外圆等离子喷涂机结构三维数字化设计（UG）

外圆等离子喷涂机结构三维数字化设计（UG）目 录绪 论4第一章 机械结构的设计方案61.1方案161.2方案261.3最佳方案的选择6第二章 工件旋转部分的零件的选择72.1不进电机的选择72.2联轴器的选择82.3轴承的选择92.4三抓卡盘的选择10第三章 喷枪安装部分零件的选择123.1 电机座的选择123.2滚珠丝杠轴的选择133.3导轨副的选择15第四章 总体机构图17第五章 外援等离子喷涂机使用说明19总结20参考文献21绪 论 我这次设计的这个外圆等离子喷涂机的三维数字化结构.等离子弧是一种高能密束热源,电弧在等离子喷枪中受到压缩,能量基中,其横截面的能量密度可提高到105-106W/cm2,弧柱中心温度可升高到15000-34000K。在这种情况下,弧柱中气体随着电离度的提高而成为等离子体,这种压缩型电弧为等离子弧。等离子弧和自由电弧相比,显著的不同是弧柱细,电流密度大,气体电离充分,温度高、能量集中；在弧柱较长时仍能保持稳定燃烧,没有自由电弧易飘动的缺点,稳定性好;通过气体的选择和改变压缩效应的外因条件,容易获得所需要的气氛和电弧参数,可控性好。离子喷涂将喷涂材料通过等离子弧加热到熔化或半熔化状态，并随同等离子弧高速撞击并沉积在经过粗化、洁净处理的基材表面上，经淬冷凝固后，在基材表面形成喷涂层。图1是气稳等离子喷涂原理图，图的右侧是等离子发生器又叫等离子喷枪。根据工艺的需要，经进气管通入氮气或氩气，也可直接通入5%10%的氢气，这些气体进入弧柱区后发生电离成为等离子体。图1气稳等离子喷涂原理图2 等离子喷涂设备 等离子喷涂设备主要有：整流电源、控制柜、喷枪、送粉器、循环水冷却系统、气体供给系统等，他们相互配置如下图。另外，等离子喷涂所需要的辅助设备有：空气压缩机、喷涂机械手、工作台和喷砂设备等。第一章 机械结构的设计方案 1.1方案1 把旋转部分设计像普通卧式车床一样零件加紧在三抓卡盘上做旋转运动.主体运动机构如下: 不进电机连轴器轴承法兰三抓卡盘零件车床尾座.输出电机的力,到轴轴通过三抓卡盘旋转零件.零件做旋转运动.尾座顶零件定位旋转过程的平稳进行.把喷枪安装在滚珠丝杠导轨上做左右直线运动主体运动机构如下; 不进电机减速器连轴器轴承丝杠工作台座导轨. 喷枪.输出电机减速器与丝杠跟连轴器连接,丝杠旋转,力丝杠座运动,工作台的左右移动.喷枪安装工作台上,工作台的左右运动可以实现喷枪左右移动.1.2方案2把旋转部分设计像普通立式车床一样零件加紧在三抓卡盘上做旋转运动.主体运动机构如下: 不进电机连轴器轴承法兰三抓卡盘零件.输出电机的力通过减速器的减速,到轴轴通过三抓卡盘旋转零件.零件做旋转运动.把喷枪安装在滚珠丝杠导轨上做上下做直线运动,主体运动机构如下; 不进电机减速器连轴器轴承丝杠丝杠座工作台座喷枪.输出电机的力通过丝杠轴,通过工作台的上下移动.可以实现喷枪上下移动.1.3最佳方案的选择我决定选择第二个方案,因为第二个方案中少一个部分,而且这个很节省空间,节省费用.比较适合我这次的设计.第二章 工件旋转部分的零件的选择2.1步进电机的选择步进电机是将电脉冲号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。选定电机：我的这个工件直径比较大所以我选择功率较大的不进电机选定电机：电动机减速器的选择: 110步进电机+行星减速机(减速器)，步进行星减速减速比1:26系列 2相步进电机（1.8/步）驱动物体运动1秒钟，则必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算方法如下：脉冲当量（即运动精度）&= 0.05 (0.05为重复定位精度) 200为两相步进电机的脉冲数 m为细分数 200=360/1.8 i减速比1/xC电机转一圈的周长无减速比电机转一圈丝杠走一个导程电机转速（r/s） V= P为脉冲频率脉冲当量是每一个脉冲滚珠丝杠移动的距离滚珠丝杠导程为5mm，滚珠丝杠每转360滚珠丝杠移动一个导程也就是5mm那么每一度移动（5/360）mm电机5细分，步距角为1.8，则每一个脉冲，步进电动机转1.5/5那么一个脉冲，通过减速比，则丝杠转动（1.8/5）*（1/16）度那么每个脉冲滚珠丝杠移动距离（及脉冲当量）&： &=（1.8/5）*（1/26）*（5/360）=0.0002mm或者&= 0.05 0.005/5*360=0.36选择绝对精度高于0.36度的电机。二，至于细分，就简单了。0.01/5*360=0.72；表示步进角0.72度时可达到0.01mm的分辨率360/0.72=500;表示0.01mm分辨率时，电机一圈500步即可。在实际使用时， 尽可能选择细分高些，一方面提高运动平稳性，一方面也提供更高的步进分辨率。 图21-1步进电机与减速器图21-2 减速器尺寸图2.2联轴器的选择联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。我考虑轴的收力情况我想用弹性连轴器图22-1弹性联轴器图特点:连轴器中间用十字滑块连接容许大的径向和角向偏差令回转间隙,高扭矩刚性和灵敏度.结构简单,抗油腐蚀和电器绝缘.加紧螺丝固定.2.3轴承的选择 而轴承是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。 而轴承是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。与滑动轴承相比，滚动轴承的优点 ：1、一般条件下，滚动轴承的效率和液体动力润滑轴承相当，但较混合润滑轴承要高一些；承受冲击载荷能力较差；2、径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧可用预紧力消除游 隙， 运转精度高；高速重载载荷下轴承寿命较低； 重载载荷下轴承寿命较低；3、对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的轴向结构紧凑；可以简化轴承支座的结构； 振动及噪声较大；4、大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构简单；径向尺寸比滑动轴承；向尺寸比滑动轴承；5、由于滚动轴承传动效率高，发热量少，消耗润滑剂少，便于密封，易于维护；6、不需要有用有色金属；7、标准化程度高，成批生产，成本低；适于大批量生产和供应，使用和维修十分方便。我考虑轴的收力情况我想用背靠背的圆锥滚子轴承图23-1轴承图2.4三抓卡盘的选择三抓卡盘是抓紧工件和固定工件的作用，我加工的工件的直径较大所以我想用直径较大点的三抓卡盘图24-1 三抓卡盘图（D 为200,D1 为165,D2 为180,D3为65,H 为75,h为5，Z-d 为3-M10，）第三章 喷枪安装部分零件的选择不进电机，连轴器都跟旋转部分的一样。但这里有一个新部分就是有个电机座。3.1 电机座的选择图31-1电机座图3.2滚珠丝杠轴的选择珠丝杠螺母副的选择(1) 滚珠丝杆简介近年来越来越多的滚珠丝杆被用在各式各样的机床上。来满足设备高精度与高性能的需求，滚珠丝杆已成为使用最广的传动元件之一。在CNC的机械中，使用滚珠丝杆能增加其定位精度及延长其使用寿命。在传统机械上，滚珠丝杆也逐渐取代爱克姆丝杆。滚珠丝杆通常搭配预压力来消除机器运转时的背隙。引起滚珠丝杆间隙过大的原因：1) 无预压或预压不足无预压的滚珠丝杆垂直放置时。螺帽会因本身的重量而造成转动下滑，无预压的丝杆会有相当的背隙，因此只能用于较小操作阻力的机器，但主要的依据是其定位精度没有太多的要求。丝杠在不同的应用场所给出正确的预压量，并在出厂前调整好预压，因此当您定购滚珠丝杆前请详述设备的操作情况。2) 扭转位移太大丝 杆的细长比越小，刚性越高，细长比的界限一般在60以下。如果细长比太大，丝杆会因自重原因产生下垂，如果滚珠丝杆只以侧支撑。此种设计刚性较弱，应尽可能避免。3) 轴承选用不当通常滚珠丝杆必须搭配斜角轴承。尤其是以高爪力角设计的轴承为较佳的选择，当滚珠丝杆承受轴向负载时。一般的深沟滚轴轴承会产生一定量的轴向间隙，因此深沟滚珠轴承不适用于此。4) 轴承安装不当轴承的承靠面与锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳，会导致轴承的倾斜。因此螺帽肩部的锁定螺帽V形牙与轴承的承靠面必须同时加工，才能确保垂直度，如果以研磨方式加工更好。5) 螺帽座或轴承座刚性不足如果螺帽座或轴承刚性不足，由于元件本身的重力就会引起丝杆变形，因此在设计螺帽和轴承座时要使其刚度足够，保证丝杆的间隙不会过大。7）支撑座的表面平面度超差不论结合元件的表面是研磨或铲花，只要其平面度超出公差范围，床台运动时位置的重现性精度将较差，因此一部机器中，通常在支撑座与机器本体间以薄垫片来达到调整的目的。为了调整间隙，滚珠丝杠的使用要预紧。轴承间隙的调整和预紧常采用双螺母预紧的方法，其结构型式有垫片调隙式、螺纹调隙式和齿差调隙式。在这次的设计中采用垫片调隙式。(3) 滚珠丝杠的设计计算丝杠导程：5mm 型号：SFU01605-4 公称直径：16NE555脉冲频率占空比可调模块： 1Hz200KHz电动机的步距角是1.8，假设1s可转360，那么频率等于： 360/=200Hz如果1s转一次的话，由导程可知速度为5mm/s所以最大频率等于300/5200=12KHz所以频率 200Hz-1.2KHz 所以我选的是10KHz V=10000/2005=250mm/s；图32-1 滚珠丝杠轴 图32-2 丝杠副3.3导轨副的选择 用于对零部件进行支撑和导向作用。 导轨的类型：平导轨、圆柱型导轨、燕尾导轨、V型导轨，直线导轨等等。滚动导轨的特点是：a)定位精度高。滚动直线导轨的运动借助钢球滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动静摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行。重复定位精度高，适合作频繁启动或换向的运动部件。可将机床定位精度设定到超微米级。同时根据需要，适当增加预载荷，确保钢球不发生滑动，实现平稳运动，减小了运动的冲击和振动。 b)磨损小。对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小，滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使滚动直线导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易。 c)适应高速运动且大幅降低驱动功率。采用滚动直线导轨的机床由于摩擦阻力小，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，使驱动扭矩大大减少，使机床所需电力降低80%，节能效果明显。可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率2030%。 d)承载能力强。滚动直线导轨副具有较好的承载性能，可以承受不同方向的力和力矩载荷，如承受上下左右方向的力,以及颠簸力矩、摇动力矩和摆动力矩。因此，具有很好的载荷适应性。在设计制造中加以适当的预加载荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同时可以消除高频振动现象。而滑动导轨在平行接触面方向可承受的侧向负荷较小，易造成机床运行精度不良。 e)组装容易并具互换性。传统的滑动导轨必须对导轨面进行刮研，既费事又费时，且一旦机床精度不良，必须再刮研一次。滚动导轨具有互换性，只要更换滑块或导轨或整个滚动导轨副，机床即可重新获得高精度。 如前所述，通常滚动摩擦系数为滑动摩擦系数的2%左右，因此采用滚动导轨的传动机构远优越于传统滑动导轨。所以在此次设计中滚动直线导轨被选为选择对象。 其参数如下： 圆柱型滚动直线导套副由直线运动球轴承、导轨轴、直线运动球轴承支承座等部件组成，按结构形式分为封闭式、开放式二类，封闭型分为可调隙和不可调隙两种，开放型均摩擦系数很小，只有 0.0010.004 ，功率消耗低,省电节能。 导轨轴采用优质合金钢制造，经中频感应淬硬 HRC58-63 ，耐用，性能稳定，有良好的精度图33-1导轨副 第四章 总体机构图图4.1等离子喷涂机三维模型4.2装配图第五章 外圆等离子喷涂机使用说明 使用说明：将零件加紧在三抓卡盘上，三抓卡盘的三个爪子来对零件进行夹紧。 零件的长度500mm,直径150的圆形材料 装配说明：电动机减速器与运动轴跟弹性连轴器连接，轴跟三抓卡盘之间有两个背靠背的轴承，法兰等零件，还有为了工作的平稳进行还设计了电机连接的外套，工件加加紧在三抓卡盘上。另一边主要有电机与滚珠丝杠导轨的丝杠轴用弹性连轴器连接。工作台通过丝杠的旋转做上下运动，把喷枪安装在工作台上跟工作台一起做上下运动。 工件的旋转运动喷枪的上下运动同时进行时可以实现我们想要的工件外圆的喷涂的目的。注意事项：在喷枪喷涂的过程中温度很高，所以相当的进行冷却措施。为了减少丝杠轴承座的损失，需要按时进行润滑油。 加工过程的温度很高，而且会产生飞行物所以工作人员必需注意安全。 总 结我们这次毕业设计,4月4号开始6月1号结束,回想本次设计过程，有喜也有悲。书到用时方很少，设计过程中，感觉有一些问题是力不从心，以前学的知识远远不够，知识结构不够复杂。 尽管如此，此次毕业设计不仅使自己的实际设计能力得到了很好的锻炼，而且将专业知识、设计能力和实践能力的有机的结合在一起。除此之外，收获更深的应该是夯实并拓宽了设计工装夹具的思路以及对设计的思维原则性和灵活性的锻炼。对我以后从事本专业相关工作有着重要的意义。由于我个人能力的有限，实践知识的缺乏等多方面的原因，加之通过设计我发现我理论知识也真不是太扎实，我的设计的机构在某些方面肯定会还存在问题，与实际应用于生产实践还有一段距离。所以，我很渴望以后能够快速增加自己的知识来弥补今日的缺陷，多从事机械方面的相关工作以增加经验，不断的锤炼自己。在设计当中遇到不少的麻烦和问题，但得到了老师的大力支持、以及同学们不少的帮助。才使我的整个设计过程才少走了很多弯路，使我顺利完成毕业设计，在此对他们表示由衷的感谢！参考文献【1】陶宝网，百度。【2】机械设计手册第五版，北京化学工业出版社2010.1【3】机械设计教材【4】国家标准，实用机械零件手册，广西科学技术出版社1987.【5】机械制图教材【6】.徐滨士，刘世参.表面工程新技术M.北京：国防工业出版社，2002：1 【7】孟少农主编.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社.1992【8】机械工程手册委员会编.机械工程手册.第二版.1997【9】周庆生编著,等离子喷涂技术M,南京：江苏科学技术出版社,1982.