1869_GD1型山藥收獲機設計,_gd1,山藥,收獲,收成,設計 單位代碼 02 學 號 080105031 分 類 號 TH6 密 級 畢 業(yè) 設 計 說 明 書GD1 型山藥收獲機設計院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 張 盼 盼 指 導 教 師 薛 東 彬 2012 年 5 月 13 日 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 頁GD1 型山藥收獲機設計摘要GD1 型山藥收獲機由于結構簡單、巧妙、合理，可以完成機械化的收獲作業(yè)，效率可以提高幾十倍，可以大大普及推廣深土經(jīng)濟農(nóng)作物的種植，提高農(nóng)民的經(jīng)濟效益。本次設計對傳統(tǒng)的農(nóng)用機械的提升部分有所改進，使其工作部分能夠垂直升降，達到精準快速收獲山藥的目的。首先，本文對傳統(tǒng)的山藥收獲方式進行了論述，并詳細闡述了此山藥收獲機的工作原理。其次，本文對山藥收獲機的齒輪傳動部分，垂直提升部分，空心螺旋鋼片軸此三部分進行論述。最后，本文對山藥收獲機各部分設計的計算過程進行的詳細闡述。關鍵詞：齒輪傳動部分，垂直提升部分，空心螺旋鋼片軸 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 I 頁The design of yam harvest machine GD1 Author:Zhang PanpanTutor:Xue DongbinAbstractThe structure of Yam harvest machine GD1 is simple,clever,rational.Mechanized harvesting operations can be completed, its efficiency can be improved several times.The planting of deep soil economic crops can be greatly popularize , which can improve the economic efficiency of farmers. The design improve the enhance part of traditional agricultural machine. Making its work part to lift vertically.To achieve the purpose of harvesting yam accurately and rapidly. Firstly, the traditional yam harvest methods are discussed, and elaborated on the working principle of the yam harvest.Secondly,discourse the gear transmission part of the yam harvest machine, vertical lifting part , the hollow spiral steel shaft this three part.Finally, the yam harvest machine design calculation process is described in detail.Key words: gear transmission part,the vertical lifting part,the hollow spiral steel shaft 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 II 頁目錄1 設計方案說明 .............................................................11.1 設備介紹 .............................................................11.1.1 山藥收獲機的組成及工作原理 .....................................11.1.2 山藥收獲機現(xiàn)狀 .................................................11.2 設計要求 .............................................................42 設計方案分析 .............................................................53 單級圓錐齒輪減速器的設計 ...............................................63.1 齒輪傳動部分設計 ......................................................63.2 軸的設計 .............................................................113.2.1 小錐齒輪軸的設計 ................................................113.2.2 大錐齒輪軸的設計 ...............................................173.3 減速器箱體的設計 .....................................................194 支撐部分的設計 ..........................................................215 工作部分的設計 ..........................................................245.1 山藥收獲機的收獲工具 .................................................245.2 收獲工具工作原理 .....................................................24設計總結 ..................................................................25致謝 .......................................................................26參考文獻 ..................................................................27 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 0 頁1 設計方案說明1.1 設備介紹1.1.1 山藥收獲機的組成及工作原理山藥收獲機由動力輸出部分、減速部分、支撐部分和工作部分四部分組成。山藥收獲機簡圖如圖 1.1 所示：圖 1.1山藥收獲機的工作原理：拖拉機液壓系統(tǒng)帶動的垂直提升機構實現(xiàn)工具的豎直運動，柴油機動力輸出實現(xiàn)工具的旋轉運動。1.1.2 山藥收獲機現(xiàn)狀目前，在山藥收獲時，我們一般采用人工挖掘的方式，這種收獲方式費時、費力， 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 頁收獲效率低，且易將山藥損傷或折斷。為了克服目前農(nóng)作物，尤其是山藥等深土農(nóng)作物收獲的難題，廣大設計者進行了刻苦的鉆研。以下是幾種山藥收獲機概述，這些資料來源于中國知識產(chǎn)權局專利檢索網(wǎng)站。第一種山藥收獲機的發(fā)明者是盧雙貴，這種山藥收獲機，由切割帶鋸、松土板和螺旋提升機組成，通過前面的帶鋸繞山藥溝切割，帶鋸上部連接轉輪，中間穿過狹長形開口，下部套住軸承，中間的松土板隨著在后將土松動，松土板固定在套管中的伸縮桿上由油壓氣泵提供動力，最后的螺旋提升機在切割的土方下部向上轉動，即可把山藥向上頂出。由于采用拖拉機為動力，切割的土方大于山藥溝，從山藥底部向上拱，不僅保證了山藥的完整性，不折斷山藥，而且保持了山藥溝的原貌，工作效率大為提高，每天可挖掘山藥三至五畝。山藥收獲機結構原理圖如圖 1.2 所示：圖 1.2第二種山藥收獲機發(fā)明者是李善文，這種山藥收獲機的右下方，垂直連接有兩根平行的滑動軸，滑動軸底端與底機架連接；活動軸上，套裝有一對滑動套之間安裝有連動輪，二個連動輪之間由固定支架連接，兩個連動輪外徑之間連著連動帶，連動帶上固定連接有若干個扁板狀的護土板機二個護土板；在機架上方安裝有提升輪，在底機架上，安裝有變速箱，它作為過渡動力源使用；使用時，底板機架與拖拉機類農(nóng)用運輸車類連接并提供動力，帶動該機運轉收獲作業(yè)。該機結構簡單、巧妙、合理，可以完成機械化 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁的收獲作業(yè)，省力、省時，效率可以提高幾十倍，可以大大普及推廣深土經(jīng)濟農(nóng)作物的種植，提高農(nóng)民的經(jīng)濟效益。山藥收獲機結構原理圖如圖 1.3 所示：圖 1.3第三種山藥收獲機是智能山藥收獲機，發(fā)明人有王慧、張銀良、盧澤宇、王濰。這種山藥收獲機包括支架，該支架包括連接支架和與其滑動連接的安裝支架，安裝支架上穿過有絲杠，絲杠的頂端固定有皮帶輪，所述安裝支架上固定有控制裝置，安裝支架的下方靠近連接支架的一端通過兩個支撐桿活動連接有套筒，套筒側面對稱安裝有兩條接合縫，在接合縫處套筒通過套筒鎖套固定，兩支撐桿的一端在套筒的接合縫處于套筒鉸接，另一端與安裝支架連接；安裝支架上遠離連接支架的一端固定連接有帶鋸，帶鋸的輸入軸通過皮帶與動力裝置相連，安裝支架上還有與套筒對應的定位機構。該智能山藥收獲機實現(xiàn)了山藥的機械收獲且可以避免誤傷山藥。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 3 頁山藥收獲機結構原理圖如圖 1.4 所示：圖 1.41.2 設計要求本設計總要求：設計山藥收獲機用于山藥的自動收獲作業(yè)。給定的條件和要求:翻土作業(yè)時的作業(yè)量為 1-2 立方米 /小時，采用螺旋排除浮土，螺旋轉速為 150-200 轉/分鐘。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁2 設計方案分析經(jīng)論證得出總體設計方案為：動力部分：包括兩個動力輸出部分，一是柴油機驅(qū)動的 30 匹農(nóng)用拖拉機，其提供收獲工具的旋轉運動。二是由拖拉機自帶液壓系統(tǒng)提供收獲工具豎直方向的運動。減速部分：由單級圓錐齒輪減速器實現(xiàn)工作調(diào)速。支撐部分：由 Q235 材料焊接而成的垂直提升機構。工作部分：采用外焊螺旋鋼片空心式工具。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁3 單級圓錐齒輪減速器的設計3.1 齒輪傳動部分設計選用 30 馬力的農(nóng)用拖拉機，功率 22.1KW。從而得出所設計的減速器輸入軸轉速 n1為 540r/min，輸出軸轉速 n2為 180r/min。計算得減速器傳動比為 3。此傳動比符合單級圓錐齒輪傳動比范圍。1.傳動效率計算為拖拉機內(nèi)部變速裝置及其它傳動總的效率，取 為 0.96。0? 0?η 為設計減速器的總功率。傳動效率分別為：萬向聯(lián)軸器效率 ，滾動軸承的效率 ，圓錐齒0.921??0.953??輪傳動效率 ，聯(lián)軸器效率.54 0.96?傳動裝置的總效率 應為組成傳動裝置的各部分運動副效率之乘積,即： 90..95.05654321 ?????2.各軸轉速min1rni/802i?3.各軸輸入功率 kwp59.2032101???6.542?4.各軸輸入轉矩：90.??min541rn/802?kwp59.1362? 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 6 頁T1=9550 P1/ n1=9550×20.79KW/540r/min=367.68N·mT2=9550 P2/ n2=9550×19.36KW/180r/min=1027.16N·mT1==367.68N·mT2=1027.16N·m圖 3.15.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)如圖 3.1 傳動方案，選用單級圓錐齒輪傳動。1）運輸機為一般農(nóng)用機械，選用 7 級精度，齒形角 ，齒頂高20???系數(shù) ，頂隙系數(shù) 。*ah?*0.2c?2）選擇大小錐齒輪的材料均為 40Cr（調(diào)質(zhì)+表面淬火） ，硬度為 48-50HRC。3）初步選取小齒輪齒數(shù) Z1=18，大齒輪齒數(shù) Z2=54。6.按齒面接觸疲勞強度設計1）試選載荷系數(shù) K=2.852）小齒輪傳遞的轉矩 T1=367.68N·m=367680N·mm 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 7 頁3）確定齒寬系數(shù) Φ R=0.33。4）查得材料彈性影響系數(shù) 。1289.EZMPa?5）由機械設計手冊查得齒輪的齒面接觸疲勞極限，σ Hlim1 =σ Hlim2 =1100MPa。安全系數(shù) S=1.6）計算應力循環(huán)次數(shù)小齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：N1=60n·j·L·h=5.0×10 8；大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：N2=N1/3=1.67×10 8。7）接觸疲勞壽命系數(shù)：K HN1=0.93 ，K HN2=0.97,彎曲疲勞壽命系數(shù)：KFN1=0.85，K FN2=0.888)計算接觸疲勞許用應力[σ H]1= = KHN1?σ Hlim1/S=1023MPa[σ H]2= KHN2?σ Hlim2/S=1067MPa9)試算小齒輪的分度圓直徑，帶入許用應力中的較小值得： =109.17mm22131 )5.0(9. ????????HERRt ZuTd??10）計算圓周速度 v smn/9.3106????11)計算載荷系數(shù)據(jù)速度 ，7 級精度，得動載荷系數(shù) KV=1.07,使用系數(shù) KA =1.75， KHβ =KFβ =1.65，K α =1。故載荷系數(shù) K= KHβ ?Kα ?KA?KV =3.0912）按實際載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑112.15?31ttkd13）計算模數(shù) 6.231zdmN1=5.0×108N2=1.67×108[σ H]1= 1023MPa[σ H]2=1067MPam17.091?tds/09.3??15.2?dm36 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 8 頁7.按齒根彎曲疲勞強度進行設計1）由機械設計手冊查取的齒輪彎曲疲勞極限 σ EF1=σ EF2=620MPa，安全系數(shù) S=1.3。2）許用彎曲應力:[σ F]1 = KFN1?σ EF1/S=405.38MPa[σ F]2 = KFN2?σ EF2/S=419.69MPa3)載荷系數(shù) K= KFβ ?Kα ?KA?KV =3.094)查取齒形系 YFa1=2.91，Y Fa2=2.30，Y Sa1=1.53，Y Sa2=1.71。5)比較 YSa1?YFa1/ [σ F]1與 YSa2?YFa2/ [σ F]2取較大者YSa1?YFa1/ [σ F]1=0.010983YSa2?YFa2/ [σ F]2=0.0093716）計算模數(shù)m≥ =5.96????3215.04FasRRYuZKT?????對比計算結果，按機械設計手冊選取模數(shù) m=6，按接觸強度得分度圓直徑 =112.15，算出小齒輪齒數(shù) ,1d 196.81??mdz 5732??z=405.38MPa??1F?=419.69MPa219z28.大小圓錐齒輪主要尺寸如表 3.1 所示：表 3.1名稱符號公式直齒圓錐小齒輪直齒圓錐大齒輪齒數(shù) zz19 57模數(shù) m m 6傳動比 i i 3 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 9 頁分度圓錐度 ?，iarctg11?12-90?。 18.43° 71.57°分度圓直徑 dmz112 336齒頂高ahha*?6 6齒根高f mcaf)(*?7.2 7.2齒全高 h fah?13.2 13.2齒頂圓直徑ad，1*1cos2??2ma123(大端) 340（大端）齒根圓直徑f ，1*1cshff??22o?dff 98 331齒距 p ?18.84 18.84齒厚 s ms? 9.42 9.42齒槽寬 e 2e9.42 9.42頂隙 c c* 1.2 1.2錐距 R 21d??177 177齒頂角a?，21f1fa?1.94° 2.33°齒根角f ??Rhrctgfff?21 2.33° 1.94° 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 10 頁齒頂圓錐角a?，11aa????2229.37° 73.9°齒根圓錐角f ，11ff?22ff???16.1° 69.63°當量齒數(shù)vzcoszv 20 180齒寬 bR??58 583.2 軸的設計3.2.1 小錐齒輪軸的設計1.確定最小軸頸 mdRbdm945.011?????????圓周力: NTFmt78231徑向力: Ntr 270143.8cos20tancosan1 ????????軸向力: t 9i783i1 ???2.初步確定軸的尺寸選軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。根據(jù)機械設計手冊，取A0=110。最小軸徑： mnPAd375409.21330min ??輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 dⅠ-Ⅱ ,如圖所示md941?NFt78231r0?a91md37in? 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 11 頁圖 3.2的軸頸 dⅠ-Ⅱ 與聯(lián)軸器的直徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器的選擇：工作情況系數(shù) KA=2.4計算轉矩:Tca=K A?T=2.4×212.2 N·m=509 N·m按照計算轉矩 Tca 應小于聯(lián)軸器的公稱轉矩的條件。即Tca≤[T]，其中[T]為該型號聯(lián)軸器的許用轉矩。選用 WSD8 型萬向聯(lián)軸器，其公稱轉矩為 1120N·m。半聯(lián)軸器的孔徑為 38mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂長度 L1為 82。為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故段的長度比 L1略短一些，因此 L1 段軸的長度為 80 mm。3.軸的結構設計擬定軸上零件的裝配方案，如圖 3.2 所示。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 12 頁圖 3.3為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，L2 段軸 d2=44mm,右端用軸承端蓋定位，根據(jù)軸承端蓋的厚度取這段軸的長度為 L2=60。L3 段軸需安裝軸承，由機械設計手冊中查取標準精度等級的圓錐滾子軸承 30311，其尺寸 d×D×T=55×120×31.5，故d3=55mm，L3=31.5mm。因此 L5 段軸直徑和長度與 L3 段軸相同且要對軸套進行軸向定位，d4=55,L4=28.5。L4 段安裝軸承的左端用套筒定位，右端用軸肩定位。取其定位軸肩高度為 5mm，取 d4=65,L4 段軸的長度由結構而定為 80mm。取軸套長度為 21，小齒輪的寬度為63mm，因此 L6 段軸的長度為 21+63-1=83mm。經(jīng)計算，軸的總長度為 364 mm。4.求軸上的載荷圖 3.4 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 13 頁圖 3.5圖 3.6 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 14 頁圖 3.7軸段的支反力情況為： 表 3.2 距左端距離 水平支反力 Rh1 垂直支反力 Rv148.5mm 10186.5N 4066N 距左端距離 水平支反力 Rh2 垂直支反力 Rv2180.5mm -3395.5N -1637N5)彎曲應力校核確定危險截面，根據(jù)彎矩圖和扭矩圖可得距左端 180.5mm 處，得到最大的彎矩和扭矩，并且此處所示的支反力為最大值，從而確定此 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 15 頁處為危險截面，進行強度校核時，則只需要校核此處的強度。彎曲應力校核公式： ????132210???????dTM223().54Pa?而許用疲勞應力為 180Mpa，即彎曲應力校核通過。6）疲勞強度校核 ??SS????maK????1aS????1對危險截面進行疲勞強度校核得：直徑：38mm危險截面的彎矩 M：5000N·mm ,扭矩 T：60000N·mm有效應力集中系數(shù)（彎曲作用）：2.05 （扭轉作用）：1.55截面的疲勞強度安全系數(shù) S：32.21。許用安全系數(shù)[S]：1.9。兩處疲勞強度校核通過。7）扭轉剛度校核圓軸扭轉變形的計算公式， 。G——材料的切變模4158indlT???量（MPa） ，對鋼 G= （MPa）, ——分別代表階梯軸第 i810.?iil.段上所傳遞的轉矩、長度、內(nèi)外直徑。圓軸的扭轉角為 0.0039，經(jīng)計 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 16 頁算得扭轉剛度變形為 ，而許用扭轉變形為0.65/m???0.25~1.0 ，從而扭轉剛度校核通過。/m?本軸因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。3.2.2 大錐齒輪軸的設計1）確定最小軸頸 mdRbdm2815.02?????????圓周力: NTFmt732徑向力: ?a Ntr 2701cos0an1????軸向力: 2Rt 9i1?2）初步確定軸的尺寸選軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。根據(jù)機械設計手冊，取 A0=110。最小軸徑： mnPAd31.5230min??輸出軸的最小直徑要加工成花鍵，根據(jù)花鍵的直徑標準以及工具軸的內(nèi)徑設計此段軸的直徑為 56mm。md281?NFt73a0291?3）軸的結構設計擬定軸上零件的裝配方案，如圖 3.8 所示。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 17 頁圖 3.8圖 3.9為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸直徑 d1=60mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=84mm。L3 段軸需安裝軸承，由機械設計手冊中查取標準精度等級的單列圓錐滾子軸承30314，其尺寸 d×D×T=70×150×38，故 d3=70mm,左端用軸承端蓋定位,根據(jù)軸承端蓋的厚度 d2=68,L2=88,L3 段右端用套筒定位,取 L3=68mm。L7 段軸直徑和 L3 段軸相同d7=d3=70,L7=38。L4 段安裝齒輪，取其定位軸肩高度為 5mm，則 d4=80。L6 段軸的長度由結構而定為 100mm。大齒輪的主要尺寸如圖 3.10 所示：圖 3.10 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 18 頁經(jīng)校核，大齒輪軸強度條件滿足。4）花鍵校核（1）花鍵主要失效形式是工作面的壓潰。（2）按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。（3）花鍵的連接強度條件：σ P=2T×103/ΨZlhd m≤[σ P]①由機械設計手冊查?。害贰d荷不均勻系數(shù)，取值為 0.7Z——花鍵齒數(shù)，取值為 8l——齒的工作長度，取值為 52mmh——花鍵齒側的工作長度，取值為 1mmdm——花鍵的平均徑，取值為 55mm[σ P]——花鍵連接的許用壓應力，取值為 120MPa②代入公式計算得出：σ P=38.2 MPa≤[σ P]因此選用花鍵的規(guī)格為：N×d×D×B=8×56×65×10,滿足傳動及使用條件。3.3 減速器箱體的設計減速器的箱體采用鑄造（HT=150）制成，采用剖分式結構。1.機體要有足夠的剛度2.在機體為加肋，外輪廓為長方形，增強了軸承座剛度。3.機體結構有良好的工藝性鑄件壁厚為 10，圓角半徑 R=2。機體外形簡單，方便制造。減速器箱體的結構尺寸如表 3.2 所示：表 3.2名稱 符號 計算公式 結果 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 19 頁箱座壁厚 ?10箱蓋壁厚 1 10箱蓋凸緣厚度 b115.?15箱座凸緣厚度 ?15箱座底凸緣厚度 2.2 25地腳螺釘直徑 fd12036??af M16地腳螺釘數(shù)目 n查手冊 4軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 1dfd75.1 M12機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑 2=（0.5~0.6）2f M12軸承端蓋螺釘直徑 3d=（0.4~0.5）3fdM12定位銷直徑 =（0.7~0.8） 210， ， 至外fd12機壁距離1C查機械課程設計指導 221818， 至凸緣邊f(xié)2緣距離2查機械課程設計指導 2016外機壁至軸承座端面距離 1l= + +（ 5~10）1lC2 50大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離 1?>1.21?12齒輪端面與內(nèi)機壁 2>2 11 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 20 頁距離4. 支撐部分的設計垂直提升機構原理見圖 2。主臂有夾角為 的兩軸向直線槽，桿 和 可沿直線0?1R2槽作軸線方向直線運功。由于兩桿左端孔與約束由曲線槽轉動銷軸相連結，因此，主臂作擺動運動時，桿 、 另兩端 A 點和 B 點既做軸線方向移動又做沿曲線槽的轉動，且1R2兩點在主臂的擺動過程中始終保持在一條固定的垂線上，其運動分析如下。圖 4.1實驗證明，當 ,3065,180,5 mRLRmLR???，接 近R 為連桿定長，即圖 4.1 中取 = =1200mm， ， 。從圖 2 的分析可得出：208???故曲線槽中心線的極坐標方程：??cos)(??L 10cos5cos???? 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 21 頁圖 2 中桿 和 夾角為 ，運動過程中位置相差 。其運動關系中有如下關系：1R20808)cos()cos)(2)( ??????????RL（圖 4.2導軌材料全部采用 Q235 焊接而成，經(jīng)計算強度滿足使用條件。圖 4.3 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 22 頁圖 4.4α 在 0-35 間,θ 為 ,固 在 0-35，而在 在 8-43 范圍內(nèi),查得082?1?F=10KN。 12?COSF?，ini?得 2122?SiTaos?當 ， 時 有最大值 71KN。查得 ， ，得02??08FMPa260][??][42????dFd=18.65mm，取直徑 30mm. 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 23 頁5 工作部分的設計5.1 山藥收獲機的收獲工具收獲工具由兩部分構成：一部分為 45 鋼制成的空心軸，外徑為 100mm，內(nèi)徑為80mm。另一部分為材料為 45 鋼的螺旋鋼片,是由錐軋機整體冷軋成形。該工具的工作長度為 850mm,工具總長度為 1030mm。5.2 收獲工具工作原理工具在減速器輸出軸帶動下旋轉。由液壓缸推動工具下移，將連同山藥在內(nèi)的土柱打入工具內(nèi)部后，工具上移，帶停轉后卸下銷釘，快速頂出山藥土柱，完成一次收獲。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 24 頁設計總結為期四個月的畢業(yè)設計即將結束，終于我們完成了我們的畢業(yè)設計。這次畢業(yè)設計是對我們綜合知識的一次應用，心里很高興能在即將工作之際，將這幾年學習的專業(yè)知識來了一次整體復習，這對即將踏上工作崗位的我是一次綜合素質(zhì)的提升。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我們才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識。不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。經(jīng)過薛老師的指導漸漸的摸到頭緒，在不斷的資料搜索和查閱后，整體的思路應運而生，最后終于完成了畢業(yè)設計，有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我們認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。以后還要將畢業(yè)設計的這股干勁兒用在工作中，因為愛著這個專業(yè)，所以我相信我一定能做好！ 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 25 頁致謝在此要感謝我們的指導老師薛東彬老師對我悉心的指導，感謝老師給我們的幫助。在設計過程中，我們通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我們懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我們獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我們充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我們終身受益。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 26 頁參考文獻[1]夏建中.土力學 [M].北京：中國電力出版社， 2009.[2]孫波.畢業(yè)設計寶典 [M]..西安：西安電子科技大學出版社，2008.[3]濮良貴.紀名剛 .機械設計[M]..北京：高等教育出版社，2006.[4]秦方有.汽車內(nèi)燃機原理[M]..北京：北京理工大學出版社，1997.[5]R .康韋 R .羅斯[美] .工業(yè)廢物處理手冊[J].北京：工人出版社， 1993.[6]徐灝.機械設計手冊 [M].北京：機械工業(yè)出版社，1991.[7]北京鋼鐵學院.機械零件[M]. 北京：人民教育出版社，1990.[8]董慶華.機械零件 [M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社，1990.[9]劉鴻文.材料力學 [M]. 北京：人民教育出版社，1990.[10]機械設計手冊編委會 .機械設計手冊[J].第 1 卷.北京：機械工業(yè)出版社，2004.[11] 崔占全，邱平善 .工程材料[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000：60-320.[12] 大連理工大學工程畫教研室.機械制圖[M].第 4 版.高等教育出版社.北京.1993：35－290.[13]吳宗澤.機械設計實用手冊[J].北京：機械工業(yè)出版社,2009.4.[14]王昆等.機械設計基礎課程設計[M].北京：高等教育出版社,1996.[15]孫訓芳.材料力學 [M].北京：高等教育出版社,2002.單位代碼 0 2 學 號 080105031 分 類 號 TH6 密 級 畢 業(yè) 設 計文獻翻譯院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 張 盼 盼 指 導 教 師 薛 東 彬2012 年 3 月 10 日 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 0 頁五軸超精密微型銑床—UltraMill 的設計第一部分：全面的設計方法，設計所需要考慮的事和規(guī)格霍洪德，程凱，弗蘭克 · 華永日期：2009 年 3 月 9 日/接受日期：2009 年 5 月 19 日施普林格—弗萊格倫敦有限責任公司 2009.摘 要在光電設備，汽車，生物技術，航空航天工業(yè)和信息化技術等工業(yè)領域，高精密三維小型的零件和微觀結構正被日益的需求。實現(xiàn)機械上微型機器的一種理性的方法是去一步步地發(fā)展超精密機床。在這篇有著兩部分內(nèi)容文章的第 1 部分，具有微型加工能力的超精密機床的現(xiàn)狀被重點考慮和重點說明。五軸超精密微型銑床——超級銑床的設計方法和規(guī)格被討論。三個優(yōu)先考慮的設計問題：運動精度，動態(tài)剛度和熱穩(wěn)定性，制訂超級銑床的全盤的設計方法。這種方法已經(jīng)被應用于關鍵機器零部件及其一體化的發(fā)展并用其實現(xiàn)了高精度和納米級表面光潔度。關鍵詞：精密機器設計，微型銑削，小型機械零件，五軸機加工刀具，臥式微型機床 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 1 頁1 簡介 現(xiàn)在，越來越多的產(chǎn)業(yè)（如光電設備，汽車，生物技術，航空航天，信息技術等）需要尺寸范圍從幾百微米到幾毫米或特征從幾個到幾百個微米不等的高精度微型元件【1】 。傳統(tǒng)的微型機械制造技術，例如化學腐蝕和 LIGA，長期以來一直被公認是不適合生產(chǎn)真正的 3D 微型零件的【2，3】 。在另一方面，超精密機床在一個較廣泛的工程材料范圍內(nèi)，能將幾何復雜微型零件加工成高精度，并具有較高的表面光潔度【4】上有著獨一無二的優(yōu)勢。圖 1 顯示了一些利用微型銑削加工成的高精度微型零件和微型結構的例子【2，5-10】 。這些示例顯示了具有復雜的 3D 幾何微型組件被造出來需要利用各種材料，不只是硅。材料是有應用依賴性的：光學元件是利用玻璃、高分子材料或鋁制造出來的 ；機械組件是利用鐵或不含鐵的金屬 ；藥用成分是利用聚合物，鋁或高硬度鋼。一些微型零件和微型結構要求亞微米級精度和納米級表面光潔度。機械的微型機加工是一種生產(chǎn)高精度微型零件的理想方法。在幾個機械的機加工工藝中，微型銑削是最靈活的工藝并因此能去生成各種各樣的復雜微型零件和微型結構。本文回顧和評論了有微型銑削功能的超精密機床的發(fā)展現(xiàn)狀，包括工業(yè)和研究的努力。本文也顯示了復雜的或臥式的機床的一些優(yōu)勢。文章關注的焦點將被放在設計方法和一種新型五軸臥式微型銑床——超級銑床，的關鍵機器零件的決定上；超級銑是旨在在小的面積內(nèi)提供高精度的微型制造方法的歐盟 FP6 MASMICRO 項目的一部分。最后，文章討論了超級銑的規(guī)格。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 2 頁圖 1 高精度微型銑削零件和微觀結構的示例:a.微觀溝壑【5】b.微觀反應器【6】c.微型模具【7】d.微型齒輪【2】e.3D 微型機加工零件—人形面具 f.微型投射陣列 g.微型針形陣列【8】h.微型墻【9】i.核聚變的目標成像【10】2 微型銑削機床的現(xiàn)狀微型零件制造在一定范圍內(nèi)應用的要求是：高尺寸精度通常好于 1 微米；精確的幾何形狀一般好于 50 納米平面度或圓周度；10 到 50 納米范圍的表面光潔度。這些都反過來要求機床要擁有高的靜態(tài)剛度、低熱變形、低運動誤差和高阻尼或動態(tài)剛度。除了這些要求外，在超級銑床的設計階段，還要對有著微型銑削功能的超精密機器執(zhí)行嚴格和精密的檢查。這里有幾個能用于高精密零件制造的工業(yè)中用的超精密車床和銑床。然而，其中大部份通常被用在光學元件市場并且不適合用于精密微型元件的制造，原因在于高投資成本和缺乏靈活性。圖 2 顯示了一些擁有微型銑削功能的工業(yè)領域精密機器的例子【12-19】 。這些可分為兩部分。一個是被設計成有著加載項 Z軸、回轉工作臺和第二高速銑削或主軸的鉆石切削機加工刀具的傳統(tǒng)超精密機床。典型的例子是 Moore Nanotechnoloy 350FG 和 Precitech Freeform 700 ultra,如 1 圖所示。這些機器都需要 5–7m2 的占地面積。它們的高成本和低靈活性限制了它們在簡單幾何形狀和高附加值的微型元件中的應用，例如光學元件。另一類型工業(yè)領域精密微型銑床已經(jīng)在過去十年里出現(xiàn)了。一個典型的例子是，克恩微型機械（圖 1a）滿足許多應用但仍然有著它精度上的限制而不能用于精密的微型機加工，原因在于它低位置精度的球軸承滿足了驅(qū)動機械裝置。Kugler MicroMaster(圖 1e)提供了較高的精度和表面光潔度，但是它相對較大的空間要求和高成本，限制了它作為一種微型機床的廣泛應用。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 3 頁圖 2 具有微型銑削功能的工業(yè)領域精密機床：a.Kern micro[12];b.SodickAZ150[13];c.Fraunhofer IPT Minimill[14];d.Makino Hyper2J[15];e.Kuglar MicroMaster MM2[16];f.Fanuc ROBOnano[17];g.Precitech freeform 700 Ultra[18];h.Moore Nanotech 350FG[19]圖 3 小型機床和微型工廠的示例 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 4 頁為發(fā)展小型機器或微型工廠所作的大量的研究努力已經(jīng)被精密微型組件的制造所承擔【20-26】 。圖 3 顯示了一些小型機床的例子。然而，其中的大部分仍然在研究階段，并且只有它們中的一些到目前為止才發(fā)現(xiàn)了它們進入工業(yè)領域應用的方法【27】 ，并且它們在高精度和好的表面質(zhì)量上的應用依然由于低的動/靜剛度而被限制著。因此，達到微型制造的合理途徑是去發(fā)展復雜的或臥式的精密機器，它在傳統(tǒng)的超精密機器和微型工廠機器之間提供了一個好的解決之道。在傳統(tǒng)超精密機器上，它們的優(yōu)勢可能包括：1. 小的占地面積和能源效率。2. 局部環(huán)境控制的減輕和因此而得的低操作成本。3. 流動性好。微型/細觀機器采用微型工廠的優(yōu)勢能被總結為：1. 有較好的機加工塑料封皮為覆蓋微型機加工應用的全波譜。2. 較大的靜態(tài)和動態(tài)剛度，并由此呈現(xiàn)出較好的機加工精度和表面質(zhì)量。3. 有著高性能和成熟技術的關鍵機器零件。4.更容易與其他子系統(tǒng)集成，包括零件/刀具處理系統(tǒng)，狀態(tài)檢測，微型刀具，和快速刀具伺服（FTS）等。因此，占用空間小的五軸超精密微型銑床將填補制造 3D 復雜微型機械精密并帶有納米表面光潔度的零件的空白。3 應用于超級銑床的一般設計方法為了制造出大批量的帶有納米表面光潔度的 3D 微型機械精密零件，一種設計策略被提了出來。這種設計策略已被應用于超精密五軸微型銑床——超級銑床的設計。在設計階段，重點被放在三個主要的問題上：運動精度，動態(tài)剛度和熱穩(wěn)定性；它們是與機加工精度和表面光潔度直接相關的。這三個優(yōu)先的設計問題連同其它的設計方法引導了超級銑床的當前發(fā)展。下面討論了一些一般的設計方法。超級銑床是一種一般意義上的超精密機器，因此帶有三個線形軸和兩個旋轉軸這樣五軸配置的使用就已被預先確定了。五軸的配置在刀具/工件定位上提供了最大的靈活性和最低限度的重置需求，這對獲得微型零件的高精度很重要。盡管它是專門為微 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 5 頁型零件的機加工而設計的，但是 150 × 150 × 80 mm3 的相對大的機加工封皮包裝被詳細規(guī)定，使其能去加工大面積的帶有微型特征的零件。包括邊緣在內(nèi)總占地面積略大于 1 m2，這僅僅是傳統(tǒng)超精密機器占地面積的 10 至 20%。緊湊、節(jié)能的設計還有助于維持可接受的大批量生產(chǎn)的成本。機器運動配置，在帶有最大極限速度與精度的刀具和工件的方向與位置上，應該提供有效的靈活性【28】 。從運動軸的序列來看，有數(shù)以百計的可能的五軸機器配置【29】 ；然而，大部分配置有著少許的工業(yè)關系。兩個旋轉軸和三個線形軸這樣的配置已經(jīng)被超級銑床采用；在超級銑床中，這兩個旋轉軸是相互垂直的并且有一個旋轉軸與另外三個相互垂直的線形軸中的任意一個都是呈平行關系的。至于主軸和工件控制軸，采用的是混合類型，即一個旋轉軸被應用到主軸而另一個旋轉軸被應用到工件：這種混合類型是適合于比較小的工件的生產(chǎn)【30】 。除了決定機器運動的配置外，這篇文章的第 2 部分還從靜態(tài)和動態(tài)循環(huán)剛度的角度討論了對這兩個典型配置的分析。機床的一個主要特征是空氣靜壓軸承始終在機床中都有應用，這些都不同于在市場中的大部分超精密機床的情況。三個線形滑動和一個旋轉的工作臺是基于 UPM 有限公司開發(fā)的新的理想空氣靜壓軸承技術。這新的空氣靜壓軸承設計提高了 50%的剛度和負荷能力，這些已被理論研究確立和被實驗測試所證實。除了空氣靜壓軸承設計的提高外，用擠壓油膜阻尼來增加空氣靜壓軸承阻尼的專利技術被應用到機器所有空氣靜壓軸承中。因此，在動態(tài)切削力狀態(tài)下的亞微米機加工精度是靠以上的技術來確保的。由空氣靜壓軸承提供的極其平滑和精確的運動，連同鉆石刀具一起，也使得在微型組件上獲得納米級表面光潔度成為了可能。機床的熱穩(wěn)定性在確定其高的機加工精度上起了關鍵作用，但是通常也導致了工件上不可接受的空間不準確性，除非使用合適的冷卻系統(tǒng)和相應的補償措施。據(jù)報道熱變形包括機床的變形的會引起超過 50%的總加工誤差【31】。在超精密機加工中，正因為此才依靠合理的設計和補償來盡量減少這種影響。在機器上，對熱變形的熱源的分析表明軸承摩擦是可以忽略不計的，因為它是當高速主軸運行非常接近最大速度時高速主軸的單一例外。除了微型機加工過程本身外，電機成了主要的熱源；因此，所有的電機，主軸，和旋轉工作臺在發(fā)達的機床中依靠一個帶有±0.2°c 溫度控制功能的精密冷水機組來水冷。當處理這控制系統(tǒng)設計時，靈活性，精密度，計算方法的效率和成本應給予特別 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 6 頁的注意。在審查了商業(yè)控制系統(tǒng)后，為滿足要求，一種基于 PC 的開放式控制系統(tǒng)被選擇。此基于 PC 的控制器，連同其他項目的硬件包括數(shù)字脈寬調(diào)制放大器、高精度光學編碼器等和軟件共同構成了五軸微型銑床的高性能、經(jīng)濟高效的控制系統(tǒng)。一些細節(jié)將在本篇文章的第 4 部分被討論。超級銑床是一種工業(yè)原型機床，并且一些輔助功能也已經(jīng)被開發(fā)了出來。這些包括一個基于機器人的系統(tǒng)用于微型刀具和組件的處理和檢查，一個獨立狀態(tài)檢測系統(tǒng)用于在線高速軸和工件的檢測。4 關鍵機器零件和機器一體化的發(fā)展4.1 小型超級高速主軸一個靈活的五軸微型銑床或許被期待，在很寬范圍的并要求刀具從 2 或 3mm 直徑到 50μm 直徑的材料上，去執(zhí)行各種各樣的機加工操作。后者要求極其高的旋轉速度以獲得最大的機加工效率，然而前者卻要求一個高剛度的軸在大切削力條件下以保持高精度。高機加工精度也要求低的主軸運行溫度去減少熱變形損傷，雖然只有有著低運動誤差的主軸才能獲得好的表面光潔度功能。因此，這些要求是為了精確運行，寬速度范圍的主軸。有著 20，000 到 200，000 rpm 操作速度范圍的主軸被期待用于任何遇到的機加工條件。這就需要一個相當于空氣渦輪發(fā)動機的上升電動機的驅(qū)動器，一個僅能在一個窄的速度范圍內(nèi)獲得的合理的效率。直流無刷電動機在一個很寬的速度范圍內(nèi)提供了恒轉矩，并且相對于其他類型的電動機產(chǎn)生更低的熱量。所選的電動機能在 250000 rpm 速度下產(chǎn)生 440 W 的功率。如此高的速度排除了電機換向霍爾傳感器的使用，因此使用了一個無傳感器電機和驅(qū)動器組合。精細表面處理要求規(guī)定使用帶有空氣軸承的主軸。廣泛用于機加工光學表面的鉆石刀具對于帶有球軸承的主軸運動誤差是很敏感的，并且在機加工中來自球軸承的振動除了導致表面粗糙外，也使鉆石刀具的壽命受到了影響。除了在高轉速要求下所需過大的能量消費情況外，液壓和液壓軸承也要被考慮。或許在設計高速空氣主軸中最大的挑戰(zhàn)是去克服“半速旋轉”現(xiàn)象。在實踐中，空氣靜壓主軸被限制在速度達到大約兩倍于第一次的軸承共振頻率的地方。半速旋轉在滑動軸承上是經(jīng)常遇到的。這機械的不穩(wěn)定性是和超高速空氣主軸很相關的，因為在如此高的速度下，在軸承中的空氣動態(tài)壓力徹底高于空氣靜態(tài)壓力。半速旋轉能夠 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 7 頁依靠軸承的設計和優(yōu)化，和盡可能的調(diào)高頻率被降低。做為這優(yōu)化的一部分，非標準的空氣軸承的設計被開發(fā)成具有高硬度和合理的阻尼性能。圖 4 依靠無傳感器的直流電動機驅(qū)動的超高速空氣靜壓軸承軸（UPM Ltd.）a.發(fā)達微型軸的圖片 b.軸的剖面圖對軸承剛度和熱源的優(yōu)化已經(jīng)開展，連同專用的心軸平衡，導致了在圖 4 中顯示的超高速主軸。研發(fā)的主軸有 63 毫米直徑 和 1 至 5 毫米長度和 2.5 公斤的重量。最大速度超過 200，000 rpm 和徑向剛度 為 3 N/μ m 。軸承摩擦損失是以最高速度不少于 50 W，但即使這樣水冷依然被用于減少熱變形。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 8 頁4.2 進給驅(qū)動和制導系統(tǒng)一個高速的精確的運動和定位系統(tǒng)是超精密微型機器必不可少的。這用線性導軌的直線電動機作為直接進給驅(qū)動系統(tǒng)，在滿足一些應用需要中正在變的越來越受歡迎。間接進給驅(qū)動的主要優(yōu)勢能被總結如下【14，32，33】：1. 沒有反彈、無鉛螺釘誤差、不帶拉伸和較少的摩擦，導致高精度。2. 沒有機械加速度和速度限制，速度只能受到編碼器的速度帶寬或電子設備的電源限制。3. 高顛簸震動和高的 Kv 因子，那些起到在高速下獲得高精度的能力。4. 機械結構的簡單性，使其便于維護和安裝，能夠獲得更大的可靠性和更大的強度。出于對制導裝置的期待，幾種類型的軸承已經(jīng)被應用于有著滑動和旋轉工作臺的超精密機床中，包括超精密機床精密滾子軸承、空氣靜壓軸承、液壓動態(tài)軸承和液壓靜態(tài)軸承等?？諝忪o壓軸承提供極其平滑和精確的運動和定位功能，并且一般好于其他形式的軸承?？諝忪o壓軸承能為微型機床提供足夠的靜態(tài)剛度和負載能力，然而由于后者非常輕的切削負載，故其他軸承例如液壓靜態(tài)軸承能提供更大的剛度和負載能力，但是這只是在輕切削條件下提供了一小的優(yōu)勢。在機床的發(fā)展中，空氣靜壓軸承被應用于所有三種線性導軌和旋轉工作臺上。無鐵無刷直線電動機被用于驅(qū)動導軌?？諝忪o壓軸承的一個缺點是它們的低阻尼能力或動態(tài)剛度，這是直接影響表面光潔度和精度的，而表面光潔度和精度能通過機床刀具獲得。為了去提高空氣靜壓軸承的動態(tài)剛度，在當前機床中一種理想的擠壓油膜阻尼器被安裝在所有的滑動和旋轉工作臺上。它使用磁性油去包含泄漏和當與空氣靜壓軸承連接時提供附加阻尼力，對任何對軸承的表面來說這都是正常的振動。在空氣靜壓滑動和旋轉的工作臺上應用油膜阻尼器，在運動方向上增加了粘性摩擦，但是由于這些類型的空氣靜壓軸承上相對較低的操作速度，這并不是一個重要的缺點。事實上，在直線導軌和工作臺上沿著運動方向安裝直接驅(qū)動電動機，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)能增加電動機振動的阻尼，并由此實現(xiàn)更加平滑的運動和增加控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力。圖 5 顯示一張裝有擠壓油膜阻尼器的空氣靜壓滑動軸承的照片。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 9 頁圖 5 裝有擠壓油膜阻尼器的空氣靜壓滑動軸承5 超級銑床的規(guī)格圖 6 的超級銑床就是基于我們本文討論的方法建造的。它提供了制造 3D 小型機械零件和在廣泛的工程材料范圍內(nèi)在小的空間中獲得微型特征表面的功能。這超級銑床的主要規(guī)格在表 1 中被總結了出來。圖 6 超精密微型銑床——UltraMill 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 10 頁6 結束語能制作小型和微型產(chǎn)品的微型制造技術具有很大潛力的發(fā)展，并且正在推動高性能超精密機床的發(fā)展。臥式超精密機床將是未來發(fā)展趨勢之一，因為它能從事經(jīng)濟地高精度小型和微型零件的超精密機加工，并能給在制造業(yè)中從事以高效和有效方式生產(chǎn)的高價值微—納米技術的中小型企業(yè)用戶以經(jīng)濟實惠。在本篇文章中，五軸的超精密微型銑床——超級銑床，是作為能去解決在亞微米精度和納米表面光潔度層次上制造 3D 復雜微型零件的一個壓縮和節(jié)能的有效方案來被研發(fā)的。微型銑床的發(fā)展現(xiàn)狀已在本文中被重點介紹了，并且臥式微型銑床的優(yōu)點也已被列出。設計的方法和這超級銑床的挑戰(zhàn)也已經(jīng)被重點討論了，可以總結成三個主要問題：運動精度，動態(tài)剛度和熱穩(wěn)定性。表 1 微型銑床——UltraMill 的規(guī)格軸 X、 Y 和 Z 坐標軸B 軸（旋轉工作臺）C 軸 主軸類型 裝有擠壓油膜阻尼器的空氣靜壓滑動軸承精密球軸承 空氣軸承斜線 X，230mmY，225mmZ，160mm360° ±90° N/A運動精度 全程 <1.0μm<1 arcsec <10 arcsec <1.0μm 的直線度和<2.0μm的圓周度分辨率 5nm 0.02 arcsec 0.02 arcsec N/A驅(qū)動系統(tǒng) 無刷直線電動機 直流無刷力矩電動機直流無刷力矩電動機直流無刷電動機最大速度 3000 mm/min 100 rpm 30 rpm 200，000 rpm