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全主动打扮模板机 56页doc

  

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  ·七水硫酸锌冷却搅拌结晶器设计蛇管冷却机械搅拌装置设计 任务书.doc ·公交车报站器毕业设计 关键词:单片机,语音处理,LCD显示,SPR4096.doc 1.本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。 开题报告 一、综述本课题国内外研究动态,说明选题的依据和意义 服装是中国对外出口的主要产品之一,随着世界经济的发展和人们生活水平的提高,消费者对该类产品的需求量和品质要求越来越高。这就促使产品的加工精度要求越来越高,并且加工周期越来越短。而在服装行业中,自动化水平不高,生产设备落后,生产效率低下,国内的人均劳动效率仅为日本的 1/26、美国的 1/25。产业的主要技术依靠国外,没有形成集研发、设计、制造等于一体的纵向产业链。 服装面料缝合是服装加工技术中比较关键一道工序,对服装加工制造品质有重要影响。传统服装缝合主要依靠人力手工,劳动强度大、生产成本高、产品精度不高,不能满足市场的需求,市场竞争力低,将逐步被市场淘汰。主要原因是:人员和材料的成本增加、利润降低;服装款式多样化,交货期缩短;服装质量要求提高,熟练的工人越来越难找;新老员工交换,新手技能低;服装设备升级,逐渐向自动化发展。 中国改革开放以后,服装模板技术随着中外合资企业进入中国服装企业,由于成本和模板技术问题,开始也只是很小一部分应用。到二十世纪末,中国改革开放的深入,一些新型的技术、新型材料、自动化科技设备开始出现在各行各业。进入2000年以后,服装行业的劳工、原材料等各项成本直线上升,加剧了服装企业对自动化、数字化、智能化生产的需求。服装CAD、CAM解决了服装制作生产前的智能自动化。同时引发了服装模版技术从业者对服装车缝自动化生产的思考与研发。 服装模板技术是一种缝纫工艺,利用自动化设备在 有机胶板上按需要的尺寸开槽,在车缝设备上改装相对应的压脚针板,牙齿等工具,实现按照模具开槽轨迹进行车缝的一种技术。服装模板是现今服装生产最先进的工艺之一,将复杂工序简单化、标准化,提升效率,降低品质不良率,提高品质及生产时间的稳定性,减少对高技能人员的依赖程度,使用服装模板生产有以下几大优点: 1.提高缝制效率 流水线使用模板和不使用模板缝制效率明显不同,比如在没有使用模板前,服装贴袋前需要一个人整烫,一个人定位、缝制,而使用模板后,一个人就可以制作了,而且速度快、口试不知晓怎样穿三分钟教你穿出职场精质量高,提高了效率,节约了人工。 2.降低缝制难度 使用模板工艺后,对工人的要求不再那么高,即使不会制作服装的人员经过简单地培训就可以做出高质量的服装。比如,上拉链、开口袋、上领子以往均需要两三年以上的技术人员方可操作,但使用模板之后只要员工会缝纫,培训一星期后即可上岗。 3.提高缝纫质量 使用模板,面板和底板吧裁片夹住以后,裁片很难错位,有弹性的面料或者对条对格的面料,很轻松地就缝制完成,并且质量很高。0.1厘米或者0.6厘米的明线只要缝制人员沿着槽缝线就可以,并且质量很高。使用模板之后每件衣服的口袋高低,大小均可一样,拉链平整,不起拱,服装质量高。 4.易于平衡工序,使流水线更流畅 由于工艺的加工难度降低,这样的缝制节拍更容易控制。如果某个工位需要加人,组长可找的工人就比较多,不会因为工人水平有限,而不能上岗。 5.节约人工,节约成本 使用模板之后,很多工序就简化了,人工也减少了。比如肩袢、裤袢,普通缝制要一个人用净样板熨烫缝份,另一个人缝制,再有一个人清剪缝份,翻转、熨烫,总共至少两人完成此工序。如果运用工艺模板,只要一个人即可,而且很快,简单化了工艺,节约了人工成本。 6.减少特种机的购买 一些平时难于控制的部位和效率低下的工艺,通常会购买特种机,但是特种机一般价格较高。英语服装模板之后,可以摆脱常见的服装技术困扰,如领头、门襟、袋口、对条、对格等部位的缝制,基本可以取代一些价格较高的专用设备,如开袋机、上袖机、打褶机等。 制作服装模板的材料一般有背胶条、牛皮胶、双面胶、海绵条、背砂条、珠针和PVC板。各种胶条用于裁片的定位;海绵条用于对裁片部位增加融会,海绵条的厚度决定融会多少;背砂条贴在PVC板上,置于透明PVC板与裁片之间,为防止压脚压力将裁片压变形,以及裁片的位置移动,故在线缝周围的位置用背砂条固定,在模具合上以后,祈祷固定裁片的作用;珠针同样起到固定裁片的作用。 目前,服装企业一般采用PVC板作为模板的开模材料。PVC硬质再生塑料板成本低、整体性好,具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性,尺寸稳定,耐摩擦,强度高,耐老化,绝缘性可靠,表面光洁平整,不吸水不变形,易清灰,易加工。 20世纪60年代,德国已经开始在衬衫的制作上运用模版技术,当时衬衫的袖口、领子等部位最早使用模板,模板制作用的材料是钢板。20世纪80年代后,在中国台湾开始用有机玻璃制作服装模板,那时的服装模板最大的问题是有机玻璃不易保存。随着科技的进步,PVC版、亚克力板等材料逐渐在服装模板中使用。20世纪90年后,我国广东、福建等地逐渐开始使用服装模板,但是只是局部使用,主要使用部位有领子、口袋和袖子等。 进入21世纪,由于劳动力、原材料等各项成本直上升,加剧了服装企业对自动化、数字化、智能化生产的需求,也引发了服装模版技术从业者对服装车缝自动化 生产的思考与研发。随着长臂缝纫机的兴起,服装模板技术已经不再局限于某个部位,而是整件衣服都可以做服装模板。而现在服装模板的兴起与应用,服装模板制作就成了模板技术发展的重要环节,服装模板机开模应用也成了对接服装模板技术革新的关键所在。随着服装模板的深入发展,各个应用方面不断进行改良革新,尤其是借助服装CAD绘图软件与智能切割设备的直接对接,提升了服装模板开模制作效率。所以本课题是要设计一款可以切割PVC板的设备,可以方便、精确、快速地制作服装模板,同时考虑去除有害气体的功能。 因为服装模板在服装制作过程中的重要性十分明确,所以有必要针对服装模板的制作设计一款自动化设备,以实现服装模板精确快速的制作,并尽量降低成本,让中小型的服装生产厂家可以装备。 该机要完成的主要指标: 裁剪厚度:至少5mm且可调; 样片固定方式:负压吸附; 切割速度:50-100mm/s; 有效作业范围:1500mmx900mm。 主要完成任务: 服装模板裁剪工艺分析; 裁剪机结构总体方案设计; 裁剪机结构具体结构及三维设计; 裁剪机传动系统设计; 结构总装配图及关键零部件的二维工程图设计; 撰写毕业设计论文。 拟解决问题: 根据技术指标选择安全可靠的传动方式; 根据技术指标选择安全可靠的动力及传动部件; 设计可靠的PVC固定方式; 设计可靠的PVC切割方式; 根据指导老师的意见改进完善。 1.主要研究步骤 主要研究步骤如图1所示。 图1 主要研究步骤 2.研究方法 (1)文献检索法:查找有关服装模板切割机的相关中英文文献、专利等,并进行学习; (2)计算分析法:对所需切割的材料进行了解,初步掌握切割所需的力以及材料固定所需的力; (3)仿真法:利用三维软件进行建模,对设计进行干涉检查。 (4)指导教师、技术人员指导。 3.研究措施 对于本课题的研究,涉及基本的、常见的传动原理,并要求对零部件加工工艺、加工成本控制方面有很多了解,总体而言牵涉面非常广,囊括了机电相关的很多知识。对于我本人,本科课程学习都比较扎实,所以传动方面基本可以胜任。但是,在零部件的加工工艺和加工成本控制方面有所欠缺。 对此,首先我正在通过图书馆和网络等渠道自学这方面的知识,其次我也在向指导老师和企业相关的设计人员学习,相信通过别人的指导和自己的刻苦学习,我还是可以完成任务的。 序号 时间 内容 1 2013.12.10 选题 2 2013.12.11~2014.2.19 查找相关文献并进行学习 3 2014.2.20~2014.3.12 文献整理,完成开题报告、文献综述、外文翻译 4 2014.3.13~2014.3.26 方案的比较,确定整体方案 5 2014.3.27~2014.4.24 完成三维建模和力学校核 6 2014.4.25~2014.5.8 完成二维工程图出图 7 2014.5.9~2014.5.21 完成毕业论文 8 2014.5.22~2014.5.30 对论文进行修改,准备答辩 9 2014.6. 毕业答辩 五、主要参考文献 [1] 张华玲服装模板技术的应用[J].轻纺工业与技术,2013. [2] 汪云涛等.激光在服装裁剪中的应用[J].纺织学报,1998,10. [3] 张昭质.服装模板强势来袭[J].中外缝制设备2013,8. [4] 华尔天.微机控制的服装裁剪机结构设计[J].机电工程2005,3. [5] 蒋金武等.数控服装裁剪机裁刀切割机构的设计及平衡校核[J].现代纺织技术,2011,3. [6] Jacobs-BlechaC., Ammons, J.C., Schutte, A., Smith,T.Cut order planning for apparel manufacturing.IIE Transactions?30,1996. [7] 姜忠.服装模板的制作和应用[J].中外缝制设备,2010,3. [8] 胡磊.服装裁割机控制系统的设计与实现.中国优秀硕士论文全文数据库,2011. [9] 杨明才.服装模板的制作技术[J].中外缝制设备,2013,1. [10] 陈燕玲.服装裁剪生产能力研究[J].轻纺工业与技术,2013,6. [11] BouziriAhlem.A hybrid genetic algorithm for the cut order planning problem. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics).v 4570 LNAI2007. [12] 蒋建新.激光自动化切割设备的技术特点及应用前景[J].金属加工(热加工) ,201220. [13] 赵卫东,孙浩波,卫刚等.三维钢结构CAD软件中的节点设计[J].计算机工程,2003,7. [14] 尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社,2007. [15] 濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2001. [16] 刘党生.金属切削原理与刀具[M].北京:北京理工大学出版社,2009,8. 指导教师签字: 年月日 七、系(教研室)评议意见: 系(教研室)主任签字: 年月日 八、开题小组评审意见: 开题小组负责人签 字: 年月日 九、学院领导审核意见: 1.通过; 2.完善后通过;3.未通过 年月日 全自动服装模板机结构设计文献综述 1.前言 20世纪60年代,德国已经开始在衬衫的制作上运用模版技术,当时衬衫的袖口、领子等部位最早使用模板,模板制作用的材料是钢板。20世纪80年代后,在中国台湾开始用有机玻璃制作服装模板,那时的服装模板最大的问题是有机玻璃不易保存。随着科技的进步,PVC板、亚克力板等材料逐渐在服装模板中使用。20世纪90年后,我国广东、福建等地逐渐开始使用服装模板,但是只是局部使用,主要使用部位有领子、口袋和袖子等。 进入21世纪,由于劳动力、原材料等各项成本直上升,加剧了服装企业对自动化、数字化、智能化生产的需求,也引发了服装模版技术从业者对服装车缝自动化 生产的思考与研发。随着长臂缝纫机的兴起,服装模板技术已经不再局限于某个部位,而是整件衣服都可以做服装模板。而现在服装模板的兴起与应用,服装模板制作就成了模板技术发展的重要环节,服装模板机开模应用也成了对接服装模板技术革新的关键所在。随着服装模板的深入发展,各个应用方面不断进行改良革新,尤其是借助服装CAD绘图软件与智能切割设备的直接对接,提升了服装模板开模制作效率。图1所示为某品牌服装模板机的图片。 1 服装面料缝合是服装加工技术中比较关键一道工序,对服装加工制造品质有重要影响。传统服装缝合主要依靠人力手工,劳动强度大、生产成本高、产品精度不高,不能满足市场的需求,市场竞争力低,将逐步被市场淘汰。主要原因是:人员和材料的成本增加、利润降低;服装款式多样化,交货期缩短;服装质量要求提高,熟练的工人越来越难找;新老员工交换,新手技能低;服装设备升级,逐渐向自动化发展。 使用服装模板生产有以下几大优点: (1)提高缝制效率 流水线使用模板和不使用模板缝制效率明显不同,比如在没有使用模板前,服装贴袋前需要一个人整烫,一个人定位、缝制,而使用模板后,一个人就可以制作了,而且速度快、质量高,提高了效率,节约了人工。 ()降低缝制难度 使用模板工艺后,对工人的要求不再那么高,即使不会制作服装的人员经过简单地培训就可以做出高质量的服装。比如,上拉链、开口袋、上领子以往均需要两三年以上的技术人员方可操作,但使用模板之后只要员工会缝纫,培训一星期后即可上岗。 ()提高缝纫质量 使用模板,面板和底板吧裁片夹住以后,裁片很难错位,有弹性的面料或者对条对格的面料,很轻松地就缝制完成,并且质量很高。0.1厘米或者0.6厘米的明线只要缝制人员沿着槽缝线就可以,并且质量很高。使用模板之后每件衣服的口袋高低,大小均可一样,拉链平整,不起拱,服装质量高。 ()易于平衡工序,使流水线更流畅 由于工艺的加工难度降低,这样的缝制节拍更容易控制。如果某个工位需要加人,组长可找的工人就比较多,不会因为工人水平有限,而不能上岗。 ()节约人工,节约成本 使用模板之后,很多工序就简化了,人工也减少了。比如肩袢、裤袢,普通缝制要一个人用净样板熨烫缝份,另一个人缝制,再有一个人清剪缝份,翻转、熨烫,总共至少两人完成此工序。如果运用工艺模板,只要一个人即可,而且很快,简单化了工艺,节约了人工成本。 ()减少特种机的购买 一些平时难于控制的部位和效率低下的工艺,通常会购买特种机,但是特种机一般价格较高。英语服装模板之后,可以摆脱常见的服装技术困扰,如领头、门襟、袋口、对条、对格等部位的缝制,基本可以取代一些价格较高的专用设备,如开袋机、上袖机、打褶机等。 所以本课题是要设计一款可以切割PVC板的设备,可以方便、精确、快速地制作服装模板,同时考虑去除有害气体的功能。 2.1PVC板切割方式 PVC板相对来说成本较低,整体性也很好,具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性。而且制作完成以后尺寸稳定,耐磨、强度高,同时不容易老化,绝缘性好。对PVC板的加工一般分为机械式的铣刀切割和激光切割。 (1)铣刀切割: PVC板的铣刀加工,一般使用立式铣刀。加工速度较快,而且加工时无烟无味。加工时可以达到效率高、不粘屑的效果。因为PVC板特殊的制造工艺,所以加工时基本不会出现爆口。刀纹也十分细致,甚至没有刀纹。最后的产品表面光洁平整,需要的话也可以达到磨砂效果。 ()激光切割 二十世纪六十年代,世界上第一次出现了激光,它的到来引引领了新的时代。在之后的几十年里,激光让我们的生产生活有了很大不同。激光切割有以下几个优点: 1.激光亮度极高,通过聚焦以后,可以在被加工材料表面产生超高温; 2.激光的光束可以做到非常细,可以达到微米级甚至纳米级; 3.激光加工时属于非接触式加工。因此不需要考虑工具的补偿,也不用考虑工具的磨损; 4. 激光加工时属于非接触式加工。所以所需要的牵引力较小,选取小功率电机即可满足要求。 但是激光切割也有缺点:1.激光产生设备相对价格较高,会增加成本;2.因为激光切割是靠高温,类似于燃烧,所以切割时产生有害气体,对人体有害。 PVC固定 (1)夹具固定 1.保证加工精度? 当工件固定在设备上加工时会受到很多方向力的作用,加工的刀具的运动路径是相对工作台而言的,所以要想保住加工精度就必须保证工件和工作台的相对静止。当工件和工作台相对静止得到了保证,刀具就会准确地在工件上进行加工,使得最后加工出的产品与设定的数据一致。 .提高生产率? 因为原材料与产品并不是一对一的,一件原材料有时可以做出多个成品。使用夹具固定以后就可以一次性加工出较多的产品,省去中间多次定位、对刀的过程,提高了效率。要是采用气动、液压等夹紧方式,可以进一步缩短时间。 3.扩大机床的使用范围? 许多夹具的设计时针对特定的操作的,这就使得原本功能单一的设备有了多重功能。这样,一台设备有了多台设备的功能,可以让企业减少很多成本投入。? 4.保证生产安全? 使用夹具固定,保证了加工过程中的安全性,不会存在物件飞出等事故。同时减少了操作工的工作量,能更加集中精力,确保安全。 图2-1a所示是夹具的固定方式,利用螺母旋转使夹具上的铁片压紧材料,达到固定的作用。2-1b所示是固定用的夹具。 图-1a 夹具固定方式 图-1b 固定夹具 (2)负压吸附 厚度较小的板材类工件,在高速铣削加工是可以采用负压真空吸附的固定方式。它的工作原理如图2-2所示。通过工件1、定位部件3、密封材料4形成密闭空间,同时将一个抽气泵与密封腔连接。开始工作时,抽气泵将气体从密封腔内吸出,使密闭空间内产生真空。外部的大气压力就会将材料压紧在工作台上。这样的情况下各处受力均匀,工件的变形达到最小。等到加工结束以后,让密闭腔与外界相通,同时抽气泵停止工作,工件就会与工作台分离。 图-2 负压吸附的结构 电机类型 (1)直流电机 直流电机是直接将直流电转换成机械能的电机。实现是直流电能和机械能互相,当它作动力源时,将电能转换为机械能。 直流电机主要优点如下:1.调速范围广,易于平滑调节;2.过载、启动、制动转矩大;3.易于控制,可靠性高;4.调速时的能量损耗较小。 缺点是:1.换向困难;2.容量受到限制;3.精度有限。 (2)步进电机 步进电机的工作是由驱动器发出的脉冲信号来控制的。每当驱动器向步进电机发送一个脉冲信号,电机就转过一个特定的角度,这个角度就叫做步进角。 优点 :1.步进电机旋转过的角度和脉冲数成正比,方便控制;2.当步进电机停止转动时,拥有最大转矩;3.步进电机每一步的精度在百分之四左右。它不会将上一步的误差积累到下一步。所以位置精度、运动重复性很好;4.优秀的起停和反转响应;5.步进电机没有电刷。所以电机的寿命较长,可靠性也好;6.因为步进电机的响应仅和输入脉冲数有关。所以可以采用开环控制,控制方便;7.因为速度和脉冲频率成正比,所以转速的范围比较宽。 缺点: 1.控制要恰当,否则容易产生共振;2.难以运转到较高的转速。 (3)伺服电机 伺服电机的主要优点:1.因为伺服电机可以反馈数据。所以可以实现闭环控制,不存在步进电机失步这种问题;2.伺服电机可以达到较高的转速,一般转速在2000~3000转左右;3.伺服电机适应性强,抗过载能力也很突出;4.伺服电机在低速运行是十分平稳。不存在类似于步进电机的共振现象,在高速响应要求的场合下效果好;5.伺服电机反应很快,电机加减速的时间极短,基本上在几十毫秒之内。但是缺点是价格较贵,而且控制闭环回路难度增加。 (1)齿轮齿条 齿轮齿条传动的优点是可以承受非常大的载荷,同时精度也有保证。传动过程中,精度可以达到0.1毫米。并且在长度上不受限制,可以对接延长。传动速度也可以较快,可以大于2 m/s。但是缺点也同样存在,要是加工精度或者安装精度不好,使用时会有很大的噪音。 (2)同步带 同步带传动的优点是承载力相对较大。当负载变大时可以加宽皮带解决。传动时精度较高,在距离不是非常大的情况下十分可靠。而且同步带与同步带轮的啮合比较可靠,不会发生打滑等问题。最主要的是传动过程中运行平稳,基本上没有噪音。 (3)滚珠丝杆 滚珠丝杠主要作用是将旋转运动运动变为直线运动。滚珠丝杆主要分为螺杆、螺母两部分。使用时螺杆与旋转部件相连,螺母与直线运动部件相连。具有很高的精度,而且寿命较长,被广泛应用于各种工业设备和精密仪器中。优点是精度高,寿命长,缺点是价格比较贵。 总之,服装模板是现今服装生产最先进的工艺之一,将复杂工序简单化、标准化,提升效率;降低品质不良率,提高品质及生产时间的稳定性;减少对高技能人员的依赖程度,降低人工成本。这些优点都证明它是近期服装制造产业的方向,将有极大的市场空间。所以本课题研究的全自动服装模板机也将会有很大的市场。我们还将尽量地在保证质量的前提下降低成本,使更多的中小型企业可以装备,缓解进口同类设备价格较高的局面。 [1] 张华玲服装模板技术的应用[J].轻纺工业与技术,2013. [2] 汪云涛等.激光在服装裁剪中的应用[J].纺织学报,1998,10. [3] 张昭质.服装模板强势来袭[J].中外缝制设备2013,8. [4] 华尔天.微机控制的服装裁剪机结构设计[J].机电工程2005,3. [5] 蒋金武等.数控服装裁剪机裁刀切割机构的设计及平衡校核[J].现代纺织技术,2011,3. [6] Jacobs-BlechaC., Ammons, J.C., Schutte, A., Smith,T.Cut order planning for apparel manufacturing.IIE Transactions?30,1996. [7] 姜忠.服装模板的制作和应用[J].中外缝制设备,2010,3. [8] 胡磊.服装裁割机控制系统的设计与实现.中国优秀硕士论文全文数据库,2011. [9] 杨明才.服装模板的制作技术[J].中外缝制设备,2013,1. [10] 陈燕玲.服装裁剪生产能力研究[J].轻纺工业与技术,2013,6. [11] BouziriAhlem.A hybrid genetic algorithm for the cut order planning problem. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics).v 4570 LNAI2007. [12] 蒋建新.激光自动化切割设备的技术特点及应用前景[J].金属加工(热加工) ,201220. [13] 赵卫东,孙浩波,卫刚等.三维钢结构CAD软件中的节点设计[J].计算机工程,2003,7. [14] 尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社,2007. [15] 濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2001. [16] 刘党生.金属切削原理与刀具[M].北京:北京理工大学出版社,2009,8. 摘要: 本文基于进化理论,为切割装置是建立一个自发的、智能的CAD/CAM编程控制器智能系统(例如一个数控激光切割机床)。数控切割设备是应具有能够自主优化由该产品的 CAD 模型确定的切割轨迹的能力的。一种改进的遗传算法就是用于此目的。 数控机床自动编程的相关工作 传统数控机床的编程 CAM 系统是众所周知并且在商业可用的。近年来自动数控编程系统越来越广泛地应用于工具车间。下面将介绍几种系统。 文献[1]介绍了一种数值控制器,它包含程序设计装置,该装置用于构建编程学习相结合的处理程序。这种处理程序与输入程序相连,以产生工件的生成数控程序。该系统采用了一种新的方式用于学习处理程序并且使机器操作者能够选择学习模式和改变数控程序。 文献[2]介绍了一种刀具轨迹数据生成装置,该装置可以在CAD数据的基础上,迅速而又安全地产生刀具路径数据。刀具路径生成数据包括一个用于提取与工件的CAD模型具有相关特点的特征数据提取器。它可以选择切削刀具切削数据的模式,设定最佳的切割方法和刀具路径数据发生器。操作员不需要输入任何生成刀具路径数据。因此,刀具路径的数据可以自动、快速生成。 文献[3]所描述的对话框编程系统是用于数控机床程序的生成。所有的行动都是从加工要求和数控单元之间的对话开始,具有加工程序的输入,并将它下载到数控装置的能力。 文献[4]给出了分布式的网络化制造模式的概念。本研究主要致力于提高普通数控机床工具的智能化以及他们与外界协调工作的能力。实验结果表明,分布式网络化制造的原型系统是智能的,它增强了传统数控铣床提高其效率和质量的能力,并保护了切削工具。 在文献[5]中提出了一种从自动生产线创造不同特色产品的系统和方法。本系统包括一个自动激光切割装置。该方法包括通过操作一个带有参数计算机程序的激光切割机来接收数据文件。该方法还包含了一个用来实现激光切割机自动处理数据文件的自动电源。 在文献[6]中NC特征单元的提出是为了实时生成刀具路径数据并被用于实现2.5D剖面和三维曲面铣削操作。 所有的系统的共同点是,他们不是智能化的,也不可能对工件的未知部分生成数控程序,系统的学习能力并未展现出来。 在文献[7]中提出的一种生物制造系统的概念(BMS),概念基于生物自我组织进化的思想。自主移动是BMS等元素作为载运蛋白的一个基本要求。 传统的数控编程 生产车间引进数控机床工具需要一系列的准备工作。准备工作的范围程度随着满足用户特定需求的现代数控机床与日俱增。多亏了高精度的数控机床的机械加工操作,使得如今制造最先进和最精密的产品成为可能。机械零件正变得越来越复杂,包括在数控机床上的增加的准备工作和设置时间等方面。如今一种产品的编程数控机床成本占30%的生产成本;因此,理性地编程数控机床是非常重要的。编程过程的自动化在这里发挥了重要的作用[8]。一般情况下,编制程序包括以下步骤如图1 基本操作布局 2.详细的工作规划布局 3.编程 4.输出信息。 数控编程的必要条件是: 几何数据 2.工具数据 3.机床数据。 传统系统 VS 进化系统 进化控制的数控机床是一种被高度进化的程序控制的机床。一个进化控制的CNC机器能够自主地进行基本的操作、工作布局规划以及生产技术上和几何上复杂的产品,从而相应地减少上述30%的生产成本和产品价格的比例,如图2。 设计和制造是产品制造的主要阶段。设计包括规划和优化。规划决定了产品的制造,所以规划必须反复斟酌。简单的计算可以证明以上陈述。进化支持的编程阶段是完全自动化的,因而它减少了编程近30%的成本,这意味着我们能降低10%的生产成本。如果在下一步的制造成本只降低10%的话,我们也得到了一个令人羡慕的下降20%生产成本。 进化遗传算法被用于这项工作,它已被证明是一个在多规范、多参数、和不断变化的环境下的一种有效的优化工具。这种环境下有时候会有许多不同的,意想不到的,甚至是矛盾的条件,这是很难预料的,通过常规的方法来控制更加困难。 进化优化过程不同于常规的使用概率原则 (随机行动)的优化方法。因此,没有上述限制适用于他们。图3显示了进化优化方法的一般过程。解决优化问题通常从一个解决方案的随机创建开始[9]。 既然我们坚持用生物的比喻来解决这个问题,那这方法就可以被称为有机体或染色体。每个随机生成的有机体代表了一个优化问题的近似准确的解决方案。有机体随后被评估。选择和变异操作的协作更大概率地分配给那些能够较好的解决了这一问题的有机体。 2 从工件到产品 图3 进化算法的伪代码 换句话说他们能更好地适应环境。选择机制确保了适者生存,并把这些优点不变的注入到下一次循环,也被称为下一代。变量操作影响一个或多个亲本生物体。选择和变异完成后,新的一代被获取并被评估。该过程会一直重复直到过程的最终标准被满足。这个标准可以是预先规定的循环数目或一个高质量的解决方案。 自从J. Holland [10]介绍遗传算法之后,它的使用已经遍布几乎所有研究领域[ 11-13 ]。 群体由生物体组成。生物体是解决方案空间中的点。生物体的坐标,被称为基因,如图4。它的一个特点是一个由传统的GA编码生物体来代表变量的值(参数)的数学模型(成本函数)。最普遍的方法是编码成固定长度的二进制字符串变量。生物体的长度由区间决定。有机体的二进制表示形式称为基因型,机体的实际值称为表型,如图4。生物的评价是进化过程中的驱动力。生物个体的素质在其解决问题能力的基础上决定。传统遗传算法更高概率的共同运转(例如,复制,交叉,和变异)决定了生物体(解决方案)更高的质量。因此,钳工生物体的遗传物质会更频繁地转移到下一代,而不太适应的生物体会慢慢地从群体中消失。 让我们看看基本的遗传操作。复制操作,如图5。向质量更高的生物体提供了更高概率的选择。并且无差异地拷贝到下一代。 交叉操作保证了生物之间的遗传物质的交换。从两个亲本生物体开始,两个后代的生物体表现在基因水平,如图6。 在基因水平的突变随机将新的遗传物质引入生物体,如图7。 生物体的进化发展通常带来越来越好的解决办法。在文献中可以找到许多传统遗传算法的变形,并使其适用于对优化问题的具体特点的处理。特别是在有机体的表示形式上和使用额外的或修改过的遗传操作 [9,12,13] 方面。当达到终止标准时,进化终止。这个标准可以是预先规定的代的数目或质量足够高的解决方案。因而进化是一个具有不确定性的过程,它的每次运行并不一定以一个成功的解决方案而告终。为了获得成功的解决方案,必须有多个运行同时独立地处理问题。令人满意的解决方案所需的运行的数量取决于问题的困难程度。 问题陈述 进化支持激光切割编程问题是如何在确定的切削轨迹中获得最佳的切削路。 图4 遗传算法种群 图5 生殖遗传算法 图6 遗传算法的交叉 图7 遗传算法的变异 所提出的进化编程模型模拟二维激光切割。 图8显示了使用3D软件toplas三维激光切割(Erlanger激光实业,埃朗根,德国,)。激光切割编程任务是使用确定的切削轨迹来切削无碰撞材料。 8 三维激光切割 激光切割参数的进化 钣金工件具有恒定的厚度。该产品使用确定的切削轨迹来切割。进化的激光切割编程任务是为了产生出最佳的加工工件的指示。 图9显示的工具开始,终点和刀具路径,其中包括四和五的非切削轨迹。刀具切削轨迹明显。 9 刀具路径从起点到终点 一个开放的切削轨迹机床有两个制造策略。该工具可以从第一切割轨迹的终点开始切割或第二轨迹的终点开始切割。在两个开放的切割轨迹之间,切割机可以从八个策略之间选择。三个开放式切削轨迹可以有48个切割策略,而对于十个开放式切削轨迹则有3710000000种不同的切割策略。 进化支持控制器的目的是给一个最优无碰撞的切割策略问题找到一个最佳的甚至是最好的解决方案。 图10显示了切割轨迹转化为元素。一种元素的基因由轨迹的开始和结束点和轨迹长度组成。一个染色体是一个基因组成的切割策略,由切割轨迹序列组成。染色体是生物,代表的是人口图11。 交叉,变异和繁殖,排列简单这是用在规划和进化编程的激光切割优化的遗传操作上的。 10 切割轨迹变换元件 图11 基因、生物体、种群 繁殖操作向质量更高的生物提供了一个概率更高的选择。他们不变地拷贝到下一代。 交叉操作保证了生物之间的遗传物质的交换图12。 突变随机改变进入生物体的遗传物质。图13显示的轨迹3互换,即3号元素的开始和结束点。 排列改变切削的顺序。置换后的轨迹1(1元)被切断之前轨迹3(3元),如图14。 生物的进化发展通常会导致更好的解决方案。当终止标准被履行时,进化终止。这个标准可以是指定数目的世代的数目或一个高质量的解决方案。为了获得一个成功的解决方案,这个问题必须同时由多个独立的运行进行处理,这被称为文明处理。 12 交叉操作 图13 突变 案例研究 样品工件定义 进化支持激光切割编程的行为由以下实例来阐明。该产品在一个恒定厚度的金属薄板上加工,如图15、16。 图17显示了切割轨迹的钣金工件和产品的几何数据输入的结果。 14 排列 图15 片金属工件 图16 产品 500个独立个体被使用。繁殖的概率为0.1,交叉,变异和排列的概率为0.3。运行的代数为100代。每次运行的平均计算时间为8秒,在AMD K7,1兆赫,384 MB的RAM上运行。 随机切割策略图18和最佳的切割策略图19比较相差31.81%。在figs18两种策略之间的差异和19不明显,这是非常重要的。进化编程机床已自主的建立一个隐藏的最优解。 17 金属板件、产品和切割轨迹 图18 随机生物处理 图19 优化策略在文明最好的有机体 图19显示了一个最佳的解决方案,即最佳的切割策略。箭头显示切削方向;数字0至21代表切割序列。一个随机的切割策略的长度是1515单位。最佳的切割策略,长度仅为1033,两者相差31.81%。 进化方法遗传算法,它已被证明是多规范,多参数问题的一种有效的优化工具,并且成功地实现了自主的激光切割编程。数控编程代表了30%的生产成本。编程阶段,即生产规划和优化阶段,成功地彻底自动化。 以上所提出的概念,是对未来智能制造系统的一个贡献。它的目标是自动化,分布,分层组织,分散控制,在突发事件和严格生态标准的考虑下的智能决策等。未来的智能系统将是一个融合了不确定性与确定性的方法。 对柔性制造系统(FMS)的传统生产的概念不具备足够的充分性和复杂性来满足未来的制造标准。从技术和生态的观点来看FMSs是不够充分的。 以上所提出的生产系统的概念采用了遗传组合、优胜劣汰的自然选择生物进化原理。因此FMS是能够解决自动、普遍的问题并能适应突发事件的。未来的研究与所提概念的实际应用共同发展。初步结果是乐观的。 [1] Kato K,Momochi T (1990) Numerical controller for machining tool with learning function.Patent number DE4011591 [2] Kadono M (2001) Tool path data generation apparatus for NC machine tool and numerical controller provided with it.Patent number US2001000805 [3] Waldenmaier P,Wirth H,Monz J (1996) Dialogue orientated programming system for a CNC machine tool.Patent number EP0726509 [4] Cheng T,Zhang J, Hu C, Wu B,Yang S (2001) Intelligent machine tools in a distributed network manufacturing mode environment.Int J Adv Manuf Technol 17(3):221–232 [5] Torvinen JM (2001) Parametric programming of laser cutting system.Patent number:WO0150404 [6] Zhang L,Deng J,Chan SCF (2000) A next generation NC machining system based on NC feature unit and real-time toolpath generation.Int J Adv Manuf Technol 16:889–901 [7] Ueda K (1999) Learning approaches to autonomous robots in biological manufacturing system.In: Proceedings of the tenth international DAAAM symposium: Intelligent manufacturing and automation,Vienna,Austria,21–23 October 1999:559–560 [8] Balic J (1999) Contribution to integrated manufacturing (Manufacturing technology series).DAAAM,Vienna, Austria:223 [9] Brezocˇnik M,Balicˇ J,Kampusˇ Z (2001) Modeling of forming efficiency using genetic programming.J Mater Process Technol 109(1/2):20–29 [10] Holland J (1975) Adaptation in natural and artificial systems.University of Michigan [11] Goldberg DE (1989) Genetic algorithms in search,optimization,and machine learning.Addison-Wesley,Reading,MA [12] Koza JR (1994) Introduction to genetic programming.In: Kinnear EK (ed) Advances in genetic programming.MIT Press,Cambridge,MA:21–42 [13] Mitsuo G (1997) Genetic algorithms and engineering design. Wiley,Canada 124 摘要 本课题根据服装市场实际的需求,设计了一款全自动服装模板机。首先对服装模板进行了了解分析,明白了服装模板的用途和制作方法。结合市场实际和性能指标要求,然后开始整体方案的设计。总体方案的设计主要从切割方式、电机类型、PVC板固定、传动方式几个方面的选择。在该方案里,X、Y、Z三个自由度上的运动都是在对应的直线导轨上完成;动力由三个步进电机完成;动力从步进电机发出以后通过同步带传授到运动机构,整个过程快速、准确,而且噪音较小。在整体方案和细节都确定以后开始进行三维建模,对每一个模块进行具体的设计,包括尺寸、零件材料、安装方案等。之后是在三维模型的基础上进行干涉检查,布局改进等。 在结构设计完成之后,本文对各重要部分进行了力学的计算校核,以确保产品设计的可靠性。需要校核的部分主要包括工作部位的切削力、导轨、滚至丝杆、电机、同步带等,这些部分的合理设计直接关系到最后产品的使用效果和使用寿命。 ABSTRACT According to the actual need of the clothing market, we designed a automatic garment pattern machine. First, we should analyse the clothes template, understand the purpose and method of making clothing template. According to the requirement of the actual market and performance indicators, and then start to design the overall scheme. The overall program design is mainly from the way of cutting, motor type, PVC plate fixation, several aspects of the selection of transmission mode. In this scheme, X, Y, Z, these three degrees of movement are performed in the linear guide rail on the corresponding power which rely on three stepper motors to complete; Power is issued from the stepper motor through a synchronous belt imparted to the movement mechanism, the whole process is fast, accurate, and lower noise. The overall plan and the details are determined after the beginning of 3D modeling, detailed design of each module, including the size, material, installation scheme etc.. After the interference checks on the basis of 3D model, lay out improvement etc.. After the structure is designed, this paper carry out calculation mechanics on the important part, in order to ensure the reliability of product design. The cutting force, needs to checked. The parts mainly include the working parts of the guide rail, rolling to the screw rod, motor, synchronous belt. The rational design of these parts is directly related to the effect and the service life of the final product. Keywords : garment pattern machine; the overall scheme; structure design; mechanical analysis 目录 1 1.1课题研究背景及意义 1 1.2国内外研究情况 2 1.3课题主要研究内容 3 第二章 全自动服装模板机总体方案设计 4 2.1总体方案设计关键点 4 2.1.1 PVC板切割方式 4 2.1.2 PVC固定方式 4 2.1.3电机类型 6 2.1.4传动方式 7 2.2总体方案确定 7 第三章 全自动服装模板机结构设计 8 3.1工作原理 8 3.2具体结构设计 8 3.2.1平行运动机构结构设计 9 3.2.2同步带传动机构设计 11 3.2.3同步带张紧机构结构设计 11 3.2.4机头部分结构设计 12 3.2.5横梁支撑架结构设计 13 3.2.6 PVC板固定方式设计 13 第四章 全自动服装模板机主要零件选型设计 15 4.1铣削力计算 15 4.2导轨副选型计算 16 4.3滚珠丝杆副选型计算 18 4.4电机选型计算 21 4.5同步带及带轮选型设计 23 4.6主要零件设计 24 第五章 总结与展望 26 5.1总结 26 5.2展望 27 致谢 28 参考文献 29 第一章 绪论 1.1课题研究背景及意义 中国是一个出口大国,服装的出口占很大的比重。随着人们经济收入的提高和消费观念的改变,人们对服装质量的要求逐渐提高。因此,这就间接地对服装生产的精度提出了要求在我国现有的服装加工领域,主要存在以下几个问题。1.自动化程度低,主要依靠人工完成服装生产;2.生产设备落后,大部分高端的设备都是依赖进口;3.生产效率低,由于设备的缺陷,使得国内的生产效率远不及国外同行。 服装面料缝合是服装加工技术中比较关键一道工序,对服装加工制造品质有重要影响。传统服装企业中,缝合主要依靠工人手工,这样就带来了劳动强度大、生产成本高、产品精度低等问题,不符合市场方向,市场竞争力低,已经不能满足企业需求。主要原因是:人员和材料的成本增加、利润降低;服装款式多样化,交货期缩短;服装质量要求提高,熟练的工人越来越难找;新老员工交换,新手技能低;服装设备升级,逐渐向自动化发展。 自从改革开放后,服装模板技术已经不是国外独有。随着国内企业与国外企业合作的增多,模板技术被越来越多中国服装企业采纳。但是受限于模板制作成本的问题,一开始只有少部分企业可以承受。正当世界即将进入二十一世纪,我国改革开放也更加彻底,很多新型的材料、新的加工方法、新的设备被国人掌握。同时,进入新世纪以后,国内各行业的劳动力成本、原材料成本等急剧增加,这也迫使服装企业需要想办法降低成本。 服装模板技术简单地说是一种缝纫工艺。人们先在PVC板上按服装尺寸的需要开出各种槽,然后在缝设备上设计压脚、针板、牙齿等设备。在缝制是,前面所开的槽就是线的轨迹,使得缝制更加精确快速。服装模板技术是现在比较主流的方法,这一技术使得原本复杂工序变得简单、精确。不仅提升了效率,还降低了次品率。这就保证了品质和生产时间的稳定,减少了对专业人员的依赖程度。服装模板技术的使用有以下几大优点: 1.提高缝制效率 流水线使用模板和不使用模板缝制效率明显不同,比如在没有使用模板前,服装贴袋前需要一个人整烫,一个人定位、缝制,而使用模板后,一个人就可以制作了,而且速度快、质量高,提高了效率,节约了人工。 2.降低缝制难度 服装模板工艺出现后,服装企业对专业工人的要求变低。即便是之前没有经验的人员,经过简单地培训也可以做出让人满意的产品。比如,缝制过程中上拉链、开口袋、上领子等属于比较有难度的,原本只有经验丰富的老员工才会。但是使用服装模板后,只要会缝纫,培训一星期后即可上岗。 3.提高缝纫质量 使用模板,面板和底板吧裁片夹住以后,裁片很难错位,有弹性的面料或者对条对格的面料,很轻松地就缝制完成,并且质量很高。一毫米或者六毫米的明线,只要员工沿着线槽加工就可以,并且结果让人满意。使用服装模板以后每个地方都很平整,不起拱,质量很高。 4.易于平衡工序,使流水线更流畅 由于工艺的加工难度降低,这样的缝制节拍更容易控制。如果某个工位需要加人,组长可找的工人就比较多,不会因为工人水平有限,而不能上岗。 5.节约人工,节约成本 使用模板之后,很多工序就简化了,人工也减少了。比如肩袢、裤袢,普通缝制要一个人用净样板熨烫缝份,另一个人缝制,再有一个人清剪缝份,翻转、熨烫,总共至少两人完成此工序。如果运用工艺模板,只要一个人即可,而且很快,简单化了工艺,节约了人工成本。 6.减少特种机的购买 一些平时难于控制的部位和效率低下的工艺,通常会购买特种机。但是特种机一般价格较高。运用服装模板技术以后,只要每个部位制作对应的服装模板,问题基本都可以解决。比如衣领、口袋、袖口等。不用花重金在专用设备,如开袋机、上袖机、打褶机等上面。 目前,服装企业一般采用PVC板作为模板的开模材料。PVC板相对来说成本较低,整体性也很好。其具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性。而且制作完成以后尺寸稳定,耐磨、强度高。同时不容易老化,绝缘性好。最重要的是表面光洁平整,不吸水不变形,比较容易加工。 20世纪60年代,德国已经开始在衬衫的制作上运用模版技术,当时衬衫的袖口、领子等部位最早使用模板,模板制作用的材料是钢板。1980年以后,在我国台湾等地开始出现有机玻璃制作的服装模板,当时模板最大的问题是不方便保存。随着科技的进步,PVC板、亚克力板等材料逐渐在服装模板中使用。20世纪90年后,我国广东、福建等地逐渐开始使用服装模板,但是只是局部使用,主要使用部位有领子、口袋和袖子等。 进入新世纪以后,国内各行业的劳动力成本、原材料成本等急剧增加,这也迫使服装加工企业要想办法降低生产成本。最直接有效的方法就是提高自动化水平,减少劳动力成本。不仅人工减少了,效率还提高了。于是就有了服装CAD、CAM的诞生。随着长臂缝纫机的兴起,服装模板技术已经不再局限于某个部位,而是整件衣服都可以做服装模板。随着服装模板的运用越来越多,其制作过程就成了该技术后续发展的重要环节。所以本课题是要设计一款可以切割PVC板的设备,可以方便、精确、快速地制作服装模板,同时考虑去除有害气体的功能。 服装面料缝合是服装加工技术中比较关键一道工序,对服装加工制造品质有重要影响。传统服装企业中,缝合主要依靠工人手工,这样就带来了劳动强度大、生产成本高、产品精度低等问题。不仅不符合市场方向,市场竞争力低,也已经不能满足企业的标准。主要原因是:人员和材料的成本增加、利润降低;服装款式多样化,交货期缩短;服装质量要求提高,熟练的工人越来越难找;新老员工交换,新手技能低;服装设备升级,逐渐向自动化发展。 本课题研究的设备是全自动服装模板机,主要用于服装模板的制作。目前服装行业的服装模板大多是由PVC板加工而成,厚度为0.5-1.5mm,如图1-1所示。 本课题的研究内容是全自动服装模板机的结构设计,主要是根据PVC板的特性,设计出一款能够自动切割PVC板的设备。要求其结构稳定、紧凑,加工精确,操作简单。 主要性能指标: (1)裁剪厚度:至少5mm且可调; (2)样片固定方式:负压吸附; (3)切割速度:50-100mm/s; (4)有效作业范围:1500mmx900mm。 2.1总体方案设计关键点 本课题全自动服装模板机的设计根据上一章的设计要求为基础展开。将着重从以下几个方向进行考虑。 2.1.1 PVC板切割方式 PVC板相对来说成本较低,整体性也很好,具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性。而且制作完成以后尺寸稳定,耐磨、强度高,同时不容易老化,绝缘性好。对PVC板的加工一般分为机械式的铣刀切割和激光切割。 (1)铣刀切割: PVC板的铣刀加工,一般使用立式铣刀。加工速度较快,而且加工时无烟无味。加工时可以达到效率高、不粘屑的效果。因为PVC板特殊的制造工艺,所以加工时基本不会出现爆口。刀纹也十分细致,甚至没有刀纹。最后的产品表面光洁平整,需要的话也可以达到磨砂效果。 (2)激光切割 二十世纪六十年代,世界上第一次出现了激光,它的到来引引领了新的时代。在之后的几十年里,激光让我们的生产生活有了很大不同。激光切割有以下几个优点: 1.激光亮度极高,通过聚焦以后,可以在被加工材料表面产生超高温; 2.激光的光束可以做到非常细,可以达到微米级甚至纳米级; 3.激光加工时属于非接触式加工。因此不需要考虑工具的补偿,也不用考虑工具的磨损; 4. 激光加工时属于非接触式加工。所以所需要的牵引力较小,选取小功率电机即可满足要求。 但是激光切割也有缺点:1.激光产生设备相对价格较高,会增加成本;2.因为激光切割是靠高温,类似于燃烧,所以切割时产生有害气体,对人体有害。 PVC固定 (1)夹具固定 1.保证加工精度? 当工件固定在设备上加工时会受到很多方向力的作用,加工的刀具的运动路径是相对工作台而言的,所以要想保住加工精度就必须保证工件和工作台的相对静止。当工件和工作台相对静止得到了保证,刀具就会准确地在工件上进行加工,使得最后加工出的产品与设定的数据一致。 2.提高生产率? 因为原材料与产品并不是一对一的,一件原材料有时可以做出多个成品。使用夹具固定以后就可以一次性加工出较多的产品,省去中间多次定位、对刀的过程,提高了效率。要是采用气动、液压等夹紧方式,可以进一步缩短时间。 3.扩大机床的使用范围? 许多夹具的设计时针对特定的操作的,这就使得原本功能单一的设备有了多重功能。这样,一台设备有了多台设备的功能,可以让企业减少很多成本投入。? 4.保证生产安全? 使用夹具固定,保证了加工过程中的安全性,不会存在物件飞出等事故。同时减少了操作工的工作量,能更加集中精力,确保安全。 图2-1a所示是夹具的固定方式,2-1b所示是固定用的夹具。 图2-1a 夹具固定方式 图2-1b 固定夹具 (2)负压吸附 厚度较小的板材类工件,在高速铣削加工是可以采用负压真空吸附的固定方式。它的工作原理如图2-2所示。通过工件1、定位部件3、密封材料4形成密闭空间,同时将一个抽气泵与密封腔连接。开始工作时,抽气泵将气体从密封腔内吸出,使密闭空间内产生真空。外部的大气压力就会将材料压紧在工作台上。这样的情况下各处受力均匀,工件的变形达到最小。等到加工结束以后,让密闭腔与外界相通,同时抽气泵停止工作,工件就会与工作台分离。 图2-2 负压吸附的结构 电机类型 (1)直流电机 直流电机是直接将直流电转换成机械能的电机。实现是直流电能和机械能互相,当它作动力源时,将电能转换为机械能。 直流电机主要优点如下:1.调速范围广,易于平滑调节;2.过载、启动、制动转矩大;3.易于控制,可靠性高;4.调速时的能量损耗较小。 缺点是:1.换向困难;2.容量受到限制;3.精度有限。 (2)步进电机 步进电机的工作是由驱动器发出的脉冲信号来控制的。每当驱动器向步进电机发送一个脉冲信号,电机就转过一个特定的角度,这个角度就叫做步进角。 优点 :1.步进电机旋转过的角度和脉冲数成正比,方便控制;2.当步进电机停止转动时,拥有最大转矩;3.步进电机每一步的精度在百分之四左右。它不会将上一步的误差积累到下一步。所以位置精度、运动重复性很好;4.优秀的起停和反转响应;5.步进电机没有电刷。所以电机的寿命较长,可靠性也好;6.因为步进电机的响应仅和输入脉冲数有关。所以可以采用开环控制,控制方便;7.因为速度和脉冲频率成正比,所以转速的范围比较宽。 缺点: 1.控制要恰当,否则容易产生共振;2.难以运转到较高的转速。 (3)伺服电机 伺服电机的主要优点:1.因为伺服电机可以反馈数据。所以可以实现闭环控制,不存在步进电机失步这种问题;2.伺服电机可以达到较高的转速,一般转速在2000~3000转左右;3.伺服电机适应性强,抗过载能力也很突出;4.伺服电机在低速运行是十分平稳。不存在类似于步进电机的共振现象,在高速响应要求的场合下效果好;5.伺服电机反应很快,电机加减速的时间极短,基本上在几十毫秒之内。但是缺点是价格较贵,而且控制闭环回路难度增加。 (1)齿轮齿条 齿轮齿条传动的优点是可以承受非常大的载荷,同时精度也有保证。传动过程中,精度可以达到0.1毫米。并且在长度上不受限制,可以对接延长。传动速度也可以较快,可以大于2 m/s。但是缺点也同样存在,要是加工精度或者安装精度不好,使用时会有很大的噪音。 (2)同步带 同步带传动的优点是承载力相对较大。当负载变大时可以加宽皮带解决。传动时精度较高,在距离不是非常大的情况下十分可靠。而且同步带与同步带轮的啮合比较可靠,不会发生打滑等问题。最主要的是传动过程中运行平稳,基本上没有噪音。 (3)滚珠丝杆 滚珠丝杠主要作用是将旋转运动运动变为直线运动。滚珠丝杆主要分为螺杆、螺母两部分。使用时螺杆与旋转部件相连,螺母与直线运动部件相连。具有很高的精度,而且寿命较长,被广泛应用于各种工业设备和精密仪器中。优点是精度高,寿命长,缺点是价格比较贵。 通过比较,我们最终确定了具体方案。切割方式选择安全无污染的铣刀切割,精度也符合要求。PVC板的固定方式采用的是以真空吸附为主,用夹具进行单边辅助。选择步进电机为各种运动提供动力,同时控制方式选择的是开环控制,在正常情况下不会发生丢步现象,精度符合需求。动力提供到运动部件的运动采用的是同步带传动,整个过程快速、准确、噪音小。 3.1工作原理 本课题设计的产品是服装模板机,用于服装模板的制作,加工的材料是厚度较小的PVC板。服装模板机有一个平台用于固定PVC板,机头部分有X、Y两个自由度。机头本身也有一个自由度X、Y两个方向有86步进电机提供动力,经过同步带轮两级传动减速。X向同步带直接与横梁支撑架相连接,带动横梁支撑架以及横梁一起运动。Y向同步带也是直接与机头固定板相连接,带动机头固定板以及整个机头一起运动。机头部分包括一根滚珠丝杠以及一个控制滚珠丝杠转动的57步进电机。丝杆的转动带动主轴电机的上下。在主轴电机的夹紧装置上装有一个压盘,当主轴电机下落时压盘压住周围的PVC板避免拱起,以达到保证精度的作用。 全自动服装模板机分3个平行运动机构、2个同步带传动机构、1个机头机构和1个横梁支撑机构。其中平行机构包括X向平行运动机构、Y向平行运动机构、Z向平行运动机构,同步带传动机构包括X向同步带传动和Y向同步带传动。详图见图3-1所示。 (1)X向平行运动机构: X向平行运动机构是主要由同步带、同步带轮、导轨、滑块、导轨固定角铝、同步带张紧机构等部件组成。因为导轨的安装面必须有一定的平整度,而机架是由方管焊接而成,平整度并不满足要求,所以没有将导轨直接设计在机架侧面。而是在机架侧面先安装平面度较好的角铝,然后在角铝的上表面安装导轨。安装角铝时,需要保证角铝的上表面到机架上表面距离相等,以确保最后加工表面与横梁的平行度。安装导轨到角铝的上表面时,需要保证导轨到机架侧面的距离相等,以确保左右两根导轨的平行度。详见图3-2所示。 (2)Y向平行运动机构: Y向平行运动机构包括横梁、导轨(滑块)、机头固定板、同步带轮等,横梁与下横梁支撑架相连接。横梁与横梁支撑架之间用螺栓相连,之后开始安装两根水平的导轨。安装导轨时,出于安装方便只需要保证导轨侧面与横梁上方距离相等。因为之前在安装X向导轨时,导轨到机架上表面距离相等,所以横梁与机架上表面的平行度满足要求。导轨安装好之后,接着将机头固定板安装到滑块上,保证机头固定板上沿与横梁平行。然后开始安装同步带。机头固定板一边预留了通孔用来夹紧同步带的一端,将同步带从横梁中间穿过,绕过同步带轮与同步带张紧块先相连,同时预留一定长度。最后用调节螺栓穿过同步带张紧块,固定在机头固定板侧面,拉紧,安装完成。详图见图3-3所示。 (3)Z向平行运动机构: Z向平行运动机构的主要零件有步进电机、滚珠丝杠、导轨(滑块)、带座轴承以及用于主轴电机座固定的固定块等。先将两根导轨装到机头固定板上,注意保证两者的平行度以及与台面的垂直度。然后装上带座轴承、滚珠丝杆以及步进电机。步进电机的位置可以前后调节。接着将电机座固定块与滑块相连,旋转滚珠丝杆螺母调节位置,当螺母的孔位与电机座固定块对应时将两者用螺栓连接,安装完成。详图见图3-4所示。 (1)X向同步带传动机构: X向同步带传动机构是由步进电机、同步带轮、光轴、X向电机安装架等部件组成,电机的旋转通过同步带进行减速,减速比为2:1。步进电机安装在电机安装架上,一级传动的小同步带轮直接安装在电机轴上,通过同步带带动光轴上的大同步带轮。安装电机时,先用螺栓穿过电机和电机位置调节板,然后穿过电机安装架上的直槽口。接着在两个同步带轮上套上环形的同步带,通过调节板上的螺栓拉紧同步带,最后用螺栓将电机锁紧在电机安装架上。详图见图3-5所示。 (2)Y向同步带传动机构: Y向同步带传动机构是由步进电机、同步带轮、光轴等部件组成,电机的旋转通过同步带进行减速,减速比为2:1。安装电机时,先用螺栓穿过电机和电机位置调节板,然后穿过横梁支撑架上的直槽口。接着在两个同步带轮上套上环形的同步带,通过调节板上的螺栓拉紧同步带,最后用螺栓将电机锁紧在横梁支撑架上。详图见图3-6所示。 同步带张紧机构是在安装同步带时使用的,保证同步带有一定的张紧度,不会发生跳齿、打滑等现象,提高传动的精确度。安装时先将张紧带轮安装托板安装到机架侧面,然后将同步带轮固定在横梁支撑架上,预留一定的长度,接着把同步带拉紧块安装到张紧带轮安装托板上,同时装上调节螺钉将同步带拉紧。当需要拉紧同步带时,拉紧的是整个带轮架,而不是只有带轮。其中带轮架包括带轮、光轴、轴承等。确定同步带安装到位以后,用螺栓将整个带轮架与张紧带轮安装托板固定,安装结束。详图见图3-7所示。 机头的作用是进行对PVC板的切割,整个过程包括落笔-画切割路径-抬笔-落刀-切割-抬刀,期间还需要考虑废屑和废气的吸除。它主要由主轴电机、主轴电机座、落笔电磁铁、压盘、吸尘管等部分组成。工作时,先由落刀电磁铁使记号笔下落,笔尖接触到PVC板。通过程序控制X、Y两个步进电机使机头运动,在PVC板上画出切割路径,完成之后抬刀。然后滚珠丝杆驱动整个主轴电机下落,下落过程中压盘压住PVC板并开启主轴电机。压盘里面是导通的,切削产生的废屑和废气由吸尘器通过吸尘管吸除。详图见下图3-8所示。 为了降低产品的成本,横梁支撑架并非是一次性加工完成的独立的零件,而是由四块厚度为10mm的钢板分开加工以后焊接而成。上、下两块钢板上装有轴承,用来安装光轴,光轴上装有同步带轮。下板上打有通孔,用于和X向导轨上的滑块相连。在上板的相应位置也有对应的孔,用于安装时穿过工具所用。上、下板上开有槽,同样是上下对应的,然后将中间板插入槽中,保证上、下两块板平行以后焊接固定。详图见下图3-9所示。 (1)负压吸附部分 在切割PVC板之前,首先要对PVC板进行固定,以保证加工的精度。因为设计方案确定过程中,PVC板的固定方式选择的是负压吸附为主,单边夹具辅助。负压吸附首要条件是要形成真空腔,所以将机架设计成图3-12所示。四周用40×80的方管焊接而成,同时在地面焊接一块厚度3mm的铁板。为了加强整体强度,在方管之间又焊接了许多40×20的方管支撑。同时在小方管之上又焊接许多铁块,使铁块上表面与机架上表面等高。最终台面板安装在机架表面,并利用螺栓固定在铁块上,行程真空腔。在真空腔下表面的铁板上留有抽气孔,工作时连接吸风机。为了配合吸附,台面板设计成无数小的吸风孔,使PVC板可以吸附在上面。详图如图3-10所示。 (1)负压吸附部分 除了负压吸附部分,本文设计的PVC板固定还有单边的夹具辅助。因为材料PVC板长度较长,采用点固定需要较多的点,所以设计采用线mm,所以压条的长度设计为1098mm,略大于设备要求的最大尺寸。压条两端有通孔,便于螺栓穿过。在台面板的下表面还安装有一块铁板,上面焊有两个螺母,位置与压条上通孔的位置对应。螺栓上套有弹簧,位置在压条与台面板之间。工作时将PVC板夹在台面板与压条中间,向下旋转螺母压紧PVC板。加工结束以后松开螺母,受弹簧作用压条自动上弹。详图如图3-11所示。 4.1铣削力计算 切削力是服装模板机工作时产生的主要阻力,是由铣刀和被加工材料接触产生的。所以影响它的主要因素是材料特性、铣刀形状、铣刀转速、切削厚度、进给量等。 因为现实使用中服装模板机加工的主要材料是PVC板,因此计算时选取PVC板的参数来进行计算。主轴电机上选用的铣刀是钨钢铣刀,型号为NJ3.3020,主要参数如表4-1所示。 表4-1 铣刀主要参数 最大直径d 铣刀齿数Z 最大切削宽度aε 最大背吃刀量ap 3.175mm 2 0.5mm 2mm (4.1) VC——切削速度 ,ap——铣削深度,fz——每齿进给量,f——进给量, Vf——进给速度, Pc——切削功率 ,B——切削宽度,Cp——工件材料对切削力影响系数,K——刀具前角对切削力影响系数,K1——切削速度对切削力的影响系数。 根据所选的铣刀的参数(直径为d=3.175mm,齿数Z=2)。为了得出受力最大的情况,所以选取不对称铣削的情况。选取最大的铣削宽度为ae=1mm,切削宽度B=2mm,每齿进给量fz=3×10-2mm,铣刀转速n = 20000r/min。将各数值代入式(4.1)中求得最大的铣削力: 当选取端面立铣刀进行不对称的圆柱铣削时。查文献可以得到各铣削力之间的比值关系,各铣削力的大小比值范围如下。估算三个方向的力分别为: (4.2) 所以都取最大值: 进给力: 背向力: 垂直进给力: 4.2导轨副选型计算 选择导轨副的要求:(1)承载能力足;(2)寿命长;(3)导向性能好,定位精度高。 选择导轨副需遵循的原则:(1)尺寸方面满足设计指标;(2)满足刚度、强度要求;(3)要便于拆装,便于测试、调试、维修等操作;(4)给传感器、功能元件等预留安装位置。 (1)X向导轨 首先,需要对作用在X向导轨上需要运动的部分进行重量估算。其中包括镀锌方管、横梁支撑架、机头固定板以及机头部分等,总重量估计约为300N。 导轨的使用寿命很大程度上受到工作载荷的影响,是一个重要因素。在该产品的设计中,工作台水平放置。两侧采用并排的两根导轨,每个导轨上两个滑块承重。计算受力最不利的情况,即上述的工作载荷全部由一个滑块承重,则该滑块所承受的最大的垂直方向载荷是: (4.3) 包括所有移动部件的质量G=300N,外加切削形成的载荷F=Fz=232N,代入式(4.3),计算得最大工作载荷Fmax=532N=0.53kN。 根据得到的最大工作载荷Fmax=0.13kN,查阅ABBA公司的产品手册。初选自润式直线滚动导轨副作为X向导轨,型号为BRS系列的BRS20B型。主要参数如下:额定动载荷C=13720N,额定静载荷Co=23520N,沿导轨方向最大容许静力矩My=143 N*m,垂直导轨方向最大容许静力矩Mx=235.2N*m。 考虑该方向有效工作范围是1500mm,预留有一定余量,所以最终选取X向导轨长度为1670mm。 上述所取的BRS系列光轴导轨副的光轴硬度为58-62HRC,取值60HRC。因为工作时导轨温度不会超过100摄氏度,每根导轨上都安装有双滑块。导轨精度精度为5级,滑块工作时速度较不高,载荷相对较小。所以查该公司产品参数表,最终选取以下哥参数代入计算。其中,硬度系数fh=1.0,温度系数ft=1.0,接触系数fc=0.81,精度系数fr=0.9,载荷系数fw=1.5,滚动体为滚珠,ε=3、K=50,代入公式(4.4),计算得可达到的距离为: (4.4) 距离远大于期望值500Km,所以距离额定寿命可以满足使用。 (2)Y向导轨 首先,需要对作用在Y向导轨上需要运动的部分进行重量估算。主要是机头固定板和机头部分。机头部分包括Z向电机、滚珠丝杠副、主轴电机座固定块和主轴电机等,总重量约为200N。根据需要承重的大小,查阅ABBA公司的产品手册。初选自润式直线滚动导轨副作为Y向导轨。导轨的型号为BRS系列的BRS15B型,主要参数如下。额定动载荷C=8330N,额定静载荷Co=13230N,沿导轨方向最大容许静力矩My=66.64N*m,垂直导轨方向最大容许静力矩Mx=98.98N*m。 考虑该方向有效工作范围是900mm,预留有一定余量,所以最终选取Y向导轨长度为1320mm。 将Y向导轨部分进行合理的简化,得到简化图4-1所示。 -1 Y向导轨力学简化图 如图中所示,机头部分通过两根导轨与横梁固定,机头部分重力G=200N,与横梁部分连接处分别受到4个力的作用,F1与F3之间的距离为55mm,G与F2、F4之间的距离为57mm。查文献可知: G=F2=F4 F1=F3 (4.6) (F1+F3) ×55mm=(F2+F4) ×57mm (4.7) 代入数据可以算出,F2=F4=100N,F1=F3=104N,垂直方向扭矩F1=F2=100N×0.015m=1.5N*m。均远小于所选导轨的额定载荷,所以在安全范围之内。 (3)Z向导轨 参考Y向导轨的选型,Z向导轨同样选取ABBA公司的自润式直线滚动导轨。型号为BRS系列的BRS15B型,长度为200mm。该导轨额定动载荷C=8330N,额定静载荷Co=13230N,沿导轨方向最大容许静力矩My=66.64N*m,垂直导轨方向最大容许静力矩Mx=98.98N*m。因其与Y向导轨型号相同,且其上所承载的重量小于Y向导轨上的重量,所以承重也在安全范围之内,不需重复校核。 (1)滚珠丝杆最大工作载荷计算 在加工过程中,机头部分受到来自进给方向的载荷F=379N,受到横向载荷F=295N,受到垂直方向的载荷F=232N。 估算得运动部件总重量。查找资料可知,应选取颠覆力矩影响系数k=1.1,导轨的摩擦系数μ=0.005。可以求得滚珠丝杆的工作载荷为: (4.8) 最小载荷Fmin是机头部分不进行切削时,作用于滚珠丝杆上的轴向载荷。 此时Fx=Fy=Fz=0。 (4.9) 最大载荷Fmax是机头部分承受最大切削力时,作用于滚珠丝杠的轴向载荷。 (4.10) 当量载荷: (4.11) 当工作载荷与转速接近正比变化,且各种装束受用机会均等时,平均工作载荷: (4.12) 带入数据到公式4.12计算 () 选择滚珠丝杆导程时,必须考虑传动要求。其中负载、传动效率等是需要考虑的主要点。首先,需要符合机床传动要求,其公式为: (4.13) 其中: Vmax——机头部分的最快进给速度; nmax——驱动电机最高转速。 将Vmax=1200mm/min, nmax=600r/min代入,得到: 能达到控制精度的前提下, Ph取稍大的数值,Ph=4mm (3)滚珠丝杠额定动载荷Cam计算 (4.14) 式中:Fm——滚珠丝杆平均工作载荷, nm——平均转速,tt——寿命时间,fw——载荷系数,fH——硬度系数。 其中平均转速nm=72r/min,初设寿命tt=10000h。查参考资料得,在轻微冲击时,取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60HRC时,取硬度系数fH=1.0。将数值代入式中,求得预期额定动载荷: Cam=475.21N。 (4)滚珠丝杠型号初选 根据最大动载荷和初选的丝杠导程,查ABBA公司产品手册。选取SFU01604-4型滚珠丝杆。该螺母为内循环固定、反向器单螺母。其公称直径D0=16mm,导程为4mm。螺母内循环滚珠为3圈×1列。精度等级取5级,额定动载荷Ca为6.17KN, Ca>Cam,满足要求。 (5)滚珠丝杠校核计算 a.压杆稳定性验算 丝杆压弯时,临界载荷P课由欧拉公式计算: 式中:E——弹性模量,E=2.1×105N/mm2;I——丝杠端面最小惯性矩; d2——丝杠底径;l——螺母固定端处最大距离;K——压杆稳定安全系数;μ——长度支撑系数(如4-2所示)。 图4-2 长度系数的选择 丝杆有效直径d2=13.1mm,计算得到截面惯性矩I=π(d2)4/64=1445.62mm4。压杆的稳定安全系数K=3,取支承系数μ=2。丝杆螺母到固定处的最大距离值l=140mm。计算求得临界载荷P=114.65kN≥Fmax,故丝杆不会失稳。 b.容许拉伸(压缩)载荷校核 丝杆拉压容许载荷P1可由表4-选取: 丝杆直径(mm) 16 18 20 25 28 32 36 40 45 50 55 63 P1(kN) 21 28 32 54 66 82 110 137 184 221 285 338 P1=21kN≥Fmax,满足要求。 c.螺母静额定载荷校核 式中:Coa——基本静额定载荷,Coa =12.5Kn;Kj——静态安全系数,大小可从表4-选择。 使用条件 静态安全系数值Kj 普通载荷 1—2 冲击或振动载荷 2—3 KjFmax=3×280.6N=841.8N≤Coa满足要求。 d. ·公交路线查询系统_毕业论文(设计) 关键字: GoogleMap; xcode; ios; 地图导航.doc ·公交保养厂和垃圾中转站工程施工组织设计 江苏丰瑞建设工程有限公司.doc

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