智能糖画机的设计.doc

智能糖画机的设计摘要：本设计利用数控自动化控制系统和编写好的图案数控程序来进行糖画制作糖画机通过机器的电磁系统把糖经过高温熔化为糖稀，由机器的电脑芯片系统读取机器中存储的各种糖画图形，绘制出各种各样的人物、动物、风景的造型；然后通过机器的温度控制系统冷却糖画使得糖稀完全凝固该智能糖画机的设计包括出糖嘴传动系统的设计，电机的选择，糖画台的设计，出糖嘴的结构设计以及控制系统的选择该设计解决了出糖不均以及夏天糖画不能及时凝固的问题关键词：智能糖画机，传动系统的设计，出糖嘴The design of the intelligent sugar painting machineAbstract：This design makes sugar painting production with the system which is under the numerical control and automation control and well designed NC program of drawing. Sugar painting machine melt the sugar into syrup in high temperature by the electromagnetic systems in the machine. By reading various kinds of stored sugar painting through computer chips in the machine, it can draw landscape modeling of all kinds of people , animals and scenery. Then the machine curdle the sugar syrup completely by the temperature control system in the machine.The design of intelligent sugar painting machine including the drive system designing of sugar mouth,the choice of motor, the design of the sugar painting workbench, the structural design of the sugar mouth and the choice of control system.The design solves the problem of the uneven sugar painting,and the inability to frozen in time in the summer.Keywords: Intelligent sugar painting machine,design of Transmission systerm ，out of sugar mouthI目 录1 前言 11.1 智能糖画机的特点 11.2 传动系统的设计 11.2.1 传动系统的组成 11.2.2 糖画机的工作原理 21.2.3 糖画机数控系统的主要工作过程 22 智能糖画机传动设计 32.1 传动系统 32.1.1 须满足的设计要求 32.1.2 出糖嘴传动系统的传动方式 32.2 糖画机传动系统的设计 42.2.1 拟定传动方案 42.2.2 选择电机 52.2.3传动图 62.3 轴系部件的结构设计 72.3.1 I轴结构设计 72.3.2 II轴结构设计 112.3.3电磁摩擦离合器的计算和选择 162.3.4 轴承配置型式 223 智能糖画机结构设计 253.1 出糖嘴的设计 253.1.1 出糖嘴结构设计 253.1.2 出糖嘴 253.1.3 出糖嘴组件的性能要求 263.2 出糖嘴组件设计 273.3 糖画台条件的确定 284 智能糖画机控制系统的选择 29III5 总结 30参考文献 31致 谢 32III11 前言 智能糖画机是使用自动化控制系统、电磁系统,机电一体化来实现与糖画民用机器生产的糖画设计。

操作员不需要美术基础,由糖画机自动绘画,取代了手工糖画我国智能糖画机的发展分为四个阶段：第一阶段：由普通刻字机改装成的皮带传动机器；第二阶段：开发版控制的糖画机；第三阶段：雕刻机手柄控制器的糖画机；第四阶段：双八核微电脑控制的终级版糖画机1.1 智能糖画机的特点糖画机是由微电脑控制器、步进电机、步进电机驱动器、齿轮齿条、电磁系统、记录系统、中央处理器、存储器、输入设备、输出设备、数据通路/总线和外部资源接口等一系列软、硬件来实现全自动制作糖画的民用设备1.2 传动系统的设计1.2.1 传动系统的组成 包括控制介质、数控装置、伺服机构和糖画机本体（机械部件）组成，糖化加工简单，也不需要考虑精度问，采用开环控制系统1）控制介质控制介质是储存数控加工糖画所需要的全部动作和出糖嘴对于糖画位置信息的媒介物，它记载着糖画的加工程序2）数控装置计算技术数控装置， 利用通用的小型计算机或者计算机加工软件它是糖画机的核心，一般由输入装置、控制器、运算器和输出装置等组成这些控制信息中最基本的信号是：根据已经提前输入好的程序经过选择后输出个坐标的进给速度、进给方向和位移量指令、送伺服驱动系统驱动执行部件做进给运动；主要部件的变换、换向和启停信息；选择出糖嘴指令信息；控制冷却、糖画的拿取等辅助指令信号。

3）伺服系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成并与糖画机上的执行部件和机械部件组成智能糖画机的进给系统它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移，每个做进给运动的执行部件都配有一套伺服系统，该伺服系统属于开环系统4）机械部件运动部件，进给执行部件，如出糖嘴、齿条、齿轮、立柱等支撑部件，此外还有工糖画台、熔糖器等1.2.2 糖画机的工作原理智能糖画机它工作原理是通过微电脑来控制机器的的熔糖器按照图案编好的程序运行，同时控制电磁系统把糖经过糖画机的熔糖器熔化的糖稀，由机器的电脑芯片系统读取机器中存储的几百种糖画图形，绘制出各种各样的造型然后通过机器的温度控制系统冷却糖画使得糖稀完全凝固成为可观可食的糖画1.2.3 糖画机数控系统的主要工作过程 数控系统的主要任务是进行糖嘴与糖稀之间相对运动的控制糖画机通电源后，微机数控装置和可编程控制器都将对数控系统各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初态当数控系统具备了正常工作的条件时，开始进行加工控制信息的输入2 智能糖画机传动设计2.1 传动系统 传动系统具有一定的变速范围，因为它是用来实现智能糖画机出糖嘴运动的传动系统，智能糖画机传动系统主要包括出糖嘴传动系统、电动机和主轴部件。

和普通糖画机的主传动系统相比，智能糖画机在结构上比较简单，原因是变速功能全部或大部分是由糖浆漏斗电机来承担的，这样省去了复杂的齿轮变速机构一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如出糖嘴、工作台），以及开停、换向和制动机构等组成2.1.1 须满足的设计要求（1）满足糖画机的使用性能要求；（2）糖画机传递动力要求；（3）糖画机工作性能要求；（4）产品设计经济性要求；糖画机的操作和控制要灵活、安全可靠、噪声小、准修方便机床的制造要方便，成本要低2.1.2 出糖嘴传动系统的传动方式 传动系统的全部传动和变速机构集中装在同一个箱体内，称为集中传动方式其特点是结构方便，然而其缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量会使出糖嘴产生变形，使出糖嘴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度出糖嘴最大回转直径:;横向最大行程(X轴):,纵向最大行程(Z轴):最大作画长度:;X,Z轴的最小设定单位为:快速进给速度:纵向:,横向:2.2 糖画机传动系统的设计2.2.1 拟定传动方案 智能糖画机需要自动变速，,出糖嘴必须通过自动变速，以维持作画速度基本恒定这些自动变速又是无级变速，以利于在一定的调速范围内选择理想的作画速度，这样有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。

无级调速有机械、液压和电气等多种形式，智能糖画机采用由直流步进电机机作为驱动源的电气无级变速由于智能糖画机的主运动的调速范围较大，而且调速电机的功率扭矩特性也难于直接与糖画机的功率和转矩要求相匹配所以智能糖画机出糖嘴传动变速系统常常在无级变速电机之后串联机械有级变速传动，以满足糖画机要求的调速范围和转矩特性 为简化出糖嘴箱体结构，本方案仅采用二级机械变速机构，运动方案如图2.1： 图2.1 出糖嘴传动电磁离合器图选择出糖嘴驱动系统将在价格与性能之间找出一种理想的折衷表2.1简要给出了用户所期望的出糖嘴驱动系统的性能下面将对各种交流出糖嘴系统进行对比、分析表2.1 理想出糖嘴驱动系统性能项目内容高性能低速区要有足够的转矩宽恒功率范围,并在高速范围内保持一定转矩高旋转精度高动态响应高加减速,起制动能力具有强鲁棒性,能适应环境条件和参数变化高效率,低噪声低价格低购买价格,低维护价格,低服务价格通用要求耐用性,可维护性,安全可靠性步进直流电机驱动系统是当前商用智能糖画机出糖嘴驱动系统的主流，其功率范围从零点几个kW到上百kW，广泛地应用于智能糖画机上。

经过对比分析本设计中决定采用直流步进电机可实现智能糖画机的各项要求2.2.2 选择电机（1）选择步进电机步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器选择混合式步进电机， 因为该步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度而且这种步进电机的应用也是最广泛的2）步进电机驱动器 ①步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的 ②步进电机驱动器的原理，采用单极性直流电源供电只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动图2.2是该四相反应式步进电机工作原理示意图 图2.2四项反应式步进电机工作原理示意图2.2.3传动图 初定智能糖画机的传动图,如图2.3. 图2.3 传动图2.3 轴系部件的结构设计2.3.1 I轴结构设计I轴上的零件主要是齿轮1。

一端用凸台定位,另一端用紧定螺钉定位1）选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数根据选定的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动.①本次设计属于金属切削机床类,一般齿轮传动,故选用6级精度.②材料选择.选择小齿轮材料为40C。