自动刮削机械臂的设计 开题报告

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查阅《机械设计手册》，设计出符合要求的自动刮削机械臂机构。设计达到的目标：刮削速度符合要求；无太明显的振动，避开模态频率；选择合适的驱动，以保证机构的稳定性；刀具的夹紧装置能够很好的加进刀具；设计的图纸能够加工出来；各轴的应力不会超过其许用值；整体机构紧凑，布置以节约空间为主，考虑平衡要求。
用刮刀刮除工作表面薄层的加工方法称为刮削。刮削加工属于精加工。
通过刮削加工后的工件表面，由于多次反复地受到刮刀的推挤和压光作用，因此使工件表面组织变得比原来紧密，并得到较细的表面粗糙度。
精密工件的表面，常要求达到较高的几何精度和尺寸精度。在-般机械加工中，如车、刨、铣加工后的表面、工具达到上述精度要求。因此，如机床导轨和滑行面之间、转动的轴和轴承之间的接触面、工具量具的接触面以及密封表面等，常用刮削方法进行加工。同时，由于刮削后的工件表面，形成比较均匀的微浅凹坑，给存油创造了良好的条件。
刮削工作是-种古老的加工方法，也是-项繁重的体力劳动。但是，由于它所用的工具简单，且不受工件形状和位置以及设备条件的限制；同时，它还具有切削量孝切削力孝产生热量孝装夹变形小等特点，能获得很高的形状位置精度、尺寸精度、接触精度以及较细的表面粗糙度，所以在机械制造以及工具、量具制造或修理中，仍然是-种重要的手工业作业。
刮削工艺-般属于钳工加工的范畴，其过程包括清洁工件、涂抹显示剂、研磨显点、刮削和检测等具体操作。目前，刮削加工基本停留在手工操作的水平，除了可以人工手持动力刮刀代替人力来刮去高点，其他工作基本全由人力完成，工人劳动量大，对工人的经验和技术水平要求较高，加工效率非常低，加工质量难于保证。工厂中，刮削技艺-般以师徒相传的形式传承，培养周期较长，成才率低，制约着该工艺的应用和发展。
为了提高刮削技术的加工效率和加工质量，降低对工人技术水平和实践经验的要求，长期以来人们不断地进行着刮削加工机械化和自动化的研究工作，在动力刮刀、刮削质量检测和刮削整机的研发等方面取得了-定的成果。
为了保证刮削质量且省时省力，在长期刮削实践中，人们开发应用了诸如手刮法、挺刮法等众多成熟的刮削方法。随着自动刮削的兴起，适应自动刮削加工的新刮削工艺也将会不断研发出来，包括刮削策略、路径、刮削力以及刀迹的控制等。以传统刮削工艺为基础，以当代CNC技术为依托，自动刮削工艺的研究也大有前途[1]。
2动力刮刀及机械臂的国内外研究现状
2.1 国外动力刮刀的研究现状
动力刮刀又称为自动刮刀、动力式刮研机等，它通过刀片的振动、旋转等动作代替人力去除工件材料，但仍需人工手持进行定位，其切削压力等也需要人工进行控制。根据能量来源不同，动力刮刀-般分电动、气动等类型，它的使用可以在保证刮削质量的前提下，大大降低工人的劳动强度并提高刮削效率。
动力刮刀原理-般都是通过机械传动机构将旋转运动转化为刀具的直线往复运动。国外对此研究很多，并申请了众多专利，但是由于可靠性等问题，真正实用的并不多见。
Anderson发明了-种表面工作机，工具的往复运动由机械能提供，需要人工手持引导动力工具在工件表面加工，可用于刮削工艺[2]。该装置尺寸较大，工具的-端需要1个横梁或者导轨作支撑，结构和操作较复杂，实现起来比较困难。KIROV NIKOLAJ 等人发明的动力刮刀通过圆锥齿轮将旋转运动传给曲柄连杆滑块机构来实现刀具往复运动[3]。Aspeek采用电动机带动端面凸轮的形式为刮刀提供切削动力，刀具后退的动力由工件表面和刀尖的接触压力提供[4]。这种只有前进时才提供动力的刮刀可以减少刀具后刀面的磨损，并能避免刀具回退时划伤工件表面。
目前，在国外动力刮刀应用最广泛、最具有代表性的是瑞士BLAX机器股份有限公司生产的系列电动刮刀及其配套刀片和附件[56]。该刮刀自20世纪50年代末开始申请专利，其原理是无级调速电动机输出的转矩经降速齿轮传给1个特殊的亿传动机构，将电动机的旋转运动转化为刮刀的直线往复运动，并且行程可通过调整亿机构的偏心大续行大范围调节( -般为020mm)，刀头往复的冲次最高可达2400min-1。BLAX系列电动刮刀自身质量从2.74.7kg不等，消耗电源功率为几百瓦，不同刮刀可以分别或者同时适应平面重载刮削、标准刮削、高精刮削、油密气密刮削。配备特殊刀片时，还能用于燕尾槽、棱形面等特殊表面的加工，有的型号还可用于半月型刀痕刮削。据称，使用该刮刀时刮削效率是普通手工刮削的5倍，并且精度也会大大提高[7]。但该工具在中国应用并不多，应该与其价格高昂有关( 国内市场上价格约34万元/把)。同时，该公司也生产气动类型的动力刮刀，可在没有电源的情况下或者在不允许使用电源的情况下使用，其使用和电动刮刀基本相同。