1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報告</b></p><p>　　機械設計制造及其自動化</p><p>　　拋光機器人動力機械臂設計</p><p>　　一、選題的背景與意義 </p><p>　　伴隨著生活水平的提高工業(yè)產品的類型越來越多，需要拋光的工件種類不斷增多。在工業(yè)的生產活動中拋光越來越成為一個不可

2、或缺的環(huán)節(jié)。而拋光用拋光機由于其工件的多樣性所以在市面上的拋光機也是多種多樣，對應于不同的產品要有特定的拋光機才能進行拋光。復雜形狀的產品需要多次的裝夾加工甚至不能用機械拋光只能人工手動進行拋光。例如轉椅的五腳型架，需要拋光的面為整個工件的空間曲面。面對該類工件只能運用人工拋光的手段才能進行拋光。然而人工拋光的缺陷也是顯而易見的，首先，在無法自動加工的情況下人工拋光耗費了大量的人力勞動資源。其二，拋光作業(yè)對人體的危害。拋光過程中產生的大

3、量粉塵在工人加工過程中不可避免的會被吸入從而對人員健康產生極大地危害。第三，人工拋光其質量的不可靠性。由手動拋光完成的產品受到工人本身工作技術的影響，其質量很難得到保證，即使同一工人的工作也很難保證其拋光的穩(wěn)定性。第四，人工拋光的效率問題。受到人的限制，手動拋光的生產效率不會有大幅度提升的空間，這對提高生產效率十分不利。</p><p>　　因此人們不斷的設計出各種不同類型的拋光機用以提高拋光的效率和質量。梁秀春

4、曾提出過木工用拋光機的設計來解決家具工業(yè)化生產后的大批量拋光問題[15][1]。而杜書娟，郭忠達，余孝軍在“觸摸屏與PLC在磁流變拋光機的應用”[13]中提及PLC技術在拋光機中的運用將自動控制技術融入拋光機中以求達到拋光生產的高效與自動化。隨著自動化要求的不斷提高，更多的新興技術必將融入拋光機中從而使拋光作業(yè)由繁至簡達到一類拋光機的多種拋光應用。而設計一種動力機械手臂盡量多的完成各類工件的拋光工作對于提高拋光工藝的效率等方面的意義是十

5、分重大的。</p><p>　　本次設計設想運用機械相關理論，設計出拋光機的動力機械臂配合機床的運動達到多個自由度使拋光機在拋光作業(yè)時能更為靈活。從而可以加工多類形狀各異的工件達到簡化拋光機種類提高工作效率的目的。</p><p>　　二、研究的基本內容與擬解決的主要問題：</p><p><b>　　研究的基本內容：</b></p>

6、;<p>　　1了解拋光機與動力機械臂的基本工作原理。</p><p>　　2 拋光機機械臂工作運動實現(xiàn)分析。</p><p>　　3 拋光機機械臂運動機構的設計分析。</p><p><b>　　擬解決的主要問題：</b></p><p>　　1拋光機動力臂的工作的運動分析。</p><

7、;p>　　2 拋光機機械動力臂的參數(shù)計算。</p><p>　　三、研究的思路與技術方案：</p><p><b>　　研究的思路：</b></p><p>　　查閱機械期刊等相關參考資料，了解拋光機工作原理；收集國內外相關機構的研究情況和動力臂的參考資料；查閱機械結構的相關文獻確定合適的動力臂結構；通過計算，確定完成動力臂結構的設計及其

8、他零部件的選用；最終畫出零件圖和總裝圖。</p><p><b>　　主要技術方案：</b></p><p>　　1查閱相關的機械文獻期刊和參考資料，了解拋光機的工作原理，明確該機械臂對應的工作類型。</p><p>　　2收集國內外相關拋光機的研究情況和動力機械臂的參考資料，了解拋光機的發(fā)展狀況并比較其優(yōu)缺點，提出自己的設計方案。</p

9、><p>　　3參考相關機械書籍，找到合適的機械臂結構，匹配的電機動力源，確定機械臂的基本結構。</p><p>　　4計算各項數(shù)據(jù)，確定機構中的參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)選用設備。</p><p>　　四、研究的總體安排與進度：</p><p>　　2010年11月： 論文選題 </p><p>　　2010年11月23日：指導教

10、師下達畢業(yè)論文任務書、收集資料，完成文獻綜述、開題報告，提交論文研究框架等；</p><p>　　2010年12月22日：開題論證會之后撰寫論文、修改、定稿、填寫論文手冊</p><p>　　2011年3月份之前：完成兩篇外文文獻翻譯</p><p>　　2011年3月：完成畢業(yè)設計初稿</p><p>　　2011年5月：畢業(yè)設計定稿，完成

11、、設計說明書等</p><p>　　第八學期（102學期）第七周前：第一輪答辯結束。</p><p><b>　　主要參考文獻：</b></p><p>　　[1] Allen Y. Yi a Mike Hezlep b Tom Pol b A computer controlled optical pin polishing machi

12、ne[J] Journal of Materials Processing Technology 146 (2004) 156–162.</p><p>　　[2] Liang Liao a, Fengfeng (Jeff) Xi a,_, Kefu Liu b Modeling and control of automated polishing/deburring process using a dual

13、-purpose compliant toolhead [J] International Journal of MachineTools&Manufacture 48 (2008) 1454– 1463</p><p>　　[3] Xiang Zhang Carsten Krewet Bernd Kuhlenko¨tter Automatic classification of defe

14、cts on the product surface in grinding and polishing[J] International Journal of Machine Tools & Manufacture 46 (2006) 59–69.</p><p>　　[4] 楊小芳 史耀耀 段繼等 整體葉盤五坐標數(shù)控拋光機設計與應用[J] 科學技術與工程 第10卷第9期2010年3月 1671-18

15、15( 2010) 09-2061-05。</p><p>　　[5] 劉濤 高慧瑩 羅楊 費玖海 PG- 510 型單面拋光機的研制[J] 電子工業(yè)專用設備</p><p><b>　　總第187 期。</b></p><p>　　[6] 王武剛 呂玉山 擺式拋光機的運動摩擦學分析 [J] 現(xiàn)代制造工程 2009年第1期。</p>

16、<p>　　[7] 胡曉珍 李偉 超精密雙面拋光機結構的優(yōu)化設計[J] 制造技術與機床 2009年第3期。</p><p>　　[8] 湯迎紅 吳運新 周鵬 陶瓷拋光機磨頭凸輪的改進設計[J] 機械工程師 2006 年第3 期。</p><p>　　[9] 衛(wèi)振峰 張維林 陳萬仰等 行星拋光機的結構特點及改進意見[J] 紡織器材 第1期第21卷。</p><

17、;p>　　[10]呂惠澤 自動砂帶曲軸拋光機的特點及結構分析[J] 設計與研究 1992年第12期。</p><p>　　[11] 劉偉 王偉 李和仙等 行星式研磨拋光機的設備改造設計[J] 機電技術 2010 年第1 期。</p><p>　　[12] 陳麗芬 王志堅 陶瓷拋光機磨頭及其驅動部件的建模與動態(tài)特性分析[J] 中國陶瓷工業(yè) 2008年10月第15卷第5期。 </p

18、><p>　　[13] 杜書娟 郭忠達 余孝軍 觸摸屏與PLC在磁流變拋光機中的應用[J] 現(xiàn)代商貿工業(yè) 第19卷第9期。</p><p>　　[14]王會強 孫維連 溫新林等 國內外金相試樣拋光機的發(fā)展概況[J] 熱處理 2007年第22卷 第3期。</p><p>　　[15] 梁秀春 木工用拋光機的設計[J] 機械工程與自動化 第6 期( 總第139 期)。<

19、;/p><p>　　[16] 馮申 吉曉丹 陳敏 加工小型零件的磁力拋光機的設計[J] 機床與液壓20051No12。</p><p>　　[17] 鄭曉斌 薛毓強 新型柔性拋光機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J] 電工電氣 2010 No.1。</p><p>　　[18]何峰 基于PLC的曲軸拋光機控制系統(tǒng)設計[J] 機車車輛工藝 第2期 2010年4月。</p>

20、;<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p>　　機械設計制造及其自動化</p><p>　　拋光機器人動力機械臂設計</p><p><b>　?。薄∥墨I綜述正文</b></p><p>　　摘要：本文首先介紹了拋光機的工作原理，然后通過概述目前國內外的拋光機的發(fā)展

21、狀況，比較提出其自身存在的一些優(yōu)點和缺陷，最后按照本次的設計要求提出自己的設計思路。</p><p>　　關鍵詞：拋光機；動力臂；自動化。</p><p><b>　　.　 引言：</b></p><p>　　拋光機是一種電動工具，在工業(yè)機械的生產過程中需要對完成加工的零件進行有效的表面處理。是工件符合裝配的要求或者使用的需要。因此幾乎任何機

22、械的生產都需要有拋光工件這一步驟，而拋光質量的好壞直接影響到該機械的最終功能。所以對不同的工件設計出合適的拋光設備對保證其機械功能是十分重要的。</p><p>　　2　拋光機的工作原理</p><p>　　拋光機是一種電動工具，拋光機由底座、拋盤、拋光織物、拋光罩及蓋等基本元件組成。 電動機固定在底座上，固定拋光盤用的錐套通過螺釘與電動機軸相連。拋光織物通過套圈緊固在拋光盤上，電動機通過

23、底座上的開關接通電源起動后，便可用手對試樣施加壓力在轉動的拋光盤上進行拋光。拋光過程中加入的拋光液可通過固定在底座上的塑料盤中的排水管流入置于拋光機旁的方盤內。 拋光罩及蓋可防止灰土及其他雜物在機器不使用時落在拋光織物上而影響使用效果[1][2]。</p><p>　　拋光機操作的關鍵是要設法得到最大的拋光速率，以便盡快除去磨光時產生的損傷層。同時也要使拋光損傷層不會影響最終觀察到的組織，即不會造成假組織。前者要

24、求使用較粗的磨料，以保證有較大的拋光速率來去除磨光的損傷層，但拋光損傷層也較深；后者要求使用最細的材料，使拋光損傷層較淺，但拋光速率低[3][4]。 </p><p>　　解決這個矛盾的最好的辦法就是把拋光分為兩個階段進行。粗拋目的是去除磨光損傷層，這一階段應具有最大的拋光速率，粗拋形成的表層損傷是次要的考慮，不過也應當盡可能??；其次是精拋(或稱終拋)，其目的是去除粗拋產生的表層損傷，使拋光損傷減到最小。拋光機拋

25、光時，試樣磨面與拋光盤應絕對平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓力太大而產生新磨痕。同時還應使試樣自轉并沿轉盤半徑方向來回移動，以避免拋光織物局部磨損太快在拋光過程中要不斷添加微粉懸浮液，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產生“曳尾”現(xiàn)象；濕度太小時，由于摩擦生熱會使試樣升溫，潤滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，輕合金則會拋傷表面。為了達到粗拋的

26、目的，要求轉盤轉速較低，最好不要超過600r/min；拋光時間應當比去掉劃痕所需的時間長些，因為還要去掉變形層。粗拋后磨面光滑，但黯淡無光，在顯微鏡下觀察有均勻細致的磨痕，有待精拋消除[5][7]。 </p><p>　　精拋時轉盤速度可適當提高，拋光時間以拋掉粗拋的損傷層為宜。精拋后磨面明亮如鏡，在顯微鏡明視場條件下看不到劃痕，但在相襯照明條件下則仍可見到磨痕。拋光機拋光質量的好壞嚴重影響試樣的組織結構，已逐步

27、引起有關專家的重視。近年來，國內外在拋光機的性能上作了大量的研究工作，研究出不少新機型、新一代的拋光設備，正由原來的手動操作發(fā)展成為各種各樣的半自動及全自動拋光機[8][9][13]。 </p><p><b>　　3　拋光機的發(fā)展</b></p><p>　　作為工業(yè)生產中不可或缺的生產設備，拋光機在生產活動中被頻繁的應用。因此如何提高拋光機的工作效率以及在生產中

28、解放人工的勞動以達到半自動乃至全自動將會成為拋光機發(fā)展的趨勢。從簡單的手動拋光器械（圖１）到半自動（圖2）以及全自動拋光設備 [14]（圖3）</p><p>　　圖一 圖二 圖三</p><p>　　根據(jù)生產要求的不斷提高，拋光機的更新也在不斷進行以適應各類工件的要求。</p><p>　　

29、例如，結構簡單的砂帶傳動拋光機，蝸桿拋光機等。馮申，吉曉丹，陳敏提到的加工小型零件的磁力拋光機[15]。磁性研磨廣泛用于零件的拋光與研磨。復雜小型零件或棱角去毛刺及倒棱等研磨加工當不能使用滾筒時大都采取手工作業(yè)而用滾筒時又有研磨不到的地方。研磨復雜小型零件的磁性研磨裝置可以解決這個問題。對于磁極形狀比較復雜或者氣隙較大時采用磁場圖法計算電磁感應器的磁路該種方法在工程中得到應用。用以拋光小型零件。隨著人們的生活水平的不斷提高，家具等以前人

30、工定制的產品，由于其需求的不斷增大也已轉化為工業(yè)化批量生產。為解決家具產品的拋光問題梁秀春曾提出過木工用拋光機的設計，用以解決該類問題[16]。</p><p>　　伴隨著拋光工藝的進步以及對生產效率的要求PLC控制技術等數(shù)控技術也被運用于大型的拋光機中，以達到高效自動的要求。杜書娟，郭忠達，余孝軍在“觸摸屏與PLC在磁流變拋光機的應用”中提及PLC技術在拋光機中的運用。觸摸屏以界面形式使操作狀態(tài)、當前過程值以及

31、連接的PLC 的故障可視化,并通過組態(tài)變量建立觸摸屏與PLC 的通訊,使觸摸屏上的各項設定值輸入PLC ,同時PLC 接收現(xiàn)場各狀態(tài)檢測信號,按預先編寫的程序實現(xiàn)計算和控制輸出功能,從而實現(xiàn)對拋光機整個運動過程的控制。由此可以大大的節(jié)省人工勞動以達到較高的自動化程度。隨著拋光機不斷融合更多的高新控制技術，其自動化發(fā)展必將日新月異。就現(xiàn)階段而言拋光機的自動化依然有限。只有某一產品有大量的需求時才會單一開發(fā)該類產品的自動化拋光機。但是大多數(shù)

32、的設計都具有單一性只適合一類產品，所以能夠設計出多用途的高自動化拋光機是很有意義的[17][18]。</p><p>　　4　本次拋光機器人機械臂的設計</p><p>　　很大一部分的拋光機由于其加工工件類型的關系并不需要機械臂。但對于一些產品由于其形狀原因普通的拋光機不能很好的進行拋光，可能需要多次的裝夾或者特殊的裝夾器械。導致效率底下成本上升。因此設計具有一定功能的動力臂來實現(xiàn)該類產

33、品的拋光動作是十分必要的（圖4，5）。</p><p>　　圖四 圖五 </p><p>　　本次設計的拋光動力臂配合機床的運動期望能夠達到多個自由度，使拋光機能夠進行更為靈活的拋光動作以便拋光多種形狀各異的工件。拋光臂由兩臺電機帶動分別負責動力臂的擺動以及控制砂輪的轉動。根據(jù)所需動力的大小按各項參數(shù)計算得到合適的電機，

34、確定機械臂的基本結構能夠確保負載其本身重量便于加工。總體來講，本次設計一類簡單的有一個自由的機械臂結構在機床的輔助運動下可以完成較靈活的加工，達到節(jié)約成本改善拋光機械的目的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Allen Y. Yi a Mike Hezlep b Tom Pol b A computer controll

35、ed optical pin polishing machine[J] Journal of Materials Processing Technology 146 (2004) 156–162.</p><p>　　[2] Liang Liao a, Fengfeng (Jeff) Xi a,_, Kefu Liu b Modeling and control of automated polishing/

36、deburring process using a dual-purpose compliant toolhead [J] International Journal of MachineTools&Manufacture 48 (2008) 1454– 1463</p><p>　　[3] Xiang Zhang Carsten Krewet Bernd Kuhlenko¨tter Au

37、tomatic classification of defects on the product surface in grinding and polishing[J] International Journal of Machine Tools & Manufacture 46 (2006) 59–69.</p><p>　　[4] 楊小芳 史耀耀 段繼等 整體葉盤五坐標數(shù)控拋光機設計與應用[J]

38、科學技術與工程 第10卷第9期2010年3月 1671-1815( 2010) 09-2061-05。</p><p>　　[5] 劉濤 高慧瑩 羅楊 費玖海 PG- 510 型單面拋光機的研制[J] 電子工業(yè)專用設備總第187 期。</p><p>　　[6] 王武剛 呂玉山 擺式拋光機的運動摩擦學分析 [J] 現(xiàn)代制造工程 2009年第1期。</p><p>　

39、　[7] 胡曉珍 李偉 超精密雙面拋光機結構的優(yōu)化設計[J] 制造技術與機床 2009年第3期。</p><p>　　[8] 湯迎紅 吳運新 周鵬 陶瓷拋光機磨頭凸輪的改進設計[J] 機械工程師 2006 年第3 期。</p><p>　　[9] 衛(wèi)振峰 張維林 陳萬仰等 行星拋光機的結構特點及改進意見[J] 紡織器材 第1期第21卷。</p><p>　　[10]

40、 呂惠澤 自動砂帶曲軸拋光機的特點及結構分析[J] 設計與研究 1992年第12期。</p><p>　　[11] 劉偉 王偉 李和仙等 行星式研磨拋光機的設備改造設計[J] 機電技術 2010 年第1 期。</p><p>　　[12] 陳麗芬 王志堅 陶瓷拋光機磨頭及其驅動部件的建模與動態(tài)特性分析[J] 中國陶瓷工業(yè) 2008年10月第15卷第5期。 </p><p

41、>　　[13] 杜書娟 郭忠達 余孝軍 觸摸屏與PLC在磁流變拋光機中的應用[J] 現(xiàn)代商貿工業(yè) 第19卷第9期。</p><p>　　[14] 王會強 孫維連 溫新林等 國內外金相試樣拋光機的發(fā)展概況[J] 熱處理 2007年第22卷 第3期。</p><p>　　[15] 梁秀春 木工用拋光機的設計[J] 機械工程與自動化 第6 期( 總第139 期)。</p>&

42、lt;p>　　[16] 馮申 吉曉丹 陳敏 加工小型零件的磁力拋光機的設計[J] 機床與液壓20051No12。</p><p>　　[17] 鄭曉斌 薛毓強 新型柔性拋光機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J] 電工電氣 2010 No.1。</p><p>　　[18] 何峰 基于PLC的曲軸拋光機控制系統(tǒng)設計[J] 機車車輛工藝 第2期 2010年4月。 </p><

43、p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　拋光機器人動力機械臂設計</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要：本文簡述了拋光機在工業(yè)生產中的廣泛應用，同時敘述了拋光機機械臂機構

44、對于拋光機合理加工簡化加工流程以及提高工作效率的重要作用，列舉幾個拋光機具體事例的應用，通過介紹各類型拋光機總結出本次設計的拋光機機械臂結構。敘述了設計的基本思路。在閱讀相關文獻資料后初步確定了拋光機的基本數(shù)據(jù)，通過確定普通拋光機的拋光功率與拋光轉速確定拋光機所選用的電機型號。在選定電機的情況下估算拋光功率，以及傳動機構形式。選用多軸傳動來傳遞轉矩。初步確定拋光機各軸最小直徑以及軸承等配件型號。通過焊接連接兩手臂轉動部分使其達到周向的轉

45、動。同時在轉速與轉矩的考慮下選用蝸桿渦輪來降低轉動電機轉速，提高電機功率。最后通過校核確定各部件的強度合理。列出個部分的尺寸以便作圖。</p><p>　　關鍵詞：拋光機；機械臂；多軸傳動。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　ABSTRACT:This paper briefly describes th

46、e polisher wide application in industrial production,also describes the important role of the polishing machine mechanical arm institutions in polishing machine’s reasonable processing simplified process and enhance work

47、 efficiency. Lists several polishing machine concrete examples of applications, through the introduction of the various types of polishing machine summarizes the design of polishing machine mechanical arm structure that

48、we will do. Talking </p><p>　　KEYWORDS:polishing machine；mechanical arm；Multi-axle transmission.</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要12</b></p><p&

49、gt;　　Abstract13</p><p><b>　　目　錄14</b></p><p><b>　　1前言17</b></p><p>　　1.1設計的背景意義17</p><p>　　1.2設計的目的17</p><p>　　1.3設計的內容與主要

50、問題18</p><p>　　1.3.1設計的基本內容：18</p><p>　　1.3.2主要解決問題：18</p><p>　　1.4設計的思路與解決方案18</p><p>　　1.4.1設計的思路18</p><p>　　1.4.2解決方案18</p><p>　　

51、2總體設計方案19</p><p>　　2.1方案119</p><p>　　2.2方案219</p><p>　　2.3方案選擇20</p><p>　　3電機的選擇20</p><p>　　4齒輪與蝸桿渦輪的參數(shù)計算21</p><p>　　4.1錐齒輪的基本參數(shù)計

52、算21</p><p>　　4.1.1按齒面接觸疲勞強度計算22</p><p>　　4.1.2按齒根彎曲強度設計23</p><p>　　4.1.3齒輪校核24</p><p>　　4.2蝸桿渦輪的參數(shù)計算24</p><p>　　4.2.1蝸桿蝸輪粗算24</p><p&g

53、t;　　4.2.2蝸桿渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸25</p><p>　　4.2.3校核26</p><p>　　5軸的設計計算27</p><p>　　5.1軸1的設計計算27</p><p>　　5.1.1設計27</p><p>　　5.1.2校核.28</p><p&g

54、t;　　5.1.3軸承與鍵的選擇29</p><p>　　5.2軸2的設計計算29</p><p>　　5.2.1設計29</p><p>　　5.2.2校核30</p><p>　　5.2.3軸承與鍵的選擇31</p><p>　　5.3軸3的設計計算31</p><p&g

55、t;　　5.3.1設計31</p><p>　　5.3.2校核32</p><p>　　5.3.3軸承與鍵的選擇34</p><p>　　5.4軸4的設計計算34</p><p>　　5.4.1設計34</p><p>　　5.4.2校核35</p><p>　　5.4.

56、3鍵與軸承的選擇36</p><p>　　6機械臂聯(lián)接結構37</p><p>　　6.1軸1外殼37</p><p>　　6.2錐齒輪外殼37</p><p>　　6.3軸2外殼37</p><p>　　6.4聯(lián)軸器外殼37</p><p>　　6.5空心軸3和43

57、7</p><p><b>　　總結38</b></p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p>　　附錄錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　設計的背景意義</

58、b></p><p>　　伴隨著生活水平的提高工業(yè)產品的類型越來越多，需要拋光的工件種類不斷增多。在工業(yè)的生產活動中拋光越來越成為一個不可或缺的環(huán)節(jié)。而拋光用拋光機由于其工件的多樣性所以在市面上的拋光機也是多種多樣，對應于不同的產品要有特定的拋光機才能進行拋光。復雜形狀的產品需要多次的裝夾加工甚至不能用機械拋光只能人工手動進行拋光。例如轉椅的五腳型架，需要拋光的面為整個工件的空間曲面。面對該類工件只能運用人

59、工拋光的手段才能進行拋光。然而人工拋光的缺陷也是顯而易見的，首先，在無法自動加工的情況下人工拋光耗費了大量的人力勞動資源。其二，拋光作業(yè)對人體的危害。拋光過程中產生的大量粉塵在工人加工過程中不可避免的會被吸入從而對人員健康產生極大地危害。第三，人工拋光其質量的不可靠性。由手動拋光完成的產品受到工人本身工作技術的影響，其質量很難得到保證，即使同一工人的工作也很難保證其拋光的穩(wěn)定性。第四，人工拋光的效率問題。受到人的限制，手動拋光的生產效率

60、不會有大幅度提升的空間，這對提高生產效率十分不利。</p><p>　　因此人們不斷的設計出各種不同類型的拋光機用以提高拋光的效率和質量。梁秀春曾提出過木工用拋光機的設計來解決家具工業(yè)化生產后的大批量拋光問題[15][1]。而杜書娟，郭忠達，余孝軍在“觸摸屏與PLC在磁流變拋光機的應用”[13]中提及PLC技術在拋光機中的運用將自動控制技術融入拋光機中以求達到拋光生產的高效與自動化。隨著自動化要求的不斷提高，更多

61、的新興技術必將融入拋光機中從而使拋光作業(yè)由繁至簡達到一類拋光機的多種拋光應用。而設計一種動力機械手臂盡量多的完成各類工件的拋光工作對于提高拋光工藝的效率等方面的意義是十分重大的。</p><p><b>　　設計的目的</b></p><p>　　本次設計設想運用機械相關理論，設計出拋光機的動力機械臂配合機床的運動達到多個自由度使拋光機在拋光作業(yè)時能更為靈活。從而可以

62、加工多類形狀各異的工件達到簡化拋光機種類提高工作效率的目的?？梢员M量的減少人工拋光的工作量，降低拋光條件給操作人員帶來的健康危害。</p><p>　　設計的內容與主要問題</p><p><b>　　設計的基本內容：</b></p><p>　　1了解拋光機與動力機械臂的基本工作原理。</p><p>　　2 拋光機機

63、械臂工作運動實現(xiàn)分析。</p><p>　　3 拋光機機械臂運動機構的設計分析。</p><p><b>　　主要解決問題：</b></p><p>　　1拋光機動力臂的工作的運動分析。</p><p>　　2 拋光機機械動力臂的參數(shù)計算。</p><p>　　設計的思路與解決方案</p&g

64、t;<p><b>　　設計的思路</b></p><p>　　查閱機械期刊等相關參考資料，了解拋光機工作原理；收集國內外相關機構的研究情況和動力臂的參考資料；查閱機械結構的相關文獻確定合適的動力臂結構；通過計算，確定完成動力臂結構的設計及其他零部件的選用；最終畫出零件圖和總裝圖。</p><p><b>　　解決方案</b><

65、;/p><p>　　1查閱相關的機械文獻期刊和參考資料，了解拋光機的工作原理，明確該機械臂對應的工作類型。</p><p>　　2收集國內外相關拋光機的研究情況和動力機械臂的參考資料，了解拋光機的發(fā)展狀況并比較其優(yōu)缺點，提出自己的設計方案。</p><p>　　3參考相關機械書籍，找到合適的機械臂結構，匹配的電機動力源，確定機械臂的基本結構。</p>&l

66、t;p>　　4計算各項數(shù)據(jù)，確定機構中的參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)選用設備。</p><p>　　5 畫出機械臂裝配圖以及若干零件圖。</p><p><b>　　總體設計方案</b></p><p>　　在設計過程中涉及機械臂的整體結構，傳動電機位置以及在扭矩變換電機減速裝置的選擇、設計等方面有較多的不同。在比較各種方案的可行性后從中選出一種最優(yōu)

67、方案作為本次設計的主體思路。</p><p><b>　　方案1</b></p><p>　　本次設計的焦點在于由兩臺電機的動力輸出分別控制機械臂的拋光動作和整體機械臂的轉向動作。由于兩臺電機的功用不同其轉速與扭矩要求不盡相同。通過查閱文獻可知，一般較小型拋光機的功率約為1200W，轉速1500r/min。在設計其傳動結構時，為拋光機的加工方便通過多軸的傳遞使拋光機機

68、械臂成幾字狀。如圖</p><p><b>　　圖2-1 方案一</b></p><p>　　通過電機1傳動控制拋光機的拋光盤轉動，已達到拋光的效果。電機2負責控制整個機械臂的緩慢擺動，在加工時便于拋光盤的位置擺正。同時可為電機2安裝一減速器或蝸桿蝸輪在降低電機2轉速的同時提高其扭矩。</p><p><b>　　方案2</b&

69、gt;</p><p>　　兩方案中拋光機電機的基本數(shù)據(jù)一致。在設計傳動機構時為傳動的簡便與效率考慮將電機安裝于第二軸末端，減少電機功率在傳動時的損耗，同時便于安裝。如圖</p><p><b>　　圖2-2 方案二</b></p><p>　　在電機2的輸出軸上安裝一減速器或者蝸桿蝸輪一提高其扭矩降低其轉速。</p><p

70、><b>　　方案選擇</b></p><p>　　在選擇過程中考慮到方案2的設計傳動方式相較于方案一更加合理。在較少的傳遞軸的傳動下電機的功率能更好的被用于拋光作業(yè)。通過選擇的電機顯示，由于電機1的重量比較小將電機1安裝于軸2末端不會給機械臂的擺動帶來過大的扭矩負擔。同時兩部電機安裝于不同層面上也避免了在安裝結構上的復雜設計。</p><p>　　在電機2的減

71、速裝置選擇方面。通過計算比較發(fā)現(xiàn)該處減速裝置的減速比需要達到25才能有效的提高電機2轉矩。在相同的傳動比下齒輪減速器的設計難以實現(xiàn)如此大的傳動比。同時蝸桿蝸輪機構由于其特殊的自鎖特性非常適用于機械臂擺動停止時防止回落的要求。</p><p>　　綜上所述本次設計的最終方案為：方案2的傳動機構與電機安裝方式。同時選擇更加適合于機械臂結構的蝸桿蝸輪機構作為其減速裝置。通過選定方案插于相關數(shù)據(jù)設計計算各相關零件。<

72、;/p><p><b>　　電機的選擇</b></p><p>　　根據(jù)以上條件的判定可得，至電機部分傳動電機所需的輸出功率經過各級傳動消耗約為P=1200/(0.98*0.98)=1250W。通過查閱有關資料在此選取的電機為130BC3100三相反應式步進電機。其具體參數(shù)尺寸如下：</p><p>　　電機型號：130BC3100 相數(shù)：3

73、 相電流A:8.0 電阻： 0.28歐 電感：11mh步距角： 0.6/1.2 保持轉矩：12n.m 轉動慣量:10.5kg.cm^2 重量：10kg</p><p><b>　　圖5-1電機正視圖</b></p><p>　　由于機械手的轉動頻率與速度不大，電機重量僅10kg為安裝方便，電機一安裝于負責機械手臂旋轉軸的外殼之上，在機械手臂轉動時

74、隨著手臂一起轉動。負責轉動的電機為求方便等因素影響，而且也符合轉矩要求故也取為130BC3100。</p><p>　　齒輪與蝸桿渦輪的參數(shù)計算</p><p>　　錐齒輪的基本參數(shù)計算</p><p>　　該錐齒輪負責軸1 與軸2 之間的傳動轉向，取其傳動比為1 ，設齒輪齒數(shù)為40. </p><p>　　按齒面接觸疲勞強度計算 </

75、p><p>　　由設計計算公式: （3-1）</p><p><b>　　確定個系數(shù)值</b></p><p><b>　?。?）初選載荷系數(shù)</b></p><p>　　(2)計算小齒輪傳遞轉矩：</p><p><b>　　T1=</b>

76、;</p><p><b>　?。?）齒寬系數(shù)</b></p><p>　　（4）材料彈性影響系數(shù) 　　　 (9]表10——6)</p><p>　?。?）齒輪接觸疲勞強度極限 （查[19]圖10——21d）</p><p>　　（6）應力循環(huán)系數(shù)N=60njlh=4.147。</p><

77、p>　　(7) 接觸疲勞壽命系數(shù)khn=0.9。</p><p>　?。?）計算接觸疲勞需用應力安全系數(shù)為S=1 （查[19]10——21）</p><p><b>　　計算</b></p><p>　　（1）試算齒輪分度圓直徑d1，帶入</p><p><b>　　mm</b>&l

78、t;/p><p>　?。?）圓周速度V </p><p>　　（3）計算齒寬b mm</p><p>　　模數(shù)m m=d1/z=67.280/40=1.68mm</p><p>　　齒高 n n=2.2m=3.696mm</p><p><b>　?。?）計算載荷系數(shù)</b>

79、;</p><p>　　根據(jù)v=5.281m/s。7級精度。由圖10-8查得動載系數(shù)kv=1.15</p><p>　　錐齒輪 由表10-2得 KA=1。.</p><p><b>　　由表10-9 。</b></p><p>　　K=KA*KV**=2.588</p><p><b>

80、;　　根據(jù)修正公式</b></p><p>　　(5)d=d1=67.280*mm。 （3-2）</p><p><b>　?。?）計算模數(shù)m</b></p><p>　　m=d/z=64.047/40=1.6</p><p><b>　　按齒根彎曲強度設計</b&

81、gt;</p><p>　　有彎曲強度計算公式 (3-3)</p><p>　　確定公式中個計算數(shù)值的值</p><p>　?。?）有圖10-20c查得齒輪的彎曲強度極限</p><p>　?。?）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn=0.85.</p><p>　　（3）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)

82、s=1。由式（查[19]10——12）得</p><p>　?。?）計算載荷系數(shù)k=ka*kav*kf*kf=1*1.15*1*2.25=2.588</p><p>　　（5）取齒形系數(shù)，查表10-5得 Y</p><p>　　(6) 取應力校正系數(shù)，查表10-5得 Y</p><p><b>　　（7）計算 。</b&g

83、t;</p><p><b>　　計算：</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　對比計算結果，由接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.25

84、mm就近圓整為標準只1.5mm接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=64.047.得出齒輪齒數(shù)。Z=43。.</p><p>　　則錐齒輪基礎幾何尺寸為：</p><p>　　分度圓直徑d=z*m=64.5mm 齒根角 錐距R=m 分錐角。齒寬b=。</p><p>　　由此可以得出軸1與軸2之間的傳動錐齒輪。圖示：</p><p><b&

85、gt;　　圖3-1 錐齒輪</b></p><p><b>　　齒輪校核</b></p><p>　　由于在計算過程中是根據(jù)錐齒輪所受最大扭矩，通過計算其齒根齒面疲勞強度公式得出的錐齒輪基本數(shù)據(jù)故其強度無需校核。</p><p><b>　　蝸桿渦輪的參數(shù)計算</b></p><p>&

86、lt;b>　　蝸桿蝸輪粗算</b></p><p>　　初步估算機械臂整體重約80kg，折合施軸上的轉矩為200n.m。取電機為130BC3100。其保持轉矩為12n.m。選定蝸桿渦輪傳動比i=25蝸桿頭數(shù)為2,。渦輪齒數(shù)為50,。</p><p><b>　　計算：由式傳動中心</b></p><p><b>　　

87、（3-4）</b></p><p>　　(1)確定作用于渦輪的轉矩為T=250n.m 按Z=2，取效率為0.8。</p><p>　?。?）確定載荷系數(shù)K</p><p>　　因工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)；由表11-5選取使用系數(shù)；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載荷系數(shù)；則</p><p>　　K==1*1.15*1.

88、05=1.21 (3-5)</p><p>　　（3）確定彈性影響系數(shù)Ze</p><p>　　選用鑄錫磷青銅渦輪和45鋼蝸桿相配，故取Ze=160MPa。</p><p>　　（4）確定接觸系數(shù)Zp</p><p>　　假設我剛分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值為0.35，從圖11-18中可查得zp=2.9。.</p><

89、;p>　　(5)確定許用接觸應力</p><p>　　根據(jù)渦輪的材料，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC,從表11-7查得渦輪的基本許用應力=268MPa。</p><p>　　應力循環(huán)次數(shù) N=60*j*n2*Lh=4.32*10^7</p><p>　　壽命系數(shù) Khn==0.8328</p><p>　　

90、則 = Khn*=0.8328*268=223MPa</p><p>　?。?）計算中心距=109.4mm</p><p>　　取中心距a=125mm。由表11-2中得模數(shù)m=4mm，蝸桿分度圓直徑d=40mm。由圖11-18中得Zp=2.65 Zp<Zp計算結果可用。</p><p>　　蝸桿渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸</p>

91、<p><b>　?。?）蝸桿 </b></p><p>　　軸向齒距Pa=mm。直徑系數(shù)q=10。</p><p>　　齒頂圓直徑da1=d1+2ha*m=46mm。</p><p>　　齒根圓直徑df1=d1-2（ha*m+c）=30mm。</p><p><b>　　分度圓導程角</b&g

92、t;</p><p>　　蝸桿軸向齒厚sa=1/2=6.28mm。</p><p><b>　　模數(shù)m=4mm</b></p><p><b>　?。?）渦輪</b></p><p>　　渦輪齒數(shù)Z2=51。 </p><p>　　

93、變位系數(shù)X2=+0.75。</p><p>　　驗算傳動比i=51/2=25.5,傳動比誤差為0.02。在允許范圍之內。</p><p>　　分度圓直徑d2=m z2=204mm。</p><p>　　渦輪喉圓直徑da2=d2+2ha2=218mm。</p><p>　　齒根圓直徑 df2=d2-2hf2=200mm。</p>

94、<p>　　渦輪咽喉圓母圓半徑rg2=a-1/2da2=16mm。</p><p>　　渦輪齒寬B=0.75da1=36mm。</p><p><b>　　模數(shù)m=4mm。</b></p><p><b>　　校核</b></p><p>　　校核齒根彎曲疲勞強度 (3-6)</

95、p><p>　　當量齒數(shù)Zv2= X2=+0.75由圖11-19中可得Yfa2=2.03</p><p>　　螺旋角系數(shù)Y=0.7786</p><p><b>　　許用彎曲應力</b></p><p>　　從表11-8中查得渦輪的基本許用彎曲應力=56Mpa。</p><p>　　壽命系數(shù)

96、 。</p><p>　　=56*0.658=36.85mpa。</p><p>　　=18.8259mpa。齒根彎曲強度在最大靜載荷下滿足強度要求。零件具體如圖所示：</p><p><b>　　圖3-2 蝸桿蝸輪</b></p><p><b>　　軸的設計計算</b></p>

97、;<p>　　通過查閱文獻資料初步確定拋光機的基本數(shù)據(jù)。其中拋光機拋光轉速設為n=1500r/min.拋光功率為1200w，各軸間有效傳動功率為0.98，計算個軸以及零件基本數(shù)據(jù)如下。標示拋光盤軸為軸1，從拋光盤至電機各軸分別標注。</p><p><b>　　軸1的設計計算</b></p><p><b>　　設計</b><

98、/p><p>　　軸1用于直接安裝拋光盤，以及連接水平軸軸2。軸1的軸上功率可知為拋光功率p=1200W，轉速n=1500r/min。根據(jù)以上數(shù)據(jù)初步設計軸1。其結構簡圖如下所示：</p><p><b>　　圖4-1 軸1</b></p><p>　?。?）確定軸的材料為45鋼，調質處理。初步確定軸的最小直徑。</p><p&

99、gt;　　由表15-3取A0=112。 dmin=A0=10.40mm。</p><p>　　取最小軸徑為15mm。軸1的最小直徑為L1段直徑由于軸的轉矩變化較小，同時考慮安全余量取軸1 段L1 直徑為15mm，同時初步選定軸承為GB/T 292－1994 7002 C.</p><p>　　(2)為滿足軸承，錐齒輪與軸的配合取軸1L1段長為50mm。為滿足軸承的軸向定位要求L1和L2之間

100、有一軸肩，取軸肩高度為2mm。同時取得l2軸段直徑為19mm，為了滿足零件的加工方便的要求取l2段軸的長度為200mm，l3段視具體拋光盤要求，根據(jù)軸承要求暫設為直徑15mm長度60mm。</p><p>　?。?）軸承前后端分別用軸承端蓋固定。</p><p>　?。?）根據(jù)軸徑選擇固定軸與錐齒輪鍵的型號為615GB/T1096——2003</p><p><

101、;b>　　校核. </b></p><p>　　（1）根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖</p><p>　　圖4-2 軸1校核圖</p><p>　　從軸的結構圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出軸的危險截面為錐齒輪處軸承其中：</p><p>　　。 </p><p><b

102、>　　。</b></p><p><b>　　。 </b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　。 </p><p><b>　　。</b></p><p>　　。

103、 </p><p><b>　　。</b></p><p>　　總彎矩M=12927.2N.mm。 </p><p>　　扭矩T=7640N.mm。</p><p>　　（2）按彎扭合成應力校核軸的強度</p><p>　　設軸單向旋轉，扭轉切應力為

104、脈動循環(huán)變應力，取 軸的應力計算：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由表15-1查得其許用應力為60Mpa，故安全。</p><p><b>　　軸承與鍵的選擇</b></p><p>　　根據(jù)軸徑選擇軸承為GB/T 292－1994

105、7002 C.</p><p>　　根據(jù)軸徑選擇固定軸與錐齒輪鍵的型號為615GB/T1096——2003</p><p>　　軸2的設計計算 </p><p><b>　　設計</b></p><p>　　軸2用于傳動電機動力至軸1。已知錐齒輪的傳動比為1，設拋光機軸間傳動效率為0.98。軸2的軸上功率

106、可知為拋光功率p/0.98=1225W，轉速n=1500r/min。根據(jù)以上數(shù)據(jù)初步設計軸,2。</p><p>　?。?）確定軸的材料為45鋼，調質處理。初步確定軸的最小直徑。</p><p>　　由表15-3取A0=112。 dmin=A0=10.5mm。</p><p>　　為方便起見取最小軸徑為15mm。軸2的最小直徑為L1段直徑由于軸的轉矩變化較小，同時考

107、慮安全余量取軸1 段L1 直徑為15mm，同時初步選定軸承為GB/T 292－1994 7002 C.</p><p>　　(2)為滿足軸承，錐齒輪與軸的配合取軸2L2段長為50mm。為滿足軸承的軸向定位要求L1和L2之間有一軸肩，取軸肩高度為2mm。同時取得l2軸段直徑為19mm，為了滿足零件的加工方便的要求取l2段軸的長度為250mm，l3段要求連接電機必須配合聯(lián)軸器，所以同時在此選取聯(lián)軸器型號。</p

108、><p>　　聯(lián)軸器的計算轉矩Tca=Ka*T3。差表14-1，考慮到轉矩變化很小，故取Ka=1.3。T=9.55*10^6*P/n=9550000*1.225/1500=7800n.mm</p><p>　　則：Tca=Ka*t3=1.3*7800=10140n.mm</p><p>　　按照計算轉矩Tca應該小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查標準機械設計手冊聯(lián)軸器選用剛性

109、聯(lián)軸器中的凸緣聯(lián)軸器為GB/T5843-2003 GY1型聯(lián)軸器。為滿足軸2軸承與半聯(lián)軸器的安裝要求取軸2 L3段直徑為15mm長度為20mm。L4段直徑14mm長度30mm以配合半聯(lián)軸器。</p><p>　?。?）根據(jù)軸徑選擇固定軸與錐齒輪鍵以及半聯(lián)軸器的型號為620 GB/T1096——2003。</p><p><b>　　軸2簡圖如下所示：</b></

110、p><p><b>　　圖4-3軸2</b></p><p><b>　　校核</b></p><p>　?。?）根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖</p><p>　　圖4-4 軸2校核圖</p><p>　　從軸的結構圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出軸的危險截面為錐齒輪處軸承其中：

111、</p><p>　　總彎矩M=12927.22N.mm </p><p>　　扭矩T=7640N.mm</p><p>　　（2）按彎扭合成應力校核軸的強度</p><p>　　設軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取 軸的應力計算：</p><p><b>　　。</b&g

112、t;</p><p>　　前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由表15-1查得其許用應力為60Mpa，故安全。</p><p><b>　　軸承與鍵的選擇</b></p><p>　?。?）軸承為GB/T 292－1994 7002 C.</p><p>　?。?）根據(jù)軸徑選擇固定軸與錐齒輪鍵以及半聯(lián)軸器的型號為620

113、GB/T1096——2003。</p><p><b>　　軸3的設計計算</b></p><p><b>　　設計</b></p><p>　　一般電機的轉速不適合與轉速相對比較緩慢的機械臂轉動，同時存在轉矩較小的問題。為了解決以上問題，通過在電機與軸3之間安裝一蝸桿渦輪減速器可以降低電機轉速同時提高電機的輸出扭矩。蝸桿

114、渦輪傳動比設為25，蝸桿渦輪的設計在上一節(jié)介紹。軸3用于直接安裝渦輪，焊接前端空心軸帶動整個機械臂轉動。設軸間傳遞效率為0.98則軸3的軸上功率可知為p=1200/0.98W=1225，轉速為n=60r/min所受轉矩為200000n.mm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)初步設計軸3。</p><p>　?。?）確定軸的材料為45鋼，調質處理。初步確定軸的最小直徑。</p><p>　　由表15-3取A0=

115、112。 dmin=A0=30.61mm。</p><p>　　取最小軸徑為31mm。軸4的最小直徑為L1段直徑由于軸的轉矩變化較小，同時考慮安全余量取軸1 段L1 直徑為75mm。</p><p>　　(2)為滿足軸承裝配，安裝與焊接，取軸4L1段長為80mm。為滿足軸承的軸向定位要求L1和L2之間有一軸肩，取軸肩高度為2.5mm。同時取L2軸段直徑為80mm，軸長40mm 選擇軸承為G

116、B/T 292-1994 7015C。為了滿足軸承的軸向定位要求取一軸肩高為2mm寬為2。同時，取L3段直徑為75mm。為了加工方便的要求取L3段軸的長度為30mm，</p><p>　?。?）軸承L4端一軸承端蓋固定。</p><p>　　（4）其中軸與渦輪的連接鍵型號為2235 GB/T1096——2003。</p><p><b>　　圖4-5 軸3

117、</b></p><p><b>　　校核</b></p><p>　　（1）根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖</p><p>　　圖4-6 軸3校核圖</p><p><b>　　(2) </b></p><p><b>　　通過列式計算可得<

118、;/b></p><p>　　Ma=24000n.mm </p><p>　　fv2=756.85n</p><p>　?。?）計算的軸4的危險截面為蝸輪所在中心面。其最大扭矩為Mmax=52117.5n.mm。扭矩為T=20000n.mm。按彎扭合成應力校核軸的強度</p><p>　　設軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取