关节式钻床设计

关节式钻床设计说明书目录摘要1Abstract2第一章 绪论3 1.1 课题的来源与研究的目的与意义.4 1.2关节式钻床的方案分析. 5 1.2.1 结构分析.6 1.2.2 机械结构总体方案与布局.7 1.2.3课题研究的内容.8 1.2.3.1 Solidworks设计基础.9 1.2.3.2 草图绘制.10 1.2.3.3 基准特征，参考几何体的创建.11 1.2.3.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建.12 1.2.3.5 工程图的设计.13 1.2.3.6 装配设计.14第二章 机械结构的设计.152.1 气缸的选型计算162.2 关节式钻床摆臂长度的设计172.3 步进电机的选型计算182.4 带传动的设计计算19第三章 关节式钻床各部分强度的校核203.1轴承强度的校核213.2摆臂方管强度的校核22 3.3传动轴强度的校核26第四章 结构设计及三维建模.27 4.1底部机架的三维建模.38 4.2摆动气缸的三维建模.29 4.3步进电机的三维建模.30 4.4V带轮的三维建模.31 4.5关节式钻床的三维建模.32第五章 零件加工工艺流程图.33第6章 应用Solidworks软件对关节式钻床指定零件进行受力分析.34第7章 三维软件设计总结.35结论36致谢37参考文献38 摘 要关节式钻床是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按照摆臂旋转的区域自行转动钻孔、攻牙的半自动化设备。它可代替普通台式钻床加工空间固定，不能灵活移动钻孔、攻牙的缺陷，能在摆臂旋转的360度的区域里面完成任意位置任意工件的钻孔、攻牙，因而广泛应用于机械制造、模具加工，锻造，冶金等等领域，在加工领域占据了越来越重要的位置。本文主要进行了关节式钻床的总体结构设计和气动设计。关节式钻床的机械结构由气缸、旋转关节和钻孔装置组成，可按预定轨迹运动，在任意的有效区域内实现对工件的钻孔，攻牙的操作。气动部分的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。本文详细介绍了运用SolidWorks软件（3D 机械设计软件的标准）进行关节式钻长的设计。由于SolidWorks软件无论对零件设计，还是对整个机构设计都起了一个模拟仿真的作用，在SolidWorks软件中，我们可以直观，清楚地了解整个设计的外形，运作甚至是材料的分析。借助SolidWorks，将产品更快地投入市场。SolidWorks 提供无与伦比的性能和价值，它是技术创新的领先者，并且还拥有最大的用户群。没有其他CAD 系统可以帮助您快速准确地完成产品设计工作。本文先对SolidWorks软件作出简介，对此三维软件作出一系列的说明，而后对关节式钻床设备进行介绍，并结合SolidWorks软件，将二者融会贯通。通过SolidWorks软件设计，从二维的AUTOCAD零件图纸，到三维的SolidWorks整个设备，大大地提高了设计的效果和效率，避免了工程师们在现实中出现的错误，切切实实地展现出三维软件的强大性能。关键词：关节式钻床；气缸；Silidworks；自由度。 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.s. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced. The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer augerThis paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom.第一章 绪论机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 关节式钻床是近几十年发展起来的一种高科技半自动化生产设备。关节式钻床的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。关节式钻床作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。关节式钻床是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，关节式钻床被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了关节式钻床的发展，使得关节式钻床能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。关节式钻床虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，钻孔的范围比传统的台式钻床大的特点，因此，关节式钻床已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。关节式钻床技术涉及到力学、机械学、电气气技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。关节式钻床是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多自由度，可用来钻孔、攻牙以完成在各个不同环境中工作。1.1课题的来源与研究的目的和意义现代工业关节式钻床起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。关节式钻床首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台关节式钻床。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有工件钻攻机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型关节式钻床。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用气驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用关节式钻床就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业关节式钻床。1962年，美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran关节式钻床，原意是灵活搬运。该关节式钻床的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用气驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种关节式钻床出现在六十年代初，但都是国外工业关节式钻床发展的基础。1978年，美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业关节式钻床，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1毫米。美国还十分注意提高关节式钻床的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年关节式钻床试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用关节式钻床，主要用于起重运输、焊接和设备的钻孔、攻牙等作业。德国KnKa公司还生产一种全自动关节式钻床，采用关节式结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种全自动智能关节式钻床，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用关节式钻床钻孔、攻牙等等。日本是工业关节式钻床发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型关节式钻床后，大力研究关节式钻床的研究。据报道，1976年从事关节式钻床的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1979年120多个大学和国家研究部门用在关节式钻床的研究费用42%。1979年日本关节式钻床的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的关节式钻床产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能关节式钻床约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，关节式钻床累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用关节式钻床最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。第二代关节式钻床正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使关节式钻床具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉关节式钻床。第三代关节式钻床则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着关节式钻床的研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。随着科学技术的发展，关节式钻床也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用关节式钻床的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用关节式钻床有利于实现工件的钻孔、攻牙等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用关节式钻床即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以关节式钻床代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用关节式钻床代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用关节式钻床可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有关节式钻床，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用关节式钻床，是发展机械工业的必然趋势。1.2 关节式钻床的方案分析 为了使关节式钻床的通用性更强，把关节式钻床的手部结构设计成可更换结构，当工件所需要钻的孔的大小有不同时，可以使用工装来安装钻头和丝锥，这样在不同的孔径的情况下，直接通过更换钻头或者丝锥就能够很好地解决问题。 考虑到关节式钻床的通用性，同时由于需要钻孔、攻牙的工件的放置不固定，因此钻孔攻牙装置必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，钻孔装置设计成回转结构，实现钻孔装置回转运动的机构应为旋转关节就能够满足要求。 按照需要钻孔、攻牙的工件的位置的不同，本关节式钻床的手臂有N个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。 由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本关节式钻床采用气压传动方式。 考虑到关节式钻床的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对关节式钻床进行控制。当关节式钻床的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。1.2.1 结构分析 关节式钻床的最大钻孔攻牙直径是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑吸取的物体不应该太重，查阅相关关节式钻床的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计钻攻的工件质量为5公斤。基本参数运动速度是关节式钻床主要的基本参数。操作节拍对关节式钻床速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。而影响关节式钻床动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。该关节式钻床最大移动速度设计为。最大回转速度设计为。平均移动速度为。平均回转速度为。关节式钻床动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分关节式钻床设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该关节式钻床手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为。手臂升降行程定为。定位精度也是基本参数之一。该关节式钻床的定位精度为。设计技术参数如下：1、钻孔工件的重量：5Kg 2、自由度数：N个自由度3、坐标型式：圆柱坐标4、最大工作半径：2000mm5、机身最大中心高：2300mm6、主要运动参数：手臂伸缩行程：1200mm 手臂伸缩速度：200mm/s机身升降行程：120mm 机身升降速度：100mm/s机身回转范围：0- 180 机身回转速度：90/s1.2.2 机械结构总体方案与布局关节式钻床气动回路的设计主要是选用合适的控制阀，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作，设计出的方案布局图如下图所示。 关节式钻床总体方案与布局图本设计的关节式钻床完成各个运动的气缸只有完全伸出和完全缩回两个状态，选择两位五通换向阀控制各个气缸的运动方向，气缸的进出口回路各设置一个单向节流阀，通过控制进出口空气流量的大小来控制气缸执行器动力的大小和运动速度。设计中采用PLC控制关节式钻床实现各种规定的预定动作，既可以简化控制线路，节省成本，又可以提高劳动生产率。1.2.3 课题研究的内容本论文主要研究运用SolidWorks对关节式钻床进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且SolidWorks公司对中国市场重点开发，日后SolidWorks应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对SolidWorks的深入了解后，往后会对SolidWorks进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。1.2.3.1 SolidWorks设计基础熟悉SolidWorks的工作环境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。1.2.3.2 草图绘制掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。1.2.3.3 基准特征-参考几何体的创建清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。1.2.3.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。1.2.3.5 工程图设计灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。1.2.3.6 装配设计灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。第二章 机械结构的设计2.1 气缸的选型计算 气缸运行长度设计为=118mm,气缸内径为=110mm,半R=55mm,气缸运行速度，加速度时间=0.1s,压强p=0.4MPa,则驱动力 2、尺寸校核（1）测定手腕质量为5kg,则重力 （2） 设计加速度，则惯性力 （3）考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数， 总受力 所以设计尺寸符合实际使用要求。 由于实际设计中用到的钻孔夹具的总重为5KG，我们根据杠杆原理可知：F1XL1=F2XL2，已知两个力臂之间的长度的比值为1:5，即根据杠杆原理可得实际气缸的出力为5X15=75N，然后根据F=PXS(这里假定大气压力为：0.6MPA)，那么就有F=1400N,查表可得，我们可以选择缸径150，行程400的无杆行标准气缸，气缸牌子我们选择SMC.2.2 关节钻床摆臂长度的设计计算 通过杠杆原理可知，摆臂的长度直接和钻孔装置所能移动的最大区域有直接关系，由于气缸的推理为150,那么根据杠杆原理，我们可以计算出摆臂的长度为短臂300，长臂1500，这样就可以得出长短臂的比例刚好就是1:5，符合题目的要求。方管底架选择根据物料以及其他零部件的重量来定，方管底架受力分析得出，由分析得出底座在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。 即方管架给的压力为G1+G（零部件重量）=2000N（200Kg）+(50x10)=2500N根据方管承载力计算公式：M=Pac/L(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c； （仅用于矩形截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。M=Pac/L=11960xL，本次设计初定L为1000mm则M=13456N.M ，初定方管为80x40x3的方管和40x40x3，计算W得出折算后位12Mpa查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375500Mpa，由于12Mpa远远小于375Mpa，所以初定方管40x40x3和80x40x3的方管满足要求。由计算得出可以使用80x400x3的方管和40x40x3的方管，初定设计计算得出方管总体架尺寸为1000mmx910mm。2.3 步进电机的选型计算根据公式：N=4(KW)G关节式钻床的生产能力，1000kg/hW切割1kg物料耗用能量，其值与孔眼直径有关，d小则w大，当d3mm，取w0.0030kw.h/kg。（查B5p）传动效率，取0.75所以根据N4kw，n1500r/min，查B1表10-4-1选用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4电机的结构。 图4-1 Y112M-4电动机的外观图2.4带传动的设计计算2.4.1设计功率选定带型根据和查B1图812选取普通V带A型，小带轮转速，为1440r/min2.4.2 传动比 1.76 2.4.3 小带轮基准直径（mm） 由B1表8112和表8114选定 100mm75r/min 2.4.4 大带轮基准直径（mm） 由B3表87得=180mm2.4.5 带速验算 2.4.6 初定轴间距（mm） 2.4.7 所需带的基准长度（mm） 886mm 依B1表818取900mm，即带型为A9002.4.9 实际轴间距 2.4.10 小带轮包角 = = 2.4.11单根V带的基本额定功率 根据带型号、和普通V带查B1表8127（c） 取1.32kw2.4.12 时单根V带型额定功率增量根据带型号、和查B1表8127（c） 取0.15kw2.4.13 V带的根数ZZ =小带轮包角修正系数查B1表8123,取0.96带长修正系数查B1表818，取0.872.4.14 单根V带的预紧力 = =134（N） mV带每米长的质量（kg/m）查B1表8124，取0.1k/gm2.4.15作用在轴上的力 考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍2.4.16带轮的结构和尺寸带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度）以减轻带的磨损。带轮的材料为HT200。查B1表8110得基准宽度制V带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查B1表8116确定轮辐第3章 关节式钻床各部分强度的校核3.1轴承强度的校核滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时；1、计算输入轴承（1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N；初先两轴承为角接触球轴承7206AC型。根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)x、y FA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63根据课本P263表（11-8）得e=0.68FA1/FR1ex1=1FA2/FR2ex2=1y1=0y2=0；(4)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取fP=1.5;根据课本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N;P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N;(5)轴承寿命计算P1=P2故取P=750.3N角接触球轴承 =3 3.2摆臂方管强度的校核根据方管承载力计算公式： M=Pac/L(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c) （仅用于矩形截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。M=Pac/L=11960xL，本次设计初定L为1000mm则M=13456N.M，初定方管为80x40x3的方管和40x40x3，计算W得出折算后位12Mpa查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375500Mpa，由于12Mpa远远小于375Mpa，所以初定方管40x40x3和80x40x3的方管满足要求。 由计算得出可以使用80x400x3的方管和40x40x3的方管，初定设计计算得出方管总体架尺寸为1000mmx910mm。3.3传动轴强度的校核1、轴的特点: 轴是组成机械的主要零件之二。一切作回转运动的传动零件，都必须装在轴上刁能进行运动及.力的传递，同时它又通过轴承和机架联接，由此形成个以轴为基准的组合体一轴系部件。2、轴的种类1、根据承受载荷的不同分为: 1)转轴:定义既能承受弯矩又承受扭矩的轴2)心轴:定义:只承受弯矩而不承受扭矩的轴3)传送轴:定义:只承受扭矩而不承受弯矩的轴z、根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴3、根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。4、轴的设计重点1、轴的设计W轴的工作能力设计。主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。一般的设计步骤为: 选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。2、轴的材料 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括:碳素钢:该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料常用牌号有: