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摘 要
數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，標(biāo)志著機(jī)電一體化技術(shù)的高速發(fā)展和取得的成績(jī)。本論文主要介紹的是電路板涂膠機(jī)設(shè)計(jì)，共分為以下幾大部分：
一、機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，主要介紹了一些非標(biāo)準(zhǔn)件，如機(jī)架、涂膠頭、吸盤(pán)等的設(shè)計(jì)計(jì)算，滾珠絲杠的選用與計(jì)算，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和圓柱導(dǎo)軌的選用及計(jì)算，在已知條件下進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)電機(jī)的選用；
二、氣壓系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與氣壓元件的選用和計(jì)算（吸盤(pán)采用氣壓系統(tǒng)），整體設(shè)計(jì)包括氣壓系統(tǒng)原理圖的繪制，氣壓回路的構(gòu)成，氣壓原件的選擇主要為氣壓缸。
三、控制部分的設(shè)計(jì)，其中包括了控制器的選用、控制流程圖的繪制、硬件電路圖的繪制、控制程序的編寫(xiě)，在硬件電路圖的設(shè)計(jì)中根據(jù)機(jī)械部分設(shè)計(jì)時(shí)所選用的電機(jī)來(lái)確定其驅(qū)動(dòng)芯片。
此外，本論文可參詳機(jī)械圖進(jìn)行對(duì)照分析，可作為機(jī)床工藝說(shuō)明使用。
關(guān)鍵詞 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 圓柱導(dǎo)軌 氣缸
Abstract
Extensive use of CNC machine tools, mechatronics marked the rapid development and achievements. This paper introduces the processing of CNC surface grinder-link at both ends of the overall design process, a total is divided into the following major parts:
The first part of the mechanical structure for the machine tool design and calculation, introduced a number of non-standard items, such as shaft parts, feed plates, pulley calculation, such as design, selection and calculation of ball screw, V with the selection and use of root to determine the number of known conditions of the selected motor (including the stepper motors and three-phase asynchronous motor);
The second part of the overall design of pneumatic system components and the pressure of selection and calculation of the overall design, including the principle of pressure mapping system, pneumatic circuit components, the original choice of major depression for the pressure tank, pressure pump and valve choice and calculation, as the air pressure pump driven by the needs of electric, so to join in this part of the pump motor selection and calculation;
The third part of the design is divided into control, including the choice of the controller to control the flow chart of the drawing, the rendering hardware circuitry to control the preparation process, the design of the hardware circuit diagram in accordance with the design of mechanical parts of the selected motor to determine the the driver chip.
In addition to three major addition, the paper also presented a rough mechatronics technology development, can be used as the use of machine tool technology
Keywords linear rolling guide rails cylinder cylinder
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1題目的來(lái)源及意義 1
1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 1
第2章 總體方案的設(shè)計(jì) 2
2.1設(shè)計(jì)的總體目標(biāo) 2
2.2機(jī)械部分可行性分析 2
2.3控制部分可行性分析 5
第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7
3.1 X、Y、Z工作臺(tái)和涂膠頭導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 8
3.1.1 導(dǎo)軌選擇考慮的因素： 8
3.1.2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型： 9
3.1.3 圓柱直線導(dǎo)軌副的選型： 10
3.2 傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 11
3.2.1 滾珠絲杠的特點(diǎn) 11
3.2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型： 11
3.3 絲杠用電機(jī)的選用 15
3.4 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用 18
3.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 18
3.6 聯(lián)軸器的選型 19
3.7 軸承的選型與校核 20
3.8 機(jī)架的設(shè)計(jì) 21
第4章 氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26
4.1 氣壓系統(tǒng)原理圖 26
4.2氣壓元件的選擇與計(jì)算 27
4.2.1吸盤(pán)氣壓缸的計(jì)算與選型： 27
4.2.2氣壓閥類(lèi)的選用 28
4.2.3氣泵的選擇計(jì)算 29
4.2.4泵用電機(jī)的計(jì)算與選型 29
4.2.5其它輔助氣壓元件的選擇 30
第5章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32
5.1控制器的選擇 32
5.2 PLC技術(shù)基本原理 32
5.3 PLC控制程序設(shè)計(jì) 37
5.4PLC型號(hào)的選擇 38
5.5驅(qū)動(dòng)器的選擇 40
5.6控制流程圖 42
5.7硬件電路的設(shè)計(jì) 43
第6章 總結(jié) 46
6.1關(guān)于機(jī)器 46
6.2關(guān)于設(shè)計(jì) 46
致 謝 48
參考文獻(xiàn) 49
附錄 50
VI
第1章 緒 論
1.1題目的來(lái)源及意義
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是電路板涂膠機(jī)設(shè)計(jì)。該設(shè)備主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)給電路板涂保護(hù)膠，整個(gè)涂膠過(guò)程將按照事先編好的程序自動(dòng)完成。屬于典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。此題目來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際。
自20世紀(jì)50年代中期起,印刷電路版英文簡(jiǎn)稱(chēng)PCB技術(shù)被開(kāi)始被廣泛采用后電路板的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，即生產(chǎn)率被大大的提高了。正是此項(xiàng)技術(shù)的成熟才出現(xiàn)了給電路板涂保護(hù)膠以進(jìn)行散熱、防水、固定等的要求，而涂膠機(jī)為此應(yīng)運(yùn)而生。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的涂膠機(jī)體積小、占地面積少能給企業(yè)減少?gòu)S房使用面積。同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)卡緊電路板，卡緊后本機(jī)將根據(jù)變好的程序要求要涂覆的區(qū)域覆蓋。涂層薄厚可在規(guī)定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)（0.1mm到0.3mm為最宜）。即便更換電路板的型號(hào)也可以工作。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，人民的生活水平發(fā)生了翻天覆地的變化。大到彩電、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、電腦、微波爐，小到手機(jī)、MP3、MP4、等等，已經(jīng)幾乎成為大部分家庭的必須品。而這些電器和電子產(chǎn)品使用的正是這種印刷電路板。所以涂膠機(jī)是每個(gè)電器生產(chǎn)廠家所必備的設(shè)備。由此可見(jiàn)，涂膠機(jī)有著很強(qiáng)的生命力和廣泛的市場(chǎng)。
1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容
本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括三部分：第一部分為機(jī)械結(jié)構(gòu)和涂膠頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算，主要介紹了一些非標(biāo)準(zhǔn)件，如端蓋，軸，機(jī)架等的設(shè)計(jì)計(jì)算。其次，又介紹了一些標(biāo)準(zhǔn)件的計(jì)算與選型，如滾珠絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，圓柱滾動(dòng)導(dǎo)軌，聯(lián)軸器，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等的計(jì)算與選型；第二部分為吸盤(pán)的氣壓系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與氣壓元件的計(jì)算與選型。整體設(shè)計(jì)包括氣壓系統(tǒng)原理圖的繪制，氣壓回路的構(gòu)成，氣壓原件的選擇主要為氣壓缸；第三部分為控制部分的設(shè)計(jì)，其中包括了控制器的選用、控制流程圖的繪制、硬件電路圖的繪制、控制程序的編寫(xiě)，在硬件電路圖的設(shè)計(jì)中根據(jù)機(jī)械部分設(shè)計(jì)時(shí)所選用的電機(jī)來(lái)確定其驅(qū)動(dòng)芯片。
第2章 總體方案的設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是能夠使涂膠機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卡緊電路板，并根據(jù)編好的程序要求，給要涂覆的區(qū)域覆蓋。涂層薄厚可在規(guī)定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
為了能夠深入了解電路板涂膠機(jī)的功能特點(diǎn)以完整的完成課題，本人查閱了相關(guān)資料。并了解相關(guān)設(shè)計(jì)要求。涂膠機(jī)主要工作目的有四方面。一是自動(dòng)卡緊電路板；二是能夠讓涂膠頭按著要求的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)涂膠。三是能夠調(diào)節(jié)涂膠的厚度。四是保證保護(hù)膠始終處在適宜工作的稠度，能夠自如涂灑。
按以上述要求計(jì)出一套具有結(jié)構(gòu)緊湊，工作效率高、能夠準(zhǔn)確定位、涂膠頭（X、Y、Z）三個(gè)方向自由運(yùn)動(dòng)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)的電路板涂膠機(jī)。
2.2機(jī)械部分可行性分析
本涂膠機(jī)主要包括機(jī)械部分，控制部分，組成。根據(jù)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外涂膠機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)、尺寸上的來(lái)設(shè)計(jì)。
如圖2-1所示：
圖2-1 X軸傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖2-2 Z軸傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖2-3 Y軸傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖2-4 工作臺(tái)布局簡(jiǎn)圖
圖2-5 涂膠頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
如上圖2-1到2-5，本機(jī)械部分包括機(jī)架、涂膠頭的設(shè)計(jì)、涂膠頭X、Y、Z三個(gè)方向的傳動(dòng)設(shè)計(jì)、工作臺(tái)的定位。由于機(jī)架形狀比較復(fù)雜且為了減少制造成本故采用槽鋼焊接。涂膠頭采用氣動(dòng)裝置，其本身就是一個(gè)氣缸，當(dāng)內(nèi)部活塞向上抽動(dòng)時(shí)，就在膠的表面形成負(fù)壓隨著負(fù)壓的不斷增大保護(hù)膠便吸入涂膠頭內(nèi)部。而涂膠頭內(nèi)部的螺旋桿在外部電機(jī)的帶動(dòng)下不斷的旋轉(zhuǎn)這樣是為了防止吸入內(nèi)部的膠凝固。X、Y、Z三個(gè)方向傳動(dòng)的工作原理是相同的，涂膠頭固定在Z軸工作臺(tái)上，Z軸工作臺(tái)固定再Y軸工作臺(tái)上，Y軸工作臺(tái)固定在X軸工作臺(tái)上。外部步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠螺母副，螺母帶動(dòng)與螺母固定的工作臺(tái)，從而，完成工作需要的傳動(dòng)路線。絲杠螺母的精度符合工作的精度要求。導(dǎo)軌從精度要求等綜合要求出發(fā)，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌較易，涂膠頭采用圓柱導(dǎo)軌。涂膠機(jī)的工作臺(tái)的設(shè)計(jì)主要取決于工件的定位而本機(jī)定位采用人工，所只需設(shè)計(jì)與工件尺寸配合的模板即可。卡緊采用氣動(dòng)裝置。
2.3控制部分可行性分析
圖2-6 工作流程圖
圖2-7 控制系統(tǒng)框圖
如圖2-6、2-7控制部分采用PLC控制，這主要是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)，可靠性高，編程方便，控制功能強(qiáng)，擴(kuò)展及與外部聯(lián)接極為方便。其控制的對(duì)象為給絲杠螺母和涂膠頭提供動(dòng)力的步進(jìn)電機(jī)，按工作要求控制其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和速度。具體速度需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。
綜上所述：方案可行。
第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間內(nèi)聚力的存在使其流動(dòng)受到牽制，從而，沿其界面產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這特性稱(chēng)為液體的粘性，而本機(jī)工作所需的吸膠能力必須克服膠的粘性和膠自身重力以及膠進(jìn)入涂膠頭與膠頭內(nèi)壁的摩擦力實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，流動(dòng)液體相鄰液層間的速度梯度成正比，
即： （3-1），如圖3-1所示：
圖3-1涂膠頭尺寸圖
查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表7-1知：，代入上式（3-1）得：，取摩擦系數(shù)所以,。由生產(chǎn)實(shí)踐知：給長(zhǎng)500mm，寬250mm的電路板涂涂層厚度3mm的膠時(shí)大概需要107937.5，所以可知涂膠頭容積為10939.5，又因涂膠頭內(nèi)壁直徑設(shè)計(jì)為φ=50mm，所以算得涂膠頭推板行程為53.4mm為了制造方便可取h=55mm。
3.1 X、Y、Z工作臺(tái)和涂膠頭導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型
導(dǎo)軌（Guideways）的功用是導(dǎo)向和承載。在導(dǎo)軌副（如工作臺(tái)和床身導(dǎo)軌）中，運(yùn)動(dòng)的另一方（如工作臺(tái)導(dǎo)軌）叫作動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的另一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌。
按摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。在滑動(dòng)導(dǎo)軌中有靜壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和普通滑動(dòng)導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌的原理和靜壓滑動(dòng)軸承相同，該導(dǎo)軌多用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。動(dòng)壓倒軌，當(dāng)導(dǎo)軌面間的相對(duì)滑動(dòng)速度達(dá)到一定值后，液體的動(dòng)壓效應(yīng)是導(dǎo)軌的油腔處出現(xiàn)壓力油楔，把兩導(dǎo)軌面分開(kāi)，從而形成以液體摩擦，這種導(dǎo)軌只能用于高速的場(chǎng)合，故僅用作主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，例如立式銑床導(dǎo)軌。普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦狀態(tài)有的為混合摩擦。
按受力狀態(tài)可分為開(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。在部件自重和外載作用下，導(dǎo)軌面在導(dǎo)軌全長(zhǎng)上可以始終貼合的稱(chēng)為開(kāi)式導(dǎo)軌，如龍門(mén)銑床的工作臺(tái)和床身導(dǎo)軌。部件的自重不能使主導(dǎo)軌面始終貼合，就必須增加壓板，形成輔助導(dǎo)軌面，稱(chēng)為閉式導(dǎo)軌。
3.1.1 導(dǎo)軌選擇考慮的因素：
1. 導(dǎo)向精度
導(dǎo)軌在空載下運(yùn)動(dòng)和在切削條件下運(yùn)動(dòng)時(shí)，都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。保證軸承運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，是保證導(dǎo)軌工作質(zhì)量的前提。
（1）幾何精度
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度一般包括：導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度（簡(jiǎn)稱(chēng)A項(xiàng)精度）；導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度（簡(jiǎn)稱(chēng)B項(xiàng)精度）；兩導(dǎo)軌面間的平行度，也叫作扭曲（簡(jiǎn)稱(chēng)C項(xiàng)精度）。在A、B兩項(xiàng)精度中，都規(guī)定了導(dǎo)軌在每米長(zhǎng)度上和導(dǎo)軌全長(zhǎng)上，兩導(dǎo)軌面間在橫向每米長(zhǎng)度上的扭曲值。
（2）接觸精度
磨削和刮研的導(dǎo)軌表面，接觸精度按的規(guī)定，采用著色法進(jìn)行檢查。用接觸面所占的百分比或面積內(nèi)接觸點(diǎn)數(shù)衡量。
2. 精度保持性
影響精度保持性的主要因素是磨損。提高耐磨性以保持精度，是提高機(jī)床質(zhì)量的主要內(nèi)容之一，也是科學(xué)研究的一大課題。常見(jiàn)的磨損形式有磨料（硬粒）磨損、粘著磨損（或咬焊）和接觸疲勞。磨料磨損經(jīng)常發(fā)生在邊界摩擦和混合摩擦狀態(tài)。磨粒夾在導(dǎo)軌面間隨之相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)導(dǎo)軌面的切削，使導(dǎo)軌面產(chǎn)生劃傷。磨料的硬度越高，相對(duì)滑動(dòng)速度越大，壓強(qiáng)越大，對(duì)摩擦副的危害也越大。磨料磨損很難避免，是導(dǎo)軌防護(hù)的重點(diǎn)。粘著磨損也稱(chēng)為分子——機(jī)械磨損。當(dāng)兩個(gè)摩擦表面相互接觸時(shí)，在高壓強(qiáng)下材料產(chǎn)生塑性變形，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦，又使表面層的氧化膜破壞，在新暴露出來(lái)的金屬表面之間，就會(huì)產(chǎn)生分子間的相互吸引和滲透，使接觸點(diǎn)粘結(jié)而發(fā)生咬焊。接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)又要將咬焊點(diǎn)拉開(kāi)，就造成撕裂性破壞。咬焊是不允許發(fā)生的。接觸疲勞發(fā)生在滾動(dòng)摩擦副中，也是無(wú)法避免的。
3. 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性
當(dāng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，即不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料和潤(rùn)滑，與動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，與傳動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈的剛度有關(guān)。
4. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單平穩(wěn)性好
大多數(shù)機(jī)床的導(dǎo)軌都要淬硬，因此導(dǎo)軌的精加工，不能淬硬。設(shè)計(jì)時(shí)要注意使導(dǎo)軌的制造和維修方便，刮研量少。如果采用鑲裝導(dǎo)軌，則應(yīng)盡量做到更換容易。
5. 導(dǎo)軌的潤(rùn)滑
潤(rùn)滑的目的是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫度和防止生銹。潤(rùn)滑要求供給導(dǎo)軌清潔的潤(rùn)滑油。油量可以調(diào)節(jié)。盡量采取自動(dòng)和強(qiáng)制潤(rùn)滑。潤(rùn)滑元件要可靠。要有安全裝。例如靜壓導(dǎo)軌在未形成油膜之前不能開(kāi)車(chē)和潤(rùn)滑不正常有報(bào)警信號(hào)等。導(dǎo)軌的潤(rùn)滑方式有很多?？梢匀斯ざㄆ谙?qū)к壝鏉灿?。此法?jiǎn)單易行，但不能經(jīng)常保證足夠的潤(rùn)滑。也可在運(yùn)動(dòng)部件上裝油杯，使油沿油孔流或滴向?qū)к壝?，也可在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌面上裝潤(rùn)滑電磁泵?；蚴謩?dòng)潤(rùn)滑油泵，定時(shí)拉動(dòng)幾下供油。為使?jié)櫥驮趯?dǎo)軌面上較均勻的分布，保證潤(rùn)滑效果，需在導(dǎo)軌面上開(kāi)出油溝。
綜上所述：X、Y、Z三個(gè)工作臺(tái)，工作時(shí)不產(chǎn)生切削力。所以，不要求有很強(qiáng)的剛性和抗震性，但要求運(yùn)動(dòng)靈敏度高低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精度高，故選取直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。涂膠頭選擇圓柱直線導(dǎo)軌副。
3.1.2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型：
（1）滑塊承受工作載荷F的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取。
工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本機(jī)X，Y工作臺(tái)水平布置，采用雙導(dǎo)軌，四滑塊的支持形式。Z工作臺(tái)豎直方向布置，同樣采用雙導(dǎo)軌，四滑塊的支持形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：
F （3-2）
其中，移動(dòng)部件總重量G=2500N,外加載荷==0N帶入式（2-2），得最大工作載荷。
查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-41，根據(jù)工作載荷,初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG15型，其額定動(dòng)載荷,額定靜載荷。根據(jù)初步設(shè)計(jì)，最長(zhǎng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度為800mm。
（2）距離額定壽命L的計(jì)算。
上述選取的KL系列JSA-LG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC,工作溫度不超過(guò)100℃每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-36～表3-40。分別取硬度系數(shù),溫度系數(shù)，接觸系數(shù)，精度系數(shù)，載荷系數(shù)，代入下式：
（3-3）
遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。
3.1.3 圓柱直線導(dǎo)軌副的選型：
圓柱直線導(dǎo)軌As系列：
主要用途：
直線軸在自動(dòng)傳動(dòng)裝置上廣泛應(yīng)用，諸如工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)記錄儀、計(jì)算機(jī)、精密打印機(jī)、特殊氣缸竿、自動(dòng)塑木機(jī)等工業(yè)機(jī)器，所以本設(shè)計(jì)的涂膠頭的活塞桿的傳動(dòng)也采用圓柱直線導(dǎo)軌副。
材料：
硬度：
精度：g6
粗糙度：不超過(guò)1.5u m（）
硬帶：0.8～3mm
外徑：3～120（GCr15）3～40（SUS440C）
等級(jí)長(zhǎng)度：100mm～3010mm（6000mmis available）
長(zhǎng)度：100mm不超過(guò)5μm
圓度：不超過(guò)3.0μ（）
標(biāo)準(zhǔn)型：S:鍍鉻型 As：不銹鋼
3.2 傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型
3.2.1 滾珠絲杠的特點(diǎn)
1. 用較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠（或螺母），可使螺母（或絲杠）獲得較大的軸向牽引力。
2. 可達(dá)到很大的降速比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈得以縮短。
3. 能達(dá)到較高的傳動(dòng)精。用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)時(shí),還可兼作測(cè)量元件，通過(guò)刻度盤(pán)讀出直線位移的尺寸，最小數(shù)值可達(dá)0.0001mm。
4. 傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率=0.92～0.96,而一般的常規(guī)（滑動(dòng)）絲杠螺母副的=0.20～0.40。所以滾珠絲杠的傳動(dòng)效率比常規(guī)絲杠的傳動(dòng)效率提高了3～4倍。因此功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的。
5. 給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，這樣反向時(shí)就可以沒(méi)有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副比較有較高的軸向精度。
6. 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎和運(yùn)動(dòng)速度完全無(wú)關(guān)，這樣就可以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。由于滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，與常規(guī)絲杠螺母副比較不宜出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動(dòng)精度高。
7. 有可逆性，由于滾珠絲杠副摩擦系數(shù)小，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件，也可以作為從動(dòng)件。
8. 制造工藝復(fù)雜，滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也高，故制造成本高。例如絲杠和螺母上的螺旋槽滾道，一般都要求磨削成型表面的。
9. 不能自鎖，特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需要添加制動(dòng)裝置。
3.2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型：
在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定滾珠絲杠的上述參數(shù)時(shí)，目前采用的方法是，在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上，即滾性絲杠在工作過(guò)程中受軸向負(fù)載時(shí)，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過(guò)一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而使?jié)L珠副喪失其工作性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下，這種名義直徑D和螺距t的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一百萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在他的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載的最大值稱(chēng)為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載。
1.X、Y、Z工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型：
（1）最大工作載荷計(jì)算：
(3-4)
其中，移動(dòng)部件重量包括x工作臺(tái)、y工作臺(tái)、z工作臺(tái)、涂膠頭、y、z工作臺(tái)的導(dǎo)軌等，估計(jì)重量約為2500N。滾動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)，因?yàn)楸緳C(jī)工作沒(méi)有切削力。故，，，帶入上式（3-4），求得滾珠絲杠副的最大工作載荷。
（2）最大動(dòng)載荷的計(jì)算：
設(shè)工作臺(tái)在裝滿(mǎn)膠時(shí)且涂膠厚度為最薄為1mm時(shí)的最快進(jìn)給速度初選絲杠基本導(dǎo)程，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入得。
查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-30去載荷系數(shù),取硬度系數(shù)，代入下式：
（3-5）
得：。
（3）初選型號(hào) ：
根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-31，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式。其公稱(chēng)直徑為20mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N,大于滿(mǎn)足要求。
（4）傳動(dòng)效率的計(jì)算 ：
將公稱(chēng)直徑，導(dǎo)程，代入下式：
（3-6）
得絲杠螺旋升角′。將摩擦角φ=10′，代入，得傳動(dòng)效率％。
（5）剛度的驗(yàn)算：
① X-Y-Z工作臺(tái)滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式，絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左，右支承的中心距離最長(zhǎng)約為800mm；鋼的彈性模量；查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-31，得滾珠直徑，絲杠底經(jīng)，絲杠截面積。絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉壓變形量。
② 根據(jù)公式: (3-7)
求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)=，代入公式：，得滾珠總數(shù)。絲杠預(yù)緊時(shí)取軸向預(yù)緊力。則由式：
有預(yù)緊時(shí) (3-8)
求得：滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量，因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的，所以，實(shí)際變形量可減小一半，取。
③ 將以上算出的代入，求得絲杠總變形量。本設(shè)計(jì)絲杠有效行程為600mm，由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-27查得，5級(jí)精度滾珠絲杠的有效行程在500～630mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到32μm，可見(jiàn)，絲杠剛度足夠。
（6）壓桿穩(wěn)定性校核：
根據(jù)公式 （3-9）
計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-34，去支承系數(shù);由絲杠的底徑，求得截面慣性劇矩，壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)k一般取為2.5～4，由于水平安裝時(shí)k值大于垂直安裝時(shí)k的值故k取3(絲杠臥式水平安裝)；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值800mm。代入公式（3-9）得臨界載荷，大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。
綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足使用要求。
2.涂膠頭絲杠螺母副的計(jì)算與選型：
（1）工作載荷的計(jì)算：
涂膠頭工作吸膠時(shí)需要725N的力與絲杠軸線平行，設(shè)為，而與絲杠垂直方向和與工作臺(tái)垂直方向的兩個(gè)力均為零，即。已知移動(dòng)部件總重量，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)k=1.1。滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。代入式(3-4),求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：。
（2）最大動(dòng)載荷的計(jì)算：
設(shè)涂膠頭在涂膠厚度為3mm是的最快進(jìn)給速度v=7.2mm/min。初選絲杠導(dǎo)程，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速，取絲杠的使用壽命T=15000h，代入，得絲桿壽命系數(shù)為(單位為)。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-30，取載荷系數(shù)，滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù),代入上式（3-5）得：。
（3）初選型號(hào)：
根據(jù)計(jì)算出最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，選擇深圳市萬(wàn)臣科技有限公司生產(chǎn)的SFK系列SFK00802型滾珠絲杠副，其公稱(chēng)直徑為8mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×1列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為1422N，大于,滿(mǎn)足要求。
（4）傳動(dòng)效率的計(jì)算：
將公稱(chēng)直徑，導(dǎo)程，代入上式（3-6）得絲杠螺旋升角λ=11.257°。將摩擦角φ=10′代入得傳動(dòng)效率η=98.5％。
（5）剛度的驗(yàn)算：
①滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式，絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左，右支承的中心距離最長(zhǎng)約為a=100mm；鋼的彈性模量。查得滾珠直徑，絲杠底徑，絲杠截面積。算得絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量。
②根據(jù)公式（3-7），求得單圈滾珠數(shù)Z=18;該絲杠為單螺母滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為3×1，代入公式得滾珠總數(shù)量。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力。則由式（3-8）算得，。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載1/3,所以，實(shí)際變形量可減少一半，取。
③將以上算出的代入，求得絲杠總變形量。本設(shè)計(jì)絲杠有效行程為100mm，由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-27查得，5級(jí)精度滾珠絲杠的有效行程在315mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到23μm，可見(jiàn)，絲杠剛度足夠。
（6）壓桿穩(wěn)定性校核：
根據(jù)公式（3-9）計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表3-34，去支承系數(shù);由絲杠的底徑，求得截面慣性劇矩，壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)k取2，滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值100mm，代入上式（3-9）得臨界載荷遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。
綜上所述，初選的滾珠絲杠副，滿(mǎn)足使用要求。
3.3 絲杠用電機(jī)的選用
（1）本設(shè)計(jì)中共采用4個(gè)電機(jī)，考慮到設(shè)計(jì)要求和電機(jī)選擇原則等因素，故選擇步進(jìn)電機(jī)。且，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型因主要注意以下幾點(diǎn)：
①步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。
②步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。
③由于歷史原因，只有標(biāo)稱(chēng)為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,90BYG采用高于直流100V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過(guò)要考慮溫升。
④轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。
⑤電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。
⑥高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少。
⑦電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。
⑧電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。
⑨應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。
（2）X軸電機(jī)的計(jì)算與選型：
①計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑，總長(zhǎng)，材料密度；移動(dòng)部件總重力；查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)例表4-1知，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: (3-10)
其中：-絲杠的質(zhì)量1.36kg
D -絲杠的直徑2cm
L -絲杠的長(zhǎng)度55cm
代入上式（2-10）算得：；
工作臺(tái)這算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （3-11）
其中：-工作臺(tái)質(zhì)量150kg
絲杠導(dǎo)程0.5cm
代入（3-11）算得：初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602,為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)兩相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步矩角為0.75°，查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)例表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。
②計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩分快進(jìn)空載啟動(dòng)和承受最大工作載荷兩種情況進(jìn)行計(jì)算。
快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由下式：
(3-12)
可知，包括三部分：一部分是快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T。因?yàn)闈L珠絲杠副轉(zhuǎn)動(dòng)效率很高，根據(jù)下式：
（3-13）
可知，相對(duì)于很小，可以忽略不計(jì)。
則有： （3-14）根據(jù)式： （3-15）
可以算得：。
式中：對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位r/min
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要時(shí)間，單位為s
其中： （3-16）
式中：空載最快移動(dòng)速度本機(jī)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角，預(yù)選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角為0.75°
脈沖當(dāng)量，本例
將以上各值代入（3-16）算得。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間則由式（3-7）求得：由式（3-13）可算得移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：
（3-17）
式中：導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005
滾珠絲杠導(dǎo)程，單位0.005m
傳動(dòng)鏈總效率，一般取本設(shè)計(jì)取0.7
i-總傳動(dòng)比i=1
則由上式（3-17）算得：最后由式（2-14），求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：。
③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定：考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能會(huì)丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)，本例中取安全系數(shù)k=6則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足：
（3-18）
上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩?？梢?jiàn)，滿(mǎn)足上述式（3-18）要求。
④步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核：
㈠最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核：本機(jī)最快工進(jìn)速度，脈沖當(dāng)量，由式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖6-1可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
遠(yuǎn)大于最大工作載荷轉(zhuǎn)矩，滿(mǎn)足要求。
㈡最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核：本機(jī)工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度，仿照式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從圖6-1查得在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載時(shí)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩滿(mǎn)足要求。
㈢最快空載負(fù)載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核與最快空載移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表4-5可知90BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000HZ，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。
㈣起動(dòng)頻率的計(jì)算：已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率則可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率上式說(shuō)明，要想保證不經(jīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于1160HZ。實(shí)際上在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選的更低，通常只有100HZ（即100脈沖/s）。
綜上所述，本機(jī)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3.4 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用
本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制，可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角相匹配。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)生360/α=480個(gè)步進(jìn)脈沖?？紤]到增量式編碼器輸出的A,B相信號(hào)，可以送到四倍頻率電路進(jìn)行電子四細(xì)分，因此，編碼器的分辨力可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)不進(jìn)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步矩角，編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。
本例選擇編碼器的型號(hào)為ZLK-A-120-05V0-10-H:盤(pán)狀空心型，孔徑10mm，與電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配，電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出120個(gè)A/B脈沖，信號(hào)為電壓輸出，生產(chǎn)廠家為長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。
3.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用
本例中所用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為90BYG2602型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)公司。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表4-14，選擇與之配套的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nb型，輸入電壓100VAC，相電流4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式如圖（3-2）所示。
圖3-2 電源接線圖
3.6 聯(lián)軸器的選型
聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接兩進(jìn)給機(jī)構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)的一種裝置。目前聯(lián)軸器的類(lèi)型繁多，有液力式、電磁式和機(jī)械式。機(jī)械式聯(lián)軸器的應(yīng)用最為廣泛。
套筒聯(lián)軸器構(gòu)造簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向移動(dòng)）。且要求兩軸嚴(yán)格對(duì)中，不允許有徑向或角度偏差，因此使用時(shí)受到一定限制。
繞行聯(lián)軸器采用錐形夾緊環(huán)傳遞載荷，可使動(dòng)力傳遞沒(méi)有方向間隙。
凸緣式聯(lián)軸器構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、五種及、軸的剛性大及對(duì)中性好的場(chǎng)合。他的主要缺點(diǎn)是對(duì)兩軸的對(duì)中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機(jī)件內(nèi)引起附加載荷，使工作狀況惡化。
根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為小轉(zhuǎn)矩，低轉(zhuǎn)速的小型設(shè)備，，又因?yàn)檩S徑較小，軸的對(duì)中性好，且被連接兩軸的軸徑大小有相同的也有不同的，所以選擇了套同式聯(lián)軸器和凸緣式連軸器兩種一滿(mǎn)足上述兩種不同的情況。
3.7 軸承的選型與校核
機(jī)床傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承的失效形式，主要是在循環(huán)接觸應(yīng)力下的作用，滾動(dòng)體和滾道表面上出現(xiàn)疲勞破環(huán)。即通常所說(shuō)的疲勞剝落。而絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠和工作臺(tái)的重量外，一般無(wú)外載荷，對(duì)絲杠軸承的要求主要是軸向精度和剛度較高，摩擦力矩要小。所以選用60角接觸球軸承，該軸承是與滾珠絲杠配合的專(zhuān)用軸承，其主要特點(diǎn)如下：
（1）接觸角大，鋼球數(shù)多，承載能力高，剛度高。
（2）既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷，支撐結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化。
（3）軸承啟動(dòng)摩擦力矩小，降低絲杠副的驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。
現(xiàn)選用7000C型號(hào)，基本尺寸為:d=10mm,外徑D=35mm,寬度B=8mm,基本額定動(dòng)負(fù)荷C=4.29KN,基本額定靜載荷C=2.25KN，極限轉(zhuǎn)速（油潤(rùn)滑）為28000。
對(duì)軸承的疲勞壽命進(jìn)行校核：由《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知,軸承的基本額定壽命為：
L= （3-19）
式中：P-當(dāng)量動(dòng)載荷；
L-基本額定壽命；
ε—壽命指數(shù)，球軸承ε=3；
n—軸承工作轉(zhuǎn)速，n=1250；
C——基本額定動(dòng)載荷，C=2250N；
其中：P=f(X+YF)
f——沖擊載荷系數(shù)，取1.1；
F——徑向載荷；
X、Y——徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)。X=0.44,Y=1；
P=1.1×(0.44×305+415)=604N
將上述各值代入上式（3-19）得：L==21000h>15000h
所以該軸承的選用也是合格的。
3.8 機(jī)架的設(shè)計(jì)
（1）本機(jī)由一個(gè)工人站立操作。由人體工程學(xué)可知站姿的操作范圍如下圖3-3所示。整個(gè)操作過(guò)程是：將電路板搬起放置于工作臺(tái)上，按啟動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)器自動(dòng)運(yùn)行，整個(gè)涂膠過(guò)程完成后再將電路板搬下。本機(jī)擬一次只給一塊電路板涂膠。
圖3-3站姿操作范圍
（2）機(jī)架是一個(gè)多功能構(gòu)件，是整機(jī)的基礎(chǔ)，要求有足夠的靜動(dòng)剛度，熱變形對(duì)精度的影響盡可能小，原始精度和尺寸的穩(wěn)定性要好，外型美觀，運(yùn)輸安裝方便。在這些要求當(dāng)中，強(qiáng)度和剛度是機(jī)架的基本技術(shù)指標(biāo)。在許多情況下，剛度尤為重要。本機(jī)為單件小批量生產(chǎn)，可用焊接機(jī)架。焊接機(jī)架與鑄造機(jī)架相比具有強(qiáng)度高、剛性好、重量輕、生產(chǎn)周期短、施工簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。機(jī)架材料選擇45鋼。
焊接的簡(jiǎn)介：
焊接是指利用加熱或熱加壓，或兩者并用的方法，使分離的金屬零件形成原子間的結(jié)合的一種加工方法。它是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)制造各種金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的一種主要工藝方法。
焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)件種類(lèi)各式各樣，在其材料確定以后，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)主要包括三方面內(nèi)容：焊縫布置、焊接方法選擇和焊接接頭設(shè)計(jì)等。
1. 焊縫的布置
焊縫布置是否合理，直接影響結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此，設(shè)計(jì)焊縫位置時(shí)應(yīng)考慮下列原則：
①焊縫應(yīng)盡量處于平焊位置各種位置的焊縫，其操作難度不同。以焊條電弧焊焊縫為例，其中平焊操作最方便，易于保證焊接質(zhì)量，是焊縫位置設(shè)計(jì)中的首選方案，立焊、橫焊位置次之，仰焊位置施焊難度最大，不易保證焊接質(zhì)量。
②焊縫要布置在便于施焊的位置焊條電弧焊時(shí)，焊條要能伸到焊縫位置。點(diǎn)焊、縫焊時(shí)，電極要能伸到待焊位置。埋弧焊時(shí)，要考慮焊縫所處的位置能否存放焊劑。設(shè)計(jì)時(shí)若忽略了這些問(wèn)題，無(wú)法施焊。
③焊縫布置要有利于減少焊接應(yīng)力與變形接頭處的硬化組織，影響加工質(zhì)量，焊縫布置應(yīng)避開(kāi)機(jī)加工表面。
2. 焊接方法的選擇
各種焊接方法都有其各自特點(diǎn)及適用范圍，選擇焊接方法時(shí)要根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)形狀及材質(zhì)、焊接質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等，在綜合分析焊件質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和工藝可能性之后，確定最適宜的焊接方法。選擇焊接方法時(shí)應(yīng)依據(jù)下列原則：
① 焊接接頭使用性能及質(zhì)量要符合結(jié)構(gòu)技術(shù)要求
選擇焊接方法時(shí)既要考慮焊件能否達(dá)到力學(xué)性能要求，又要考慮接頭質(zhì)量能否符合技術(shù)要求。如點(diǎn)焊、縫焊都適于薄板輕型結(jié)構(gòu)焊接，縫焊才能焊出有密封要求的焊縫。焊接低碳鋼薄板，若要求焊接變形小時(shí)，應(yīng)選用 CO2焊或點(diǎn)（縫）焊，而不宜選用氣焊。
②提高生產(chǎn)率，降低成本如果是位于不同空間位置的短曲焊縫，單件或小批量生產(chǎn)，采用焊條電弧焊為好。氬弧焊幾乎可以焊接各種的金屬及合金，但成本較高，所以主要用于焊接鋁、鎂、鈦合金結(jié)構(gòu)及不銹鋼等重要焊接結(jié)構(gòu)。
③焊接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件及工藝可能性
選擇焊接方法時(shí)，要考慮現(xiàn)場(chǎng)是否具有相應(yīng)的焊接設(shè)備，野外施工有沒(méi)有電源等。
此外，要考慮擬定的焊接工藝能否實(shí)現(xiàn)。
3. 焊接接頭
設(shè)計(jì)焊接接頭設(shè)計(jì)包括焊接接頭形式設(shè)計(jì)和坡口形式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)接頭形式主要考慮焊件的結(jié)構(gòu)形狀和板厚、接頭使用性能要求等因素。設(shè)計(jì)坡口形式主要考慮焊縫能否焊透、坡口加工難易程度、生產(chǎn)率、焊條消耗量、焊后變形大小等因素。焊接接頭形式設(shè)計(jì)焊接接頭按其結(jié)合形式分為對(duì)接接頭、蓋板接頭、搭接接頭、T 形接頭、十字形接頭、角接接頭和卷邊接頭等。
（3）機(jī)架危險(xiǎn)部分的校核，在機(jī)架的結(jié)構(gòu)中，主要受力部分為Z工作臺(tái)與涂膠頭的連接架，該連接架承受的靜載為涂膠頭及涂膠頭內(nèi)部液體的重力，此外連接架還要承受其他外力，如工人扶住涂膠頭時(shí)，連接架要承受人的壓力。所以，要對(duì)上述兩部件進(jìn)行分析。根據(jù)設(shè)計(jì)，兩部件均可視為懸臂梁。
對(duì)橫梁分析如下：
梁的撓曲線方程為：
（3-20）
其撓度為：
（3-21）
其轉(zhuǎn)角為：
rad （3-22）
受力圖
ω F=1KN
x
A l B
剪力圖
Fs
x
-F
彎矩圖
M
X
-Fl
圖3-4 梁的分析
梁的剪力為：
Fs(x)=-F=-1000N 0< x ≤l （3-23）
彎矩為：
M(x)=-Fx=-1000*0.34=-340Nm 0≤x≤l （3-24）
彎曲應(yīng)力的校核：
≤[σ]=170MPa （3-25）
截面慣性矩為：
I=,am,a （3-26）
第4章 氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1 氣壓系統(tǒng)原理圖
氣壓系統(tǒng)如下圖：
圖4-1氣壓系統(tǒng)原理圖
電磁閥動(dòng)作順序如下表4.1所示：
表4.1電磁閥動(dòng)作順序表
1YA
吸緊
+
放開(kāi)
-
4.2氣壓元件的選擇與計(jì)算
4.2.1吸盤(pán)氣壓缸的計(jì)算與選型：
吸盤(pán)的作用就是讓機(jī)械在涂膠時(shí)保證電路板不會(huì)因?yàn)槟z的黏著力而移動(dòng)。而由于電路板本身材質(zhì)的原因故不能采用機(jī)械卡緊又因其是電子元件所以也不允許采用電磁卡緊，所以本機(jī)采用氣動(dòng)吸盤(pán)卡緊。在卡緊時(shí)需要克服的外力很小，所以本設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)裝置。
（1）根據(jù)工作需要選擇雙作用活塞氣缸，安裝形式選擇后法蘭式。
（2）本設(shè)計(jì)為雙作用普通氣缸，因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在有桿腔向無(wú)桿腔運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生拉力,相反時(shí)，產(chǎn)生推力,由生產(chǎn)實(shí)際知,故采用計(jì)算氣缸內(nèi)徑D。由已知得=350N，下式：
(4-1)
其中：p為氣缸工作壓力，為氣缸的總阻力。它與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動(dòng)部件慣性背壓力，密封處摩擦力等。以上因素可以載荷率的形式計(jì)入公式，如要求缸的靜推力在計(jì)入載荷率后：
（4-2）
因氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高速度低，查設(shè)計(jì)手冊(cè)知取0.5當(dāng)推力作功時(shí)： (4-3)
求得：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版表24.2-4缸筒內(nèi)徑系列取D=40mm。
（3）活塞桿的計(jì)算，按強(qiáng)度條件計(jì)算，當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度較小時(shí)即,可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算，活塞桿直徑d
（4-4）
式中:氣缸的推力為350N
活塞桿材料的許用應(yīng)力為235MPa
代入（4-4）算得：，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版表24.2-5取d=16mm。
（4）缸筒壁厚的計(jì)算，缸筒直接承受壓力，須有一定厚度，由于一般氣缸壁厚與內(nèi)徑比,所以，通?？砂幢”谕补接?jì)算：
（4-5）
式中：氣缸筒的壁厚（m）已知
D-氣缸筒內(nèi)徑 （m） 已知
氣缸實(shí)驗(yàn)壓力，一般取=1.5p=0.9MPa
-缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）為100MPa
代入（4-5）求得：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版表24.2-7取。
（5）氣缸工作行程根據(jù)工作需要去L=50mm。
（6）活塞的密封選擇，由于查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇o型密封圈該密封圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封可靠，磨擦阻力小。
綜上所述：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第4版表24.2-14選QM系列型號(hào)小型氣缸。
4.2.2氣壓閥類(lèi)的選用
在該涂膠機(jī)設(shè)備中，氣壓閥類(lèi)元件主要使用了電磁換向閥和單向調(diào)速閥。電磁換向閥主要控制吸盤(pán)氣缸的動(dòng)作順序，而單向調(diào)速閥主要是控制吸盤(pán)氣缸的動(dòng)作速度，也起到預(yù)防失壓的作用。
兩位四通電磁換向閥的選擇：
兩位位四通電磁換向閥主要控制的是帶動(dòng)上料滑塊的雙作用氣壓缸，由已知條件可得，輸入流量為：
（4-6）
，，
因此，
（4-7）
排除流量為：
（4-8）
由以上參數(shù)，查標(biāo)準(zhǔn)可選得兩位四通電磁換向閥的型號(hào)為3K25D2-14。
單向調(diào)速閥的選擇：
調(diào)速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)組成的，而單向調(diào)速閥只是在原有的結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)單向閥，油液正向流動(dòng)時(shí)起調(diào)速作用，反向流動(dòng)時(shí)起單向閥的作用。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇型單向調(diào)速閥。
表4.2單向調(diào)速閥主要技術(shù)參數(shù)表
通徑：
流量：
最小穩(wěn)定流量：
最高壓力：
質(zhì)量：
4.2.3氣泵的選擇計(jì)算
根據(jù)以上所選用的氣壓原件，選擇空氣壓縮機(jī)的型號(hào)為HPFWJD-11.5/7型，滑片式回轉(zhuǎn)空氣壓縮機(jī)，風(fēng)冷、無(wú)基礎(chǔ)、低噪聲罩式。排氣量為11.5m3/min，排氣壓力為0.6MPa。
4.2.4泵用電機(jī)的計(jì)算與選型
1.電機(jī)的選擇
設(shè)計(jì)負(fù)載重量為2kg（觸頭，導(dǎo)軌滑塊），速度v=0.1m/s。
負(fù)載轉(zhuǎn)矩: (4-9)
其中：F-負(fù)載力
R-帶輪半徑
電機(jī)轉(zhuǎn)矩： (4-10)
其中：
總效率
根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩選擇電機(jī),其參數(shù)如表4.3所示：
表3.3電機(jī)參數(shù)表
型號(hào)
額定功率（kw）
電機(jī)長(zhǎng)度(mm)
額定轉(zhuǎn)矩(N.m)
外形尺寸（mm）
電壓(v)
額定轉(zhuǎn)速（r/min）
電機(jī)重量(kg)
適配驅(qū)動(dòng)器
zy80-150
0.75
150
2
φ80×150
24
910
14.1
Q3HB220M