基于数控加工中心的LOM快速成型装置数字样机设计（机械结构设计）

大学 届毕业设计说明书第 1 页 总共 44 页毕业设计说明书基于数控加工中心的 LOM 快速成型装置数字样机设计（机械结构设计）学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 大学 届毕业设计说明书第 2 页 总共 44 页摘要：本文对快速成型技术以及LOM技术的相关应用背景、研究现状等做了简单的介绍，还有对本课题需要解决的问题、拟用的解决方法做了简单的称述。其中主要是介绍了LOM快速成型装置中的收料及送料结构、热压结构的设计过程以及激光切割结构的选用，还介绍了各个结构中主要零件的功用以及结构尺寸。对主要零件也进行了一定的强度校核，也简单对MV-610加工中心做了介绍，并合理的把LOM快速成型装置与加工中心结合在了一起。通过此次设计，更好的合理利用了加工中心，并使LOM技术也得到了灵活的运用。关键词：LOM快速成型，基本结构，应用大学 届毕业设计说明书第 3 页 总共 44 页Abstract: this paper LOM technology rapid prototyping technology and the relevant applications such as background, the research present situation is further introduced, and the problems need to be solved in this project, employs solution made simple sounding. Mainly introduces the LOM rapid prototyping device feeding structure, hot pressing charge and structure design of process and laser cutting structure, also introduced the selection of the main parts of each structure function and structure size. On the main parts in some extent, simple also strength check on MV - 610 processing center, were introduced and reasonable put LOM rapid prototyping device and processing center organic unifies in together. Through the design, can better reasonable use processing center, and make LOM technology got flexible use. Keywords: LOM rapid prototyping, basic structure and application 目录1 引言 11.1 快速成型技术简述 .11.1.1 快速成型技术的产生背景 11.1.2 快速成型技术分类 2大学 届毕业设计说明书第 4 页 总共 44 页1.1.3 快速成型技术的应用概况 31.2 LOM 快速成型技术 41.2.1 LOM 快速原型技术背景 41.2.2 LOM 加工原理 51.2.3 LOM 快速原型系统的研究现状 61.2.4 本课题需解决的问题 .72 总体方案的设计 82.1 总体方案的确定 82.1.1 MV-610 加工中心的相关参数 .82.1.2 LOM 快速成型装置的确定 82.1.3 LOM 快速成型装置的空间分布 92.2 总体结构的运动状态 .102.2.1 LOM 快速成型装置中各个机构的运动情况 .102.2.2 LOM 快速成型装置动作过程 .112.2.3 LOM 快速成型装置电机 .113 快速成型中主要结构的设计 .113.1 原材料存储及送进机构的设计 .123.1.1 原材料存储及送进机构的总体布局 .123.1.2 原材料存储及送进机构的支撑架结构 .133.1.3 原材料存储及送进机构的送料与收料结构 .153.2 热压机构的设计 .173.2.1 热压机构的总体布局 .183.2.2 热压机构中的中心部分 .183.2.3 热压机构中的温控装置 .213.2.4 热压机构中的外部结构 .223.2.5 热压机构的热压滚筒外壳 .253.3 切割机构的设计 .283.3.1 激光的研究背景 .283.3.2 激光器的种类 .29大学 届毕业设计说明书第 5 页 总共 44 页3.3.3 CO2 激光器的优缺点 .293.3.4 二氧化碳激光器原理 .303.3.5 CO2 激光器型号的确定 .314 主要零件的强度校核 .314.1 送料轴的强度校核 .314.1.1 送料轴的弯曲强度校核 .314.1.2 送料轴的危险截面校核 .325 结论 .35参考文献 .36致 谢 381 引言 1.1 快速成型技术简述快速原型制造（Rapid Prototyping，简称 RP）技术，又称快速成型技术，是 20 世纪 80 年代后期首先在美国产生并商品化，90 年代在全球迅速发展起来大学 届毕业设计说明书第 6 页 总共 44 页的制造新技术。快速成型技术与 50 年代的数控技术和最近 20 年发展起来的特种加工技术一样是一种全新的制造技术，是先进制造技术群中的重要组成部分。它是一种基于离散堆积成型的数字化制造技术，集激光技术、计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM） 、计算机数控技术（CNC） 、精密检测技术、精密机械、精密伺服驱动和新材料技术等先进技术于一体的综合高新技术。它能根据 CAD 模型（电子模型）自动、直接、快速、精确地将设计思想物转化为具有一定功能的原型或直接制造零件，在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，解决了快速对接问题，有效地缩短了研发周期，满足了当今竞争日益激烈的市场对新产品快速开发和快速制造的要求 1 2 。快速成型与制造技术经过 10 多年的研究和开发，取得了很大的成就，推出了系列商用 RPM 系统。但现有 RPM 技术主要以树脂、塑料、纸张等作造型材料，仅适合制造原型零件或功能原型零件，尚不能直接快速制造具有实际功能的机械零件。为此，功能零件的快速制造成为目前 RP 领域的研究热点之一 3。在经济全球化趋势正不断加强，各个领域的技术交流、经贸交流日益扩大，世界上发生的这些进步、变革与发展使当代制造业的生态环境、产业结构与发展模式等都发生了深刻变化，科学发展观对制造业提出了新的要求，我国制造业正面临着新的发展机遇与挑战。当前，制造业呈现如下发展趋势 4 ：产品高科技化；顾客需求个性化、多样化；产品生命周期缩短，更新换代加速；生产、经营及市场全球化；1.1.1 快速成型技术的产生背景1） 市场的发展需求随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争愈演愈烈,产品更新换代加速,迫切需要采用先进的创新手段。用传统的方法制造物理原型时,通常需要使用多种机床设备和模具,既费时又费钱,快速成型(RP)技术的出现,可以在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下,实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造 52） 技术的发展推动新技术的发展为快速成型技术的产生奠定了技术基础。信息技术、计算机技术的发展、CAD/CAM 技术的发展、材料科学的发展、新材料的出现、激光技术大学 届毕业设计说明书第 7 页 总共 44 页的发展为快速成型技术的产生和发展奠定了技术基础。快速成型技术就是在这样的社会背景下，在 80 年代后期产生于美国，并迅速扩展到欧洲和日本。由于 RP 技术的成型原理突破了传统加工中的塑性成形（如锻、冲、拉伸、铸、注塑加工等）和切削成形的工艺方法，可以在没有工装夹具或模具的条件下，迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体原型或零件，因此被认为是近二十年来制造技术领域的一次重大突破 61.1.2 快速成型技术分类RP 技术的具体工艺不下 30 余种。根据其应用情况和商品化程度，最为典型的快速成型技术有以下四种。1）光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA） 7光固化成型的原理是：将激光聚焦到液态光固化材料（如光固化树脂）表面、令其有规律地固化，由点到线到面完成一个层面的建造，而后升降平台移动一个层片厚度的距离，重新覆盖一层液态材料，再建造一个层面，由此层层叠加成为一个三维实体。2）选区激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS） 9此技术采用激光对有很好密实度和平整度的粉末铺成的层面，有选择地直接或间接将粉末熔化或粘结，形成一个层面，铺粉压实，再熔结或粘结成另一层并与前一层熔接或粘结，如此层层叠加为一个三维实体。所谓直接熔结是将粉末直接熔化面连接；间接熔结是指仅熔化粉末表面的粘结涂层，以达到互相粘结的目的。粘结则是指将粉末采用粘结剂粘结。这里的粉末材料主要有蜡、聚碳酸脂、水洗砂等非金属粉，以及金属粉如铁、钴、铬以及它们的合金。3）分层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM） 9该技术采用激光或刀具对箔材进行切割。首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线，而后将不属于原型的材料切割成网格状。通过升降平台的移动和箔材的送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘结在一起。这样层层叠加后得到一个块状物，最后将不属于原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。这里所说的箔材可以是涂覆纸（涂有粘结剂覆层的纸） ，涂覆陶瓷箔、金属箔或其它材质基的箔材。4）熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling，FDM）大学 届毕业设计说明书第 8 页 总共 44 页FDM 是指将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并与第一个层面粘结在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。1.1.3 快速成型技术的应用概况根据不同的应用场合和需求，快速成型技术主要有以下几种应用：1）用于概念设计的原型。这种原型对精度和物理化学特性要求不高，主要要求成型速度快、精度适中、设备小巧、运行可靠、清洁、无噪音、操作方便。2）用于制造模具或其原型。模具原型要求材料适应特定模具的制造要求，如对于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。3）用于制造功能零件。功能零件则要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从 RP 技术的发展历程来看，最初主要应用于原型制造，随着研究的深入，现在很多研究者都致力于研究快速制造金属零件。国际统计资料表明，原型中的四分之一被用来作为可视化的手段，用于评估设计、协助设计模具、沟通设计者与制造商及工程投标；四分之一被用来进行装配和性能测试；四分之一以上用于协助完成模具制造 10 。目前，快速成型技术在模具、家用电器、汽车、航空航天、军工制造、材料工程、玩具、医疗器械、人体器官模型、生物材料组织、考古、电影制作等领域都得到了广泛的应用。如下图所示：图 1 运用 LOM 快速原型系统所制作薄壳件 图 2 运用 LOM 快速原型系统所制作太极球大学 届毕业设计说明书第 9 页 总共 44 页图 3 运用 LOM 快速原型制作汽车零件 图 4 运用 LOM 快速原型制作出形状复杂零件快速成型技术是目前先进制造技术中发展最为迅速的一种，在短短一、二十年的时间里，已经由最初的原理研究发展到大规模实际生产应用。目前已有 10多种比较成熟的工艺方法用于原型零件的制造。RP 技术在产品开发中的关键作用和重要意义在实际应用中得到了很好的印证，可以迅速地将示于计算机屏幕上的设计变为可进一步评估的实物。根据原型，可对设计的正确性、造型合理性、可装配性和干涉，进行具体的检验 11 。1.2 LOM 快速成型技术1.2.1 LOM 快速原型技术背景随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争愈演愈烈,产品更新换代加速,迫切需要采用先进的创新手段。用传统的方法制造物理原型时,通常需要使用多种机床设备和模具,既费时又费钱,快速成型(RP)技术的出现,可以在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下,实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造，快速成形技术是在 80 年代后期率先由 Michael Feygin 研发出LOM(laminatedobject manufacturing)快速原型技术，并由美国 Helisys 公司生产与销售，于 2000 年 Helisys 公司终止(cease) 营运，并将 LOM 快速原型技术转让给 cubic technologies12 。1.2.2 LOM 加工原理大学 届毕业设计说明书第 10 页 总共 44 页1）LOM加工原理快速成型技术集成了机械工程、CAD/CAM、数控技术、激光技术及材料科学等领域的最新成果，它以材料的逐层堆积生产作为主要的实现手段，因而又被称为增材制造技术 13 。其基本原理是：在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后切片软件将三维CAD模型切成一定厚度的薄片，得到各层截面的轮廓信息，即将三维信息转换成一系列的二维信息，每片数据转换成数控加工命令，激光束选择性地切割一层层纸（或固化一层层的液态树脂；或烧结一层层的粉末材料；或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等） ，形成各截面轮廓并叠加成三维产品。该技术可自动而迅速地将设计思想转化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件。具有快速、精确、经济等优点，特别是该技术对零件的复杂程度没有限制 14 。2）LOM 加工工艺过程LOM成型的一般工艺过程大致如下:(1) 料带移动,使新的料带移到工件上方。(2) 工作台往上升,同时热压辊移到工件上方,工件顶起新的料带,工作台停止移动,热压辊来回碾压新的薄材材料,将最上面一层的新材料与下面已成型的工件部分粘结起来,添加一新层。(3) 系统根据工作台停止的位置,测出工件的高度,并反馈回计算机,计算机根据当前零件的加工高度,计算出三维实体模型的交截面 15 。(4) 交截面的轮廓信息输入到控制系统中,控制CO2 激光器沿截面轮廓切割。激光的功率设置在只能切透一层材料的功率值上。轮廓内、外面无用的材料用激光切成方形的网格,以便工艺完成后分离。(5) 工作台向下移动,使刚切下的新层与料带分离。(6) 料带移动一段比切割下的工件截面稍长一点的距离,并绕在复卷辊上。(7) 重复上述过程,直到最后一层。分离掉无用碎片,得到三维实体。3）LOM快速原型系统的优缺点（1）优点主要有以下几个方面:. 原型件制作过程中，运用 LOM 快速原型系统所制作原型件之缩收以 1及热应力所导致之原型件几何形状变形等缺失，可以忽略。大学 届毕业设计说明书第 11 页 总共 44 页. LOM 快速原型系统所使用之 CO2 雷射仅对原型件外形轮廓(outline 2of shape)进行切割， LOM 快速原型系统是为所有快速原型系统中效率最高的一种快速原型系统。. LOM 快速原型系统如与 FDM 快速原型系统相互比较，LOM 快速原型系 3统建构原型件时不需要支撑(support)结构。. LOM 快速原型系统机台保养费用低廉。 4. LOM 快速原型系统可以制作大型、复杂与体积大原型件。 5（2）缺点主要有以下几个方面：.可实际应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，例如纸、塑 1料、陶土以及合成材料，但目前常用的只是纸，其他种类之材料仍继续研发当中。. 所制作完成之快速原型件表面是粗糙的，必须经过后续加工，才可 2进行快速模具的应用。. 所制作完成之快速原型件很容易吸收外在水气，因此必须立即进行 3后处理，例如：上漆。. 很难制作出尺寸微细之原型件，此缺失受限于原型件必须剥离废料 4之后才可取出。 . 运用 LOM 快速原型件于铸造应用时，燃烧原型件的时间必须注意空 5气流通。. 运用 LOM 快速原型系统制作原型件时，有部分的材料是浪费的。 61.2.3 LOM 快速原型系统的研究现状1） LOM快速原型系统的研究现状由于大多数机械零件是由金属制造的，因此直接利用金属板材作造型材料的分层实体制造(Laminated object manufacturing一简称LOM)是实现金属功能零件快速制造的有效方法之一Obikawa用0.2 mm厚、两面涂覆低熔点合金的薄钢板作造型材料，采用LOM方法快速制造金属零件；山崎则用0.5 mm厚的薄钢板作造型材料快速制造车体模具但是现阶段用金属板材作造型材料的LOM在技术上尚存在许多应解决的课题：（1)分层材料的堆积成形精度问题显然，分层板厚度越薄，成形精度越大学 届毕业设计说明书第 12 页 总共 44 页高现有商用化的LOM技术，一般以纸张、树脂板等作造型材料，其分层板厚度仅为0.05 mm0.10 mm而用金属板材作造型材料时，从造型强度与效率考虑，现有分层板厚度为0.2 mm0.5 mm，直接采用现有LOM方法，则造型精度差（2)金属板材的连接问题现有低熔点合金粘接法、螺栓紧固加电弧焊接法，以及热扩散焊接等工艺方法，在金属板材的连接工艺上虽然各有长短但均未获得满意的效果针对这种情况，笔者提出了基于数控机床分层快速成型金属功能零件2）LOM快速原型系统的研究意义在制造业竞争日趋激烈，产品更新换代的速度逐渐加快的今天，企业要想在激烈的竞争中立于不败之地，必须根据市场需求更快、更好地生产出市场所需的新产品，并且能够根据市场的变化迅速地作出调整，以期达到产品的最大经济效益和社会效益，并使企业始终处于同行业之前列。在这种形势下，如何缩短产品的开发周期，降低产品的开发成本，已成为企业发展所要解决的首要问题。产品开发能力的强弱直接关系到一个企业在市场上的竞争力，关系到一个企业的生命 ，用传统的制造方法和手段，设计周期长，制造成本高，很难满足瞬息万变的市场发展，必将在竞争中处于劣势。由于快速成形技术在产品研制、开发中所特有的先进性，独特性，因此广泛应用于制造业中的各个领域 15。这种基于数控机床的快速成型工艺国内外还未见过，分析表明，以现有的数控设备为依托，只要发挥中小企业的技术人员的潜力，开发必要的软件是完全有可能在机床上实现金属零件的分层制造，为我国的制造业服务，加快 RP 技术的推广,而 LOM 系统作为比较流行的 RP 系统之一有其独特的优点,其应用领域和应用途径日益广泛,必将给制造业带来巨大的效益。1.2.4 本课题需解决的问题经济型分层实体制造 (LOM)系统是指：以用户现有的具有 2.5 轴以上联动功能的 CNC 数控机床为基础，以高档微机和三维 CAD 造型软件作造型设计模块，只配置切片处理模块和快速成型装置模块中的必要部件来完成产品成型过程的快速成型系统。经济型分层实体制造 (LOM)快速成型装置就是上面所说成型装置模块，它大学 届毕业设计说明书第 13 页 总共 44 页包括 XYZ 运动单元（主轴箱、工作台） 、原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构等。XYZ 运动单元是 CNC 机床已有的,而原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构等等是需要专门研究设计。本课题主要就是对原材料存储及送进机构、热压机构、专用刀具切割机构这三个结构进行设计。2 总体方案的设计2.1 总体方案的确定2.1.1 MV-610 加工中心的相关参数MV-610加工中心的参数表项目 单位 MV-610X 轴行程 mm 610Y 轴行程 mm 410Z 轴行程 mm 460工作台面积 mm 770410主轴转速 rpm 10,000主轴马达规格 KW 7.5切削进给率 mm/min 10,000三轴快速位移 m/min 30(线轨)控制器 三菱/FANUC2.1.2 LOM 快速成型装置的确定1）原材料存储及送进机构 由一个步进电机、一个储料轴和两个薄壁钢管套、两个导向杆、一个余料轴、四个轴承座以及所必须的相应的支撑、轴承 和螺栓等组成。2) 热压机构一种方案：运用热压辊 主要由橡胶滚子、电热丝、温控开关、密封垫、氧化镁粉末、刀架、还有一些轴承、轴承座、销、螺栓等组成。大学 届毕业设计说明书第 14 页 总共 44 页另一种方案：运用热压板 由整块热扎钢板制成中间有蒸汽通道 可以通过热压蒸汽或热压油来进行加热两种方案进行相比较，其中热压辊压力均匀但效率低，而压力板效率高但压力不均匀。由于热压机构在这里是作为一个特殊的刀具放在刀具库中的，所以最后确定用热压辊作为热压结构。3） 专用刀具切割机构采用现有的CO 2激光器进行切割。CO 2激光器选用型号为EDC40，功率为40W，长度为700mm，直径为50mm。4） 切割粘压工作台就直接利用原来的加工中心的工作台。但是大家都知道加工中心的工作台上开有T 型槽，我们直接利用其来进行切纸工作，T 型槽会带来一些加工上的不便，我们刚开始先不进行加工，先在工作台上粘压一定厚度的纸，因为这种涂覆纸粘压后的强度很好，相当于木质材料的强度，加之加工时的切削力并不是很大，所以在以后的加工中不会有问题。这样做会大大降低制造费用。2.1.3 LOM 快速成型装置的空间分布1)总体方案简图如下图1-1所示图5 总体方案简图2.)总体方案装配图如下图所示大学 届毕业设计说明书第 15 页 总共 44 页图6 总体方案装配图2.2 总体结构的运动状态2.2.1 LOM 快速成型装置中各个机构的运动情况1)原材料存储及送进机构加工用涂覆纸纸卷直接套于储料轴上，纸头经两个导杆至余料轴，通过套筒将纸头夹紧并定位；步进电机装在余料轴的一端，在一层轮廓加工完之后步进电机卷过一定长度，每次卷过的纸的长度为一个纸制件的长度，这一动作通过程序来实现；纸的张紧是通过步进电机的准确停止，还有慢的旋转速度和在热粘压时工作台的移动方向来实现的。2)热粘压机构热粘压机构在这里是作为一个特殊的刀具放在刀具库中的。这样一来，热粘压时只需通过程序换一次刀即可，很方便，不仅充分利用了加工中心自身所具有的装置，而且不需要升降工作台。这个特殊的刀具在刀库中的位置应与用来切割涂覆纸的刀具在刀库中的位置是相邻的，这样放置的目的是使在换刀的过程中刀库转过的角度为最小，以节约加工时间，提高生产效率。粘压时主轴带大学 届毕业设计说明书第 16 页 总共 44 页动热压滚沿加工中心Z轴方向向下运动，主轴不能旋转，当热压滚到达加工纸面且具有一定压力时，加工中心工作台连同制件一起沿X方向运动来完成粘压工作。热粘压时粘压的工作压力通过装在刀杆上的压力传感器来控制。热粘压时的粘压温度是通过温控开关来实现。加热铝筒中装有水，通过热水器来对水进行加热。由于纸上的胶是在40度左右就可以化开，所以选择温控开关的切断温度为65-75度，当在这个温度范围时温控开关会自动断开，低于这个温度会自动接通。还有一点要注意的是，在热粘压刀具的安装是要注意电线的布置问题，应根据实际情况来完成布线，以免在加工过程中出现电线缠绕，拉断等现象而发生危险。3)二氧化碳激光器二氧化碳激光器也是作为刀具放入刀库中，只是在Z轴方向运动，在切割时是通过工作台的X、Y方向上运动，进行切割动作，二氧化碳激光器本身是不在X、Y方向上运动。2.2.2 LOM 快速成型装置动作过程快速成型装置的动作过程简述如下：（1） 送料步进电机带动余料轴转过一个切片所需要的纸的长度。（2） 主轴带着热压装置沿 Z 方向向下运动，到达纸制件顶面时停止 Z 向运动。向下运动的时，加热系统将加热筒的温度达到热粘压要求的温度。（3） 主轴带着热压装置沿 X 或 Y 方向进行热压。（4） 热压完毕后。主轴快速运动到换刀点。（5） 把热压装置放回刀库，取出切割刀具。（6） 主轴快速运动到工作起点，进行切割运动。（7） 切割完毕，主轴快速返回换刀点，把切割刀具放回刀库，再取出热压装置，同时，步进电机转过一个切片所需纸的长度，为下一层片的切割作好准备。2.2.3 LOM 快速成型装置电机由于 LOM 快速成型装置的运行速度低，要求的动力也小，所以选用了小功率的步进电机，其型号为 56BYG250E-0601，尺寸为 5656111，相数为 2，保持转矩为 2.5（N.m） ，转动惯量为 750(g.cm2)，重量为 1.5Kg。大学 届毕业设计说明书第 17 页 总共 44 页3 快速成型中主要结构的设计3.1 原材料存储及送进机构的设计3.1.1 原材料存储及送进机构的总体布局根据MV-610加工中心的工作台的面积S=770mmx410mm，可确定滚筒的基本长度以及纸的宽度，其中是由两部分支撑架和送料与收料结构组成，根据纸的层数，可以估算出纸的大概重量，再根据纸的重量可以初步定出滚筒两边支撑轴的直径，如下图6所示图7 原材料存储及送进机构由于要利用加工中心的X、Y 、Z轴的移动来进行切纸动作，所以原材料存储及送进机构整体是固定于工作台上。如下图7所示大学 届毕业设计说明书第 18 页 总共 44 页图8 原材料存储及送进机构与加工中心工作台的配合3.1.2 原材料存储及送进机构的支撑架结构支撑架的高度是由所做的模型拟定出来，主要作用是用来把纸提高一定的距离，为做模型提供一定的空间，结构如下图8所示图9 支撑架结构图具体各个零件的尺寸如下图9、图10、图11所示大学 届毕业设计说明书第 19 页 总共 44 页图10 薄壁管薄壁管的长度是在工作台宽度的基础上增加了65mm，只是为了跟好的对纸进行传递，增加薄壁管的目的就是为了使纸与圆柱体得滑动摩擦变为与薄壁管的滚动摩擦，其中壁厚为1mm图11 支撑体支撑体的高度是由一般模型的高度和加工中心的高度拟定为500mm，其中底座是M8螺纹孔，左右可以调距离为6mm。大学 届毕业设计说明书第 20 页 总共 44 页图12 圆柱体圆柱体的长度是在薄壁管的基础上增加了5mm，左右各留2.5mm，为了薄壁管在滚动时不被左右的支撑体卡住。3.1.3 原材料存储及送进机构的送料与收料结构送料与收料的滚筒尺寸是由纸的宽度来确定，整体结构如下图12所示图13 送料与收料结构其中送料与收料结构是由滚筒、轴承、轴承座等组成，如下图13所示大学 届毕业设计说明书第 21 页 总共 44 页图14 送料与收料结构爆炸图送料与收料结构中各个零件的结构尺寸如下图15、图16、图17、图18所示图15 轴承座大学 届毕业设计说明书第 22 页 总共 44 页轴承座高度是由滚筒的最大直径决定，其中底座上有M8的螺纹孔，前后可移动4mm，轴承座厚度取一般尺寸，定为15mm，最大孔径为轴承的外径尺寸42mm，其中孔径为38mm的孔是为了挡住轴承的外圈，轴承底座为了更好的接触支撑面，下面有2mm深的槽，长度为49mm。图16 收料滚筒图17 送料滚筒其中送料滚筒与收料滚筒区别就是在收料滚筒有动力输入端，其他没有差异。大学 届毕业设计说明书第 23 页 总共 44 页图18 深沟球轴承深沟球轴承外径42mm，内径20mm，厚度为12mm。型号为6004-2Z3.2 热压机构的设计3.2.1 热压机构的总体布局热压机构总体尺寸是由纸的宽度决定，总体是设计为刀具模式放入刀库中，总体布局如下图18所示大学 届毕业设计说明书第 24 页 总共 44 页图19 热压总体机构热压机构总体是由电热丝、温控开关、密封圈、氧化镁粉末、轴承，刀架、刀柄等组成。爆炸图如下图19所示图20 热压机构爆炸图3.2.2 热压机构中的中心部分热压机构的中心部分也就是中间核心部件，包括电热丝、薄壁钢管密封挡圈等，在电热丝与薄壁钢管之间用氧化镁粉末隔开，一方面是由于氧化镁粉末不导电，所以可以防止电热丝与钢管通电，另一方面是由于氧化镁粉末导热性能好，可以把电热丝上的热量及时的传递到钢管再传给外部液体。总体如下图20所示大学 届毕业设计说明书第 25 页 总共 44 页图21 热压机构中的中心部分具体各个零部件的尺寸与结构如下图21、图22、图23所示图22 电热丝电热丝中间部分是没有绝缘层的，两边的绝缘层和密封挡圈是为了把氧化镁粉末与外界隔开，同时也可以使热量向里面传递，一般电热丝直径为0.5mm，加上一层橡胶皮初定直径为2mm，总长度是比薄壁钢管稍长，自由定长度，无橡胶皮的电热丝长度是小于钢管的长度与密封挡圈2倍长度的差。大学 届毕业设计说明书第 26 页 总共 44 页图23 密封挡圈密封挡圈的内径是和电热丝的橡胶皮外径相同，外径是跟薄壁钢管相同，长度是比橡胶皮短，初定为55mm。图24 薄壁钢管薄壁钢管的主要作用就是使得电热丝与外部的液体隔开，同时是为了使氧化镁粉末围绕在电热丝的周围，使得电热丝的热量能够很均匀的散出去。3.2.3 热压机构中的温控装置1）温控开关结构大学 届毕业设计说明书第 27 页 总共 44 页热压机构中的温度控制，是通过温控开关来控制，由于纸上的胶是在 40融化，所以选用的温控开关的型号为 KSD9700-2,类型:金属膨胀式,开关类型:常闭, 工作电压:250V, 过载电流:5A, 动作温度:65-75（）, 寿命: 10000（次）, 品牌: FSJY。温控开关结构图如下图所示图 25 温控开关2）温控开关的原理温控开关也叫温控器有多种型式其原理如下：蒸气压力式：波纹管的动作作用于弹簧，弹簧的弹力是由控制板上的旋钮所控制的，毛细管放在空调机的室内吸入空气的风口处，对室内循环回风的温度起反应。当室温上升至调定的温度时，毛细管和波纹管中的感温剂气体膨胀，使波纹管伸长并克服弹簧的弹力把开关触点接通，此时压缩机运转，系统制冷，直到室温又降至设定的温度时，感温包气体收缩，波纹管收缩与弹簧一起动作，将开关置于断开位置，使压缩机的电动机电路切断。以此反复动作，从而达到控制房间温度的目的。 电子式温度控制器：电子式温度控制器（电阻式）是采用电阻感温的方法来测量的，一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及半导体（热敏电阻等）为测温电阻，这些电阻各有其优确点。家用空调的传感器大都是以热敏电阻式。 大学 届毕业设计说明书第 28 页 总共 44 页金属膨胀式温控器：根据物体热涨冷缩原理。热涨冷缩是物体的共性，但不同物体其热涨冷缩的程度不一样。双金片的两面是不同物质的导体，在变化的温度下由于涨缩程度不一样而使双金片弯曲，碰到设定的触点或开关，使设定的电路（保护）开始工作。其中本课题选用的是最后一种金属膨胀式温控器，它具有工 作 温 度 性 能 固定 ， 不 需 调 整 、 干 脆 、 动 作 可 靠 、 不 拉 弧 、 使 用 寿 命 长 、 精 度 高 、 体 积 小 、量 轻 、 可 靠 性 高 、 无 线 电 干 扰 少 等 特 点 。3.2.4 热压机构中的外部结构外 部 刀 架 结 构 主 要 包 括 刀 柄 、 销 、 螺 母 、 螺 栓 、 轴 承 座 、 刀 架 等 组 成 。 总体 结 构 图 显 示 了 各 个 零 件 的 装 配 关 系 如 下 图 所 示图 26 外 部 刀 架 结 构加 热 辊 外 部 结 构 爆 炸 图 显 示 出 了 各 个 零 件 如 下 图 所 示大学 届毕业设计说明书第 29 页 总共 44 页图 27 加 热 辊 外 部 结 构 爆 炸 图其 中 主 要 零 件 图 结 构 和 尺 寸 如 下 图 所 示图 28 支 架支 架 上 部 的 圆 盘 是 为 了 与 刀 柄 进 行 连 接 ， 上 面 打 有 M8螺 纹 孔 是 为 了 固 定刀 柄 ， 左 右 两 边 结 构 是 为 了 连 接 轴 承 座 ， 其 中 有 直 径 为 10mm的 孔 ， 是 为 了通 过 销 来 连 接 轴 承 座 与 支 架 。大学 届毕业设计说明书第 30 页 总共 44 页图 29 刀 柄刀 柄 是 根 据 MV-610加 工 中 心 型 号 为 DIN 69871 简称J T40， 尺 寸 如 下 图图 30 刀 柄 尺 寸刀 柄 下 部 连 接 一 圆 盘 ， 是 为 了 与 支 架 连 接 ， 上 面 通 有 直 径 为 9mm的 孔 。