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外圓等離子噴涂機結構三維數字化設計（UG） 目 錄 緒 論 4 第一章 機械結構的設計方案 6 1.1方案1 6 1.2方案2 6 1.3最佳方案的選擇 6 第二章 工件旋轉部分的零件的選擇 7 2.1不進電機的選擇 7 2.2聯軸器的選擇 8 2.3軸承的選擇 9 2.4三抓卡盤的選擇 10 第三章 噴槍安裝部分零件的選擇 12 3.1 電機座的選擇 12 3.2滾珠絲杠軸的選擇 13 3.3導軌副的選擇 15 第四章 總體機構圖 17 第五章 外援等離子噴涂機使用說明 19 總結 20 參考文獻 21 緒 論 我這次設計的這個外圓等離子噴涂機的三維數字化結構. 等離子弧是一種高能密束熱源,電弧在等離子噴槍中受到壓縮,能量基中,其橫截面的能量密度可提高到105-106W/cm2,弧柱中心溫度可升高到15000-34000K。在這種情況下,弧柱中氣體隨著電離度的提高而成為等離子體,這種壓縮型電弧為等離子弧。 等離子弧和自由電弧相比,顯著的不同是弧柱細,電流密度大,氣體電離充分,溫度高、能量集中；在弧柱較長時仍能保持穩(wěn)定燃燒,沒有自由電弧易飄動的缺點,穩(wěn)定性好;通過氣體的選擇和改變壓縮效應的外因條件,容易獲得所需要的氣氛和電弧參數,可控性好。 離子噴涂將噴涂材料通過等離子弧加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并隨同等離子弧高速撞擊并沉積在經過粗化、潔凈處理的基材表面上，經淬冷凝固后，在基材表面形成噴涂層。 圖1是氣穩(wěn)等離子噴涂原理圖，圖的右側是等離子發(fā)生器又叫等離子噴槍。根據工藝的需要，經進氣管通入氮氣或氬氣，也可直接通入5%～10%的氫氣，這些氣體進入弧柱區(qū)后發(fā)生電離成為等離子體。 圖1氣穩(wěn)等離子噴涂原理 圖2 等離子噴涂設備 等離子噴涂設備主要有：整流電源、控制柜、噴槍、送粉器、循環(huán)水冷卻系統、氣體供給系統等，他們相互配置如下圖。另外，等離子噴涂所需要的輔助設備有：空氣壓縮機、噴涂機械手、工作臺和噴砂設備等。 第一章 機械結構的設計方案 1.1方案1 把旋轉部分設計像普通臥式車床一樣零件加緊在三抓卡盤上做旋轉運動.主體運動機構如下: 不進電機→連軸器→軸承→法蘭→三抓卡盤→零件→車床尾座. 輸出電機的力,到軸軸通過三抓卡盤旋轉零件.零件做旋轉運動.尾座頂零件定位旋轉過程的平穩(wěn)進行. 把噴槍安裝在滾珠絲杠導軌上做左右直線運動主體運動機構如下; 不進電機減速器→連軸器→軸承→絲杠→工作臺座→導軌. →噴槍. 輸出電機減速器與絲杠跟連軸器連接,絲杠旋轉,力絲杠座運動,工作臺的左右移動.噴槍安裝工作臺上,工作臺的左右運動可以實現噴槍左右移動. 1.2方案2 把旋轉部分設計像普通立式車床一樣零件加緊在三抓卡盤上做旋轉運動.主體運動機構如下: 不進電機→連軸器→軸承→法蘭→三抓卡盤→零件. 輸出電機的力通過減速器的減速,到軸軸通過三抓卡盤旋轉零件.零件做旋轉運動. 把噴槍安裝在滾珠絲杠導軌上做上下做直線運動,主體運動機構如下; 不進電機減速器→連軸器→軸承→絲杠→絲杠座→工作臺座→→噴槍. 輸出電機的力通過絲杠軸,通過工作臺的上下移動.可以實現噴槍上下移動. 1.3最佳方案的選擇 我決定選擇第二個方案,因為第二個方案中少一個部分,而且這個很節(jié)省空間,節(jié)省費用.比較適合我這次的設計. 第二章 工件旋轉部分的零件的選擇 2.1步進電機的選擇 步進電機是將電脈沖號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。 選定電機：我的這個工件直徑比較大所以我選擇功率較大的不進電機選定電機：電動機減速器的選擇: 110步進電機+行星減速機(減速器)，步進行星減速減速比1:26系列 2相步進電機（1.8/步）驅動物體運動1秒鐘，則必要脈沖數和驅動脈沖速度的計算方法如下： 脈沖當量（即運動精度）&= <0.05 (0.05為重復定位精度) 200為兩相步進電機的脈沖數 m為細分數 200=360/1.8 i減速比1/x C電機轉一圈的周長 無減速比電機轉一圈絲杠走一個導程 電機轉速（r/s） V= P為脈沖頻率 脈沖當量是每一個脈沖滾珠絲杠移動的距離 滾珠絲杠導程為5mm，滾珠絲杠每轉360滾珠絲杠移動一個導程也就是5mm 那么每一度移動（5/360）mm 電機5細分，步距角為1.8，則每一個脈沖，步進電動機轉1.5/5 那么一個脈沖，通過減速比，則絲杠轉動（1.8/5）*（1/16）度 那么每個脈沖滾珠絲杠移動距離（及脈沖當量）&： &=（1.8/5）*（1/26）*（5/360）=0.0002mm或者&= <0.05 0.005//5*360=0.36選擇絕對精度高于0.36度的電機。 二，至于細分，就簡單了。 0.01/5*360=0.72；表示步進角0.72度時可達到0.01mm的分辨率 360/0.72=500;表示0.01mm分辨率時，電機一圈500步即可。 在實際使用時， 盡可能選擇細分高些，一方面提高運動平穩(wěn)性，一方面也提供更高的步進分辨率。 圖21-1步進電機與減速器 圖21-2 減速器尺寸圖 2.2聯軸器的選擇 聯軸器是用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯接。一般動力機大都借助于聯軸器與工作機相聯接。我考慮軸的收力情況我想用彈性連軸器 圖22-1彈性聯軸器圖 特點:連軸器中間用十字滑塊連接 容許大的徑向和角向偏差令回轉間隙,高扭矩剛性和靈敏度.結構簡單,抗油腐蝕和電器絕緣.加緊螺絲固定. 2.3軸承的選擇 而軸承是支撐機械旋轉體，用以降低設備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數。也可以說，當其它機件在軸上彼此產生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數和保持軸中心位置固定的機件。 而軸承是支撐機械旋轉體，用以降低設備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數。也可以說，當其它機件在軸上彼此產生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數和保持軸中心位置固定的機件。 與滑動軸承相比，滾動軸承的優(yōu)點 ： 1、一般條件下，滾動軸承的效率和液體動力潤滑軸承相當，但較混合潤滑軸承要高一些；承受沖擊載荷能力較差； 2、徑向游隙比較小，向心角接觸軸承可用預緊可用預緊力消除游 隙， 運轉精度高；高速重載載荷下軸承壽命較低； 重載載荷下軸承壽命較低； 3、對于同尺寸的軸徑，滾動軸承的寬度比滑動軸承小，可使機器的軸向結構緊湊；可以簡化軸承支座的結構； 振動及噪聲較大； 4、大多數滾動軸承能同時受徑向和軸向載荷，故軸承組合結構簡單；徑向尺寸比滑動軸承；向尺寸比滑動軸承； 5、由于滾動軸承傳動效率高，發(fā)熱量少，消耗潤滑劑少，便于密封，易于維護； 6、不需要有用有色金屬； 7、標準化程度高，成批生產，成本低；適于大批量生產和供應，使用和維修十分方便。 我考慮軸的收力情況我想用背靠背的圓錐滾子軸承 圖23-1軸承圖 2.4三抓卡盤的選擇 三抓卡盤是抓緊工件和固定工件的作用，我加工的工件的直徑較大所以我想用直徑較大點的三抓卡盤 圖24-1 三抓卡盤圖 （D 為200,D1 為165,D2 為180,D3為65,H 為75,h為5，Z-d 為3-M10，） 第三章 噴槍安裝部分零件的選擇 不進電機，連軸器都跟旋轉部分的一樣。但這里有一個新部分就是有個電機座。 3.1 電機座的選擇 圖31-1電機座圖 3.2滾珠絲杠軸的選擇 珠絲杠螺母副的選擇 (1) 滾珠絲桿簡介 近年來越來越多的滾珠絲桿被用在各式各樣的機床上。來滿足設備高精度與高性能的需求，滾珠絲桿已成為使用最廣的傳動元件之一。在CNC的機械中，使用滾珠絲桿能增加其定位精度及延長其使用壽命。在傳統機械上，滾珠絲桿也逐漸取代愛克姆絲桿。滾珠絲桿通常搭配預壓力來消除機器運轉時的背隙。 引起滾珠絲桿間隙過大的原因： 1) 無預壓或預壓不足 無預壓的滾珠絲桿垂直放置時。螺帽會因本身的重量而造成轉動下滑，無預壓的絲桿會有相當的背隙，因此只能用于較小操作阻力的機器，但主要的依據是其定位精度沒有太多的要求。絲杠在不同的應用場所給出正確的預壓量，并在出廠前調整好預壓，因此當您定購滾珠絲桿前請詳述設備的操作情況。 2) 扭轉位移太大 絲 桿的細長比越小，剛性越高，細長比的界限一般在60以下。如果細長比太大，絲桿會因自重原因產生下垂，如果滾珠絲桿只以側支撐。此種設計剛性較弱，應盡可能避免。 3) 軸承選用不當 通常滾珠絲桿必須搭配斜角軸承。尤其是以高爪力角設計的軸承為較佳的選擇，當滾珠絲桿承受軸向負載時。一般的深溝滾軸軸承會產生一定量的軸向間隙，因此深溝滾珠軸承不適用于此。 4) 軸承安裝不當 軸承的承靠面與鎖定螺帽V形牙軸心的垂直度不佳，或兩對應方向的鎖定螺帽面平行度不佳，會導致軸承的傾斜。因此螺帽肩部的鎖定螺帽V形牙與軸承的承靠面必須同時加工，才能確保垂直度，如果以研磨方式加工更好。 5) 螺帽座或軸承座剛性不足 如果螺帽座或軸承剛性不足，由于元件本身的重力就會引起絲桿變形，因此在設計螺帽和軸承座時要使其剛度足夠，保證絲桿的間隙不會過大。 7）支撐座的表面平面度超差 不論結合元件的表面是研磨或鏟花，只要其平面度超出公差范圍，床臺運動時位置的重現性精度將較差，因此一部機器中，通常在支撐座與機器本體間以薄墊片來達到調整的目的。 為了調整間隙，滾珠絲杠的使用要預緊。軸承間隙的調整和預緊常采用雙螺母預緊的方法，其結構型式有墊片調隙式、螺紋調隙式和齒差調隙式。在這次的設計中采用墊片調隙式。 (3) 滾珠絲杠的設計計算 絲杠導程：5mm 型號：SFU01605-4 公稱直徑：16 NE555脈沖頻率占空比可調模塊： 1Hz―200KHz 電動機的步距角是1.8，假設1s可轉360，那么頻率等于： 360/﹫=200Hz 如果1s轉一次的話，由導程可知速度為5mm/s 所以最大頻率等于300/5200=12KHz 所以頻率 200Hz-1.2KHz 所以我選的是10KHz V=10000/2005=250mm/s； 圖32-1 滾珠絲杠軸 圖32-2 絲杠副 3.3導軌副的選擇 用于對零部件進行支撐和導向作用。 導軌的類型：平導軌、圓柱型導軌、燕尾導軌、V型導軌，直線導軌等等。滾動導軌的特點是： 　a)定位精度高。滾動直線導軌的運動借助鋼球滾動實現，導軌副摩擦阻力小，動靜摩擦阻力差值小，低速時不易產生爬行。重復定位精度高，適合作頻繁啟動或換向的運動部件?？蓪C床定位精度設定到超微米級。同時根據需要，適當增加預載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動，實現平穩(wěn)運動，減小了運動的沖擊和振動。 　　b)磨損小。對于滑動導軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小，滾動面的摩擦損耗也相應減少，故能使?jié)L動直線導軌系統長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，這使得在機床的潤滑系統設計及使用維護方面都變的非常容易。 　　c)適應高速運動且大幅降低驅動功率。采用滾動直線導軌的機床由于摩擦阻力小，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，使驅動扭矩大大減少，使機床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯。可實現機床的高速運動，提高機床的工作效率20~30%。 　　d)承載能力強。滾動直線導軌副具有較好的承載性能，可以承受不同方向的力和力矩載荷，如承受上下左右方向的力,以及顛簸力矩、搖動力矩和擺動力矩。因此，具有很好的載荷適應性。在設計制造中加以適當的預加載荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同時可以消除高頻振動現象。而滑動導軌在平行接觸面方向可承受的側向負荷較小，易造成機床運行精度不良。 　　e)組裝容易并具互換性。傳統的滑動導軌必須對導軌面進行刮研，既費事又費時，且一旦機床精度不良，必須再刮研一次。滾動導軌具有互換性，只要更換滑塊或導軌或整個滾動導軌副，機床即可重新獲得高精度。 如前所述，通常滾動摩擦系數為滑動摩擦系數的2%左右，因此采用滾動導軌的傳動機構遠優(yōu)越于傳統滑動導軌。所以在此次設計中滾動直線導軌被選為選擇對象。 其參數如下： 圓柱型滾動直線導套副由直線運動球軸承、導軌軸、直線運動球軸承支承座等部件組成，按結構形式分為封閉式、開放式二類，封閉型分為可調隙和不可調隙兩種，開放型均摩擦系數很小，只有 0.001～0.004 ，功率消耗低,省電節(jié)能。 導軌軸采用優(yōu)質合金鋼制造，經中頻感應淬硬 HRC58-63 ，耐用，性能穩(wěn)定，有良好的精度 圖33-1導軌副 第四章 總體機構圖 圖4.1等離子噴涂機三維模型 4.2裝配圖 第五章 外圓等離子噴涂機使用說明 使用說明：將零件加緊在三抓卡盤上，三抓卡盤的三個爪子來對零件進行夾緊。 零件的長度≤500mm,直徑≤150的圓形材料 裝配說明： 電動機減速器與運動軸跟彈性連軸器連接，軸跟三抓卡盤之間有兩個背靠背的軸承，法蘭等零件，還有為了工作的平穩(wěn)進行還設計了電機連接的外套，工件加加緊在三抓卡盤上。 另一邊主要有電機與滾珠絲杠導軌的絲杠軸用彈性連軸器連接。工作臺通過絲杠的旋轉做上下運動，把噴槍安裝在工作臺上跟工作臺一起做上下運動。 工件的旋轉運動噴槍的上下運動同時進行時可以實現我們想要的工件外圓的噴涂的目的。 注意事項：在噴槍噴涂的過程中溫度很高，所以相當的進行冷卻措施。 為了減少絲杠軸承座的損失，需要按時進行潤滑油。 加工過程的溫度很高，而且會產生飛行物所以工作人員必需注意安全。 總 結 我們這次畢業(yè)設計,4月4號開始6月1號結束,回想本次設計過程，有喜也有悲。書到用時方很少，設計過程中，感覺有一些問題是力不從心，以前學的知識遠遠不夠，知識結構不夠復雜。 盡管如此，此次畢業(yè)設計不僅使自己的實際設計能力得到了很好的鍛煉，而且將專業(yè)知識、設計能力和實踐能力的有機的結合在一起。除此之外，收獲更深的應該是夯實并拓寬了設計工裝夾具的思路以及對設計的思維原則性和靈活性的鍛煉。對我以后從事本專業(yè)相關工作有著重要的意義。 由于我個人能力的有限，實踐知識的缺乏等多方面的原因，加之通過設計我發(fā)現我理論知識也真不是太扎實，我的設計的機構在某些方面肯定會還存在問題，與實際應用于生產實踐還有一段距離。所以，我很渴望以后能夠快速增加自己的知識來彌補今日的缺陷，多從事機械方面的相關工作以增加經驗，不斷的錘煉自己。 在設計當中遇到不少的麻煩和問題，但得到了老師的大力支持、以及同學們不少的幫助。才使我的整個設計過程才少走了很多彎路，使我順利完成畢業(yè)設計，在此對他們表示由衷的感謝！ 參考文獻 【1】陶寶網，百度。 【2】機械設計手冊第五版，北京化學工業(yè)出版社2010.1 【3】機械設計教材 【4】國家標準，實用機械零件手冊，廣西科學技術出版社1987. 【5】機械制圖教材 【6】.徐濱士，劉世參.表面工程新技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002：1～ 【7】孟少農主編.機械加工工藝手冊.北京:機械工業(yè)出版社.1992 【8】機械工程手冊委員會編.機械工程手冊.第二版.1997 【9】周慶生編著,等離子噴涂技術[M],南京：江蘇科學技術出版社,1982.