槽輪機(jī)構(gòu)CAD-CAM【含CAD圖紙三維模型和仿真】
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摘 要
槽輪機(jī)構(gòu)是一種步進(jìn)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠,能準(zhǔn)確地控制轉(zhuǎn)角, 機(jī)械效率高, 所以在自動(dòng)和半自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中得到廣泛的應(yīng)用;但槽輪在銷(xiāo)軸進(jìn)出槽輪槽口時(shí)加速度大,機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的沖擊,而且隨著轉(zhuǎn)速的增加和槽輪槽數(shù)的減少?zèng)_擊加劇，因而不適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。
本設(shè)計(jì)以槽數(shù)4 、銷(xiāo)輪和槽輪中心距33 mm、銷(xiāo)軸半徑2 mm、銑刀半徑2mm 為例，設(shè)計(jì)槽槽輪機(jī)構(gòu)，并對(duì)槽輪的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析。采用CAM技術(shù)對(duì)槽輪和撥盤(pán)進(jìn)行數(shù)控編程，對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，確定刀具和切削用量，最后形成NC指令。
關(guān)鍵詞：槽輪機(jī)構(gòu) 工藝 數(shù)控編程 NC
Abstract
Geneva agencies is stepping intermittent movement，because of Simple structure、manufacturing easy、reliable，Can accurately control angle, High mechanical efficiency，Therefore, automatic and semi-automatic production line is widely used; But trough round slot in the round pin and out of the acceleration when Passage，Institutions have a greater impact，moreover, with the speed and the increase in the number of slot groove round of intensified to reduce the impact，Thus does not apply to high-speed operation
My Design is take 4 to trough, and trough round pin round of 33 mm center distance, pin radius of 2 mm, 2 mm radius cutter for example, Design groove grooved wheel agencies, and the movement of tank rounds analysis. Using CAM technology to dial tank round and NC Programming, Process analysis of the parts, Cutting Tool and determine the amount, finally formed NC order.
Keywords: Geneva agencies Technology NC Programming NC
目 錄
第一章 概述························································1
第一節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)概述············································1
一、 槽輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介·········································1
二、 槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀··························2
第二節(jié)機(jī)械CAD技術(shù)概述········································2
一、機(jī)械CAD技術(shù)簡(jiǎn)述·····································2
二、 機(jī)械CAD技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向·················3
第三節(jié)智能CAD 概述··········································· 5
第二章 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析·······························6
第一節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理···································6
一、 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理··································6
二、 外槽輪機(jī)構(gòu)角速度和角加速度的分析················6
三、 內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的角速度和角加速度規(guī)律················7
四、主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)··································8
五、本設(shè)計(jì)的主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)························9
第三章 數(shù)控加工技術(shù)概述·······································11
一、 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展··························11
二、 數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)······························11
三、 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比具有的優(yōu)越性···········12
第四章 槽輪和撥盤(pán)的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)·························13
一、機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用···························13
二、機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定程序······················13
三、毛坯的選擇··········································13
四、定位基準(zhǔn)的選擇····································14
五、加工順序的安排····································15
六、本零件工藝規(guī)程設(shè)計(jì)····································15
結(jié)論·································································28
參考文獻(xiàn)····························································29
致謝·································································30
附錄·································································31
第一章 概述
第一節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)概述
一、槽輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介
間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)能將連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為周期停轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如送料運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)等，廣泛應(yīng)用于電子機(jī)械、制藥設(shè)備、紡織機(jī)械、制燈設(shè)備等行業(yè)中，是自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中普遍采用的機(jī)構(gòu)之一，槽輪機(jī)構(gòu)則是較常用的間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)之一，常用于實(shí)現(xiàn)分度轉(zhuǎn)位和間歇步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
槽輪機(jī)構(gòu)，又叫馬爾他機(jī)構(gòu)(Malta Mechanism)或日內(nèi)瓦機(jī)構(gòu)(Geneva Mechanism)。主要由具有徑向槽的槽輪、裝有拔銷(xiāo)的撥盤(pán)和機(jī)架組成。撥盤(pán)一般為主動(dòng)件，作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)槽輪作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)有平面槽輪機(jī)構(gòu)和空間槽輪機(jī)構(gòu)兩類(lèi)，平面槽輪機(jī)構(gòu)的型式又可分為內(nèi)嚙合和外嚙合兩種，分別如圖1-1和圖1-2所示。圖1-3所示的則為空間槽輪機(jī)構(gòu)的一種型式。
圖1-1外槽輪機(jī)構(gòu) 圖1-2內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu) 圖1-3空間槽輪機(jī)構(gòu)
在圖1-1中的外槽輪機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)件拔盤(pán)以角速度w1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)拔盤(pán)上的圓銷(xiāo)轉(zhuǎn)到圖1-1所示的A位置時(shí)，撥盤(pán)上鎖止弧S1的起使邊到達(dá)中心連線(xiàn)O1O2位置，槽輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷(xiāo)轉(zhuǎn)到A1時(shí)，拔銷(xiāo)退出輪槽，拔盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪卻停止轉(zhuǎn)動(dòng)，我們稱(chēng)此時(shí)的槽輪被鎖住，槽輪上的內(nèi)凹鎖止弧S2和撥盤(pán)上的外凸鎖止弧S1嚙合在一起。這樣，主動(dòng)撥盤(pán)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)就轉(zhuǎn)換成槽輪的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。為避免槽輪在起動(dòng)和停歇時(shí)發(fā)生剛性沖擊，拔銷(xiāo)開(kāi)始進(jìn)入和離開(kāi)輪槽時(shí)，輪槽的中心線(xiàn)應(yīng)和圓銷(xiāo)中心A的運(yùn)動(dòng)圓周相切，即拔銷(xiāo)轉(zhuǎn)到圖1-1所示位置時(shí)，O1A⊥O2A。內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理和工作過(guò)程與外槽輪機(jī)構(gòu)基本相同。但外槽輪與撥盤(pán)轉(zhuǎn)向相反，內(nèi)槽輪與撥盤(pán)轉(zhuǎn)向相同。
槽輪機(jī)構(gòu)具有如下一些優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，效率較高;(2)在進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度;(3)轉(zhuǎn)位迅速，從動(dòng)件能在較短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)較大的角度;(4)槽輪轉(zhuǎn)位時(shí)間與靜止時(shí)間之比為定值。但槽輪機(jī)構(gòu)也存在如下一些缺點(diǎn):(1)槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié);(2)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的始、末位置加速度變化較大，從而產(chǎn)生沖擊:(3)在工作盤(pán)定位精度要求較高時(shí)，利用鎖緊弧面往往滿(mǎn)足不了要求，而需另加定位裝置;槽輪機(jī)構(gòu)智能CAD系統(tǒng)的研究(4)槽輪的制造與裝配精度要求較高。由于這些原因，槽輪機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高的裝置中。
二、槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀
槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)能夠較準(zhǔn)確地控制等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛地應(yīng)用于較少工位的間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和步進(jìn)機(jī)構(gòu)中。但傳統(tǒng)的槽輪機(jī)構(gòu)存在有以下兩個(gè)缺點(diǎn):(1)動(dòng)力特性差。槽輪在進(jìn)入嚙合和退出嚙合瞬間，撥銷(xiāo)的向心加速度使槽輪角加速度發(fā)生突變，從而出現(xiàn)柔性沖擊;在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中加速度變化的瞬間，由于間隙的存在，出現(xiàn)橫越間隙的沖擊;轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中最大角加速度也較大。(2)分度數(shù)與動(dòng)停比有確定的關(guān)系，動(dòng)停比無(wú)選擇余地。
由于槽輪機(jī)構(gòu)的角速度曲線(xiàn)連續(xù)，因此，只要制造和裝配精度能夠保證，一般來(lái)說(shuō)，基本不存在剛性沖擊。對(duì)槽輪機(jī)構(gòu)的研究主要集中在機(jī)構(gòu)的改進(jìn)方面，以槽輪機(jī)構(gòu)為基本機(jī)構(gòu)(除機(jī)架和原動(dòng)件外還具有零個(gè)或一個(gè)桿組的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為基本機(jī)構(gòu))，在此基礎(chǔ)上串聯(lián)槽輪機(jī)構(gòu)或其它基本機(jī)構(gòu)以得到連續(xù)的角加速度曲線(xiàn)，從而避免柔性沖擊，改善機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能。多年來(lái)，提出了一些槽輪機(jī)構(gòu)的改進(jìn)方案，如兩級(jí)串聯(lián)式槽輪機(jī)構(gòu)、行星輪驅(qū)動(dòng)的槽輪機(jī)構(gòu)、完整齒輪和非完整齒輪驅(qū)動(dòng)的槽輪機(jī)構(gòu)、橢圓齒輪驅(qū)動(dòng)的槽輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的槽輪機(jī)構(gòu)等組合式槽輪機(jī)構(gòu)。其中行星輪驅(qū)動(dòng)的槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)動(dòng)力特性有相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)效果，也擴(kuò)大了動(dòng)停比的選擇范圍。但對(duì)這種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和參數(shù)分析還有待深入，該機(jī)構(gòu)的潛力也未得到充分的發(fā)掘與認(rèn)識(shí)。
為適應(yīng)間歇運(yùn)動(dòng)高速化的要求，出現(xiàn)了各種分度凸輪機(jī)構(gòu)。但是這類(lèi)機(jī)構(gòu)尚有兩個(gè)缺點(diǎn):(1)它們是高副機(jī)構(gòu)，較易磨損; (2)制造技術(shù)復(fù)雜。
機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法是對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，在可行的方案中選擇一種能夠使機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中受到的沖擊最小而又能完全滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用要求的方案。在當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。就機(jī)械學(xué)科而言，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法己無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法學(xué)就應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的一個(gè)最顯著的特征就是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，從而大大縮短設(shè)計(jì)周期，在一定程度上使機(jī)械設(shè)計(jì)更合理，也更能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)引入數(shù)值計(jì)算方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、有限元方法、專(zhuān)家系統(tǒng)及人工智能技術(shù)，模擬人腦思維過(guò)程，進(jìn)行機(jī)構(gòu)受力分析、方案優(yōu)化、參數(shù)設(shè)計(jì)、材料選擇和公差設(shè)計(jì)等一系列機(jī)械設(shè)計(jì)步驟，最終生成滿(mǎn)足特定用途的較合理的工程圖紙。從而可以縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，大大降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本。隨著 現(xiàn) 代 科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)范圍的不斷擴(kuò)大，將傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于槽輪機(jī)構(gòu)的研究，是其應(yīng)用與發(fā)展的主要趨勢(shì)。
第二 節(jié) 機(jī) 械 C AD 技 術(shù) 概 述
一、機(jī)械CAD技術(shù)簡(jiǎn)述
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〔CAD)技術(shù)是近三十年來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新興技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算和精確的特點(diǎn)，協(xié)助工程技術(shù)人員完成設(shè)計(jì)計(jì)算工作，利用工程數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)和繪圖儀精確地繪圖。CAD系統(tǒng)通常由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1-4所示:
圖1-4 CAD系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
CAD軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)交互圖形輸入功能，幾何造型功能，幾何特性計(jì)算功能，有限元分析功能，優(yōu)化分析功能及統(tǒng)一的信息管理功能等。從CAD系統(tǒng)的任務(wù)和計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行的角度出發(fā)，CAD系統(tǒng)軟件一般分為三類(lèi):系統(tǒng)軟件，支撐軟件和應(yīng)用軟件。它們的關(guān)系可分為三個(gè)層次，其中系統(tǒng)軟件處于底層，它是由計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)的內(nèi)核和以?xún)?nèi)核為基礎(chǔ)的一些公用程序組成的，它是與計(jì)算機(jī)硬件直接聯(lián)系而且供用戶(hù)使用，起到擴(kuò)充計(jì)算機(jī)功能和合理調(diào)度計(jì)算機(jī)硬件資源作用的軟件;支撐軟件是CAD系統(tǒng)中的基礎(chǔ)軟件，它以系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，用來(lái)完成CAD作業(yè)過(guò)程中的特定任務(wù)，用于機(jī)電產(chǎn)品的CAD系統(tǒng)，應(yīng)具有下列幾種支撐軟件:交互式圖形處理軟件、幾何造型軟件、有限元分析軟件、防真軟件等;應(yīng)用軟件是針對(duì)某特定應(yīng)用領(lǐng)域或某特定產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的程序，又叫專(zhuān)用軟件，一般地說(shuō)，這類(lèi)軟件由用戶(hù)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要，在系統(tǒng)軟件和支撐軟件的基礎(chǔ)上作二次開(kāi)發(fā)的軟件，它包括產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)、各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì)與制造用的五個(gè)層次的軟件，另外還有一個(gè)與產(chǎn)品密切相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖形庫(kù)。
二、機(jī)械CAD技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向
CAD技術(shù)標(biāo)志著機(jī)器的智能化和腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化，因此各國(guó)政府在制定新技術(shù)發(fā)展規(guī)劃時(shí)都對(duì)CAD技術(shù)及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)予以極大的重視，并加強(qiáng)對(duì)它們的研究工作。當(dāng)前，機(jī)械CAD技術(shù)中的幾個(gè)最重要的研究領(lǐng)域和研究?jī)?nèi)容是:基于特征的產(chǎn)品信息建模技術(shù)、CAD的智能化技術(shù)、CAD的參數(shù)化技術(shù)。CAD技術(shù)及其應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平和工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
1.基于特征的產(chǎn)品信息建模技術(shù)
傳統(tǒng)的幾何造型技術(shù)一直是機(jī)械CAD中的主要研究領(lǐng)域，該技術(shù)中比較成的有線(xiàn)框造型、曲面造型和實(shí)體造型。雖然這三種幾何造型技術(shù)提供了物理對(duì)象在數(shù)學(xué)上的精確描述，并在圖形顯示、物性計(jì)算等方面得到了很好的應(yīng)用，但它們所建立的模型只產(chǎn)生層次較低的幾何信息，如點(diǎn)、線(xiàn)、面和基本體素，而沒(méi)有高層次的信息，如尺寸、公差、材料特性及裝配要求，因此在這種純幾何造型數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上難以實(shí)現(xiàn)零件分類(lèi)編碼的自動(dòng)生成，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)各階段自動(dòng)化的要求，更難以實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成以及產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)。進(jìn)入八十年代中期，國(guó)際上開(kāi)始研究基于特征的設(shè)計(jì)，而建立基于特征的產(chǎn)品信息模型則是行之有效的方法。特征是一個(gè)高層次的設(shè)計(jì)概念，內(nèi)部包含了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖及與后繼工作有關(guān)的各種信息。對(duì)于具體的機(jī)械產(chǎn)品而言，特征是一組與產(chǎn)品描述相關(guān)的信息集合，產(chǎn)品特征信息模型包括管理特征模型、形狀特征模型和技術(shù)特征模型。而形狀特征模型又包括幾何結(jié)構(gòu)模型、精度特征模型、材料特征模型和裝配特征模型。
產(chǎn)品的形狀特征建模是產(chǎn)品特征信息建模的主要內(nèi)容，也是產(chǎn)品定義的核心內(nèi)容，它是產(chǎn)生其它信息的基礎(chǔ)。基于特征的產(chǎn)品信息建模需要考慮利用特征可以設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的產(chǎn)品模型，要研究基于特征設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供給用戶(hù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的三種手段之間的相互關(guān)系。這三種手段是:形狀特征庫(kù)、用戶(hù)自定義特征、形狀特征的組合與修改。
其中形狀特征庫(kù)的建立是形狀特征建模技術(shù)中比較重要也是較難處理的問(wèn)題，如何選擇合適規(guī)模的形狀特征庫(kù)是一個(gè)需深入研究的課題。由于三種手段各有其優(yōu)缺點(diǎn)，要
充分發(fā)揮特征造型的作用，需要在三者之間進(jìn)行綜合平衡，深入研究這三種手段的建
立過(guò)程，正確處理好三者之間的關(guān)系，是今后主要的研究方向。
2. CAD的智能化技術(shù)
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)不但涉及到一系列的計(jì)算公式、眾多的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及制圖技術(shù)，而且還要用到許多非數(shù)值的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，如開(kāi)始的概念設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)則要求設(shè)計(jì)專(zhuān)家憑借知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)思考、推理和判斷;而設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)從設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、再設(shè)計(jì)直到產(chǎn)生最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果的反復(fù)過(guò)程，這就更需要設(shè)計(jì)專(zhuān)家具有一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也促進(jìn)了專(zhuān)家系統(tǒng)和CAD的結(jié)合。
概念設(shè)計(jì)(即方案設(shè)計(jì))是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的一個(gè)階段，這一階段是設(shè)計(jì)創(chuàng)造性最為集中的部分，這一部分與問(wèn)題的表達(dá)和理解的正確與否，所提方案的優(yōu)劣以及評(píng)價(jià)和決策的適當(dāng)與否等有關(guān)，它決定了最終設(shè)計(jì)的特色、水平和效益。智能 化 是 機(jī) 械 CAD中極具有前途的研究領(lǐng)域。目前，機(jī)械CAD的智能化正朝向?qū)＜蚁到y(tǒng)、數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)的集成程序設(shè)計(jì)環(huán)境方向發(fā)展。
3. CAD的參數(shù)化技術(shù)
參數(shù)化技術(shù)是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來(lái)約定尺寸的關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯然的對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動(dòng)，所以也稱(chēng)為參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的草圖設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形的功能，成為初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模及修改系列化設(shè)計(jì)、多方案比較和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的有效手段。
近幾年參數(shù)化技術(shù)己有不少種方法，如變動(dòng)幾何法、幾何推理法及參數(shù)化操作法等。變動(dòng)幾何法將幾何約束轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗幸蕴卣鼽c(diǎn)為變?cè)姆蔷€(xiàn)性方程組，通過(guò)數(shù)值法解非線(xiàn)性方程組確定出幾何細(xì)節(jié)，該方法必須用戶(hù)輸入充分且一致的幾何約束才能求出約束方程的解，對(duì)不一致的約束模型則以進(jìn)行有效的判別與處理，也難以有效地將局部變動(dòng)限制在局部范圍內(nèi)求解:幾何推理法是建立在專(zhuān)家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用謂詞表示幾何約束，通過(guò)推理機(jī)導(dǎo)出幾何細(xì)節(jié)，這種方法可以檢查約束模型的有效性，并具有局部修改功能，但存在著推理速度慢、系統(tǒng)龐大等問(wèn)題;參數(shù)化操作法采用參數(shù)化操作表示與處理幾何約束，并通過(guò)與參數(shù)化操作對(duì)應(yīng)的幾何計(jì)算程序逐步確定出精確幾何模型，此法簡(jiǎn)單、實(shí)用，但難以表示與處理復(fù)雜的幾何約束。
技術(shù)發(fā)展很快，一旦工程設(shè)計(jì)能以參數(shù)化方式進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員就可以不再關(guān)心設(shè)計(jì)的具體過(guò)程，從而集中主要精力去創(chuàng)意，同時(shí)計(jì)算機(jī)與具體設(shè)計(jì)的信息交換也變得更加簡(jiǎn)化，電腦得以在更高層次上模擬人腦工作。廣義參數(shù)化是對(duì)事物的本質(zhì)性認(rèn)識(shí)，而通常人們所說(shuō)的參數(shù)化技術(shù)實(shí)際上是一種約束模型，這種模型包括圖形的幾何約束和拓?fù)潢P(guān)系約束。實(shí)現(xiàn)這些約束可通過(guò)解約束方程組或通過(guò)幾何推理，當(dāng)前大多數(shù)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)并沒(méi)有很好地解決這一問(wèn)題，對(duì)復(fù)雜的圖形便無(wú)法正確完成尺寸驅(qū)動(dòng)。欲解決該問(wèn)題，宜進(jìn)一步從兩個(gè)方面來(lái)研究?？梢园言O(shè)計(jì)對(duì)象分解為一些簡(jiǎn)單實(shí)體，這些實(shí)體具有三種基本信息，即形狀信息、定位信息和屬性信息，而所有這些基本信息都可由數(shù)學(xué)定義的變量表示，賦予這些變量一定的工程意義或工藝意義，即形成設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)改變這些參數(shù)，便得到不同的設(shè)計(jì)結(jié)果;也可以考慮把面向?qū)ο蟮乃枷肱c參數(shù)化技術(shù)中的約束模型的建立及推理求解結(jié)合起來(lái)，克服一般尺寸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不足，從而能夠準(zhǔn)確和完整地描述復(fù)雜圖形的幾何信息，快速完成推理求解。機(jī)械 CAD技術(shù)已經(jīng)向智能化、參數(shù)化及基于特征的產(chǎn)品信息建模方向發(fā)展，而且這幾個(gè)研究領(lǐng)域和研究?jī)?nèi)容之間的界限已不再分明，而是相互融合、相互促進(jìn)、協(xié)調(diào)發(fā)展。CAD技術(shù)作為多學(xué)科高度集合的一門(mén)新技術(shù)，推動(dòng)了工業(yè)設(shè)計(jì)中腦力勞動(dòng)的技術(shù)革命，CAD/CAM的一體化則能夠更有效地控制、管理復(fù)雜的現(xiàn)代化生產(chǎn)作業(yè)，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，使生產(chǎn)技術(shù)得到巨大發(fā)展。
第三節(jié)智能CAD 概述
由于傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)存在一些缺陷，如計(jì)算機(jī)不能識(shí)別在設(shè)計(jì)中的變化、不能處理模糊知識(shí)或不充分描述的設(shè)計(jì)問(wèn)題、缺乏宏觀知識(shí)結(jié)構(gòu)分析等，使用戶(hù)在使用系統(tǒng)時(shí)，需具有較高的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為此人們提出了智能CAD系統(tǒng)問(wèn)題。智能CAD就是把人工智能的思想、方法和技術(shù)引入傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中，分析歸納設(shè)計(jì)知識(shí)，模擬人腦推理分析，提出設(shè)計(jì)方案，從而提高設(shè)計(jì)水平，縮短周期，降低成本。以知識(shí)和知識(shí)工程為基礎(chǔ)的專(zhuān)家系統(tǒng)的出現(xiàn)給CAD研究帶來(lái)了新的啟發(fā)，并且取得了顯著的成績(jī)。CAD專(zhuān)家系統(tǒng)具有一定的智能能力，能提出和選擇設(shè)計(jì)方法策略，使計(jì)算機(jī)能支持設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)階段，它是一個(gè)能對(duì)一些重要問(wèn)題提供具有專(zhuān)家水平的解。
第二章 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析
第一節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理
一 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理
槽輪機(jī)構(gòu) ，又叫馬爾他機(jī)構(gòu)或日內(nèi)瓦機(jī)構(gòu)，由具有徑向槽的槽輪1和具有撥銷(xiāo)2的撥桿3組成，其工作原理如圖2-1所示。
圖2-1 槽輪機(jī)構(gòu)工作原理簡(jiǎn)圖
當(dāng)撥桿轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，撥動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)分度角，由圖(a)所示的位置轉(zhuǎn)到圖(b)
所示的位置時(shí)，撥銷(xiāo)退出輪槽，此后，撥桿空轉(zhuǎn)，直至撥銷(xiāo)進(jìn)入槽輪的下一個(gè)槽內(nèi)，才又重復(fù)上述的循環(huán)。這樣，撥桿(主動(dòng)件)的等速(或變速)連續(xù)(或周期)運(yùn)動(dòng)，就轉(zhuǎn)換為槽輪(從動(dòng)件)時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。
槽輪機(jī)構(gòu)常采用鎖緊弧定位，即利用撥桿上的外凸圓弧一鎖緊弧A與槽輪上的內(nèi)凹圓弧一定位弧B的接觸鎖住槽輪。圖(a)所示為撥銷(xiāo)開(kāi)始進(jìn)入輪槽時(shí)的位置關(guān)系，這時(shí)外凸圓弧面的端點(diǎn)F點(diǎn)離開(kāi)凹面中點(diǎn)，槽輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。圖(b)所示為撥銷(xiāo)剛要離開(kāi)輪槽時(shí)的位置關(guān)系，這時(shí)外凸圓弧面的另一端點(diǎn)E剛好轉(zhuǎn)到內(nèi)凹圓弧面的中點(diǎn)，撥桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，E點(diǎn)越過(guò)凹面中點(diǎn)，槽輪被鎖住。圖(c)為撥銷(xiāo)退出輪槽以后的情況，這時(shí)，外凸圓弧面與內(nèi)凹圓弧面密切接觸，槽輪被鎖住而不能向任何方向轉(zhuǎn)動(dòng).由上述工作過(guò)程的要求，撥桿上的外凸圓弧缺口應(yīng)對(duì)稱(chēng)于撥桿軸線(xiàn)。
二.外槽輪機(jī)構(gòu)角速度和角加速度的分析
假設(shè)槽輪機(jī)構(gòu)在工作的某一狀態(tài)時(shí)的工作簡(jiǎn)圖如圖2-2的(a)所示，其對(duì)應(yīng)的狀態(tài)矢量圖如2-2的(b)所示，0，為槽輪中心，飛為拔盤(pán)中心，E'為槽輪開(kāi)始進(jìn)入運(yùn)動(dòng)時(shí)的圓銷(xiāo)中心的位置，E為槽輪在運(yùn)動(dòng)中的任一位置。設(shè)槽輪槽數(shù)為Z>槽輪的角速度為m1，角加速度為a,，拔盤(pán)的轉(zhuǎn)速為。。在圖2-2 (b)中，角(p, 0, (p1, 01滿(mǎn)足:
圖2-2槽輪機(jī)構(gòu)工作簡(jiǎn)圖以及矢量分析圖
其中:φ+φ1=∏ /Z ,θ1=Wt, θ=∏ /2 一∏/Z-Wto
設(shè)O1O2:長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，O1E長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，O2E長(zhǎng)度為L(zhǎng)2.
令“λ= L2/ L3 (2-2)
所以有關(guān)系式
φ1=∏ /2 - arctg L2 sin(θ)/ L3 - L2cos(θ) (2-3)
(2-2) 式與(2-3)相結(jié)合,得到對(duì)于不同的Z值的槽輪的角速度和角加速度同時(shí)間的關(guān)系圖，分別如圖2-3的(a), (b)所示:
圖2-3槽輪的角速度曲線(xiàn)圖(a)和角加速度曲線(xiàn)圖(b)
三.內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的角速度和角加速度規(guī)律
如圖1-2所示，同外槽輪機(jī)構(gòu)類(lèi)似的推導(dǎo)，由槽輪、拔盤(pán)和中心距之間的幾何關(guān)系，可得到內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的角位置、角速度與角加速度公式分別為:
φ=arctgλsinθ/(1+λcosθ)
W2=[ W1λ(cosθ+ λ)]/(1+λ2+2λcosθ)
ξ2=[ W2 1(λ2-1) sinθ]/ (1+λ2+2λcosθ)2
式中 φ一槽輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度
θ為轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度
λ=R 1/ C - sin (∏ /Z)
C一 槽輪的中心距
W1轉(zhuǎn)盤(pán)的角速度
W2槽輪的角速度
W3槽輪的角加速度
θ角的變化區(qū)間為:-a ≤θ≤a，當(dāng)拔銷(xiāo)中心處于O1O2的延長(zhǎng)線(xiàn)位置時(shí)，θ=00
當(dāng)θ角與W1轉(zhuǎn)向一致時(shí)為正，反之θ角為負(fù)。
由上式可知，W2和ξ2的變化取決于槽數(shù)z。圖(2-4)所示為內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)不同槽數(shù)z時(shí)的ξ2變化曲線(xiàn)。圖中縱橫坐標(biāo)的含義與圖〔2-3)相同。
圖2一4 不同槽數(shù)時(shí)內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的角加速度曲線(xiàn)圖
由上式知，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的最大角速度出現(xiàn)在θ=00位置;
由上式知，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的最大角加速度出現(xiàn)在撥銷(xiāo)進(jìn)入與脫離輪槽的瞬間。
四.主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)
圖 2-5為槽輪機(jī)構(gòu)主要尺寸關(guān)系圖。圖中O1為拔盤(pán)中心，O2為槽輪中心，L1為撥
銷(xiāo)的軌跡半徑;L2為槽輪半徑;L3為中心距，h為槽輪槽深,rb為撥銷(xiāo)半徑,δ為間隙。
設(shè)拔盤(pán)軸的直徑為d.
圖2-5 槽輪機(jī)構(gòu)主要幾何尺寸關(guān)系圖
為避免槽輪在起動(dòng)和停歇時(shí)發(fā)生剛性沖擊，圓銷(xiāo)開(kāi)始進(jìn)入和離開(kāi)輪槽時(shí)，輪槽的中心線(xiàn)應(yīng)和圓銷(xiāo)中心的運(yùn)動(dòng)圓周相切，從而決定了槽輪機(jī)構(gòu)主要尺寸之間的關(guān)系，即有:
λ= L1/L3 =sin∏ /Z
λ1= L2/L3 =cos∏ /Z
由圖2-5可得下列關(guān)系式:
L1= L3 sinφ0 = L3 sin∏ /Z
L2= L3 cosφ0 = L3 cos∏ /Z
H1 = L1 + L2 - L3
H = H1 +rb+δ
r＜2(L3 - L2)= 2L3(1- cos∏ /Z)
一般δ的取值范圍為3-6mm, 當(dāng)槽輪槽數(shù)z較大時(shí)，上述比值較小，故為獲得一定的d而又不致使瑪過(guò)分增大，一般將撥盤(pán)做成懸臂式。
五.本設(shè)計(jì)的主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)以槽數(shù)4 、銷(xiāo)輪和槽輪中心距33 mm、銷(xiāo)軸半徑2 mm、銑刀半徑2mm 為例，設(shè)計(jì)槽槽輪機(jī)構(gòu),由上述關(guān)系式,可知:
λ= L1/L3 =sin∏ /Z=0.707
λ1= L2/L3 =cos∏ /Z=0.707
由圖2-5可得下列關(guān)系式:
L1= L3 sinφ0 = L3 sin∏ /Z=23.33mm
L2= L3 cosφ0 = L3 cos∏ /Z=23.33mm
H1 = L1 + L2 - L3 =13.66 mm
H = H1 +rb+δ=13.66+2+3=18.66 mm
r＜2(L3 - L2)= 2L3(1- cos∏ /Z)=19.34
如下圖所示:
第三章 數(shù)控加工技術(shù)概述
一. 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展
數(shù)控加工的發(fā)展趨勢(shì)是高速和精密，另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是完整加工，即在一臺(tái)機(jī)床上完成復(fù)雜零件的全部加工工序。
數(shù)控加工中的程序編制也隨著數(shù)控機(jī)床的更新而改變。50年代，MIT設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)用于機(jī)械零件數(shù)控加工程序編制的語(yǔ)言，稱(chēng)為APT（Automatically Programmed Tool）。其后，APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進(jìn)，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、APTAC（Advanced contouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))和APT/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進(jìn)版。
采用APT語(yǔ)言編制數(shù)控程序具有程序簡(jiǎn)練，走刀控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)控加工編程從面向機(jī)床指令的“匯編語(yǔ)言”級(jí)，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語(yǔ)言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對(duì)零件形狀、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗(yàn)證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫(kù)和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動(dòng)化，集成化。針對(duì)APT語(yǔ)言的缺點(diǎn)，1978年，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)集三維設(shè)計(jì)、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱(chēng)為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了像EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Master C A M， Pro/Engineering及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成，走刀過(guò)程的仿真顯示、驗(yàn)證等問(wèn)題，推動(dòng)了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎(chǔ)上，逐步形成了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應(yīng)CIMS及CE發(fā)展的需要，數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。
二. 數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)
數(shù)控加工工藝具有以下特點(diǎn)：
(1) 數(shù)控機(jī)床加工精度高。一般只需一次加工即能達(dá)到加工部位的精度，而不需分粗加工、精加工。
(2) 在數(shù)控機(jī)床上工件一次裝夾，可以進(jìn)行多個(gè)部位的加工，有時(shí)甚至可完成工件的全部加工內(nèi)容。
(3) 由于刀具庫(kù)或刀架上裝有幾把甚至更多的備用刀具，因此，在數(shù)控機(jī)床上加工工件時(shí)刀具的配置、安裝與使用不需要中斷加工過(guò)程，使加工過(guò)程連續(xù)。
(4) 根據(jù)數(shù)控機(jī)床加工時(shí)工件裝夾特點(diǎn)與刀具配置、使用的特點(diǎn)區(qū)別于普通機(jī)床加工時(shí)的情況，工件的各部位的數(shù)控加工順序可能與普通、機(jī)床上加工工件的順序也有很大的區(qū)別。
此外根據(jù)數(shù)控機(jī)床高速、高效、高精度、高自動(dòng)化等特點(diǎn)，數(shù)控加工還具有以下工藝特點(diǎn)：
1) 切削量用比普通機(jī)床大。
2) 工序相對(duì)集中。
3) 較多地使用自動(dòng)換刀(ATC)。
4) 首件需試切削。
5) 工藝內(nèi)容更具體更詳細(xì)，工藝要求更嚴(yán)密更精確。
高效率、高精度加工是數(shù)控機(jī)床加工最主要特點(diǎn)之一。利用數(shù)控機(jī)床加工，其產(chǎn)品加工的質(zhì)量一致性好，加工精度和效率均比普通機(jī)床高出很多，尤其是在輪廓不規(guī)則、復(fù)雜空間曲面、 多工藝復(fù)合化加工和高精度要求的產(chǎn)品加工時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)機(jī)床所無(wú)法比擬的。數(shù)控加工另一個(gè)特點(diǎn)是產(chǎn)品裝夾定位靈活，同一產(chǎn)品零件可能有多種加工方案。然而正是其靈活性和高精度要求對(duì)其高效應(yīng)用帶來(lái)了的局限性，如存在數(shù)控程序的編制、刀具工裝夾具的準(zhǔn)備周期長(zhǎng)等不利因素。數(shù)控工藝的合理性與高質(zhì)量數(shù)控程序的快速編制是限制數(shù)控加工的瓶頸問(wèn)題之一。數(shù)控加工的成本相對(duì)較高也是制約其廣泛應(yīng)用的一個(gè)因素。數(shù)控加工對(duì)技術(shù)人員的水平要求相當(dāng)高，數(shù)控工藝和程序的質(zhì)量是保證產(chǎn)品加工質(zhì)量合格最主要和最關(guān)鍵的因素。數(shù)控加工時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量完全靠數(shù)控工藝和數(shù)控程序來(lái)保證。產(chǎn)品加工的具體細(xì)節(jié)在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和程序編制時(shí)必須全面考慮，只有設(shè)計(jì)正確才能保證產(chǎn)品加工的質(zhì)量要求。在數(shù)控加工朝高速、超高速和復(fù)合化加工方向發(fā)展的趨勢(shì)下，對(duì)技術(shù)人員就提出了更高的要求。
三. 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比具有的優(yōu)越性
普通機(jī)床加工時(shí)，其加工成本相對(duì)較低，工序較長(zhǎng)，且工步中很多具體細(xì)節(jié)由技術(shù)工人來(lái)完成，對(duì)技術(shù)工人的水平要求相對(duì)較高。數(shù)控機(jī)床加工工藝相比較普通機(jī)床加工工藝的優(yōu)越性有以下幾點(diǎn)：
(1) 數(shù)控加工工藝的“內(nèi)容十分具體、工藝設(shè)計(jì)工作相當(dāng)嚴(yán)密”。數(shù)控機(jī)床加工工藝與普通機(jī)床加工工藝相比較，由于采用數(shù)控機(jī)床加工具有加工工序少，所需專(zhuān)用工裝數(shù)量少等特點(diǎn)，克服了普通傳動(dòng)工藝方法的弱點(diǎn)，一般說(shuō)來(lái)，數(shù)控加工的工序內(nèi)容要比普通機(jī)床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。從編程來(lái)看，加工程序的編制要比普通機(jī)床編制工藝規(guī)程復(fù)雜。
(2) 數(shù)控加工的工藝“復(fù)合性”。采用數(shù)控加工后，工件在一次裝夾下能完成鏜、銑、鉸、攻絲等多種加工，因此，數(shù)控加工工藝具有復(fù)合性特點(diǎn)，也可以說(shuō)數(shù)控加工工藝的工序把傳統(tǒng)工藝中的工序“集成”了，這使得零件加工所需的專(zhuān)用夾具數(shù)量大為減少，零件裝夾次數(shù)及周轉(zhuǎn)時(shí)間也大大減少了，從而使零件的加工精度和生產(chǎn)效率有了較大的提高。數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)是對(duì)工件進(jìn)行數(shù)控加工的前期工藝準(zhǔn)備工作，無(wú)論是手工編程還是自動(dòng)編程，這項(xiàng)工作必須在程序編制工作以前完成。為了優(yōu)化數(shù)控程序設(shè)計(jì)、提高編程效率、合理使用數(shù)控機(jī)床，我們有必要對(duì)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)等技術(shù)問(wèn)題加以分析、研究，以做好數(shù)控機(jī)床加工前的技術(shù)準(zhǔn)備工作。
數(shù)控加工取代傳統(tǒng)加工占據(jù)生產(chǎn)制造的主導(dǎo)地位已成為一種趨勢(shì)，但由于歷史的原因，傳統(tǒng)的加工設(shè)備與先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床并存，是目前乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)大多數(shù)制造企業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀。如何從工藝的角度根據(jù)各企業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀、產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模、零件結(jié)構(gòu)形式與加工精度要求等方面來(lái)合理地進(jìn)行產(chǎn)品工藝方案設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的加工效率，使企業(yè)設(shè)備資源與人力資源得到充分利用，需要從多個(gè)方面來(lái)探討。數(shù)控工藝與普通工藝結(jié)合的好壞直接影響到數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工效率的發(fā)揮，進(jìn)而影響到生產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)的完成。提高產(chǎn)品機(jī)械加工工藝與數(shù)控程序的編制質(zhì)量，是早日實(shí)現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)品的高精度、高效率、高質(zhì)量加工必需解決的問(wèn)題之一。因此，尋求傳統(tǒng)加工工藝與數(shù)控加工工藝的合理銜接途徑與措施，對(duì)于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是非常有意義的。
數(shù)控工藝與普通工藝結(jié)合的途徑和措施，具體可從以下幾個(gè)方面來(lái)實(shí)施：
(1) 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)狀態(tài)與生產(chǎn)批量。
(2) 粗精加工與加工精度的結(jié)合。
(3) 精密設(shè)備與一般設(shè)備的結(jié)合。
(4) 加工工種之間的結(jié)合。
(5) 技術(shù)交流和技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合。
第四章 槽輪和撥盤(pán)的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
一. 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用
工藝規(guī)程的作用在于：
（1）它是組織生產(chǎn)和計(jì)劃管理的重要資料，生產(chǎn)安排和調(diào)度、規(guī)定工序要和質(zhì)量檢查等都以工藝規(guī)程為依據(jù)。制定和不斷完善工藝規(guī)程，有利于穩(wěn)定生產(chǎn)秩序，保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，并充分發(fā)揮設(shè)備能力。一切生產(chǎn)人員都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行和貫徹，不應(yīng)任意違反或更改工藝規(guī)程的內(nèi)容。
（2）是新產(chǎn)品投產(chǎn)前進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備的依據(jù)，例如刀、夾、量具的設(shè)計(jì)、制造或采購(gòu)，原材料、半成品及外購(gòu)件的供應(yīng)及設(shè)備、人員的配備等。
（3）在新建和擴(kuò)建工廠(chǎng)或車(chē)間時(shí)必需有產(chǎn)品的全套工藝規(guī)程作為決定設(shè)備、人員、車(chē)間面積和投資預(yù)算等的原始資料。
（4）行之有效的先進(jìn)工藝規(guī)程還起著交流和推廣先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的作用，有利于其他工廠(chǎng)縮短試制過(guò)程，提高工藝水平。
二. 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定程序
制定機(jī)械加工工藝規(guī)程的原始資料主要是產(chǎn)品圖紙，生產(chǎn)綱領(lǐng)，現(xiàn)場(chǎng)加工設(shè)備及生產(chǎn)條件等，有了這些原始資料并由生產(chǎn)綱領(lǐng)確定了生產(chǎn)類(lèi)型和生產(chǎn)組織形式之后，即可著手機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定，其內(nèi)容和順序如下:
1.分析被加工零件；
2.選擇毛坯；
3.設(shè)計(jì)工藝過(guò)程:包括劃分工藝過(guò)程的組成、選擇定位基準(zhǔn)、選擇零件表面的加工方法、安排加工順序和組合工序等。
4.工序設(shè)計(jì):包括選擇機(jī)床和工藝裝備、確定加工余量、計(jì)算工序尺寸及其公差、確定切削用量及計(jì)算工時(shí)定額等；
5.編制工藝文件。
三. 毛坯的選擇
在制訂零件機(jī)械加工工藝規(guī)程之前,還要對(duì)零件加工前的毛坯種類(lèi)及其不同的制造方法進(jìn)行選擇。由于零件機(jī)械加工的工序數(shù)量、材料消耗、加工勞動(dòng)量等都在很大程度上與毛坯的選擇有關(guān)，故正確選擇毛坯具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
選擇毛坯應(yīng)該考慮生產(chǎn)規(guī)模的大小，它在很大程度上決定采用某種毛坯制造方法的經(jīng)濟(jì)性。如生產(chǎn)規(guī)模較大，便可采用高精度和高生產(chǎn)率的毛坯制造方法，這樣，雖然一次投資較高，但均分到每個(gè)毛坯上的成本就較少。而且，由于精度較高的毛坯制造方法的生產(chǎn)率一般也較高，既節(jié)約原材料又可明顯減少機(jī)械加工勞動(dòng)量，再者，毛坯精度高還可簡(jiǎn)化工藝和工藝裝備，降低產(chǎn)品的總成本。
選擇毛坯應(yīng)該考慮工件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小。例如，形狀復(fù)雜和薄壁的毛坯，一般不能采用金屬型鑄造；尺寸較大的毛坯，往往不能采用模鍛、壓鑄和精鑄。再如，某些外形較特殊的小零件，由于機(jī)械加工很困難，則往往采用較精密的毛坯制造方法，如壓鑄、熔模鑄造等，以最大限度地減少機(jī)械加工量。
選擇毛坯應(yīng)考慮零件的機(jī)械性能的要求。相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其機(jī)械性能往往不同。例如，金屬型澆鑄的毛坯，其強(qiáng)度高于用砂型澆鑄的毛坯，離心澆鑄和壓力澆鑄的毛坯，其強(qiáng)度又高于金屬型澆鑄的毛坯。強(qiáng)度要求高的零件多采用鍛件，有時(shí)也可采用球墨鑄鐵件。
選擇毛坯，應(yīng)從本廠(chǎng)的現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)水平出發(fā)考慮可能性和經(jīng)濟(jì)性。還應(yīng)考慮利用新工藝、新技術(shù)和新材料的可能性，如精鑄、精鍛、冷軋、冷擠壓、粉末冶金和工程塑料等。用這些毛坯制造方法后，可大大減少機(jī)械加工量，有時(shí)甚至可不再進(jìn)行機(jī)械加工，其經(jīng)濟(jì)效果非常顯著。
四. 定位基準(zhǔn)的選擇
正確地選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)工藝過(guò)程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是保證零件加工精度的關(guān)鍵。
定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)、粗基準(zhǔn)和輔助基準(zhǔn)。在最初加工工序中，只能用毛坯上未經(jīng)加工 的表面作為定位基準(zhǔn)(粗基準(zhǔn))。在后續(xù)工序中，則使用已加工表面作為定位基準(zhǔn)(精基準(zhǔn))。
在制定工藝規(guī)程時(shí)，總是先考慮選擇怎樣的精基準(zhǔn)以保證達(dá)到精度要求并把各個(gè)表面加工出來(lái)，然后再考慮選擇合適的粗基準(zhǔn)把精基準(zhǔn)面加工出來(lái)。另外，為了使工件便于裝夾和易于獲得所需加工精度，可在工件上某部位作一輔助基準(zhǔn)，用以定位。應(yīng)從零件的整個(gè)加工工藝過(guò)程的全局出發(fā)，在分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)粗、精基準(zhǔn)的選擇原則，合理選擇定位基準(zhǔn)。
（1）精基準(zhǔn)的選擇
①“基準(zhǔn)重合”原則
應(yīng)盡量選用被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，即“基準(zhǔn)重合”的原則。這樣可以避免因基準(zhǔn)不重合而引起的誤差。
②“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則
應(yīng)選擇多個(gè)表面加工時(shí)都能使用的定位基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，即“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則。這樣便于保證各加工表面間的相互位置精度，避免基準(zhǔn)變換所產(chǎn)生的誤差，并簡(jiǎn)化夾具的設(shè)計(jì)制造工作。
③“互為基準(zhǔn)”原則
當(dāng)兩個(gè)表面的相互位置精度及其自身的尺寸與形狀精度都要求很高時(shí)，可采用這兩個(gè)表面互為基準(zhǔn)，反復(fù)多次進(jìn)行精加工。
④“自為基準(zhǔn)”原則
在某些要求加工余量盡量小而均勻的精加工工序中，應(yīng)盡量選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。
此外，精基準(zhǔn)的選擇還應(yīng)便于工件的裝夾與加工，減少工件變形及簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)。需要指出的是，上述四條選擇精基準(zhǔn)的原則，有時(shí)是相互矛盾的。例如，保證了基準(zhǔn)統(tǒng)一就不一定符合基準(zhǔn)重合等等。在使用這些原則時(shí)，要具體情況具體分析，以保證主要技術(shù)要求為出發(fā)點(diǎn)，合理選用這些原則。
（2） 粗基準(zhǔn)的選擇
①若工件必須首先保證某重要表面的加工余量均勻，則應(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn)。
②在沒(méi)有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件上每個(gè)表面都要加工，則應(yīng)以加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可使這個(gè)表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件報(bào)廢。
③在沒(méi)有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件有的表面不需要加工時(shí)，則應(yīng)以不加工表面中與加工表面的位置精度要求較高的表面為粗基準(zhǔn)。若既需保證某重要表面加工余量均勻，又要求保證不加工表面與加工表面的位置精度，則仍按本原則處理。
④選作粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡可能平整和光潔，不能有飛邊、澆口、冒口及其他缺陷，以便定位準(zhǔn)確，裝夾可靠。
⑤粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上通常只允許使用一次，否則定位誤差太大。但是，當(dāng)毛坯是精密鑄件或精密鍛件，毛坯質(zhì)量高，而工件加工精度要求又不高時(shí)，可以重復(fù)使用某一粗基準(zhǔn)。
五. 加工順序的安排
零件表面的加工方法確定之后，就要安排加工的先后順序，同時(shí)還要安排熱處理、檢驗(yàn)等其他工序在工藝過(guò)程中的位置。零件加工順序安排得是否合適，對(duì)加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性有較大的影響。
（一） 加工階段的劃分
零件加工時(shí)，往往不是依次加工完各個(gè)表面，而是將各表面的粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行，為此，一般都將整個(gè)工藝過(guò)程劃分幾個(gè)加工階段，這就是在安排加工順序時(shí)所應(yīng)遵循的工藝過(guò)程劃分階段的原則。按加工性質(zhì)和作用的不同，工藝過(guò)程可劃分如下幾個(gè)階段：
1. 粗加工階段——這階段的主要作用是切去大部分加工余量，為半精加工提供定位基準(zhǔn)，因此主要是提高生產(chǎn)率問(wèn)題。
2. 半精加工階段——這階段的作用是為零件主要表面的精加工作好準(zhǔn)備，并完成一些次要表面的加工。
3. 精加工階段——對(duì)于零件上精度和表面粗糙度要求（精度在IT7級(jí)或以上，表面粗糙度在Ra0.8以下）的表面，還要安排精加工階段。這階段的主要任務(wù)是提高加工表面的各項(xiàng)精度和降低表面粗糙度。
（二） 機(jī)械加工順序的安排
一個(gè)零件上往往有幾個(gè)表面需要加工，這些表面不僅本身有一定的精度要求，而且各表面間還有一定的位置要求。為了達(dá)到這些精度要求，各表面的加工順序就不能隨意安排，而必須遵循一定的原則，這就是定位基準(zhǔn)的選擇和轉(zhuǎn)換決定著加工順序，以及前工序?yàn)楹罄m(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)的原則。
1. 作為精基準(zhǔn)的表面應(yīng)在工藝過(guò)程一開(kāi)始就進(jìn)行加工，因?yàn)楹罄m(xù)工序中加工其他表面時(shí)要用它來(lái)定位。即“先基準(zhǔn)后其它”。
2. 在加工精基準(zhǔn)面時(shí)，需要用粗基準(zhǔn)定位。在單件、小批生產(chǎn)、甚至成批生產(chǎn)中，對(duì)于形狀復(fù)雜或尺寸較大的鑄件和鍛件，以及尺寸誤差較大的毛坯，在機(jī)械加工工序之前首先應(yīng)安排劃線(xiàn)工序，以便為精基準(zhǔn)加工提供找正基準(zhǔn)。
3. 精基準(zhǔn)加工好以后，接著應(yīng)對(duì)精度要求較高的各主要表面進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。精度要求特別高的表面還需要進(jìn)行光整加工。
4. 在重要表面加工前，對(duì)精基準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行一次休整，以利于保證重要表面的加工精度。
5. 對(duì)于容易出現(xiàn)廢品的工序，精加工和光整加工可適當(dāng)放在前面，某些次要小表面的加工可放在其后。
六. 本零件工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
6.1槽輪的工藝規(guī)程設(shè)計(jì).
表一槽輪的工藝過(guò)程
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
工 序 內(nèi) 容
工藝裝備
1
下料
Φ60棒料
切割機(jī)
2
熱處理
調(diào)質(zhì)熱處理
3
粗車(chē)
車(chē)平端面, 車(chē)Φ60外圓至Φ52,
鏜內(nèi)孔單邊留1mm余量
數(shù)控車(chē)床
4
半精車(chē)
車(chē)內(nèi)孔至Φ5,車(chē)端面及臺(tái)階面達(dá)粗糙度要求,
車(chē)外圓至Φ47.35,銳邊倒鈍，
車(chē)另一端面達(dá)圖示要求
數(shù)控車(chē)床
5
銑
銑四方，保證23.33mm尺寸
立銑
6
粗銑
銑4H8尺寸，雙邊留有0.5mm余量，長(zhǎng)度方向留有1mm余量，銑四處，注意保證重直度要求；
專(zhuān)用銑床
7
精銑
銑4H8處槽至圖示要求
專(zhuān)用銑床
8
粗鏜
粗鏜R19.38H8，留0.5mm余量，粗鏜四處，
注意保證兩方向的垂直度要求
鏜床
9
精鏜
精鏜R19.38H8尺寸至圖示要求，
并達(dá)精糙度要求1.6
鏜床
10
刨
刨鍵槽達(dá)圖示要求
刨床
11
檢
檢驗(yàn)
12
入庫(kù)
表二撥盤(pán)的工藝過(guò)程
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
工 序 內(nèi) 容
工藝裝備
1
下料
Φ45圓棒料
切割機(jī)
2
熱處理
調(diào)質(zhì)熱處理
3
粗車(chē)
車(chē)平端面，車(chē)外圓至Φ40，車(chē)內(nèi)孔至Φ5
數(shù)車(chē)
4
半精車(chē)
車(chē)端面，達(dá)粗糙度要求，車(chē)內(nèi)孔至圖示要求，車(chē)外圓至Φ38.68，車(chē)Φ8臺(tái)階圓
保證Φ8外圓及0.67尺寸
數(shù)車(chē)
5
車(chē)
車(chē)斷，保證總長(zhǎng)5.5mm
數(shù)車(chē)
6
車(chē)
專(zhuān)用夾具定位，車(chē)端面保證尺寸4.67mm，
車(chē)Φ8臺(tái)階圓保證0.67尺寸及粗糙度要求
數(shù)車(chē)
7
粗鏜
粗鏜R19.38H8，留0.5mm余量，粗鏜四處，
注意保證兩方向的垂直度要求
鏜床
8
精鏜
精鏜R19.38尺寸至圖示要求，
并達(dá)精糙度要求1.6
鏜床
9
檢
檢驗(yàn)
10
入庫(kù)
6.2 機(jī)械加工余量及基本工時(shí)的確定
6.2.1 槽輪切削用量及基本工時(shí)的確定
工序1 :下料
工序2: 調(diào)質(zhì)熱處理
工序3: 車(chē)平端面, 車(chē)外圓及內(nèi)孔
本工序采用計(jì)算法確定切削用量
加工條件：
工件材料：45#
加工要求：粗車(chē)端面，粗車(chē)Φ60外圓至Φ52，車(chē)內(nèi)孔單邊留1mm余量，表面粗糙度值R 為6.3。
機(jī)床：C620—1臥式車(chē)床。
刀具：刀片材料為YG6，刀桿尺寸為16mmX25mm,k=90°,r=15°=12r=0.5mm。
計(jì)算切削用量：粗車(chē)圓棒料端面
確定端面最大加工余量：首次車(chē)端面，則毛坯長(zhǎng)度方向的最大加工余量為3mm,分兩次加工,a=1.5mm計(jì)。長(zhǎng)度加工方向取IT12級(jí)，取mm。確定進(jìn)給量f:根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》（第三版）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《切削手冊(cè)》表1.4,當(dāng)?shù)稐U16mmX25mm, a<=1.5mm時(shí),以及工件直徑為Φ60時(shí)。
f=0.5~0.7mm/r
按C620—1車(chē)床說(shuō)明書(shū)（見(jiàn)《切削手冊(cè)》表1.30）取f=0.5 mm/r計(jì)算切削速度: 按《切削手冊(cè)》表1.27,切削速度的
計(jì)算公式為: V=(m/min)…………………………2.1
式中, =1.58, =0.15, y=0.4,m=0.2。修正系數(shù)k見(jiàn)《切削手冊(cè)》表1.28,即
k=1.44, k=0.8, k=1.04, k=0.81, k=0.97
所以
V =66.7(m/min)
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
n===354(r/min)
按機(jī)床說(shuō)明書(shū)（見(jiàn)《工藝手冊(cè)》表4.2—8）與354r/min相近的機(jī)床, 轉(zhuǎn)速有305r/min及370r/min?，F(xiàn)選取370r/min。如果選305m/min，則速度損失較大。
計(jì)算切削工時(shí)，按《工藝手冊(cè)》表6.2-1,取
L==42mm, L=3mm, L=0mm, L=0mm
t==0.48(min)
切削深度:先60車(chē)至52
進(jìn)給量: 見(jiàn)《切削手冊(cè)》表1.4
V=(m/min)
=
=66.7(m/min)
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速:
n===354(r/min)
按機(jī)床選取n=370 r/min。所以實(shí)際切削速度
取機(jī)床導(dǎo)軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)u=0.1,則切削力在縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可承受的最大縱向力為3550N(見(jiàn)<<切削手冊(cè)>>表1.30),故機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)可正常工作。
切削工時(shí)：
t=
式中： L=105mm, L=4mm, L=0
所以
t=
工序4：半精車(chē) 要求為：車(chē)內(nèi)孔至Φ5,車(chē)端面及臺(tái)階面達(dá)粗糙度要求, 車(chē)外圓至Φ47.35,銳邊倒鈍，車(chē)另一端面達(dá)圖示要求。
半精車(chē)內(nèi)孔至Φ5：
取 n=305r/min
實(shí)際切削速度
V==
計(jì)算切削工時(shí)： 按<<切削手冊(cè)>>表6.2-1，取
L=105mm, L=3mm, L=0mm
t=
車(chē)端面：
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速:
n===355(r/min)
按機(jī)床說(shuō)明書(shū)（見(jiàn)《工藝手冊(cè)》表4.2—8）與355r/min相近的機(jī)床, 轉(zhuǎn)速有305r/min及370r/min。現(xiàn)選取370r/min。如果選305m/min， 則速度損失較大。所以實(shí)際切削速度 V=75.4m/min
計(jì)算切削工時(shí)，按《工藝手冊(cè)》表6.2-1,取
L==26mm, L=3mm, L=0mm, L=0mm
t==0.31(min)
車(chē)臺(tái)階面：
取 n=370r/min
實(shí)際切削速度
V==
計(jì)算切削工時(shí)： 按<<切削手冊(cè)>>表6.2-1，取
L==22mm, L=3mm, L=0mm, L=0mm
t==0.33(min)
工序5：銑四方，保證23.33mm尺寸
加工條件：
工件材料：45#
加工要求：粗銑箱蓋上頂面，保證頂面尺寸23.33mm mm
機(jī)床：臥式銑床X63
刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm,齒數(shù)Z=20
量具：卡板
計(jì)算銑削用量
已知毛坯被加工長(zhǎng)度為8 mm，最大加工余量為Zmax=2.5mm,可一次銑削，切削深度ap=2.5mm
確定進(jìn)給量f：
根據(jù)《工藝手冊(cè)》），表2.4—75,確定fz=0.2mm/Z
切削速度：
參考有關(guān)手冊(cè)，確定V=0.45m/s,即27m/min
根據(jù)表2.4—86,取nw=37.5r/min,
故實(shí)際切削速度為：
V=πdwnw /1000=26.5(m/min)
當(dāng)nw=37.5r/min,工作臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min)
切削時(shí)由于是粗銑，故整個(gè)銑刀刀盤(pán)不必銑過(guò)整個(gè)工件，則行程為l+l1+l2=8+3+2=13mm
故機(jī)動(dòng)工時(shí)為：
tm =13÷150=0.087min=5s
輔助時(shí)間為：
tf=0.15tm=0.15×52=7.8s
其他時(shí)間計(jì)算：
tb+tx=6%×(52+7.8)=3.6s
故工序5的單件時(shí)間：
tdj=tm+tf+tb+tx =52+7.8+3.58=15.4s
工序6：粗銑，銑4H8尺寸，
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