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本科生畢業(yè)設計（論文） 開題報告 學生姓名：邊旭 學 號：14020931 班 級：140209班 專 業(yè)：機械工程及自動化 指導教師：李風 開 題 報 告 1 課題介紹 1.1課題名稱： 單線畫線機 1.2課題背景 畫線機是用滾輪等再日用陶瓷、玻璃制品的圓形或橢圓形器皿上，畫一條或多條彩色、彩帶的機械。可以分為單色機畫線機和多色畫線機。本次設計主要是研究設計單色畫線機，即單線畫線機。 陶瓷是無機材料之母，從家庭至宇宙對陶瓷的渴求量愈來愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來各國非常重視陶瓷的研究、開發(fā)與應用，各國將先后進入陶瓷世界。 陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱，“陶”為燒成之意，“瓷”是指硬而之謎的器物。陶瓷是我國歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬年左右，距今3000年前的殷周時代，有了以高嶺土為原料的白陶，已懂得用釉的方法。原始瓷器是以鐵為著色劑的青釉器，是青瓷的前身。晉朝出現(xiàn)“瓷”字，說明當時人們已認識到陶和瓷的區(qū)別。 陶瓷是一種與我們?nèi)粘Ｉ钜约霸诟鞣N工程項目能夠經(jīng)常接觸到的材料。隨著技術(shù)經(jīng)濟的發(fā)展，在某些科學領(lǐng)域陶瓷已形成其他材料無法比擬的優(yōu)點。例如，工程陶瓷，由工程陶瓷的制成的零件具有耐磨、耐熱、耐摩擦、熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)點，是當今世界高技術(shù)含量的產(chǎn)品。在國外已越來越多地應用工程陶瓷取代金屬零件，使產(chǎn)品地壽命、穩(wěn)定性等大大提高。在如，低溫燒結(jié)陶瓷（LTCC）大家一定還都記得在手機行業(yè)剛剛起步時的代表作——大哥大，它又笨又重，攜帶不方便，而現(xiàn)在的手機就越來越袖珍了，這里的關(guān)鍵就是LTCC技術(shù)的發(fā)展。;LTCC技術(shù)是把很多東西整合在一起，其全稱為“低溫共燒陶瓷”技術(shù)，，簡單地說，就是一種整合、小型化地技術(shù)將各種被動組件整合在一起，縮小到陶瓷式電路板上，如果沒有它，手機是無法達到輕薄短小地效果地。總之，陶瓷已經(jīng)成為與我們密不可分地伙伴了。 我國陶瓷生產(chǎn)歷史悠久，日用陶瓷一直暢銷國內(nèi)外。在我們的生活中，能夠給人們留下直觀印象的是日用陶瓷。這里不乏一些工藝美術(shù)品。因此，對于陶瓷制品，我們不僅要求其本身質(zhì)量要好、使用方便，同時還要對其表面進行一定程度的美化處理，繪制出各種線條精美的圖案，增加美感及藝術(shù)感。然而，傳統(tǒng)的陶瓷畫線主要是由手工完成的，畫出的線條寬窄不一，嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，與其是在畫寬度3mm以上的線條時，用手工的方法根本無法實現(xiàn)，因此生產(chǎn)陶瓷的廠家不得不將線條印成畫紙，將畫紙貼在陶瓷制品上進行彩烤，而這又大大提高了成本。陶瓷生產(chǎn)廠家一直都無法解決這一問題。隨著機械化、自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，研制新型高效的畫線機以代替手工作業(yè)已成為迫切需要。目前，世界各國對裝飾機械的研制十分迅速，不斷推陳出新。其中以畫線機和印花機發(fā)展最為迅速。我國在這方面發(fā)展比較晚，目前用于生產(chǎn)陶瓷機械數(shù)量較小，品種較單一，因此有必要投入人力物力財力設計新產(chǎn)品，引進設備，消化技術(shù)。 1.3 工作內(nèi)容和要求 1.3.1 畫線機總體參數(shù)的確定 主要技術(shù)指標及重要技術(shù)參數(shù) ①主要技術(shù)指標 畫線色種: 單色 公稱生產(chǎn)能力：6-12件/分 彩色寬度： 0.25-6mm 制品最大直徑：406mm 制品最大高度：230mm 總功率消耗： 3kw 整機重要： 約100kg 外型尺寸： 約1.4m×0.8m×1.6m ②重要技術(shù)參數(shù) 電動機的變速范圍：1000-3000rpm 最短畫線時間： ＝1.22s 最長畫線時間： ＝4.14s 畫線輔助時間： t＝3s 1.3.2 單線畫線機的機構(gòu)設計 單線自動畫線機主要由主機架、工作臺、施彩器組件、真空泵、氣動系統(tǒng)、電器部分組成.其主要功能包括：驅(qū)動功能、畫線功能、自動裝卸功能、輔助功能、測控功能、安全保護功能。功能分解如下圖： 單 線 畫 線 機 驅(qū)動 施彩頭電機驅(qū)動 吸盤主電機驅(qū)動 單線畫線機 前伸 后仰 吸 盤 吸氣 放氣 輔 助 支撐 導向 測控—單線畫線機畫線 安全保護 漏電保護 過載保護 圖1 單線畫線機的功能結(jié)構(gòu)圖 依據(jù)這些功能，系統(tǒng)組成為：動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)。各主要系統(tǒng)概述如下： 動力系統(tǒng)：為操作部件提供動力，如機械手的仰俯、旋轉(zhuǎn)、單線機的移動畫線。本設計中動力裝置為電動機和氣壓系統(tǒng)。 傳動系統(tǒng)：是將動力機的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置。主要有帶傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等。在本設計中，由電動機到施釉輪之間的傳動是通過帶傳動來完成的。 執(zhí)行機構(gòu)：能直接完成預期工作任務的機構(gòu)和部件，為完成對陶瓷制品的畫線功能所需的執(zhí)行機構(gòu)的部件主要是機械手、施釉輪及帶釉輪。 測控系統(tǒng)：是控制畫線機各執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定程序和要求，以一定順序和規(guī)律運動完成畫線機，具體測控有機械手旋轉(zhuǎn)角度、升降角度、單線機的位移量、放氣時間等。 輔助系統(tǒng)：為完成畫線功能，以上各功能還需要一些輔助系統(tǒng)支持，如支承、下料、送料等輔助系統(tǒng)。 為了保證準確可靠地實現(xiàn)畫線機地畫線功能，實現(xiàn)畫線自動化，需滿足以下條件： ① 機構(gòu)地布局應合理，相互之間保證不干涉，不阻擋。 ② 總體布局應使工人操作安全方便，節(jié)省空間。 ③ 吸盤吸、放氣時要考慮工人操作時間地合理性。 ④ 機器的電動、氣動部分都需外殼罩住，已加工與未加工的工件放置要整齊，物料陪送線路要清晰、合理。 ⑤ 本機分四部分安裝，各部分安裝好后再連接在一起構(gòu)成一個整體，這樣能夠提高效率，保證質(zhì)量且運輸時也方便。 1.3.3 相關(guān)部件、零件設計 單線畫線機主要有施彩器傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電器系統(tǒng)四部分.其中零件要首先選擇標準件,若標準件中沒有合適的零件可自行進行設計.在本機的設計中,我們需要設計選擇電機、傳動系統(tǒng)、減速器、阻尼裝置等. 表1 形態(tài)學矩陣 分功能 解 法 1 2 3 4 5 6 A動力源 B位移傳動 C位移 D取物傳動 E取物 電動機 齒輪傳動 軌道及車 輪 拉桿 挖斗 汽油機 蝸輪蝸桿 傳動 輪胎 繩傳動 抓斗 柴油機 帶傳動 履帶 汽缸傳動 鉗式斗 蒸氣透平 鏈傳動 氣墊 液壓缸傳 動 機械手 液動機 液力耦合器 氣動馬達 1.3.3.1 電動機的選擇 電動機施機械系統(tǒng)中最常用的動力機,與其他動力機相比,它具有較高的驅(qū)動效率,且其種類和型號較多,與工作機械連接方便,具有良好的調(diào)速、啟動、制動和反向控制性能.易于實現(xiàn)遠距離、自動控制,工作時無環(huán)境污染,可滿足大多數(shù)機械的工作要求. 1.3.3.2 氣動系統(tǒng)的選擇 特點: ① 元件結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于制造,且不污染環(huán)境.可集中供氣和遠距離輸送,便于管理. ② 易于實現(xiàn)快速的直線往復運動,擺動的高速轉(zhuǎn)動.輸出力和運動速度調(diào)節(jié)很方便,且能實現(xiàn)過載自動保護. ③ 工作環(huán)境適應性較強. ④ 由于壓縮空氣的工作壓力不高,一般在0.4-0.6MPa,故輸出力和力矩不高,且傳動效率也較低,一般用于輸出力不大的傳動裝置.采用擴力機械或氣液增壓裝置,可提高輸出力. ⑤ 由于空氣有壓縮性,故運動速度的穩(wěn)定性較差,較難實現(xiàn)精密控制.采用氣液聯(lián)動方式,可提高運動速度的穩(wěn)定性. ⑥ 由于氣信號的傳遞速度比電信號慢得多,故不宜用于遙控及復雜得控制系統(tǒng). 組成: 起源部分、執(zhí)行部分、控制部分、輔助部分. 1.3.3.3減速器的選用 本機可選擇常用的阿基米德圓柱蝸桿減速器,這種減速器適用于蝸桿轉(zhuǎn)速不超過1500r/min,環(huán)境溫度為-40-+40°C的場合,可以正反兩向運轉(zhuǎn).在選用減速器時,首先根據(jù)工作要求確定傳動比i,再按蝸輪軸的計算轉(zhuǎn)矩查蝸輪軸額定轉(zhuǎn)矩表,確定減速器的中心距.然后按機器布置,潤滑等要求選擇減速器的裝配形式.必要時要進行散熱計算. 1.4 課題的重點和難點 1.4.1 單線畫線機設計重點 單線自動畫線機的用途是在陶瓷制品上畫出裝飾線條或圖案，以達到美化陶瓷質(zhì)樸那的目的。這種機械代替了手工畫線工作，提高了勞動生產(chǎn)率以及精度，可以畫出粗細均勻的線條，克服了手工作業(yè)的缺點與不足，滿足了廣大消費者的審美要求并提高了勞動生產(chǎn)率。我國地域遼闊，該機不受地形氣候等外界因素影響和限制，并且易于維修，工作可靠，適用于相關(guān)陶瓷生產(chǎn)部門。 經(jīng)各種常用系統(tǒng)的計算比較得出，當施釉輪與被加工陶瓷盤間實現(xiàn)純滾動，且滾動畫線速度在0.4m/s時,畫線效果最佳，故單線畫線機的一切設計要以此為宗旨。 通過帶傳動的裝置，電動機將動力傳遞給了施釉輪與帶釉輪，兩輪開始旋轉(zhuǎn)，此時主從摩擦輪接觸，帶動陶瓷旋轉(zhuǎn)，設計合理的技術(shù)參數(shù)，可實現(xiàn)上述的畫線速度要求，畫線機開始畫線。在每個陶瓷畫線的開始與結(jié)束，為了便與裝卸陶瓷，支承施釉頭組件的桿件必須能夠?qū)崿F(xiàn)擺動，以使施釉頭組件準確靠近、離開瓷器。經(jīng)多方面的比較，我們最終選擇氣動系統(tǒng)實現(xiàn)這一環(huán)節(jié)。另外，在被加工定位的這一環(huán)節(jié)也有講究。由于陶瓷制品易碎這一特點，使得我們必須摒棄普通機床夾具而選擇其它的定位夾緊方法?；诒P狀陶瓷表面光潔的特點，我們想到了可以利用真空吸附夾緊方式定位，及手部為真空吸盤。 1.4.2單線畫線機的設計難點 對于單線自動畫線機，最重要的是能夠畫出均勻清晰的線條，以滿足廣大消費者的審美要求，因此對各機構(gòu)的運動精度和定位精度要求較高。畫線機的運動精度和定位精度主要包括以下幾個方面： ①施彩頭組件擺動的運動與機械手的運動需協(xié)調(diào)一致，即與裝、卸料工作要配合。 ②為了保證施釉輪與制品之間的接觸精度，單線機的前進與后退要有較高的定位精度。 ③機械手的旋轉(zhuǎn)角度是否精確，關(guān)系到安放工件時的中心線能否與吸盤中心重合。 由于這些精度將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，建議采取開環(huán)伺服系統(tǒng)進行控制。 1.5 單線畫線機的機械系統(tǒng)的方案設計 機械系統(tǒng)的方案設計，是機械設計中極其重要的一環(huán)。正確、合理的機械系統(tǒng)的方案，對于提高機械的性能、質(zhì)量、市場競爭力和經(jīng)濟效益等都是至關(guān)重要的。 單線畫線機 制成品M’ 瓷器M 指令S 信息顯示S’ 能量E 輸出E’ 圖2 單線畫線機黑箱圖 1.5.1 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計 包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計，執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設計，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設計以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價。 1.5.2 傳動系統(tǒng)的方案設計 包括選擇合理的傳動裝置的類型、確定傳動路線的方案以及合理分配傳動系統(tǒng)。 1.5.3 原動機類型的選擇 包括原動機的類型、轉(zhuǎn)速、以及原動機容量的選擇。 1.5.4 操縱控制系統(tǒng)的選擇 包括機電控制系統(tǒng)、機液控制系統(tǒng)、電業(yè)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及微機控制系統(tǒng)。 1.6 國內(nèi)外同類產(chǎn)品的對比 國外很多國家重視裝飾機械的研制與開發(fā)，特別時在畫線機、印花機方面的發(fā)展時十分迅速的，與國外產(chǎn)品比起來，該產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低且柔性化程度不高；但在國內(nèi)，由于這一方面起步較晚，發(fā)展較慢，所以該產(chǎn)品已經(jīng)達到了一個新的水平。 1.7關(guān)于用戶的需求和企業(yè)發(fā)展計劃的介紹 對于用戶來說，他們希望用更好的陶瓷制品，外表美觀大方，且物美價廉，這就是用戶所追求的方向。因此，企業(yè)的發(fā)展應以此為導向，來滿足用戶的需求。這樣的企業(yè)才能有所創(chuàng)造，有所發(fā)展。 1.8 可能用到的知識和技能 理論知識：機械原理、機械設計、材料力學、機械制造技術(shù)等 應用軟件：AutoCAD、CATIA、ADAMS、Office word等。 1.9 需要自學的知識和技能 由于在本科的學習階段，我們主要學習了一些專業(yè)理論知識而過少解除各科知識在實際當中的應用。因此，在設計過程中，我們應注重在實際應用方面豐富自己的頭腦。針對這次的畢業(yè)設計，我應多多學習關(guān)于陶瓷加工機械方面的知識，爭取創(chuàng)造條件實際觀察陶瓷的單線畫線機的工作過程，了解其原理。另外，在三維造型方面，目前市面流行的工程軟件很多，除了CATIA，我們還可以考慮用其他的軟件。若有條件，我會考慮學習另外的軟件來進行三維造型。 2 工作計劃 表2 進度計劃表 2006.2-2006.3 調(diào)研、譯文、參考文獻 2006.4.1-2006.4.15 總體布置、草圖、開題報告 2006.4.15-2006.5.1 總體設計、總裝圖 2006.5.1-2006.5.15 部件設計、相關(guān)計算 2006.5.15-2006.6.1 零件、部件、設計、論文 2006.6.1-2006.6.20 修改、完善、圖紙論文、答辯 參考文獻 ［1］瓷器、精瓷與彩瓷 劉達權(quán) 北京：輕工業(yè)出版社，1984 ［2］新型陶瓷 邱關(guān)明 北京：兵器工業(yè)出版社，1993.3 ［3］設計材料與加工工藝 張錫 北京：化學工業(yè)出版社，2004.8 ［4］陶瓷造型基礎 楊永善 北京：輕工業(yè)出版社，1985 ［5］日用陶瓷工業(yè)學 李家駒 武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1992 ［6］高性能陶瓷論文集 郭景坤 北京：人民交通出版社，1998.5 ［7］機械系統(tǒng)設計 朱龍根 北京：機械工業(yè)出版社，2001.8 ［8］非標準設備機械手冊 張展 北京：兵器工業(yè)出版社 ［9］中國機電產(chǎn)品大辭典 北京：機械工業(yè)出版社 ［10］現(xiàn)代綜合機械設計手冊（下） 北京出版社 ［11］機械設計 譚慶昌，趙洪志 吉林科學技術(shù)出版社 ［12］材料力學 聶毓琴，孟廣偉 吉林科學技術(shù)出版社 ［13］機械制造技術(shù)基礎 于駿一，張福潤 機械工業(yè)出版社 ［14］機械原理 秦榮榮，崔可維 吉林科學技術(shù)出版社