内齿圈成组数控加工工艺及其钻床夹具设计.docx
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内齿圈成组数控加工工艺及其钻床夹具设计
内齿圈成组数控加工工艺及其钻床夹具设计
摘要
成组技术是把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。
在本次设计中的零件为内齿圈，应用成组技术原理对零件进行分类编码，结果得到4种零件编码而且编码相同，所以可以在应用成组技术加工时将其编为一组。
编码相同也就是形状特征相同，所以可以编制出一套相同的加工工艺组织生产这批零件。
在本次的夹具设计中主要设计成组钻床夹具设计，由于4个零件的外型相似可以在此夹具中加工，由于尺寸不同、孔的位置度不一样，可以通过钻模和齿轮齿条来调节左右和上下的位置，用分度台来保证孔的各个位置。
内齿轮的外形加工主要在车床上加工，其精加工在CK6150上加工，而且为了方便操作还编制了数控宏程序（数控车的程序）。
通过自己对成组技术的学习及其应用，对这门学科有了深入的了解。
在对工艺编制和数控程序的编制、夹具的设计也有了明显的提高。
得出了一些经验教训，也都做了粗浅的分析和总结。
对以后在工作中也是一次锻炼的机会。
关键词：
成组技术，分类编码，位置度，宏程序
GeargroupwithinNCmachininganddrilling
FixtureDesign
ABSTRACT
Grouptechnologyissimilartotheproblemfallintoagroupseekingsolutionstotheproblemsrelativelyuniformgroupthebestoption,toachievethedesiredeconomicresults.Inthecurrentdesignofthecomponentswithintheringgear,GroupTechnologyApplicationoftheprinciplecomponentsclassificationcoding,Resultsoffourpartscodingandcodingthesame,theapplicationofgrouptechnologyatitsprocessingclassifiedasagroup.Codingisthesameastheshapeofthesame,itcanproducethesamesetofprocessingproductionoftheseparts.Inthecurrentdesignofthefixturedesigngroupdrillingfixturedesign,Asthefourcomponentsofsimilarappearanceinthisfixturecanbeprocessed,duetosize,theholelocationwasnotthesame,throughJiggearrackandabouttoregulatethelocationandthenext,withhoursofTaiwantoensurethatthevariousholelocations.Gearappearanceinthemainprocessinglathemachining,finishinginCK6150processing,AndtofacilitatetheoperationhasproducedaNC-（NCprocedures）.
Throughtheirowngrouptostudythetechnologyanditsapplications,thissubjecthasin-depthunderstanding.ProcessforthepreparationoftheNCprogramandtheestablishmentofthefixturedesignalsohasincreasednoticeably.Drawsomelessonshavedoneaveryshallowanalysisandsummary.Rightaftertheworkisalsoatrainingopportunity.
Keywords:
Grouptechnology,Coding,Location,Macro
前言
成组技术是近几年来国内外机械制造领域内得到迅速发展的另一种加工方式，通过成组技术的应用可以解决中小批量的零件加工，也是实现各种柔性制造方式并使之获得最优的技术经济效益的重要学科。
本次毕业设计的题目是内齿轮成组数控加工艺及其钻床夹具设计，是银川起重机厂有关齿套类零件的成组数控加工工艺的设计课题的一部分。
既然选择了这个设计的课题，就要知道成组技术的基本原理，理解现代的加工技术和典型的机加工工艺。
应用成组技术来解决这个课题，通过编码分类来编制出形状相似的零件我为一组，来编制出相近的一套加工工艺，不需要单独对每个零件去编制工艺，这样可以降低成本，节约时间，提高生产效率。
在加工中小批量的零件时，采用成组夹具，其夹具的范围可以针对相似的零件进行设计，这样减少专用夹具的设计，既省材料，又省时间，范围也很广。
如本次设计的成组夹具，不仅针对内齿圈上分布的若干个孔进行加工，而且还能加工类似于内齿圈的回转体。
实心的回转体在本夹具中还能以外圆定位，这样大大减少了调整时间。
在本次设计中有的工序是要在数控机床上加工的，应用成粗技术，编制了成组数控加工程序，此设计的内容及方向对工厂的生产加工是有积极的意义的。
在设计中也参考了许多的文献和资料，并对这些文献、资料加以学习，应用这些所讲的东西并且结合自己所想的、所理解的，编写了成组技术在本次设计中的应用。
成组技术不仅是现有企业为适应多品种生产进行技术改造的有效手段，也是为实现企业高度现代化而采用高技术的一个重要基础。
毕业设计是综合运用所学的知识的训练过程，也是对自我学习能力的检验和创新能力、实践能力及创业精神的重要环节。
由于知识水平有限，设计经验不足，设计中会出现不少错误，也诚恳希望老师和同学批评指正。
第一章成组技术简介
§1-1成组技术概述
1-1．1成组工艺的概念
在现代机械工业中，多品种、中小批量生产占的比重很大，其特点是，在一个企业中，产品的品种多，而批量很小。
在“批量法则”的主导下，使这类生产性质的企业，一直沿用着传统和落后的技术和经营方式，这样就形成了周期长、效率低、成本高、质量差和经营管理混乱等缺点。
为了提高生产率、缩短生产周期和降低成本，逐渐推广采用成组工艺。
所谓成组工艺，就是把结构、形状和尺寸相似，而加工工艺又相近的不同产品中的零件，规划为一组（或一族），并为该组（族）零件制定典型的工艺过程及设计继承性、可调性的工艺装备。
由于采用成组工艺，扩大了批量，使多品种、中小批量生产的企业，可以把经济合理地采用先进工艺方法和高效率的自动化或机械化的工艺装备。
1-1．2成组技术的基本原理及其经济效益
在机械制造中，小批量生产占较大的比重，各类机器的生产大约70%～80%属于单件、小批量生产。
由于国内外市场竞争日益加剧和科技飞跃发展，要求产品不断改进和更新，因此预计多品种、小批量方式的比重今后将有继续增长的趋势。
统计资料表明，我们国家的机械工业亦有此发展趋势。
我国机械制造业也正朝着品种逐渐增多，批量逐渐减少的方向发展，这是适应当前对机械产品需求多样化的发展趋势的。
回顾传统的做法，则是习惯于对每个事物采取孤立的原则和方法去解决相似或相同的问题。
结果，必然导致不必要的多样化和重复性。
例如：
相同或相似功能的零部件，或者将其结构设计得完全不同，或者将其工艺编制成截然不同，这就是相同或相似功能零部件的结构和工艺的多样化；或者不断重复设计出完全相同的结构，不断重复编制出完全相同的工艺，这就是相同或相似功能零部件的结构和工艺的重复性。
多样性将导致生产和管理的复杂化，而重复性则是徒然浪费资源。
因此，如何摆脱小批量、多品种所造成的困境，而使之获得接近大批量生产的经济效益是一个很值得重视的技术问题。
为此，近代在组织上、技术上提出了不少措施和办法，例如，生产专业化、产品设计的三化（标准化、系列化及通用化）及模块化数控机床及加工中心的应用等等，这些都取得了一定的效果，但都有局限性。
成组技术的科学理论及其实践表明，它能从根本上解决生产中由于品种多、产量小而带来的矛盾。
成组技术（GT-GroupTechnology）是一门生产技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。
成组技术应用于机械加工方面，乃是将多种零件按其工艺的相似性分类以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，从而使小批生产能获得接近于大批生产的经济效果。
根据以上所述，可以把成组技术的原理归结为：
依靠设计标准而有效地保持不同产品之间的结构-工艺继承性；通过工艺标准化而充分利用零部件之间的结构-工艺相似性。
结构-工艺继承性是设计标准化的前提，结构-工艺相似性则是工艺标准化的基础。
就方法论的角度来看，成组技术不啻是一种杂乱无章事物合理化、系统化、标准化的有效方法。
成组技术的基本原理是符合辩证法的，所以它可以作为指导生产的一般方法。
实际上，人们很早经来已应用成组技术的哲理指导生产实践，诸如生产专业化、零部件标准化等皆可以认为成组技术在机械工业中的应用。
现代发展了成组技术已广泛应用于设计、制造和管理等各个方面，并取得了显著的效果。
成组技术基本原理既然是要求充分认识和利用客观存在着的有关事物的相似性，所以按一定的相似性标准将有关事物归类成组是实施成组技术的基础。
目前，将零件分类成组常用的方法有：
（1）视检法；
（2）生产流程法；（3）编码分类法。
视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。
它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面性。
生产流程法（PFA－ProbucfionFIowAnaiysis）是以零件生产流程为依据的。
为此，需要有较完整的工艺流程及生产设备明细表等技术文件。
通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。
采用此法分类的正确性是分析方法以及所依据的工厂技术资料有关。
虽然，采用此法可以按工艺相似性将零件分类，以形成加工族。
按编码分类法，首先需要将待分类和诸零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字或数字、字母兼用）。
为此，需选用或制定零件分类编码系统。
由于零件有关信息的代码化，将有助于应用计算机辅助成组技术的实施。
具统计成组技术能使产量提高成本降低，同时又使固定资产库存资金和流动资金统统减少。
因此，最终能使投资回收率增大。
这就足以证明成组技术的经济效益十分显著。
在促使企业生产合理化和现代化的综合改造中，成组技术无疑是一条投资小而效益大的首选综合改造途径。
1-1.3成组技术的发展
成组技术是50年代由前苏联c.n.米特洛方诺夫首先提出来的。
当时称作“成组技术”，主要用于零件的机械加工方面。
米氏在工作中就发现由于产品品种和规格繁多、批量较小、产品更新频繁，使得工艺准备工作十分繁重。
但经过仔细分析和观察，在机床加工零件时，零件具有一定的结构-工艺相似性。
如果把这些相似的零件归并成组，则同组零件的工艺过程便可进一步统一，然后有可能按照统一的工艺过程设计共用的凸轮，共用的刀具布置，并进行统一的调正。
这样就能显著节约工艺准备时间，节约制造资源，节约因更换加工对象所花的调整时间。
50年代末，成组技术初级阶段的成组加工迅速在前苏联以及东欧获得推广应用。
与此同时，成组加工也被传播到西欧。
原来米氏只是把成组加工局限在机械加工领域，及至50年代末，却逐渐从机械加工延伸到其他更加广泛的领域。
因此，成组加工也旋即改称为成组工艺。
60年代初到60年代中期由原捷克斯伐克的卡洛茨和英国的伯别奇提出了分类编码系统及提出了生产流程分析原理，借此找出工艺相似的零件组，以建立与之对应生产单元，从而使企业的物流路线和生产流程更趋合理，有效的解决了多工序零件的成组加工问题，特别是生产管理问题。
由此而使成组工艺进一步发展成为一种把生产技术与组织管理揉合成一体的综合技术－成组技术。
通过世界各国具体而深入地应用和研究成组技术，极大地丰富和发展了米氏的原理，而使这更瑧完善。
今天，成组技术已成为生产合理化和现代化的一项基础技术。
§1-2零件分类编码系统在成组技术中的作用
1-2.1零件分类编码系统概述
零件分类编码系统已经成为成组技术原理的重要组成部分，也是有效实施成组技术的重要手段，因此在实施成组技术的过程中，建立相应的零件分类编码系统，也就成为一项首要的准备工作。
最早实施成组技术时并未采用零件分类编码技术，那时对零件的分选主要用视检法，显然这种方法比较粗略。
为此，随着成组技术实践的深入和应用的需要，又提出了零件的分类编码技术和分类编码系统。
就零件的分类编码理论而言，可以说至今还未完备。
因此，世界上的零件分类编码系统层次不穷。
但是，随着人们的不断实践和总结经验，产品零件的分类编码理论必将日益完善，从而终将出现比较典型的通用分类编码系统。
1-2.2零件分类编码的作用
零件分类是成组技术的基础，分类的合理与否直接影响到成组技术的效果，因此国外对成组技术的分类方法很重视。
随着电子计算机和电子数据处理系统的发展，以采用电子计算机进行零件的分类和编码。
其作用为：
1）提高设计工作的标准化与合理化
零件分类编码后，可建立零件图册，实现产品零件的标准化、合理化，与扩大零件通用化的程度，减少设计工作量。
2）有助于工件分类归并成组（族），推行成组加工
利用适宜的零件分类系统，可以划分零件组，制定成组零件的工艺路线，选择设备进行成组加工。
3）有利于生产管理科学化
利用分类编码系统，可借助计算机实现生产管理科学化和现代化。
1-2.3零件分类原理和概念
分类是欲使相似或相同事物聚合在一起，而却又使相异的事物彼此分开。
它是人类认识客观世界的重要工具，是科学赖以生产的基础。
分类系统是为达到一定分类目的和要求而采用的相应分类原理规则和步骤所构成的一个体系总称。
目前国内外在实施成组技术中已经采用的分类系统为数甚多，归结起来有以下基本形式：
1.按横向分类环节多少来分：
（1）少环节分类系统这类分系统的横向分类环节数量一般≤9。
主要适用于手工分类场合，以便记忆和实际使用。
（2）多环节分类系统这类分类系统的横向公分类环节数量都在＞9。
主要宜于采用计算机辅助分类。
因为横向分类环节多则不便于人要记忆，所以易于发生分类差错.
2．按横向分类环节间的相互关系来分：
（1）独立环节的分类系统若系统内各横向分类环节这之间彼此完全独立而互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节。
（2）关联环节的分类系统一般地说，若系统中相邻横向分类环节之间有从属关系而相互关联，则这样的横向分类环节便称作关联环节。
通常在关联环节中，都是后面一个横向分类环节从属于前面一个横向分类环节。
（3）混合环节的分类系统这种分类系统中的横向分类环节既有独立环节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结构的混合结构。
3．按分类系统的用途来分
（1）供设计检索用的分类系统这种系统的主要特点在于所选用的分类标志偏重在零件结构特征方面。
（2）供工艺标准化用的分类系统这种主要偏重零件的工艺特点。
（3）设计与工艺兼顾的分类系统目前许多分类系统都是制订成设计与工艺兼顾的。
4．按分类系统结构的表达形式分
（1）表格式分类系统这种用表格形式来表达的分类系统，是目前流行的表达形式。
（2）决策树式分类系统这是一种新的、有发展前途的表达形式。
1-2.4零件的编码原理
1．编码的目的
它是用规定的字符来代表复杂的概念
2.编码的作用
（1）用于简单的字符来代替对事物复杂的特征和属性概念的描述，因此可以利用计算机作分类处理。
（2）便于信息的传输、存储和检索。
（3）相同编码的信息可以避免重复存储。
（4）便于共用数据库。
3.编码所用代码的类型
（1）用阿拉伯数字作代码
（2）用英文字母作代码
（3）数字-字母混合作为代码
4．选择代码的原则
（1）紧凑性
（2）易辨认性
（3）具有用计算机处理的可能性
§1-3零件分类系统的实例分析
1-3.1VUOSO零件分类编码系统
VUOSO零件分类编码是成组技术中最早出现的零件的零件分类编码系统。
它是前捷克斯洛伐克金属切削机床研究所在KolocDr.制定的。
VUOSO是十进制四位代码系统，有四个横向分类环节，每个横向分类环节下含十个纵向分类环节，其基本构成为：
类———→级———→组———→型
↓↓↓↓
基本环节尺寸关系形状要素材料
第一横向分“类”环节下，设有8个纵向分类环节。
其中代码1～5供回转体（指一般回转体类和带齿形或键的回转体）零件用，6、7供非回转体类（指不规则形体类和箱体类）零件用。
8则供其他工艺方法制成的零件用。
0和9空着可作备用。
第二环节“级”主要用来区分零件的重量和大小。
借此也同时描述零件的基本形状。
有助于选择加工时所用的机床型号和装夹方法。
第三环节“组”，主要是在上述两个分类环节所确定的零件基本形状的基础上，进一步描述零件结构形状的细节。
第四环节“型”，主要用来表示零件所用的材料和毛胚种类，这是一个独立的环节，并不属于前面的横向分类环节。
1-3.2OPITZ零件分类编码系统
OPITZ系统是一个十进制的九位代码和混合结构分类编码系统。
它由德国Aachen工业大学H.Opitz教授领导的机床和生产工程实验室所开发。
其主要结构为：
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ
零件类别码形状尺寸码辅助码
Ⅰ：
按是否回转体分类Ⅱ：
外形尺寸要素
Ⅲ：
内形要素Ⅳ：
材料平面加工
Ⅴ：
辅助孔及齿轮Ⅵ：
主要尺寸
Ⅶ：
材料及热处理Ⅷ：
毛胚原始材料及形状
Ⅸ：
精度
1-3.3KK-3零件分类编码系统
KK-3系统是由日本通产省机械技术研究所提出草案。
复经日本机械振兴协会成组技术研究会下属的零件编码系统分多次讨论修改的结果。
1-3.4JLBM-1零件分类编码系统
JLBM-1系统是由我国机械工业部门为在机械加工中推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统。
这一系统经过先后四次修订已于1984年正式作为我国机械工业部的技术指导资料。
第二章零件的作用和结构工艺性分析及系统编码
§2-1零件的工艺性分析
2-1.1零件的作用
法兰盘是一个统称，通常是指在一个类似盘状的金属体色的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西，它的作用是连接及传动。
在此次设计内齿圈属于齿轮法兰盘系列，该产品是用于银川起重机厂的起重机的一个传动零件，该零件依靠内齿进行动力、力矩传动，故齿部要求淬火硬度达到HRC33～HRC38，其中孔n-D8要和别的零件配合而精度要求。
图2-1.1
由于起重机设备的型号各不相同，所以用到的内齿圈有4种不同的系列的尺寸。
如表2-1.1
图号
S31-72
S32-72
S33-72
S34-72
D0
φ100h9
φ120h9
φ140h9
φ170h9
D1
φ170
φ185
φ220
φ250
D2
φ105
φ120
φ150
φ175
D3
φ90H9
φ105H9
φ130H9
φ155H6
D4
φ94H12
φ105H9
φ134H12
φ160H12
D5
φ85
φ105
φ120
φ155
D6
φ71H9
φ91H9
φ115.2H9
φ139.2H9
D7
φ140
φ155
φ185
φ215
n－D8
6-φ13H9
6-φ13H9
6-φ17H9
8-φ17H9
D9
φ11
φ11
φ14
φ14
M×Z
φ75
φ95
φ120
φ144
M
M6-6H
M6-6H
M8-6H
M8-6H
L0
55.5
72.5
87.5
111.5
L1
22
23.5
24
29.5
L2
2.3
2.3
2.8
3.3
L3
2.7±0.06
3.2±0.08
3.2±0.08
3.2±0.08
L4
2
2
2
2
L5
17
17
20
20
L6
15.7
27
35.5
47
L7
8.5
8.5
10
10
钻模
ZJ21193
ZJ21-194
ZJ21-200
ZJ21-197
L9
22
22
25
25
L8
10
10
10
10
表2-1.1
由表2-1.1可见这四种零件虽然尺寸不一样,但是结构、形状一致，故可以采用成组技术。
可将这四种为一组，采用相同的加工方法来加工。
2-1.2零件的结构分析
该零件的材料为45钢，刚度、硬度都比较大。
可用于重载和承受较大圆周速度的传动。
该零件形状简单，由于是用在起重机上，所以一般为单件小批量生产，为了提高生产效率采用成组技术。
在图2-1.1中我们可以看到齿面的它是主要的受力面，用于传动力矩，因此齿部要淬火。
盘底孔n-D8的同轴度的要求不高，而且孔与孔之间的位置度要求也不高，属于自由公差，但是在加工中还是一定要保证其精度。
最好用钻套和分度盘来加工，保证精度和位置度。
又端面和G面的精度也较高，在精加工中可以在数控机床上加工。
§2-2应用OPITZ编码系统编码
2-2.1内齿圈的OPITZ分类编码
OPITZ编码系统部分内容前面我们已经提到过了，主要参考《成组技术》（许香蕙、蔡建国编著.机械工业出版社，1987.11）
它的编码优点有：
系统的结构比较简单。
仅有9个横向分类环节，便于记忆和手
工分类；
系统的分类标志虽然形式上偏重于零件特征，但隐含着工艺信息；
不足之处有：
精度环节不够；
系统分类标志尚欠严密和准确；
总体结构看。
系统简单，但是局部十分复杂
码位
零件
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
S35-71
0
1
9
0
6
5
4
7
2
S36-71
0
1
9
0
6
5
4
7
2
S37-71
0
1
9
0
6
5
4
7
2
S38-71
0
1
9
0
6
5
4
7
2
内齿圈零件组OPITZ分类编码表2-2.1
由表2-2.1分析计算得出：
Ⅰ位：
都是回转体，所以为“0”；
Ⅱ位：
外形都是规则的回转体；
Ⅲ位：
有功能槽齿轮台阶；
Ⅳ位：
无平面加工要求；
Ⅴ位：
内孔有圆柱齿轮的齿；
Ⅵ位：
外圆最大直径；
Ⅶ位：
材料为45钢，需要局部热处理；
Ⅷ位：
毛胚原始形状，锻件；
Ⅸ位：
外形有同轴度要求；
2-2.2零件码域表
根据OPITZ编码，画出下表2-2.2：
Ⅰ
Ⅱ
升级会员 