多功能護(hù)理床的設(shè)計【含19張CAD圖紙】

多功能護(hù)理床的設(shè)計【含19張CAD圖紙】,含19張CAD圖紙,多功能護(hù)理床的設(shè)計【含19張CAD圖紙】,多功能,護(hù)理,設(shè)計,19,CAD,圖紙 畢業(yè)設(shè)計論文 報告(論文)題目： 多功能護(hù)理床的設(shè)計 作者所在系部： 作者所在專業(yè)： 作者所在班級： 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時 間 ： 教務(wù)處制 摘 要 歲月如梭，人口老齡化的比例越來越大，醫(yī)療護(hù)理服務(wù)面對著巨大的考驗與挑戰(zhàn)，醫(yī)療和社會保險系統(tǒng)面對不可預(yù)測的壓力。為老年人護(hù)理服務(wù)的針對性病床的需求量不斷的上升。 本文詳細(xì)論述了針對缺乏自理能力的老年人及行動不便的病人設(shè)計的多功能護(hù)理床的基本結(jié)構(gòu)和功能原理。這種病床能夠幫助病人實現(xiàn)抬背、屈膝、吃飯，床體的升降解決了護(hù)理病人患病過程的很多不方便，從而提高了我國醫(yī)療護(hù)理業(yè)服務(wù)，強(qiáng)而有力的加快了我國的醫(yī)療保健事業(yè)的進(jìn)步。 關(guān)鍵詞：醫(yī)療設(shè)備 護(hù)理床 醫(yī)院病床 設(shè)計 II Abstract What this article is researching is rowing machine,the born of rowing machine has brought great convenience to people who taking boat rowing exercise indoors,due to the unique function and structure of body-building rowing machine,it is gradually becoming a favor for people to join in rowing exercise,which also has become one of the world's most popular ten exercises,this article mainly aims at the source of rowing machine and the form of rowing exercise,the temporary situation of researching in rowing machine and the problems to be resolved in the development of rowing machine. Key words :Medical equipment Nurse bed Hospital beds design； IV 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1多功能護(hù)理床的研究背景 2 1.2多功能護(hù)理床的發(fā)展前景 2 第2章 多功能護(hù)理床的方案論證 4 2.1 設(shè)計原則 4 2.1.1安全性原則 4 2.1.2人性化、舒適性原則 4 2.1.3功能多樣化原則 4 2.1.4標(biāo)準(zhǔn)化原則 4 2.1.5輕量化原則 4 2.2 功能要求及設(shè)計指標(biāo) 5 2.2.1外形尺寸 5 2.2.2承載指標(biāo) 5 2.2.3體位調(diào)整指標(biāo) 6 2.3整體要求及床面設(shè)計 8 2.4抬背方案的設(shè)計分析 11 2.5屈膝方案的設(shè)計分析 14 2.6整床升降的設(shè)計分析 14 第3章 多功能護(hù)理床的詳細(xì)設(shè)計 16 3.1液壓缸的選擇 16 3.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 17 3.3液壓元件的選擇 18 3.4 抬背機(jī)構(gòu)的設(shè)計 19 3.5屈膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計 20 3.6整床升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 22 3.7腳輪的選取 23 3.8桿端關(guān)節(jié)軸承的選取 24 第4章 總結(jié)與展望 10 4.1設(shè)計總結(jié) 10 4.2 展望 10 致 謝 27 參考文獻(xiàn) 28 第1章 緒論 1.1多功能護(hù)理床的研究背景 隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人口壽命不斷延長，思想的進(jìn)步，城市人口正逐步進(jìn)入老齡體，人口老齡化已成為世界范圍內(nèi)的社會問題。據(jù)統(tǒng)計，歐洲發(fā)達(dá)國家和日本的老年人獨(dú)居人數(shù)已經(jīng)高達(dá)40%，如此之高的比列迫使社會采取措施解決老年人的護(hù)理服務(wù)問題。如果完全依靠家庭人工的照料，于西方國家子女與老年人分居，家庭規(guī)模小型化的觀念有抵觸之處。我國60歲及其以上老年人口已達(dá)1.32億。占全國總?cè)丝诘?0%，并以年均3.32%的速度持續(xù)增長，其中“空巢家庭”占所有老齡家庭總數(shù)的25.8%，在一些大城市中該比列更大，解決因身體虛弱臥床不起或因?qū)е律畈荒茏岳淼睦夏耆说募彝フ樟嫌诳醋o(hù)問題是人口的老齡化的國家所面臨的共同的問題。為此，國家的大力加強(qiáng)了對護(hù)理床機(jī)器人的研發(fā)扶持力度。為偏癱病人或者長期使用病床的人提供一個集護(hù)理和排泄的等各種功能于一體的多功能護(hù)理床，現(xiàn)在家庭需求護(hù)理床的潛力日益增加，以前是簡易的護(hù)理床，后來的加護(hù)欄，餐桌，再后來加上大便孔，輪子，現(xiàn)在產(chǎn)生了很多集多功能護(hù)理床的一體多功能，電動護(hù)理床，極大的提高了患者的康復(fù)護(hù)理水平，也為了護(hù)理人員提供了極大的方便，所以操作簡單，功能強(qiáng)大的護(hù)理產(chǎn)品越來越受最棒。 護(hù)理床在國內(nèi)的設(shè)計和研究尚處于初級階段，產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型有待進(jìn)一步的完善，國外護(hù)理床的研究以德國。日本為代表。各種護(hù)理床的功能正在逐步完善，成熟，但因其價格昂貴(一般售價在20萬人民幣以上)，很難為一般的消費(fèi)者能接受這很貴的護(hù)理床。護(hù)理床的基本分類情況給大家介紹一下。 護(hù)理床類型一：手動護(hù)理床和電動護(hù)理床；護(hù)理床的類型二：)功能基礎(chǔ)型、功能普通型、功能高級型。 護(hù)理床的分類概括： 功能基礎(chǔ)行護(hù)理床的優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝簡單，易于制造。2、價格便宜。存在的問題：1、功能比較簡單，不能實現(xiàn)使用者的護(hù)理要求。2、手動為主，操作繁瑣。3、造型傳統(tǒng)，舒適性差。4、應(yīng)用范圍窄。 能普通型護(hù)理床的優(yōu)點(diǎn)：1、一般為電動，用戶可簡單操作控制。2、能完成基本的護(hù)理功能。3、增添了鋪助功能接口。4、整體造型，色彩改進(jìn)，具有一定的親和性。存在的問題：1、市場售價偏高。2、功能啟動柔性差，銜接不連貫。3、功能一體化造成功能浪費(fèi).4、生產(chǎn)技術(shù)含量低，容易被仿制。5、文字，圖像識別功能差。 功能高級型護(hù)理床的優(yōu)點(diǎn):1、護(hù)理功能完善。2、功能調(diào)整定位準(zhǔn)確，連慣性好，基本無噪音。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安全。4、造型新穎，有較強(qiáng)的親和力。5、文字，標(biāo)志容易識別。存在的問題：1、市場的售價昂貴。造成功能浪費(fèi)嚴(yán)重，造成額外的經(jīng)濟(jì)成本。2、調(diào)整可拆性差，運(yùn)輸、組裝繁瑣。3、對患者康復(fù)功能的考慮較少。 從近年來的發(fā)展來看，國內(nèi)的發(fā)展迅速，各種結(jié)果。功能等等各異的護(hù)理床稱層出不窮。發(fā)展方向主要向機(jī)器人模的自動控制的方向發(fā)展。 1.2多功能護(hù)理床的發(fā)展前景 我國是世界上的人口大國，同時又是一個人口老齡化的大國，據(jù)統(tǒng)計，從2000年到2007年，我國60歲以上的老年人口由1.26億增長到1.53億人，占總?cè)丝诘谋壤龔?0.2%提高到11.6%，占全球老年人口的21.4%，相當(dāng)于歐洲60歲以上老年人口的總和。人口老齡化年均增長率高達(dá)3.2%，約為總?cè)丝谠鲩L速度的5倍。預(yù)計2020年老年人口將達(dá)到2.4億人，占總?cè)丝诘?7.17%；到2050年，老年人口總量將超過4億，老齡化水平推進(jìn)到30%以上。我國大多數(shù)家庭逐漸形成寶塔式結(jié)構(gòu)。（四個老年人，兩個青年人，一個孩子）隨著社會生活的加快年輕人既要忙于事業(yè)又要照顧家庭，老人和孩子，顯然力不從心，當(dāng)老人生活不能自理時就十分需要一種電動護(hù)理床協(xié)助自己日常生活的必須?，F(xiàn)在家庭需求護(hù)理床的潛力日益增加,以前是簡易的記理床,后來加上護(hù)欄,餐桌;再后來加上大便孔,輪子;現(xiàn)在產(chǎn)生了很多集多功能為一體的多功能電動護(hù)理床,比如能夠升降，能夠坐起，能夠曲腿等功能。極大的提高了患者的康復(fù)護(hù)理水平,也為護(hù)理人員提供了極大的方便,所以操作簡單,功能強(qiáng)大的護(hù)理產(chǎn)品越來越受到追捧。 電動護(hù)理床根據(jù)采用進(jìn)口電機(jī)的數(shù)量一般可分五功能電動護(hù)理床、四功能電動護(hù)理床、三功能電動護(hù)理床、二功能電動護(hù)理床。護(hù)理床在國內(nèi)的設(shè)計和研究尚處于初級階段，產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型有待進(jìn)一步的完善，國外護(hù)理床的研究以德國和日本較為突出。 目前市面上常見的電動護(hù)理床有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、電動，方便用戶操作和控制。 2、能完成基本的護(hù)理功能。 3、整體造型，色彩改進(jìn)，具有一定的親和性。 4、功能調(diào)整定位準(zhǔn)確，連慣性好，基本無噪音。 5、文字，標(biāo)志容易識別。 但也存在如下問題： 1、市場售價偏高。 2、功能啟動柔性差，銜接不連貫。 3、功能一體化造成功能浪費(fèi)。 4、生產(chǎn)技術(shù)含量低，容易被仿制。 5、文字，圖像識別功能差。 6、對患者康復(fù)功能的考慮較少。 第2章 多功能護(hù)理床的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1設(shè)計原則 電動護(hù)理床的設(shè)計應(yīng)該遵循以下幾個原則： 2.1.1安全性原則 由于護(hù)理床對老年人和病人的身體進(jìn)行直接的接觸與操作，而且相對于健康人來說，這類人群的身體更容易收到損傷，所以護(hù)理床在安全性方面的要求很高。無論是護(hù)理床的結(jié)構(gòu)還是控制系統(tǒng)的設(shè)計，安全性始終是最優(yōu)先考慮的一個原則。比如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，不應(yīng)存在任何干涉情況，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度方面都要留有充足的余量，要考慮到各種極限情況。 2.1.2人性化、舒適性原則 現(xiàn)今社會，人們不僅追求商品的高質(zhì)量，高穩(wěn)定性，而且對商品的人性化、舒適性設(shè)計有了更高的要求，因此電動護(hù)理床應(yīng)該根據(jù)人體生理學(xué)原理，更多地從人的生理結(jié)構(gòu)、心理情況、行為習(xí)慣等方面加以考慮。比如各部分結(jié)構(gòu)要與人體的尺寸匹配；設(shè)計中力求加速度最小化等等。 2.1.3功能多樣化原則 在電動護(hù)理床的使用過程中，不同使用者往往對護(hù)理床有著各種各樣不同功能的要求，比如能夠坐起，整床能夠升降，能夠曲腿等功能要求。 2.1.4標(biāo)準(zhǔn)化原則 護(hù)理床機(jī)械零件的設(shè)計與選擇、控制系統(tǒng)的設(shè)計、零部件之間的相對位置關(guān)系和尺寸匹配，都有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。參照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，不僅能在最大程度上滿足使用要求，而且有利于增強(qiáng)互換性，降低成本。 2.1.5輕量化原則 由于電動護(hù)理床是在家里使用，搬移的概率非常大，在設(shè)計時一定要考慮到床重量，方便搬移，在保證護(hù)理床使用安全的同時要從輕設(shè)計，這樣可以節(jié)省材料。尤其是在資源短缺的今天，這點(diǎn)尤為重要，而且還以降低成本。 2.2功能要求及設(shè)計指標(biāo) 依我一段時間的觀察和了解并翻閱一些相關(guān)資料，綜合各家醫(yī)療器材公司生產(chǎn)的護(hù)理床功能，根據(jù)人的生活習(xí)慣和對老人，病人對護(hù)理床使用便捷，人的一些必要的體位位姿，要能夠?qū)崿F(xiàn)各體位的自動變換，減少使用者因長期臥床引發(fā)的并發(fā)癥，改善其健康狀態(tài)，有著積極的意義，同時可以大大減輕護(hù)理家庭人員的勞動強(qiáng)度。因此我對多功能護(hù)理床設(shè)計了以下幾種功能：1.平躺；2.整床升降；3抬背；4屈膝。 參考《醫(yī)用電氣設(shè)備 第一部分：安全通用要求》 、《醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》 、《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—病床》 、《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)—中國成年人人體尺寸》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時類比國內(nèi)外文獻(xiàn)中的相關(guān)參數(shù)，作為設(shè)計指標(biāo)。 2.2.1外形尺寸 電動護(hù)理床主要用于家庭中，因此在使用各個姿態(tài)時，其所占的空間范圍必須與家庭房間的相關(guān)尺寸相適應(yīng)，選取適當(dāng)?shù)某叽缒軌蜃尡蛔o(hù)理人員感到舒服。 按照《中華人民共和國行業(yè)—標(biāo)準(zhǔn)病床》標(biāo)準(zhǔn)，電動護(hù)理床的外形尺寸最終取為： 長×寬=2000mm×1000mm 高=300-520mm 2.2.2承載指標(biāo) 按照《醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》規(guī)定，床的安全工作載荷必須至少承受2000N的載荷，這2000包括1500N患者重量、200N床墊和300N附件。 標(biāo)準(zhǔn)中提供了人體在床的各個板塊上的重量分布，護(hù)理床的各個模塊的設(shè)計均可以此值為準(zhǔn)。圖中，1代表背板，2代表臀部板，3代表大腿板，4代表小腿板。 圖1-1 床板重量分布 2.2.3體位調(diào)整類指標(biāo) 體位調(diào)整類指標(biāo)包括背升角度、大腿床板抬升角度、小腿床板抬升角度?！夺t(yī)用電氣設(shè)備第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》給出了背板、大腿板、小腿板的調(diào)節(jié)范圍建議值： 1) 背板與水平面間夾角（圖1-2中A）應(yīng)能從0～85。（或更大）可調(diào)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 2) 大腿板與水平面間夾角（圖1-2中B）應(yīng)能從0～50。（或更大）可調(diào)。 3) 小腿板與水平面間夾角（圖1-2中C）應(yīng)能從0～50。（或更大）可調(diào)。 4) 大腿板與小腿板間夾角（圖1-2中D）應(yīng)能調(diào)至180。（平面）。 　　　 　　　　　　　 圖1-2 床面各板調(diào)節(jié)范圍 綜合考慮上述提供的數(shù)據(jù)，參照翻閱的相關(guān)結(jié)果，并且考慮文獻(xiàn)中同類研究的相關(guān)參數(shù)，確定了體位調(diào)整類具體指標(biāo)（見表1-1）。 表1-1體位調(diào)節(jié)類指標(biāo) 運(yùn)動指標(biāo) 具體數(shù)值 背升角度 0-70o 大腿床板翻轉(zhuǎn)角度 0-35o 整床升降高度范圍 300-520mm 2.3整體布局及床面設(shè)計 按照床的整體分布，電動護(hù)理床可以分為總體框架、抬腿部件、抬背部件、整床升降，部件智能座便系統(tǒng)五大功能模塊。在總體布局時，有以下幾方面要求： 1、 綜合考慮兩種狀態(tài)下的尺寸、穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求； 2、布局要使各個模塊的機(jī)構(gòu)運(yùn)動相對簡單，并解決好干涉問題； 3、分配好每個部件的尺寸，最大限度地利用床下有限的空間； 4、要盡可能地把傳動部件隱藏給人以安全感，避免心理恐慌。 從以上設(shè)計角度出發(fā)，根據(jù)前文確定的設(shè)計原則，確定護(hù)理床采用床面大尺寸，支撐框架略小的結(jié)構(gòu)，有利于空間的節(jié)約；移動方式為前面布置兩個萬向輪，從而使得轉(zhuǎn)彎半徑較?。桓鱾€功能模塊機(jī)構(gòu)初步選用連桿結(jié)構(gòu)，以方便實現(xiàn)各床面板的運(yùn)動規(guī)律，其驅(qū)動元件均布置于支撐框架下層，以保證機(jī)構(gòu)傳動角和框架強(qiáng)度要求；各零部件近似對稱布置于床面之下，使機(jī)器和人的重心始終處于機(jī)構(gòu)中間位置，以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性和使用者的心理安全感。 電動護(hù)理床床面設(shè)計的特點(diǎn)在于要實現(xiàn)的運(yùn)動較多，而且每塊床板都必須能夠沿相互垂直的方向轉(zhuǎn)動，這就給床板之間的連接提出了很高的要求，結(jié)合所需實現(xiàn)的功能，本文提出采用分體式雙層床面結(jié)構(gòu)。 圖1-3 床面結(jié)構(gòu)示意圖 其中，床板1-4為下層板，5-8為上層板：1、5為背板2、6為臀部板，3、7為大腿板，4、8為小腿板。各床板之間通過鉸鏈相互連接，整體床面則通過臀部下層板固定到支撐框架之上。護(hù)理床所需的各個動作都能夠通過傳動部件帶動相應(yīng)的床板組聯(lián)動實現(xiàn)。 表1-2各床板的X向尺寸 尺寸項 具體數(shù)值 背板 760mm 臀部板 230mm 大腿板 400mm 小腿板 610mm 各床板的尺寸基于GB10000-88常用人體測量數(shù)據(jù)確定。參考市場上的護(hù)理床尺寸，根據(jù)專家給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇后，最終尺寸見表1-3。 表1-3護(hù)理床需要實現(xiàn)的動作 功能項 相關(guān)參數(shù) 備注 平躺 各床板均水平 抬背 背板與水平面夾角為0～70o 5、6床板組合聯(lián)動，繞Y1軸翻轉(zhuǎn) 曲/伸腿 大腿板與水平面夾角0～35o小腿板與水平面夾角為-20o～0 7、6、床板組合聯(lián)動，繞Y2軸翻轉(zhuǎn)； 8、7床板組合聯(lián)動，繞Y3軸翻轉(zhuǎn) 27 2.4抬背方案的設(shè)計分析 第1種構(gòu)想 圖1-1 坐起及屈膝原理（變形前） 圖1-2 坐起及屈膝原理（變形后） 這部分的設(shè)計，采取坐起和曲膝的功能分別驅(qū)動的思路。如圖分別是床板平置和坐起及曲膝動作完成之后的狀態(tài)。床板平置時，人躺在床上和普通病床一樣，當(dāng)需要坐起時由圖中左邊的電動機(jī)驅(qū)動螺桿9轉(zhuǎn)動，使得螺套7向右運(yùn)動，再由連桿6帶動轉(zhuǎn)臂5旋轉(zhuǎn)，最后由轉(zhuǎn)臂驅(qū)動床板1繞J點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，從而使人坐起。需要曲膝時，同樣右邊的電動機(jī)工作，通過螺旋傳動使得轉(zhuǎn)臂12旋轉(zhuǎn)，將床板3頂起，達(dá)到曲膝的目的。坐起和曲膝動作如圖“坐起狀態(tài)”。 第2種構(gòu)想 圖1-3 坐起及曲膝原理（變形前） 圖1-4 坐起及曲膝原理（變形后） 這部分的設(shè)計，采取坐起和曲膝的功能同時驅(qū)動的思路。如圖分別是床板平置和坐起及曲膝動作完成之后的狀態(tài)。床板平置時，人躺在床上和普通病床一樣，桿4ˊ、5、6組成的連桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)狀態(tài)，達(dá)到足夠的剛度和穩(wěn)定性。當(dāng)需要坐起時由圖中的電動機(jī)驅(qū)動蝸桿1轉(zhuǎn)動，蝸桿1再驅(qū)動蝸輪2轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)臂運(yùn)動，將床板9繞C點(diǎn)頂起，與此同時和蝸輪同步的帶輪2′帶動小帶輪4轉(zhuǎn)動，4帶輪的旋轉(zhuǎn)使得曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄4′轉(zhuǎn)動，擺脫死點(diǎn)狀態(tài)，搖桿6轉(zhuǎn)動，使得床板7在重力的作用下繞D點(diǎn)轉(zhuǎn)動，最后同時滿足坐起和曲膝的功能。坐起和曲膝動作如圖“坐起狀態(tài)”。 該方案采用蝸輪蝸桿—帶輪組合傳動，其優(yōu)點(diǎn)是傳動平穩(wěn)，沖擊載荷小傳動比大；缺點(diǎn)是效率低磨損較嚴(yán)重，且蝸輪蝸桿加工難度大，制作成本高。帶輪負(fù)載大時可能造成皮帶打滑，并且其曲腿功能和坐起只能同時滿足，無法獨(dú)立動作。 第3類構(gòu)想 圖1-5 三種抬背機(jī)構(gòu)原理 構(gòu)型a：該機(jī)構(gòu)是螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)，其有四個活動件，五個轉(zhuǎn)動副，一個高副，故其自由度為F=4×3-2×5-1=1，該機(jī)構(gòu)有1個原動件，具有確定運(yùn)動，該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是抬背角度大，而滾輪與背板之間為高副聯(lián)接，所以穩(wěn)定性不高，該構(gòu)型為螺旋傳動，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不易裝配 而且承受的軸向推力大，效率低，摩擦嚴(yán)重。 構(gòu)型b：該抬背機(jī)構(gòu)為螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)，其有三個活動件，四個轉(zhuǎn)動副，故其自由度為F=3×3-2×4=1，具有1個原動件，有確定的運(yùn)動，該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式可采用電動推桿作為驅(qū)動部件，該機(jī)構(gòu)構(gòu)型簡單，制造容易，而且初始狀態(tài)的傳動角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于40度，力的有效利用程度很高，如果沒有其他限制條件，應(yīng)該首選該構(gòu)型。但是在護(hù)理床的結(jié)構(gòu)中，支撐框架的Z向尺寸較小，而背板又要翻轉(zhuǎn)70度。，這也就引起一個矛盾：既要求電動推桿的行程要很大，又要求其初始狀態(tài)尺寸較小，顯然這樣的要求是達(dá)不到的，因而放棄該構(gòu)型。 構(gòu)型c：該機(jī)構(gòu)為螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)，實際上可以等效為一四桿機(jī)構(gòu)，等效后的機(jī)構(gòu)具有3個活動構(gòu)件，3個轉(zhuǎn)動副，1個移動副，因此自由度F=3×3-2×4=1，該機(jī)構(gòu)需要1個原動件來確定運(yùn)動。采用電動機(jī)作為動力源，可以獲得很大的翻轉(zhuǎn)角度,但是該機(jī)構(gòu)成本較高。 綜上所述，構(gòu)型C為三種之中的最優(yōu)構(gòu)型，故抬被機(jī)構(gòu)最終采用該構(gòu)型。 2.5屈膝方案的設(shè)計分析 曲腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計與抬背機(jī)構(gòu)的相同。 2.6整床升降的設(shè)計分析 第1種構(gòu)想 圖1-6聯(lián)動的平面四桿機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)，有3個活動件，四個轉(zhuǎn)動副，自由度為F=3×3-2×4=1，有一個原動件即可做穩(wěn)定的運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動精準(zhǔn)，并且穩(wěn)定，價格低廉。 圖1-7電動推桿機(jī)構(gòu) 第二種方案 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但是其不穩(wěn)定，采用的是電動推桿作為動力源，故其成本高。 綜上所述，選擇第一方案比較適合。 第3章 機(jī)構(gòu)設(shè)計 3.1液壓缸的設(shè)計 在整床升降的過程中，采取液壓缸為原動件，以液壓缸來驅(qū)動連桿，從而帶動2個聯(lián)動的四桿機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動。 1. 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)此護(hù)理床的負(fù)載，取液壓缸工作壓力為4MPa。 2. 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù) 選用單出桿活塞實現(xiàn)差動連接的方式實現(xiàn)進(jìn)給。設(shè)液壓缸的有效面積為A1和A2，且A1=2A1，即d=0.707D。 由工進(jìn)工況下液壓缸的力平衡方程 p1A1=p2A2+F, (4-4) 式中 p1——進(jìn)油壓力； P2——回油壓力。 所以： A1=F/(p1-0.5p2)=35512/(4106-0.5×0.6×106)m2=5024×10-6m2=96cm2 液壓缸的內(nèi)徑D為 對取整，取D=40mm。由d=0.707D 液壓缸有效工作面積 由此可得選擇YZB 356-93的S1型液壓缸。 3.2擬定液壓系統(tǒng)圖 我設(shè)計的是一個簡單的電磁換向回路，在整床的升降過程中需要實現(xiàn)平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確地變換運(yùn)動方向，采用簡單的電磁換向回路即可實現(xiàn)這一功能，當(dāng)電磁閥未通電時，活塞向右運(yùn)動，也就是整床的起升；但電磁閥通電時，活塞向左運(yùn)動，就是整床的下降。利用簡單的液壓回路系統(tǒng)，以液壓缸為原動件，以連桿帶動2個聯(lián)動的平行四桿機(jī)構(gòu)做升降運(yùn)動。 液壓系統(tǒng)圖如圖2-1所示 圖2-1 液壓系統(tǒng)圖 3.3液壓元件的選擇 1） 液壓泵的工作壓力 已知液壓缸最大工作壓力為4MPa，取油路上壓力損失為1MPa，則最小流量泵的工作壓力為5MPa，則選擇泵的額定壓力應(yīng)為 pn=(5+5×25%)MPa=6.27MPa 2） 液壓泵流量計算 當(dāng)單液壓泵供給多個同時工作的執(zhí)行元件時，有 qp≥k(∑qi）max （9-5a） 式中K——回油泄漏折算系數(shù)，K=1.1~1.3; (∑qi）max——同時工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值。 取系統(tǒng)的泄漏系統(tǒng)K=1.2,則泵的最小流量qp為 qp=Kq1max=1.2×0.5×10-3m3/s=36L/min 3） 確定液壓泵的規(guī)格 對照產(chǎn)品樣本可選用ZY-700手搖式液壓泵，儲油量0.9L,出油量低壓13cc，高壓2.3cc；最大壓力低壓2MPa,高壓70MPa。即使沒有電力，操作也方便。 3.4抬背機(jī)構(gòu)的設(shè)計 抬背機(jī)構(gòu)的設(shè)計如圖2-2所示 圖2-2抬背機(jī)構(gòu) 此裝置以滑塊滑塊上連接的扳手為原動件，向左推拉扳手，帶動滑塊向左運(yùn) 動，進(jìn)而連桿轉(zhuǎn)動，連桿將所連接的床板向上抬起，實現(xiàn)抬背的功能。連桿的長度=263mm。材料為40Cr，經(jīng)調(diào)制處理。 連桿強(qiáng)度校核 因此.故安全。 3.5屈膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計 屈膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計如圖2-3所示 圖2-3屈膝機(jī)構(gòu) 此裝置以滑塊滑塊上連接的扳手為原動件，向右推拉扳手，帶動滑塊向右運(yùn)動，進(jìn)而連桿轉(zhuǎn)動，連桿將所連接的床板向上抬起，而與大腿板相連接的小腿板被向上帶起，從而實現(xiàn)屈膝的功能。連桿的長度。材料為40Cr，經(jīng)調(diào)制處理。 連桿強(qiáng)度校核 因本機(jī)構(gòu)中連桿材料與坐起機(jī)構(gòu)中一樣，但長度和受力卻較前者小，故無需強(qiáng)度校核。 3.6整床升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 整床升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計如圖2-4所示 圖2-4整體升降床機(jī)構(gòu) 整床升降機(jī)構(gòu)是一個以液壓缸為原動件，從而推動連桿向上運(yùn)動，連桿帶動兩個聯(lián)動的平行四桿機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動，液壓缸安裝在床的中心上，使受力平衡。整床的升降高度為115mm，連桿的長度為320,。連桿之間通過桿端關(guān)節(jié)軸承鏈接，減少了摩擦力，提高了承載能力。 3.7腳輪的選取 萬向輪的選取如圖2-5所示 圖2-5腳輪 參數(shù)特點(diǎn) 支架：旋轉(zhuǎn)頂板雙鋼球軌道及獨(dú)特的反鋼腕圓弧設(shè)計、更耐重、旋轉(zhuǎn)靈活，更具有實用性，支架底架采用國際4mm的厚鋼板、腿料采用3mm厚鋼板沖壓焊接成型，表面鍍鋅。 輪子：材質(zhì)為玻纖加改性尼龍，滑行阻力小，有較強(qiáng)的抗沖擊性能，配有優(yōu)質(zhì)精密雙軸承，耐高溫270度，耐磨、耐撞擊、抗化學(xué)品，酸，水等腐蝕品。 產(chǎn)品規(guī)格：萬向輪M2-4646-53H 輪徑：125mm 3.8桿端關(guān)節(jié)軸承的選取 桿端關(guān)節(jié)軸承的選取如圖2-6所示 圖2-6桿端關(guān)節(jié)軸承 我設(shè)計的升降床裝置，兩連桿間的連接使用桿端關(guān)節(jié)軸承，它是一種球面滑動軸承，基本型是由球形滑動接觸表面的內(nèi)、外圈組成。關(guān)節(jié)軸承是由一個有外球面的內(nèi)圈和一個內(nèi)球面的外圈組成，能承受較大的載荷。采用關(guān)節(jié)軸承能有效的減少連摩擦力，提高承載能力。在液壓缸與連桿之間同樣采用桿端關(guān)節(jié)軸承連接，這樣可以有利的提高機(jī)構(gòu)的承載力，連接方式如圖2-7與圖2-8所示。 桿端關(guān)節(jié)軸承的連接如圖2-7所示 圖2-7桿端關(guān)節(jié)軸承與液壓缸結(jié)合使用 桿端關(guān)節(jié)軸承的連接如圖2-8所示 圖2-8桿端關(guān)節(jié)軸承連接兩個連桿 第4章 總結(jié)與展望 4.1設(shè)計總結(jié) 在設(shè)計的過程，就是不斷優(yōu)化的過程。對多功能護(hù)理床的設(shè)計我首先選擇我要使其實現(xiàn)的功能，然后在選擇合適的方案。首先我選擇了抬背、屈膝、整床升降和吃飯4種功能，然后在網(wǎng)上查看了很多種不同的方案與構(gòu)思，本說明書前面幾章總結(jié)了方案的優(yōu)缺點(diǎn)，分析之后，自己設(shè)計了一種多功能護(hù)理床，這種護(hù)理床是利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)抬背和屈膝的，我認(rèn)為可行性較高。整體升降床的設(shè)計我也是利用四桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的，這必須要考慮到床升降時的平衡問題，不能歪斜。 設(shè)計時我選用了液壓缸為整床升降的原動件，對比電動機(jī)來說，我選擇的液壓泵為手搖式液壓泵，不需要通電就可以使用，而且非常的輕便，病人通過搖動手柄就可以升降床的功能。 考慮到整床升降時所受負(fù)載較大，所以我將連接連桿用的銷換成了桿端關(guān)節(jié)軸承，減小壓力及摩擦力。 4.2展望 現(xiàn)在的多功能護(hù)理床已經(jīng)越來越人性化，我認(rèn)為為了更加人性化，應(yīng)該考慮到人機(jī)一體化，可以設(shè)計幫助人擦身，吃飯的機(jī)械手來實現(xiàn)病人的需要，也可以設(shè)計制造一種幫助人洗頭的裝置，使病人無需下地就可以洗頭。 致 謝 大學(xué)生活馬上就要結(jié)束了，大學(xué)四年的生活使我收獲頗豐，在最后的畢業(yè)設(shè)計中我要真誠的感謝劉衛(wèi)老師。 剛開始做畢業(yè)設(shè)計的時候毫無頭緒，經(jīng)過大量的搜、整理，我終于有了些設(shè)計框架，在完成畢業(yè)設(shè)計的整個過程中我遇到了無數(shù)的困難和障礙，如在使用UG軟件裝配零件的時候，由于基本功不扎實的問題，裝配過程中出現(xiàn)了位置不正確、約束重復(fù)、導(dǎo)出二維圖修改刪除后三維圖丟失問題，使我拖慢了做畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)程。在設(shè)計多功能護(hù)理床的結(jié)構(gòu)原理時，涌現(xiàn)出許多想法與思路，經(jīng)過劉衛(wèi)老師的指導(dǎo)，并且給使我不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，整理出我認(rèn)為最恰當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)。在此我特向劉衛(wèi)老師表示衷心的感謝。 同時，我也要感謝本論文所引用的各位學(xué)者的專著，如果沒有這些學(xué)者的研究的啟發(fā)與幫助的話，我根本不能順利地完成本論文的最終寫作，之所以能夠順利完成本設(shè)計，完全是因為我站在他們的肩膀上，在此我也要特別感謝我的同學(xué)和朋友們，他們在我的畢業(yè)設(shè)計完成過程中給予我許多有用的素材，并且在論文排版與撰寫過程中也提供了許多重要的幫助。 參考文獻(xiàn) [1]王中發(fā).實用機(jī)械設(shè)計；北京理工大學(xué)出版社[M]，1998. 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Frank 工業(yè)部及制造系統(tǒng)工程系 愛荷華州立大學(xué) 摘 要 本文提出一種可加工性幾何分析方法。該戰(zhàn)略的實施決定了由設(shè)置單一方向旋轉(zhuǎn)軸的多元化3軸加工業(yè)務(wù)處理可加工部分。來自立體幾何模型的切片用于切削組成多邊形鏈的每個不同環(huán)節(jié)。采取的片正交旋轉(zhuǎn)軸，因此，無論兩個和三個二維（2D和 3D）機(jī)械加工性能分析都從垂直和傾斜方向上計算。這種可加工方法擴(kuò)展了對早期二維快速制造能見度分析和采用數(shù)控加工的原型設(shè)計組件。 關(guān)鍵詞 可加工性，工具易用性，數(shù)控加工，片幾何 1 導(dǎo)言 在各種各樣復(fù)雜曲面的零件設(shè)計上可加工性分析起到越來越重要的作用。當(dāng)前計算機(jī)輔助制造CAM軟件由于刀具容易產(chǎn)生一套表面組成部分和切割方向。然而，確定安裝方向很困難且確定部分是否可以加工是很大的挑戰(zhàn)。一個適當(dāng)?shù)陌惭b方向才能保證一個表面有效切斷，而一個不恰當(dāng)?shù)臅粼谀承┑貐^(qū)過多材料。先進(jìn)的5軸數(shù)控銑床似乎緩解了這一局面，但是成本和或編程的困難往往限制了5軸機(jī)床的廣泛使用。三軸銑床，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)設(shè)備未成熟的原因，在multisetup設(shè)備幫助下對于復(fù)雜曲面加工進(jìn)行特殊對待。 瑞和李【1】使用了旋轉(zhuǎn)傾斜式3軸機(jī)床來替代5軸球頭銑刀。緒伊特爾【2】提供了一個額外軸加工的理論依據(jù)。最近，弗蘭克【3】使用了3軸銑床和第4軸索引作為一個有效的快速成型機(jī)。銑刀被證明可以更好的匹配的零件幾何表面，較高的材料去除率，以及比球銑刀更長的刀具壽命【4】。葉和洛夫特斯【5】展示了在3軸機(jī)床上利用斜立銑刀生產(chǎn)低曲率表面的能力。然而，大表面曲率變化對機(jī)器來說有必要確定一個加工方向和在與每一個方向上相關(guān)聯(lián)的順與加工方式。因此，對于復(fù)雜零件來說成功創(chuàng)建實施一個有效的多方向的3軸可加工性分析是至關(guān)重要的。許多研究人員研究了加工性能分析和與之密切相關(guān)的工件安裝問題。大部分的方法都是基于光線的無障礙和能見度。蘇和慕克吉【6】提出了一個方法來確定可加工性的多面體對象。凸封閉對象由在封閉面對象水平方向上的每個正交可見的零件組成。然后，該部分被認(rèn)為是在封閉對象的水平矢量方向進(jìn)行切削的。后來，陳和胡利用能見度分析計算幾何球面【7】他們開始執(zhí)行了可用于確定工件安裝和機(jī)械的選擇幾何算法。湯【8】制定作為球形找到最大的交集多邊形的工件定位的問題。甘【9】討論它的性質(zhì)并提出了建設(shè)球形圖的有效方法：用高斯圖形計算能見度圖形。陳等【10】在球型凸多邊形領(lǐng)域解決3、4、5軸球頭銑刀確定工件最優(yōu)方向幾何問題。通過使用一個零件表面特定部分可以產(chǎn)生能見度圖形；因此，它不能保證整體無障礙。楊等【11】在凸面分析的基礎(chǔ)上不依賴圖形能見度來計算錐體能見度。尹等【12】定義完全可視性和部分能見度并提交了一份C空間為基礎(chǔ)來計算錐體能見度。在某些情況下，表面有一個很大的修改。瑞和康【14】建造了一個球形映射二進(jìn)制數(shù)計算椎體能見度，以解決加工的配置問題，包括工件安裝定位。一個已用的三角形補(bǔ)丁是在單元球上測試整體能見度。達(dá)利瓦等。【15】提出了用錐體無障礙來計算多面體對象的類似的方法，但必須有確切的數(shù)學(xué)條件和算法。巴拉蘇布拉馬尼亞姆等?！?6】通過計算機(jī)硬件分析能見度。弗蘭克等【17】分析了兩維的立體片整體可見性，并搜查了第四軸通過執(zhí)行一個算法來轉(zhuǎn)移刀具的加工方向。所有這些能見度為基礎(chǔ)的做法確定了可加工性的必要條件; 但是，他們忽視了幾何工具，因此，真正的可加工性是沒有保障。圖1顯示基于-線光能見度的錐體不能保證用大型工具加工的1段ij實現(xiàn)真正的無障礙。 圖1根據(jù)光線和工具的大小來實現(xiàn)無障礙 蘇和慕克吉【6】考慮通過抵消原來零件表面刀具半徑建立一個新的零件模型。通過此偏移零件來使實現(xiàn)可加工性得到進(jìn)一步保證。此方法對球頭銑刀加工性分析是有效的。但現(xiàn)在沒有這樣平面銑刀, 因為通過工具傾斜角度的轉(zhuǎn)變平面銑刀的有效半徑也是可變的。Haghpassand和奧利弗[【18】和拉澤維奇和古德曼【19】考慮零件表面和刀具幾何形狀。不過，工具的大小是沒有考慮到，因為高斯映射不傳達(dá)任何部分的表面和工具的大小的信息。巴拉蘇布拉馬尼亞姆等?！?6,20】通過之前進(jìn)行碰撞結(jié)果檢測的5軸加工刀具插補(bǔ)路徑來驗證工具的態(tài)勢。 在過去幾年，基于特征技術(shù)在制造業(yè)研究界有積極的作用Regli【21】Regli等?！?2】，和古普塔和鈕【23】通過計算功能無障礙的數(shù)量和檢驗與零件特征無障礙體相交來討論和檢查功能無障礙。古普塔和鈕【23】承認(rèn)所有的加工操作，是由機(jī)器生成的計劃的一部分，并根據(jù)不同的計劃的設(shè)計需要進(jìn)行檢查和評價。阿由古普塔等人制造的全面調(diào)查文件。[24]審查基于特征的可制造性評價系統(tǒng)。陳和沙【25】 在去除量和工件之間的功能分類和分析面臨的自由度來檢查功能無障礙。蓋恩斯等調(diào)解員制度的報告。【26】用知識的生產(chǎn)設(shè)備，以確定在部分模型制作功能。測試與相交部分進(jìn)行無障礙的研究。法拉杰【27】雙方討論了2.5維正面和負(fù)面的輔助功能。其他研究人員提出了功能為基礎(chǔ)的方法來確定工件設(shè)置【28-31】。 雖然基于特征的方法有能力來處理基于特征的設(shè)計，他們不能把自己放在自由曲面的定義功能可能不存在的地方。此外，基于特征的方法，建議所有的專題，包括幾何元素被視為一個實體。在實際上加以限制規(guī)定，成一個零件分析模型。例如，在一個方向可能是機(jī)器的一個零件特征的一部分，然后在一個或多個連續(xù)的方向上完成其余表面的功能。目前的問題是弗蘭克等人提出的基于快速加工戰(zhàn)略的文件的地址。【3】即一部分用設(shè)置一個單一的方向旋轉(zhuǎn)軸的多數(shù)3軸機(jī)床來加工。 圖2安裝快速加工程序 該戰(zhàn)略用帶第四軸索引的3軸數(shù)控銑床實施。圓的儲備材料是用來固定的兩個對立的夾頭與操作旋轉(zhuǎn)的索引。對于每個方向，所有可見的表面利用簡單的工具規(guī)劃加工路徑。每個工件通過設(shè)置碰撞抵銷來實施快速加工，可避免工具與持有人之間碰撞的危險。最大刀具直徑用來計算碰撞抵消使得在每一個碰撞不必要的部分抵銷這一功能，這種方法的性質(zhì)表明，沒有必要進(jìn)行任何表面完全是在任何特定方向加工。我們的目標(biāo)是在所有方向上簡化機(jī)械的所有表面。所需的機(jī)器模型旋轉(zhuǎn)次數(shù)與其幾何復(fù)雜性相關(guān)。圖3說明了創(chuàng)建一個典型的復(fù)雜零件采用這一戰(zhàn)略的過程步驟。 圖3快速加工過程步驟 當(dāng)前，必要的切割方向是由不能進(jìn)入正交旋轉(zhuǎn)軸的二維能見度圖決定的。幾何片的橫截面從一個用于二維能見度映射的STL模型來的。這些片由于生成的正交軸能見度接近了沿旋轉(zhuǎn)軸零件的整個表面。上述文獻(xiàn)的審查表明，現(xiàn)有的可加工方法無法計算設(shè)置的方向，這樣，人們可以機(jī)器上切削所有表面。因為以無論二維或三維椎體能見度為基礎(chǔ)的辦法沒有傳達(dá)的工具和工件的大小信息，因此，不能保證真正的無障礙，或基于特征的辦法不能應(yīng)付復(fù)雜曲面加工，因為一些傳統(tǒng)功能可用自由形式確定零件表面。 一種有效的機(jī)械加工性能的分析方法是對multisetup 3成功實施軸端銑的先決條件，以達(dá)到需要的4 - 或許5軸加工。一種有效的可加工性分析方法，將決定，給予加工方向一個特定大小的立銑刀，有多少零件表面可以加工就這項加工方向相關(guān)聯(lián)。本文的重點(diǎn)是目前分析功能有無可加工性，用一軸的旋轉(zhuǎn)設(shè)置可以判斷所需的全部機(jī)器的零件表面設(shè)置編號。在本文所提出的機(jī)械加工性能分析方法完全有別于以往的工作。我們把表面部分見到了簡單的片上線段；因此，任何CAD模型可以導(dǎo)出為一個STL文件和研究。因為我們只是假定部分是旋轉(zhuǎn)軸加工；因此，它比簡單地分析三維表面幾何二維切片簡單得多。 本文的其余部分安排如下。在科2所使用的定義整個文件列?？?討論了進(jìn)一步詳細(xì)可加工性分析方法，科4列出的可加工性分析方法的實施。最后，提供結(jié)論和未來的研究事業(yè)。 2 定義 盡管以前的研究人員已經(jīng)確定在其工作中的知名度和可加工性的概念，首先，相似的定義用來澄清可見性和可切削性之間的區(qū)別。其次，工具空間的概念介紹機(jī)器障礙空間的范圍。獲得確定可切削性的存在的情況。在本節(jié)規(guī)定的定義，用于在本文的其余部分隨后的討論。 ?能見度：表面S上的一個點(diǎn)p由是可見的外部點(diǎn)q發(fā)出了一個光線，如果滿足條件。 ?可加工性：表面S上的一個點(diǎn)p是由某類型和大小的工具T加工，如果、。T在刀具位置CL代表工具表面從方向接近。 根據(jù)定義，可切削性與可見性擁有可及性的同一個概念，但是他們并不相同，也就是說可切削性考慮到切割工具的大小和形狀而不是對待它作為光線。所以，可切削性可能保證真實的可及性，而可見性僅是可切削性的一個必要條件。因此，可見性是可切削性的一個子集。換句話說，可加工性可以保證能見度。 不同的是能見度角方向的表達(dá)，形成一個錐形物，有被用于描述可加工性的兩個參數(shù)。如果一種刀具的類型和大小是指定的話，他們是刀具位置和接近的方向。在接近的方向上僅允許切割工具接近和觸到第p點(diǎn)的刀具位置，可加工性沒有任何其他表面部分存在。 類似于一個特性的能見度的概念，一個特性的可加工性(一條線，一條曲線，或者由一套點(diǎn)組成的幾何學(xué)的一塊表面) 是屬于每個機(jī)械加工的該特征點(diǎn)。類似局部能見度的概念(PV)，除完全可切削性之外的概念的部份可切削性也可能被定義。 ?部分可加工性：如果在那個這樣的特性上至少存在一個點(diǎn)沒有刀具位置CL， 一個特性沿著方向是部分地可加工的。為了它存在滿足條件、。 ?完全可加工性：一個功能在方向上是完全可切削的，如果每個特征點(diǎn)至少有一個到位的CL能被用來保證、。 注意到，完全的可加工性可能為了一個點(diǎn)或者一個特性存在，而部分的可加工性僅僅為了一個特性存在，因為一個點(diǎn)只能是據(jù)說可加工或非可加工。 如果可切削性存在一個接近的取向，切實可行的刀具位置CLs的數(shù)字可能隨著一個表面上的不同的點(diǎn)變化。因為更可能是以CLs為工具道路和設(shè)定計劃，提供更多選擇與更加可行的CLs點(diǎn)則更加容易用機(jī)器制造。需要測量刀具的位置空間導(dǎo)致概念空間的工具。 工具功能F空間，是每一個屬于至F點(diǎn)工具空間聯(lián)盟，當(dāng)在幾何學(xué)的實體周圍沒有障礙時，一個工具空間到達(dá)其最大限度工具價值空間。在這里，我們除去考慮部分之外的整個表面障礙。從而，相應(yīng)的障礙空間被定義為障礙空間。 ?刀具空間：所有可行的刀具地點(diǎn)合計為從一個方向形成一個區(qū)域稱為工具的空間一點(diǎn)p，。 因為它將進(jìn)入障礙，刀具不能進(jìn)入障礙域空間。 計算工具空間是從最大限度工具空間減去所有障礙空間。 如果使用Eq計算工具空間。(1)不是空的，那么可加工性存在； 否則，幾何學(xué)的實體是非機(jī)器。在本文中提出的可加工性分析方法基于Eq。（2）。工具空間實際上是可切削性措施，因為它告訴可切削性的存在，如果它存在。 一旦工具空間被決定了，它導(dǎo)致的可加工的范圍能被獲得。 ?可加工范圍: 最高切削部分的特征功能給了符合功能范圍的刀具空間， 上述的定義將在整個本文的其余部分中被使用。 3 可加工性分析 本文提出的可切削性分析方法根據(jù)位形空間的概念（C空間）。機(jī)器人空間行動計劃首先由佩雷斯申請C空間的概念【32】。C空間的基本的想法是對于它周圍障礙的一種環(huán)境中的一種活動的機(jī)制里找到聚合有效的空間配置。最近，C空間已用于工具的多軸加工路徑規(guī)劃。蔡等人?！?3】提出一種基于C空間的方法，用工具加工的3軸數(shù)空機(jī)床制造通過變換被設(shè)計的部分表面在C空間的元素和切削刀作為在安全空間的一個移動的對象。以C空間代表和計算使用部分的Z地圖模型。蔡和高【34】被合并的C空間到自由形態(tài)模子洞用機(jī)器制造的電腦自動處理計劃里。 Morishige等?！?5】使用C空間引起5軸圓頭槽銑刀的工具道路【36】5軸平端銑的優(yōu)化工具取向用在C空間的一個查尋方法。C空間的切割工具，被定義當(dāng)在Sec.2的工具空間，為工具道路計劃提供安全空間;因此，基于C空間的工具道路總是半圓鑿自由沖撞。工具空間能被視為聚合所有可能的工具道路。如果工具空間存在，則至少一個工具道路可以引起零件表面對應(yīng)的幾何點(diǎn)，因而，這個點(diǎn)有可加工性。所以，通過測試在表面的每點(diǎn)工具空間，這表面點(diǎn)是否有可加工性在理論上是可行的。 本文的可加工性方法沿著旋轉(zhuǎn)軸輸入的是一個STL模型的片段文件。一個STL模型是一個近似于三角形的部分，目前是事實上的快速原型系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。鑲嵌工藝的設(shè)立指定使一個STL模型可以持續(xù)逼近誤差，部分表面和鑲嵌三角形之間的偏差。每一三角形的大小和形狀得創(chuàng)造對其部分表面上的當(dāng)?shù)氐牡貐^(qū)是適應(yīng)的。因此，與Choi使用Z地圖模型相比?！?3】，實質(zhì)上是一個相等間距抽樣模型，STL模型的切片文件是原始部分表面的一個更加精確和更加高效率的表示法。零件的STL模型的切的過程，也許是一個基于特點(diǎn)的部分或自由幾何形態(tài)，分解成許多線段的多邊形表面的部分。這些線段基本上是在本文提出的方法里唯一代表的“功能”。 其目的是繪制段或部分，在每個方向切削的部分，以便為取向的最低值，可以發(fā)現(xiàn)，這樣各階層在安裝方向完成后加工。每一片段文件的線片斷關(guān)于工具接近方向是或者是垂直或者是傾斜的。如果垂直的情況發(fā)生，對于每一那條線片斷上的點(diǎn)的障礙和他們的相應(yīng)的障礙空間是同樣的。這實際上是靜態(tài)障礙情況。一二維的C空間分析同時能為了所有那些點(diǎn)被執(zhí)行，考慮到上述所有相鄰節(jié)段障礙。第3.1節(jié)詳細(xì)討論了垂直案。然而，如果被檢查的線片斷在工具方向上是傾斜的，則每個片段上的點(diǎn)的障礙是可變的。電動-障礙環(huán)境為機(jī)械加工分析程序產(chǎn)生困難。對于這一個情形的解決將會在段被呈現(xiàn)3.2。 3.1 垂直的情況： 用于本文的坐標(biāo)系統(tǒng)與3軸銑削中心的一致，據(jù)此，部分切片沿x軸的機(jī)器發(fā)生的坐標(biāo)系，每片是在YZ平面。我們使用Pi,jPi,j+1代表當(dāng)前進(jìn)行可切削性分析過程的段 圖4可加工性的垂直情況 3.2 傾斜情況： 3.2.1動態(tài)障礙物環(huán)境。對于多數(shù)案件的可切削性分析的線段，切口取向是沒有垂直，而是傾斜的。這制定在相當(dāng)大的程度上不同于以前描述的僅僅有靜態(tài)障礙的垂直情況的可加工性分析?；镜脑蚴腔诙S的C空間的靜態(tài)障礙可加工性分析不為了傾斜的情況工作，其特點(diǎn)是動態(tài)的障礙。用機(jī)器制造的每點(diǎn)最大工具空間在間接格之下是不變式半圈弧，在圖5顯示 圖5傾斜切割的最大工具空間 3.2.2有效的障礙的相對移動。雖然整個三維C空間不會為每線段修建，每一在不同的高度的障礙片斷的有效的障礙空間能被人們認(rèn)為將有具有分析下面的點(diǎn)的相對的運(yùn)動能力，指的是第6圖中的例子。 圖6有效障礙的變化 基于上述情況下，一旦階段的有效障礙屬于已知的的價值，挖出的空間弧工具可以計算如下： 對于第1階段dm。參數(shù)t來自參數(shù)。 所有點(diǎn)， 同為線段 3.2.3.2映射多邊形障礙 圖8在YZ平面上的多邊形障礙 圖9在DT平面上的多邊形障礙 3.2.4機(jī)械加工圖。 圖10機(jī)械加工圖 4 執(zhí)行 為了驗證本文提出的方法，可切削性算法可以用奔騰IV的C程序語言實施，在運(yùn)行Windows XP的3.06 GHz的電腦上。可切削性軟件使用可見性數(shù)據(jù)切片，選擇末端工具的大小，并且作為一種指定的切割方向輸入。它可以生成每個切片段切削部分作為有關(guān)的切割方向輸出。我們提出二表面零件例子核實可切削性分析方法。第一部分是選擇非常簡單讓不可加工性對讀者更直觀。第二部分是一個更復(fù)雜的零件，一個玩具“杰克”，在逆向工程中的應(yīng)用3D檢測軟件評價這部分。 圖11半圓柱體擠壓口袋的機(jī)械加工 例1圖12顯示了擠出一個半圓柱形的一塊，我們選擇旋轉(zhuǎn)正交軸45度方向作為切割方向。末端工具直徑設(shè)置為0.25英寸。切片間距是0.01英寸。從圖12顯示的可加工性分析結(jié)果，表明有二個不可加工性區(qū)域，標(biāo)為S1和S2。因為這個是擠壓模型，沿轉(zhuǎn)動軸的幾何形狀不改變。所以在沿轉(zhuǎn)動軸的每個切片上的可切削性分析的結(jié)果應(yīng)該相同。一個片段的可加工的概況在圖13（a）中被顯示。O-A-B，當(dāng)B-C和D-E是不可加工區(qū)域時，C-D和E-F-G是可加工的區(qū)域。這部分實際上在Mastercam也是可加工性的。加工量被保存為STL文件，2004年進(jìn)口到RapidForm。圖13 B顯示了通過使用RapidForm檢查跨本STL的截面輪廓。圖13（b）中顯示的配置方向是與水平線成45度方向。與圖14顯示的加工方向是相同的。O-A-B，C-D，并且E-F-G是可加工的地區(qū)，而在圖13（b）中B - C和D - E是不可加工性區(qū)域。從可加工性分析為了證實結(jié)果，二個坐標(biāo)系分別在點(diǎn)和被設(shè)定。不可加工性邊界坐標(biāo)點(diǎn)是從我們開發(fā)的可加工性分析軟件計算出來的，坐標(biāo)在快速表格2004測量出來。每個點(diǎn)的坐標(biāo)如表1所示。這些數(shù)據(jù)非常接近，并且該錯誤是可以使用STL近似預(yù)期和行掃雷算法找到切削區(qū)域。 圖12二維切屑概況示意圖 例2。第二部分模型為例，使用的是一個玩具“杰克”，首先分析了能見度，并利用這種方法進(jìn)行可加工性分析。圖15顯示了杰克STL模型，由可視軟件處理這一個模型而且提供的結(jié)果模型是透過四定方位是100%看得見的。為了顯示能見度分析的缺陷，杰克可加工性區(qū)域和非可加工性區(qū)域由四個長方形顯示。 圖13杰克”的模式的加工結(jié)果 由于沿著旋轉(zhuǎn)軸變化的杰克片形狀模型，在不可加工性區(qū)域相應(yīng)的改變，因此是不正常的形狀。為了表明，可加工性分析方法可以預(yù)測不可加工性地區(qū)，我們實際在MasterCAM以50度方向加工杰克并保存為一個加工后的STL虛擬文件。該文件是2004年進(jìn)口到RapidForm，并與原有的CAD模型的重疊。利用RapidForm檢查職能，我們能夠映射出STL模型偏離原來的零件模型的加工路線。圖16說明了MasterCAM中加工表面零件模型旋轉(zhuǎn)了50度的方向。該地區(qū)的圓圈標(biāo)記包含了不可加工性表面。圖17 B說明由RapidForm 2004導(dǎo)致的偏差。該器件模型顯示在著色模式，以顯示表面輪廓點(diǎn)。圖17（a）顯示了我們的可加工性分析軟件的結(jié)果，與它對應(yīng)的圖17（b）顯示的圖形。 圖14在MasterCAM中杰克機(jī)械加工表面 圖15鑒定“杰克”的不可加工地區(qū) 以上的例子表明可加工性軟件不僅可預(yù)測STL模型切片可加工和不可加工區(qū)域，而且可以確定可加工部分的確切坐標(biāo)位置。因此，給一種切割的方向和一個尺寸工具可以獲得可加工和不可加工部分精確信息。因此，尺寸工具可以評價某個設(shè)計制造商提供的產(chǎn)品。另一個應(yīng)用程序可以確定用四軸機(jī)床設(shè)置部分加工最低數(shù)量。這可能是第一次實現(xiàn)了運(yùn)行在減少，因為一個指定的增量角度間隔方向的機(jī)械加工軟件。然后使用優(yōu)化算法尋找設(shè)定方向的最低數(shù)量。在這種方式，本文提出的可加工性分析不被歸入一個核實工具，相反，它提供的信息可以用來計算加工安裝信息和工具、刀具路徑規(guī)劃。 5 結(jié)論和未來研究 本文提出了一種以C -空間概念為基礎(chǔ)的3軸平面端銑可加工性分析方法。這種方法是為了找到真正的近似光線能見度的無障礙。輸入信息是一個限制旋轉(zhuǎn)軸的STL文件切片幾何模型，該模型可以是基于特征或功能免費(fèi)作為可加工性分析方法。本文提出不需要特征識別。相反，它分析了從STL的切片文件的基本幾何圖。除了檢查二維可加工，該分析方法還可以處理三維的機(jī)械加工。目前，我們的做法是僅限于3軸平面端銑。球頭立銑刀和圓角端銑刀的機(jī)械加工分析可能是未來研究重點(diǎn)。此外，如何擴(kuò)展目前研究的4軸或者5軸銑削可能會納入另一給考慮范圍之內(nèi)。