开题报告： 新型圆珠笔头夹紧翻转机构的设计 本文简介：
本科毕业设计(论文)开题报告题目：新型圆珠笔头夹紧翻转机构的设计学院：机械工程学院专业：机械工程班级：机电1406班学号：201402071428学生姓名：***指导老师：***提交日期：2017年12月26日1、课题的背景及意义数千年来，人类通过各种各样的方式一直在传承自己的意志、精神以及文化遗产
开题报告： 新型圆珠笔头夹紧翻转机构的设计 本文内容：
本科毕业设计(论文)
开题报告
题目：
新型圆珠笔头夹紧翻转机构的设计
学院：
机
械
工
程
学
院专业：机械工程班级：
机电1406班
学号：
201402071428学生姓名：
***指导老师：
***提交日期：
2017年12
月26
日
1、课题的背景及意义
数千年来，人类通过各种各样的方式一直在传承自己的意志、精神以及文化遗产，传播的方式多种多样，有口传心授、也有记录在册编成书籍供后人参考等等。从文化遗产的准确性以及与当时传播者本人最接近的思维角度考虑，书籍更具有传承的优势。由此，笔就显得尤为重要。从古人使用毛笔到十四世纪铅笔的问世然后到近现代的圆珠笔，可以说笔的更新迭代也在一定程度上反映了人类文明的进步。在我们所用的各种笔中，尤其以圆珠笔最为凸显出现代科技的进步。圆珠笔由笔杆、笔头、笔套组成，其中笔头最具技术含量。笔头的生产对加工精度以及材料的选择都有很高的要求。笔头上不仅有小小的钢珠，还有数条引导墨水的油管，这些零部件的加工精度要求都要达到千分之一毫米的数量级。在书写的过程中，要求钢珠能圆滑滚动并且不脱落，油管和笔头的后端紧密连接，保证书写流利顺畅，并且不允许发生油墨倒流
[1]。
国内的圆珠笔制造业最早是从二十世纪四十年代发展开始的,当时根本没有研发制造设备的条件,
而是全手工制作,用榔头敲,钻头手工打眼,后来发展为手动小摆车,直至到目前使用较多的单轴自动车以及少量的多工位自动加工车[2,3]。但是单轴自动车的加工精度低,只能用于生产低档的圆珠笔,由于圆珠笔头的制作工艺不佳,使圆珠笔在书写过程中存在有麻点以及掉珠等问题。并且国内研发的多工位加工设备也尚有不足之处，如机械结构复杂、体积较大、机床对笔头等零件只能进行纵向切削等[2]。
反观国外，从二十世纪八十年代中期开始，瑞士MIKRON公司推出了30工位的笔头加工设备，实际上这台设备是将工位由原先的直线式排列改为圆周形排列，同时增加了工位数，但这种机型的故障率较高，并且检测结果表明该机型在同步性方面还有所欠缺[2,4]。由于后期开发出来的圆珠笔，其笔头的结构较为复杂、加工要求较高，使得设备在加工工位上不能满足要求。到九十年代初期，MIKRON公司在30工位设备基础上，开发出了24工位设备，其拥有48个上下动力头，可从上下两个方向同时加工，能满足所有类型圆珠笔笔头的加工生产[2,4]。
圆珠笔因为精度要求高，所以高性能的笔头一般都在全自动生产设备上加工，其工作特点是加工工序多、切削速度快、装配和加工精度要求高[5]。目前，国内各主要生产圆珠笔公司，仍采用大量进口笔头的策略以提高自身产品的竞争力，但一味的进口会令我们一直扮演一个只会进行简单加工装配的角色，而处于十分被动的局面。高性能的笔头需要设备性能和加工精度不断提高、完善来提供，设计新型夹紧翻转机构就是其中改善的一项。夹紧机构能提高笔头加工过程中的定位精度，而翻转机构高效简洁，实现平稳、快速翻转。加强新型夹紧翻转机构的研发，对于提高车间生产效率、降低工人劳动强度、提升产品市场竞争力等具有重要意义。
2、课题的主要设计技术参数或研究工作要达到的目标
根据毕业设计题目的要求，合理广泛运用所学的知识，收集相关的文献素材，遵守有关的设计规范，将新型圆珠笔夹紧翻转机构进行分块设计，攻破各个难点，在满足功能部件要求的前提下，力求低成本、高性能的目标。
对新型圆珠笔夹紧翻转机构设计要求：
（1）
实现圆珠笔头在加工中的自动前后翻转。
（2）
实现圆珠笔头在加工中的准确夹紧定位。
（3）
运用合理的机构布局，减小加工中的产品振动，增加定位精度[6,7]。
3、主要设计技术参数
定位精度:误差不能超过0.003mm
外形尺寸(长×宽×高):500×200×200mm
反转完成时间:1.0s
4、课题研究的主要内容
在查阅了相关资料，了解了圆珠笔发展历史与国内外加工设备研究的现状基础上，针对全自动夹紧翻转机构的工作原理，将本课题的主要研究内容分为自动翻转机构的设计、自动夹紧定位机构的设计、顶入顶出衔接机构的设计以及合理的机构布局。
4.1 课题研究的基本原理及技术方案
4.1.1 自动翻转机构的设计原理及方案
课题所需的自动翻转机构对角度有严格的要求，每次翻转的角度必须为180°。下图1，即为每次翻转180°的专利发明，我们可借鉴参考。图中的2为截止块，左右分布的两个截止块限制18翻转框的运动，旋转气缸提供动力使翻转框不断地做顺时针逆时针运动循环且保证每次的运动角度为180°。为了减少冲击，在截止块的同一平面安装了3液压缓冲器来减小来回运动对装置带来的冲击。由此,我们可以通过限制某块零部件的运动长度,最终达到输出轴每次旋转半周的目的。
图1
自动翻转机构[8]
4.1.2 精确定位的夹紧机构的设计原理及方案
加工零件的不断优化、生产效率的不断提高，令夹具的设计也随着工业发展而显得尤为重要[9]。在笔头的多工位加工过程中，需要对微小的笔头进行快速夹紧并且准确的定位到加工位置。由于笔头属于比较微小的零件，其加工时所需的夹紧力较小，所以在保证夹持可靠、准确定位的前提下，力求减小夹持力，使工件不产生过大的夹紧变形。
弹簧夹头由于夹紧行程小，定位精度高，操作使用简单方便，在目前小型零件自动化加工车床中具有广泛应用。其工作原理为：在零件的整个圆周施加夹持力，利用弹性元件受力后的均匀弹性形变，实现对工件的自动定位与夹紧
[10]。
根据弹簧夹头的结构特点，可以设计衍生出专用的夹紧机构，该机构主要包括三个部分：夹具本体，紧缩件，支撑装置。夹具本体可以有效、精确地对圆珠笔头进行夹紧定位，且具有自锁性能，适应多工位加工机
[1]。紧缩件可减小夹具本体在夹紧变形中的摩擦损耗，增加夹紧机构的使用寿命。支撑装置与外部机构相连，来固定整个加工装置。
图2
夹头结构示意图[1]
4.1.3 顶入顶出衔接机构的设计原理及方案
顶入、顶出装置的作用是衔接翻转机构与夹紧机构，实现笔头夹紧、前后翻转的全自动过程。顶入、顶出功能采用两个推头实现，由气缸提供动力。
4.1.4 合理机构布局的设计原理及方案
加工过程中，作用在夹具部件上的力必须被分析[11]。柔性工件的加工振动是最终影响加工精度的主要因素。不适当的夹具布局容易产生加工振动，这将严重影响表面的加工质量，特别是对于柔性工件[12]。通过机构的合理布局，使机构间的力相互抵消、相互制衡，以此来使加工所产生的力对整体产品加工定位的影响达到最小化。
4.2 课题的可行性分析
本课题设计的装置要满足圆珠笔自动化装配线上对圆珠笔头前后翻转加工的需求，设计能高效简洁，实现平稳、快速翻转并具有定位作用的新型夹紧翻转机构，来提高圆珠笔加工设备性能和完善加工精度。
目前，国内加工圆珠笔头所使用的LX-24工位机床与45工位机床已基本能实现该功能，但机械结构复杂且体积较大，仍有较大改善空间[13,14,15]。以已有投入生产的生产机床为基础，从原理及夹紧翻转的各种新型案例分析，本课题是可行的。
4.3 课题主要解决的技术关键问题及创新点
本课题主要解决的技术关键问题涉及以下几个方面是：自动化翻转固定机构的设计，以达到高效简洁的目的；精确定位夹具机构的设计，以达到加工高精度的目的；顶入顶出衔接机构的设计，以实现夹紧机构与翻转机构的无缝连接；合理布局机构以消除加工振动，以实现平稳加工的目的。
本课题的创新点在于：1）工件夹紧、翻转能在全自动过程中进行，实现对笔头前后的加工；2）采用新型定位夹头，保证工件的受力均匀，可以对工件达到更精确的定位；3）机构间的合理布局，减小加工振动，实现平稳加工，保证了工件的加工精度。
4.4 课题研究工作的技术路线
推头把笔头从夹具推入翻转机构
翻机构翻转180度
推头把笔头从翻转机构推入夹具并夹紧
本课题的新型圆珠笔头夹紧翻转机构主要由自动翻转机构、定位夹紧机构、顶入顶出机构组成。在圆珠笔头的自动化生产线上，对每个工位的时间都有严格的要求，为提高生产效率，要尽可能的实现相邻两个工位在时间上的无缝连接。所以对于圆珠笔头的夹紧翻转需尽可能的进行时间上的压缩，本课题设计的机构对笔头的夹紧翻转能在1.0秒之内完成。
图3
笔头翻转流程
每个步骤的时间安排为：推头把笔头推入翻转机构：0.4秒；
笔头翻转180度：0.2秒；
推头把笔头推入夹具：0.4秒。
5、课题计划进度
时间
完成的主要工作
2017.11.01-2017.12.15
了解毕业设计的进程，确定毕业设计题目，了解相关课题背景
2017.12.15-2018.01.25
查阅有关文献，运用所学知识，完成开题报告、文献综述和外文翻译
2018.03.05-2018.04.30
完成毕业设计总体设计方案，部分尺寸计算、校核、相关图纸绘制
2018.04.30-2018.05.15
完成毕业设计的新型圆珠笔头夹紧翻转机构的初稿
2018.05.15-2018.06.01
完成毕业设计新型圆珠笔头夹紧翻转机构、进行答辩
2018.06
修改并提交毕业设计
参
考
文
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