銑削轉(zhuǎn)子泵葉片槽的分度夾具設(shè)計【CAD+UG】

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學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進(jìn)度計劃表 序號 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作任務(wù) 工 作 進(jìn) 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 調(diào)研、收集資料，完成開題報告、譯文和文獻(xiàn)綜述 — — — — — 2 擬定設(shè)計方案，進(jìn)行夾緊定位分析和計算 — — — — 3 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和幾何計算，完成草圖設(shè)計 — — — — 4 三維實體建模和裝配 — — — — 5 完成并輸出部件裝配圖和零件工作圖 — — — — 6 編寫設(shè)計說明書 — — — — 7 答 辯 — — 注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫； 2、此表每個學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)； 3、進(jìn)度安排用“—”在相應(yīng)位置畫出。 畢業(yè)設(shè)計（論文）階段工作情況檢查表 時間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段 內(nèi)容 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 檢 查 情 況 教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期 注：1、此表由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫（要求手寫）； 2、“組織紀(jì)律”一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實填寫； 3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫； 4、對違紀(jì)和不能按時完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或不能參加答辯的建議。 開 題 報 告 題 目 銑削轉(zhuǎn)子泵葉片槽的分度夾具 二級學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 系 主 任 時 間 1、 本課題國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析 由于經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)控、加工中心機床的特點,對機床夾具的使用性能和結(jié)構(gòu)提出了更高更新的要求,需要一種結(jié)構(gòu)簡單、精度高、強度高和通用性好、適應(yīng)性強、柔性高的新型夾具系統(tǒng)。這種夾具能適應(yīng)不同的機床、不同的產(chǎn)品或同一產(chǎn)品不同的規(guī)格型號,能最大限度地滿足各種機床夾具的需要。以組合夾具為基礎(chǔ)的柔性夾具就是根據(jù)以上的要求設(shè)計制造的,這種柔性夾具的特點是:元件規(guī)格統(tǒng)一化、元件性能多功能化、元件結(jié)構(gòu)簡單化、模塊化、夾緊工件快速自動化、重復(fù)使用可調(diào)化、組裝管理微機化。柔性夾具是現(xiàn)代夾具的一個主要發(fā)展方向。柔性夾具是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同尺寸規(guī)格、不同功能的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化元件、合件組裝而成的。柔性夾具元件、合件具有較好的互換性和較高的精度及耐磨性。柔性夾具能保證工件在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準(zhǔn)確定位和牢固的夾緊,也就是說能保證工件相對于機床坐標(biāo)原點具有準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠的坐標(biāo)位置。這種夾具具有較高的剛度和精度,在粗加工時能承受較大的切削用量,以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的生產(chǎn)能力,在精加工時能更好地保證工件定位基準(zhǔn)和加工表面的位置精度,還能根據(jù)數(shù)控、加工中心機床的要求保證夾具應(yīng)允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面,可減少機床的停機時間,在夾具上還能一次裝夾多個工件同時依次加工,可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調(diào)整時間,還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具的調(diào)整時間,更好地發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。柔性夾具元件可以通過組裝、使用、拆卸、再組裝重復(fù)使用。柔性夾具元件分三個系列:槽系列夾具元件、孔系列夾具元件、光面系列夾具元件。 隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代，機械制造系統(tǒng)欲適應(yīng)這種變化需具備較高的柔性。國外已把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面，組合夾具是工裝柔性化的重點。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，先進(jìn)制造技術(shù)不斷得到發(fā)展。柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)將是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的主流。未來制造過程將變得更智能化，制造企業(yè)適應(yīng)市場的能力更強。柔性制造技術(shù)由于其高效、靈活的特性使其成為實施敏捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，且應(yīng)用日益廣泛，已成為整個機構(gòu)制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，而組合夾具由于其靈活性，已成為現(xiàn)代夾具的主要發(fā)展方向，在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用。 2、 本人對課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析（只限工科類） 1.設(shè)計要求： 用于臥式銑床加工葉片泵轉(zhuǎn)子葉片槽的分度銑床夾具。銑刀每次加工一個槽，通過分度裝置使工件轉(zhuǎn)動一定角度到達(dá)加工位置，以便完成其它槽的加工。 2. 夾具要求：主要由定位裝置、夾緊裝置、夾具體、連接元件、對刀元件組成。銑削加工時，切削力較大，又是斷續(xù)切削，振動較大，因此銑床夾具的夾緊力要求較大，夾具剛度、強度要求都比較高。另外設(shè)計要求需要操作方便、省力、安全。夾具元件應(yīng)滿足通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。 3. 結(jié)論：銑床夾具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花鍵及各種成型面，是最常用的夾具之一。通過查閱相關(guān)設(shè)計資料本課題設(shè)計是可行的。目前，世界上許多國家在計算機輔助夾具設(shè)計方面，都做了大量工作。但是我國在該項領(lǐng)域中還處于研究階段。計算機輔助夾具設(shè)計是通過計算機軟件程序來完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計、總裝圖和零件圖的繪制，以及制定出夾具零件的制造工藝等主要工作的計算機輔助機械設(shè)計的一個分支。 3、 本課題的關(guān)鍵問題及解決問題的思路 1.保證加工精度 這是必須做到的最基本要求，其關(guān)鍵是正確的定位、夾緊和導(dǎo)向方案，夾具制造的技術(shù)要求，定位誤差的分析和驗算。 2.夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 在大批量生產(chǎn)時，盡量采用快速與高效的定位、夾緊機構(gòu)和動力裝臵，提高自動化程度，符合生產(chǎn)節(jié)拍要求。在中、小批量生產(chǎn)時，具應(yīng)有一定的可調(diào)性，以適應(yīng)多品種工件的加工。 3.安全、方便、減輕勞動強度 機床夾具要有工作安全性考慮，必要時加裝保護裝臵。要符合工人的操作位臵和習(xí)慣，有合適的工件裝卸位臵和空間，使工人操作方便。大批量生產(chǎn)和工件笨重時，盡可能減輕工人勞動強度。 4.排屑順暢 機床夾具中積聚切屑會影響到工件的定位精度，切屑的熱量會使工件和夾具產(chǎn)生熱變形，影響加工精度。清理切屑將增加輔助時間、降低生產(chǎn)率，因此夾具設(shè)計中要對排屑問題給予足夠的重視。 5.機床夾具應(yīng)具有良好的強度、剛度和結(jié)構(gòu)工藝性 機床夾具設(shè)計時，要考慮方便制造、檢測、調(diào)整和裝配，有利于提高夾具的制造精度 4、 完成本課題所需的工作條件（如工具書、計算機、實驗、調(diào)研等）及解決辦法 1. 濮良貴主編，機械設(shè)計，高等教育出版社，2003 2. 陳鐵鳴主編，新編機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊，高等教育出版社，2003 3. 機床夾具設(shè)計手冊，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1990 4. 吳拓編著，現(xiàn)代機床夾具設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社，2011 5. 李長春等編著，UG NX4.0基礎(chǔ)教程，人民郵電出版社，2008 6. 胡家秀主編，簡明機械零件設(shè)計實用手冊，機械工業(yè)出版社 2003 7. 手冊編輯委員會編 現(xiàn)代機械傳動手冊 機械工業(yè)出版社 2002 8. 計算機（需要安裝UG 機械設(shè)計CAD） 5、工作方案分析及進(jìn)度計劃（工作思路） 第一周到第五周：調(diào)研、收集資料，完成開題報告、譯文和文獻(xiàn)綜述調(diào)研、收集資料，完成開題報告、譯文和文獻(xiàn)綜述 第五周到第八周：擬定設(shè)計方案，進(jìn)行夾緊定位分析和計算 第七周到第十周：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和幾何計算，完成草圖設(shè)計 第九周到第十二周：三維實體建模和裝配 第十二周到第十六周：完成并輸出部件裝配圖和零件工作圖 第十四周到第十七周：編寫設(shè)計說明書 第十七周到第十八周：答辯 報告人：(手簽名) 年 月 日 指導(dǎo)教師意見 （要求手寫） 指導(dǎo)教師：(手簽名) 　　 年 月 日 開題報告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立撰寫。 文獻(xiàn)綜述 銑削轉(zhuǎn)子夾具 引言 通過畢業(yè)設(shè)計，我真正認(rèn)識到理論和實踐的結(jié)合的重要性，并培養(yǎng)了我綜合運用所學(xué)理論知識和實際操作知識去理性的分析問題和解決實際工作中的一般技術(shù)問題的能力。使我建立正確的設(shè)計思想，掌握工藝設(shè)計的一般程序，規(guī)范和方法，并進(jìn)一步鞏固、深化地吸收和運用了所學(xué)的基本理論知識和基本操作技能。還有，它提高了我設(shè)計計算、繪圖、編寫加工程序還有正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊等工具書的獨立工作能力，更培養(yǎng)了我用于創(chuàng)新的精神及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)工作作風(fēng)。 由于本人能力有限，缺少設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計中存在錯漏在所難免，敬請各位老師指出批改，讓我能夠及時發(fā)現(xiàn)修改并認(rèn)識自己的不足，使我能夠在今后的工作學(xué)習(xí)中能夠避免再犯同樣的錯漏。向在這次畢業(yè)設(shè)計過程中的老師表示我虔誠和衷心的感謝。 1夾具 機床夾具是在切削加工過程中，用以準(zhǔn)確確定工件位置并將其牢固的夾緊的工藝裝備。它的主要作用是：可靠的保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此，機床夾具在機械制造中咱有重要的地位。 在機械制造工業(yè)中，為了達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)條件提高勞動生產(chǎn)率及降低勞動成本的目的，在工藝過程中，除機床等設(shè)備外，還大量使用著各種工藝裝備。它包括：夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。因此，廣義的說，夾具是一種保證產(chǎn)品質(zhì)量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。不同的夾具，其結(jié)構(gòu)形式、工作情況、設(shè)計原則都不同。但就其數(shù)量在生產(chǎn)中所占的地位來說，應(yīng)以“機床夾具”為首。 所謂機床夾具，就是機床上所使用的一種輔助設(shè)備，用它來準(zhǔn)確的確定工件與刀具的準(zhǔn)確位置，即將工件的定位及加緊，以完成加工所需的相對運動。所以機床夾具是用以使工件和夾緊的機床附加裝置。 摘要 制造業(yè)中廣泛應(yīng)用的夾具，是產(chǎn)品制造各工藝階段中十分重要的工藝裝備之一，生產(chǎn)中所使用夾具的質(zhì)量、工作效率，及夾具使用的可靠性，都對產(chǎn)品的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率有著決定性的影響。 首先對夾具的概念進(jìn)行了解，再進(jìn)行機床夾具的設(shè)計，從定位到誤差分析再到確保加工精度，然后計算出加緊力確定加緊點位數(shù)等細(xì)節(jié)計算。 關(guān)鍵詞 定位；加工精度；定位點；夾緊力 2發(fā)展方向、趨勢 由于經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)控、加工中心機床的特點,對機床夾具的使用性能和結(jié)構(gòu)提出了更高更新的要求,需要一種結(jié)構(gòu)簡單、精度高、強度高和通用性好、適應(yīng)性強、柔性高的新型夾具系統(tǒng)。這種夾具能適應(yīng)不同的機床、不同的產(chǎn)品或同一產(chǎn)品不同的規(guī)格型號,能最大限度地滿足各種機床夾具的需要。以組合夾具為基礎(chǔ)的柔性夾具就是根據(jù)以上的要求設(shè)計制造的,這種柔性夾具的特點是:元件規(guī)格統(tǒng)一化、元件性能多功能化、元件結(jié)構(gòu)簡單化、模塊化、夾緊工件快速自動化、重復(fù)使用可調(diào)化、組裝管理微機化。柔性夾具是現(xiàn)代夾具的一個主要發(fā)展方向。柔性夾具是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同尺寸規(guī)格、不同功能的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化元件、合件組裝而成的。柔性夾具元件、合件具有較好的互換性和較高的精度及耐磨性。柔性夾具能保證工件在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準(zhǔn)確定位和牢固的夾緊,也就是說能保證工件相對于機床坐標(biāo)原點具有準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠的坐標(biāo)位置。這種夾具具有較高的剛度和精度,在粗加工時能承受較大的切削用量,以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的生產(chǎn)能力,在精加工時能更好地保證工件定位基準(zhǔn)和加工表面的位置精度,還能根據(jù)數(shù)控、加工中心機床的要求保證夾具應(yīng)允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面,可減少機床的停機時間,在夾具上還能一次裝夾多個工件同時依次加工,可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調(diào)整時間,還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具的調(diào)整時間,更好地發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。柔性夾具元件可以通過組裝、使用、拆卸、再組裝重復(fù)使用。柔性夾具元件分三個系列:槽系列夾具元件、孔系列夾具元件、光面系列夾具元件。 a．夾具元件多功能模塊化 能單獨使用也能與其他元件組合在一起使用的多功能模塊化單元體的比例將進(jìn)一步增加。如現(xiàn)在使用的各種定位夾緊座、定位壓緊支承、精密虎鉗等模塊式單元體具有定位、夾緊以及調(diào)節(jié)的綜合功能,可以一件單獨使用,也可以幾件組裝在一起使用,T 形基礎(chǔ)、方箱能組裝成一次能裝夾多件相同或不相同的工件的夾具,使用這種夾具可以減少機床的停機時間,最大限度發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。 b．高強度、高剛性、高精度 為了提高勞動生產(chǎn)率,縮短工件的加工工時,工件的加工已向著高速、大切削量方向發(fā)展,工序高度集中,工件定位夾緊后要依次完成銑、鉆、鏜等多工序的加工。切削力的大小、方向在不斷地變化,這就需要柔性夾具本身要有較高的使用強度和剛度,才能滿足工件的加工精度。 c．專用夾具、組合夾具、成組夾具一體化 現(xiàn)代化加工設(shè)備的多功能化,使工藝過程高度集中、工件一次定位裝夾后能完成多工序加工,這就需要一種通用而又能重復(fù)使用的組合可調(diào)式的夾具系統(tǒng),它是由一系列統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的元件和合件組成,利用這些元件、合件組裝成各種不同形式、不同結(jié)構(gòu)、可重復(fù)使用的夾具,供單件或中小批量生產(chǎn)使用。這種夾具系統(tǒng)保留了組合夾具的各種優(yōu)點,組裝又像專用夾具那樣簡單可靠,又有可調(diào)整元件,保留了成組夾具的優(yōu)點。為了便于夾具與機床定位連接,夾具基體有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的定位連接位置,使之專用、組合、成組夾具向著一體化、組合化方向發(fā)展以滿足現(xiàn)代化加工設(shè)備的需要。 d．工件夾緊快速化、自動化 為縮短工件加工中的輔助時間,減輕工人的勞動強度,工件的裝夾、拆卸也需要機械化、自動化。工件的夾緊由原來的單一功能的壓緊件、緊固件發(fā)展為可以調(diào)整的模塊,以便實現(xiàn)快速組裝和快速夾緊。對于批量大的一些零件的加工,液壓夾具、氣動夾具可實現(xiàn)工件自動化快速夾緊。 3夾具的應(yīng)用 隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代，機械制造系統(tǒng)欲適應(yīng)這種變化需具備較高的柔性。國外已把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面，組合夾具是工裝柔性化的重點。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，先進(jìn)制造技術(shù)不斷得到發(fā)展。柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)將是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的主流。未來制造過程將變得更智能化，制造企業(yè)適應(yīng)市場的能力更強。柔性制造技術(shù)由于其高效、靈活的特性使其成為實施敏捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，且應(yīng)用日益廣泛，已成為整個機構(gòu)制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，而組合夾具由于其靈活性，已成為現(xiàn)代夾具的主要發(fā)展方向，在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用。 4結(jié)論 機床夾具設(shè)計是工藝裝備設(shè)計中的一個重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術(shù)措施。在設(shè)計過程中，應(yīng)深入生產(chǎn)實際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，制定出合理的設(shè)計方案，一般夾具設(shè)計步驟如下：? 1.?深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究? 在深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究中，應(yīng)掌握下面一些資料。? 1）工件圖紙：詳細(xì)閱讀工件圖紙，了解工件被加工表面的技術(shù)要求，該件在機器中的位置和作用，以及裝配中的特殊要求。? 2）工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件已加工面及待加工面的狀態(tài)，基準(zhǔn)面選擇的情況，可用的機床設(shè)備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。? 3）生產(chǎn)綱領(lǐng)：夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件批量大小相適應(yīng)，做到經(jīng)濟合理。? 4）制造與使用夾具的情況：有無通用零部件可供選用；工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術(shù)狀況等。? 2.?確定工件的定位方法和刀具的導(dǎo)向方式? 工件在夾具中的定位應(yīng)符合定位原理。合理地設(shè)置定位件和導(dǎo)向件。設(shè)計定位件和導(dǎo)向件時，應(yīng)盡量采用通用標(biāo)準(zhǔn)。? 3.?確定工件的夾緊方式和設(shè)計夾緊機構(gòu)? 夾緊力的作用點和方向應(yīng)符合夾緊原則。進(jìn)行夾緊力的分析和計算，以確定夾緊元件和傳動裝置的主要尺寸。? 4.?確定夾具其他部分的結(jié)構(gòu)形式?如分度裝置、對刀元件和夾具體等。?5.?繪制夾具總裝配圖? 在繪制總裝配圖時，盡量采用1：1比例，主視圖應(yīng)選取面對操作者的工作位置。繪圖時，先用紅線或雙點劃線畫出工件的輪廓和主要表面，如定位表面，夾緊表面和被加工表面等。其中，被加工表面用網(wǎng)紋線或粗實線畫出加工余量。工件在夾具上可看成是一個假想的透明體，按定位元件、導(dǎo)向元件、夾緊機構(gòu)、傳動裝置等順序，畫出具體結(jié)構(gòu)，最后畫夾具體。? 6.?標(biāo)注各部分主要尺寸、公差配合和技術(shù)要求? 7.?標(biāo)注零件編號及編制零件明細(xì)表? 在標(biāo)注零件編號時，標(biāo)準(zhǔn)件可直接標(biāo)出國家標(biāo)準(zhǔn)代號。明細(xì)表要注明夾具名稱、編號、序號、零件名稱及材料、數(shù)量等。? 8.?繪制夾具零件圖? 拆繪夾具零件圖的順序和繪制夾具總裝配圖的順序相同。? 在機床上加工工件時，為了要使該工序所加工的表面，能達(dá)到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的互相位置精度等技術(shù)要求，在加工前，必須首先將工件裝好夾牢。把工件裝好就是要在機床上確定工件相對刀具的正確加工位置。工件只有處在這一位置上接受加工，才能保證其被加工表面達(dá)到工序所規(guī)定的各項技術(shù)要求。在夾具設(shè)計的術(shù)語中，把工件裝好稱為定位。把工件夾牢，就是指在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾住。以防止在加工時工件因受到切削力、離心力、沖擊和振動等的影響，發(fā)生不應(yīng)有的位移而破壞了定位。在夾具設(shè)計的術(shù)語中把夾牢工件稱做夾緊。由此可知，工件裝夾的實質(zhì)，就是在機床上對工件進(jìn)行定位和夾緊。裝夾工件的目的，則是通過定位和夾緊而使工件在加工過程中始終保持其正確的加工位置，以保證達(dá)到該工序所規(guī)定的加工技術(shù)要求。? 在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢驗的裝置，都可以統(tǒng)稱為夾具。例如：焊接過程中用于拚焊的焊接夾具；檢驗過程中用的檢驗夾具；裝配過程中用的裝配夾具；機械加工中用的機床夾具等，都屬于泛指的夾具范疇。通過對參考資料和文獻(xiàn)的研究，我對銑削轉(zhuǎn)子汞葉片槽的分度夾具有了更深入的了解。并對本課題的設(shè)計有了更深入的理解。在這次畢業(yè)設(shè)計之前，我們大學(xué)四年所有的課程，幾乎全部結(jié)束。學(xué)校安排這樣一次實踐項目，就是要讓我們對大學(xué)四年所學(xué)的東西進(jìn)行一次鞏固和深化，重新把各科的知識匯總梳理了一遍。這對我們將來踏上社會工作是很有好處的。書本上的理論知識可能掌握了，但是關(guān)鍵是要如何吸納為自己的東西，并投入到實踐創(chuàng)新中去，做到能融會貫通，舉一反三，能實實在在地解決實際問題,這是我們今后工作中的一筆寶貴的財富。 5文獻(xiàn) 1. 濮良貴主編，機械設(shè)計，高等教育出版社，2003 2. 陳鐵鳴主編，新編機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊，高等教育出版社，2003 3. 機床夾具設(shè)計手冊，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1990 4. 吳拓編著，現(xiàn)代機床夾具設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社，2011 5. 李長春等編著，UG NX4.0基礎(chǔ)教程，人民郵電出版社，2008 6. 胡家秀主編，簡明機械零件設(shè)計實用手冊，機械工業(yè)出版社 2003 7 手冊編輯委員會編 現(xiàn)代機械傳動手冊 機械工業(yè)出版社 2002 頁碼居中，以阿拉伯?dāng)?shù)字順序排序 附 錄 采用遺傳算法優(yōu)化加工夾具定位和加緊位置 摘要：工件變形的問題可能導(dǎo)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(guān)鍵問題。本文應(yīng)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(biāo)函數(shù)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(yīng)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(shè)計，因此先前的分析功能評價的數(shù)量降低大約93%。結(jié)果表明，該方法的夾具布局優(yōu)化問題是多模式的問題。優(yōu)化設(shè)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(xiàn)。 關(guān)鍵詞：夾具設(shè)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(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，加工夾具是通過反復(fù)試驗法來設(shè)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(dāng)?shù)亩ㄎ缓蛫A緊以確保有必要開發(fā)工具來消除高造價和耗時的反復(fù)試驗設(shè)計方法。適當(dāng)?shù)墓ぜㄎ缓蛫A具設(shè)計對于產(chǎn)品質(zhì)量的精密度、準(zhǔn)確度和機制件的完飾是至關(guān)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(xué)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(zhuǎn)自由度）。在零件下部設(shè)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(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。 對于給定數(shù)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(biāo)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(guān)工程結(jié)構(gòu) 最近幾年夾具設(shè)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(shè)計。Menassa和Devries用FEA計算變形量使設(shè)計準(zhǔn)則要求的位點的工件變形最小化。設(shè)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(shù)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(jié)構(gòu)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(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程中的工件動力學(xué)。本文提出一個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力學(xué)在加工期間的影響。Amaral等人用ANSYS驗證夾具設(shè)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(shè)計具有巨大的解決空間并需要搜索工具找到最好的設(shè)計。一些研究人員曾使用GAs解決夾具設(shè)計及夾具布局問題。Kumar等人用GAs和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計夾具。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)來表示夾具元件的位置。夾具布局優(yōu)化程序設(shè)計的實現(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)于一個廣泛調(diào)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(zhì)的解決方案。Li和Shiu使用遺傳算法確定了夾具設(shè)計最優(yōu)配置的金屬片。MSC/NASTRAN已經(jīng)用于適應(yīng)度值評價。Liao提出自動選擇最佳夾子和夾鉗的數(shù)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(shù)，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(nèi)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(shè)計參數(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)計參數(shù)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(shù)是從FEA結(jié)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(xiàn)可以概括為以下幾個方面： （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以降低計算時間； （3） 使用真正的設(shè)計參數(shù)，而不是有限元節(jié)點數(shù)字； （4） 當(dāng)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(yīng)用實例的詳細(xì)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(shè)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(yīng)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(shè)計計算適合性，所以人工選擇取代自然環(huán)境選擇。適應(yīng)度值這個詞用來指明染色體生存幾率，它在本質(zhì)上是該優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)。生物定義的特征染色體用代表設(shè)計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） 遺傳算法和問題中的一種編碼的設(shè)計變量和參數(shù)一起工作而不是實際參數(shù)本身。 （2） 遺傳算法使用種群—類型研究。評價在每個重復(fù)中的許多不同的設(shè)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(dāng)?shù)幕蚰繕?biāo)函數(shù)值。沒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)則來發(fā)現(xiàn)新設(shè)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(biāo)準(zhǔn)是工件位置精確度和工件變形。一個良好的夾具設(shè)計使工件幾何和加工精度誤差最小化。另一個夾具設(shè)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(shè)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(shù)。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(shù)量不得超過兩個避免冗余的位置?；?-2-1的夾具設(shè)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(yīng)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(yīng)力在所有時間內(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，當(dāng)反應(yīng)力是負(fù)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(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 在實際設(shè)計問題中，設(shè)計參數(shù)的數(shù)量可能很大并且它們對目標(biāo)函數(shù)的影響會是非常復(fù)雜的。目標(biāo)函數(shù)曲線必須是光滑的并且需要一個程序計算梯度。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(guān)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(shè)計變量和目標(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語言軟件來實現(xiàn)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(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文本文件。 （4） GenFix讀這個文件并為當(dāng)前定位器和夾緊位置計算適應(yīng)度值。 為了減少計算量，染色體與適應(yīng)度值儲存在一個文庫里以備進(jìn)一步評估。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(yīng)度值。在初始種群產(chǎn)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(chǎn)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(shè)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(shè)計參數(shù)因為它們在3-2-1方案中是已知的和固定的。因此，設(shè)計參數(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。兩個實例研究來說明以提出的方法。 6.結(jié)論 本文提出了一個夾具布局優(yōu)化的評價優(yōu)化技術(shù)。ANSYS用于FE計算適應(yīng)度值?？梢钥吹?，遺傳算法和FE方法的結(jié)合對當(dāng)今此類問題似乎是一種強大的方法。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)計變量之間不存在一個定義明確的數(shù)學(xué)關(guān)系的問題。結(jié)果證明遺傳算法在夾具布局優(yōu)化問題方面的成功應(yīng)用。本項研究中，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，F(xiàn)E評價的數(shù)量從6000下降到415。這就導(dǎo)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(wǎng)內(nèi)使用分布式計算。 該方法結(jié)果表明，夾具布局優(yōu)化問題是多模態(tài)問題。優(yōu)化設(shè)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(xiàn)。結(jié)果表明夾具布局問題是多模態(tài)問題然而用于夾具設(shè)計的啟發(fā)式規(guī)則應(yīng)該用于遺傳算法來選擇最優(yōu)的設(shè)計。 Machining fixture locating and clamping position optimization using genetic algorithms 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 Abstract 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; Optimization 1. Introduction Fixtures 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 works Fixture design has received considerable attention in recent years. However, little attention has been focused on the optimum fixture layout design. Menassa and DeVries[1]used 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 Liou[2] 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 Melkote[3]used 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 andLiao[4]developed a heuristic method to plan for the best supporting and clamping positions. Tao et al.[5]presented a geometrical reasoning methodology for determining the optimal clamping points and clamping sequence for arbitrarily shaped workpieces. Liao and Hu[6]presented a system for fixture configuration analysis based on a dynamic model which analyses the fixture–workpiece system subject to time-varying machining loads. The influence of clamping placement is also investigated. Li and Melkote[7]presented 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 [10–12]. 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 concepts Genetic 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 chromosome’s 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. Approach 4.1. Fixture positioning principles In 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 workpiece The 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 approach In 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 is implemented in four steps: (1) Locator and clamp positions are extracted from binary string as real parameters. (2) These parameters and ANSYS input batch file (modeling, solution and post processing commands) are sent to ANSYS using WinExec function. (3) Displacement values are written to a text file after solution. (4) GenFix reads this file and computes fitness value for current loc