激光打标机结构设计及运动仿真

毕业设计（论文）图书分类号：密级： 毕业设计(论文)激光打标机结构设计及运动仿真THEDESIGNOFLASERMARKINGMACHINESTRUCTUREANDMOVEMENTSIMULATION学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日毕业设计(论文)III目录531摘要 Abstract31222 TOC\o"1-3"\h\u5311绪论 1312221.1课题背景及意义 1126501.2激光打标技术原理与特点 1216701.3设计任务 2228732总体方案设计分析 3241933机架设计 4148373.1机架类型的选择与确定 486523.2机架强度的校核 4309004自动上、下料机构 658654.1上、下料机构 6200994.2滚珠丝杠传动系统设计 650494.2.1滚珠丝杠的介绍 6208794.2.2强度计算 762174.2.3计算选定编号 7238354.2.4丝杠的校核 8139724.3滚珠丝杠支撑轴承的选择 1065374.3.1轴承的计算 10115174.3.2轴承的刚度确定 11249394.3.3轴承的预紧与润滑 12210604.4支撑杆的校核 12285874.5驱动电动机的选型 13164164.6带传动的设计 14125324.7V带轮的设计 16254205机械手的设计 16316095.1机械手的组成 17264855.2手部结构的设计 1772755.3手部驱动力的计算 18268005.4手腕驱动力矩计算 1861086传送带设计 2021146.1传送带的设计及校核 2115036.1.1带速的确定 21200416.1.2带宽的确定 21266806.1.3带宽的校核 22235716.1.4传送带上最大张力的计算 22107436.1.5传送带层数计算 2332576.2电机的选型 23213586.3V型带的设计 24134237打标机构设计 27104507.1滑动导轨的设计 2888717.2导轨传动结构设计 2848887.2.1强度计算 28149797.2.2计算选定编号 29153107.2.3丝杠的校核 30237357.3滚珠丝杠支撑轴承的选择 31105697.3.1轴承的计算 3173257.3.2轴承的刚度确定 3359347.3.3轴承的预紧与润滑 3479858激光打标机的实体建模与装配 34294758.1典型零部件的实体建模 3576938.2装配介绍与装配模型的建立 36104988.2.1UG装配的介绍 3695328.2.2典型部件装配的建立 37227059激光打标机的运动仿真 4019409.1运动仿真的介绍 4166789.2进入运动仿真 41215709.3连杆的选择 4289829.4运动副的建立 441851结论 4720186致谢 486110参考文献 49PAGEPAGE41绪论1.1课题背景及意义激光是20世纪80年代前后发展起来的比较具有划时代的科技成果，已经广泛的应用于机械加工领域中，比如在工件打标、焊接、表面处理领域中。在我国机械行业中激光打标加工技术一直是重点支持和推动的一项高新技术和关键的支撑技术。基本上占据着我国机械制造业的70％左右。众所周知中国在世界上可以称为是一个制造业的大国，制造工艺的不断进步与创新为中国的激光打标加工设备等方面提供了一定的广阔市场。随着机械制造业向中国的不断转移，以及我国制造业的不断转型与进步，国内加工设备将会在不久的将来逐步升级，激光打标、加工制造设备行业的发展将会更加迅速与提高。尤其是关于器械、军事研究、精密仪器等工业部门方向的发展，这也反映出中国的激光市场领域极具有广阔的前景。激光打标技术是机械加工行业中最量要的一项应用技术，关于激光打标最早的应用是在20世纪80年代初期左右。由于其质量比较好、运行起来比较平稳、速度适中加上精度高以及超高效率等优点，在我国许多行业中获得了较为广泛使用与大范围推广，尤其我们比较熟悉的像汽车领域、普通机械制造领域（农业机械方面的发展）、航天航空技术领域等等。当然随着我国激光器件各方面的加工技术的进步与发展，比如在功率的等级性、稳定性和可靠性的提高。激光的应用领域逐步扩大到各种各样的金属材料和一些非金属材料（如板材、玻璃、塑料、陶瓷以及橡皮等）的打标加工。激光打标加工几乎可以加工任何材料。随着机械制造业的不断进步，激光打标技术也同样不断地大力发展与使用，据估计在国际上每年差不多都在以20%～30%以上的的高速度不断地增长。激光打标技术的不断发展与创新将在不久的未来发展越来越成功，越来越普及。在我国由于激光打标技术使用不是很早，无论在使用还是维修方面都不是非常的专业与精通，所以尚不成熟。我国的激光打标技术与那些制造业发达的国家相比还是有着相当大的一段距离，但是随着我国经济的不断发展，与国外技术的不断交流与探讨，激光打标技术在我国将会有着越来越广阔的应用市场。1.2激光打标技术原理与特点激光打标机的原理是运用激光光束在不同材质的工件表面打上标识。因为激光能使工件表层物质发生物理变化而出现印迹，主要是激光具有强大的热能瞬间烧掉部分物质，显示出所需刻画的图形或文字。其特点：加工材料十分广泛，大多数金属或非金属都可以。对工件表面不产生挤压或应力，无机械加工式的磨损，并且无毒无污染。在精密工作台上能进行精密微加工。激光束很细，工件表面消耗的材料很少。可穿过透光物质，如石英；对工件内部零件进行加工。1.3设计任务本次设计任务主要是设计一台激光打标机以及对激光打标机进行运动仿真的模拟。设计的机构主要有自动上料机构、工件定位机构、工件抓取机构、工件传送机构、打标机构、自动下料机构的设计、以及上料机构、下料机构、传送带速度的要求和机械手旋转角度的控制，然而对于像激光打标机的其他部件如激光系统、电路的设计等都不作为本次设计的内容要求，只需做一般了解。本次激光打标机的自动上料机构和自动下料机构的运动速度设置为3000mm/min，传送带的运动速度设置为900mm/min，打标头上下运动范围为300mm。激光打标机其他零部件主要有滚珠丝杠副、滚动轴承、机架、直线滑动导轨、支撑板、支撑杆、螺栓、直角连接板、传送带等。当然在设计时候还要考虑到激光打标机的安装尺寸和装配尺寸的合理性。最后，对设计的激光打标机运用UG6.0进行建模，建模后运用UG6.0中的装配模块进行装配，组装合理后，进行最终的运动仿真。2总体方案设计分析本次设计的重点任务是关于打标机自动上料机构、定位打标机构、自动下料机构的设计，从而实现打标作业的自动化。其中包括机架横截面形状和外观形状的选型与设计，步进电动机的计算与选型，传动部分选用的是滚珠丝杠副、滚动轴承、传送带、电动机作为传动系统，之所以选择滚珠丝杠作为激光打标机上、下料机构以及打标头的传动机构主要原因是因为滚珠丝杠副高效率的传动、刚度很强的系统、传动准确性很高。通过大量阅读、查找相关资料，和对激光打标机的观看与了解以及参考一定相关的激光打标技术的书籍，确定总体方案如下：本次设计的大体过程是电动机将转速传递给带轮，带轮带动滚珠丝杠作旋转运动，滚珠丝杠螺母通过和滚珠丝杠连接将滚珠丝杠的旋转运动转换为直线运动，从而推动载物盒向上运动，工件运输到达一定高度后，通过电脑控制机械手来抓取工件并准确的放到传送带上，由传送带将工件运输到打标头下方，到达下方时，由视觉系统来检查工件的位置，然后打标头进行准确打标，打完后再由传送带运输，最后自动从传送带上掉进自动下料机构，通过感应，自动下料机构的步进电动机运转，运行方式同上料机构一样，不同的是滚珠丝杠旋转的方向正好相反。从而实现全自动的激光打标的目的。整机布局如图2-1：图2-1 3机架设计 结论通过十三个周的不断努力与学习，再通过查找大量资料与自己对材料的科学分析，最终确定了一台合理的激光打标机结构。经过以上论述，对于此次设计的激光打标机得出如下结论：激光打标机的基本尺寸：机架长1000mm，宽900mm,高800mm，材料灰铸铁；上料机构长600mm；宽400mm；高800mm；下料机构长800mm；宽400mm；高900mm；打标机构长200mm；宽200mm；高500mm。电动机的选择：Y225M-6。带传动：普通V型带：小带轮直径250mm；大带轮直径500mm；中心距366mm；带长426mm。滚珠丝杠副：强度计算合格，编号SFU1204-3，公称直径22mm；丝杠内径12mm；导程4mm；滚珠直径3.5mm；丝杠校核合格。支撑杆：截面圆形直径8mm，长度500mm，强度校核通过。滚动轴承：径向动载荷，轴向动载荷，刚度确定，型号：深沟球轴承6410。传送带：带宽200mm，材质PVC，层数2层。直角连接板、支撑板、滑动板、挡板等装置。致谢参考文献[1]朱理.机械原理[M](第二版)北京:高等教育出版社,2010年.[2]濮良贵.机械设计(第九版)[M].北京:高等教育出版社,2013年.[3]陈秀宁,施高义.机械设计课程设计第四版[M].浙江:浙江大学出版社,2012年.[4]闻邦椿.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2010年.[5]杨可桢,程光蕴.机械设计基础第四版[M].北京:高等教育出版社,2016年.[6]陈龙颉,谭成,夏新涛.新编滚动轴承应用技术手册[M].北京:机械工业出版社,2010年.[7]戴曙.机床滚动轴承手册[M].北京:机械工业出版社,2010年.[8]刘鸿文.材料力学第五版[M].北京:高等教育出版社,2011年.[9]陈立德.机械制造装备设计[M].北京:高等教育出版社,2010年.[10]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学第七版[M].北京:高等教育出版社,2013年.[11]朱冬梅,胥北澜.画法几何及机械制图第六版[M]北京:高等教育出版社,2008年.[12]孔庆华,刘传绍,郑桢德等.极限配合与测量技术基础第二版.上海:同济大学出版社，2008年.[13]HuDing,Da-PengLiStatican