外圓等離子噴涂機結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化設(shè)計（UG）

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外圓等離子噴涂機結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化設(shè)計（UG） 目 錄 緒 論 4 第一章 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)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(zhuǎn)部分的零件的選擇 7 2.1不進(jìn)電機的選擇 7 2.2聯(lián)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(dǎo)軌副的選擇 15 第四章 總體機構(gòu)圖 17 第五章 外援等離子噴涂機使用說明 19 總結(jié) 20 參考文獻(xiàn) 21 緒 論 我這次設(shè)計的這個外圓等離子噴涂機的三維數(shù)字化結(jié)構(gòu). 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(xì),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(yīng)的外因條件,容易獲得所需要的氣氛和電弧參數(shù),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(jīng)過粗化、潔凈處理的基材表面上，經(jīng)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(cè)是等離子發(fā)生器又叫等離子噴槍。根據(jù)工藝的需要，經(jīng)進(jìn)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(jìn)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(shè)備 等離子噴涂設(shè)備主要有：整流電源、控制柜、噴槍、送粉器、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)、氣體供給系統(tǒng)等，他們相互配置如下圖。另外，等離子噴涂所需要的輔助設(shè)備有：空氣壓縮機、噴涂機械手、工作臺和噴砂設(shè)備等。 第一章 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案 1.1方案1 把旋轉(zhuǎn)部分設(shè)計像普通臥式車床一樣零件加緊在三抓卡盤上做旋轉(zhuǎn)運動.主體運動機構(gòu)如下: 不進(jìn)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(zhuǎn)零件.零件做旋轉(zhuǎn)運動.尾座頂零件定位旋轉(zhuǎn)過程的平穩(wěn)進(jìn)行. 把噴槍安裝在滾珠絲杠導(dǎo)軌上做左右直線運動主體運動機構(gòu)如下; 不進(jìn)電機減速器→連軸器→軸承→絲杠→工作臺座→導(dǎo)軌. →噴槍. 輸出電機減速器與絲杠跟連軸器連接,絲杠旋轉(zhuǎn),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(xiàn)噴槍左右移動. 1.2方案2 把旋轉(zhuǎn)部分設(shè)計像普通立式車床一樣零件加緊在三抓卡盤上做旋轉(zhuǎn)運動.主體運動機構(gòu)如下: 不進(jìn)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(zhuǎn)零件.零件做旋轉(zhuǎn)運動. 把噴槍安裝在滾珠絲杠導(dǎo)軌上做上下做直線運動,主體運動機構(gòu)如下; 不進(jìn)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(xiàn)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(shè)計. 第二章 工件旋轉(zhuǎn)部分的零件的選擇 2.1步進(jìn)電機的選擇 步進(jìn)電機是將電脈沖號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機件?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)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(jìn)電機選定電機：電動機減速器的選擇: 110步進(jìn)電機+行星減速機(減速器)，步進(jìn)行星減速減速比1:26系列 2相步進(jìn)電機（1.8/步）驅(qū)動物體運動1秒鐘，則必要脈沖數(shù)和驅(qū)動脈沖速度的計算方法如下： 脈沖當(dāng)量（即運動精度）&= <0.05 (0.05為重復(fù)定位精度) 200為兩相步進(jìn)電機的脈沖數(shù) m為細(xì)分?jǐn)?shù) 200=360/1.8 i減速比1/x C電機轉(zhuǎn)一圈的周長 無減速比電機轉(zhuǎn)一圈絲杠走一個導(dǎo)程 電機轉(zhuǎn)速（r/s） V= P為脈沖頻率 脈沖當(dāng)量是每一個脈沖滾珠絲杠移動的距離 滾珠絲杠導(dǎo)程為5mm，滾珠絲杠每轉(zhuǎn)360滾珠絲杠移動一個導(dǎo)程也就是5mm 那么每一度移動（5/360）mm 電機5細(xì)分，步距角為1.8，則每一個脈沖，步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)1.5/5 那么一個脈沖，通過減速比，則絲杠轉(zhuǎn)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(dāng)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(xì)分，就簡單了。 0.01/5*360=0.72；表示步進(jìn)角0.72度時可達(dá)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(xì)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(jìn)分辨率。 圖21-1步進(jìn)電機與減速器 圖21-2 減速器尺寸圖 2.2聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。我考慮軸的收力情況我想用彈性連軸器 圖22-1彈性聯(lián)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(zhuǎn)間隙,高扭矩剛性和靈敏度.結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數(shù)。也可以說，當(dāng)其它機件在軸上彼此產(chǎn)生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機件。 而軸承是支撐機械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數(shù)。也可以說，當(dāng)其它機件在軸上彼此產(chǎn)生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數(shù)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(dāng)，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(yù)緊可用預(yù)緊力消除游 隙， 運轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)緊湊；可以簡化軸承支座的結(jié)構(gòu)； 振動及噪聲較大； 4、大多數(shù)滾動軸承能同時受徑向和軸向載荷，故軸承組合結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)化程度高，成批生產(chǎn)，成本低；適于大批量生產(chǎn)和供應(yīng)，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(jìn)電機，連軸器都跟旋轉(zhuǎn)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(shè)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(tǒng)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(yù)壓力來消除機器運轉(zhuǎn)時的背隙。 引起滾珠絲桿間隙過大的原因： 1) 無預(yù)壓或預(yù)壓不足 無預(yù)壓的滾珠絲桿垂直放置時。螺帽會因本身的重量而造成轉(zhuǎn)動下滑，無預(yù)壓的絲桿會有相當(dāng)?shù)谋诚?，因此只能用于較小操作阻力的機器，但主要的依據(jù)是其定位精度沒有太多的要求。絲杠在不同的應(yīng)用場所給出正確的預(yù)壓量，并在出廠前調(diào)整好預(yù)壓，因此當(dāng)您定購滾珠絲桿前請詳述設(shè)備的操作情況。 2) 扭轉(zhuǎn)位移太大 絲 桿的細(xì)長比越小，剛性越高，細(xì)長比的界限一般在60以下。如果細(xì)長比太大，絲桿會因自重原因產(chǎn)生下垂，如果滾珠絲桿只以側(cè)支撐。此種設(shè)計剛性較弱，應(yīng)盡可能避免。 3) 軸承選用不當(dāng) 通常滾珠絲桿必須搭配斜角軸承。尤其是以高爪力角設(shè)計的軸承為較佳的選擇，當(dāng)滾珠絲桿承受軸向負(fù)載時。一般的深溝滾軸軸承會產(chǎn)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(dāng) 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(yīng)方向的鎖定螺帽面平行度不佳，會導(dǎo)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(shè)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(jié)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(xiàn)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(dá)到調(diào)整的目的。 為了調(diào)整間隙，滾珠絲杠的使用要預(yù)緊。軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊常采用雙螺母預(yù)緊的方法，其結(jié)構(gòu)型式有墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式和齒差調(diào)隙式。在這次的設(shè)計中采用墊片調(diào)隙式。 (3) 滾珠絲杠的設(shè)計計算 絲杠導(dǎo)程：5mm 型號：SFU01605-4 公稱直徑：16 NE555脈沖頻率占空比可調(diào)模塊： 1Hz―200KHz 電動機的步距角是1.8，假設(shè)1s可轉(zhuǎn)360，那么頻率等于： 360/﹫=200Hz 如果1s轉(zhuǎn)一次的話，由導(dǎo)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(dǎo)軌副的選擇 用于對零部件進(jìn)行支撐和導(dǎo)向作用。 導(dǎo)軌的類型：平導(dǎo)軌、圓柱型導(dǎo)軌、燕尾導(dǎo)軌、V型導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌等等。滾動導(dǎo)軌的特點是： 　a)定位精度高。滾動直線導(dǎo)軌的運動借助鋼球滾動實現(xiàn)，導(dǎo)軌副摩擦阻力小，動靜摩擦阻力差值小，低速時不易產(chǎn)生爬行。重復(fù)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(shè)定到超微米級。同時根據(jù)需要，適當(dāng)增加預(yù)載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動，實現(xiàn)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(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)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(yīng)減少，故能使?jié)L動直線導(dǎo)軌系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易。 　　c)適應(yīng)高速運動且大幅降低驅(qū)動功率。采用滾動直線導(dǎo)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(gòu)小型化，使驅(qū)動扭矩大大減少，使機床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯?？蓪崿F(xiàn)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(dǎo)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(yīng)性。在設(shè)計制造中加以適當(dāng)?shù)念A(yù)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(xiàn)象。而滑動導(dǎo)軌在平行接觸面方向可承受的側(cè)向負(fù)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(tǒng)的滑動導(dǎo)軌必須對導(dǎo)軌面進(jìn)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(dǎo)軌具有互換性，只要更換滑塊或?qū)к壔蛘麄€滾動導(dǎo)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(shù)為滑動摩擦系數(shù)的2%左右，因此采用滾動導(dǎo)軌的傳動機構(gòu)遠(yuǎn)優(yōu)越于傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌。所以在此次設(shè)計中滾動直線導(dǎo)軌被選為選擇對象。 其參數(shù)如下： 圓柱型滾動直線導(dǎo)套副由直線運動球軸承、導(dǎo)軌軸、直線運動球軸承支承座等部件組成，按結(jié)構(gòu)形式分為封閉式、開放式二類，封閉型分為可調(diào)隙和不可調(diào)隙兩種，開放型均摩擦系數(shù)很小，只有 0.001～0.004 ，功率消耗低,省電節(jié)能。 導(dǎo)軌軸采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，經(jīng)中頻感應(yīng)淬硬 HRC58-63 ，耐用，性能穩(wěn)定，有良好的精度 圖33-1導(dǎo)軌副 第四章 總體機構(gòu)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(jìn)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(jìn)行還設(shè)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(dǎo)軌的絲杠軸用彈性連軸器連接。工作臺通過絲杠的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動噴槍的上下運動同時進(jìn)行時可以實現(xiàn)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(dāng)?shù)倪M(jìn)行冷卻措施。 為了減少絲杠軸承座的損失，需要按時進(jìn)行潤滑油。 加工過程的溫度很高，而且會產(chǎn)生飛行物所以工作人員必需注意安全。 總 結(jié) 我們這次畢業(yè)設(shè)計,4月4號開始6月1號結(jié)束,回想本次設(shè)計過程，有喜也有悲。書到用時方很少，設(shè)計過程中，感覺有一些問題是力不從心，以前學(xué)的知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，知識結(jié)構(gòu)不夠復(fù)雜。 盡管如此，此次畢業(yè)設(shè)計不僅使自己的實際設(shè)計能力得到了很好的鍛煉，而且將專業(yè)知識、設(shè)計能力和實踐能力的有機的結(jié)合在一起。除此之外，收獲更深的應(yīng)該是夯實并拓寬了設(shè)計工裝夾具的思路以及對設(shè)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(guān)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(shè)計我發(fā)現(xiàn)我理論知識也真不是太扎實，我的設(shè)計的機構(gòu)在某些方面肯定會還存在問題，與實際應(yīng)用于生產(chǎn)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(guān)工作以增加經(jīng)驗，不斷的錘煉自己。 在設(shè)計當(dāng)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(xué)們不少的幫助。才使我的整個設(shè)計過程才少走了很多彎路，使我順利完成畢業(yè)設(shè)計，在此對他們表示由衷的感謝！ 參考文獻(xiàn) 【1】陶寶網(wǎng)，百度。 【2】機械設(shè)計手冊第五版，北京化學(xué)工業(yè)出版社2010.1 【3】機械設(shè)計教材 【4】國家標(biāo)準(zhǔn)，實用機械零件手冊，廣西科學(xué)技術(shù)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(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002：1～ 【7】孟少農(nóng)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(shù)[M],南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1982.