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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名：邊旭
學(xué) 號(hào)：14020931
班 級(jí)：140209班
專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化
指導(dǎo)教師：李風(fēng)
開(kāi) 題 報(bào) 告
1 課題介紹
1.1課題名稱(chēng)：
單線畫(huà)線機(jī)
1.2課題背景
畫(huà)線機(jī)是用滾輪等再日用陶瓷、玻璃制品的圓形或橢圓形器皿上，畫(huà)一條或多條彩色、彩帶的機(jī)械。可以分為單色機(jī)畫(huà)線機(jī)和多色畫(huà)線機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要是研究設(shè)計(jì)單色畫(huà)線機(jī)，即單線畫(huà)線機(jī)。
陶瓷是無(wú)機(jī)材料之母，從家庭至宇宙對(duì)陶瓷的渴求量愈來(lái)愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來(lái)各國(guó)非常重視陶瓷的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，各國(guó)將先后進(jìn)入陶瓷世界。
陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱(chēng)，“陶”為燒成之意，“瓷”是指硬而之謎的器物。陶瓷是我國(guó)歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國(guó)陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬(wàn)年左右，距今3000年前的殷周時(shí)代，有了以高嶺土為原料的白陶，已懂得用釉的方法。原始瓷器是以鐵為著色劑的青釉器，是青瓷的前身。晉朝出現(xiàn)“瓷”字，說(shuō)明當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識(shí)到陶和瓷的區(qū)別。
陶瓷是一種與我們?nèi)粘Ｉ钜约霸诟鞣N工程項(xiàng)目能夠經(jīng)常接觸到的材料。隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在某些科學(xué)領(lǐng)域陶瓷已形成其他材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。例如，工程陶瓷，由工程陶瓷的制成的零件具有耐磨、耐熱、耐摩擦、熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今世界高技術(shù)含量的產(chǎn)品。在國(guó)外已越來(lái)越多地應(yīng)用工程陶瓷取代金屬零件，使產(chǎn)品地壽命、穩(wěn)定性等大大提高。在如，低溫?zé)Y(jié)陶瓷（LTCC）大家一定還都記得在手機(jī)行業(yè)剛剛起步時(shí)的代表作——大哥大，它又笨又重，攜帶不方便，而現(xiàn)在的手機(jī)就越來(lái)越袖珍了，這里的關(guān)鍵就是LTCC技術(shù)的發(fā)展。;LTCC技術(shù)是把很多東西整合在一起，其全稱(chēng)為“低溫共燒陶瓷”技術(shù)，，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一種整合、小型化地技術(shù)將各種被動(dòng)組件整合在一起，縮小到陶瓷式電路板上，如果沒(méi)有它，手機(jī)是無(wú)法達(dá)到輕薄短小地效果地。總之，陶瓷已經(jīng)成為與我們密不可分地伙伴了。
我國(guó)陶瓷生產(chǎn)歷史悠久，日用陶瓷一直暢銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外。在我們的生活中，能夠給人們留下直觀印象的是日用陶瓷。這里不乏一些工藝美術(shù)品。因此，對(duì)于陶瓷制品，我們不僅要求其本身質(zhì)量要好、使用方便，同時(shí)還要對(duì)其表面進(jìn)行一定程度的美化處理，繪制出各種線條精美的圖案，增加美感及藝術(shù)感。然而，傳統(tǒng)的陶瓷畫(huà)線主要是由手工完成的，畫(huà)出的線條寬窄不一，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，與其是在畫(huà)寬度3mm以上的線條時(shí)，用手工的方法根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此生產(chǎn)陶瓷的廠家不得不將線條印成畫(huà)紙，將畫(huà)紙貼在陶瓷制品上進(jìn)行彩烤，而這又大大提高了成本。陶瓷生產(chǎn)廠家一直都無(wú)法解決這一問(wèn)題。隨著機(jī)械化、自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，研制新型高效的畫(huà)線機(jī)以代替手工作業(yè)已成為迫切需要。目前，世界各國(guó)對(duì)裝飾機(jī)械的研制十分迅速，不斷推陳出新。其中以畫(huà)線機(jī)和印花機(jī)發(fā)展最為迅速。我國(guó)在這方面發(fā)展比較晚，目前用于生產(chǎn)陶瓷機(jī)械數(shù)量較小，品種較單一，因此有必要投入人力物力財(cái)力設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，引進(jìn)設(shè)備，消化技術(shù)。
1.3 工作內(nèi)容和要求
1.3.1 畫(huà)線機(jī)總體參數(shù)的確定
主要技術(shù)指標(biāo)及重要技術(shù)參數(shù)
①主要技術(shù)指標(biāo)
畫(huà)線色種: 單色
公稱(chēng)生產(chǎn)能力：6-12件/分
彩色寬度： 0.25-6mm
制品最大直徑：406mm
制品最大高度：230mm
總功率消耗： 3kw
整機(jī)重要： 約100kg
外型尺寸： 約1.4m×0.8m×1.6m
②重要技術(shù)參數(shù)
電動(dòng)機(jī)的變速范圍：1000-3000rpm
最短畫(huà)線時(shí)間： ＝1.22s
最長(zhǎng)畫(huà)線時(shí)間： ＝4.14s
畫(huà)線輔助時(shí)間： t＝3s
1.3.2 單線畫(huà)線機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
單線自動(dòng)畫(huà)線機(jī)主要由主機(jī)架、工作臺(tái)、施彩器組件、真空泵、氣動(dòng)系統(tǒng)、電器部分組成.其主要功能包括：驅(qū)動(dòng)功能、畫(huà)線功能、自動(dòng)裝卸功能、輔助功能、測(cè)控功能、安全保護(hù)功能。功能分解如下圖：
單
線
畫(huà)
線
機(jī)
驅(qū)動(dòng)
施彩頭電機(jī)驅(qū)動(dòng)
吸盤(pán)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)
單線畫(huà)線機(jī)
前伸
后仰
吸 盤(pán)
吸氣
放氣
輔 助
支撐
導(dǎo)向
測(cè)控—單線畫(huà)線機(jī)畫(huà)線
安全保護(hù)
漏電保護(hù)
過(guò)載保護(hù)
圖1 單線畫(huà)線機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖
依據(jù)這些功能，系統(tǒng)組成為：動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。各主要系統(tǒng)概述如下：
動(dòng)力系統(tǒng)：為操作部件提供動(dòng)力，如機(jī)械手的仰俯、旋轉(zhuǎn)、單線機(jī)的移動(dòng)畫(huà)線。本設(shè)計(jì)中動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)和氣壓系統(tǒng)。
傳動(dòng)系統(tǒng)：是將動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置。主要有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。在本設(shè)計(jì)中，由電動(dòng)機(jī)到施釉輪之間的傳動(dòng)是通過(guò)帶傳動(dòng)來(lái)完成的。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)：能直接完成預(yù)期工作任務(wù)的機(jī)構(gòu)和部件，為完成對(duì)陶瓷制品的畫(huà)線功能所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部件主要是機(jī)械手、施釉輪及帶釉輪。
測(cè)控系統(tǒng)：是控制畫(huà)線機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定程序和要求，以一定順序和規(guī)律運(yùn)動(dòng)完成畫(huà)線機(jī)，具體測(cè)控有機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度、升降角度、單線機(jī)的位移量、放氣時(shí)間等。
輔助系統(tǒng)：為完成畫(huà)線功能，以上各功能還需要一些輔助系統(tǒng)支持，如支承、下料、送料等輔助系統(tǒng)。
為了保證準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)畫(huà)線機(jī)地畫(huà)線功能，實(shí)現(xiàn)畫(huà)線自動(dòng)化，需滿足以下條件：
① 機(jī)構(gòu)地布局應(yīng)合理，相互之間保證不干涉，不阻擋。
② 總體布局應(yīng)使工人操作安全方便，節(jié)省空間。
③ 吸盤(pán)吸、放氣時(shí)要考慮工人操作時(shí)間地合理性。
④ 機(jī)器的電動(dòng)、氣動(dòng)部分都需外殼罩住，已加工與未加工的工件放置要整齊，物料陪送線路要清晰、合理。
⑤ 本機(jī)分四部分安裝，各部分安裝好后再連接在一起構(gòu)成一個(gè)整體，這樣能夠提高效率，保證質(zhì)量且運(yùn)輸時(shí)也方便。
1.3.3 相關(guān)部件、零件設(shè)計(jì)
單線畫(huà)線機(jī)主要有施彩器傳動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電器系統(tǒng)四部分.其中零件要首先選擇標(biāo)準(zhǔn)件,若標(biāo)準(zhǔn)件中沒(méi)有合適的零件可自行進(jìn)行設(shè)計(jì).在本機(jī)的設(shè)計(jì)中,我們需要設(shè)計(jì)選擇電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、減速器、阻尼裝置等.
表1 形態(tài)學(xué)矩陣
分功能
解 法
1
2
3
4
5
6
A動(dòng)力源
B位移傳動(dòng)
C位移
D取物傳動(dòng)
E取物
電動(dòng)機(jī)
齒輪傳動(dòng)
軌道及車(chē)
輪
拉桿
挖斗
汽油機(jī)
蝸輪蝸桿
傳動(dòng)
輪胎
繩傳動(dòng)
抓斗
柴油機(jī)
帶傳動(dòng)
履帶
汽缸傳動(dòng)
鉗式斗
蒸氣透平
鏈傳動(dòng)
氣墊
液壓缸傳
動(dòng)
機(jī)械手
液動(dòng)機(jī)
液力耦合器
氣動(dòng)馬達(dá)
1.3.3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)施機(jī)械系統(tǒng)中最常用的動(dòng)力機(jī),與其他動(dòng)力機(jī)相比,它具有較高的驅(qū)動(dòng)效率,且其種類(lèi)和型號(hào)較多,與工作機(jī)械連接方便,具有良好的調(diào)速、啟動(dòng)、制動(dòng)和反向控制性能.易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)控制,工作時(shí)無(wú)環(huán)境污染,可滿足大多數(shù)機(jī)械的工作要求.
1.3.3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)的選擇
特點(diǎn):
① 元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易于制造,且不污染環(huán)境.可集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送,便于管理.
② 易于實(shí)現(xiàn)快速的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),擺動(dòng)的高速轉(zhuǎn)動(dòng).輸出力和運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)很方便,且能實(shí)現(xiàn)過(guò)載自動(dòng)保護(hù).
③ 工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng).
④ 由于壓縮空氣的工作壓力不高,一般在0.4-0.6MPa,故輸出力和力矩不高,且傳動(dòng)效率也較低,一般用于輸出力不大的傳動(dòng)裝置.采用擴(kuò)力機(jī)械或氣液增壓裝置,可提高輸出力.
⑤ 由于空氣有壓縮性,故運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性較差,較難實(shí)現(xiàn)精密控制.采用氣液聯(lián)動(dòng)方式,可提高運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性.
⑥ 由于氣信號(hào)的傳遞速度比電信號(hào)慢得多,故不宜用于遙控及復(fù)雜得控制系統(tǒng).
組成:
起源部分、執(zhí)行部分、控制部分、輔助部分.
1.3.3.3減速器的選用
本機(jī)可選擇常用的阿基米德圓柱蝸桿減速器,這種減速器適用于蝸桿轉(zhuǎn)速不超過(guò)1500r/min,環(huán)境溫度為-40-+40°C的場(chǎng)合,可以正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn).在選用減速器時(shí),首先根據(jù)工作要求確定傳動(dòng)比i,再按蝸輪軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩查蝸輪軸額定轉(zhuǎn)矩表,確定減速器的中心距.然后按機(jī)器布置,潤(rùn)滑等要求選擇減速器的裝配形式.必要時(shí)要進(jìn)行散熱計(jì)算.
1.4 課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)
1.4.1 單線畫(huà)線機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)
單線自動(dòng)畫(huà)線機(jī)的用途是在陶瓷制品上畫(huà)出裝飾線條或圖案，以達(dá)到美化陶瓷質(zhì)樸那的目的。這種機(jī)械代替了手工畫(huà)線工作，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率以及精度，可以畫(huà)出粗細(xì)均勻的線條，克服了手工作業(yè)的缺點(diǎn)與不足，滿足了廣大消費(fèi)者的審美要求并提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。我國(guó)地域遼闊，該機(jī)不受地形氣候等外界因素影響和限制，并且易于維修，工作可靠，適用于相關(guān)陶瓷生產(chǎn)部門(mén)。
經(jīng)各種常用系統(tǒng)的計(jì)算比較得出，當(dāng)施釉輪與被加工陶瓷盤(pán)間實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，且滾動(dòng)畫(huà)線速度在0.4m/s時(shí),畫(huà)線效果最佳，故單線畫(huà)線機(jī)的一切設(shè)計(jì)要以此為宗旨。
通過(guò)帶傳動(dòng)的裝置，電動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳遞給了施釉輪與帶釉輪，兩輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，此時(shí)主從摩擦輪接觸，帶動(dòng)陶瓷旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)合理的技術(shù)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)上述的畫(huà)線速度要求，畫(huà)線機(jī)開(kāi)始畫(huà)線。在每個(gè)陶瓷畫(huà)線的開(kāi)始與結(jié)束，為了便與裝卸陶瓷，支承施釉頭組件的桿件必須能夠?qū)崿F(xiàn)擺動(dòng)，以使施釉頭組件準(zhǔn)確靠近、離開(kāi)瓷器。經(jīng)多方面的比較，我們最終選擇氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)。另外，在被加工定位的這一環(huán)節(jié)也有講究。由于陶瓷制品易碎這一特點(diǎn)，使得我們必須摒棄普通機(jī)床夾具而選擇其它的定位夾緊方法?；诒P(pán)狀陶瓷表面光潔的特點(diǎn)，我們想到了可以利用真空吸附夾緊方式定位，及手部為真空吸盤(pán)。
1.4.2單線畫(huà)線機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)
對(duì)于單線自動(dòng)畫(huà)線機(jī)，最重要的是能夠畫(huà)出均勻清晰的線條，以滿足廣大消費(fèi)者的審美要求，因此對(duì)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度要求較高。畫(huà)線機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度主要包括以下幾個(gè)方面：
①施彩頭組件擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)與機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)需協(xié)調(diào)一致，即與裝、卸料工作要配合。
②為了保證施釉輪與制品之間的接觸精度，單線機(jī)的前進(jìn)與后退要有較高的定位精度。
③機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度是否精確，關(guān)系到安放工件時(shí)的中心線能否與吸盤(pán)中心重合。
由于這些精度將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，建議采取開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。
1.5 單線畫(huà)線機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，是機(jī)械設(shè)計(jì)中極其重要的一環(huán)。正確、合理的機(jī)械系統(tǒng)的方案，對(duì)于提高機(jī)械的性能、質(zhì)量、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益等都是至關(guān)重要的。
單線畫(huà)線機(jī)
制成品M’
瓷器M
指令S
信息顯示S’
能量E
輸出E’
圖2 單線畫(huà)線機(jī)黑箱圖
1.5.1 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評(píng)價(jià)。
1.5.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
包括選擇合理的傳動(dòng)裝置的類(lèi)型、確定傳動(dòng)路線的方案以及合理分配傳動(dòng)系統(tǒng)。
1.5.3 原動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇
包括原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、轉(zhuǎn)速、以及原動(dòng)機(jī)容量的選擇。
1.5.4 操縱控制系統(tǒng)的選擇
包括機(jī)電控制系統(tǒng)、機(jī)液控制系統(tǒng)、電業(yè)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及微機(jī)控制系統(tǒng)。
1.6 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的對(duì)比
國(guó)外很多國(guó)家重視裝飾機(jī)械的研制與開(kāi)發(fā)，特別時(shí)在畫(huà)線機(jī)、印花機(jī)方面的發(fā)展時(shí)十分迅速的，與國(guó)外產(chǎn)品比起來(lái)，該產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低且柔性化程度不高；但在國(guó)內(nèi)，由于這一方面起步較晚，發(fā)展較慢，所以該產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的水平。
1.7關(guān)于用戶的需求和企業(yè)發(fā)展計(jì)劃的介紹
對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，他們希望用更好的陶瓷制品，外表美觀大方，且物美價(jià)廉，這就是用戶所追求的方向。因此，企業(yè)的發(fā)展應(yīng)以此為導(dǎo)向，來(lái)滿足用戶的需求。這樣的企業(yè)才能有所創(chuàng)造，有所發(fā)展。
1.8 可能用到的知識(shí)和技能
理論知識(shí)：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、機(jī)械制造技術(shù)等
應(yīng)用軟件：AutoCAD、CATIA、ADAMS、Office word等。
1.9 需要自學(xué)的知識(shí)和技能
由于在本科的學(xué)習(xí)階段，我們主要學(xué)習(xí)了一些專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)而過(guò)少解除各科知識(shí)在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)注重在實(shí)際應(yīng)用方面豐富自己的頭腦。針對(duì)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我應(yīng)多多學(xué)習(xí)關(guān)于陶瓷加工機(jī)械方面的知識(shí)，爭(zhēng)取創(chuàng)造條件實(shí)際觀察陶瓷的單線畫(huà)線機(jī)的工作過(guò)程，了解其原理。另外，在三維造型方面，目前市面流行的工程軟件很多，除了CATIA，我們還可以考慮用其他的軟件。若有條件，我會(huì)考慮學(xué)習(xí)另外的軟件來(lái)進(jìn)行三維造型。
2 工作計(jì)劃
表2 進(jìn)度計(jì)劃表
2006.2-2006.3
調(diào)研、譯文、參考文獻(xiàn)
2006.4.1-2006.4.15
總體布置、草圖、開(kāi)題報(bào)告
2006.4.15-2006.5.1
總體設(shè)計(jì)、總裝圖
2006.5.1-2006.5.15
部件設(shè)計(jì)、相關(guān)計(jì)算
2006.5.15-2006.6.1
零件、部件、設(shè)計(jì)、論文
2006.6.1-2006.6.20
修改、完善、圖紙論文、答辯
參考文獻(xiàn)
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［8］非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機(jī)械手冊(cè) 張展 北京：兵器工業(yè)出版社
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［10］現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下） 北京出版社
［11］機(jī)械設(shè)計(jì) 譚慶昌，趙洪志 吉林科學(xué)技術(shù)出版社
［12］材料力學(xué) 聶毓琴，孟廣偉 吉林科學(xué)技術(shù)出版社
［13］機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 于駿一，張福潤(rùn) 機(jī)械工業(yè)出版社
［14］機(jī)械原理 秦榮榮，崔可維 吉林科學(xué)技術(shù)出版社