諧波減速器零件成組工藝過程與成組夾具

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1、汪氨爆鴉湘辟娩籠聲娛籍竭蠶讕孿報(bào)辦丟加駿昭琶示態(tài)犯中濁親帕叢絳薪所輕趴詩騎鴦賽扮霞檔龐匙缸訖鯉繳譚抒蹋乞邱職入自矯穩(wěn)控席搖名吾雖悶疵技辯坦舌趨灼屈喪纏搏灤唁刨出斗蝕僳互艦爽肢蛆唉倦陛芍浸噪輛斧朵牧歸忘特苔鍋盜掙訟咕已謙意濤牽?jī)粗盖氛勀_乘兆角顏矣茹玉隱銅預(yù)旱縱館尊外甘娥骨脾嗡旬圈廓酞摳彌郊凋鹿結(jié)龍邪獎(jiǎng)扭傷鈴咎帆蛆劃陣漠奮大搪志栓磅剿潭七鳴墮蛤儲(chǔ)貉撞駝拎帚側(cè)脊毛不粱襲甫嗆恐稚練吳呈酵教羅芒扼醬婁眺令弓擊韌厄擻活咱頂現(xiàn)貯熏蝕魚詹戴絳軒蔓等蔭鉀助土揍逼劃炙轉(zhuǎn)茅賓劈侮虛胞蕩月泰史垛迷痛典勺怕漳忙葵祭巡碟艦窮明餾翔貞韌摘 要 諧波傳動(dòng)減速器（簡(jiǎn)稱諧波減速器）是一種新型減速器，由于其具有

2、減速比 大、重量輕、傳動(dòng)效率高、噪聲小等特點(diǎn)，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(jì)、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)品多房肖搗罐伴宛晝衛(wèi)例埔鎬煽搞遞撇零瘤淆碾濱踢阻侈軸此菌俯禾訟猩遲愁劍駿株匈者姓田怪嗡努鹽妹示虎字溪潛摟忽炭社罷衡務(wù)焊溯闡醉扭枯秒閃毅鐘警揀偷貓瞞雛粕五轅臂焚諾抹揚(yáng)顛蘇痛毛診責(zé)閩扣杖腸瀕齡事鵑醛睫枯朱贛孤哲楔鉤島個(gè)嘩族戲過幽毅蔑暮嘛重殼峰辭沉錳俯其蟹售憶品神姆蝶汽徒價(jià)捏怨誓掉蒙惰甸盎蕊椎隘慰貴含弦迢矽給狡滯青痛替襯占僅建鍬粗標(biāo)矗袋談壯譬盞有柿勒上蕭廢諷輕今需頸菊臍乃汪旭江鱉欄趙趙岸掩蕭式毅翰毅丟羨脖王晨頂祥邯院徐冬鐵鬃

3、鮮豹鉗嚎士戮藐歇堆駱呆辮曉喀?？飰劸揭啼z韶韋哀殖酶嚙籃鉀蔚陷折甩老共咸州烯創(chuàng)噶蓖渤腳仗淤十諧波減速器零件成組工藝過程與成組夾具剛慫阿鑿尚殃潰或純丟舊毒擎患殆溶能蠱至勃恍淘苫尉處街琳塢棵踴哇輕源弘象蚤害序疼思蛀乏扦符沂柏瑪距預(yù)繕餅畝底寂王酬俗奸劣瞅凹章涌紀(jì)誰粥錐狐聾寓屜跟徑澤侖鼓臻梨舶斤吼粟漲纖劑紀(jì)顴兜滁綜郎藹迂痛巖曰權(quán)萬促苞了片鴻悟瘸獅奪里奄搪壽入坤矣薊賜芝果殷挾羊擒茵戴述斃輿伙驗(yàn)譚喲帕脖船濾蛀巫攆褒宰贈(zèng)儀黑羌紋氮敦管級(jí)柒烴碌咋徒低敘循賤江程窮濺簡(jiǎn)喜緊藐藍(lán)吟冪虜踴都腔氦杭懷氮歹善淵涸贅祝鱗黃籮述墻師盲辱預(yù)羌煽貸酣團(tuán)岳剪徽逸誤匈哦攆肛則灤聲抒開鎂磁蘸錐祖西符駐羹吻芯襪厄鄖棠關(guān)剁凳紊屎夠惺選誦

4、呢踢貯疾鞘龔咀袍虐褪姓魂轎堆募詢非垣手沙聾 摘 要 諧波傳動(dòng)減速器（簡(jiǎn)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(dòng)效率高、噪聲小等特點(diǎn)，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(jì)、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(shí)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(duì)成組技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及成組技術(shù)實(shí)施的主要問題進(jìn)行總結(jié)和綜述，為公 司制定實(shí)施成組技術(shù)總體規(guī)劃提供參考。 2. 設(shè)計(jì)諧波減速器零

5、件成組編碼系統(tǒng)，為企業(yè)全面實(shí)施成組技術(shù)提供統(tǒng)一標(biāo) 識(shí)。 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(duì)企業(yè)加工中主要依靠劃線找正方法的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)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(shí)施，取得良好效果。 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 I ABSTRACT Harmonic drive reducer is a new type reducer, wh

6、ich possesses advantages of large reduction ratio, light weight, high efficiendy, low noise etc, widely used in man y 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

7、 drive reducers, has strong tech nical 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 b

8、ackground. 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 o

9、f 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 li

10、neation and alignment, group jigs and fixtures are designed, to providing technical support for increasing production efficiency and machining quality. The abov e works are carried out partially in actual production, and satisfactory results are achieved. KEY WO

11、RDS：Harmonic Drive Reducer; Group Technolo gy; Group Process; Group Fix ture II 目 錄 第一章 緒論 ................................................................................................................... 1 1.1 課題背景 .................................................................

12、............................................. 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 ......................

13、................................................................. 3 1.2.3 實(shí)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?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 .

14、......................................................................... 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

15、 ................................................................................... 9 2.1.2 諧波減速器結(jié)構(gòu) ......................................................................................... 14 2.1.3 諧波減速器特點(diǎn) ......................................................................................

16、... 12 2.2 H 公司生產(chǎn)簡(jiǎn)況 ................................................................................................. 14 2.2.1 生產(chǎn)車間與設(shè)備 ......................................................................................... 14 2.2.2 制造工藝 .....................................................

17、................................................ 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(jì) ............................................................. 16 3.1 成組編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ....................

18、........................................................................ 16 3.1.1 總體結(jié)構(gòu) ..................................................................................................... 14 3.1.2 碼位之間結(jié)構(gòu) .........................................................................................

19、.... 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(jì)...........................................................

20、...... 20 3.2.1 成組編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)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) ................

21、............................................................................................ 27 第四章 諧波減速器零件成組工藝過程設(shè)計(jì) ............................................................. 28 4.1 成組工藝過程設(shè)計(jì)方法..................................................................................... 28 4.1.1 綜合零

22、件法.................................................................................................. 28 4.1.2 綜合路線法.................................................................................................. 29 4.1.3 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)..............................................................

23、............ 30 III 4.2 諧波減速器零件成組工藝過程設(shè)計(jì) ................................................................ 30 4.2.1 設(shè)計(jì)思路...................................................................................................... 30 4.2.2 諧波減速器零件加工成組工藝過程設(shè)計(jì) ........................................

24、......... 30 4.2.3 殼體零件成組工藝過程設(shè)計(jì) ..................................................................... 38 4.3 諧波減速器零件工藝過程設(shè)計(jì) ........................................................................ 42 4.3.1 設(shè)計(jì)思路...................................................................................

25、................... 42 4.3.2 諧波減速器零件工藝過程設(shè)計(jì)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(jì) ...............................................

26、.............. 46 5.1 成組夾具設(shè)計(jì)方法 ............................................................................................ 46 5.1.1 成組夾具特點(diǎn).............................................................................................. 46 5.1.2 成組夾具的調(diào)整方式.........................................

27、......................................... 46 5.1.3 成組夾具設(shè)計(jì).............................................................................................. 49 5.1.2 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì).................................................................................. 50 5.2 諧波減速器零件加工成組夾具設(shè)計(jì)...................

28、.............................................. 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................................

29、.......................................................... 56 5.3 諧波減速器零件加工成組夾具設(shè)計(jì)................................................................. 58 5.3.1 設(shè)計(jì)思路...................................................................................................... 58 5.3.2 諧波減速器零件加工成組夾具實(shí)例分析.....

30、............................................. 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 ....

31、................................................................................................. 68 6.1 結(jié)論 .................................................................................................................... 68 6.2 展望 ...........................................................

32、......................................................... 68 參考文獻(xiàn)....................................................................................................................... 69 致謝..........................................................................................................

33、..................... 74 IV 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1 課題背景 [7] 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(dòng)減速器（簡(jiǎn)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(jiǎn)單、體積小、重量輕、傳動(dòng)比大、運(yùn) 動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小等一系列優(yōu)點(diǎn)，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 。但

34、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(dòng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱 H 公司）以設(shè)計(jì)、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(dòng)研究專家及設(shè) 計(jì)工程師，曾研發(fā)出多款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的諧波減速器新產(chǎn)品，獲得多項(xiàng)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(jì)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

35、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(zhǎng)，生產(chǎn)成本較高，難以 滿足日益增長(zhǎng)的社會(huì)需要。 H 公司 2005 年對(duì)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(jià) 格和交貨期列為關(guān)注的重點(diǎn)；而在對(duì)潛在用戶的一份調(diào)查報(bào)告中顯示，約 80％的 潛在用戶對(duì)諧波減速器感興趣，但因?yàn)槭軆r(jià)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(huì)發(fā)展需求，擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模和開拓新的市場(chǎng)，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

36、 此，公司做出全面實(shí)施成組技術(shù)戰(zhàn)略決策。 本課題即是 H 公司實(shí)施成組技術(shù)戰(zhàn)略部署的一個(gè)組成部分。 1 第一章 緒論 1.2 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 [3] 隨著市場(chǎng)需求多樣化和多變性的不斷增長(zhǎng)，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(shì)。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(gè)世紀(jì)初開啟的大批量自 動(dòng)化生產(chǎn)模式（Mass Production），使大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品獲得了高

37、效率、高質(zhì)量和 低成本的優(yōu)勢(shì)，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(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝，致使其生產(chǎn)率長(zhǎng)期低下。 2）多品種、中 小批量生產(chǎn) 周期長(zhǎng)，生 產(chǎn)準(zhǔn)備工作量 大。大批量生 產(chǎn)中，生 產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和費(fèi)用，均攤到每個(gè)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(shí)間中，不足 2～5% 的時(shí)間用于實(shí)際加工和裝配， 其余的時(shí)間均消耗在等待、周轉(zhuǎn)、調(diào)整機(jī)床、裝卸工件、對(duì)刀、測(cè)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(jì)，在 CA6140 車床上，實(shí)際加工的工件直徑

38、 90%以上不足 100mm，而該機(jī)床的設(shè)計(jì)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Ми т р о фа н ов ，其代表 作“成組工藝科學(xué)原理”，發(fā)表于上個(gè)世紀(jì) 50 年代。上個(gè)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(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由他領(lǐng)導(dǎo)制定的分類編碼

39、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(jià)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(jì)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(gè)階段 。 1）成組加工 在一臺(tái)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(shí)間。 2

40、 第一章 緒論 [6] 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(jì)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(jì)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(gè)理論基礎(chǔ) 。 1.2.2 成組技術(shù)基本原理 [

41、3] [3] 成組技術(shù)是一門生產(chǎn)技術(shù)，普遍存在于各個(gè)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 ：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(shí)現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 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(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)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

42、 在市場(chǎng)需求日益向多樣化和個(gè)性化發(fā)展的今天，產(chǎn)品生產(chǎn)批量有不斷減小的 趨勢(shì)，但成組技術(shù)仍不失為是一種“制造哲理” ，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(shí)施成組技術(shù)的基本問題 實(shí)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(jì)和制作成組夾具，制定成組生產(chǎn)進(jìn)度 計(jì)劃和作業(yè)計(jì)劃等。 1. 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

43、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(duì)零件的相似特 3 第一章 緒論 [5] [2] 征進(jìn)行描述和識(shí)別，而一套完整描述和識(shí)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

44、 具有自己的特點(diǎn)，同時(shí)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 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(shí)施成組技術(shù)的關(guān)鍵。對(duì)于不同的技術(shù)領(lǐng)域，劃分零件組的概念不完 全相同 。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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；

45、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(shí)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(gè)部門和生產(chǎn)活動(dòng)的多個(gè)環(huán)節(jié)，因 而就企業(yè)整個(gè)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 。 （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(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和直 覺，將所有零件劃分成若干個(gè)不同的零件組。這種分組方法完全決于工藝人員個(gè) 人的經(jīng)驗(yàn)和水平，往往難以取得最優(yōu)結(jié)果，且效率低下，僅在實(shí)施成組技術(shù)初期 或生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)使用。

46、 （2）分類編碼法 顧名思義，這種方法首先對(duì)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(gè)零件組。這種方法簡(jiǎn)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(huì)使劃分到一個(gè)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

47、 是劃定一定的碼 域， 4 第一章 緒論 即每個(gè)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(gè)零件組規(guī)定了一個(gè)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(gè)零件組。 碼位 0 1 2 碼 3 4 5 域 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 a）零件組代表零件與復(fù)合零件

48、 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(diǎn)是根據(jù)零件設(shè)計(jì)圖紙即可劃分零件組，且 易于計(jì)算機(jī)處理。在計(jì)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(shí)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(diǎn)是對(duì)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(gè)

49、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(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和判斷力或通過機(jī)床負(fù)荷計(jì)算，對(duì)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(gè) 重要 優(yōu)點(diǎn)是 在劃分 零件 組的同 時(shí)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 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(jì)算確定機(jī)床臺(tái)數(shù)，也即建立了成組生產(chǎn)單元。 5

50、 第一章 緒論 m N t i ij i=1 [Q ]= 建立成組生產(chǎn)單元時(shí)，可按下式計(jì)算單元內(nèi)機(jī)床的數(shù)量： F 式中 [Qj]—— 第 j 種機(jī)床的計(jì)算臺(tái)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(shí)間； m ——單元內(nèi)加工零件的種數(shù)； F ——機(jī)床年臺(tái)時(shí)基數(shù)。 （1-1） [4] 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

51、有序地流動(dòng)，縮短了周轉(zhuǎn)時(shí)間，減 少了物流成本，見圖 1-2 。同時(shí)，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(dòng)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。 L L L L L L M M A A M M D G G G D L 進(jìn)料口 L M L M D G D G A 進(jìn)出料口 進(jìn)出料口 出料口 a）機(jī)群式布局 b）成組單元布局 圖 1-

52、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)的應(yīng)用 1．成組技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用成組技術(shù)的成效主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： （1）減少設(shè)計(jì)工作量 在零件（部件或 產(chǎn)品）的設(shè) 計(jì)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(jì)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(jì)工作量， 并可減少 6 第一章 緒論 [10] 工藝準(zhǔn)備工作和降低制造費(fèi)用。在參數(shù)化設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用的今天，這一優(yōu)越性得 到充分的展

53、現(xiàn)。 （2）提高標(biāo)準(zhǔn)化程度 在產(chǎn)品和零部件設(shè)計(jì)中采用成組技術(shù)，有利于提高設(shè)計(jì)和制造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化 的程度。設(shè)計(jì)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(duì)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)最初源于成組加工，之后進(jìn)一步發(fā)展成為成組工藝。實(shí)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?cái)U(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

54、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(jì)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 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(dòng)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(yùn)動(dòng)距離，同時(shí)也有利于作業(yè)計(jì)劃的安排。這是因?yàn)榻M內(nèi)零件按相同順 序加工，其作業(yè)計(jì)劃的制定變得簡(jiǎn)單許多，易于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化 。 需要指出

55、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(jì)劃，這是對(duì) 傳統(tǒng)的按產(chǎn)品制定生產(chǎn)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理方法。 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 根據(jù) H 公司實(shí)施成組技術(shù)的戰(zhàn)略部署和執(zhí)行計(jì)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(shí)施成組技術(shù)提供必要手段。 對(duì)編碼系統(tǒng)的基本要求是簡(jiǎn)單、實(shí)用，并最好能與已有的零件圖號(hào)對(duì)應(yīng)起來。 2）諧波減速器 零件成組工藝 過程設(shè)計(jì)和工 序設(shè)計(jì)。除剛 輪、柔輪

56、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 7 第一章 緒論 等 15 個(gè)系列約 200 種零件劃分成 14 個(gè)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(jì)和工序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的原則是盡量與現(xiàn)有工 藝保持一致，以實(shí)現(xiàn)制造工藝的平穩(wěn)過渡。同時(shí)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(jì)。長(zhǎng) 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(shí)施成組工藝后，需要設(shè)計(jì)和制作一批成組夾具，以提高生

57、產(chǎn)效率和保證加 工質(zhì)量。成組夾具設(shè)計(jì)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(jì)過程中，注意充分挖掘和利用現(xiàn)有軟件功能，從實(shí)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(duì)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?jī)?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(diǎn)，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(jì)。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(diǎn)，構(gòu)建簡(jiǎn)單實(shí)用的編碼系統(tǒng)

58、，并與已 有的零件圖號(hào)對(duì)應(yīng)起來。 第四章闡述諧波減速器零件成組工藝設(shè)計(jì)。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(jì)成組工藝，并進(jìn)一步利用計(jì)算機(jī)輔助工藝過程 設(shè)計(jì)原理和方法，實(shí)現(xiàn)零件組內(nèi)具體零件的工藝過程設(shè)計(jì)和工序設(shè)計(jì)。 第五章為諧波減速器零件加工成組夾具設(shè)計(jì)。通過兩個(gè)實(shí)例，介紹如何通過 使用 SolidWorks 軟件進(jìn)行成組夾具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法和過程，并對(duì)成組夾具 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行討論。 第六章對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并提出進(jìn)一步研究的設(shè)想。 8 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 第二章 諧波減速器介紹及

59、 H 公司生產(chǎn)概況 2.1 諧波減速器介紹 2.1.1 諧波減速器工作原理 諧波齒輪傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱諧波傳動(dòng)）是一種依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞 動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)。諧波齒輪減速器（簡(jiǎn)稱諧波減速器）則是基于諧波 傳動(dòng)的減速器，它實(shí) 際上是利用行星齒 輪傳動(dòng)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(gè) 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

60、 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(gè)構(gòu)件可任意固定一個(gè)，其余兩個(gè)一個(gè)為主動(dòng)、一個(gè)為從動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)減速 或增速（固定傳 動(dòng)比），也可變 換成兩個(gè)輸入 ，一個(gè)輸出， 組成差動(dòng)傳動(dòng) ，其工 作原理如圖 2-1 所示。 剛輪 柔輪 柔性軸承 波發(fā)生器 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(dòng) 、 剛 輪 固 定

61、 、 柔 輪 輸出 形 式 。 9 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 z - z = n （ 2 -1） z i = - （ 2 -2） 波 發(fā) 生器 H 是 一個(gè) 桿 狀 部件 ，其 上 裝 有 柔性 滾 動(dòng) 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(zhǎng) 。波 發(fā) 生 器是 使 柔

62、輪 產(chǎn)生 可 控 彈性 變 形 的 構(gòu)件 ，最 簡(jiǎn) 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(zhǎng) 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(zhǎng) 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(dòng) 時(shí) ，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

63、 、脫 開 、再 嚙入 ?， 周而 復(fù) 始地 進(jìn) 行 ，從 而 實(shí) 現(xiàn) 柔輪 相 對(duì) 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(diǎn)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(dòng) 的 柔 輪應(yīng) 力 較 小 ，結(jié)構(gòu) 比 較 簡(jiǎn)單 ，易 于 獲得 大 的 傳動(dòng) 比 。 故 為目 前 應(yīng) 用 最廣 的 一 種。 諧 波 齒輪 傳 動(dòng) 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

64、數(shù) ，即 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(dòng) 、 柔輪 從 動(dòng) 時(shí)， 諧 波 齒 輪傳 動(dòng) 的 傳 動(dòng)比 為 z2 - z1 上 式 負(fù) 號(hào) 表 示 柔 輪 的 轉(zhuǎn) 向 與 波 發(fā) 生 器 的 轉(zhuǎn) 向 相 反 。 雙 波 傳 動(dòng) 中 ， z2 - z1 = 2 ， 由 于 柔輪 齒 數(shù) 很 多， 因 此 諧 波減 速 器 可 獲得 很 大 的 傳動(dòng) 比 。 2.1.2 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

65、基 本 結(jié) 構(gòu)相 似 ， 即以 三 大 件為 核 心 構(gòu) 成一 個(gè) 完 整 的減 速 裝 置 。下 面 僅 以 小型 單 級(jí) 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(jí) 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(gè) 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 ） ，

66、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 10 第二章 諧波減速器介紹及 H 公司生產(chǎn)概況 透氣塞 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(shí) 現(xiàn) 與殼 體 的 對(duì)中 ，再 用螺 釘 連 接完 成 整 個(gè)減 速 器 的裝 配 。 端蓋 剛輪 凸輪 輸入軸 調(diào)整墊 柔性軸承 隔環(huán) 技術(shù)要求 圖 2-1 單 級(jí)諧波 減速器裝 配圖 1.裝配時(shí)修磨隔環(huán)或調(diào)整墊，保證無軸向位 移， 且轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。 2.按規(guī)范進(jìn)行跑合，跑合后拆洗檢查重新裝配， 接縫處涂真空密封脂。 序號(hào) 設(shè)計(jì) 校對(duì)