玻璃切割机设计文献综述

本设计的是通过采用三轴联动机械来完成角度定位，刀具线速度定位和切割路径运动控制。该系统三轴机械不同于寻常，一般的三轴机械中z，x，y形成一个三维空间，而玻璃切割机的z轴为一个旋转轴，主要保证切割刀具的行走方向角度方向始终与x、y轴的合成运动方向保持一致，从而有效的保证切割效率和质量以及延长切割道具的寿命。同时，玻璃切割机的三轴负载情况也不同于一般系统。该项目中，三轴的联动性要求比较高，运动控制精度比较高，同时希望机器能解析设计图纸并自主工作，以达到全自动的标准。
机械设计主要由下面的各个阶段所组成：1 市场需求分析、2 明确机械产品的功能目标、3方案设计、4技术设计阶段。在设计过程中采用新的技术手段和技术原理、发挥创造性，提出新方案，探索新的设计思路，提供具有社会价值的、新颖的而且成果独特的设计。
一、研究背景及动态
(1) 机械设计的现状和发展趋势
第二次世界大战以后，作为机械设计的理论基础的机械学继续以更加迅猛的速度发展，摩擦学，可靠性分析，机械优化设计，有限元计算，尤其是计算机在机械设计中迅速推广，使机械设计的速度和质量都有大幅的提高。在机械中广泛运用计算机和自动化程度的提高，使现代的具有明显的特色。因此，机械设计在理论，内容和方法方面与过去相比都有了划时代的发展。而国际市场的激烈竞争，是现代机械设计的方法和发展的催化剂。世界各国逐渐认识到产品市场竞争对各国经济发展的重要作用。机械产品设计在这一时期获得了空前的发展。机械设计目前已经不宜作为机械学的一个分支，而应该认为是与机械学并立的一门技术科学了。 [资料来源：https://www.doc163.com]
现代机械设计方法的特征是，它具有自己的学科体系和专门的内容。其核心技术有3个方面：
① 以产品的“功能”作为机械计的核心目标。美国麦尔斯提出了“顾客购买的不是产品的本身，而是产品所具有的功能”，明解地说明了“功能”是产品的本质和灵魂。这一原理的提出大大地解放了设计师的思想，为了实现某一功能，可以采用各种不同的原理和结构。我们可以从近年来的计时装置，文件复制设备，通讯方法等方面的飞速发展看出，设计师的聪明才智得到了空前的发挥，多方面的满足了社会的需要。
② “人机学”的形成和发展。机械的工作往往与人是不可分的，如汽车，飞机有些操纵的信号要靠人输入。必须考虑操纵者的反映速度和能力限制，还必须考虑操纵者和乘客的传舒适性。如有一些武器设计者已经考虑使用者中，虽然磊部分是作右手方便的，但是习惯于用左手的（称为左利手或左撇子）也占有一定的百分率。虽然许多产品已经向自动化发展，许多民用产品对使用者的拔术要求日益降低（俗称 “傻瓜化”）。但是机械产品竞毕竟是为了人类设计的。考虑“人机学”是提高产品的竞争能力的重要方面。实际上“傻瓜化”就是当前处理人机问题的一个重要的途径。 [资料来源：http://doc163.com]
③ 建立系统的“工业设计”学科体系。工业设计是设计者使产品在外观，色彩，形状，尺寸比例等方面的合理设计，使产品与人，环境更协调，以得到更好的使用效果与况争力。
(2) 机械设计的未来发展趋势
① 现代社会机械广泛应用于生产，生活各个领域，已成为衡量一个国家技术水平和现代化程度的重要标志。随着机械设计基础理论的发展及新概念，新方法，新工艺的不断出现，机械设计也得到了迅猛的发展。主要体现在以下几个方面。
② 机械体积从米级向微米级设计 
有用于宇宙的空间机械，有用于深海作业的机械，又有用于人体血管内的机械等等。显然，它们有的是庞然大物，有的是微型机械，这就要求设计不同的尺寸的零件。
③ 从单个零件到整机系统的设计 
现代机械日益向高速的，重载，高精度，高效率和低噪音等方向发展，必然要嘶哑从传动系统偏重于零件，部件的静态单个的设计向多种零件的综合或以整机为对像的动态系统多个零件扩展的设计，
④ 设计用的工具的改变 
改变图板等绘图工具，应用计算机软件技术直接在计算机上进行最优化的机械设计。
⑤ 设计-加工的一体化 
机电一体化的应用改变了传统的机械设计与机械加工的分离使零件的设计与加工几乎同时进行。例如数控机床的应用，改变了传统的设计与加工方法，它实现了机械与电子，强电与弱电，软件与硬件，控制与信息的多种技术的有机结合，按照计算机的指令来控制机床进行机械加工。目前，应用软件较多的是CAD，CAM。

[资料来源：www.doc163.com]

⑥ 对机械的人性化设计和等寿命设计
在市场竞争日益激烈的市场环境下，不仅要求设计的机械产品质量好，使用期限内安全可靠度高，而且在视觉上给人以舒适的，实用的，富有时代气息和外观具有吸引力。同时采用等寿命设计使产品质优价廉，以此来提高产品的市场竞争力。 
(3) 我国机械设计现状 
① 我国在现代机械设计方面起步较晚,中国机械工程学会于1983年5月才召开了“第一次机械设计方法学讨论会”，但经过了多年的努力，我国在现代设计方法的研究方面已经取得了可喜的成绩，现在的中国可以自豪地称为“世界的工厂”，“MADE IN CHINA”已经是世界闻名了。但是相对于世界上先进的国家来说，我国的机械设计还是相当的落后的，具体表现为：
（1）对客观设计过程研究，了解不够。尚未很好地掌握设计中的客观规律。
（2）当前设计的优劣主要取缺于设计者的经验。
（3）设计生产效率低。
（4）设计进度与质量不能很好控制。
（5）设计手段与方法有等改进。
（6）尚未形成能为大家接受的，能有效指导设计实践，较为系统的设计理论。
面对这一形势。唯一的回答就是：设计必须科学化，这意味着要科学地阐述客观设计过程及其本质，分析与设计有关的领域及其单位，在些基础上，科学地安排设计过程，使用科学的方法和手段进行设计。同时也要求设计人员不公有丰富的专业知识，而且要掌握先进的设计理论，设计方法及设计手段，科学地进行设计工作，这样才能及时得到符合要求的产品。发展我国的机械设计科学研究，必须集中探讨机械设计各主要环节的正确工作方法和解决问题的途径，收集开发新产品的成功经验和范例，积累大量的设计资料，了解世界有关行业的发展动向，致力于提高我国机械工业的水平，生产具有国际竞争力的机械产品。相信我国学者们要总结过去设计经验并吸收外国先进的学术思想和科学技术的基础上，定能研究出一套适合我国的国情。高效优质，经济地进行设计的规律和方法来为加速现代化建设做出应有的贡献。

[版权所有：http://DOC163.com]

二、评述
(1)本设计所涉及的玻璃及玻璃设备行业动态
随着科技的不断发展，国内的液晶行业的也取得了飞速的发展。从近几年的情况看，随着我国经济近几年的加速增长，房地产和汽车行业的高速增长带动的玻璃消费快速增长，使得玻璃行业消化新增产能的速度加快，进而造成玻璃行业的蓬勃发展。
以玻璃为代表的液晶加工设备的需求显得愈发显的重要。自动精密玻璃切割机，是液晶生产线上不可缺少的基础设备，用它可将大块基板切割成需要的任何尺寸。同时，它也可用于切割太阳能电池基板、医用玻璃基板及其他电子玻璃。
我国国内液晶行业起步比较晚，直至上个世纪末，国内还没有一个厂家能够生产出像样的此类设备，许多玻璃行业或靠传统的手工划线、或依赖进口国外设备。手工划线效率很低，不能满足液晶行业迅速发展的需要；当时国外虽然已有日本、美国等国生产这种产品，但进口设备不仅价格昂贵，还要受国外的技术制约，因此积极开发本土的玻璃切割技术和是设备有着巨大的潜力和广阔的市场前景。
传统的机械切割法的最大的缺点是需要对加工后的边缘进行再处理，及其所带来的产量低下问题。
在机械切割中，用砂轮或机械轮在玻璃上进行刻划，产生沿着切割方向的切向张力，从而使玻璃沿着划痕裂开。这种方法所切割的边缘不平滑、有微小裂痕，材料上残存不对称边缘应力，及残留碎屑等。对于很多应用，碎屑和局部应力所造成的微小裂痕将造成器件的失灵，所以必须进行切后边缘打磨并且/或者抛光，甚至进行热处理，以强化边缘。另外，机械轮加工中还需要辅助剂辅助切割，辅助剂也有可能粘在成品边缘，需要过水清洗或超声波清洗等后续处理。后续处理工序以及低成品率（发生不确定的裂痕）等都将增加成品玻璃制品的造价。

[来源：http://www.doc163.com]

激光应用于切割和焊接薄金属板已有30年了，通过聚焦光束局部地加热材料。这种方法灵活性好，经济效益高，在很多工业应用领域大放异彩。其实玻璃有比金属更低的热传导，所以激光切割机可以顺理成章地应用于玻璃的切割。事实上，一些公司早在70年代即开始发展成套系统，当时使用的是千瓦输出功率水平的CO2 激光切割机。但是，因为功率水平高，对玻璃造成不容忽视的热影响，以致融化局部材料，所以当时的激光切割技术难以保证整齐、平滑的切割边缘，在许多应用场合中，仍然需要打磨切割边缘。同时，当时CO2 激光切割机的价格非常昂贵，令人生畏。
(2)本设计的设计方法
工程中经常提及的设计方法有常规的机械设计方法、现代设计方法和创新设计方法。
1、常规设计方法
常规设计方法也称传统设计方法。常规机械设计方法是依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，以实践经验为基础，进行设计计算、绘图和编写设计说明书。
一个完整的常规机械设计主要由下面的各个阶段所组成。
（1）市场需求分析
本阶段的标志就是完成市场调研报告。
（2）明确机械产品的功能目标
本阶段的标志就是明确设计任务。
（3）方案设计

[资料来源：https://www.doc163.com]

通过方案选择与评价，最后决策确定出一个相对最优的机械系统运动方案。
（4）技术设计阶段
该阶段包含：机构设计，机构系统设计（含协调设计），结构设计，总装设计，制造样机。
（5）生产阶段
在常规机械设计过程中，也包含了设计人员的大量创造性成果，例如在方案设计阶段和结构设计阶段中都含有创新的过程。
在机械原理和机械设计教学中学习的综合与设计方法主要是常规设计方法的内容。
2、现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念，进行机械产品的设计。其特点是产品开发的高效性和高可靠性。大量的工程软件使复杂的设计过程变得既容易又简单。
现代设计方法内容广泛、学科繁多，主要有计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、求反设计、创新设计、并行设计、虚拟设计等方法。
3、创新设计是指设计人员在设计中采用新的技术手段和技术原理、发挥创造性，提出新方案，探索新的设计思路，提供具有社会价值的、新颖的而且成果独特的设计，其特点是运用创造性思维，强调产品的创新性和新颖性。
机械创新设计的实质是充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果，进香创新构思、设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构产品的一种实践活动。它包含两个部分：从无到有和从有到新的设计。机械创新设计是相对常规设计而言的，它特别强调人在设计过程中，特别是在总体方案、结构设计中的主导性及创造性作用。
4、三种设计方法的异同点分析
常规设计方法主要强调运用公式、图表、经验等常规方法进行产品设计。
现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念进行产品设计。
创新设计则强调设计人员在设计过程中运用创造性思维，提出新方案、探索新的设计思维，强调产品的创新性和新颖性。提供具有社会价值的、新颖的而且成果独特的设计的方案。
实际上，创新设计更加注重产品方案设计。方案确定后，在技术设计阶段仍然采用常规设计方法或现代设计方法进行具体的设计。
三、结论
机械基础综合课程设计的内容如下：
（1）根据设计要求确定待设计产品的接写系统运动方案并进行优选。
（2）对该方案中的主体机构进行尺度综合。
（3）对主体机构进行运动分析和受力分析。
（4）绘制机构系统的运动简图。
（5）进行机构系统的运动协调设计。
（6）传动方案设计。
（7）有关零部件的计算。
（8）机械装配草图的设计。
（9）装配图的草图绘制。
（10）装配图的绘制。
（11）零件图的绘制。
（12）编写设计说明书。
本设计玻璃切割机具有裁切效率快、裁切精度高寿命长、刀轮更换方便等特点外，增设了传动装置，自动运行停止功能，从而使操作更方便、灵活、省力、整机造型更美观，减轻了劳动强度，提高了工作效率，由于转 [资料来源：www.doc163.com]
动平稳、均匀，切割质量得到了提高。
参考文献：
[1] 孔凌嘉、张春林, 《机械基础综合课程设计》,北京:北京立功大学出版社，2004
[2] 蔡兰  寇子明  刘云霞．《机械工程概论》机械工业出版社, 2002
[3] 孙桓 陈作模．《机械原理》，机械工业出版社, 2006
[4]邱宣怀, 《机械设计》,4版，北京：高等教育出版社，1997
[5] 于惠力，《机械零部件设计禁忌》，北京：机械工业出版社，2006
[6] 吴克坚，于晓红，钱瑞明，《机械设计》，北京：高等教育出版社，2003

[资料来源：http://www.doc163.com]