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第一章 概述
第一節(jié)槽輪機構(gòu)概述
一、槽輪機構(gòu)簡介
間歇轉(zhuǎn)位機構(gòu)能將連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為周期停轉(zhuǎn)運動，如送料運動、轉(zhuǎn)位運動等，廣泛應(yīng)用于電子機械、制藥設(shè)備、紡織機械、制燈設(shè)備等行業(yè)中，是自動化生產(chǎn)設(shè)備中普遍采用的機構(gòu)之一，槽輪機構(gòu)則是較常用的間歇轉(zhuǎn)位機構(gòu)之一，常用于實現(xiàn)分度轉(zhuǎn)位和間歇步進運動。
槽輪機構(gòu)，又叫馬爾他機構(gòu)(Malta Mechanism)或日內(nèi)瓦機構(gòu)(Geneva Mechanism)。主要由具有徑向槽的槽輪、裝有拔銷的撥盤和機架組成。撥盤一般為主動件，作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動槽輪作間歇轉(zhuǎn)動。槽輪機構(gòu)有平面槽輪機構(gòu)和空間槽輪機構(gòu)兩類，平面槽輪機構(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構(gòu)的一種型式。
圖1-1外槽輪機構(gòu) 圖1-2內(nèi)槽輪機構(gòu) 圖1-3空間槽輪機構(gòu)
在圖1-1中的外槽輪機構(gòu)中，主動件拔盤以角速度w1勻速轉(zhuǎn)動，當拔盤上的圓銷轉(zhuǎn)到圖1-1所示的A位置時，撥盤上鎖止弧S1的起使邊到達中心連線O1O2位置，槽輪開始轉(zhuǎn)動。當圓銷轉(zhuǎn)到A1時，拔銷退出輪槽，拔盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，槽輪卻停止轉(zhuǎn)動，我們稱此時的槽輪被鎖住，槽輪上的內(nèi)凹鎖止弧S2和撥盤上的外凸鎖止弧S1嚙合在一起。這樣，主動撥盤連續(xù)轉(zhuǎn)動就轉(zhuǎn)換成槽輪的間歇轉(zhuǎn)動。為避免槽輪在起動和停歇時發(fā)生剛性沖擊，拔銷開始進入和離開輪槽時，輪槽的中心線應(yīng)和圓銷中心A的運動圓周相切，即拔銷轉(zhuǎn)到圖1-1所示位置時，O1A⊥O2A。內(nèi)槽輪機構(gòu)的機構(gòu)原理和工作過程與外槽輪機構(gòu)基本相同。但外槽輪與撥盤轉(zhuǎn)向相反，內(nèi)槽輪與撥盤轉(zhuǎn)向相同。
槽輪機構(gòu)具有如下一些優(yōu)點:(1)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率較高;(2)在進入和脫離嚙合時運動較平穩(wěn)，能準確控制轉(zhuǎn)動的角度;(3)轉(zhuǎn)位迅速，從動件能在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過較大的角度;(4)槽輪轉(zhuǎn)位時間與靜止時間之比為定值。但槽輪機構(gòu)也存在如下一些缺點:(1)槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié);(2)槽輪轉(zhuǎn)動的始、末位置加速度變化較大，從而產(chǎn)生沖擊:(3)在工作盤定位精度要求較高時，利用鎖緊弧面往往滿足不了要求，而需另加定位裝置;槽輪機構(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，槽輪機構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高的裝置中。
二、槽輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀
槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、從動件的運動能夠較準確地控制等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛地應(yīng)用于較少工位的間歇轉(zhuǎn)位機構(gòu)和步進機構(gòu)中。但傳統(tǒng)的槽輪機構(gòu)存在有以下兩個缺點:(1)動力特性差。槽輪在進入嚙合和退出嚙合瞬間，撥銷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)動過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)動過程中最大角加速度也較大。(2)分度數(shù)與動停比有確定的關(guān)系，動停比無選擇余地。
由于槽輪機構(gòu)的角速度曲線連續(xù)，因此，只要制造和裝配精度能夠保證，一般來說，基本不存在剛性沖擊。對槽輪機構(gòu)的研究主要集中在機構(gòu)的改進方面，以槽輪機構(gòu)為基本機構(gòu)(除機架和原動件外還具有零個或一個桿組的機構(gòu)稱為基本機構(gòu))，在此基礎(chǔ)上串聯(lián)槽輪機構(gòu)或其它基本機構(gòu)以得到連續(xù)的角加速度曲線，從而避免柔性沖擊，改善機構(gòu)的動力性能。多年來，提出了一些槽輪機構(gòu)的改進方案，如兩級串聯(lián)式槽輪機構(gòu)、行星輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、完整齒輪和非完整齒輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、橢圓齒輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)驅(qū)動的槽輪機構(gòu)等組合式槽輪機構(gòu)。其中行星輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，對動力特性有相當?shù)母倪M效果，也擴大了動停比的選擇范圍。但對這種機構(gòu)的運動學分析和參數(shù)分析還有待深入，該機構(gòu)的潛力也未得到充分的發(fā)掘與認識。
為適應(yīng)間歇運動高速化的要求，出現(xiàn)了各種分度凸輪機構(gòu)。但是這類機構(gòu)尚有兩個缺點:(1)它們是高副機構(gòu)，較易磨損; (2)制造技術(shù)復(fù)雜。
機構(gòu)分析和設(shè)計的傳統(tǒng)方法是對機構(gòu)進行運動學和動力學分析，在可行的方案中選擇一種能夠使機構(gòu)工作過程中受到的沖擊最小而又能完全滿足實際應(yīng)用要求的方案。在當今世界科學技術(shù)迅猛發(fā)展的現(xiàn)階段，計算機技術(shù)已滲透到各個學科領(lǐng)域。就機械學科而言，傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法己無法滿足實際應(yīng)用對機械設(shè)備的要求?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法學就應(yīng)運而生?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法的一個最顯著的特征就是將計算機技術(shù)應(yīng)用于實際機械設(shè)計過程中，從而大大縮短設(shè)計周期，在一定程度上使機械設(shè)計更合理，也更能滿足實際應(yīng)用的要求。計算機輔助設(shè)計技術(shù)是伴隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的技術(shù)領(lǐng)域。通過引入數(shù)值計算方法、優(yōu)化設(shè)計方法、有限元方法、專家系統(tǒng)及人工智能技術(shù)，模擬人腦思維過程，進行機構(gòu)受力分析、方案優(yōu)化、參數(shù)設(shè)計、材料選擇和公差設(shè)計等一系列機械設(shè)計步驟，最終生成滿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)計周期，大大降低產(chǎn)品設(shè)計成本。隨著 現(xiàn) 代 科技的不斷發(fā)展，計算機應(yīng)用技術(shù)范圍的不斷擴大，將傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和現(xiàn)代機械設(shè)計方法結(jié)合起來應(yīng)用于槽輪機構(gòu)的研究，是其應(yīng)用與發(fā)展的主要趨勢。
第二 節(jié) 機 械 C AD 技 術(shù) 概 述
一、機械CAD技術(shù)簡述
計算機輔助設(shè)計〔CAD)技術(shù)是近三十年來逐步發(fā)展起來的一項新興技術(shù)，它利用計算機高速運算和精確的特點，協(xié)助工程技術(shù)人員完成設(shè)計計算工作，利用工程數(shù)據(jù)庫存儲大量數(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)主要實現(xiàn)交互圖形輸入功能，幾何造型功能，幾何特性計算功能，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)和計算機正常運行的角度出發(fā)，CAD系統(tǒng)軟件一般分為三類:系統(tǒng)軟件，支撐軟件和應(yīng)用軟件。它們的關(guān)系可分為三個層次，其中系統(tǒng)軟件處于底層，它是由計算機的操作系統(tǒng)的內(nèi)核和以內(nèi)核為基礎(chǔ)的一些公用程序組成的，它是與計算機硬件直接聯(lián)系而且供用戶使用，起到擴充計算機功能和合理調(diào)度計算機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)，用來完成CAD作業(yè)過程中的特定任務(wù)，用于機電產(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)用軟件是針對某特定應(yīng)用領(lǐng)域或某特定產(chǎn)品而設(shè)計的程序，又叫專用軟件，一般地說，這類軟件由用戶根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的需要，在系統(tǒng)軟件和支撐軟件的基礎(chǔ)上作二次開發(fā)的軟件，它包括產(chǎn)品的方案設(shè)計、總體設(shè)計、各子系統(tǒng)設(shè)計及零部件設(shè)計與制造用的五個層次的軟件，另外還有一個與產(chǎn)品密切相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖形庫。
二、機械CAD技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向
CAD技術(shù)標志著機器的智能化和腦力勞動的自動化，因此各國政府在制定新技術(shù)發(fā)展規(guī)劃時都對CAD技術(shù)及計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)予以極大的重視，并加強對它們的研究工作。當前，機械CAD技術(shù)中的幾個最重要的研究領(lǐng)域和研究內(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)成為衡量一個國家的科技發(fā)展水平和工業(yè)水平的重要標志之一。
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)一直是機械CAD中的主要研究領(lǐng)域，該技術(shù)中比較成的有線框造型、曲面造型和實體造型。雖然這三種幾何造型技術(shù)提供了物理對象在數(shù)學上的精確描述，并在圖形顯示、物性計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、線、面和基本體素，而沒有高層次的信息，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)庫的基礎(chǔ)上難以實現(xiàn)零件分類編碼的自動生成，不能滿足生產(chǎn)各階段自動化的要求，更難以實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成以及產(chǎn)品的并行設(shè)計。進入八十年代中期，國際上開始研究基于特征的設(shè)計，而建立基于特征的產(chǎn)品信息模型則是行之有效的方法。特征是一個高層次的設(shè)計概念，內(nèi)部包含了設(shè)計人員的設(shè)計意圖及與后繼工作有關(guān)的各種信息。對于具體的機械產(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)?；谔卣鞯漠a(chǎn)品信息建模需要考慮利用特征可以設(shè)計復(fù)雜程度的產(chǎn)品模型，要研究基于特征設(shè)計系統(tǒng)提供給用戶設(shè)計產(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、用戶自定義特征、形狀特征的組合與修改。
其中形狀特征庫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題，如何選擇合適規(guī)模的形狀特征庫是一個需深入研究的課題。由于三種手段各有其優(yōu)缺點，要
充分發(fā)揮特征造型的作用，需要在三者之間進行綜合平衡，深入研究這三種手段的建
立過程，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)
機械產(chǎn)品設(shè)計不但涉及到一系列的計算公式、眾多的設(shè)計標準和規(guī)范以及制圖技術(shù)，而且還要用到許多非數(shù)值的經(jīng)驗性知識，如開始的概念設(shè)計和產(chǎn)品的初步設(shè)計則要求設(shè)計專家憑借知識和經(jīng)驗來思考、推理和判斷;而設(shè)計過程是一個從設(shè)計、評價、再設(shè)計直到產(chǎn)生最優(yōu)設(shè)計結(jié)果的反復(fù)過程，這就更需要設(shè)計專家具有一定的知識和經(jīng)驗，也促進了專家系統(tǒng)和CAD的結(jié)合。
概念設(shè)計(即方案設(shè)計)是整個設(shè)計過程中最重要的一個階段，這一階段是設(shè)計創(chuàng)造性最為集中的部分，這一部分與問題的表達和理解的正確與否，所提方案的優(yōu)劣以及評價和決策的適當與否等有關(guān)，它決定了最終設(shè)計的特色、水平和效益。智能 化 是 機 械 CAD中極具有前途的研究領(lǐng)域。目前，機械CAD的智能化正朝向?qū)＜蚁到y(tǒng)、數(shù)值計算、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)的集成程序設(shè)計環(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)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來約定尺寸的關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯然的對應(yīng)，設(shè)計結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動，所以也稱為參數(shù)化尺寸驅(qū)動，參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以其強有力的草圖設(shè)計、尺寸驅(qū)動修改圖形的功能，成為初始設(shè)計、產(chǎn)品建模及修改系列化設(shè)計、多方案比較和動態(tài)設(shè)計的有效手段。
近幾年參數(shù)化技術(shù)己有不少種方法，如變動幾何法、幾何推理法及參數(shù)化操作法等。變動幾何法將幾何約束轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗幸蕴卣鼽c為變元的非線性方程組，通過數(shù)值法解非線性方程組確定出幾何細節(jié)，該方法必須用戶輸入充分且一致的幾何約束才能求出約束方程的解，對不一致的約束模型則以進行有效的判別與處理，也難以有效地將局部變動限制在局部范圍內(nèi)求解:幾何推理法是建立在專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用謂詞表示幾何約束，通過推理機導出幾何細節(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，并通過與參數(shù)化操作對應(yīng)的幾何計算程序逐步確定出精確幾何模型，此法簡單、實用，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)計能以參數(shù)化方式進行，設(shè)計人員就可以不再關(guān)心設(shè)計的具體過程，從而集中主要精力去創(chuàng)意，同時計算機與具體設(shè)計的信息交換也變得更加簡化，電腦得以在更高層次上模擬人腦工作。廣義參數(shù)化是對事物的本質(zhì)性認識，而通常人們所說的參數(shù)化技術(shù)實際上是一種約束模型，這種模型包括圖形的幾何約束和拓撲關(guān)系約束。實現(xiàn)這些約束可通過解約束方程組或通過幾何推理，當前大多數(shù)參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)并沒有很好地解決這一問題，對復(fù)雜的圖形便無法正確完成尺寸驅(qū)動。欲解決該問題，宜進一步從兩個方面來研究?？梢园言O(shè)計對象分解為一些簡單實體，這些實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)計參數(shù)，通過改變這些參數(shù)，便得到不同的設(shè)計結(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，克服一般尺寸驅(qū)動系統(tǒng)的不足，從而能夠準確和完整地描述復(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，而且這幾個研究領(lǐng)域和研究內(nèi)容之間的界限已不再分明，而是相互融合、相互促進、協(xié)調(diào)發(fā)展。CAD技術(shù)作為多學科高度集合的一門新技術(shù)，推動了工業(yè)設(shè)計中腦力勞動的技術(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)品的競爭能力，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，如計算機不能識別在設(shè)計中的變化、不能處理模糊知識或不充分描述的設(shè)計問題、缺乏宏觀知識結(jié)構(gòu)分析等，使用戶在使用系統(tǒng)時，需具有較高的專業(yè)知識和較豐富的實踐經(jīng)驗，為此人們提出了智能CAD系統(tǒng)問題。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)計知識，模擬人腦推理分析，提出設(shè)計方案，從而提高設(shè)計水平，縮短周期，降低成本。以知識和知識工程為基礎(chǔ)的專家系統(tǒng)的出現(xiàn)給CAD研究帶來了新的啟發(fā)，并且取得了顯著的成績。CAD專家系統(tǒng)具有一定的智能能力，能提出和選擇設(shè)計方法策略，使計算機能支持設(shè)計過程的各個階段，它是一個能對一些重要問題提供具有專家水平的解。
第二章 槽輪機構(gòu)的設(shè)計與分析
第一節(jié)槽輪機構(gòu)的工作原理
一 槽輪機構(gòu)的工作原理
槽輪機構(gòu) ，又叫馬爾他機構(gòu)或日內(nèi)瓦機構(gòu)，由具有徑向槽的槽輪1和具有撥銷2的撥桿3組成，其工作原理如圖2-1所示。
圖2-1 槽輪機構(gòu)工作原理簡圖
當撥桿轉(zhuǎn)過一定的角度，撥動槽輪轉(zhuǎn)過一個分度角，由圖(a)所示的位置轉(zhuǎn)到圖(b)
所示的位置時，撥銷退出輪槽，此后，撥桿空轉(zhuǎn)，直至撥銷進入槽輪的下一個槽內(nèi)，才又重復(fù)上述的循環(huán)。這樣，撥桿(主動件)的等速(或變速)連續(xù)(或周期)運動，就轉(zhuǎn)換為槽輪(從動件)時轉(zhuǎn)時停的間歇運動。
槽輪機構(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)所示為撥銷開始進入輪槽時的位置關(guān)系，這時外凸圓弧面的端點F點離開凹面中點，槽輪開始轉(zhuǎn)動。圖(b)所示為撥銷剛要離開輪槽時的位置關(guān)系，這時外凸圓弧面的另一端點E剛好轉(zhuǎn)到內(nèi)凹圓弧面的中點，撥桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動，E點越過凹面中點，槽輪被鎖住。圖(c)為撥銷退出輪槽以后的情況，這時，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.由上述工作過程的要求，撥桿上的外凸圓弧缺口應(yīng)對稱于撥桿軸線。
二.外槽輪機構(gòu)角速度和角加速度的分析
假設(shè)槽輪機構(gòu)在工作的某一狀態(tài)時的工作簡圖如圖2-2的(a)所示，其對應(yīng)的狀態(tài)矢量圖如2-2的(b)所示，0，為槽輪中心，飛為拔盤中心，E'為槽輪開始進入運動時的圓銷中心的位置，E為槽輪在運動中的任一位置。設(shè)槽輪槽數(shù)為Z>槽輪的角速度為m1，角加速度為a,，拔盤的轉(zhuǎn)速為。。在圖2-2 (b)中，角(p, 0, (p1, 01滿足:
圖2-2槽輪機構(gòu)工作簡圖以及矢量分析圖
其中:φ+φ1=∏ /Z ,θ1=Wt, θ=∏ /2 一∏/Z-Wto
設(shè)O1O2:長度為L3，O1E長度為L1，O2E長度為L2.
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,得到對于不同的Z值的槽輪的角速度和角加速度同時間的關(guān)系圖，分別如圖2-3的(a), (b)所示:
圖2-3槽輪的角速度曲線圖(a)和角加速度曲線圖(b)
三.內(nèi)槽輪機構(gòu)的角速度和角加速度規(guī)律
如圖1-2所示，同外槽輪機構(gòu)類似的推導，由槽輪、拔盤和中心距之間的幾何關(guān)系，可得到內(nèi)槽輪機構(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)過的角度
θ為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的角度
λ=R 1/ C - sin (∏ /Z)
C一 槽輪的中心距
W1轉(zhuǎn)盤的角速度
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，當拔銷中心處于O1O2的延長線位置時，θ=00
當θ角與W1轉(zhuǎn)向一致時為正，反之θ角為負。
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)槽輪機構(gòu)不同槽數(shù)z時的ξ2變化曲線。圖中縱橫坐標的含義與圖〔2-3)相同。
圖2一4 不同槽數(shù)時內(nèi)槽輪機構(gòu)的角加速度曲線圖
由上式知，內(nèi)槽輪機構(gòu)的最大角速度出現(xiàn)在θ=00位置;
由上式知，內(nèi)槽輪機構(gòu)的最大角加速度出現(xiàn)在撥銷進入與脫離輪槽的瞬間。
四.主要幾何尺寸的設(shè)計
圖 2-5為槽輪機構(gòu)主要尺寸關(guān)系圖。圖中O1為拔盤中心，O2為槽輪中心，L1為撥
銷的軌跡半徑;L2為槽輪半徑;L3為中心距，h為槽輪槽深,rb為撥銷半徑,δ為間隙。
設(shè)拔盤軸的直徑為d.
圖2-5 槽輪機構(gòu)主要幾何尺寸關(guān)系圖
為避免槽輪在起動和停歇時發(fā)生剛性沖擊，圓銷開始進入和離開輪槽時，輪槽的中心線應(yīng)和圓銷中心的運動圓周相切，從而決定了槽輪機構(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, 當槽輪槽數(shù)z較大時，上述比值較小，故為獲得一定的d而又不致使瑪過分增大，一般將撥盤做成懸臂式。
五.本設(shè)計的主要幾何尺寸的設(shè)計
本設(shè)計以槽數(shù)4 、銷輪和槽輪中心距33 mm、銷軸半徑2 mm、銑刀半徑2mm 為例，設(shè)計槽槽輪機構(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)展趨勢是高速和精密，另一個發(fā)展趨勢是完整加工，即在一臺機床上完成復(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)控機床的更新而改變。50年代，MIT設(shè)計了一種專門用于機械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為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，增加多坐標曲面加工編程功能）、APTAC（Advanced contouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))和APT/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版。
采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡練，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數(shù)控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語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；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。針對APT語言的缺點，1978年，法國達索飛機公司開始開發(fā)集三維設(shè)計、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為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、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了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，逐步形成了計算機集成制造系統(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
數(shù)控加工工藝具有以下特點：
(1) 數(shù)控機床加工精度高。一般只需一次加工即能達到加工部位的精度，而不需分粗加工、精加工。
(2) 在數(shù)控機床上工件一次裝夾，可以進行多個部位的加工，有時甚至可完成工件的全部加工內(nèi)容。
(3) 由于刀具庫或刀架上裝有幾把甚至更多的備用刀具，因此，在數(shù)控機床上加工工件時刀具的配置、安裝與使用不需要中斷加工過程，使加工過程連續(xù)。
(4) 根據(jù)數(shù)控機床加工時工件裝夾特點與刀具配置、使用的特點區(qū)別于普通機床加工時的情況，工件的各部位的數(shù)控加工順序可能與普通、機床上加工工件的順序也有很大的區(qū)別。
此外根據(jù)數(shù)控機床高速、高效、高精度、高自動化等特點，數(shù)控加工還具有以下工藝特點：
1) 切削量用比普通機床大。
2) 工序相對集中。
3) 較多地使用自動換刀(ATC)。
4) 首件需試切削。
5) 工藝內(nèi)容更具體更詳細，工藝要求更嚴密更精確。
高效率、高精度加工是數(shù)控機床加工最主要特點之一。利用數(shù)控機床加工，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，其優(yōu)點是傳統(tǒng)機床所無法比擬的。數(shù)控加工另一個特點是產(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其高效應(yīng)用帶來了的局限性，如存在數(shù)控程序的編制、刀具工裝夾具的準備周期長等不利因素。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)控加工的瓶頸問題之一。數(shù)控加工的成本相對較高也是制約其廣泛應(yīng)用的一個因素。數(shù)控加工對技術(shù)人員的水平要求相當高，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，產(chǎn)品的質(zhì)量完全靠數(shù)控工藝和數(shù)控程序來保證。產(chǎn)品加工的具體細節(jié)在進行工藝設(shè)計和程序編制時必須全面考慮，只有設(shè)計正確才能保證產(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)展的趨勢下，對技術(shù)人員就提出了更高的要求。
三. 數(shù)控機床與普通機床相比具有的優(yōu)越性
普通機床加工時，其加工成本相對較低，工序較長，且工步中很多具體細節(jié)由技術(shù)工人來完成，對技術(shù)工人的水平要求相對較高。數(shù)控機床加工工藝相比較普通機床加工工藝的優(yōu)越性有以下幾點：
(1) 數(shù)控加工工藝的“內(nèi)容十分具體、工藝設(shè)計工作相當嚴密”。數(shù)控機床加工工藝與普通機床加工工藝相比較，由于采用數(shù)控機床加工具有加工工序少，所需專用工裝數(shù)量少等特點，克服了普通傳動工藝方法的弱點，一般說來，數(shù)控加工的工序內(nèi)容要比普通機床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。從編程來看，加工程序的編制要比普通機床編制工藝規(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，也可以說數(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用夾具數(shù)量大為減少，零件裝夾次數(shù)及周轉(zhuǎn)時間也大大減少了，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)計是對工件進行數(shù)控加工的前期工藝準備工作，無論是手工編程還是自動編程，這項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、提高編程效率、合理使用數(shù)控機床，我們有必要對數(shù)控加工工藝設(shè)計等技術(shù)問題加以分析、研究，以做好數(shù)控機床加工前的技術(shù)準備工作。
數(shù)控加工取代傳統(tǒng)加工占據(jù)生產(chǎn)制造的主導地位已成為一種趨勢，但由于歷史的原因，傳統(tǒng)的加工設(shè)備與先進的數(shù)控機床并存，是目前乃至今后很長一段時期內(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合理地進行產(chǎn)品工藝方案設(shè)計，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，需要從多個方面來探討。數(shù)控工藝與普通工藝結(jié)合的好壞直接影響到數(shù)控機床與普通機床加工效率的發(fā)揮，進而影響到生產(chǎn)計劃任務(wù)的完成。提高產(chǎn)品機械加工工藝與數(shù)控程序的編制質(zhì)量，是早日實現(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，對于提高企業(yè)的經(jīng)濟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，具體可從以下幾個方面來實施：
(1) 產(chǎn)品的設(shè)計狀態(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 槽輪和撥盤的工藝規(guī)程設(shè)計
一. 機械加工工藝規(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)前進行生產(chǎn)準備和技術(shù)準備的依據(jù)，例如刀、夾、量具的設(shè)計、制造或采購，原材料、半成品及外購件的供應(yīng)及設(shè)備、人員的配備等。
（3）在新建和擴建工廠或車間時必需有產(chǎn)品的全套工藝規(guī)程作為決定設(shè)備、人員、車間面積和投資預(yù)算等的原始資料。
（4）行之有效的先進工藝規(guī)程還起著交流和推廣先進經(jīng)驗的作用，有利于其他工廠縮短試制過程，提高工藝水平。
二. 機械加工工藝規(guī)程的制定程序
制定機械加工工藝規(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)類型和生產(chǎn)組織形式之后，即可著手機械加工工藝規(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)計工藝過程:包括劃分工藝過程的組成、選擇定位基準、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:包括選擇機床和工藝裝備、確定加工余量、計算工序尺寸及其公差、確定切削用量及計算工時定額等；
5.編制工藝文件。
三. 毛坯的選擇
在制訂零件機械加工工藝規(guī)程之前,還要對零件加工前的毛坯種類及其不同的制造方法進行選擇。由于零件機械加工的工序數(shù)量、材料消耗、加工勞動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械加工勞動量，再者，毛坯精度高還可簡化工藝和工藝裝備，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械加工量。
選擇毛坯應(yīng)考慮零件的機械性能的要求。相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其機械性能往往不同。例如，金屬型澆鑄的毛坯，其強度高于用砂型澆鑄的毛坯，離心澆鑄和壓力澆鑄的毛坯，其強度又高于金屬型澆鑄的毛坯。強度要求高的零件多采用鍛件，有時也可采用球墨鑄鐵件。
選擇毛坯，應(yīng)從本廠的現(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，可大大減少機械加工量，有時甚至可不再進行機械加工，其經(jīng)濟效果非常顯著。
四. 定位基準的選擇
正確地選擇定位基準是設(shè)計工藝過程的一項重要內(nèi)容，也是保證零件加工精度的關(guān)鍵。
定位基準分為精基準、粗基準和輔助基準。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(粗基準)。在后續(xù)工序中，則使用已加工表面作為定位基準(精基準)。
在制定工藝規(guī)程時，總是先考慮選擇怎樣的精基準以保證達到精度要求并把各個表面加工出來，然后再考慮選擇合適的粗基準把精基準面加工出來。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，用以定位。應(yīng)從零件的整個加工工藝過程的全局出發(fā)，在分析零件的結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計基準和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)粗、精基準的選擇原則，合理選擇定位基準。
（1）精基準的選擇
①“基準重合”原則
應(yīng)盡量選用被加工表面的設(shè)計基準作為精基準，即“基準重合”的原則。這樣可以避免因基準不重合而引起的誤差。
②“基準統(tǒng)一”原則
應(yīng)選擇多個表面加工時都能使用的定位基準作為精基準，即“基準統(tǒng)一”的原則。這樣便于保證各加工表面間的相互位置精度，避免基準變換所產(chǎn)生的誤差，并簡化夾具的設(shè)計制造工作。
③“互為基準”原則
當兩個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，可采用這兩個表面互為基準，反復(fù)多次進行精加工。
④“自為基準”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。
此外，精基準的選擇還應(yīng)便于工件的裝夾與加工，減少工件變形及簡化夾具結(jié)構(gòu)。需要指出的是，上述四條選擇精基準的原則，有時是相互矛盾的。例如，保證了基準統(tǒng)一就不一定符合基準重合等等。在使用這些原則時，要具體情況具體分析，以保證主要技術(shù)要求為出發(fā)點，合理選用這些原則。
（2） 粗基準的選擇
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。
②在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件上每個表面都要加工，則應(yīng)以加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可使這個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，致使工件報廢。
③在沒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，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。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，以便定位準確，裝夾可靠。
⑤粗基準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，可以重復(fù)使用某一粗基準。
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，同時還要安排熱處理、檢驗等其他工序在工藝過程中的位置。零件加工順序安排得是否合適，對加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性有較大的影響。
（一） 加工階段的劃分
零件加工時，往往不是依次加工完各個表面，而是將各表面的粗、精加工分開進行，為此，一般都將整個工藝過程劃分幾個加工階段，這就是在安排加工順序時所應(yīng)遵循的工藝過程劃分階段的原則。按加工性質(zhì)和作用的不同，工藝過程可劃分如下幾個階段：
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，因此主要是提高生產(chǎn)率問題。
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備，并完成一些次要表面的加工。
3. 精加工階段——對于零件上精度和表面粗糙度要求（精度在IT7級或以上，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精度和降低表面粗糙度。
（二） 機械加工順序的安排
一個零件上往往有幾個表面需要加工，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，這就是定位基準的選擇和轉(zhuǎn)換決定著加工順序，以及前工序為后續(xù)工序準備好定位基準的原則。
1. 作為精基準的表面應(yīng)在工藝過程一開始就進行加工，因為后續(xù)工序中加工其他表面時要用它來定位。即“先基準后其它”。
2. 在加工精基準面時，需要用粗基準定位。在單件、小批生產(chǎn)、甚至成批生產(chǎn)中，對于形狀復(fù)雜或尺寸較大的鑄件和鍛件，以及尺寸誤差較大的毛坯，在機械加工工序之前首先應(yīng)安排劃線工序，以便為精基準加工提供找正基準。
3. 精基準加工好以后，接著應(yīng)對精度要求較高的各主要表面進行粗加工、半精加工和精加工。精度要求特別高的表面還需要進行光整加工。
4. 在重要表面加工前，對精基準應(yīng)進行一次休整，以利于保證重要表面的加工精度。
5. 對于容易出現(xiàn)廢品的工序，精加工和光整加工可適當放在前面，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
6.1槽輪的工藝規(guī)程設(shè)計.
表一槽輪的工藝過程
工序號
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
工藝裝備
1
下料
Φ60棒料
切割機
2
熱處理
調(diào)質(zhì)熱處理
3
粗車
車平端面, 車Φ60外圓至Φ52,
鏜內(nèi)孔單邊留1mm余量
數(shù)控車床
4
半精車
車內(nèi)孔至Φ5,車端面及臺階面達粗糙度要求,
車外圓至Φ47.35,銳邊倒鈍，
車另一端面達圖示要求
數(shù)控車床
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，長度方向留有1mm余量，銑四處，注意保證重直度要求；
專用銑床
7
精銑
銑4H8處槽至圖示要求
專用銑床
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，
并達精糙度要求1.6
鏜床
10
刨
刨鍵槽達圖示要求
刨床
11
檢
檢驗
12
入庫
表二撥盤的工藝過程
工序號
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
工藝裝備
1
下料
Φ45圓棒料
切割機
2
熱處理
調(diào)質(zhì)熱處理
3
粗車
車平端面，車外圓至Φ40，車內(nèi)孔至Φ5
數(shù)車
4
半精車
車端面，達粗糙度要求，車內(nèi)孔至圖示要求，車外圓至Φ38.68，車Φ8臺階圓
保證Φ8外圓及0.67尺寸
數(shù)車
5
車
車斷，保證總長5.5mm
數(shù)車
6
車
專用夾具定位，車端面保證尺寸4.67mm，
車Φ8臺階圓保證0.67尺寸及粗糙度要求
數(shù)車
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，
并達精糙度要求1.6
鏜床
9
檢
檢驗
10
入庫
6.2 機械加工余量及基本工時的確定
6.2.1 槽輪切削用量及基本工時的確定
工序1 :下料
工序2: 調(diào)質(zhì)熱處理
工序3: 車平端面, 車外圓及內(nèi)孔
本工序采用計算法確定切削用量
加工條件：
工件材料：45#
加工要求：粗車端面，粗車Φ60外圓至Φ52，車內(nèi)孔單邊留1mm余量，表面粗糙度值R 為6.3。
機床：C620—1臥式車床。
刀具：刀片材料為YG6，刀桿尺寸為16mmX25mm,k=90°,r=15°=12r=0.5mm。
計算切削用量：粗車圓棒料端面
確定端面最大加工余量：首次車端面，則毛坯長度方向的最大加工余量為3mm,分兩次加工,a=1.5mm計。長度加工方向取IT12級，取mm。確定進給量f:根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》表1.4,當?shù)稐U16mmX25mm, a<=1.5mm時,以及工件直徑為Φ60時。
f=0.5~0.7mm/r
按C620—1車床說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.5 mm/r計算切削速度: 按《切削手冊》表1.27,切削速度的
計算公式為: V=(m/min)…………………………2.1
式中, =1.58, =0.15, y=0.4,m=0.2。修正系數(shù)k見《切削手冊》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)
確定機床主軸轉(zhuǎn)速
n===354(r/min)
按機床說明書（見《工藝手冊》表4.2—8）與354r/min相近的機床, 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。
計算切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1,取
L==42mm, L=3mm, L=0mm, L=0mm
t==0.48(min)
切削深度:先60車至52
進給量: 見《切削手冊》表1.4
V=(m/min)
=
=66.7(m/min)
確定機床主軸轉(zhuǎn)速:
n===354(r/min)
按機床選取n=370 r/min。所以實際切削速度
取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)u=0.1,則切削力在縱向進給機構(gòu)可承受的最大縱向力為3550N(見<<切削手冊>>表1.30),故機床進給系統(tǒng)可正常工作。
切削工時：
t=
式中： L=105mm, L=4mm, L=0
所以
t=
工序4：半精車 要求為：車內(nèi)孔至Φ5,車端面及臺階面達粗糙度要求, 車外圓至Φ47.35,銳邊倒鈍，車另一端面達圖示要求。
半精車內(nèi)孔至Φ5：
取 n=305r/min
實際切削速度
V==
計算切削工時： 按<<切削手冊>>表6.2-1，取
L=105mm, L=3mm, L=0mm
t=
車端面：
確定機床主軸轉(zhuǎn)速:
n===355(r/min)
按機床說明書（見《工藝手冊》表4.2—8）與355r/min相近的機床, 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。所以實際切削速度 V=75.4m/min
計算切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1,取
L==26mm, L=3mm, L=0mm, L=0mm
t==0.31(min)
車臺階面：
取 n=370r/min
實際切削速度
V==
計算切削工時： 按<<切削手冊>>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
計算銑削用量
已知毛坯被加工長度為8 mm，最大加工余量為Zmax=2.5mm,可一次銑削，切削深度ap=2.5mm
確定進給量f：
根據(jù)《工藝手冊》），表2.4—75,確定fz=0.2mm/Z
切削速度：
參考有關(guān)手冊，確定V=0.45m/s,即27m/min
根據(jù)表2.4—86,取nw=37.5r/min,
故實際切削速度為：
V=πdwnw /1000=26.5(m/min)
當nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進給量應(yīng)為：
fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min)
切削時由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，則行程為l+l1+l2=8+3+2=13mm
故機動工時為：
tm =13÷150=0.087min=5s
輔助時間為：
tf=0.15tm=0.15×52=7.8s
其他時間計算：
tb+tx=6%×(52+7.8)=3.6s
故工序5的單件時間：
tdj=tm+tf+tb+tx =52+7.8+3.58=15.4s
工序6：粗銑，銑4H8尺寸，雙邊留有0.5mm余量，長度方向留有1mm余量，銑四處，注意保證重直度要求；
銑刀：選用立銑刀 d=3.5mm L=115mm 齒數(shù)Z=4
切削速度：參照有關(guān)手冊，確定v=15m/min
=1364.7r/min
采用X63臥式銑床，根據(jù)機床使用說明書（見《工藝手冊》表4.2-39）
取 =1400r/min
故實際切削速度為：
當時，工作臺的每分鐘進給量應(yīng)為
查機床說明書，有故直接選用該值。
計算切削工時
L=22mm
工序7：精銑，銑4H8處槽至圖示要求
銑刀：選用立銑刀 d=4mm L=115mm 齒數(shù)Z=4
切削速度：參照有關(guān)手冊，確定v=15m/min
=1193.7r/min
采用X63臥式銑床，根據(jù)機床使用說明書（見《工藝手冊》表4.2-39）
取 =1100r/min
故實際切削速度為：
當時，工作臺的每分鐘進給量應(yīng)為
查機床說明書，有故直接選用該值。
計算切削工時
L=23.33mm
工序8 粗鏜 粗鏜R19.38H8，留0.5mm余量，粗鏜四處，
粗鏜孔至R18.88mm
2Z=4.5mm則
Z=2.25mm
查有關(guān)資料，確定金剛鏜床的切削速度為v=35m/min，f=0.8mm/min由于T740金剛鏜主軸轉(zhuǎn)數(shù)為無級調(diào)數(shù)，故以上轉(zhuǎn)數(shù)可以作為加工時使用的轉(zhuǎn)數(shù)。
， ， 則：
=
工序9: 精鏜，精鏜R19.38H8尺寸至圖示要求，并達精糙度要求1.6，注意保證兩方向的垂直度要求。
精鏜孔至R19.38mm
2Z=0.4mm， Z=0.2mm
f=0.1mm/r
v=80m/min
計算切削工時
， ， 則：
=
工序10 刨 刨鍵槽達圖示要求
工序11 檢 檢驗
工序12 入庫
6.2.2 撥盤切削用量及基本工時的確定
工序1：下料，Φ45圓棒料
工序2：調(diào)質(zhì)熱處理
工序3：粗車，車平端面，車外圓至Φ40，車內(nèi)孔至Φ5 數(shù)車
本工序采用計算法確定切削用量
加工條件：
工件材料：45#
加工要求：粗車端面，粗車Φ45外圓至Φ40，車內(nèi)孔單邊留1mm余量，表面粗糙度值R 為6.3。
機床：C620—1臥式車床。
刀具：刀片材料為YG6，刀桿尺寸為16mmX25mm,k=90°,r=15°=12 r=0.5mm。
計算切削用量：粗車圓棒料端面
確定進給量f:根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》表1.4,當?shù)稐U16mmX25mm, a<=1.5mm時,以及工件直徑為Φ60時。
f=0.5~0.7mm/r
按C620—1車床說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.5 mm/r計算切削速度: 按《切削手冊》表1.27,切削速度的
計算公式為
V=(m/min)…………………………2.1
式中, =1.58, =0.15, y=0.4,m=0.2。修正系數(shù)k見《切削手冊》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)
確定機床主軸轉(zhuǎn)速
n===472(r/min)
按機床說明書（見《工藝手冊》表4.2—8）與472r/min相近的機床
轉(zhuǎn)速有460r/min及480r/min?，F(xiàn)選取480r/min。如果選460m/min，
則速度損失較大。
計算切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1,取
L==22.5mm, L=3mm, L=0mm, L=0mm
t==0.21(min)
車外圓至Φ40：
粗車Φ45外圓
實際切削速度
V==
計算切削工時： 按<<切削手冊>>表6.2-1，取
L=100mm, L=3mm, L=0mm
t=
工序4：半精車，車端面，達粗糙度要求，車內(nèi)孔至圖示要求，車外圓至Φ38.68，車Φ8臺階圓，保證Φ8外圓及0.67尺寸
車內(nèi)孔至圖示要求：
車Φ5內(nèi)孔至Φ6
實際切削速度
V==
計算切削工時： 按<<切削手冊>>表6.2-1，取
L=100mm, L=3mm, L=0mm
t=
工序5：車，車斷，保證總長5.5mm 數(shù)車
車斷.采用切槽刀，r=0.2mm
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表27-8
取 f=0.25mm/r
n=480r/min
計算切削工時
L=40mm, L=3mm, L=0mm
t=
工序6：車，專用夾具定位，車端面保證尺寸4.67mm，車Φ8臺階圓保證0.67尺寸及粗糙度要求
車床：C616
（1） 精車端面
Z=0.4mm
計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=90min）
式中， ， 修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28
所以
按機床說明書（見《工藝手冊》表4.2-8）與1023r/min。如果選995r/min，則速度損失較大。
所以實際切削速度
計算切削工時
按《工藝手冊》表6.2-1取
， ， ， 則：
=
車Φ8臺階圓保證0.67尺寸及粗糙度要求：
所以實際切削速度
計算切削工時
按《工藝手冊》表6.2-1取
， ， ， 則：
=
工序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：
粗鏜孔至R18.88mm
2Z=4.5mm則
Z=2.25mm
查有關(guān)資料，確定金剛鏜床的切削速度為v=35m/min，f=0.8mm/min由于T740金剛鏜主軸轉(zhuǎn)數(shù)為無級調(diào)數(shù)，故以上轉(zhuǎn)數(shù)可以作為加工時使用的轉(zhuǎn)數(shù)。
， ， 則：
=
工序8：，精鏜，精鏜R19.38尺寸至圖示要求，并達精糙度要求1.6
精鏜孔至R19.38mm
2Z=0.4mm， Z=0.2mm
f=0.1mm/r
v=80m/min
計算切削工時
， ， 則：
=
工序9：檢驗
工序10 入庫
結(jié) 論
為期三個月的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，在本次設(shè)計中，我查了大量的資料，在網(wǎng)上也搜索了很多相關(guān)槽輪機構(gòu)的內(nèi)容，在我設(shè)計困難的時候，我得到了我的導師和多位院里老師的指導和幫助，同學們也給了我很大的支持，因此，我的設(shè)計與老師同學的幫助是分不開的，在這里，我對幫助過我順利完成畢業(yè)設(shè)計的老師和同學表示真摯的感謝。
我的實際題目是：槽輪機構(gòu)CAD/CAM。在本次設(shè)計中，以槽數(shù)4 、銷輪和槽輪中心距33