机械制造与自动化专业毕业论文
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发布时间：2022-04-24 21:02
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时间：2023-10-11 02:55
摘 要:自动化制造系统(FMS)系指具有自动化程度高的制造系统。目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的自动化为目标的制造系统。
关键词:制造规模;关键技术;发展趋势
随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切,FMS发展颇为迅速,并且由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展。
一、自动化机械制造规模
按规模大小FMS可分为如下4类
(一)自动化制造单元
FMC:的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年,它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成,具有设置应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物,其特点是实{目单机自动化化及自动化,迄今已进入普及应用阶段。
(二)自动化制造系统
通常包括4台或更多台全自动数控机床及人工中心与车削中心等),由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
(三)自动化制造线
它是处于单一或少品种大批量非自动化自动线与中小批量多品种f:MS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床,亦可采用专用机床或NC专用机床,对物料搬运系统自动化的要求低于FMS,但生产率更高。
(四)自动化制造工厂
FMt是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使计算机集成制造系统(C1MS)投入实际,实现生产系统自动化化及自动化,进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平,反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统IMS)为代表,其特点是实现工厂自动化化及自动化。
二、自动化关键技术
(一)计算机辅助设计
未来CAD技术发展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用CAD数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
(二)模糊控制技术
模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更起人们极大的关注。
(三)工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今,FMS中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合,因而专家系统为FMS的诸方面工作增强了自动化。展望未来,以知识密集为特征,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在FMS(尤其智能型)中关键性的作用。人工智能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用。目前用于FMS中的各种技术,预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初,人工智能在FMS中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术fIMT旨在将人工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部激励时能自动调节其参数,以达到最佳工作状态,具备自组织能力。
(四)人工神经网络技术
人工神经网络fANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自支化系统中的一个组成部分。三、启动控制技术发展趋势
(一)FMC将成为发展和应用的热门技术
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
(二)朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势,是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。日本从1991年开始实施的“智能制造系统”frms)国际性开发项目,属于第二代FMS:完善的第二代FMS正在不断实现。智能化机械与人之间相互融合、自动化地全面协调从接受订单货至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。
进入新世纪,FMS获得迅猛发展,几乎成生产自动化之热点。一方面是由于单项技术如NC加工中心、工业机器人、CAD/CAM、资源管理及高度技术等的发展,提供了可供集成一个整体系统的技术基础:另一方面,世界市场发生了重大变化,由过去传统、相对稳定的市场,发展为动态多变的市场,为了从市场中求生存、求发展,提高企业对市场需求的应变能力,人们开始探索新的生产方法和经营模式。
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时间：2023-10-11 02:55
1、对蜗杆传动的类型进行选择
利用GB-T10085-1988中数据的条件，本次蜗杆利用蜗杆（ZI）。
2、对蜗杆和蜗轮材质的选择
蜗轮采用模具铸造而成，材质采用锡磷青铜。围绕着保护环境节约价值高的材料，因此齿圈利用青铜铸造而成，而轮芯则采用材质更好的灰铸铁铸造而成。蜗杆与蜗杆之间传动的能量一般，之间传动的速度并不是很快，蜗杆采用45钢；并在蜗杆螺旋表面做淬火处理。采用45钢可以增强效率和耐磨性，提高韧性，加强强度。
3、对齿根弯曲疲劳强度检验和对接触疲劳强度设计
传动之间的中心距为
（4-6）
1）计算T2的大小
根据Z1=8，估计选择效率η1=0.85，则
T2=9.55×106=9.55×106=9.55×106=124970.93
2）确定载荷系数K
蜗轮和蜗杆的转速并不是很高，他们之间冲撞不是很高，因此选择系数为Kv=1.05;则K=KβKAKv=1×1.1×1.05=1.15。蜗轮蜗杆载荷比较稳定，因此载荷系数为Kβ=1;在利用12-5[8]中数据可以知道帮并选择系数KA=1.1。
3）对ZE的确定
蜗轮的材质ZCuSn10PI和钢蜗杆匹配，所以 弹性影响系数为160。
4）对于Zp的选择
首先预先估计d1/a=0.35，然后利用图12-13[8]中的数据可以知道Zρ=2.9。
5） 对于[σH]的选择
依照蜗轮的材质采用ZCuSn10PI构成并由模具压铸而来，因此螺旋齿面的硬度应该超过45HRC，然后可以利用表12-7[8]中数据可以知道蜗轮 [σH]＇等于245MPa
N=60jn2Lh=60×1×185.20×12000/5=2.67×107
KHN==0.8845
则 a≥=85.75mm
6）计算中心距
预先定其中心距为220mm，又根据i=5，所以可以利用表12-2[8]中数据可以知道模数为8mm可以确定分度圆直径大小为70mm。这时d1/a=0.4，再次利用表12-18[8]中数据可以知道Zρ＇等于2.65，得出Zρ＇小于Zρ，所以以上假设成立，可以使用。。
4、对于蜗杆和蜗轮的各种具体数字准确的计算
1）蜗杆
首先对蜗杆的轴向齿距和轴向齿厚大小进行判断得出Pa=25.133mmSa=2.5664mm;然后对直径的系数大小和齿顶圆齿根圆以及分度圆导程角q=10；da1=96mm; df1=60.8mm; γ=11°18´36"。
2）蜗轮
对于蜗轮主要对蜗轮的分度圆直径d2，齿根圆和喉圆直径df2，da2；以及蜗轮的齿数z2和变位系数x2和对传动比的验证i
z2=40;x2=-0.5;i=40/8=5；d2=mz2=8×40=320mm；da2=d2+2ha2=320+2×8=336mm；df2=d2-2hf2=320-2×1.2×8=300.8mm；rg2=a- da2/2=200-0.5×336=32mm。
5）、对齿根圆强度的校核
齿数为 zv2===43.08
因为x2=-0.5， zv2=43.08，所以利用12-14[8]中数据可以知道YFa2=2.87
Yβ=1-=0.9192
许用应力[σF]= [σF] ＇KFN。
利用12-8[8]中数据可以知道并得出铸锡磷青铜制造的蜗轮的弯曲应力 [σF]＇=56MPa。
由以上数据可以得出其寿命的系数为 KFN==0.985
其强度满足实际要求，合理。
6）、蜗杆蜗轮的精度
根据GB/T10089-1988这个，可以从其中圆柱形蜗杆，蜗轮的精度等级为8级，侧隙的种类为f，因此标注是8f GB/T10089-1988，以上都是选择都是由于蜗杆属于通用机械减速器。
4.4 链传动设计
已知链传动传动比i=2.5，输入功率P=479.86W。
1 选择链轮齿数z1,z2
假定链速υ=3～8m/s,由表9-8[8]选取小链轮齿数z1=22，从动链轮齿数z2=iz1=2.5×22=55。
2 计算功率Pca
查得工作情况系数KA=1.2，故
Pca=1.2×479.86=575.83W
3 确定链条链节数Lp
初定中心距a0=40p,则链节数为
Lp==[]节
=123.12节，最终确定Lp=124节。
4 对链条节数的选择和确定
利用9-10[4]中数据可以查询知道齿数的系数大小为Kz=1.11; KL=1.06;利用9-13[8]中数据可以对小链轮的转速进行预先估计，因为链板有可能会发生疲劳破坏，这是由于链板在功率曲线顶点左侧。链板选择用单排链，利用9-11[8]中数据可以查询知道多排链的系数为KP=1,因此功率为是
P0===489.4W
为了验证上面预计的链的工作的点在功率曲线的顶点的左侧是否是对的，利用n1=37.04r/min和P0=489.4W，再根据9-13[8]中数据查询并选择单排链。因此上述假设成立。再根据9-1[8]中数据可以查询知道节距p=15.875mm。
5 计算链长和中心距
L===1.97m
a=
=mm
=642mm
（0.002～0.004）a=（0.002～0.004）×642mm
=1.3～2.6mm
a＇=a-△a=642-(1.3～2.6)mm=640.7～639.4mm
取 a＇=640mm
6 验算带速
υ==m/s=5.5m/s，满足实际要求。
利用9-4[8]中数据可以知道小链轮毂孔直径dkmax=59mm, 并大于电动机的轴径大小，因此比较满足要求。
8对压轴力的计算和确定
圆周力的的计算
==87.30N
将其依照水平方向安置取，因此其系数为KFP=1.15,所以
=100.40N
4.5 齿轮传动设计
根据已知功率输入为P=446.79W，小齿轮转速 n1=15转/分传动比i=2。
1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1）选择直齿圆柱齿轮
2）齿轮速度中等不是很快，因此选择7级精度
3）对齿轮的材质进行选择。利用10-1[5]表中数据选择小齿轮材料的选择为40 Cr，并且做出调质处理，与此同时可以得出其硬度为280HBS；和上一个一样的道理大齿轮所用材质是45钢，并知道其硬度为240HBS。
4）对小齿轮的齿数进行选择z1=25,对大齿轮的齿数的选择和计算
z2=iz1=2×25=50。
2 对齿轮的设计用接触疲劳强度来设计
先根据计算公式来计算，即
1）弄清公式中各个代表的数值大小；
(a) 首先对载荷系数的确定Kt=1.2；
(b) 对其传动的转矩大小进行确定
=95.5×105×0.44679/15Nmm=2.845×105N·mm
(c) 由表10-7[9]选取齿宽系数ød=1
(d) 利用10-6[9]中数据可以知道其材质的ZE大小；ZE=189.8MPa1/2
(e) 利用10-21d[9]中数据可以查询到其齿面硬度的接触疲劳强度σHlim1=600MPa;同理也可以查询到大齿轮的强度为σHlim2=550MPa；
(f) 根据10-13[9]中的公式来计算循环次数
N1=60n1jLh=60×15×1×(2×8×300×15)=0.65×109
N2=N1/i=0.65×109 /2=0.325×109
(g) 利用10-19[9]中数据可以知道KHN1=0.90;KHN2=0.95；
(h) 对其应力的计算
利用（10-12）[9]中数据可以得到
2）计算
(a) 对分度圆直径的计算，将其代[σH]入中最小的值
d1t≥==94.50mm
(b) 计算圆周速度υ (c) 对齿宽的计算 (d) 计算b/h的大小
mt=d1t/z1=94.50/25=3.78
h=2.25mt=2.25×3.78=8.505 mm
b/h=94.50/8.505=11.11
(e) 对载荷的系数的计算
因为υ=0.07422m/s，所以精度等级为7，在利用10-8[9]中数据可以查询知道KV=1.12；
预先估计KAFt/b＜100N/m。在利用表10-3[9]中数据可以查询知道KHα=KFα=1.2；
再利用10-2[9]中数据可以知道系数KA=1；
再次利用10-4[9]中数据可以知道精度等级为7级、两个小齿轮不是相互对称安装时相对支撑时，
KHβ=1.12+0.18（1+0.6）+0.23×10-3b
把上述数值代到下面可以得到
KHβ=1.12+0.18（1+0.6×）×+0.23×10-3×94.5=1.425；
由b/h=11.11，KHβ=1.425；再利用10-13[9]中数据可以查询得到KFβ=1.35；因此得到
=1×1.12×1.425×1.35=1.918。
（f）对分度圆直径的验证，根据（10-10a）[9]中数据可以知道
===110.49 mm
（g）对模数的确定
m=d1/z1=110.49/25=4.42 mm
3 对其强度计算
弯曲强度设计公式为
（4-9）
1）对计算中强度极限和寿命安全系数的确定
（a）σFE1=500 MPa,σFE2=380 MPa；
（b）KFN1=0.85, KFN1=0.88；
（c）S=1.4；
[σF]1==0.85×500/1.4 MPa=303.57 MPa；
[σF]2==0.88×380/1.4 MPa=238.86 MPa；
（d）对载荷系数的确定
K=KAKVKFαKFβ=1×1.12×1.2×1.35=1.814
（e）查取齿行系数=2.65，=2.226。
（f）查取应力校正系数=1.58，=1.764。
（g）计算大小齿轮的并加以比较
==0.01379，==0.01644
大齿轮数值大。
2）设计计算
=3.98
就近取m=4，d1=110.49，算出小齿轮齿数
z1= d1/m=110.49/4=27，z2=i z1=2×27=54。
4 对其具体尺寸的计算
1）齿轮分度圆的直径的计算
d1=z1 m=27×4=108 mm, d2=z2 m=54×4=216 mm
2）计算中心距 a=(d1+d2)/2==(108+216)/2=162mm
3）对齿轮的宽度进行计算 b==1×108=108mm,取b1=108mm,b2=113mm
5 验算 Ft=2T1/d1=2×2.845×/108=5268.52 N
==48.73 N/mm＜100 N/mm，合适。
5互感器线圈绝缘包纸机工作执行部分设计
设计一个机械设备的最终目的是能让所设计的设备投入实际生产，并要达到生产的要求。设计包纸机的目的是它的工作部分能实现包纸，并达到所要求的技术参数[10]。互感器线圈绝缘包纸机工作执行部分由包纸轮、放纸架和一个压紧装置组成。
包纸轮的材料是45钢，轮体加工后进行抛光处理，表面镀铬，结构如图2。由电动机经带传动带动包纸轮转动，同时纸从上方的放纸架上包在包纸轮上。包纸轮上有槽，纸包在轮上的同时经过槽再包在需要包纸的线圈上。线圈在包纸轮内部，并和它同轴转动。
图2
存放待用纸的地方是放纸架。放纸架由电木盘、放纸架支架、尼龙滚、星形电木杆很多部件构成。因为放纸架所受载荷不大，其各个部件的材料为酚醛布板、尼龙棒等。
压紧结构示意图在图三所展示。保证包纸的紧凑性就是利用这个装置，工作时通过旋转外面的轮盘，通过一个蜗轮蜗杆传动带紧一根橘皮带，橘皮带再带紧正在进行包扎的纸，从而达到工作目的。
图3
结 论
综上所述，互感器线圈绝缘包纸机性能优越，完全能满足现在社会工业发展的要求。它在工作时具有以下优点：
（1） 互感器线圈绝缘包纸机在工作时能够通过压紧装置，经过人工简单
的操作使包纸紧凑；
（2） 从电机到实现包纸只经过了两次带传动，传动过程简洁合理；
（3）互感器线圈绝缘包纸机的直线行走部分行走范围达3000mm，能实现较长距离包纸；
另外，互感器线圈绝缘包纸机具有高效率、稳定的可靠性以及耐用持久等特点，而这些都是机械设备的基本要求。其次是成本低，无论是制造、运营还是维修，互感器线圈绝缘包纸机的成本相比同类设备来说都降低了不少；然后是该设备的环保性能好。随着社会的发展，环保将会是机械设备最基本的要求。而此次设计的包纸设备完全不同于以往的包纸机，它的噪音、废弃物污染都降到了最低程度；最后是互感器线圈绝缘包纸机的操作和使用非常便利简单易于维修，对人体没有危害。综上所述，互感器线圈绝缘包纸机将会有良好的前景，当然，随着科学技术的发展，相信包纸设备将会进一步改进。
致 谢
毕业设计马上就要结束了。随之四年的大学生活也接近尾声，在这一学期的毕业设计时间里，非常感谢老师给予的指导，和同学们对我的帮助，非常感谢大家对我的指导和监督。
在毕业设计过程中，我的指导老师从始至终都认认真真、勤勤恳恳地指导我进行设计，在他身上我不仅学到一些本科专业知识，还学到了他对工作认真负责的态度，这些都是我终身受益的，他们在我毕业设计过程中给予了我鼓励和帮助，感谢他们的耐心指导，祝老师，身体健康，在各自的工作岗位上创出良好的佳绩。还有一同设计的同学们，在共同相处的一学期里，我感到非常愉快，没有他们给予的帮助，我无法如此顺利的完成设计任务。
同时，也感谢各位评审老师。毕业答辩是我大学的最后一次考核，为了我们顺利毕业，各位老师在这炎热的六月坚守岗位，尽职尽责。祝各位评审老师工作顺利。
我向那些曾经给予我巨大帮助和鼓励的老师和16级机自2班的全体同学表示感谢，谢谢他们四年里对我无微不至的关怀和照顾，祝他们身体健康，前途无量！
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