自動絲印機(jī)設(shè)計計算畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文主要設(shè)計了一臺自動絲印機(jī)，其功能是把電路板的印刷與電路板的貼片兩個工序集中在一臺機(jī)器上完成，絲印工序由電機(jī)帶動刮刀，電機(jī)由齒輪齒條帶動實現(xiàn)往復(fù)運動，從而實現(xiàn)刮膠的目的。貼片工序采用絲杠螺母副傳動，實現(xiàn)工作件的X方向和Y方向的移動，通過氣缸伸縮實現(xiàn)Z方向的移動，從而帶動貼片頭實現(xiàn)了XYZ三個方向的三維移動，從而實現(xiàn)定位，本裝

2、置采用視覺識別系統(tǒng)實現(xiàn)電路芯片的自動定位。</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計題目</b></p><p><b>　　自動絲印機(jī)設(shè)計</b></p>

3、<p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）. x、y方向最大進(jìn)給行程300mm，進(jìn)給當(dāng)量0.01mm;</p><p>　?。?）. z方向最大進(jìn)給行程100mm，進(jìn)給當(dāng)量0.01mm;</p><p><b>　?。?）.真空吸附；</b></p><p>

4、;<b>　?。?）.電動刮膠；</b></p><p><b>　　1.3設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　?。?）自動絲印機(jī)整體結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計。自動絲印機(jī)的整體組成，主要包括機(jī)架、PCB傳送機(jī)構(gòu)及支撐臺、xy與z/伺服定位系統(tǒng)、光學(xué)識別系統(tǒng)、貼裝頭、供料機(jī)、傳感器和計算機(jī)操作系統(tǒng)。本課題主要設(shè)計機(jī)架、貼裝頭，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的說明分析。

5、</p><p>　?。?）關(guān)鍵部分的設(shè)計分析和其他零部件的選取。</p><p>　　（3）自動絲印機(jī)中交流伺服電機(jī)的計算和選取。</p><p>　　（4）機(jī)械零部件的計算與校核。</p><p><b>　　1.4設(shè)計工作</b></p><p>　　（1）、裝配圖一張（A0）。</p

6、><p>　?。?）、零件圖兩張（A3）。</p><p>　?。?）、設(shè)計計算說明書一份。</p><p><b>　　運動方案選擇</b></p><p><b>　　刮刀運動的選擇</b></p><p>　　刮刀要實現(xiàn)往復(fù)運動，并且受力不大，有兩種可供選擇的實現(xiàn)方式：曲柄

7、連桿機(jī)構(gòu)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)。但是因為曲柄連桿機(jī)構(gòu)所占的空間較大，而齒輪齒條機(jī)構(gòu)能夠安裝在機(jī)器的內(nèi)部，比較節(jié)省空間，故本裝置選擇了齒輪齒條機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　貼片頭運動的選擇</b></p><p>　　貼片頭要實現(xiàn)XYZ三個方向的運動，應(yīng)用的最多的為絲杠螺母副，由于Z方向為貼片所需要的運動，可以不用絲杠螺母副，采用氣缸帶動貼片頭運動，從而實現(xiàn)貼片的動作。此外

8、要實現(xiàn)X和Y方向的定位，也可以采用機(jī)械臂的方式，但由于機(jī)械臂容易不平衡，從而產(chǎn)生誤差。所以采用絲杠螺母副位于工作臺上方的方案。</p><p>　　綜上所述，一共有兩個絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)，一個齒輪齒條傳動，共三個電機(jī)</p><p><b>　　運動和動力設(shè)計</b></p><p>　　兩個絲桿螺母傳動用的電機(jī)均采用步進(jìn)電機(jī)，型號為35BYG0

9、01，齒輪齒條傳動用的電機(jī)為小功率異步電機(jī)，型號為AO2-4512</p><p>　　2自動絲印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　2.1自動絲印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計概述</p><p>　　本課題所設(shè)計的自動絲印機(jī)可以看成是簡單絲印機(jī)與自動貼片機(jī)的組合體，所以該機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計可以分為絲印機(jī)的結(jié)構(gòu)概述與貼片機(jī)的結(jié)構(gòu)概述</p><p>

10、;<b>　　絲印機(jī)的結(jié)構(gòu)概述</b></p><p><b>　　絲印機(jī)的分類</b></p><p>　　絲印機(jī)目前分為垂直絲印機(jī)、斜臂絲印機(jī)、轉(zhuǎn)盤絲印機(jī)、四柱式絲印機(jī)及全自動絲印機(jī)。 </p><p>　　垂直絲印機(jī)的特點：針對高精密的印刷，如高科技電子行業(yè)、套印多色、網(wǎng)點印刷等。與斜臂絲印機(jī)相比較效率低，但精準(zhǔn)度高

11、。 </p><p>　　斜臂絲印機(jī)的特點：針對包裝行業(yè)，或局部UV等印刷，效率高，但精準(zhǔn)度低 </p><p>　　轉(zhuǎn)盤絲印機(jī)的特點：針對服裝行業(yè)，或光盤行業(yè)，不好定位的行業(yè)可采取轉(zhuǎn)盤式。 </p><p>　　四柱絲印機(jī)的特點：針對面積大的行業(yè)，如果裝潢，大型玻璃等行業(yè)。 </p><p>　　全自動絲印機(jī)的特點：是卷對卷的針對PET、P

12、P、PC、PE等軟質(zhì)材料的印刷，是由進(jìn)料，印刷及干燥集于一體工藝全部完成，是大批量量產(chǎn)的最佳選擇. </p><p>　　全自動橢圓絲印機(jī)的特點：主要適用與服裝裁片的印花，可印膠漿、水漿、油墨等漿料。 </p><p><b>　　貼片機(jī)的結(jié)構(gòu)概述</b></p><p><b>　　貼片機(jī)的分類</b></p>

13、;<p>　　目前世界上已經(jīng)有很多個貼片機(jī)生產(chǎn)廠家，貼片機(jī)的種類達(dá)幾百種之多，貼片機(jī)的分類雖沒有固定格式，但習(xí)慣上有一下幾種。</p><p><b>　　1）按速度分類</b></p><p>　　中速貼片機(jī)：3000片/小時<貼片速度<9000片 /小時</p><p>　　高速貼片機(jī)：9000片/小時<貼片

14、速度<40000片 /小時</p><p>　　超高速貼片機(jī)：大于3000片/小時</p><p>　　通常高速貼片機(jī)采用固定多頭或雙組貼片機(jī)頭安裝在x-y導(dǎo)軌上，x-y伺服系統(tǒng)為閉環(huán)控制，故有較高的定位精度，貼片器件的種類較廣泛。這類貼片機(jī)種類最多，制造商也多，可以在多種場合下使用，并具有多功能組合技術(shù)，可根據(jù)不同的生產(chǎn)需要和環(huán)境的制約，組合拼裝使用。而超高速貼片機(jī)則多采用旋轉(zhuǎn)式多

15、頭系統(tǒng)，根據(jù)多頭旋轉(zhuǎn)的方向又分水平旋轉(zhuǎn)式與垂直旋轉(zhuǎn)式。</p><p><b>　　2）按功能分類</b></p><p><b>　　1.射片機(jī)</b></p><p>　　射片機(jī)是一種專門用與片式元件貼裝的機(jī)器，由于貼裝速度非?？?，通常稱為高速貼片機(jī)。</p><p><b>　　2.

16、多功能貼片機(jī)</b></p><p>　　多功能貼片機(jī)也叫高精度貼片機(jī)或泛用機(jī)，可以貼裝高精度的大型、異型元器件，一般也能貼裝小型片狀元件，幾乎可以涵蓋所有的元件范圍。其有以下特點：精度高、靈活性好；機(jī)械結(jié)構(gòu)少磨損、反饋快、安靜、易于保養(yǎng)等特點。多功能貼片機(jī)能夠處理各種各樣的復(fù)雜的元器件，是復(fù)雜電子產(chǎn)品生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備。</p><p>　　3.高速多功能貼片機(jī)</p

17、><p>　　一般的貼片機(jī)功能較為單一，對于復(fù)雜的產(chǎn)品，必須使用不同功能的貼片機(jī)進(jìn)行組合配線完成整個產(chǎn)品的貼裝。目前有的復(fù)合式貼片機(jī)和平行式貼片機(jī)能安裝多功能貼裝頭或者多功能模組，從而實現(xiàn)既能同時高速貼裝小型片狀元件，又能貼裝高精度、大型、異型元器件；可以接受幾乎所得的元件包裝方式，包括可以加裝盤裝元件送料器。</p><p><b>　　絲印部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b><

18、;/p><p>　　刮刀要實現(xiàn)往復(fù)運動，并且受力不大，有兩種可供選擇的實現(xiàn)方式：曲柄連桿機(jī)構(gòu)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，如下圖所示：</p><p><b>　　方案1</b></p><p><b>　　齒輪齒條式</b></p><p><b>　　方案2</b></p>&

19、lt;p><b>　　曲柄連桿式</b></p><p>　　因為曲柄連桿機(jī)構(gòu)所占的空間較大，而齒輪齒條機(jī)構(gòu)能夠安裝在機(jī)器的內(nèi)部，比較節(jié)省空間，故本裝置選擇了齒輪齒條機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　貼片部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　貼片部分的移動結(jié)構(gòu)方案設(shè)計</p><p>

20、　　貼片的兩種移動結(jié)構(gòu)方案如圖所示。</p><p><b>　　方案一</b></p><p><b>　　方案二</b></p><p><b>　　設(shè)計方案對比如表</b></p><p><b>　　表</b></p><p&g

21、t;　　根據(jù)以上條件綜合對比，本機(jī)構(gòu)采用方案一。</p><p>　　2.2.3貼裝頭的方案設(shè)計</p><p>　　貼裝頭的的種類形式有多種，分類如下：</p><p>　　按照貼裝頭系統(tǒng)與PCB板運載系統(tǒng)以及送料系統(tǒng)的運動情況，貼裝頭大致還可分為4種類型：拱架式、復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式、大型平行系統(tǒng)。不同種類餓貼裝頭對應(yīng)的貼片機(jī)各有優(yōu)勢，通常取決于應(yīng)用或工藝對系統(tǒng)的要求

22、，并在其速度和精度之間也存在一定的平衡。</p><p>　　拱架式結(jié)構(gòu)又稱動臂式結(jié)構(gòu)，也可以叫做平臺式結(jié)構(gòu)。拱架式結(jié)構(gòu)具有較好的靈活性和精度，適用于大部分元件，搞精度的激情一般都是這種類型，但起速度方面不是很快，無法和復(fù)合式。轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)相比。如圖2.2.3所示。</p><p>　　圖2.2.3 拱架式運動圖</p><p>　　復(fù)合式機(jī)構(gòu)是由拱架式結(jié)構(gòu)

23、發(fā)展起來的，嚴(yán)格的說，復(fù)合式結(jié)構(gòu)也是拱架式的一種，它集合了轉(zhuǎn)塔式和拱架式的特點，在動臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，像Simens的Siplace80S系列貼片機(jī)，有兩個帶有12個吸嘴的轉(zhuǎn)盤，如圖2.2.3所示。復(fù)合式結(jié)構(gòu)通過增加動臂數(shù)量來提高速度，具有很大的靈活行，貼裝速度可以每小時5萬片。</p><p>　　圖2.2.3復(fù)合式機(jī)構(gòu)</p><p>　　轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)是以前高速貼片機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)，如圖2.

24、2.4所示。這種結(jié)構(gòu)自從20世紀(jì)80年代問世以來，很長一段時間都是告訴貼片機(jī)的主力機(jī)型。這種結(jié)構(gòu)通常都有一個固定的轉(zhuǎn)塔在旋轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行元件的吸取、照相、貼裝和吸嘴更換等。其優(yōu)點速度高，性能非常穩(wěn)定，如松下公司的MSH3機(jī)器貼裝速度可達(dá)0.075秒/片。但是由于真空吸嘴上徑向加速度的最大允許值受到限制和機(jī)械結(jié)構(gòu)限制而使貼裝速度已達(dá)到一個極限值，不可能再有大幅度的提高。</p><p>　　圖2.2.4轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)&l

25、t;/p><p>　　大型平行系統(tǒng)是有一系列的小型獨立組裝機(jī)組成。模塊化結(jié)構(gòu)，有著絲桿定位系統(tǒng)等。而且速度上也比較高，如PHLIPS公司的FCM機(jī)器有16個安裝頭，實現(xiàn)了0.0375秒/片的貼裝速度，但就每個安裝頭而言，貼裝速度在0.6秒/片左右，仍可以大幅度提高。但其缺點成本較高，僅適用于大型企業(yè)。</p><p><b>　　2.3確定方案</b></p>

26、<p>　　按照畢業(yè)設(shè)計題目要求設(shè)計方案最終選擇，</p><p>　　絲印部分移動結(jié)構(gòu)：齒輪齒條結(jié)構(gòu)</p><p>　　貼片機(jī)移動結(jié)構(gòu)：X,Y型龍門式結(jié)構(gòu)</p><p>　　貼裝頭：單頭結(jié)構(gòu)，使用氣缸驅(qū)動</p><p>　　方案選擇分析原因如下：由于任務(wù)書中并沒有規(guī)定該機(jī)構(gòu)的貼片速度，并且由該機(jī)器的設(shè)計方案上可以看出該機(jī)

27、器并不使用與大型快速生產(chǎn)的工廠中，該機(jī)器適用于小型的工廠或者個人生產(chǎn)，所以并不要求貼片速度很快，為了設(shè)置機(jī)構(gòu)的簡便，所以采用了氣缸帶動貼片頭的方式實現(xiàn)Z方向的運動這種方案。</p><p>　　3.1 x-y-z運動框架結(jié)構(gòu)形式的的確定</p><p>　　框架結(jié)構(gòu)（即龍門架）一般分為4種，x-y聯(lián)動，z單動，x-z聯(lián)動，y單動；x-y-z聯(lián)動（上面：x-y驅(qū)動平面在Z軸上方）；x-y-z

28、聯(lián)動（下面：x-y驅(qū)動平面在z軸下方）。詳見表3.1。</p><p><b>　　表3.1</b></p><p>　　當(dāng)橫梁跨距值較小時，可以才用單側(cè)驅(qū)動方式，當(dāng)橫梁跨距值較大時，最好選用雙側(cè)驅(qū)動，單驅(qū)動橫梁的扭矩擺值會較大。</p><p>　　在精度值要求不搞的場合下，可以采用懸臂結(jié)構(gòu)代替框架結(jié)構(gòu)，這樣做會使結(jié)構(gòu)簡單，成本降低。<

29、/p><p>　　X-y運動機(jī)構(gòu)的功能是驅(qū)動貼裝頭在x軸和y軸量個方向做往復(fù)運動，使貼裝頭能夠快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)地到達(dá)指定位置。選擇第三種結(jié)構(gòu)，作為本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)，可以較好地滿足高速、高精度的要求</p><p><b>　　視覺系統(tǒng)</b></p><p>　　視覺對中系統(tǒng)是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，運用數(shù)字圖像處理、計算機(jī)通信和機(jī)器視覺系統(tǒng)為一體的現(xiàn)代視

30、覺系統(tǒng)的綜合運用。</p><p>　　視覺對中系統(tǒng)可以檢查元器件引腳一級測量引腳寬度、間距和數(shù)量，從而檢測被貼元器件。這對貼裝之前檢測引腳元器件，特別是小于0.015 in（0.381mm）的細(xì)間距元器件是很重要的。為達(dá)到高品質(zhì)、低缺陷的生產(chǎn)輸出，視覺檢查是必要的。一般而言，視覺檢查要求通過固定照相機(jī)來抓拍元器件圖像，然后傳送到圖像處理系統(tǒng)，對所獲得圖像進(jìn)行處理分析，計算出圖像的特征信息和位置信息，再把這些信息

31、和原先存放在貼片機(jī)數(shù)據(jù)庫中信息進(jìn)行比較，從而對元器件進(jìn)行判定，輸出比較后的偏差為伺服系統(tǒng)的補償調(diào)節(jié)提供依據(jù)。</p><p>　　速度和精度是衡量貼片機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)，而視覺對中系統(tǒng)是貼片機(jī)在進(jìn)行貼片時處理貼片元件特征和位置反饋的關(guān)鍵部位，它直接決定了貼片機(jī)的速度和精度。因而高速和高精度的視覺對中系統(tǒng)是評價貼片機(jī)總體性能的參考指標(biāo)之一。視覺對中系統(tǒng)具有視覺和對中兩個功能，其中，視覺功能主要是運用相機(jī)對要處理的元件

32、進(jìn)行圖像提取，然后對其提取的圖像進(jìn)行圖像處理，分析出幾何特征信息和空間位置特征信息，并將這些信息與數(shù)據(jù)庫里相應(yīng)的資料進(jìn)行比較，從而判定該元件是否為正確的元件以及此元件是否存在問題。而對中功能主要是把元件的吸取位置和存儲在貼片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)元件數(shù)據(jù)庫的 元件數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運算，進(jìn)而判定吸嘴吸取元件的中心位置是否和吸嘴的中心軸一致，如果不一致，則計算出位移偏差和角度偏差值，從而提供給貼片頭作為其偏差的補償值。</p><p>

33、　　貼片機(jī)視覺系統(tǒng)工作原理</p><p>　　高性能貼片機(jī)普遍采用視覺對中系統(tǒng)。視覺對中系統(tǒng)運用數(shù)字圖像處理技術(shù)，當(dāng)貼片頭上的吸嘴吸取元件后，在移到貼片位置的過程中，由固定在貼片頭上的或固定在機(jī)身某個位置上的照相機(jī)獲取圖像，并且通過影像探測元件的光密度分布，這些光密度以數(shù)字形式再經(jīng)過照相機(jī)上許多細(xì)小精密的光敏元件組成的CCD光耦陣列，輸出0～255級的灰度值。灰度值與光密度成正比，灰度值越大，則數(shù)字化圖像越清晰

34、。數(shù)字化信息經(jīng)存儲、編碼、放大、整理和分析，將結(jié)果反饋到控制單元，并把處理結(jié)果輸出到伺服系統(tǒng)中去調(diào)整補償元件吸取的位置偏差，最后完成貼片操作。</p><p>　　那么，機(jī)器通過對PCB上的基準(zhǔn)點和元器件照相后，如何實現(xiàn)貼裝位置自動矯正并實現(xiàn)精確貼裝的昵？這一過程是機(jī)器通過一系列的坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換來定位元件的貼裝目標(biāo)的。我們通過貼裝過程來闡述系統(tǒng)的工作原理。首先PCB通過傳送裝置被傳輸?shù)焦潭ㄎ恢貌⒈粖A板機(jī)構(gòu)固定，

35、貼片頭移至PCB基準(zhǔn)點上方，頭上相機(jī)對PCB上基準(zhǔn)點照相。這時候存在4個坐標(biāo)系：基板坐標(biāo)系（Xp，Yp）、頭上相機(jī)坐標(biāo)系（Xca1，Ycal）、圖像坐標(biāo)系（Xi，Yi）和機(jī)器坐標(biāo)系（Xm，Ym）。對基準(zhǔn)點照相完成后，機(jī)器將基板坐標(biāo)系通過與相機(jī)和圖像坐標(biāo)系的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換到機(jī)器坐標(biāo)系中，這樣目標(biāo)貼裝位置確定。然后貼片頭拾取元件后移動到固定相機(jī)的位置，固定相機(jī)對元件進(jìn)行照相。這時同樣存在4個坐標(biāo)系：貼片頭坐標(biāo)系也是吸嘴坐標(biāo)系（Xn，Yn）、固定相

36、機(jī)坐標(biāo)系（Xca2，Yca2）、圖像坐標(biāo)系（Xi，Yi）和機(jī)器坐標(biāo)系（Xm，Ym）。對元件照相完成后，機(jī)器在圖像坐標(biāo)系中計算出元件特征的中心位置坐標(biāo)，通過與相機(jī)和圖像坐標(biāo)系的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換到機(jī)器坐標(biāo)系中，此時在同一坐標(biāo)系中比較元件中心坐標(biāo)和吸嘴中心坐標(biāo)。兩個坐標(biāo)的差異就是需要的位置偏差補償值。然后根據(jù)同一坐標(biāo)系中</p><p>　　3.2驅(qū)動方案的確定</p><p>　　采用兩組交流伺服電機(jī)

37、分別驅(qū)動X方向運動和Y方向運動，其傳動機(jī)構(gòu)是相同的。</p><p>　　方案一：交流伺服電機(jī)——同步齒形帶——直線軸承</p><p>　　同步帶由伺服電機(jī)驅(qū)動小齒輪，使同步帶在一定范圍內(nèi)做直線往復(fù)運動。這樣帶動軸基座在直線軸承上往復(fù)運動，兩個方向的傳動組合在一起組成X-Y傳動系統(tǒng)。</p><p>　　方案二：交流伺服電機(jī)——滾珠絲杠——滾動導(dǎo)軌</p&g

38、t;<p>　　貼裝頭固定在滾珠螺母基座和對應(yīng)的滾動導(dǎo)軌上方的基座上，伺服電機(jī)工作是，帶動螺母做X方向往復(fù)運動，由滾動導(dǎo)軌導(dǎo)向，保證運動方向平行，X軸在兩平行滾珠絲杠的滾動導(dǎo)軌做Y方向運動，實現(xiàn)貼裝頭X-Y移動系統(tǒng)。</p><p>　　分析兩種方案的優(yōu)缺點：滾珠絲桿傳動技術(shù)成熟，輸出精度搞，但其噪聲交大：同步帶傳動機(jī)構(gòu)噪聲小，傳動效率高，但其有彈性，驅(qū)動能力受到限制。經(jīng)過分析比較，選擇第二種方案，

39、且使用的雙電機(jī)驅(qū)動。</p><p><b>　　4電機(jī)的選擇計算</b></p><p>　　4.1 X軸方向的驅(qū)動電機(jī)計算</p><p>　　X軸方向傳動結(jié)構(gòu)：伺服電機(jī)—聯(lián)軸器--滾珠絲桿--貼裝頭。按結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和尺寸的規(guī)劃，伺服電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器傳動到滾珠絲桿。X軸方向驅(qū)動的負(fù)載包括：絲桿、貼裝頭以及聯(lián)軸器。</p>

40、<p>　?。?）貼裝頭換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量。貼裝頭的質(zhì)量計算，按貼裝頭形狀，貼裝頭的質(zhì)量為10kg。</p><p>　　在x-y直線運動的速度為0.4米/秒，絲桿導(dǎo)程4mm（導(dǎo)程選取詳見絲桿設(shè)計），則電機(jī)理論轉(zhuǎn)速n=3000rad/min取電機(jī)的啟動時間t=0.1秒，電機(jī)的角速度為，角加速度為：</p><p>　　貼裝頭換算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)動慣量為：</p>

41、<p><b>　　（4-1）</b></p><p>　　式中：m--貼片頭質(zhì)量，kg</p><p>　　--貼裝頭的速度，m/s</p><p>　　--電機(jī)的角加速度，rad/s</p><p>　　把各數(shù)值代入公式4-1得</p><p>　　絲桿換算到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動慣量.所選

42、絲桿的尺寸直徑為 11mm，導(dǎo)程為2mm，長度為750mm，它的質(zhì)量為0.6kg。</p><p>　　絲桿換算到電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為：</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　式中：m--絲桿的質(zhì)量，kg</p><p>　　t--絲桿的螺距，m</p><p>　　i-

43、-電機(jī)與絲桿直接的轉(zhuǎn)動比</p><p>　　將各數(shù)值帶入公式（4-2）得</p><p>　　負(fù)載的總的轉(zhuǎn)動慣量0.000016</p><p>　　負(fù)載的慣性力矩為T：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　式中：J--轉(zhuǎn)動慣量，</p><p

44、><b>　　--角加速度，</b></p><p>　　將各數(shù)值帶入公式（4-3）得：</p><p>　　T=0.000016×3140= 0.05</p><p>　　X軸方向的負(fù)載的功率為P：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p&

45、gt;　　式中：T--慣性力矩，</p><p><b>　　N--電機(jī)轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　將數(shù)值帶入（4-4）中計算得：</p><p><b>　　電機(jī)的總功率為</b></p><p>　　根據(jù)以上計算結(jié)果，選取電機(jī)的型號為70SL002，其性能參數(shù)如下：</p>

46、<p><b>　　頻率：400HZ</b></p><p>　　額定輸出功率：20W</p><p>　　空載轉(zhuǎn)速：9000rpm</p><p>　　額定轉(zhuǎn)矩：0.064 N.m</p><p>　　控制電壓：AC 115V</p><p>　　外形尺寸：最大外徑70mm</

47、p><p>　　4.2 y軸方向的驅(qū)動電機(jī)計算</p><p>　　Y軸方向傳動結(jié)構(gòu)：伺服電機(jī)—聯(lián)軸器--滾珠絲桿。其傳動結(jié)構(gòu)和X軸方向一樣。伺服電機(jī)驅(qū)動Y軸方向的負(fù)載包括：貼裝頭、絲桿、橫梁架、x軸的驅(qū)動電機(jī)，貼裝頭和絲桿的尺寸x軸方向的相同，故慣性力矩數(shù)值也相同，</p><p>　　Y軸方向承受橫梁和安裝在其上面的滾動導(dǎo)軌總的質(zhì)量一半為1kg。</p>

48、<p>　　橫梁換算到電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為:</p><p>　　Y軸方向負(fù)載的總的轉(zhuǎn)動慣量為J：</p><p>　　負(fù)載的慣性力矩為T：</p><p>　　y軸方向負(fù)載的功率為P</p><p>　　y軸伺服電機(jī)的總功率為：</p><p>　　根據(jù)以上計算結(jié)果，選取電機(jī)的型號為90SL001，其性能參

49、數(shù)如下：</p><p><b>　　頻率：400HZ</b></p><p>　　額定輸出功率：25W</p><p>　　空載轉(zhuǎn)速：9000rpm</p><p>　　額定轉(zhuǎn)矩：0.078 N·m</p><p>　　控制電壓：AC 115V</p><p>

50、　　外形尺寸：最大外徑90mm</p><p>　　6 機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計</p><p><b>　　6.1 絲桿的設(shè)計</b></p><p><b>　　滑動螺旋的特點：</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，加工方便；</p><p>　　易于實現(xiàn)逆行程自鎖，工作安全

51、可靠；</p><p>　　摩擦阻力大，傳動效率低；</p><p>　　容易磨損，軸向剛度較差。 </p><p><b>　　滾珠螺旋的特點：</b></p><p>　　摩擦阻力小，傳動效率高；</p><p>　　磨損小、壽命長、工作可靠性好；</p><p>

52、　　具有運動的可逆性，應(yīng)設(shè)防逆動裝置；</p><p>　　軸向剛度較高，抗沖擊性能較差；</p><p>　　結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較難；</p><p>　　預(yù)緊后得到很高的定位精度（約達(dá)5um/300㎜）和重復(fù)定位精度（可達(dá)1~2um）。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，擬選定滾動螺旋傳動方式</p><p>　　

53、6.1.1 工作設(shè)計規(guī)格 </p><p>　　工作重量：W1=W/2=10kg</p><p>　　最大行程：=600mm</p><p>　　最大速度：=0.4m/s</p><p>　　要求壽命：=25000h</p><p><b>　　導(dǎo)軌滑動系數(shù)：</b></p>&

54、lt;p>　　伺服電機(jī)： =9000rpm</p><p>　　定位精度： /最大行程</p><p>　　6.1.3 X方向絲桿設(shè)計</p><p><b>　?。?）導(dǎo)程():</b></p><p>　　由伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，可得</p><p><b>　　取整數(shù)得 &

55、lt;/b></p><p>　?。?）滾珠絲桿副的載荷及轉(zhuǎn)速計算</p><p><b>　　首先分析圖</b></p><p>　　速度呈直線變化，等加速度運動。</p><p><b>　　周期行的往復(fù)運動。</b></p><p>　　最高速度：=0.4m/s&

56、lt;/p><p>　　加速時間：=0.1s</p><p>　　減速時間：=0.1s</p><p>　?。?）、達(dá)到最高速度所行走的距離</p><p>　?。?）、等速時所行走的距離：</p><p>　?。?）、從最高速度到停止所行走的距離</p><p>　?。?）、去時等加速度--階段

57、1</p><p>　　=0.01×10×9.8+10×4=40.98(N)</p><p>　　=9000/2=4500(rad/min)</p><p>　?。?）、去時等速度--階段2</p><p>　　=0.01×10×9.8=0.98(N)</p><p>

58、　　N2= 9000(rad/min)</p><p>　　（6）、去時等減速--階段3</p><p>　　=0.01×10×9.8+5×(-10)=-40.02(N)</p><p>　　9000/2=4500(rad/min)</p><p>　　以上軸向負(fù)荷行走距離、時間、平均轉(zhuǎn)速的關(guān)系如表6.1.3所示

59、。</p><p><b>　　表6.1.3-1</b></p><p>　?。?）、當(dāng)量載荷、當(dāng)量轉(zhuǎn)速計算</p><p><b>　　292.3N)</b></p><p>　　1154(rad/min)</p><p><b>　　額定動載荷Cm計算</

60、b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：精度系數(shù)</b></p><p><b>　　可靠系數(shù)</b></p><p><b>　　載荷性質(zhì)系數(shù)</b></p><p><

61、b>　　預(yù)期工作壽命</b></p><p>　　查表把數(shù)據(jù)帶入公式（6-1）得</p><p><b>　　3911.3N</b></p><p><b>　　工作壽命查下表：</b></p><p>　　各類機(jī)械預(yù)期工作時間</p><p>　　由于是精

62、密絲桿傳動，選 =20000h；</p><p><b>　　又查表得：</b></p><p><b>　　載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　可靠性系數(shù)</b></p><p><b>　　精度系數(shù)</b></p><p&

63、gt;<b>　　由上表知：</b></p><p>　　載荷系數(shù)=1.2；可靠性系數(shù)=1.0;</p><p><b>　　精度系數(shù)=1.0；</b></p><p><b>　　螺帽的選擇</b></p><p>　　根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，可得選用：</p>&l

64、t;p><b>　　內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿</b></p><p>　　絲桿導(dǎo)程： 4 mm</p><p><b>　　Ca查表得</b></p><p>　　6.1.3 Y方向絲桿設(shè)計</p><p><b>　?。?）導(dǎo)程():</b></p><p

65、>　　由伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，可得</p><p><b>　　取整數(shù)得 </b></p><p>　?。?）滾珠絲桿副的載荷及轉(zhuǎn)速計算</p><p><b>　　首先分析圖</b></p><p>　　速度呈直線變化，等加速度運動。</p><p><b>

66、　　周期行的往復(fù)運動。</b></p><p>　　最高速度：=0.4m/s</p><p>　　加速時間：=0.1s</p><p>　　減速時間：=0.1s</p><p>　　（1）、達(dá)到最高速度所行走的距離</p><p>　　（2）、等速時所行走的距離：</p><p>

67、　?。?）、從最高速度到停止所行走的距離</p><p>　?。?）、去時等加速度--階段1</p><p>　　=0.01×15×9.8+15×4=61.47(N)</p><p>　　=9000/2=4500(rad/min)</p><p>　?。?）、去時等速度--階段2</p><p

68、>　　=0.01×15×9.8=1.47(N)</p><p>　　N2= 9000(rad/min)</p><p>　?。?）、去時等減速--階段3</p><p>　　=0.01×15×9.8+5×(-15)=-73.53(N)</p><p>　　9000/2=4500(rad/

69、min)</p><p>　　以上軸向負(fù)荷行走距離、時間、平均轉(zhuǎn)速的關(guān)系如表6.1.3所示。</p><p><b>　　表6.1.3-1</b></p><p>　?。?）、當(dāng)量載荷、當(dāng)量轉(zhuǎn)速計算</p><p><b>　　429.3N)</b></p><p>　　11

70、54(rad/min)</p><p><b>　　額定動載荷Cm計算</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：精度系數(shù)</b></p><p><b>　　可靠系數(shù)</b></p><

71、p><b>　　載荷性質(zhì)系數(shù)</b></p><p><b>　　預(yù)期工作壽命</b></p><p>　　查表把數(shù)據(jù)帶入公式（6-1）得</p><p><b>　　4863.5N</b></p><p><b>　　工作壽命查下表：</b><

72、;/p><p>　　各類機(jī)械預(yù)期工作時間</p><p>　　由于是精密絲桿傳動，選 =20000h；</p><p><b>　　又查表得：</b></p><p><b>　　載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　可靠性系數(shù)</b></p&

73、gt;<p><b>　　精度系數(shù)</b></p><p><b>　　由上表知：</b></p><p>　　載荷系數(shù)=1.2；可靠性系數(shù)=1.0;</p><p><b>　　精度系數(shù)=1.0；</b></p><p><b>　　螺帽的選擇<

74、/b></p><p>　　根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，可得選用：</p><p><b>　　內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿</b></p><p>　　絲桿導(dǎo)程： 4 mm</p><p>　　6.1.4 絲桿軸徑的選定</p><p>　　高速移動時，可由許用轉(zhuǎn)速來決定軸徑。</p><

75、p>　　用危險速度來計算所需絲桿公稱直徑：</p><p><b>　　(6-2)</b></p><p>　　在此L=最大行程+螺帽的長度/2+軸端預(yù)留量</p><p>　　=600+50+100=750（mm）</p><p>　　安裝方式固定+固定 查表：21.9</p><p>　

76、　把數(shù)據(jù)帶入公式6-2得</p><p><b>　　7.7（mm）</b></p><p>　　同理可得Y方向軸的直徑</p><p>　　在此L=最大行程+螺帽的長度/2+軸端預(yù)留量</p><p>　　=600+50+100=750（mm）</p><p>　　安裝方式固定+固定 查表：21

77、.9</p><p>　　把數(shù)據(jù)帶入公式（6-2）得</p><p><b>　　7.7（mm）</b></p><p>　　6.1.5 滾珠絲桿剛性系統(tǒng)計算</p><p><b>　　由初始設(shè)計條件：</b></p><p>　　失位為0.02mm（無負(fù)荷）</p&

78、gt;<p>　　在此設(shè)定滾珠絲桿系統(tǒng)的構(gòu)成元件（絲桿軸，螺帽及支撐軸承）的總變形量為0.006mm。此時滾珠絲桿系統(tǒng)組成的彈性變形量為</p><p>　?。?）絲桿軸的剛性：ks、彈性位移量：</p><p>　　絲桿會產(chǎn)生最大軸向變形處在位置為絲桿中央</p><p><b>　　（6-3）</b></p>&

79、lt;p>　　由圖可在將x=L/2代入公式（6-3）</p><p><b>　　圖6.1.5</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　其中Fa為滑動阻力，值為9.8N；計算結(jié)果如表所示</p><p>　?。?）螺帽的剛性：Km、彈性位移量：</p>

80、<p>　　以最大軸向負(fù)荷的1/3為預(yù)緊力</p><p>　　=/3=549/3=183N</p><p><b>　　，代入</b></p><p>　　在的條件下，加上沒有考慮的軸承剛性和考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性做 出以下選擇：</p><p>　　滾動絲桿軸徑：12mm</p><p&

81、gt;<b>　　導(dǎo)程：4mm</b></p><p><b>　?。?）壽命的校核</b></p><p><b>　　=22808（h）</b></p><p>　　大于設(shè)計要求的壽命20000h</p><p><b>　　許用回轉(zhuǎn)速度校核</b>&

82、lt;/p><p>　　13646(rad/min)</p><p>　　危險轉(zhuǎn)速為13646（rad/min）大于最大轉(zhuǎn)速9000（rad/min）,故安全。</p><p>　?。?）滾珠絲桿應(yīng)力計算</p><p>　　1.58×106N/m2</p><p>　　經(jīng)查手冊符合強度要求。</p>

83、<p><b>　　6.5 聯(lián)軸器設(shè)計</b></p><p>　　6.5.1 類型選擇.</p><p>　　為了隔離振動和沖擊，選用彈性波紋管聯(lián)軸器</p><p>　　6.5.2彈性波紋管聯(lián)軸器簡介</p><p>　　波紋管聯(lián)軸器是用外形呈波紋狀的薄壁管（波紋管）直接與兩半聯(lián)軸器焊接或粘接來傳遞運動

84、的。這種聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，加工安裝方便，傳動精度高，主要用于要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動精度較高的小功率精密機(jī)械和控制機(jī)構(gòu)中。波紋管的材料為銅合金（如錫磷青銅QSn6.5-0.5 ）和不銹鋼（Cr18Ni9Ti）。</p><p>　　紋管聯(lián)軸器由兩個轂和一個薄壁金屬管組成，它們用或焊接或粘結(jié)的方式連接在一起。盡管很多其它的材料可用，但不銹鋼和鎳還是最常用的金屬管材料。鎳管是用電沉積法完成的。這種方法首先要機(jī)加

85、工固體的芯棒，使其成波紋形，利用電鍍鎳在芯棒上，然后芯棒被化學(xué)溶解，從而得到鎳的波紋管。這種方法能控制波紋管壁厚的精度，并能得到比其他方法制作的波紋管更薄的壁厚。這種薄壁波紋管使聯(lián)軸器具有高敏感性和反應(yīng)迅速，使它成為理想的用于極小且精密的儀器應(yīng)用中。所以波紋管聯(lián)軸器有以下幾個特性： 　　</p><p>　　（1）、高扭矩剛性和卓越靈敏度 　　</p><p>　?。?）、免維護(hù)、超強抗油

86、和耐腐蝕性 　　</p><p>　?。?）、零回轉(zhuǎn)間隙 　　</p><p>　?。?）、順時針與逆時針回轉(zhuǎn)特性完全相同 　　</p><p>　?。?）、不銹鋼波紋管結(jié)構(gòu)補償角向軸向偏差 　　</p><p>　　（6）、常用與伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等聯(lián)接 　　</p><p>　?。?）、主體材質(zhì):鋁合金 　　<

87、;/p><p>　?。?）、安裝方式:頂絲固定型、夾緊固定型、脹套固定型</p><p>　　6.5.2 載荷計算</p><p>　　公稱轉(zhuǎn)矩：T=95509550</p><p><b>　　查課本,選取3</b></p><p><b>　　所以轉(zhuǎn)矩 </b></p

88、><p>　　因為計算轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩,所以查《機(jī)械設(shè)計手冊》選取BL-10-02型彈性波紋管聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩為1N·m</p><p><b>　　6.3 齒輪的設(shè)計</b></p><p>　　6.3.1齒輪材料，熱處理及精度</p><p>　　齒輪齒條都選用硬齒面漸開線直齒輪</p>&

89、lt;p>　?。?） 齒輪材料及熱處理</p><p>　?、?材料：高速級小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為小齒輪 280HBS 取齒數(shù)=24</p><p>　　齒條選用鋼正火，齒面硬度為齒條 240HBS </p><p><b>　?、?齒輪精度</b></p><p>　　按GB/T100

90、95－1998，選擇 7 級，齒根噴丸強化。</p><p>　　6.3.2初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸</p><p><b>　　按齒面接觸強度設(shè)計</b></p><p><b>　　確定各參數(shù)的值:</b></p><p><b>　　試選=1.3</b></p&g

91、t;<p><b>　　計算應(yīng)力值環(huán)數(shù)</b></p><p>　　N=60nj =60×3600×1×（2×8×300×5）</p><p>　　=5.184×10h</p><p>　　N= =2.59×10h </p><p

92、>　　查得：=0.93 =0.94</p><p>　　齒輪的疲勞強度極限:</p><p>　　取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,應(yīng)用公式10-12得:</p><p>　　[]==0.93×550=511.5 </p><p>　　[]==0.94×450=423 </p>&l

93、t;p><b>　　許用接觸應(yīng)力: </b></p><p>　　查得： =189.8MP </p><p><b>　　得: =1</b></p><p>　　T=9.55×=9.55×81.5/3600</p><p><b>　　=0.21N.m<

94、/b></p><p><b>　　6.3.3設(shè)計計算</b></p><p><b>　　齒輪的分度圓直徑d</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　計算圓周速度</b></p><p>

95、<b>　　計算齒寬b和模數(shù)</b></p><p><b>　　計算齒寬b</b></p><p>　　b==42.139mm </p><p><b>　　計算齒寬與高之比</b></p><p>　　模數(shù)mt=d1t/z1=72.139/24=3.005mm</p

96、><p>　　齒高h(yuǎn)=2.25 =2.25×3.005=6.761</p><p><b>　　= =10.68</b></p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　根據(jù),7級精度, 查手冊得</p><p>　　動載系數(shù)=1.07,=1,&

97、lt;/p><p>　　由，,查得: K=1.35</p><p><b>　　故載荷系數(shù):</b></p><p>　　按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑</p><p>　　d=d=72.139×=47.21</p><p><b>　　計算模數(shù)</b></

98、p><p><b>　　=</b></p><p>　　6.3.4 齒根彎曲疲勞強度設(shè)計</p><p>　　由彎曲強度的設(shè)計公式；</p><p><b>　　≥</b></p><p>　?。?）確定公式內(nèi)各計算數(shù)值</p><p>　　查手冊得齒輪的

99、彎曲疲勞強度極限；齒條的彎曲強度極限</p><p><b>　　壽命系數(shù) ,</b></p><p>　　計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4</p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K。</b></p><p><b>　　查

100、取齒形系數(shù)。</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　查取應(yīng)力校正系數(shù)。</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　計算大小齒輪的并加以比較。</p><p><b>　

101、　（2）設(shè)計計算</b></p><p>　　查課本由表10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù):</p><p>　　K=0.86 K=0.93 </p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4</p><p><b>　　[]=</b></p><p><b>