鱼类的形体结构与机器鱼的游动机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 单位代码 02 学 号 080105506 分 类 号 密 级 毕业设计 (论文 ) 鱼类的形体结构与机器鱼的游动机构设计 院（系）名称 工学院机械系 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 指 导 教 师 2012 年 5 月 10 日买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 鱼类的形体结构与机 器鱼的游动机构设计 摘要 机器人技术的一个重要应用领域是在娱乐方面。在对鱼类游动方式深入研究的基础上，将仿鱼水下推进技术应用于玩具设计，给出了一种仿生机器鱼玩具的机构设计方案及系统的设计、仿真软件，并研制出可在水中运动的仿生机器鱼原型 。 仿生机器鱼是当前机器人领域的研究热点。大自然的选择使地球上的鱼类具有非凡的水中生活能力，由于游动具有效率高、机动性能好以及对环境扰动小等优点，仿生机器鱼技术的研究已成为当前水下机器人领域研究的热点之一。它为研制高效、高机动性和低噪声的水下运载器提供了新的设计思路。 1944 年美 国麻省理工学院（ 功研制了一个电机驱动的 8 关节新月形对称尾鳍的机器金枪鱼 启了机器鱼研制的先河，其后多个研究单位都开始了机器鱼的研究与研制，如：日本运输省船舶研究所（ 制了 列机器鱼，国内北京航空航天大学研制了 5 关节机器海豚等。 关键词 ： 仿鱼推进；仿生机器鱼； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of n of is On of of in a be in of of a to in of to of of of It a of 944 a of by of a PF PF of a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 第一章 产品综述 . 1 究意义 . 1 计思想 . 错误 !未定义书签。 部摆动机构三维图 . 14 浮机构三 . 16 第二章机构原理 . 2 计构思 . 2 动机构设计 . 5 类游动的运动学模型及特征参数 . 6 器鱼驱动源选择 . 4 部弹性设计 . 6 弯设计 . 6 浮机构设计 . 7 架及密封设计 . 7 由度选择与分段设计方案 . 8 干设计 . 8 部设计 . 9 第三章 机器鱼控制系统设计 . 11 控器及霍尔元件模块 . 11 器鱼电源模块设计 . 11 机及电磁阀驱动模块 . 12 第四章 零件加工 . 14 个零件的加工方法 . 18 分零件加工 码 . 18 工中的问题及解决方案 . 23 第五章 总结与体会 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 参考文献 . 29 致 谢 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一章 绪 论 究意义 21 世纪是海洋的世纪 ,加上由于各种技术的全面发展带动了机器人技术的发展，对于在海洋开发和相关领域 中运用机器人技术已引起了各方面的重视。并且随着海洋开发的进展，一般的潜水技术已无法适应现代高深度综合考察和研究、完成各种作业的需要。但在现实中都是利用螺旋桨来推动船前进，而是否能利用鱼类的游动原理来做出比具有螺旋桨更快和更低噪声的水下推行器，突破当今专一的运输方式和水下推进方式，已成为一个热门研究课题。当今，已有一些研究机构模拟鱼类游动原理和其生理构造研究制造鱼形机器人，它也叫人工机器鱼（ 本文拟利用单片机 制作完成模拟鱼基本动作的鱼形机器人。 研制机器鱼具有广泛的现实 意义，它可以更逼真的模拟鱼的游动原理，使水下的机器人运动更符合流体力学原理，具有更好的加速和转向能力，利用它们可以探测海洋，寻找和检测海域中受污染的地方，也可以用来勘探地形；可以通过研制机器鱼这个实验平台来研究鱼的运动原理和鱼类运动所依附的流体力学原理；而且它以泳动方式运动，解决了螺旋桨的噪声问题；构造要比一般的水下推进器简单，制作和使用成本都较低；能源利用率高，作业时间长；当给相同的电能时，机器鱼能够比自制的潜艇游的更远；无需生命维持保障设备，可以小型化；且对人没有任何危险 外在娱乐方面具有良好的发 展前景 , 例如水族馆等。机器鱼的应用领域有：鱼类展览；相关的机器人竞赛（ 配合其它器件，可用于勘探和救生；相关科研领域等。 器鱼研究的国内外现状 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第二章 机器鱼游动机理及驱动模式 类游动的运动学模型及特征参数 鱼类在动态游动过程中，按照波动推进理论，通过身体的波动，身体波动的形式决定了鱼的游动性能和游动效率。决定鱼类游动的波动方式的最主要参数是鱼类身体中心线的波动方程。研究人员对各种采用身体波和尾鳍推进方式的鱼类进行了研究，发现这些鱼类的身体波曲线可以用一个波动方 程来表示： （ = x+ 这里， 为鱼身体横向摆动的幅度； k=2为鱼摆动的波长倍数，即鱼在摆动过程中身体上保留整个波长的个数；为身体波的波长； 为振幅的线性增益； 为振幅的二次增益；为身体波的频率 机器鱼的游动机理依据“波动理论”，模仿金枪鱼的外形，依靠身体的后 半部分和尾部摆动而游动所谓“波动理论”主要以鱼的脊椎曲线为研究对象，认为鱼体之所以能够前进 ,是由于脊椎曲线带动它所 包络的流体向后喷出 ,产生推力。我们认为鱼体在水中作波动运动 ,其游动形态类似一列正弦波。机器鱼依靠动力机构使尾巴左右等幅摆动，从而在水中形成一列正弦波，推动鱼体游动，进而完成鱼儿的各种动作。尾部波动的形成，需要两个必要的因素。首先要有一个振源，也就是说，需要尾部产生一个周期性的往复运动。我们选择了四连杆机构将电机的转动转换成为摆杆的往复运动。为了能够等幅摆动，不产生急回特性，我们选择了 杆机构，根据其摆动的幅度，确定了各杆件的长度，考虑到鱼体内的空间有限，确定摆动角为 40，曲柄长度为 杆为 15杆为 100了将四连杆机构固定在鱼体内，我们特意设计了支撑架。将曲柄设计成圆盘，用于支撑连杆与摆杆；再将曲柄轴固定在支撑架上；同时，电机也固定在支撑架上，电机轴与曲柄轴通过联轴器相连；最后，将支撑板固定在鱼体上，完成整个固定工作。 鱼类身体的摆动大体按照式 (1)所表示的波动方程进行摆动，由于机器鱼是由多个僵硬的连杆铰接组成，为实现波动运动，每个关节点 必须在理论曲线上。当 前关节与前一关节的延长线在连接处产生一个夹角，骨架的运动就是在驱动电机带动下，通过改变夹角的值来产生的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 器鱼的驱动模式 虽然鱼类的种群繁多，但大多数鱼类的推进部位显示出相似的形态学特征。鱼类属于脊椎动物种群，其身体的构造是由多根脊椎骨相互连接而成，采用尾鳍推进的鱼类在游动时通过其脊椎曲线的波动产生推进力，因此鱼类的身体可以看作为由一系列的铰链连接而成的摆 动。 机器鱼机械结构设计激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。通过对压电陶瓷的逆压电效应进行利用，对其施加电压，即可以用来对机器鱼进行驱动 。压电陶瓷的变形精度高，响应非常快，但是也有它的缺点，首先当形变增大时，输出的力矩较小，并且对外界的力的变化敏感。其次，压电陶瓷的型变量很小，一般不超过千分之一，需要增加位移放大机构，最后，压电陶瓷要求的驱动电压较高，达到 100V 以上，并且压电陶瓷材料也不容易获取，价格较高。 人工肌肉。人工肌肉由导电高分子材料集束在一起制成的像肌肉一样的复合体，通过电流激活高分子材料中的离子或电子，使之完成伸缩、折曲的动作，控制电流强弱可调整离子或电子的多少，从而改变其伸缩性。它的特点是能耗低、无噪声、质量轻，形变量大。不 过对其的研究还处于初期阶段，距离实用化还有一定距离。人工肌肉工作原理综合成本因素与技术成熟因素方面考虑，我们最终选择了使用电机作为驱动源。 电机按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。在机器鱼系统中，交流电源难以获取 ， 只能选择直流电机。直流电机又可分为有刷电机和无刷电机，无刷电机是一种比较新型的电机，因为没有电刷结构，寿命很长，并且其驱动力矩也很大。不过，无刷电机工作时需要专用的驱动电路，且驱动电路体积较大。同时，无刷电机的额定转速一般为 3000 转每分，为了实现低速大力矩驱动，需要安装大比例减速器，这 样就大大增加了电机的体积与重量，所以无刷电机主要在设计大型机器鱼的时候使用，不适合用于我们的小型机器鱼之中。普通直流电机和无刷电机类似，仅仅省去了驱动电路部分，体积仍然很大，考虑到机器鱼的体积限制以及所需力矩并不太大，有一种电机正好符合要求，那就是舵机。舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 机器鱼机械结构设计判断是否已经到达定位。位置检测 器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。舵机是一种角度伺服电机，体积较小，输出转矩较大，控制方便（使用 直接控制），价格便宜，能够满足机器鱼的设计要求。 器鱼驱动源选择 机器鱼机械结构设计在进行机械结构设计之前，首先要选择合适的驱动源。这样才能为相应的驱动源设计其传动及支撑机构。目前驱动源主要包括两大类，一类是传统驱动，另一类是功能材料驱动。 传统驱动主要包括电机驱动，液压驱动与气压驱动。传统驱动一般来说体积都较大，难以用来设计微 型机器鱼，但是材料容易获取，在一般机器鱼的设计中使用较多。 用电机产生力矩，直接或经减速机构驱动机器鱼关节。它的特点技术成熟、精度较高，成本低。为提高精度，可以使用伺服电机。目前研制出的机器鱼，使用电机驱动的方式最多。不过，电机驱动也有它固有的缺点，那就是体积大，重量大，驱动关节时需要传动机构，体积上难以缩减，比较难以用来设计微型机器鱼。 压驱动器的输出力矩与重量比最大、反应灵敏、承载能力大，比较适合于低速大力矩场合。不过液压驱动需要一个恒压泵，并且移动件容易漏油，可能会污染 水环境。不适合用在机器鱼之中。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 用气缸可以实现高速直线运动，利用空气的可压缩性容易实现力控制和缓冲控制。但由于空气的可压缩性，高精度的位置控制和速度控制都比较困难，驱动刚性比较差。并且在汽缸排气的时候产生的噪音比较大，在水下的情况下，还会产生大量的气泡，不适合利用在机器鱼的设计之中。功能材料驱动主要包括形状记忆合金、压电陶瓷以及人造肌肉。功能材料一般体积都较小，驱动力与重量比较大，可以用来设计微型的 机器鱼，鱼体长度可缩减至几厘米。但是对于功能材料的研究还处于比较初级的阶段，材料难以获取，所 以只有少数有条件的实验室进行试验性研究。 种合金在发生了可塑性变形后，经过合适的加热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应。形状记忆合金驱动力与重量比较大，变形量较大，驱动结构简单，在大多数情况下可以省去传动机构，驱动电压较低，并且对环境无污染。但是它也有固有的缺点，例如在重复运动过程中记忆效应会退化，并且由于目前对该材料的研究还比较初步，材料难以获取，价格昂贵，所以一般机器鱼设计中不太适用。 电陶瓷 是 一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机 非金属材料。这是一种具有压电效应的材料，所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。 动机构设计 鱼类游动的仿生主要是在研究鱼类的波动推进理论的基础上，对鱼类游动方式进行仿生，主要仿生鱼类的摆动部位的波动方式。因此，我们在对鱼类身体摆动部位的结构进行简化的基础上，从鱼的静态身体特征和动态游动特征来提取特征参数，建立其数学模型。鱼类与游动特征相关的主要身体特征参数有： 1) 摆动部分长度占身体总长度的比例（ r）。根据 r 由大到小可以把鱼类分为鳗鲡科（如鳗鲡、黄鳝、泥鳅 等）、鲹科（如鲑鱼、草鱼、鲢鱼等）、鲔形科（如大白鲨、金枪鱼等）等。随着 r 的减小，其游动效率增高，产生的游动速度增加，机动性能降低。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2) 摆动部分简化关节数（ n）。摆动关节数 n 越大，其身体的游动灵活性越高。 3) 摆动关节各个关节之间的长度比例（ ： ： ）。关节长度相对短的位 。 其关节密集度较高，此处柔性比较大。 4) 尾鳍的形状（圆形尾鳍、梯形尾鳍、新月形尾鳍以及不对称尾鳍）。如海豚为新月形尾鳍，鲨鱼多为不对称尾鳍，草鱼为梯形尾鳍等。 部弹性设计 尾部波动的形成，还要求尾部 是一个弹性体，这样摆动机构的摆动才能够形成一束波向后传播，推动包络在周围的水以获得向前的动力。因此，我们选择用弹性适中的弹簧来作为尾部的主要构架。弹簧的刚性需控制在一定范围内，太硬会导致损耗太多的电机功率，而太软又无法保持鱼的形体。 由于关节数目有限，机器鱼整个身体的运动比较生硬，不能产生平滑的过渡，这在水中游动时将产生多余的水动力学阻力，降低机器鱼的游动效率。为此我们在进行机器鱼模型设计时需要在机器鱼的骨架外侧安装弹性的鱼皮，以增加鱼身体的柔性，使关节间的摆动角度在弹性鱼皮上实现连续的过渡。通过弹性鱼皮对关 节摆动角度的连续过度，行到了较为平滑的机器鱼实际身体中心线 弯设计 尼莫的转弯原理参考了真鱼的动作，主要依靠尾部的偏转以及游动的惯性。帮助摆动机构停留在转弯位置的是霍尔传感器。当机构运行到转弯位置时，霍尔传感器将产生一个低电平跳变信号输出给单片机，然后由单片机控制电机停转使摆杆 停留在指定位置。这样，当鱼由于惯性前进时，摆杆所停留的一边所受力 大，从而使鱼朝某一方向转向。 图 2弯示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浮机构设计 众所周知，鱼通过鱼鳔的伸缩实现灵活的沉浮。鱼类的上浮和下沉主要靠其腹内鱼鳔的收缩来实现。 鱼鳔收缩使得鱼体体积发生变化，进而影响排开水的体积，从而实现上浮下沉。我们采用气缸排开水的体积来模拟鱼鳔的收缩。我们的“鱼膘”采用双电机驱动气缸，在其往复做功的工程中，再配以电磁阀 2,3的开合，将储水容器抽成低压，储气容器抽成高压，然后打开电磁阀 1,使鱼吸水，实现鱼的下沉；我们将电磁阀 1,2,3同时打开，利用高压将水排出，完成鱼的上浮动作。 图 2浮机构原理图 架及密封设计 机器鱼尼莫的外形是模仿金枪鱼而设计的，跟真鱼一样，也是骨架结构，并采用主脊柱与肋环结构，使鱼成为一个整体空腔，便于 安装其他机构。 机器鱼的防水是一个难点。普通的航海设备可以采用金属外壳防水，而机器鱼的防水层需要有伸缩性，以保证尾部能够灵活摆动。经过了多次防水实验，我们采用了在防水布外面涂防水胶的双层防水方案，很好的解决了防水和伸缩性的问题。 参数优化 为了最大限度地体现理想波动曲线的水动力学优越性，使实际中心线与理论中线之间的误差尽可能的小，需要对机器鱼的多个关节的机构尺寸进行参数优化。 优化目标： = , ,. 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 为理论曲线与实际曲线所形成的包络区域的面积， m 为一个周期内的数据采样次数 成的包络区域的面积， m 为一个周期内的数据采样次数。根据本问题的约束情况，存在等式约束与不等式约束，我们选择混合罚函数来进行参数优化。惩罚函数法通过构造惩罚函数把有约束优化问题转换为无约束优化问题，采用坐标轮换等方法实现对无约束优化问题的求解，实现对有约束问题的参数优化。通过对关节结构尺寸的优化，得到按照波动方程 （ x， t）进行游动的仿生机器参数的输入与输出。 设计的输入参数有： 1) 与机器鱼结构相关的 静态参数有：机器鱼关节数，摆动部长度占身体总长度的比例 r，摆动各关节之间的长度比例 ： ： 。 2) 与游动类型相关的动态参数有：身体波的波动方程（）中的各个参数 、 、 。 3) 机电系统的限制参数：各关节最小长度 关节驱动电机的转动角度范围。 4) 其他参数：一个周期内的数据采样次数 m。 由度选择与分段设计方案 干设计 现有的机器鱼自由度设计方案中，最简单的为单自由度，复杂的可以达到六个自由度以上。一般来说，自由度越大，鱼体运动的平滑性就越好，对真鱼的模拟效果也更好。但自由度越大，体积就会相应越大。同时，自由度增加，各个关节之间的协调控制也更加困难，也就导致控制难度的增加，在控制水平达不到的情况下，其真正的运动效果并买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 不理想。单关节机器鱼的结构虽然简单，但运动姿态过于生硬，因此不予采用。两关节机器鱼，可以较好的模拟鱼类的运动姿态，控制上也比较简单，因为关节较少 。 机器鱼机械结构设计体积可以压缩到一个可承受 的范围内，因此，最终选择两个关节作为我们机器鱼的设计方案。在机器鱼的设计中，密封防水一直是一个比较严重的问题。为了解决防水问题，并且使机器鱼系统设计更具有模块化的特点，我们采用了三段式的设计方法。整个鱼体可以分为头部，中部和尾部。头部中主要放置传感器，控制器以及无线通信模块。中部主要放置舵机与电池，并包括传动与固定机构。尾部采用弹性材料铸造而成，为实心结构。头部和中部分别密封，尾部没有需要防水的部件，无需密封。头部的控制器与中部的电机与电池直接采用五根导线连接，可以完成充电，供电，控制等全部功能。这样只需要 头部与中部的导线接头处做好防水，而这种防水相对于整体防水而言是较为简单的。 部设计 鱼的头部中主要放置检测障碍物用的传感器，控制电路与无线通信模块。因此要求内部有比较大的空间，整个鱼的头部应该设计成空壳形式的。为了外形美观，我们将无线通信模块放置在鱼头内部，为了减少对信号的屏蔽，鱼头在不漏水的前提下应该尽量的薄。鱼头内的元器件对水都非常敏感，严重情况下可能会导致电路短路，造成不可挽回的损害。因此，鱼头部的防水非常重要。因为鱼头内部需要放置无线通信模块，所以头部不能整体使用金属加工而成，那样会阻碍 信号的传播。 为了美观考虑，鱼头整体应该是流线型，符合大多数鱼类的外形结构。虽然在设计上，曲面造型并不是特别困难，但是数控加工的成本较高。为了节约成本，我们可以手工切削鱼头外形轮廓，并使用石膏制作内外模具，最后使用快速成型树脂浇注，制作出我们需要的外形。鱼头上的传感器应该安装在鱼头的外部，这样才能准确检测到障碍物。为了将传感器信号引入，应该在鱼头上打孔。 并且，为了可持续使用已经控制方便，鱼头上还要加工开关孔与充电孔。这些孔都要求完全密封防水。为了方便拆装电路，鱼头的后部应该有较大的开口，这样可以方便的安装 电路板与无线模块。为了方便拆装，电路板与各种导线的连接采用插接件。虽然开口大便于拆装，但防水也较困难些。对于大面积开口，可以采用压垫片的方式防水。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由于头部采用树脂浇注而成，材料强度较低，如果直接采用压垫片的方式，会损坏鱼头，所以我们的设计是将鱼头通过密封胶粘接到一个铝合金垫片上，再压垫片进行防水 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第三章 机器鱼控制系统设计 由于机器鱼控制系统较为复杂，为了方便设计，本项目设计中采用了模块设计的思想，共分为三大模块： a)遥控器及霍尔传感器模块； b)电源模块； c)电机及电磁阀驱动模块。 控器及 霍尔元件模块 检测尾部极限位置的霍尔传感器，当尾部摆到极限位置时，霍尔元件将反馈给单片机一个信号，若此时遥控器的转向键按下，则鱼就开始左转或右转。 遥控器及霍尔元件模块图如图 3 图 3控器及霍尔传感器模块图 器鱼电源模块设计 电源部分，采用四节 锂电池串联在一起形成 电源电压，再通过稳压三极管 电压降到 12V 作为 驱动电压，然后用一个 块将 12V 作为各芯片的工作电压。对于 锂电池，有专门的充电器，可用家庭用 220外尾部电机的驱动电压为 24V，所以需要一个 24V 的电源，本次设计中用 20节 镍氢电池串联起来使用，也配有相应的充电器。另外，驱动沉买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浮机构的电源电压也为 24V，我们采用 7节 电池串联起来在稳压，然后提供给电磁阀及气缸作为动力。 电源模块的原理图如图 3示： 图 3源模块的原理图 机及电磁阀驱动模块 本电路中，我们采用了数模转换模块 单片机连接来产生控制占空比的模拟信号。然后利用常用的 一个锯齿波，与输入的模拟电压信号进行比较运算，输出一个方波，该方波再通过一块电机驱动模块 电机及电磁阀驱动模块见图 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3图 3磁阀驱动模块 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第四章 机器鱼游动机构设计及 零件加工 我们此次设计的是机器鱼的尾部摆动机构。我们日常生活所见的鱼大都主要靠尾鳍的摆动来实现自由游动的，所以我们设计的鱼也因袭了鱼的这一生理特点，通过控制鱼尾部的摆动来实现鱼的前进、转向等。鱼尾部的左右摆动幅度要均衡，我们以前设计的鱼尾部机构采用摆动 连杆机构，因为其存在急回特性，所以鱼在游动过程中因为摆速不平衡，常自己自动转弯。为了避开这一特性，我们最初选择了采用凸轮机构，它可以有效地达到我们所需目的，只需设计凸轮上凹槽的形状即可，但要加工这个凸轮需要三维的机器来实现，而我们现有的设备不能满足要求。所以我们最终又回归到我们的连杆机构上来。其实只要我们将连杆机构的尺寸设计适当，就同样可以达到避开急回特性的目的。而且这种机构所需加工设备都是我们平时常用的设备，易于操作，且加工方便。 部摆动机构 设计 部摆动机构三维图 总体结构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 电机 电机是预先选择好的 , 24V ，36r/ 连轴器 连接电机轴和圆盘轴而设计的 圆盘 连杆及摇杆 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 阶梯轴 套筒 浮 机构三 零 件 总 图 接 圆 盘 方 底 座 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 接 支 架 梯 轴 园 盘 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 器鱼游动机构的零件加工 机器鱼尾部摆动机构，从重量上分析应该尽量轻，保证鱼身的轻盈；从刚度上分析，要带动鱼尾部摆动起来，则必须有一定的刚度，所以我们基本上都选用 铝材。支架采用整体机构，用铣床操作 。 个零件的加工方法 1）支架 加工方法：铣、钻孔，可在数控铣床上完成 2）轴和圆盘 加工方法：车、钻孔，可在数控车床上完成 3）杆 加工方法：线切割 分零件加工 码 1）阶梯轴加工数控车床 码 9220 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 00150 160 170 180 190 200 210 ）圆盘零件数控车床加工 码 9220 30 40 50 60 70 80 01100 110 120 130 140 150 160 170 180 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 00200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 110 120 ）摆杆零件加工数控铣床 码 %1001 #10=100 #11=100 #12=12 9202 03 03 #0=0 0 N06+#0*4 #10-#0*#1207+#0*4 #10-#0*#12-#12/208+#0*4 #0*#12-#12/2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 N09+#0*4 #0*#12-#120=#0+1 06+#0*4 0 N06+#0*4 #10-#0*#1207+#0*4 #10-#0*#12-#12/208+#0*4 #0*#12-#12/209+#0*4 #0*#12-#120=#0+1 ）支架零件数控铣床纵向铣削 码 %2001 #12=10 ;I 13=12/2+3Y#12/2+303 0=0 0 3 12/2+3Y#12/2#13-#0*#13 2/2132/2 2/2 22/2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12/2 22/2 22/2 22/2 2+#12/2 2+#12/2 0=#0+1 ;U 0=0 0 22/2Y#12/2+3 #13-#0*#13 2 0=#0+1 00文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 05 5）支架零件数控铣床横向铣削 码 %2006 #10=100 #11=35 #12=20 #13=1 #13 100 #0=0 0 #10Y-#0*#12#10Y-#0*#12-#12/2 #0*#12-#12/2 #0*#12-#12 #0=#0+1 0001#13 工中的问题及解决方案 1）车削加工 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 车削是我们机构加工的主要方法之一，因此数控车床也成为我们主要的加工设备之一。车削主要加工的对象是回转体零件，如轴类零件。编写数控车床的加工程序称为我们遇到的一个主要困难。我们花了较大的精力去阅读数控车床使用说明书，熟悉其编程规则，在老师的指导下最终成功编写了个零件的加工程序。 在具体的加工过程中，我们也遇到了不少困难。一开始，在使用割刀对铝棒进行切断操作时，铝棒总 是再三爪卡盘缘口处自己断裂，造成已成型零件的报废，几位可惜。经过多次检查，终于查清，原因在于割刀的刀刃低于车床的主轴线，以致工件受力不均。也就是说，在安装割刀时，我们未能精确对准，这给了我们极大的教训。在数控车床上，理论上是可以用钻头打中心孔的。当我们用 钻头打孔后，却发现中心孔的直径径大于 5，导致整个工件的报废很重要的原因是工件太小，在车床上回转时严重偏心，尤其在钻孔时，铝棒抖动特别严重，使得打孔精度难以保证。最后我们将打孔操作全部改为在台钻上手工操作，终于取得了较好的效果。我们还有一些铜材零件需要加 工，由于铜材质较软，易发生粘刀现象，加工起来较为困难。起初加工的铜材零件表面极为粗糙，将进给速度调至很低后，才满足了粗糙度要求。 2）铣削加工 在加工支架类零件时，必须采用铣削操作。而我们设计的支架形状有较为复杂，故加工程序较显得较为冗长。因重复操作较多，故程序中使用了较多的循环语句，这就需要考虑到循环的跳出条件，而且这点极为重要，一不小心就会前功尽弃。为了尽量减少出错率，我们一开始采用单步操作，一步一步执行，直到一个循环走完不出什么故障的话我们才让其自动执行。但是在机器操作过程中，机器会突然出现掉电现象， 或是一些莫名的原因导致机器误操作，这就使我们必须时刻待在机床旁边，并随时准备对刀和修改程序。我们的支架加工花费了较长的时间，原因一是加工的原材料太大，需要铣削得太多，另外程序的设计没有考虑完善，先加工什么后加工什么没有计划得很合理。所以在接下来的铣削操作中，我们充分吸取了前面的经验教训，加工速度得到了明显的提高，加工出来的产品也非常成功。 3）钻孔加工 我们所加工的零件基本上都需要钻孔，所以钻孔对我们而言非常重要。对支架等稍微大型的零件钻孔较为容易，但是对短杆这类小零件钻孔却是很难保证精度的。第一零买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 件太小， 难以裝夹；第二对这类零件钻孔时零件抖动严重，钻的孔一般偏大，且难以保证其位置精度。解决办法是钻 4的孔时用 3 的绞刀来绞，再扩孔至 4。而且要保证所钻孔的位置精度，首先要划线，且要保证划线的准确度。在其次是攻丝，攻丝时需进两圈退一圈使其排屑顺利，我们在加工的过程中，有一次因为强行攻丝使得丝锥头断到攻坚里面。以后我们总结了经验，攻丝时尽量保持低速。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第五章 结论 本次机械设计课程设计和先进制造的综合实践是对我们设计和动手能力的一次很好的锻炼。这是一次完全自主选题、自行设计、自己动手加工的综合的实践命题。 我 们常把思维的过程称为 “思路 ”，是因为可用路径问题来说明人类思维过程。本文提出两