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nts 本科毕业设计 英文翻译 题目 智能移动机器人平台 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 程 龙飞 指导教师 邓 修瑾 毕业时间 2014-06 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 智能移动机器人平台 作者 JC wolf 一个 完成 机器人和自动化 系统学位 的 报告提交给普利茅斯 大学 2003 - 2004 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 序言 这篇报告介绍了智能移动机器人的理论和关注的焦点是相关问题的解决并对不同方法做了具体补充。在为了完成自主移动机器人设计、建造和测试这个项目。设计的机器人和轮椅大小差不多 ,使它能绕着建筑物行走。它为未来导航系统的发展提供了一个平台。它有能力成为一个完善的服务机器人。它在未来领域的发展已经被确定。一个避障系统已成功应用是为了证明这些。它的最大速度为 1.5 米 /秒。 在不同领域的一个研究领域 ,例如快速传感技术超音波测距 ,轨迹生成的快速运动和避障 ,被 执行了。 测试完成之后 ,为了确认轨迹生成的理论。 该报告深入了解电路设计的细节。并且完成了现代微控制器模块设计。由于灵活的设计、模块提供了另一个学生项目基地 ,包括这一个 。电力电子设计提供的直流电机的电流上升到 30安培 每频道 。这个线路的最大电力不需要昂贵专门的组件。 该项目顺利完成。 这是部分的最后一年 ,在本科学位课程和换向机器人自动化系统 。 致谢 作者特别感谢为这项工作默默付出的他的许多同学。 同时感谢我的主管的圭多 Bugmann 博士，保罗罗宾逊博士。潘根华博士和讲师艾伦辛普森，的曼塞尔戴维斯博士，菲尔博士 Culverhouse，近 3 年来支持我。此外，我从大卫和罗杰鲍尔斯，鲍勃布雷，工学硕士， ING，彼得路德，菲尔霍尔和菲尔布朗得到了良好的 技术支持。 最后笔者希望向他的家人致敬。我的父母（本和玛丽亚狼 ),在经济上支持我并且用很多方法鼓励我。特别要感谢我美丽的妻子 Soo-mi 杨 , 她在许多方面支持和宽恕。 没有她的道义支持这个项目可能不会完成。 J.C.亚狼 普利茅斯大学 2004 年 4 月 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 目录 序言 2 致谢 3 目录 4 第 1章 概述 7 第 2章 智能移动机器人原理 8 第 1节 数字控制器 8 2.1.1 取样和量化 8 2.1.2 AD 转换 9 2.1.3 DA 转换 9 2.1.4 采样频率 9 2.1.5 延迟 10 第 2节 轨迹生成 10 2.2.1 弧 11 2.2.2 贝塞尔曲线 13 2.2.3 直线指引 14 2.2.4 视线指引线 14 2.2.5 向量场 15 势场 15 基于矢量场极限环 16 矢量场融合 17 启动款匹配的动力动机器 20 第 3节 造型移动机器人 20 第 3章 设计与实现 22 第 1节 规格 22 第 2节 机械设计 22 3.2.1 框架 22 3.2.2 转向 23 3.2.3 变速箱 24 3.2.4 精度 25 第 4章 电子硬件设 25 4.1.1 供电电路 25 4.1.2 单片机模块 26 4.1.3 超音波传感器 28 4.1.4 轴编码器 31 4.1.5 初步设计 31 4.1.6 最后轴角编码器及其特点设计 31 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 4.1.7 伺服控制器 32 4.1.8 电力电子 35 4.1.9 电路输入 37 4.1.10 电路功能 37 4.1.11 故障电流限制器设计 38 第 2节 沟通机载 40 4.2.1 串行通信 40 4.2.2 I2C 通讯 42 第 5章 智能控制 44 第 1节 运动学模型 44 5.1.1 矢量逆解系统 44 5.1.2 逆运动学算法 45 第 6章 用于指导的传感器 46 第 1节 位置 46 第 2节 遥感调查的速度和反应时间 46 第 3节 导航和制导系统造型 49 6.3.1 演示制导系统 49 第 7章 三维监测界面 51 第 1节 VRML 51 第 2节 信息交换的远程监控 51 第 8章 项目管理 52 第 9章 结论 53 关键词 54 参考文献 55 附件 56 附录 1:ATMega UoP 手册 (征求意见稿 ) 56 附录 2 :系统综述框图 63 附录 3:源代码 69 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 6 页 共 17 页 第 1 章 概述 服务机器人还没有现成的产品。为什么 ?因为需要研究有改善的课程 ,直到第一个真正的服务型机器人可以去投入生产。 一个服务机器人的需求是将融入到人类的环境中并与人类相同的速度来移动和运行。当前智能移动机器人通常缓慢移动甚至停止来测量。这将是其他人传递的障碍。缓慢的机器人是低效甚至没用的 ,因为用户可能宁愿自己作 ,都比它快。这个项目是关于给机器人提供快速运行的平台 ,这样使移动机器人对现实生活中更有用。 作者在许多不同的项目中获得移动机器人的经验和知识 ,包括 :机器人足球 ,Melexis奖杯和其它。更多的相关项目的信息可以在 JC亚狼网页上找到 (2004):www.swrtec.de。在适当的时候 ,这些项目的知识有助于这份报告。尤其是机器人足球 ,在快速移动是必不可少的 ,理可开发和测试并转移到自然环境问题。 第 2 章 智能移动机器人原理 在本章将移动机器人的基本理论和原则进行解释。当该理论应用于快速的机器人时，一定要特别注意其优点和缺点。 2.1 数字控制器 大多数机器人应用使 用数字控制器 ,因此基本的数字控制应给予及其优势的影响进行讨论。 一些数字控制的最重要的优点：括公元前（ 1992） 数字元件不易老化和随环境变化。 他们对噪声和干扰不敏感。 数字处理器是更紧凑，重量轻。（适用于内移动机器人） 他们更加灵活和强大。 微处理器和数字信号处理器成本持续下降。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 7 页 共 17 页 然而它也有缺点： 由于有限的运算速度和信号的分辨率的限制字长的数字处理器。 （相比之下，当 模拟控制器在实时操作时，而该解决方案在理论上是无限的。） 有限字长往往转换成系统不稳定。 对运算速度的限制，导致控制回路中 的时间延迟这可能会导致闭环系统不稳定。 2.1.1 取样和量化 大多数控制系统包含数字以及模拟信号。因此模拟到数字转换（ AD），反之亦然（ DA），发挥了重要作用。机器人可能有 A 至 D 转换器或车轮的轴角编码器的伺服系统。在这种情况下的采样和量化是必需的。 2.1.2 AD 转换 一个模拟值发生在瞬间。由于数字号码的长度是有限的，模拟值四舍五入。这个过程被称为量化。最低的值或最接近的值，它可以圆整（ 1位），被称为量化水平。一个输出 A至 D转换器的停留时间 T 不变，直到一个新的元素已被转换和控制器。时间 T 被称为采样周期。处 理器通常计算内通过控制算法输出采样周期。这意味着输出至少比输入迟 T。 2.1.3 DA 转换 数字字转换成相应比例的模拟水平。“最小的一步，同一个量化级别限制的准确性。幸运数字模拟转换可以几乎同时发生。然而，直到一个新的值被转换 DA转换器的输出才会改变。这是分析零阶保持和框图建模过程的步骤。 图 1 .在瞬间采样数据的 kT 2.1.4 采样频率 采样频率 s 必须选择一种方式，该控制器能应对改变输入值 v，干扰 w 和控制器植物功能带宽 b。奈奎斯特 香农采样定理指出，采样频率必须至少两次信号的频 率。事实上，这不会得到平稳的控制器响应。因此，一般情况下， s应当选择满足下列公式： nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 8 页 共 17 页 （ 1） （ 2） 当停留时间 TSE设定时，该系统的采样周期为 s和固有频率为 n。 通常控制器是用来控制移动机器人的发动机。机械运动时间常数与 n和几百毫秒有关。因此实际的采样频率不是很高。 （比如 50HZ - 1000Hz）。如果机器人通过视觉控制，这将成为一个问题，因为电脑（目前）没有强大到足以提供一个 视觉系统与 50-1000Hz 的频率相比。其他传感器，如轴角编码器，但不采取太大的 CPU功率和采样频率可以很容易地实现。 2.1.5 延迟 在信号传输和传感器处理信息期间发生延迟，在数字控制系统中。延迟可能导致不稳定，必须保持在最低限度。如果延迟无法通过提高 CPU 的功率或其他硬件来减少的话，预测控制方法可以在一定程度弥补延迟。预测控制方法往往需要一个控制过程的模型。这使控制器更复杂，正因为如此 ,它并非常见的。在快速机器人的情况下，延误是至关重要的。减少的延迟增加了控制器的收益，因此可以改善瞬态响应。 2.2 轨 迹生成 有许多方法来生成一个机器人的运动轨迹（路径）。通常轨迹发生器的输入数据是一个初始值，目标位置，可能是中间的航点或障碍。轨迹发生器是一个指导系统。导引系统通常是导航系统的一个子系统指导机器人向目标点而言，给它的导航系统。 快速的移动机器人必须以尽可能快的速度移动。因此，车辆速度和控制器收益达到了极限。如果所要求的轨迹超出系统能力可能出现下列问题： 在这个巨大的需求中输入非线性关系，如滑移和饱和度，可以使系统不稳定和机器人旋转失控。 机器人不能按照所需的路径，可能会碰到一个障碍。 因此，有必要生成相匹配 的车辆动态轨迹。 这里有一个已被调查过他们的基本轨迹功能概述的简介并讨论其优点和缺点。 2.2.1 弧 弧是圆的一部分。通过计算一个圆圈，可以产生一个路径，起点和终点是圆的切点。计算半径与车轮速度 和机器人的转向有直接的关系。由此产生的每个车轮的速度有固定的比例，这是一个优 势，因为它简化计算。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 9 页 共 17 页 切向加速度 at可以很容易地被轨迹生成算法限制，否则就会发生在之后的机器人控制器里。这增加路径下面的准确性。 (3) (4) 结合 : 半径 R 是已知的轨迹发生器。加速度 | at| K 仅限于 K 和机器人 v 的前进速度，通常是一个机器人控制器输入，可以根据需要设置。如果机器人需要在一条直线上移动半径是无限的。在这种情况下，算法必须算作一个例外。 图 2 这里是一个例子，作者采用了一圈接近目标点从 0度水平的轨迹后才能继续。这个例子取自机器人足球。机器人旨在视线指导的的 i1。合格后， I1的机器人是计算圆相切，并可以进入在 I2圈。它将退出圆与球碰撞时，并继续直 线运动和轻微的加速对运球向目标。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 10 页 共 17 页 图 3：圆直线移动的轨迹应用于机器人足球 这一战略已实施于一体的世界上最成功的机器人足球战略：韩国大学和 KAIST，看到北京李等人（ 1999）。它有笔者也进行了测试。图 3显示了从 MAPLE包含文件的数据数据从一个真正的游戏情况。这种方法的主要缺点是：避障和在动态环境变化的其他因素难以和直圆直刚性结构相结合。优势是简单，匹配容易和预测的轨迹机器人动力学动作准确。 2.2.2 贝塞尔曲线 贝塞尔曲线可以被定义为与两条直线相切的一条曲线。选择第一条直线时要通过机器人的 初始位置并且第二条直线要通过终点。第一直线确定机器人的方向 。第二条线的方向决定机器人从哪一方接近目标（最后的姿势）。这是形成这种轨迹的非常好的一个性质。主要缺点是贝塞尔曲线数学的复杂性曲线 ,使得它难以创造的轨迹一个机器人能跟随在高速状态下。当要求机器人沿目标曲线运动时作者进行了贝塞尔曲线实验。一旦机器人靠近目标点 ,下一个目标点将被确定路。 当机器人开始运动时，需要转 90度。它从（ X，Y） =（ 57,15）点开始运动。线上的点确定了产生的轨迹。当改变机器人方向和速度这两者之间的关系不平衡时，会使机器人离目 标很远。 实际上机器人的路径是小三角形。 图四 :贝塞尔曲线轨迹 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 11 页 共 17 页 与第一个实验相比这个实验起点和终点的 方向比较小，起点 (x,y)=(77,12) 并且速度减小了。 机器人沿被要求和相当精确的轨迹运动是没问题的。 图 5:贝塞尔曲线轨迹 2.2.3.直线导引 通过旋转机器人可以沿直线移动到目标点。对轮式机器人而言，没有切向速度只有 微分 转动的可能。该系统的主要优点是，它是简单，准确。主要缺点是速度，因为机器人必须停止转动。 2.2.4 视线指导线 也被称为导弹制导与直线的指导有关 ，但这个时候机器人移动比目标方向 稍高。如果向量从机器人指向目标点，那么它的角度 = 表明机器人应该沿仰角方向运动。 2.2.5向量场 一个向量场实质是由一个 2-维向量组成的区域。一个向量由大小和方向组成，向量对于速度和航向角而言相当重要。 大小被认为是向量场中很重要的问题，大小对于通过每个向量组合成为向量场是很有用的。越重要的向量越长，航向角贴近的是更加重要的向量。 一些向量场产生器，像是基础的势场产生法，是不考虑大小的。这种情况下大小经常被忽略。 势场 势场的一些理论像是轨迹的概念 是从物理领域中的电学部分中分化而出的。 引力场公式如下 ： nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 12 页 共 17 页 这里 是一个冲起始到目标位置的向量 是一个从起始指向机器人的向量 是一个表征机器人当前位置的单位化的长度和预计的角度。 结果是指向目标的。引力场是关联其中的可视的指引。 斥力场产生背向目标的向量。等式是 表格 6： 引力场 表格 6 展示了一个引力场指向目标点（ 0.0）。在当前应用的机器人仅有当前位置的向量才加入计算 ，对于多为图表像表格 6这样，机器人可以在场中任何可能的地方，同时也可以在任何 点长生向量。 基于极限环的向量场 极限环是非线性控制理论的一部分。但是一个表格能够表现极限环的属性，像是表格 7，nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 13 页 共 17 页 那么这个表格便可以适应路径生成。此问题更深入的解读请阅读 D-H Kim（ 2000）。极限环的非线性功能的第二位表现为一个向量场包含一个单位环。单位环外的向量将产生于单位环相切的方向。这可以看成是一个圆弧 /圆轨迹生成率可以引导机器人自动从任何方向进入该圆。最终生成的向量场可以用来产生圆弧轨迹或者是用于避障。 图表 7：极限环 极限环的缺点在于一旦机器恩跨过了单位元，向量场将指向中心。 所以，具体实现极限环控制并不容易，因为机器人在接近单位圆时可能会稍稍的越过边界。 对这种场在单位环内进行修改时一个解决此种问题的可行的措施。 矢量场的融合 所有的可提供向量场都可以在同一时间进行讨论。作者开发了一种可供合并向量场合并的方法，该方法在 Robinson P(2004)中论述。 约束和要求： -两个或者更多的向量场。 -这些向量场包含标准化的向量。 这种方法最好用一个例子来描述。一个典型的需要向量场合并的地方在于当一个机器人R 需要避免和机器人 O在路上相遇去目标 T时。看下面图表 8。 在 融合向量场过程中，需要一个加权函数。经验已经证明，高斯正态分布函数在合并两个场域是很合适的方式。（一个圆柱体或是一个椎体都可能产生一个突然的冲击以使航向角发生变化并产生激发不稳定现象。） nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 14 页 共 17 页 图表 8：回避方案 角和当前的机器人航向角 是不同的， ro向量是指向机器人回避方向。 角是表征机器人和障碍物碰撞程度的量。这个角度越小，碰撞事件发生的情况就越小，同时避开障碍物的可能性越高。 这个机器人的任务是走到 点。为了将拦在它和目标点之间的障碍物也纳入考虑，那个机器人就必须计算障碍物和自己的距离。这 个距离在式子中是以矢量 ro定义的。和障碍物的距离越短就意味着避开障碍物的重要性越大。 一个回避向量场 应该被定义的和任务向量场 rt场一样。标准化后的目标向量是 。 提供的两个向量 和 是用高斯加权方程 加在一起的 -融合。 这里： 是结果典型的目标向量 M 是一个固定的加权因素 G()是高斯方程。 是对高斯方程的安全系数 是高斯方程的分布 我们可以知道要回避一个障碍，本质上有两个因素 。 和 ro。 作者按对于在场域内特定点完成这个任务的重要程度关联每个向量的长度来作为向量融合的基础原则。 和 ro可以作为限制蓝本来影响 的长度。 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 15 页 共 17 页 表示 所能带来的最大的安全度。 将会到这更高的角度。这已经是被认为很重要的。机器人距离障碍 ro的路程在高斯方程中被认为是位置参数的蓝本。 最终，结果向量场 为机器人表征了新的瞬时航向角。 在不同速度的足球机器人上实验，最大速度为 3米每秒。坐标系统已英寸为单位。 表格 ：在 0.36米每秒速度下的避障路径 表格 10:0.51米每秒速度下的避障路径 nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 16 页 共 17 页 表格 11:0.84米每秒速度下的避障路线。 2.2.6设置轨迹舍弃匹 配移动机器人的动态模型。 作者当前的尝试是将势力场的路径和机器人的动态模型进行对比以决定是否机器人会按路径移动。这可以在频域进行，通过在需要按路径行动时对机器人频宽加上模型频宽和输入信号作比较来进行研究。这种方法可以进一步研究。这可以为根据机器人频宽定制向量场提供基础。 2.3 模型化移动机器人 这一章研究的是开发和理解分析运动机器人的运动学模型和致力于控制运动模型上运动链的每个马达。此理论更深入的阅读请参阅 McKerrow P J (1991)章节 8.1 此书参考 Muir P F和 Neuman C P (1986)。 Muir 和 Neuman介绍了一个模型化轮动移动机器人的方法。这和机器人手臂的模型化很有用（机械手运动学）。 差动驱动机器人 差动驱动是模型化一个移动机器人的一种简单方法。这也是为什么这种方法如此的普遍。这种机器人是由 2 个对角线发转车轮组成，具体见表格 12.如果两个轮子都有同样的向量，机器人将会走直线。如果一个轮子比另一个轮子比另一个快，机器人将会转圈。如果一个轮子开向反方向同速度，机器人将会在原地打转，“在一点上”。 雅克比轮的矩阵如下： 这里 V是指向机器人中心的向量。 是绕机器人中心的角度向量 ，具体看图表 12.p通过nts西北工业大学明德学院毕业设计论文 第 17 页 共 17 页 雅克比轮和 P 进行联系。 P 表示机器人姿态。机器人姿态可以表征机器人运动相对地板的运动程度。 指示机器人的瞬时航向角。 假设没有摩擦，轮子的方向会指向正前，瞬时和速度方向一直。这种现象的优点是计算简单。缺点是不能向侧移动。 图表 12:差动驱动机器人 ntsnts 叉形件加工工艺规程 学 生： 程龙飞 指导老师： 邓修瑾 二零一四年四月 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 设备 定位 夹紧 共 页 第 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 nts 序 目 录 产品型号 ZL 10 共 2 页 零件组号 ZA10 10 13 第 1 页 工序号 工 序 名 称 设 备 工序卡片数 附注 5 毛坯（棒料） 锯床 1 10 切断 C620 1 15 车端面 ，打 中心孔 C620 1 20 粗车外圆 ， 车锥度 C620 1 25 铣平面 ，铣槽 X60 1 30 打毛刺 钳工台 11 35 钻中心孔 C620 1 40 打毛刺 钳工台 45 细车外圆 C620 1 50 钻孔 Z518 1 55 打毛刺 钳工台 60 铣外圆 X52k 1 65 打毛刺 钳工台 70 铣平面 X52k 1 75 打毛刺 钳工台 80 打标记 钳工台 1 85 中检 检验台 1 90 热处理 电炉 nts工 序 目 录 产品型号 ZL 10 共 2 页 零件组号 ZA10 10 13 第 2 页 工序号 工 序 名 称 设 备 工序卡片数 附注 95 修复基准 C620 1 100 精车外圆 C620 1 105 磨外圆 M114 1 110 磨平面及槽 MT120A 1 115 镗孔 C620 1 120 磁粉探伤 探伤机 125 车螺纹 C620 1 130 钻小孔 Z518 1 135 磨 小 台 MT475A 1 140 表面处理 槽 1 145 终检 检验台 1 150 防锈，油封 槽 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 毛坯 （棒料 ） 5 设备 铝床 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 注：每个毛坯可生产 20 个。 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 毛坯由热轧圆钢经退火处理 米尺 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 切断 10 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 按上述要求下料，切断刀宽不 三爪卡盘 切断刀 游标卡尺 得大于 5，切断面与轴线垂直 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 车端面 打 中心孔 15 设备 锯床 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 车端面 三爪卡盘 游标卡尺 2 打中心孔，孔深不得大于 2.5 三爪卡盘 1 中心孔 塞规 3 调头，重复上述步骤 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 粗车外圆 车锥度 20 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 加工外圆表面 顶尖 Y714车刀 卡尺 2 粗车细外圆 顶尖 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 铣平面 铣槽 25 设备 X60 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 铣槽 专用夹具 （三面刃铣刀）组合刀具 卡尺 尺规 下接 NO.30,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 钻中心孔 35 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 钻中心孔，孔深不大于 2.5 三抓卡盘 中心钻 1 塞规 下接 NO.40,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 细车外圆 45 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 细车外圆 专用顶尖 车刀 千分尺 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 钻孔 50 设备 Z518 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 钻孔 钻孔 专用夹具 麻花转 塞规 2 要求孔轴线对外圆轴线的垂 直度为 0.1 标准芯棒 3 钻孔后打孔 下接 NO.55,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 铣外形 60 设备 X52K 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 铣外形 铣床夹具 20 指状铣刀 卡尺 尺规 下接 NO.65,去除毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 铣平面 70 设备 X52K 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 铣外形 铣床夹具 指状铣刀 深度尺 尺规 下接 NO.75,打毛刺 什锦锉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 打标记 80 设备 钳工台 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 按图示要求打标记 虎锉 振动笔 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 中检 85 设备 检验台 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 检验尺寸 16.5-0.2 100% 千分尺 检验尺寸 8.5 0.1 100% 下接 NO.90，热处理后硬度为 硬度仪 HRC36_41，进行调质处理 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工 序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 修复基准 95 设备 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 研磨中心孔，以去除热处理 三爪卡盘 1 中心孔 塞规 后的氧化皮等 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 精车外圆 100 备设 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 精车外圆 9.5-0.1 扁顶尖 顶尖 Y714车刀 千分尺 2 倒角 0.330o 卡板 3 精车外圆 6.5-0.1 4 精车外圆 5-0.012 测量外圆时应卡在圆孔最低点 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 磨外圆 105 备设 M114 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 磨外圆 9.03h6 扁顶尖 顶尖 砂轮 千分卡尺 2 磨外圆 6h6 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 磨平面 及槽 110 备设 MT120A 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 磨床夹具 砂轮 千分尺 测量心轴 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 镗孔 115 备设 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 粗镗孔 9.3+0.09 车床夹具 9.3 镗刀 塞规 2 精镗孔 9.8+0.036 9.8 镗刀 3 铰孔 10+0.015 10 铰刀 4 倒角 0.345o 锪钻 下接 NO.30,打毛刺 注：磁粉探伤前后均须清洗磁粉探伤要求表面 无明显裂纹，允许表面留有磁粉 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 车螺纹 125 备设 C620 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 车螺纹 软三爪 螺纹车刀 螺纹量规 2 车端面 卡规 3 倒角 0.545o nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 钻小孔 130 备设 Z518 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 钻床夹具 1.5 钻头 nts工序 卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA YB674-73 HRC3641 磨凸台 135 备设 M7475A 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 磨凸台 磨凸台 夹具 砂轮 游标卡尺 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA HRC3641 表面热处理 140 备设 槽 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 注： L 段和表面 C 发兰，其余表面镀镉 812u，钝化。 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 nts工序卡片 零件名称 材 料 硬度 工序名称 工序号 叉形件 30CrMnSiA HRC3641 终检 145 备设 检验台 定位 夹紧 共 1 页 第 1 页 序号 加 工 要 求 说 明 夹具 刀具 量具 1 按图示尺寸 检验 卡尺 2 检验粗糙度 千分尺 尺规 终检前后须清洗，最后须接 螺纹量规 NO.150，防锈油封，按冶金 垂度直测具 说明书进行 比较样板 nts nts 本科毕业设计论文 题 目 叉形件工艺及铣床夹具设计 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 程龙飞 指导教师 邓修瑾 毕业时间 2014-06 nts 毕业 任务书 一、题目 叉形件的 加工 工艺 及铣床 夹具 的 设计 二、指导思想和目的要求 通过对本课题的研究和训练，培养学生综合应用所学基础理论、基 本知识和专业知识解决生产实际问题的能力； 培养学生正确运用工程运算和使用技术文献、规格资料的能力；培养学生掌握工艺过程设计和工艺装备设计等的设计方法；培养学生简明精确地表达设计思想的能力以及制图和写论文等的能力。 使学生熟练应用相关软件进行工程设计与分析，建立工艺文件；培养学生探求未知、开拓创新的科学精神和从事工程实践的基本能力。 通过毕业设计，使学生初步掌握工程技术的设计能力、解决问题的能力。 三、主要技术指标 1、 对指定的零件图进行构造分析和工艺分析，并绘制零件图； 2、 制定工艺路线； 3、 编制全部工艺规程； 4、 设计铣床 夹具，用 AutoCAD 绘图，对所设计的专用夹具进行精度分析； 5、 撰写说明书（论文 ） 。 四、进度和要求 1、分析并绘制叉形件零件图 1 周 2、工艺路线及编制工艺规程 4 周 3、设计工艺装备（铣床夹具） 3 周 4、编写说明书（论文） 2 周 5、评阅 ，答辩 1 周 五、主要参考书及参考资料 1 李益民 机械制造工艺设计简明手册 北京：机械工业出版社， 1994 2 宋宝玉 . 简明机械设 计手册 . 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 2008 年 8 月 3 阎光明 ,侯忠滨，张云鹏 现代制造工艺基础 西安：西北工业大学出版社 2007 4 赵家齐机械制造工艺学课程设计指导书北京：机械工业出版社 2005 5 韩进宏互换性与测量技术基础北京：北京大学出版社 2006 6 邓文英 ,郭晓鹏金属工艺学北京：高等教育出版社 2008 7 郭纪林 ,余桂英 .机械制图 .北京：清华大学出版社 .2004 设计 论文 nts8 罗洪涛 ,万征 .中文 AutoCAD2007 机械设计教程 .西安：西北工业大学出版社 .2007 9 施平 .机械工程专业英语教程 .北京：电子工业出版社 .2009 学生 程龙飞 指导教师 邓修瑾 系主任 魏生民 nts论文 题目： 叉形 件的 加工 工艺及铣 床夹 具设计指导老师：邓修瑾 姓名：程龙飞 班级： 161001 学号： 103266 ntsnts零件的分析 1 工艺规程设计 2 铣床夹具设计及分析 3 ntsnts零 件 的 作 用 和 结 构叉形件是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一，在产品的某组件中内孔10和外圆 9与叉形件组件中的外圆和内孔配合，起到一个连接的作用。 从叉形件的结构特征来看，它是长度大于直径的回转体零件，其被加工表面有外圆柱面、外圆锥面、螺纹、沟槽、孔等。根据它的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法。 nts第 二 章： 工 艺 规 程 设 计1.确定毛坯的制造形式 零件材料选用高级优质合金钢，并要求进行淬火后回火，保持硬度为 HRC=36-41, 选用棒料。 2.粗基准的选择 粗基准选择毛坯的外圆表面径向基准，以端面作为轴向基准下料，这样选择可以保证在粗加工时的零件精度。 3.精基准的选择 我们以设计基准 9的中心线为零件的径向精基准。 4.零件加工阶段的划分 将其工艺路线划分为 4个阶段：毛坯 -粗加工（车外圆、铣槽、钻孔、铣圆弧） -半精加工 -精加工 -光整打磨。 nts5.制定工艺路线及方案 在分析研究叉形件零件图的基础上，对各加工表面选择相应的加工方法。 外圆表面的加工方案：粗车 半精车 精车 磨。 内孔表面加工方案：钻 镗 铰 平面加工方案：粗铣 精铣 磨。 6.机械加工余量的确定 根据原始资料及加工工艺，可以确定孔 10、槽 9mm以及外圆 16mm的机械余量工序尺寸。 nts第 三 章铣 床 夹 具 设 计参考了一些铣床类专用夹具的设计，最终确定下图所示的铣床夹具 图 3-2：铣床夹具设计图 nts1.工件自由度分析及定位元件的选择 图 3-3 ： 25工序图 nts如上图 3-1所示，在 25工序中，要求限制 X方向的移动和转动， Z方向的移动，以及 Y方向的转动，根据零件的定位基准和工艺要求，一边用 V形块定位，小端外圆，一边用 V形块夹紧。轴向定位是端面选用支撑钉，由于 V型块的自动定心，保证了槽的对称度，并且安装方便，如果采用半圆孔和外圆定位，则定位误差较大，定位基准外圆和半圆孔之间的间隙无法排除。故外圆表面采用 V型块定位。通过螺钉压板将零件压紧，一次左右装两个零件同时加工，在卧铣上装三个三面刃盘铣刀保证壁厚。 主要定位元件 V型块限制四个自由度： X和 Y方向的移动和转动，底端支撑钉限制 Z轴的移动保证槽的深度，实际定位键限制了五个自由度。 nts 对刀块工作表面的位置尺寸 9.425 0.005值等 8.4mm的平均值，即8.425 0.025，再加上塞尺的厚度 1mm，其尺寸偏差取 0.025的 1/5，即为 0.005，所以该对刀块的位置尺寸为9.425 0.005。 对刀块 nts3.夹具精度分析 由于基准重合，所以定基误差 定基 0 这里采用 V型块定位， V型块定位能很好的保证工件的对称性要求，它对垂直对称轴线方向上的位移并无影响，因此定位误差 定位 0 因为加紧力所引起的变形方向对该原始尺寸无影响，则夹紧所致的误差 夹紧 为零 加工过程中工艺系统变形、磨损以及调整不准确等造成的原始尺寸的误差此处很小所以 加工 0.015 定位件与安装面的平行度误差为 0.02，所以 夹安 =0.02 定基 + 定位 + 夹安 + 加工 + 夹紧 ，即0.050+0.02+0+0+0.015所以该夹具可以确保工件的技术要求。 nts4.夹具设计及操作的简要说明 本道工序的铣床夹具选择了手动夹紧方式。本工序由于是粗加工，铣削力较大，为了夹紧工件，故采用螺钉压板结构。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；且中批量生产，一次装夹两个零件，一次对刀加工两个零件减少辅助时间，提高生产效率。同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。 nts 大学本科的学习生活即将结束。在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别感谢我的导师邓修瑾老师
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