YS_200数控鞋楦扫描机关键部件的结构设计.pdfYS_200数控鞋楦扫描机关键部件的结构设计.pdf

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鞋 楦是制鞋的基础和重要模具 。在整个制鞋设计与生 产中,鞋楦的造型决定了鞋的式样和型号,鞋新品种开发 也是基于鞋楦来设计的 [1] 。鞋楦的制造过程大多属于逆向 工程的范畴,母楦实物一般由设计师制作完成,通过测量 机对母楦进行检测采样,再经过一系列数据处理,最终完 成鞋楦模型重构 [2] ;接下来再利用数控加工设备根据模型 数据加工出若干新的鞋楦,以满足制鞋企业多人同时制 作同一款鞋子的要求 。鞋楦样品如图 1 所示 。 YS- 200 数控鞋楦扫描机正是用于测量母楦,采集鞋 楦原始数据 、并将其处理成为三维图形的数控反求设备 。 1 数控鞋楦扫描机的工作原理 根据鞋楦的形状以及数控鞋楦扫描机的工作内容,初 步确定了设备的工作原理与动作形式,如图 2 所示 。 数控鞋楦扫描机基于反求工程技术,并采用接触式测 量方式实现鞋楦外表面数据模型的重构 。在采样过程中, 鞋楦前后端由顶尖固定,在顶尖的带动下绕着 Z 轴旋转 。 而在鞋楦的旋转过程中,扫描轮始终与鞋楦保持接触,并 根据鞋楦的旋转角度测出鞋楦相应的瞬时旋转半径,为 此,扫描轮将随鞋楦的角度变化在平行于 X 轴的方向上 作直线运动;与此同时,扫描轮还将在 Z 轴传动机构的带 动下作平行于 Z 轴的单向匀速运动 。在此过程中,扫描机 的检测装置将测绘出鞋楦外表面上每个接触点的一个旋 转运动的角位移量以及两个直线运动的直线位移量,最 终由以上的三个位移量共同构成了鞋楦外表面的螺旋线 数据,并经过数控系统处理后形成鞋楦的外表面模型 。 综合普通鞋子的不同形状与尺寸大小,确定了该设备 的主要技术参数,如表 1 所示 。 在设计 YS- 200 数控鞋楦扫描机的过程中,机床数控 系统将通过选购配置,除此之外,设备设计的关键在于如 何保证鞋楦扫描机的定位 、旋转 、扫描等整个过程动作的 可靠性 。 2 数控鞋楦扫描机的关键结构设计 2.1 鞋楦定位与旋转机构的设计 首先,由于鞋楦形状不规则,采用接触式的扫描方式 将使鞋楦受到一定的径向力与周向力的作用,因此,为了 固定并带动鞋楦旋转,在该机构中设计一个叉刀形的零 件,以插紧并固定鞋楦后跟;而在另一侧则设计一个托架 形的零件,以固定鞋楦的前端 。其次,由于该设备的扫描 长度是 50400mm,因此设备的定位机构的位置必须可 调,以满足长短不一鞋楦的要求 。再次,由于该设备的最 大扫描半径达 130mm,因此,定位与旋转机构的旋转中心 离工作台面必须有足够的高度,以满足扫描较高鞋楦的 工作要求 。综合考虑了以上的设计要点,并根据鞋楦的形 状 、设备的工作原理与技术参数要求,初步设计了如图 3 所示的定位与旋转机构 。 YS- 200 数控鞋楦扫描机关键部件的结构设计 丁立刚 1, 2 魏 昕 1 李国校 3 ( 1.广东工业大学,广州 510006; 2.中山火炬职业技术学院,中山 528436; 3.南海盈胜数控机械厂,佛山 528244 摘 要通过对鞋楦与数控鞋楦扫描机工作原理的介绍,分析了该类设备的设计要点 。在设计过程中,对扫 描机的定位与旋转机构 、接触式扫描机构 、Z 轴传动机构等关键部件进行重点分析,并设计出 YS- 200 数控鞋楦 扫描机 。经生产验证,该设备结构合理 、动作可靠,工作性能稳定 。 关键词鞋楦 数控鞋楦扫描机 定位与旋转机构 接触式扫描机构 传动机构 图 1 鞋楦 图 2 鞋楦扫描机的工作原理图 ω Y Z Z′ X′ X 表 1 主要技术参数 技术数据表 规格 每分钟转速 r/min 5~45 效率( min/ 楦头) 6~20 Z 轴分辨率 0.001mm C( ω)轴分辨率 0.0005 扫描半径( mm) - 30130 扫描长度( mm) 50400 设 计 与 研 究 152009 第 5 期 总第 192 期 现 代 制 造 技 术 与 装 备 在该机构中,左转轴座 2 直接固定在机床工作台 1 上, 而叉刀 8 用于固定鞋楦后跟,该零件与左转轴 7 利用螺纹 联接,一起安装在角接触轴承 4 上;同时左转轴 7 左端通过 联轴器 6 与伺服电机 5 联结 。而在右侧,托板 11 用于固定 鞋楦的前端底部,该零件通过联结轴 12 与右转轴 13 固定, 一起安装在角接触轴承 15 上;另外,右转轴座 14 固定在小 拖板 16 上,而小拖板 16 安装于固定在工作台 1 的线性导 轨上,并利用丝杆 9 作为驱动装置调节其位置 。 安装固定母楦时,先将母楦的后跟插紧在叉刀 8 上, 然后通过旋转手轮 19 带动丝杆 9 调整小拖板到合适的位 置,并固定好母楦的前端底部 。另外还可以通过摆动托板 11 的角度,以安装不同形状的母楦,从而使该机构能够固 定长短不一 、形状各异的母楦 。 2.2 鞋楦接触式扫描机构的设计 鞋楦在绕 Z 轴旋转的过程中,扫描机构上的扫描轮 必须始终与鞋楦接触,确保扫描得到的数据模型与母楦 形状的一致性,这是设计接触式扫描机构的关键所在 。 由于鞋楦的外形并非回转体,因此鞋楦面上不同点的 旋转半径都不一样 。为了使扫描机构上的扫描轮能始终 与鞋楦接触,扫描机构的驱动装置必须具备快速的反应 特性,以适应鞋楦旋转半径的瞬时变化 。为此,在该机构 选用了单作用气缸作为推力装置,使扫描机构始终处于 靠近鞋楦的运动趋势,确保扫描论与鞋楦保持接触 。另 外,在综合考虑鞋楦的形状 、设备的工作原理与技术参数 要求的情况下,设计了如图 4 所示的接触式扫描机构 。 在该机构中,扫描轮 11 通过轮架 10 固定在滑块 9 上,同时,为了确保滑块 9 能平稳运行,将滑块 9 安装在 固定于大拖板 4 的线性导轨 3 上,以减小滑块 9 运行的 摩擦力,提高机构运行的反应特性 。而作为推力装置的气 缸 8 则固定在气缸支架 5 上,并使气缸 8 的活塞杆与滑 块 9 后侧联接;另外还将拉伸弹簧 14 通过弹簧支架 13、 15 分别固定于滑块 9 与气缸支架 5 上 。与此同时,为了减 小扫描轮与鞋楦接触时的摩擦力,将扫描轮 11 设计成能 够绕其自身轴线自由转动的结构形式 。而作为读数装置 的光栅尺,则将其中的光栅尺体 1 固定在箱体 7 上,而光 栅尺读数头 2 则固定在滑块 9 上 。 工作时,单作用气缸 8 进气,活塞杆克服拉伸弹簧 14 的拉力推动滑块 9 向右边移动,直到扫描轮 11 接触到鞋 楦为止 。在扫描过程中,如果鞋楦与扫描轮 11 接触点处 的旋转半径变小,则气缸 8 活塞杆在气压作用下推动扫 描轮 11 往右边移动;如果鞋楦与扫描轮 11 接触点处的旋 转半径变大,则鞋楦对扫描轮 11 产生挤压力的作用,该 力将克服气缸 8 的推力作用推动扫描轮 11 往左边移动 。 在扫描轮 11 移动的过程中,固定在滑块 9 上的光栅尺读 数头 2 记录下了扫描轮 11 的位移,而鞋楦旋转运动的角 位移则由旋转轴的编码器记录下来,由此共同构成了鞋 楦在一转范围内的截面模型数据 。扫描完毕时,气缸 8 停 止进气,滑块 9 在拉伸弹簧 14 的作用下往左边移动,并 推动气缸 8 的活塞杆复位,当滑块 9 接触到限位柱 6 时, 滑块 9 停止移动,复位完毕 。 2.3 扫描机 Z 轴传动机构的设计 鞋楦在旋转过程中,传动机构必须能保证扫描机构在 平行于鞋楦 Z 轴方向上的运动是单向匀速运动,确保扫 描螺旋线的均匀,这是设计 Z 轴传动机构的关键所在 。 为了测绘出整个鞋楦的外表面数据模型,扫描轮在平 行于 X 轴的方向上作直线扫描运动的同时,还必须作平 行于 Z 轴的单向匀速运动 。为了减小扫描机构在做单项 匀速运动过程中的震动与噪音,在该传动机构中,选用了 线性导轨作为导向装置,并选用滚珠丝杆作为机构的驱 动装置,确保机构的传动精度 。综合机床的技术参数 、以 及扫描机构的结构,设计了如图 5 所示的 Z 轴传动机构 。 图 3 鞋楦扫描机的定位与旋转机构 16
编号:201311031003553221    类型:共享资源    大小:339.70KB    格式:PDF    上传时间:2013-11-03
  
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wotuwang上传于2013-11-03

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