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　　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铁刀半径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CAMJ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。

　　第三节、数控机床与普通机床相比具有的优越性20第四章糟轮和拨盘的工艺规程设计21

　　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、金届切削过程及精加工，较活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。

　　由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，乂称马尔他机构。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，故不宜用丁高速。

　　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固接一缺口圆盘，其圆周边与槽轮上的凹周边相配。这样不动。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丁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。在满足不同问停的要求时，可采用多臂的和非对称槽的槽轮机构。

　　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

　　部件设计以及装配，而是否存在十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!它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，SolidWorks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SolidWorks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/CA相司已超过300家，日本有80恕上的公司在不同程度上应用了CAEfe术。CAD勺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AutoCADSDRC^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，ANYSYSADAMASNATSARN,极大地促进了CADK术在企业中的应用。

　　我国对CALfe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CADS纸设计是我国最早应用的CA以术。从80年代初，CA以术经历了“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CADS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CAAM子图板和CAXA-M制造工程帅软件，浙7工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的金银花(Lonicera)系统，华中理工大学机械学院word文档可自由复制编辑

　　开发的开目CAg。但从软件的总体设计以及功能等各方面来说，与国外的软件问存在着较大的差距。

　　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®C件设计过程中所涉及到的所有参数都可以当作变量，可以建立互相问的约束关系式，添加程序逻辑。这些变量间的关系可以跨越CADB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，乂增加了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：

　　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。

　　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勺应用等)的研究。

　　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CADK统的研究，在近十几年才开始，且很不完善。

　　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CADS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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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，槽轮另一圆弧乂被锁住，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。由丁槽数z不宜过多，所以槽轮机构不宜用丁转角较小的场合。槽轮机构的定位精度不高，只适用丁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。

　　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。如果中心距a、轮槽数z和圆销数e已知，则其他几何尺寸可相应算出。

　　第二节外槽轮机构角速度和角加速度的分析通过下面的公式分析可以得出角速度和角加速的系数：

　　在一个运动循环中，槽轮的运动时间t2与销轮的运动时间tl之比，称为运动系

　　从径向槽脱出的瞬时，圆销中心的线速度方向均沿着径向槽的中心线方向，以便槽轮在启动和停止时的瞬时角速度为零。

　　2「「1。+2二。=兀210=止2云1。=危(2泌Z)式中z为槽轮的槽数。

　　过21/k角度便完成槽轮的一个运动循环，其所需的时间为t1=27/[k31]，因此C的值为

　　由上式可知，由于外啮合槽轮机构的运动系数丁应大于零，因此其槽数Z应大于3。当K=1时，z不论多少，乞总是小于0.5，即外啮合槽轮机构的运动时间总是小于停歇时间。

　　此外，由于槽轮机构是作间歇运动的，故必须有间歇时间，所以运动系数t•总是

　　)等时，则还要使各圆销中心半径也不相等，此时槽轮的径向槽也应做图示的相应改

　　为4、6、8的外啮合槽轮机构角速度皿/31和角加速度扇wi2的变化情况。从图

　　第三节内槽轮机构的角速度和角加速度规律对上面的分析可以得出的规律图如下：

　　图(a),(b)分别给出了槽数z=3,4,6时的外槽轮机构的角速度和角加速度变化的变化曲线。

　　根据运动要求和槽轮机构所答应的安装尺寸，动力特性，承受载荷的大小等因素，选择槽轮

　　的槽数z,圆销数K,槽轮机构的中心距a等槽轮机构的主要尺寸参数后，可按下表所列公式计算外槽轮机构的基本尺寸。

　　第五节本设计的主要几何尺寸的设计糟数n和圆销数k是糟轮机构的两个主要参数。

　　为了使槽轮开始转动和终止转动时的角速度为零以免刚性冲击，圆销进入或脱离槽轮的径向槽时，圆销中心的轨迹圆应与径向槽的中心线z(1-2)

　　在一个运动循环中，槽轮2的运动时间与原动件1的运动时间之比称为运动系数，用e表示。对丁单销槽轮机构，若原动件等速转动一周为一个运动循环，则时间比可转换成转角之比，即

　　由丁td0,所以T0,因此z3。由上式知，这种单销槽轮机构的运动系数E总小丁0.5,即槽轮的运动时间总小丁静止时间。

　　如果原动件上均匀地装有k个圆销，那么，原动件每转过T/A就是一个运动循环。若原动件转过一周所需时间不变，显然原动件完成一个运动循环所需的时间应为e/A;带动槽轮转动一次所需时间仍为td,则_k(z-2)2z(1-4)由丁槽轮总是作间歇转动的，故运动系数r总小丁1,所以由上式可得2z(1-5)由上式可知：当z=3时，k=1〜5;当z=4或5时，k=1〜3;当z6时，k=1〜2。槽数n的选择除应满足工作要求外，还应考虑机构运动的平稳性和机构的尺寸大小。如图c所示,JI槽顶高A=acos(2),当中心距a一定时，z越大，尺寸A也越大，故转动时槽轮的惯性力矩也越大。因此生产实际中应用的槽轮槽数z常取为4-8。

　　1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作，历时三年研制出能进行三轴控制的数控铢床样机，取名“NumericalControl”。

　　1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。

　　1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库，能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铁、钻、鲤、攻丝等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种类一一加工中心。

　　1968年英国首次将多台数控机床、无人化搬运小车和自动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统，这就是柔性制造系统FMS

　　1974年微处理器开始用于机床的数控系统中，从此CNC计算机数控系统）软线数控技术随着计算机技术的发展得以快速发展。

　　1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用CAD计算机辅助设计）绘出加工零件的模型，在显示器上“指点”被加工的部位，输入所需的工艺参数，即可由计算机自动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。

　　DNC曲接数控）技术始于20世纪60年代末期。它是使用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及数控加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。DNCM控技术是FM源性制造技术的基础，现代数控机床上的DNC®口就是机床数控装置与通用计算机之间进行数据传送及通讯控制用的，也是数控机床之间实现通讯用的接口。随着DN微控技术的发展，数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。

　　20世纪90年代，出现了包括市场预测、生产决策、产品设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS其中，数控是其基本控制单元。

　　20世纪90年代，基于PC-NC勺智能数控系统开始得到发展，它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式，提供开放式基础，使升级换代变得非常容易。充分利用现有PC机的软硬件资源，使远程控制、远程检测诊断能够得以实现。

　　我国虽然早在1958年就开始研制数控机床，但由于历史原因，一直没有取得实质性成果。20世纪70年代初期，曾掀起研制数控机床的热潮，但当时是采用分立元件，性能不稳定，可靠性差。1980年北京机床研究所引进日本FANUC57、3、6数控系统，上海机床研究所引进美国GE公司的MTG1数控系统，辽宁精密仪器厂引进美国Bendix公司的

　　DynapthLTD10数控系统。在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机床研究所乂开发出BS03经济型数控和BS04全功能数控系统，航天部706所研制出MNC86数控系统。

　　“八五”期间国家乂组织近白个单位进行以发展自主版权为目标的“数控技术攻关”，从而为数控技术产业化建立了基础。20世纪90年代末，华中数控自主开发出基于PC-NC勺HNC数控系统，达到了国际先进水平，加大了我国数控机床在国际上的竞争力度。

　　据1997年不完全统计，全国共拥有数控机床12万台。目前，我国数控机床生产企业有100多家，年产量增加到1万多台，品种满足率达80%并在有些企业实施了FM爵日CIMS工程，数控机床及其加工技术进入了实用阶段。

　　现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。

　　受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。

　　高主轴转速可减少切削力，减小切削深度，有利于克服机床振动，传入零件中的热量大大减低，排屑加快，热变形减小，加工精度和表面质量得到显著改善。因此，经高速加工的工件一般不需要精加工。

　　高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制两方面。

　　提高机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。目前精整加工精度已提高到0.1m^并进入了业微米级，不久超精度加工将进入纳米时代。（加工精度达0.01m）3）高柔性化柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。

　　数控系统在21世纪将具有最大限度的柔性，能实现多种用途。具体是指具有开放性体系结构，通过重构和编辑，视需要系统的组成可大可小；功能可专用也可通用，功能价格比可调；可以集成用户的技术经验，形成专家系统。

　　CNCS统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制，测量造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系统设计一体化。

　　5）网络化实现多种通讯协议，既满足单机需要，乂能满足FMS像性制造系统）、CIMS针算机集成制造系统）对基层设备的要求。配置网络接口，通过Internet可实现远程监视和控制加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。建立分布式网络化制造系统，可便于形成“全球制造”。

　　21世纪的CNC^统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编程更加直观，可使用自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智能监控；采用专家系统以降低对操作者的要第二节、数控加工工艺的特点

　　数控加工工艺是伴随着数控机床的产生，不断发展和逐步完善起来的一门应用技术，研究的对象是数控设备完成数控加工全过程相关的集成化技术，最直接的研究对象是与数控设备息息相关的数控装置、控制系统、数控程序及编制方法。数控加工工艺源于传统的加工工艺，将传统的加工工艺、计算机数控技术、计算机辅助设计和辅助制造技术有机地结合在一起，它的一个典型特征是将普通加工工艺完全融入数控加工工艺中。数控加工工艺是数控编程的基础，高质量的数控加工程序，源于周密、细致的技术可行性分析、总体工艺规划和数控加工工艺设计。

　　编程员接到一个零件或产品的数控编程任务，主要的工作包括根据零件或产品的设计图纸及相关技术文件进行数控加工工艺可行性分析，确定完成零件数控加工的加工方法；选择数控机床的类型和规格；确定加工坐标系、选择夹具及其辅助工具、选择刀具和刀具装夹系统，规划数控加工方案和工艺路线，划分加工区域、设计数控加工工序内容，编写数控程序，进行数控程序调试和实际加工验证，最后对所有的数控工艺文件进行完善、固化并存档等方面的内容。数控编程可以简单的理解成从零件的设计图开始，直到数控加工程序编制完成的整个过程。