【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 力示意圖二 經(jīng)過計(jì)算，受力分布如圖 512 所示，變形量分布如圖 513所示。 19 圖 512 受力分布示意圖 圖 513 變形量分布示意圖 由分析的結(jié)果可知，方案二在受瞬間推力時(shí)的最大應(yīng)力為 +006N/m2，最大變形量為 ，主要出現(xiàn)在平臺(tái)中部與電機(jī)相連處，遠(yuǎn)小于要求的變形量 ，滿足實(shí)際要求。 分析結(jié)果對(duì)比和選擇 20 根據(jù)分析結(jié)果對(duì)比顯示，方案二平臺(tái)在受吸力時(shí)的變形量比方案一減少了 ，高達(dá) 40%。變形量減小，最大應(yīng)力變大。由此可知，方案二平臺(tái)在機(jī)床工作時(shí)加工精度更高，因此選擇方案二為最終結(jié)構(gòu)形式。 本章小結(jié) 通過對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，提出兩種方案并分析 ，最終確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的 Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，在受力時(shí)的最大形變量為 ，小于設(shè)計(jì)期望 ，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的預(yù)期目的。 6 電機(jī)選型 電機(jī)工作要求 21 首先是對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，在 Solidworks 中使用“質(zhì)量評(píng)估”來計(jì)算零件的質(zhì)量，結(jié)果如圖 61所示。 圖 61 零件質(zhì)量 由結(jié)果可知，零件的質(zhì)量為 253KG。 電機(jī)型號(hào)選擇 22 根據(jù)金大立公司的資料顯示，公司長(zhǎng)期以來使用的都是 HIWIN 品牌的直線電機(jī)。因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在本次設(shè) 計(jì)中使用該品牌的電機(jī) LMF63L。 由于 Y 向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在工作時(shí)有一定的速度和加速度要求，所以安全系數(shù)取為 2。即：Fc2F。電機(jī)持續(xù)推力 F，由 HIWIN 手冊(cè)得： Fc=5224 N(WC)，電機(jī)受到的 F=mg=253 10=2530 N，可知 Fc=5224 N2F=5060 N 且相差不大，即所選型號(hào)符合要求。 LMF63L 直線電機(jī)相關(guān)參數(shù)如表 61所示。 表 61 LMF63L 電機(jī)參數(shù) 7 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝配及運(yùn)動(dòng)仿真 Y 向部件裝配 23 將本次設(shè)計(jì)完成的 Y 向部件與其他采購(gòu)部件進(jìn)行裝配，要求各尺 寸能夠正常裝配并且無干涉現(xiàn)象。裝配示意圖如圖 71所示。 71 Y 向部件裝配示意圖 由于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的體積較大，且 Y 向運(yùn)動(dòng)僅由一臺(tái)直線電機(jī)帶動(dòng)，所以在工作過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，會(huì)造成的平臺(tái)左右位移不一致，如圖 72 所示，這種現(xiàn)象給機(jī)床的加工精度帶來非常大的影響。 對(duì)裝配體進(jìn)行形位公差分析，主要是基于以下幾個(gè)方面的原因：一方面是是由于工作臺(tái)的長(zhǎng)度較長(zhǎng) (3480mm)，導(dǎo)致 Y 方向（工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的前后）精度必然有明顯的差異，可能導(dǎo)致被加工 PCB 板的加工精度 不高；另一方面是因?yàn)楣ぷ髋_(tái)在裝配時(shí)產(chǎn)生的形位公差也會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)的變形。 為了解決在工作過程中出現(xiàn)的“爬行”現(xiàn)象，在安裝承載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的導(dǎo)軌時(shí)就要保證導(dǎo)軌之間的平行度要求。我的解決方案是以中間靠近電機(jī)的一根導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，其余三根導(dǎo)軌與基準(zhǔn)保證 的平行度，這樣可大幅度降低由于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的“爬行”現(xiàn)象而對(duì)加工精度產(chǎn)生較大的影響。 24 圖 72 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)左右位移不平衡示意圖 運(yùn)動(dòng)過程仿真 Y 向部件的運(yùn)動(dòng)過程就是直線電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)做前后運(yùn)動(dòng)的過程，即計(jì)算機(jī)通過編程來控制系統(tǒng)，帶動(dòng)直線電機(jī)前后運(yùn)動(dòng)，使 工作臺(tái)以及工作臺(tái)上的被加工 PCB 板能夠迅速、有效地到達(dá)被加工 PCB 板應(yīng)到達(dá)的 Y 向坐標(biāo)。在到達(dá)指定位置后停留一段時(shí)間，直到鉆刀完成該點(diǎn)的加工后，鉆刀上升到指定位置，通過傳感器，系統(tǒng)再次帶動(dòng)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)，到達(dá)下一個(gè)加工位置，這就是 Y向部件的工作過程。 在三維裝配體完成后，為了能更直觀的觀察該部件的運(yùn)動(dòng)過程，可以使用 Solidworks中的“ Animator”動(dòng)畫插件來制造運(yùn)動(dòng)平臺(tái)工作過程的仿真動(dòng)畫。根據(jù)裝配體在工作時(shí)運(yùn)動(dòng)的先后順序，對(duì)虛擬裝配體添加約束、限制自由度、設(shè)置零件移動(dòng)數(shù)值、限制運(yùn)動(dòng)范圍、增加直 線馬達(dá)等命令使其運(yùn)動(dòng)，拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)零件在動(dòng)畫上的時(shí)間軸， 改變運(yùn)動(dòng)先后順序， 最終實(shí)現(xiàn)所有零部件相互協(xié)調(diào)無干涉的運(yùn)動(dòng) [4]。 Y 向部件運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫如圖 73所示。 25 圖 73 Y 向部件運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫 在完成動(dòng)畫后，可觀看運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的仿真運(yùn)動(dòng)效果來檢查該設(shè)計(jì)是否有較大欠缺。如果運(yùn)動(dòng)中觀察到零件間存在干涉，則說明本次設(shè)計(jì)有欠缺，可以回到靜態(tài)裝配體視圖中，重新修改 Y向部件的裝配，再次檢查后準(zhǔn)確無誤，即可保存此次設(shè)計(jì)。 本章小結(jié) 通過對(duì)整體的裝配以及運(yùn)動(dòng)仿真，能夠得知裝配體是否可以正常工作運(yùn)行。對(duì)不符 合要求的零部件進(jìn)行修改、優(yōu)化，最終得到滿足需求的產(chǎn)品。本章節(jié)利用 Solidworks 軟件中的多種插件，表達(dá)了此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程和結(jié)果，提高了設(shè)計(jì)效率和可靠性。 8 機(jī)床整體效果及工程圖 26 機(jī)床整體效果 本次對(duì) PCB 六軸全直線電機(jī)數(shù)控鉆床的優(yōu)化設(shè)計(jì)是針對(duì) Y 向部件的設(shè)計(jì)，在完成 Y 向的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，再與同小組其他同學(xué)的 XZ 向部件設(shè)計(jì)、機(jī)床外觀整體設(shè)計(jì)合作，將機(jī)床整體裝配起來，檢查各部件是否達(dá)到要求。機(jī)床裝配后的整體效果如圖 81所示。 圖 81 機(jī)床整體效果圖 Solidworks轉(zhuǎn)換工程圖紙 當(dāng)所有的設(shè)計(jì)都完成后，產(chǎn)品的三維模型就已經(jīng)成型，滿足了加工制造前的各項(xiàng)要求，并且符合 PCB 數(shù)控鉆床工作的標(biāo)準(zhǔn)，下面工作則是要將三維模型轉(zhuǎn)化為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的二維視圖，使工程師或加工工人能更清楚的理解零部件的設(shè)計(jì)理念，只有這樣才能制造出符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 我選擇的是使用 Solidworks 作為出工程圖的平臺(tái)，直接將三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖。使用 Solidworks 轉(zhuǎn)換二維圖的步驟是：點(diǎn)擊 SolidWorks 菜單欄中的“新建”，會(huì)出現(xiàn)“ 2D 工程制圖”的選項(xiàng)，點(diǎn)擊后會(huì)直接出現(xiàn)工程圖圖紙，然后將零件 常用的各個(gè)視圖圖直接拖到圖紙中，根據(jù)零件的大小，也可以修改零件與圖紙間的比例，使得零件的部分細(xì)節(jié)方便加工人員觀看， 以防止零件圖較小而造成零件的某些特殊要求無法得到表達(dá)。為了表達(dá)得更加清楚，在 SolidWorks 軟件的工程圖中還可以依據(jù)不同的要求，顯示出透視圖， 27 剖視圖，局部視圖等其他視圖 [4]。在基本視圖完成后，可以利用 SolidWorks 軟件中的相關(guān)命令，依據(jù)國(guó)家的工程制圖標(biāo)準(zhǔn)，完成對(duì)零部件的標(biāo)注，并且可以完成各種細(xì)節(jié)標(biāo)注的方式。在標(biāo)注的時(shí)候要注意以下方面：根據(jù)實(shí)際的繪圖規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來繪制零件的工程圖紙 ， 還要依據(jù)實(shí)際的加工工藝選擇合適的基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)軸來標(biāo)注。對(duì)于同一類的零件或者同一范圍內(nèi)的零部件，要統(tǒng)一使用相似的標(biāo)注方式。轉(zhuǎn)化后的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)二維工程視圖如圖 82 和圖 83 所示。 圖 82 Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)工程圖 28 圖 83 Y 向部件總裝圖 本章小結(jié) 本章是對(duì)機(jī)床整體的裝配以及三維設(shè)計(jì)完成后二維工程圖出圖的整理。通過對(duì)機(jī)床整體的裝配分析，來確定本次的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到目標(biāo)要求；其次是出二維工程圖來表達(dá)重要的部件裝配和零件的結(jié)構(gòu)尺寸，從而方便理解與加工。 29 結(jié)論 隨著時(shí)代的發(fā)展， 伴隨著人類對(duì)電子設(shè)備越來越高的要求，對(duì) PCB 產(chǎn)業(yè)的制造技術(shù)也提出了更高的要求。 精度高、速度高、效率高；與之相反，孔徑越來越小、數(shù)量越來越多、行程越來越短，這些要求成為了新時(shí)代 PCB 數(shù)控鉆床發(fā)展所面臨的主要難點(diǎn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對(duì) PCB 六軸全直線電機(jī)數(shù)控鉆床 Y 向進(jìn)給 部分，對(duì)零件的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面存在的一些問題，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出對(duì)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)、優(yōu)化方案以及可行性分析。主要研究?jī)?nèi)容如下： （ 1） 對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的分析，通過對(duì)受力點(diǎn)的分析，確定變形位置，有針對(duì)性的對(duì)變形量大的部位進(jìn)行了強(qiáng)度分析； （ 2） 對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 的機(jī)械結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，在易產(chǎn)生形變的部位增加了加強(qiáng)筋，在受力小的部位減輕了質(zhì)量，使整個(gè)平臺(tái)既達(dá)到了剛度和強(qiáng)度的要求，在質(zhì)量上也有所降低； （ 3） 通過對(duì)優(yōu)化前、后進(jìn)行可行性分析，從驗(yàn)證的結(jié)果來看，受力部位的形變量小于177。，優(yōu)化效果符合要求； 將設(shè)計(jì)完成后的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與同小組同學(xué)設(shè)計(jì)的 XZ 軸以及總體外形組合，成為一個(gè)整體，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬和仿真實(shí)驗(yàn)，通過這些來最終確定運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的可行性和整個(gè)機(jī)床的可行性。從分析結(jié)果來看，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)能夠與其他部件正常組合，且物理性能有了較大的提升，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的預(yù)期目的。 總結(jié)與體會(huì) 30 我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過自身的學(xué)習(xí)和分析，以及在老師和學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐的悉心指導(dǎo)下，我完成了 PCB 六軸全直線電機(jī)數(shù)控鉆床 Y 向部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。雖然在前幾個(gè)學(xué)期都進(jìn)行了課程設(shè)計(jì)，但是沒有一次能與畢業(yè)設(shè)計(jì)相比，設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，并且每個(gè)人的課題都不同，要求更為嚴(yán)格，任務(wù)更加繁多、細(xì)致，要求更加嚴(yán)格，設(shè)計(jì)要求的獨(dú)立性更加高。需要我們充分利用這大學(xué)四年來所學(xué)知識(shí)來理解題目，且考驗(yàn)了我們對(duì)知識(shí)實(shí)際運(yùn)用的靈活程度，而在這期間我也通過畢業(yè)設(shè)計(jì)有了自己的發(fā)現(xiàn)和體會(huì)。 首先，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)的不足 。比如，在金大立公司參觀機(jī)床制造的時(shí)候，許多東西都沒見過，很多機(jī)構(gòu)的組成原理我都無法直接理解，這些都必須在設(shè)計(jì)過程中通過自己的學(xué)習(xí)才能慢慢了解。 其次，在使用 Solidworks 畫圖分析時(shí)也遇到了許多問題，要注重理論與實(shí)際的結(jié)合。畫圖時(shí)要注意零部件的可行性，比如一些零件畫出來后無法裝配，這就是裝配鏈的問題沒有解決；再比如一些零件畫出來后經(jīng)過分析不能達(dá)到要求，這就是在設(shè)計(jì)的過程中沒有考慮到零件本身的受力情況等。 最后，在設(shè)計(jì)過程中，我也懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，沒有同學(xué)的合作、沒有老師和學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐的幫助，我不可能 僅僅只靠我一個(gè)人來完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。從到公司開始畢業(yè)實(shí)習(xí)開始，我們就互相幫助，做總體的同學(xué)給我說明機(jī)床整體的結(jié)構(gòu)造型該如何設(shè)計(jì)，做 XZ向的同學(xué)給我說明機(jī)床的工作原理以及和我設(shè)計(jì)的 Y 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的相互配合。通過大家的齊心協(xié)力，我才能夠在這次設(shè)計(jì)中完成自己的工作，能夠真正設(shè)計(jì)出可行的產(chǎn)品。 經(jīng)過近一個(gè)學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)的歷練，給我最深刻的感想就是我的設(shè)計(jì)思想得到了非常大的鍛煉與提升。作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)工作者，要想設(shè)計(jì)出十分優(yōu)秀、且真正可行的產(chǎn)品，就必須熟練運(yùn)用我們?cè)趯W(xué)校里所學(xué)的知識(shí)，多留心觀察思考我們身邊的每一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品 ，只有見得多了，看得豐富了，才能使我們的設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性和可行性。 致謝詞 在周利平老師的耐心指導(dǎo)下，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以圓滿完成。在這次設(shè)計(jì)的過程中，要感謝周老師的悉心指導(dǎo)，沒有老師的指導(dǎo)，我不可能在這么短的時(shí)間內(nèi)完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 31 從一開始到工廠的畢業(yè)實(shí)習(xí)，以及后面的畢業(yè)設(shè)計(jì)都給了我非常大的幫助，在我們的圖紙有問題的時(shí)候，總是不厭其煩地為我們排除錯(cuò)誤，給予我們正確的教導(dǎo)。 同時(shí)也要特別感謝馬飛達(dá)工程師以及兩位研究生學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐在設(shè)計(jì)中途的耐心知道，有許多不明白的問題，他們都為我指點(diǎn)迷津，幫助我打開新的思路。在此次 畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成之際，再次向所有幫助過我的老師、師兄師姐表示最衷心的感謝。 【參考文獻(xiàn)】 [1]王英章，徐宗俊 .《國(guó)產(chǎn)印制板數(shù)控鉆長(zhǎng)的發(fā)展》 [J]機(jī)械與電子 . 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