绕丝筛管缠绕机的设计【优秀设计说明书含开题报告】
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绕丝筛管
缠绕机
机械设计
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绕丝筛管缠绕机的设计【优秀设计说明书含开题报告】,绕丝筛管,缠绕机,机械设计
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开题报告 设计的题目：绕丝筛管缠绕机 设计题目的意义： 绕 丝 筛 管 缠 绕 机 是 一 种 新 面 世 的 用 于 生 产 绕 丝 筛 管 的 机 械 产 品 ，目前 国 内 筛 管 生 产 厂 家 所 使 用 的 绕 丝 筛 管 缠 绕 机 大 部 分 是 依 靠 国 外 进 口的 。虽 然 有 的 厂 家 与 某 个 科 研 单 位 共 同 研 制 了 这 种 机 械 设 备 ，但 生 产 出来的产品精度很难达到用户的要求。 在 石 油 的 钻 采 作 业 中 ， 筛 管 是 一 种 重 要 的 器 材 ， 常 用 于 先 期 完 井 或采 油 防 砂 。目 前 ，使 用 较 多 的 筛 管 是 绕 丝 筛 管 。这 种 筛 管 的 制 造 方 法 是 :在 均 匀 分 布 于 圆 周 的 筛 杆 上 或 开 孔 的 金 属 衬 管 上 ，缠 绕 某 种 截 面 的 钢 丝并 焊 牢 ，留 出 一 定 的 缝 隙 作 为 筛 孔 。这 种 制 造 方 法 在 我 国 已 被 较 多 的厂家 所 采 用 ，如 胜 利 油 田 就 是 从 国 外 引 进 了 绕 丝 筛 管 生 产 线 ，满 足 了 不 同用户的需求。 在 绕 丝 筛 管 出 现 之 前 ，油 井 、水 井 的 防 砂 滤 网 原 多 采 用 铜 丝 网 、陶粒 和 环 氧 树 脂 胶 砂 管 ，由 于 材 料 的 强 度 较 差 ，所 以 使 用 时 间 短 ，易 损 坏 ，造 成 井 下 大 量 出 砂 ，使 机 泵 损 坏 ，不 得 不 停 产 维 修 ，影 响 原 油 生 产 。现在 很 多 油 田 ，如 大 庆 、大 港 、胜 利 等 ，已 采 用 了 国 产 全 焊 式 不 锈 钢 筛 管 ，使 用 情 况 表 明 ， .国 产 筛 管 性 能 稳 定 ， 能 够 提 高 油 、 水 井 的 利 用 率 ， 保证 油 、水 井 的 正 常 生 产 ，降 低 原 油 的 生 产 成 本 ，最 终 提 高 了 采 收 率 ，特别 对 油 井 早 期 防 砂 和 稠 油 热 力 开 采 具 有 一 定 的 优 越 性 。把 绕 丝 筛 管 展 平后 ， 可 制 成 筛 板 ， 现 已 广 泛 地 用 在 采 油 厂 污 水 处 理 系 统 的 单 阀 滤 罐 中 ，代 替 了 原 来 的 过 滤 网 。由 于 这 种 筛 板 强 度 另 外 ，大 直 径 全 焊 式 不 锈 钢 筛nts管 经 切 割 展 高 、 耐 温 ， 耐 压 、耐 腐 蚀 、 缝 隙 均 匀 ，易 于 清 理 ，所 以 保 证了 污 水 处 理 站 的 正 常 运 行 ，为 油 田 的 生 产 发 挥 了 良 好 的 作 用 。因 此 ，对绕丝筛管缠绕机的设计和开发有很大的实在意义。 方案的比较： 方案一 根 据 设 计 的 目 的 和 要 求 ，主 轴 的 运 动 形 式 是 转 动 ，而 工 件 的 运 动 形式 是 边 转 动 边 移 动 。主 轴 的 转 动 靠 齿 轮 带 动 来 实 现 的 。工 件 的 转 动 是 通过 夹 具 将 工 件 夹 紧 与 主 轴 同 步 转 动 ，而 工 件 的 移 动 ，通 过 尾 座 来 带 动 工件 移 动 ，尾 座 通 过 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 与 滚 珠 丝 杠 连 接 起 来 ，同 时 在 尾 座 上安 装 一 个 夹 具 将 工 件 夹 紧 。且 在 主 轴 上 安 装 套 筒 ，套 筒 为 两 层 。一 层 套筒 通 过 花 键 与 主 轴 连 接 ，在 二 层 套 筒 上 开 出 一 排 齿 条 ，通 过 齿 轮 与 齿 条啮 合 推 动 套 筒 向 外 移 动 ，即 工 件 的 移 动 。由 于 此 装 置 设 计 要 求 的 精 度 较高，而齿轮齿条的啮合根本就不能保证精度，故此方案不合适。 方案二： 主 轴 的 结 构 ： 在 主 轴 外 安 装 一 个 套 筒 ， 套 筒 与 主 轴 采 用 花 键 连 接 ，同 时 在 双 键 与 主 轴 连 接 处 开 出 一 米 多 长 的 键 槽 。另 外 ，齿 轮 安 装 在 套 筒上 ， 这 样 齿 轮 带 动 套 筒 转 动 ， 即 齿 轮 带 动 主 轴 转 动 。 丝 杠 与 尾 座 通 过螺 母 副 连 接 ，丝 杠 带 动 尾 座 前 进 ，尾 座 通 过 工 件 推 动 主 轴 在 套 筒 里 滑 动 。 nts进给运动：滑移齿轮 2 与 3 啮合， 1 与 4 不 啮 合 ， 实 现 进 给 尾 座 自 由 移 动 ： 滑 移 齿 轮 4 作 用 ， 1、 2、 3 不 作 用 ， 通 过 手 轮 转 动 实 现尾座自由移动。 此 方 案 出 现 的 问 题 是 当 工 件 完 全 进 入 主 轴 箱 时 ，主 轴 尾 部 要 伸 出 主轴 箱 外 很 长 一 段 ，由 于 主 轴 很 粗 ，质 量 很 大 ，且 没 有 支 撑 ，很 难 保 证 主轴平稳移动，所以此方案不合适。 方案三： 主 轴 箱 内 主 轴 的 结 构 与 方 案 二 中 主 轴 的 结 构 一 样 ，只 是 在 主 轴 尾 部安 装 一 个 套 筒 ，该 套 筒 与 箱 壁 连 在 一 起 同 时 在 套 筒 最 尾 部 放 上 支 撑 以 支撑 主 轴 。此 方 案 虽 然 可 实 现 设 计 要 求 ，但 主 轴 的 初 始 位 置 无 法 保 证 ，故此方案不合适。 方案四： 此 方 案 与 方 案 三 中 主 轴 箱 的 结 构 相 同 ，只 是 在 主 轴 尾 部 用 丝 杠 螺 母副 与 下 面 的 丝 杠 连 接 ，目 的 是 支 撑 主 轴 。通 过 手 轮 实 现 主 轴 的 回 位 。此方 案 存 在 两 个 问 题 ：（ 一 ）。当 工 件 实 现 进 给 运 动 时 ，与 尾 座 连 的 滚 珠 丝杠 和 支 撑 主 轴 的 丝 杠 之 间 容 易 产 生 干 扰 ， 很 难 保 证 进 度 ；（ 二 ） 主 轴 回位 问 题 ，虽 然 可 通 过 手 轮 带 动 丝 杠 可 以 实 现 ，但 效 率 太 低 。故 此 方 案 不合适。 方案五： 此 方 案 中 主 轴 结 构 与 前 面 所 述 一 至 。主 轴 箱 后 面 的 丝 杠 螺 母 副 采 用 的nts是 开 合 螺 母 ，当 工 件 实 现 进 给 时 ，开 合 螺 母 打 开 ，这 样 两 根 丝 杠 之 间 就没 有 干 扰 了 ，同 时 还 能 支 撑 主 轴 。主 轴 的 回 位 有 机 动 和 手 动 两 种 。手 动时 ，开 合 螺 母 合 上 ，通 过 转 动 手 轮 ，可 使 主 轴 回 位 ，另 外 还 可 微 调 主 轴的 初 始 位 置 。机 动 时 ，将 滑 移 齿 轮 移 位 ，通 过 丝 杠 带 动 尾 座 连 同 工 件 与主轴一起回位。 尾 座 自 由 移 动 ：在 滚 珠 丝 杠 的 左 端 有 一 个 离 合 器 ，断 开 离 合 器 ，通 过 手轮来调整尾座初始位置。 根据以上各个方案的比较， 确定方案五为最佳方案 研究计划进度表 : 1 周 6 周 查资料 ; 7 周 8 周 调研 9 周 13 周 选定设计方案 14 周 17 周 绘制图纸 参考文献 1成大先主编 .机械设计图册 .化 学 工 业 出 版 社 ,20 00 2 李洪主编 .实用机床设计手册 .沈阳 :辽 宁 科 学 技 术 出 版 社 ,1999 3 叶瑞文编著 .机床大件焊接结构设计 .北京 :机 械 工 业 出 版 社 ,198 6 4 邱宣怀等编 .机械设计 .北京 :机 械 工 业 出 版 社 ,198 5 nts5 机床设计手册编写组编 .机 床 设 计 手 册 . 北京 :机 械 工 业 出 版 社 ,1 987 6 柯礼立编著 .大中型机床的精化改造 .北京 :机 械 工 业 出 版 社 ,198 9 7 吴宗泽主编 .机械结构设计 .北京 :机 械 工 业 出 版 社 ,1998 8 蒋尊贤 ,李自治主编 .机 械 设 计 手 册 .辽 宁 科 学 技 术 出 版 社 ,19 92 9徐灏编著 .机 械 设 计 手 册 第 四 卷 .北京 :机 械 工 业 出 版 社 ,19 91 10 蔡春源编著 .机械零件设计手册 .冶 金 工 业 出 版 社 ,19 94 11 卜炎主编 .中国机械设计大典 .江 西 科 学 技 术 出 版 社 ,200 2 12 王洪兴 ,李木 ,刘秉忠 .机械设计工程学 . 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 ,199 9 nts绕丝筛管缠绕机 摘要 ： 绕 丝 筛 管 缠 绕 机 是 一 种 应 用 很 广 泛 的 机 械 设 备 ， 这 个 设 备 生 产出 来 的 筛 管 是 国 际 上 近 年 来 出 现 的 一 种 新 型 产 品 ，该 产 品 由 成 形 不 锈 钢丝 经 绕 焊 而 成 。它 具 有 结 构 简 单 、焊 接 强 度 高 、缝 隙 均 匀 价 格 合 理 、流通面积大、耐磨、耐腐蚀、不受温度及压力影响、安全可靠、标准化程度 高 、寿 命 长 、成 本 低 等 优 点 。现 在 我 国 已 能 大 量 生 产 全 焊 式 不 锈 钢 筛管 ，并 用 于 石 油 、 化 工 、矿 山 、冶 金 、水 利 、 电 力 、造 纸 、制 药 、 饮 食及 环 保 等 行 业 的 分 级 筛 选 、脱 水 和 油 、 气 、水 的 过 滤 方 面 。因 此 ， 对 绕丝筛管缠绕机的设计开发是很有实际意义的 . 关键词： 缠绕机 筛管 焊接 ntsW ind the silk siev e tube twining machine Abstract： It is very extensive mechanical equipment of a kind of application to wind the silk sieve tube twining machine, the sieve tube that this equipment produces out is a kind of new-type product appearing in recent years in the world, product this take shape stainless steel silk pass boxing. It is of simple structure, it is high to weld the intensity, the even price of chink is rational, circulate area heavy, wear-resisting , corrosion-resistant , free of temperature and pressure , safe and reliable , standardized degree high , long-lived , cost low grade advantage. Our country can already produce the welding type sieve tube of stainless steel in a large amount completely now, and is used in the petroleum , chemical industry, mine , metallurgy , water conservancy , electricity , papermaking , pharmacy , diet , environmental protection hierarchical screening , dehydrate and oil , angry , filtration of ink of trade. So to wind silk sieve tube design of person who twine it develops to be to there is a actual meaning very much. Key words： Twining machine Sieve tube Welding nts目录 前言 . 1 第一章 绕 丝 筛 管 缠 绕 机 的 有 关 理 论 及 工 作 原 理 2 第二章 方案的选择 6 第三章 箱 体 的 设 计 11 第四章 电动机的选择 14 4.1 步进电动机及其发展 .14 4.2 步 进电动机的特点 .14 4.3 步进电动机的主要参数 .15 4.4 步进电动机的分类 .16 第五章 焊接方式的选择 18 5.1 焊接的概述 .1 8 5.2 焊接的方法 .1 8 第六章 各 传 动 轴 的 估 算 和 验 算 .20 第七章 按 弯 曲 刚 度 校 核 轴 的 直 径 . .23 第八章 齿轮的校核 . .27 nts第九章 经济性分析 36 第十章 后 续 .37 致谢 .38 参考文献 .39 nts引言 绕 丝 筛 管 缠 绕 机 是 一 种 新 面 世 的 用 于 生 产 绕 丝 筛 管 的 机 械 产 品 ，目前 国 内 筛 管 生 产 厂 家 所 使 用 的 绕 丝 筛 管 缠 绕 机 大 部 分 是 依 靠 国 外 进 口的 。虽 然 有 的 厂 家 与 某 个 科 研 单 位 共 同 研 制 了 这 种 机 械 设 备 ，但 生 产 出来的产品精度很难达到用户的要求。 在 石 油 的 钻 采 作 业 中 ，筛 管 是 一 种 重 要 的 器 材 ，常 用 于 先 期 完 井 或采 油 防 砂 。目 前 ，使 用 较 多 的 筛 管 是 绕 丝 筛 管 。这 种 筛 管 的 制 造 方 法 是 :在 均 匀 分 布 于 圆 周 的 筛 杆 上 或 开 孔 的 金 属 衬 管 上 ，缠 绕 某 种 截 面 的 钢 丝并 焊 牢 ，留 出 一 定 的 缝 隙 作 为 筛 孔 。这 种 制 造 方 法 在 我 国 已 被 较 多 的 厂家 所 采 用 ，如 胜 利 油 田 就 是 从 国 外 引 进 了 绕 丝 筛 管 生 产 线 ，满 足 了 不 同用户的需求。 经 有 关 部 门 测 试 ，国 产 全 焊 式 不 锈 钢 筛 管 的 开 口 率 、缝 隙 均 匀 度 及外 表 面 光 洁 度 接 近 美 国 贝 克 尔 公 司 的 同 类 产 品 ，绕 丝 与 筋 条 焊 点 抗 拉 强度 500N /mm 2 ， 规 格 为 60 的 筛 管 ， 整 管 拉 断 力 可 达 320kN。 在 绕 丝 筛 管 出 现 之 前 ，油 井 、水 井 的 防 砂 滤 网 原 多 采 用 铜 丝 网 、陶粒 和 环 氧 树 脂 胶 砂 管 ，由 于 材 料 的 强 度 较 差 ，所 以 使 用 时 间 短 ，易 损 坏 ，造 成 井 下 大 量 出 砂 ，使 机 泵 损 坏 ，不 得 不 停 产 维 修 ，影 响 原 油 生 产 。现在 很 多 油 田 ，如 大 庆 、大 港 、胜 利 等 ，已 采 用 了 国 产 全 焊 式 不 锈 钢 筛 管 ，使 用 情 况 表 明 ， .国 产 筛 管 性 能 稳 定 ， 能 够 提 高 油 、 水 井 的 利 用 率 ， 保证油、 水 井 的 正 常 生 产 ，降 低 原 油 的 生 产 成 本 ，最 终 提 高 了 采 收 率 ，特别 对 油 井 早 期 防 砂 和 油 热 力 开 采 具 有 一 定 的 优 越 性 。 把 绕 丝 筛 管 展 平后 ， 可 制 成 筛 板 ， 现 已 广 泛 地 用 在 采 油 厂 污 水 处 理 系 统 的 单 阀 滤 罐 中 ，代 替 了 原 来 的 过 滤 网 。由 于 这 种 筛 板 强 度 另 外 ，大 直 径 全 焊 式 不 锈 钢 筛管 经 切 割 展 高 、 耐 温 ， 耐 压 、耐 腐 蚀 、 缝 隙 均 匀 ，易 于 清 理 ，所 以 保 证nts了 污 水 处 理 站 的 正 常 运 行 ，为 油 田 的 生 产 发 挥 了 良 好 的 作 用 。因 此 ，对绕丝筛管缠绕机的设计和开发有很大的实在意义。 nts第一章 绕 丝 筛 管 缠 绕 机 的 有 关 理 论 及 工 作 原 理 目 前 筛 管 生 产 所 参 照 的 技 术 主 要 是 卷 绕 成 形 技 术 。卷 绕 成 形 将 是一种 很 有 前 途 的 加 工 方 法 ,能 够 制 造 功 能 性 零 件 ,特 别 是 金 属 零 件 ,效 率 高 、成 本 低 可 直 接 应 用 于 工 业 生 产 。卷 绕 成 形 可 以 作 为 零 件 的 最 终 成 形 手 段 ,也 可 以 作 为 零 件 的 粗 加 工 手 段 。在 铸 模 制 造 等 方 面 有 其 它 材 料 添 加 制 造加工方法无法比拟的优越性。 卷 绕 成 形 是 一 种 能 够 制 造 功 能 性 零 件 、效 率 高 、成 本 低 可 直 接 应 用于 工 业 生 产 的 材 料 添 加 制 造 方 法 ;其 原 理 是 通 过 一 根 或 数 根 具 有 一 定 廓形 的 带 材 的 卷 绕 形 成 零 件 主 体 部 分 ;卷 绕 成 形 工 艺 的 适 用 材 料 范 围 广 ,可以 是 金 属 、 塑 料 、 纸 、 纤 维 织 物 等 ;给 出 了 卷 绕 成 形 加 工 的 定 义 及 工 艺过程、适用范围、信息模型、高效的加工设备及 应 用 实 例 。 目 前 竞 争 日 益 激 烈 , 如 何 快 速 地 开 发 出 新 型 产 品 以 响 应 市 场 的 需 求是 生 产 厂 家 , 也 是 科 技 工 作 者 关 注 的 热 点 问 题 。 零 件 的 成 形 可 分 为 材 料去 除 、材 料 变 形 和 材 料 添 加 3 种 方 式 。材 料 添 加 制 造 因 其 非 传 统 的 成 形思想 (将 材 料 单 元 按 照 一 定 方 式 堆 积 、叠 加 成 零 件 所 需 形 状 )和 优 于 传 统加 工 方 法 的 性 能 潜 力 而 倍 受 瞩 目 。材 料 添 加 制 造 方 法 是 一 种 先 进 的 成 形技术 ,主 要 应 用 于 模 型 或 原 型 的 制 造 或 某 些 特 定 的 产 品 ,极 少 应 用 于 实 际生产。究其原因主要有： 成形材料的物理性能不能满足产品的要求 ;成本高 ; 效率低。根据“ Ra p id P ro to t yp ing Rep o rt”对 其 读 者 调 查 ,材 料 问 题 是 现 有 的 材 料 添 加制 造 方 法 中 存 在 的 主 要 问 题 。目 前 用 于 材 料 添 加 制 造 的 成 形 材 料 的 成 形性 能 大 多 不 太 理 想 ,成 形 件 的 物 理 性 能 一 般 不 能 满 足 功 能 性 、 半 功 能 性零 件 的 要 求 。 特 别 是 在 制 造 传 统 的 功 能 零 件 金 属 零 件 方 面 ,虽 然 已 有 了很 大 的 进 步 (如 , DT M 公 司 推 出 了 R ap idS te e l2 .0 新 型 烧 结 材 料 ,O p - to mecnts公 司 推 出 的 L EN S 系 列 金 属 直 接 沉 积 成 形 机 等 ),但 与 实 际 生 产 尚 有 一 定的 距 离 。 而 且 成 形 材 料 的 价 格 一 般 都 比 较 高 ,造 成 高 生 产 成 本 。 将 现 有的材料 ,特 别 是 功 能 材 料 进 行 改 造 或 预 处 理 ,使 之 适 合 于 材 料 添 加 制 造 的工 艺 要 求 ,是 降 低 材 料 成 本 的 一 个 有 效 方 法 。 而 开 发 可 以 直 接 应 用 现 有功 能 材 料 的 工 艺 方 法 则 能 根 本 地 解 决 成 形 材 料 问 题 ,也 只 有 这 样 才 能 有效地拓宽材料添加制造的应用范围。 成 本 高 一 方 面 来 自 于 昂 贵 的 成 形 材 料 ,另 一 方 面 则 是 设 备 价 格 的 不菲 , 实 质 是 设 备 的 性 能 价 格 比 不 理 想 。 若 开 发 出 一 种 成 形 设 备 能 够 满 足实 际 生 产 的 性 能 价 格 比 要 求 ,价 格 将 不 是 问 题 。 由 于 现 有 材 料 添 加 制 造工 艺 自 身 的 限 制 ,如 LO M 需 要 进 行 废 料 切 碎 ,S LS 、 S L A、 F D M 等 点 积 成形 工 艺 需 要 进 行 截 面 扫 描 等 加 工 过 程 ,致 使 加 工 效 率 较 低 。 清 华 大 学 精密 仪 器 系 制 造 工 程 研 究 所 开 发 的 卷 绕 成 形 加 工 工 艺 是 一 种 能 够 制 造 功能 性 零 件 (特 别 是 金 属 零 件 ),可 直 接 采 用 现 有 材 料 而 无 须 开 发 专 用 成 形材料 ,效 率 高 、 成 本 低 ,是 一 种 可 直 接 应 用 于 工 业 生 产 的 新 型 加 工 工 艺 方法。 一 卷绕成形的定义及工艺过程 卷 绕 成 形 加 工 方 法 工 艺 ( ro ll ing s hap ing p roc ess , R S P )是 指 通 过 一 根或 数 根 具 有 一 定 廓 形 的 带 材 卷 绕 形 成 零 件 主 体 部 分 的 加 工 方 法 (见图 1 ),该 带 材 称 为 芯 带 (r o ll la m ina ted s t r ip, R LS )。 各 点 法 线 方 向 均 垂 直 于 卷轴 W 的 型 面 称 为 零 件 的 周 型 面 ,若 一 周 型 面 在 卷 轴 W 方 向 上 的 投 影 为 该零 件 投 影 的 外 廓 线 ,则 将 该 周 型 面 称 为 最 大 周 型 面 ;其 余 型 面 称 为 零 件 的端 型 面 。 如 图 所 示 的 零 件 是 由 一 根 宽 窄 连 续 变 化 的 芯 带 卷 绕 而 成 , 所示零件由 3 根芯带卷绕而成。 卷绕成形加工的工艺过程如下 : nts(1) 对零件进行可制造性评价 若 该 零 件 可 采 用 卷 绕 成 形 加 工 工艺 ,则进行下一步 ,否 则 试 用 其 它 方 法 。 (2) 根据零件的实体模型计算芯带的理论廓形 即以一定方式将零 件 的 实 体 模 型 分 层 展 开 所 得 到 的 廓 形 ,例如 ,从 零 件 的 最 大 周型 面 开 始 向 内 做 间 距 为 芯 带 厚 度 的 等 距 面 P i, 求 各 等 距 面 与 零件 端 型 面 的 交 集 A i,将 上 述 等 距 面 由 内 至 外 依 次 展 为 平 面 并 拼接 ,各 等 距 面 上 的 交 集 Ai 所 形 成 的 集 合 Ai 及 其 连 接 线 即 为芯带的理论廓形。 (3) 计 算 芯 带 的 实 际 加 工 廓 形 从 实 际 生 产 的 角 度 考 虑 ,在 满 足 零件 精 度 要 求 的 前 提 下 ,可 对 芯 带 的 廓 线 进 行 变 形 处 理 ,以 提 高 材料利用率和加工效率。 (4) 根据芯带的实际加工廓形生成芯带加工 NC 程 序 。 (5) 在芯带加工设备上完成芯带成形加工。 (6) 在 芯 带 卷 绕 设 备 上 卷 绕 该 步 骤 可 与 上 一 步 合 并 ,在 一 体 化 的加 工 设 备 上 一 次 完 成 。 工 件 卷 绕 成 形 后 ,在 芯 带 的 结 束 处 施 以焊接或粘接 ,保证工件取下后不致散开。 (7) 根据零件的不同要求进行后续工艺 有 些 零 件 卷 绕 完 成 后 不需 要 其 它 后 续 工 艺 ,而 有 些 零 件 必 须 通 过 其 它 工 艺 过 程 才 能 达到要求 。典 型 的 后 续 工 艺 有 去 应 力 退 火 、精 加 工 、去 除 型 芯 等 。 二 适用范围 卷 绕 成 形 加 工 方 法 对 原 材 料 没 有 特 殊 的 要 求 ,现 有 的 具 有 一 定 韧 性的 薄 带 材 均 可 应 用 ,无 需 使 用 昂 贵 的 专 用 材 料 ,可 以 是 金 属 、 塑 料 、 纸 、纤 维 织 物 等 。 当 然 ,根 据 零 件 的 性 能 要 求 可 选 用 具 有 特 殊 涂 敷 层 的 原 材料 , 如 具 有 热 粘 性 的 纸 带 、 涂 有 绝 缘 层 的 硅 钢 带 等 。 卷 绕 成 形 的 加 工 精nts度 取 决 于 带 材 的 厚 度 、芯 带 廓 形 的 计 算 误 差 、芯 带 的 成 形 加 工 误 差 和 卷绕 误 差 等 因 素 。 它 既 可 以 作 为 零 件 的 最 终 成 形 手 段 ,也 可 以 作 为 零 件 的粗加工工序。 芯 带 加 工 时 , 可 根 据 零 件 的 精 度 要 求 对 理 论 廓 形 进 行 变 形 处 理 , 从而提 高 材 料 利 用 率 ,降 低 成 本 。 芯 带 成 形 时 ,切 割 装 置 仅 需 加 工 芯 带 轮 廓 曲线 ,而 无 须 进 行 废 料 切 碎 、 截 面 扫 描 等 其 它 加 工 ,对 于 某 些 零 件 其 有 效 加工 路 径 本 身 就 短 于 其 它 的 材 料 添 加 制 造 工 艺 ,因 而 卷 绕 成 形 加 工 工 艺 具有 很 高 的 加 工 效 率 。 由 于 卷 绕 成 形 工 艺 自 身 的 限 制 ,当 采 用 纯 卷 法 作 为零件最终成形手段时 ,对 零 件 的 形 状 有 一 定 的 要 求 。 采用单一芯带纯卷法可以加工的零件形状具有如下特征 : 1 具有最大周型面 ; 2 最 大 周 型 面 在 卷 轴 W 方 向 上 的 投 影 为 连 续 光 滑 曲 线 ,当 原 材 料未 涂敷粘接材料时 ,该投影应为连续光滑凸曲线 ; 3 零 件 在 卷 轴 W 上 投 影 的 最 小 长 度 不 得 小 于 加 工 设 备 所 要 求 的最小宽度 ; 4 芯 带 的 理 论 廓 形 应 为 图 2 所 示 拓 扑 形 式 中 的 1 种 ,或 是 几 种 的组合 ; 5 卷绕成形加工需要型芯 ,当需要去除型芯时 , 型 芯 的 周 型 面 应为 零 件 最 大 周 型 面 的 等 距 曲 面 。当 上 述 条 件 无 法 满 足 时 ,需 要 采 用其它工艺辅助加工。 三 信息模型 卷 绕 成 形 加 工 工 艺 信 息 处 理 系 统 根 据 零 件 的 信 息 以 及 可 加 工 性 知识 、设 备 能 力 对 零 件 的 可 加 工 性 进 行 判 断 见 图 3 。若 该 零 件 可 以 采 用 卷绕 成 形 加 工 工 艺 ,则 进 行 下 一 步 计 算 ;若 不 可 以 则 需 试 用 其 它 方 法 。 此 时nts输 入 的 零 件 信 息 为 零 件 的 材 料 和 零 件 的 立 体 模 型 。零 件 的 立 体 模 型 可 以有 2 种 表 达 方 式 :1 描 述 零 件 的 函 数 ,适 合 于 等 截 面 环 形 零 件 等 一 些 简 单的零件 ;2 零件的 S TL 文件 ,适 合 于 形 状 复 杂 的 零 件 。 芯 带 的 理 论 廓 形 计 算 完 毕 后 ,卷 绕 成 形 加 工 工 艺 信 息 处 理 系 统 根 据零 件 的 精 度 要 求 信 息 、设 备 的 能 力 、材 料 的 性 能 和 工 艺 规 划 的 知 识 进 行工 艺 规 划 ,确 定 芯 带 的 排 料 方 式 和 走 刀 的 顺 序 ,对 芯 带 的 理 论 廓 形 进 行 变形 处 理 ,计 算 芯 带 的 实 际 加 工 廓 形 。 卷 绕 成 形 加 工 工 艺 信 息 处 理 系 统 根据 芯 带 的 排 料 方 式 、走 刀 顺 序 和 芯 带 的 实 际 加 工 廓 形 计 算 芯 带 的 NC 程序 ,并 根 据 芯 带 成 形 加 工 机 床 检 测 到 的 带 材 厚 度 变 化 反 馈 信 息 ,以 及 芯 带卷 绕 加 工 机 床 检 测 到 的 零 件 形 状 变 化 反 馈 信 息 进 行 调 整 ,以 保 证 成 形 零件的精度 ,其中对 NC 程 序 的 调 整 可 以 实 时 进 行 , 也 可 以 在 生 产 一 定 数 量的零件之后进行 4 。 nts第二章 方案的选择 方案一： 传动系统图如图一所示 根 据 设 计 的 目 的 和 要 求 ，主 轴 的 运 动 形 式 是 转 动 ，而 工 件 的 运 动 形式 是 边 转 动 边 移 动 。主 轴 的 转 动 靠 齿 轮 带 动 来 实 现 的 。工 件 的 转 动 是 通过 夹 具 将 工 件 夹 紧 与 主 轴 同 步 转 动 ，而 工 件 的 移 动 ，通 过 尾 座 来 带 动 工件 移 动 ，尾 座 通 过 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 与 滚 珠 丝 杠 连 接 起 来 ，同 时 在 尾 座 上安 装 一 个 夹 具 将 工 件 夹 紧 。且 在 主 轴 上 安 装 套 筒 ，套 筒 为 两 层 。一 层 套筒 通 过 花 键 与 主 轴 连 接 ，在 二 层 套 筒 上 开 出 一 排 齿 条 ， 通 过 齿 轮 与 齿 条啮 合 推 动 套 筒 向 外 移 动 ，即 工 件 的 移 动 。由 于 此 装 置 设 计 要 求 的 精 度 较高，而齿轮齿条的啮合根本就不能保证精度，故此方案不合适。 1 图一 F ig.1 方案二： 传动系统图如图 2 所示 主 轴 的 结 构 ： 在 主 轴 外 安 装 一 个 套 筒 ， 套 筒 与 主 轴 采 用 花 键 连 接 ，同 时 在 双 键 与 主 轴 连 接 处 开 出 一 米 多 长 的 键 槽 。另 外 ，齿 轮 安 装 在 套 筒上 ， 这 样 齿 轮 带 动 套 筒 转 动 ， 即 齿 轮 带 动 主 轴 转 动 。 丝 杠 与 尾 座 通 过螺 母 副 连 接 ，丝 杠 带 动 尾 座 前 进 ，尾 座 通 过 工 件 推 动 主 轴 在 套 筒 里 滑 动 。 nts进给运动：滑移齿轮 2 与 3 啮合， 1 与 4 不 啮 合 ， 实 现 进 给 尾 座 自 由 移 动 ： 滑 移 齿 轮 4 作 用 ， 1、 2、 3 不 作 用 ， 通 过 手 轮 转 动 实 现尾座自由移动。 此 方 案 出 现 的 问 题 是 当 工 件 完 全 进 入 主 轴 箱 时 ，主 轴 尾 部 要 伸 出 主轴 箱 外 很 长 一 段 ，由 于 主 轴 很 粗 ，质 量 很 大 ，且 没 有 支 撑 ，很 难 保 证 主轴平稳移动，所以此方案不合适。 图二 F ig.2 方案三： 传动系统图如图三所示 主 轴 箱 内 主 轴 的 结 构 与 方 案 二 中 主 轴 的 结 构 一 样 ，只 是 在 主 轴 尾 部安 装 一 个 套 筒 ，该 套 筒 与 箱 壁 连 在 一 起 同 时 在 套 筒 最 尾 部 放 上 支 撑 以 支撑 主 轴 。此 方 案 虽 然 可 实 现 设 计 要 求 ，但 主 轴 的 初 始 位 置 无 法 保 证 ，故此方案不合适。 nts 图三 F ig.3 方案四： 传动系统图如图四所示 此 方 案 与 方 案 三 中 主 轴 箱 的 结 构 相 同 ，只 是 在 主 轴 尾 部 用 丝 杠 螺 母副 与 下 面 的 丝 杠 连 接 ，目 的 是 支 撑 主 轴 。通 过 手 轮 实 现 主 轴 的 回 位 。此方案存在两个问题： （一） 当 工 件 实 现 进 给 运 动 时 ， 与 尾 座 连 的 滚 珠 丝 杠 和 支 撑 主 轴的丝杠之间容易产生干扰，很难保证进度； （ 二 ） 主 轴 回 位 问 题 ， 虽 然 可 通 过 手 轮 带 动 丝 杠 可 以 实 现 ， 但 效率太低。故此方案不合适。 nts 图四 F ig.4 方案五： 传动系统图如图五所示 此 方 案 中 主 轴 结 构 与 前 面 所 述 一 至 。主 轴 箱 后 面 的 丝 杠 螺 母 副 采 用的 是 开 合 螺 母 ，当 工 件 实 现 进 给 时 ，开 合 螺 母 打 开 ，这 样 两 根 丝 杠 之 间就 没 有 干 扰 了 ，同 时 还 能 支 撑 主 轴 。主 轴 的 回 位 有 机 动 和 手 动 两 种 。手动 时 ，开 合 螺 母 合 上 ，通 过 转 动 手 轮 ，可 使 主 轴 回 位 ，另 外 还 可 微 调 主轴 的 初 始 位 置 。机 动 时 ，将 滑 移 齿 轮 移 位 ，通 过 丝 杠 带 动 尾 座 连 同 工 件与主轴一起回位。 尾 座 自 由 移 动 ：在 滚 珠 丝 杠 的 左 端 有 一 个 离 合 器 ，断 开 离 合 器 ，通过手轮来调整尾座初始位置。 nts 图五 F ig.5 根据以上各个方案 的比较， 确定方案五为最佳方案。 nts第三章 箱体的设计 刚 度 和 强 度 的 要 求 是 箱 体 设 计 的 重 要 设 计 准 则 。对 于 某 些 箱 体零 件 ，还 应 进 行 震 动 稳 定 性 和 热 变 形 的 校 核 计 算 。 大 多 数 的 箱 体 设计 是 以 刚 度 作 为 第 一 设 计 条 件 ， 如 机 床 主 轴 及 床 身 ， 立 柱 ， 机 械 压力 机 等 。按 刚 度 条 件 设 计 所 得 到 的 截 面 尺 寸 一 般 比 安 强 度 设 计 所 得到 的 尺 寸 要 大 。 因 此 ， 满 足 刚 度 条 件 的 箱 体 往 往 也 满 足 强 度 条 件 ，但是某些结构也不尽然 1 1 。 箱体的设计应满足以下一般要求： 1. 可靠性 箱 体 在 使 用 期 内 必 须 安 全 可 靠 ，其 结 构 迎 合 所 承 受 的 外 力 相 协调 ， 能 满 足 强 度 ， 刚 度 ， 震 动 稳 定 性 ， 疲 劳 强 度 ， 热 并 行 等 方 面 的要求。 2. 实用性 箱 体 是 机 器 的 重 要 组 成 部 分 ， 他 的 精 度 ， 表 面 粗 糙 度 ， 尺 寸 和形位公差等技术指标必须确保机器的使用功能和使用寿命。 3. 工艺性 箱 体 结 构 应 该 容 易 铸 造 或 焊 接 ， 减 少 和 防 止 铸 造 或 焊 接 缺 陷 ，便 于 机 械 加 工 ， 便 于 机 器 的 装 配 和 调 试 。 焊 接 结 构 应 便 于 实 现 机 械化核自动化焊接。 4. 经济性 要 尽 量 减 轻 结 构 的 重 量 ， 降 低 材 料 的 成 本 ，减 少 能 源 消 耗 ， 加工工时和制造成本。 根 据 箱 体 的 用 途 不 同 ， 在 箱 体 和 机 架 的 设 计 中 ， 对 以 上 各 项 要有所偏重，又要统筹兼顾。 箱体的设计步骤 7 ： 第一步 :确定箱 体的基本形状和尺寸 箱 体 的 基 本 形 状 尺 寸 是 根 据 机 器 的 用 途 、安 装 在 机 器 内 部 和 外部 零 件 的 位 置 与 尺 寸 、 相 互 运 动 关 系 ，以 及 他 们 的 安 装 和 拆 卸 条 件确定的，也取决于运动情况和所承受的载荷情况。 nts综 合 以 上 各 种 情 况 ，并 根 据 箱 体 的 种 类 和 用 途 及 所 掌 握 的 资 料 相 对比 ， 运 用 设 计 人 员 经 验 作 类 比 设 计 ，来 确 定 箱 体 的 基 本 尺 寸 。基 本尺 寸 包 括 其 外 形 尺 寸 、 界 面 形 状 、 壁 厚 和 加 强 肋 等 相 关 尺 寸 。根 据生 产 条 件 确 定 其 毛 坯 类 型 。还 要 综 合 各 种 情 况 选 择 箱 体 材 料 。箱 体 、的草图设计师箱体设计中最重要的一步。 第二步 :常规计算 采 用 材 料 力 学 的 理 论 和 计 算 方 法 或 者 经 验 公 式 对 草 图 设 计 中的 结 构 进 行 刚 度 、 强 度 、 稳 定 性 等 方 面 的 校 核 计 算 。对 不 符 合 要 求之处进行修改，达到设计要求。 第三步 :有限元静动态分析、模型试验和优化设计 根据所得到的应力分布和变形情况及振动特性来改进设计。优选设计方案和参数，使设计指标达到最佳。 第四步 :工艺审查和经济分析 根 据 生 产 条 件 对 结 构 设 计 中 有 关 的 内 容 如 铸 造 、焊 接 、热 处 理 、机 械 加 工 、装 配 等 进 行 工 艺 审 查 ， 对 不 足 之 处 进 行 改 进 ， 还 要 进 行成本预算。 在 完 成 步 骤 一 至 四 以 后 ， 设 计 工 作 已 经 完 成 ， 可 以 投 产 。 但 是对 于 复 杂 的 大 型 箱 体 还 要 完 成 体 的 现 场 测 试 。在 及 其 总 装 负 荷 试 车或者 超 负 荷 试 车 时 ，也 可 以 在 机 器 的 工 作 现 场 对 箱 体 的 应 力 、变 形 、振 动 特 征 、 外 载 荷 等 设 计 参 数 进 行 测 试 。 将 这 些 参 数 和 原 设 计 的 结果进行分析比较，进一步修改原设计，使之更加完善。 对于受力较小、结构简单、一般用途得像体零件，完成一、二 、 四 步 骤 就 可 以 了 。对 于 简 单 的 箱 体 零 件 设 计 ， 只 完 成 步 骤 一 和四 就 可 以 投 产 ， 如 中 小 型 减 速 机 箱 体 的 电 动 机 机 座 等 。 对 于 受 力 复杂 ， 机 构 复 杂 的 大 型 重 要 箱 体 ， 必 须 完 成 一 到 五 的 全 部 设 计 步 骤 。 nts第四章 电动机的选择 本 装 置 由 于 转 速 较 小 ，如 果 采 用 普 通 电 机 ，降 速 范 围 太 大 ，实 现 降速 比 较 困 难 ， 另 外 很 难 保 证 转 速 的 恒 定 ， 所 以 本 装 置 采 用 步 进 电 动 机 。 4.1 步 进 电 动 机 及 其 发 展 步 进 电 动 机 又 称 脉 冲 电 动 机 或 阶 跃 电 动 机 ， 国 外 一 般 称 为 S e tp motor 或 S tepp ing motor、 P ulse motor 等等 1 4 。 目 前 ，随 着 电 子 技 术 、控 制 技 术 以 及 电 动 机 本 体 的 发 展 和 变 化 ，传统 电 机 分 类 间 的 界 面 越 来 越 模 糊 。就 传 统 的 步 进 电 动 机 来 说 ，步 进 电 动机 可 以 简 单 地 定 义 为 ，根 据 输 入 的 脉 冲 信 号 ，每 改 变 一 次 励 磁 状 态 就 前进 一 定 角 度 ，若 不 改 变 励 磁 状 态 则 保 持 一 定 位 置 而 静 止 的 电 动 机 。从 广义 上 讲 ，步 进 电 动 机 是 一 种 受 电 脉 冲 信 号 控 制 的 无 刷 式 电 动 机 ，也 可 看作式 在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。 步 进 电 动 机 的 机 理 是 基 于 最 基 本 的 电 磁 铁 作 用 ，其 原 始 模 型 起 源 于1830 年至 1860 年 间 。 20 世纪 60 年 代 后 期 ， 在 步 进 电 动 机 本 体 方 面 随着 用 磁 材 料 的 发 展 ，各 种 实 用 性 步 进 电 动 机 应 运 而 生 ，而 半 导 体 技 术 的发 展 则 推 进 了 步 进 电 动 机 在 众 多 领 域 的 应 用 。 在 近 30 年 间 ， 步 进 电 动机 迅 速 地 发 展 并 成 熟 起 来 。从 发 展 趋 向 来 讲 ，步 进 电 动 机 已 经 能 与 直 流电 动 机 、异 步 电 动 机 ，以 及 同 步 电 动 机 并 列 ，从 而 成 为 电 动 机 的 一 种 基本类型。 4.2 步 进 电 动 机 的 特 点 步 进 电 动 机 是 较 早 实 用 的 典 型 的 机 电 一 体 化 元 件 组 件 。步 进 电 动 机本 体 、步 进 电 动 机 驱 动 器 和 控 制 器 构 成 步 进 电 动 机 系 统 不 可 分 割 的 三 大部分。 步进电动机具有自身的特色，归纳起来有： nts（ 1） 以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。 （ 2） 移 与 输 入 脉 冲 信 号 数 相 对 应 ，步 距 误 差 不 长 期 积 累 ，可 以 组 成结 构 较 为 简 单 而 又 具 有 一 定 精 度 的 开 环 控 制 系 统 ， 也 可 在 要 求 更高精度时组成闭环控制系统。 （ 3） 刷，电动机本体部件少，可靠性高。 （ 4）易于启动、停止、正反转及变速，响应性也好。 （ 5）停止时，可有自锁能力。 （ 6） 步 距 角
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