二维金属切削过程计算机仿真
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（ee）
指导老师：ee
[摘要]早在一百多年前人们就已经开始了对金属切削过程的研究。
金属切削是机械制造行业中的一类重要的加工手段。
金由于金属切削本身具有非常复杂的机理，用传统的研究方法研究非常困难。本文应用有限元分析方法，利用材料变形的弹塑性理论及金属切削基本原理，建立工件材料的模型，借助大型商业有限元分析软件ANSYS，通过输入材料性能参数、建立有限元模型、施加约束及载荷、计算，对正交金属切削的受力情况进行了模拟。最后得出应力云图，进行切削加工中工件和刀具的受力情况分析。
属切削过程实际上是工件材料在刀具的剪切挤压作用下，首先发生弹性变形，进而发生塑性变形、产生应变硬化，最后撕裂，沿着前刀面流出形成切屑。
[关键字]:有限元分析，ANSYS，二维金属切削
Computer Simulation Of Two-dimensional
Metal-cutting Process
ee
(ee)
Tutor: ee
【Abstract】Because of the metal cutting itself has very complex mechanism, with the conventional method, research is very difficult.In this paper, finite element analysis, material deformation elastic-plastic theory and the basic principles of metal cutting, the workpiece material model, with large commercial finite element analysis software ANSYS finite element model through the input material properties, impose constraints and load , computing, simulation of orthogonal metal cutting. The conclusion that the stress cloud, the forces of machining the workpiece and tool.Metal-cutting machinery manufacturing industry, an important class of processing means.As early as one hundred years ago people have started to metal cutting process of research.Metal cutting process is actually the workpiece material under shear extrusion tool elastic deformation, and thus the occurrence of plastic deformation, resulting in strain hardening, and finally tear outflow along the rake face of the formation of the chip.
【Keywords】: finite element, analysis, ANSYS, Two-dimensional metal-cutting
目录
1 绪论 (1)
1.1研究的目的和意义 (1)
1.2有限元模拟金属切削过程的国内外现状 (2)
1.2.1 国外研究现状 (2)
1.2.2国内研究现状 (3)
1.3二维金属切削过程有限元分析的发展现状 (4)
1.3有限元研究的意义 (6)
1.4金属切削存在的技术问题 (7)
1.5 ANSYS 简介 (8)
1.6本文研究的内容 (8)
1.7本文研究路线 (9)
2 基本理论................................... 错误！未定义书签。
2.1.金属切削的相关历史................................. 错误！未定义书签。
2.2金属切削的基本理论................................. 错误！未定义书签。
2.2.1金属的晶格结构 ................................. 错误！未定义书签。
2.2.2塑性变形机理 ................................... 错误！未定义书签。
2.2.3金属切削过程的实质 ............................. 错误！未定义书签。
2.2.4金属切削一些相关知识 ........................... 错误！未定义书签。
2.3有限元的基本理论................................... 错误！未定义书签。
2.4本文中用到的有限元理论............................. 错误！未定义书签。
2.5切屑-基体分离处理.................................. 错误！未定义书签。
2.6接触分析........................................... 错误！未定义书签。
3 二维金属切削计算机模拟过程................. 错误！未定义书签。
3.1有限元模型的建立................................... 错误！未定义书签。
3.1.1设定作业名和标题 ............................... 错误！未定义书签。
3.1.2定义分析类型 ................................... 错误！未定义书签。
3.1.3定义单元类型 ................................... 错误！未定义书签。
3.1.4定义实常数 ..................................... 错误！未定义书签。
3.1.5定义刀具和工件的材料属性 ....................... 错误！未定义书签。
3.1.6建立有限元并划分网格 ........................... 错误！未定义书签。
3.1.7定义节点耦合 ................................... 错误！未定义书签。
3.2定义接触........................................... 错误！未定义书签。
3.3施加约束和载荷..................................... 错误！未定义书签。
3.4求解............................................... 错误！未定义书签。
4 结果分析................................... 错误！未定义书签。
4.1应力场分析......................................... 错误！未定义书签。
4.2应变场分析......................................... 错误！未定义书签。致谢.......................................... 错误！未定义书签。参考文献...................................... 错误！未定义书签。
1 绪论
1.1研究的目的和意义
在机械制造的研究领域中，对金属切削过程的研究一直是国内外研究的热点和难点，因为在零件的切削加工过程中，刀具的磨损及机床的受力、受热均与金属切削过程的参数有关，同时金属切削过程中的切屑形成和剪切区应力场的变化也是一个非常复杂的过程，因此金属切削过程的研究在机械制造的研究领域中占有重要的地位[1]。
金属切削的科学研究是为揭示切削过程中的物理变化本质和规律，并有效地使用这些规律，提高切削效率和改善加工表面质量。研究方法主要包括实验研究、理论分析和有限儿仿真等。由于金属切削是一个十分复杂的非线性热力藕合过程，切削过程中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及加工表面变质层等都以不同形式、不同程度影响加工过程，并且又相互交叉影响，利用理论分析和有限元仿真研究时必须作大量的简化假设，很难准确、全面地研究切削过程，而且，理论分析和有限儿仿真的最终结果都要依靠实验来验证。因此，到目前为止，实验仍是研究金属切削机理的土要方法，现代金属切削研究相当大程度上仍是以实验研究为基础。
但是，随着新材料、新工艺的不断涌现，利用传统的解析方法，很难对切削机理进行定量的分析与研究。企业切削加下操作人员往往都是利用试错法( Trial-and-error Method)来获得经验值，既费时费力，又增加了生产成本，阻碍了切削技术的发展。同时山于实验方法本身固有的缺陷，很难得到切削过程中切削区的应变率分布、加工工件表面的温度场分布和加工工件表面的残余应力分布情况等。
计算机技术的飞速发展使得利用数值模拟方法来研究加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。它使用数学物理模型，利用相关理论，对所需功率、切削力、切削温度、应变、应变率、残余应力和切屑成形进行仿真。在刀具设计、工艺选择、加工表面质量分析、可加工性估计和断屑研究中，这些计算模型一可以有效减少甚至消除反复实验次数，克服传统实验方法的费时、费力、费用昂贵等缺点，还可以从模拟结果中得出许多实验难以得到的材料力学特性和物理特性，如:加工工件和切屑的温度场分布、应力分布、应变率分布和残余应力分布等，能较好地从理论上澄清金属切削过程的难点，对实际加工也具有很大的参考价值。近年来，有限元方法在切削工艺中的应用表明，切削
工艺和切屑形成的有限元模拟对了解切削机理，提高切削质量是很有帮助的，这种数值模拟方法具有实际应用价值，并且有很大的发展空间。
1.2有限元模拟金属切削过程的国内外现状
1.2.1 国外研究现状
二十世纪七十年代初，美国伊利诺伊大学的Klameck[2]最早使用有限元模拟技术对金属切屑成形过程进行研究分析，通过实验验证了其模拟结果的正确性。Doyle等人建立了一种新的有限元分析模型一粘弹性有限元分析模型，并把前刀面和切屑之间的摩擦以及刀背面和己加工表面间的摩擦都考虑到该新模型中。到八十年代，Iwata等人利用刚塑性有限元法对金属切削过程进行了正交切削模拟分析，模拟结果得到了切屑、工件内部应力、应变的分布，由于模型中没有考虑到弹性变形，所以没有得到工件表面的残余应力.Strenkowski和Carroll[3]建立了新的切削分析模型一弹塑性有限元分析模型，采用物理准则(等效塑性应变)作为切屑分离准则。并在分析中把刀具、工件和切屑之间的摩擦关系考虑到分析模型中，模拟得到了连续切屑成形过程和内部各变量的分布云图，模拟结果表明该物理准则在金属切削模拟分析中是有效的.进入九十年代，Moon和StrenkoWSki用Eular有限元法模拟分析金属切削过程，得到了连续带状切屑成形过程。模拟得到了工件和刀具中的各种场变量分布云图(应力场、应变场和温度场分布等)。Kamvopolns使用有限元分析软件ABAQUS建立了新的金属正交切削材料模型，通过在工件和切屑上预设分离线来实现切屑分离过程.模拟结果得到了切屑和刀具之间的摩擦应力以及刀具的磨损、积屑瘤情况，用弹塑性有限元模型模拟研究了摩擦系数对切屑厚度、刀一屑接触长度和各种场变量的影响变化规律.Sasahara和Obikawa等人在没有考虑切削温度和应变速率的情况下模拟了切削加工过程，用弹塑性有限元法模拟得到已加工表面的残余应力和应变分布，通过与实验结果比较，证明其模拟分析结果是比较可靠的。Lays Olovssan等人采用任意的Lagrange-Euler方法建立了金属切削有限元模型，该方法能够有效的处理金属切削过程中的一些关键性问题，特别是对于网格畸变方面的处理。进入二十一世纪以后，随着计算机软硬件技术的飞速发展和有限元理论的日趋完善，借助计算机进行有限元模拟分析的应用范围也是越来越广泛。台湾科技大学的Zone-Ching Lin'等人使用更新的Lagrange法来处理金属切削分析过程中的大变形问题。对切削过程中的一些关键间题进行了分析和处理，把材料内部的流动应力看成是应变、应变率和温度的函数来反应真实的材料模型，并采用了几何准则和物理准则结合的判断准则来判断
切屑分离。通过数值模拟分析研究了切削过程的刀具、摩擦系数和温度等因素对已加工表面质量的影响.随后，Zone-Ching Lin等人又建立另一种新的模型一弹塑性有限元分析模型，通过模拟分析结果讨论了工件、切屑和刀具中切削力和残余应力的分布规律，并对金属切削过程中的切屑成形机理进行深入的研究。L. J. Xie等人对刀具的前、后刀面的磨损进行有限元模拟分析，并通过实验验证了模拟结果正确性。Yung-Chang Yen和Anurag Jain等基于Lagran$ian有限元模型研究了刀尖半径对切能过程中的应力、应变和温度等变量的影响，并通过实验验证了模拟分析结果的正确性。Martin Baker研究了平面正交切削模型中切屑形状，切削力与切削速度之间的关系，结果表面随着切削速度的增大，产生的切削热使材料软化，致使切削力会逐步减小;进入到高速切削时，就会产生锯齿状切屑.伊朗Amirkabir科技大学的R.Jalili Saffar等人基于Johnson-Cook原理建立了切削有限元分析模型，对切削力和刀具磨损等情况进行了深入的研究，并通过实验验证了模拟分析结果的正确性以及所建分析模型的合理性。
1.2.2国内研究现状
随着国外的有限元分析软件的引进以及国内专家学者对有限元理论和应用软件的研究，国内在金属切削理论和有限元模拟技术方面都有了快速地发展。大连理工大学吴学松、刘培德[4]在Merchant力学模型的基础上，提出了一种新的金属切削模型，并给出了刀刃前区滑移线上正应力的计算方法和切屑弯曲半径计算公式，通过实验结果证明新切削模型的正确性，为实现模拟连续切削过程提供重要的理论基础。合肥工业大学李德宝侧对金属平面正交切削过程进行了有限元模拟分析，并对加工过程中的工件表面硬化问题进行深入的研究和探讨，模拟分析得到加工表面硬化与切削速度、摩擦系数和刀具几何参数之间的关系.华南理工大学的唐春文使用Deform软件对金属切削过程进行了模拟分析，对切削过程中的切屑成形原理、材料非线性和几何非线等问题进行了深入的研究和讨论，模拟得到了切屑成形过程和切屑应力、应变分布场量图。山东大学的赵军、孟辉等人选用物理准则Cockcroft & Latham断裂准则作为切屑分离准则，使用大型通用有限元分析软件模拟和研究了锯齿状切屑成形机理，应力、应变、和温度的分布情况。唐志涛刘战强[5]等人Lxsl在有限元分析软件DEFORM--ZD中建立了Johnson-Cook切削模型，使用等效塑性应变作为切屑分离判断准则，模拟得到了工件和刀具内部各物理场量的分布情况。通过对比分析，模拟结果与试验结果较为符合。哈尔滨理工大学的盆洪民，刘献礼等人使用ABAQUS软件模拟分析了轴承钢}Cr15材料的金属切削过程。北
京航空航天大学的董兆伟、张以都等人通过对切削过程中的网格畸变重划分和切屑分离准则等关键性问题进行分析和处理，使用MSC. Marc非线性有限元分析软件对平面应变金属切削过程进行了数值模拟分析，有限元模拟分析得到了刀具进给量对工件表面残余应力影响规律。浙江大学的成群林，柯映林等人采用Johnson-Caok(JC)材料模型对AISI5I4340材料的切削加工过程中切屑形成过程进行了有限元数值模拟分析，模拟分析得到了连续切屑和不连续切屑成形过程以及刀具几何参数对切削过程中应力、应力和切削力等场变量的影响。吴加荣、徐佳奇基于ALE方法建立了切削分析模型，在通用有限元软件中模拟分析了不同的刀具进给量对切削力的影响规律，并通过试验验证了模拟结果的正确性。昆明理工大学庞新福，杜茂华侧在有限元分析软件ABAQUS中结合材料的失效准则和单元网格死亡等理论对金属切削加工进行了弹塑性有限元模拟分析，在分析模型中建立了材料的剪切失效准则后使用单元删除技术来模拟切屑分离，数值模拟分析得到的金属内部变置(应力、应变、切削力)的分布情况符合切削理论中的结论。
1.3二维金属切削过程有限元分析的发展现状
1940 年，最早研究金属切削机理的是Merchant, Piispanen, Lee and Shaffer 等人，他们建立了金属切削的剪切角模型，并确定了剪切角与前角之间的对应关系[6]。从1960 年以后, 大量的学者开始将切削过程中的摩擦、高应变率、加工硬化和切削温度对工件加工精度的影响考虑到金属切削的模型进去，这样使得对金属切削仿真计算的结果与实际的测量数据更加接近，增进人们对金属切削机理的认识[7]。
近年来，有限元方法现已成为金属切削过程模拟的主要工具，与其他传统方法相比，它大大提高了金属切削仿真结果的准确性。1980 年，Lajczok 建立了一个简化的正交切削模型，在不考虑切屑生成的条件下从实验中得到了切屑的几何形状和切削力. 1982 年,Usui, Shirakashi 为了建立稳态的正交切削模型，第一次提出了刀面角、切屑几何形状和流动应力等，并且预测了工件中应力、应变和温度的分布[8]。1984 年，Iwata 等人将工件的材料假定为刚塑性体，利用刚塑性有限元法模拟了在低切削速度、低应变率时的稳定正交切削过程。但是，由于他们没有考虑到材料的弹塑性变形，所以没有计算出工件中残余应力的大小。Strenkowski 和Carroll等人则把工件材料假定为弹塑性体，刀具和切屑的接触面为绝热面，以等效塑性应变为切屑的分离准则分析了刀具、工件和切屑中温度、应力和应变的变化[9]。他们发现切屑的分离准则临界值是随着切削深度的改变而改变的。1990 年，Strenkowski 和Moon 等人，用欧拉有限元法建立了
金属的正交切削模型，忽略了工件的弹性变形，模拟了切屑形成,得到了工件、切屑和刀具中的温度场分布。Usui等人首次将低碳钢的流动应力假设为应变、应变率和温度的函数，用有限元法模拟了连续切削中产生的积屑瘤，而且在刀具和切屑的接触面上采用库仑摩擦模型，利用正应力、摩擦应力和摩擦系数的关系模拟了整个切削过程。Hashemi 等人采用弹塑性材料的本构关系和应用临界等效塑性应变准则，模拟了金属切削的连续切屑和不连续切屑的形成过程。Komvopoulos 和Erpenbeck 通过金属切削的正交解析法并在刀-屑的接触面上应用库仑摩擦定律，得到了刀具和切屑之间的法向力和摩擦力。他们还建立了弹塑性金属切削模型，研究了刚质材料正交切削中刀具磨损、积屑瘤及工件中的残余应力等。
在超精密切削加工方面，有限元方法的引入也使得人们对微切削机理有了更深入的了解与认识。1987 年，Iwata 等人使用超精密切削设备和金刚石刀具切削了无氧铜( OFHC) ，测量了切削力和工件中的温度值。1989 年，Moriwaki 等人通过理论和实验分析了超精密切削中切削热对刀具和工件变形的影响，也分析了已加工表面的完整性，但是他们没有考虑工件已加工表面中的残余应力。1991年，Lucca 等人做了一系列切削实验，切削深度从0. 025mm 到15mm，他们采用无氧铜作为切削对象，研究了切屑形成，刀- 屑间的滑动，刀具对工件的耕梨作用。研究发现只有当切削深度在2 m m 以下时才应该考虑切削刃钝圆半径对耕梨力的影响作用。1993年，Moriwaki 等人利用刚- 塑性有限元方法模拟了无氧铜的微切削过程，研究了刀具与工件中温度的分布情况。近年来，台湾科技大学的Zone- Chin Lin, Ship- Peng Lo 等人研究了超精密切削过程中产生的切削热对切削力和工件变形的影响以及切削速度对切削力和残余应力的影响。通过研究发现, 在工件材料受力变形过程中，应变、应变率和温度对其材料流动应力的影响中，温度的影响是最大的。切削过程中产生的大量的切削热可以使工件中的残余应力减小、工件已加工表面变形减小。如果不考虑切削热的影响，则切削速度对工件的残余应力有较大的影响。切削速度越大，则残余应力和工件表面的变形都增大。KugWeon Kim,Woo Young Lee, Hyo- Chol Sin 等人以无氧铜作为研究对象，采用有限元方法研究了超精密切削加工过程中刀具切削刃钝圆半径对切削热、工件残余应力和切削力的影响规律。由于考虑了切削刃钝圆半径的影响，因而可以分析切削深度和切削刃钝圆半径尺寸在同一个数量级时的微量切削过程，这时就会产生尺寸效应( Size effect) ，即此时会出现径向切削力大于主切削力的情况，这一点与普通切削不同。
1.3有限元研究的意义
计算机科学的飞速发展给金属塑性成形下业的发展一与进步提供了极好的机遇，工业生产对金属塑性成形过程仿真技术的需求越米越迫切;金属塑性成形过程的仿真技术目前己成为模具CAD、CAM、CAE技术的重要核心技术之一。基于塑性有限元方法的数值模拟技术在工业生产中得到越来越广泛的应用。仿真技术不仅能够及时地描述金属塑性成形过程，给出金属的塑性流动模式、各种物理场量的分布规律、详尽的塑性变形过程的力能参数，而且还能预测塑性成型过程的缺陷，优化塑性成型过程。相比之下，其中的许多结果通过传统的近似方法是难以获得的。进入20世纪90年代后，大量的高性能超级计算机投入下程应用，带来了计算机图形处理技术的飞速发展，使得CAD、CAM、CAE技术在各类工程问题中的应用中取得了巨大的成功。尤其是计算机图形学与有限元法及成形工艺学的有机结合，开创了金属塑性成形过程仿真的新途径。所谓成形过程仿真就是:在计算机上对金属塑性过程进行实时跟踪描述，并应用计算机图形系统演示整个成形过程，从而揭示金属的流动规律、各种因素对变形行为的影响及成形过程中变形体各种力学场的分布。目前，有限元仿真已成为虚拟制造技术的核心之一，也是新产品开发短周期、高质量、低成木日标的重要手段。随着软件技术及硬件技术的发展，通用有限元软件的飞速发展，有限元方法在一切削加工模拟中得到了越来越广泛的应用，在研究金属切削工艺及切削机理等方面有着不可替代的地位。近年来，有限元方法在切削工艺中的应用表明，切削工艺和切屑成形的有限元模拟对了解切削机理，提高切削质量非常有帮助，有限元法在切削加工领域已经有了不可替代的地位，且将有着很好的发展前景。
有限元法应用于切削加工领域己经有三十多年的历史了，发展到今人己经取得了一系列成就，由开始的简单二维直角切削模拟分析发展到了今天的三维直角切削、斜角切削，以及二维钻削有限元模拟计算等，简单的参数设置发展到多参数设置。随着有限元技术的发展，有限儿模拟结果与实际加工情况越来越接近，误差越来越小，许多以前不能解决的问题通过有限元法得到了解决。
金属切削工艺是制造业中的关键技术，随着电子、光学、微细产品的不断发展，在生产率和加工精度方面对切削工艺提出了更高的要求，虚拟制造将是解决这一系列问题的重要手段，在虚拟制造中，基于弹性力学、塑性力学、断裂力学、摩擦学、热力学和材料学的切削过程数值模拟将是一种强有力的下具。目前，这项技术已经在学术研究上取得了一些进展，但与其它加工技术(例如金属塑性加工)相比，切削模拟还没有大量应
用到实际生产中，还需要对实际生产中影响切削加工的各个因素作进一步研究。在实际切削过程中，例如车削、磨削和钻削等，是在三维变形域内进行的。刀具和工件具有三维的几何形状，工件材料和刀具的相对移动也不总是正交的，另外，工件材料也是各向异性的，由于这些因素，切屑是在三维状态下成形的，然后获得具有三维几何形状的产品。另外有些工艺，例如钻削的模拟是小能用一维模拟来实现的，必须建立三维模型，所以为了揭示切削机理，对切削加工进行二维模拟是很必要的。目前大多切削模拟都停留在二维模拟上，随着计算机硬件性能的提高，切削的二维模拟将是今后发展的主要方向。相对于切屑的形成，对于成形工件加工质量的研究较少，今后将会成为重点的研究方向。其中包括:与工件几何尺寸和精度密切相关的残余应力和残余应变的模拟、与工件表面粗糙度有关的毛刺形成的模拟、考虑工件加工中火具的模拟等。工件切削加工中的毛刺形成和消除的模拟技术还不成熟，因为它涉及的因素较多，对成形工件的表面质量起着至关重要的作用。目前关于这方面的研究刚刚起步，还没有详细的结果，今后需要加大这方面的研究力度。切削加工是使工件不断分离出切屑的过程，目前关于切屑断裂和分离准则还不太成熟，每种分离准则都有不足的地方，形成后的切屑断裂准则也需要进一步研究，目前的模拟结果与实际情况还是有一定的差别。今后需要加深这方面的研究力度，找出一种相对完善的断裂准则。对于成形工件加工质量的研究较少，今后将成为重点的研究力一向。
1.4金属切削存在的技术问题
1.切屑一基体分离的问题。切屑一基体能否正确分离关系到切削模拟分析过程切屑的成形机理，对于目前所使用的分离判断准则有几何准则和物理准则，几何准则模型虽然简单，但是很难找到一个统一的判断值，人们在使用过程中也只能凭借实践经验来选取;物理准则与实际切削加工过程相符合，但是在有限元模拟分析时，发现刀尖到达应该分离点时该点并没有分离。
2.缺乏专用的切削有限元分析软件。目前求解金属切削问题的方法主要包括:
a.利用现有的大型有限元分析软件求解，其局限性在于受制于软件本身没有提供专门的切削分析模块，二次开发过程以及研究的内容依赖于具体的有限元软件，难度也是比较大的;
b.开发专业切削分析软件，主要问题是要建立金属切削过程的有限元分析模型，软件开发工作量很大.
1.5 ansys 简介
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件口由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如ProEngineer, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD 等。是现代产品设计中的高级GAE工具之一[10-12]。
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域:航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等口ANSYS 软件提供的分析类型有结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析等9类，软件主要包括三个部分:前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。ANSYS的前处理模块主要有两部分内容:实体建模和网格划分;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的祸合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
1.6 本文研究的内容
在虚拟设计思想的指导下，将自由直角切削的切削过程(从刀具与工件刚刚接触到剪切角形成)，通过数值仿真技术，基于国际通用大型有限元软件ANSYS平台之上的，精确而生动地模拟出来。并在此基础上分析金属切削过程中剪切区的形成过程，应力和应变场的变化过程，从而得出刀具本身在切削过程中所受接触载荷的分布情况，并依此对刀具的应力分布进行研究。
具体设计任务如下:
1.在熟练掌握金属切削原理、有限元法基本理论、弹塑性变形理论、及能熟练操作ANSYS软件的前提下对整个切削过程进行理论分析。
2.在理论分析的基础上，应用ANSYS的前处理建立金属切削的有限元模型，通过控制刀具运动模拟切削过程，计算分析，完成对金属切削过程的动态数值模拟。
3.应用ANSYS后处理器提取计算结果，对切削过程中应力场和应变场的变化进行分析。
1.7本文研究路线
图1.1研究路线
2.电机选择
2.1电动机选择（倒数第三页里有东东） 2.1.1选择电动机类型 2.1.2选择电动机容量
电动机所需工作功率为： ηw
d P P =； 工作机所需功率w P 为： 1000
Fv P w =；
传动装置的总效率为： 4321ηηηηη=；
传动滚筒 96.01=η 滚动轴承效率 96.02=η 闭式齿轮传动效率 97.03=η 联轴器效率 99.04=η 代入数值得：
8.099.097.099.096.02244321=???==ηηηηη
所需电动机功率为： kW kW Fv P d 52.106010008.040100001000=???==η
d P ε略大于d P 即可。
选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW
2.1.3确定电动机转速
取滚筒直径mm D 500= min /6.125500100060r v n w =?=π
1.分配传动比 （1）总传动比 6
2.116
.1251460===w m n n i (2)分配动装置各级传动比
取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比
03.44.101==i i 则低速级的传动比 88.203
.462.110112===i i i
2.1.4 电机端盖组装CAD 截图
图2.1.4电机端盖
2.2 运动和动力参数计算 2.2.1电动机轴
m
N r kW
n
P
T n n p p m
d
?======81.689550min
/146052.100
2.2.2高速轴
m N r kW
n
p T n n p p m
d
?=?======09.68146041
.1095509550min
/146041.101
1
1
1
4
1
η 2.2.3中间轴
m N r r kW n p T i n n
p p p
?=?======??===
6.2632.36210
.1095509550min /2.362min /03.4146010.1097.099.052.102
2
2
01
1
2
3
200112
ηηη
2.2.4低速轴
m N r kW n p T
n n
p p p
?=?======??===
8.735955076.12569
.99550min /76.12588
.22.36269.997.099.010.103
3
3
12
2
3
3
210223
ηηη 2.2.5滚筒轴
m N r kW n p T n n p p p
?=?=====??===
72076.12549
.995509550min /76.12549.999.099.069.94
4
4
23
3
4
4
220334
ηηη
3.齿轮计算
3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1>按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。
2>绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。
3>材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280 HBS ，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS ，二者材料硬度差为40 HBS 。
4>选小齿轮齿数241=z ，大齿轮齿数76.9603.4242=?=z 。取97
2=z
5初选螺旋角。初选螺旋角?=14β
3.2按齿面接触强度设计
由《机械设计》设计计算公式（10-21）进行试算，即
[]3
0112H
E
H d t t Z Z T K d σμ
μεφα
+=
3.2.1确定公式内的各计算数值
（1）试选载荷系数6.1=t k 1。
（2）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数433.2=h z 。
（3）由《机械设计》第八版图10-26查得78
.01=εα，87
.02
=ε
α，则
65
.121=+=ε
εεααα
。
（4）计算小齿轮传递的转矩。 mm N mm N n p T .108.6.146041.10105.95105.95451051?=??=??=
（5）由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数1=d φ
（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数MPa Z e 8.189= （7）由《机械设计》第八版图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限
MPa H 6001lim =σ ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5002lim =σ 。
13计算应力循环次数。
911103.61530082114606060?=??????==h jL n N
9121056.103
.4?==N
N
（9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数
90.01=HN K ;95.02=HN K 。
（10）计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为1%，安全系数S=1，由《机械设计》第八版式（10-12）得 []MPa MPa S
K HN H 5406009.01lim 11=?==σσ
[]MPa MPa S K HN H 5.52255095.02lim 22=?==σσ
（11）许用接触应力
[][][]MPa H H H 25.53122
1=+=σσσ
3.2.2计算
（1）试算小齿轮分度圆直径d t 1
1t d =
32486.01046.16??=341046.167396.0??=10738.1213?=4
9.56mm
（2）计算圆周速度v 0
s m n d t /78.31000
6056
.4914601000
601
1=???=
?=
ππν
（3）计算齿宽及模数
11
cos 49.56t
nt
mm d
m
z
β
==
=
=z
d
m
t
nt
1
1cos β
2414cos 56.49??=24
97
.056.49?=2mm
h=2.25=nt m 2.25?2=4.5mm =h
b 49.56/4.5=11.01 （4）计算纵向重合度
==βφ
ε
β
tan 318.01
z d
0.318?1?24?tan ?14=20.73
（5）计算载荷系数K 。
已知使用系数,1=K A 根据v= 7.6 m/s,7级精度，由《机械设计》第八版图10-8查得动载系数;11.1=K v
由《机械设计》第八版表10-4查得K H β
的值与齿轮的相同，故;
42.1=K H β
由《机械设计》第八版图 10-13查得35
.1=βf K
由《机械设计》第八版表10-3查得4.1==βαH H K K .故载荷系数
==βαH H V A K K K K K 1?1.11?1.4?1.42=2.2
（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a ）得
==3
11K
d d t
t K
mm 11.55375.156.496
.12
.256.4933
=?=? （7）计算模数
=
=z d m n 1
1c o s βmm 22.22411
.5597.02414cos 11.55=?=?? 3.3按齿根弯曲强度设计
由式（10-17）
[]
3
2
2
112cos σε
φα
ββ
F
Sa
Fa
d
n
Y Y z Y T m
K ??
≥
3.3.1确定计算参数
（1）计算载荷系数。
==βαf f V A K K K K K 35.14.111.1???=2.09
（2）根据纵向重合度 903
.1=ε
β ，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角
影响系数88
.0=Y β
（3）计算当量齿数。
37.2691.024********.0cos cos 3
3
3
11=====
βz z V
59.10691
.0971497cos cos 3
3
22
====βz z
v （4）查齿形系数。
由表10-5查得18
.2;57.221==Y Y Fa Fa
（5）查取应力校正系数。
由《机械设计》第八版表10-5查得79
.1;6.121
==Y Y Sa Sa
（6）由《机械设计》第八版图10-24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 5001=σ
；大齿轮的弯曲强度极限 MPa FE 3802=σ
；
（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 85
.01=K FN ，88.02=K FN ；
（8）计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S ＝1.4,由《机械设计》第八版式（10-12）得
上下料机械手课程设计说明书
专业课程设计 任务书 一、目的与要求 《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼： 1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。 2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。 3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练
地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标 准和规范等。 4． 进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合 素质。 二．主要内容 表1精锻机上料机械手主要技术参数 手臂运动形式 （ 圆柱坐标式 抓取重量 60kgf 自由度 4个 手 手臂运动行程和速度 水平伸缩 500mm 设定点2 升降 600mm 设定点2 左右旋转 200度 设定点3 手腕回转和速度180度 设定点2 手指夹持范围 四种规格 90-120 定位方式和定位精度 机械挡块 +-1mm 控制方式 点位程控，开关板预选 驱动方式 液压 kgf/cm2
目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 （1）机械手 （2）穴盘定位平台 （3）驱动系统 （4）控制系统 PLC程序 （5）底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析
第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢
第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高，设施农业已成为国民经济中的支柱产业，温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济，增加农民收入，丰富人民的菜篮子，改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术，它具有缩短生育期，提早成熟，提高棉花单产，具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽，全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前，国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成，劳动强度大，作业效率低，不能满足规模化生产的需要，从而制约了蔬菜生产的发展。因此，研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫，而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分，能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作，其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量，推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程，特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟，而且大部分机型开始投入使用，尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽，具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所，且大部分的研究成果只是样机的试制，尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究，研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代，半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用，培育穴盘苗、移栽作物等，实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机（图1-1～1-3）,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要
毕业设计（论文）题目：气动机械手的设计 系部：机电工程系 专业：数控技术 班级： ： 学号：
目录 摘要 (3) 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
摘要 本设计为华馨苑2号楼给排水工程设计。本商住楼位于成都地区，设有地下室，地上有17层，屋顶高度55.06米，建筑面积约为29963平方米。地下室有泵房，泵房内设有生活水池。地上1至2层为商场，地上3至17层为住宅。公共建筑及住宅3至4层用水由市政管网直接供给，5至17层住宅用水采用水泵-水箱联合供水方式。本建筑采用污废水分流制排水系统。雨水采用普通外排式。消防系统包括了消火栓系统、自动喷淋系统及手提式干粉灭火器消防系统。 关键词：给水排水设计；高层建筑；变频调速系统；消防系统 Abstract The design is Water Supply and Drainage Engineering for the ***** The commercial and residential building is located in Chengdu, includes the basement, and 26 stories above the level. This building is 87.60 meters high, and the total area is about 29963m2. The basement have pumping station and life pools. Areas from 1st floor to 4th floor is shopping, areas from 5th floor to 6th floor have shopping and residential, and areas from 7th to 26th floor is residential. Public buliding is supplied water by the municipal supply network and the others are supplied water by the variable velocity variable frequency system. The triage system is adopted in the drainage system, and the external drainage system is adopted for the storm system. The fire protection system is composed of fire hydrant system, close-type sprinkler system and extinguisher as well. Key words:water supply and drainage design; high-rise building; frequency system; fire protection system
第一章塑件分析 1.1塑件结构分析 图1-1 塑件结构图 此制品是消声器上盖，现实生活中经常看到用到，是一个非常实际的产品。且生产纲领为：中批量生产，所以我们采用注射模具注射成型。 1.2 成型工艺性分析[1] 塑件材料为尼龙，因塑件用在空压机内，表面无光洁度要求。具有良好的力学性能，其抗冲击强度比一般的塑料有显著的提高，具有良好的消音效果和自润滑性能。密度1.15 g/cm3, 成型收缩率：0.4～0.7%，平均收缩率为0.55%。 第二章确定模具结构
2.1模具结构的确定 塑料模具的种类很多，大体上分为：二板模，三板模，热流道模。 二板模缺点是浇口痕迹明显，产生相应的流道废料，不适合高效生产。本模具选择二板模其优点是二板模结构简单，制作容易，成本低，成型周期短。 支撑板 分型面 定模侧 动模侧 图2.1 典型的二板模结构 模架为非标准件 定模座板： 400*200*25mm 定模板： 315*200*40mm 动模板： 315*200*32mm 支承板： 315*200*25mm 推秆固定板：205*200*15mm 推板： 205*200*20mm 模脚： 50*200*60mm 动模座板 400*200*25mm 2.2确定型腔数目 2.2.1塑件体积的计算 a. 塑件体积的计算 体积为：
V a = S a ×L a =(37×35-8×25)×10-(33×36-10.5×25) ×8 =12.60cm 3 b.计算塑件的重量 根据《塑料模具设计手册》查得密度ρ取1.12g/cm 3 所以，塑件单件的重量为：m=ρV ＝12.60?1.12 ＝14.11g 浇注系统的体积为：主流道+分流道+浇口=（6280+376.8*2+12*2）/1000 ≈7.05 cm 3 粗略计算浇注系统的重量：7.05*1.12=7.90g ≈8.0g(含有冷料穴料重) 总重量：14.11*2+8.0=36.22g 2.2.2 模具型腔数目的确定 模具型腔的数目决定了塑件的生产效率和模具的成本，确定模具型腔的方法也有许多种，大多数公司采用“按经济性确定型腔的数目”。根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原料的费用，仅考虑模具费用和成型加工费，则模具费用为 21C nC Xm += 式中Xm ——模具费用，元； 1C ——每一个型腔的模具费用，元 2C ——与型腔数无关的费用，元。 成型加工费用为 n Y N X t j 60= 式中j X ——成型加工费用，元 N ——需要生产塑件的总数； t Y ——每小时注射成型的加工费，元/h ；n ——成型周期，min 。 总的成型加工费用为n Y N C nC X X X t j m 6021++=+= 为了使成型加工费用最小，令 0=dn dX ，则 n=2 上式为按经济性确定型腔数目为2。考虑到模具成型零件和抽芯结构的设计，模具
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班
目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)
1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸
西南交通大学 本科毕业设计（论文） （此处为论文题目，黑体二号字）（中文题目应不超过25字，并不设副标题，一行写不下时可分两行写） （以下各项居中列，黑体，小四） 年级: 学号: 姓名: 专业: 指导老师: 年月
院系（宋体，小四）专业机械设计制造及其自动化（工程机械）年级姓名 题目 指导教师 评语 指导教师 (签章) 评阅人 评语 评阅人 (签章) 成绩 答辩委员会主任 (签章) 年月日 （注：此页内容必须安排在一页内）
毕业设计（论文）任务书 班级学生姓名学号 发题日期：年月日完成日期：月日题目 1、本论文的目的、意义 （宋体，小四，每行33字） 2、学生应完成的任务 （宋体，小四，每行33字）
3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周） 第一部分 ( 周) 第二部分 ( 周) 第三部分( 周) 第四部分( 周) 第五部分( 周) 评阅及答辩( 周) 备注此处可以指出主要参考文献。 （以下需要老师签字） 指导教师：年月日 审批人：年月日
摘要（黑体，居中，小二号） 与正文隔行书写摘要的文字部分。 （正文略） 摘要是毕业设计（论文）内容的简要陈述，是一篇具有独立性和完整性的短文。摘要应包括本设计（论文）的创造性成果及其理论与实际意义。摘要中不宜使用公式、图表，不标注引用文献编号。避免将摘要写成目录式的内容介绍。 中文摘要部分的标题为“摘要”，用黑体小二号字。摘要内容用小四号字书写，两端对齐，汉字用宋体，外文字用Times New Roman体，标点符号一律用中文输入状态下的标点符号。 论文摘要控制在500-800汉字（符），并限制在一页内书写。中文摘要不能使用第一人称书写，可用“本文”或“作者”代替。 论文摘要中不要出现图片、图表、表格或其他插图材料。 （摘要文字之后隔一行顶格（齐版心左边线）写出关键词） 关键词：机车；车辆；制动 论文的关键词，是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息的单词或术语，一般为3~5个。宋体，小四号。每个关键词之间用分号（中文状态下输入）间隔。
（2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。
机械手的夹持器还有夹紧和放松动作； 机械手工作频率：20/min； 升降 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。2执行机构的选择与比较 §2-1 转角机构（实现平面转角0 30功能） 方案一 实现平面转角0 30的过程：电机带动不完全 齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮运动，与全 齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设计好形 状的槽内运动，左右运动的极限位置恰好是30 度。 机构评价： 优点：因为槽的形状固定，所以能保证在一个 行程内，机构的平面转角就是30度。 不完全齿轮的使用，为机械手在抓放物 体时留下了工作时间。 缺点：由于四杆机构的运动被槽限制住，最短杆 无法做周转运动，导致机构的回程要求齿 轮的翻转，必须在前面加入变速箱改变速 度方向。 方案二 实现平面转角0 30的过程：皮带轮传动给蜗 轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿 轮转动，齿轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复 地带动固接杆转动0 30 机构评价： 优点：同样具有结构简单，传力较小运 动灵活，造价低准确地实现转角0 30的 要求，可以控制间歇实现循环功能。 缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺 寸过大加工难。 方案三 30的过程：使用槽 实现平面转角0 轮实现平面转角30度，只要计算好槽轮 的槽数，就能在主动圆盘转360度时， 使从动轮转30度。机构评价： 优点：结构简单，外形尺寸小，机械效
率高，并能平稳的间歇地进行转位。 缺点：传动存在柔性冲击，且是单向的间歇运动，同样要求变速箱改变运动方向。 方案的选择与比较： 只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。 §2-2 上升机构（实现上升100功能要求） 方案一 实现上升的过程：皮带轮传动，使蜗杆带动蜗轮，蜗轮和齿条配合。通过控 制蜗杆的半径，使转动一周后，使齿条上升100. 机构评价： 优点：蜗杆的轮齿是连续的螺旋尺，故传动平 稳，啮合冲击小。 缺点:啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦 磨损较大，传动效率较低，易出现发热 现象，常用耐磨材料制作，成本高。 方案二 实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆 从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑 动，从而使工作杆上升100mm。 机构评价： 优点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大就 可以达到所需要的高度。 缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，寿命不高。
摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
开封大学 毕业设计说明书 设计题目亚龙YL-335B型自动生产线---加工站院系电子电气工程学院 专业电气自动化技术 学生姓名王鹏 指导教师高明远(副教授)
摘要 随着社会的进步科技的发展，人们不愿再花很大力气去手工操作机器，而PLC技术在正好应用于这一点，通过PLC内部的处理能把许多之前手动操作的加工机器改为自动运行，这样不仅解放了人力，生产效率也有很大的提升。PLC以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。 对本设计而言，加工站机构采用气动驱动技术，系统控制方式采用一台PLC承担其控制任务，加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。 在TPC7062KS人机界面上组态画面，触摸屏上电并进行权限检查后运行，将直接切换到“运行界面”。人机界面上增加了操作加工站的操作方式，易于观察，提供了远程控制使加工与控制分离，易于操作。 关键词：加工站 PLC 人机界面组态
目录 前言 (2) 一、加工单元的结构 (3) （一）加工单元结构认知 (3) 1.物料台及滑块机构 (3) 2.磁性开关 (4) 3.漫射式光电接近开关 (5) （二）加工（冲压）机构 (6) （三）加工单元的气动元件 (7) 1.薄型气缸 (7) 2.气动手指（气爪） (7) 3.电磁阀组 (8) 4.磁感应接近开关 (9) 二、加工单元的气路设计与连接 (10) 三、加工单元的PLC及编程 (11) （一）加工单元PLC的选择及其介绍 (12) （二）加工单元的PLC的接线分配表及I/O分配表 (12) （三）加工单元的PLC的I/O接线图 (14) （四）加工单元的PLC的编程 (14) 1.工作任务 (15) 2.子程序流程图 (15) 3.PLC程序的编写 (15) 四、加工单元的本地控制 (16) 五、加工单元的人机界面控制 (17) 1.根据工作任务，对工程分析并规划 (17) 2.“运行画面”组态 (17) 3.制作指示灯 (18) 4.数据显示 (19) 5.工程通信 (20) 6.工程下载 (21) 7.工程运行 (22) 六、总结 (23) 七、参考文献 (24) 八、附录 (25)
机电工程学院 《专业综合课程设计》 说明书 课题名称：简易机械手机械机构设计 学生姓名：沈柳根学号：20110611119 专业：机械电子工程班级：11机电 成绩：指导教师签字： 2015年1月5日
摘要 简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。 通过对于气动机械手的设计，展现了各个相关学科知识在这里的整合，有利于理解专业知识。 关键词：简易机械手；结构设计；气动
目录 摘要....................................................... 错误！未定义书签。 1 设计任务介绍及意义 (1) 1.1设计任务意义： (1) 1.2设计任务要求介绍： (1) 2 总体方案设计 (3) 2.1 结构分析 (3) 2.3 设计简介 (3) 3 机械传动结构设计 (5) 3.1传动结构总体设计 (5) 3.2手指气缸的设计 (6) 3.3纵向气缸的设计 (12) 3.4横向气缸的设计 (13) 4最终图纸 (15) 4.1装配图 (15) 5 总结 (16) 参考文献 (17)
毕业设计论文题目：气动机械手的设计 设计人： 指导教师： 所属院系： 专业班级： 2014年11月10日
第1章前言 1.1工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很
6本科生毕业设计论文（说明书）正文格式要求 一、纸张和页面要求 1.纸张统一用A4纸打印（复印），单面输出打印。 2.页面设置要求：页边距上下各为2.5厘米，左右边距各为2.5厘米，无页眉。 3.段落格式要求：正文文本行间距为1.5倍，段前段后均为0磅。标题可适当选择加宽，可以设置为：一级标题为段前、段后6磅（或1行），其他标题段前、段后均为3磅（或0.5行）。 4.字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）。 5.格式可根据全文一次打印输出，或章节分别输出。 以上1-5项均为毕业设计论文（说明书）的正文格式要求，选题报告及任务书行间距取固定值20磅，标题不能加宽，其他要求与毕业设计论文（说明书）的格式要求相同。 二、毕业设计论文（说明书）装订页码顺序 (1)封面，(2)目录（要求至少有二个层次，注明页码），(3)中文论文摘要、关键词，(4)论文正文（引言、正文、结论），(5)注释，(6)参考文献，(7)附录，(8)图、表和公式，(9)本科期间发表的论文或获奖目录，(10)后记、致谢，（11）诚信保证书。 以上材料按1-11的顺序进行装订。 三、章节目序号 按照学校相关规定，章节目序号的级序规定如下：“一、”“（一）”“1．”“（1）”“①”……。 四、毕业设计论文（说明书）封面 采用统一规格（学院发放），封面题目用四号字、加黑、黑体字。 六、毕业设计论文（说明书）撰写格式及内容要求 （一）采用统一规格（学院发放），封面题目用四号字、加黑、黑体字，其他文字用四号字，宋体字。 （二）目录：“目录”两字黑体小二号、居中，“目录”两字间空四格，独立成页。目录内容采用宋体小四号字，数字、字母采用Time New Roman小四号，行间距为1.5倍，。
机械毕业设计说明书 【篇一：机械类毕业设计说明书】 河北工业大学 毕业设计说明书 作者：杲宁学号： 090365 学院：机械工程学院 系(专业)：机械设计制造及其自动化 题目：药板装盒机结构设计 指导者：张建辉副教授 (姓名)(专业技术职务) 评阅者： (姓名)(专业技术职务) 2013年 6 月 4 日 毕业设计（论文）中文摘要 毕业设计（论文）外文摘要 ? 目录 1 引言（或绪论）???????????????????????? 1 1.1课题研究的目的与意义?????????????????????? 1 1.2 本课题国内外研究现状和发展趋势????????????????? 1 1.3 本课题主要研究内容??????????????????????? 3 1.4 药板装盒机工艺流程分析????????????????????? 3 2 总体方案确定??????????????????????????4 3 药板装盒机详细结构设计 ????????????????????6 3.1 总体结构组成及其工作原理???????????????????? 7 3.2 主要技术参数的确定??????????????????????? 10 结 论 ???????????????????????????????20 参考文献??????????????????????????????21 致谢??????????????????????????????22 【篇二：机械制造毕业设计说明书模板】 （中文题目） （二号、黑体、居中，段后空一行）
摘要（小四号、黑体）：离心式压缩机在国民生产中占有重要地位。可用于化肥、制药、制氧及长距离气体增压输送等装置。本次设计 的主要工作包括：确定合成氨工段循环离心压缩机的结构形式、主 体结构尺寸，并确定主要零、部件的结构尺寸及其选型。首先进行 强度和稳定性计算，主要进行了筒体、端盖的壁厚计算、水压试验 应力校核以及叶轮、轴的强度校核。其次，对这些零部件进行结构 设计。整个设计过程都是依据设计规范和标准进行的，设计结果满 足工程设计要求。关键词（小四号、黑体）：离心压缩机；叶轮； 结构设计；应力校核；转子轴（英文题目） .engineering design results meet the design requirements. key words: centrifugal compressor； impeller； structural design；stress check；rotor shaft 目录 1 前言 (1) 1.1本次毕业设计课题的目的、意义 (1) 1.2 合成氨工艺简介 (1) 2 离心式压缩机概况 (3) 2.1离心压缩机的优缺点 (3) 2.2离心压缩机的结构组成 (3) 2.3离心压缩机的发展趋势 (4) 3 离心式压缩机选型及计算依据 (5) 3.1离心式压缩机的气动热力学 (5) 3.1.1连续方程 (5) 4 离心压缩机设计和选型计算 (7) 4.1工艺条件 (7) 4.2容积多变指数和压缩性系数的计算 (7) 4.2.1确定混合气体的分子量和气体常数 (7) 4.2.2容积多变指数和压缩系数的确定 (8) 4.3离心压缩机的热力计算 (8) 4.3.1压缩机级数确定 (8) 5 结论 (10) 符号说明 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)
课程设计说明书 2015 年 6 月9 日
目录 摘要 (2) 第1章概述 (3) 1.1设计目的 (3) 1.2课题的内容和要求 (4) 1.3进度安排 (4) 1.4设计进度安排 (4) 1.5基本要求 (5) 第2章课程设计的总体方案 (6) 2.1总体方案的确定 (6) 2.2 机械结构的设计 (6) 2.3 软件设计 (6) 第3章机械部分设计 (7) 3.1 元器件选型 (7) 3.2 机械结构构件及说明 (7) 3.3 工作台外形尺寸及重量初步估算 (8) 3.4 滚珠选择 (8) 3.5滑块导轨的选择与校核 (8) 3.6 弯曲应力σm的计算 (9) 3.7选择联轴器的考虑因素 (10) 3.8 轴承的选用与校核 (11) 第4章控制系统的设计 (14) 4.1 控制系统硬件电路的设计 (14) 4.2控制系统软件编程设计 (16) 参考资料 (18) 附录一：cad图纸 (19) 附录二：proe图 (20) 附录三：程序 (22)
摘要 机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计过程，文章中介绍了机械手的设计理论与方法。 本课题以52单片机为核心设计，通过AutoCAD，proe技术对机械手进行结构设计，实现所需要的功能。 关键词：机械手、52单片机、AutoCAD、Proe
第1章概述 机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。 机械手，多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机械手或通用机械手）。 机械手是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机械手具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机械手称为专用机械手，而把工业机械手称为通用机械手。 简而言之，机械手就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。 机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机械手，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 机械手按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机械手以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机械手中使用最多的一种结构形式。 要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机械手的性能。一般而言，机械手通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成 1.1设计目的 《单片机原理及接口技术课程设计》是机械电子工程专业的学生在完成《单片机原理及接口技术》等专业课程的学习之后，进行综合性设计训练的实践性教学环节。目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学课程理论知识进行一次系统的回顾检查、复习和提