落地单臂铣床悬臂论文

第５１卷㊀第９期２０２３年９月㊀㊀林业机械与木工设备ＦＯＲＥＳＴＲＹＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶｏｌ５１Ｎｏ.９Ｓｅｐ.２０２３研究与设计压辊悬臂机床设计与研究吴㊀哲ꎬ㊀张中弛ꎬ㊀杨春梅∗ꎬ㊀任长清ꎬ㊀丁禹程(东北林业大学机电工程学院ꎬ黑龙江哈尔滨１５００４０)摘㊀要:窗扇的铣型加工是木窗产品机械加工中一道重要的工序ꎬ针对该加工过程中面临的人工扶窗加工㊁木窗尺寸不一㊁人工换刀不便等问题ꎬ采用建模软件ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ２０２１设计了能与木窗加工中心相配合的压辊悬臂装置ꎬ并利用Ａｎｓｙｓ２０２２对横梁进行仿真分析以保证其在结构强度足够的基础上ꎬ实现横梁的最佳结构ꎬ随后对横梁进行模态分析ꎬ找出可能对结构产生威胁的工作频率ꎮ该装置的完成将对窗扇成型的自动化加工有显著的提高ꎮ关键词:铣型加工ꎻ横梁ꎻ自动化ꎻ压辊悬臂机构ꎻ仿真分析中图分类号:ＴＧ５０２㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:２０９５－２９５３(２０２３)０９－００３３－０５ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＰｒｅｓｓＲｏｌｌｅｒＣａｎｔｉｌｅｖｅｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＷＵＺｈｅꎬＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ￣ｃｈｉꎬＹＡＮＧＣｈｕｎ￣ｍｅｉ∗ꎬＲＥＮＣｈａｎｇ￣ｑｉｎｇꎬＤＩＮＧＹｕ￣ｃｈｅｎｇ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００４０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｍｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｉｎｄｏｗｓａｓｈｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｗｏｏｄｅｎｗｉｎｄｏｗｐｒｏｄｕｃｔｓ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｆａｃｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓꎬｓｕｃｈａｓｍａｎｕａｌｗｉｎｄｏｗｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇꎬｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓｏｆｗｏｏｄｅｎｗｉｎｄｏｗｓꎬａｎｄｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｍａｎｕａｌｔｏｏｌｃｈａｎｇｅꎬｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ２０２１ｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｐｒｅｓｓｒｏｌｌｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｄｅｖｉｃｅｔｈａｔｃａｎｍａｔｃｈｗｉｔｈｔｈｅｗｏｏｄｅｎｗｉｎｄｏｗｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｅｎｔｅｒꎬａｎｄｔｈｅｂｅａｍｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＡｎｓｙｓ２０２２ｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｉｔｉｓｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈꎬＲｅａｌ￣ｉｚｅｔｈｅｂｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｅａｍꎬａｎｄｔｈｅｎｃｏｎｄｕｃｔｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｂｅａｍｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｈａｔｍａｙｐｏｓｅａｔｈｒｅａｔｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｄｅｖｉｃｅｗｉｌｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆｗｉｎ￣ｄｏｗｓａｓｈｍｏｌｄｉｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇꎻｂｅａｍꎻａｕｔｏｍａｔｉｏｎꎻｐｒｅｓｓｒｏｌｌｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ㊀㊀收稿日期:２０２３－０６－２０基金项目:黑龙江省重点研发项目(ＧＡ２１Ａ４０５)ꎻ中央高校基本科研业务费专项资金项目(２５７２０２０ＤＲ１２)ꎻ黑龙江省自然科学基金项目(ＬＨ２０２２Ｃ００９)ꎻ国家重点研发计划(２０２１ＹＦＤ２２００６０４０４)第一作者简介:吴哲ꎬ副教授ꎬ博士研究生ꎬ主要研究方向为木工机械设计ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｗｕｚｈｅ＠ｎｅｆｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ∗通讯作者:杨春梅ꎬ教授ꎬ博士研究生导师ꎬ博士ꎬ主要研究方向为木工机械设计ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｙｃｍｎｅｆｕ＠１２６.ｃｏｍꎮ欧式木窗型材作为一种纯木质顺纹集成材ꎬ因其出色的抗压抗折特性而深受市场欢迎[１]ꎬ最早面世于２０世纪７０年代ꎬ由瑞典科学院的研究员开发并制作ꎮ这种制作方法在面世后不久被欧美诸多国家广泛应用ꎮ我国从１９９６年开始制作欧式木窗ꎬ但这时的设备都是采用国外进口设备ꎬ一直到１９９９年才在欧式木窗生产方面具备工业化生产的基本条件[２]ꎮ李伟光等[３]研究了三种典型木门门扇自动化柔性生产线的设计方案ꎬ这些方案都简略地描绘出生产线的加工过程以及加工设备布置ꎬ并进行了加林业机械与木工设备第５１卷工效率以及成本的分析ꎮ赵晏林[４]研究了多品种小批量环境下的家具混流生产线平衡分析与改善ꎻ钱文婷[５]等研究了家具自动仓储系统ꎬ对每个单元站都进行了详尽的分析ꎬ目前国内对木制门窗加工的生产是以多机器部件相互协调的模式进行的ꎮ倘若在木制门窗产业线方面实现机械智能化生产ꎬ那么这将会高效实现劳动力自由化ꎬ合理地规避单一性产品的重复劳动并对环境保护等多方面起到促进作用ꎮ经过对木窗生产企业的调研ꎬ笔者了解到截至目前我国窗型加工环节多处于半自动化阶段ꎬ在对木窗的窗框成型过程中仍需要工人把扶窗框ꎬ借助机床的四个刀位和五金胶条安装槽口ꎬ再对木窗进行铣型加工ꎬ这样的过程不仅耗费人力ꎬ提高生产成本ꎬ而且对工人本身技术也具有一定要求ꎬ稍有不慎可能就会造成木制门窗边框出现尺寸误差ꎬ影响木窗产品质量ꎮ为了能够解决这一问题设计了一种自动窗型加工设备(如图１所示)ꎬ在原有木窗加工中心的基础上使用滑台升降装置控制压辊架的高度ꎬ并采用辊台架与压辊架相配合的方式保证木窗在加工过程中的稳定性ꎮ为了保障木窗加工中心不会出现故障ꎬ工人需要定期对机床进行检修ꎬ因此需要在压辊支柱上焊接横梁ꎬ并在横梁侧安装导轨以保证机床的舱门能够被打开ꎮ图１㊀压辊悬臂机床１㊀压辊悬臂机床主要结构首先在多个方案中筛选出性价比最高且具备可行性的方案ꎬ再利用三维建模软件绘制出该方案中的压辊悬臂机床模型ꎬ这一方案中压辊悬臂机床主要由压辊升降台㊁升降支撑架㊁机床和辊台总装四个部分构成ꎮ压辊升降台(如图２所示)由压辊㊁压辊架㊁压辊支架㊁压辊支柱㊁压辊总支架㊁滑台升降装置㊁伺服电机组成ꎮ因需要加工的木窗尺寸从５００ｍｍ到２００００ｍｍ不等ꎬ所以为了保障木窗在木窗加工中心工作过程中不被刮飞ꎬ需要让压辊辊子满足在加工不同尺寸木窗时都能够将木窗压紧ꎮ可以通过多个小段压辊成功完成ꎬ这种设计尽可能地保障了不同尺寸木窗的均匀受力ꎬ不会出现翘边的现象ꎮ当木窗被放在辊台上后ꎬ电机通过丝杠作用带动滑台升降装置升高ꎬ直到最终木窗被加紧ꎮ图２㊀压辊升降台示意图升降支撑架(如图３所示)由横梁㊁导轨滑块和底座三个部分构成ꎬ该结构主要用于解决压辊与辊台夹持过程中面临的悬臂梁弯曲问题ꎮ将横梁与悬臂梁压辊支柱焊接在一起ꎬ使横梁能承担一部分压辊的重量ꎮ相较于木窗上下压紧都使用多排单辊ꎬ升降支撑架也可以令压辊悬臂装置满足不妨碍机床门开合的基本条件ꎮ当机床需要定期检查时ꎬ只需要将升降支撑架高度下降就可以得到机床门打开的空间ꎮ当压辊悬臂装置达到规定位置时ꎬ将滑块锁死在导轨上可以有效辅助压辊支柱分担压辊架和压辊的重量ꎮ图３㊀升降支撑架示意图辊台总装(如图４所示)由多个单辊和架子构成ꎮ此结构用于支撑需要加工的木窗ꎬ并用于稳定整个装置ꎮ图４㊀辊台总装示意图２㊀横梁受力分析２.１㊀压辊架受力分析４３第９期吴㊀哲ꎬ等:压辊悬臂机床设计与研究为了分析横梁具体受力情况ꎬ首先要计算出每根压辊支柱所承受的重量ꎬ单组压辊支柱和压辊如图５所示ꎮ通过Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立单组压辊支柱以及上面四个压辊的模型(如图６所示)ꎬ在设定好材料后根据Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中评估下的质量属性可以清楚单组压辊和压辊架的重量和为２.２６５ｋｇꎮ材料为Ｇｂ/６７２８－１９８６的方型空心型钢压辊支架重量为０.５９７ｋｇꎬ根据模型也可以看出每个压辊架之间距离为３８０ｍｍꎮ为了将压辊支柱重量计算在其中ꎬ需要标记出其质心位置ꎮ将质心位置[６]通过Ｍａｔｌａｂ计算出来:Ｘ＝ðｎｉ＝１ｘｉＮＹ＝ðｎｉ＝１ｙｉＮＺ＝ðｎｉ＝１ｚｉＮ计算出质心位置坐标为Ｘ＝６１５ꎬＹ＝２７５ꎬＺ＝０ꎮ图５㊀单组压辊支柱和压辊图６㊀压辊模型为计算横梁单个焊点承受的力需要对压辊支柱进行受力分析ꎬ如图７所示ꎮ图７㊀压辊支柱受力分析Ｆ１＝ｆ１ｌ１＋ｆ２(ｌ１＋ｌ２)＋ｆ３(ｌ１＋ｌ２＋ｌ３)＋ｆ４(ｌ１＋ｌ２＋ｌ３＋ｌ４)＋Ｇｌ５Ｌ(１)式(１)中:ｆ为单组压辊和压辊架重量ꎻＬ为焊点受力力臂ꎻＧ为压辊支柱重量ꎻＦ１为焊点受力ꎮ计算得出Ｆ１为４７.８９６５Ｎꎮ２.２㊀横梁受力情况根据Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ构建出的横梁模型可以看出横梁与压辊升降台之间有２２个焊点ꎬ即有２２组压辊和压辊支柱ꎬ每组压辊支架之间的距离为２００ｍｍꎬ末端焊点与边界的距离为３２５ｍｍꎮ３㊀横梁结构静力学分析３.１㊀Ｃ槽横梁静力学分析将使用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ绘制的横梁模型通过工具导入到Ａｎｓｙｓ２０２２Ｒ１的Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中进行静力学分析ꎬ整体材料设定为Ｑ２３５－Ａꎬ泊松比设为０.２８８ꎬ弹性模量２.１２Ｅ＋１１Ｐａꎬ质量密度为７８６０ｋｇ/ｍ３ꎮ使用定值网格划分的形式ꎬ按照网格大小为２０ｍｍ的网格对横梁进行网格划分ꎬ采用对横梁上２２个焊点进行力的赋予ꎬ并对横梁侧面施加约束(如图８所示)ꎬ在有限元分析完成后ꎬ对总变形和等效应力进行最后的求解[７]ꎬ求解结果如图９㊁图１０所示ꎮ图８㊀横梁约束与载荷图９㊀Ｃ槽变形云图图１０㊀Ｃ槽应力云图５３林业机械与木工设备第５１卷根据计算结果分析可以看出在横梁结构中ꎬ横梁应力主要集中在水平方向的三条杆上ꎬ而最大变形量出现在焊接杆的中间位置ꎬ最大变形量Ｗｍａｘ为２.６１６６ｍｍꎬ最大应力值为１７.３４９ＭＰａꎮ由上述结果分析可以知道在横梁与压辊架接触面存在较大的变形ꎬ最大变形量大于许用变形量的２ｍｍꎬ这在压辊悬臂加床长期使用过程中可能产生裂纹甚至断裂现象ꎮ同时横梁两端也存在较大应力ꎬ长期使用可能会使水平Ｃ槽和竖直Ｃ槽焊接部位断裂ꎮ３.２㊀方形管静力学分析为了降低横梁在使用过程中面临的过大变形ꎬ笔者将横梁结构从１００ˑ１０的Ｃ槽更换为８０ˑ８０ˑ５的方型管并重新进行Ａｎｓｙｓ分析ꎬ变形云图和应力云图见图１１㊁图１２ꎮ图１１㊀方型管变形云图图１２㊀方型管应力云图改变结构后ꎬ横梁变形量显著降低ꎬ由原本的２.６１６６ｍｍ变成了０.４７０３ｍｍꎬ降低了８２％ꎬ最大应力也从原来的１７.３４９ＭＰａ下降到了１７.０４１Ｍｐａꎬ降低了２％ꎬ完美满足材料要求ꎮ４㊀横梁的模态分析为了验证横梁结构在机床进行铣型加工过程中能否满足性能要求ꎬ需要对横梁进行动态特性的研究ꎮ通过对结构进行模态分析ꎬ验证其是否会与机床之间发生共振ꎬ以避免可能出现的事故ꎮ４.１㊀模态分析理论基础每个设计都有自己的频率ꎬ这是一种不依赖于外部负载的固有属性ꎬ运动方程表达式如下:[Ｍ]{ｕ㊆}＋[Ｃ]{ｕ˙}＋[Ｋ]{ｕ}＝{Ｆ(ｔ)}(２)式(２)中:[Ｍ]为为结构质量矩阵ꎻ[Ｃ]为结构阻尼矩阵ꎻ[ｋ]为结构刚度矩阵ꎻ{Ｆ}为被ｔ影响的载荷函数ꎻ{ｕ}为节点位移矢量ꎻ{ｕ˙}为节点速度矢量ꎻ{ｕ㊆}为节点加速度矢量ꎮ同时横梁结构本身的自振频率也是结构自身的一种固有属性ꎬ在不考虑外界激振力的的前提下ꎬ有阻尼和无阻尼的发生条件如下:ω０＝ω㊀１－ξ２(３)式(３)中ꎬξ为阻尼比当发生谐振动时运动方程为:([Ｋ]－ωｉ２[Ｍ]){Φｉ}＝０(４)由式(４)可知ꎬ对于任何结构的模态分析ꎬ其固有圆周频率ωｉ和振型Φ均可以被求出ꎮ４.２㊀模态分析在真实振动中低阶模态振动占据主导地位ꎬ高阶模态在振动过程中转瞬即逝ꎬ因此暂不考虑[８－９]ꎮ通过剖析模态分析的运行原理可以知道所要测试结构的振动特性只与其本身的刚度和质量有关ꎬ并不受外界载荷影响ꎬ因此在进行模态分析时不需要施加载荷与约束条件ꎬ直接接续静力学分析的结构继续进行方形管横梁前六阶模态分析[１０]ꎬ振型云图如图１３所示ꎬ前六阶模态频率与振型特性如表１所示ꎮ表１㊀前六阶模态频率与振型特性阶数频率/Ｈｚ振动部位振型特征１１１.６６７横梁水平部分中心位置沿Ｚ轴上下弯曲振动２１８.６７３横梁水平部分中心位置沿Ｙ轴前后弯曲振动３３０.４３横梁水平部分１/４处和３/４处和竖直部分沿Ｘ轴上下扭转摆动且幅度较大ꎬ且竖直部分有小幅度弯曲４３２.５１６横梁水平部分１/４处和３/４处沿Ｙ轴前后扭转摆动５４２.９０５横梁水平部分三段间的两侧焊接部位沿Ｚ轴上下弯曲振动６５７.５１４横梁水平部位２/５处和４/５处沿Ｙ轴前后扭转摆动６３第９期吴㊀哲ꎬ等:压辊悬臂机床设计与研究㊀㊀根据表１的描述可以清楚ꎬ横梁的主要振动形式是扭转和弯曲ꎬ在前六个阶段的振动频率中ꎬ振动频率从１１.６６７Ｈｚ一直蔓延到５７.５１２Ｈｚꎮ这与无阻尼振动的随机特性相符合ꎮ如果从整体角度观察ꎬ随着横梁振动固有频率的增加ꎬ其结构本身形变量也在增加ꎬ而就因振动产生的形变而言ꎬ其形态变化主要发生在横梁的水平接触段ꎬ其水平两侧与竖直部分所受影响不大ꎬ在机床工作过程中应尽量避免频率处于３０.４３~４２.９０５Ｈｚꎮ图１３㊀横梁１－６阶振型云图５㊀结论(１)根据压辊悬臂机床实际需求ꎬ设计横梁结构辅助压辊升降台承担压辊重量ꎬ随后使用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ中的静力学结构分析ꎬ并对横梁结构进行优化ꎮ对横梁进行优化后ꎬ其应力大小和分布以及变形情况得到显著改善ꎮ最大应力值从１７.３４９ＭＰａ降低到１７.０４１ＭＰａꎬ下降幅度２％ꎮ此外ꎬ最大变形量２.６１６６ｍｍ显著减小至０.４７０３ｍｍꎬ下降幅度为８２％ꎮ(２)对横梁结构进行模态分析时发现ꎬ当振动频率达到第五阶振型频率４２.９０５Ｈｚ时ꎬ其最大变形量达到７.１７４７ｍｍꎬ前六阶固有频率范围从１１.６６７~５７.５１４Ｈｚꎬ且较危险频率发生在３０.４３~４２.９０５Ｈｚꎬ应避免机床电机在实际工作过程中达到这一频率ꎬ并为此修改电机功率ꎮ通过本次对压辊悬臂机床横梁的优化设计ꎬ成功提高了横梁的承重能力并对横梁本身进行支撑ꎬ并找出其在工作中比较稳定的频率区间ꎬ提高了机床的稳定性以及耐久性ꎮ参考文献:[１]㊀赵丹.欧式木窗的特性和材料应用[Ｊ].居业ꎬ２０１５(１０):３１－３２.[２]㊀许永光.年产１５０００ｍ~２普及型欧式木窗生产线设计[Ｄ].哈尔滨:东北林业大学ꎬ２００３.[３]㊀李伟光ꎬ姚遥ꎬ张占宽.典型木门门扇自动化柔性生产线[Ｊ].木材工业ꎬ２０１５ꎬ２９(１):２４－２７.[４]㊀赵晏林.多品种小批量环境下的家具混流生产线平衡分析与改善[Ｊ].林产工业ꎬ２０１９ꎬ４６(１):６６－７２.[５]㊀钱文婷ꎬ王旭凯ꎬ熊先青ꎬ等.自动仓储系统在家具企业原料仓的应用[Ｊ].林产工业ꎬ２０１７ꎬ４４(５):５０－５４.[６]㊀董楸煌ꎬ陈志伟.基于干扰观测器的平面２ＲＲ并联机器人高速运动的滑模控制[Ｊ].福建农林大学学报(自然科学版)ꎬ２０２２ꎬ５１(３):４１９－４２７.[７]㊀董年鑫ꎬ王希贵ꎬ吴哲ꎬ等.基于热固耦合的林区原油管道机器人壳体优化分析[Ｊ].森林工程ꎬ２０２２ꎬ３８(１):１０１－１０７＋１３１.[８]㊀师汉民.机械振动系统:分析 测试 建模 对策[Ｍ].武汉:华中科技大学出版社ꎬ２００４.[９]㊀ＺａｈｉｄＦＢꎬＯｎｇＺＣꎬＫｈｏｏＳＹ.Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｍｏｄａｌａ￣ｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅｍｏｄａｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＢｒａｚｉｌｉａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２０ꎬ４２:１－１８.[１０]㊀薄仕文ꎬ李耀翔ꎬ王海滨.灌木切割试验装置切割振动分析[Ｊ].森林工程ꎬ２０２２ꎬ３８(５):７５－８２.７３。

悬臂式三坐标测量机的运动机构设计摘要本课题是设计悬臂式三坐标测量机的机械运动结构。

本论文首先在开始简述了三坐标测量机的作用、原理以及未来的发展趋势。

然后通过对比典型的三坐标测量机的结构方案，选择了悬臂式的结构方案。

选择了光栅式测量系统作为三坐标测量机的测量系统，新型的高硬度合金铝作为整体结构材料。

然后是X,Y,Z轴三大主体部件，选择了滚珠丝杠传动作为传动方式，具体了计算与校核了三个轴的受力，还对轴承，电机，导轨等关键的传动部件进行了选型，最终整体确定了三个轴上的传动结构的设计。

在最后进行了对三坐标测量机测头的方案对比分析，确定了使用压电式的测头作为三坐标测量机的测量头。

本论文从以上步骤大体上完成了对于悬臂式三坐标测量机的运动机构的设计。

关键词：三坐标测量；运动机构；悬臂式；滚珠丝杠。

AbstractThis topic is the design of cantilever coordinate measuring machine mechanical movement mechanism. This paper begins with a brief introduction to the role, principles and future trends of CMM. Then, by comparing the structure scheme of the typical coordinate measuring machine, the cantilever structure scheme is selected. The grating measurement system was selected as the coordinate measuring machine of the coordinate measuring machine, and the new high hardness alloy aluminum was used as the whole structure material. And then the X, Y, Z axis of the three main components, select the ball screw drive as a transmission, the specific calculation and check the three shaft force, but also on the bearings, motors, rails and other key transmission parts The final selection of the three shafts on the transmission structure of the design. At last, a comparative analysis of the coordinate measuring machine was carried out. It was determined that the piezoelectric probe was used as the measuring head of the coordinate measuring machine. In this paper, the design of the motion mechanism of the cantilever coordinate measuring machine is completed in general from the above steps.Key words:three coordinate measuring machine；Sports institutions；Cantilevered；Ball screw.目录1. 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 三坐标测量机的未来发展趋势 (1)2. 总体方案设计 (1)2.1 三坐标测量机方案设计 (1)2.1.1 三坐标测量机的原理 (1)2.1.2 三坐标测量机结构形式 (2)2.1.3 悬臂结构确定 (3)2.2 精度确定 (5)2.3 标尺系统 (5)2.4 主要参数设定 (6)3 工作台材料选择 (6)4 Y轴各部件的选择、计算与校核 (8)4.1 驱动机构 (8)4.1.1 三种丝杠传动 (10)4.2 滚动螺旋传动计算 (11)4.2.1 Y轴滚珠丝杠计算 (12)4.3 滚动轴承的选择与计算 (19)4.3.1 滚动轴承的选择 (19)4.3.2 滚动轴承的计算 (21)4.4 联轴器的选择 (21)4.5 驱动电机的选择 (23)4.5.1 驱动电机类型选择 (23)4.5.2 驱动电机的计算与校核 (24)4.6 Y轴导轨的选择 (26)4.6.1 Y轴导轨的类型选择 (26)4.6.2 Y轴导轨的材料选择 (29)5 Z轴各部件的选择、计算与校核 (29)5.1 驱动机构 (29)5.2 滚动螺旋传动计算 (29)5.3 滚动轴承的选择与计算 (32)5.3.1 滚动轴承的选择 (32)5.3.2 滚动轴承的计算 (33)5.4 联轴器的选择 (34)5.5 驱动电机的选择 (35)5.5.1 驱动电机类型选择 (35)5.5.2 驱动电机的计算与校核 (35)5.6 Z轴导轨的选择 (36)5.6.1 Z轴导轨的类型选择 (36)5.6.2 Y轴导轨的材料选择 (37)6 X轴各部件的选择、计算与校核 (37)6.1 驱动机构 (37)6.2 滚动螺旋传动计算 (37)6.3 滚动轴承的选择与计算 (40)6.3.1 滚动轴承的选择 (40)6.3.2 滚动轴承的计算 (41)6.4 联轴器的选择 (41)6.5 驱动电机的选择 (42)6.5.1 驱动电机类型选择 (42)6.5.2 驱动电机的计算与校核 (42)6.6 Z轴导轨的选择 (44)6.6.1 Z轴导轨的类型选择 (44)6.6.2 Y轴导轨的材料选择 (44)7 测量头的选择 (44)8 结论 (50)谢辞 (51)参考文献 (52)附录 (53)1.绪论1.1 课题背景随着汽车、航空等制造业的快速发展，复杂零件的生产加工制造需要高、精尖的测量仪器，三坐标测量机应运而生。

卧式铣床主轴悬臂梁系统振动减振问题的模拟实验研究摘要机床工作时产生振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。

随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床部门必须面对的重大课题。

本文主要是针对卧式铣床的振动及减振问题的研究。

首先，参照X62W型铣床，设计了一台用于减振试验的铣床模型机。

其中，盛放不同规格钢球的减振槽相当于一个阻尼消振器，利用钢球之间及其与槽壁之间的碰撞摩擦，消耗铣床模型机的振动能量，以达到减振的目的。

其次，利用正弦信号激励的方法测试寻找了模型机的各阶主要频率，并分析了其结构的固有特性。

最后，利用正交表安排了五组钢球减振实验以及一组沙子减振实验。

六组实验的数据对比及结果分析从一定程度上说明了利用钢球减振的可实施性。

关键词：振动减振，主轴悬臂梁系统，模拟实验研究，固有频率，钢球减振The horizontal milling machine cantilever beam vibrates the antivibration system the experimental characteristic research。

ABSTRACTThe engine bed has the vibration when it works .Not only can affect the dynamic precision and the part precision of the engine bed, but also reduce the production efficiency and the cutting tool abrasive resistance. With the leap development of the science and technology .It has put forward a higher request to the manufacture precision and the surface quality of the machine part .The engine bed vibration has became a important issue to the development, production and implementation department. This article is focus on the research of the horizontal milling machine vibration and the antivibration question. On the one hand, I has designed a milling machine molding machine that can be used for antivibration experiment refer to the X62W milling machine. The machine has a antivibration trough, we can put different specification steel ball according to our needs, which serve as a damping shock absorb. Utilizing the collision among the steel balls and the collision between the balls and the trough wall, the vibrational energy of the milling molding machine can be seriously reduced, achieving the antivibration goal. Next, themethod test which drove using the sine signal has sought the molding machine various steps primary frequency, and has analyzed its structure inherent characteristic. Finally, has arranged five group of steel ball antivibration experiments as well as a group of sand antivibration experiment using the orthogonal array. Six groups test the data contrast and the result analysis showed from certain degree antivibration may implement using the steel ball。

悬臂式机械手研究报告一、引言悬臂式机械手是一种常见的工业机械设备，用于在狭小空间或高难度环境下进行物体的抓取、搬运和操作。

本文将对悬臂式机械手进行深入研究，探讨其原理、结构和应用领域。

二、悬臂式机械手的原理和结构悬臂式机械手由底座、臂杆、关节和末端执行器等组成。

底座通过电机驱动，使机械手在水平方向上旋转；臂杆由多个关节连接，通过电机或液压缸驱动，使机械手在垂直方向上进行伸缩；关节通过电机或液压缸驱动，使机械手的各个部分实现灵活的运动；末端执行器通过电磁铁或夹爪等装置，完成对物体的抓取和操作。

三、悬臂式机械手的应用领域悬臂式机械手广泛应用于工业生产线、仓储物流、医疗卫生、军事领域等多个领域。

在工业生产线上，悬臂式机械手能够代替人工完成繁重、危险的工作，提高生产效率和安全性；在仓储物流中，悬臂式机械手能够实现对货物的自动化搬运和分拣，节省人力资源；在医疗卫生领域，悬臂式机械手能够辅助医生进行手术操作，提高手术成功率和患者安全性；在军事领域，悬臂式机械手能够用于搬运和处理危险物品，减少军人的伤亡风险。

四、悬臂式机械手的优势与挑战悬臂式机械手具有以下优势：首先，它能够完成人工难以完成的高难度任务，提高工作效率；其次，它能够代替人工从事危险工作，保障人员安全；再次，它能够在狭小空间内工作，灵活性高；最后，它能够根据需要进行自动化控制，实现无人化操作。

然而，悬臂式机械手也面临一些挑战。

首先，由于机械手的结构复杂，故障率较高，维修和保养成本较高；其次，机械手的操作需要经过专业培训，操作人员的素质要求较高；再次，机械手的精确度和稳定性对环境的要求较高，需要保证工作现场的安全和稳定性。

五、结论悬臂式机械手作为一种重要的工业机械设备，在现代生产中扮演着重要角色。

通过对悬臂式机械手的原理、结构和应用领域的研究，我们可以更好地了解和利用这一技术，提高生产效率和安全性。

然而，悬臂式机械手也面临一些挑战，需要持续的研究和改进。

毕业论文（设计)课题名称46号零件的数控铣削加工工艺及加工程序编制系别机电一体化专业数控技术班级数控A班学号1232432146学生姓名郑昊深指导教师文丽丽完成日期 2015年4月28日广州科技贸易职业学院教务处制广州科技贸易职业学院毕业论文（设计)任务机电系机电一体化技术（数控技术及应用方向）专业兹发给12级A 班郑昊深同学毕业论文(设计）任务书，内容如下：1、毕业论文（设计）题目：46号零件的数控铣削加工工艺及加工程序编制2、应完成的项目：零件图分析，零件加工工艺分析,零件加工CAM仿真及加工。

3、参考资料以及说明: 1。

《机械设计基础》,2.《模具设计制造》，3。

《数控加工工艺及编程》，4.《计算机辅助制造》等。

机械设计类相关书籍，数控专业书籍以及其他参考书籍，网上资料等。

4、本毕业论文(设计）任务书于2015 年1月25 日发出，应于2015年 4 月30 日前完成。

（论文：附后）指导教师签名：年月日系主任签名: 年月日广州科技贸易职业学院毕业论文（设计）题目：46号零件的数控铣削加工工艺及加工程序编制系别: 机电工程学院班级：12级学生：郑昊深系主任：张红伟指导老师: 文丽丽职称：讲师毕业论文(设计）评语：指导教师签名：年月日成绩评定:系负责人签名：年月日摘要随着计算机技术的发展,数字控制技术已经广泛的应用于工业控制的各个领域,尤其在机械制造业中应用十分的广泛。

而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。

本文开篇主要介绍了数控技术的现状及其发展的趋势,紧接着对数控铣削加工工艺做了简要的介绍，使对数控铣削加工工艺有了一个总体的了解.接下来主要是对具体零件的加工工艺的分析，然后用仿真软件指令进行数控编程和仿真加工,最终根据所编写的程序在数控机床上加工出对应的产品。

关键词数控；铣床；数控工艺；编程ABSTRACTAs the development of computer technology ，the Numerical Control Technology has been widely applied to various fields of industial control ,especially in engineering industry 。

机械手臂论文机械手臂论文1000字范文摘要：机械手臂的设计是目前机器人科学研究的一个热点。

这里考虑手臂的抓重、材料和运动速度，对其进行优化设计。

建立了优化设计的数学模型，使用MATLAB软件分析目标函数的性态并设计变量的可行域，求得机械手臂最优尺寸。

在满足条件的情况下，使手臂质量最小，证明了该设计可以满足预设动作要求。

关键词：机械手臂论文前言作为一种智能化程度较高的生产制作工具，智能机械手臂在近期得到了广泛的应用和长足的发展。

研究智能机械手臂的造型设计，能够更好地完善机械手臂的外观，从而更好地与其功能相融合。

本文从介绍其造型设计的特点着手研究。

1.智能机械手臂造型设计特点1.1功能原理对造型的影响智能机械手臂的功能依附于机构工作原理而实现。

目前市场上常见的机械手臂有多轴和三轴等，尤其以六轴机械手臂应用较为广泛。

在造型设计时需先确定机械手臂大致形态与结构比例，再考虑各个关节的连接方式、造型元素、细节形态及图形化设计等。

机械手臂造型可采用全包裹式或半包裹式，双臂式或单臂式，都以功能需求为造型基础。

产品形态是表达产品设计思想与实现产品功能的语言和媒介。

在造型创新的过程中，考虑机械手臂的关节结构及传动规律，在此基础上进行造型设计才具有实际意义。

1.2造型特点对比分析(1)同一品牌的产品设计具有家族化色彩偏好及造型曲线偏好，在保证功能与审美的基础上融入产品族造型基因。

产品族设计是企业竞争的有效手段，使产品能获得统一的家族特征。

(2)轻载机械手臂与重载机械手臂的造型元素选择具有差异性，轻载机械手臂重视灵活精确，因此多采用线元素来塑造，强调形态的轻松、灵动，采用双臂设计将关节电机内置;重载机械手臂重视力量感与安全可靠性，造型多采用体元素与较宽大的面元素来凸显产品厚重感。

同时采用较大的基座设计，一方面符合载重需要，另一方面使视觉重心下移，下降的视觉感官是稳定、可靠的，凸显了造型的力量感，增加人对机械手臂载重可靠性的心理感受。

悬臂起重机毕业设计悬臂起重机毕业设计悬臂起重机是一种常见的工程机械设备，广泛应用于建筑工地、港口码头和物流仓库等场所。

作为一名即将毕业的工程学生，我选择了悬臂起重机作为我的毕业设计主题。

本文将从悬臂起重机的原理、设计要点以及未来发展方向等方面进行论述。

一、悬臂起重机的原理悬臂起重机是一种通过悬臂臂杆实现起重作业的设备。

它的工作原理是利用电动机驱动起重机械的回转、升降和伸缩等运动，从而实现货物的搬运和装卸。

悬臂起重机的主要组成部分包括起重机械、悬臂臂杆、回转机构和电气控制系统等。

二、悬臂起重机的设计要点在进行悬臂起重机的毕业设计时，需要考虑以下几个设计要点：1. 载荷计算：根据使用场所和工作条件，合理估计起重机的最大承载能力，以确保其安全可靠的运行。

2. 结构设计：悬臂起重机的结构设计需要考虑材料的选择、强度计算、稳定性分析等因素，以保证其结构的牢固性和稳定性。

3. 动力系统设计：悬臂起重机的动力系统设计包括电动机的选型和传动装置的设计等，需要综合考虑起重机的工作负荷和效率要求。

4. 控制系统设计：悬臂起重机的控制系统设计需要考虑起重机的运动控制和安全保护等功能，以确保起重机的稳定运行和人员的安全。

三、悬臂起重机的未来发展方向随着科技的不断进步和工程技术的发展，悬臂起重机也在不断演进和改进。

未来，悬臂起重机的发展方向主要体现在以下几个方面：1. 自动化技术：随着人工智能和自动化技术的发展，悬臂起重机将更加智能化和自动化。

例如，可以通过传感器和摄像头等设备实现对起重作业的自动监控和控制。

2. 轻量化设计：为了提高悬臂起重机的工作效率和运输便利性，未来的设计将更加注重轻量化和紧凑化。

采用新型材料和结构设计，可以减轻起重机的自重，提高其运输和使用的灵活性。

3. 环保节能：在设计悬臂起重机时，需要考虑其能源消耗和环境污染等问题。

未来的发展方向将更加注重节能减排，采用新能源和高效电动机等技术手段，降低起重机的能耗和对环境的影响。

第1章前言机床工作时产生振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。

振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能，不仅如此，伴随振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，导致工作效率下降。

故振动问题必须引起我们足够的重视。

随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床部门必须面对的重大课题。

研究机床振动的目的，在于探究机床振动发生的原因，谋求防止和消除机床振动的方法，以及研制抗振性更佳的机床。

本文对机床的振动危害及减振方法做了一定的讨论及研究。

机床的减振方法从理论上来说，一般有四种途径：1、减少激振力P。

2、增大系统的ϖ或改变激振阻尼ξ。

3、增大系统中的刚度K。

4、提高系统的固有频率n频率ϖ，以使两者远离。

本文主要是对卧式铣床的振动减振系统的实验特性的研究，由于铣床的外部环境及本身构造在其的研究中可看做是不可改变的因素，所以可以实现的减振方法只有附加谐振系统在振动结构上用以抵消原振动，以达到减振的目的。

故本文主要讨论的减振方法属于阻尼消振的一种，即安装减振器或类似结构以抵消卧式铣床悬臂梁本身的振动，以达到减振的目的。

本文的研究主要可以分为以下三个部分：首先，参照X62W型铣床，设计了一台用于减振试验的铣床模型机。

铣床模型机模拟了铣床的主要结构，包括底座、立柱、刀轴等，并根据需要添加了减振槽、挂架及相当于偏心轮的模拟铣刀等结构。

盛放不同规格钢球的减振槽相当于一个阻尼消振器，利用钢球之间及其与槽壁之间的碰撞摩擦，消耗铣床模型机的振动能量，以达到减振的目的。

其次，是对模型机固有频率的测定。

这是试验最基本和首要的一步，用以作为标准衡量之后减振试验效果的好坏。

本文讲述了三种模型机的激振方法：1、稳态正弦激励法：稳态正弦激励又称简谐激振，它是通过激振设备对被测试对象施加频率可控的简谐激振力，常用的激振设备是频带宽、波形好的电磁激振系统，由扫描信号发生器，功率放大器和激振器组成。

铣床毕业论文铣床是一种常见的金属加工设备，用于将金属工件进行形状加工和表面加工。

本文以铣床为主题，探讨了铣床的结构和工作原理，并阐述了铣床在工业生产中的应用。

论文共分为四个部分，分别是铣床的结构和工作原理、铣床的应用、铣床的发展趋势及个人观点。

铣床的结构和工作原理是铣床的基础知识，理解了这些知识才能更好地操作和维护铣床。

铣床主要由床身、工作台、工作台进给机构和主轴箱等部分组成。

工作原理是指铣床通过刀具旋转和工件线性运动来实现加工的过程。

刀具转动时，工件在工作台上进给，切削力使刀具和工件发生相对运动，将工件切削下来，产生所需的形状。

铣床的应用广泛，可以用于加工各种不同材质的工件。

铣床可用于加工平面、曲面、齿轮等形状，广泛应用于机械制造、航空航天等领域。

在汽车制造领域，铣床常常用于加工发动机缸盖等工件。

在航空航天领域，铣床常用于加工飞机零部件，如机翼和尾翼等。

铣床的发展趋势主要体现在技术的创新和设备的智能化。

随着科技的进步，铣床的加工能力和效率不断提高。

一些先进的铣床已经可以实现多轴加工、自动换刀和自动修整等功能。

此外，随着人工智能和大数据等技术的应用，铣床的智能化水平还将得到提升。

个人观点部分，本文谈到了我对铣床的看法。

我认为铣床在工业生产中起到了重要的作用，它可以快速、精确地加工各种形状的工件，提高生产效率和质量。

随着科技的进步，铣床将会更加智能化，为人们的生产生活带来更多便利。

总结起来，本文主要介绍了铣床的结构和工作原理、铣床的应用、铣床的发展趋势以及个人观点。

通过本文的学习，读者可以更好地理解和掌握铣床的知识，为今后的工作打下坚实的基础。

同时，也能够认识到铣床在现代工业中的重要性和发展前景。

福州大学至诚学院本科生毕业设计（论文）题目：小型数控立式铣床机械结构设计姓名：学号：系别：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化年级：2008级指导教师：年月日独创性声明本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。

文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。

特此声明。

论文作者签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。

保密的论文在解密后应遵守此规定。

论文作者签名：指导教师签名：日期：小型数控立式铣床机械结构设计摘要本文主要介绍了数控立式铣床机械结构部分的设计。

包括立式铣床的总体布局、主传动系统、伺服进给系统和工作台等主要机械结构设计。

此次设计是在传统机床的基础上，对其改造，使其能够适应更多的加工需要。

其中要使铣床的总体结构更加紧凑，所以采用了主传动系统都用立式的传动轴。

并且同时还要保证传动的平稳和精准，这就需要在机械结构的设计上有更高的要求，对电机的选择和传动轴的设计计算需要更加精确。

而伺服进给系统的设计就主要考虑传动的精准，丝杆的传动的灵敏性以及伺服电机的最优传动。

对丝杆需要考虑传动的力矩和扭矩大小，怎样选择才能做到最优设计。

数控工作台的设计因为之前接触的少，在查阅了大量资料后，选择了分度回转工作台。

并且此项设计已经成熟，在查阅资料后根据我所设计的机床做出了合适的选择，采用了定位销式分度工作台。

这种工作台的定位分度主要靠定位销和定位孔来实现的。

而定位精度则需要取决于蜗轮副的传动精度，因而必须采用高精度的蜗轮副。

关键字：数控铣床，机械结构Small vertical milling machine mechanical structuredesign of numerical controlabstractThis paper mainly introduces the numerical control vertical milling machine mechanical structure parts of the design.Include vertical milling machine of the overall layout, main transmission system, servo drive system and the main mechanical structure design, etc.This design is the traditional machine tools, on the basis of the reform, which can adapt to the more processing need.This should make the general structure of the milling machine is more compact, so the main transmission system with all of the vertical shaft.And at the same time it also ensures that the transmission of smooth and accurate, this needs in the design of the mechanical structure has higher request, to choose and the shaft of the motor design and calculation of the need to be moreprecise.And servo drive system design is the main consideration of transmission of precise, screw transmission of the sensitivity of the servo motor and the optimal transmission.To screw need to consider the transmission torque and torque size, how to choose to do the optimal design. The machine optimal transmission.The design of the CNC table before because of the contact less, in turn a large number of data, choose dividing rotating table.And the design has been mature, in the access to information according to the design of after I made the right choice machine, using a location pins type dividing workbench.This table positioning dividing depend mainly on pins and positioning will realize the hole.And positioning accuracy is needed to worm gear transmission accuracy of depends on vice, therefore it must be with high precision of worm gear and vice.Key word: CNC milling machine, mechanical structure目录1 绪论 (4)1.1 课题的研究目的和意义 (4)国内、外现状及水平................................................................................................... 错误!未定义书签。