諧波減速器零件成組工藝過程設(shè)計與成組夾具設(shè)計-機(jī)械工程碩士論文

諧波減速器諧波減速器零件零件成組工藝過程設(shè)計成組工藝過程設(shè)計 與成組夾具設(shè)計與成組夾具設(shè)計 Design of group processes and group fixtures for Harmonic Reducer Parts 工程領(lǐng)域 機(jī)械工程 研 究 生 殷紅峰 指導(dǎo)教師 張世昌 企業(yè)導(dǎo)師 張保杰 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2013 年 5 月 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得 的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng) 發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得 天津大學(xué)天津大學(xué) 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué) 位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已 在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解 天津大學(xué)天津大學(xué) 有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。 特授權(quán) 天津大學(xué)天津大學(xué) 可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué) 校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 （保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明） 學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 I 摘摘 要要 諧波傳動減速器（簡稱諧波減速器）是一種新型減速器，由于其具有減速比 大、重量輕、傳動效率高、噪聲小等特點，已在機(jī)器人、機(jī)床、儀器儀表、醫(yī)療 器械等領(lǐng)域得到應(yīng)用。H 公司是一家設(shè)計、研發(fā)和生產(chǎn)諧波減速器的企業(yè)，技術(shù) 力量較強(qiáng)，但由于產(chǎn)品多為單件和小批量，制約了生產(chǎn)效率的提高。為改變這種 狀況，公司決定全面實施成組技術(shù)，本課題即在此背景下展開。 論文主要完成以下工作： 1. 對成組技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及成組技術(shù)實施的主要問題進(jìn)行總結(jié)和綜述， 為公 司制定實施成組技術(shù)總體規(guī)劃提供參考。 2. 設(shè)計諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)， 為企業(yè)全面實施成組技術(shù)提供統(tǒng)一標(biāo) 識。 3. 制定諧波減速器零件機(jī)械加工成組工藝規(guī)程，規(guī)范和統(tǒng)一現(xiàn)有加工工藝， 為劃分成組生產(chǎn)單元和組織成組生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。 4. 針對企業(yè)加工中主要依靠劃線找正方法的現(xiàn)狀， 設(shè)計諧波減速器零件加工 成組夾具，為提高生產(chǎn)效率和保證加工質(zhì)量提供技術(shù)支持。 以上工作已在企業(yè)生產(chǎn)中部分實施，取得良好效果。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：諧波減速器；成組技術(shù)；成組編碼；成組工藝過程；成組夾具 II ABSTRACT Harmonic drive reducer is a new type reducer, which possesses advantages of large reduction ratio, light weight, high efficiendy, low noise etc, widely used in many cases, shuch as robot, machine tool, instrument and apparatus, medical appliance, and so on. H Company is an enterprise being engaged in design and product Harmonic drive reducers, has strong technical power, but due to the small-lot in production, restricting the increase of production efficiency. In order to change this status, Company determines to full scale operation Group Technology. The topic is proposed in this background. The main works completed in this paper are as follows: 1. Group Technology development status and the main problems for GT application are summarized, aimed to provide reference for Company decisions about GT implementation. 2. The group code system of harmonic reducer parts is developed, this offered an unite identification for Gi in full operation. 3. The group processe of harmonic reducer parts maching is planned, to lay the foundation of group production. 4. Considering the current status slathering of lineation and alignment, group jigs and fixtures are designed, to providing technical support for increasing production efficiency and machining quality. The above works are carried out partially in actual production, and satisfactory results are achieved. KEY WORDS：Harmonic Drive Reducer; Group Technology; Group Process; Group Fixture III 目 錄 第一章 緒論 . 1 1.1 課題背景 1 1.2 成組技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用 2 1.2.1 成組技術(shù)的由來與發(fā)展 . 2 1.2.2 成組技術(shù)基本原理 . 3 1.2.3 實施成組技術(shù)的基本問題 . 4 1.2.3 成組技術(shù)的應(yīng)用 . 6 1.3 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排 8 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 9 2.1 諧波減速器介紹 9 2.1.1 諧波減速器工作原理 . 9 2.1.2 諧波減速器結(jié)構(gòu) . 14 2.1.3 諧波減速器特點 . 12 2.2 H 公司生產(chǎn)簡況 . 14 2.2.1 生產(chǎn)車間與設(shè)備 . 14 2.2.2 制造工藝 . 14 2.3 本章小結(jié) 15 第三章 諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計 . 16 3.1 成組編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 16 3.1.1 總體結(jié)構(gòu) . 14 3.1.2 碼位之間結(jié)構(gòu) . 14 3.1.3 碼位內(nèi)信息排列方式 . 18 3.1.4 OPITZ編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 18 3.2 諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計. 20 3.2.1 成組編碼系統(tǒng)設(shè)計思路 . 20 3.2.2 諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編碼規(guī)則 21 3.2.2 諧波減速器零件成組編碼舉例 26 2.3 本章小結(jié) 27 第四章 諧波減速器零件成組工藝過程設(shè)計 . 28 4.1 成組工藝過程設(shè)計方法. 28 4.1.1 綜合零件法 28 4.1.2 綜合路線法 29 4.1.3 計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計 30 IV 4.2 諧波減速器零件成組工藝過程設(shè)計 30 4.2.1 設(shè)計思路 30 4.2.2 諧波減速器零件加工成組工藝過程設(shè)計 . 30 4.2.3 殼體零件成組工藝過程設(shè)計 . 38 4.3 諧波減速器零件工藝過程設(shè)計 42 4.3.1 設(shè)計思路 42 4.3.2 諧波減速器零件工藝過程設(shè)計舉例 43 4.4 本章小結(jié) 45 第五章 諧波減速器零件加工成組夾具設(shè)計 . 46 5.1 成組夾具設(shè)計方法 46 5.1.1 成組夾具特點 46 5.1.2 成組夾具的調(diào)整方式 46 5.1.3 成組夾具設(shè)計 49 5.1.2 計算機(jī)輔助夾具設(shè)計 50 5.2 諧波減速器零件加工成組夾具設(shè)計. 51 5.2.1 成組夾具經(jīng)濟(jì)性分析 51 5.2.2 夾具元件圖形庫的建立 52 5.2.3 夾具裝配體生成 56 5.3 諧波減速器零件加工成組夾具設(shè)計. 58 5.3.1 設(shè)計思路 58 5.3.2 諧波減速器零件加工成組夾具實例分析 59 5.2.3 工程圖的轉(zhuǎn)換 67 5.4 本章小結(jié) 67 第六章 結(jié)論與展望 . 68 6.1 結(jié)論 68 6.2 展望 68 參考文獻(xiàn). 69 致謝. 74 第一章 緒論 1 第一章第一章 緒論緒論 1.1 課題背景課題背景 制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，擔(dān)負(fù) 著為國民經(jīng)濟(jì)各部門生產(chǎn)制造裝備的重任，因而是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。 諧波傳動減速器（簡稱諧波減速器）是一種技術(shù)含量較高的機(jī)械產(chǎn)品。與傳 統(tǒng)齒輪減速器相比，諧波減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、傳動比大、運 動平穩(wěn)、噪聲小等一系列優(yōu)點，目前已在航空航天、電子信息、儀器儀表、石油 化工、食品機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療器械、機(jī)器人等領(lǐng)域得到應(yīng)用7。但由于諧波 減速器制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，制約了其大面積擴(kuò)展應(yīng)用。 某諧波傳動有限公司（以下簡稱 H 公司）以設(shè)計、研發(fā)和生產(chǎn)各種諧波減速 器為主營業(yè)務(wù)。H 公司是我國最早研發(fā)和生產(chǎn)諧波減速器的企業(yè)之一，至今已有 近 50 年的歷史，該企業(yè)技術(shù)力量雄厚，匯集了眾多從事諧波傳動研究專家及設(shè) 計工程師，曾研發(fā)出多款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的諧波減速器新產(chǎn)品，獲得多項國家 專利。 諧波減速器的生產(chǎn)屬于典型的多品種、中小批量生產(chǎn)類型，產(chǎn)品品種規(guī)格繁 多，但通常生產(chǎn)批量較小，且往往需要根據(jù)用戶的特殊需求，專門設(shè)計和制造批 量有限的訂制產(chǎn)品。這種生產(chǎn)方式?jīng)Q定了諧波減速器的生產(chǎn)存在著一般多品種、 中小批量生產(chǎn)的共性問題：生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)成本較高，難以 滿足日益增長的社會需要。 H 公司 2005 年對用戶所做的的一份調(diào)查問卷中，超過一半的用戶將產(chǎn)品價 格和交貨期列為關(guān)注的重點；而在對潛在用戶的一份調(diào)查報告中顯示，約 80的 潛在用戶對諧波減速器感興趣，但因為受價格的約束，欲采用而一直未采用，或 短期內(nèi)還不準(zhǔn)備采用。 根據(jù)以上情況，為了適應(yīng)社會發(fā)展需求，擴(kuò)大市場規(guī)模和開拓新的市場，公 司將提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本列為企業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。而解決多品種、中 小批量生產(chǎn)方式生產(chǎn)率低下和經(jīng)濟(jì)效益不佳的有效方法之一是采用成組技術(shù)。故 此，公司做出全面實施成組技術(shù)戰(zhàn)略決策。 本課題即是 H 公司實施成組技術(shù)戰(zhàn)略部署的一個組成部分。 第一章 緒論 2 1.2 成組技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用成組技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 1.2.1 成組技術(shù)的由來與發(fā)展成組技術(shù)的由來與發(fā)展 隨著市場需求多樣化和多變性的不斷增長，多品種、中小批量生產(chǎn)在各類機(jī) 器生產(chǎn)中所占的比重越來越大，現(xiàn)已超過 70%，且有繼續(xù)增大的趨勢。傳統(tǒng)的多 品種、中小批量生產(chǎn)方式存在著許多問題，如： 1）生產(chǎn)領(lǐng)域普遍存在著“批量法則” ，特別是自上個世紀(jì)初開啟的大批量自 動化生產(chǎn)模式（Mass Production） ，使大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品獲得了高效率、高質(zhì)量和 低成本的優(yōu)勢，而多品種、中小批量生產(chǎn)則相反。由于生產(chǎn)批量小，難以采用高 效、自動化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝，致使其生產(chǎn)率長期低下。 2）多品種、中小批量生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。大批量生產(chǎn)中，生 產(chǎn)準(zhǔn)備時間和費用， 均攤到每個產(chǎn)品上微乎其微， 多品種、 中小批量生產(chǎn)則不然。 多品種、 中小批量生產(chǎn)總生產(chǎn)時間中， 不足 25% 的時間用于實際加工和裝配， 其余的時間均消耗在等待、周轉(zhuǎn)、調(diào)整機(jī)床、裝卸工件、對刀、測量、選配與修 配等輔助工作上。 3）設(shè)備利用率低，大材小用的現(xiàn)象十分普遍。據(jù)某工廠統(tǒng)計，在 CA6140 車床上， 實際加工的工件直徑 90%以上不足 100mm， 而該機(jī)床的設(shè)計能力為最大 加工直徑 400mm。 為了解決多品種、中小批量生產(chǎn)方式生產(chǎn)率低下和經(jīng)濟(jì)效益差的問題，人們 一直在尋求各種有效的方法，最終發(fā)展了成組技術(shù)。 最早系統(tǒng)提出成組技術(shù)思想的是前蘇聯(lián)科學(xué)院院士 ，其代表 作“成組工藝科學(xué)原理” ，發(fā)表于上個世紀(jì) 50 年代。上個世紀(jì) 60 年代，西歐各 國開始研究成組技術(shù)，并迅速形成研究熱潮。其中，最具代表性的人物是德國阿 亨工業(yè)大學(xué)的 Opitz 教授。他所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)行了大量調(diào)查研究工作，為成 組技術(shù)的確立和實施奠定了堅實的基礎(chǔ)。由他領(lǐng)導(dǎo)制定的分類編碼系統(tǒng)流傳甚廣， 直至今日在世界范圍內(nèi)仍有極大的影響和重要參考價值。 美國、日本等國家開始接受成組技術(shù)思想較晚，但發(fā)展較快，并將其與計算 機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代生產(chǎn)模式聯(lián)系起來，使之成為一種先進(jìn)的制造哲理（Manufacturing Philosophy）被人們廣泛接受，構(gòu)成現(xiàn)代制造技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)之一。 成組技術(shù)的發(fā)展過程經(jīng)歷了由成組加工成組工藝成組技術(shù)成組生產(chǎn) 系統(tǒng)的幾個階段3。 1）成組加工 在一臺機(jī)床上，將使用夾具相同、加工方法相似、加工工步 相近的一批零件，放在一起加工，可顯著提高生產(chǎn)效率，縮短機(jī)床調(diào)整時間。 第一章 緒論 3 2）成組工藝 將加工過程相似的若干種零件組成零件組，制定統(tǒng)一的零件 組加工工藝過程； 進(jìn)一步將零件組的加工設(shè)備組成機(jī)床組， 形成零件組生產(chǎn)單元， 設(shè)計和制作成組夾具，顯著提高零件的加工效率，并易于保證零件的加工質(zhì)量。 3）成組技術(shù) 將成組思路從制造工藝擴(kuò)展到產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)管理方面，形 成全方位的成組技術(shù)，可使企業(yè)獲得更顯著的經(jīng)濟(jì)效果。 4）成組生產(chǎn)系統(tǒng) 將成組技術(shù)與現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)相結(jié)合，使其發(fā)展成為現(xiàn)代 制造技術(shù)的一個理論基礎(chǔ)6。 1.2.2 成組技術(shù)基本原理成組技術(shù)基本原理 成組技術(shù)是一門生產(chǎn)技術(shù)，普遍存在于各個生產(chǎn)領(lǐng)域。其基本原理是利用事 物的相似性，將相似的問題分類成組，以尋求解決某一類問題的最優(yōu)方案。 在機(jī)械制造領(lǐng)域中，成組技術(shù)可以被定義為3：將多種零件按其相似性分類 成組， 并以這些零件組為基礎(chǔ)組織生產(chǎn)， 實現(xiàn)多品種、 中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計、 制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化。 機(jī)械制造領(lǐng)域采用成組技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面： （1）規(guī)模效益 將零件按其相似性分類成組，使同一類零件分散的小批量生產(chǎn)，匯合成較大 批量的成組生產(chǎn)，從而使多品種、中小批量生產(chǎn)可以獲得接近大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì) 效果。 （2） “重復(fù)使用”原則 在市場需求日益向多樣化和個性化發(fā)展的今天，產(chǎn)品生產(chǎn)批量有不斷減小的 趨勢，但成組技術(shù)仍不失為是一種“制造哲理”3 ，主要體現(xiàn)在“重復(fù)使用”原 則上： 1）資源重復(fù)使用，可以顯著降低生產(chǎn)成本。 2）學(xué)習(xí)效應(yīng)，即作業(yè)熟練程度的增加，有利于提高生產(chǎn)效率。 1.2.3 實施成組技術(shù)的基本問題實施成組技術(shù)的基本問題 實施成組技術(shù)的基本問題包括制定零件成組分類編碼系統(tǒng)，劃分零件組，編 制成組工藝過程，建立成組生產(chǎn)單元，設(shè)計和制作成組夾具，制定成組生產(chǎn)進(jìn)度 計劃和作業(yè)計劃等。 1. 制定零件成組分類編碼系統(tǒng)制定零件成組分類編碼系統(tǒng) 如前所述，機(jī)械制造領(lǐng)域采用成組技術(shù)的基本方法是利用零件的相似性，將 其分類成組，并以這些零件組為基礎(chǔ)組織生產(chǎn)。為此，必須首先對零件的相似特 第一章 緒論 4 征進(jìn)行描述和識別，而一套完整描述和識別零件有關(guān)特征的規(guī)則和依據(jù)，便是零 件分類編碼系統(tǒng)。 最早提出零件分類編碼系統(tǒng)的是德國的 Opitz 教授，他在上世紀(jì) 60 年代所構(gòu) 建的零件分類編碼系統(tǒng)被稱為 Opitz 編碼系統(tǒng)。之后幾十年內(nèi)，世界上開發(fā)和使 用的分類編碼系統(tǒng)多達(dá)數(shù)百種，其中應(yīng)用較廣泛的有 KK 系統(tǒng)（日本） ，Miclass 系統(tǒng)（荷蘭） ，Sulzer 系統(tǒng)（瑞士） ，以及 JLBM-1 系統(tǒng)（中國）等。這些系統(tǒng)均 具有自己的特點，同時又具有一定的通用性，企業(yè)可根據(jù)需要直接無償選用，也 可在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮笮纬尚碌某山M編碼系統(tǒng)。當(dāng)然，企業(yè)也 可根據(jù)成組技術(shù)原理，自行開發(fā)適合企業(yè)特殊要求的成組編碼系統(tǒng)。 2. 劃分零件組劃分零件組 在制定或選用合適的零件分類編碼系統(tǒng)之后，需要根據(jù)零件的相似性劃分零 件組，這是實施成組技術(shù)的關(guān)鍵。對于不同的技術(shù)領(lǐng)域，劃分零件組的概念不完 全相同5。在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，通常要求按零件結(jié)構(gòu)相似特征（包括零件形狀、尺 寸、結(jié)構(gòu)、精度等）劃分零件組；在機(jī)械加工領(lǐng)域，通常按零件工藝相似特征（包 括加工方法、 工藝路線、 使用的設(shè)備與工裝等） 劃分零件組； 而在生產(chǎn)管理領(lǐng)域， 則常常根據(jù)產(chǎn)品構(gòu)成特征、零件工藝路線特征及零件投產(chǎn)時間特征等劃分零件組。 由于零件的工藝特征涉及面較廣，牽涉企業(yè)多個部門和生產(chǎn)活動的多個環(huán)節(jié)，因 而就企業(yè)整個生產(chǎn)過程而言，常常首選按零件工藝特征劃分零件組。 劃分工藝相似零件組的方法主要有三種類型，分別是目視法、分類編碼法和 生產(chǎn)流程分析法2。 （1）目視法 這是一種完全依靠人工劃分零件組的方法。工藝工程師根據(jù)個人的經(jīng)驗和直 覺，將所有零件劃分成若干個不同的零件組。這種分組方法完全決于工藝人員個 人的經(jīng)驗和水平，往往難以取得最優(yōu)結(jié)果，且效率低下，僅在實施成組技術(shù)初期 或生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)使用。 （2）分類編碼法 顧名思義，這種方法首先對零件進(jìn)行分類編碼，然后主要根據(jù)零件的成組編 碼，劃分零件組。這種方法又可細(xì)分為兩種：特征碼位法和碼域矩陣法。 1）特征碼位法 將編碼系統(tǒng)中影響零件工藝特征的主要碼位確定為特征碼 位， 只要零件編碼在特征碼位上相同， 就視為同一個零件組。 這種方法簡單易行， 但考慮問題不夠全面。特征碼位選取過少，不能保證同組零件之間的相似性；特 征碼位選取過多，又會使劃分到一個零件組的零件數(shù)目過少。 2）碼域矩陣法 為了克服了特征碼位法的不足，需要考慮所有碼位特征。 但若要求零件所有碼位編碼系統(tǒng)，則過于苛刻。解決的辦法是劃定一定的碼域， 第一章 緒論 5 即每個碼位給出一定的范圍，便形成 “碼域矩陣” （又稱“零件組矩陣） ，如圖 1-1 所示。碼域矩陣為每個零件組規(guī)定了一個相應(yīng)的碼域，凡零件的編碼落在該 碼域內(nèi)，就可將該零件劃分到這個零件組。 a）零件組代表零件與復(fù)合零件 b）零件組碼域矩陣 圖 1-1 碼域矩陣與綜合零件 采用分類編碼法劃分零件組的優(yōu)點是根據(jù)零件設(shè)計圖紙即可劃分零件組，且 易于計算機(jī)處理。在計算機(jī)集成環(huán)境下，采用分類編碼法劃分零件組有利于實現(xiàn) CAD 與 CAPP 系統(tǒng)的連接。 采用分類編碼法劃分零件組的缺點是對零件分類編碼系統(tǒng)要求較高，要能充 分反映零件的工藝信息。否則難以保證零件組內(nèi)所有零件的工藝相似性。 （3）生產(chǎn)流程分析法 生產(chǎn)流程分析法按零件的加工工藝過程及所用設(shè)備劃分零件組。顯然這種方 法能保證零件組內(nèi)所有零件工藝過程的相似性。 采用生產(chǎn)流程分析法劃分零件組，需首先編制每一個零件的工藝過程，然后 根據(jù)零件工藝過程建立相應(yīng)的零件機(jī)床矩陣，再以此矩陣為基礎(chǔ)，采用不同方 法 （如核心零件法、 順序分枝法、 聚類分析法、 二進(jìn)制數(shù)排序法等）劃分零件組， 最后憑設(shè)計者的經(jīng)驗和判斷力或通過機(jī)床負(fù)荷計算，對已劃分的零件組進(jìn)行適當(dāng) 的調(diào)整，得到最終結(jié)果。 采用生產(chǎn)流程分析法劃分零件組的一個重要優(yōu)點是在劃分零件組的同時可 以形成機(jī)床組，而機(jī)床組是建立成組生產(chǎn)單元的基礎(chǔ)。 3. 建立成組生產(chǎn)單元建立成組生產(chǎn)單元 零件組劃分好以后， 需制定零件組的成組工藝， 確定零件組加工所用的機(jī)床， 再通過機(jī)床負(fù)荷計算確定機(jī)床臺數(shù)，也即建立了成組生產(chǎn)單元。 9 碼位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 碼 域 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 第一章 緒論 6 建立成組生產(chǎn)單元時，可按下式計算單元內(nèi)機(jī)床的數(shù)量： F tN Q m i iji j 1 （1-1） 式中 Qj第 j 種機(jī)床的計算臺數(shù)； N i 第 i 種零件年產(chǎn)量； tij 第 i 種零件在 j 機(jī)床上的單件加工時間； m 單元內(nèi)加工零件的種數(shù)； F 機(jī)床年臺時基數(shù)。 成組生產(chǎn)單元是一種先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式。傳統(tǒng)上，多品種、小批量生產(chǎn)車 間，機(jī)床按機(jī)群式布局，生產(chǎn)單位按機(jī)床類型劃分班組，這造成了生產(chǎn)的不連貫 和物流的混亂。在成組生產(chǎn)單元內(nèi)，工件可以有序地流動，縮短了周轉(zhuǎn)時間，減 少了物流成本，見圖 1-24。同時，成組生產(chǎn)單元使零件加工在單元內(nèi)封閉起來， 有利于調(diào)動一線工人的積極性，有利于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。 a）機(jī)群式布局 b）成組單元布局 圖 1-2 機(jī)群式布局與成組單元機(jī)床布置形式比較 1.2.4 成組技術(shù)的成組技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用 1成組技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用成組技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用 在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用成組技術(shù)的成效主要表現(xiàn)在兩個方面： （1）減少設(shè)計工作量 在零件（部件或產(chǎn)品）的設(shè)計過程中，可以利用零件（部件或產(chǎn)品）編碼， 檢索并調(diào)出已設(shè)計過的與之相似的零件（部件或產(chǎn)品） ，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行局部修 改，形成新的零件（部件或產(chǎn)品） 。這可以大大減少零件設(shè)計工作量，并可減少 進(jìn)出料口 進(jìn)料口 出料口 L G G L L A M M D D G G G L L L L L L M A M M M D D A 進(jìn)出料口 第一章 緒論 7 工藝準(zhǔn)備工作和降低制造費用。在參數(shù)化設(shè)計已廣泛應(yīng)用的今天，這一優(yōu)越性得 到充分的展現(xiàn)。 （2）提高標(biāo)準(zhǔn)化程度 在產(chǎn)品和零部件設(shè)計中采用成組技術(shù)，有利于提高設(shè)計和制造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化 的程度。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化是工藝標(biāo)準(zhǔn)化的前提，而制造工藝標(biāo)準(zhǔn)化對合理組織生產(chǎn)至 關(guān)重要。 2成組技術(shù)在加工工藝方面的應(yīng)用成組技術(shù)在加工工藝方面的應(yīng)用 成組技術(shù)最初源于成組加工，之后進(jìn)一步發(fā)展成為成組工藝。實施成組加工 和成組工藝， 有利于提高操作工人的熟練程度和設(shè)備利用率， 從而提高生產(chǎn)效率。 采用成組工藝后，人為地擴(kuò)大了生產(chǎn)批量，使多品種、中小批量生產(chǎn)可以取得接 近大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效果。 采用成組加工和成組工藝，還有利于提高工裝系數(shù)。傳統(tǒng)上，多品種、中小 批量生產(chǎn)中考慮成本因素，較多使用劃線找正等人工方法，而較少使用專用工藝 裝備，致使生產(chǎn)效率低下，且不容易保證加工質(zhì)量。采用成組技術(shù)后，有條件設(shè) 計和使用成組工藝裝備，為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力支持。 3成組技術(shù)在生產(chǎn)管理方面的應(yīng)用成組技術(shù)在生產(chǎn)管理方面的應(yīng)用 首先，成組生產(chǎn)單元是一種先進(jìn)的的生產(chǎn)組織形式。在成組生產(chǎn)單元內(nèi)，零 件加工過程被封閉起來，責(zé)、權(quán)、利集中在一起，生產(chǎn)一線人員的積極性和責(zé)任 感被充分地調(diào)動起來。 其次，按成組工藝進(jìn)行加工，可使零件加工流向基本相同（圖 1-2b） ，可以 減少工件運動距離，同時也有利于作業(yè)計劃的安排。這是因為組內(nèi)零件按相同順 序加工，其作業(yè)計劃的制定變得簡單許多，易于實現(xiàn)優(yōu)化10。 需要指出的是采用成組技術(shù)需要按零件組制定零部件生產(chǎn)進(jìn)度計劃，這是對 傳統(tǒng)的按產(chǎn)品制定生產(chǎn)計劃方式的巨大挑戰(zhàn)，因而成為一些企業(yè)推行成組技術(shù)的 阻力。要克服這種阻力，僅靠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念還不夠，而必須充分應(yīng)用信息技術(shù)和 采用計算機(jī)輔助生產(chǎn)管理方法。 1.3 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排 根據(jù) H 公司實施成組技術(shù)的戰(zhàn)略部署和執(zhí)行計劃， 確定本文主要研究工作如 下： 1） 制定諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)， 為公司實施成組技術(shù)提供必要手段。 對編碼系統(tǒng)的基本要求是簡單、實用，并最好能與已有的零件圖號對應(yīng)起來。 2）諧波減速器零件成組工藝過程設(shè)計和工序設(shè)計。除剛輪、柔輪和凸輪三 大件工藝比較特殊外，將大、中、小型軸類、盤套類、殼體類、支座類、雜件類 第一章 緒論 8 等 15 個系列約 200 種零件劃分成 14 個零件組，分別編制其零件組的成組工藝， 并完成零件組內(nèi)各零件的工藝過程設(shè)計和工序設(shè)計。設(shè)計的原則是盡量與現(xiàn)有工 藝保持一致，以實現(xiàn)制造工藝的平穩(wěn)過渡。同時也要兼顧企業(yè)的技術(shù)發(fā)展，特別 是數(shù)控機(jī)床的使用。 3）諧波減速器零件成組夾具設(shè)計。長期以來，由于零件加工批量較小，除 一部分加工采用通用夾具外，大多采用劃線找正方法裝夾零件，極少使用專用夾 具。實施成組工藝后，需要設(shè)計和制作一批成組夾具，以提高生產(chǎn)效率和保證加 工質(zhì)量。成組夾具設(shè)計的原則是保障生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)合理，急用優(yōu)先，逐步完成。在 設(shè)計過程中，注意充分挖掘和利用現(xiàn)有軟件功能，從實用角度出發(fā)，盡量不做或 少做二次開發(fā)，以較小投入獲得較好效果。 論文章節(jié)安排如下： 第一章緒論， 說明課題背景， 對機(jī)械制造中的成組技術(shù)原理及應(yīng)用進(jìn)行綜述， 闡述論文主要研究內(nèi)容即章節(jié)安排。 第二章介紹諧波減速器工作原理及結(jié)構(gòu)特點， 以及 H 公司生產(chǎn)諧波減速器的 工藝現(xiàn)狀，為后續(xù)內(nèi)容的展開進(jìn)行鋪墊。 第三章為諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計。主要參考 Opitz 分類編碼系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框架，充分考慮諧波減速器零件的特點，構(gòu)建簡單實用的編碼系統(tǒng)，并與已 有的零件圖號對應(yīng)起來。 第四章闡述諧波減速器零件成組工藝設(shè)計。結(jié)合公司現(xiàn)行生產(chǎn)工藝，考慮公 司今后發(fā)展，采用綜合零件法設(shè)計成組工藝，并進(jìn)一步利用計算機(jī)輔助工藝過程 設(shè)計原理和方法，實現(xiàn)零件組內(nèi)具體零件的工藝過程設(shè)計和工序設(shè)計。 第五章為諧波減速器零件加工成組夾具設(shè)計。通過兩個實例，介紹如何通過 使用 SolidWorks 軟件進(jìn)行成組夾具計算機(jī)輔助設(shè)計的方法和過程， 并對成組夾具 設(shè)計中的關(guān)鍵問題進(jìn)行討論。 第六章對全文進(jìn)行總結(jié)，并提出進(jìn)一步研究的設(shè)想。 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 9 第二章第二章 諧波減速器介紹及諧波減速器介紹及 H H 公司生產(chǎn)概況公司生產(chǎn)概況 2.1 諧波減速器介紹諧波減速器介紹 2.1.1 諧波減速器工作原理諧波減速器工作原理 諧波齒輪傳動（簡稱諧波傳動）是一種依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞 動力和運動的行星齒輪傳動。諧波齒輪減速器（簡稱諧波減速器）則是基于諧波 傳動的減速器，它實際上是利用行星齒輪傳動原理發(fā)展起來的一種新型減速器。 諧波減速器主要由三個基本構(gòu)件（稱為諧波減速器三大件）組成： 1）帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（稱為剛輪），它相當(dāng)于行星輪系中的中心 輪； 2）帶有外齒圈的柔性齒輪（稱為柔輪），它相當(dāng)于行星輪系中的行星 齒輪； 3）波發(fā)生器 H（又稱為凸輪），它相當(dāng)于行星輪系中的行星架。 三個構(gòu)件可任意固定一個，其余兩個一個為主動、一個為從動，可實現(xiàn)減速 或增速（固定傳動比） ，也可變換成兩個輸入，一個輸出，組成差動傳動，其工 作原理如圖 2-1 所示。 圖 2-1 諧波減速器工作原理 作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。 剛輪 柔輪 波發(fā)生器 柔性軸承 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 10 波發(fā)生器 H 是一個桿狀部件，其上裝有柔性滾動軸承構(gòu)成滾輪，與柔輪 的內(nèi)壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小 于波發(fā)生器的周長。波發(fā)生器是使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形的構(gòu)件，最簡單的 形狀為橢圓（參考圖 2-1）。波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先 的圓形變成橢圓形，其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合，而短軸兩端 附近的齒則與剛輪完全脫開，周長上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀 態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛 輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入，周而復(fù) 始地進(jìn)行，從而實現(xiàn)柔輪相對剛輪沿波發(fā)生器 H 相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。 波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周，柔輪上某點變形的循環(huán)次數(shù)稱為波數(shù)，以 n 表示。 常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動的柔輪應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)比較簡單，易于 獲得大的傳動比。故為目前應(yīng)用最廣的一種。 諧波齒輪傳動的柔輪和剛輪的周節(jié)相同，但齒數(shù)不等，通常采用剛輪與 柔輪齒數(shù)差等于波數(shù)，即 nzz 12 （2-1） 式中 z2、z1分別為剛輪與柔輪的齒數(shù)。 當(dāng)剛輪固定、發(fā)生器主動、柔輪從動時，諧波齒輪傳動的傳動比為 12 1 zz z i （2-2） 上式負(fù)號表示柔輪的轉(zhuǎn)向與波發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相反。 雙波傳動中， 2 12 zz，由于柔輪齒數(shù)很多，因此諧波減速器可獲得很大的傳動比。 2.1.2 諧波減速器結(jié)構(gòu)諧波減速器結(jié)構(gòu) 諧波減速器品種規(guī)格繁多，形狀結(jié)構(gòu)也有所差異，但其基本結(jié)構(gòu)相似， 即以三大件為核心構(gòu)成一個完整的減速裝置。下面僅以小型單級諧波減速器 為例說明其基本結(jié)構(gòu)。 圖 2-2 所示為一單級諧波減速器典型結(jié)構(gòu)圖，圖 2-2 為該諧波減速器部 件分解圖。 由圖可見，剛輪的外圓與殼體圓柱孔配合，并通過螺釘連接在殼體上， （連接后使用兩個圓柱銷定位）。柔輪與減速器的輸出軸（低速軸）連接在 一起（或做成一體），并與軸承、隔環(huán)等裝配在一起構(gòu)成輸出軸組件。該組 件再通過軸承定位在殼體中。波發(fā)生器（凸輪）則通過鍵連接固定值輸入軸 （高速軸）上，柔性軸承的內(nèi)圈與波發(fā)生器過盈配合連接，連同軸承等構(gòu)成 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 11 輸入軸組件。該組件通過軸承分別與輸出軸內(nèi)孔和端蓋小孔配合。端蓋的大 圓柱孔也與剛輪配合，并通過剛輪實現(xiàn)與殼體的對中，再用螺釘連接完成整 個減速器的裝配。 1.裝配時修磨隔環(huán)或調(diào)整墊，保證無軸向位移， 柔性軸承 技術(shù)要求 剛輪 凸輪 調(diào)整墊 輸入軸 端蓋柔輪(輸出軸) 透氣塞 XB1-XX 共 張審核 會簽 批準(zhǔn) 諧波減速器 隔環(huán) 比例 重量 1:1 第 張 殼體 且轉(zhuǎn)動靈活。 2.按規(guī)范進(jìn)行跑合，跑合后拆洗檢查重新裝配， 設(shè)計 校對 序號名 稱規(guī) 格數(shù)量材料備 注 接縫處涂真空密封脂。 圖 2-1 單級諧波減速器裝配圖 圖 2-2 單級諧波減速器部件分解圖 剛輪 柔輪 波發(fā)生器 殼體 端蓋 柔性軸承 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 12 2.1.3 諧波減速器特點諧波減速器特點 通過分析諧波減速器的工作原理和結(jié)構(gòu)，可以看出諧波傳動具有如下特點： （1）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕 諧波齒輪傳動的主要構(gòu)件只有三個：波發(fā)生器、柔輪、剛輪。與傳動比相當(dāng) 的普通減速器比較，其零件數(shù)減少約 50%，體積和重量均減少 1/3。 （2）傳動比范圍大 單級諧波減速器傳動比可達(dá) 50300（優(yōu)選為 75250）； 雙級諧波減速器傳動比可達(dá) 300060000； 復(fù)波諧波減速器傳動比可達(dá) 200140000。 （3）同時嚙合的齒數(shù)多，承載能力大 雙波諧波減速器同時嚙合的齒數(shù)可達(dá)30%， 甚至更多。 而在普通齒輪傳動中， 同時嚙合的齒數(shù)只有 27%， 對于直齒圓柱漸開線齒輪同時嚙合的齒數(shù)只有 12 對。由于同時嚙合齒數(shù)多，使諧波傳動與普通齒輪傳動相比具有精度高、承載能 力大的特點。 （4）運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小 齒的嚙入、嚙出是隨著柔輪的變形，逐漸進(jìn)入和逐漸退出剛輪齒間的，嚙合 過程中齒面接觸，滑移速度小，且無突然變化。 （5）傳動效率高，齒面磨損小 與相同速比的其它傳動相比，諧波傳動由于運動部件數(shù)量少，而且嚙合齒面 相對運動速度很低，因此傳動效率較高，可達(dá) 6596%，且齒面磨損較小。 （6）齒側(cè)間隙可以調(diào)整 諧波齒輪傳動在嚙合中，柔輪和剛輪齒側(cè)間隙主要取決于波發(fā)生器外形的最 大尺寸，及兩齒輪的齒形尺寸，可以調(diào)整使傳動的回差很小，某些情況甚至可以 實現(xiàn)零側(cè)間隙。 （7）可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力 采用密封諧波傳動減速裝置，可以驅(qū)動工作在高真空、有腐蝕性及其它有害 介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)，而這一點其它傳動機(jī)構(gòu)難以實現(xiàn)。 （8）可實現(xiàn)差速傳動 由于諧波齒輪傳動的三個基本構(gòu)件中，可以使任意兩個構(gòu)件為主動，第三個 為從動（例如讓波發(fā)生器、剛輪主動，柔輪從動），就可以構(gòu)成一個差動傳動機(jī) 構(gòu)，從而方便的實現(xiàn)快慢速工作狀況。 （9）工藝復(fù)雜，制造難度較大 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 13 由于諧波齒輪傳動中的柔輪是薄壁零件，且工作時要承受較大的交變載荷， 因而對柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工精度和熱處理要求均較高，制造難度較 大。此點也是制約諧波減速器大面積推廣應(yīng)用的重要因素。 表 2-1 所示為諧波齒輪傳動與其它傳動性能的比較。由表可見，在相同輸出 扭矩和相似傳動比（傳動比較大）的情況下，諧波減速器在體積、重量、外形尺 寸、齒面接觸應(yīng)力、運動平穩(wěn)性等方面具有明顯的優(yōu)勢。 表 2-1 諧波傳動與其它傳動性能的比較18 參 數(shù) 減 速 器 類 型 行星齒輪 人字齒輪 蝸桿蝸輪 圓柱齒輪 諧波齒輪 傳動級數(shù) 3 2 2 3 1 輸出力矩 / N m 390 390 390 390 390 傳動比 97.4 96 100 98.3 100 效率 /% 85 85 78 93 85 齒輪數(shù)量 13 4 4 6 2 軸承數(shù)量 17 6 6 8 5 節(jié)圓線速度 /(m/s) 7.62 7.62 7.62 7.62 0.094 齒滑動速度 /(m/s) 12.7 12.7 12.7 12.7 0.12 同時嚙合齒數(shù) 7 5 3 3 30 齒面接觸應(yīng)力 /MPa 345 345 345 345 4.12 齒的剪應(yīng)力 /MPa 172 172 172 172 2.06 安全系數(shù) 3 3 2 5 36 齒面接觸狀態(tài) 線 線 線 線 面 運動平穩(wěn)性 中 好 好 中 好 力的平衡 好 好 不好 好 好 外形尺寸高 /cm 33.1 35.6 40.6 58.8 18.5 外形尺寸長 /cm 38.1 50.8 43.2 91 16 外形尺寸寬 /cm 33.1 25.4 25.4 34.6 16.5 體積 /1000cm3 40 146 44 185 5.5 質(zhì)量 /kg 111 127 92.5 325 25 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 14 2.2 H 公司生產(chǎn)簡況公司生產(chǎn)簡況 2.2.1 生產(chǎn)車間與設(shè)備生產(chǎn)車間與設(shè)備 H 公司為了擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，已新建成一面積為 3000m2的機(jī)加工車間和一面 積為 1200m2的熱處理車間，并新購置了一批數(shù)控車床和加工中心。加上原有設(shè) 備，機(jī)床設(shè)備數(shù)量已達(dá)到 110 余臺，包括不同規(guī)格的普通車床、數(shù)控車床、橢圓 車床、立式鉆床、臺式鉆床、搖臂鉆床、立式銑床、臥式銑床、數(shù)控銑床、加工 中心、外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、滾齒機(jī)、插齒機(jī)、磨齒機(jī)，以及旋壓機(jī)、 帶鋸等。機(jī)床設(shè)備品種規(guī)格較齊全，完全可以滿足各種規(guī)格、型號諧波減速器零 件加工要求。 基于單件小批、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)狀及車間沿襲的組織形式，同時兼顧即 將采用的成組生產(chǎn)方式，車間機(jī)床布局采用機(jī)群式與成組加工單元相結(jié)合的布局 方案。車間按加工對象劃分成幾個不同的區(qū)域：三大件區(qū)，輸入輸出軸區(qū)，殼體 端蓋區(qū)，環(huán)套雜件區(qū)，參見圖 2-3。每個區(qū)域內(nèi)，機(jī)床盡可能按零件加工工藝流 程排列，且但大部分機(jī)床都沒有安裝地腳螺釘，為的是便于以后向完全的成組生 產(chǎn)單元的轉(zhuǎn)換。 2.2.2 制造工藝制造工藝 H 公司多年來一直采用訂單生產(chǎn)方式，按用戶需求進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)批量多為 單件、小批量，據(jù)統(tǒng)計，單件和不多于 10 件的訂單約占訂單總數(shù)的 80，其余 訂單批量也不超過 100 件。雖然公司產(chǎn)品已成系列，但很多情況仍需根據(jù)用戶要 求單獨進(jìn)行設(shè)計和制造，或在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行局部變更，如輸入軸、輸出軸 軸端形式和尺寸變更，殼體尺寸或安裝方式變更等。 單件小批的生產(chǎn)特點決定了零件加工工藝規(guī)程較簡單，一般只給出零件加工 的粗略過程，如表 2-2 所示為端蓋零件的現(xiàn)行的加工工藝規(guī)程。 由表 2-2 可以看出，目前執(zhí)行的工藝規(guī)程很粗糙，基本上只給出了一個加工 順序和使用的機(jī)床及夾具，沒有具體的工序尺寸，也沒有刀具、量具、工時定額 等信息，且工件在機(jī)床上的定位主要采用劃線找正的方法，很少使用專用夾具， 加工質(zhì)量的只能靠操作工人的技術(shù)水平和工作態(tài)度來保證。而近年來，由于生產(chǎn) 規(guī)模的不斷擴(kuò)展，年輕工人所占比例越來越大，他們由于缺乏經(jīng)驗和熟練的操作 技能，致使零件加工質(zhì)量難以持久保持，經(jīng)常出現(xiàn)較大波動，不合格品率和次品 率居高不下。不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，也增加了制造成本。 針對 H 公司的生產(chǎn)現(xiàn)狀， 有必要制定詳細(xì)的工藝規(guī)程， 并規(guī)范各種加工操作， 同時大量增加夾具的使用，以彌補(bǔ)操作技能的欠缺和提高生產(chǎn)效率。而在單件小 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 15 批生產(chǎn)的條件下，要做到這一點，唯一可行的方法是采用成組技術(shù)。 表 2-2 端蓋零件加工工藝規(guī)程 H 公司 機(jī)械加工工藝規(guī)程卡片 零件名稱 零件圖號 端蓋 XB1-80-05 材 料 名稱 灰鐵 毛 坯 種類 鑄件 每料件數(shù) 1 每批件數(shù) 共 1 頁 牌號 HT200 重量 每臺件數(shù) 1 單件時間 第 1 頁 工 序 號 工序名稱及內(nèi)容 設(shè)備名稱 及編號 工藝裝備名稱及編號 時間 定額 夾具 刀具 量具 1 鑄造 2 退火 3 劃線 4 夾四方，按劃線找正：車平大端面； 車內(nèi)凹面，成；車 115 孔， 35 孔， 留 2mm 余量；倒角 C6132 四爪卡盤 5 夾 115 孔：車 66 外圓，成；車 56 孔，留 2mm 余量 C6132 三爪卡盤 6 時效 7 夾 66 外圓：車大端面，成；車 115 孔， 35 孔，成 NC 車床 三爪卡盤 8 夾 115 孔：車 56 孔，成 NC 車床 三爪卡盤 9 劃線 10 按劃線：鉆孔，锪孔，攻絲，成 臺鉆 11 檢驗 設(shè)計 校對 審核 批準(zhǔn) 2.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章介紹了諧波減速器的工作原理、結(jié)構(gòu)特征，以及相比其他齒輪傳動諧波 齒輪傳動的優(yōu)點，表明諧波傳動具有很大的發(fā)展?jié)摿?。同時也指出諧波減速器的 制造工藝較復(fù)雜，是其生產(chǎn)和應(yīng)用受到一定限制。結(jié)合 H 公司的生產(chǎn)現(xiàn)狀，進(jìn)一 步說明實施成組技術(shù)的必要性，為后續(xù)章節(jié)有關(guān)成組技術(shù)的應(yīng)用研究做好鋪墊。 第三章 諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計 16 第三章第三章 諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計 3.1 成組編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)成組編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如前所述，零件分類編碼系統(tǒng)是用字符（數(shù)字、字母或符號）對零件有關(guān)特 征進(jìn)行描述和識別的一套特定的規(guī)則和依據(jù)。考察現(xiàn)有編碼系統(tǒng)，分析其系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，有助于諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)的設(shè)計。 3.1.1 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) 現(xiàn)有成組編碼系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主要有三種形式， 即整體式、 分段式和子系統(tǒng)式， 如圖 3-1 所示。 圖 3-1 成組編碼系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 整體式系統(tǒng)將所有編碼看作是一個整體，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。分 段式系統(tǒng)一般將零件編碼分成主碼和副碼（又稱輔助碼）兩個部分，一般情況下 僅使用主碼部分，在某些特殊需要時附加副碼，以表達(dá)某些特定的信息。與整體 式系統(tǒng)相比，分段式系統(tǒng)包含了更多的零件特征信息，使用也較為靈活。子系統(tǒng) 式結(jié)構(gòu)則更加靈活，它將零件編碼分成若干個相互獨立的部分，使用時可以根據(jù) 不同需要，選擇其中一個或幾個子系統(tǒng)表達(dá)零件特征。 3.1.2 碼位間結(jié)構(gòu)碼位間結(jié)構(gòu) 碼位之間的結(jié)構(gòu)也有三種形式： 樹狀結(jié)構(gòu)、 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和混合式結(jié)構(gòu)， 如圖 3-2 所示。 樹狀結(jié)構(gòu)（圖 3-2a）各碼位之間形成樹狀關(guān)系，即后一碼位的含義取決于前 一碼位內(nèi)容。樹狀結(jié)構(gòu)的特點是信息容量大，但使用不便，特別是在人工處理的 情況下。樹狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的信息量為： 零件代碼 整體式 主碼 副碼 分段式 S1 S2 Sn 子系統(tǒng)式 第三章 諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計 17 S 1 S n i i MR （3-1） 式中：RS樹狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)信息容量； nS樹狀結(jié)構(gòu)碼位數(shù)； M碼位內(nèi)項數(shù)。 （a）樹狀結(jié)構(gòu) （b）鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu) （c）混合結(jié)構(gòu) 圖 3-2 成組編碼系統(tǒng)碼位之間結(jié)構(gòu)形式 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)（圖 3-2b）各碼位相互獨立，各碼位的含義之間不存在依附關(guān)系。 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的特點使用方便，其不足是信息容量較小。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)的信息量為： LL nMR （3-2） 式中：RL鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)信息容量； nL鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)碼位數(shù)； M碼位內(nèi)項數(shù)。 混合結(jié)構(gòu)（圖 3-2c）系統(tǒng)中部分碼位為樹狀結(jié)構(gòu)，部分碼位為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，它 兼顧了樹狀結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)兩種形式的特點，在實際成組編碼系統(tǒng)中應(yīng)用較多。 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)的信息量為： L 1 M S nMMR n i i （3-3） 式中：RM混合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)信息容量； nS樹狀結(jié)構(gòu)碼位數(shù)； nL鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)碼位數(shù)； M碼位內(nèi)項數(shù)。 1 2 nS 1 nS 2 1 2 nL 1 2 nL 1 2 nL 1 2 nS 1 nS 2 1 2 nL 1 2 nL 第三章 諧波減速器零件成組編碼系統(tǒng)設(shè)計 18 3.1.3 碼位內(nèi)信息排列方式碼位內(nèi)信息排列方式 目前廣泛使用的成組編碼系統(tǒng)大都采用阿拉伯?dāng)?shù)字編碼，即每個碼位內(nèi)有 09 十項，其信息排列的一般規(guī)律是： 1）對于數(shù)字和數(shù)量信息，由小到大排列； 2）對于結(jié)構(gòu)和形狀信息，由簡單到復(fù)雜排列； 3）對于加工和處理信息，由容易到困難排列； 4）對于出現(xiàn)頻率信息，由常見到少見排列。 碼位內(nèi)信息排列的方式主要有兩種：全組合排列和選擇排列。 全組合排列將所有要素可能出現(xiàn)的組合均排列出來，其特點是各項含義確切， 無二義性或多義性；缺點是在有限的項數(shù)內(nèi)能夠涵蓋的信息量較小。例如采用十 進(jìn)制編碼，一個碼位內(nèi)最多只能有 3 個特征要素全組合（C30+ C31+ C32+ C33=8） ， 即使采用十六進(jìn)制編碼， 一個碼位內(nèi)最多也只能有 4 個特征要素全組合 （C40+ C41+ C42+ C43+ C44=16） 。 選擇排列則不受特征要素多少的限制，它不要求將特征要素全部組合列出， 一般只列出常見的一些組合形式，對于罕見或少見的組合形式，可以省略，或列 入碼位的最后一項。 選擇排列雖然可以涵蓋較多的特征信息，但也帶來了編碼多義性的弊端。為 了減小多義性在編碼過程中帶來的不確定性， 人們制定一些附加的規(guī)定。 例如 “后 項包括前項”的規(guī)定，是指零件的某一特征可同時劃入某一碼位中的兩個或兩個 以上項內(nèi)時，則按后一項進(jìn)行編碼。盡管如此，采用選擇排列方式無法從根本上 杜絕多義性（即編碼不確定性）的發(fā)生。 3.1.4 Opitz 編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前世界上使用的編碼系統(tǒng)不勝枚舉，較著名的有德國 Opitz 系統(tǒng)、荷蘭的 Miclass 系統(tǒng)、瑞士的 Selzer 系統(tǒng)、日本的 KK 系統(tǒng)、我國的 JLBM-1 系統(tǒng)等1。 其中 Opitz 系統(tǒng)最早提出， 影響也最大， 其他系統(tǒng)或多或少都借鑒了 Opitz 系統(tǒng)的 基礎(chǔ)框架和結(jié)構(gòu)方法。 Opitz 系統(tǒng)具有如下優(yōu)點： 1）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便； 2）對零件形狀（特別是回轉(zhuǎn)類零件）描述較完善； 3）適用范圍較廣，不僅適用于零件制造工藝，也適用于產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)管 理等部門。 Opitz 系統(tǒng)也存在一定缺陷，主要體現(xiàn)在兩個方面： 第三章 諧波減