外文翻譯--低成本緊湊的模塊化小型的設計（cmss）數(shù)控車床 中文版

1、<p>　　畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯</p><p>　　原 文 題 目： Design of low cost compact modular small scale(CMSS)-CNC lathe machine </p><p>　　原 文 來 源： INTERNATIONAL JOURNAL OF AP

2、PLIED ENGINEERING RESEARCH · MARCH 2013 </p><p>　　學 生 姓 名： 學 號： </p><p>　　所在院(系)部： 工業(yè)中心 </p><p>　　專 業(yè) 名 稱： 機

3、械設計制造及其自動化 </p><p>　　低成本緊湊的模塊化小型的設計（CMSS） - 數(shù)控車床</p><p>　　國際雜志應用工程研究 03/2013</p><p>　　羅尼Permana Saputra 廷頓彌散Atmaja</p><p>　　摘要

4、:新興的微型工廠的技術鼓勵發(fā)展數(shù)控機床成開發(fā)向小型化設計發(fā)展。它的目的是開發(fā)小型的機床，可以節(jié)省一些空間，降低生產成本，并降低能耗。在沒有降低其精度等級的前提下，這項研究進行的數(shù)控車床的設計包括床頭箱，主軸，X-Z軸，床身，工具保持架，和X-Z電動機執(zhí)行器組成。該設計采用三爪卡盤夾持方法和無刷直流電電機作為每個軸的電動致動器，額外的諧波齒輪用作傳輸系統(tǒng)。 在提供的329×483毫米緊湊設計中，模塊化設計組裝由幾個若干模塊組成，

5、并被認為即使是在低成本模塊國內市場中都是具有高可用性的組件。有人算過這個緊湊型模塊化的解決小型數(shù)控車床精度能夠達到55.5納米。據(jù)認為，這個設計將能夠支持特別適用于多行業(yè)的那些誰需要小部分高精度低成本的生產。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)控機床，小規(guī)模，車床，結構緊湊，模塊化，低成本。</p><p><b>　　引言</b></p><p>

6、;　　微型工廠是在這十年二十年內很多流行的新興發(fā)展的技術之一 [1-9]。這種普及是因為需要的機械零部件是一個較小的尺寸，對于許多應用達到微或納米尺度，如電子控制，汽車部件，醫(yī)用部件等[9]。</p><p>　　之前，大大小小的傳統(tǒng)產業(yè)機械部件通過標準的大型設備生產。大型設備意味著更大空間和更高的能量消耗[10]及增加新興生產的成本。日本是最早提出加工尺寸的減小正比于所產生的部件尺寸的國家之一[1,9]。這個建

7、議是為了降低生產成本，節(jié)省能耗，提高空間，并保持每個資源對應生成[9]成分的初始大小。此外，該概念可以促進更高的精度機制和更簡單的設備比常規(guī)的機器。因此，這個概念適合用于高精度如行業(yè)對小型微型組件審查或微執(zhí)行機構 [9]。 本定義為降低生產成本的低成本微機械裝置。</p><p>　　在近幾十年中，許多研究已進行開發(fā)了多個微機應用，甚至是在academicals規(guī)模的實驗室[11-20]。在山中井野的文章中[12

8、]，它是關于使用不同的經營和根據(jù)加工生產一部分的規(guī)模來使用幾何精度車床的說明。詳細說明指出，當機器的大小變化，精度也將被改變，并得出結論認為，制作一個小小的組件比使用一個高精密機床是更有利的[11-12]。對大島等人來說 （2007）[21]，工具的位置的圖形計算是采用CCD照相機指向工具端部的方法。這種技術允許位置反饋給控制單元和車床任何可能產生立體干擾的檢測。由大島進一步研究推出了采用電子顯微鏡和SEM（掃描電子顯微鏡）以提供更多的

9、細節(jié)和更高的精度。后來他們的研究[11]報告的定位誤差校正的6微米的量級和150微米的順序的切削深度。麥金托什考德爾和約翰遜[22]還研究了生產植入組織工程與控制體系結構,可以滿足生物活性的要求和塑造需求。 Yarlagadda,Chandrasekharan Shyan[23]協(xié)助細胞附著和生長在表面的相互作用。 Dunn等[24]討論的條款體外相互作用和體內生物分布在一些動物模型探討微植入藥物輸送。生物醫(yī)學目的是一款顯影段</

10、p><p>　　本文提出的設計是一個緊湊型模塊化小型（CMSS） - 數(shù)控車床兩軸和準確的順序一根主軸模塊可達2微米。指定機器將在100-300微米[29]驗證醫(yī)療建筑水平的可加工性。</p><p><b>　　數(shù)控車床系統(tǒng)設計</b></p><p>　　車床系統(tǒng)是一臺機器，使工件旋轉打擊工具，以產生圓柱形或圓錐形部件，也可以用于鉆井過程中或在

11、圓柱形零件[31-32]鏜孔。計算機化數(shù)字控制（CNC）是控制在基于來自操作員的數(shù)值數(shù)據(jù)的車床加工用工具的每個馬達制動器的位置和速度的一種方法。因此，數(shù)控車床是一個電腦數(shù)控車床系統(tǒng)的數(shù)控車床，主要由車頭，主軸，X-Z軸，床，工具保持架，和X-Z電動機制動器組成。</p><p><b>　　車頭</b></p><p>　　車頭是數(shù)控車床機的一部分，用于保持電動馬達和

12、傳動。它的作用是控制主軸和主軸轉向和轉速。</p><p><b>　　主軸</b></p><p>　　主軸是車床的一部分用來保持工件并與加工工件一起旋轉。主軸旋轉的角速度是通過傳輸系統(tǒng)搭載可調的電動馬達來調節(jié)的。工件有多種夾緊方式，即三個爪卡盤，夾頭，四爪卡盤（如圖在圖1）[31]。在目前的設計，使用夾緊工件的方式是三個爪卡盤，因為它的具有國內市場的高可用性，簡單

13、，定心過程更加容易的優(yōu)點。</p><p>　　(a) (b) (c)</p><p>　　圖1.工作片保持車床的類型; （a）三爪卡盤;（b）夾頭;（c）四爪卡盤。</p><p><b>　　X軸和Z軸平臺</b></p><p>

14、;　　軸平臺是數(shù)控車床刀架的基礎組件，可移動兩個軸為：x軸和z軸。兩個軸是通過電動機在沿其相應的軸線線性軌跡移動。實現(xiàn)每個軸的沿線性運動時，需要調度從旋轉運動的運動轉換器沿工作軸線線性平移。此外，還需要一個電機驅動器，以實現(xiàn)更精確和更硬的運動。該軸使用滾珠絲杠和直線導軌，實現(xiàn)指定運動。圖2是直線導軌和滾珠絲杠組件。</p><p>　　(a)

15、 (b)</p><p>　　圖2.組件，用于將電機的旋轉運動變?yōu)橹本€X-Z軸運動（a）滾珠絲杠; （b）直線導軌。</p><p><b>　　刀柄</b></p><p>　　刀架附著在X -Z軸平臺（滑架），用作本車床機上的切削工具的基體。這部分是沿著x z軸車床過程中運動的平臺。</p><p><b

16、>　　床身</b></p><p>　　這部分是支持部分，需要的數(shù)控車床機設計提供一個堅實的基礎來保存整個機器并消除任何可能的干擾振動。</p><p><b>　　電機驅動器</b></p><p>　　在CMSS-CNC車床的設計過程中，X軸和Z軸的運動是從東方電機直流電機無刷供電。這種方法使用電機是因為它有利的特征，即[

17、33]：</p><p>　　1）高效率，因為使用永久磁鐵的轉子和具有較少二次損失</p><p>　　2）可還原轉動慣量和高速響應。</p><p>　　3）由于其高效率，所以可以降低電動機的尺寸。</p><p>　　4）能力波動其速度甚至輕微的負荷變化。</p><p>　　除了上述所有的技術考慮，實惠的價格也成

18、為首要考慮的問題之一。根據(jù)所有這些特點，這種電機的價格與其他電機相比是算便宜的。表1示出在相同的馬達直流無刷電機步進，以及馬達伺服的比較功率。</p><p>　　表1.電機無刷直流，步進電機和伺服電機的比較</p><p><b>　　變速器（諧波齒輪）</b></p><p>　　連接到數(shù)控車床的X和Y軸，由馬達致動器產生的動力通過傳輸系統(tǒng)

19、傳遞。傳輸系統(tǒng)作用是根據(jù)發(fā)射的功率，降低速度，增加扭矩，并升級沿Z軸的移動精度。在此要使用的可能的傳輸類型設計是蝸輪，齒輪小齒輪，皮帶輪，和諧波齒輪。圖3示出這四個透射型的描述。諧波齒輪傳動式之所以選擇這個設計，因為它的優(yōu)勢，即更嚴格的，大比例小巧的體積，極低的反彈，低損失等。</p><p>　　(a) (b) (c) (d)<

20、;/p><p>　　圖3的傳輸系統(tǒng)的類型; （a）蝸輪; （b）小齒輪; （c）皮帶輪;（d）諧波齒輪。</p><p>　　CMS-CNC車床原型結果與討論</p><p>　　CMS-CNC車床目前的設計是產生了一個技術原型由車頭，主軸，X Z軸平臺，主軸電機，刀具定位馬達制動器，工具架，和床身組成的車床。這CMSS-CNC車床的設計是基于模塊化概念匹配小規(guī)模的工廠

21、，能夠實現(xiàn)微納米級精度。納米級精度由具有高剛性和緩慢的振動來實現(xiàn)。</p><p><b>　　緊湊的設計</b></p><p>　　CMSS-數(shù)控車床的緊湊設計意味著其維度優(yōu)化設計與生產的工件尺寸的大小相兼容。在目前的設計中，CMSS-數(shù)控車床只有A4紙大小（330毫米×483毫米）。設計CMSS-數(shù)控車床的尺寸的詳細規(guī)格機示于表2中。</p>

22、;<p>　　表2. CMSS-數(shù)控車床的尺寸規(guī)格</p><p><b>　　模塊化設計</b></p><p>　　可以被描述的模塊化設計，整個模塊可以分成幾個較小的模塊，可以在不同的系統(tǒng)下獨立工作[34]。這種原型設計，其中可以容易地組裝到CMSS-數(shù)控車床的一個模塊的幾個單獨模塊。此外，本CMSS-數(shù)控車床的每個單獨的模塊可以由其它模塊取代，加電

23、時，可以擴大，并且還可以配置服務于另一個不同的系統(tǒng)。圖4顯示了CMSS-CNC車床構建的分解圖在它的復合材料部件。圖5示出從另一單元的另一配置用銑刀切削工具模塊更換主軸箱主軸單元，并能還與工件夾持器模塊更換刀架模塊。事實證明，重新配置可以升級這個CMS-CNC車床成多軸。圖6顯示了CNC的完整的技術原型車床。</p><p>　　圖4.CMSS-數(shù)控車床機系統(tǒng)的分解圖編譯單元</p><p&

24、gt;　　圖5.采用模塊化的CMSS-數(shù)控車床的另一種可能的配置設計成為3軸移動銑床</p><p>　　圖6.數(shù)控車床完整的技術原型</p><p><b>　　小型解決方案</b></p><p>　　關于此CMSS-數(shù)控車床設計的最小移動分辨率計算用公式（1）。表3顯示了CMSS-CNC組件的決議和比例規(guī)范。</p><

25、;p>　　Rm=MRxTRxCR (1)</p><p>　　其中：Rm=機器分辨率/機器精度（毫米）</p><p>　　MR=電機分辨率/馬達精密（RAD）</p><p>　　TR=傳動比（弧度/ RAD）</p><p>　　CR =轉換率（毫米/弧度）</p><p>　　表3. CMSS-CNC

26、組件的規(guī)格</p><p>　　工作設計的CMS-數(shù)控車床機的分辨率可通過從表3進入規(guī)格數(shù)據(jù)到等式（1）中得到：</p><p>　　這表明，從理論上說，這個分辨率設計的CMS-數(shù)控車床可以達到直到55.5納米的精度。據(jù)認為，它可以被稱為納米加工。</p><p><b>　　低成本</b></p><p>　　經濟方面

27、的分析表明，該軟件可以是自行開發(fā)和出現(xiàn)的主要成本是用于便攜式個人計算機作為主處理單元和硬件。表4是價格表，表示這數(shù)控車床機的組件的可用性。</p><p>　　表4.組件價格表和可用性</p><p>　　總體而言，在整個處理系統(tǒng)的成本是3500萬IDR,可用性較高，即使在國內市場。這種生產成本算低的，因為它可以實現(xiàn)微觀尺度上的精度，甚至納米級精度。數(shù)控車床的平均成本為微觀尺度為其他品牌約

28、30億，增加至5000萬納米級的機器。所以，這樣的設計可以節(jié)省大約1500至2000萬IDR，當它的量產時,可以節(jié)省更多。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　這項研究的結論是，CMSS-數(shù)控車床的設計包括車頭，主軸，X-Z軸，床身，工具保持架，和X-Z電動機制動器。這種設計有很多優(yōu)點，如緊湊型設計，模塊化機生產成本低，而且能夠執(zhí)行精度達到達

29、55.5納米的加工。這種設計可升級成3軸移動銑床或甚至更多的軸。該生產成本低，因為它只有約3,500萬IDR，它的成分在國內市場有很高的可用性，所以它不會需要任何額外的報關費。當分辨率達到納米尺度，進一步研究將需要減少任何環(huán)境中的干擾。</p><p><b>　　感謝</b></p><p>　　作者要感謝印尼東麗科學基金會(ITSF)2011年的研究資助,并為電力

30、研究中心和機電一體化提供支持和便攜式的設備完成數(shù)控的研究。作者還要感謝滇Andriani國際資源巨大的持續(xù)支持。作者還希望感謝各方支持這項研究。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Kitahara T. Ishikawa Yu., "Present and Future of Micromechatronics,&qu

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