三維數控錫絲點焊機結構設計

三維數控錫絲點焊機結構設計,三維,數控,點焊,結構設計 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）任務書 所在學院 機械與電氣工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 09機自*班 學生姓名 ****** 學號 ********* 指導教師 題 目 三維數控錫絲點焊機結構設計 一、 畢業(yè)設計（論文）工作內容與基本要求： 課題簡介 在現代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有自動化生產設備，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。在對PCB板的焊接加工過程也不例外。目前，市場上存在著各式各樣的電焊機設備，如：MZ自動埋弧焊機，可以焊接開坡口或不開坡口的對接焊縫、搭接焊縫、角焊縫及容器密封焊。此種焊縫可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊機需要人工輸送板料，而且每次只能焊接一個點；DNZ單面雙點焊機雖然可以一次加工兩個焊點，但是板料的輸送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。 本課題以PCB板上電池引腳焊接為背景，主要任務是對三維數控錫絲點焊機結構進行設計。 任務與目標： 1、 翻譯1-2篇與專業(yè)課程相關的最新英文文獻，文獻翻譯要求在2000字以上； 2、 查閱相關文獻資料、開展調研，提交一篇3000字以上的反映課題內容的文獻綜述； 3、 結合已查閱的文獻資料，深入理解課題，提交一份開題報告； 4、 根據所要實現的功能，提出三維數控錫絲點焊機的整體設計方案； 5、 完成三維數控錫絲點焊機結構的詳細設計； 6、 通過相關設計計算，完成電機選型； 7、 完成三維數控錫絲點焊機結構的三維造型；繪制三維數控錫絲點焊機結構總裝配圖、主要零件的工程圖、要求設計圖正確、實用、美觀。 8、 結合個人的設計思路及相關的數據計算及理論依據，撰寫設計說明書，要求文字通順，內容精煉，闡述詳細，實用性要強，論文正文不少于10000字。 途徑與方法： 1、 檢索并翻譯外文資料，結合所學專業(yè)課程，通過查閱相關資料文獻，分析和消化原始資料并整理，完成開題報告； 2、 根據所要實現的功能，提出三維數控錫絲點焊機的整體設計方案； 3、 根據功能要求，完成三維數控錫絲點焊機結構各零部件的詳細設計；完成電機選型；繪制3D/2D總圖、主要零件圖。 4、 撰寫畢業(yè)設計說明書，整理相關資料，按論文指導手冊的要求完成畢業(yè)設計全部內容。 參考資料： [1]原魁．工業(yè)數控錫絲焊接機發(fā)展現狀與趨勢[J]．MC 現代零部件,2007,(01):33～34. [2] 張效祖．工業(yè)數控錫絲焊接機的現狀與發(fā)展趨勢[J]. WMEM,2007,(05):25～26. [3]宋海宏．數控錫絲焊接機技術展望[J].山西煤炭管理干部學院學報，2006，(04):43～45. [4]吳林．全球工業(yè)數控錫絲焊接機產業(yè)現狀與趨勢[J] .機電一體化，20006，(02):56～57. [5] 熊有倫．數控錫絲焊接機技術基礎[M].武漢：華中科技大學出版社，1996. [6] 溫效朔．數控錫絲焊接機技術在農業(yè)上的開發(fā)與應用現狀[M] .合肥：安徽農業(yè)科學， 2007，(11)：124～125 [7] 周伯英．工業(yè)數控錫絲焊接機設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1995. [8] 吳林，張廣軍，高洪明.焊接數控錫絲焊接機技術[M].北京：機械工業(yè)出版社,2000. [9] 吳宗澤．機械零件設計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社,2002. [10] I.OM.索羅門采夫.工業(yè)數控錫絲焊接機圖冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社,2005. [11] 孫恒，陳作模等．.機械原理[M]．北京：高等教育出版社，2007． [12] 濮良貴等．機械設計[M]．北京：高等教育出版社，2007． 注意事項： 1、 英文翻譯需注明原文出處，并附上PDF格式原文。 2、 要求工程圖總量折合為3張A0圖的量以上、工程圖需要有統一標準圖框、繪制需規(guī)范并符合制圖標準； 3、最終稿電子文檔、工程圖需轉成PDF形式保存；全部電子資料進行匯整、打包，并以班級-姓名-學號長號命名提交指導老師； 二、畢業(yè)論文進度計劃 1、2012.9-2012.10檢索并翻譯最新英文文獻；查閱文獻資料、整理并撰寫一篇反映課題內容的文獻綜述；結合任務書，完成開題報告；提出三維數控錫絲點焊機的整體設計方案； 2、2012.10-2013.01根據功能要求，完成三維數控錫絲點焊機結構各零部件的詳細設計；完成各電機選型； 3、2013.01-2013.02繪制3D/2D總圖、主要零件圖。 4、2013.02-2013.03整理相關資料，撰寫畢業(yè)設計說明書初稿。 5、2013.03-2013.04修改畢業(yè)設計說明書，對所有資料的格式進行標準化處理；并按時上交所有材料；制作10分鐘的答辯PPT，準備答辯。 畢業(yè)設計（論文）時間： 2012 年 09月 01日至 2013 年 04 月 10 日 計 劃 答 辯 時 間： 2013 年 4 月 15 日 三、專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 工作任務與工作量要求：原則上查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻綜述不少于3000字；文獻翻譯不少于2000字；畢業(yè)設計說明書或論文1篇不少于8000字。 提交相關圖紙、實驗報告、調研報告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范及有關要求，請查閱《寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范》。 備注：學生一人一題，指導教師對每一名學生下達一份《畢業(yè)設計（論文）任務書》。 分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學院 畢業(yè)設計(論文) 課題名稱：三維數控錫絲點焊機結構設計 分 院： 機械與電氣工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 二○一二年 十一月 摘要 隨著科學技術的發(fā)展，焊接結構件的應用也顯得越來越頻繁，先進焊接技術的發(fā)展總是不斷地從新科技的成果中獲得新的起點。目前，數控錫絲焊接技術在電子科技、計算機技術及機器人的制造中都起著重要的作用。無論在什么情況下，數控錫絲焊接機要適應焊縫的變化才能提高焊接的水平和質量。我們只有將數控錫絲焊接機技術和焊接跟蹤技術有效的結合才能更好的推動新科技的發(fā)展，因此數控錫絲焊接機的設計對于解決這一難題至關重要。 關鍵詞： 焊接技術 機構設計 Abstract With the development of industrial level, the application of welding structure is becoming more and more frequent, advanced welding technology development are always the results of new science and technology a new starting point. At present, the numerical control tin wire welding technology in the electronic technology, computer technology and manufacturing of the robot plays a important role. In any case, CNC tin wire welding confidential to adapt to the change of weld can improve the level and quality of welding. Only when we CNC tin wire welding machine technology and welding tracking technology effective combination to better promote the development of new technology, so the numerical control tin wire welding machine design for solving this problem is very important. Key Words: Robot technology Intensity is 目 錄 摘要 2 Abstract 3 目 錄 4 第1章 緒論 7 1.1課程的研究目的及意義 7 1.1.1課程背景 7 1.1.2課程簡介 7 1.1.3意義 7 1.2研究現狀及發(fā)展趨勢 8 1.2.1 PCB板的概要及作用 8 1.2.2國內焊接機的發(fā)展概況 8 1.2.3國外焊接機的發(fā)展概況 8 1.2.4焊接機在我國的應用及發(fā)展趨勢 9 1.3本課題研究的內容及方法 10 1.3.1主要的研究內容 10 1.3.2設計要求 10 1.3.3關鍵的技術問題 11 第2章 總體方案機構設計 12 2.1設計概念 12 2.2設計原理 12 2.3方案討論 12 第3章 數控點焊機X結構及傳動設計 13 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 14 3.1.1導程確定 14 3.1.2確定絲桿的等效轉速 14 3.1.3估計工作臺質量及負重 14 3.1.4確定絲桿的等效負載 14 3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 15 3.1.6精度的選擇 16 3.1.7選擇滾珠絲桿型號 16 3.2校核 16 3.2.1 臨界壓縮負荷驗證 17 3.2.2臨界轉速驗證 18 3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 18 3.3電機的選擇 19 3.3.1電機軸的轉動慣量 19 3.3.2電機扭矩計算 20 第4章 Y向結構設計 22 4.1傳送帶的設計 22 4.2傳動帶的概述 22 4.2.1傳動帶介紹 22 4.2.2傳動帶的特點 23 4.2.5傳動帶分類 24 4.3傳動帶傳動計算 24 4.3.1傳動帶計算選型 24 4.3.2傳動帶的主要參數（結構部分） 27 4.3.3傳動帶的設計 30 4.3.4傳動帶輪的設計 30 4.4電機的選擇 31 4.4.1電機的分類 31 4.4.2步進電機的選擇 32 第5章 Z向結構設計 34 5.1 Z軸滾動導軌副的計算、選擇 34 5.2 滾珠絲杠計算、選擇 35 5.3 步進電機慣性負載的計算 37 第 6章 送絲機構 40 6.1送絲機構設計工作原理 40 6.2送絲滾輪 40 6.3 送絲電動機的選型 41 第7章 機架的設計 41 7.1 機架的基本尺寸的確定 41 7.2 架子材料的選擇確定 41 7.3 主要梁的強度校核 42 總結與展望 45 參考文獻 46 致 謝 47 50 第1章 緒論 1.1課程的研究目的及意義 1.1.1課程背景 在現代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有自動化生產設備，用來提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。當然，也不排除PCB板的焊接加工過程。我們發(fā)現焊接技術已經滲透到各個領域并且被廣泛使用。根據資料顯示，我國每年鋼鐵的產量一般在3億噸左右，其中有一半以上的鋼有用到焊接技術加工。我國每年的焊接設備需求量金額超過50億元。既然焊接機能夠這么普遍地應用在各個領域，它肯定具備了很大的市場競爭力。 1.1.2課程簡介 目前，市場上存在著各鐘各樣的電焊機設備，如：MZ自動埋弧焊機，可以焊接開坡口或不開坡口的對接焊縫、搭接焊縫、角焊縫及容器密封焊。此種焊縫可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊機需要人工輸送物料，而且每次只能焊接一個點。DNZ單面雙點焊機雖然可以一次加工兩個焊點，但是物料的輸送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。因此，高質量的焊接不僅有著極好的市場前景，對減少焊接設備進口量、促進我國國民經濟發(fā)展具有重要意義。為了解決上述問題，本課題就對三維數控錫絲焊接機的結構設計做進一步的研究。 本課題主要解決數控錫絲焊接機 (1)數控錫絲點焊機移動設計 (2)數控錫絲點焊機設計 (3)數控錫絲點焊機設計（4）電機的選擇等各個方面的問題。最后對所選的齒輪和相關零件進行強度校核，使之能夠達到要求。 1.1.3意義 通過完成該課題，設計出PCB板焊接數控錫絲焊接機，不需要工人輸送物料，焊槍與焊縫都保持垂直，相對于焊縫的焊接速度都恒為同一速度，進而能夠提高在直線段與在波內斜邊段的焊縫成形的一致性，提高PCB板的生產質量。能夠提高焊接的質量，擴大焊機的市場前景。能讓焊接技術走在工業(yè)技術的最前端，推動工業(yè)技術的發(fā)展。 1.2研究現狀及發(fā)展趨勢 1.2.1 PCB板的概要及作用 PCB就是印刷電路板（Printed circuit board PCB）。它幾乎會出現在每一種電子設備當中。除了固定各種小零件外，設備中的電子零件都是鑲在大小各異的PCB上的。PCB的主要作用就是提供各項零件的電氣連接。 隨著通信、計算機、電子設備的發(fā)展，PCB板的發(fā)展也是突飛猛進。據資料顯示，全球PCB板的產業(yè)約占電子產業(yè)的18%，2001年全球PCB產值換成人民幣有3230億元。在零三年，我國PCB板產值達500億元人民幣，產值超越美國越居全球第二。到2006年，我國的PCB板產值、產量一度超過了日本，成為pcb板生產第一大國。目前，印刷電路板的設計、加工水平已經達到了0.2到0.3mm（孔徑），0.15到0.12（線條寬度和間距），層數已經到達46層（富士公司）甚至可能更多，可以說印刷電路板的高科技和高復雜性已經達到了一個相當高的水平。但放在眼前的問題是印刷電路板也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，那就是印刷電路板的質量問題。要保證印刷電路板的質量，最關鍵也是最重要的就要提高焊接技術。 1.2.2國內焊接機的發(fā)展概況 目前，國外許多工業(yè)發(fā)達國家已經把數控焊接設備的生產標準化、產業(yè)化，價格相對也有所下降。在近幾年，微電子技術的快速發(fā)展帶動了以PC機位代表的計算機軟硬件的發(fā)展，焊接機設備也以建立以pc機為基礎的制造系統為目標，向開放的集成自動化方向發(fā)展。為順應這一趨勢，焊接數控系統也由專用的封閉數控系統向基于PC機的開放數控系統發(fā)展。有些進口的焊接設備只需要操作者輸入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工藝條件他就可自動生成焊接工藝，并且還可以隨著被焊材料、構件的換代，實現在線遠程升級。他們的設備基本都提供了現場總線接口，是國外自動化焊接系統的集成水平顯著提高。在歐美、日本等技術發(fā)達國家，自動化、機器人焊接設備的應用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術、設備和與之配套并不斷升級的焊接工藝。 1.2.3國外焊接機的發(fā)展概況 焊接產品中有許多曲線的焊接，在我國一般采用手工焊接。手工操作具有一定的優(yōu)勢，但也，存在著人員管理難、工人培訓周期長、生產環(huán)境惡劣、勞動強度大、焊接質量難以穩(wěn)定的保持、容易產生夾雜、氣孔等缺陷、焊接成本高、生產效率低一系列的問題等。為了克服上述種種弊端，焊接科技工作者研究出了多種自動化焊接設備，如仿形焊接機，焊接機器人，三維數控焊接機等。近些年來我國焊接技術的整體發(fā)展水平比較好，尤其是逆變式焊機技術現已成熟，正在全國推廣應用。波控、智能及自動、半自動焊接技術快速發(fā)展。自動、半自動氣體保護焊機、埋弧焊機、電阻焊機等產品也邁開了一大步。2000年我國點弧焊機器人已達到980臺?？墒潜M管如此，我國的焊接設備還是不能滿足國內工業(yè)的生產需求。 1.2.4焊接機在我國的應用及發(fā)展趨勢 我國從20世紀80年代開始進行大型機床等機械產品焊接結構的研究，20 多年來已取得長足的進步。焊接結構已經在現代化的數控機床等大型機床上應用以焊代鑄以焊代鍛的結構設計和制造技術迅速發(fā)展。 在汽車制造工業(yè)方面，隨著我國汽車產量的不斷增加20世紀90年代開始從國外陸續(xù)引進先進的焊接設備。并在車轉動軸、剎車蹄片、輪圈以及其他部件的制造過程中普遍采用各種先進的焊接工藝，提高了焊接效率和產品質量。焊接在船舶、汽車、鍋爐、壓力容器制造行業(yè)中也成為主要的生產工藝手段之一 。目 前，已有多種焊接工藝方法獲得各國船級社的認可而被應用于生產。自十一五期間開始進行高效焊接技術的探索以來，至今已取得令人欣喜的成績。 近年來，我國在大型貯罐焊接、球形貯罐焊接、鋁鎂合金料倉焊接等領域中，已成功地開發(fā)應用了自動焊或半自動焊工藝，如球罐全位置自動焊工藝和裝備已在國內開發(fā)成功，它將為進一步推動焊接自動化發(fā)揮重要作用。 在當前，數控錫絲焊接機的機構設計絕大多數還是依據具體的情況來設計專用焊接數控錫絲焊接機，稱之為固定結構的傳統數控錫絲焊接機，其運動特性使特定數控錫絲焊接機僅能適應一定的范圍，花費成本較大，不利于數控錫絲焊接機的發(fā)展。 很數移動焊接數控錫絲焊接機還有焊縫跟蹤的功能,其不足之處就是在焊前必須通過人為的方式,幫助數控錫絲焊接機找到合適的位置并且放好，通過人工將數控錫絲焊接機本體、十字滑塊等調整到合適的狀態(tài) ,這里所設計的移動數控錫絲焊接機是有軌移動焊接數控錫絲焊接機，只是現有的移動焊接數控錫絲焊接機技術在PCB板焊接中的應用， 還不能滿足要求，而當前的移動焊接數控錫絲焊接機技術有相當的發(fā)展。也就是說數控錫絲焊接機的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。 未來的發(fā)展趨勢可分為以下三個方面：[2] 1 選擇視覺傳感器來進行傳感跟蹤：因為與圖象處理方面相關的技術得到發(fā)展； 2 采用多傳感信息融合技術以面對更為復雜的焊接任務； 3 控制技術由經典控制到向智能控制技術的發(fā)展：這也將是移動焊接數控錫絲焊接機的控制所采用。 1.3本課題研究的內容及方法 1.3.1主要的研究內容 在查閱了國內外大量的有關焊接數控錫絲焊接機設計理論及相關知識的資料和文獻基礎上，綜合考慮焊接數控錫絲焊接機結構特點、具體作業(yè)任務特點以及焊接數控錫絲焊接機的推廣應用，分析確定使用三自由度關節(jié)型焊接數控錫絲焊接機配合生產工序，實現自動化焊接的目的。 為了實現上述目標，本文擬進行的研究內容如下: 1 根據現場作業(yè)的環(huán)境要求和數控錫絲點焊機本身的結構特點，確定數控錫絲點焊機整體設計方案。 2 確定數控錫絲點焊機的性能參數，對初步模型進行靜力學分析，根據實際情況選擇電機。 3 從所要功能的實現出發(fā)，完成數控錫絲點焊機各零部件的結構設計； 4 完成主要零部件強度與剛度校核。 1.3.2設計要求 1 根據所要實現的功能，提出三維數控錫絲點焊機的整體設計方案； 2 完成三維數控錫絲點焊機結構的詳細設計； 3 通過相關設計計算，完成電機選型； 4 完成三維數控錫絲點焊機結構的三維造型；繪制三維數控錫絲點焊機結構總裝配圖、主要零件圖。 1.3.3關鍵的技術問題 1 方案選擇 2整體的支撐架設計（龍門結構及懸臂結構的選擇） 3機構設計 4送絲機構 5工作臺 6 電機選型 7 強度校核 第2章 總體方案機構設計 2.1設計概念 整體的支撐架采用龍門結構——在工程中我們常用的整體支撐架結構有龍門結構和懸臂梁。所謂的懸臂梁就是梁的一端為不產生軸向、垂直位移和轉動的固定支座，另一端為自由端（可以產生平行于軸向和垂直于軸向的力）。而龍門結構通俗地說就是一根橫梁連接兩個支腿與地面緊固組成的像一個門框一樣的結構。因為他是雙支撐結構區(qū)別于單支撐和懸臂結構，所以結構特別簡單。 2.2設計原理 數控點焊機的設計應滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性， 為了使工件、焊槍與焊接點保持準確的相對位置，必須根據要求的焊接點，去選擇合適的定位機構。再者就是要有足夠的強度和剛度 除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運動過程中產生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進行強度、剛度計算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應考慮到產品零件變換的問題。為適應不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結構，迅速更換不同的部件及附件來擴大機構的使用范圍。 Y軸和Z軸采用絲杠傳動：Y軸 電動機—聯軸器—滾珠絲杠 Z軸 縱向電動機—聯軸器—縱向滾珠絲杠—大托板 X軸采用絲杠加導軌形式：橫向電動機—聯軸器—橫向滾珠絲杠（導軌）-橫滑板 2.3方案討論 懸臂梁在工程力學受力分析中，比較典型的簡化模型。在實際工程分析中，大部分實際工程受力部件都可以簡化為懸臂梁。龍門結構制作方便，承受負載大，結構穩(wěn)定，工程上廣泛應用。考慮到上述問題該課題的整體結構采用龍門結構。 第3章 數控點焊機X結構及傳動設計 表 3-1滾珠絲桿副支承 支承方式 簡圖 特點 一端固定一端自由 結構簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉速都較低設計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。 一端固定一端游動 需保證螺母與兩端支承同軸，故結構較復雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數量，轉速不高時多用更經濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。 兩端固定 只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A拉伸，預拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結構和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機構。他的作用就是把旋轉運動轉和直線運動進行相互轉換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉動時帶動滾珠滾動。 設X向最大行程為300mm,最快進給速度為18m/min,主軸箱大概質量為50kg,工作臺大概質量為80kg,移動部件大概質量為30kg，工作臺最大行程為300mm。 3.1.1導程確定 電機與絲桿通過聯軸器連接，故其傳動比i=1, 選擇電機Y系列異步電動機的最高轉速，則絲杠的導程為 取Ph=12mm 3.1.2確定絲桿的等效轉速 基本公式 最大進給速度是絲桿的轉速 最小進給速度是絲桿的轉速 絲桿的等效轉速 式中取故 3.1.3估計工作臺質量及負重 主軸箱重量 工作臺重量 移動部件重量 3.1.4確定絲桿的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數值用進給牽引力的實驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數為0.03，K為顛覆力矩影響系數，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為 其等效載荷按下式計算（式中取，） 3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 fw-------負載性質系數，（查表：取fw=1.2） ft--------溫度系數（查表：取ft=1） fh-------硬度系數（查表：取fh =1） fa-------精度系數（查表：取fa =1） fk-------可靠性系數（（查表：取fk =1） Fm------等效負載 nz-------等效轉速 Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h 由上式計算得Car=17300N 表3-1-1各類機械預期工作時間Lh 表3-1-2精度系數fa 表3-1-3可靠性系數fk 表3-1-4負載性質系數fw 3.1.6精度的選擇 滾珠絲杠副的精度對電氣機床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數中，導程誤差對機床定位精度是最明顯的。一般在初步設計時設定絲杠的任意300行程變動量應小于目標設定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設計的定位精度要求及其經濟性，選擇X軸Y軸精度等級為3級，Z軸為4級。 3.1.7選擇滾珠絲桿型號 計算得出Ca=Car=17.3KN, 則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN 公稱直徑Ph=12mm 則選擇FFZD型內循環(huán)浮動返向器，雙螺母墊片預緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。 公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑d1=39.5mm 鋼球直徑dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度kc=973N/μm 3.2校核 滾珠絲桿副的拉壓系統剛度影響系統的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲桿副的拉壓系統剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。 3.2.1 臨界壓縮負荷驗證 絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負荷按下列計算： 式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2） LO-------最大受壓長度（m） K1-------安全系數，取K1=1.3 Fmax-------最大軸向工作負荷（N） f1-------絲桿支撐方式系數：f1=15.1 I=絲桿最小截面慣性距（m4） 式中do--------是絲桿公稱直徑（mm） dw------------滾珠直徑（mm）， 絲桿螺紋不封閉長度Lu=工作臺最大行程+螺母長度+兩端余量 Lu=300+148+20X2=488mm 支撐距離LO應該大于絲桿螺紋部分長度Lu，選取LO=620mm 代入上式計算得出Fca=5.8X108N 可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負荷滿足要求。 3.2.2臨界轉速驗證 滾珠絲杠副高速運轉時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉速，要求絲杠的最高轉速： 式中：A------絲桿最小截面：A= -------絲杠內徑，單位； P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m) --------臨界轉速計算長度，單位為，本設計中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm ----------安全系數，可取=0.8 fZ----------絲杠支承系數，雙推-簡支方式時取18.9 經過計算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉速，所以滿足要求。 3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 絲杠系統的軸向拉壓系統剛度Ke的計算公式 式中 A——絲杠最小橫截面，； 螺母座剛度KH=1000N/μm。 當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。 經計算得： 式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統剛度(N/μm)； KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm Kc——絲杠副內滾道的接觸剛度(N/μm)； KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)； KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。 經計算得絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于1500r/min，能滿足要求。 3.3電機的選擇 步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖的頻率。步進電機具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點，所以廣泛用于機電一體化產品中。選擇步進電動機時首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，再者還要考慮轉動慣量、負載轉矩和工作環(huán)境等因素。 3.3.1電機軸的轉動慣量 a、回轉運動件的轉動慣量 上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm L—長度=1m P—鋼的密度=7800 經計算得 b、X向直線運動件向絲桿折算的慣量 上式中：M—質量 X向直線運動件M=160kg P—絲桿螺距（m）P=0.001m 經計算得 c、聯軸器的轉動慣量 查表得 因此 3.3.2電機扭矩計算 a、折算至電機軸上的最大加速力矩 上式中： J=0.0028kg/m2 ta—加速時間 KS—系統增量，取15s-1,則ta=0.2s 經計算得 b、折算至電機軸上的摩擦力矩 上式中：F0—導軌摩擦力，F0=Mf，而f=摩擦系數為0.02，F0=Mgf=32N P—絲桿螺距（m）P=0.001m η—傳動效率，η=0.90 I—傳動比，I=1 經計算得 c、折算至電機軸上的由絲桿預緊引起的附加摩擦力矩 上式中P0—滾珠絲桿預加載荷≈1500N η0—滾珠絲桿未預緊時的傳動效率為0.9 經計算的T0=0.05N·M 則快速空載啟動時所需的最大扭矩 根據以上計算的扭矩及轉動慣量，選擇電機型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉矩為6.7。 3.4 手動上下調節(jié)滾珠絲杠副設計與計算 初選絲杠材質：CrWMn鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm （1） 強度計算 絲杠軸向力：(N) 其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，Fy=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz計算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉速(r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數，HRC≥58時為1.0。 查表得中等沖擊時則: 根據使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據最大動載荷的數值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。 其基本參數如下: 其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數的計算如下表 名稱 計算公式 結果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 4.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 24.212mm 螺母內徑（外循環(huán)） 20.7mm （2） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （3） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （4） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數計算 絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差Δ為 E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 第4章 Y向結構設計 4.1傳送帶的設計 將物料推到傳送帶上后，傳送帶轉動將物料送至平臺上，等待夾持。傳送帶由如圖4-1所示部件組成。傳送帶(6)采用高強低伸化纖材料，具有強度大、伸縮性小、耐弱酸弱堿、易于加工的特點。張緊裝置(8)由螺柱、緊固螺絲和折板組成，螺柱首先穿到滾動軸承的螺紋孔內，再穿過折板上的光孔，折板固定在工作臺上，當旋轉螺柱上折板外側的螺絲時，與滾動軸承固定在一起的支架向外移動，將傳送帶拉緊。為防止培養(yǎng)瓶向左右傾倒，在傳送帶兩側加裝了上下擋板。傳送帶寬度應稍大于物料直徑，太寬物料容易傾斜，這里取傳送帶. 圖4-1傳送帶實物圖 1.電機支架2.步進電機3.傳送帶支撐架 4一卜擋板5.上擋板.6傳送帶7滾動軸承8.張緊裝置 4.2傳動帶的概述 4.2.1傳動帶介紹 傳動帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使傳動帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。 傳動帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 圖3.1傳動帶傳動 傳動帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。傳動帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達1:10。允許線速度可達50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達98%，結構緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。本產品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。傳動帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。 4.2.2傳動帶的特點 (1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比； (2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低； (3)、傳動效率高，可達0.98，節(jié)能效果明顯； (4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低； (5)、速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦； (6)、可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。 4.2.5傳動帶分類 傳動帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。 梯形齒傳動帶梯形齒傳動帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB〕。 梯形齒傳動帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數制。我國采用節(jié)距制，并根據ISO5296制訂了傳動帶傳動相應標準GB/T11361～11362-1989和GB/T11616-1989。 弧齒傳動帶弧齒傳動帶除了齒形為曲線形外，其結構與梯形齒傳動帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒傳動帶比梯形齒傳動帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。 弧齒傳動帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應用。 4.3傳動帶傳動計算 4.3.1傳動帶計算選型 設計功率是根據需要傳遞的名義功率、載荷性質、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下： 式中 ——需要傳遞的名義功率 ——工作情況系數，按表2工作情況系數選取=1.7； 表3-3.工作情況系數 確定帶的型號和節(jié)距 可根據傳動帶傳動的設計功率Pd'和小帶輪轉速n1，由傳動帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4 表3-4 選傳動帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm 選擇小帶輪齒數z1，z2 可根據傳動帶的最小許用齒數確定。查表3-3-3得。 查得小帶輪最小齒數14。 實際齒數應該大于這個數據 初步取值z1=34故大帶輪齒數為：z2=i×z1=1×z1=34。 故z1=34，z2=34。 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2 小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 驗證帶速v 由公式v=πd1n1/60000計算得， s﹤vmax=40m/s，確定帶長和中心矩 根據《機械設計基礎》得 所以有： 現在選取軸間間距為取224mm 10、傳動帶帶長及其齒數確定 =() = =719.7mm 11、帶輪嚙合齒數計算 有在本次設計中傳動比為1，所以嚙合齒數為帶輪齒數的一半，即=17。 12、基本額定功率的計算 查基準傳動帶的許用工作壓力和單位長度的質量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以傳動帶的基準額定功率為 ==0.21KW 表3-5基準寬度傳動帶的許用工作壓力和單位長度的質量 13、計算作用在軸上力 = =71.6N 4.3.2傳動帶的主要參數（結構部分） 1、傳動帶的節(jié)線長度 傳動帶工作時，其承載繩中心線長度應保持不變，因此稱此中心線為傳動帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在傳動帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要 參數。當傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在傳動帶標準中，對梯形齒傳動帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產的傳動帶節(jié)線長度應在規(guī)定的極限偏差范圍之內（見表3-6）。 表3-6帶節(jié)線長度表 2、帶的節(jié)距Pb 如圖3-4所示，傳動帶相鄰兩齒對應點沿節(jié)線量度所得約長度稱為傳動帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著傳動帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是傳動帶最主要參數．在節(jié)距制傳動帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分傳動帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標準傳動帶的齒形尺寸見表3-5。 3、帶的齒根寬度 一個帶齒兩側齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應就能傳動較大的裁荷。 圖3.7帶的標準尺寸 表3-7梯形齒標準傳動帶的齒形尺寸 4、帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關t齒根圓角半徑大，可減少齒的應力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶 齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設計時應選適當的數值。 5、帶齒齒頂圓角半徑 帶齒齒項圓角半徑的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產生于沙。由于在傳動帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時， 帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。 6、齒形角 梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內，易產生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產生帶齒在輪齒頂部跳躍現象。 4.3.3傳動帶的設計 在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。 表3-8傳動帶尺寸 型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 圖3.8傳動帶 4.3.4傳動帶輪的設計 傳動帶輪的設計的基本要求 1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出 由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。 2、輪齒的齒廊曲線應能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。 3、有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數量與切齒了作員，從而可提高生產率，降低制造成本。 4、具有合理的齒形角 齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學和幾何參數，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產生爬齒和跳齒現象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。 4.4電機的選擇 4.4.1電機的分類 1．按工作電源分類根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。 2．按結構及工作原理分類電動機按結構及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。 同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。 異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。 直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。 3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉式電動機和分相式電動機。 4．按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。 驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。 控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。 5．按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。 6．按運轉速度分類電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。 低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。 調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。 4.4.2步進電機的選擇 由于步進電機具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數字化的優(yōu)點。根據設計要求及實際情況我們選擇步進電機，選擇參數為:額定電壓、輸出扭矩和電機轉速等。擬采用的57系列兩相混和式步進電機使用24V電壓，本系統提供的24V直流電源可以滿足步進電機的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關，主要由物料的重量和傳送帶的摩擦系數來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關，但由于滑動摩擦系數很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下: F=mngM=FL 其中，F為傳送帶須提供的牽引力，m為物料的質量，為物料與傳送帶 的摩擦系數，傳送帶的材料為高強低伸化纖材料，由表查得=0.8。傳送帶最多可以放置10個物料，則n=10，每個物料的質量約為.03kg，可得：F=23.52N L為牽引力作用在電機軸上得力臂，L=0.02m; 則有: M=FL==nmg=0.4704 轉速與傳送帶的速度和輪的直徑有關，工作時傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，輪直徑為D=400mm， 則根據公式計算得: n==30r/min 步進電機的頻矩特性曲線如圖4-3所示： 則由曲線可得:當n=30r/min時，f=100HZ。 根據計算結果我們選擇電機型號為：57BYJ250C 第5章 Z向結構設計 5.1 Z軸滾動導軌副的計算、選擇 根據給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導軌的靜安全系數fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據計算結果查有關資料初選導軌： 因系統受中等沖擊,因此取 根據計算額定靜載荷初選導軌: 選擇漢機江機床廠HJG-D系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25 基本參數如下: 額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量 導軌重量 導軌長度 動載荷 靜載荷 L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座個數 單向行程長度 每分鐘往復次數 M 4 0.6 4 導軌的額定動載荷N 依據使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽命Ln： 額定行程長度壽命: 導軌的額定工作時間壽命: 導軌的工作壽命足夠. 5.2 滾珠絲杠計算、選擇 初選絲杠材質：CrWMn鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm 強度計算 絲杠軸向力：(N) 其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，Fy=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz計算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉速(r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數，HRC≥58時為1.0。 查表得中等沖擊時則: 根據使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據最大動載荷的數值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。 其基本參數如下: 其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數的計算如下表 名稱 計算公式 結果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 3.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 23.212mm 螺母內徑（外循環(huán)） 20.7mm （5） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （6） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （7） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數計算 絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差Δ為 E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 5.3 步進電機慣性負載的計算 根據等效轉動慣量的計算公式，有： （1）等效轉動慣量的計算 折算到步進電機軸上的等效負載轉動慣量為： 式中：為折算到電機軸上的慣性負載；為步進電機軸的轉動慣量；為齒輪１的轉動慣量； 為齒輪２的轉動慣量；為滾珠絲杠的轉動慣量；Ｍ為移動部件的質量。 對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算： 式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。 所以有： 電機軸的轉動慣量很小，可以忽略，所以有： 4.2.6 步進電機的選用 (１）步進電機啟動力矩的計算 設步進電機的等效負載力矩為Ｔ，負載力為Ｐ，根據能量守恒原理，電機所做的功與負載力所做的功有如下的關系： 式中為電機轉角，Ｓ為移動部件的相應位移，為機械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以： 式中：為移動部件負載（N），G為移動部件質量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負載力（N），為導軌摩擦系數，為步進電機的步距角（rad）,T為電機軸負載力矩（N.cm）。 取=0.3（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數），＝０.8，==279.23Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機負載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有： 考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉矩： 取系數為０.３，則： 對于工作方式為三相６拍的步進電機： (２） 步進電機的最高工作頻率 為使電機不產生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率,同時電機最大靜轉矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應式步進電機. 電機有關參數如下: 型號 主要技術參數 相數 步距角 電壓 (V) 相電流 (A) 最大靜轉矩 (n.m) 空載啟動頻率 空載運行頻率 分配方式 90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4相8拍 外形尺寸(mm) 重量 kg 轉子轉動慣量 Kg.m 外直徑 長度 軸直徑 90 145 9 4.5 1764 第 6章 送絲機構 送絲機構一般由送絲機、焊槍、送絲軟管和調速控制電路組成。送絲機包括送絲盤、送絲電動機和送絲滾輪，他為焊絲進入軟管提供驅動力。焊槍是同時具有焊接和送絲功能的工具。焊槍的導電嘴會影響送絲阻力，??導電嘴接觸長度長而孔徑小??則送絲阻力將增大??若導電嘴接觸長度短而孔徑大??則會引起焊絲與導電嘴接觸不良以及導電接觸點位置不穩(wěn)定。 6.1送絲機構設計工作原理 工作原理 圖6.1 送絲機構的工作原理如上圖6.1所示：焊絲2通過滾輪1和3之間，??使焊絲與滾輪產生摩擦力來帶動焊絲前進??主動輪3 由步進電動機4 帶動旋轉。焊絲進入導向套管。 6.2送絲滾輪 焊絲滾輪驅動焊絲的運動，因此他的結構和驅動方式對送絲穩(wěn)定性起著重要作用。驅動力的大小來自于4電動機，電動機通過帶動主動輪轉動把驅動力傳輸給焊絲。焊絲的驅動力越大，送絲的穩(wěn)定性和可靠性越高，送絲電機選定后??要設法使送絲滾輪能保證焊絲既不打滑又能增大送絲力。送絲滾輪旋轉面與焊絲輸送方向處于同一平面上??，兩只送絲輪中的一只為主動輪??另一只為從動輪，上下兩只滾輪旋轉時??依靠滾輪與焊絲間的摩擦力驅動焊絲沿切線方向運動。 (1)送絲滾輪一般由45 鋼、高碳工具鋼或合金鋼制成??經表面熱處理后達到洛氏硬度HRC50??60??直徑不宜過小，一般為38到40mm，厚10到12mm。 （2）為保證焊絲在滾輪中的固定位置和送絲方向，滾輪一般都開有送絲凹槽 6.3 送絲電動機的選型 送絲電動機一般采用直流電動機進行無級調速。細焊絲一般用等速送絲方式，即保持送絲速度不變，送絲電動機采用他激式或永久磁鐵型。粗焊絲一般用恒電流型電源和變速送絲。等速送絲機的送絲速度為2到16 m/min，變速送絲機的送絲速度為0.2到5 m/min。送絲電機的容量、功率根據生產實際來定，一般選用45到160 W。 一般交流電動機也可以作為送絲電動機，通過調換齒輪的方法進行有級調速。不過送絲電動機要求有足夠的功率，能在較大的范圍內實現無級調速，保證送絲的穩(wěn)定性，起動、停止慣性越小越好、調速范圍盡可能大，這樣就能驅動焊絲直徑不一樣的焊絲，滿足不同的焊接范圍的要求,擴大了點焊機的使用范圍 [9]。 本研究選用步進電動機,型號75BF003,分配方式為三相六拍，功率120 W??電機轉速1250 r/min??步距角1.5°。 第7章 機架的設計 7.1 機架的基本尺寸的確定 機架是支撐及其所有附件的可移動機構。要保證方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且自動變速器每個總成之間要考慮它們之間的協調關系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些自動變速器尺寸根據這些數據，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結構就確定了。支撐自動變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機架上。 為了使