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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題目名稱： 玻璃磨邊機(jī)的設(shè)計(jì)
所在學(xué)院：
機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)（班級(jí)）：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
評(píng)閱人：
院 長(zhǎng) ：
玻璃磨邊機(jī)的設(shè)計(jì)
總計(jì)：
摘要
玻璃磨邊機(jī)顧名思義是對(duì)玻璃的邊緣進(jìn)行打磨，可以根據(jù)自己的需要通過玻璃磨邊機(jī)把玻璃磨削成自己想要的樣子。目前玻璃產(chǎn)品的用途越來越多，朝著功能型，實(shí)用性，裝飾型發(fā)展，市場(chǎng)需求越來越多。但是我國(guó)玻璃行業(yè)起步晚，玻璃磨邊機(jī)主要還是依靠進(jìn)口，這樣是有著明顯的缺點(diǎn)的，不僅僅消耗了大量的外匯，而且只要設(shè)備出了故障，只能依靠國(guó)外的專家對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，大大的增加了使用維護(hù)成本，而且相當(dāng)?shù)挠绊懮a(chǎn)效率。除此之外，由于軟件部分國(guó)外了為了保護(hù)自己的技術(shù)成果，我們很難攻克，拓展性受到限制，大大影響生產(chǎn)力。所以盡快研發(fā)出屬于我們自己的高性能自動(dòng)化玻璃磨邊機(jī)，為推動(dòng)我國(guó)工業(yè)化快速發(fā)展具有總要意義。
本文就玻璃磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開論述，玻璃磨邊機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，一是磨削進(jìn)給系統(tǒng)，也就是磨削玻璃的部分，二是加工工作臺(tái)，兩者分別由普通電機(jī)和伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過控制磨削砂輪的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)而將玻璃的邊緣磨削成不同自己需要的樣子，最后為了使玻璃磨邊機(jī)向著小型化便攜化發(fā)展對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
關(guān)鍵詞： 玻璃磨邊機(jī) 小型化 便攜化 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
ABSTRACT
Glass edging machine by definition is the edge of the glass polished, you can according to their own needs through the glass grinding machine to grind the glass into their desired appearance. At present, the use of glass products more and more, towards the functional, practical, decorative development, more and more market demand. But China's glass industry started late, glass edging machine is mainly dependent on imports, which has obvious shortcomings, not only consumes a lot of foreign exchange, and as long as the equipment out of the problem, can only rely on foreign experts to maintain and debug equipment, so not only affect the production, but also greatly increased the use of maintenance costs. In addition, because the software part of foreign countries in order to protect their technical achievements, we are difficult to conquer, the expansion of the restrictions, greatly affecting productivity. So as soon as possible to develop our own high-performance automatic glass edging machine, in order to promote the rapid development of China's industrialization has a general significance.
This paper discusses the structure design of glass edging machine, the mechanical structure of the glass edging machine, one is the grinding feed system, that is, the part of the grinding glass, the second is the processing table, both by the ordinary motor and servo motor drive, by controlling the movement track of grinding wheel and then grinding the edge of the glass into different needs, Finally, the structure of the glass edging machine is improved toward miniaturization and portability.
Key words: Glass edging machine miniaturization portability
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
1. 緒論 1
1.1 課題來源及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用情況 1
1.3 本文的主要工作 1
2. 本機(jī)結(jié)構(gòu)介紹和主要工作原理 3
2.1 本機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 3
2.2 玻璃磨邊機(jī)機(jī)的工作原理 3
2.3 主要技術(shù)參數(shù) 4
2.4 本機(jī)的基本設(shè)計(jì)方案、傳動(dòng)系統(tǒng)及特點(diǎn)要求 4
3. 夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.1 夾持帶主要參數(shù)的選擇與計(jì)算 8
3.2 帶的設(shè)計(jì) 9
4. 輸送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
4.1 輸送料傳動(dòng)工作原理 11
4.2 速度比的計(jì)算 11
4.3 同步齒形帶設(shè)計(jì) 13
4.4 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 15
5. 轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的計(jì)算 19
5.1 轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)初始條件 19
5.2 轉(zhuǎn)角與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系 19
5.3 轉(zhuǎn)角誤差分析 21
6. 步進(jìn)電機(jī)的原理介紹及選用 22
6.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介和分類 22
6.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)和主要特性 24
7. 結(jié) 論 28
附錄1：外文文獻(xiàn)翻譯 30
附錄2：外文文獻(xiàn)原文 35
致謝 36
1. 緒論
1.1 課題來源及意義
改革開放以來科技迅速發(fā)展，建筑業(yè)，交通業(yè)以及旅游業(yè)高速現(xiàn)代化，幾乎一切行業(yè)都在使用玻璃，這也就帶動(dòng)了平板玻璃深加工的發(fā)展，對(duì)深加工玻璃的需求越
來越大，玻璃深加工的產(chǎn)量必須快速上升。
我國(guó)玻璃深加工企業(yè)在最近的數(shù)十年發(fā)展迅速，數(shù)量爆發(fā)式增加，規(guī)模越來做越大，玻璃磨邊機(jī)
作為玻璃深加工企業(yè)必須的專業(yè)性設(shè)備，其市場(chǎng)需求無可爭(zhēng)議的越來越多。但是截止到目前
，國(guó)內(nèi)玻璃磨邊設(shè)備還處于萌芽階段，大多數(shù)只能單件加工，而不能批量生
產(chǎn)。對(duì)于21世紀(jì)快速發(fā)展的中國(guó)這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們需要盡快研發(fā)出屬于自己的不落后于其他發(fā)達(dá)國(guó)家的智能玻璃磨邊機(jī)。
1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用情況
目前玻璃磨邊機(jī)設(shè)備很少有國(guó)產(chǎn)的，主要是進(jìn)口的，進(jìn)口磨邊機(jī)大多數(shù)由意大利生產(chǎn)，另外
還有來自美國(guó)、法國(guó)，臺(tái)灣等地的磨邊機(jī)也是比較多的。但是完全依賴設(shè)備進(jìn)口是不行的，國(guó)外的設(shè)備價(jià)格都不低，而且是非常高的，花費(fèi)大量的資金是不可避免的，不僅僅是這樣，設(shè)備的軟件部分，由于其他國(guó)家要對(duì)自己的技術(shù)進(jìn)行保密，我們沒有辦法深入了解，功能擴(kuò)展性差，萬一設(shè)備出了問題還必須要有國(guó)外的專家來維護(hù)調(diào)試，很是不方便，對(duì)生產(chǎn)造成很大影響。所以我們必須自己開發(fā)和研制生產(chǎn)我們自己的玻璃磨邊機(jī)，玻璃加工行業(yè)的潛力很大，我們必須抓住機(jī)遇，迎合市場(chǎng)需要開發(fā)出自己的高性能智能磨邊機(jī)，玻璃深加工行業(yè)打下結(jié)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。
1.3 本文的主要工作
本文主要工作包括:
玻璃磨邊機(jī)的總體設(shè)計(jì)
玻璃磨邊機(jī)的電氣控制部分硬件設(shè)計(jì)
可編程控制器的選型、模塊設(shè)計(jì)
旋轉(zhuǎn)編碼器及高速計(jì)數(shù)器分析
人機(jī)界面選型、設(shè)計(jì)
PLC與人機(jī)界面的程序設(shè)計(jì)
基于PLC的模糊PID設(shè)計(jì)等。
1.4 本章小結(jié)
本章主要講述玻了磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，課題的來源和意義，國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀以及對(duì)文章的主要工作進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。
XV
玻璃磨邊機(jī)的設(shè)計(jì)
2. 本機(jī)結(jié)構(gòu)介紹和主要工作原理
2.1 本機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
下面是玻璃磨邊機(jī)的設(shè)備外形，主要形狀如下圖：
圖 2 1 玻璃磨邊機(jī)外形
玻璃磨邊機(jī)主要由以下部分組成：
2.2 玻璃磨邊機(jī)的工作原理
1.2.1 設(shè)備概述
在國(guó)內(nèi)當(dāng)前投產(chǎn)的的玻璃磨邊機(jī)設(shè)備，還是運(yùn)用的是老舊的工藝，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、浪費(fèi)資源，主要原因是由于其工作方式為間歇式的；這種老舊的工藝，具有一定的工作周期，間隔周期之間的時(shí)間就會(huì)被浪費(fèi)；此外，該種傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)受到人們的質(zhì)疑，進(jìn)而影響其銷量；另外，玻璃在輸送過程中由于其自身形式導(dǎo)致不能連續(xù)均勻地運(yùn)送，并且時(shí)?？赡艹霈F(xiàn)被擠壓破碎的狀況。以上所述都會(huì)對(duì)設(shè)備磨削玻璃重大影響，從而影響到相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)量，會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。
針對(duì)我國(guó)相關(guān)設(shè)備現(xiàn)狀及技術(shù)的缺陷，本設(shè)計(jì)為玻璃磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這是一種高自動(dòng)化加工設(shè)備，可以達(dá)到連續(xù)加工的目的，這樣可以有效提高生產(chǎn)效率，省時(shí)省力，節(jié)約成本，從而提高企業(yè)生產(chǎn)的整體效率。
根據(jù)上述的設(shè)計(jì)思想玻璃磨邊機(jī)最后確定的基本結(jié)構(gòu)形式為：傳送帶、傳動(dòng)鏈，轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)，電機(jī)的選擇。其基本工作原理介紹如下：
玻璃磨邊機(jī)的核心工作步驟是為磨削，所以磨削的計(jì)算在此次設(shè)計(jì)中也是重中之重，因?yàn)椴Ａミ厵C(jī)的尺寸設(shè)計(jì)一環(huán)扣一環(huán)，必須要等到磨削角度的結(jié)構(gòu)尺寸選定之后才可以決定；還有輸送機(jī)功率得選擇也比較重要，所以還需要進(jìn)行電機(jī)功率和取料參數(shù)的相關(guān)計(jì)算。
玻璃磨削的兩個(gè)主要不步驟是粗磨和精磨，但是除了這兩部之外，還有一步很關(guān)鍵，那就是拋光。玻璃表面與水相互作用產(chǎn)生水解現(xiàn)象，水解現(xiàn)象的作用是在玻璃表面產(chǎn)生一層薄薄的膜，要使玻璃表面變得平整透亮，研磨會(huì)破壞這層薄膜，如此反復(fù)地進(jìn)行這一過程就是玻璃的拋光，我們也可以把這一步驟叫做研磨。
2.3 主要的技術(shù)參數(shù)
在進(jìn)行玻璃磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，首先要考慮機(jī)電裝備的所屬類型、布局以及常用的玻璃的形狀，在滿足機(jī)電裝備工作性能的前提下，綜合考慮其他工藝性、環(huán)境屬性以及工業(yè)沒學(xué)方面的問題。其次，根據(jù)磨削玻璃的要求、受力情況以及其他設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證良好的磨削玻璃性能的同時(shí)，又能減輕重量，節(jié)約材料和能源，同時(shí)盡量向著小型化便攜化發(fā)展。
這次我們?cè)O(shè)計(jì)的玻璃磨邊機(jī)的類型是玻璃直線雙邊機(jī)，這不僅僅是我們?yōu)榱讼蛑⌒突銛y化發(fā)展做出的選擇，還因?yàn)樗a(chǎn)快，成品率較高、磨削質(zhì)量比較優(yōu)秀、加工精度和其他類型磨邊機(jī)相比要好、操作不難方便的，適用于磨削不同厚度和的尺寸的平板玻璃。具體的要求如下:
1.能保證系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。
2.操作性: 每時(shí)每刻都會(huì)監(jiān)控著操作過程，第一時(shí)間看見問題所在。
3.操作界面人性化，不僅僅采用中文顯示，而且非常容易看懂，便于操作。
4.實(shí)用性:一次完成大部分工序。
5.維護(hù)功能:具有自己判斷故障的功能、自我警報(bào)功能，維護(hù)起來簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
6.成本:整個(gè)設(shè)備價(jià)格合理，可以大量廣泛使用。
7. 通過查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)手冊(cè)，主要技術(shù)指標(biāo):
（1）最小速度以及最大速度的取值:
（2）可以磨削的最深尺寸:
（3）磨削玻璃長(zhǎng)度:
（4）磨削玻璃厚度 :
（5）設(shè)備需要的總功率:
（6）設(shè)備正常工作下需要的電壓/頻率:
（7）倒角角度:
（8）夾持膠帶運(yùn)行速度：
（9）允許的玻璃的最下厚度以及最大厚度：
（10）可以加工的玻璃的最大尺寸：
（11）斜邊角度范圍：
（12）斜邊寬度：
2.4 本機(jī)的基本設(shè)計(jì)方案、傳動(dòng)系統(tǒng)及特點(diǎn)要求
2.4.1 通過查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)手冊(cè)，本機(jī)的基本設(shè)計(jì)方案
（1）采用兩條有彈性帶從兩邊夾緊玻璃；
（2）為了使電機(jī)獲得我們需要的很多不同轉(zhuǎn)速，采用變頻器調(diào)速；
（3）玻璃取立位安放；
（4）手工上下料，同步齒形帶輸送；
（5）屏幕上用數(shù)字進(jìn)行顯現(xiàn)結(jié)果；
（6）寬度進(jìn)給分為電動(dòng)和人為手工兩種方式
（7）面板上有相應(yīng)的數(shù)字顯示；
（8）角度調(diào)整為電動(dòng)；
（9）電機(jī)工作的電流大小由電機(jī)上面的電流表顯示
2.4.2 最終方案的認(rèn)定和優(yōu)缺點(diǎn)
2.4.2.1. 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
本設(shè)計(jì)要求：1、雙帶夾持玻璃；
2、怠速變頻調(diào)速；
3、適用玻璃厚度
為此，本設(shè)計(jì)方案采用的傳動(dòng)方式如圖所示：
圖2.2主傳動(dòng)系統(tǒng)
減速器3 前帶5
傳動(dòng)順序：主電機(jī)1 主電機(jī)2
減速器4 后帶6
2.4.2.2. 夾緊的特點(diǎn)與其方式
如圖2.3所示，玻璃夾緊需要左右兩條軟的具有彈性的帶夾住，在它的側(cè)后方有一個(gè)剛性支撐板做支撐，這樣玻璃就能靠在支撐板上，豎直方向上的定位問題就得以解決，這樣的夾持放發(fā)可以大大的降低玻璃因?yàn)樵O(shè)備受力原因而導(dǎo)致破碎的概率。如圖2.4，橡膠帶輪軸向采用外球面軸承支撐
圖2.3膠輥
圖2.4夾緊機(jī)構(gòu)
2.4.2.3. 選擇玻璃安放位置
為了減小占地面積，有效的利用加工空間，我們采用站式，傾斜的安放位置，相對(duì)垂直面向后傾10°。玻璃后傾5°。
2.4.2.4. 確定上下料方式
因?yàn)椴ＡУ男螤畈灰粯硬⑶也町惥薮?，本機(jī)也并沒有自動(dòng)的上下料裝置所以采用人工的工作方式。
2.4.2.5. 調(diào)整角度
因?yàn)槟ハ鹘嵌仁?，所以是有角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的。見圖2.5。圖中C為橫梁擺動(dòng)的支撐點(diǎn)，A點(diǎn)處為螺旋副，B鉸鏈處為動(dòng)力輸入軸。螺母鉸接于橫梁上（可以繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)）。
圖2.5 轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)
3. 夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 夾持帶主要參數(shù)的選擇與計(jì)算
3.1.1 主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（如圖3.1）
圖3.1 夾持原理
設(shè)計(jì)要求:帶速變頻調(diào)速變速
3.1.2 電機(jī)功率的選擇確定
本來主電機(jī)功率為，但是在這里我們使用系數(shù)取為， 所以選用電機(jī)的功率型號(hào)的確定
我們選擇恒扭矩調(diào)速電機(jī)。
3.1.3 夾持帶厚及輥?zhàn)又睆降倪x取
帶厚，夾持帶主動(dòng)輥直徑選為。
3.1.4 減速器總速比及分配
已知：帶速
輥?zhàn)又睆?
帶厚
調(diào)速機(jī)
所以總減速比,參照減速器樣本，選取適當(dāng)?shù)臏p速器比分配速度比。
公用減速器：
型號(hào)：Ⅰ型桿式減速器，速度比： 。
后夾持帶用減速器：
型號(hào)： 型（左旋），速度比：。
前夾持帶用減速器：
型號(hào)：型（右旋）,速度比：。
3.1.5 校核夾持帶實(shí)際速度
最大線速度:
式中
當(dāng)時(shí), 計(jì)算則得。
最小線速度：
式中
則速度
。
3.2 帶的設(shè)計(jì)
3.2.1 帶的要求
在這次的玻璃磨邊機(jī)的設(shè)計(jì)中，輸送玻璃的傳送帶相當(dāng)關(guān)鍵，因?yàn)椴Ａ儆谝姿槠?，運(yùn)輸過程中很容易因?yàn)樾⌒〉囊稽c(diǎn)波動(dòng)的造成玻璃的損壞，玻璃輸送的平穩(wěn)性也有著很大的要求，對(duì)玻璃的磨削時(shí)角度的控制是關(guān)鍵，稍微的晃動(dòng)都會(huì)對(duì)精細(xì)的角度磨削造成毀滅性的打擊，所以對(duì)帶的要求也很高：
（1）要有優(yōu)良的承載重物的能力和一定的寬度，來應(yīng)付各種不同尺寸的玻璃
（2）能相互連接，形成環(huán)繞形狀；
（3）要保有一定的穩(wěn)定性，是傳送帶在傳輸過程中平穩(wěn)。
（4）帶和帶之前用優(yōu)良的粘合劑粘住，避免脫層
（5）要有一定的柔韌性，因?yàn)橐陂L(zhǎng)方向上繞著滾筒彎曲；
（6）有一定程度的結(jié)實(shí)，能夠承受一定的撕扯力，耐損傷。
3.2.2 帶的材料及帶的組成分析
伸長(zhǎng)量可取3％。一般我們認(rèn)為輸送帶的彈性伸長(zhǎng)量為：
輸送帶材料
棉帆布
尼龍帆布
滌綸帆布
整體編織芯
鋼繩芯
芳綸織布
伸長(zhǎng)量
3.2.3 帶的磨損
輸送帶的壽命是由它的磨損的程度決定的，這種磨損分為兩種，一個(gè)是覆蓋層和運(yùn)輸貨物之間的磨損，它們之間靠著摩擦力來工作運(yùn)行，沒有摩擦力貨物就不能被運(yùn)輸。另一種是輸送帶的下覆蓋膠和驅(qū)動(dòng)滾筒之間的磨損，它們也是通過摩擦力來進(jìn)行工作，滾筒帶動(dòng)輸送帶的下覆蓋膠旋轉(zhuǎn)，沒有摩擦力就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@兩組滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生，故障時(shí)有發(fā)生，有時(shí)候可能發(fā)生輸送帶直接被扯斷的情況，所以我們采用阻燃帶來減少這種故障的發(fā)生。
輸送帶也不是一直會(huì)運(yùn)行在中心線上，為了保持工作的正常運(yùn)行，我們可以允許輸送帶有5%的誤差，但是不能跑偏過大，這樣會(huì)設(shè)備和輸送帶接觸造成邊膠磨損。
4. 輸送料設(shè)備設(shè)計(jì)
4.1 輸送料傳動(dòng)工作原理
當(dāng)帶的設(shè)計(jì)完成之后，我們開始設(shè)計(jì)和輸送帶相關(guān)的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樾枰庸さ牟ＡУ那姘俟郑簿褪钦f加工的玻璃沒有統(tǒng)一的形狀，所以我們就沒辦法設(shè)計(jì)統(tǒng)一的輸送料機(jī)構(gòu)，所以我們采用人工上下料的方式，用兩條同步齒形輸送料。采用同步齒形帶是因?yàn)樗牟蝗菀妆簧扉L(zhǎng)，這樣玻璃不容易打滑，它的工作面是齒形的環(huán)形傳動(dòng)帶，玻璃在上面不容易打滑。帶的背面開有凹槽，同時(shí)這些凹槽可以在工作過程中讓空氣流通，這樣就不會(huì)有太大的噪聲。同步齒形帶的優(yōu)點(diǎn)也有很多，例如它的傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)軸和軸承的壓力小，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，不打滑等等。一般參數(shù)如下：
線速v：；功率
速比； 效率η：;
工作溫度：
工作原理圖如下：
圖4-1 輸送料傳動(dòng)原理圖
4.2 速度比的計(jì)算
4.2.1 速度比確定
同步為速度計(jì)算比的依據(jù)。
由于夾持帶前主動(dòng)輥直徑為，被動(dòng)輥直徑為，因此接送料帶傳動(dòng)的速度比是不同的。
從圖8可以知道輸料帶速度比：
送料帶速度比：
齒形轉(zhuǎn)速：
夾持帶帶輪轉(zhuǎn)速：
齒形帶帶速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：
式中：
計(jì)算中，當(dāng)按考慮時(shí),
將
則得
則得
速度比分配
a 輸料帶
取
此時(shí)，實(shí)際速度比
實(shí)際帶速
b 送料帶
取
此時(shí)，實(shí)際速度比
實(shí)際帶速
式中：
同步齒形帶設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)同步齒形帶的時(shí)候，因?yàn)樾枨蠊β瘦^大選取傳動(dòng)比較小的電機(jī)，選取，功率達(dá)到5KW，滿載轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)每分鐘，周間距為，每周工作小時(shí)，每天一班。
4.2.2 帶的數(shù)據(jù)計(jì)算
1. 選定帶型和節(jié)距：
表4-1 帶尺寸參數(shù)
帶型
節(jié)距pb
齒形角2β
齒根厚s
齒高h(yuǎn)t
帶高h(yuǎn)s
齒根圓角半徑rr
齒頂圓角半徑ra
XH
22.185
40
12.57
6.35
11.2
1.57
1.19
大帶輪齒數(shù)Z1根據(jù)帶型和轉(zhuǎn)速來確定的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)每分鐘，根據(jù)上面的表格可以知道，最小齒數(shù)為18，所以我們?nèi)〈髱л嘄X數(shù)為25.
2.大帶輪節(jié)圓直徑d1：
3.小帶輪齒數(shù)Z1：
4.小帶輪節(jié)圓直徑d2：
5.帶速：
6.初定軸間距a0 ：
取
7.帶長(zhǎng)及其齒數(shù)：
選用同步帶，帶長(zhǎng)代號(hào)為1650的同步帶來進(jìn)行運(yùn)輸料，節(jié)線長(zhǎng)為4440.00mm，上面的齒數(shù)為200.
8.實(shí)際的兩軸之間的距離a：
此軸間距可調(diào)整
9.大帶輪嚙合齒數(shù)Zm：
10.基本額定功率P0：
根據(jù)上面的表6可以得知，，
11.所需要的帶寬bs：
根據(jù)上面的表6可以查的，XH型同步帶帶，
取整后bs=40。
4.2.3 帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸
鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
4.2.4 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)
鏈傳動(dòng)相比于帶傳送，它的優(yōu)點(diǎn)是并沒有帶傳動(dòng)那種滑動(dòng)摩擦，所以沒有任何打滑現(xiàn)象，這就造成它的平均傳動(dòng)比比較準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)動(dòng)效率也高，并且能在一些惡劣的工作環(huán)境下工作。
4.2.5 輸料帶鏈輪設(shè)計(jì)
因?yàn)橐ＷC夾持帶和輸送帶的線速度是高度保持一直的，也就是要一模一樣，所以兩個(gè)帶之間的傳送比要是非常精確的，不能有一點(diǎn)馬虎，所以選擇鏈輪來進(jìn)行傳動(dòng)。
取
此時(shí)，實(shí)際速比：
實(shí)際帶速
用鏈傳動(dòng)其選擇的鏈號(hào)為參數(shù)見表
所以：
動(dòng)鏈輪節(jié)圓直徑：
從動(dòng)鏈輪直徑：
從動(dòng)輪速：
從動(dòng)鏈輪直徑：
4.2.6 送料帶鏈輪設(shè)計(jì)
取
此時(shí)，實(shí)際速比
實(shí)際帶速
式中
所以：
主動(dòng)鏈輪節(jié)圓直徑：
從動(dòng)鏈輪直徑：
錐齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比：
從動(dòng)鏈輪直徑
由上面計(jì)算可以知道，三個(gè)帶帶速基本是差不多少的。接料帶的速度稍稍快，可以防止下料的堆積，送料帶的速度稍微慢一點(diǎn)，方便連續(xù)送料。
5. 轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的計(jì)算
5.1 轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)初始條件
當(dāng)玻璃的傾斜角度是最小所能允許的角度也就是5°時(shí)，機(jī)構(gòu)的狀態(tài)就如下圖：
圖5-1轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)圖
5.2 轉(zhuǎn)角與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系
（1）求初始角
利用余弦定理可求α，
代入數(shù)值，求得
求當(dāng)時(shí)，對(duì)應(yīng)邊的長(zhǎng)度：
圖5-2 轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)示意圖
仍利用余弦定理求得
式中
求與相對(duì)應(yīng)的nx邊改變
求與Δcx 相對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)
已知：鏈傳動(dòng),斜齒輪傳動(dòng)
絲杠螺距
設(shè)與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)的絲杠轉(zhuǎn)數(shù)為
則有：
由于
所以
所以
以上計(jì)算均可略去。
5.3 轉(zhuǎn)角誤差分析
5.3.1 最大誤差值的確定
當(dāng)a，b，c，三個(gè)桿處于不同位置時(shí)，最大轉(zhuǎn)角誤差是隨時(shí)變化不同的，如圖我們可以確定，cx長(zhǎng)度變化對(duì)最大轉(zhuǎn)角誤差影響是最大的。
圖5-3角度示意圖
由圖5.3可以看出，當(dāng)二桿之間的夾角成直角時(shí)， 對(duì)轉(zhuǎn)角誤差影響最大，即此時(shí)如果取得最大值 ，轉(zhuǎn)角誤差也取得最大值
圖10最大轉(zhuǎn)角誤差分析圖，此時(shí)：
cx==mm
由可知
δαmax=arctg ()
將： 及b值代入該式，則得
此時(shí)所磨玻璃的斜角為：
即當(dāng)時(shí)，可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)角誤差，
且其值
6. 步進(jìn)電機(jī)的原理介紹及選用
6.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介和分類
6.1.1 步進(jìn)電機(jī)的定義
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的作用就是當(dāng)它收到一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，它會(huì)把這種信號(hào)變成一個(gè)角位移或者是直線位移輸出出去。解釋起來就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只要收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它的電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或者是前進(jìn)一步，所以這種電動(dòng)機(jī)被叫做步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也可以說是脈電動(dòng)機(jī)。角位移與脈沖數(shù)相關(guān)，脈沖數(shù)輸出多少角位移就移動(dòng)多少，轉(zhuǎn)數(shù)是與脈沖頻率對(duì)應(yīng)的，也是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。例如數(shù)字程序控制線使用最多的二種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是反應(yīng)式(磁阻式)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
6.1.2 步進(jìn)電機(jī)的分類
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有很多種分類方法。按勵(lì)磁磁鐵方式分類，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）三類。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用較多。它們的基本工作原理相似，它們的轉(zhuǎn)子上都沒有繞組，也不需要電刷和滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
6.1.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理
結(jié)合下面的電動(dòng)機(jī)的剖面圖進(jìn)行對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理的解釋。
圖6-1 步進(jìn)電機(jī)原理圖
圖為一臺(tái)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作的一個(gè)剖面圖。圖中有BCDBCD六個(gè)磁極，轉(zhuǎn)子上有四個(gè)磁極，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，定、轉(zhuǎn)子磁極寬度相同，相對(duì)陰兩個(gè)磁極上繞有一相繞組，三相繞組聯(lián)結(jié)成星形。
當(dāng)C相繞組通電，D和B兩相繞組不通電時(shí)，磁通總是想要找到最小的地方進(jìn)行通過，轉(zhuǎn)子將受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，就把轉(zhuǎn)子1和3的軸線是重合，轉(zhuǎn)如圖6.1（a）所示。換成另一種情況，當(dāng)C相繞組斷電。若按C→B→D→C順序通電、斷電，轉(zhuǎn)子則按相反的方向方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通電狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，改變一次我們把它叫做“一拍”。每一次工作狀態(tài)的改變都會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，我們稱之為步距角。。對(duì)于圖6.1中按C→D→B→C或者C→B→D→C順序通電的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，我們稱之為三相單三拍。那么我們分別介紹其中的意思。
若按C→CD→D→DB→B→BD→B順序輪流通電，在這種通電方式下，電極是只有一相通電的，其他相不會(huì)通電。當(dāng)A單獨(dú)通電時(shí)，這種狀態(tài)與單三拍A相通電的情況完全相同。
3次通電過程為一個(gè)循環(huán)，這種狀態(tài)稱為三相雙一拍運(yùn)行方式。其工作狀態(tài)與三相單三拍運(yùn)行方式相同。
6.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)和主要特性
6.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
根據(jù)上面所講述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理原理，可以推出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有一下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)擁有較大的步距角，從15°到90°都覆蓋。
(2)位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)成正比，一一對(duì)應(yīng)。
(3)任何時(shí)刻都有兩相繞組同時(shí)通電。
(4)步距誤差會(huì)定期消除，不長(zhǎng)期積累，
(5)比較容易控制設(shè)備開始和停止，還有電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，以及變換速度。。
(6)可以隨意平滑的調(diào)整速度。
(7)步距角的選擇范國(guó)比較廣泛，可在1°到180°范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
(8)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶慣性負(fù)載的能力比較弱。
6.2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性可以分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)保持同一種通電方式的時(shí)候，這時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱之為靜態(tài)運(yùn)行，這時(shí)的轉(zhuǎn)子所受到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩稱之為靜轉(zhuǎn)矩，這時(shí)的轉(zhuǎn)子收到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩是和電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持相同的，一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，即空載時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩亦為零，定子磁極A一A'的軸線與齒1,3的軸線對(duì)齊有負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)子會(huì)偏轉(zhuǎn)一定的角度，以產(chǎn)生確定的靜轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡。
常熟C值由磁路結(jié)構(gòu)和控制繞組匝數(shù)確定的。圖6.2為A相繞組通電時(shí)的矩角特性，為了簡(jiǎn)單，圖中只畫出了這一段。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子處于初始穩(wěn)定平衡位置，即矩角特性的口點(diǎn)。當(dāng)外力使轉(zhuǎn)子偏離O點(diǎn)，但只要轉(zhuǎn)子在空間范圍內(nèi)，把O點(diǎn)(即a點(diǎn))稱為A相的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。
6.2.3 性能指標(biāo)
（1）最大靜轉(zhuǎn)矩T 當(dāng)繞組通過的電流是恒定不變的時(shí)候，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最大的轉(zhuǎn)矩，我們稱之為最大靜轉(zhuǎn)矩，通過最大靜轉(zhuǎn)矩我們可以知道步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能承受的最大轉(zhuǎn)矩和工作的速度。通常情況下最大靜轉(zhuǎn)矩∑負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的比值是2-3。
（2）靜態(tài)步距角誤差θ 當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，并且受到的不是雙脈沖，這時(shí)實(shí)際的步距角會(huì)和我們計(jì)算得出的步距角是不同的，有一定的出入，這時(shí)差的這部分我們稱之為靜態(tài)步距角誤差。
（3）突跳頻率和運(yùn)行頻率 起動(dòng)頻率是指電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)(不丟步)所能加的最高控制脈沖幅度，是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能大小的一項(xiàng)重要的標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行頻率是指電機(jī)正常連續(xù)運(yùn)行時(shí)(不丟步)所能加的最高控制頻率稱為運(yùn)行頻率或連續(xù)運(yùn)行頻率。因而使電機(jī)不能發(fā)動(dòng)起來。為了能正常起動(dòng)，起動(dòng)頻率不能過高。需要注意的是，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率、運(yùn)行頻率都與電源型式有緊密的關(guān)系，使用時(shí)應(yīng)了解給出的各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的電源型式。
圖6.2 距角特性
6.2.4 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用
選擇電機(jī)一般會(huì)按照以下步驟：
圖6.3 電機(jī)選擇步驟
6.2.5 步進(jìn)電機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)的選擇
以前我們?cè)嚶犨^外部控制系統(tǒng)來進(jìn)行對(duì)工作臺(tái)轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的控制，但是這次需要對(duì)進(jìn)給量進(jìn)行非常精細(xì)的控制，所以我們舍棄以前的控制方法，采用絲杠進(jìn)行傳動(dòng)，雖說這樣當(dāng)我們對(duì)控制系統(tǒng)編程的時(shí)候需要格外的嚴(yán)謹(jǐn)，不能有一絲馬虎，但是這樣方便了操作人員，使操作人員簡(jiǎn)單操作，容易控制，但是需要工人精湛的技術(shù)，因?yàn)闄C(jī)械控制部分有點(diǎn)繁瑣復(fù)雜。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是分開的，并不是同一控制，所以有一些出入是難免的，我們采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備的機(jī)構(gòu)。
經(jīng)過上面的計(jì)算和分析，我們考慮多種點(diǎn)擊過后，考慮到向著小型化便攜化發(fā)展，我們選用較小的電動(dòng)機(jī)，以及電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境，價(jià)格多少，根據(jù)轉(zhuǎn)矩為9.5Nm，選用型號(hào)VRDM31117/LWB德國(guó)百格拉公司生產(chǎn)的三相異步進(jìn)電機(jī)。因?yàn)槠淠鼙ＷC足夠大的轉(zhuǎn)矩，符合計(jì)算結(jié)果，其次可以別每步轉(zhuǎn)速設(shè)為分階梯式，在精度上滿足設(shè)計(jì)要求。其相電壓325VAC,相電流2.5A，額定扭矩12Nm，保持扭矩為13.92Nm，最高啟動(dòng)速度5.3r/s, 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10.5kgcm2, 步距角θb=0.9°， 選用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具體型號(hào)為WD3—009的驅(qū)動(dòng)器，他們主要驅(qū)動(dòng)2Nm—13Nm三相步進(jìn)電機(jī)，允許輸入的電壓為220VAC,控制信號(hào)所承載的電壓為5VDC,與百格拉電機(jī)匹配可以達(dá)到最好效果?？刂葡到y(tǒng)選擇運(yùn)動(dòng)控制卡，它具有階梯式加快速度減慢速度曲線，便于達(dá)到更精準(zhǔn)的定位。
7. 結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，畢業(yè)設(shè)計(jì)它是對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)的一次總結(jié)，大學(xué)的所學(xué)知識(shí)，到最后用一篇論文也就是畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，這次也不同于以往每學(xué)期的課程設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)知識(shí)對(duì)這一學(xué)期亦或者說是這一階段的學(xué)習(xí)成果的一個(gè)展現(xiàn)，而畢業(yè)設(shè)計(jì)是整整四年風(fēng)霜雨打，厚積薄發(fā)的一次拼搏。這需要我們擁有扎實(shí)的基本功，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鳂I(yè)態(tài)度，敢于挑戰(zhàn)未知的勇氣以及創(chuàng)造屬于自己的智慧成果的創(chuàng)新精神。當(dāng)然在設(shè)計(jì)中碰壁是不可避免的，遇到問題就應(yīng)該積極努力對(duì)待問題，而不是一味地抱怨，止步不前，在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中不斷完善和提高自己，豐富自己。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的題目是玻璃磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，玻璃已經(jīng)是隨處可見的材料，在生活中應(yīng)用也越來越廣泛，但是由于我國(guó)在這一方面起步較晚，技術(shù)以及工藝和國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)相比還有很多不足，玻璃磨邊機(jī)主要還是依賴于進(jìn)口，所以制造出屬于自己的高智能全自動(dòng)化玻璃磨邊機(jī)至關(guān)重要，在我國(guó)高速發(fā)展的情況下，自主研發(fā)高智能玻璃磨邊機(jī)可以有效的推動(dòng)我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程。題目發(fā)下來初期，到企業(yè)去實(shí)習(xí)，親眼見識(shí)到玻璃磨邊機(jī)的工作過程，對(duì)玻璃磨邊機(jī)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，為玻璃磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。然后查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)玻璃磨邊機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程也有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中中王珍老師給與我們耐心的指導(dǎo)，不會(huì)不明白的地方對(duì)我們一一講解，告訴我們不會(huì)的東西要到哪里查閱，并指導(dǎo)我們?nèi)绾螌⒗碚搼?yīng)用到實(shí)際的工作中。
本次的設(shè)計(jì)是理論付出與實(shí)際的過程，理論終究是理論，應(yīng)用到實(shí)際中真是不簡(jiǎn)單，讓我對(duì)“我有所用”這個(gè)設(shè)計(jì)理念有了一定的認(rèn)識(shí)。提高了我獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，分析問題解決問題的能力也有了一定的提高。了解了設(shè)計(jì)一部產(chǎn)品的整體概念以及步驟，順序安排。在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用cad制圖，方便了設(shè)計(jì)過程。
特別感謝王珍老師對(duì)我本次設(shè)計(jì)的耐心指導(dǎo)，這樣才可以按時(shí)完成。沒有老師的幫助僅僅靠我一個(gè)人真不知道會(huì)有多難。
這次第一次進(jìn)行一個(gè)獨(dú)立的完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)不足，個(gè)人能力的限制，設(shè)計(jì)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方還請(qǐng)老師給與批評(píng)指正。
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33
玻璃磨邊機(jī)的設(shè)計(jì)
8
附錄1：外文文獻(xiàn)翻譯
在水中利用高密度飛秒激光對(duì)玻璃表面進(jìn)行加工
摘要：在水中，利用飛秒激光微米大小的顛簸，形成了對(duì)玻璃表面的加工。形成凹凸表面的較廣泛的脈沖輻射參數(shù)，包括輻射能源和作用位置。凹凸表面，展示了各種各樣的形態(tài)及大小，其形成主要受有關(guān)參數(shù)的影響。使用一種液體，即重水，它會(huì)被分項(xiàng)和空化氣泡形成后回收，使我們能夠利用高空間密度制造表面的凹凸，這是堅(jiān)實(shí)的涂層利用燒蝕不可能實(shí)現(xiàn)的。顛簸理想的安排，在一個(gè)玻璃表面是捏造的調(diào)整處理的時(shí)間間隔較泡沫失蹤的時(shí)間長(zhǎng)，所產(chǎn)生的作用點(diǎn)是在飛秒激光脈沖附近的水/玻璃界面。
1、 引言
飛秒激光器是功能強(qiáng)大的工具，為微和納米結(jié)構(gòu)的透明材料，因?yàn)樗鼈兛梢蕴幚砀呖臻g分辨率所造成的多光子吸收，并減少熱損傷，由于超短期的互動(dòng)時(shí)間之間的激光脈沖和材料，以及各種物理現(xiàn)象造成的由特高強(qiáng)度的激光脈沖[ 1月11日]。飛秒激光加工正日益應(yīng)用到發(fā)展的三維立體光學(xué)和射流裝置[ 7 ， 8 ， 10月14日] 。作為透明材料形態(tài)的處理，是關(guān)系到熱效應(yīng)汽化和溶解，由于熱擴(kuò)散，互動(dòng)與熱汽柱底部，和一個(gè)在激光脈沖低能量密度的區(qū)域，這是高度敏感的不只是該制造材料的物理性質(zhì)，而且也對(duì)激光輻照參數(shù)，如波長(zhǎng)，脈寬，脈沖能量，數(shù)值孔徑的聚焦光束，和作用的位置。特別是，當(dāng)一個(gè)飛秒激光脈沖的作用點(diǎn)是近表面的透明材料，不同的作用位置，在表面形貌引起了相當(dāng)大的差異。
利用飛秒激光脈沖進(jìn)行典型的表面形貌的玻璃處理的重點(diǎn)是，更改一腔一撞時(shí)玻璃從外到內(nèi)的焦點(diǎn)位置的變化。腔周圍是一環(huán)形凸出和分散的碎片。其規(guī)模大小，碎片的數(shù)量也緊密的依賴于集中作用場(chǎng)。在玻璃內(nèi)一碰到一個(gè)直徑從幾百個(gè)納米到幾個(gè)微米的，是由熔融玻璃表面與熔融玻璃產(chǎn)生的碎片，就會(huì)形成一個(gè)微型爆炸[ 15-20 ]。由于一定范圍的協(xié)調(diào)中心位置和輻射脈沖能量，表面熔化和內(nèi)部的微爆炸發(fā)生的同時(shí)和顛簸形成的空間十分狹窄。顛簸通常在規(guī)模和結(jié)構(gòu)上展示出較小的變化。
在先前的研究，我們發(fā)現(xiàn)，一種透明的涂料涂到玻璃表面使其形成較輕微的凸點(diǎn)更廣泛的協(xié)調(diào)中心的立場(chǎng)與沒有涂料涂層的玻璃相比，當(dāng)涂層厚度是不夠大于長(zhǎng)度的焦點(diǎn)貨量時(shí)，可以使玻璃減少玻璃碎片的數(shù)量 [ 19 ， 21 ] 。此外，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)涂層厚度是少于長(zhǎng)度的焦點(diǎn)量時(shí)，即當(dāng)涂層表面燒蝕是由一個(gè)單一的激光脈沖的作用在透明涂層和玻璃邊境之間時(shí)，顛簸造成了比使用了厚厚的涂料超過了一定的范圍 [ 20 ]。從這些調(diào)查，我們相信，涂層材料在燒蝕的焦點(diǎn)量的數(shù)量，取決于對(duì)涂層厚度，同時(shí)影響了等離子體時(shí)所產(chǎn)生的燒蝕涂層屏蔽效應(yīng)。因此，規(guī)模和結(jié)構(gòu)所形成的凸點(diǎn)是可以改變的。透明涂層的方法具有劣勢(shì)的空間密度的顛簸是有限的幾個(gè)微米，因?yàn)橄诘耐该魍苛?。為了?shí)現(xiàn)可控制的高密度的凹凸，在對(duì)透明涂料進(jìn)行飛秒激光加工的時(shí)候，在有可能的情況下使用液體對(duì)透明材料進(jìn)行加工，因?yàn)橐后w分項(xiàng)和氣泡的形成后可以
循環(huán)使用。在水中制作復(fù)雜的結(jié)構(gòu)對(duì)硅表面的飛秒激光加工已被證明[ 22-24 ] 。
在本文中，我們描述了在水形成高密度微米大小的顛簸飛秒激光加工技術(shù)。在第一節(jié) ，我們描述了實(shí)驗(yàn)裝置和程序。在第三節(jié)，我們描述了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們調(diào)查了影響輻照參數(shù)的因素，包括能源和焦點(diǎn)的位置，形態(tài)及顛簸的大小。我們證明了，通過調(diào)整處理的時(shí)間間隔較在水/玻璃界面附近所產(chǎn)生的飛秒激光脈沖的泡沫的失蹤的時(shí)間長(zhǎng)[ 25-28 ]，我們可以制造出對(duì)玻璃表面形成高密度的顛簸理想的結(jié)構(gòu)。在第四節(jié)，我們總結(jié)了我們的研究。
2、 實(shí)驗(yàn)裝置和程序
實(shí)驗(yàn)裝置由一個(gè)擴(kuò)增飛秒激光和光學(xué)顯微鏡構(gòu)成，如圖1所示。安裝使用和我們過去的工作是一樣的[ 19 ， 20 ] 。擴(kuò)增的飛秒激光脈沖的產(chǎn)生與峰值波長(zhǎng)800納米， 1年期? 150財(cái)政司司長(zhǎng)，最大重復(fù)率1千赫。照射脈沖能量E在該樣本控制中性密度過濾器，并給出了該產(chǎn)品的能源測(cè)量之前，引入激光脈沖到光學(xué)顯微鏡（奧林巴斯， ix70 ）和透射光學(xué)顯微鏡，其中包括一名40 ×物鏡（數(shù)值孔徑，鈉= 0.65 ） 。透射顯微鏡是0.69 。在加工區(qū)下觀察一個(gè)慣常的負(fù)責(zé)電荷耦合器件（ CCD ）與幀速率30幀/秒傳感器轉(zhuǎn)換的影象。激光脈沖的焦距 z被定義為顯微鏡的射線沿光軸移動(dòng)的距離。零位置（ z = 0 ）被定義為，形成了玻璃表面照射激光脈沖與附近的燒蝕閾值的能源結(jié)構(gòu)位置。
樣本的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該樣本準(zhǔn)備他們的目標(biāo)，玻璃，窗戶玻璃為sandwiching水，和兩個(gè)間隔眼鏡，厚度130 μ m的如下。其中在乙醇和純凈水中受到超聲波清洗影響的4普通顯微鏡封面紙（松波）已經(jīng)準(zhǔn)備。他們是目鏡， sandwiching水，物鏡，和兩個(gè)間隔130 μ m的鏡片。聚甲基丙烯酸甲酯（聚甲基丙烯酸甲酯）與甲苯溶劑被用來形式的墻壁上的窗口玻璃。
經(jīng)過充分蒸發(fā)溶劑間隔器的鏡片被拆除，并且形成一個(gè)由聚甲基丙烯酸甲酯的墻壁上的玻璃組成的邊長(zhǎng)10 -15毫米的空間。水從一個(gè)小腔體內(nèi)下降并且被加工的玻璃被含有少量的聚甲基丙烯酸甲酯的一種膠水固定在腔體上。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，用氘氧化氮（重水，以下簡(jiǎn)稱僅僅作為“水” ），因?yàn)樗牡途€性吸收周圍的波長(zhǎng)800納米。金國(guó)處理后，被加工的玻璃在腔體處被切除，并且經(jīng)過超聲波在純凈水和乙醇中的清洗。加工區(qū)的表面結(jié)構(gòu)被原子力顯微鏡觀察（ AFM ;數(shù)碼文書，直徑3000 ）。
3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
圖2顯示了在水中處理的一系列機(jī)構(gòu)，Z從-4.0到12.0 μ m的時(shí)，能量E是2.1 μ j.
數(shù)字第2 A和B顯示的AFM圖象及其相應(yīng)的輪廓，其垂直范圍是± 500 nm左右。圖表2C和D顯示了利用傳輸光學(xué)顯微鏡觀察加工領(lǐng)域上方的影象。圖2e顯示直徑和高度的顛簸，獲得了從原子力顯微鏡的觀察，和從一個(gè)側(cè)面觀察長(zhǎng)度的空白。形成玻璃表面凹凸較廣泛的Z 的范圍是從-4.0到8.0 μ m。伴隨著z的增加，高度和直徑的顛簸也增加。當(dāng)z為6.0 μ m的時(shí)候，形成最大高度400 nm和直徑為3.6 μ m的凸起。當(dāng)Z為8.0 μ m的時(shí)候，形成一個(gè)高度為50 nm的凸起。當(dāng)z大于8.0 μ m的空隙，在玻璃內(nèi)的玻璃表面上沒有形成任何結(jié)構(gòu)。
凹坑的直徑隨著Z的增加而增加。當(dāng) z是4至12 μ m時(shí)，形成的凹坑直徑幾乎相等。經(jīng)過詳細(xì)的觀察，在側(cè)視圖中顯示的圖2D中，我們發(fā)現(xiàn)孔洞有不同的灰度級(jí)時(shí)， z是介乎于6.0和8.0 μ m的。暗色調(diào)的空隙下，高顛簸在z = 3.0 μ m的和Z = 6.0 μ m的灰度比那些空洞完全在玻璃內(nèi)形成的要大。我們預(yù)期的孔洞高凸點(diǎn)比其它處有較低的密度，因?yàn)橐粋€(gè)內(nèi)部的微爆炸使玻璃材料從作用點(diǎn)處飛散，形成坑洞，致使密度降低。
這顛簸的形成和在我們先前研究的玻璃在一個(gè)透明的聚合物涂層處理后的現(xiàn)象是一樣的。凸點(diǎn)的形成規(guī)律是在從玻璃表面由一個(gè)屏蔽效應(yīng)所產(chǎn)生的等離子體消融聚合物和物理阻斷聚合物提供的物質(zhì)的排放量的基礎(chǔ)上。在目前研究的一點(diǎn)不同是，在水中玻璃加工凸起的形成Z 在一定的范圍內(nèi)，如圖3所示 。輻射光束參數(shù)幾乎和我們以前的實(shí)驗(yàn)一樣（顯示于圖3在[ 19 ] ） 。輻照能量為E = 0.69 μ j. 當(dāng)加工玻璃的聚合物涂層，凸點(diǎn)的形成時(shí)z是- 1.0至4.0 μ m的范圍內(nèi)[ 20 ]，而當(dāng)處理在水中進(jìn)行時(shí)，凸起形成時(shí)， z是在-4.0至7.0 μ m的范圍內(nèi)。主要差異的原因是水的物理性阻擋是弱于聚合物涂層。這是下一段進(jìn)一步證明的結(jié)果，幾微焦耳以上的高脈沖能量進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工。
圖4顯示的是在原子力顯微鏡觀察的當(dāng)z = 0時(shí)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工時(shí)的各種能量e的圖像。當(dāng)E為0.17至6.9 μ J時(shí)，凸起形成，其結(jié)構(gòu)隨著能量E急劇變化.當(dāng)能量e增加至4.1 μ j時(shí)，凸起的直徑和高度也隨著增加. 當(dāng)能量E為4.1 μ J時(shí)，凸起的直徑為5.1 μ m，高度為1.57 μ m。隨著能量E的增加，凸起的直徑和高度隨之減小。當(dāng)e < 2.1 μ J時(shí)，有凸起的周圍邊緣有小碎片。然而，當(dāng)e ≥ 2.1 μ J時(shí)，碎片圍繞著邊緣分布，并且碎片的數(shù)目隨著能量E的增加而增加。碎片分布的區(qū)域在圖4中用實(shí)線畫的區(qū)域表示。在水進(jìn)行加工比應(yīng)用聚合物涂層進(jìn)行加工產(chǎn)生更多的碎在水中片散落在凸起的周圍。這就進(jìn)一步證明了，水比聚合物涂層具有較弱的物理阻塞。大部分的碎片在水中利用超聲波清洗是不會(huì)被清除的。因此，玻璃材料碎片分散在液體狀態(tài)在玻璃/水界面上，使玻璃表面得以鞏固。
圖5顯示凸起高密度地分布在一條直線。線性安排的凸起表示了在空間激光脈沖照射的間隔小于單一的凸起的直徑。在這種情況下，當(dāng)空間間隔D是設(shè)定為2.0 μ m的條件下E為3.5 μ j和Z為6.0 μ m時(shí)，形成一個(gè)直徑為3.6 μ m和高度56 nm的單一的凸起。通過掃描顯微鏡進(jìn)行加工是為了使一個(gè)單一的脈沖照射在每一個(gè)位置的重復(fù)率r為1 Hz 。凸起的線性安排形狀由D來控制，如圖6a和b。當(dāng)D是0.8 μ m時(shí)，凸起平穩(wěn)地形成一條線。當(dāng)D是5.0 μ m的時(shí)候， 也就是說 ，當(dāng)D是不夠大于凸點(diǎn)直徑時(shí)，凸起就形成了孤立的山峰。
在形成高密度的凸起時(shí)，除了考慮E和D外，還要慎重選擇 Z和R。在 Z = 6.0 μm, E = 2.1 μJ, D = 0.5 μm和 R = 1Hz的照射條件下，能夠順利的形成一條直線凸起，如圖6c所示。直線凸起的直徑和高度分別為4.2 μm 和60 nm。當(dāng)在Z = 3.0 μm, E = 2.1 μJ, D =0.5 μm,和R = 1Hz的照射條件下，就會(huì)形成許多峰值亞微米大小的凸起。這個(gè)形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)是由一個(gè)前激光脈沖形成的單一的凸起被下一個(gè)激光脈沖摧毀所形成的，因?yàn)楫?dāng)作用點(diǎn)在玻璃表面附近時(shí)，高密度的能量會(huì)使消融玻璃表面，形成凸起。
形成高密度的凸起時(shí)，選擇重復(fù)率R也很重要。圖6e和F中顯示了通過顯微鏡觀察在R = 2和5hz 時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工得到的不同影象。其他條件（ z = 6.0 μ m，E= 2.1 μ J和D= 0.5 μ m ）一樣的情況下，那些實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6C所示。這種差異不僅取決于R，而且與在水/玻璃界面等離子體產(chǎn)生的氣泡消失的時(shí)間密切相關(guān)。
圖7 A-D顯示當(dāng)E = 4.8 μ j和Z = 0.0 μ m時(shí)，通過CCD圖像傳感器觀察到的在水/玻璃界面泡沫產(chǎn)生。當(dāng)泡沫的大小少于?10 μ s時(shí)[ 28 ] ，它不能一個(gè)普通的CCD圖像傳感器捕捉到。在圖7 A – C上只顯示了收縮泡沫的影象。在圖 7D中，顯示了激光加工結(jié)構(gòu)的循環(huán)模式，因?yàn)樗鼤簳r(shí)沒有改變。觀察到氣泡產(chǎn)生的時(shí)間定義為t = 0時(shí)刻。氣泡失蹤的時(shí)間Td定義為氣泡產(chǎn)生到氣泡消失的時(shí)間間隔。因?yàn)槭褂?0幀/秒的CCD圖像傳感器，時(shí)間分辨率的測(cè)量是33ms。圖7e中顯示了脈沖能量e引起的氣泡消失的時(shí)間Td的關(guān)系。我們知道氣泡主要由氣態(tài)氫，氧，和水汽組成。激光在氣泡內(nèi)照射相當(dāng)于激光照射的時(shí)候沒有水，而是在在空氣中直接照射。因此，當(dāng)輻射的時(shí)間間隔小于氣泡消失的時(shí)間，抑制從玻璃表面排放的物質(zhì)的物理屏蔽效應(yīng)變?yōu)楹鼙∪?，第一個(gè)激光脈沖產(chǎn)生的凸起被第二激光脈沖摧毀，從而形成一個(gè)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。如圖6F所示，不規(guī)則的結(jié)構(gòu)下形成的重復(fù)率5hz ，因?yàn)楫?dāng)E為2.1 μj時(shí)，Td小于 250ms。
4、 結(jié)論
我們已證明了在水中用飛秒激光對(duì)玻璃表面加工凸起的形成。我們研究了輻射能量和飛秒激光脈沖的焦點(diǎn)對(duì)凸起形狀的影響。高密度的凸起的形成原因是照射激光脈沖到作用點(diǎn)之間的時(shí)間間隔小于一個(gè)單一凸起的直徑。形成良好的形式、高密度的凸起，選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)是很重要的，包括加工時(shí)間間隔，照射能量，作用位置，以及空間的間隔。合理的安排高空間密度的凸起要求對(duì)玻璃表面進(jìn)行加工處理的時(shí)間間隔比由飛秒激光脈沖水/玻璃界面加工時(shí)產(chǎn)生的氣泡消失的時(shí)間間隔更重要。
附錄2：外文文獻(xiàn)原文
致謝
歷時(shí)半載，從論文選題到搜集資料，從開題、寫初稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了喜悅、痛苦和彷徨，在寫論文的過程中心情是如此復(fù)雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點(diǎn)成就感。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的時(shí)間內(nèi),我做了大量的調(diào)查和研究,收集了較為全面的技術(shù)資料,閱讀了大量的專業(yè)文獻(xiàn),并將它們運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中,在設(shè)計(jì)中做了廣泛的對(duì)比分析,設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)都進(jìn)行了反復(fù)推敲,琢磨,不懂的問題,逐漸得到了解，獨(dú)立工作的能力也大大的增強(qiáng)了。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我體會(huì)到了作為勞動(dòng)者的樂趣，也認(rèn)識(shí)到學(xué)海無涯的深刻含義，同時(shí)也為我以后走向工作崗位，好好工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成與指導(dǎo)老師的辛勤勞動(dòng)及耐心細(xì)致的教導(dǎo)是分不開的,本課題在選題及研究過程中得到王珍老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到課題的最終完成，王珍老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向王老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母。同時(shí)，我也要感謝四年的大學(xué)生活，感謝大連大學(xué)機(jī)械學(xué)院的所有老師以及那些永遠(yuǎn)也不能忘記的朋友，他們的支持與感情是我永遠(yuǎn)的財(cái)富！
時(shí)間的倉(cāng)促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)閱讀此篇論文的老師多予指正，不勝感激！