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南京 工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 原 文 題 目 ： of 原 文 來 源： F 013 學(xué) 生 姓 名： 宋春峰 學(xué) 號： 231120526 所在院 (系 )部： 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 低成本緊湊的模塊化小型的設(shè)計(jì)（ - 數(shù)控車床 國際雜志應(yīng)用工程研究 03/2013 羅尼 廷頓彌散 要 :新興的微型工廠的技術(shù)鼓勵發(fā)展數(shù)控機(jī)床成 開發(fā)向小型化設(shè)計(jì)發(fā)展 。它的目 的是 開發(fā)小型 的機(jī)床， 可以節(jié)省一些空間，降低生產(chǎn)成本，并降低能耗。在 沒有降低其精度等級 的前提下， 這項(xiàng)研究進(jìn)行 的 數(shù)控車床的設(shè)計(jì) 包括床 頭 箱 ，主軸， ，床身，工具保持架，和動機(jī)執(zhí)行器 組成 。該設(shè)計(jì)采用三爪卡盤夾持方法和無刷直流電電機(jī)作為 每個軸的 電動致動器 ， 額外的諧波齒輪用作傳輸系統(tǒng)。 在提供的 329 483 毫米 緊湊設(shè)計(jì)中，模塊化設(shè)計(jì)組裝由 幾個 若干模塊組成 ，并 被認(rèn)為 即使 是 在低成本模塊國內(nèi)市場 中都是具有高可用性的組件 。有人算過這個緊湊型模塊化的解決小型數(shù)控車床精度能夠達(dá)到 米。據(jù)認(rèn)為，這個 設(shè)計(jì)將能夠支持特別適用于多行業(yè)的那些誰需要 小部分高精度低成本的生產(chǎn) 。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控機(jī)床，小規(guī)模，車床，結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化，低成本。 引言 微型工廠 是在這十年二十年內(nèi) 很多流行的新興 發(fā)展的 技術(shù)之一 1這種普及是因?yàn)樾枰臋C(jī)械零部件是 一個較小的尺寸 ，對于許多應(yīng)用達(dá)到微或納米尺度 ，如電子控制，汽車部件，醫(yī)用部件等 9。 之前， 大大小小的 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 機(jī)械部件通過標(biāo)準(zhǔn)的大型設(shè)備生產(chǎn)。大型設(shè)備意味著更大空間和更高的能量消 耗 10及增加 新興生產(chǎn) 的 成本。日本是最早 提出加工尺寸的減小正比于所產(chǎn)生的部件 尺寸 的國家之一 1,9。這個建議是 為了 降低生產(chǎn)成本，節(jié)省能耗， 提高 空間，并保持每個資源對應(yīng)生成 9成分的初始大小。此外，該概念可以促進(jìn)更高的精度機(jī)制和更簡單的設(shè)備比常規(guī)的機(jī)器。因此，這個概念適合用于高精度如行業(yè)對小型微型組件 審查 或 微 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 9。 本定義為降低生產(chǎn)成本的低成本微機(jī)械裝置。 在近幾十年中，許多研究已進(jìn)行開發(fā)了多個 微機(jī) 應(yīng)用，甚至是在 模的實(shí)驗(yàn)室 11在山中井野的文章中 12，它是關(guān)于使用不同 的 經(jīng)營和 根據(jù)加工生產(chǎn)一部分的規(guī)模來使用幾何精度車床的說明 。詳細(xì)說明指出，當(dāng)機(jī)器的大小變化，精度也將被改變，并得出結(jié)論認(rèn)為， 制作 一個小小的 組件比 使用一個高精密機(jī)床是更有利的 11對大島等人來說 （ 2007） 21，工具的位置的圖形 計(jì)算是采用 相機(jī)指向工具 端部 的方法 。這種技術(shù)允許位置反饋給控制單元和 車床任何可能產(chǎn)生立體干擾的檢測 。由大島進(jìn)一步研究推出了采用電子顯微鏡和 描電子顯微鏡） 以提供更多的細(xì)節(jié)和更高的精度。后來他們的研究 11報(bào)告的定位誤差校正的 6 微米的量級和 150 微米 的順序的切削深度。 麥金托什考德爾和約翰遜 22還研究了生產(chǎn)植入組織工程與控制體系結(jié)構(gòu) ,可以滿足生物活性的要求和塑造需求 。 3協(xié)助細(xì)胞附著和生長在表面的相互作用。 24討論的條款體外相互作用和體內(nèi)生物分布在一些動物模型探討微植入藥物輸送。 生物醫(yī)學(xué)目 的是一款顯影 段作為用于生產(chǎn)骨聚合物和骨陶瓷的復(fù)合植入物，以及特殊用途機(jī)器的發(fā)展 （基羅加， 2004 年 25;羅德里格斯和羅哈斯， 2004 年 26;內(nèi)拉， 2005 年 27;克韋多，羅哈斯和， 2006 年 28）。 羅哈斯 2002 年 11 月 29 日有報(bào)道關(guān)于人類骨折為加入生產(chǎn)指定螺桿或其他醫(yī)療應(yīng)用程序需要先進(jìn)的復(fù)合生物材料制造。 杰克遜等人， （ 2005） 30， 也在研究以謹(jǐn)慎處理適當(dāng)?shù)纳锵嗳菪晕⑹谋砻嫖⒓庸ぁ?人使用 70 微米直徑旋轉(zhuǎn)與多達(dá) 360,000 轉(zhuǎn)的速度，在 50 至 100 微米的切削深度為 /分鐘進(jìn)給工具和切削的100 米 /分鐘的速度，在一個層狀型結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生芯片與高致變形率是一致的。 它創(chuàng)建了一個最佳的表面紋理和增加刀具 的速度 高達(dá) 1 百萬轉(zhuǎn)。 整個先前的研究證明微加工開發(fā)支持許多應(yīng)用程序是很重要的。 本文提出的設(shè)計(jì)是一個緊湊型模塊化小型（ - 數(shù)控車床兩軸和準(zhǔn)確的順序一根主軸模塊可達(dá) 2 微米。 指定機(jī)器將在 100米 29驗(yàn)證醫(yī)療建筑水平的可加工性。 數(shù)控車床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 車床系統(tǒng)是一臺機(jī)器，使工件旋轉(zhuǎn)打擊工具，以產(chǎn)生圓柱形或圓錐形部件，也可以用于鉆井過程中或在圓柱形零件 31孔。計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制（ 控制在基于來自操作員的數(shù)值數(shù)據(jù)的車床加工用工具的每個馬達(dá)制 動 器的位置和速度的一種方法。因此，數(shù)控車床是一個電腦數(shù)控車床系統(tǒng)的數(shù)控車床，主要由車頭 ，主軸， ，床，工具保持架 ，和 車頭 車頭是數(shù)控車床機(jī)的一部分，用于保持電動馬達(dá)和傳動。它的作用是控制 主軸 和主軸轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速 。 主軸 主軸是車床 的 一 部分 用來 保持工件并 與 加工工件 一起旋轉(zhuǎn) 。 主軸旋轉(zhuǎn)的角速度是通過傳輸系統(tǒng)搭載可調(diào)的電動馬達(dá)來調(diào)節(jié)的。工件有多種夾緊方式，即三個爪卡盤，夾頭，四爪卡盤 （如圖在圖 1） 31。在目前的設(shè)計(jì)，使用 夾緊 工件 的方式是三個爪卡盤，因?yàn)樗木哂袊鴥?nèi)市場的高可用性，簡單，定心過程更加容易的優(yōu)點(diǎn) 。 (a) (b) (c) 圖 （ a）三爪卡盤 ;（ b）夾 頭 ;（ c）四爪卡盤 。 X 軸和 Z 軸平臺 軸平臺是數(shù)控車床刀架的基礎(chǔ)組件 ， 可移動兩個軸 為： x 軸和 z 軸。 兩個軸是通過電動機(jī)在沿其相應(yīng)的軸線線性軌跡移動。 實(shí)現(xiàn)每個軸的沿線性運(yùn)動時，需要調(diào)度從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的運(yùn)動轉(zhuǎn)換器沿工作軸線線性平移。此外，還需要一個電機(jī)驅(qū)動器，以實(shí)現(xiàn)更精確和更硬的運(yùn)動。該軸使用滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)指定運(yùn)動。 圖 2 是直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠 組件。 (a) (b) 圖 于將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€ 運(yùn)動（ a）滾珠絲杠 ; （ b）直線導(dǎo)軌。 刀柄 刀架附著在 X 平臺（滑架），用作本車床機(jī)上的切削工具的基體。 這部分是沿著 x z 軸車床過程中 運(yùn)動的 平臺。 床身 這部分是支持部分 ， 需要的數(shù)控車床機(jī)設(shè)計(jì)提供一個堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)來保存整個機(jī)器并消除任何可能 的 干擾振動。 電機(jī)驅(qū)動器 在 床的設(shè)計(jì)過程中， X 軸和 Z 軸的運(yùn)動是從東方電機(jī)直流電機(jī)無刷供電。這種方法使用 電機(jī)是因?yàn)樗欣奶卣?，?33： 1） 高效率，因?yàn)槭褂糜谰么盆F的轉(zhuǎn)子和具有較少二次損失 2）可還原轉(zhuǎn)動慣量和高速響應(yīng)。 3）由于其高效率，所以可以降低電動機(jī)的尺寸。 4）能力波動其速度甚至輕微的負(fù)荷變化。 除了上述所有的技術(shù)考慮，實(shí)惠的價(jià)格也成為首要考慮的問題之一。根據(jù) 所有這些特點(diǎn)，這種電機(jī)的價(jià)格與其他電機(jī)相比是算便宜的。 表 1 示出在相同的馬達(dá)直流無刷電機(jī)步進(jìn)，以及馬達(dá)伺服的比較功率。 表 進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的比較 功能 無刷直流 步進(jìn) 交流伺服 功率 30 瓦 30 瓦 30 瓦 速度控制 可用 可用 可用 位置控制 N / A 可用 可用 反饋信號 可用 N / A 可用 預(yù)測價(jià)格 速器（諧波齒輪） 連接到數(shù)控車床的 X 和 Y 軸，由馬達(dá)致動器產(chǎn)生的動力通過傳輸系統(tǒng)傳遞。傳輸系統(tǒng)作用是根據(jù)發(fā)射的功率，降低速度，增加扭矩，并升級沿 Z 軸的移動精度 。在此要使用的可能的傳輸類型設(shè)計(jì)是蝸輪，齒輪小齒輪，皮帶輪，和諧波齒輪。圖 3 示出這四個透射型的描述。諧波齒輪傳動式之所以選擇這個設(shè)計(jì)，因?yàn)樗膬?yōu)勢，即更嚴(yán)格的，大比例小巧的體積，極低的反彈，低損失等。 (a) (b) (c) (d) 圖 3 的傳輸系統(tǒng)的類型 ; （ a）蝸輪 ; （ b）小齒輪 ; （ c）皮帶輪 ;（ d）諧波齒輪。 床原型結(jié)果與討論 床目前的設(shè)計(jì)是產(chǎn)生了一個技術(shù)原型由車頭 ，主軸， X Z 軸平臺，主軸電機(jī)，刀具定位馬達(dá)制 動器，工具架，和床 身組成的車床 。這 床的設(shè)計(jì)是基于模塊化概念匹配小規(guī)模的工廠，能夠?qū)崿F(xiàn)微納米級精度。 納米級精度由具有高剛性和緩慢的振動來實(shí)現(xiàn)。 緊湊的設(shè)計(jì) 目前的設(shè)計(jì)中， 4 紙大?。?330 毫米 483 毫米）。設(shè)計(jì) 中。 表 2. 尺寸規(guī)格 規(guī)格 尺寸 單位 長度 440 度 230 度 200 量 27 軸最大行程 60 軸最大行程 60 塊化設(shè)計(jì) 可以被描述的模塊化設(shè)計(jì)，整個模塊可以分成幾個較小的模塊，可以在不同的系統(tǒng)下獨(dú)立工作 34。這種原型設(shè)計(jì)，其中可以容易地組裝到 此外，本 電時，可以擴(kuò)大，并且還可以配置服務(wù)于另一個不同的系統(tǒng)。 圖 4 顯示了 床構(gòu)建的分解圖在它的復(fù)合材料部件。圖 5 示出從另一單元的另一配置用銑刀切削工具模塊更換主軸箱主軸單元，并能還與工件夾持器模塊更換刀架模塊。 事實(shí)證明，重新配置可以升級這個 床成多軸。 圖 6 顯示了 完整的技術(shù)原型車床。 圖 圖 軸移動銑床 圖 小型解決方案 關(guān)于此 1）。表 3 顯示了 (1) 其中： 器分辨率 /機(jī)器精度（毫米） 機(jī)分辨率 /馬達(dá)精密（ 動比（弧度 / 轉(zhuǎn)換率（毫米 /弧度） 表 3. 件的規(guī)格 組件類型 參數(shù) 規(guī)格 直流無刷電機(jī) 電機(jī)分辨率 2 30 諧波齒輪 傳動分辨率 1/600 珠絲杠 轉(zhuǎn)換器分辨率 10 2 作設(shè)計(jì)的 進(jìn)入規(guī)格數(shù)據(jù)到等式（ 1）中得到： 這表明，從 理論上 說 ，這個 分辨率設(shè)計(jì) 的 據(jù)認(rèn)為，它可以被稱為納米加工。 低成本 經(jīng)濟(jì)方面的分析表明，該軟件可以是自行開發(fā)和出現(xiàn)的主要成本是用于便攜式個人計(jì)算機(jī)作為主處理單元和硬件。表 4 是價(jià)格表，表示這數(shù)控車床機(jī)的組件的可用性。 表 組件 價(jià)格 可用性 1 主處理硬件 在國內(nèi)市場 2 主要處理軟件 N / A 可以是自主開發(fā) 3 二次加工五金 在國內(nèi)市場 4 二次加工軟件 N / A 可以是自主開發(fā) 5 機(jī)械原料 在國內(nèi)市場 6 機(jī)械加工過程 在國內(nèi)市場 7 動器 在國內(nèi)市場 8 主軸驅(qū)動器 在國內(nèi)市場 9 傳動系統(tǒng) 在國內(nèi)市場 總額 總體而言，在整個處理系統(tǒng)的成本是 3500 萬 用性較高，即使在國內(nèi)市場。這種生產(chǎn)成本算低的，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)微觀尺度上的精度，甚至納米級精度。數(shù)控車床的平均成本為微觀尺度為其他品牌約 30 億，增加至 5000 萬納米級的機(jī)器。 所以，這樣的設(shè)計(jì)可以節(jié)省大約 1500 至 2000 萬 它的量產(chǎn)時 ,可以節(jié)省更多。 結(jié)論 這項(xiàng)研究的結(jié)論是， 頭 ，主軸， ，床 身 ，工具保持架，和 動機(jī)制 動器。 這種設(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，如緊湊型設(shè)計(jì)，模塊化機(jī)生產(chǎn)成本低，而且能夠執(zhí)行精度達(dá)到達(dá) 這種設(shè)計(jì)可升級成 3軸 移動 銑床或甚至更多的軸。該 生產(chǎn)成本低，因?yàn)樗挥屑s 3,500 萬 的成分在國內(nèi)市場有很高的可用性，所以它不會需要任何額外的報(bào)關(guān)費(fèi)。 當(dāng)分辨率達(dá)到納米尺度，進(jìn)一步研究將需要減少任何環(huán)境中的干擾。 感謝 作者要感謝印尼東麗科學(xué)基金會 (011 年的研究資助 ,并為電力研究中心和機(jī)電一體化 提供 支持和便攜式的設(shè)備完成數(shù)控的研究。作者還要感謝滇 際資源巨大的持續(xù)支持。 作者還希望 感謝各方支持 這項(xiàng)研究。 參考文獻(xiàn) 1 . u., 1997, 132 of 2000, 143 ., ., . ., of 000 n 9594 of 2000, 87- 90. 5 ., ., l., . ., 2000, 986 . ., of a rm a of 001 001, 14447 ., . ., 2000, 1378 ., . . ., a J. 6, 4101996. 9 T. 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