毛刺識別機(jī)構(gòu)設(shè)計-貫穿孔毛刺的識別設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙+說明書完整資料】

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毛刺是金屬切削加工中產(chǎn)生的普遍現(xiàn)象之一 也是金屬切削理論研究中迄今 為止尚未解決好的兩大難題 毛刺的生成與控制 切屑的處理與控制 之一 目前 檢測毛刺及去毛刺技術(shù)已受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的普遍重視 相繼成立了許 多專門研究機(jī)構(gòu) 進(jìn)行了大量實驗研究 檢測毛刺去毛刺工藝已由手工作業(yè)向機(jī)械 化 自動化的方向發(fā)展 去毛刺的工藝方法也在逐年增加 據(jù)粗略統(tǒng)計 1972 年 去除毛刺的方法僅有 22 種 1975 年增加到 30 種 1990 年 則已達(dá) 70 余種 已涉及機(jī)械加工的各個方面 并不斷有新的去毛刺研究成果問世 隨著中國加入 WTO 改革開放進(jìn)程的加快 產(chǎn)品競爭會日益激烈 提高產(chǎn)品內(nèi)在 質(zhì)量 增加系統(tǒng)可靠性 降低成本是企業(yè)面臨的唯一選擇 另外 隨著國家機(jī)電產(chǎn)品 出口比率的加大 也為去毛刺的研究和應(yīng)用帶來鍥機(jī) 有跡象表明 歐 美 日本 臺灣 香港等國家和地區(qū)的一些企業(yè) 考慮或正在我國大陸設(shè)立光整設(shè)備生產(chǎn)基地 和設(shè)置服務(wù)中心 以搶先占領(lǐng)中國市場 國外已成功研制了用于 CNC 數(shù)控機(jī)床上的去毛刺技術(shù) 并已投入使用 該項 技術(shù)的核心是一套按不同幾何形狀確定的刀具 由刀桿 去毛刺工具和特殊軸承結(jié) 構(gòu)三部分組成 具有非常短暫的工作節(jié)拍和很高的去毛刺質(zhì)量 國內(nèi)研制的由 PC 控制一組輪刷作為切削工具的半自動齒輪端面去毛刺機(jī)床已研制成功并投入使用 以德國 Bosch 公司研制的柔性去毛刺系統(tǒng) FDS Flexible Deburring 和包括切 屑處理 清洗在內(nèi) 的柔性清整系統(tǒng) FFS Flexible Finishing System 為代表的高度自動化的去毛刺技術(shù) 已得到應(yīng)用 這標(biāo)志著去毛刺技術(shù)正向高新技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn) 在美國的 SMC 生產(chǎn)加工工程師學(xué)會 和 ASME 美國機(jī)械工程師學(xué)會 對 這毛刺檢測有較深入的研究 但沒有制訂成國家標(biāo)準(zhǔn) 為了評定被測工件去毛刺 的質(zhì)量 人們可以參照表面粗糙度的參數(shù)值范圍的評定規(guī)則 將去毛刺質(zhì)量劃分 成 1 10 個等級 如圖 1 所示 這種定量方式是否能夠合理正確反映去毛刺質(zhì)量 有待人們實踐中加以驗證 圖 1 說明 以 0 005 0 01mm 為一級初始范圍 其余多級的數(shù)值組成等比數(shù)列 一般來說 檢測毛刺時首先應(yīng)將去毛刺后的工件清洗干凈并吹干內(nèi)部毛刺在 必要時根據(jù)被檢測的工件的性能要求 外觀等方面來選擇適宜的檢測方法 2 本課題的意義 毛刺現(xiàn)象既是一個簡單的又是一個復(fù)雜的問題 隨著工業(yè)化和自動化程度的 提高 機(jī)械加工領(lǐng)域 特別是航空 航天 儀器儀表領(lǐng)域中 對機(jī)械零件制造精度要 求的提高和機(jī)構(gòu)設(shè)計的微型化 毛刺的危害日益明顯 在實際工作中 若去毛刺的 方法適當(dāng) 它會提高產(chǎn)品的質(zhì)量 降低成本 否則 不但影響生產(chǎn)效率的提高 產(chǎn)品質(zhì)量好壞 還會影響產(chǎn)品的成本 具體說 有些產(chǎn)品要求較高 經(jīng)過認(rèn)真去 毛刺后由于毛刺較牢固 如果不是經(jīng)過切削加工是很難脫落的 有些高精度產(chǎn)品 特別是安全性能要求特別高 價值極高的產(chǎn)品 如飛機(jī) 衛(wèi)星等產(chǎn)品就要求徹底 消除毛刺 即使非常牢固的毛刺 需要經(jīng)過切削加工也要消除 否則萬一毛刺脫 落就會造成不可估量的損失 因此 毛刺去除與毛刺檢測對機(jī)械產(chǎn)品及機(jī)械工業(yè) 有著重要意義 畢業(yè)設(shè)計 論文 研究的內(nèi)容 方法及擬解決的關(guān)鍵問題 1 完成內(nèi)容 1 熟悉毛刺產(chǎn)生的原因及貫穿孔毛刺的特點 2 選擇毛刺識別的方法并設(shè)計識別設(shè)備 3 熟悉 Solidworks 及 Auto CAD 繪圖軟件 4 繪制識別設(shè)備結(jié)構(gòu)圖 2 選擇毛刺檢測方法 一般來說 檢測毛刺時首先應(yīng)將去毛刺后的工件清洗干凈并吹干內(nèi)部毛刺在 必要時根據(jù)被檢測的工件的性能要求 外觀等方面來選擇適宜的檢測方法 如下 表 名稱 方法步驟 應(yīng)用范圍 手感法 用手撫摸去毛刺部分 憑手感來決定如果扎手則認(rèn)為毛刺還沒有完全清除 適用于對外觀有一定要求的產(chǎn)品 目測法 內(nèi)部毛刺可剖開 用肉眼觀察 適用于產(chǎn)品的外觀和內(nèi)部有一定精度要求的 掛絲法 內(nèi)部毛刺可剖開用一根棉線沿棱邊移動 適用于產(chǎn)品性能有特定 棉線被掛住了 或破損了 則去毛刺不 徹底 要求的 如伺服閥的閥 口和密封性能要求較高 的產(chǎn)品 放大法 內(nèi)部毛刺可剖開 用 5 10 倍放大鏡觀察工作 適用于對產(chǎn)品性能和精度有較高要求的產(chǎn)品 定量法 將工件進(jìn)行縱剖或橫剖用萬能工具測量 并在工件棱邊上測出毛刺的寬度 適用于性能要求高密封性好的產(chǎn)品 激光掃描 法 將工件置于有放大性能的輪廓儀上拍照 根據(jù)照片可定量檢測毛刺的形狀及有關(guān) 參數(shù) 適用于高精度產(chǎn)品 現(xiàn)代工業(yè)對零件品質(zhì)要求越來越高 機(jī) 電 光一體化及數(shù)字化是未來的發(fā)展 方向 因此 本設(shè)計采用激光掃描法檢測孔 跟據(jù)特點 設(shè)計激光掃描儀 3 擬定激光掃描儀方案 現(xiàn)擬定激光掃描儀傳動方案如下圖 2 所示 圖 2 激光掃描儀方案 激光掃描儀主體由兩個步進(jìn)電機(jī)及兩組絲杠滑塊副組成 兩個步進(jìn)電機(jī)帶動兩個 絲杠轉(zhuǎn)動 使絲杠上的滑塊移動 實現(xiàn)激光發(fā)射器在 X Y 平面內(nèi)移動定位 激光 精準(zhǔn)測出工件中的孔的形狀 并計算出毛刺輪廓及尺寸 通過計算機(jī)顯示端輸出 實現(xiàn)貫穿孔毛刺的識別 判斷零件是否合格 本傳動方案的優(yōu)點是 結(jié)構(gòu)簡單 定位精度高 適用范圍廣泛 符合未來發(fā)展 的趨勢 缺點是 產(chǎn)品造價比較高 完成期限和預(yù)期進(jìn)度 第 1 2 周 2013 年 3 月 1 日 3 月 14 日 畢業(yè)實習(xí)與設(shè)計調(diào)研 第 3 4 周 2013 年 3 月 14 日 3 月 21 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 第 5 12 周 2013 年 3 月 21 日 4 月 5 日 畢業(yè)設(shè)計主要工作 第 6 周 系統(tǒng)參數(shù)計算 材料選擇 動力選擇等 第 7 10 周 Solidworks 三維建模 生成工程圖 第 11 12 周 編寫設(shè)計計算說明書 準(zhǔn)備電子文檔 第 13 周 2013 年 5 月 26 日 5 月 31 日 資格審查 論文修改時間 2013 年 6 月 1 日 6 月 3 日 畢業(yè)設(shè)計答辯 主要參考資料 1 機(jī)械設(shè)計手冊編輯委員會 機(jī)械設(shè)計手冊 1 2 第三版 M 北京 機(jī)械工業(yè)出 版社 2004 2 現(xiàn)代傳動設(shè)計手冊編輯委員會 現(xiàn)代傳動設(shè)計手冊 第二版 M 北京 機(jī)械 工業(yè)出版社 2002 3 機(jī)械設(shè)計手冊編輯委員會 機(jī)械設(shè)計手冊 3 新版 M 北京 機(jī)械工業(yè)出 版社 2005 4 王磊 王旭永 高壓水射流去毛刺技術(shù)的特征及應(yīng)用 J 制造 材料 2001 39 443 7 9 5 張惠生 機(jī)械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報 2011 17 4 58 61 6 王吉安 如何選擇去毛刺技術(shù)及檢測方法 J 工藝 2004 12 28 30 7 Yang D C H Blanche J G Design and application guiddines for cycloiddrives th machining toleran ces Mechan ism and MachineD Theo 1990 25 5 487 50 8 楊崇麟 板式換熱器工程設(shè)計手冊 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 9 顧繩谷 電機(jī)及拖動基礎(chǔ) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1981 10 楊志芬 去毛刺技術(shù) J 世界制造技術(shù)與裝備市場 1994 1 8 9 11 趙東標(biāo)等 航空發(fā)動機(jī)葉片毛刺打磨方法 J 航空制造工程11998 6 34 35 12 胡志強(qiáng) 國外飛機(jī)零部件去毛刺和光飾技術(shù)概況 J 西飛科技 1992 1 44 46 13 李鐵詳 國內(nèi)去毛刺及表面光整加工技術(shù)狀況 J 組合機(jī)床與自動加工技術(shù) 1996 4 2 3 14 吳敏鏡 毛刺及去毛刺技術(shù) J 航天工藝11999 3 47 49 15 王衛(wèi)林 毛刺技術(shù) J 航空制造工程11993 2 19 21 16 貴成 金屬切削中進(jìn)給方向毛刺生成機(jī)理極其控制 J 應(yīng)用科學(xué)學(xué)報11991 9 3 7269 275 17 季迪 去毛刺方法及設(shè)備 J 內(nèi)燃機(jī)燃油噴射和控制12000 1 48 49 指導(dǎo)教師 導(dǎo)師組 意見 簽 名 年 月 日 審查小組意見 審查小組負(fù)責(zé)人 簽 名 年 月 日 備注 1 要有 5 篇以上相關(guān)文章的閱讀量 2 理 工科開題報告撰寫要求在 1500 字左右 人文社科開題報告在 2500 字左 右 包括論文選題的背景和意義 工作任務(wù)分析 調(diào)研報告 方案擬定與分析 畢業(yè)論文撰寫提綱及實施計劃 文獻(xiàn)綜述 理 工科可不提交文獻(xiàn)綜述 等 3 電腦打印 用 A4 紙 頁邊距左邊 3 2cm 右邊 2 54cm 上下邊距 2 54cm 在 左邊裝訂 內(nèi)容為小四號宋體 行距為固定值 20 磅 4 文獻(xiàn)綜述 按文獻(xiàn)綜述格式打印 附在開題報告后面一起裝訂 文獻(xiàn)綜述內(nèi)容 一 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 隨著工業(yè)化和自動化程度的提高 機(jī)械加工領(lǐng)域 特別是航空 航天 儀器儀表 領(lǐng)域中 對機(jī)械零件制造精度要求的提高和機(jī)構(gòu)設(shè)計的微型化 毛刺的危害性尤為明 顯 逐漸引起人們的普遍重視 并開始對毛刺的生成機(jī)理及去除方法進(jìn)行研究 1953 年 日本許多廠家就開始研制用于汽車剎車鼓 汽缸體 變速箱體等大中型鑄 件的專用自動去毛刺機(jī) 由于這種去毛刺機(jī)械對零件的適應(yīng)性差 價格貴等因素未 能得到普遍推廣應(yīng)用 但這為后來發(fā)展起來的鑄件去毛刺技術(shù)奠定了良好基礎(chǔ) 在 理論研究方面 1958 年日本京都大學(xué)的奧島教授發(fā)表了 關(guān)于切削過程中的毛刺現(xiàn) 象 的論文 對產(chǎn)生毛刺的現(xiàn)象及毛刺的分類進(jìn)行了論述 1959 年 宇都宮大學(xué)隈部教授發(fā)表了題為 用振動切削減少毛刺的探討 的論 文 1967 年 靜崗大學(xué)財滿教授發(fā)表了 關(guān)于鋁合金板鉆孔形成的毛刺的研究 一 文 同年 美國的R 威廉提出了將研磨劑與硅樹脂混合在一起 作為介質(zhì) 壓入裝有 零件的模具中 將零件內(nèi)表面和孔的毛刺去掉 即擠壓珩磨去毛刺技術(shù) 取得初步 成功 現(xiàn)該項技術(shù)已成為美國專利 1971 年 日本綜合鑄件中心在職業(yè)訓(xùn)練大學(xué)木 下教授等的指導(dǎo)下 研制了數(shù)控式砂帶磨削裝置 可以去除任意形狀鑄件的毛刺 同年12 月 日本磨粒加工研究會舉辦了 去毛刺工藝講座 會上發(fā)表了磨粒 砂 布 超聲波 化學(xué) 電解等方法去除毛刺的論文 1972 年 小山株式會社研制的鑄 件去毛刺機(jī) 日本小松制作所的汽缸體自動去毛刺裝置均獲得日本自動化機(jī)械獎 日本東京芝浦電氣生產(chǎn)技術(shù)研究所的高孝哉對20 余種主要的去毛刺方法的去毛刺 原理 毛刺的大小 位置 去毛刺零件的形狀 自動化難易程度 作業(yè)設(shè)備費用 特征等進(jìn)行了深入研究和論述 1973 年 美國狄地洲大學(xué)格里列斯皮完成了題為 機(jī)械加工中毛刺形成與性質(zhì) 的論文 分析了機(jī)械加工過程中毛刺的形成原理 并 論述了實驗過程中對毛刺的觀測 美國對機(jī)械零件去毛刺技術(shù)比較重視 是因為美 國機(jī)械制造業(yè)發(fā)展迅速 產(chǎn)量高 批量大 質(zhì)量要求高等因素 而用手工去毛刺滿足 不了生產(chǎn)發(fā)展的需要 1974年美國制造工程師學(xué)會首先成立了毛刺技術(shù)分會 著手 對去毛刺技術(shù) 進(jìn)行研究 這是毛刺問題正式例入議事日程的開始 1976 年前后 日本已有去毛刺 技術(shù)方面的專利300 余件 其中有關(guān)塑料工件去毛刺技術(shù)的專利約有90 件 其間 日本的技術(shù)人員對產(chǎn)生毛刺的原因及預(yù)防措施進(jìn)行了大量的研究和實驗 取得了一 定進(jìn)展 其中振動光飾去毛刺機(jī) 又稱振動滾磨機(jī) 的研究與應(yīng)用在世界上得到好評 1984 年以來 日本橫濱大學(xué)中山一雄教授以切削加工中最基本要素切削方向和刀具 切削刃為基準(zhǔn) 對切削毛刺進(jìn)行了較為全面 系統(tǒng)的定義分類 先后對車削 刨削加 工 中被加工件的物理性能 工件形態(tài) 刀具的幾何參數(shù)等因素對切削毛刺的影響進(jìn)行 了大量的實驗研究與理論分析 這對有效抑制和減小毛刺的產(chǎn)生奠定了理論基礎(chǔ) 為交流有關(guān)毛刺問題的科研成果 國際毛刺技術(shù)組織在1976 年9 月28 30 日在美 國德克薩斯洲的霍斯頓召開了首屆抑制毛刺的國際會議 對有關(guān)毛刺問題進(jìn)行了學(xué) 術(shù)交流 之后 于1977 年6 月在美國費城召開了控制毛刺和表面加工精度的第2 次 國際學(xué)術(shù)會議 又于1979 年10 月召開了第3 次毛刺問題的國際學(xué)術(shù)會議 交流研究 及控制毛刺的科研成果 國際生產(chǎn)工程學(xué)會 CIRP 也在其學(xué)術(shù)會議上 相繼就關(guān)于 切削毛刺生成機(jī)理與去除技術(shù)等研究內(nèi)容進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流 促進(jìn)了毛刺生成機(jī)理與 控制研究的深入發(fā)展 在2000 年9 月召開的第5 屆國際去毛刺和表面精整大會上 討論了以ISO9000為基礎(chǔ)的毛刺檢查標(biāo)準(zhǔn) 其中包括40 多項關(guān)于毛刺的技術(shù)問題 目前 去毛刺技術(shù)已受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的普遍重視 我國原機(jī)械部液壓行業(yè)就把去 毛刺技術(shù)列為 七五 期間提高液壓產(chǎn)品質(zhì)量的主要攻關(guān)項目 隨著我國工業(yè)化進(jìn) 程的加快 零件去毛刺技術(shù)的應(yīng)用范圍日益廣泛 有越來越多的部門開始重視零件去 毛刺技術(shù)的研究和應(yīng)用 并已取得豐碩的研究成果 二 綜述 1 張惠生 機(jī)械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報 2011 17 4 58 61 張惠生在本文中闡述了機(jī)械零件加工過程中毛刺危害與形成原因 毛刺的預(yù)防 措施 去毛刺工藝及發(fā)展趨勢 文中論述了常見去毛刺方法 為我們選擇提供了多種選擇途徑 常見去毛刺方 法有 1 人工去毛刺 2 刷子去毛刺法 3 振動光飾去毛刺法 4 熱能去毛刺法 5 化學(xué)去毛刺法 6 電化學(xué)去毛刺法 7 刷子 電磁放電去毛刺法 8 電熱絲去毛刺 9 放電加工去毛刺 10 磁力研磨去毛刺 11 激光去毛刺 12 超聲波去毛刺 13 機(jī)器人去毛刺 2 王吉安 如何選擇去毛刺技術(shù)及檢測方法 J 工藝 2004 12 28 30 王吉安在本文中提出了可能避免毛刺的產(chǎn)生的方法 降低刀具前刀面的表面粗糙度 增大刀具前角 減少切削厚度 對工件適當(dāng)熱處理 減少塑性變形 采用抗黏結(jié)性能好的切削液 根據(jù)零件的塑性 適當(dāng)調(diào)整切削速度 建立超穩(wěn)定的加工環(huán)境 采用特種加工方法 本文中也提出了可能避免毛刺的檢測方法 名稱 方法步驟 應(yīng)用范圍 手感法 用手撫摸去毛刺部分 憑手感來決定如果扎手則認(rèn)為毛刺還沒有完全清除 適用于對外觀有一定要求的產(chǎn)品 目測法 內(nèi)部毛刺可剖開 用肉眼觀察 適用于產(chǎn)品的外觀和內(nèi)部有一定精度要求的 掛絲法 內(nèi)部毛刺可剖開用一根棉線沿棱邊移動 棉線被掛住了 或破損了 則去毛刺不徹 適用于產(chǎn)品性能有特定要求的 如伺服閥的閥口和 底 密封性能要求較高的產(chǎn)品 放大法 內(nèi)部毛刺可剖開 用 5 10 倍放大鏡觀察工作 適用于對產(chǎn)品性能和精度有較高要求的產(chǎn)品 定量法 將工件進(jìn)行縱剖或橫剖用萬能工具測量 并在工件棱邊上測出毛刺的寬度 適用于性能要求高密封性好的產(chǎn)品 拍照法 將工件置于有放大性能的輪廓儀上拍照 根據(jù)照片可定量檢測毛刺的形狀及有關(guān)參 數(shù) 適用于高精度產(chǎn)品 3 王磊 王旭永 高壓水射流去毛刺技術(shù)的特征及應(yīng)用 J 制造 材料 2001 39 443 7 9 王磊 王旭永在本文中提出了高壓水射流去毛刺技術(shù)是利用水力噴射所具有的 物理作用和切割作用來去除毛刺的一種柔性加工工藝方法 論證了這種工藝去除毛 刺能力穩(wěn)定 生產(chǎn)效率高 易于實現(xiàn)光控 數(shù)控或機(jī)械手控制 并且全面介紹了高 壓水射流去毛刺技術(shù)的原理 特點 技術(shù)要點以及應(yīng)用情況 4 機(jī)械設(shè)計手冊編輯委員會 機(jī)械設(shè)計手冊 1 2 第三版 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版 社 2004 機(jī)械設(shè)計手冊提供了廣泛的數(shù)據(jù)查詢與方法查詢 它共6卷 其中第1卷包括機(jī) 械設(shè)計基礎(chǔ)資料 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械制圖和幾何精度設(shè)計 機(jī)械工程材料 連接 件與緊固件 第2卷包括軸和聯(lián)軸器 滾動軸承 滑動軸承 機(jī)架 箱體及導(dǎo)軌 彈簧 機(jī)構(gòu) 機(jī)械零部件設(shè)計禁忌 第3卷包括帶 鏈傳動 齒輪傳動 減速器 變速器 離合器 制動器 潤滑 密封 第4卷包括液力傳動 液壓傳動與控制 氣壓傳動與控制 第5卷包括光機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計 傳感器 控制元器件和控制 單元 電動機(jī) 第6卷包括機(jī)械振動與噪聲 疲勞強(qiáng)度設(shè)計 可靠性設(shè)計 優(yōu)化設(shè) 計 反求設(shè)計 數(shù)字化設(shè)計 人機(jī)工程與產(chǎn)品造型設(shè)計 創(chuàng)新設(shè)計 備注 1 文獻(xiàn)綜述內(nèi)容包括 國內(nèi)外研究理論 研究方法 進(jìn)展情況 存在問題 參考依據(jù) 等 2 文獻(xiàn)綜述必須切題 3 電腦打印 用 A4 紙 內(nèi)容為小四號宋體 行距為固定值 20 磅 頁邊距左邊 3 2cm 右邊 2 54cm 上下邊距 2 54cm 在左邊裝訂 1 寧 XX 大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 貫穿孔毛刺的識別設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 分 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 二 一三年 月 2 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用也顯得越來越頻繁 先進(jìn)去毛刺技術(shù)的發(fā)展總是 不斷地從新科技的成果中獲得新的起點 目前 毛刺技術(shù)在電子科技 計算機(jī)技術(shù)及機(jī)器 人的制造中都起著重要的作用 無論在什么情況下 數(shù)控毛刺要適應(yīng)變化才能提高水平和 質(zhì)量 我們只有將數(shù)控機(jī)技術(shù)和跟蹤技術(shù)有效的結(jié)合才能更好的推動新科技的發(fā)展 因此 貫穿孔毛刺的識別設(shè)備的設(shè)計對于解決這一難題至關(guān)重要 關(guān)鍵詞 貫穿孔毛刺的識別設(shè)備 機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 Abstract With the development of science and technology the application of structure becomes more and more frequent the development of advanced deburring technology constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point At present the burr technology plays an important role in the manufacture of electronic technology computer technology and robot In any case NC burr should adapt to the change in order to improve the level and quality of We will only CNC machine technology and the tracking technology must be combined effectively in order to better promote the development of new technology so the through hole glitch recognition equipment design is very important for solving this problem Keywords through hole glitch recognition equipment mechanism design 4 目 錄 摘要 2 Abstract 3 目 錄 4 第 1 章 緒論 6 1 1 課程的研究目的及意義 6 1 1 1 課程背景 6 1 1 2 意義 6 1 2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 7 1 2 2 國內(nèi)去毛刺機(jī)的發(fā)展概況 7 1 2 3 國外去毛刺機(jī)的發(fā)展概況 7 1 2 4 去毛刺機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 8 1 3 本課題研究的內(nèi)容及方法 9 1 3 1 主要的研究內(nèi)容 9 1 3 2 設(shè)計要求 9 第 2 章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計 10 2 1 設(shè)計概念 10 2 2 設(shè)計原理 11 2 3 方案討論 12 第 3 章 數(shù)控去毛刺機(jī) X 結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 12 3 1 X 向滾珠絲桿副的選擇 13 3 1 1 導(dǎo)程確定 13 3 1 2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 13 3 1 3 估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重 13 3 1 4 確定絲桿的等效負(fù)載 14 3 1 5 確定絲桿所受的最大動載荷 14 3 1 6 精度的選擇 15 3 1 7 選擇滾珠絲桿型號 15 5 3 2 校核 17 3 2 1 臨界壓縮負(fù)荷驗證 18 3 2 2 臨界轉(zhuǎn)速驗證 18 3 2 3 絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 19 3 3 電機(jī)的選擇 20 3 3 1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 20 3 3 2 電機(jī)扭矩計算 21 第 4 章 Y 向結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 4 1 設(shè)計要求 23 4 2 傳動計算 23 4 3 電機(jī)的選擇 25 4 3 1 電機(jī)的分類 25 4 3 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 26 第 5 章 Z 向結(jié)構(gòu)設(shè)計 28 5 1 Z 軸滾動導(dǎo)軌副的計算 選擇 28 5 2 滾珠絲杠計算 選擇 29 5 3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算 31 第 6 章 CCD 鏡頭機(jī)構(gòu) 34 6 1 機(jī)構(gòu)設(shè)計工作原理 34 6 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計 34 6 3 電動機(jī)的選型 34 第 7 章 機(jī)架的設(shè)計 35 7 1 機(jī)架的基本尺寸的確定 35 7 2 架子材料的選擇確定 35 7 3 主要梁的強(qiáng)度校核 35 總結(jié) 38 參考文獻(xiàn) 39 致 謝 40 6 第 1 章 緒論 1 1 課程的研究目的及意義 1 1 1 課程背景 毛刺 是指在金屬 包括熱加工和冷加工 切割加工過程中在切削力作用下 產(chǎn)生晶 粒剪切滑移 塑性變形使材料擠壓撕裂 導(dǎo)致工件表面過渡處出現(xiàn)各種尖角 毛邊等不規(guī) 則的金屬部分 毛刺是金屬切削加工中產(chǎn)生的普遍現(xiàn)象之一 也是金屬切削理論研究中迄 今為止尚未解決好的兩大難題 毛刺的生成與控制 切屑的處理與控制 之一 隨著工業(yè) 化和自動化程度的提高 當(dāng)今毛刺向微型化 薄型化 復(fù)合化 模塊化和智能化等發(fā)展的 趨勢 在毛刺的各個門類中都得到了充分的體現(xiàn) 在機(jī)械加工領(lǐng)域 特別是航空 航天 儀器儀表領(lǐng)域中 對機(jī)械零件制造精度要求的提高和機(jī)構(gòu)設(shè)計的微型化 毛刺的危害性尤為 明顯 逐漸引起人們的普遍重視 基于毛刺在日常生活與生產(chǎn)當(dāng)中起著舉足輕重的角色 因此對于毛刺的檢驗也就成了一項很重要的工作 人們也開始對毛刺的生成機(jī)理及去除方 法進(jìn)行研究 目前 檢測毛刺及去毛刺技術(shù)已受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的普遍重視 相繼成立了許多專門 研究機(jī)構(gòu) 進(jìn)行了大量實驗研究 檢測毛刺去毛刺工藝已由手工作業(yè)向機(jī)械化 自動化的 方向發(fā)展 去毛刺的工藝方法也在逐年增加 據(jù)粗略統(tǒng)計 1972 年 去除毛刺的方法僅有 22 種 1975 年增加到 30 種 1990 年則已達(dá) 70 余種 已涉及機(jī)械加工的各個方面 并不斷有新 的去毛刺研究成果問世 隨著中國加入 WTO 改革開放進(jìn)程的加快 產(chǎn)品競爭會日益激烈 提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量 增加系統(tǒng)可靠性 降低成本是企業(yè)面臨的唯一選擇 另外 隨著國家機(jī) 電產(chǎn)品出口比率的加大 也為去毛刺的研究和應(yīng)用帶來鍥機(jī) 有跡象表明 歐 美 日本 臺灣 香港等國家和地區(qū)的一些企業(yè) 考慮或正在我國大陸設(shè)立光整設(shè)備生產(chǎn)基地和設(shè)置 服務(wù)中心 以搶先占領(lǐng)中國市場 國外已成功研制了用于 CNC 數(shù)控機(jī)床上的去毛刺技術(shù) 并已投入使用 該項技術(shù)的核心是一套按不同幾何形狀確定的刀具 由刀桿 去毛刺工具 和特殊軸承結(jié)構(gòu)三部分組成 具有非常短暫的工作節(jié)拍和很高的去毛刺質(zhì)量 國內(nèi)研制的 由 PC 控制一組輪刷作為切削工具的半自動齒輪端面去毛刺機(jī)床已研制成功并投入使用 以德國 Bosch 公司研制的柔性去毛刺系統(tǒng) FDS Flexible Deburring 和包括切屑處理 清 洗在內(nèi)的柔性清整系統(tǒng) FFS Flexible Finishing System 為代表的高度自動化的去毛刺技術(shù) 已得到應(yīng)用 這標(biāo)志著去毛刺技術(shù)正向高新技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn) 在美國的 SMC 生產(chǎn)加工工程 師學(xué)會 和 ASME 美國機(jī)械工程師學(xué)會 對這毛刺檢測有較深入的研究 但沒有制訂 成國家標(biāo)準(zhǔn) 7 1 1 2 意義 毛刺現(xiàn)象既是一個簡單的又是一個復(fù)雜的問題 隨著工業(yè)化和自動化程度的提高 機(jī) 械加工領(lǐng)域 特別是航空 航天 儀器儀表領(lǐng)域中 對機(jī)械零件制造精度要求的提高和機(jī)構(gòu) 設(shè)計的微型化 毛刺的危害日益明顯 因此 跟蹤世界毛刺科技發(fā)展新動向 總結(jié)各國發(fā) 展毛刺科技發(fā)展新舉措 科技發(fā)展新特點 密切關(guān)注毛刺領(lǐng)域的新材料等 對促進(jìn)我國毛 刺科技的發(fā)展 工件整體水平 推動電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展 都具有重要的理論和現(xiàn)實意義 在實際工作中 若去毛刺的方法適當(dāng) 它會提高產(chǎn)品的質(zhì)量 降低成本 否則 不但影響 生產(chǎn)效率的提高 產(chǎn)品質(zhì)量好壞 還會影響產(chǎn)品的成本 具體說 有些產(chǎn)品要求較高 經(jīng) 過認(rèn)真去毛刺后由于毛刺較牢固 如果不是經(jīng)過切削加工是很難脫落的 有些高精度產(chǎn)品 特別是安全性能要求特別高 價值極高的產(chǎn)品 如飛機(jī) 衛(wèi)星等產(chǎn)品就要求徹底消除毛刺 即使非常牢固的毛刺 需要經(jīng)過切削加工也要消除 否則萬一毛刺脫落就會造成不可估量 的損失 隨著技術(shù)的發(fā)展 無論產(chǎn)品種類 規(guī)格 產(chǎn)能和產(chǎn)量 技術(shù)水平都得到很大提高 毛刺是電子科技的重要支撐 是電子設(shè)備 電子信息系統(tǒng)以及武器裝備控制系統(tǒng)的重要基 礎(chǔ) 從的發(fā)展歷程可以看出 電子系統(tǒng)功能的每一次升級 半導(dǎo)體技術(shù)的每一次創(chuàng)新都會 從產(chǎn)量和性能等方面對元件提出更高的要求 伴隨著信息化浪潮在世界范圍內(nèi)如火如荼地 發(fā)展 毛刺的發(fā)展速度 技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模 不僅直接影響著電子技術(shù)的發(fā)展 而且對 改造傳統(tǒng)行業(yè) 促進(jìn)科技進(jìn)步 提高裝備現(xiàn)代化水平都具有重大意義 因此 毛刺去除與 毛刺檢測對整個機(jī)械產(chǎn)品及機(jī)械工業(yè)有著重要意義 1 2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 2 2 國內(nèi)去毛刺機(jī)的發(fā)展概況 目前 國外許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把數(shù)控去毛刺設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化 產(chǎn)業(yè)化 價格相 對也有所下降 在近幾年 微電子技術(shù)的快速發(fā)展帶動了以 PC 機(jī)位代表的計算機(jī)軟硬件 的發(fā)展 去毛刺機(jī)設(shè)備也以建立以 pc 機(jī)為基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)為目標(biāo) 向開放的集成自動化 方向發(fā)展 為順應(yīng)這一趨勢 去毛刺數(shù)控系統(tǒng)也由專用的封閉數(shù)控系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開 放數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展 有些進(jìn)口的去毛刺設(shè)備只需要操作者輸入去毛刺材料 厚度 坡口形式 等去毛刺工藝條件他就可自動生成去毛刺工藝 并且還可以隨著被焊材料 構(gòu)件的換代 實現(xiàn)在線遠(yuǎn)程升級 他們的設(shè)備基本都提供了現(xiàn)場總線接口 是國外自動化去毛刺系統(tǒng)的 集成水平顯著提高 在歐美 日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國家 自動化 機(jī)器人去毛刺設(shè)備的應(yīng)用非 常普遍 特別是在批量化 大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高 已形成了成熟的技術(shù) 設(shè)備和與之配套并不斷升級的去毛刺工藝 8 1 2 3 國外去毛刺機(jī)的發(fā)展概況 去毛刺產(chǎn)品中有許多曲線的去毛刺 在我國一般采用手工去毛刺 手工操作具有一定 的優(yōu)勢 但也 存在著人員管理難 工人培訓(xùn)周期長 生產(chǎn)環(huán)境惡劣 勞動強(qiáng)度大 去毛 刺質(zhì)量難以穩(wěn)定的保持 容易產(chǎn)生夾雜 氣孔等缺陷 去毛刺成本高 生產(chǎn)效率低一系列 的問題等 為了克服上述種種弊端 去毛刺科技工作者研究出了多種自動化去毛刺設(shè)備 如仿形去毛刺機(jī) 去毛刺機(jī)器人 三維數(shù)控去毛刺機(jī)等 近些年來我國去毛刺技術(shù)的整體 發(fā)展水平比較好 尤其是逆變式焊機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成熟 正在全國推廣應(yīng)用 波控 智能及自 動 半自動去毛刺技術(shù)快速發(fā)展 可是盡管如此 我國的去毛刺設(shè)備還是不能滿足國內(nèi)工 業(yè)的生產(chǎn)需求 1 2 4 去毛刺機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 我國從 20 世紀(jì) 80 年代開始進(jìn)行大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品去毛刺結(jié)構(gòu)的研究 20 多年來 已取得長足的進(jìn)步 去毛刺結(jié)構(gòu)已經(jīng)在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床等大型機(jī)床上應(yīng)用以焊代鑄以焊 代鍛的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)迅速發(fā)展 在汽車制造工業(yè)方面 隨著我國汽車產(chǎn)量的不斷增加 20 世紀(jì) 90 年代開始從國外陸續(xù) 引進(jìn)先進(jìn)的去毛刺設(shè)備 并在車轉(zhuǎn)動軸 剎車蹄片 輪圈以及其他部件的制造過程中普遍 采用各種先進(jìn)的去毛刺工藝 提高了去毛刺效率和產(chǎn)品質(zhì)量 去毛刺在船舶 汽車 鍋爐 壓力容器制造行業(yè)中也成為主要的生產(chǎn)工藝手段之一 目 前 已有多種去毛刺工藝方法 獲得各國船級社的認(rèn)可而被應(yīng)用于生產(chǎn) 自十一五期間開始進(jìn)行高效去毛刺技術(shù)的探索以 來 至今已取得令人欣喜的成績 近年來 我國在大型貯罐去毛刺 球形貯罐去毛刺 鋁鎂合金料倉去毛刺等領(lǐng)域中 已成功地開發(fā)應(yīng)用了自動焊或半自動焊工藝 如球罐全位置自動焊工藝和裝備已在國內(nèi)開 發(fā)成功 它將為進(jìn)一步推動去毛刺自動化發(fā)揮重要作用 在當(dāng)前 數(shù)控去毛刺機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計絕大多數(shù)還是依據(jù)具體的情況來設(shè)計專用去毛刺數(shù) 控去毛刺機(jī) 稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)數(shù)控去毛刺機(jī) 其運動特性使特定數(shù)控去毛刺機(jī)僅能 適應(yīng)一定的范圍 花費成本較大 不利于數(shù)控去毛刺機(jī)的發(fā)展 很數(shù)移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)還有焊縫跟蹤的功能 其不足之處就是在焊前必須通過 人為的方式 幫助數(shù)控去毛刺機(jī)找到合適的位置并且放好 通過人工將數(shù)控去毛刺機(jī)本體 十字滑塊等調(diào)整到合適的狀態(tài) 這里所設(shè)計的移動數(shù)控去毛刺機(jī)是有軌移動去毛刺數(shù)控去 毛刺機(jī) 只是現(xiàn)有的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)技術(shù)在 PCB 板去毛刺中的應(yīng)用 還不能滿 足要求 而當(dāng)前的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)技術(shù)有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展 也就是說數(shù)控去毛刺機(jī)的 9 自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步 未來的發(fā)展趨勢可分為以下三個方面 2 1 選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤 因為與圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展 2 采用多傳感信息融合技術(shù)以面對更為復(fù)雜的去毛刺任務(wù) 3 控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展 這也將是移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)的 控制所采用 1 3 本課題研究的內(nèi)容及方法 1 3 1 主要的研究內(nèi)容 在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)設(shè)計理論及相關(guān)知識的資料和文獻(xiàn)基 礎(chǔ)上 綜合考慮去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)特點 具體作業(yè)任務(wù)特點以及去毛刺數(shù)控去毛刺 機(jī)的推廣應(yīng)用 分析確定使用三自由度關(guān)節(jié)型去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)配合生產(chǎn)工序 實現(xiàn)自 動化去毛刺的目的 為了實現(xiàn)上述目標(biāo) 本文擬進(jìn)行的研究內(nèi)容如下 1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控去毛刺機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點 確定數(shù)控去毛刺機(jī)整體設(shè) 計方案 2 確定數(shù)控去毛刺機(jī)的性能參數(shù) 對初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析 根據(jù)實際情況選擇電機(jī) 3 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā) 完成數(shù)控去毛刺機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核 1 3 2 設(shè)計要求 1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能 提出三維數(shù)控去毛刺機(jī)的整體設(shè)計方案 2 完成三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計 3 通過相關(guān)設(shè)計計算 完成電機(jī)選型 4 完成三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)的三維造型 繪制三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖 主要 零件圖 10 第 2 章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計 2 1 設(shè)計概念 對于貫穿孔毛刺的識別設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計 首先我們應(yīng)該了解貫穿孔及貫穿孔毛刺的特 點 貫穿孔是通孔 可以由孔底部觀察到孔內(nèi)壁的形貌 貼服在貫穿孔內(nèi)壁的毛刺也凸出 11 的比較明顯 因此貫穿孔毛刺更易于觀察 其次考慮觀察毛刺的設(shè)備 我們有很多種方法 可以觀察毛刺 第一種方法是利用激光照射 激光橫掃貫穿孔可以掃描出貫穿孔以及孔內(nèi) 毛刺的形貌 第二種方法是利用超聲波檢測 利用超聲波在物體中的多種傳播特性 例如 反射與折射 衍射與散射 衰減 諧振以及聲速等的變化 可以測知許多物體的尺寸 表 面與內(nèi)部缺陷 組織變化等等 第三種方法是利用攝像頭進(jìn)行拍攝 可以看到孔及其內(nèi)壁 毛刺的輪廓 對于以上三種方法 激光掃描只能掃描孔表面以及孔表面附近的毛刺 對于 深入貫穿孔內(nèi)的毛刺無法進(jìn)行掃描 而利用波不易觀察 設(shè)備較為昂貴 而利用攝像頭進(jìn) 行拍攝 既能觀察到貫穿孔內(nèi)的毛刺形貌 又不昂貴 故可作為觀察貫穿孔毛刺的設(shè)備 選用 CCD 鏡頭觀察貫穿孔內(nèi)毛刺的原理是 CCD 是一種半導(dǎo)體裝置 能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化 為數(shù)字信號 因為孔內(nèi)的毛刺都是粘附在孔的內(nèi)壁并有凸出 通過調(diào)節(jié) CCD 鏡頭的放大倍 數(shù)來拍攝孔內(nèi)毛刺并進(jìn)行在線觀測 然后通過軟件系統(tǒng)來確定它們的坐標(biāo) 找出它們的位 置 確定毛刺的位置后可直接用毛刺去除設(shè)別進(jìn)行去毛刺并對去毛刺后的貫穿孔使用 CCD 鏡頭進(jìn)行拍攝 以觀察毛刺是否全部去除 為了更為清楚準(zhǔn)確的拍攝孔內(nèi)毛刺 可以在被 檢測工件下面加一光板 確定使用 CCD 鏡頭作為毛刺觀測的設(shè)備后就可以設(shè)計毛刺識別的整體結(jié)構(gòu)了 設(shè)計的 貫穿孔毛刺識別設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如下 設(shè)備的運動機(jī)理 通過 X Y Z 向電機(jī)帶動各向滾珠絲杠轉(zhuǎn)動 繼而使工作臺在各向?qū)к壣弦苿右哉{(diào) 節(jié)工作臺在空間的位置即貫穿孔的位置 當(dāng)調(diào)節(jié)到 CCD 鏡頭下適當(dāng)位置時進(jìn)行拍攝記下 此時的坐標(biāo) 由此可確定毛刺的位置 2 2 設(shè)計原理 數(shù)控去毛刺機(jī)的設(shè)計應(yīng)滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性 12 為了使工件與去毛刺點保持準(zhǔn)確的相對位置 必須根據(jù)要求的去毛刺點 去選擇合適的定 位機(jī)構(gòu) 再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度 除了受到工件 工具的重量 還要受到本身 的重量 還受到去毛刺槍在運動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響 沒有足夠的強(qiáng)度和剛 度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形 所以對于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度 剛度計算是非常必要的 最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以 應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題 為適應(yīng) 不同形狀和尺寸的零件 為滿足這些要求 可將制成組合式結(jié)構(gòu) 迅速更換不同的部件及 附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍 Y 軸和 Z 軸采用絲杠傳動 Y 軸 電動機(jī) 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 Z 軸 電動機(jī) 聯(lián)軸器 大托板 X 軸采用絲杠加導(dǎo)軌形式 橫向電動機(jī) 聯(lián)軸器 橫向滾珠絲杠 導(dǎo)軌 橫滑板 2 3 方案討論 懸臂梁在工程力學(xué)受力分析中 比較典型的簡化模型 在實際工程分析中 大部分實 際工程受力部件都可以簡化為懸臂梁 龍門結(jié)構(gòu)制作方便 承受負(fù)載大 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 工程 上廣泛應(yīng)用 考慮到上述問題該課題的整體結(jié)構(gòu)采用龍門結(jié)構(gòu) 第 3 章 數(shù)控去毛刺機(jī) X 結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 表 3 1 滾珠絲桿副支承 支承 方式 簡圖 特點 一端 固定 一端 自由 結(jié)構(gòu)簡單 絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速 都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸 這種安裝 方式的承載能力小 軸向剛度底 僅僅適用 于短絲桿 13 一端 固定 一端 游動 需保證螺母與兩端支承同軸 故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 工藝較困難 絲桿的軸向剛度與兩端相同 壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高 絲 桿有膨脹余地 這種安裝方式一般用在絲桿 較長 轉(zhuǎn)速較高的場合 在受力較大時還得 增加角接觸球軸承的數(shù)量 轉(zhuǎn)速不高時多用 更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承 兩端 固定 只有軸承無間隙 絲桿的軸向剛度為一端固 定的四倍 一般情況下 絲桿不會受壓 不 存在壓桿穩(wěn)定問題 固有頻率比一端固定要 高 可以預(yù)拉伸 預(yù)拉伸后可減少絲桿自重 的下垂和熱膨脹的問題 結(jié)構(gòu)和工藝都比較 困難 這種裝置適用于對剛度和位移精度要 求較高的場合 3 1 X 向滾珠絲桿副的選擇 滾珠絲桿副就是由絲桿 螺母和滾珠組成的一個機(jī)構(gòu) 他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)和 直線運動進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換 絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體 絲杠轉(zhuǎn)動時帶動滾珠滾動 3 1 1 導(dǎo)程確定 電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接 故其傳動比 i 1 選擇電機(jī) Y 系列異步電動機(jī)的最高轉(zhuǎn) 速 則絲杠的導(dǎo)程為cmkgfMrn 2min 150maxmax 最 大 轉(zhuǎn) 矩 取 Ph 12mmnVPH1250 18 ee 3 1 2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 基本公式 in rPh 最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 min 1502 8max rVn 14 最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 min 083 12 mini rPVh 絲桿的等效轉(zhuǎn)速 式中 i1axttt 取 故21t in 03 212min1ax rttnm 3 1 3 估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重 主軸箱重量 NXgG9608 01 工作臺重量 742 移動部件重量 m2 33 3 1 4 確定絲桿的等效負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)床工作時 實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力 他的數(shù)值用進(jìn)給牽引 力的實驗公式計算 選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌 取摩擦系數(shù)為 0 03 K 為顛覆力矩影響系數(shù) 一般取 1 1 1 5 本課題中取 1 3 則絲桿所受的力為 NGFGFGfKFZx 215 2 03 3 12 2 3y12yma 0in 其等效載荷按下式計算 式中取 21t 1nNtnFFm49 321mi3ax 3 1 5 確定絲桿所受的最大動載荷 316mhkahtwm10 nT ffCar fw 負(fù)載性質(zhì)系數(shù) 查表 取 fw 1 2 ft 溫度系數(shù) 查表 取 ft 1 fh 硬度系數(shù) 查表 取 fh 1 fa 精度系數(shù) 查表 取 fa 1 15 fk 可靠性系數(shù) 查表 取 fk 1 Fm 等效負(fù)載 nz 等效轉(zhuǎn)速 Th 工作壽命 取絲桿的工作壽命為 15000h 由上式計算得 Car 17300N 表 3 1 1 各類機(jī)械預(yù)期工作時間 Lh 表 3 1 2 精度系數(shù) fa 表 3 1 3 可靠性系數(shù) fk 表 3 1 4 負(fù)載性質(zhì)系數(shù) fw 3 1 6 精度的選擇 滾珠絲杠副的精度對電氣機(jī)床的定位精度會有影響 在滾珠絲杠精度參數(shù)中 導(dǎo)程誤 差對機(jī)床定位精度是最明顯的 一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意 300 行程變動量m 應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的 1 3 1 2 在最后精度驗算中確定 選用滾珠絲杠的精30V 度等級 X 軸為 1 3 級 1 級精度最高 Z 軸為 2 5 級 考慮到本設(shè)計的定位精度要求及 其經(jīng)濟(jì)性 選擇 X 軸 Y 軸精度等級為 3 級 Z 軸為 4 級 16 3 1 7 選擇滾珠絲桿型號 計算得出 Ca Car 17 3KN 則 Coa 2 3 Fm 34 6 51 9 KN 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式 并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲 杠的型號為 CM 系列滾珠絲桿副 其型號為 CM2005 5 其基本參數(shù)如下 其額定動載荷為 14205N 足夠用 滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式 預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊yQ 形式 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結(jié)果 公稱直徑 0d 20mm 螺距 t mm 接觸角 045 17 鋼球直徑 bd 4 175mm 螺紋滾道法向半徑 R0 52bRd 1 651mm 偏心距 e sine 0 04489mm 螺紋升角 0tarcgd 0 43 螺桿外徑 d0 2 5 bd 19 365mm 螺桿內(nèi)徑 11eR 16 788mm 螺桿接觸直徑 220cosb 17 755mm 螺母螺紋外徑 Dde 24 212mm 螺母內(nèi)徑 外循環(huán) 110 5 bd 20 7mm 1 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為 tg 式中 10 為摩擦角 為絲杠螺旋升角 0 43 1 0 96ggt tt 2 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算 3 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為 cm ESFll01 Y 向所受牽引力大 故用 Y 向參數(shù)計算60622 21 5615 80 241 5 3 40FNlcmECMSRL 18 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小 可忽略不計 導(dǎo)程變形總誤差 為 E 級精度絲0 6 4110 56 22 102 lL um 杠允許的螺距誤差 15 m m 3 2 校核 滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率 其扭轉(zhuǎn)剛 度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率 承受軸向負(fù)荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度 KO有絲桿本身的拉壓 剛度 KS 絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度 KC 軸承的接觸剛度 Ka 螺母座的剛度 Kn 按不同支 撐組合方式計算而定 3 2 1 臨界壓縮負(fù)荷驗證 絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大 采用一端固定一端支撐的方式 臨界壓縮負(fù) 荷按下列計算 NFKLEIfFcr max201e 式中 E 材料的彈性模量 E 鋼 2 1X1011 N m 2 LO 最大受壓長度 m K1 安全系數(shù) 取 K1 1 3 Fmax 最大軸向工作負(fù)荷 N f1 絲桿支撐方式系數(shù) f 1 15 1 I 絲桿最小截面慣性距 m 4 42 2 1 6woddI 式中 do 是絲桿公稱直徑 mm dw 滾珠直徑 mm 代入上式計算得出 Fca 5 8X108N 19 可見 Fca F max 臨界壓縮負(fù)荷滿足要求 3 2 2 臨界轉(zhuǎn)速驗證 滾珠絲杠副高速運轉(zhuǎn)時 需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 要求絲杠的最高crn 轉(zhuǎn)速 2230KPAEILfnCZcr 式中 A 絲桿最小截面 A 24 6 22 m10 9 3 414 d 絲杠內(nèi)徑 單位 2dm P 材料密度 p 7 85 103 Kg m 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 單位為 本設(shè)計中該值為cL 148 2 300 620 488 2 440mmc 安全系數(shù) 可取 0 82K2K fZ 絲杠支承系數(shù) 雙推 簡支方式時取 18 9 經(jīng)過計算 得出 6 3 104 該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速 所以滿足要求 crnmin r 3 2 3 絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計算公式LAEs maxin 式中 A 絲杠最小橫截面 2 4dm 螺母座剛度 KH 1000N m 當(dāng)導(dǎo)軌運動到兩極位置時 有最大和最小拉壓剛度 其中 L 植分別為 750mm 和 100mm 經(jīng)計算得 min 1 2 1 sCHe KK 20 sradmWeB k 式中 K e 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 N m KH 螺母座的剛度 N m K H 1000 N m Kc 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 N m KS 絲杠本身的拉壓剛度 N m KB 軸承的接觸剛度 N m 經(jīng)計算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠(yuǎn)大于 1500r min 能滿足要求 3 3 電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件 每輸 入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個距角增量 電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例 相應(yīng)的 轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率 步進(jìn)電機(jī)具有慣量低 定位精度高 無累計誤差 控制簡單 等優(yōu)點 所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中 選擇步進(jìn)電動機(jī)時首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出 功率大于負(fù)載所需的功率 再者還要考慮轉(zhuǎn)動慣量 負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素 3 3 1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 a 回轉(zhuǎn)運動件的轉(zhuǎn)動慣量 328md42LJR 上式中 d 直徑 絲桿外徑 d 39 5mm L 長度 1m P 鋼的密度 7800 2kg m 經(jīng)計算得 20 RJ b X 向直線運動件向絲桿折算的慣量 2 PMJL 上式中 M 質(zhì)量 X 向直線運動件 M 160kg 21 P 絲桿螺距 m P 0 001m 經(jīng)計算得 2 810 4 9kgJL c 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 查表得 204kg mJW 因此 28 m0 8kg4 10 9 LR 3 3 2 電機(jī)扭矩計算 a 折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩 atJnT602mxax 上式中 in 15r J 0 0028kg m2 ta 加速時間 KS 系統(tǒng)增量 取 15s 1 則 ta 0 2s3ta 經(jīng)計算得 mNT 2 mx b 折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩 IPF 20f 上式中 F 0 導(dǎo)軌摩擦力 F 0 Mf 而 f 摩擦系數(shù)為 0 02 F 0 Mgf 32N P 絲桿螺距 m P 0 001m 傳動效率 0 90 I 傳動比 I 1 經(jīng)計算得 mNTf 75 0 c 折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩 22 i2 1 2000 PT 上式中 P0 滾珠絲桿預(yù)加載荷 1500N 0 滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率為 0 9 經(jīng)計算的 T0 0 05N M 則快速空載啟動時所需的最大扭矩 mNf 82 0max 根據(jù)以上計算的扭矩及轉(zhuǎn)動慣量 選擇電機(jī)型號為 SIEMENS 的 IFT5066 其額定轉(zhuǎn)矩為 6 7 NA 23 第 4 章 Y 向結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 1 設(shè)計要求 Y 向是通過滑軌上下移動 帶動裝置可以旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu) 4 2 傳動計算 根據(jù)給定的工作載荷 Fz和估算的 Wx和 Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) fSL C0 P 式中 C 0 為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷 kN 工作載荷 P 0 5 Fz W fSL 1 0 3 0 一般運行狀況 3 0 5 0 運動時受沖擊 振動 根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌 24 因系統(tǒng)受中等沖擊 因此取 4 0sLf 0 5 OSLXYZCfPFW xYYOXSL 20 671 58 3 79N 26fP413 94 C 根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌 選擇漢機(jī)江機(jī)床廠 HJG D 系列滾動直線導(dǎo)軌 其型號為 HJG D25 基本參數(shù)如下 額定載荷 N 靜態(tài)力矩 N M 滑座重 量 導(dǎo)軌重 量 導(dǎo)軌長度 動載荷 aC靜載荷 oATBCTgK gmL mm 17500 26000 198 198 288 0 60 3 1 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復(fù)次數(shù) M Sl n 4 0 6 4 導(dǎo)軌的額定動載荷 N1750aC 依據(jù)使用速度 v m min 和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 kN 驗算導(dǎo)軌的工作壽命aC Ln 額定行程長度壽命 HTCaWffSFTK 2045MF1 81 oTWCHRdffffK 導(dǎo)軌的額定 3 310 817502 5 4209 58HTCaWffSF km 工作時間壽命 25 3102SoTHln 3 310249 58104971506SoTln hTh 導(dǎo)軌的工作壽命足夠 4 3 電機(jī)的選擇 4 3 1 電機(jī)的分類 1 按工作電源分類根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同 可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī) 其中 交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī) 2 按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī) 同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī) 磁阻同步電動機(jī)和磁滯同電動機(jī) 異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī) 感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī) 單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī) 交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī) 交直流兩 用電動機(jī)和推斥電動機(jī) 直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī) 有刷直流電動機(jī) 可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī) 電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī) 并勵 直流電動機(jī) 他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī) 永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電 動機(jī) 鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī) 3 按起動與運行方式分類電動機(jī)按起動與運行方式可分為電容起動式電動機(jī) 電容盍式 電動機(jī) 電容起動運轉(zhuǎn)式電動機(jī)和分相式電動機(jī) 4 按用途分類電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī) 驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具 包括鉆孔 拋光 磨光 開槽 切割 擴(kuò)孔等工具 用電 動機(jī) 家電 包括洗衣機(jī) 電風(fēng)扇 電冰箱 空調(diào)器 錄音機(jī) 錄像機(jī) 影碟機(jī) 吸塵器 照相機(jī) 電吹風(fēng) 電動剃須刀等 用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備 包括各種小型機(jī)床 小型機(jī)械 醫(yī)療器械 電子儀器等 用電動機(jī) 控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等 5 按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī) 舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異 步電動機(jī) 和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī) 舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī) 6 按運轉(zhuǎn)速度分類電動機(jī)按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī) 低速電動機(jī) 恒速電動機(jī) 調(diào) 26 速電動機(jī) 低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī) 電磁減速電動機(jī) 力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等 調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī) 無級恒速電動機(jī) 有級變速電動機(jī)和無極變速電動 機(jī)外 還可分為電磁調(diào)速電動機(jī) 直流調(diào)速電動機(jī) PWM 變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速 電動機(jī) 4 3 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 由于步進(jìn)電機(jī)具有控制較容易 維修也較方便 而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點 根據(jù)設(shè) 計要求及實際情況我們選擇步進(jìn)電機(jī) 選擇參數(shù)為 額定電壓 輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等 擬采用的 57 系列兩相混和式步進(jìn)電機(jī)使用 24V 電壓 本系統(tǒng)提供的 24V 直流電源可以滿 足步進(jìn)電機(jī)的工作需要 輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān) 主要由物料的重量和 傳送帶的摩擦系數(shù)來確定 此外 還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關(guān) 但由 于滑動摩擦系數(shù)很小 雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大 因此而帶來的滑動摩擦力卻 很小 故忽略不計 計算過程如下 F mng M FL 其中 F 為傳送帶須提供的牽引力 m 為物料的質(zhì)量 為物料與傳送帶 的摩擦系數(shù) 傳送帶的材料為高強(qiáng)低伸化纖材料 由表查得 0 8 傳送帶最多可以 放置 10 個物料 則 n 10 每個物料的質(zhì)量約為 03kg 可得 F 23 52Nmax L 為牽引力作用在電機(jī)軸上得力臂 L 0 02m 則有 M FL nmg 0 4704 轉(zhuǎn)速與傳送帶的速度和輪的直徑有關(guān) 工作時傳送帶的速度約為 V 3 5m min 輪直 徑為 D 400mm 則根據(jù)公式計算得 n 30r minnD V 步進(jìn)電機(jī)的頻矩特性曲線如圖 4 3 所示 27 則由曲線可得 當(dāng) n 30r min 時 f 100HZ 根據(jù)計算結(jié)果我們選擇電機(jī)型號為 57BYJ250C 28 第 5 章 Z 向結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 1 Z 軸滾動導(dǎo)軌副的計算 選擇 根據(jù)給定的工作載荷 Fz和估算的 Wx和 Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) fSL C0 P 式中 C 0 為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷 kN 工作載荷 P 0 5 Fz W fSL 1 0 3 0 一般運行狀況 3 0 5 0 運動時受沖擊 振動 根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌 因系統(tǒng)受中等沖擊 因此取 4 0sLf 0 5 OSLXYZCfPF xYYOXSL W 20 671 58 3 79N 26fP413 94 C 根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌 選擇漢機(jī)江機(jī)床廠 HJG D 系列滾動直線導(dǎo)軌 其型號為 HJG D25 基本參數(shù)如下 額定載荷 N 靜態(tài)力矩 N M 滑座重 量 導(dǎo)軌重 量 導(dǎo)軌長度 動載荷 aC靜載荷 oATBCTgK gmL mm 17500 26000 198 198 288 0 60 3 1 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復(fù)次數(shù) M Sl n 4 0 6 4 導(dǎo)軌的額定動載荷 N1750aC 依據(jù)使用速度 v m min 和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 kN 驗算導(dǎo)軌的工作壽命aC Ln 額定行程長度壽命 HTCaWffSFTK 2045MF 29 1 2 0 81 5oTWCHRdffffK 導(dǎo)軌的額定 3 310 817502 5 4209 58HTCaWffSF km 工作時間壽命 3102SoTHln 3 310249 58104971506SoTln hTh 導(dǎo)軌的工作壽命足夠 5 2 滾珠絲杠計算 選擇 初選絲杠材質(zhì) CrWMn 鋼 HRC58 60 導(dǎo)程 l0 5mm 強(qiáng)度計算 絲杠軸向力 N maxyxzyxWFfKF 其中 K 1 15 滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f 0 003 0005 在車床車削外圓時 Fx 0 1 0 6 Fz Fy 0 15 0 7 Fz 可取 Fx 0 5Fz Fy 0 6Fz 計算 取 f 0 004 則 40ZmaxXF0 5 2161 67 58 104 6042YZNN 壽命值 其中絲杠轉(zhuǎn)速 r min 61 nTL 0maxlvnmax065240 i13ThvnrlL 最大動載荷 FfLQWH 式中 fW為載荷系數(shù) 中等沖擊時為 1 2 1 5 fH為硬度系數(shù) HRC 58 時為 1 0 查表得中等沖擊時 則 1 2 ff 30 3601 245 68709 514XYQN 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式 并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲 杠的型號為 CM 系列滾珠絲桿副 其型號為 CM2005 5 其基本參數(shù)如下 其額定動載荷為 14205N 足夠用 滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式 預(yù)緊方式采用雙螺yQ 母螺紋預(yù)緊形式 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結(jié)果 公稱直徑 0d 20mm 螺距 t mm 接觸角 045 鋼球直徑 bd 3 175mm 螺紋滾道法向半徑 R0 52bd 1 651mm 偏心距 e sine 0 04489mm 31 螺紋升角 0tarcgd 0 43 螺桿外徑 d0 2 5 bd 19 365mm 螺桿內(nèi)徑 11eR 16 788mm 螺桿接觸直徑 220cosb 17 755mm 螺母螺紋外徑 Dde 23 212mm 螺母內(nèi)徑 外循環(huán) 10 5 bd 20 7mm 4 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為 tg 式中 10 為摩擦角 為絲杠螺旋升角 0 43 1 0 96ggt tt 5 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算 6 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為 cm ESFll01 Y 向所受牽引力大 故用 Y 向參數(shù)計算60622 21 5615 80 241 5 3 40FNlcmECMSRL 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小 可忽略不計 導(dǎo)程變形總誤差 為 E 級精度絲杠0 6 4110 5 2 102 l um 允許的螺距誤差 15 m m 5 3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式 有 1 等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為 32 2 21013 180pq bzJJJM 式中 為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載 為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 為齒輪 的轉(zhuǎn)qJ 0J1J 動慣量 為齒輪 的轉(zhuǎn)動慣量 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 為移動部件的質(zhì)量 2 3J 對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算 340 781JDL 式中 為圓柱零件直徑 為圓柱零件的長度 D 所以有 34221234 223 2 56 710 0780 3 4 J kgcm 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小 可以忽略 所以有 4 2 22 2224 0 16 4710 16 537 4 10 0 793 3458dJ kgcm 6 步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為 負(fù)載力為 根據(jù)能量守恒原理 電機(jī)所做的功與 負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系 TPs 式中 為電機(jī)轉(zhuǎn)角 為移動部件的相應(yīng)位移 為機(jī)械傳動的效率 若取 b 則 且 所以 p szPGP 36 2pszbGPT 式中 為移動部件負(fù)載 N G 為移動部件質(zhì)量 N 為與重力方向一致的作用在sP z 移動部件上的負(fù)載力 N 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 為步進(jìn)電機(jī)的步距角 rad T 為電 b 33 機(jī)軸負(fù)載力矩 N cm 取 0 3 淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) 8 279 23 考慮到 sPH 重力影響 向電機(jī)負(fù)載較大 因此 1200 所以有 360 1 25 80 3 20180 3145 65 2 T ncm 考慮到啟動時運動部件慣性的影響 則啟動轉(zhuǎn)矩 0 3 5QT 取系數(shù)為 則 65 216 204qTncm 對于工作方式為三相 拍的步進(jìn)電機(jī) max163 20 808 36 qTj nc 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 axax 176 pvf 為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率 同時電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠maxf 大 查表選擇兩個 90BF001 型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下 主要技術(shù)參數(shù) 型號 相數(shù) 步距 角 電壓 V 相電 流 A 最大靜 轉(zhuǎn)矩 maxjT n m 空載啟 動頻率 空載 運行 頻率 分配方式 90BF001 4 0 9 80 7 3 92 2000 8000 4 相 8 拍 外形尺寸 mm 外直徑 長度 軸直徑 重量 kg 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 Kg m 90 145 9 4 5 1764 34 第 6 章 CCD 鏡頭機(jī)構(gòu) 6 1 機(jī)構(gòu)設(shè)計工作原理 工作原理 圖 6 1 機(jī)構(gòu)的工作原理如上圖 6 1 所示 電機(jī)帶動 CCD 鏡頭實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)通過 CCD 鏡頭通過鏡 頭夾具套旋轉(zhuǎn) 6 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式對穩(wěn)定性起著重要作用 驅(qū)動力的大小來自于電動機(jī) 電動機(jī)通過轉(zhuǎn) 動把驅(qū)動力傳輸給 CCD 鏡頭 6 3 電動機(jī)的選型 電動機(jī)一般采用直流電動機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速 一般交流電動機(jī)也可以作為電動機(jī) 通過調(diào)換齒輪的方法進(jìn)行有級調(diào)速 不過電動機(jī) 要求有足夠的功率 能在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速 保證的穩(wěn)定性 起動 停止慣性越 小越好 調(diào)速范圍盡可能大 這樣就能驅(qū)動焊絲直徑不一樣的焊絲 滿足不同的去毛刺范 圍的要求 擴(kuò)大了去毛刺機(jī)的使用范圍 9 本研究選用步進(jìn)電動機(jī) 型號 75BF003 分配方式為三相六拍 功率 120 W 電機(jī)轉(zhuǎn)速 1250 r min 步距角 1 5 35 第 7 章 機(jī)架的設(shè)計 7 1 機(jī)架的基本尺寸的確定 機(jī)架是支撐及其所有附件的可移動機(jī)構(gòu) 要保證方便 安全 重量要輕 便于移動 架子要有足夠的空間安裝 而且自動變速器每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系 考 慮到這些方面的因素后要確定的一些自動變速器尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù) 大概確定架子的長高 這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了 支撐自動變速器的部件是支撐板 支撐板固定在支承軸 上 支承軸安裝在機(jī)架上 為了使機(jī)架能夠方便移動 須在架子上裝輪子 因此在架子的 4 個側(cè)面通過螺栓各連 接兩個輪子 使得架子和輪子連接牢固 靠近轉(zhuǎn)盤這端安裝有鎖止裝置 使得架子在任何 位置都能停止固定 7 2 架子材料的選擇確定 架子的結(jié)構(gòu)確定后 就需要準(zhǔn)備材料 買材料時要考慮鋼材的性能 同時也要考慮成 本 再者還要考慮到其美觀 通過到市場調(diào)查分析后 臺架選用 60 60 的方鋼和 50 50 的角鋼組合制作 其規(guī)格如表一所示 受力比較小的底架就用 50 的角鋼制作 其他的受力大的轉(zhuǎn)架就用 60 的方鋼制作 在轉(zhuǎn)架與支撐板的固定處需要用軸連接 表一 鋼材的尺寸 規(guī)格 60 60 50 50 橫截面圖 長度 500 567 材料 Q235 Q235 7 3 主要梁的強(qiáng)度校核 質(zhì)量為 25 250N 考慮到一些外在壓力 按照重量為 600N 進(jìn)行校核 支承軸 36 160 查機(jī)械工程材料 P105 頁表 5 2 得 Q235 鋼材的屈服強(qiáng)度 b 375 460MPa 取 b 375 MP a 解 和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系 以軸心為 x 軸 垂直上平面的直線為 y 軸 一端點為圓點建立如圖 6 1 所示的平面直 角坐標(biāo)系 因為 FRD 600N 把 RDE 從 D 點移到 E 后的受力情況如圖 6 1 所示 圖 6 1 得到一個 F 和一個力矩 M Fab Lbe 600 0 300N M 180 N m 計算軸的集慣性矩 Ip和抗彎截面系數(shù) Wz 因為材料和軸的是一樣的 所以 b 375 MP a Ip y 2dA 10 16cm4 W Ip y max 6773 6884 10 6m3 所以 max M max W 180 6773 69 10 6 P a 0 26MP a 也設(shè)安全系數(shù) K 5 故 K max 5 0 26MP a 1 5 MP a b 375 MP a 因此 也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的 所以可以進(jìn)行制作 解 以軸心為 x 軸 垂直上平面的直線為 y 軸 一端點為圓點建 立如圖 2 2 1 所示的平面直角坐標(biāo)系 軸的受力分析 軸的軸心受力簡圖如圖 2 2 1 b 所 示 通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在 BE 點之間 把 F 從 C 點移到 B 后的受力情況如圖 2 2 1 b 所示 得到一個 F 和一個力矩 M F Lbe 600 0 3N M 180 N m 因為 F ba Fde 2F 1200N 由于軸的受力完全對稱 故 Fba Fde F 600N B 點和 F 點的彎矩為 M B WF Fba Lde M 600 0 01 180 N m 601 8N m 37 受力情況如圖 2 2 1 所示 計算軸的極慣性矩 Ip 和抗彎截面系數(shù) Wz 因為材料和軸的是一樣的 所以 b 375 MP a Ip y 2dA 10 16cm4 W Ip y max 6773 6884 10 6m3 所以 max M max W 305 6773 69 10 6 P a 0 45MP a 也設(shè)安全系數(shù) K 5 故 K max 5 0 45 MP a 2 25 MP a b 375 MP a 因此 也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的 所以可以進(jìn)行制作 38 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)學(xué)期間所學(xué)的知識的一次系統(tǒng)全面性的總結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計將理論與實踐 充分結(jié)合 是難得的一次機(jī)會 通過這次畢業(yè)設(shè)計為今后能更好的適應(yīng)今后工作墊定了良好的基礎(chǔ) 39 參考文獻(xiàn) 1 王磊 王旭永 高壓水射流去毛刺技術(shù)的特征及應(yīng)用 J 制造 材料 2001 39 443 7 9 2 張惠生 機(jī)械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 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使我得以順利完成論文 同時實驗室的老師也 時常幫助我 在此我也衷心的感謝他 最后 再次對關(guān)心 幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝