密喷丸式复杂型面强化设备机械手的分 类 号 级：UDC密级：密 级硕 士 学 位 论 文设计 喷丸式复杂型面强化设备机械手的设计西华大学生硕士学位论文作 者 姓 名 ： 赵 一 霁学科、专业：机械制造及其自动化学 号 ： 212010080201002指 导 教 师 ： 费 凌 教 授完 成 日 期 ： 2013 年 5 月Classified Index:UDC:密级：Xihua UniversityMaster Degree DissertationDesign of Manipulator for Shot PeeningEquipment Applied on Complex SurfaceCandidate : Zhao YijiMajor : Mechanical Manufacturing and AutomationStudent ID: 212010080201002Supervisor: Prof.Fei LingMay， 2013西华大学学位论文独创性声明作者 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 学 位 论 文 ， 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 进 行 研 究工 作 所 取 得 的 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 文 中 已 经 注 明 引 用 内 容 和 致 谢 的 地 方 外 ，本 论 文 不 包 含 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 其 他 已 申 请学 位 或 其 他 用 途 使 用 过 的 成 果 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 贡 献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学 位 论 文 作 者 签 名 ： 指导教师签名：日期： 日期西华大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校攻 读 学 位 期 间 论 文 工 作 的 知 识 产 权 属 于 西 华 大 学 ， 同 意 学 校 保 留 并 向 国 家有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 ， 西华 大 学 可 以 将 本 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 印 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。 (保密的论文在解密后遵守此规定)学 位 论 文 作 者 签 名 ： 指导教师签名：日期： 日期西 华 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要喷 丸 强 化 能 大 幅 度 提 高 产 品 疲 劳 断 裂 以 及 应 力 腐 蚀 断 裂 抗 力 、 质 量 和 寿 命 ， 能 产 生巨 大 的 经 济 效 益 ， 因 此 深 受 各 国 政 府 和 科 研 机 构 的 重 视 。 自 20 世 纪 80 年 代 以 来 ， 作 为表 面 改 性 技 术 之 一 的 喷 丸 强 化 技 术 迅 速 发 展 ， 已 广 泛 应 用 于 飞 机 制 造 、 化 工 、 塑 料 模 具 、石 油 开 发 及 工 程 机 械 等 部 门 。 由 于 复 杂 型 面 、 内 腔 以 及 内 孔 的 喷 丸 加 工 工 艺 复 杂 ， 所 以对 喷 丸 强 化 设 备 的 自 动 化 程 度 要 求 很 高 ， 其 设 备 是 一 个 集 多 学 科 技 术 于 一 体 的 高 技 术 系统 ， 其 应 用 情 况 标 志 着 一 个 国 家 高 科 技 水 平 和 工 业 自 动 化 的 发 展 程 度 。随 着 航 空 、 航 海 、 石 油 、 军 械 等 制 造 业 对 其 关 键 零 部 件 的 抗 疲 劳 和 耐 应 力 腐 蚀 能 力的 要 求 不 断 提 高 ， 喷 丸 强 化 技 术 应 用 对 象 正 在 从 简 单 型 体 零 件 过 渡 到 复 杂 型 面 及 型 腔 零件 。 而 目 前 国 内 数 控 喷 丸 强 化 设 备 主 要 依 靠 进 口 ， 国 产 设 备 无 法 满 足 复 杂 型 面 喷 丸 强 化的 工 艺 要 求 。 这 就 对 复 杂 型 面 喷 丸 强 化 设 备 的 研 究 提 出 了 迫 切 的 要 求 ， 因 此 对 复 杂 型 面喷 丸 强 化 设 备 进 行 研 究 具 有 很 高 的 经 济 意 义 和 现 实 意 义 。本 课 题 通 过 对 五 轴 气 动 式 喷 丸 机 床 的 研 究 ， 设 计 多 轴 机 械 手 与 数 控 回 转 工 作 台 运动 ， 使 机 床 达 到 具 有 对 复 杂 型 面 喷 丸 强 化 的 能 力 。 设 计 了 旋 转 喷 枪 装 置 ， 并 基 于Solidworks 完 成 其 各 部 件 的 建 模 以 及 装 配 ， 通 过 在 机 械 手 末 端 加 装 旋 转 喷 枪 ， 可 满 足 对内腔以及孔喷丸强化的要求。喷丸设备采用以太网通讯的开放式数控系统，设计了以TMS320F2812 芯 片 为 控 制 核 心 的 五 轴 步 进 电 机 运 动 控 制 卡 ， 运 动 控 制 卡 硬 件 设 计 包 括基 于 DSP 的 运 动 控 制 电 路 设 计 以 及 以 太 网 通 讯 电 路 设 计 。 通 过 对 五 轴 气 动 式 喷 丸 机 床的 研 究 ， 其 功 能 可 实 现 对 弹 丸 流 的 位 置 及 角 度 、 移 动 速 度 的 实 时 、 精 确 控 制 ， 解 决 复 杂型 面 零 件 喷 丸 强 化 时 不 能 精 确 控 制 喷 枪 与 零 件 表 面 距 离 、 喷 丸 角 度 的 不 足 之 处 。 在 满 足加 工 工 艺 要 求 的 同 时 ， 让 工 件 的 装 夹 变 得 容 易 ， 降 低 了 夹 具 的 成 本 ， 避 免 了 多 次 装 夹 ，提 高 生 产 效 率 。 本 论 文 通 过 对 喷 丸 设 备 机 械 手 的 机 械 系 统 、 驱 动 传 动 系 统 和 控 制 部 分 的设 计 ， 以 及 旋 转 喷 枪 装 置 的 设 计 ， 理 论 上 实 现 了 喷 丸 强 化 设 备 具 备 对 复 杂 型 面 零 件 的 加工 的 能 力 。关 键 词 ： 喷 丸 强 化 ； 旋 转 喷 枪 ； Solidworks 建 模 ； TMS320F2812I喷 丸 式 复 杂 型 面 强 化 设 备 机 械 手 的 设 计AbstractIncreasing attention from government of nations and scientific research institutions ispaid on shot peening strengthening for the great economic benefits that would bring us, bywhich, fatigue resistance, stress corrosion resistance, quality and service life would beincreased vastly. Shot peening strengthening as one of the surface modification technologieshas developed a lot since 1980s, and its widely used in aircraft manufacturing, chemicalindustry, plastic molding, oil industry and engineering mechanism. Shot peening process canbe very complex when it is applied on complicated surface, cavity and inner hole, because ofwhich, the corresponding equipment has to be highly automatic to satisfy the processrequirements under complex working environment. Besides, application of the processingequipment is considered as the sign of since and technology level and industrial automationdegree of a country, since it combines multiple technologies together as a hi-tech system.Application range of shot peening is transiting from simple shape to complex surface andcavity as standards like fatigue resistance and stress corrosion resistance are both improvedalong with developments of aviation, navigation, petroleum industry and ordnance. Domesticequipment can hardly meet shot peening process requirements for complex surface, whichmeans the imported CNC shot peening strengthening equipment is now holding most marketshare. So our research into shot peening equipment under higher requirements is with greatsignificance.This project is based on research of gas dynamic shot peening machine tool whichspecified in five DOF, designing multi axis manipulator and CNC rotary working-table tomake application available for the machine tool in shot peening under complex condition.Shot peening strengthening requirements for cavity and inner hole can be satisfied throughrotary lance on the end of manipulator, parts of which are designed, modeled and assembledin Solidworks. With open loop CNC system applied in the shot peening machine tool, motioncontrol card which takes chip TMS320F2812 as control core is designed for five axis steppermotor, and design fo