箱体类零件钻削组合机床设计【说明书+CAD】
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扬州大学广陵学院本科生毕业设计(论文)中期自查表(中期教学检查用)学生姓名吴一非学号100012129专业机械设计制造及其自动化班级机械81001班指导教师任 皓职 称讲 师设计(论文)题目箱体类零件钻削组合机床设计个人精力实际投入每天平均工作时间6h迄今缺席天数无出勤率%100%指导教师每周指导次数1周每周指导时间(小时)2h未指导的周次及原因无毕业设计(论文)工作进度(完成)内容及比重已完成主要内容(70%)待完成主要内容(40%)工序图加工示意图机床联系尺寸图机床生产率计算卡1份主轴箱说明书存在问题及解决方案加工示意图接杆设计问题,通过老师指导一起查阅相关资料确定接杆设计指导教师意见:指导教师签名: 年 月 日扬州大学广陵学院本科生毕业论文任务书论文题目箱体类零件钻削组合机床设计 年级大四专业机械设计制造及其自动化学生姓名吴一非学号100012129主要内容:(1)明确本题目的设计参数,技术条件等;(2)“三图一卡”总体设计; 根据零件图绘制工序图 绘制加工示意图 绘制机床联系尺寸图 制定机床生产率计算卡(3)主轴箱结构设计;(4)专业外文资料译文(1篇);(5)设计说明书(1份)。主要任务及基本要求(包括指定的参考资料):(1)“三图一卡”总体设计 工序图(A3 1张) 加工示意图(A3 1张) 机床联系尺寸图(A1 1张) 机床生产率计算卡1份(2)主轴箱结构设计 A1 1张;(3)专业外文资料译文1篇(不少于10,000个印刷符号);(4)设计说明书1份。参考文献:机械工程手册机械制造工艺及设备卷(二) 机械工业出版社 1997机械零件设计手册 机械工业出版社 机械制造工艺学 福建科技出版社机械设计制图手册 侯镇冰 同济大学出版社机械制造工艺标准手册 张纪真 机械工业出版社组合机床设计 迟建山等 上海:上海科学技术出版社,1994组合机床设计简明手册 谢家瀛 北京:机械工业出版社,1999组合机床设计参考图册 大连组合机床研究所 北京:机械工业出版社,机床夹具设计手册 东北重型机械学院 北京:机械工业出版社,1988机床夹具图册 孟宪栋等 北京:机械工业出版社,1994发出任务书日期:2014年3月1日完成期限:2014年3月5日指导教师签名:专业主任签名:年月日扬州大学机械工程学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名: 吴一非 学号: 100012129 教 科 部: 机械电子 专 业: 机械设计制造及自动化 设计题目: 箱体类零件钻削组合机床设计指导老师: 任 皓材 料 目 录序号名 称数量备注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)实习调研报告14毕业设计(论文)开题报告(含文献综述)15毕业设计(论文)外文资料翻译(含原文)16毕业设计(论文)中期检查表1 2014 年 4 月 9 日 扬州大学机械工程学院本科生毕业设计(论文)选题、审题表学 院机械学院选题教师姓名任皓专 业机械设计制造及其自动化专业技术职务讲师申报课题名称箱体类零件钻削组合机床设计课题性质ABCDE课题来源ABCD课题简介分析常用机械加工方法,了解各种专用加工设备;设计给定零件孔的钻削加工组合机床的设计。设计(论文)要 求(包括应具备的条件)(1)明确本题目的设计参数,技术条件等;(2)“三图一卡”总体设计;根据零件图绘制工序图;绘制加工示意图;绘制机床联系尺寸图;制定机床生产率计算卡(3)主轴箱结构设计;(4)专业外文资料译文(1篇);(5)设计说明书(1份)。课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难一般易所在专业审定意见:负责人(签名):年 月 日院主管领导意见: 签名: 年 月 日说明:1、该表作为本科学生毕业设计(论文)课题申报时专用,由选题教师填写,经所在专业有关人员讨论,负责人签名后生效;2、有关内容的填写见背面的填表说明,并在表中相应栏打“”课题一旦被学生选定,此表须放在“毕业设计(论文)资料袋”中存档。 扬州大学机械工程学院毕业设计(论文)任务书教 科 部: 机械电子教科部 专 业: 机械设计制造及自动化 学 生 姓 名: 吴一非 学号: 100012129 毕业题目: 箱体类零件钻削组合机床设计 起迄日期:2014年月初-2014年5月底 设计(论文)地点: 指 导 老 师: 任 皓 专 业 负 责 人: 发任务书日期: 2014 年 2 月 16 日毕业设计(论文)任务书1本毕业设计(论文)课题应达到的目的: ( 1)培养学生的调查研究以及资料、信息的获取、分析、综合能力;(2)培养学生的工程设计能力,主要包括设计、计算及绘图能力;(3)培养学生的综合运用专业理论知识,分析解决实际问题的能力;(4)培养学生的在设计过程中使用计算机的能力;(5)培养学生的撰写设计说明书、论文的能力;(6)培养学生创新能力和创新精神。2. 本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等):(1)明确本题目的设计参数,技术条件等;(2)“三图一卡”总体设计; 根据零件图绘制工序图 绘制加工示意图 绘制机床联系尺寸图 制定机床生产率计算卡(3)主轴箱结构设计;(4)专业外文资料译文(1篇);(5)设计说明书(1份)。毕业设计(论文)任务书3对本毕业设计(论文)课题成果的要求(包括毕业设计论文、图表、实物样品等):(1)“三图一卡”总体设计 A0 2张; 工序图(A1 1张) 加工示意图(A1 1张) 机床联系尺寸图(A0 1张) 机床生产率计算卡1份(2)主轴箱结构设计A0 1张;(3)专业外文资料译文1篇(不少于10,000个印刷符号);(4)设计说明书1份。4主要参考文献:机械工程手册机械制造工艺及设备卷(二)机械工业出版社 1997机械零件设计手册 机械工业出版社 机械制造工艺学 福建科技出版社机械设计制图手册 侯镇冰 同济大学出版社机械制造工艺标准手册 张纪真 机械工业出版社组合机床设计 迟建山等 上海:上海科学技术出版社,1994组合机床设计简明手册 谢家瀛 北京:机械工业出版社,1999组合机床设计参考图册 大连组合机床研究所 北京:机械工业出版社,机床夹具设计手册 东北重型机械学院 北京:机械工业出版社,1988机床夹具图册 孟宪栋等 北京:机械工业出版社,1994 毕业设计(论文)任务书5、本毕业设计(论文)课题工作进度计划起止日期工 作 内 容2月20日至3月6日3月7 日 至4月24日4月25日至5 月 8 日5月12日至5月19日实习调研、资料收集、翻译、撰写开题报告(3周)组合机床设计 7周编写说明书 2周评分及答辩 1周所在专业审核意见:负责人: 年 月 日学院意见:院长:年 月 日扬州大学机械工程学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名: 吴一非 学号: 100012129 专 业: 机械设计制造及其自动化 设计(论文)题目: 箱体类零件钻削组合机床设计 指 导 老 师: 任 皓 2014年 4 月 1 日毕业设计(论文)开题报告1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:文 献 综 述组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件,有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件,主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件,有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用,往往需要应用成组技术,把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工,以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种,可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。专用机床中某些部件因重复使用,逐步发展成为通用部件,因而产生了组合机床。二十世纪70年代以来,随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展,组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米/1000毫米,表面粗糙度可低达2.50.63微米;镗孔精度可达IT76级,孔距精度可达0.030.02微米。最早的组合机床是1911年在美国制成的,用于加工汽车零件。初期,各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性,便于用户使用和维修,1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商,确定了组合机床通用部件标准化的原则,即严格规定各部件间的联系尺寸,但对部件结构未作规定。在我国,组合机床发展已有28年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。在科学技术飞速发展的今天,先进组合机床的生产技术亦日新月异,主要有以下发展趋势:1组合机床品种的发展重点在组合机床这类专用机床中,回转式多工位组合机床和自动线占有很重要的地位。2组合机床柔性化进展迅速十多年来,作为组合机床重要用户的汽车工业,为迎合人们个性化需求,汽车变型品种日益增多,以多品种展开竞争已成为汽车市场竞争的特点之一,这使组合机床制造业面临着变型多品种生产的挑战。为适应多品种生产,传统以加工单一品种的刚性组合机床和自动线必须提高其柔性。3综合自动化程度日益提高近十年来,为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储存、搬运以及缩短生产流程时间,将工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序间的清洗、测量、装配和试漏等)集成到自动线或自动线组成的生产系统中,以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。4自动线可靠性和利用率不断改善和提高自动线的经济性只有在其进行连续生产的情况下才有可能实现。从目前自动线生产控制和监控的内容看,生产控制和监控系统基本上是由质量监控系统、自动线运行控制与监控系统和刀具监控系统这几个部分组成的。设计基本内容:(1)零件分析(2)拟定零件工艺方案(3)总体方案设计(4)组合机床设计三图一卡设计(5)主轴箱设计一般设计步骤:计划阶段:提出任务分析零件加工对机器的需求确定任务要求。方案设计:机床功能分析提出几种可能的解决方案组合几种可能的方案对比评价讨论优化得出最佳方案。技术设计:明确构形要求结构化选择材料、计算尺寸评价决策确定结构形状及尺寸零件设计部件设计总体设计。参考文献:机械工程手册机械制造工艺及设备卷(二) 机械工业出版社 1997机械零件设计手册 机械工业出版社 机械制造工艺学 福建科技出版社机械设计制图手册 侯镇冰 同济大学出版社机械制造工艺标准手册张纪真 机械工业出版社组合机床设计 迟建山等 上海:上海科学技术出版社,1994组合机床设计简明手册 谢家瀛 北京:机械工业出版社,1999组合机床设计参考图册大连组合机床研究所 北京:机械工业出版机床夹具设计手册东北重型机械学院 北京:机械工业出版社,1988机床夹具图册 孟宪栋等 北京:机械工业出版社,1994机械设计濮良贵 高等教育出版社液压与气压传动 王积伟 章宏甲 黄谊 高等教育出版社 2005年01月01日工程材料基础 张文灼 机械工业出版社 2010年02月材料力学闫晓鹏、武瑛、杨丽萍、高保凤、李志刚 高等教育出版社机械原理(第2版)陆宁、樊江玲 清华大学出版社毕业设计(论文)开题报告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):箱体类零件钻削组合机床设计基本内容:(1)零件分析仔细了解所欲加工零件的加工特点,精度和技术要求。(2)拟定零件工艺方案确定零件在组合机床上完成加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(3)总体方案设计根据工艺方案确定机床的配置形式及总体结构布局。(4)组合机床设计三图一卡设计根据零件图绘制零件工序图,零件加工示意图,机床尺寸联系图,制机床生产率计算卡。(5)主轴箱设计绘制主轴箱草图,确定主轴结构形式和动力设计并设计主传动系统总体结构可能遇到的问题:(1) 组合机床被加工零件的夹具设计(2) 主轴箱传动系统的设计(3) 组合机床的总体配置形式主要解决方法是通过已学过的基础理论和专业知识并参考各类相关专业书籍,熟悉组合机床工作原理和设计原则,了解各项设计参数和技术要求进行设计计算,同时利用绘图软件进行初步结构设计,参考已有的先进设计实例,学习其计算过程和其中的先进创新理念并运用到自己的计算创新设计中。相关自已无力解决的问题可以与同学讨论解决,一些自己的创新思想也可与同学讨论其可行性,或者向指导教师请教。拟采用的研究手段(途径):1.对组合机床的设计有一定的掌握2.运用金属切削原理及刀具知识可以确定切削用量和刀具3.运用机械制造技术知识可以完成“三图一卡”4.运用机械制造装备设计可以解决主轴箱设计的过程5.运用机械设计的知识可以完成传动零件的校核6.运用机械制图的知识和计算机绘图软件的帮助可以完成设计图纸的绘制7.已经拥有大量有关组合机床的书籍、图样,可以到图书馆查阅相关国家标准8.参考相关的设计的经验9.与指导老师讨论协商为了保证形体钻孔的合理性、实用性以及加工精度等要求,我们在图书馆努力收集有关钻孔组合机床的各类资料在箱体钻孔组合机床的设计中作为参考,提高其加工的合理性。在箱体钻孔组合机床的设计中,我们必须保证其主轴箱中各个主轴的进给量相同,而且必须保证各个主轴的转速的同步性,以及加工时的各切削用量的准确性。经过以上对箱体钻孔组合机床的分析,结合平时老师的讲解及书本知识,本次课题设计将圆满完成。毕业设计(论文)开题报告指导教师意见:1 对“文献综述”的评语:2 对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:指导老师: 年 月 日所在专业审查意见:负责人: 年 月 日扬州大学机械工程学院毕业设计(论文)外文资料翻译教 科 部: 机械电子工程系 专 业: 机械设计制造及其自动化 姓 名: 吴 一 非 学 号: 100012129 外 文 出 处:*Department of Micro System Engineering, Nagoya University (用外文写) Center For Cooperative Research in Advanced Sci. and Tech., Nagoya University Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8603, JAPAN 附 件: Proceedings of the 2001 IEEE 指导老师评语签名:年 月 日注:请将该封面与附件装订成册。扬州大学机械工程学院毕业设计(论文)中期检查表学生姓名吴一非 学号100012129 指导教师任皓选题情况课题名称箱体类零件钻削组合机床设计难易程度偏难适中偏易工 作 量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定:所在专业意见: 负责人 年 月 日扬州大学广陵学院本科生毕业论文 毕业论文题目 箱式类零件钻削组合机床设计 学 生 姓 名 吴 一 非 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械81001班 指 导 教 师 任 皓 完 成 日 期 2014年 6 月 1 日 扬州大学广陵学院本科生毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目箱体类零件钻削组合机床设计题目来源2题目类型A指导教师任皓学生姓名吴一非学 号100012129专 业机械设计制造及其自动化开题报告内容: 组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件,有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件,主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件,有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。研究目的: (1)培养学生的调查研究以及资料、信息的获取、分析、综合能力;(2)培养学生的工程设计能力,主要包括设计、计算及绘图能力;(3)培养学生的综合运用专业理论知识,分析解决实际问题的能力;(4)培养学生的在设计过程中使用计算机的能力;(5)培养学生的撰写设计说明书、论文的能力;(6)培养学生创新能力和创新精神。箱体类零件钻削组合机床设计基本内容:(1)零件分析仔细了解所欲加工零件的加工特点,精度和技术要求。(2)拟定零件工艺方案确定零件在组合机床上完成加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(3) 总体方案设计根据工艺方案确定机床的配置形式及总体结构布局。(4)组合机床设计三图一卡设计根据零件图绘制零件工序图,零件加工示意图,机床尺寸联系图,制机床生产率计算卡。(5)主轴箱设计绘制主轴箱草图,确定主轴结构形式和一般设计步骤:计划阶段:提出任务分析零件加工对机器的需求确定任务要求。方案设计:机床功能分析提出几种可能的解决方案组合几种可能的方案对比评价讨论优化得出最佳方案。技术设计:明确构形要求结构化选择材料、计算尺寸评价决策确定结构形状及尺寸零件设计部件设计总体设计。时间安排:2月20日至3月6日 实习调研、资料收集、翻译、撰写开题报告(3周)3月7 日 至4月24日 组合机床设计 7周4月25日至5 月 8 日 编写说明书 2周6月1 日 至6月7日 评分及答辩 1周可能遇到的问题:(1)组合机床被加工零件的夹具设计(2)主轴箱传动系统的设计(3)组合机床的总体配置形式主要解决方法是通过已学过的基础理论和专业知识并参考各类相关专业书籍,熟悉组合机床工作原理和设计原则,了解各项设计参数和技术要求进行设计计算,同时利用绘图软件进行初步结构设计,参考已有的先进设计实例,学习其计算过程和其中的先进创新理念并运用到自己的计算创新设计中。相关自已无力解决的问题可以与同学讨论解决,一些自己的创新思想也可与同学讨论其可行性,或者向指导教师请教。拟采用的研究手段(途径):1.对组合机床的设计有一定的掌握2.运用金属切削原理及刀具知识可以确定切削用量和刀具3.运用机械制造技术知识可以完成“三图一卡”4.运用机械制造装备设计可以解决主轴箱设计的过程5.运用机械设计的知识可以完成传动零件的校核6.运用机械制图的知识和计算机绘图软件的帮助可以完成设计图纸的绘制7.已经拥有大量有关组合机床的书籍、图样,可以到图书馆查阅相关国家标准8.参考相关的设计的经验9.与指导老师讨论协商 学生签名: 指导教师审核签名: 日期:为了保证形体钻孔的合理性、实用性以及加工精度等要求,我们在图书馆努力收集有关钻孔组合机床的各类资料在箱体钻孔组合机床的设计中作为参考,提高其加工的合理性。在箱体钻孔组合机床的设计中,我们必须保证其主轴箱中各个主轴的进给量相同,而且必须保证各个主轴的转速的同步性,以及加工时的各切削用量的准确性。经过以上对箱体钻孔组合机床的分析,结合平时老师的讲解及书本知识,本次课题设计将圆满完成。参考文献:机械工程手册机械制造工艺及设备卷(二) 机械工业出版社 1997机械零件设计手册 机械工业出版社 机械制造工艺学 福建科技出版社机械设计制图手册 侯镇冰 同济大学出版社机械制造工艺标准手册张纪真 机械工业出版社组合机床设计 迟建山等 上海:上海科学技术出版社,1994组合机床设计简明手册 谢家瀛 北京:机械工业出版社,1999组合机床设计参考图册大连组合机床研究所 北京:机械工业出版机床夹具设计手册东北重型机械学院 北京:机械工业出版社,1988机床夹具图册 孟宪栋等 北京:机械工业出版社,1994机械设计濮良贵 高等教育出版社液压与气压传动王积伟 章宏 甲黄谊 高等教育出版社 2005年01月01日工程材料基础 张文灼 机械工业出版社 2010年02月材料力学闫晓鹏、武瑛、杨丽萍、高保凤、李志刚 高等教育出版社机械原理(第2版)陆宁、樊江玲 清华大学出版社学生签名: 指导教师审核签名: 日期:2001届IEEE机器人与自动化国际会议于2001年五月韩国汉城举行多壁碳纳米管的三维超微型机械人装置操作利辛东*,秋篠宫文仁亲王新井*,和福田敏男*名古屋大学微系统工程系*名古屋大学中心合作研究在先进的科学与技术日本名古屋464-8603东区,呋喃首席人事官dongrobo.mein.nagoya-u.ac.j p, araimein.nagoya-u.ac.j p, fukudamein.nagoya-u.ac.j p摘要:多壁碳纳米管(碳纳米管)是在三维空间中操纵一10-DOF 超微型机械人装置操纵,这包括压电换能器,促进驱动(新焦点Inc.)和内部的扫描操作,电子显微镜(SEM)。机械手的粗线的分辨率优于30nm(X,Y,Z阶段驱动促进)和旋转一个2毫弧度,而光纤制造设备运动的决议(驱动PZT)是在纳米级的。原子力显微镜的悬臂作为末端执行器。操作的多壁碳纳米管的几种与介电电泳和范德瓦尔斯部队的协助下开发的机器人进行。估计尺寸40nmx7plm单壁碳纳米管被原子力显微镜悬臂拾起。另一个50nmx6pm 米碳管之间放置两个悬臂,还有一个040nmx8u米碳管的弯曲悬臂和样品基质。碳纳米管(CNTs)连接是基于碳纳米管更复杂的设备的基本构建块。交叉连接两个为40nm6um,50nm7m的维度,和一个丁字路口是由两个碳纳米管的40nm3um.force测量尺寸进行抗弯刚度和一个30nm7m厚的多壁碳纳米管,它们杨氏模量的估值分别是8.641l0-20nm2和2.17tpa。这样操作的两个性质研究的碳纳米管和碳纳米管为基础的纳米电子机械系统制造是必不可少的。关键词:三维操纵,碳纳米管,碳纳米管,纳米电子机械系统悬臂,介电电泳,扫描电镜1、介绍饭岛爱后 1 观察和鉴定第一奈米碳管(CNT)在富勒烯烟炱,许多研究工作已经完成对碳纳米管的理论和实验,它们研究表明他们有特殊的机械和电气性能。机械地说,碳纳米管作为最终的纤维,电子的量子线,和化学和生物探针和纳米容器。西都 2 和 3 首先预测滨田的碳纳米管的金属/半导体性质。单壁碳纳米管(SWNTs)的合成由饭岛爱的AML桥 4 。个人多壁管(MWNTs)分别测定由西班牙的 6 埃布森 5 ,西班牙的 8 L兰格 7 使用一个单独的碳纳米管原子力显微镜尖端的技术。帖后 9 产生散、单分散的单壁碳纳米管l.4-nm。晒黑 10 和巴克拉斯 11 在个别单壁碳纳米管和束中观察到单电子效应。最近有报道 12 ,装置如碳纳米管量子电阻和室温下的单壁碳纳米管晶体管,对其机械特性进行了研究 14 ,在这些研究中,利用原子力显微镜与一个优秀的虚拟现实界面的二维平面中的碳纳米管的一些操作报告 18 ,可知在拉伸载荷作用下的破坏机理和多壁碳纳米管的强度已经解决了三维操纵 16 的帮助。纳米操纵,或位置控制在纳米尺度,是对分子纳米技术的第一步。随着纳米技术的进步,需要操纵成为进入纳米尺度的物体。虽然原子力显微镜(原子力显微镜)是能够适当的小动作(埃的十分之一),但不能重复的位置。这也是目前有限的三个自由度,没有旋转的控制。作为扫描探针,它工作得很好;作为一个纳米技术的施工设备,它实际上是有限的到二维平面。这是在三维空间中构建纳米结构与器件非常重要的操纵纳米对象。为了实现这样的操作,具有纳米级分辨率的机器人将是有用的工具。对于一个超微型机械人装置操纵三维操作的基本要求包括纳米尺度的位置分辨率,相对大的工作空间,足够的自由度的末端执行器的三维定位,并通常与复杂的操作,多终端效应。一个关键的技术将如何设计末端执行器在微/纳米级的世界 19 的物理现象?它是申请一个微型帆船实现纳米级物体的拾取和放置操作,而它已被证明。因为剪刀和物体之间的电磁相互作用引起大于重力引起的剪应不同 19 对象的离开。因此,它是一个更广阔的战略,是通过控制相互作用的工具和对象,而不是用夹持器之间实现纳米操作。基本实验报道日几种策略控制的相互作用已经提出 19-2l ,和一个遥控触摸系统也被提出 22 。在下面,一个超微型机械人装置操纵在2节首先介绍,然后对超微型机械人装置操纵策略3节中介绍的一些实验操作,并在4节中的报道。在5节中,力测量方法的介绍2。超微型机械人装置操纵开发了一套超微型机械人装置操纵。如下图所示,有3个单位共10自由度包括三自由度单元(x-y-a阶段,一个是沿x轴旋转)放置样品基板,一个单自由度单元2(Z级)定位的原子力显微镜悬臂梁和六自由度压电驱动单元3个悬臂梁的定位。样品基板,也可以放在2或3方便操作单元。单元1单元2具有线性冲程6mm和旋转360度。对于粗运动的线性分辨率为30nm(X,Y和Z阶段)和旋转一个2mrad。3单元是用于补偿步进运动单位L和2的压电驱动的,具有纳米级分辨率的六自由度。在X-Y台旋转毛发运动(新焦点Inc.)由两个平移安装硅基板毛发运动驱动,这是用于放置被操纵的。在硅衬底,薄膜的铝涂层作为施加电场产生电极的介电泳力。另一个电极可以是有线或悬臂单位2或3。使悬臂尖端和硅板绝缘对方,聚酰亚胺薄膜粘贴在铝膜。原子力显微镜悬臂和样品之间的介电电泳的方法示于图(接线单元3是类似的Z级,因此未显示)。请注意,在单位L样品基板的位置和悬臂梁2交换单元。 六自由度8驱动单元用来补偿单位L和2步进运动。为获得更大的工作空(26x22x35ltm3)和一个更高的分辨率,双指令驱动和闭环控制应用于此微刻手。致动器和传感器的叠加使3号机组变为小巧的体积,容易放入扫描电子显微镜 25 。获得实时观测的机器人操作,全套安装在扫描电镜(JEOL jsm-5300)和二次电子探测器,具有相对大的真空室。显微镜的分辨率被指定为在30kV中4nm,然而,实时视频的分辨率是两个或三个较低的一个因素。所有的导线通过隔离真空馈通器通过扫描电镜室壁连接。所有的机械部件和电缆从扫描电子显微镜观察区域得到了妥善的保护,减少图像失真的充电效果。可以发现,机器人满足所有的纳米操作的基本要求。它共有10自由度和三个单位的双悬臂梁,工作空间6x6x12mm3与3600旋转,粗分辨率为30nm和2mrad而细的纳米尺度。它是为里面的一个扫描电镜的真空室,所以对于操作的实时观测是实现和悬臂尖端和样品之间的力也可以用多次曝光技术测量。3、超微型机械人装置操纵原理处理微对象,由量子和电磁效应引起的相互作用不可忽视,这是不同于宏观世界。例如,在珠直径和在扫描电子显微镜真空无限板之间相互作用的主要是范德瓦尔斯力 22 。 另一方面,介电电泳力格式化数据输入程序是一个客观珠半径R函数,珠8和电场E0的介电系数。由于介电泳力是电场强度的梯度功能,很容易通过改变AP控制:使用电压。它也更容易实现比控制其他种类的粘附力。用于产生非均匀电场梯度,用锋利的针如原子力显微镜悬臂梁与板的两个电极,它是有效的。因此,可以拿起一个物体放置在板如图2所示如果介电泳力大于范德瓦尔斯作用力的粒子。为了实现这样的操作,有两种方式可以有效地使用,其中一个减少范德瓦尔斯的部队在 19 和 20 描述。另一种方法是控制强度和电场梯度场。如图所示,一个放置在一个理想的板(粗糙度,B = 0,因此B / Z = 0)在扫描电子显微镜中不能拿起时产生的介电泳力电压为100V(3区)。因为格式化数据输入程序前轮驱动(在这种情况下,粘结力的其他种类被忽略,因为它们很大程度上不及范德瓦尔斯)。该操作可以实现通过增加电压(例如多达500)以提高介电泳力,或通过增加的粗糙度(如B / Z = 10甚至100)的板以减少范德瓦尔斯力珠。4、操作实验4. 1在多壁碳纳米管中拿起,放置,弯曲与发达的超微型机械人装置操纵的,单个碳纳米管操作某些种类都试过了。我们的目标是构建碳纳米管的三维结构,同时研究他们的机械和电子特性,在这里我们显示了一些初步分析结果。图4显示一个单一的M通风孔是拿起的原子力显微镜悬臂的2个单位,其中有一个大概的尺寸q40nmx7y,M.图表明多壁碳纳米管之间放置两个悬臂,和6显示了多壁碳纳米管弯曲。这样的操作是必不可少的两个性质研究的碳纳米管和碳纳米管的制备和制造基于计数器的纳米电子机械系统。4.2多壁碳纳米管路口建设4.2一种接头的类型最近一种接头的可能性对连接管的不同直径和手性产生了相当大的兴趣 30 ,这是因为该路口是纳米电子器件的构建块的可能性。虽然连接是随机发现了碳纳米管样品,但这是找来制造这样的基本结构的技术意义。CNT连接施工难度取决于连接的类型。碳纳米管连接类型以碳纳米管的类型确定,碳纳米管的结构和连接方法:(1)种碳纳米管1)金属单壁碳纳米管2)半导体单壁碳纳米管3)金属单壁碳纳米管4)的多壁碳纳米管(金属)(2)配置1)V或j-接头2)丁字路口3)Y-路口4)X-路口5)更复杂的(例如,3D)连接(3)连接措施1)范德瓦尔斯2)电子束焊接3)化学键4)其它方法4.2.2多壁碳纳米管的路口(1)X结一个X结(交叉路口)与q40nmx6ym和维度(P 50nm7P)两个多壁碳纳米管的。如图所示,两个多壁碳纳米管负载的碳纳米管在样品基质和原子力显微镜悬臂原材料之间。虽然不能确定清楚如何两个多壁碳纳米管连接从扫描电子显微镜的局限性,它是合理的说他们的军队与范德瓦尔斯。我们在这里展示一个X结和一个丁字路口的多壁碳纳米管的范德瓦尔斯部队的超微型机械人装置操纵节理。(2)丁字路口一个丁字路口是q40nmx3pt尺寸,M和p50nmx2ym两个碳纳米管,如图所示。丁字路口举行的原子力显微镜悬臂。同样地,好像两个多壁碳纳米管与范德瓦尔斯军队节理。5、力的测量悬臂和物体之间的力信息的重要是因为它对机械手的控制的必要性和对碳纳米管和碳纳米管结的特性研究,以及更复杂的碳纳米管结构。采用扫描电子显微镜图像和校准的原子力显微镜的悬臂与视频或多次曝光技术测量的力量。5.1抗弯刚度的多壁碳纳米管一个单一的碳纳米管的屈曲,我们试图通过测量受碳纳米管和碳纳米管和悬臂梁的变形力评估碳纳米管的刚度。图(a)和(b)显示两个连续的扫描电镜图像帧记录在弯曲过程中,(c)和(d)描述分析模型(a)和(b),分别和(E)显示在多壁碳纳米管的力量。根据欧拉公式和力的平衡关系,可以得到以下方程。其中,W 和W2是屈曲力受基体的碳纳米管,F是在图9悬臂反应力的差异(A)和(B),E / Z的杨氏模量,是面积的二次矩,和其他参数和它们的值在表1列出,在那里Al,A2,嗨,H2值,8和D测图(a)和(b),k是一个格温校准值。扫描电子显微镜限制我们得到的碳纳米管的纳米管和详细的几何结构的直径的精确值,因此难以获得相对准确的杨氏模量值。但得到的杨氏模量的一个保守的估计,这是实心圆柱和D = 30nm合理的假设。然后我们得到了E = 2.17tpa。这是一点点比 14 中获得的平均值,在那里他们应用热振动的方法和得到的平均值E = 1.8tp,但单个纳米管的数据范围从0.4到4.15tpa。通过多次曝光技术测量在式(5)的结果是合理的。 5.2力如图10显示了这个力测量方法的原理两个校准悬臂“战斗”彼此。左边的向上移动20.20um,尖端的正确的变形具有相同的距离。根据悬臂梁的刚度,它可以认为两种悬臂之间的力是607.2nn。国际测量师联合会表明,多壁碳纳米管回升到原子力显微镜的悬臂。在这个过程中,该部队(主要是范德瓦尔斯军队)的原子力显微镜悬臂和样品之间的be314.9nn。图(a)和(b)显示一个X结推拉上的多壁碳纳米管的变形。图12(C)是一个多重曝光的照片,描绘了同样的过程显示图(a)和(b)。从图(C),在这个过程中发生的力的测量是54.6nn 。6、结论带有两个悬臂10-DOF 超微型机械人装置操纵已经建成,在扫描电子显微镜。通过调节施加的原子力显微镜的悬臂和样品基体之间的电压,对介电泳力对象有效控制。三维操作是在多壁碳纳米管的介电泳力控制辅助实现,和力的测量进行了。正在开发的机器人将为纳米颗粒的性能研究与纳米积木(如碳纳米管纳米级的装置)建设的基本工具。力进行测量和抗弯刚度和一个 p30nmx7ktm多壁碳纳米管的杨氏模量的估计分别8.641xl0-20nm2和2.17tpa。致谢我们感谢在三重大学教授斋藤为我们的研究多壁碳纳米管样品提供有益讨论,并作感谢教授R. Saito在电气通信大学提出对碳纳米管的一本书的指导。参考:1 S. lijima, Helical Microtubules of Graphitic Carbon, Nature, V01.354, pp.56-58 (1991).2 R. Saito, G. Dresselhaus and M. S. Dresselhaus, Physical Properties of Carbon Nanotubes, Imperial College Press (1998).3 N. Hamada, S. I. Sawada and A. Oshiyama, New One-Dimensional Conductors: Graphitic Microtubules, Phys. Rev. Lett., V01.68, pp.1579 -1581(1991).4 S. Iijima and T. Ichihashi, Single-Shell Carbon Nanotubes of l-nm Diameter, Nature, V01.363, pp.603-601(1993).5 T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. Hiura, J. W. Bennett, H. F. Ghaemi and T. Thio, Electrical Conductivity of Indiviclual Carbon Nanotubes, Nature, V01.382, pp.54 -56 (1996).6H.J. Dai, E.W. Wong and C.M. Lieber, Probing Electrical Transport in Nanomaterials: Conductivity of individual Carbon Nanotubes, Science, V01.272, pp.523-526 (1996).7 L. Langer, V. Bayot, E. Grivei, J.P. Issi, J.P. Heremans, C.H. Olk, L. Stockman, et al, Quantum Transport in A Multiwalled Carbon Nanotube, Phys. Rev. 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