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本科生畢業(yè)設計 論文 開題報告 論文題目 貫穿孔毛刺的識別設備結構設計 專業(yè)班級 姓 名 學 號 指導教師 填表日期 二 一 三 年 三 月 說 明 1 畢業(yè)設計的開題報告是保證畢業(yè)設計質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié) 為規(guī)范畢業(yè)設計的開題報告 特印發(fā)此表 2 學生應在開題報告前 通過調(diào)研和資料搜集 主動與指導 教師討論 在指導教師的指導下 完成開題報告 3 此表一式三份 一份交系裝入畢業(yè)設計 論文 檔案袋 一份交指導教師 一份學生自存 4 選題需經(jīng)基層教學單位 專業(yè) 討論審核 學院主管教學 院長批準 報教務處備案 方可正式進入下一步畢業(yè)設計 論文 階段 姓 名 開題時間 學 制 專業(yè)班級 指導教師 導師組長 論文題目 貫穿孔毛刺的識別設備結構設計 本課題國內(nèi)外研究動態(tài)及意義 1 國內(nèi)外研究動態(tài) 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 隨著工業(yè)化和自動化程度的提高 機械加工領域 特 別是航空 航天 儀器儀表領域中 對機械零件制造精度要求的提高和機構設計的 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 理及去除方法進行研究 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已受到各工業(yè)發(fā)達國家的普遍重視 相繼成立了許 多專門研究機構 進行了大量實驗研究 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 70 余種 已涉及機械加工的各個方面 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 隨著國家機電產(chǎn)品 出口比率的加大 也為去毛刺的研究和應用帶來鍥機 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立光整設備生產(chǎn)基地 和設置服務中心 以搶先占領中國市場 國外已成功研制了用于 CNC 數(shù)控機床上的去毛刺技術 并已投入使用 該項 技術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 構三部分組成 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 已得到應用 這標志著去毛刺技術正向高新技術領域邁進 在美國的 SMC 生產(chǎn)加工工程師學會 和 ASME 美國機械工程師學會 對 這毛刺檢測有較深入的研究 但沒有制訂成國家標準 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雜的問題 隨著工業(yè)化和自動化程度的 提高 機械加工領域 特別是航空 航天 儀器儀表領域中 對機械零件制造精度要 求的提高和機構設計的微型化 毛刺的危害日益明顯 在實際工作中 若去毛刺的 方法適當 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 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械產(chǎn)品及機械工業(yè) 有著重要意義 畢業(yè)設計 論文 研究的內(nèi)容 方法及擬解決的關鍵問題 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計識別設備 3 熟悉 Solidworks 及 Auto CAD 繪圖軟件 4 繪制識別設備結構圖 2 選擇毛刺檢測方法 一般來說 檢測毛刺時首先應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 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 電 光一體化及數(shù)字化是未來的發(fā)展 方向 因此 本設計采用激光掃描法檢測孔 跟據(jù)特點 設計激光掃描儀 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電機及兩組絲杠滑塊副組成 兩個步進電機帶動兩個 絲杠轉動 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 結構簡單 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 完成期限和預期進度 第 1 2 周 2013 年 3 月 1 日 3 月 14 日 畢業(yè)實習與設計調(diào)研 第 3 4 周 2013 年 3 月 14 日 3 月 21 日 畢業(yè)設計開題報告 第 5 12 周 2013 年 3 月 21 日 4 月 5 日 畢業(yè)設計主要工作 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 編寫設計計算說明書 準備電子文檔 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)設計答辯 主要參考資料 1 機械設計手冊編輯委員會 機械設計手冊 1 2 第三版 M 北京 機械工業(yè)出 版社 2004 2 現(xiàn)代傳動設計手冊編輯委員會 現(xiàn)代傳動設計手冊 第二版 M 北京 機械 工業(yè)出版社 2002 3 機械設計手冊編輯委員會 機械設計手冊 3 新版 M 北京 機械工業(yè)出 版社 2005 4 王磊 王旭永 高壓水射流去毛刺技術的特征及應用 J 制造 材料 2001 39 443 7 9 5 張惠生 機械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 北京建筑工程學院學報 2011 17 4 58 61 6 王吉安 如何選擇去毛刺技術及檢測方法 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 板式換熱器工程設計手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1994 9 顧繩谷 電機及拖動基礎 北京 機械工業(yè)出版社 1981 10 楊志芬 去毛刺技術 J 世界制造技術與裝備市場 1994 1 8 9 11 趙東標等 航空發(fā)動機葉片毛刺打磨方法 J 航空制造工程11998 6 34 35 12 胡志強 國外飛機零部件去毛刺和光飾技術概況 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狀況 J 組合機床與自動加工技術 1996 4 2 3 14 吳敏鏡 毛刺及去毛刺技術 J 航天工藝11999 3 47 49 15 王衛(wèi)林 毛刺技術 J 航空制造工程11993 2 19 21 16 貴成 金屬切削中進給方向毛刺生成機理極其控制 J 應用科學學報11991 9 3 7269 275 17 季迪 去毛刺方法及設備 J 內(nèi)燃機燃油噴射和控制12000 1 48 49 指導教師 導師組 意見 簽 名 年 月 日 審查小組意見 審查小組負責人 簽 名 年 月 日 備注 1 要有 5 篇以上相關文章的閱讀量 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 文獻綜述 理 工科可不提交文獻綜述 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 文獻綜述 按文獻綜述格式打印 附在開題報告后面一起裝訂 文獻綜述內(nèi)容 一 國內(nèi)外發(fā)展狀況 隨著工業(yè)化和自動化程度的提高 機械加工領域 特別是航空 航天 儀器儀表 領域中 對機械零件制造精度要求的提高和機構設計的微型化 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理及去除方法進行研究 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 由于這種去毛刺機械對零件的適應性差 價格貴等因素未 能得到普遍推廣應用 但這為后來發(fā)展起來的鑄件去毛刺技術奠定了良好基礎 在 理論研究方面 1958 年日本京都大學的奧島教授發(fā)表了 關于切削過程中的毛刺現(xiàn) 象 的論文 對產(chǎn)生毛刺的現(xiàn)象及毛刺的分類進行了論述 1959 年 宇都宮大學隈部教授發(fā)表了題為 用振動切削減少毛刺的探討 的論 文 1967 年 靜崗大學財滿教授發(fā)表了 關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 取得初步 成功 現(xiàn)該項技術已成為美國專利 1971 年 日本綜合鑄件中心在職業(yè)訓練大學木 下教授等的指導下 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 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 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械獎 日本東京芝浦電氣生產(chǎn)技術研究所的高孝哉對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)設備費用 特征等進行了深入研究和論述 1973 年 美國狄地洲大學格里列斯皮完成了題為 機械加工中毛刺形成與性質(zhì) 的論文 分析了機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 美國對機械零件去毛刺技術比較重視 是因為美 國機械制造業(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會首先成立了毛刺技術分會 著手 對去毛刺技術 進行研究 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 技術方面的專利300 余件 其中有關塑料工件去毛刺技術的專利約有90 件 其間 日本的技術人員對產(chǎn)生毛刺的原因及預防措施進行了大量的研究和實驗 取得了一 定進展 其中振動光飾去毛刺機 又稱振動滾磨機 的研究與應用在世界上得到好評 1984 年以來 日本橫濱大學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 對切削毛刺進行了較為全面 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 為交流有關毛刺問題的科研成果 國際毛刺技術組織在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 對有關毛刺問題進行了學 術交流 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 國際學術會議 又于1979 年10 月召開了第3 次毛刺問題的國際學術會議 交流研究 及控制毛刺的科研成果 國際生產(chǎn)工程學會 CIRP 也在其學術會議上 相繼就關于 切削毛刺生成機理與去除技術等研究內(nèi)容進行了學術交流 促進了毛刺生成機理與 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為基礎的毛刺檢查標準 其中包括40 多項關于毛刺的技術問題 目前 去毛刺技術已受到各工業(yè)發(fā)達國家的普遍重視 我國原機械部液壓行業(yè)就把去 毛刺技術列為 七五 期間提高液壓產(chǎn)品質(zhì)量的主要攻關項目 隨著我國工業(yè)化進 程的加快 零件去毛刺技術的應用范圍日益廣泛 有越來越多的部門開始重視零件去 毛刺技術的研究和應用 并已取得豐碩的研究成果 二 綜述 1 張惠生 機械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 北京建筑工程學院學報 2011 17 4 58 61 張惠生在本文中闡述了機械零件加工過程中毛刺危害與形成原因 毛刺的預防 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 化學去毛刺法 6 電化學去毛刺法 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 機器人去毛刺 2 王吉安 如何選擇去毛刺技術及檢測方法 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 對工件適當熱處理 減少塑性變形 采用抗黏結性能好的切削液 根據(jù)零件的塑性 適當調(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的特征及應用 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)控或機械手控制 并且全面介紹了高 壓水射流去毛刺技術的原理 特點 技術要點以及應用情況 4 機械設計手冊編輯委員會 機械設計手冊 1 2 第三版 M 北京 機械工業(yè)出版 社 2004 機械設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 械設計基礎資料 零件結構設計 機械制圖和幾何精度設計 機械工程材料 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 機架 箱體及導軌 彈簧 機構 機械零部件設計禁忌 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卷包括光機電一體化系統(tǒng)設計 傳感器 控制元器件和控制 單元 電動機 第6卷包括機械振動與噪聲 疲勞強度設計 可靠性設計 優(yōu)化設 計 反求設計 數(shù)字化設計 人機工程與產(chǎn)品造型設計 創(chuàng)新設計 備注 1 文獻綜述內(nèi)容包括 國內(nèi)外研究理論 研究方法 進展情況 存在問題 參考依據(jù) 等 2 文獻綜述必須切題 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 畢 業(yè) 設 計 論 文 貫穿孔毛刺的識別設備結構設計 分 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導教師 二 一三年 月 2 摘要 隨著科學技術的發(fā)展 結構件的應用也顯得越來越頻繁 先進去毛刺技術的發(fā)展總是 不斷地從新科技的成果中獲得新的起點 目前 毛刺技術在電子科技 計算機技術及機器 人的制造中都起著重要的作用 無論在什么情況下 數(shù)控毛刺要適應變化才能提高水平和 質(zhì)量 我們只有將數(shù)控機技術和跟蹤技術有效的結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備的設計對于解決這一難題至關重要 關鍵詞 貫穿孔毛刺的識別設備 機構設計 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)去毛刺機的發(fā)展概況 7 1 2 3 國外去毛刺機的發(fā)展概況 7 1 2 4 去毛刺機在我國的應用及發(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 設計要求 9 第 2 章 總體方案機構設計 10 2 1 設計概念 10 2 2 設計原理 11 2 3 方案討論 12 第 3 章 數(shù)控去毛刺機 X 結構及傳動設計 12 3 1 X 向滾珠絲桿副的選擇 13 3 1 1 導程確定 13 3 1 2 確定絲桿的等效轉速 13 3 1 3 估計工作臺質(zhì)量及負重 13 3 1 4 確定絲桿的等效負載 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 臨界壓縮負荷驗證 18 3 2 2 臨界轉速驗證 18 3 2 3 絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 19 3 3 電機的選擇 20 3 3 1 電機軸的轉動慣量 20 3 3 2 電機扭矩計算 21 第 4 章 Y 向結構設計 23 4 1 設計要求 23 4 2 傳動計算 23 4 3 電機的選擇 25 4 3 1 電機的分類 25 4 3 2 步進電機的選擇 26 第 5 章 Z 向結構設計 28 5 1 Z 軸滾動導軌副的計算 選擇 28 5 2 滾珠絲杠計算 選擇 29 5 3 步進電機慣性負載的計算 31 第 6 章 CCD 鏡頭機構 34 6 1 機構設計工作原理 34 6 2 結構設計 34 6 3 電動機的選型 34 第 7 章 機架的設計 35 7 1 機架的基本尺寸的確定 35 7 2 架子材料的選擇確定 35 7 3 主要梁的強度校核 35 總結 38 參考文獻 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 當今毛刺向微型化 薄型化 復合化 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) 在機械加工領域 特別是航空 航天 儀器儀表領域中 對機械零件制造精度要求的提高和機構設計的微型化 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理及去除方 法進行研究 目前 檢測毛刺及去毛刺技術已受到各工業(yè)發(fā)達國家的普遍重視 相繼成立了許多專門 研究機構 進行了大量實驗研究 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 70 余種 已涉及機械加工的各個方面 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 電產(chǎn)品出口比率的加大 也為去毛刺的研究和應用帶來鍥機 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立光整設備生產(chǎn)基地和設置 服務中心 以搶先占領中國市場 國外已成功研制了用于 CNC 數(shù)控機床上的去毛刺技術 并已投入使用 該項技術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 和特殊軸承結構三部分組成 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 已得到應用 這標志著去毛刺技術正向高新技術領域邁進 在美國的 SMC 生產(chǎn)加工工程 師學會 和 ASME 美國機械工程師學會 對這毛刺檢測有較深入的研究 但沒有制訂 成國家標準 7 1 1 2 意義 毛刺現(xiàn)象既是一個簡單的又是一個復雜的問題 隨著工業(yè)化和自動化程度的提高 機 械加工領域 特別是航空 航天 儀器儀表領域中 對機械零件制造精度要求的提高和機構 設計的微型化 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 密切關注毛刺領域的新材料等 對促進我國毛 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 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 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 隨著技術的發(fā)展 無論產(chǎn)品種類 規(guī)格 產(chǎn)能和產(chǎn)量 技術水平都得到很大提高 毛刺是電子科技的重要支撐 是電子設備 電子信息系統(tǒng)以及武器裝備控制系統(tǒng)的重要基 礎 從的發(fā)展歷程可以看出 電子系統(tǒng)功能的每一次升級 半導體技術的每一次創(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 技術水平和生產(chǎn)規(guī)模 不僅直接影響著電子技術的發(fā)展 而且對 改造傳統(tǒng)行業(yè) 促進科技進步 提高裝備現(xiàn)代化水平都具有重大意義 因此 毛刺去除與 毛刺檢測對整個機械產(chǎn)品及機械工業(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)去毛刺機的發(fā)展概況 目前 國外許多工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)把數(shù)控去毛刺設備的生產(chǎn)標準化 產(chǎn)業(yè)化 價格相 對也有所下降 在近幾年 微電子技術的快速發(fā)展帶動了以 PC 機位代表的計算機軟硬件 的發(fā)展 去毛刺機設備也以建立以 pc 機為基礎的制造系統(tǒng)為目標 向開放的集成自動化 方向發(fā)展 為順應這一趨勢 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 機的開 放數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展 有些進口的去毛刺設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 構件的換代 實現(xiàn)在線遠程升級 他們的設備基本都提供了現(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 日本等技術發(fā)達國家 自動化 機器人去毛刺設備的應用非 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 設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 工人培訓周期長 生產(chǎn)環(huán)境惡劣 勞動強度大 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備 如仿形去毛刺機 去毛刺機器人 三維數(shù)控去毛刺機等 近些年來我國去毛刺技術的整體 發(fā)展水平比較好 尤其是逆變式焊機技術現(xiàn)已成熟 正在全國推廣應用 波控 智能及自 動 半自動去毛刺技術快速發(fā)展 可是盡管如此 我國的去毛刺設備還是不能滿足國內(nèi)工 業(yè)的生產(chǎn)需求 1 2 4 去毛刺機在我國的應用及發(fā)展趨勢 我國從 20 世紀 80 年代開始進行大型機床等機械產(chǎn)品去毛刺結構的研究 20 多年來 已取得長足的進步 去毛刺結構已經(jīng)在現(xiàn)代化的數(shù)控機床等大型機床上應用以焊代鑄以焊 代鍛的結構設計和制造技術迅速發(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 90 年代開始從國外陸續(xù) 引進先進的去毛刺設備 并在車轉動軸 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可而被應用于生產(chǎn) 自十一五期間開始進行高效去毛刺技術的探索以 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域中 已成功地開發(fā)應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 它將為進一步推動去毛刺自動化發(fā)揮重要作用 在當前 數(shù)控去毛刺機的機構設計絕大多數(shù)還是依據(jù)具體的情況來設計專用去毛刺數(shù) 控去毛刺機 稱之為固定結構的傳統(tǒng)數(shù)控去毛刺機 其運動特性使特定數(shù)控去毛刺機僅能 適應一定的范圍 花費成本較大 不利于數(shù)控去毛刺機的發(fā)展 很數(shù)移動去毛刺數(shù)控去毛刺機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)控去毛刺機找到合適的位置并且放好 通過人工將數(shù)控去毛刺機本體 十字滑塊等調(diào)整到合適的狀態(tài) 這里所設計的移動數(shù)控去毛刺機是有軌移動去毛刺數(shù)控去 毛刺機 只是現(xiàn)有的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機技術在 PCB 板去毛刺中的應用 還不能滿 足要求 而當前的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機技術有相當?shù)陌l(fā)展 也就是說數(shù)控去毛刺機的 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行傳感跟蹤 因為與圖象處理方面相關的技術得到發(fā)展 2 采用多傳感信息融合技術以面對更為復雜的去毛刺任務 3 控制技術由經(jīng)典控制到向智能控制技術的發(fā)展 這也將是移動去毛刺數(shù)控去毛刺機的 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)外大量的有關去毛刺數(shù)控去毛刺機設計理論及相關知識的資料和文獻基 礎上 綜合考慮去毛刺數(shù)控去毛刺機結構特點 具體作業(yè)任務特點以及去毛刺數(shù)控去毛刺 機的推廣應用 分析確定使用三自由度關節(jié)型去毛刺數(shù)控去毛刺機配合生產(chǎn)工序 實現(xiàn)自 動化去毛刺的目的 為了實現(xiàn)上述目標 本文擬進行的研究內(nèi)容如下 1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控去毛刺機本身的結構特點 確定數(shù)控去毛刺機整體設 計方案 2 確定數(shù)控去毛刺機的性能參數(shù) 對初步模型進行靜力學分析 根據(jù)實際情況選擇電機 3 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā) 完成數(shù)控去毛刺機各零部件的結構設計 4 完成主要零部件強度與剛度校核 1 3 2 設計要求 1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能 提出三維數(shù)控去毛刺機的整體設計方案 2 完成三維數(shù)控去毛刺機結構的詳細設計 3 通過相關設計計算 完成電機選型 4 完成三維數(shù)控去毛刺機結構的三維造型 繪制三維數(shù)控去毛刺機結構總裝配圖 主要 零件圖 10 第 2 章 總體方案機構設計 2 1 設計概念 對于貫穿孔毛刺的識別設備的結構設計 首先我們應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)的毛刺無法進行掃描 而利用波不易觀察 設備較為昂貴 而利用攝像頭進 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 是一種半導體裝置 能夠把光學影像轉化 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)毛刺并進行在線觀測 然后通過軟件系統(tǒng)來確定它們的坐標 找出它們的位 置 確定毛刺的位置后可直接用毛刺去除設別進行去毛刺并對去毛刺后的貫穿孔使用 CCD 鏡頭進行拍攝 以觀察毛刺是否全部去除 為了更為清楚準確的拍攝孔內(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備后就可以設計毛刺識別的整體結構了 設計的 貫穿孔毛刺識別設備結構圖如下 設備的運動機理 通過 X Y Z 向電機帶動各向滾珠絲杠轉動 繼而使工作臺在各向導軌上移動以調(diào) 節(jié)工作臺在空間的位置即貫穿孔的位置 當調(diào)節(jié)到 CCD 鏡頭下適當位置時進行拍攝記下 此時的坐標 由此可確定毛刺的位置 2 2 設計原理 數(shù)控去毛刺機的設計應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 位機構 再者就是要有足夠的強度和剛度 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行強度 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 應考慮到產(chǎn)品零件變換的問題 為適應 不同形狀和尺寸的零件 為滿足這些要求 可將制成組合式結構 迅速更換不同的部件及 附件來擴大機構的使用范圍 Y 軸和 Z 軸采用絲杠傳動 Y 軸 電動機 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 Z 軸 電動機 聯(lián)軸器 大托板 X 軸采用絲杠加導軌形式 橫向電動機 聯(lián)軸器 橫向滾珠絲杠 導軌 橫滑板 2 3 方案討論 懸臂梁在工程力學受力分析中 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 龍門結構制作方便 承受負載大 結構穩(wěn)定 工程 上廣泛應用 考慮到上述問題該課題的整體結構采用龍門結構 第 3 章 數(shù)控去毛刺機 X 結構及傳動設計 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 結構簡單 絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉速 都較低設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 故結構較復雜 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 轉速不高時多用 更經(jīng)濟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 可以預拉伸 預拉伸后可減少絲桿自重 的下垂和熱膨脹的問題 結構和工藝都比較 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構 他的作用就是把旋轉運動轉和 直線運動進行相互轉換 絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體 絲杠轉動時帶動滾珠滾動 3 1 1 導程確定 電機與絲桿通過聯(lián)軸器連接 故其傳動比 i 1 選擇電機 Y 系列異步電動機的最高轉 速 則絲杠的導程為cmkgfMrn 2min 150maxmax 最 大 轉 矩 取 Ph 12mmnVPH1250 18 ee 3 1 2 確定絲桿的等效轉速 基本公式 in rPh 最大進給速度是絲桿的轉速 min 1502 8max rVn 14 最小進給速度是絲桿的轉速 min 083 12 mini rPVh 絲桿的等效轉速 式中 i1axttt 取 故21t in 03 212min1ax rttnm 3 1 3 估計工作臺質(zhì)量及負重 主軸箱重量 NXgG9608 01 工作臺重量 742 移動部件重量 m2 33 3 1 4 確定絲桿的等效負載 工作負載是指機床工作時 實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力 他的數(shù)值用進給牽引 力的實驗公式計算 選定導軌為滑動導軌 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 等效負載 nz 等效轉速 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 各類機械預期工作時間 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床的定位精度會有影響 在滾珠絲杠精度參數(shù)中 導程誤 差對機床定位精度是最明顯的 一般在初步設計時設定絲杠的任意 300 行程變動量m 應小于目標設定定位精度值的 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 考慮到本設計的定位精度要求及 其經(jīng)濟性 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構形式 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 預緊方式采用雙螺母螺紋預緊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 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為 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程變化量很小 可忽略不計 導程變形總誤差 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 其扭轉剛 度影響扭轉固有頻率 承受軸向負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 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 臨界壓縮負荷滿足要求 3 2 2 臨界轉速驗證 滾珠絲杠副高速運轉時 需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉速 要求絲杠的最高crn 轉速 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 臨界轉速計算長度 單位為 本設計中該值為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速 所以滿足要求 crnmin r 3 2 3 絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 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 當導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)計算得絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于 1500r min 能滿足要求 3 3 電機的選擇 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件 每輸 入一個脈沖電機轉軸步進一個距角增量 電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比例 相應的 轉速取決于輸入脈沖的頻率 步進電機具有慣量低 定位精度高 無累計誤差 控制簡單 等優(yōu)點 所以廣泛用于機電一體化產(chǎn)品中 選擇步進電動機時首先要保證步進電機的輸出 功率大于負載所需的功率 再者還要考慮轉動慣量 負載轉矩和工作環(huán)境等因素 3 3 1 電機軸的轉動慣量 a 回轉運動件的轉動慣量 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)軸器的轉動慣量 查表得 204kg mJW 因此 28 m0 8kg4 10 9 LR 3 3 2 電機扭矩計算 a 折算至電機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 折算至電機軸上的摩擦力矩 IPF 20f 上式中 F 0 導軌摩擦力 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 折算至電機軸上的由絲桿預緊引起的附加摩擦力矩 22 i2 1 2000 PT 上式中 P0 滾珠絲桿預加載荷 1500N 0 滾珠絲桿未預緊時的傳動效率為 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動慣量 選擇電機型號為 SIEMENS 的 IFT5066 其額定轉矩為 6 7 NA 23 第 4 章 Y 向結構設計 4 1 設計要求 Y 向是通過滑軌上下移動 帶動裝置可以旋轉的機構 4 2 傳動計算 根據(jù)給定的工作載荷 Fz和估算的 Wx和 Wy計算導軌的靜安全系數(shù) fSL C0 P 式中 C 0 為導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)計算結果查有關資料初選導軌 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軌 選擇漢機江機床廠 HJG D 系列滾動直線導軌 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 導軌重 量 導軌長度 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 每分鐘往復次數(shù) M Sl n 4 0 6 4 導軌的額定動載荷 N1750aC 依據(jù)使用速度 v m min 和初選導軌的基本動額定載荷 kN 驗算導軌的工作壽命aC Ln 額定行程長度壽命 HTCaWffSFTK 2045MF1 81 oTWCHRdffffK 導軌的額定 3 310 817502 5 4209 58HTCaWffSF km 工作時間壽命 25 3102SoTHln 3 310249 58104971506SoTln hTh 導軌的工作壽命足夠 4 3 電機的選擇 4 3 1 電機的分類 1 按工作電源分類根據(jù)電動機工作電源的不同 可分為直流電動機和交流電動機 其中 交流電動機還分為單相電動機和三相電動機 2 按結構及工作原理分類電動機按結構及工作原理可分為異步電動機和同步電動機 同步電動機還可分為永磁同步電動機 磁阻同步電動機和磁滯同電動機 異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機 感應電動機又分為三相異步電動機 單相異步電動機和罩極異步電動機 交流換向器電動機又分為單相串勵電動機 交直流兩 用電動機和推斥電動機 直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機 有刷直流電動機 可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機 電磁直流電動機又分為串勵直流電動機 并勵 直流電動機 他勵直流電動機和復勵直流電動機 永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電 動機 鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機 3 按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機 電容盍式 電動機 電容起動運轉式電動機和分相式電動機 4 按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機 驅動用電動機又分為電動工具 包括鉆孔 拋光 磨光 開槽 切割 擴孔等工具 用電 動機 家電 包括洗衣機 電風扇 電冰箱 空調(diào)器 錄音機 錄像機 影碟機 吸塵器 照相機 電吹風 電動剃須刀等 用電動機及其它通用小型機械設備 包括各種小型機床 小型機械 醫(yī)療器械 電子儀器等 用電動機 控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等 5 按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機 舊標準稱為鼠籠型異 步電動機 和繞線轉子感應電動機 舊標準稱為繞線型異步電動機 6 按運轉速度分類電動機按運轉速度可分為高速電動機 低速電動機 恒速電動機 調(diào) 26 速電動機 低速電動機又分為齒輪減速電動機 電磁減速電動機 力矩電動機和爪極同步電動機等 調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機 無級恒速電動機 有級變速電動機和無極變速電動 機外 還可分為電磁調(diào)速電動機 直流調(diào)速電動機 PWM 變頻調(diào)速電動機和開關磁阻調(diào)速 電動機 4 3 2 步進電機的選擇 由于步進電機具有控制較容易 維修也較方便 而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點 根據(jù)設 計要求及實際情況我們選擇步進電機 選擇參數(shù)為 額定電壓 輸出扭矩和電機轉速等 擬采用的 57 系列兩相混和式步進電機使用 24V 電壓 本系統(tǒng)提供的 24V 直流電源可以滿 足步進電機的工作需要 輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關 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 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軸上得力臂 L 0 02m 則有 M FL nmg 0 4704 轉速與傳送帶的速度和輪的直徑有關 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 步進電機的頻矩特性曲線如圖 4 3 所示 27 則由曲線可得 當 n 30r min 時 f 100HZ 根據(jù)計算結果我們選擇電機型號為 57BYJ250C 28 第 5 章 Z 向結構設計 5 1 Z 軸滾動導軌副的計算 選擇 根據(jù)給定的工作載荷 Fz和估算的 Wx和 Wy計算導軌的靜安全系數(shù) fSL C0 P 式中 C 0 為導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)計算結果查有關資料初選導軌 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軌 選擇漢機江機床廠 HJG D 系列滾動直線導軌 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 導軌重 量 導軌長度 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 每分鐘往復次數(shù) M Sl n 4 0 6 4 導軌的額定動載荷 N1750aC 依據(jù)使用速度 v m min 和初選導軌的基本動額定載荷 kN 驗算導軌的工作壽命aC Ln 額定行程長度壽命 HTCaWffSFTK 2045MF 29 1 2 0 81 5oTWCHRdffffK 導軌的額定 3 310 817502 5 4209 58HTCaWffSF km 工作時間壽命 3102SoTHln 3 310249 58104971506SoTln hTh 導軌的工作壽命足夠 5 2 滾珠絲杠計算 選擇 初選絲杠材質(zhì) CrWMn 鋼 HRC58 60 導程 l0 5mm 強度計算 絲杠軸向力 N maxyxzyxWFfKF 其中 K 1 15 滾動導軌摩擦系數(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構形式 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 預緊方式采用雙螺yQ 母螺紋預緊形式 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 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為 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程變化量很小 可忽略不計 導程變形總誤差 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 步進電機慣性負載的計算 根據(jù)等效轉動慣量的計算公式 有 1 等效轉動慣量的計算 折算到步進電機軸上的等效負載轉動慣量為 32 2 21013 180pq bzJJJM 式中 為折算到電機軸上的慣性負載 為步進電機軸的轉動慣量 為齒輪 的轉qJ 0J1J 動慣量 為齒輪 的轉動慣量 為滾珠絲杠的轉動慣量 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 電機軸的轉動慣量很小 可以忽略 所以有 4 2 22 2224 0 16 4710 16 537 4 10 0 793 3458dJ kgcm 6 步進電機的選用 步進電機啟動力矩的計算 設步進電機的等效負載力矩為 負載力為 根據(jù)能量守恒原理 電機所做的功與 負載力所做的功有如下的關系 TPs 式中 為電機轉角 為移動部件的相應位移 為機械傳動的效率 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 移動部件上的負載力 N 為導軌摩擦系數(shù) 為步進電機的步距角 rad T 為電 b 33 機軸負載力矩 N cm 取 0 3 淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數(shù) 8 279 23 考慮到 sPH 重力影響 向電機負載較大 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 拍的步進電機 max163 20 808 36 qTj nc 步進電機的最高工作頻率 axax 176 pvf 為使電機不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率 同時電機最大靜轉矩要足夠maxf 大 查表選擇兩個 90BF001 型三相反應式步進電機 電機有關參數(shù)如下 主要技術參數(shù) 型號 相數(shù) 步距 角 電壓 V 相電 流 A 最大靜 轉矩 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 轉子轉動慣量 Kg m 90 145 9 4 5 1764 34 第 6 章 CCD 鏡頭機構 6 1 機構設計工作原理 工作原理 圖 6 1 機構的工作原理如上圖 6 1 所示 電機帶動 CCD 鏡頭實現(xiàn)旋轉通過 CCD 鏡頭通過鏡 頭夾具套旋轉 6 2 結構設計 結構和驅動方式對穩(wěn)定性起著重要作用 驅動力的大小來自于電動機 電動機通過轉 動把驅動力傳輸給 CCD 鏡頭 6 3 電動機的選型 電動機一般采用直流電動機進行無級調(diào)速 一般交流電動機也可以作為電動機 通過調(diào)換齒輪的方法進行有級調(diào)速 不過電動機 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 擴大了去毛刺機的使用范圍 9 本研究選用步進電動機 型號 75BF003 分配方式為三相六拍 功率 120 W 電機轉速 1250 r min 步距角 1 5 35 第 7 章 機架的設計 7 1 機架的基本尺寸的確定 機架是支撐及其所有附件的可移動機構 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構就確定了 支撐自動變速器的部件是支撐板 支撐板固定在支承軸 上 支承軸安裝在機架上 為了使機架能夠方便移動 須在架子上裝輪子 因此在架子的 4 個側面通過螺栓各連 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 架子的結構確定后 就需要準備材料 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 其他的受力大的轉架就用 60 的方鋼制作 在轉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 進行校核 支承軸 36 160 查機械工程材料 P105 頁表 5 2 得 Q235 鋼材的屈服強度 b 375 460MPa 取 b 375 MP a 解 和軸一樣建立如圖所示的坐標系 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 也可以做出結論轉架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的 所以可以進行制作 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 也可以做出結論轉架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的 所以可以進行制作 38 總結 畢業(yè)設計是對大學學期間所學的知識的一次系統(tǒng)全面性的總結 通過本次畢業(yè)設計將理論與實踐 充分結合 是難得的一次機會 通過這次畢業(yè)設計為今后能更好的適應今后工作墊定了良好的基礎 39 參考文獻 1 王磊 王旭永 高壓水射流去毛刺技術的特征及應用 J 制造 材料 2001 39 443 7 9 2 張惠生 機械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 北京建筑工程學院學報 2011 17 4 58 61 3 王吉安 如何選擇去毛刺技術及檢測方法 J 工藝 2004 12 28 30 4 楊志芬 去毛刺技術 J 世界制造技術與裝備市場 1994 1 8 9 5 趙東標等 航空發(fā)動機葉片毛刺打磨方法 J 航空制造工程11998 6 34 35 6 胡志強 國外飛機零部件去毛刺和光飾技術概況 J 西飛科技 1992 1 44 46 7 李鐵詳 國內(nèi)去毛刺及表面光整加工技術狀況 J 組合機床與自動加工技術 1996 4 2 3 8 吳敏鏡 毛刺及去毛刺技術 J 航天工藝11999 3 47 49 9 王衛(wèi)林 毛刺技術 J 航空制造工程11993 2 19 21 10 季迪 去毛刺方法及設備 J 內(nèi)燃機燃油噴射和控制12000 1 48 49 11 林吉展 鉆孔毛刺產(chǎn)生的原因及控制 J 中國學術期刊 1994 2013 52 63 12 濮良貴等 機械設計 M 北京 高等教育出版社 2007 13 吳宗澤 機械零件設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2002 14 SIEMENS公司 西門子 驅動系統(tǒng)和電機 2002 15 山東濟寧博特精密絲杠制造有限公司 博特產(chǎn)品系列 40 致 謝 本文是在老師精心指導和大力支持下完成的 老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度 高度的 敬業(yè)精神 兢兢業(yè)業(yè) 孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響 他 淵博的知識 開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪 同時 在此次畢業(yè)設計過程中 我也學到了許多了關于機械設計方面的知識 實驗技能有了很大的提高 另外 我還要特別感謝對我實驗以及論文寫作的指導 為我完成這篇論文提供了巨大 的幫助 還要感謝 同學對我的無私幫助 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 再次對關心 幫助我的老師和同學表示衷心地感謝