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第一章 概述
第一節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)概述
一、槽輪機(jī)構(gòu)簡介
間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)能將連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為周期停轉(zhuǎn)運(yùn)動，如送料運(yùn)動、轉(zhuǎn)位運(yùn)動等，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。
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、裝有拔銷的撥盤和機(jī)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(jī)構(gòu)有平面槽輪機(jī)構(gòu)和空間槽輪機(jī)構(gòu)兩類，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，主動件拔盤以角速度w1勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)拔盤上的圓銷轉(zhuǎn)到圖1-1所示的A位置時(shí)，撥盤上鎖止弧S1的起使邊到達(dá)中心連線O1O2位置，槽輪開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)圓銷轉(zhuǎn)到A1時(shí)，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(shí)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(shí)發(fā)生剛性沖擊，拔銷開始進(jìn)入和離開輪槽時(shí)，輪槽的中心線應(yīng)和圓銷中心A的運(yùn)動圓周相切，即拔銷轉(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)原理和工作過程與外槽輪機(jī)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(jī)構(gòu)具有如下一些優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率較高;(2)在進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)運(yùn)動較平穩(wěn)，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動的角度;(3)轉(zhuǎn)位迅速，從動件能在較短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過較大的角度;(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(shí)，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(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)簡單、工作可靠、從動件的運(yùn)動能夠較準(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)動力特性差。槽輪在進(jìn)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(jī)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(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)架和原動件外還具有零個(gè)或一個(gè)桿組的機(jī)構(gòu)稱為基本機(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，從而避免柔性沖擊，改善機(jī)構(gòu)的動力性能。多年來，提出了一些槽輪機(jī)構(gòu)的改進(jìn)方案，如兩級串聯(lián)式槽輪機(jī)構(gòu)、行星輪驅(qū)動的槽輪機(jī)構(gòu)、完整齒輪和非完整齒輪驅(qū)動的槽輪機(jī)構(gòu)、橢圓齒輪驅(qū)動的槽輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動的槽輪機(jī)構(gòu)等組合式槽輪機(jī)構(gòu)。其中行星輪驅(qū)動的槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，對動力特性有相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)效果，也擴(kuò)大了動停比的選擇范圍。但對這種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(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。
為適應(yīng)間歇運(yùn)動高速化的要求，出現(xiàn)了各種分度凸輪機(jī)構(gòu)。但是這類機(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)方法是對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，在可行的方案中選擇一種能夠使機(jī)構(gòu)工作過程中受到的沖擊最小而又能完全滿足實(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)方法己無法滿足實(shí)際應(yīng)用對機(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)展起來的技術(shù)領(lǐng)域。通過引入數(shù)值計(jì)算方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、有限元方法、專家系統(tǒng)及人工智能技術(shù)，模擬人腦思維過程，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。
第二 節(jié) 機(jī) 械 C AD 技 術(shù) 概 述
一、機(jī)械CAD技術(shù)簡述
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〔CAD)技術(shù)是近三十年來逐步發(fā)展起來的一項(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(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: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)核和以內(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)，用來完成CAD作業(yè)過程中的特定任務(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，又叫專用軟件，一般地說，這類軟件由用戶根據(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。
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的自動化，因此各國政府在制定新技術(shù)發(fā)展規(guī)劃時(shí)都對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(gè)國家的科技發(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、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(shí)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(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，國際上開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、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(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，如開始的概念設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)則要求設(shè)計(jì)專家憑借知識和經(jīng)驗(yàn)來思考、推理和判斷;而設(shè)計(jì)過程是一個(gè)從設(shè)計(jì)、評價(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)過程，這就更需要設(shè)計(jì)專家具有一定的知識和經(jīng)驗(yàn)，也促進(jìn)了專家系統(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，這一部分與問題的表達(dá)和理解的正確與否，所提方案的優(yōu)劣以及評價(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(jì)對象的控制尺寸有顯然的對應(yīng)，設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的草圖設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動修改圖形的功能，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(diǎn)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(xì)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(jìn)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(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(jì)算程序逐步確定出精確幾何模型，此法簡單、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(rèn)識，而通常人們所說的參數(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)這些約束可通過解約束方程組或通過幾何推理，當(dāng)前大多數(shù)參數(shù)化設(shè)計(jì)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(jìn)一步從兩個(gè)方面來研究?？梢园言O(shè)計(jì)對象分解為一些簡單實(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，克服一般尺寸驅(qū)動系統(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)域和研究內(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)科高度集合的一門新技術(shù)，推動了工業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)不能識別在設(shè)計(jì)中的變化、不能處理模糊知識或不充分描述的設(shè)計(jì)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(shí)，需具有較高的專業(yè)知識和較豐富的實(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，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(jì)方法策略，使計(jì)算機(jī)能支持設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段，它是一個(gè)能對一些重要問題提供具有專家水平的解。
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)工作原理簡圖
當(dāng)撥桿轉(zhuǎn)過一定的角度，撥動槽輪轉(zhuǎn)過一個(gè)分度角，由圖(a)所示的位置轉(zhuǎn)到圖(b)
所示的位置時(shí)，撥銷退出輪槽，此后，撥桿空轉(zhuǎn)，直至撥銷進(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(主動件)的等速(或變速)連續(xù)(或周期)運(yùn)動，就轉(zhuǎn)換為槽輪(從動件)時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動。
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)所示為撥銷開始進(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)離開凹面中點(diǎn)，槽輪開始轉(zhuǎn)動。圖(b)所示為撥銷剛要離開輪槽時(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，E點(diǎn)越過凹面中點(diǎn)，槽輪被鎖住。圖(c)為撥銷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.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(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(jìn)入運(yùn)動時(shí)的圓銷中心的位置，E為槽輪在運(yùn)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(jī)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(shí)間的關(guān)系圖，分別如圖2-3的(a), (b)所示:
圖2-3槽輪的角速度曲線圖(a)和角加速度曲線圖(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)類似的推導(dǎo)，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(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(dāng)拔銷中心處于O1O2的延長線位置時(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。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(jī)構(gòu)主要幾何尺寸關(guān)系圖
為避免槽輪在起動和停歇時(shí)發(fā)生剛性沖擊，圓銷開始進(jìn)入和離開輪槽時(shí)，輪槽的中心線應(yīng)和圓銷中心的運(yùn)動圓周相切，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而又不致使瑪過分增大，一般將撥盤做成懸臂式。
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(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)展趨勢是高速和精密，另一個(gè)發(fā)展趨勢是完整加工，即在一臺機(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)了一種專門用于機(jī)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(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語言編制數(shù)控程序具有程序簡練，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(yùn)動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(diǎn)，1978年，法國達(dá)索飛機(jī)公司開始開發(fā)集三維設(shè)計(jì)、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(jì)、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)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(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程，使加工過程連續(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(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(zhǔn)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(gè)因素。數(shù)控加工對技術(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)展的趨勢下，對技術(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)，其加工成本相對較低，工序較長，且工步中很多具體細(xì)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(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，所需專用工裝數(shù)量少等特點(diǎn)，克服了普通傳動工藝方法的弱點(diǎn)，一般說來，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(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)是對工件進(jìn)行數(shù)控加工的前期工藝準(zhǔn)備工作，無論是手工編程還是自動編程，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，我們有必要對數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)等技術(shù)問題加以分析、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，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(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，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(kuò)建工廠或車間時(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，有利于其他工廠縮短試制過程，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(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)工藝過程:包括劃分工藝過程的組成、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,還要對零件加工前的毛坯種類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(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，然后再考慮選擇合適的粗基準(zhǔn)把精基準(zhǔn)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(zhǔn)，用以定位。應(yīng)從零件的整個(gè)加工工藝過程的全局出發(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(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、精加工分開進(jìn)行，為此，一般都將整個(gè)工藝過程劃分幾個(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(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(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)在工藝過程一開始就進(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(jī)
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(dá)粗糙度要求,
車外圓至Φ47.35,銳邊倒鈍，
車另一端面達(dá)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(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
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(jī)
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(dá)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(dá)精糙度要求1.6
鏜床
9
檢
檢驗(yàn)
10
入庫
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: 車平端面, 車外圓及內(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(jī)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(jì)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(jì)。長度加工方向取IT12級，取mm。確定進(jìn)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(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車床說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.5 mm/r計(jì)算切削速度: 按《切削手冊》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《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(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
n===354(r/min)
按機(jī)床說明書（見《工藝手冊》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》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(jìn)給量: 見《切削手冊》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<<切削手冊>>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 要求為：車內(nèi)孔至Φ5,車端面及臺階面達(dá)粗糙度要求, 車外圓至Φ47.35,銳邊倒鈍，車另一端面達(dá)圖示要求。
半精車內(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>>表6.2-1，取
L=105mm, L=3mm, L=0mm
t=
車端面：
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速:
n===355(r/min)
按機(jī)床說明書（見《工藝手冊》表4.2—8）與355r/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。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》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(shí)際切削速度
V==
計(jì)算切削工時(shí)： 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(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》），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(shí)際切削速度為：
V=πdwnw /1000=26.5(m/min)
當(dāng)nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進(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)銑刀刀盤不必銑過整個(gè)工件，則行程為l+l1+l2=8+3+2=13mm
故機(jī)動工時(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，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(jī)床使用說明書（見《工藝手冊》表4.2-39）
取 =1400r/min
故實(shí)際切削速度為：
當(dāng)時(shí)，工作臺的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為
查機(jī)床說明書，有故直接選用該值。
計(jì)算切削工時(shí)
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(jī)床使用說明書（見《工藝手冊》表4.2-39）
取 =1100r/min
故實(shí)際切削速度為：
當(dāng)時(shí)，工作臺的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為
查機(jī)床說明書，有故直接選用該值。
計(jì)算切削工時(shí)
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(shí)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(dá)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(jì)算切削工時(shí)
， ， 則：
=
工序10 刨 刨鍵槽達(dá)圖示要求
工序11 檢 檢驗(yàn)
工序12 入庫
6.2.2 撥盤切削用量及基本工時(shí)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(jì)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(jī)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(jì)算切削用量：粗車圓棒料端面
確定進(jìn)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(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車床說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.5 mm/r計(jì)算切削速度: 按《切削手冊》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《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(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
n===472(r/min)
按機(jī)床說明書（見《工藝手冊》表4.2—8）與472r/min相近的機(jī)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(jì)算切削工時(shí)，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(shí)際切削速度
V==
計(jì)算切削工時(shí)： 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(dá)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(shí)際切削速度
V==
計(jì)算切削工時(shí)： 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(jī)械加工工藝師手冊》表27-8
取 f=0.25mm/r
n=480r/min
計(jì)算切削工時(shí)
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(jì)算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的計(jì)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(jī)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(shí)際切削速度
計(jì)算切削工時(shí)
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(shí)際切削速度
計(jì)算切削工時(shí)
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(shí)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(dá)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(jì)算切削工時(shí)
， ， 則：
=
工序9：檢驗(yàn)
工序10 入庫
結(jié) 論
為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，在本次設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的內(nèi)容，在我設(shè)計(jì)困難的時(shí)候，我得到了我的導(dǎo)師和多位院里老師的指導(dǎo)和幫助，同學(xué)們也給了我很大的支持，因此，我的設(shè)計(jì)與老師同學(xué)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(jì)的老師和同學(xué)表示真摯的感謝。
我的實(shí)際題目是：槽輪機(jī)構(gòu)CAD/CAM。在本次設(shè)計(jì)中，以槽數(shù)4 、銷輪和槽輪中心距33