蓝宝石切割机设计【11张CAD图纸和说明书】

摘  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 

Abstract
This design is the design of assembly of rod material automatic cutting device. Here mainly include: design, drive system design of the cutting blade clamping spindle parts of system design, part of the system of graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.
The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, thereby driving the movement, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.
The research of this thesis:
(1) the overall structure design of automatic assembly device for cutting bar.
(2) analysis of assembly device performance of rod material automatic cutting.
(3) the choice of motor.
(4) transmission system, execution unit and frame design of automatic assembly device for cutting bar.
(5) the design of components for the design calculation and check.
(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.

Keywords: automatic cutting assembly device, bar coupling, ball screw

目  录
摘  要 II
Abstract III
1 绪论 1
1.1蓝宝石切割机的研究现状 1
1.2蓝宝石切割机发展趋势 2
1.3本课题研究的内容及方法 3
1.3.1主要的研究内容 3
1.3.2设计要求 3
1.3.3关键的技术问题 3
2 蓝宝石切割机装置总体结构设计 4
2.1设计的要求与数据 4
2.2 带锯选型 4
2.3 夹紧装置设计 5
2.4 卡盘的选型 6
2.5 同步带传动计算 6
2.5.1 同步带计算选型 6
2.5.2 同步带的主要参数（结构部分） 10
2.5.3  同步带的设计 12
2.6 轴的设计 12
2.6.1求作用在带锯上的力 13
2.6.2 初步确定轴的最小直径 13
2.6.3 轴的结构设计 14
2.6.4 求轴上的载荷 15
2.6.5按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 16
2.6.6精确校核轴的疲劳强度 17
2.7 键的选择与校核 20
2.8滚动轴承的寿命校核 22
3  蓝宝石切割X方向进给传动设计 23
3.1 X向滚珠丝杆副的选择 24
3.1.1导程确定 24
3.1.2确定丝杆的等效转速 24
3.1.3估计工作台质量及负重 24
3.1.4确定丝杆的等效负载 24
3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷 25
3.1.6精度的选择 26
3.1.7选择滚珠丝杆型号 26
3.2校核 27
3.2.1 临界压缩负荷验证 27
3.2.2临界转速验证 28
3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 29
3.3电机的选择 29
3.3.1电机轴的转动惯量 30
3.3.2电机扭矩计算 31
4  蓝宝石切割Y方向进给传动设计 33
4.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择 33
4.2 滚珠丝杠计算、选择 34
4.3 步进电机惯性负载的计算 37
结论 40
参考文献 41
致 谢 42

1 绪论
1.1蓝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(IBM)首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。Namba和Tsuwa等人在进行蓝宝石超抛光的实验中，利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1nm，对于使用SiO2当磨粒而言，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SiO2抛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7nm的胶羽状SiO通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。Gutsehe和Moody等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SiO2才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：

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。
Prochnow和Edwards等人使用直接接触法搭配上沥青抛光盘对蓝宝石进行超抛光，抛光结果均方根粗糙度值可达到0.2~0.3nm。 B.Hader和o.weis依据Prochnow和Edwards等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。
1.2蓝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。
1.3本课题研究的内容及方法
1.3.1主要的研究内容
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。
1.3.2设计要求
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。
1.3.3关键的技术问题
1 方案选择
2整体的支撑架设计
3机构设计
  4 强度校核

2 蓝宝石切割机装置总体结构设计
2.1设计的要求与数据
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
切割棒料直径为?250
电机功率为0.37 KW,本文选用减速电机作为带锯驱动装置。查SEW减速电机的规格表，选用如下减速电机。
表3.2  选用的电机的详细参数
电机额定功率Pm/kW 输出转速
na/[r/min] 输出扭矩
Ma/N·m 减速机
速比i 输出轴许用径向载荷FRa/N 使用系数
SEW-fB 减速机
型号 电机
型号 重量/kg
0.37 56 47 22.5 2870 1.55 DT71D4 SF37 14
此型号的电机在一定程度上保证了驱动功率有一定的盈余，因数在电机起动时，若输送机床上有工件，则此时的起动功率会比平时工作时的功率要大，且减速电机本身还有一定的使用系数。
2.2 带锯选型
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1.4mm，带锯宽度取45MM.