毕业设计（论文）-六工位回转工作台设计.doc

哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）摘 要 六工位回转工作台式组合机床为广东省东莞力达公司（美国通用电气公司）专门设计制造的，用于加工电机前后端盖六工位回转工作台式组合机床。在本机床完成上料、粗镗、钻孔、攻丝、精镗止口、下料六工序，生产节拍20 秒钟。该六工位回转工作台是采用了比较简单的换位斜板和转向盘来实现转位和定位，换位斜板与燕尾形导轨的滑块相连，用气缸推动，换位斜板只能沿导轨作直线运动。换位斜板是一块多边形，在转向盘底下均匀地分布着一些圆柱定位销，其数量等于分度工位数。当拟制活塞推动斜板向前移动时，斜板的一边推动着定位销，使转向盘回转。转到极限位置时，压缩气体进入拟制的另一腔，使活塞杆带动斜板向后退回。六工位回转工作是该机床的重要组成之一，它对工件的加工精度有直接的影响。主要是它的定位精度对工件精度影响很大。还有是否有可靠的固定，使加工时工作台能平稳。工作台旋转的快慢，影响机床的工作效率。冲击的大小又直接影响产生的噪音。所以在设计过程中，即要考虑机床的工作效率，准确的工作定位，冲击又不能太大，以免产生太大噪音，影响居民的工作和休息。关键词： 六工位；回转工作台；换位斜板Abstract Six works turn round work set type combination machine bed as what theprovince Dong Guan dint of Guangdong reach the specialized design incompany (in general use electricity in the United States company)manufacturing, used for processing the electrical engineering to carry to cover infront and back six works turn round the work set type combines the machine bed.Anticipate in this machine bed completing, heavy boring, drill a hole, offend the silk, right boring, descend to anticipate six work preface, produce 20 seconds in rhythm.The six-position rotary table is used relatively simple to board and Zhuanxiang Pan-ramp to achieve transfer and positioning, and transfer oblique plate-shaped Dovetail zoned plate connected to the rails, with the cylinder topromote, transfer only oblique plate Can make straight-line movement along the rails.Transposition is a polygon inclined board, in Zhuanxiang Pan evenlydistributed under a number of cylindrical pin, the number of points equal to the median. When drawing up the ramp to promote the Pistons board move forward,the ramp side of the plate to promote the pin, so that Zhuanxiang Pan Rotary. Tolimit location, compressed gases into the preparation of another cavity, the roddrivenbackward inclined to return.Six works an importance for turning round work is the machine bedsconstitute it, it to work an influence for processing accuracy having directly.Primarily is fixed position accuracy that work efficiency that it to work a rate of speed for processing accuracy influence very bigly. Still having whether having dependable and fixedly making processing working pedestal can steadily. Working set revolving, affect the machine bed. Percussive size, affect the outputa work efficiency for. So in design process, then considering machine bed again and directly, the accurate work positions, pound at to can not be too big again, in order to prevent creation too big a work for, affecting resident with take a rest.Keywords ：6-position Rotary table; Transposition; Inclined Plate目 录第1章 绪论31.1 课题背景31.2 各设计内容简单介绍4第2章 总体方案设计62.1 总体结构62.2 原理方案得设计62.3 轴承的选用82.4 动力的选择82.5 斜板的选用102.6 润滑方式选择122.7 本章小结12第3章 计算分析133.1 工作台回转运动规律分析133.2 计算工作台的转动惯量及所需动力133.4 行程的计算163.5 本章小结17第4章 气压传动系统184.1 明确系统设计要求184.3 确定执行元件的工作压力194.4 拟定系统原理图194.5 本章小结20结 论21参考文献22致 谢23I第1章 绪论1.1 课题背景 本人的毕业设计题目是六工位回转工作台设计，这是六工位回转工作台组合机床的重要组成部分，本机床广东省东莞力达公司(美国通用电气公司)专门设计制造的，用于加工电机前后端盖六工位回转工作台式组合机床。在本机床完成上料、粗镗、钻孔、攻丝、精镗止口、下料六工序，生产节拍20 秒钟。该工作设计得好坏直接影响到机床的整体质量，正因为其重要性，所以我在设计过程中以十分认真的态度来对待，尽量满足六工位回转工作台组合机床的性能要求。在整个设计过程中，主要的工作是：工作台转位和定位原理；各构件的设计；气压系统的设计。在这篇论文中，我主要分为：总体方案设计；计算；各构件设计；气压系统设计；外文资料翻译。图1-1 六工位回转工作台式组合机床1.2 各设计内容简单介绍1.2.1 工作台转位和定位原理该六工位回转工作台是采用了比较简单的转位斜板和转向盘来实现转位和定位，转位斜板与燕尾形导轨的划板相连，用汽缸推动，转位斜板只能沿导轨作直线运动。换位斜板是一块多边形，在转向盘底下均匀地分布着一些圆柱定位销，其数量等于分度工位数。当拟制活塞推动斜板向前移动时，斜板的一边推动着定位销，使转向盘回转。转到极限位置时，压缩气体进入拟制的另一腔，使活塞杆带动斜板向后退回。这时，斜板的另一边推着另一个定位销，使分度盘继续朝同一方向回转，当斜板移动后退到重点位置时，斜板上的两个边分别靠在相邻两个定位销上，此时分度盘得以正确定位并锁紧。1.2.2 各构件的设计主要设计的结构有：换位斜板的设计，分度圆盘的设计，轴承的选择，主轴的设计，带燕尾形导轨的设计等，这些构件的具体设计见图纸。1.2.3 气压系统的设计本工作台所选的动力为气压推动，气压传动与电机传动和液压传动相比，主要有反应快速、流动阻力低，压力损失小，便于集中供气和远距离运送、对工作环境适应性好等优点。在传动过程中，主要分为推进、停留、回程。所以在设计气压传动时，气流过程分为这三个阶段进行控制。1.2.4 各构件的设计所需的设计的主要构件有：上板、立柱、底座、左挡板、右挡板、滑座、滑块、支架、接头、销轴、换位斜板、转盘、滚子轴、滚子、轴承座、中轴、圆盘、上盖。每个零件的设计说明在后面且每个零件的详细资料见图纸。1.2.5 计算部分在这部分中主要包括换位斜板在各阶段的所需受力、速度、换位斜板的行程等，主要是为气压传动系统的设计做准备。第2章 总体方案设计2.1 总体结构图2-1 六工位实验台装配图1-圆锥滚子轴承 2-立柱 3-底座 4-左挡板 5-滑座 6-滑块 7-右挡板 8-气缸 9-换为斜板 10-分度圆盘 11-主轴 12-圆盘 13-油杯2.2 原理方案得设计方案 1：采用了比较简单的转位斜板和转向盘来实现转位和定位。转位斜板与带燕尾形导轨的滑板相连，用气缸推动，转位斜板只能沿导轨作直线运动。 (a) 前进起始位置 (b)前推中间位置 (c) 前推终止位置 (d) 后退起始位置 (e) 后退中间位置 (f) 后退终止位置图2-2换位斜板与转向盘原理图工作台转位和定位的原理见上图，转位斜板是一块多边形板，在转向盘底下均匀地分布着一些圆柱定位销，其数量等于分度工位数，当气缸活塞推动斜板向前移动时，斜板的一边推动着定位销1。使转向盘回转，如上图的(1)、(2)两图所示。(3)图表示斜板向前终了的位置，然后压缩空气进入气缸的另一腔，使塞杆带动斜板后退。这时，协办的另一边推动着定位销2。使转向盘继续朝同一方向回转，如图(4)、(5)所示。当斜板移到后退极限位置时，斜板上的两个边分别靠在两个相邻定位销上。如图(6)所示。这时，转向盘得以正确定位并锁紧。这种利用斜板回转定位的分度回转工作台，结构比较简单。工作也比较可靠，特别适用于小型分度回转工作台和分度夹具，但由于转位斜板的边都是直线，导致原盘受到不恒定的力矩。很难实现预定的运动规律，而且转位时有较大的冲击现象。方案2：采用如下图所示的圆柱形凸轮间歇运动机构，六个滚子均匀分布在转盘端面，当凸轮转过角度2 时，转盘以图(2)的运动规律运动。这种方案只要能设计出圆柱形凸轮。就能获得所需的运动规律。与方案1 项比较，减少了冲击，运动规律能严格按照要求实现。但圆柱形凸轮设计比较复杂，更不好加工。方案1 虽然有些冲力，而且不能严格按照所需的运动规律运动。但由于该工作台工作时负载不大，而且也不需要严格的运动规律。综合考虑，我选方案1。2.3 轴承的选用选择滚动轴承类型时，必须了解轴承的工作载荷(大小、性质、方向)、转速及其他使用要求，以下是选用滚动轴承的基本原理：1)转速较高、载荷较小、要求旋转精度高时宜选用球轴承：转速较低、载荷较大有冲击载荷时则选用滚子轴承。2)轴承上同时受径向和轴向载荷，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；若精细那个载荷大，轴向载荷小，可选用深沟球轴承的组合结构。 根据综上所述，由中轴，中轴上零件及工作台上负载的重力作用，使中轴产生较大的轴向力，轴向力的全部由轴承支承，在众多的轴承中，圆锥滚子轴承能支承较大的轴向力，故选用圆锥滚子轴承。因为滚子轴承能同时承受较大的径向力，轴向联合载荷。又内外可分离，装拆方便。2.4 动力的选择方案1：电动机，由后面计算可知，要带动该工作台回转，所需的功率不大，可以采用一小电机。但由于该工作台是间歇式工作的，不适合用电机。方案2：采用液压，其优点是；1)同其他传动方式相比，窗洞功率相同，液压传动装置的重量轻，结构紧凑。2)可实现无级变速，调整范围大。3)运动间的惯性小，能够频繁迅速换向，船东工作平稳；系统容易实现缓冲吸震，并能自动防止过载。4)与电气石配合，容易实现动作和操作和自动化；与微电子技术和计算机能实现各种自动控制工作。5)原件已基本上系列化，通用化和标准化，适于CAD 技术的应用，提高工效，降低成本。其缺点：1)容易产生泄露，污染环境。反映速度慢。 2)引有泄露和弹性变形大，不易做精确的定比传动。3)系统内混入空气，会引起爬行，噪音和振动。4)使用的环境温度比机械传动小。5)故障诊断与排除要求较高技术。方案3：采用气压传动，气压传动与液压传动相比，虽远不及液压传动应用那样广泛，但它却具有许多其他能源所不能比拟的优点。1)空气可以从大气中取之不尽，无介质费用和供应上的困难；同时，可以将用过的空气直接放入，处理方便；与液压传动相比较慢不必设置回收液压油的油箱和管道。万一空气管道有泄漏处引起部分能量损失外，不致引起环境污染。2)空气的粘度很小，在管道中流动时压力损失较小，一般其阻力损失不到油的千分之一，因此，压缩空气便于集中供应和远距离传送。3)压缩空气的工作压力较低，一般在0.4 到0.8Mpa，可降低对气动原件的材质和制造精度的要求，因而结构简单，易于制造，成本低。4)气压传动动作迅速，反应快，因此，特别适用于一般机械设备的控制上。5)气压传动维护简单，工作介质清洁，管道不易堵塞，已不使用安全，可靠。可以在高温、振动、腐蚀、易燃、多灰尘、强磁、辐射等恶劣环境下工作、便于实现过载自动保护。此外，气压传动上具有液压传动的一些优点，如操作控制方便，元件便于标准化，易于控制和实现供需自动化等。存在介质变质，补充和更换等问题。气压传动的缺点：1)由于空气的可压缩性，使工作速度不易稳定，外载变化对速度影响较大，也难于准确地控制与调节工作速度。2)由于工作压力较低使结构尺寸较大，气压传动装置的总推力较小，一般约到10 到40KN。3)气压传动的总功率低，仅为电机的1/6 到1/7。因为机构所需的推力不大，对精度也要求不高，有较快的反应速度，也适合间歇式的工作。所以该工作台的动力采用气压传动。2.5 斜板的选用 方案1：斜板各边都是直线的。斜板各边设计成直线的，最大的问题就是冲击问题，下面对冲击的现象进行分析。对分度回转工作台来说，冲击现象可分为两种：一种是开始回转和回转终了及定位是的冲击。现在先分析后一种现象。当斜板的边推动销使回转台回转时，斜板作用力的方向垂直于斜板失去一边的斜面，定位销的运动方向垂直于回转中心O 及定位销中心O的连线，如图2-3 所示。斜板作用方向与定位销运动方向之间的夹角A 为压力角。当斜板为直线，如图2-3 中图2-3 支线边换位斜板原理图 所示的协办推动定位销的边与水平成75 度和30 度的直线时,用O 点相似的方法可用作图法求出O，O，O 点的压力角，可以看出这种压力角都是不一样的，由于在回转过程中，定位销运动方向的分力也是一样的。由于在回转过程中，定位销中心与协办的相对位置一直在变化。因此沿定位销运动方向也一直在变化，也推动工作台回转的力一直在变化。所以在回转过程中有不平稳现象，就要把这种压力角设计成不变的。 另外一种是开始回转和回转终了及定位销的冲击现象。开始回转时的冲击现象是由于斜板板面与定位销之间有一段不小的距离，斜往前(往后)推动定位销有一定的冲击力，由于斜板的质量较小，这些冲力也不会太大，要消除也不很方便。回转终了时的冲击是由于回转终了时工作台转盘的速度并不等于零，所以有一定的惯性和冲击力。这种冲击力可以用液压缓冲有刚来吸收，也可以把斜板做成比较复杂的曲线来消除。这种斜板各边都是直线的，虽存在以上问题，但由于会回转速度小，且转动惯量不大，所以影响不大。该斜板设计和制造比较简单。 方案2：斜板边设计成等压力角斜板曲线的设计方法为了消除工作台回转过程中的不平衡现象，可以把压力欠妥设计成相等的。下面用一个六工位的实例来说明(见图2-4)。压力角就在70 度到75度之间，在本例中选用了72 度。把定位销直径d 和回转半径R 按比例绘 图2-4曲线边换位斜板原理图好。将两次回转角度和(这里是取六等分的1/2，所以各为30 度)分别绘出，并将30 度分为六等分，分别绘出定位销中心17，并以17 为中心分别绘出定位销直径，再分别绘出斜板作用力方向的直线，分别与径向成18 度角(因为压力角为72 度)。此直线与定位销分别相交于17点，通过17点作水平方向的平行线。再通过1点作与斜板作用力方向成90 度的直线，与第二条水平线相交于2（1点与1点重点），从2点作与定位销中心2 处于与斜板作用方向成90 度的直线，与第三条水平线相交于3点：其余依此类推，做出47点。用曲线或几段弧把17连接起来。斜板虽然消除了不平衡现象，但斜板各边用了较复杂的曲线，设计和制造都比较困难。所以我认为方案1 更可取。2.6 润滑方式选择 因最上面的圆盘面积比较大，又是旋转的，所以不便于对圆锥滾子轴承进行润滑。故在上面放一油杯，油杯经过中轴的小孔流入轴承，从而对轴承取到润滑的作用。因为本工作台的受力比较小，速度也很小，所以也可用脂润滑。见图2-5 油杯图2-5油杯2.7 本章小结 本章主要介绍了总体结构、总体方案得设计、轴承的选用、动力的选择、斜板的选用、润滑方式选择等等一些总体设计方案的设计想法，通过一些数据上的比对以及一些实际情况选用一些适合我们这次设计得东西，尽量做到减小成本，提高质量，并且能达到我们想要达到的效果。第3章 计算分析3.1 工作台回转运动规律分析 按照工作台的运动要求，工作台每回转/3 时，工作停下来工作一次，在这/3 时间内的运动规律如下：00.5s 圆盘以恒定加速度旋转0.51.5s 恒角速度旋转1.52s 圆盘以恒角加速度减速，直到停止。所以原盘的角速度在/3 内随时间变化规律如下图3-1： 0 0.5 1.5 2 t(s)图3-1因为在2s 内转过的角度为/3。所以：（1+2）W/2=/3得出：W=2/9显然00.5s 和1.52s 间的角加速度大小都等于4/9rad/s23.2 计算工作台的转动惯量及所需动力 把旋转部分按层来分，分为多个圆柱来求。对单个底面半径r,、高为h 的圆柱，其转动惯量如表3-1：表3-1 部分零件尺寸表r(mm)h(mm)15082300153851745081513017 另外，在工作时有20kg的负载放在离中心位置190mm处，必须考虑进去。由于还有油杯，圆锥滚子轴承，摩擦等在计算转到惯量时都没有考虑。所以总转动惯量I取2.2kg/m2 所以在加速减速时，所需要的力矩为 M=I=2.24/9=3.07Nm从而圆盘在圆柱销处所需的切向力 F=3.07/0.08=38.375N 3.3 在各阶段的受力分析这是设计过程中很重要的部分，只有准确的受力分析，才能合理地选择气压动力。并保证工作台按照要求的运动规律运动，既要准确，又要保证动力足够大，能推动圆盘转动。动力太大，会增加冲击，产生较大的噪音，对环境造成污染，尤其是在大城市，严重影响居民的工作和休息；另外，冲击太大，会严重影响整机的寿命，造成零件过早地失效。所以在这部分，我们要作严格的受力分析，为各设计打好基础。3.3.1 在推进过程中要使圆盘以=4/9的角加速度加速，必须受到 F=38.375N 的圆周力（前面已算出）。 由上图的受力分析图 3-2 及公式(3-1)可知： F=Ft/cos (3-1)图3-2推进过程位置1和3的受力由于Ft 恒定，所以F 与成正比。 所以在推进过程中（从位置1 到位置3）。角逐渐增大，又因为位置3 是推进的极限位置，所以在位置3 处的F 最大。F的方向始终不变，所以在位置3 处的动力应需最大。即 F =Fsin=143.2N注：为推进过程中的最大压力角，即753.3.2 在推进过程中 由上图的受力分析可知：Fn 在位置6上力最大才能保证Ft 恒定 F=Ftcos55cos6552.3在这过程中，最大压力角为 303565如下图3-3图3-3回程过程位置4和6的受力分析3.4 行程的计算 行程计算在设计过程中是一项很重要的计算，它决定着T 型槽的长度选择。太长的话，会造成尺寸过大，对整个结构设计带来不便，同时也浪费材料，从而增加成本；太小的话，更是不行，导致分度圆盘无法在整个圆周上回转，不能实现预期的设计要求。 另外，行程的计算是选择气缸的主要参数来源，只有确定了换位斜板的最大行程，才能正确选择气缸。以下是行程计算过程：如下图3-4，引入未知数d、d、d、d、d、d。图3-4未知数假设由换位斜板的已知尺寸可知44+dcos35=178Sin35d+4+dsin30=113由以上两式可解出：d=163.58 d=30.35由上图可知：dtan35+4+dsin30=100 r r/sin55得出： d=67.87又有： 15+(44 76cos75)+(178 44)cos55=d得出： d=145.09又： d=110+110sin60=205.26mm所以行程为： l=dd+d=128.04mm气缸使用场合与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与气缸盖相碰撞，所以按计算行程多加1020mm的行程余量。3.5 本章小结本章主要介绍了一些数据上的分析工作台回转运动规律分析、计算工作台的转动惯量及所需动力以及行程的计算等等，这是设计过程中很重要的部分，只有准确的受力分析，才能合理地选择气压动力。并保证工作台按照要求的运动规律运动，既要准确，又要保证动力足够大，能推动圆盘转动。动力太大，会增加冲击，产生较大的噪音，对环境造成污染，尤其是在大城市，严重影响居民的工作和休息；另外，冲击太大，会严重影响整机的寿命，造成零件过早地失效。所以在这部分，我们要作严格的受力分析，为各设计打好基础。第4章 气压传动系统4.1 明确系统设计要求 据加工的需要，该系统的工作循环是：推进暂停回程。调查结果及计算结果表明，推进和回程的速度为41.9m/min 推进速度就能在041.9m/min 范围内无级调速，速度最大行程为128.04mm，在这近给方向最大力为143.2。在回程过程上，气缸所需的最大力为16.7N。中间要停留1 秒。在这过程中，气缸所受的负载为0。4.2 分析系统工况 气压在工作过程各阶段的负载为：启动加速阶段受力图如图4-1：图4-1启动加速阶段受力图 启动时， 分度圆盘的角加速度为=4/9rad/s2, 此时受到Ft=38.375N 的圆周力(后面有计算过程)。 所以 F =Fttan=88.9N 推进过程中： 由前面计算可知： F =143.2N 回程过程中： 由前面计算可知： F =52.3N 将气压在各阶段的速度和负载列于下表中。工作阶段速度v(m/s)负载F/N启动加速88.9推进0.698143.2回程0.69852.3表4-1气压缸在各阶段的速度和负载值4.3 确定执行元件的工作压力4.3.1 初选气压缸的工作压力 由上表可知参考同类型组合机床，取气压缸工作压力P 为0.1MP4.3.2 确定气压缸的主要参数 由上表可看出，最大负载为推进终止位置的负载F=143.2N,则有：42.73.14 0.1 10000004 4 143.2 = = =PD F查找设计手册，按液压缸内径径系列将以上计算圆整为标准直径，取D=70mm4.3.3 计算液压缸的流量和功率 1)计算气压缸的输入流量因推进时的速度为0.698m/s，则液压缸各阶段的输入流量为推进和回程过程的速度相同，所以这两阶段的流量相同。q=dv=3.144520.69810-4=26.6L/min 2)计算气压缸的输入 各阶段的输入功也是相等的。P=pq=0.110626.610-2/60=0.44kw通过查机械设计手册：选用气压缸型号：QCJ2B 16-1304.4 拟定系统原理图 根据组合机床的设计任务和工况分析，该机床对调整范围，低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接，稳定性和调节是该机床气压系统设计的核心。速度控制回路的选择本机订的推进运动要求有较好的低速稳定性和速度负载特性，故采用调速阀调速，有三种方案可供选择，即进口节流调速，出口节流调速。本系统为小功率系统，效率和发热问题并不 突出；在整个旋转过程中，负载和速度都不大，而且是正负载，所以冲击不太大，所以不需要加背压阀。在各阶段的速度和负载都不一样，所以要选用节流阀，通过改变节流口通流面积大小来改变局部受力的大小，从而现实对流量的控制，来改变换位斜板的速度。 该气压系统各阶段工作状况分析： 推进过程：此时，电磁阀得电，接通电磁阀的左端，气体从气缸的右腔，推动活塞各左运动。 回程过程：此时二位四通电磁阀不得电，电磁阀的右端接入系统，气体经过节流阀进入气缸的左腔，推动活塞向右运动。如图4-3。1-气缸2-单向节流阀3-二位四通电磁阀4-气源图4-3气压系统图4.5 本章小结本章主要介绍了气压传动系统，我们要明确系统设计要求以及确定执行元件的工作压力，要认真准确的拟定系统原理图。根据组合机床的设计任务和工况分析，该机床对调整范围，低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。因此，对待拟定系统原理图一定要认真准确。结 论 在这一个学期时间内，通过自己的努力和在孙老师的指导下，顺利完成了毕业设计。设计的内容为六工位回转工作台的设计。经过这一个学期做毕业设计，使我在原来理论知识基础上得到了升华。不仅进一步巩固了以前三年所学的理论知识，还让我了解了设计机械产品的整个过程：怎样去收集、理解各种资料、怎样具体设计、怎样去编写、整理论文。同时也让我深深体会到，现实中设计一机械产品是多么艰辛，并不像理论说的那么简单。不仅要扎实的理论知识，还要考虑到许多现实因素。这些收获都为我以后的学习和工作取到很大的指导作用。在设计六工位回转工作台过程中，我采用了论文中的方案。如论文中所诉，该方案由很多优点。但也未必是最好的，其中不可避免地存在一些问题。首先，在推进和回程过程中，推力是不变的，而换位斜板各边都是直线，使在各处的压力角不相等。最后导致分度圆盘所受的圆周力不一样，即旋转的角速度一直在变，从而工作台不能严格实现预期的运动。其次，分度圆盘旋转一工位的开始和结束时，都有比较明显的冲击现象，不过该工作台的负载较小，问题不大，如果负载较大的话，那该方案就不可取了，应该选用等压力角斜板曲线的设计方法。参考文献1 邱宣怀编.机械设计 第四版 高等教育出版社20032 高常识编.液压与气压传动 高等教育出版社20043 哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学 高等教育出版社20014 机械工程手册编委会编.机械设计手册.第二版。北京：机械工业出版社20075 姜海，宋锦春，高常识.液压与气压传动.高等教育出版社,2002,1(1)53106 高鑫,姚玉春,李林贵主编.机械设计.沈阳：东北工学院,2002: 102137 徐瀛主编.机械设计手册第二版.北京：化学工业出版社,2003: 13158 邱宣怀主编.机械设计.第四版.高等教育出版社,2005,(4): 12509 大连理工大学工程画教研室编.机械制图.第四版.高等教育出版社,2004:126910 徐福玲,陈尧明主编.液压气压传动.机械工业出版社,2004: 125711 Hydraulic pressure pneumatic actuator machine parts design handbook(sequel) - hydraulic transmission and pneumatic actuator - metallurgical industrypublishing house，2003，(4) : 5617512 H.Liu J,Butterfass S,Knoch P,Meusel G.Hirzinger.A New Control Strategyfor DLR Multisensory Articulated Hand.13 H.Liu J,Butterfass S,KnochP,Meusel G.Hirzinger.A New Control Strategy for DLR Multisensory ArticulatedHand，2006，(5) : 1966致 谢 时光飞快，大学四年的时光转瞬即逝，在这里，我度过了人生中最宝贵的四个年头。在大学生活的日子里，我有成功也有迷惘，但令人高兴的是，我已经从一个懵懂的孩子走向成熟成为了一名合格的大学生。这一切与大学里每一位老师的教育和指导是分不开的。作为一名机械设计制造机器自动化专业的学生，大学四年的学习使我比较熟练得掌握了本专业的知识，成为了社会建设的人才。我将以我的知识和能力为国家的建设事业做出我最大的贡献。 这次毕业设计的选题、论证、指导及撰写工作均是在指、导师孙全颖老师的直接关怀和悉心指导下完成的，在整个毕业设计期间，孙老师严谨的治学态度、敏捷的思维和渊博的知识均使我受益匪浅。在此，我向孙老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。附 录切削侧表面刀具的磨损高速干切削1.简介 许多不同类型的切削刀具都存在着不同程度的磨损，无论是在侧面、凹面或凸面。 侧面磨损技术源于平面技术在新兴边缘摩擦工作面的发展；主要原因是摩擦表面的数字显示见图4-1。它可以测量侧面磨损的宽度(VB). 对于凹面磨损来说由于存在磨粒磨损及其扩展于黏附。因此凹面磨损需测量凹陷的深度(KT)。凸面磨损与侧面磨损的原理基本相同。一般经常用到的是磨损宽度VB 和凹陷深度KT(见图4-2)因为他们可以比较清楚的反映出加工工件的路径。然而,凸面则显得更难以测量。在机械工程发展的过程中侧面磨损被广泛的用于大量测量磨损的标准。图4-2 显示了机械磨损的结果，这表明了侧面磨损技术标志着一个新的切削时代的到来。最初的高速磨损经常发生在切削过程的开始阶段。第二个区域也是比较好的一个区域它处于一个稳定或接近稳定的磨损率，其磨损率主要取决于切削速度和切削刃。第三个区域也是最后一个区域，在这个区域里磨损率将迅速增长他将导致切削刃毁灭性的破坏。对这一现象的解释是,侧面与工作面的摩擦而导致温度的升高，从而引起连锁反应使得温度迅速升高。1.1 碳化铁 自从碳化铁被用于刀具的原材料以来它就大量的作为刀具生产的原料。这种材料的制作是通过粉末冶金技术的微粒烧结和加如金属粘合挤而成的高硬度碳化物。与高速钢相比，这种碳化铁提供了较好的硬度和在较高温度下的热化学稳定性。作为金属粉末产品，这种碳化铁可以生产出不同档次的产品以应用于不同领域。这种技术可以加工各种不同几何形状的工件，当然也可以用特制的刀具夹头或较昂贵的黄铜手柄放在上面。这种化学胶结碳化物的组成通常包括碳化钨(WC)，碳化钛(TiC)和碳化钽(TaC)且用钴作为粘合挤。对于上述化学物质每个公司都有自己的混合比例。就碳化铁的机械特性来说，如可延展性和韧性取决于其中所含碳化物的等级和密度。此外,碳化铁的硬度及抗压强度在1100C 时如能达到800 MPa则TiC 的含量将达到12%，如要使其硬度在800 C 达到1.5GPa 时则合金的比例分配将是TiC19%，TaC16%和Co9.5%。图4-1刀具的磨损图4-2 切削过程中侧面的磨损状况2.涂层 从70 年代初涂层技术开始引进以来导致了硬质合金涂层生产的极大提高。此后这种涂层技术几乎应用于各种切割刀具。涂层就像一堵屏障以防止切削碎片和原料的工作表面发生相互作用。到目前为止已经开发出了各种不同类型的涂层材料，包括氮化钛(TiN),碳化钛(TiC)，三氧化二铝(AL2O3)和氮化锆(ZrN)。一般来说,其硬度高于200VDH 并在铁的参合下溶解性极低。在机械设备中的钢和铁都存在锈蚀和脱落的问题，这些涂层能够使延长他们的使用寿命。但是涂层技术并不能应用于防止切削刀具的折断与破损。在刀具上应用涂层TiN,TiCN 和A12O3 显示了其具有阻碍和降低刀具表面的磨损的作用。以下是常用的涂层技术：2.1 单层涂层 这种技术是将TiC 以化学蒸汽的形式沉积到硬质合金表面上而提出的。然而,在使用这个过程中的缺点是硬质合金上的涂层会带走金属表面的碳。这将打破化学平衡和刀具成分的变化从而使涂层和刀具本体的分界层变的比较脆，这将使刀具在切入工件时在刀具边缘出现容易断裂的结果。2.2 多层涂层 这种类型涂层技术的提及被称为“三明治”涂层，根据涂层材料的不同而有不同的组合最多可显示多达8 层以上涂层。这种“三明治”涂层技术的最后一层厚度能达到10-15 微米，它远远大于进行涂层过程中的第一层涂层。但是，第一涂层将是最佳结合性能单一涂层。多层涂层技术一般由TiN/TiCN/ AL2O3 涂层，TiN/ ALO/ TiC / TiCN涂层或者它们之间的组合。另一方面，涂层中也引进了一些张力与压力的概念以提高刀具抗拒机械冲击的过程。在侧面磨损与凹面磨损之间有着不同类型的涂层。TiN 涂层用于凹面的抗磨性比TiC 涂层好而在侧面上用TiC 涂层将比TiN 涂层的抗磨性好。但是，在侧面或凹面上采用涂层ALO 的抗磨效果几乎是相同的，就像在侧面上采用碳化物涂层及在凹面上采用氮化物涂层一样。最近报道显示，塑料在抗变形能力上将比其他材料要优越的多因而在抗磨性上有取代铝化物涂层的趋势。3.干燥条件下机械磨损的研究 关于刀具的使用寿命实验数据在第三章已加以论述，机械磨损的研究将在4.4 节、4.5 节和4.6 节加以论述。通过这几节的论述将加深对涂层技术研究的理解提供有益的启示，优化机械操作和对涂层材料及涂层技术的改进提供必要的知识。因为磨削类型的分类是根据切削速度来进行的，所以对微小磨削非传统切削速度（即HSM）的研究将是非常必要的。通过这次实验将首次对磨削寿命及高速干切削条件下的微型机械磨削进行研究。对于非传统切削速度的重要性是他能缩短生产时间、增加盈利及减少机械故障。4.碳化铁机械磨损的实验观察 干燥条件下的机械切削在这一节中将对碳化铁刀具切入4140 钢时的微型机械磨削进行实验和观察。根据图4-3A 显示切削刀具在达到最大磨损极限时的切削速度通常是180m/min。它显示了滑移磨损出现在刀具工作表面的侧面位置，即滑移产生在工件表面和刀具切入的侧面。可以看出在侧面磨损中切入深度达到最大时的磨削深度。然而将侧面进行放大1500 倍后，如图4-3B，则能看见微小的滑痕。在对钨化铁刀具进行实验时其结论也几乎是相同的。随着切削速度的增加，在切削速度达到180m/min 时温度可增加到1115；从而导致硬度的急剧下降。图4-3B 显示了机械磨损的微小滑痕，这在钴作为切入材料的粘合剂时得到了证实，碳的颗粒将在侧面上产生而粘在粘合剂上。因此，它的结论是在切削速度达到180m/min 时，滑移和微小滑痕都将出现。图4-4A