉗工，銑床，等等，每個(gè)步驟就要有詳 細(xì)的數(shù)據(jù)了，比如粗糙度要達(dá)到多少，公差要達(dá)到多少1。 技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量、設(shè)備條件和工人素質(zhì)等情況，確定采用的工藝過(guò)程，并將有關(guān)內(nèi)容寫(xiě)成工藝文件，這種文件就稱工藝規(guī)程。這個(gè)就比較有針對(duì)性了。每個(gè)廠都可能不太一樣，因?yàn)閷?shí)際情況都不一樣。 總的來(lái)說(shuō)，工藝流程是綱領(lǐng)，加工工藝是每個(gè)步驟的詳細(xì)參數(shù)，工藝規(guī)程是某個(gè)廠根據(jù)實(shí)際情況編寫(xiě)的特定的加工工藝。1.2機(jī)械加工工藝流程對(duì)零件以及工件進(jìn)行加工制造的整個(gè)過(guò)程就是機(jī)械加工工藝流程。機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及檢驗(yàn)方法、切削用量、時(shí)間定額等。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是對(duì)原材料進(jìn)行各種處理，制造出達(dá)到設(shè)計(jì)要求零件的過(guò)程。它是在具體的生產(chǎn)條件下，把較為合理的工藝過(guò)程和操作方法，按照規(guī)定的形式書(shū)寫(xiě) 成工藝文件，經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。機(jī)械加工工藝流程主要體現(xiàn)為零件的加工路線、加工工序、加工設(shè)備的選擇等方面。工藝流程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，作為機(jī)械加工步驟的詳細(xì)參數(shù)。機(jī)械加工工藝流程的制定要在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，盡可能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，遵循優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本的原則2。 制訂工藝規(guī)程的步驟 ： (1) 計(jì)算年生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類(lèi)型。 (2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件進(jìn)行工藝分析。 (3) 選擇毛坯。 (4) 擬訂工藝路線。 (5) 確定各工序的加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差。 (6) 確定各工序所用的設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具。 (7) 確定切削用量及工時(shí)定額。 (8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法。 (9) 填寫(xiě)工藝文件。 在制訂工藝規(guī)程的過(guò)程中，要對(duì)前面已初步確定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以提高經(jīng)濟(jì)效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法預(yù)知的情況，例如生產(chǎn)條件的變化，新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)，新材料、先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用等，都要求第一時(shí)間對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行修訂和完善。1.3夾具概述夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中。在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，幫機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其重要的地位。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作?！肮び破涫?，必先利其器?！惫ぞ呤侨祟?lèi)文明進(jìn)步的標(biāo)志。自20世紀(jì)末期以來(lái)，現(xiàn)代制造技術(shù)與機(jī)械制造工藝自動(dòng)化都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機(jī)床夾具對(duì)零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無(wú)論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備6。1.4機(jī)床夾具的功能 機(jī)床夾具的主要功能如下：（1）保證加工質(zhì)量。使用機(jī)床夾具的首要任務(wù)是保證加工精度，特別是保證被加工工件加工面與定位面之間以及待加工表面相互之間的位置精度。在使用機(jī)床夾具后，這種精度主要依靠夾具和機(jī)床來(lái)保證，而不再依賴于工人的技術(shù)水平。（2）提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。使用夾具后可減少劃線、找正等輔助時(shí)間，且易實(shí)現(xiàn)多件、多工位加工。在現(xiàn)代機(jī)床夾具中，廣泛采用氣動(dòng)、液動(dòng)等機(jī)動(dòng)夾緊裝置，可使輔助時(shí)間進(jìn)一步減少。（3）擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍。在機(jī)床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍。如在車(chē)床或鉆床上使用鏜模，可以代替鏜床鏜孔。又如使用靠模夾具，可在車(chē)床或銑床上進(jìn)行仿形加工。（4）減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)。1.5機(jī)床夾具的發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù) 越來(lái)越先進(jìn)和社會(huì)生產(chǎn)力的飛速提高，機(jī)床夾具 已然從一種輔助性工具 發(fā)展成為種類(lèi)繁多的工藝裝備。1.5.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工作品種已占工件種類(lèi)總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。然而，一般企業(yè)仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為15%左右。特別是近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床（NC）、加工中心（MC）、成組技術(shù)（GT）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本。2）能裝夾一組具有相似性特征的工件。3）適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具。4）適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具。5）采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。6）提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。1.5.2現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化四個(gè)方面。精密化隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，例如用于精密分度的多齒盤(pán)，其分度精度可達(dá)0.1；用于精密車(chē)削的高精度三爪卡盤(pán)，其定心精度為5m；精密心軸的同軸度公差可控制在1m內(nèi)；又如用于軸承套圈磨削的電磁無(wú)心夾具，工件的圓度公差可達(dá)0.20.5m。高效化高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見(jiàn)的高效化夾具有：自動(dòng)化夾具、高速化夾具、具有夾緊動(dòng)力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車(chē)床上使用的高速三爪自定心卡盤(pán)，可保證卡爪在（試驗(yàn)）轉(zhuǎn)速為2600r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。柔性化機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過(guò)調(diào)整、拼裝、組合等方式，以適應(yīng)可變因素的能力?？勺円蛩刂饕校汗ば蛱卣鳌⑸a(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類(lèi)主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、拼裝夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等。在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。在制訂典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行夾具元件和部件的通用化，建立類(lèi)型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的結(jié)構(gòu)。通用化方法包括夾具、部件、元件、毛壞和材料的通用化。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化階段是通用化的深入，主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列，為夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件。目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148T225991以及各類(lèi)通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本7。第2章零件的工藝性分析2.1撥叉的作用題目給定的零件是CA6140撥叉（圖2-1）它位于車(chē)床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按照使用者的要求進(jìn)行工作。改變車(chē)床滑移齒輪的位置，實(shí)現(xiàn)變速；或者應(yīng)用于控制離合器的嚙合、斷開(kāi)的機(jī)構(gòu)中，從而控制機(jī)床的橫向或縱向進(jìn)給。 圖 2-1撥叉零件圖 2.2零件的工藝分析 分析零件圖可知，該撥叉形狀、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)鑄造毛坯可得到基本形狀，減少了工序加工，又節(jié)約了材料。除了撥叉上表面，其余加工表面精度要求比較低，不需要 高精度機(jī)床 加工，可通過(guò)銑削、鉆床等車(chē)床的 粗加工就可以滿足要求；而主要工作表面撥叉上表面加工精度雖然較高，但同樣可在正常的生產(chǎn)情況下，采用經(jīng)濟(jì)高效的方法保質(zhì)保量的加工。由此可見(jiàn)，該撥叉零件工藝性較好。 CA6140撥叉共有三組加工方法： (1）以花鍵中心線為基準(zhǔn)的加工面：這一組面包括25H7的六齒方花鍵孔、22H12的花鍵底孔、兩端的2X15倒角和距花鍵中心線為22mm的上頂面； （2) 以工件右端面為基準(zhǔn)的18H11mm的槽、上頂面的2M8通孔和5錐孔。 （3）撥叉兩端面，后端面加工精度高，先以后端面為粗基準(zhǔn)加工右端面，再以前端面為精基準(zhǔn) 加工左端面； 綜上所述，前兩組加工表面，可先加工 其中一組表面，然后使用專用夾具 加工另一組表面。第3章工藝規(guī)程設(shè)計(jì)3.1制定毛坯的成型 （1）選擇毛坯 撥叉選用材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝相較于其他金屬簡(jiǎn)單，鑄造 性能也很優(yōu)秀，該撥叉零件加工 表面少，工作條件 不差，精度要求 不高，沒(méi)有 變載荷，屬于 間歇性工作，因此采取金屬型 鑄件，滿足了不加工表面的 粗糙度和生產(chǎn)要求。 撥叉零件的形狀不復(fù)雜，毛坯（圖3-1）的形狀需要與零件形狀盡可能的相似，因?yàn)閮?nèi)花鍵尺寸較小，所以不能直接鑄出。 （2) 確定毛坯尺寸 公差和機(jī)械 加工余量 1.公差等級(jí) 由撥叉的功能和技術(shù)要求，確定該零件的 公差等級(jí)為IT10 2.零件表面粗糙度 由零件圖可知，該撥叉各加工表面粗糙度Ra 均大于等于1.6um 3.機(jī)械加工余量 由鑄件鑄造類(lèi)型為金屬鑄造，因此加工余量等級(jí)選用F 機(jī)械加工余量為3圖 3-1零件毛坯圖3.2基準(zhǔn)的選擇 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中不可或缺的工作之一是基準(zhǔn)的選擇，基準(zhǔn)的選擇的正確與否，可以提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，否則，加工工藝 過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)一系列難以預(yù)料的問(wèn)題，使生產(chǎn)寸步難行。 （1）粗基準(zhǔn) 的選擇 因?yàn)橐ＷC花鍵中心線 垂直于右端面，所以以40的外圓表面 為粗基準(zhǔn)。 （2）精基準(zhǔn)的選擇 為保證定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合，加工2M8、5錐孔、18H11槽以零件的左端面和花鍵的中心線為精基準(zhǔn)，銑上頂面以花鍵中心線為精基準(zhǔn)。3.3制定工藝路線 零件上的全部加工面應(yīng)安排在一個(gè)合理的加工順序中加工，這對(duì)保證零件質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低加工成本都至關(guān)重要。以制定工藝路線為起點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度 等技術(shù)符合要求?？梢圆捎猛ㄓ脵C(jī)床 配以專用夾具，并盡可能使工序集中提高 生產(chǎn)率。1、制定工藝路線一工序1：粗、精銑后端面；工序2：鉆、擴(kuò)花鍵底孔22H12；工序3：倒角1.5 X 15；工序4：粗、精銑上頂面；工序5：粗、精銑18H11底槽；工序6：鉆2M8通孔并攻絲，鉆5錐孔；工序7：拉內(nèi)花鍵25H7；工序8：挫圓角；工序9：去毛刺，清洗；工序10：終檢。2、制定工藝路線二工序1：粗、精銑后端面；工序2：鉆、擴(kuò)花鍵底孔22H12；工序3：倒角1.5 X 15；工序4：拉內(nèi)花鍵25H7；工序5：粗、精銑18H11底槽；工序6：粗、精銑上頂面；工序7：鉆2M8通孔并攻絲，鉆5錐孔；工序8：挫圓角；工序9：去毛刺，清洗；工序10：終檢。3、兩種工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析 上述兩種工藝 方案的特點(diǎn)在于：方案一把拉內(nèi)花鍵25H7放在粗、精銑18H11底槽之后，這樣后面的工序5、工序6、工序7的定位和夾緊有一定難度，降低生產(chǎn)率。工藝路線二鉆削花鍵底孔22H12倒角后拉內(nèi)花鍵25H7。方便下面的工序?qū)ぜM(jìn)行定位 和夾緊，即以花鍵中心線進(jìn)行定位、螺旋 夾緊。該方案定位精度高，專用夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便、有保證。 通過(guò)分析 以上兩種工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定工藝路線二為該撥叉的加工路線，工藝過(guò)程詳見(jiàn)加工工序卡片。3.4確定撥叉零件的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 “CA6140撥叉（編號(hào)831003）”零件材料為HT200，毛坯重量約為0.84kg。中批量生產(chǎn)，采用 鑄造毛坯。 根據(jù)上述加工 工藝，分別確定各個(gè)加工表面的 機(jī)械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸如下： 1、后端面加工余量 后端面的加工余量為30.8mm，足以切除鑄鐵的硬質(zhì) 表面層。后端面粗銑一次、精銑一次。粗銑加工 余量2.8mm、工序經(jīng)濟(jì) 精度等級(jí)IT11、公差值0.22mm。精銑加工 余量0.2mm、工序經(jīng)濟(jì) 精度等級(jí)IT7、公差值0.035mm、表面粗糙 度Ra3.2um、工序基本 尺寸80mm。 2、矩形花鍵孔 以花鍵外徑定心，先鉆中心孔，再擴(kuò)，最后拉削 內(nèi)孔尺寸到22H12。參照機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表2.2-4確定孔加工余量： 鉆孔20mm，工序經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)IT11、公差值0.13mm； 擴(kuò)孔22H12mm，工序經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)IT10、公差值0.084mm、粗糙度Ra6.3um； 拉內(nèi)花鍵，花鍵孔 以外徑定心，拉削時(shí)的加工余量參照機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)取2Z=1mm。 3、18H11底槽的加工余量 槽底面粗銑余量為35mm。槽側(cè)面的銑削 余量為17.9mm、工序經(jīng)濟(jì)精度 等級(jí)為IT12、公差 值0.25mm、槽底面 表面粗糙度Ra6.3um。精銑的加工余量為側(cè)面余量0.1mm、工序經(jīng)濟(jì)精度 等級(jí)為IT9、公差值 為0.021mm、側(cè)面粗糙度 為Ra3.2um。 4、上頂面的加工余量 該工序分為粗銑上頂面 和精銑上頂面兩個(gè)工步: 粗銑 加工余量為2.8mm、工序經(jīng)濟(jì)加工 精度等級(jí)為IT11、公差 值0.22mm； 精銑 加工余量為0.2mm、工序經(jīng)濟(jì)加工 精度等級(jí)為IT7、公差值0.035mm、表面粗糙 度Ra3.2um。3.5確定切削用量 及基本工時(shí) 工序1:以40外圓 為基準(zhǔn)，粗、精銑后端面。 1、 加工 條件： 工件材料：HT200， ,鑄造。 加工要求：粗、精銑后端面，尺寸保證80mm。 機(jī)床: 刀具材料：鑲齒銑刀 2. 計(jì)算切削用量： 工步1：粗銑 背吃刀 量為 進(jìn)給量的確定：機(jī)床 的功率510Kw，工件夾具 系統(tǒng)的剛度為中等條件，按機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)中表3.3選取該工序的每齒進(jìn)給量為。 銑削速度的確定：參照機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)得，采取 鑲齒銑刀，其中在的情況下選擇。銑削 速度為。 由公式 （3-1） 可以得到：。 由于手冊(cè)中的X51型 立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速為，故實(shí)際銑削速度為：。 基本時(shí)間t的確定：依據(jù)面銑刀平面（對(duì)稱 銑削、主偏角）的基本 時(shí)間計(jì)算公式： （3-2），則取，。所以：。 工步2：精銑 背吃刀 量的確定。 進(jìn)給 量的確定：參照切削用量 簡(jiǎn)明手冊(cè)表3.3，在表面粗糙 度為的條件下選擇，該工序的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量為。 銑削速度的計(jì)算：根據(jù)一些相關(guān)資料可知，在鑲齒銑刀，的條件下選取，銑削速度v為。 由公式 （3-3） 可以求得銑刀轉(zhuǎn)速。參照機(jī)械制造技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表4-15的X51立式 銑床的主軸轉(zhuǎn)速，選取轉(zhuǎn)速為。再將此轉(zhuǎn)速代入上面公式?？梢郧蟮茫?。 基本時(shí)間的確定：參照機(jī)械制造 技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)中表5-43中的面銑刀銑 平面，對(duì)稱銑削、主偏角的基本時(shí)間公式 （3-4）可以得到該工序的基本時(shí)間，其中，取，得：。 工序2：以40mm外圓為基準(zhǔn)鉆、擴(kuò)花鍵底孔22H12mm 1、加工 條件： 工件 材料：HT200， ,鑄造。 加工要求：鉆花鍵底孔，尺寸保證20mm。 機(jī)床： 刀具材料：高速鋼直柄麻花鉆20mm、擴(kuò)孔鉆22mm 計(jì)算 切削用量： 工步1：鉆20mm花鍵底孔 背吃刀量： 進(jìn)給量的確定：工步的每齒 進(jìn)給量 。 切削用量的計(jì)算：因?yàn)樵摴ぜ牟牧蠟镠T200，所以選取切削速度為。 由式 （3-5） 可以求得： 參照 機(jī)械制造技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表4-9中的的主軸轉(zhuǎn)速。取，把n代入中，得到： 基本時(shí)間t： 其中，取。所以基本時(shí)間t為： 工步2：擴(kuò)20mm花鍵底孔至22H12mm 背吃刀 量確定 。 進(jìn)給量的確定：由切削用量 簡(jiǎn)明手冊(cè)中表2.10選取該工件的沒(méi)轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 切削速度的確定：根據(jù)相關(guān)資料，確定： 由公式。可以得到： 按機(jī)床選取，得到切削速度 基本時(shí)間t： 其中， 取。所以基本時(shí)間t為： 工序3：以40mm外圓為基準(zhǔn)，倒 角1.5 X 15 加工 條件 工件材料：HT200, ,鑄造。 加工 要求：倒角1.515 機(jī)床： 刀具材料：專用 刀具。 在此工步中應(yīng)當(dāng)使用專用 刀具和手動(dòng)進(jìn)給。 檢驗(yàn)機(jī)床 功率 ：由切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表 1.24可知 當(dāng)160241HBS 工藝過(guò)程詳見(jiàn)加工工序卡片 由車(chē)床說(shuō)明書(shū)可知主電機(jī)功率 可見(jiàn)比P小得多，所以機(jī)床功率滿足要求，切削用量滿足要求 鉆削功率 檢驗(yàn)參照切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表 2.11 當(dāng) 得，轉(zhuǎn)矩 參照切削用量 簡(jiǎn)明手冊(cè)表2.32得功率公式 由車(chē)床說(shuō)明書(shū)可得，主電機(jī)功率 可見(jiàn)遠(yuǎn)小于，故機(jī)床功率滿足，切削用量滿足要求。 工序4：拉削內(nèi)花鍵25H7 1、加工 條件： 工件 材料：HT 200，鑄件； 加工要求：花鍵底孔粗糙度Ra6.3m，鍵槽側(cè)面粗糙度Ra3.2m，鍵槽底 面粗糙度Ra1.6m，鍵槽尺寸6mm，偏差代號(hào)H9； 刀具：高速鋼拉刀；切削液：乳化液； 機(jī)床：拉床。 確定齒升量：根據(jù)有關(guān)手冊(cè)，確定拉花鍵孔時(shí)花鍵拉刀的單面齒升量為0.06mm； 切削速度：查有切削簡(jiǎn)明手冊(cè)有切削速度為0.06m/s（3.6m/min）； 切削工時(shí): t=Zblk/1000vfzZ （3-6） 式中： 單面 余量1.5mm(由22mm拉削到25mm)； 拉削 表面長(zhǎng)度，80mm； 校準(zhǔn)部分 的長(zhǎng)度系數(shù)，取1.2； 機(jī)床返回 行程系數(shù)，取1.4 ； 拉削 速度（m/min）； fz 拉刀 單面齒升； Z 拉刀 同時(shí)工作齒數(shù)，Z=l/p； P 拉刀 齒距。 （3-7） 所以 因拉刀同時(shí) 工作齒數(shù)z=l/p=80/127，所以工時(shí) Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13min=7.8s。 工序5：粗、精銑18H11底槽 加工 條件 工件 材料：HT200, ,鑄造。 加工 要求：以花鍵中心線為基準(zhǔn)粗、精銑18H11底槽、底面表面粗糙度 、側(cè)面表面粗糙度。 機(jī)床：立式升降臺(tái)銑床（） 刀具材料：根據(jù)實(shí)用機(jī)加工工藝手冊(cè)表21-5選用高速鋼鑲齒三面刃銑刀。 外徑160mm，內(nèi)徑40mm，刀寬粗銑16mm，精銑18mm，齒數(shù)為24齒。 工步1、粗銑16槽 銑削 深度： 每齒 進(jìn)給量：查機(jī)械加 工工藝手冊(cè)表2.4-75，得，取。 銑削 速度：查機(jī)械加工 工藝手冊(cè)表30-33，得 機(jī)床 主軸 轉(zhuǎn)速： 查機(jī)械加工 工藝手冊(cè)表3.1-74取 實(shí)際切削 速度： 進(jìn)給 量： 工作臺(tái) 每分進(jìn)給量： 被切削 層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長(zhǎng)度： （3-8） =81mm 刀具切出長(zhǎng)度：取 走刀 次數(shù)1次 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工步2、精銑18槽 切削深度： 根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表查得：進(jìn)給量，查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-82得切削速度， 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： ， 查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表3.1-74取 實(shí)際 切削速度： 進(jìn)給 量： 工作臺(tái) 每分進(jìn)給量： 被切削層長(zhǎng)度：由毛坯 尺寸可知， 刀具切入 長(zhǎng)度： =81mm 刀具切出長(zhǎng)度：取 走刀次數(shù)為1 機(jī)動(dòng) 時(shí)間： 本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間 工序6：粗、精銑上頂面 機(jī)床：立式升降臺(tái)銑床 刀具：根據(jù)實(shí)用機(jī) 械加工工藝手冊(cè)表10-231，采用高速鋼錯(cuò)齒三面刃銑刀，規(guī)格為：，齒數(shù)為12齒。 工步1、粗銑上端面 銑削 深度： 每齒 進(jìn)給量：查機(jī)械 加工工藝手冊(cè)表2.4-75，取。 銑削速度：查實(shí)用機(jī)械加工工藝師手冊(cè)表11-94，得，取 機(jī)床主 軸轉(zhuǎn)速： 查機(jī)械加 工工藝手冊(cè)表3.1-74取 實(shí)際 切削速度： 進(jìn)給 量： 工作臺(tái) 每分進(jìn)給量： 被切削 層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知 刀具 切入長(zhǎng)度： =82mm 刀具切 出長(zhǎng)度：取 走刀 次數(shù)為1 機(jī)動(dòng) 時(shí)間： 工步2、精銑上端面 切削深度： 根據(jù)實(shí)用機(jī)械加工工藝師冊(cè)表11-91查得：每齒 進(jìn)給量,取，根據(jù)實(shí)用機(jī)械 加工工藝師冊(cè)表11-94 查得切削速度 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： ， 按照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表3.1-74取 實(shí)際切 削速度： 進(jìn)給 量： 工作臺(tái)每 分進(jìn)給量： 被切削 層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知， 刀具切 入長(zhǎng)度： =81mm 刀具切 出長(zhǎng)度：取 走刀 次數(shù)為1 機(jī)動(dòng) 時(shí)間： 本工序 機(jī)動(dòng)時(shí)間 工序7：鉆孔并攻絲 機(jī)床：搖臂鉆床 刀具：根據(jù)參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表3.3-9硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭。 工序1、鉆孔 鉆孔前鑄件為實(shí)心，根據(jù)上文所的加工余量先鉆孔到再攻絲，所以。 鉆削深度： 進(jìn)給 量：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-38，取 切削 速度：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-41，取 機(jī)床主 軸轉(zhuǎn)速，有： ， 按照機(jī)械加工 工藝手冊(cè)表3.1-31取 所以實(shí)際 切削速度： 被切削 層長(zhǎng)度： 刀具 切入 長(zhǎng)度： 刀具切出 長(zhǎng)度： 取 走刀 次數(shù)為1，鉆孔數(shù)為2個(gè) 機(jī)動(dòng)時(shí)間： 工序2、攻2-M8螺紋通孔 刀具：釩鋼機(jī)動(dòng)絲錐 進(jìn)給 量：參照 機(jī)械加工 工藝手冊(cè) 表1.8-1得所加工螺紋孔螺距,因此進(jìn)給量 切削速度：參照 機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-105，取 機(jī)床主 軸轉(zhuǎn)速：，取 絲錐 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取 實(shí)際切 削速度： 被切 削層長(zhǎng)度： 刀具切 入長(zhǎng)度： 刀具切 出長(zhǎng)度：，加工數(shù)為2 機(jī)動(dòng)時(shí) 間： 本工序 機(jī)動(dòng)時(shí)間：。第4章設(shè)計(jì)鉆2-M8孔的專用夾具4.1提出問(wèn)題 利用本夾具主要是鉆M8螺紋底孔6.7孔。此孔.沒(méi)有特殊的形位要求。因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)的生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而精度則不是主要問(wèn)題。4.2夾具設(shè)計(jì)4.2.1選擇定位基準(zhǔn) 首先選擇合理定位基準(zhǔn)，否則將對(duì)零件加工工藝規(guī)程 和最終加工出的零件 質(zhì)量產(chǎn)生影響?；鶞?zhǔn)選擇不合理會(huì)導(dǎo)致工序繁瑣或工藝路線混亂，或是增加夾具設(shè)計(jì)的難度甚至難以滿足零件的加工精度（特別是位置精度）。該撥叉零件并無(wú)較高的技術(shù) 要求，也沒(méi)有較 高的平行度和對(duì)稱 度要求，因此我們應(yīng)考慮如何提高 加工精度，提高 勞動(dòng)效率，從而降低勞 動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)定位基準(zhǔn)的選擇原則，采用以 孔以及端面來(lái)定位。4.2.2分析定位誤差 由于所加工的零件對(duì)本工序加工的面沒(méi)有特殊的技術(shù)要求，雖然由于定位孔的加工誤差以及底面的誤差，可能產(chǎn)生所加工的面的平面度、位置度等形位誤差，但是在這里是允許的。4.2.3計(jì)算切削力及夾緊 力1） 切削力及夾緊力計(jì)算2） （5-1）查表可得=42.7、 xf=1.0、 yf=0.7、.=.0.9因此Fz=.595N （5-2） 查表可得=0.021、 xM=2.0、 yM=0.8、.=.0.87 因此 扭矩 M=1.6Nm 由夾緊力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力應(yīng)滿足下式 P=K （5-3） 其中：其余系數(shù)K=K1K2K3K4 K1基本安全系數(shù) 1.3 K2加工性質(zhì)系數(shù)1.1 K3刀具鈍化系數(shù)1.15 K4斷續(xù)刀削系數(shù)1.2 所以 K=1.31.11.151.2.=1.98 考慮實(shí)際夾緊力較小，以及所加工零件的結(jié)構(gòu)特征，決定選用滑動(dòng)壓板夾緊結(jié)構(gòu)而且不需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。4.2.4夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意勞動(dòng)生產(chǎn)率。但是考慮到本零件結(jié)構(gòu)的特殊性，以及所需的夾緊力較小等原因，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)成了首選的方案。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)就是夾緊過(guò)程慢，且裝卸不太方便。為了解決這一矛盾，我將其中一個(gè)定位銷(xiāo)設(shè)計(jì)成活動(dòng)的。鉆床夾具體 的裝配圖（圖4-1）及夾具體 零件圖（圖4-2）如下： 圖4-1鉆床夾具體裝配圖圖4-2夾具體零件圖20結(jié) 論 通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我能夠?qū)?shū)本的知識(shí)做進(jìn)一步的了解與學(xué)習(xí)，對(duì)資料的查詢與合理的應(yīng)用做了更深入的了解，本次進(jìn)行工件的工藝路線分析、工藝卡的制定、工藝過(guò)程的分析，對(duì)我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)的課程進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用與綜合的學(xué)習(xí)提高了我了思考問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 由于能力有限，設(shè)計(jì)中還有很多不足之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指導(dǎo)。I致 謝在結(jié)束本次畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，我向所有 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的 老師和同學(xué)們表示萬(wàn)分的感謝，假如沒(méi)有他們的悉心的指導(dǎo)與耐心幫助，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會(huì)如期完成。本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 是在老師悉心指導(dǎo)下 完成的。 老師用其博學(xué)的才識(shí)、高度的 責(zé)任感、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?教學(xué)風(fēng)格使我受益非淺，感受良多。期間，在本次的設(shè)計(jì)中也遇到了不少的絆腳石，總是有新的問(wèn)題出現(xiàn)。然而黃衛(wèi)老師給予了我許多 關(guān)懷和指導(dǎo)，經(jīng)常找我談心，隨時(shí)詢問(wèn) 我畢業(yè)設(shè)計(jì) 的進(jìn)展情況，也經(jīng)常打電話 或者發(fā)電子郵件 指導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在論文工作中，同時(shí)得到了機(jī)械工程系領(lǐng)導(dǎo) 和老師的 幫助與支持，在此表示衷心的 感謝。最后，在即將完成畢業(yè)設(shè)計(jì)之際，我再次對(duì)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)、老師及同學(xué)們表達(dá)由衷的感謝！XXX北華航天工業(yè)學(xué)院參 考 文 獻(xiàn)1 王先逵機(jī)械制造 工藝學(xué)M機(jī)械工業(yè)出版社，20136.2 陳宏鈞金屬切削手冊(cè)M 機(jī)械工業(yè)出版社，200613 范崇洛機(jī)械加工工藝學(xué)M東南大學(xué)出版社，20098.4 楊叔子機(jī)械加工工藝手冊(cè)M機(jī)械工業(yè)出版社，20025.5 李益民機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)M 機(jī)械工業(yè)出版社，200046 都克勤機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)M 人民出版社，20044.7 楊峻峰機(jī)床及夾具M(jìn) 清華大學(xué)出版社，200538 李 洪機(jī)械加工工藝手冊(cè)M 北京出版社，200619 馬賢智機(jī)械加工 余量與公差手冊(cè)M中國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 出版社，19941210 王光斗機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)M上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002811 Cheng ingot,Madrid pass.Nausea Parts Electrochemical Deburring and monitorin technology.Machinery Manufacturing Engineer, 200112 Anonymous ManufacturingAlliances Await the Recovery .Manufacturing Engineering, 2010附件2畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)(理工類(lèi))學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 撥叉工藝及鉆2-M8孔的鉆床夾具工裝設(shè)計(jì) 題目來(lái)源教師科研課 題縱向課題（）題目類(lèi)型理論研究（）注：請(qǐng)直接在所屬項(xiàng)目括號(hào)內(nèi)打“”橫向課題（）應(yīng)用研究（ ）教師自擬課題（ ）應(yīng)用設(shè)計(jì)（）學(xué)生自擬課題（）其 他（）總體設(shè)計(jì)要求及技術(shù)要點(diǎn)： 運(yùn)用CAPP基本原理，對(duì)常見(jiàn)撥叉進(jìn)行總結(jié)。1.對(duì)零件進(jìn)行工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，并編制相應(yīng)的工序卡片（1） 繪制零件圖，并對(duì)零件圖進(jìn)行分析；（2） 擬定機(jī)械加工工藝路線，包括加工方法選擇、定位基準(zhǔn)選擇及轉(zhuǎn)換、確定加工余量和工序尺寸、 確定機(jī)床、刀夾量具和輔助工具等；（3） 編寫(xiě)零件的機(jī)械加工工序卡片；（4） 對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。2.對(duì)指定工序的專用夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)（1）根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)并繪制指定工序的專用夾具裝配圖。要求結(jié)構(gòu)合理，工作效率高，制造方便，盡量降低成本和制造難度，并對(duì)夾具精度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析；（2）設(shè)計(jì)并繪制夾具所有非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖；工作環(huán)境及技術(shù)條件：給定零件圖給定零件生產(chǎn)類(lèi)型：中批生產(chǎn)工作內(nèi)容及最終成果：工作內(nèi)容：1.課題調(diào)研，完成開(kāi)題報(bào)告、外文資料翻譯、文獻(xiàn)綜述；2.編制給定零件機(jī)械加工工藝文件；3.根據(jù)給定工序內(nèi)容設(shè)計(jì)兩套專用夾具；4.設(shè)計(jì)并繪制總裝圖中的所有非標(biāo)準(zhǔn)零件；5.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。最終成果：1.開(kāi)題報(bào)告、外文資料翻譯、文獻(xiàn)綜述各一份；2.機(jī)械加工工序卡片一套3.給定工序?qū)Ｓ脢A具總裝圖兩張；4.其中一張總裝圖中所有非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖；5.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一冊(cè)。時(shí)間進(jìn)度安排：第八學(xué)期第1周：分配課題，熟悉課題內(nèi)容，熟悉零件圖，做好前期準(zhǔn)備； 第2周：查閱資料，搜集相關(guān)資料；第3周：開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)、修改，完成開(kāi)題；第4周：撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述，外文資料翻譯，準(zhǔn)備各種資料；第5周：繪制零件三維二維圖；第6周：對(duì)所設(shè)計(jì)的加工工藝進(jìn)行技術(shù)分析，理論分析；第7周：工藝方案可行性評(píng)價(jià)，方案確定，工藝流程設(shè)計(jì)；第8周：編寫(xiě)工序卡片；第9周：根據(jù)工序內(nèi)容編寫(xiě)一套銑削夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；第10周：設(shè)計(jì)一套銑削專用夾具；第11周：編寫(xiě)一套鉆孔夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；第12周：設(shè)計(jì)一套鉆孔專用夾具；第13周：設(shè)計(jì)的專用夾具進(jìn)行技術(shù)任務(wù)分析，并完成分析報(bào)告；第14周：工裝使用說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)；第15周：其他時(shí)間，打印圖紙，打印其分析報(bào)告，準(zhǔn)備答辯；指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日教研室主任意見(jiàn)：教研室主任簽字： 年 月 日 密 級(jí)分類(lèi)號(hào)編 號(hào)成 績(jī)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)外 文 翻 譯原 文 標(biāo) 題MACHINING FIXTURE LOCATING ANDCLAMPING POSITON OPTIMIZATIONUSING GENETIC ALGORITHMS譯 文 標(biāo) 題采用遺傳算法優(yōu)化加工夾具定位和加緊位置作者所在系別機(jī)電工程學(xué)院作者所在專業(yè)作者所在班級(jí)作 者 姓 名作 者 學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱完 成 時(shí) 間 譯文標(biāo)題采用遺傳算法優(yōu)化加工夾具定位和加緊位置原文標(biāo)題MACHINING FIXTURE LOCATING AND CLAMPING POSITON OPTIMIZATION USING GENETIC ALGORITHMS作 者David. P. Flores譯 名戴維P弗洛雷斯 國(guó) 籍美國(guó)原文出處Mechanism and Machine Theory采用遺傳算法優(yōu)化加工夾具定位和加緊位置摘要：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(kāi)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(kāi)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?shī)A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(kāi)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(kāi)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(kāi)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?chē)鷬A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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)。Goldberg出版了一本書(shū)，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(lèi)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(kāi)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(kāi)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(xiě)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?，遺傳算法和FE方法的結(jié)合對(duì)當(dāng)今此類(lèi)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)。MACHINING FIXTURE LOCATING AND CLAMPING POSITON OPTIMIZATION USING GENETIC ALGORITHMSAbstract：Deformation of the workpiece may cause dimensional problems in machining. Supports and locators are used in order to reduce the error caused by elastic deformation of the workpiece. The optimization of support, locator and clamp locations is a critical problem to minimize the geometric error in workpiece machining. In this paper, the application of genetic algorithms (GAs) to the fixture layout optimization is presented to handle fixture layout optimization problem. A genetic algorithm based approach is developed to optimise fixture layout through integrating a finite element code running in batch mode to compute the objective function values for each generation. Case studies are given to illustrate the application of proposed approach. Chromosome library approach is used to decrease the total solution time. Developed GA keeps track of previously analyzed designs; therefore the numbers of function evaluations are decreased about 93%. The results of this approach show that the fixture layout optimization problems are multi-modal problems. Optimized designs do not have any apparent similarities although they provide very similar performances.Keywords： Fixture design; Genetic algorithms; Optimization1. IntroductionFixtures are used to locate and constrain a workpiece during a machining operation, minimizing workpiece and fixture tooling deflections due to clamping and cutting forces are critical to ensuring accuracy of the machining operation. Traditionally, machining fixtures are designed and manufactured through trial-and-error, which prove to be both expensive and time-consuming to the manufacturing process. To ensure a workpiece is manufactured according to specified dimensions and tolerances, it must be appropriately located and clamped, making it imperative to develop tools that will eliminate costly and time-consuming trial-and-error designs. Proper workpiece location and fixture design are crucial to product quality in terms of precision, accuracy and finish of the machined part. Theoretically, the 3-2-1 locating principle can satisfactorily locate all prismatic shaped workpieces. This method provides the maximum rigidity with the minimum number of fixture elements. To position a part from a kinematic point of view means constraining the six degrees of freedom of a free moving body (three translations and three rotations). Three supports are positioned below the part to establish the location of the workpiece on its vertical axis. Locators are placed on two peripheral edges and intended to establish the location of the workpiece on the x and y horizontal axes. Properly locating the workpiece in the fixture is vital to the overall accuracy and repeatability of the manufacturing process. Locators should be positioned as far apart as possible and should be placed on machined surfaces wherever possible. Supports are usually placed to encompass the center of gravity of a workpiece and positioned as far apart as possible to maintain its stability. The primary responsibility of a clamp in fixture is to secure the part against the locators and supports. Clamps should not be expected to resist the cutting forces generated in the machining operation. For a given number of fixture elements, the machining fixture synthesis problem is the finding optimal layout or positions of the fixture elements around the workpiece. In this paper, a method for fixture layout optimization using genetic algorithms is presented. The optimization objective is to search for a 2D fixture layout that minimizes the maximum elastic deformation at different locations of the workpiece. ANSYS program has been used for calculating the deflection of the part under clamping and cutting forces. Two case studies are given to illustrate the proposed approach.2. Review of related worksFixture design has received considerable attention in recent years. However, little attention has been focused on the optimum fixture layout design. Menassa and DeVries1used FEA for calculating deflections using the minimization of the workpiece deflection at selected points as the design criterion. The design problem was to determine the position of supports. Meyer and Liou2 presented an approach that uses linear programming technique to synthesize fixtures for dynamic machining conditions. Solution for the minimum clamping forces and locator forces is given. Li and Melkote3used a nonlinear programming method to solve the layout optimization problem. The method minimizes workpiece location errors due to localized elastic deformation of the workpiece. Roy andLiao4developed a heuristic method to plan for the best supporting and clamping positions. Tao et al.5presented a geometrical reasoning methodology for determining the optimal clamping points and clamping sequence for arbitrarily shaped workpieces. Liao and Hu6presented a system for fixture configuration analysis based on a dynamic model which analyses the fixtureworkpiece system subject to time-varying machining loads. The influence of clamping placement is also investigated. Li and Melkote7presented a fixture layout and clamping force optimal synthesis approach that accounts for workpiece dynamics during machining. A combined fixture layout and clamping force optimization procedure presented.They used the contact elasticity modeling method that accounts for the influence of workpiece rigid body dynamics during machining. Amaral et al. 8 used ANSYS to verify fixture design integrity. They employed 3-2-1 method. The optimization analysis is performed in ANSYS. Tan et al. 9 described the modeling, analysis and verification of optimal fixturing configurations by the methods of force closure, optimization and finite element modeling. Most of the above studies use linear or nonlinear programming methods which often do not give global optimum solution. All of the fixture layout optimization procedures start with an initial feasible layout. Solutions from these methods are depending on the initial fixture layout. They do not consider the fixture layout optimization on overall workpiece deformation. The GAs has been proven to be useful technique in solving optimization problems in engineering 1012. Fixture design has a large solution space and requires a search tool to find the best design. Few researchers have used the GAs for fixture design and fixture layout problems. Kumar et al. 13 have applied both GAs and neural networks for designing a fixture. Marcelin 14 has used GAs to the optimization of support positions. Vallapuzha et al. 15 presented GA based optimization method that uses spatial coordinates to represent the locations of fixture elements. Fixture layout optimization procedure was implemented using MATLAB and the genetic algorithm toolbox. HYPERMESH and MSC/NASTRAN were used for FE model. Vallapuzha et al. 16 presented results of an extensive investigation into the relative effectiveness of various optimization methods. They showed that continuous GA yielded the best quality solutions. Li and Shiu 17 determined the optimal fixture configuration design for sheet metal assembly using GA. MSC/NASTRAN has been used for fitness evaluation. Liao 18 presented a method to automatically select the optimal numbers of locators and clamps as well as their optimal positions in sheet metal assembly fixtures. Krishnakumar and Melkote 19 developed a fixture layout optimization technique that uses the GA to find the fixture layout that minimizes the deformation of the machined surface due to clamping and machining forces over the entire tool path. Locator and clamp positions are specified by node numbers. A built-in finite element solver was developed. Some of the studies do not consider the optimization of the layout for entire tool path and chip removal is not taken into account. Some of the studies used node numbers as design parameters. In this study, a GA tool has been developed to find the optimal locator and clamp positions in 2D workpiece. Distances from the reference edges as design parameters are used rather than FEA node numbers. Fitness values of real encoded GA chromosomes are obtained from the results of FEA. ANSYS has been used for FEA calculations. A chromosome library approach is used in order to decrease the solution time. Developed GA tool is tested on two test problems. Two case studies are given to illustrate the developed approach. Main contributions of this paper can be summarized as follows:(1) developed a GA code integrated with a commercial finite element solver;(2) GA uses chromosome library in order to decrease the computation time;(3) real design parameters are used rather than FEA node numbers;(4) chip removal is taken into account while tool forces moving on the workpiece.3. Genetic algorithm conceptsGenetic algorithms were first developed by John Holland. Goldberg 10 published a book explaining the theory and application examples of genetic algorithm in details. A genetic algorithm is a random search technique that mimics some mechanisms of natural evolution. The algorithm works on a population of designs. The population evolves from generation to generation, gradually improving its adaptation to the environment through natural selection; fitter individuals have better chances of transmitting their characteristics to later generations.In the algorithm, the selection of the natural environment is replaced by artificial selection based on a computed fitness for each design. The term fitness is used to designate the chromosomes chances of survival and it is essentially the objective function of the optimization problem. The chromosomes that define characteristics of biological beings are replaced by strings of numerical values representing the design variables.GA is recognized to be different than traditional gradient based optimization techniques in the following four major ways 10:1. GAs work with a coding of the design variables and parameters in the problem, rather than with the actual parameters themselves.2. GAs makes use of population-type search. Many different design points are evaluated during each iteration instead of sequentially moving from one point to the next.3. GAs needs only a fitness or objective function value. No derivatives or gradients are necessary.4. GAs use probabilistic transition rules to find new design points for exploration rather than using deterministic rules based on gradient information to find these new points.4. Approach4.1. Fixture positioning principlesIn machining process, fixtures are used to keep workpieces in a desirable position for operations. The most important criteria for fixturing are workpiece position accuracy and workpiece deformation. A good fixture design minimizes workpiece geometric and machining accuracy errors. Another fixturing requirement is that the fixture must limit deformation of the workpiece. It is important to consider the cutting forces as well as the clamping forces. Without adequate fixture support, machining operations do not conform to designed tolerances. Finite element analysis is a powerful tool in the resolution of some of these problems 22.Common locating method for prismatic parts is 3-2-1 method. This method provides the maximum rigidity with the minimum number of fixture elements. A workpiece in 3D may be positively located by means of six points positioned so that they restrict nine degrees of freedom of the workpiece. The other three degrees of freedom are removed by clamp elements. An example layout for 2D workpiece based 3-2-1 locating principle is shown in Fig. 4.Fig. 4. 3-2-1 locating layout for 2D prismatic workpieceThe number of locating faces must not exceed two so as to avoid a redundant location. Based on the 3-2-1 fixturing principle there are two locating planes for accurate location containing two and one locators. Therefore, there are maximum of two side clampings against each locating plane. Clamping forces are always directed towards the locators in order to force the workpiece to contact all locators. The clamping point should be positioned opposite the positioning points to prevent the workpiece from being distorted by the clamping force.Since the machining forces travel along the machining area, it is necessary to ensure that the reaction forces at locators are positive for all the time. Any negative reaction force indicates that the workpiece is free from fixture elements. In other words, loss of contact or the separation between the workpiece and fixture element might happen when the reaction force is negative. Positive reaction forces at the locators ensure that the workpiece maintains contact with all the locators from the beginning of the cut to the end. The clamping forces should be just sufficient to constrain and locate the workpiece without causing distortion or damage to the workpiece. Clamping force optimization is not considered in this paper. 4.2. Genetic algorithm based fixture layout optimization approachIn real design problems, the number of design parameters can be very large and their influence on the objective function can be very complicated. The objective function must be smooth and a procedure is needed to compute gradients. Genetic algorithms strongly differ in conception from other search methods, including traditional optimization methods and other stochastic methods 23. By applying GAs to fixture layout optimization, an optimal or group of sub-optimal solutions can be obtained.In this study, optimum locator and clamp positions are determined using genetic algorithms. They are ideally suited for the fixture layout optimization problem since no direct analytical relationship exists between the machining error and the fixture layout. Since the GA deals with only the design variables and objective function value for a particular fixture layout, no gradient or auxiliary information is needed 19.The flowchart of the proposed approach is given in Fig. 5.Fixture layout optimization is implemented using developed software written in Delphi language named GenFix. Displacement values are calculated in ANSYS software 24. The execution of ANSYS in GenFix is simply done by WinExec function in Delphi. The interaction between GenFix and ANSYS