槽轮机构加工工艺设计及编程毕业论文

毕业设计（论文）题 目：槽轮机构加工工艺设计及编程 专 业 名 称：数控技术应用 姓名（学号）： 班 级： 指 导 教 师： 2011 年 月 日广东工程职业技术学院毕业设计（论文）1摘 要槽轮机构是一种步进间歇运动机构，由于结构简单、制造容易、工作可靠,能准确地控制转角, 机械效率高, 所以在自动和半自动生产线中得到广泛的应用但槽轮在销轴进出槽轮槽口时加速度大,机构产生较大的冲击,而且随着转速的增加和槽轮槽数的减少冲击加剧，因而不适用于高速运转的情况。本设计以槽数 6 、销轮和槽轮中心距 6mm、销轴半径 3mm、铣刀半径 6mm 为例，设计槽槽轮机构，并对槽轮的运动特性进行分析。采用 CAM 技术对槽轮和拨盘进行数控编程，对零件进行工艺分析，确定刀具和切削用量，最后形成 NC 指令。关键词：槽轮机构 工艺 数控编程 NC广东工程职业技术学院毕业设计（论文）2目录前言第一章 概述.4第一节、槽轮机构概述.4第二节、槽轮机构简介.4第三节、 槽轮机构的应用和研究现状.4第二章 槽轮机构的设计与分析.7第一节、槽轮机构的工作原理、特点及应用.7第二节、 外槽轮机构角速度和角加速度的分析.8第三节、 内槽轮机构的角速度和角加速度规律.10第四节、 主要几何尺寸的设计.10第五节、本设计的主要几何尺寸的设计.11第三章 数控加工技术概述.17第一节、 数控加工技术的发展.17第二节、 数控加工工艺的特点.19第三节、 数控机床与普通机床相比具有的优越性.20第四章 槽轮和拨盘的工艺规程设计.21第一节、机械加工工艺规程的作用.21第二节、机械加工工艺规程的制定程序.21第三节、毛坯的选择.22第四节、定位基准的选择.22第五节、加工顺序的安排.23第六节、本零件工艺规程设计.23第五章 结论.33第六章 致谢.34参考文献.36广东工程职业技术学院毕业设计（论文）3前 言在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。本文以毛坯的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以完成工件的加工。在整个工艺设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。最终可以制作出完整的工件并能实行槽轮机构的间歇运动。广东工程职业技术学院毕业设计（论文）4第一章 概述第 1 节、槽轮机构概述由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。 槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。第 2 节、槽轮机构简介槽轮机构有外啮合和内啮合两种形式。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同。单臂外啮合槽轮机构(见图)由带圆柱销的转臂、具有 4 条径向槽的槽轮和机架组成。当连续转动的转臂上的圆柱销进入径向槽时,拨动槽轮转过 2 呜 2 角;当圆柱销转出径向槽后,槽轮停止转动。转臂转一周，槽轮完成一次转停运动。为了保证槽轮停歇，可在转臂上固接一缺口圆盘，其圆周边与槽轮上的凹周边相配。这样,既不影响转臂转动,又能锁住槽轮不动。为了使槽轮能完成周期性的转停运动，槽轮上的径向槽数不能少于 3。为了避免冲击,圆柱销应切向进、出槽轮，即径向槽与转臂在此瞬间位置要互相垂直。在满足不同间停的要求时，可采用多臂的和非对称槽的槽轮机构。第 3 节、 槽轮机构的应用和研究现状.槽轮机构一般应用在转速不高、要求间歇地转过一定角度的分度装置中，如自动机械、轻工机械或仪器仪表、转塔车床上的刀具转位机构。它还常在电影放映机中用以间歇移动胶片等。 槽轮机构是一种较为常见的间歇运动机构形式它具有机构简单、制造容易、工作可靠等优点，在各种机械中得到了广泛的应用。现在很多机器都是采用槽轮机构进行工位控制的。一致认为，槽轮机构的设计是相关机器设计中精髓，也是最关键的部分。而以往的设计中，只是二维的零广东工程职业技术学院毕业设计（论文）5部件设计以及装配，而是否存在干涉都是根据经验来考虑的，免有疏忽。另外，在以往的设计中对于机构的分析做得非常的少，一是在充分保证刚度、强度的情况下，这样势必造成材料的浪费和价格的上升。这样槽轮机构的研制、改进及优化对于本课题来说是非常必要的。通常在以往的槽轮设计方法中机械设计人员要查找许多的图表利用的公式计算、并考虑众多的因素对其进行不断地校核。而在各过程中只要有一个参数的设计要求发生了稍许的变化就需要再一次进行类似的重复性。这样的设计效率低、机构可靠性差。为此，开发这套集成了 CAD/CAE 能的槽轮机构设计系统，把这些繁琐的计算以及相关的设计知识融入其中，通过软件强大功能来实现整个机构的设计。对于用户来说，只要简单地输入几个关键尺寸值即可得到所需结构，并利用运动仿真模块可以对槽轮机构进行运动仿真分析。总体来说，应用参数化设计技术起到了提高设计效率、优化设计方案、减轻员工的劳动强度、缩短设计周期、加强产品设计的标准化、系列化等作用。对于三维建模和运动仿真，Solid Works 拥有友好的操作界面和强大建模功能，综合其丰富的 API 接口，利用 VB6.0 编制 Solid Works 二次开发插件，希望由此建立的槽轮机构设计软件，对于槽轮的快速设计有大的意义。目前 CAD 技术在一些先进的工业国家已经得到了广泛的应用。在美国，CAD/CAM 公司已超过 300 家，日本有 80%以上的公司在不同程度上应用了 CAD 技术。CAD 的应用领域从大规模生产企业，发展到中、小型民用工业。同时，基础软件的商品化工作在这些国家发展尤为迅速，相继推出具有强大绘图功能的图形软件，如美国 Autoudesd 公司的 AutoCAD、SDRC 公司的 I-DEAS、EDS 公司的 Unigraphics、PTC 公司的 Pro-Engineering、法国 Dassault 公司Solidworks 等等。另外，在有限元分析、优化设计、数据库管理系统等方面的技术日益成熟的情况下，也相继推出了许多实用性很强的商品化分析软件，ANYSYS、ADAMAS、NATSARN等，极大地促进了 CAD 技术在企业中的应用。我国对 CAD 技术的研发始于 70 年代，当时我国计算机应用尚处于萌芽阶段，二维 CAD图纸设计是我国最早应用的 CAD 技术。从 80 年代初，CAD 技术经历了“六五”探索， “七五”技术攻关， “八五”普及推广， “九五”深化应用四个阶段。CAD 技术在我国机械行业应用较早，并得到迅速发展，也取得一些重要的应用成果。一些大型企业逐渐引进国外的一些成熟的 CAD 系统，并在其基础上进行二次开发，开发一些适应本企业产品的系统，目前这些方面取得了相当的成果，也取得了一定的经济效益。另外，也有一些科研独立开发自己的 CAD 系统，如北京高华计算机有限公司的高华 CAD，北京海尔软件有限公司（原北京航空航天大学华正软件研究所）的 CAAX 电子图板和 CAXA-ME 制造工程师软件，浙江大学电子信息工程有限公司的 GS-CAD98，广州红地技术有限公司广东工程职业技术学院毕业设计（论文）6的金银花(Lonicera)系统，华中理工大学机械学院开发的开目 CAD 等。但从软件的总体设计以及功能等各方面来说，与国外的软件间存在着较大的差距。参数化是 CAD 系统一直以来所追求的目的。参数化设计能够极大地提高设计效率。通过尺寸驱动既能为用户提供设计对象的直观、准确的反馈，随时对设计对象加以更改，同时减少设计中的疏忽。在先进的 CAD 软件设计过程中所涉及到的所有参数都可以当作变量，可以建立互相间的约束关系式，添加程序逻辑。这些变量间的关系可以跨越 CAD 软件的不同模块，从而实现设计数据的全相关。参数化是实现机械设计自动化的前提和基础，参数化设计的前途不可限量。槽轮机构具有结构简单、转动效率高、设计和制造方便等优点，所以广泛地应用于轻工、食品、制药和烟草等行业的自动机械中，用于实现周期性间歇运动。槽轮机构一般应用在转速较低且要求间歇地转动的场合。我国对槽轮机构的应用和研究已有多年历史，目前仍在继续扩展和深入。1983 年全国第三届机构学学术讨论会上关于槽轮机构的论文只有 8 篇，涉及设计、运动规律、分析、轮廓的综合等四个研究方向。到了 1988 年第六届会议，已有槽轮机构方面的论文 20 篇，增加了动力学、振动、优化设计等研究方向。而 1990 年第七届会议，槽轮机构方面的论文 22 篇，又增加了 CAD/CAM、误差分析等研究方向。近几年，为了适应槽轮机构设计与制造的需要，还开展了槽轮机构的动力学理论和试验研究，建立了动力学模型，进行了动力特性分析，这些研究有利于提高槽轮机构的运行速度和改善槽轮机构的动态性能。计算机辅助设计系统及专家系统也有了相当的研究，计算机辅助设计系统及专家系统成为现代机构设计的主要手段。它将机构概念、知识、理论和方法以及设计专家的经验和智慧与计算机系统的逻辑推理、分析、判断、数据处理、图形显示等功能密切结合、以简便、快速地完成设计任务。现在槽轮机构已经在包装机械、食品机械、纺织机械、交通运输机械、动力机械、印刷机械等领域得到了广泛应用。但是，与先进国家相比，我国对槽轮机构的研究和应用还存在较大的差距，尤其是在对振动的研究、槽轮机构的加工及产品开发等方面。虽然已有很多学者对槽轮机构的研究做了相当多的工作，但在各研究方向仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究工作有待开发。从设计的角度考虑，大致有以下几点：（1）在从动件运动规律的研究方面，除了继续寻找更好的运动规律外，要研究有效的分析方法。（2）在几何学和运动学的研究方面，要综合考虑各种槽轮机构，尽可能导出普遍适用的计算公式。已有研究大多集中于平面和圆柱槽轮，而且一种槽轮一种研究方法，因而设计公式过多，近似较多，并影响到其他方面 （如 CAD 的应用等）的研究。广东工程职业技术学院毕业设计（论文）7（3）发展通用而有效的 CAD 系统。由于种种原因，计算机在槽轮机构设计中的应用一直被局限于几种平面和圆柱槽轮机构，且每一程序一般只能处理一、二种机构，对比较完整的 CAD 系统的研究，在近十几年才开始，且很不完善。（4）引入专家系统或人工智能 CAD 系统。由于槽轮机构不是标准机构，种类多，应用广，加之许多已有的知识不能公式化，所以应用普通的 CAD 系统，有时效果并不很理想。如果引入专家系统，则可以获得较为理想的结果。（5）加强对槽轮机构的运动学特性和动力学特性的计算机模拟，以提高设计质量和缩短产品研制周期。（6）研究的 CAD/CAM 一体化。（7）槽轮机构作为引导机构的研究和应用。（8）槽轮机构与其他机构组合。为改善直线槽轮机构的动力特性，可采用其他机构，如连杆、凸轮、齿轮机构与槽轮机构组合应用。组合机构的通常是通过改变主动拨盘的速度，以减小拨盘圆销进、出槽轮的柔性冲击。组合机构虽然在不同程度上改善了槽轮机构的动力性能，但是由于组合机构的结构较为复杂，因而增加了设计的难度。而且构件数目的增多，机构占有的空间也有所增大，同时也增大了积累误差，从而影响了定位精度，因此实用价值较低。（9）槽轮机构的结构改进。先阶段的研究热点是曲线槽轮机构，即将槽轮轮廓线由直线改为曲线，以实现消除柔性冲击、改善动力性能的目的。广东工程职业技术学院毕业设计（论文）8第二章 槽轮机构的设计与分析第一节、槽轮机构的工作原理、特点及应用工作原理：槽轮机构主要由带有圆销的拨盘、具有竟、径向槽的槽轮及机架组成。主动销轮顺时针作等速连续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而实现了槽轮的单向间歇运动。 （如下图）槽轮机构分内啮合槽轮机构、外啮合啮合槽轮机构。内、外啮合时槽轮机构中槽轮的转向与拨盘转向的关系：拨盘上的圆销可以是一个，也可以是多个，拨盘转动一周，槽轮转动两次。 槽轮机构结构简单.制造方便、转位迅速，但转角不能调节，当槽数 z 确定后，槽轮转角即被确定。由于槽数 z 不宜过多，所以槽轮机构不宜用于转角较小的场合。槽轮机构的定位精度不高，只适用于各种转速不太高的自动机械中作转位或分度机构。单轴转搭自动车床的转刀架及转位机构就是应用槽轮机构的的一个例子。其中拨盘、槽轮和机架组成一槽轮机构。2、槽轮机构的几何尺寸计算槽轮机构的中心距 a 是根据槽轮机构的应用场合来选定的。槽轮的轮槽数 z 和圆销数是根据具体工作要求，并参考前述分析确定的。