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压装机
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压装机系统机体设计
37页 17000字数+说明书+任务书+外文翻译+10张CAD图纸
任务书.doc
位移传感器.dwg
减速器.dwg
压装机图.dwg
压装机系统机体设计论文.doc
导套.dwg
导轨组件.dwg
工作台.dwg
手轮轴.dwg
机身·手柄.dwg
蜗杆.dwg
装配图.dwg
目录
摘 要I
AbstractII
第1章 概述1
第2章 课题的背景及意义3
2.1 衔铁组件压装的精度国内外发展状况3
2.2 压装系统的精度研究国内外发展状况4
2.3 本课题的主要内容：4
第3章 自动压装机机械本体的分析和总体设计6
3.1 机械本体的分析与设计6
3.2 机械本体的过盈力设计7
3.3 本章小结9
第4章 位移进给部分设计10
4.1 微位移进给部分的设计10
4.2 宏位移升降部分的设计12
4.3位移传感器作用及位置调整装置的设计13
4.4 本章小结15
第5章 导柱和压头部分设计16
5.1减速箱的设计16
5.2导柱锁紧部分的设计17
5.3压头夹持部分的设计18
5.4 本章小结19
第6章 工作台等部分设计20
6.1工作台导向部分的设计20
6.2 机身设计及其分析20
6.3 压装工装的分析与设计21
6.4步进电机选则22
6.5 本章小结24
结 论25
致 谢26
参考文献27
附录128
附录232
摘 要
在机械加工方面，要求衔铁组件具有很高的装配精度。因为衔铁组件各个零件之间采用的是过盈配合，所以需要借助压装机进行衔铁组件的装配。但现有的压装机的压装的成功率较低。更因为压装是衔铁组件加工的最后一道工序，一旦压装失败，则其所有零件都要被报废。所以研制新的自动化程度和精度都更高的压装机具有很重要的意义。
介绍了目前国内外精密压装机的发展概况。衔铁组件过盈配合的特点分析。并详细介绍了精密自动压装机各个部分的设计与研制。整个自动压装机系统由机械本体，压装工装、电路部分、压装控制软件以及系统台体五部分组成。本文主要研究机械本体部分。机械本体和压装工装是决定衔铁组件的压装能否达到精度要求的关键。
关键词 过盈配合；精密压装机；衔铁组件
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哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书 姓 名：李嘉楠 院 （系）： 哈尔滨华德学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 号： 10995122 任务起至日期： 年 月 日至 年 月 日 毕业设计（论文）题目： 压装机系统机体设计 立题的目的和意义：当今世界科技飞速发展，日益进步。生产力的不断的在被科技力量所提高。对比以往的设计基础上，对压装系统的机体进行改进。使压装机机体更好的实现压装运动的实行机构。应用控制柜是控制机，打印机继电气元件等载体来表现出压装机可以实现大、小压装的进程。可以电动和手动两种模式下互不干扰独立运行工作。做出更好的可以加工出高精度的优良压装机。 技术要求与主要内容： 1. 可以实现自动和手动2种模式的独立红做。 2. 完成规定的技术指标和相应的功能指标。 3.完成压装机机体的设计。 进度安排： 调研实习 整理相关材料 写日志 拟定设计方案 撰写开题报告，任务书 绘制结构草图 画出机体零件图，装配图 完成论文 整理设计材料 同组设计者及分工：指导教师签字_ 年 月 日 系（教研室）主任意见： 系（教研室）主任签字_ 年 月 日哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘 要在机械加工方面，要求衔铁组件具有很高的装配精度。因为衔铁组件各个零件之间采用的是过盈配合，所以需要借助压装机进行衔铁组件的装配。但现有的压装机的压装的成功率较低。更因为压装是衔铁组件加工的最后一道工序，一旦压装失败，则其所有零件都要被报废。所以研制新的自动化程度和精度都更高的压装机具有很重要的意义。介绍了目前国内外精密压装机的发展概况。衔铁组件过盈配合的特点分析。并详细介绍了精密自动压装机各个部分的设计与研制。整个自动压装机系统由机械本体，压装工装、电路部分、压装控制软件以及系统台体五部分组成。本文主要研究机械本体部分。机械本体和压装工装是决定衔铁组件的压装能否达到精度要求的关键。关键词 过盈配合；精密压装机；衔铁组件AbstractIn the mechanical processing requirements of armature assembly, high assembly accuracy. Because of the armature assembly between components is used in interference fit, so need pressing machine armature assembly. But the existing pressing machine for pressing the success rate is low. Because pressing is the armature assembly processing in the final process, once the press-mounting failure, then all its parts have been scrapped. So the development of new automation and precision are higher pressure assembly machine has very important significance.At home and abroad are introduced the development general situation of precision press. Armature assembly interference fit characteristics analysis. Introduced the precision of automatic pressing machine parts design and manufacture. The entire automatic pressing machine system is composed of machine body, Pressed tooling, Circuit part, Press control software and System platform is composed of five parts. This paper mainly studies the mechanical part. Mechanical body and pressing tooling is to determine the armature assembly can meet the precision requirement of pressing the key.Keywords Interference fit; Precision pressure machine; Armature assembly目录摘 要IAbstractII第1章 概述1第2章 课题的背景及意义32.1 衔铁组件压装的精度国内外发展状况32.2 压装系统的精度研究国内外发展状况42.3 本课题的主要内容：4第3章 自动压装机机械本体的分析和总体设计63.1 机械本体的分析与设计63.2 机械本体的过盈力设计73.3 本章小结9第4章 位移进给部分设计104.1 微位移进给部分的设计104.2 宏位移升降部分的设计124.3位移传感器作用及位置调整装置的设计134.4 本章小结15第5章 导柱和压头部分设计165.1减速箱的设计165.2导柱锁紧部分的设计175.3压头夹持部分的设计185.4 本章小结19第6章 工作台等部分设计206.1工作台导向部分的设计206.2 机身设计及其分析206.3 压装工装的分析与设计216.4步进电机选则226.5 本章小结24结 论25致 谢26参考文献27附录128附录232III第1章 概述 由于本课题要求设计出对压装工件达到高精度、自动化的压装机机体。所以对机体有总体设计然后进行主要零件设计制造。严格地讲，压装机是压力机的一种。压力机是一种通用性很强的机械加工装备，可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。不同于传统意义上的压力机所具有的广泛通用性，压装机更侧重于过盈配合的压装配。广义上讲，压装机是通过施加载荷实现零件间装配与拆卸的设备，其被广泛的应用在需要一定的过盈装配力、对装配精度有要求且须要自动化工作的零件部件装配中。压装位移控制精度和机体的刚度是压装机性能的重要指标，也是其难点。因为随着被压件特别是弹性零件间分的过盈段的增加及形变，压装力发生变化的同时压装位移因附加变形引入也会发生一定的偏差，导致位移控制的不准确；机身也会发生相应的扰曲，使其加载部位发生偏转。现在我国压装机多呈现出简易、结构原理单一、智能化程度低等特点。实际当中被压件种类繁多，对压装设备也不尽相同，所以特定领域的零部件装配一般会用专门的压装设备。由于电液伺服阀1是电液控制系统的核心元件，在航空航天，机械加工中领域广泛应用。而衔铁组件就是电液伺服阀中实现电信号与机械信号转换的关键部件。衔铁组件由衔铁、弹簧管、挡板和反馈杆四部分组成，还要具有很强的密封能力，防止阀体中的高压油泄漏到其中。由于衔铁组件所处的特殊位置，所以采用过盈配合的方式来达到密封的效果。过盈配合有三种装配方式，分别：为热装、冷装及常温压入。由于热装及冷装会改变衔铁组件的物理性能，即采用常温压入的方法来进行衔铁组件的装配。而且衔铁组件各零件的尺寸都较小，更适合采用常温压入的方法进行装配。由于衔铁组件在装配完成后要达到很高的位置及尺寸精度。所以需要更高精度，自动化的压装机来完成其加工。衔铁组件各零件之间必须保证精密的过盈配合才能保证可靠工作以及密封的的作用。在装配过程中，一次性压到反馈杆顶端和挡板顶端齐平为止。弹簧管与衔铁的配合压力装配到位的标准是衔铁两臂端上扁平平面到弹簧管底座的平行度以及尺寸精度达到要求。可以一次到二次完成压装到位。将压力压装好的挡板、反馈杆分组和弹簧管、衔铁分组进行综合压装。该步的主要要求是反馈杆的球头要与弹簧管的地面尺寸达到一定精度。此精度一般约为100m，压力压装要把分组件顶端压平即可。在实际中，弹簧杆与衔铁的加工制作费用超高，制造时间长，而在压装过程中出现废品率高的话会造成极大的经济损失。因此在在衔铁组件生产中，应对压装及其重视，应尽可能的在压装过程中满足最小精度，以达到更高的成品率。而压装机的性能作为其成品合格的重要一部分，所以研制出一套高精度的自动化的压装机迫切重要。第2章 课题的背景及意义2.1 衔铁组件压装的精度国内外发展状况衔铁组件自身精度对其压装精度造成的影响研究和专用衔铁组件压装系统的精度对衔铁组件的压装精度造成的影响研究。衔铁组件是电液伺服阀的重要组成部分。 液伺服阀典型示意图由于高精密的电液伺服阀常应用于国防，航天航空等关键领域，国家对该技术有一定的保密要求，所以国内关于衔铁组件精度研究方面的文献很少，只有极少涉及电业伺服阀加工制造工艺方面的文献。但其文献的年代较早，其讲述的加工工艺与现代加工工艺明显落后，实际上现代衔铁组件的加工工艺精度已经有很大改进。该文献只提及了电液伺服阀包括衔铁组件各零件的加工工艺方法及最终要求，对衔铁组件的压装也只提到了压力装配完成后的精度要求，并没有剖析影响衔铁组件装配精度的因素及各因素影响程度。国外一般的高精密的压装系统的控制精度可以达到10m以内，并且其针对压装过程中各种状况的估计，压装系统性能的分析及提高方面也做了不少的研究工作。可见其精密压装设备已经很先进，在衔铁组件的压装设备方面也有很高水平，对压装系统也应是早期就完成准备工作。2.2 压装系统的精度研究国内外发展状况 压装机按照使用分热动力源不同，国内的压装机一般可分为液压压装机、杠杆压装机、气压压装机、电动螺旋压装机等种类。液压压装机能够提供极大的压装力与高压装行程，对外部环境要求较低，常用在重大、大型零件的装配中。但其缺点也很明显：液压动力系统易产生油污，对环境影响比较严重；利用液压实现运动控制的精度较低，虽然有些人进行了一定程度的改进，但还是难以应用在高精密的零件压装中。杠杆压装机利用杠杆增力原理实现被压件的压装，其结构简单，设计容易与实现。但其体积较大，自动化程度低，已不适宜现代化的装配生产。气压压装机不会产生污染，自动化程度较高，但其速度与位移难以控制，常用在一些对压装位移控制精度要求不是很高，能够一次性快速度冲压装配的零件装配中。而电动螺旋压装机一般利用步进电机或伺服电机作为动力源，输出的转动经转换部件变为直线运动，进而实现对压装件的压装。该结构配合高级控制器后具有可控性强，控制精度高，体积小，无污染等众多优点。国内在此方面也有了一定的研究。 由于过盈装配在工业生产中的普遍存在，国外特别是工业发达国家，真对精密零件过盈装配研究已具有很高的水平，压装普遍采用的螺旋压装机，并大多实现伺服控制。 在压装智能化判断方面，有些系统采用了“压装力-压装位移”曲线变化来自动判断压装过程的正常与否；有些系统采用了高精度的压装监控系统保证压装的可靠；有些系统甚至采用了专门控制算法来精确控制压装过程。但是这些系统广泛应用于大批量的专业领域（如汽车制造，机械加工厂等），其很难适用于电液伺服阀中衔铁组件的压装过程。同时，对于国外专门应用于衔铁组件的设备以及工艺，从现有的文献中很难查到，这主要是因为为这些信息涉及到国防安全的缘故。2.3 本课题的主要内容： 本课题的主要目的是研制一台高精度的自动压装机，以实现对电液伺服阀衔铁组件过盈配合的自动压装，并提高压装的成功率。主要研究内容如下： (1)由电液伺服阀衔铁组件过盈配合的特点，对其进行正确压装需要满足的条件； (2) 提高压装机机械本体精度的措施； (3) 自动压装机机械本体的设计；第3章 自动压装机机械本体的分析和总体设计3.1 机械本体的分析与设计 根据分析以及该所提出要求，本文对压装机机械本体进行了设计。压装机机械本体大致可分为以下八个部分：微位移进给部分、宏位移升降部分、减速箱、导柱锁紧部分、压头夹持部分、位移传感器位置调整装置、工作台导向部分以及机身。1. 电动机 2. 微位移进给手轮 3. 减速箱 4. 宏位移调整手轮 5. 导柱 6. 压柱 7. 压头 8. 位移传感器 9. 工作台 图 3.1 压装机本体示意图如图 3-1 所示，电机 1 带动丝杠转动实现压柱 6 在导柱 5 内的的升起和下降，该运动也可以由安装在系统台体上的点动按钮来控制，还可以通过手轮 2 进行控制。压装过程中，通过手轮 2 可以实现微量进给运动，以实现更为精细的压装操作。压装也可由计算机控制自动进行。通过手轮 4 和齿轮齿条传动可实现导柱 5 的大距离快速升降，调整到位后可进行锁紧，以便适应不同工件对工作空间的要求，同时也显著提高了压装机的工作效率。在工作台 9 下安装力传感器，可以通过系统机柜上的数显表即时显示。压柱运动由精密导向模块来导向，由位移传感器 8 测量压装过程中的位移，通过设定可以给出压装到位的提示音。位移传感器在高度方向配有位置调整装置，可根据工件高度的不同将位移传感器调整到最合适的位置，从而保证位移测量的准确性。3.2 机械本体的过盈力设计 估算过盈配合零件装配所需的压入力是设计与判断冷压设备能力的关键工艺参数，甚至某些应用过盈配合较多的场合专门总结出了针对该场合过盈装配的压入力估算方法。为了保证相配合零件的过盈量在规定范围内，衔铁组件的各个零件是选配的。在基本尺寸相差很小的情况下，过盈量的大小决定了压装力的大小。所以在正确压装时，力-位移曲线的变化会在一定的范围。如果压歪了，则压装力会很快的增大，超出合理范围。所以可以由力-位移曲线来判断压装是否在正确进行。某所原有压装机进行压装时各个型号零件只给出一个压装力的最终限定值，由这个限定值判断衔铁组件的压装是否成功。这种判断方法存在很大的弊端。很多情况下，当压装力超过限定值时，相配合的两个工件已经被严重压歪，无法补救。本文所研制的压装机系统在压装过程中对压装力进行跟随监视，在每隔一定微小间隔的位置点上计算出该点所对应的压装力的范围，与测量到的该点所对应的压装力进行比较，判断压装力是否超出了合理范围。这样就能及早发现工件是不是压歪了，避免问题严重到无法补救的程度。 这就需要找到一个压装力估算的公式，并集成到控制程序中，从而由自动压装程序监视压装过程中的力值，对压装过程进行控制。参考相关研究文献3及机械设计手册中过盈配合设计的相关资料，圆柱过盈配合压入力估算公式的推导如下：结合面压强： (3-1) -配合的最大过盈量（mm）； - 接合直径（mm）; E - 被联接件材料的弹性模量（Mpa）.在结合面压强公式(2-1)中： (3-2) (3-3) (3-4) (3-5) 式中 V 被联接件材料的泊松比； 包容件外径（mm）； 被包容件内径（mm）。 压入力： （3-6） 式中 结合长度（mm）； 被联接件摩擦副的摩擦因数。 将本节的几个式子联立求得压力如下： （3-7） 从式(3-7)可以看出，当相配合的两个零件选定后，压入力 F 与结合长度成正比，即压入力随着压入深度的增大而增大。3.3 本章小结 机械本体系统的执行机构，信号采集及显示部分测量压装过程中力和位移的变化并传递给工控机，作为压装过程控制软件的输入；压装过程控制软件是整个系统的控制中枢，依托工控机强大的计算能力对采集到的力和位移数据进行处理，进而做出判断，通过控制步进电机对压装过程进行控制。分析了某些对压装能否成功有着直接影响的关键环节，叙述了研制的压装机的系统原理，为接下来自动压装机的研制打下了很好的基础，使自动压装机的研制有着清晰的路线可循。 第4章 位移进给部分设计4.1 微位移进给部分的设计 微位移进给部分是压装机的关键功能部件，压头由宏位移升降部分调整到合适位置后即由微位移进给部分驱动压头进给，进行精细的压装。压装机需要提供的是直线往复运动，需要提供的最大压装力是 6000N，如此大的力需要借助增力机构将原动机直接输出的力进行足够的放大才能实现。有两种选择，一种是螺旋机构，一种是液压传动系统。后者需要一整套完整的液压系统，电机带动液压泵将油箱的油变为高压油打入油路，并由液压阀控制液压缸的伸缩。与电机带动的螺旋机构相比，液压增力系统更为繁琐，所占用的场地面积也很大，而且更重要的是，液压系统无论密封做得多好，都肯定会有一定量的液压油的泄露，而某所的压装车间对洁净度有比较高的要求，故液压增力系统不合适。螺旋增力机构不仅结构紧凑，而且控制更为简便，只需要控制步进电机转动的步数及速度就可很精确的控制压头进给的位移和速度。 图 (4-1) 微位移进给部分结构示意图 螺旋机构分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构，滑动螺旋机构构造简单便于制造，但摩擦大，故启动力矩大，容易产生爬行现象，而在压装过程中爬行现象危害很大，是一定要着力避免的。而滚动螺旋机构，即滚珠丝杠，不仅传动精度高，而且启动力矩极小，启动时无爬行现象，还可以做到无侧隙或者进行预压，从而具有很高的刚度，这些都是压装过程中微位移进给机构十分需要具有的性能。该部分结构如图(4-1)所示。 虽然滚珠丝杠启动力矩极小，启动时无爬行现象，但压装过程中，随着压装力越来越大，也需要避免进给机构产生爬行现象。以衔铁与弹簧管的压装为例，衔铁的内圆柱面和弹簧管的外圆柱面不可能为绝对几何意义上的圆柱形，总有一定的形状误差存在，压装时两个圆柱面套在一起，相互挤压变形，则有的地方变形大，有的地方变形小，从而难免会产生这样的情形：压装中的某一时刻，随着压装力的慢慢变大，衔铁相对弹簧管的位置却没有改变，压装力继续积累，直到压装力积累的足够大了以后衔铁才开始移动，而过了衔铁与弹簧管相对之间的这个位置以后，推进压装所需要的力相比最高峰时又变小了。如果滚珠丝杠的刚度较差，在压装力最高峰时，滚珠丝杠积累了比较大的变形，而过了这个高峰位置，需要的压装力忽然变小，滚珠丝杠就会忽然快速地释放压装力最高峰时所积累的形变，使压装产生爬行现象，所以为了避免爬行现象产生，需要滚珠丝杠具有足够大的刚度。滚珠丝杠采用预紧的方法提高丝杠的刚度，调整预紧的方式有很多种，本文选用的台湾 ABBA 公司生产的 DFT02005-5 型滚珠丝杠，该丝杠采用双螺母垫片预紧方式，刚度为 735N/m。 图(4-2) 丝杠游动端支撑 一般情况下丝杠采用两端支撑，一端为固定端，一端为游动端。固定端由一对角接触球轴承通过套杯将丝杠一端固定到机身上，如图 (4-2）所示。游动端将一个深沟球轴承固定在丝杠上，而丝杠因为某些原因产生伸缩时，丝杠游动端带动轴承在轴承座里移动，防止丝杠受额外力的作用。本设计中，丝杠螺母连接的是压柱，而压柱限定在导柱内移动，所以可以将这端看做丝杠的游动支撑端。为了防止爬行现象的产生，需要的是整个微位移进给部分具有足够的刚度，所以不仅要求丝杠具有足够的刚度，还要求丝杠固定端的支撑座也具有足够的刚度。本文选择的台湾嵩阳工业股份有限公司的 MBK 型高荷重支撑座。该支撑座选用的日本 NSK 轴承，代号为 17TAC 47B，接触角为 60，非国内标准。该轴承因为经过了预紧，接触角也大，所以具有很大的刚度。支撑座的刚度与丝杠的刚度相匹配，也是 735N/m。4.2 宏位移升降部分的设计宏位移升降功能的原因有两个。一是提高压装的效率。压装机不仅要能够进行衔铁组件的压装，还要能够完成一些外形较大但精度要求不高的工件的压装。压装衔铁组件时不需要工人旋转手轮带动螺旋机构将压头调整到位，而衔铁组件尺寸通常都很小，相配套工装的高度也很低，所以减少压头移动的距离较长。宏位移升降部分可使压头快速的调整到位，显著提高了压装的效率。二是克服压装机压柱伸出过长使得压装精度降低的缺点。图 4-3 宏位移升降部分示意图如图 4-3 所示，导柱一侧加工有齿条，通过齿轮齿条机构可使导柱上下快速升降，调整到位并锁紧后再由滚珠丝杠带动压柱进给，进行压装。由于无论导柱移动到哪个位置，导柱与导套相嵌套的长度都是固定不变的，调整到位后压柱只需要伸出很短的距离就可以使压头接触到工件，所以克服了压装机压柱伸出过长使精度降低的缺点。4.3位移传感器作用及位置调整装置的设计 由于各个型号的衔铁组件的尺寸不一样，相配套的工装的高度也不一样，压装时为了使位移的测量在位移传感器的线性段内，需要根据不同的压装对象调整位移传感器的高度，故需要设计调整位移传感器高度的装置。 图 4-4 位移传感器调整装置示意图 如图4-4所示，位移传感器夹持在套筒上，旋转调整螺母即可调整位移传感器的高度，调整到位后通过紧定旋钮将高度固定。整个装置通过支撑柱安装在工作上。 位移传感器又称为线性传感器 电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，并且能把测量的数据上传计算机，生成数据库，利用先进的后处理软件对其进行数字化管理。任何一种传感器在生产出来以及使用一段时间后都必须对主要技术指标进行校准试验以便确定传感器的各项性能是否达到使用要求，即传感器的标定。传感器的标定有静态标定和动态标定两种。由于本自动压装机系统工作速度较慢，因此传感器只进行静态标定即可。本文所采用的力传感器的量程为 9800N。这么大的力在实验室现有的条件下无法找到合适的力标定装置。同时力传感器及与其相配套的数显仪表是由同一厂家提供的，故本文选择由供货方进行力传感器的标定，并出具标定证明。力传感器的精度要求为量程的 0.05%，即 4.9N（0.5kgf）。位移传感器的标定选择在其工作环境中进行，即借助位移传感器位置调整装置及工作台进行传感器的标定，其方法如图 4-3 所示。这样进行位移传感器标定的一大优点是消除了位移传感器夹持误差所带来的位移测量误差。因为位移传感器由其位置调整装置夹持后其轴线与工作台表面不可能是完全垂直的，而利用位移传感器本身的工作环境进行它的标定恰恰可以消除夹持所带来的位移测量误差。图 4-5 位移传感器标定示意图该位移传感器的测杆长度为 27mm，但其线性段量程只有 10mm，位于测杆中间某段，出厂时供货方把线性段的起始位置在测杆上刻线进行了标识。标定时，位移传感器调头进行夹持，调整位置使测杆恰好缩进到线性段起始点，然后将此位置紧定，并将数显仪表示数调节为 0。然后在测杆下放入 10mm量块，并调整数显仪表示数为 10。拿掉量块后再将数显表调零，放入量块后再将数显表示数调为 10。如此反复几次直到数显表示数不再变化。至此，位移传感器增益调节完成。接下来放入不同尺寸的量块对位移传感器的精度进行检验：标准量 块（mm） 0 1.3 1.5 1.7 6 8 10位移传感器值（mm） 0.000 1.303 1.504 1.705 6.0078.00310.000 位移传感器的精度指标为量程的 0.1%，即 0.01mm。该位移传感器完全达到精度要求。4.4 本章小结本章是将设计中关于位移的问题集中起来，逐步分析，并设计成型，为机体设计的重要组成部分，设计好了宏位移的进给并为接下来的设计辅助，并对机体设计有一些优化，对下面设计有一定借鉴意义。 第5章 导柱和压头部分设计5.1减速箱的设计本课题采用步进电机直接带动滚珠丝杠，中间没有减速机构，但手动压装时，必须采用减速机构。经过计算，减速比在 1:9 左右时比较合适。因为驱动滚珠丝杠所需要的最大力矩为 5N.m，则 1:9 的速比下，旋转手轮需要的力矩为 0.56N.m；而小波纹手轮的半径为 40mm，此时需要人工施加的力为 14N，在人工施力的合适范围内。如果采用齿轮减速，这么大的减速比则会使大齿轮尺寸过大，从而使得减速箱与整个压装机比起来大小很不协调，故选择结构紧凑的蜗轮蜗杆机构进行减速。 5-1减速箱示意图动丝杠旋转的动力源有两个，一个是步进电机，一个是人力，压装机工作时要根据实际情况选择合适的驱动方式。怎样在这两路传动链之间方便快捷的切换是本部分设计中的一个难点。本课题选择用单片电磁离合器实现这个功能，通过一个按钮控制离合器的通断电，从而方便的实现手动与电动压装的切换。图 5-2 减速箱结构示意图如图 5-2所示，离合器衔铁与蜗轮之间有一片弹簧片，弹簧片分别通过螺钉和铆钉固定到衔铁及蜗轮上，离合器基座里的磁轭通电时衔铁与动盘上的摩擦片吸合，从而可以使衔铁带动动盘进行旋转。图中轴通过联轴器与丝杠相连。由电机驱动进行压装时，离合器不通电，衔铁与动盘分离，电机轴带动轴旋转，由于蜗轮蜗杆的自锁特性，轴与蜗轮之间相对滑动，蜗轮并不转动。手动进行压装时，离合器通电，衔铁与动盘吸合，使得蜗轮通过衔铁与动盘连成一体，蜗杆带动蜗轮进行旋转的同时也使得动盘带动轴进行旋转，从而将动力从蜗轮传递到轴上。5.2导柱锁紧部分的设计 通过宏位移升降部分将压头调整到位后，需要将导柱与机身牢固地锁在一起后才能开始进行压装。如图 5-3 所示，该机构通过两重增力来进行牢固的锁紧。锁紧时，旋转锁紧螺杆，使锁紧套与锁紧滑块相互靠近，而锁紧套与锁紧滑块上加工有斜面，相当于斜楔，从而将导柱与固定在机身上的导套挤压在一起，靠二者之间的摩擦力来进行锁紧。该机构通过螺旋副及斜楔两重增力机构进行增力，增力巨大，保证了锁紧的牢固可靠。锁紧装制的应用，是保证被压件精度的一个必须装置，提高成品效率的一项保护措施。使压装机能加工出高精度的工件的套方法。在完成打压装进程后，仍需拧紧压装机机身侧壁的锁紧手柄以保证压装加载时导套相对于机身固定不动。若此时锁紧不可靠，则容易导致压装时导套打滑，出现压装力无法加载到预定值的状况，所以此处锁紧螺杆的摩擦锁紧面相对导套装配磨成圆弧面，且配备专门的加长管，起到保护锁紧面及保证施加足够的锁紧力的目的。图（5-3）锁紧机构示意图5.3压头夹持部分的设计 为克服本课题中压装机可能出现的压头夹持的缺点，对压头夹持部分进行了设计，力求在提高压头夹持精度的同时，做到压头装卸方便快捷。借鉴某些自动机床上刀具的装夹方式，本文采用弹性夹头进行压头的装夹37。弹性夹头一周开有等角度的槽，相当于由特定形状的钢条的一端沿圆周连接一圈而成，其径向受力时就向中间收缩，从而夹紧塞进其内孔的刀具。夹头后端锥面装入压柱的锥孔里，螺母上有与夹头前段外锥面相配合的内锥面，拧紧螺母时，螺母内锥面挤压夹头的前端锥面使夹头收缩，夹紧压头。 相较于原有压装机压头的持方式，这种夹持办法不仅压头的装拆更方便，而且精度也更高，因为加工压柱时，可使压柱内锥孔与其外圆柱面具有很高的同轴度，而且弹性夹头是工业标准品，不仅价格低廉，精度也很高。本文选用的 AA 级高精度夹头，夹持后，压头距夹头前端面 40mm 处的径向跳动在 3m 以内。 图 （ 5-4 ） 压头夹持示意图本课题选用了此种压头，来完成压装机体的设计。5.4 本章小结本章设计了离合器，从而确定了起可以自动使用也可人工操作两个工作方式。完成了压头的机体设计和紧锁部分的的关键设计，实现了简洁可靠的可行方案，为以后机器圆满运行而做好铺垫。努力设计运行可靠，工作稳定的压装机体。第6章 工作台等部分设计6.1工作台导向部分的设计本课题分析了压装机力传感器因其轮辐某些物理特性不对称而影响工作台表面与压柱进给轴线垂直度的缺点，本部分就是为了克服这个缺点而专门进行设计的。如图 3-9 所示，工作台下是一段高精度的导向圆柱，压装时即使力传感器因轮辐的不对称产生歪斜，但工作台因为导向段的缘故只能沿一个方向移动，不会随着力传感器歪斜，从而避免了压装机的缺点。图 6-1 工作台导引部分示意图6.2 机身设计及其分析 压装机机身是一个对系统压装精度有着很大影响的部件，尤其是机身的刚度，直接影响到压装能否正确进行。因此，相关行业的科研工作者就如何提高压装机机身的性能做了很多研究。其中，通过对机身进行分析来优化机身的设计是目前应用最为普遍的一个方法38-40。经过多种方案的充分论证，本文最终选择了 C 形机身。压装时机身要承受的力最大为 600kgf，如果机身刚度不足，则机身产生的挠曲变形会严重影响压装的精度。为了克服原有压装机机身刚度不足的缺点，本文重点对机身进行了静态分析，并对结构进行了优化，使刚度得到显著提高。采用该软件的分析模块 。分析模块之间是无缝连接，建好模型后直接调出其有限元分析模块即可对模型进行有限元分析。分析压装时机身的受力情况，将载荷施加在机身上端内圆柱面上，考虑最大载荷情况下机身的变形，载荷沿内圆柱面垂直向上，大小为 5880N；约束添加在机身底面上，限制底面的所有自由度。6.3 压装工装的分析与设计 衔铁组件装配完成后的位置度要求及弹簧管薄壁段的特殊要求。同时，衔铁组件各零件的尺寸都较小，这些都对工装的设计提出了苛刻的要求。如图 6-2所示，工装由两个半圆柱组成，由一个圆柱从中间劈开两半得到。两个半圆柱靠圆柱销进行定位，并由一个圆环箍紧在一起。装夹时，将弹簧管弹性段放到半圆柱上端的孔中，由凸起的圆环顶住弹簧管大端的下表面，以该下表面为定位面，并承受压装力，从而使得弹性段处于悬空的自由状态，不受任何力的作用。两个半圆柱扣紧后形成一个长方形的孔，该孔两侧面正好与弹簧管底座两侧面相贴合，而该孔的方向与圆柱上四个小立柱所形成的衔铁两臂的指向相垂直，从而保证了衔铁两臂轴线与弹簧管底座侧面的垂直度。同理，图中所示的长条状夹紧块插入方孔后，其上所开的长孔正好夹住反馈杆下端的两个工作平面，从而保证了该平面与弹簧管的位置度。该类型衔铁组件的压装顺序是：微压装反馈杆和挡板，然后将它们与衔铁压装在一起，最后压装弹簧管。第一步的压装比较简单，对工装没有特殊要求，而最为关键的第二步和第三步的压装都可由该工装完成。在压装机系统的方案论证阶段，对压装时如何保证相配合两工件的配合圆柱面的轴线重合提出了两种思路，一种是传统的思路，即由压装机机械台体和工装的精度来保证压装的精度，另一种是不要求机械台体和工装具有很高的精度，而是为工装设计某种自动调整机构，在压头接触到工件开始对工件施力时，工装根据受到的从工件传过来的力自动调整所夹持工件的姿态，使两个工件配合圆柱面的轴线重合，从而保证压装正确的进行。本文主要采用的是第一种思路，但对第二种思路进行了一定的探索性研究，在第一种思路没有完全达到要求时可将第二种思路的研究继续深入，经充分论证可行后进行实施。类似于夹具中的浮动结构，自适应调整工装对工件进行夹持的部分在工件受力后可根据受到的力自动调整姿态到正确位置。弹簧管由一个球面的浮动块夹持，该球面的球心在衔铁上表面的中心。这样，浮动块转动时，衔铁上表面只会转动，而不会有移动。因为某些原因，开始压装时压头进给轴线与工件配合圆柱面的轴线不重合，存在一定的夹角。当压头开始接触衔铁上表面对衔铁施力后，因为两轴线存在一定的夹角，力会首先作用在浮动块弹簧管夹持段上端的一侧，而不是平均作用在上端整个圆周上，如图中力 F 所示，这会对浮动块施加一个力矩，使浮动块转动，直到两轴线重合。这样，即使开始时因为机械台体和工装的原因使压头进给轴线与工件配合圆柱面的轴线并不重合，但压头在接触工件开始对工件施力后工装能自动调整所夹持工装的姿态使两个轴线对准重合，从而使压装正确进行。压头图（6-2）自适应调整工装工作原理图现实中工装要实现自适应调整功能还有其他一些因素要考虑，实现起来并不像原理中所阐述的那样简单，如弹簧管是两端粗中间细的结构，则工装中对它进行夹持的部分必须分成两半，这里就需要考虑这两半的结合问题如果结合不牢固，则浮动块转动时二者产生错位就会使压装无法进行，等等弹簧管由两个半锥瓣夹持后装入浮动块上的内锥孔里并压紧，使它们牢固地结合为一体，浮动块在受力后可在基座里转动，实现自适应调整功能。6.4步进电机选则步进电机选则型及其驱动控制的实现步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制执行元件，控制简单，且步距角误差不积累；在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数。根据步进电机的原理可将其分为三种类型。一是反应式步进电机，步距角小，运行频率高，价格较低，但功耗较大；二是永磁式步进电机，功耗较小，断电后仍有制动力矩，但步距角较大，启动和运行频率较低；三是混合式步进电机，它具备上述两种电机的优点，价格较高，目前应用最为广泛，本文即选择的这种类型的步进电机。 图（6-3反应式步进电机） 图（6-4）永磁式步进电机图（6-5）典型三相混合式步进电机一般步进电机的步距角误差为步距角的百分之几，完全能满足压装定位精度的要求。对压装定位精度有决定性影响的主要是步进电机的分辨率，其取决于电机步距角和驱动器的细分数。本文所选择的驱动器的细分能力完全能达到压装定位精度的要求。负载能力方面，由于压装时电机运行在很低的转速下，所以电机负载计算时可以忽略对电机动态方面的要求，主要考虑保持力矩能否达到要求。经过计算，压装时电机需要提供的最大转矩为 5N.m，选择安全系数为 2，则需要电机的保持力矩为10N.m。经过综合比较、筛选，本文选择的 110BYG350-130 三相混合式步进电机，固有步距角为 0.6/1.2，保持力矩为 12N.m。相配套的驱动器为 3HB2208步进驱动器，是基于 DSP 控制的三相步进电机驱动器。它是将先进的 DSP控制芯片和三相逆变驱动模块结合在一起所构成的新一代数字步进电机驱动器。该驱动器内部采用类似伺服控制原理的电路，此电路可以使电机运行平稳，几乎没有震动和噪音，设有 16 档等角度恒力矩细分，定位精度最高可达60000 步/转。步进脉冲停止超过 1.5s 时，线圈电流自动减到设定电流的一半。实际应用中，步进驱动器只需要关键的两路数字量输入信号，一路为脉冲信号，通过控制脉冲信号的个数控制步进电机转动的角度，通过改变脉冲的频率控制电机转动的速度；另一路为方向信号，控制电机转动的方向。3HB2208 步进驱动器所有输入信号均经过光电隔离，大大提高了电机控制系统的工作稳定性和可靠性。该驱动器要求输入控制信号的电平为 5V，并要求提供控制信号的电流驱动能力至少为 15mA。压装机系统要求既能通过工控机软件控制步进电机进行自动压装，又能由点动按钮控制步进电机的转动，所以本文选择北京华控技术有限责任公司生产的 HY-6120 型数字量输入/输出板来产生步进驱动器的两路控制信号，并接收点动按钮的控制信号。该数字量输入/输出板的驱动能力完全能满足步进电机驱动器对输入信号的要求。6.5 本章小结根本章着重将这些分析的结果应用到了压装机机械本体和工装的设计中，详细阐述了机械本体各个部分以及工装的设计过程，并通过机身的分析对机身的设计进行了优化。最后陈述了自适应调整工装探索性研究的一些有益成。结 论 本课题根据我国航天领域生产实际的需要，在充分借鉴该领域国内外现有技术的基础上，研制了一台电液伺服阀衔铁组件自动压装机，现将主要工作总结如下： （1）深入分析了电液伺服阀衔铁组件过盈配合的特点,现有压装机压装成功率不高的原因。在此基础上，总结了对衔铁组件进行正确压装需要满足的条件和提高压装机机械本体精度的一些措施。 （2）对压装系统进行了整体设计，将其分为机械本体、压装工装、电控系统、压装过程控制软件以及系统台体五部分。 （3）进行了压装机机械本体和压装工装的设计，详细阐述了机械本体各个部分以及工装的设计过程，克服了原有压装机压装精度不足和压装效率较低的缺点。此外，还对自适应调整工装进行了一定的探索性研究，开拓了衔铁组件压装的新思路，对降低压装机的制造难度有一定的借鉴意义。 （4）压装过程中需要实时测量压装的力和位移，为压装的成败及压装控制提供依据。本文根据衔铁组件压装的特点，研制了一套符合衔铁组件压装要求的电控系统，包括传感器信号的采集及显示和步进电机的控制两部分。传感器的输出通过数显仪表进行显示，不仅具有很高的精度，还可以设定其极限值，超过时报警提醒操作者。通过本次课题设计使我更好的掌握设计的基本知识。让我学到了产品设计的合理过程。在今后的学习和工作中打下了良好的基础。致 谢 在本文即将完成之际，谨向所有给予我关心、帮助和支持的老师、同学们致以我最真挚的谢意。在这几个月的毕业设计中偶苦闷，有希望，欢笑，但是最后还是有丰厚的收获。首先，感谢我的导师邵东向老师，他严谨的治学态度、务实的态度、广博的学识和忘我的工作作风是我效仿的榜样。无论在毕业设计中遇到什么样的问题邵东向老师都会耐心地给我讲解和指导。邵东向老师广博的学识、勤恳的作风，以及忘我的工作精神使我受益终生。所以，在这里我向邵东向老师致以我最真挚的谢意。此外感谢各位老师在生活上给予的帮助，向各位老师表以最高的敬意和由衷的感谢。然后是在一起愉快的度过研究生生活的各位师兄以及同窗学友，正是由于他们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。最后，非常感谢我的父母，是他们无私的帮助和温暖的亲情一直鼓励着我前进，在我遇到困难的时候，家庭的温暖总能给我无穷的力量。在此，向我的亲人表示深深的感谢！ 参考文献 1 任光融，张振华，周永强.电液伺服阀制造工艺M.宇航出版，2000， 2 李嘉才，王华.弹塑性过盈配合的实验研究J.试验技术与试验1997，37（34） 3 郭爱贵，范为民，孙伟. 基于有限元法的过盈配合接触特性分析J. 成组技术与生产现代化，2009，26（4）： 4 冯登泰，马柳崑. 轴同孔的过盈配合研究J. 中国铁道科学，1988，9（1） 5 王立志，李元伶. 数控轮对自动压装机研制J. 铁道技术监督，2009，37（6） 6 赵静一，张齐升，王智勇. 卧式轮轴压装机新型液压系统研制及可靠性分析J. 燕山大学学报，2004，28（5） 7 钟大斌，李承德. 5 兆牛卧式轮轴压装机液压系统改进J. 锻压机械，1993，（1） 8 浙江三花制冷集团有限公司. 监控压装力和位移的伺服压装机P. 中国：2007100681084锻压机械，2008-10-22 9 李宇成，吕军民. 轮轴压装机监测控制仪的研制J. 北方工业大学学报，2005，17（1） 10 郑元荣. 过盈配合件装配力的估算J. 机械工艺师，1992：27-28 11 赵锁宗，张富. 轮轴压装的过盈量与压入力的研究J. 铁道学报，1989，11（4） 12 李宝明. 机床爬行问题与消除方法J. 煤矿机，2007，28（4）；185-18636 郑纯彪. 抑制低速部件爬行的研究J. 五邑大学学报，1990，4（2,3) 13 郝静华. 弹性夹头自动定心装置与夹紧力的计算分析J. 工具技术，2010，44（11） 14 杨林，王晓光. LabView 控制步进电机J. 电气传动，2004，（5）附录1Machinery manufacturing industryMachinery manufacturing industry to engage in all kinds of power machinery, lifting the transport machinery, agricultural machinery, metallurgical and mining machinery, chemical machinery, textile machinery, machine tools, tools, instruments, meters and other machinery and equipment manufacturing industry. Machinery manufacturing industry to provide technology and equipment for the entire national economy, its development level is one of the main symbols of national industrialization level. Mechanical manufacturing and automation technology closely related. Machinery automation technology development and application of the mechanical manufacturing industry technological innovation, technological progress and the main means and the technology development direction. How to develop machinery. Automation technology from four aspects. Mechanical automation, mainly in machinery manufacturing industry in the application of automation technology, realize the processing object continuous automatic production, optimize the efficient automatic production process, to speed up the production of input processing transform and flow velocity. Mechanical automation technology application and development, machinery manufacturing technology, a major means of technological progress and technology development direction. Mechanical automation technology level, not only affect the development of machine manufacturing industry, but also to the various departments of national economy technical progress is very direct influence. How to develop Chinas machinery automation technology, we should seek truth from facts, everything from Chinas specific national conditions, do a good job in the basic work of China, go the road of development of mechanical automation techniques.Combined with the actual production, pay attention to practical development of mechanical automation techniques. Advanced manufacturing technology all the true meaning lies in application. The development of mechanical automation technology, in enterprises production and the development of the actual needs and specific requirement oriented. Only on the right products used with suitable automation mode of production, so we can get good technical and economic benefits and social benefit. The development of our country mechanical automation technology, should combine theory with practice, pay attention to practical, which produces to national economy actual benefits. The blind do automation, automatic line approach, annual to produce the job only 12 months to finish the low loading rate of production is also to tend to the national economy should be corrected, do not produce significant promotion, inefficient to slow up. We want is a benefit, not only is the speed.Development of less investment, quick and low cost automation technology. Development of low cost automation technology, potential is great, perspective is wide, investment province, get effective fast, improve the degree of automation, can receive the twice the result with half the effort effect to the economy, for our country present stage development needs and characteristics. Nineteen ninties the United States Massachusetts Institute of Technology presented the lean production mode LP ( Lean Production ), is with the smallest investment, obtain the biggest yield of specific performance. Draw lessons from abroad to develop mechanical manufacturing industry low cost automation technology experience is useful. China machinery manufacturing enterprises have a large number of common equipment, in the development of modern automation technology, should be based on the original equipment, reasonable adjust machine layout, add a small amount of numerical control equipment, introducing CAD/CAM technology, give full play to the advantages of computer automation management and human creativity, together constitute a people-centred, to information and automation for the pilot, establish independent unit production system, for Chinas machinery manufacturing industry the development of automation technology application provides a small investment, quick effect, high efficiency, accord with our country national condition the machinery automation technology development and application of new way. Universal machine partial automatic modification has important significance. In our country in future for low cost, convenient repair universal machine is needed or not declined sharply, because a majority of the market town and township enterprises, such as the small factories, laboratories, large enterprises tool workshop.Combined with Chinas national conditions, the development of the modern mechanical automation techniques. Realize the mechanical automation is by elementary to advanced, from simple to complex, from imperfect to perfect the development process. When the mechanical operation of the automatic controller, mode of production from the mechanization gradually transition to the mechanical control ( traditional ) automation, digital automation control, computer control automation. The only established automatic chemical plant, production process to be fully automated, can make the productivity improving, automation to achieve the advanced phase. China realize the mechanical automation technology is a long-term process, impossible accomplish at one stroke. At present, China machinery manufacturing industry with the world advanced level also has level sex difference. In our country the national condition, common development and application of computer integrated manufacturing system for office automation or automatic , does not have the necessary basic technology, experience and ability to invest. Accordingly, want common development overall automation or highly automated CIMS technology, must discreet act. And comprehensive automation or highly automated CIMS technology also is not our country mechanical manufacturing industry is a pressing matter of the moment, can only be classified as mechanical manufacture and automation technology is the main direction of development. Should develop the mature technology of the mass production automation technology. The present stage of our country, in the product a large number of similar products continuous flow cutting production, automation equipment still is a semi automatic machine, automatic machine, the combination of machine and automatic line, consisting of rotating parts processing automatic line. In large quantities of casting, forging, stamping, welding, heat treatment and assembly production, using a rigid automation ( automatic single machine and automatic line ) is reasonable and feasible, can obtain better economic benefits; to breed a batch production, should be employed by rapid adjustment device consists of the section or group line replaceable modular machine tool, spindle box of automatic line, short line and composite manufacturing unit, realizes the automatic group; and the single and small batch production, we should promote group technology proceed with, the proper development of the numerical control machine of entertainment or processing center, to establish some flexible manufacturing unit FMC ( Flexible Manu- facturing Cell ), can be obtained better economic effect. As a developing country, considering all the technological problems of the premise must be used. Chinas absorption of foreign flexible manufacturing system ( Pseudo- FMS ), is to ensure that the necessary production flexibility under the premise, optimization of man-machine interface, without excessive pursuit of automation, as far as possible to establish perfect information system, fully developed computer management benefit. The system of advanced automation equipment and general equipment system coexist, certain link allows the artificial intervention. This is a typical combined with national conditions, the implementation of guidelines for advanced automation technology solutions. Our country present in the digestive respiratory, together international useful automation technology on the basis of the theory, should accomplish hard from the mechanical manufacturing industry of our country s actual situation, development innovation, formed with the national characteristics of the development of automation technology theory and doctrine, as computer technology flexible automation technology research and development, in order to apply for premise what, need solves what, to obtain practical experience of application. Development and application of mechanical automation technology, to be caught solidly automation technology application project based work and from actual application, both to the development of the host, also supporting the development of automation components and control system. Programmable controller, sensor, microprocessor, a variety of new cutting tool, control system and software system, the computer will be henceforth the main technical base of mechanical automation. Study on the production of a large number of excellent performance, high automation level of mechanical and electrical products is the development and application of automation technology. Automated production, the system structure, mass, volume, rigid and the patience of aspects of modern mechanical automation technology has an important impact, mechanical technology should use other high-tech to update, and adapt to the modern machinery automation technology development; automatic production, machinery manufacturing system automatic control, automatic detection of servo system, the operation is essential to application of microelectronic technology and automatic control theory; automated production, information exchange and processing, access, operation, judgment and decision making are not to be used in computer and information processing technology. In short, Chinas machinery manufacturing industry development and application of automation technology, not only to the high starting point, aimed at advanced world level, and must include a variety of flexible low cost, quick automation technology,
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