珠海西门子授权代理商交换机供应商

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摘要
由于性能需求的增加，无线电射频（RF）环境的变化和物理环境的变化，无线网络的性能也随着时间变化。本文探究无线诊断过程控制的对象链接与嵌入（OPC）服务器技术把诊断信息嵌入人机界面（HMI），因此优化工业无线网络能。

引言
无线通信在工厂和过程控制自动化系统中日益流行。该增长部分由于非常的无线电频率技术的出现，有能力处理工业工厂中存在的端条件。其他促使其增长的原因是无线实现的好处，包括降低安装成本、远程站点的电话线费用、降低移动平台的机械磨损（因此改进物料输送系统的性能），并为生产和维护人员无论何处需要的至关重要的信息。

接受降和改进生产力的无线策略已经促使很多关键过程依赖无线。随着多的系统依赖无线网络，包括在它们发生前探测网络降级和防止通信故障的智能诊断，这一点很重要。然而，大多数工厂都存在影响无线性能变化的条件。因此，良好的习惯做法是对RF网络进行持续监视，这样才能降低意外停机的几率。

不同工业无线制造商的诊断技术差别很大。有一些工业无线设备并没有任何诊断信息，因此接收正确或错误的数据。可以想象，当遇到问题时，解决故障是多么困难。为访问诊断信息，其他系统在通信停止的地方提供离线诊断。这些系统至少提供原因的一些提示，但是仅仅在故障发生后。

在线无线诊断提供无线性能和本地与远程的整个无线系统的硬件条件的持续诊断。这些工具不仅能探测故障，而且显示降级的条件。因为正在实时监视诊断方法，不需要为检查系统而停止通信。然而，没有的午餐！因为诊断数据和系统数据在相同的无线链接上传输，当诊断时，同时也降低了网络能。在具有大量远程站点和的系统中，在线诊断是不现实的。

不同制造商和无线系统的在线访问诊断信息的方法是不同的。一些无线串行系统使用二个串口，使用能从哑终端程序（例如，级终端）访问的菜单接口进行通信。其他的在线诊断系统在PC连接到二个串口或PC是以太网网络的一部分的地方使用私有软件程序，并使用其显示关于RF网络的重要信息。其他的系统仍有用于诊断信息的嵌入式网络服务器。使用网络浏览器显示诊断信息。在基于以太网的无线网络中，在以太网网络上的任何人都能潜在地查看本地和远程无线设备的诊断页面。

以前描述的方法缺乏直接把诊断状态和信息容易地集成到控制系统的能力。这对缺乏计算机技巧和技术能力的工厂操作员是非常繁重的。例如，期待废水厂的三班倒操作员理解供应商的诊断程序（或诊断网页）并诊断程序是不现实的。因此，在控制工程师能恰当嵌入诊断数据的地方进行远程RF诊断是非常必要的。

在常见方法中，简单网络管理协议（SNMP）是一个访问诊断信息的可能方法。SNMP是标准的诊断语言，主要开发用于信息技术设备的管理。SNMP提供一种管理和监视不同供应商制造的设备的诊断软件工具方法。现在一些工业设备具有支持SNMP的能力，而大多数工业软件程序并没有这种能力。因此基于SNMP的管理工具对工业无线系统是非常不现实的。

集成诊断
这促使我们考虑什么是在工业系统中集成无线诊断的方法。OPC可能是的方法，因为它是专门开发用于工业系统的软件数据交换标准，受到广泛的采用和支持。使用OPC作为RF诊断的基础提供任何兼容OPC的软件程序（例如，大多数主要的HMI和SA软件包）直接访问诊断信息。因为控制工程师精通使用这些程序开发项目，很容易在操作员界面中嵌入无线诊断数据，就像任何其他的标签数据点一样。

使用具有无线诊断功能的OPC服务器揭示了监视和优化无线网络的很多可能。为理解这种可能，检查通常监视的关键诊断方法是特别有用的。在RF系统中，使用预先确定的RF信道和认证程序在无线设备（有时称为无线访问点、网桥和客户端）之间建立链接。每个无线设备即传输也接收数据（但是不是同时）。当传输RF信号时，需要一定量的能量（用dBm度量）。当通过空气时，距离和前进路上的障碍物造成一定的损失。当远程站点的天线接收到信号时，信号强到能进行成功的才行。接收信号的强度用RSSI（接收信号强度指标）表示。

另一个非常重要的测量方法是信道中的噪声。接收的信号比解码信息波段中的噪声高。噪声的单位也是dBm。我们在本文的后面将讨论噪声及其原因。

另一个常见的测量方法是信噪比，它使用测量的信号强度（RSSI）和噪声计算。比率越高，系统运行越。当交换数据包时，大多数工业无线设备都包括一个纠错算法从而确保成功地接收数据包，如果必要，再转发。诊断工具能报告成功传输的数据包数量和接收的坏包数量。这提供一种计算RF错误率的方法，它是另一种关键的方法。

诊断也能监视连接的节点（客户端）数量。该方法是令人感兴趣的，它能报告/报警链接是否故障，也报告连接的客户端的数量是否比期待的数量多，因此表示一个可能的威胁。监视连接的无线客户端身份（地址），增加额外的，也是可能的。

终，传输字节的数量是有用的测量方法，因为它显示无线链接的实际利用率。通过计算每秒传输的字节与无线技术的能力比较，监视带宽利用率。

无线诊断包括很多其他的属性，但是只考虑重要的属性。其他可以监视的属性包括环境条件（温度，供电电压）、用于探测天线、同轴电缆问题和信道频率漂移的电压驻波比（VSWR）。

一旦安装完服务器，它会按程序轮询每个无线设备的诊断数据。轮询频率通常是可以配置的，快达100 ms，或慢达60 s。该设置依赖当前信息对应用的重要程度和无线网络拥挤的程度。新时间越快，用于诊断的无线带宽就越大，应用就越忙。

服务器一般通过设备名（或其他用户名称）组织诊断数据，每种方法都是OPC客户端的标签。大多数HMI和SA软件包都是兼容OPC的，并提供浏览OPC可用标签的方法。一旦客户端探测到标签，它们实际上都能用于控制工程师要求的任何方式。

在开发项目之前，考虑系统所有通信架构。重要的链接在何处？如果链接故障，会发生什么？怎样才能在问题发生前防止它？
一旦理解网络架构，就要考虑每个用户的需要。生产人员可能不知道RSSI是什么意思，但是可以报告总监HMI启动无线链接是否故障。如果操作员是一个人时，HMI能建议联系何人（例如，负责无线链接的系统集成商（SI），或如果PLC出现问题，一打电话就到达的工程师。）。操作员也有知道无线链接是否正常工作的方法，因此如果发生系统问题时，没有通信故障。相反，工程经理 想在整个无线网络的监视屏幕上查看所有相关数据。越详细，越好，因为工程师能解释每个数据的意思。为每个用户的经验和知识定制HMI显示是非常重要的。

大多数HMI和SA软件包也支持报警和趋势功能。报警能通知操作员、维护经理或故障条件（例如，无线链接故障）的工程经理，或告诉他们通信是否降级以便他们按计划采取预防性的措施。报警也能远程发送（例如，通过以太网发送email，发送文本信息到手机），所以通知是即时的。

趋势功能对回顾性能历史和分析相关性是有用的。例如，传输的字节数量能按时间进行趋势从而发现吞吐量需求是否增加。

自动化设备（例如，PLC）访问其内部程序的OPC数据也是可能的。这揭示了当发生问题时，不仅通知操作员/经理，而且使PLC程序对此进行处理的可能。例如，如果无线链接失败，PLC能备用通信链接（例如，冗余无线连接）。在该例子中，系统将自动恢复而不需要任何人为干涉。

如你所见，当在OPC服务器中使之可用时，有很多使用RF诊断数据的方法。的使用依赖过程类型、无线怎样应用到系统中和用户需要。以下是一些应用案例：

应用1——废水泵站
废水厂使用无线SA网络连接几个远程泵站。水处理厂PLC根据流量测量值远程运行和停止泵。每个RF链接有几里远，因此抵达泵站需要很长时间。
系统集成人员已经决定按照以下方法使用基于OPC的无线诊断：
① 链接故障的操作员界面通知；
② 报警通知发送到工厂负责人；
③ RSSI趋势监视基于标准的变化（例如，树型增长）。

操作员界面显示泵站和废水处理厂之间的RF链接状态。如果泵站没有起动（举个例子），操作员能快速断定链接是否故障。如果没有故障，则有其他问题，操作员能联系合适的人员或亲自抵达现场解决问题。

应用2——石油管线
石油分发系统在管线流量测量中使用无线SA网络，管线几里远，使用无线以太网中继器延长整个长度。SA网络通过PLC系统提供自动过程控制。当系统采集石油流量数据时，操作员可以监视报警和手动控制阀。

因为SA网络对管线运行非常重要，系统使用利用网状网络架构的冗余中继器。由于硬件故障或电冲击的破坏，中继器故障，通信丢失。

使用OPC标签、HMI显示和监视每个中继器站点之间的RF条件，系统能快速探测中继器站点是否故障或将要故障。如果发生故障，RF系统能自动自愈，通知操作员站点已经故障从而进行修理，重新建立RF网络冗余。控制系统意识到：如果通信丢失，RF冗余已经暂时不能准备停止。

应用3——汽车厂自动导向小车（AGV）系统
汽车装配厂使用AGV在装配线上传输装配件。每个AGV使用RF链接同步其运动，同时用系统其他部分进行加工。使用无线以太网系统EtherNet/IP把远程I/O连接到PLC系统。由于大量I/O和快速扫描速率，以太网数据通信非常高。无线网络提供高的数据吞吐量而且不丢数据包，这一点特别重要。

在该系统中，配置OPC诊断服务器采样RF条件每分钟仅仅一次，从而确保诊断数据采集在数据吞吐量上只有有限的影响。

除了监视RF网络的健康，操作员界面将监视每个访问点连接的客户端数量。如果数量期望的数量，离线刹车并产生报警。系统也向每个客户端数据速率。如果数据速率接近无线技术的能力，PLC在线替代链接，同时置位报警。由于不合适的（在网络上传输的数据不属于该过程）或程序的变化，工程人员能确定RF网络上的是否上升。

自动旋转货架的构成

自动旋转货架是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产品。它主要由货物储存、货物存取和传送、控制和管理等三大系统所组成，还有与之配套的供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系统等。

货物储存系统由货架的货格（料箱）组成。货物存取和传送系统承担货物存取、出入仓库的功能，它由升降机、出入库输送机、装卸机械等组成。升降机可实物的多层保管，将货物提升到高层位置。出入库输送机可根据货物的特点采用传送带输送机、机动辊道、链传动输送机等，主要将货物输送到货架升降出入库位置，装卸机械承担货物出入库装车和卸车的工作，一般由行车、叉车等装卸机械组成。

控制和管理系统一般采用计算机控制和管理，视自动旋转货架的不同情况，采取不同的控制方式。有的仓库只采取对旋转货架、出入库输送机的单台PLC控制，机与机无联系；有的仓库对各单台机械进行联网控制。的自动旋转货架的控制系统采用集中控制、分离式控制和分布式控制，即由管理计算机、控制计算机和旋转货架、出入库输送等直接控制的可编程控制器组成控制系统。

管理计算机是自动旋转货架的管理，承担入库管理、出库管理、盘库管理、查询、打印及显示、仓库经济技术指示计算分析管理功能，它包括在线管理和离线管理。控制计算机是自动旋转货架的控制，它沟通并协调管理计算机、旋转货架、出入库输送机等的联系；控制和监视整个自动旋转货架的运行，并根据管理计算机或自动键盘的命令组织流程，以及监视现场设备运行情况和现场设备状态、监视货物流向及收发货显示，与管理计算机、堆垛机和现场设备通信联系，还具有对设备进行故障检测及查询显示等功能。

旋转式货架的奇异功能

旋转式货架操作简单，存取作业，适用于制造业当中对于电子元件，精密机械等小批量多品种小物品的储存及管理。货架转动的速度很快，可以达到30m/min的速度。旋转式货架的存取效率很高，通过计算机控制实现自动存取和自动管理，其计算机快速检索功能可寻找储位，快捷拣货，储存物可以是纸箱、包、小件物品。取料口高度符合人体工程学，适合操作人员长时间作业。由于旋转式货架可适用于各种空间配置，存取入出口固定，所以空间利用率较高。旋转式货架一般有水平旋转和垂直旋转两种形式。水平旋转式货架又分一台电动机驱动的和多台电动机驱动的两种形式。用一台电动机驱动的方式是把上下各层货物连在一起，实现水平方向旋转的自动旋转货架。另外一种水平方向旋转的自动旋转货架是各层均有一台电动机启动，可实现各层立转动。另一种垂直旋转式货架的原理与水平旋转式货架大致相同，只是旋转方向垂直与水平面，充分利用了上部空间。这是一种节省空间的仓储设备，比一般传统式平置轻型货架节省了1/2以上的货架摆放面积。但旋转速度比水平旋转式货架慢，约为5～10m/min。垂直旋转式货架可以设计成立式的，根据用户需要可任意组合。由旋转式货架组成的自动旋转货架，单位储存，安装容易，是一种自动化的储存设备，适用于小批量多品种率的存取。例如：冈村开发出来的一种多层且立回转的棚架系统，一台可以轻松管理数千项货品，对合理管理庞大且多样货品的大规模仓库而言是适合的系统。

这种多层水平式回转自动仓库是能够使出库频率高且又品种多的物品、商品加快入出库速度的水平回转仓储。它使“保管”、“找”、“运”三种机能成为一体，既有特的外观，又有拣取速度快、省人化、省空间化等许多优点。“保管”，指的是可以根据保管物的形态和数量进行尺寸的选择，是率的保管方式。“找” ，就是只要把想要进行入出库的位置指示出来，所需物品就会很快地呼唤出来。和上位的信息管理系统的连接能够制成率的的入出库系统。“运”， 即各层立水平进行回转的仓储里面有搬送机能，所以拣取时不需要走来走去。

自动旋转货架中的自动化技术

作为物流系统中的重要设备，自动旋转货架功能如此完善、便利，主要在于将的现代自动化技术与计算机技术运用其中。因为只有实现了自动化的信息化的货架，才能地满足现代生产及现代物流的仓储需要。自动控制系统是自动化仓库的部分之一，它直接关系到仓库作业的正常运行。因此，控制系统中所使用的材料、设备、传感器和元件都应采用性高、寿命长、易于维护和换的产品，否则将后患无穷。

过程监控是实现自动旋转货架实时控制的重要组成部分。在自动化仓库的实际作业过程中，需要对作业信息及运行设备的状况进行监视和管理。监视调度系统根据主机系统的作业命令，按运行时间短、作业间的合理配合等原则对作业的先后顺序进行优化组合排队，并将优化后的作业命令发送给各控制系统，对作业进程进行实时监控。监控操作台可以对机械设备的位置、动作、状态、货物承载及运行故障等信息进行显示，以便操作。人员对现场情况进行监视和控制，并可通过操作台上的控制开关或键盘对设备进行紧急操作。

自动旋转货架的信息管理是基于现代信息管理理论和现代控制理论而创立的一个分支。对于一个自动化仓库来说，它可以是立的，但对于一个企业，它又是其管理信息系统（MIS）的一个子系统。它不仅对信息进行管理，也对物流进行管理和控制，集信息流和物流于一体，是现代化企业物流和信息流管理的重要组成部分。计算机管理系统（主机系统）是自动化仓库的，它一般由较大的计算机组成，有的甚至构成计算机网。它应具有大容量、高速度、强大的功能，这个系统处理整个仓库生产活动中的主要数据。自动化仓库管理系统的主要功能是对仓库所有入、出库活动进行登陆的控制，并对数据进行统计分析，以便能使决策者及早发现问题，采取相应的措施，大限度地降低库存量，加快货物流通，创造经济和社会效益。例如，使用变频技术的三相电动机，自动仓库可以实现平稳启动，保持仓库高速运转的稳定性、性和性。DELTA是新的模块化控制器，通过灵活的模块总线技术和的CPU，DELTA可以完成各种控制任务，满足用户多样化的需求。DELTA是单机箱系统，机箱分为4槽和8槽两种。基板分为三种： CPU基板 ( D-CPU )，控制器基板 ( D-CON )和I/O基板 ( D-IO )。基板上有1～4个模板插座。模板分为3种：控制模板、非控制模板和D-O16模板。由操作员发出的信息，通过微处理控制，从而驱动整个系统的运作，正由于采用了微处理控制器。整个操作流程变得全自动化。采纳了的自动化检测原理，对于每一个入库出库的货物，都能够地知道其动向。采用货物定位装置可自动安排货物入库，可固定某种货物于某个特定货位。也可随机选取空货位进行入库。入出库使用无线手持终端及条形码技术，可使仓库自动识别货物。由升降电动机及链条驱动的自动升降装置，可实现多层货物储存。采用了的WMS标准在库管理系统，从订单的处理到货物的入出库控制管理，并自动生成电子文档记录。现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）之间，以及高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。

自动旋转货架的前景及对于自动化技术应用的新要求

自动旋转货架作为工厂生产物流一个子系统，还利用各种输送机、叉车、自动搬运小车、升降机或其他机械将高货架区和作业区连成一体，构成出入库运输系统，终形成立体仓库的物流系统。为了建设化、省力化和自动化的物流配送，设计者和应用商认真思考的问题之一是，选用什么样的搬运设备才能满足进货发货要求？选用什么样的储存设备才能方便而地存取货物？选用什么样的运送设备才能使货物由这个作业区快速、和准确地移动到另一个作业区？水平式自动旋转货架作为一种快速、的储存设备，作为自动旋转货架的，已经被越来越多的物流配送所采用。相信在未来的几年内，越来越多的自动化技术将会被自动旋转货架所应用，多层水平式回转自动仓库将会被广泛地应用于物流行业的各个领域。在自动化技术日益进步的今天，多层水平式回转自动仓库将紧跟现代技术，在自控技术领域，将一直保持着**业地位。由于自动化仓库管理系统的主要功能在于利用其技术和功能大限度地降低库存量，加快货物流通，创造经济和社会效益，所以我们没有理由不相信自动化技术在自动旋转货架中的应用前景将日益广阔而深入

1　序言
空间凸轮重要的用途之一是作为自动机械的间歇转位即空间分度，主要用于把连续圆周运动转换为间歇圆周运动，即作为空间凸轮分度机构应用。空间凸轮分度机构在各类高速包装机中被广泛运用。随着包装机技术的发展，新型包装机在包装形式、包装质量等方面有完善和提高之外，重要的参数之一是包装速度有了明显的提高。从原来的500包/分以下中速包装机发展到现在的500包/分以上的高速机，国外已开发出了800包/分的高速包装机。高速包装机的包装动作主要是通过多轨迹空间凸轮分度机构高速运动中实现的，因此多轨迹空间凸轮作为关键零件在高速包装机分度机构中起着为重要的关键作用。高速包装机技术的发展与空间凸轮，特别是多轨迹空间凸轮分度机构的应用有着为密切的必然联系，是其它机构无法替代的。在我公司新产品YB47高速包装机中（500包/分）就采用了G.D公司X3000（700包/分）包装机的多轨迹空间凸轮分度机构。空间凸轮作为高副机构零件其加工制造的复杂性，对工艺设计提出了全新的要求。

2　多轨迹空间凸轮的工艺设计
2.1　多轨迹空间凸轮结构的比较与分析
当空间凸轮转速n＞500r/min则为高速空间凸轮。空间凸轮分度机构的转速越高，动载荷越大，因此产生的惯性力、冲击力和振动也增大，对机构的分度精度、运动传递的平稳性造成很大的影响。图1和图2分别为包装机YB45（400包/分）中的YB45.11.084—48和YB47（550包/分）中的1BBG41002400空间凸轮，通过比较得出以下不同处：




a.转速分别为n=400r/min和n=550r/min，转速提高37.5%。
b.高速空间凸轮采用双轨迹（A轨迹、B轨迹）、双滚轮传递运动，而中速空间凸轮则用单轨迹单滚轮传递运动。
c.中速空间凸轮轨迹至定位基准的精度为±0.020mm，高速空间凸轮轨迹至定位基准的精度为±0.015。中速空间凸轮两轨迹之间的尺寸精度为±0.015mm，高速空间凸轮两轨迹之间的尺寸精度为±0.010mm。
d.由于高速空间凸轮的双轨迹在轨迹面上（见图1E—E剖视）上下分布，因此轨迹面加工深度是中速空间凸轮的3倍以上。
d.高速空间凸轮比中速空间凸轮的结构刚性差，容易变形。
2.2　多轨迹空间凸轮的加工分析
2.2.1　加工现状
多轨迹空间凸轮分度机构是高副机构，运动中凸轮与滚轮之间是线接触。凸轮长期高速运转后轨迹面磨损严重，凸轮材料须渗碳淬硬处理，硬度达HRC58～62，因此凸轮轨迹需磨削加工。如YB45包装机中的YB45.11.084—48和YB47中的1BBG41002400空间凸轮材料为20CrMnTi，热处理：T215—S0.5—C58。没有磨削功能的数控加工设备是无法满足空间凸轮的加工要求，因此多轨迹空间凸轮主要依赖进口或委外加工。
2.2.2　加工方式和加工设备的选择
空间凸轮的加工通常采用四轴四联动的数控镗铣床或凸轮数控铣磨机床。机床的选择则根据凸轮的结构、轨迹精度、热处理状态、加工装夹方式、加工效率及加工成本等因素确定。图3和图4是凸轮在两种机床上的装夹方式。图3是四轴四联动的数控镗铣床的加工装夹方式。由于凸轮在加工过程中始终处于悬臂受力状态，受切削力的作用容易产生振动，导致凸轮轨迹精度和轨迹的表面粗糙度不易保证。由于我公司目前的空间凸轮轮廓曲面是各个瞬时被转换到凸轮坐标系中的接触线的集合，在建立三维数学模型的上具有一定的困难，因而不能用补偿方式在数控镗铣床上加工空间凸轮，所以在精加工凸轮轨迹时所使用的直径与滚轮直径相同，稍有磨损即不能满足加工要求，的消耗量很大。表1是数控镗铣床和数控凸轮铣磨机的精度参数和加工能力的对照。由表1可知数控镗铣床的主轴功率较小（WF72C是我公司数控镗铣床设备中主轴功率大的），又因装夹方式的原因，加工时的切削量很小，其值为1～2毫米/，导致生产周期长。因此采用四轴四联动的数控镗铣床加工成本高。图4是凸轮铣磨机床的加工装夹方式。其采用的一夹一装夹方式，保证凸轮在加工过程中始终处于良好的受力状态，从而能受切削力的作用而产生的振动，保证凸轮轨迹精度和轨迹表面粗糙度要求。该机床具有铣削和磨削双重加工功能，由表1可知，与四轴四联动数控镗铣床相比其机床定位精度高主轴功率大，所以切削量也大为提高，不同的材料切削量可达8～15毫米/。机床的另一特点是数控操作系统具有或磨轮自动补偿功能，即只要或磨轮直径小于滚轮直径均能加工，并且磨损的或磨轮经刃磨或修正后可重复使用，因此加工成本明显下降。综合比较装夹方式、机床精度、加工性能和加工能力，只有采用德国KOPP公司制造的当今世界上为的FSK25S数控凸轮铣磨机床才能加工出符合高速包装机设计要求的多轨迹空间凸轮。

2.2.4　加工变形及控制措施
通过对新产品YB47高速包装机中1BBG41002400空间凸轮的结构（见图1）及各主要尺寸分析可以看出，由于轨迹面加工深度达37mm，两轨迹面形成的凸筋厚处18mm而薄处约12mm，凸轮在槽部位（E—E剖面）的截面厚薄不均，从热处理角度判断属易变形零件。这种结构的零件给机械加工尤其对热处理工序能否有效控制变形量是为困难的。该零件的材料利用率仅为33%，零件的机械加工切削量较大，特别是凸轮轨迹经粗加工后，零件在结构上产生的应力分布不均匀，局部位置易产生应力集中现象，造成热处理工序渗碳和淬硬后产生大的变形，难以保证后道工序的尺寸要求和加工控制。因此在凸轮轨迹面粗加工后须增加去应力热处理工序，使材料内部的应力得以降低甚至，从而在上减少加工变形。由于该凸轮是易变形零件，经热处理淬硬后，产生变形的部位主要集中在凸轮槽。采用盐浴炉加热淬硬方式，能保证零件在加热过程中受热均匀，并减少了氧化和脱碳现象的发生，淬硬后凸轮表面硬度均匀，同时强调在淬硬时凸轮垂直吊放，即加热时凸轮槽处于垂直状态，以控制凸轮槽的变形量。若平放加热，凸轮槽处于水平状态，淬硬后易引起凸轮槽口的收缩或扩大，导致后道工序因变形过大而无法加工。因此，淬硬后产生的变形量，应控制在预先设定的加工余量中，从根本上有效控制凸轮在机械加工和热处理后的变形量，同时又保证热处理的质量。
2.2.5　磨轮材料的选择
磨轮材料的选择对凸轮轨迹面尺寸精度、表面粗糙度及加工效率有直接的影响。FSK25S凸轮铣磨机的磨削具有高速、精密、的磨削特点，其主轴转速50000r/min，砂轮线速度可达104.72m/s。在高速磨削中，CBN（立方氮化硼）砂轮的磨除率可达2000mm/s，而普通砂轮的磨除率为500～1000mm/s。使用BCN（立方氮化硼）砂轮不仅可以加工各种材料而且在高速磨削中明显改善轨迹面的磨削质量，降低磨削力，获得较小的尺寸误差和形状误差，提高加工精度，一次修整可加工多个零件，因此砂轮使用寿命长。
2.2.6　关键工序和加工余量的确定与控制
工艺设计的科学性、性、合理性、可操作性和经济性是工艺设计能力和水平的综合体现。关键工序确定和加工余量的设定，不仅在工序间起承上启下的作用，而且是确保零件精度要求的一个为重要的工艺设计环节。通过对新产品YB47高速包装机中1BBG41002400空间凸轮的结构分析和变形状况的预测，确定去应力和渗碳、淬硬热处理工序为关键工序，控制。使其在上降低甚至粗加工后产生的零件结构内部应力，从而有效控制零件加工变形对后道加工工序的影响。在热处理渗碳、淬火工序中则强调采用盐浴炉加热淬硬方式和淬硬时凸轮垂直吊放的工艺要求，保证零件受热均匀，控制凸轮槽的变形量，减少氧化和脱碳现象发生，使凸轮表面硬度均匀。而加工余量则在参照工艺标准的前提下充分考虑零件结构的特殊性、工艺要求和经济性确定的。加工余量的过大既使零件产生切削变形和应力集中现象又缺乏经济性，但加工余量偏小又难以保证热处理工序后因变形而不能满足铣削和磨削工序的加工余量的要求，造成零件报废。由此得出关键工序和加工余量间的关系即通过热处理工序控制变形，保证后续工序的加工余量，而适当的加工余量又能热处理工序的不足，因此两者是互补的。综合各个因素后确定凸轮轨迹精加工（铣）余量为1～1.5mm，磨削加工余量为0.3～0.35mm。

3　工艺设计方案的确定
工艺设计方案的科学性、性、合理性、可操作性与经济性对于零件终能否满足设计要求有必然的联系。综合空间凸轮的结构、技术要求、加工装夹方式、加工设备、变形状况、热处理的措施、加工余量、生产周期及加工成本等因素的分析，基本确定空间凸轮的工艺设计方案为：锻造→正火→车削→调质→车削→铣削→数控铣削（粗铣凸轮轨迹）→去应力→车削→数控铣削（精铣凸轮轨迹）→渗碳→划线→钻削→盐浴淬硬、喷砂→内磨→平磨→万磨→数控磨（精磨凸轮轨迹）→钳工。

4　多轨空间凸轮的工艺试制
工艺试制是对重要零件的工艺设计方案的鉴定，也是调整工艺设计方案的过程，验加工分析提出的工艺问题和解决措施的准确性。在工艺试制过程中，关注关键工序的控制和加工余量与变形状态的相互关系，确保凸轮轨迹在各工序中的加工余量。对关键工序（热处理去应力和渗碳、淬）产生的变形均做严格检测。表2为凸轮轨迹热处理变形量的记录，结果显示变形状况符合上述加工分析预测，变形量控制在预期要求中。凸轮加工结束经检验各项技术参数均符合设计要求，工艺试制得以完满成功。

表2　凸轮轨迹热处理变形量记录

工　序 加工余量 热处理后的变形量
去应力 1～1.5mm 0.3～0.45mm
渗碳、盐浴淬火 0.3～0.35mm 0.1～0.15mm

5　经济性比较分析与未来空间凸轮工艺设计的探索
由于受加工设备和软件的局限，X1、X2包装机中的空间凸轮过去多以进口为主或委外加工。在YB47高速包装机开发试制过程中，实现了多轨迹空间凸轮的国产化自制加工，并成功。了公司在新产品样机开发试制阶段只能依赖进口不能自制加工的空白，不仅在加工精度上满足了设计要求，而且摆脱了G.D公司长期在加工技术和生产周期上的控制，使公司的生产计划和装配周期处于主动地位。重要的是多轨迹空间凸轮的国产化试制成功，不仅对新产品YB47高速包装机试制开发成功具有重大的现实作用，就公司可持续发展的战略目标而言，对开发高速包装机具深远的历史意义，为结构复杂、精度高的多轨迹空间凸轮奠定了工艺设计和加工基础。空间凸轮的国产化试制成功使生产成本得到明显下降。表3为进口与国产化空间凸轮的成本统计对比（以包装机ZB45中的YB45.11.084—48空间凸轮为例）。1997年YB45.11.084—48空间凸轮的进口价为德国马克1861.03DM，按当时汇率计算折合人民币10235.67元。国产化成本价为2626.97元，只有进口价的25.66%，与进口价相比每个凸轮可节约人民币7608.87元。每年按出产35台套X2包装机，每台一件计，一个凸轮一年可为公司节约人民币266310.45元和外汇65136.05DM德国马克。而新产品YB47高速包装机（550包/分）中的1BBG41002400多轨迹空间凸轮据报价约850欧元，按现行汇率折合人民币13132.5元。国产化成本价为3058.18元，只有进口价的23.29%，与进口价相比每个凸轮可节约10074.82元。按目前生产能力每年出产5台套YB47包装机，每台两件计，每年可为公司节约100743.2元和外汇8500欧元。随市场需求的不断增加其经济效益将为显著。

表3　进口与国产化自制空间凸轮的成本对比

件　号 进口价 折合 自制成本 节约成本 节约率
YB45.11.084—48 1861.03DM 10235.67 2626.97元 7608.87元 74.34%
1BBG41002400 约850欧元 13132.5元 3058.18元 10074.82元 76.71%

<>b6　结束语
本文运用理论与实践相结合方法，对新产品YB47高速包装机中的1BBG41002400多轨迹空间凸轮的结构、加工作了综合分析。通过工艺试制，验证工艺设计方案，解决了多轨迹空间凸的加工难题，经新产品试运转明各项参数达到了设计要求。实现了进口关键零件在新产品开发试制阶段的国产化自制，这不仅体现了我公司国产化能力的提高和加强，而且为结构复杂的高速、多轨迹空间凸轮奠定了工艺设计和高速磨削加工的基础。但在不断提高多轨迹空间凸加工质量和加工效率上还可作进一步探索。今后还将通过对高速磨削的机理研究，优化高速磨削的工艺参数，以获得佳的磨削效果，提高磨削质量和加工效率。