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玻璃切割機的設計文獻綜述
李院龍
（莆田學院電信系 指導老師：林金蘭）
摘要：機械設計的任務是從社會需求出發(fā)；創(chuàng)造性的設計出具有特定功能的新機械或改進原有機械設計的性能，以滿足人們?nèi)找嬖龃蟮纳詈蜕a(chǎn)的需要；機械設計使機械產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使機械產(chǎn)品的第一步，機械的功能決定于設計機械的質(zhì)量；性能和成本；也只要是在設計階段決定的；而制造過程的本質(zhì)就在于實現(xiàn)設計時所規(guī)定的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：機械設計 機械制造 社會需求
Abstract: Machine design's duty is embarks from the social demand; The creative design has the specific function new machinery or the improvement original machine design performance, Satisfies the life which and the production need the people increase day by day; The machine design causes the engineering products development and the technological transformations key link, Causes the engineering products the first step, The mechanical function decides in design machinery's quality; Performance and cost; Also so long as in design stage decision; The quality which when process of manufacture's essence lies in realizes design stipulated.
Keyword: mechanical design Machine manufacture Social demand
本設計的是通過采用三軸聯(lián)動機械來完成角度定位，刀具線速度定位和切割路徑運動控制。該系統(tǒng)三軸機械不同于尋常，一般的三軸機械中z，x，y形成一個三維空間，而玻璃切割機的z軸為一個旋轉(zhuǎn)軸，主要保證切割刀具的行走方向角度方向始終與x、y軸的合成運動方向保持一致，從而有效的保證切割效率和質(zhì)量以及延長切割道具的壽命。同時，玻璃切割機的三軸負載情況也不同于一般系統(tǒng)。該項目中，三軸的聯(lián)動性要求比較高，運動控制精度比較高，同時希望機器能解析設計圖紙并自主工作，以達到全自動的標準。
機械設計主要由下面的各個階段所組成：1 市場需求分析、2 明確機械產(chǎn)品的功能目標、3方案設計、4技術(shù)設計階段。在設計過程中采用新的技術(shù)手段和技術(shù)原理、發(fā)揮創(chuàng)造性，提出新方案，探索新的設計思路，提供具有社會價值的、新穎的而且成果獨特的設計。
一、研究背景及動態(tài)
(1) 機械設計的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
第二次世界大戰(zhàn)以后，作為機械設計的理論基礎(chǔ)的機械學繼續(xù)以更加迅猛的速度發(fā)展，摩擦學，可靠性分析，機械優(yōu)化設計，有限元計算，尤其是計算機在機械設計中迅速推廣，使機械設計的速度和質(zhì)量都有大幅的提高。在機械中廣泛運用計算機和自動化程度的提高，使現(xiàn)代的具有明顯的特色。因此，機械設計在理論，內(nèi)容和方法方面與過去相比都有了劃時代的發(fā)展。而國際市場的激烈競爭，是現(xiàn)代機械設計的方法和發(fā)展的催化劑。世界各國逐漸認識到產(chǎn)品市場競爭對各國經(jīng)濟發(fā)展的重要作用。機械產(chǎn)品設計在這一時期獲得了空前的發(fā)展。機械設計目前已經(jīng)不宜作為機械學的一個分支，而應該認為是與機械學并立的一門技術(shù)科學了。
現(xiàn)代機械設計方法的特征是，它具有自己的學科體系和專門的內(nèi)容。其核心技術(shù)有3個方面：
① 以產(chǎn)品的“功能”作為機械計的核心目標。美國麥爾斯提出了“顧客購買的不是產(chǎn)品的本身，而是產(chǎn)品所具有的功能”，明解地說明了“功能”是產(chǎn)品的本質(zhì)和靈魂。這一原理的提出大大地解放了設計師的思想，為了實現(xiàn)某一功能，可以采用各種不同的原理和結(jié)構(gòu)。我們可以從近年來的計時裝置，文件復制設備，通訊方法等方面的飛速發(fā)展看出，設計師的聰明才智得到了空前的發(fā)揮，多方面的滿足了社會的需要。
② “人機學”的形成和發(fā)展。機械的工作往往與人是不可分的，如汽車，飛機有些操縱的信號要靠人輸入。必須考慮操縱者的反映速度和能力限制，還必須考慮操縱者和乘客的傳舒適性。如有一些武器設計者已經(jīng)考慮使用者中，雖然磊部分是作右手方便的，但是習慣于用左手的（稱為左利手或左撇子）也占有一定的百分率。雖然許多產(chǎn)品已經(jīng)向自動化發(fā)展，許多民用產(chǎn)品對使用者的拔術(shù)要求日益降低（俗稱 “傻瓜化”）。但是機械產(chǎn)品競畢竟是為了人類設計的?？紤]“人機學”是提高產(chǎn)品的競爭能力的重要方面。實際上“傻瓜化”就是當前處理人機問題的一個重要的途徑。
③ 建立系統(tǒng)的“工業(yè)設計”學科體系。工業(yè)設計是設計者使產(chǎn)品在外觀，色彩，形狀，尺寸比例等方面的合理設計，使產(chǎn)品與人，環(huán)境更協(xié)調(diào)，以得到更好的使用效果與況爭力。
(2) 機械設計的未來發(fā)展趨勢
① 現(xiàn)代社會機械廣泛應用于生產(chǎn)，生活各個領(lǐng)域，已成為衡量一個國家技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標志。隨著機械設計基礎(chǔ)理論的發(fā)展及新概念，新方法，新工藝的不斷出現(xiàn)，機械設計也得到了迅猛的發(fā)展。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
② 機械體積從米級向微米級設計??
有用于宇宙的空間機械，有用于深海作業(yè)的機械，又有用于人體血管內(nèi)的機械等等。顯然，它們有的是龐然大物，有的是微型機械，這就要求設計不同的尺寸的零件。
③ 從單個零件到整機系統(tǒng)的設計??
現(xiàn)代機械日益向高速的，重載，高精度，高效率和低噪音等方向發(fā)展，必然要嘶啞從傳動系統(tǒng)偏重于零件，部件的靜態(tài)單個的設計向多種零件的綜合或以整機為對像的動態(tài)系統(tǒng)多個零件擴展的設計，
④ 設計用的工具的改變??
改變圖板等繪圖工具，應用計算機軟件技術(shù)直接在計算機上進行最優(yōu)化的機械設計。
⑤ 設計-加工的一體化??
機電一體化的應用改變了傳統(tǒng)的機械設計與機械加工的分離使零件的設計與加工幾乎同時進行。例如數(shù)控機床的應用，改變了傳統(tǒng)的設計與加工方法，它實現(xiàn)了機械與電子，強電與弱電，軟件與硬件，控制與信息的多種技術(shù)的有機結(jié)合，按照計算機的指令來控制機床進行機械加工。目前，應用軟件較多的是CAD，CAM。
⑥ 對機械的人性化設計和等壽命設計
在市場競爭日益激烈的市場環(huán)境下，不僅要求設計的機械產(chǎn)品質(zhì)量好，使用期限內(nèi)安全可靠度高，而且在視覺上給人以舒適的，實用的，富有時代氣息和外觀具有吸引力。同時采用等壽命設計使產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價廉，以此來提高產(chǎn)品的市場競爭力。??
(3) 我國機械設計現(xiàn)狀??
① 我國在現(xiàn)代機械設計方面起步較晚,中國機械工程學會于1983年5月才召開了“第一次機械設計方法學討論會”，但經(jīng)過了多年的努力，我國在現(xiàn)代設計方法的研究方面已經(jīng)取得了可喜的成績，現(xiàn)在的中國可以自豪地稱為“世界的工廠”，“MADE IN CHINA”已經(jīng)是世界聞名了。但是相對于世界上先進的國家來說，我國的機械設計還是相當?shù)穆浜蟮?，具體表現(xiàn)為：
（1）對客觀設計過程研究，了解不夠。尚未很好地掌握設計中的客觀規(guī)律。?
（2）當前設計的優(yōu)劣主要取缺于設計者的經(jīng)驗。
（3）設計生產(chǎn)效率低。
（4）設計進度與質(zhì)量不能很好控制。
（5）設計手段與方法有等改進。
（6）尚未形成能為大家接受的，能有效指導設計實踐，較為系統(tǒng)的設計理論。
面對這一形勢。唯一的回答就是：設計必須科學化，這意味著要科學地闡述客觀設計過程及其本質(zhì)，分析與設計有關(guān)的領(lǐng)域及其單位，在些基礎(chǔ)上，科學地安排設計過程，使用科學的方法和手段進行設計。同時也要求設計人員不公有豐富的專業(yè)知識，而且要掌握先進的設計理論，設計方法及設計手段，科學地進行設計工作，這樣才能及時得到符合要求的產(chǎn)品。發(fā)展我國的機械設計科學研究，必須集中探討機械設計各主要環(huán)節(jié)的正確工作方法和解決問題的途徑，收集開發(fā)新產(chǎn)品的成功經(jīng)驗和范例，積累大量的設計資料，了解世界有關(guān)行業(yè)的發(fā)展動向，致力于提高我國機械工業(yè)的水平，生產(chǎn)具有國際競爭力的機械產(chǎn)品。相信我國學者們要總結(jié)過去設計經(jīng)驗并吸收外國先進的學術(shù)思想和科學技術(shù)的基礎(chǔ)上，定能研究出一套適合我國的國情。高效優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟地進行設計的規(guī)律和方法來為加速現(xiàn)代化建設做出應有的貢獻。
二、評述
(1)本設計所涉及的玻璃及玻璃設備行業(yè)動態(tài)
隨著科技的不斷發(fā)展，國內(nèi)的液晶行業(yè)的也取得了飛速的發(fā)展。從近幾年的情況看，隨著我國經(jīng)濟近幾年的加速增長，房地產(chǎn)和汽車行業(yè)的高速增長帶動的玻璃消費快速增長，使得玻璃行業(yè)消化新增產(chǎn)能的速度加快，進而造成玻璃行業(yè)的蓬勃發(fā)展。
以玻璃為代表的液晶加工設備的需求顯得愈發(fā)顯的重要。自動精密玻璃切割機，是液晶生產(chǎn)線上不可缺少的基礎(chǔ)設備，用它可將大塊基板切割成需要的任何尺寸。同時，它也可用于切割太陽能電池基板、醫(yī)用玻璃基板及其他電子玻璃。
我國國內(nèi)液晶行業(yè)起步比較晚，直至上個世紀末，國內(nèi)還沒有一個廠家能夠生產(chǎn)出像樣的此類設備，許多玻璃行業(yè)或靠傳統(tǒng)的手工劃線、或依賴進口國外設備。手工劃線效率很低，不能滿足液晶行業(yè)迅速發(fā)展的需要；當時國外雖然已有日本、美國等國生產(chǎn)這種產(chǎn)品，但進口設備不僅價格昂貴，還要受國外的技術(shù)制約，因此積極開發(fā)本土的玻璃切割技術(shù)和是設備有著巨大的潛力和廣闊的市場前景。
傳統(tǒng)的機械切割法的最大的缺點是需要對加工后的邊緣進行再處理，及其所帶來的產(chǎn)量低下問題。
在機械切割中，用砂輪或機械輪在玻璃上進行刻劃，產(chǎn)生沿著切割方向的切向張力，從而使玻璃沿著劃痕裂開。這種方法所切割的邊緣不平滑、有微小裂痕，材料上殘存不對稱邊緣應力，及殘留碎屑等。對于很多應用，碎屑和局部應力所造成的微小裂痕將造成器件的失靈，所以必須進行切后邊緣打磨并且/或者拋光，甚至進行熱處理，以強化邊緣。另外，機械輪加工中還需要輔助劑輔助切割，輔助劑也有可能粘在成品邊緣，需要過水清洗或超聲波清洗等后續(xù)處理。后續(xù)處理工序以及低成品率（發(fā)生不確定的裂痕）等都將增加成品玻璃制品的造價。
激光應用于切割和焊接薄金屬板已有30年了，通過聚焦光束局部地加熱材料。這種方法靈活性好，經(jīng)濟效益高，在很多工業(yè)應用領(lǐng)域大放異彩。其實玻璃有比金屬更低的熱傳導，所以激光切割機可以順理成章地應用于玻璃的切割。事實上，一些公司早在70年代即開始發(fā)展成套系統(tǒng)，當時使用的是千瓦輸出功率水平的CO2 激光切割機。但是，因為功率水平高，對玻璃造成不容忽視的熱影響，以致融化局部材料，所以當時的激光切割技術(shù)難以保證整齊、平滑的切割邊緣，在許多應用場合中，仍然需要打磨切割邊緣。同時，當時CO2 激光切割機的價格非常昂貴，令人生畏。
(2)本設計的設計方法
工程中經(jīng)常提及的設計方法有常規(guī)的機械設計方法、現(xiàn)代設計方法和創(chuàng)新設計方法。
1、常規(guī)設計方法
常規(guī)設計方法也稱傳統(tǒng)設計方法。常規(guī)機械設計方法是依據(jù)力學和數(shù)學建立的理論公式和經(jīng)驗公式，運用圖表和手冊等技術(shù)資料，以實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，進行設計計算、繪圖和編寫設計說明書。
一個完整的常規(guī)機械設計主要由下面的各個階段所組成。
（1）市場需求分析
本階段的標志就是完成市場調(diào)研報告。
（2）明確機械產(chǎn)品的功能目標
本階段的標志就是明確設計任務。
（3）方案設計
通過方案選擇與評價，最后決策確定出一個相對最優(yōu)的機械系統(tǒng)運動方案。
（4）技術(shù)設計階段
該階段包含：機構(gòu)設計，機構(gòu)系統(tǒng)設計（含協(xié)調(diào)設計），結(jié)構(gòu)設計，總裝設計，制造樣機。
（5）生產(chǎn)階段
在常規(guī)機械設計過程中，也包含了設計人員的大量創(chuàng)造性成果，例如在方案設計階段和結(jié)構(gòu)設計階段中都含有創(chuàng)新的過程。
在機械原理和機械設計教學中學習的綜合與設計方法主要是常規(guī)設計方法的內(nèi)容。
2、現(xiàn)代設計方法強調(diào)以計算機為工具，以工程軟件為基礎(chǔ)，運用現(xiàn)代設計理念，進行機械產(chǎn)品的設計。其特點是產(chǎn)品開發(fā)的高效性和高可靠性。大量的工程軟件使復雜的設計過程變得既容易又簡單。
現(xiàn)代設計方法內(nèi)容廣泛、學科繁多，主要有計算機輔助設計、優(yōu)化設計、可靠性設計、求反設計、創(chuàng)新設計、并行設計、虛擬設計等方法。
3、創(chuàng)新設計是指設計人員在設計中采用新的技術(shù)手段和技術(shù)原理、發(fā)揮創(chuàng)造性，提出新方案，探索新的設計思路，提供具有社會價值的、新穎的而且成果獨特的設計，其特點是運用創(chuàng)造性思維，強調(diào)產(chǎn)品的創(chuàng)新性和新穎性。
機械創(chuàng)新設計的實質(zhì)是充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科學技術(shù)成果，進香創(chuàng)新構(gòu)思、設計出具有新穎性、創(chuàng)造性及實用性的機構(gòu)產(chǎn)品的一種實踐活動。它包含兩個部分：從無到有和從有到新的設計。機械創(chuàng)新設計是相對常規(guī)設計而言的，它特別強調(diào)人在設計過程中，特別是在總體方案、結(jié)構(gòu)設計中的主導性及創(chuàng)造性作用。
4、三種設計方法的異同點分析
常規(guī)設計方法主要強調(diào)運用公式、圖表、經(jīng)驗等常規(guī)方法進行產(chǎn)品設計。
現(xiàn)代設計方法強調(diào)以計算機為工具，以工程軟件為基礎(chǔ)，運用現(xiàn)代設計理念進行產(chǎn)品設計。
創(chuàng)新設計則強調(diào)設計人員在設計過程中運用創(chuàng)造性思維，提出新方案、探索新的設計思維，強調(diào)產(chǎn)品的創(chuàng)新性和新穎性。提供具有社會價值的、新穎的而且成果獨特的設計的方案。
實際上，創(chuàng)新設計更加注重產(chǎn)品方案設計。方案確定后，在技術(shù)設計階段仍然采用常規(guī)設計方法或現(xiàn)代設計方法進行具體的設計。
三、結(jié)論
機械基礎(chǔ)綜合課程設計的內(nèi)容如下：
（1）根據(jù)設計要求確定待設計產(chǎn)品的接寫系統(tǒng)運動方案并進行優(yōu)選。
（2）對該方案中的主體機構(gòu)進行尺度綜合。
（3）對主體機構(gòu)進行運動分析和受力分析。
（4）繪制機構(gòu)系統(tǒng)的運動簡圖。
（5）進行機構(gòu)系統(tǒng)的運動協(xié)調(diào)設計。
（6）傳動方案設計。
（7）有關(guān)零部件的計算。
（8）機械裝配草圖的設計。
（9）裝配圖的草圖繪制。
（10）裝配圖的繪制。
（11）零件圖的繪制。
（12）編寫設計說明書。
本設計玻璃切割機具有裁切效率快、裁切精度高壽命長、刀輪更換方便等特點外，增設了傳動裝置，自動運行停止功能，從而使操作更方便、靈活、省力、整機造型更美觀，減輕了勞動強度，提高了工作效率，由于轉(zhuǎn)
動平穩(wěn)、均勻，切割質(zhì)量得到了提高。
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