齿圈加工工艺及滚齿工装夹具设计【说明书+CAD】
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齿圈加工工艺及滚齿工装夹具设计【说明书+CAD】,加工,工艺,工装,夹具,设计,说明书,CAD
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设计说明书 齿圈加工工艺及滚齿（m=5,z=121） 工装夹具设计专业： 机械制造与自动化班级： 姓名： 学号： 指导老师： 内容摘要：在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。关键词：工序，工位，工步，加工余量，定位方案，夹紧力 Abstract Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally. Keyword: The process, worker one, workers step , the surplus of processing, orient the scheme , clamp strength 目 录摘要Abstract第一章 绪论-3第二章 零件的工艺分析-32.1 零件的工艺分析- 32.2 确定毛坯的制造形式- 32.3 齿圈零件的工艺性-3第三章 拟定齿圈加工的工艺路线-4 3.1 定位基准的选择-43.2 加工路线的拟定-5第四章 加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定-7 4.1 确定毛坯-7 4.2 机体-8 4.3 齿圈-8第五章 确定切削用量及基本工时-9 5.1 机座-95.2 机体-18第五章 夹具设计 -346.1 研究原始资料-276.2 定位装置的设计-276.3 夹紧装置的设计-296.4 夹具体的设计-33参考文献 -35结论 - 36第一章: 绪论齿圈零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作.因此,齿圈零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命.因而齿圈一般具有较高的技术要求.由于机器的结构特点和齿圈在机器中的不同功用,齿圈零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等.齿圈零件的毛坯通常采铸钢ZG45 .因为ZG45具有力学性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了减轻重量,用有色金属合金锻造齿圈毛坯在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯.第二章：零件工艺的分析2.1 零件的工艺分析 2.1.1 要加工内孔550，外圆615，表面粗糙度为Ra小于3.2um齿圈两端面表面粗糙度为Ra小于12.5um,端面表面粗糙度为Ra小于3.2um，2.1 确定毛坯的制造形式由于铸钢容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好，因此，一般齿圈零件的材料大都采用铸钢，其牌号选用ZG45，由于零件年生产量，已达到大批生产的水平，通常采用金属摸机器造型，毛坯的精度较高，毛坯加工余量可适当减少。2.2 齿圈零件的结构工艺性齿圈的结构形状比较复杂，加工的表面多，要求高，机械加工的工作量大，结构工艺性有以下几方面值得注意：本齿圈加工的基本孔可分为通孔，通孔加工工艺性好。齿圈的内端面加工比较困难，结构上应尽可能使内端面的尺寸小于刀具需穿过加工前的直径，当内端面的尺寸过大时，还需采用专用径向进给装置。为了减少加工中的换刀次数，齿圈上的紧固孔的尺寸规格应保持一致。该零件的主要加工表面为 ：前后端面、左右两侧面、顶端面、底端面和各面分布的孔及各螺纹孔。前端面、后端面及、孔的精度直接影响到齿圈的功用，位置精度和形状精度应严格要求，它们的加工应尽可能放在同一道工序中加工，避免造成基准不重合误差及装夹误差。螺纹孔的位置精度和形状精度也应严格要求，它们直接影齿圈和齿轮的连接。从而影齿圈的功用。由参考文献2，有关面和孔加工的经济精及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到，零件的结构工艺性是可行的。第三章：拟定齿圈加工的工艺路线3.1 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准只分，通常先确定精基准，然后确定粗基准。3.1.1 精基准的选择根据大批大量生产的齿圈通常以外轮廓和两端面为精基准3.1.2 基准的选择加工的第一个平面是齿轮端面，只要通过夹持外圆表面作为粗加工轮廓。3.2 加工路线的拟定 表一工艺过程25机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号共2页产品名称齿圈零（部）件名称齿圈第1页材料牌号ZG45毛坯种类 铸钢毛坯外形尺寸每毛坯件数1每台件数1备注序号工序名称工 序 内 容车间设 备工 艺 装 备工时准终单件1检查检查毛坯是否有裂纹检目测2车端面夹毛坯外圆，车615端面金车床三爪自定心卡盘3粗车夹毛坯外圆，粗车615外圆，留1mm加工余量金车床三爪自定心卡盘4精车精车615外圆，达到图纸尺寸公差要求金车床三爪自定心卡盘5车端面掉头，夹615外圆，车端面金车床三爪自定心卡盘6粗镗粗镗550内圆金车床三爪自定心卡盘7精镗精镗550内圆金车床三爪自定心卡盘8热处理热处理RCRC热淬火炉9滚齿滚齿加工金滚齿机专用夹具10检验检验检游标卡尺编 制日 期标记处记更改文件号签字日期 第四章：机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸如下：4.1确定毛坯根据零件材料确定毛坯为铸钢件又由题目已知零件的生产纲领为5000台/年。其生产类型为成批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效处理。参考文献1表2.2-5，该种铸件的尺寸公差等级CT为8-10级，加工余量等级MA为G级。故取CT为10级，MA为G级。由于考虑毛坯在铸造时的收缩，参考文献3表11-2灰铸钢的收缩率为3.5%。参考文献1表2.2-4，用查表法确定个表面的总余量如下表所示。加工表面基本尺寸（mm）加工余量等级加工余量数值（mm）说明上端面615G5单侧加工下端面615G5单侧加工内孔550G 5单侧加工两端面距离 40G 5经过分析和实际考虑情况如下分析，得出毛坯的图纸第五章：确定切削用量及基本工时 5.1 齿圈 粗镗内孔 （1）加工条件工件材料：灰铸钢加工要求：粗镗550孔，留加工余量2mm，加工2mm机床：T68镗床刀具：YT30镗刀量具：塞规（2）计算镗削用量粗镗孔至550mm，单边余量Z=2mm, 切削深度ap=2 mm,确定进给量f：根据工艺手册，表2.460,确定fz=0.37mm/Z切削速度：参考有关手册，确定V=300m/min 根据表3.141,取nw=800r/min,故加工蜗杆轴承孔:机动工时为：辅助时间为： tf=0.15tm=0.1548=7.2ss其他时间计算： tb+tx=6%(48+7.2)=3.3s则工序9的总时间为： tdj1=tm+tf+tb+tx =48+7.2+3.3=58.5s 5.2.4 工序140 精镗内孔 （1）加工条件工件材料：ZG45加工要求：粗镗孔1，2。550mm内圈，加工1mm机床：T68镗床刀具：YT30镗刀量具：塞规（2）计算镗削用量精镗孔至550mm，确定进给量f：根据工艺手册，表2.460,确定fz=0.37mm/Z切削速度：参考有关手册，确定V=300m/min 根据表3.141,取nw=800r/min,故加工蜗轮轴承孔：机动工时为： 辅助时间为： tf=0.15tm=0.1557.2=8.6ss其他时间计算： tb+tx=6%(57.2+8.6)=3.9s则工序10的总时间为： tdj2=tm+tf+tb+tx =57.2+8.6+3.9=69.7s 第六章 专用夹具的设计 在上下面的加工中，由于零件本身外形比较规则，再加上面的精度要求不高，但为确保零件的加工质量，满足生产要求，提高生产效率，必须采用专用夹具进行装夹定位。本设计就是针对上下面铣削的专用夹具的设计。根据机座夹具安装时与零件联接，工作时机座工作的主要特点，再结合零件的自身特点，特对该夹具进行如下设计。6.1 研究原始资料6.1.1 技术要求的分析该工序的内容是：齿圈加工工艺及滚齿（m=5,z=121）工装夹具关键就在于保证同心度。6.1.2 具体情况零件的该道工序属于粗精加工全程阶段，所以夹具的利用频率较高，应尽量提高保证精度。6.1.3 加工中使用的设备及加工余量一、机床设备的选择 在选择机床设备时可根据机床的加工范围及其保证的精度进行选取。由于零件的外形尺寸较大，重量也较重，故采用专用的插床机床。所选的机床的尺寸精度可达到IT7到IT8，表面粗糙度Ra3.2m，平面度400：0.025。而该零件的最高精度为7级，粗糙度1.6m，尺寸精度符合要求，粗糙度通过铣削也可以得到很好的保证。 二、刀具及检验量具的分析 零件的材料为ZG45，材料的切削性比较好，为了确保零件的尺寸精度，最好采用低速切削的方式。硬质合金刀具具有硬度大、耐磨性好、耐热性好的优点，但他的YG类适用于加工铸钢、有色金属及非金属材料，YT类可以加工钢料，可是对低速切削易产生崩刀现象。而高速钢刀具，具有高的强度和韧性，也具有一定的硬度和耐磨性，可加工工件的材料广泛。由此一来，最好选用高速钢，其中的高性能高速钢可以很好的满足使用要求。6.2定位装置的设计6.2.1 定位方案及误差的分析一、 定位方案的分析分析零件该工序可知，为保证尺寸要求控制；，应以底面为基准限制；其它和X,Y方向的翻转，所以其它自由度可不做限制。根据工件定位基面和所需限制的自由度数目，特拟订如下的定位方案：方案三、以底面作为主要定位基准面，用两支承板定位，限制三个自由度。二、 定位误差的分析1、 造成定位误差的原因造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差B；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生的基准位移误差Y。由于此加工定位方式简单。工序基准与与工序基准和限位基准重合，所以加工起来简单方便。6.2.2定位元件的设计 由于工件的定位是通过定位副的接触实现的，定位元件的限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，首先应保证其限位基面有足够的精度，以适应工件的加工要求；其次还要保证有足够的强度和刚度，承受夹紧力和切削力的作用；最后还要有足够的耐磨性，以延长定位元件的更换周期和提高夹具的使用寿命。鉴于这些要求，特对该夹具的定位元件进行如下设计： 底面主要限制自由度，由此可粗选两个支承板进行限位，但这种定位方式不太可靠，因为底面太大，仅用一支承板定位易产生翻转，实际需两个支承板才能真正达到定位可靠，如此一来就限制三个自由度，但不会影响加工精度。根据零件的尺寸要求及夹具结构的需要，设计底面定位元件结构如图所示 6.3 夹紧装置的设计6.3.1 夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的种类很多，但其结构均由两部分组成：动力装置，夹紧机构。前者主要是产生夹紧力，保证工件不离开定位时占据的正确位置，平衡切削力、惯性力、离心力及重力对工件的影响，确保加工精度。后者主要是传递夹紧力，并在传递力的过程中根据需要改变力的大小、方向和作用点。这两者在整个夹具的安全性方面起着重要的作用，因此必须精确的计算和选择。夹紧装置的基本要求：（1）工件定位后占据正确位置（2） 夹紧力大小适当（3）复杂程度与工件的生产纲领成正比；（4） 工艺性好，使用好性。6.3.2 夹紧力的计算一、夹紧力方向和作用点的确定夹紧力的方向和作用点确定的四大原则：1、应朝向主要限位面；2、应落在定位元件的支承范围之内；3、应落在工件刚性较好的方向和部位；4、应靠近工件的加工表面。根据以上的四大原则，由前面的分析已知零件的定位面为底面、主要定位面为底面，因此夹紧力方向应指向底面，如图所示。 二、夹紧力大小的估算加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力（矩）的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的。因此，夹紧力达到计算是个很复的问题，只能进行估算。（一）实际所需夹紧力的计算公式计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统，根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算理论夹紧力，最后为保证夹紧的可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值查参考文献（6） 有WK=WK 式中： WK实际所需的夹紧力（N） W在一定条件下由静力平衡计算出的理论夹紧力（N） K安全系数安全系数K按下式计算： K=K0K1K2K3K4K5K6式中K0K6为各种因素的安全系数根据零件的自身特点，查表1-2-1（6）有 K0=1.5 K1=1.0 K3=1.0 K4=1.3 K5=1.0 K6=1.5查表1-2-2（6） 有： K2=1.0 夹紧力的安全系数K=1.51.01.01.01.31.01.5=2.925（二）、实际夹紧力的计算本道工序属于插削加工，计算夹紧力首先应算出切削力，为简化计算，可只计算出其主切削力，铣削时的主切削力为圆周方向的切削力，即PZ查表1-2-3（6） 知： PZ=2943ts0.75KPv-0.15其中t切削深度 s每转进给量 KP修正系数KP=KmpKpKpKpKrpKmp、Kp、Kp、Kp、Krp考虑刀具几何参数的系数Kmp考虑工件材料机械性能的系数查表1-2-4（6） Kmp=（）n=（）n （1）式查表1-2-5（6） n=0.75 （2）式由（1）、（2）式可得出 Kmp=1.42查表1-2-6（6） 采用极值法 Kpmax=1.08 Kpmin=0.89Krpmax=1.25 Krpmin=1.0Kp=1.0Kpmax=1.421.081.251.0=1.917Kpmin=1.420.891.01.0=1.26由于计算本身就属于大致的估算，根据表11-12（3）：主轴转速范围为n=12.52000r/min为保证加工精度的要求，根据材料的性能及切削刀具的影响因素，一般取n=300r/min则其切削速度为： V=28.26r/min根据前面的工序分析可以知道： t=1.5mm又 该工序属于精加工，其加工精度较高，为保证加工质量由经验可取S=0.1mm/r Pzmax=29431.50.11.91728.26=911.5NW=3420.7N当圆周Pz处于水平方向时，有使工件产生平移的可能。则：W=1夹紧元件与工件间的摩擦系数2工件与夹具支承面间的摩擦系数查表1-2-12（6） 知：1=0.16 2=0.5所以 W=4039.6N将防止工件抬起或平移所需夹紧力的计算，比较其大小可以知道，最终较大者即为所需的夹紧力。Wk=4039.6N6.3.3 夹紧机构的设计一、了解基本机构的特点 在设计夹紧机构时，首先应当考虑通用机构是否符合要求，尽量避免运用复杂机构。在此先来分析几种常用的机构特点：（1）斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构是用斜楔直接夹紧工件产生夹紧力，而这种夹紧力大小有限，且操作费时，生产实际中运用较少，多数情况下是将斜楔与其他机构联合起来使用。，（2）螺旋夹紧机构它是采用螺旋直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构，这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、适用性大，而且自锁性好、夹紧力大、易制造，故在机床夹具中广泛运用。但缺点是夹紧和松开工件时比较费力。（3）偏心夹紧机构它是用偏心件直接或间接夹紧工件的机构。优点是结构简单、夹紧迅速、操作简单。但它的夹紧行程受偏心距的限制，夹紧力较小，一般适用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。（4）联动夹紧机构有些夹具需同时在几个点上夹紧工件，而有些则需要同时夹紧几个工件为提高生产率，减少工件装夹时间，可采用各种联动夹紧机构。（5）铰链夹紧机构当原始力不能产生足够的夹紧力或为了减轻工人的劳动强度，常用增力机构。铰链夹紧机构就是一种增力机构，其结构简单、增力系数大，所以在气动、液压夹具中应用较多。二、选择夹紧机构 依据上面各种机构的特点，先分析该零件的此道工序。由于零件属于大批量生产，夹具应力求结构简单、操作维修方便，便于安装及拆卸。且零件的尺寸、重量较大，因此采用多个夹紧力可定位可靠。虽然工件外形的比较简单，从前面的夹紧力计算可知，它对夹紧力要求较很大。综合所有的自身因素及各类常用机构的特点，最终选择：联动夹紧机构，即简单又符合要求。 联动夹紧机构也有多种形式，根据零件的复杂性及在加工时的定位方式，还有夹紧力的作用点及其方向，最好选用气动压板式的，它的结构紧凑，使用也方便。再根据前面所计算的夹紧力，选择合适的施力元件。查表施力的形式有多种；为了减轻夹具的重量，使制造方便、简洁，在此选用自动气动进行夹紧。前面已计算的夹紧力Pzmax=4039.6N，由表中可知：螺纹直径为16mm的螺母，其夹紧力Wk=5380N。由静力平衡可知：实际所需的Wk=Pzmax=4039.6 Wk。因此，采用一个M16的六角螺母进行夹紧即可。由此可初步设计其基本机构如图所示。 6.4 夹具体的设计 夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具与机床的连接。 设计夹具体时应当考虑以下基本条件：1 足够的强度和刚度；2 结构简单，具有良好的工艺性；3 尺寸稳定；4 便于排屑。6.4.1 夹具体的结构设计一、夹具体毛坯结构的选择选择夹具体的毛坯结构时，应以结构的合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性及工厂的具体条件为依据综合考虑。本夹具用于小批量生产，应该选取制造容易、生产周期短、成本低、重量轻的毛坯结构。查表可知：焊接结构的夹具体就满足此要求。二、夹具体结构设计要求（1） 插床夹具一般在悬伸状态下工作，为保证加工的稳定性，夹具的结构应力求紧凑，轮廓尺寸要小，悬伸要短、重量要轻，且重心尽量靠近主轴。 夹具体悬伸长度L与其外廓直径d之比可参考下式取： 当d150mm L/d1.25 当d=150300mm L/d0.9 当 d300mm L/d0.66.4.2 夹具体外形尺寸的确定夹具制造属于单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体的设计，一般不会做复杂的计算。通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。实际上在绘制夹具总图时，根据工件、定位件、夹紧装置、对刀引导元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大致确定。根据经验大致确定一些数据：夹具体的壁厚：2648mm夹具体加强筋厚度： （1222）mm夹具体加强筋高度： 不大于5h夹具体不加工的毛面与工件表面间的间隙：410mm6.4.3夹具技术要求的确定夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写总图上。根据零件的加工要求，他对65左侧的位置度要求较高，因此这就要求各定位面的位置度要比较好。由此特拟订如下几条技术要求：本夹具用于立式插床上加工滚齿加工。工件以内孔定位，夹紧是通过螺丝压紧压板来实现的， 经调整压紧后即可加工。本夹具用于齿圈的滚齿加工。夹具的定位采用支撑板支撑，定位误差较小。其夹紧采用的是气动夹紧，夹紧简单、快速、可靠。有利于提高生产率。工件在夹具体上安装好后，压块在气缸活塞的推动下向下移动夹紧工件。当工件加工完成后，压块随即在气缸活塞的作用下松开工件，即可取下工件。由于本夹具用于变速齿圈端面的粗加工，对其进行精度分析无太大意义。所以就略去对其的精度分析。 参考文献1， 邹青 主编 机械制造技术基础课程设计指导教程 北京： 机械工业出版社 2004，8 2， 赵志修 主编 机械制造工艺学 北京： 机械工业出版社 1984，23， 孙丽媛 主编 机械制造工艺及专用夹具设计指导 北京：冶金工业出版社 2002，12 4， 李洪 主编 机械加工工艺手册 北京： 北京出版社 1990，125， 邓文英 主编 金属工艺学 北京： 高等教育出版社 20006， 黄茂林 主编 机械原理 重庆： 重庆大学出版社 2002，77， 丘宣怀 主编 机械设计 北京： 高等教育出版社 19978， 储凯 许斌 等主编 机械工程材料 重庆： 重庆大学出版社 1997，129， 廖念钊 主编 互换性与技术测量 北京： 中国计量出版社 2000，110，乐兑谦 主编 金属切削刀具 北京： 机械工业出版社 1992，1211，李庆寿 主编 机床夹具设计 北京： 机械工业出版社 1983，412，陶济贤 主编 机床夹具设计 北京： 机械工业出版社 1986，413， 机床夹具结构图册 贵州：贵州人民出版社 1983，714，龚定安 主编 机床夹具设计原理 陕西：陕西科技出版社，1981,715，李益民 主编 机械制造工艺学习题集 黑龙江： 哈儿滨工业大学出版社 1984, 716, 周永强等 主编 高等学校毕业设计指导 北京： 中国建材工业出版社 2002,12结论：在本次毕业设计中，我们将设计主要分为两大部分进行：工艺编制部分和夹具设计部分计及说明书的编写。在工艺部分中，我们涉及到要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。其中，工序机床的进给量，主轴转速和切削速度需要计算并查手册确定。 在夹具设计部分，首先需要对工件的定位基准进行确定，然后选择定位元件及工件的夹紧，在对工件夹紧的选择上，我用了两种不同的夹紧方法，即：粗铣下平面用的是自动压板夹紧机构，粗铣前后端面时用的是气动夹紧机构，两种方法在生产中都有各自的优点和不足，但都广泛运用在生产中。然后计算铣削力以及夹紧工件需要的夹紧力，这也是该设计中的重点和难点。 通过这次毕业设计，使我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，尤其在利用手册等方面，对今后毕业出去工作都有很大的帮助。另外，在这次设计当中，指导老师王磊老师，林学栋老师在大多数时间牺牲自己的宝贵休息时间，对我们进行细心的指导，我对他们表示衷心的感谢！老师，您辛苦了！在这次毕业设计中，我基本完成了毕业设计的任务，达到了毕业设计的目的，但是，我知道自己的设计还有许多不足甚至错误，希望老师们能够谅解，谢谢！ 外文资料及译文 原文：Television Video SignalsAlthough over 50 years old , the standard television signal is still one of the most common way to transmit an image. Figure 8.3 shows how the television signal appears on an oscilloscope. This is called composite video, meaning that there are vertical and horizontal synchronization (sync) pulses mixed with the actual picture information. These pulses are used in the television receiver to synchronize the vertical and horizontal deflection circuits to match the video being displayed. Each second of standard video contains 30 complete images, commonly called frames , A video engineer would say that each frame contains 525 lines, the television jargon for what programmers call rows. This number is a little deceptive because only 480 to 486 of these lines contain video information; the remaining 39to 45 lines are reserved for sync pulses to keep the televisions circuits synchronized with the video signal.Standard television uses an interlaced format to reduce flicker in the displayed image. This means that all the odd lines of each frame are transmitted first, followed by the even lines. The group of odd lines is called the odd field, and the group of even lines is called the even field. Since each frame consists of two fields, the video signal transmits 60 fields per second. Each field starts with a complex series of vertical sync pulses lasting 1.3 milliseconds. This is followed by either the even or odd lines of video. Each line lasts for 63.5 microseconds, including a 10.2 microsecond horizontal sync pulse, separating one line from the next. Within each line, the analog voltage corresponds to the gray scale of the image, with brighter values being in the direction away from the sync pulses. This place the sync beyond the black range. In video jargon, the sync pulses are said to be blacker than black.The hardware used for analog-to-digital conversion of video signals is called a frame grabber. This is usually in the form of an electronics card that plugs into a computer, and connects to a camera through a coaxial cable. Upon command from software, the frame grabber waits for the beginning of the next frame, as indicated by the vertical sync pulses. During the following two fields,each line of video is sampled many times, typically 512,640 or 720 samples per line, at 8bits per sample. These samples are stored in memory as one row of the digital image.This way of acquiring a digital image results in an important difference between the vertical and horizontal directions. Each row in the digital image corresponds to one line in the video signal, and therefore to one row of wells in the CCD. Unfortunately, the columns are not so straightforward. In the CCD, each row contains between about 400 and 800 wells (columns), depending on the particular device used. When a row of wells is read from the CCD, the resulting line of video is filtered into a smooth analog signal, such as in Figure 8.3. In other words, the video signal does not depend on how many columns are present in the CCD. The resolution in the horizontal direction is limited by how rapidly the analog signal is allowed to change. This is usually set at 3.2 MHz for color television, resulting in a rise time of about 100 nanoseconds, i.e, about 1/500th of the 53.2 microsecond video line.When the video signal is digitized in the frame grabber, it is converted back into columns, However, these columns in the digitized image have no relation to the columns in the CCD. The number of columns in the digital image depends solely on how many times the frame grabber samples each line of video. For example, a CCD might have 800 wells per row, while the digitized image might only have 512 pixels (i.e , columns) per row.The number of columns in the digitized image is also important for another reason. The standard television image has an aspect ratio of 4 to 3, i.e. , it is slightly wider than it is high. Motion pictures have the wider aspect ratio of 25 to 9. CCDs used for scientific applications often have an aspect ratio of 1 to 1, i.e , a perfect square. In any event, the aspect ratio of a CCD is fixed by the placement of the electrodes, and cannot be altered. However, the aspect ratio of the digitized image depends on the number of samples per line. This becomes a problem when the image is displayed, either on a video monitor or in a hardcopy. If the aspect ratio isnt properly reproduced, the image looks squashed horizontally or vertically.The 525 line video signal described here is called NTSC (National Television Systems Committee), a standard defined way back in 1954. This is the system used in the United States and Japan. In Europe there are two similar standards called PAL (Phase Alternation by Line) and SECAM (Sequential Chrominance And Memory). The basic concepts are the same , just the numbers are different. Both PAL and SECAM operate with 25 interlaced frames per second, with 625 lines per frame. Just as with NTSC, some of these lines occur during the vertical sync, resulting in about 576 lines that carry picture information. Other more subtle differences relate to how color and sound are added to the signal.The most straightforward way of transmitting color television would be to have three separate analog signals, one for each of the three colors the human eye can detect: red, green and blue. Unfortunately, the historical development of television did not allow such a simple scheme. The color television signal was developed to allow existing black and white television sets to remain in use without modification. This was done by retaining the same signal for brightness information , but adding a separate signal for color information. In video jargon, the brightness is called the luminance signal, while the color is the chrominance signal. The chrominance signal is contained on a 3.58 MHz carrier wave added to the black and white video signal. Sound is added in this same way, on a 4.5 MHz carrier wave. The television receiver separates these three signals, processes them individually, and recombines them in the final diplay. 译文：关键词：核心，合成信号，电压耦合电视信号尽管已经拥有50年的历史了,电视信号依然是常用的传递信息的途径之一。图 8.3演示了电视信号如何出现在一个示波器上。这叫做合成信号,意谓有垂直的方向和水平的方向的合成(同步)和真实的图片数据混合的脉冲信号。 这些脉冲被电视接收器同垂直与水平线以及其他歪斜线路配和成信号并被电视显示出来。标准的信号每秒包含30个完整的图像,一般被做成了体格,电视工程师会把每个体格编制
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