蓝宝石切割机装置的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 编号： 毕业设计 (论文 ) 题 目： 蓝宝石切割机装置的设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 本次设计是对 蓝宝石切割机 装置 的 设计 。 在这里 主要包括 :传动系统的 设计 、 装夹部位 系统的 设计 、 切割片 主轴 部位 系统的 设计 这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件 。 整机结构主要由电动机 产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本论文研究内容： (1) 蓝宝石切割机 装置 总体结构设计。 (2) 蓝宝石切割机 装置 工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 蓝宝石切割机 装置 的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词： 蓝宝石切割机 装置 ， 联轴器 ， 滚珠丝杠 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of of of of of of on of to a is by to to of of (1) of (2) of of (3) of (4) of (5) of (6) to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 绪论 . 1 宝石切割机的研究现状 . 6 宝石切割机发展趋势 . 7 课题研究的内容及方法 . 8 要的研究内容 . 8 计要求 . 8 键的技术问题 . 8 2 蓝宝石切割机装置总体结构设计 . 9 计的要求与数据 . 9 锯选型 . 10 紧装置设计 . 10 盘的选型 .步带传动计算 . 12 步带计算选型 . 12 步带的主要参数（结构部分） . 15 同步带的设计 . 17 的设计 . 18 作用在带锯上的力 . 18 步确定轴的最小直径 . 19 的结构设计 . 20 轴上的载 荷 . 21 弯曲扭转合成应力校核轴的强度 . 22 确校核轴的疲劳强度 . 22 的选择与校核 . 25 动轴承的寿命校核 . 27 3 蓝宝石切割 X 方向进给传动设计 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 向滚珠丝杆副的选择 . 30 程确定 . 30 定丝杆的等效转速 . 30 计工作台质量及负重 . 30 定丝杆的等效负载 . 30 定丝杆所受的最大动载荷 . 31 度的选择 . 32 择滚珠丝杆型号 . 32 核 . 33 界压缩负荷验证 . 33 界转速验证 . 34 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 35 机的选择 . 35 机轴的转动惯量 . 36 机扭矩计算 . 37 4 蓝宝石切割 Y 方向进给传动设计 . 39 轴滚动导轨副的计算 、选择 . 39 珠丝杠计算、选择 . 40 进电机惯性负载的计算 . 43 结论 . 46 参考文献 . 47 致 谢 . 48 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 1 绪论 宝石切割机 的 研究现状 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备， 用来 提 高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。 当然， 我们发现 切割技术 已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根 据资料显示， 割技术 加工。我国每年的 切割 设备需求量 金额 超过 50 亿元。 既然切割机 能够这么普遍地应用在各个领域， 它 肯定具备了很大的市场竞争力。 80 年代初期，国际商业机器公司 (先提出的化学机械抛光引入集成电路进行平坦化的制程工作。主要是通过适当的制程参数设计，利用一个抛光平台，配合适当的化学溶液，将晶片表面高低起伏不一的轮廓加以磨平。安永畅男使用不锈钢环抛光蓝宝石，发现蓝宝石界面与不锈钢形成了结构松软 的固相化学反应层，蓝宝石表面具有镜面光泽，而且没有发现亚表面损伤的现象，并提出了机械化学抛光的概念。 用二氧化硅水溶液搭配上锡盘当研磨盘，首次观察到蓝宝石的残余表面粗糙度为 1于使用 磨粒而言，因为其硬度比蓝宝石的要低，理论上并不具有去除蓝宝石表面的能力，但是实验结果却说明 光液具有去除蓝宝石表面材料的能力，利用此套仪器设备对蓝宝石进行抛光可获得比较好的表面粗糙度并认为在超抛光中，抛光液中直径 7胶羽状 过撞击移除了蓝宝石 表面原子，并提出了一种新的抛光方法，浮法抛光法。 人在其研究成果上提出假设，他们认为是由于单纯的化学反应 能移除蓝宝石表面的原子，而来自抛光过程摩擦产生的热是化学反应能够进行的驱动力，并提出化学反应式为： i 7222232 222 反应后生成物为高岭土，并可利用抛光液的流动特性将高岭土移除。 光结果均方根粗糙度值可达到 据 人证实的直接接触的想法的基础上，提出了“热液磨耗”的理论模型。最近几年，国际上一些知名的半导体及光电子技术公司纷纷投入了大量的资金去研究蓝宝石抛光，并取得了一定的成果，如美国、日本、德国以及俄罗斯等公司己经能产业化生产3 英寸的单晶蓝宝石，并且正在研发 4 英寸的技术。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 宝石切割机 发展趋势 我国从 20 世纪 80 年代开始进行大型机床等机械产品 切割 结构的研究， 20 多年来已取得长足的进步。 切割 结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以 焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。 20 世纪 90 年代发展起来的线切割技术的成熟应用，成功地满足了大片径、低损耗和相对较高表面质量的晶片切割需要。线切割晶圆技术刚开始是运用游离磨粒的方式，也就是利用线带动游离磨粒（如碳化硅等），传统的金属切割线如图 1 所示，使在工件和线中间的磨粒对工件进行磨切割。但是游离磨粒的缺点在于，因为磨粒和工件实际接触到的面积较小，造成材料移除率较小，所以需要较长的加工时间；而另外一个缺点在于，如须加工更硬、更难以切割的工件（如蓝宝石、碳化硅），则游离磨粒的方式将难以对工件的表面达 到预期的切割。为了改善上面的缺点，切割碳化硅、蓝宝石等硬度大的材料，固定金刚石磨料线切割技术应运而生，这种加工技术通常是使用电镀的方法将金刚石磨料固定在钢丝表面（如图 2 所示） ,加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对硅材料进行磨削加工 , 相比游离磨料多线锯的 三体加工 ,它属于 二体加工 ，其加工效率是游离磨料多线锯的数倍以上。金刚石单线切割机以其独特的优势成为第三代半导体硬脆材料和大直径材料切割中不可或缺的一部分。 在当前，蓝宝石切割机 的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用切割 蓝 宝石切割机 ，称之为固定结构的传统 蓝宝石切割机 ，其运动特性使特定 蓝宝石切割机 仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于 蓝宝石切割机 的发展。 很数 蓝宝石切割机 还有焊缝跟踪的功能 ,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式 ,帮助 蓝宝石切割机 找到合适的位置并且放好，通过人工将 蓝宝石切割机 本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动 蓝宝石切割机 是有轨移动切割 蓝宝石切割机 ，也就是说 蓝宝石切割机 的自主性还跟不上工业发展的脚步。 未来的发展趋势可分为以下三个方面： 1 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相 关的技术得到发展； 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的切割任务； 3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动切割 蓝宝石切割机 的控制所采用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 课题研究的内容及方法 要的研究内容 在查阅了国内外大量的有关 切割 蓝宝石切割机 设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑 切割 蓝宝石切割机 结构特点、具体作业任务特点以及 切割 蓝宝石切割机 的推广应用，分析确定使用 切割 蓝宝石切割机 配合生产工序，实现自动化 切割 的目的。 为了实现上述目标，本文拟进行的 研究内容如下 : 1 根据现场作业的环境要求和 蓝宝石切割机 本身的结构特点，确定 蓝宝石切割机 整体设计方案。 2 确定 蓝宝石切割机 的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成 蓝宝石切割机 各零部件的结构设计； 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 计要求 1 根据所要实现的功能，提出 蓝宝石切割机 的整体设计方案 ； 2 完成 蓝宝石切割机 结构的详细设计 ； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成 蓝宝石切割机 结构的设计； 绘 制 蓝宝石切割机 结构总装 配图、主要零件图 。 键的技术问题 1 方案选择 2 整体的支撑架设计 3 机构设计 4 强度校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 2 蓝宝石切割机 装置 总体结构设计 计的要求与数据 要求： 1) 所设计的蓝宝石切割机使用带锯进行切割 2) 保证带锯行进与路线切向一致； 3) 被切材料快速定心夹紧； 4) 切削液回收。 本文课题参数假定 切割 蓝宝石 直径为 250 机的选型 参考市场上同类产品， 考虑到本机器体积小，功率消耗不大。只是旋转运动。 初步选择电动机为普通三相 异步电动机 。用于 一般场合和无特殊要求 90三相异 步电机 功率： 电压： 380V 电流： 绝缘： B 噪音： 67 ) 转速 1440 r/泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。 三相异步电动机广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、 农业机械和食品机械等。 电动机基本系列，符合 准的有关规定。 三相异步电动机具有高效、节能、起动转矩大、噪声低、震动小、可靠性高、使用维护方便等特点。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 锯 选型 由于带锯没有国家标准，故从市场上使用的任意一种选择带锯，锯带尺 寸：依据机床规格指定，但锯带厚度不得超过 锯宽度取 45紧装置设计 夹紧机构不但在切割之前机械手抓能够根据事先收到的信号准确地运动到每个工位，而且 在切割过程中要夹紧运动着的铸铁棒，使 切割片 与铸棒同步。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 盘的选型 根据切削要求和蓝宝石最大直径为 250，则 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 步带传动计算 步带计算选 型 设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下： d A P式中 需要传递的名义功率 工作情况系数，按 表 2 工作情况系数 表 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 d 1） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率 小 带锯 转速 同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中 6表 3 3文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 选同步带的型号为 H：，节距为： ） 选择小 带锯 齿数 根据同步带的最小许用齿数确定。查表 3 查得小 带锯 最小齿数 14。 实际齿数应该大于这个 数据 初步取值 4故大 带锯 齿数为： z2=i 4。 故 4， 4。 确定 带锯 的节圆直径 带锯 节圆直径 =34/ 带锯 节圆直径 =34/ 验证带速 v 由公式 v= 0000 计算得， s 0m/s,其中 0m/s 由表 3 a) 确定带长和中心矩 根据机械设计基础得 )(2)(所以有： 现在选取轴间间距为取 00、同步带带长及其齿数确定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 0L=22 0 a( 21 ) = 2/) =1、 带锯 啮合齿数计算 有在本次设计中传动比为 1，所以啮合齿数为 带锯 齿数的一半，即7。 12、基本额定功率01000 )(20a 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 4以知道m=m。 所以同步带的基准额定功率为 0P=1 0 0 0 0 0(2 = 4基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量 13、计算作用在轴上力 = 同步带的主要参数（结构部分） 1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 重要 参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长 度应在规定的极限偏差范围之内（见表 4 表 4节线长度表 2、带的节距 图 4步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和 带锯 齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表 4 3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度 ，以 s 表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 图 4带的标准尺寸 表 4形齿标准同步带的齿形尺寸 4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径 t 齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带 齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。 5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传 动中，带齿与 带锯 齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时， 带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角 梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入 带锯 齿 槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。 同步带的设计 在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表 4的图形如图 4 表 4同步带尺寸 型号 节距 齿形角 齿根厚 齿高 齿根圆角半径 齿顶圆半径 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 H 8 40。 4步带 ，从而对夹紧的工件进行切割 8 。纵向行走的作用是当完成一次切割过程完成时，推动工作台使之恢复到初始位置。整个工作过程都 的设计 主要进行的是 带锯 轴的设计与校核 作用在带锯上的力 因已知低速级 带锯 的直径为 2d 500 而 232 32 1 4 9 5 0500 0 圆周力 向力 轴向力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 图 轴的载荷分布图 步确定轴的最小直径 （ 1）先按课本37015步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢 ,调质处理。根据课本370p 315361 表P，取 112是得 o 76 112 3 2）联轴器的选择。输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 d（图 为了使所选的轴直径 故需同时选取联轴器的型号。 查课本3514虑到转矩变化很小，故取 5.1： 109 按照计算转矩 机械设计手册1737用 性套柱销联轴器（ 4323 2002），其公称转矩为 2000联轴器的孔径 65 取 d 65 联轴器的长度 L 142 联轴器与轴配合的毂孔长度 107 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 的结构设计 （ 1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求 , -轴段右端需要制出一轴肩 ,故取 -的直径 7 80 端用轴端挡圈定位 ,按 轴端直径取挡圈直径 D 85 联轴器与轴配合的毂孔长度 107 了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上 , 故 -的长度应比 现取 2 105 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 7 80 轴承产品目录中初步选取 0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承（ 297 1994） 30217型，其尺寸为 d D T 85 150 30.5 0 8 85 端圆锥滚子轴承采用套筒进行轴向定位，取套筒宽为 14 6 44.5 取安装 带锯 处的轴段 d - 90 带锯 的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知 带锯 毂 的宽度为 90 了使套筒端面可靠地压紧 带锯 ，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 l - 86 带锯 的右端采用轴肩定位，轴肩高 h 取 h 7 5 104 环宽度 ,取 b 12 表 1 带锯 轴结构设计参数 段名 参数 - - - - - - 直径 /5 H7/0 85 0 H7/04 85 度 /05 6 86 12 b hL/0 12 90 25 14 70 处 2 45o 处 处 45o （ 2） 轴上的零件的周向定位 带锯 、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 d - 90 b h 25 14 槽用键槽铣刀加工，长为 70 时为了保证买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 带锯 与轴配合有良好的对中性，故选择 带锯 毂与轴的配合为 样，半联轴器与轴的连接，选用平键为 20 12 90 联轴器与轴的配合为 动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的 ，此处选轴的直径尺寸公差为 （ 3） 确定轴上圆周和倒角尺寸 参考课本3655轴左端倒角为 2 45 ，右端倒角为 45 。各轴肩处的圆角半径为 :处为 余为 轴上的载荷 首先根据结构图 (图 出轴的计算简图（图 在确定轴 承的支点位置时 ,应从手册中查得 于 30217型圆锥滚子轴承，由手册中查得 a 29.9 此，作为简支梁的轴的支承跨距 128.7 据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。计算步骤如下： 128.7 7 1 . 6 8 9 2 6 . 9 35 7 . 1 7 1 . 6 4 2F 3483222 5 7 . 1 8 9 2 6 . 9 35 7 . 1 7 1 . 6 3 10923231 2 3 1 5 . 3 1 3 1 6 . 1 2 53 3 5 6 . 6 4 7 1 . 625 7 . 1 7 1 . 6 2 221809163022 3 1L 4 283 1 2 152 2 486 1M 19625592873172889 222121 222 8 3 5 7 8 . 0 1 4 1 5 2 8 5 4 . 4 1 6 322 2M 222 222 8 3 5 7 8 . 0 1 4 4 8 6 6 5 . 0 9 287 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 表 2 低速轴设计受力参数 载 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 14 ，23 12 ，2 弯矩 M 283 1152 2486 总弯矩 1M 322 2M 287 扭矩 T 1 410 990 弯曲扭转合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。根据课本37315表 及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 的计算应力 321 )( 2