家电喷漆机的设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 本  科  生  毕  业  设  计（论文）  （        届）  题     目：    家电喷漆机的设计        学生姓名                            学   号                            专业班级                            系名称                            指导教师                            年     月    日  需要购买对应 纸  咨询 14951605 I 目  录  1 绪论  . 1 究背景及意义 . 1 漆机的作用及基本结构概述  . 1 内外研究及发展现状  . 2 2 总体方案设计  . 3 漆对象及工艺要求  . 3  案分析  . 3 案一：框架式机构  . 3 案二：门式机构  . 3 案三：旋转横杆式机构  . 4 体方案确定 . 4 3 横向结构设计  . 5 轨的选型与计算  . 5 机的选择  . 6 冲当量和步距角  . 6 进电机上起动力矩的近似计算  . 7 定步进电机最高工作频率  . 7 步带传动的设计  . 7 步带传动设计计算  . 7 同步带的设计  . 9 步带轮的设计  . 10 轮支撑及张紧装置设计  . 10 4 纵向结构设计  .轨的选型与计算  .机的选择  . 13 机轴的转动惯量  . 13 机扭矩计算  . 13 步带传动的设计  . 14 步带的设计  . 14 步带轮的设计  . 15 动系统刚度分析  . 15 作台不出现爬行的刚度  . 15 量进给的灵敏度的刚度  . 16 需要购买对应 纸  咨询 14951605  其他结构及附件设计  . 17 台同步升降机构设计  . 17 杆螺母副设计  . 17 传动设计  . 17 作台设计  . 18 盖开启支撑设计  . 19 转销 . 19 弹簧选用与连接  . 19 压设备与喷枪 的选定  . 20 压泵 . 20 压器 . 20 滤器 . 20 压软管 . 20 枪  . 21 6 控制系统设计  . 22 件系统组成 . 22 件系统的设计 . 23 制系统的控制流程  . 23 制系统的程序流程  . 23 总  结  . 25 参考文献  . 26 致  谢  . 27 需要购买对应 纸  咨询 14951605 要： 家电喷漆机 主要用于 家电的表面喷漆 ，也就 就是将 涂料喷 射到 家电 表面以达到 装饰 目的，具有 喷涂均匀， 成本低等特点。  本文主要针对 家电喷漆机 的机械结构进行设计 。 首先，通过对 家电喷漆机 结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了 家电喷漆机 的总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 图软件绘制了 家电喷漆机 总装图及主要零部件图，并采用三维设计软件构建了其三维模型以便直观的观察其结构。  通过本次设计，巩固了 大学所学专业知识，如：机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用 图软件，对今后的工作 与 生活具有极大意义。  关键词 ： 家电喷漆机 ，结构，设计  需要购买对应 纸  咨询 14951605 is it is to In of by of on of a of to a 3D in to of is of be to of 要购买对应 纸  咨询 14951605 1 1 绪论  究背景及意义  近年来， 家电 制造业在我国的高速发展促进了工业机器人的发展。自从 2000 年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响，我国 家电 工业的发展进入了一个历史性的高速增长期。家电 需求量飞速增长，人们对 家电 质量的要求也在不断提高。在这种局面下，国际 家电 巨头纷纷进入中国市场并不断扩大原有生产规模，国内 家电 自主品牌生产厂家也纷纷加大 研发和投资力度，由此可见在未来几年，我国的 家电 生产量仍将持续增加，各种新型 家电 也会大量出现， 家电 工业对工业机器人等自动化 家电 生产装备的需求将会不断增加，但竞争也会更加激烈。  家电表面 涂装是 家电 制造中最主要的生产工艺之一，它不仅能够提高 家电 产品的耐蚀性，延长 家电 使用寿命，它还最直接地体现了 家电 外表面颜色、光泽和亮度等质量的优劣，是人们对 家电 质量最直观的评价 ， 所以它对 家电 市场竞争力有着最直接的影响。  家电喷漆机 因其喷涂质量好，喷涂表面质量稳定，工人劳动条件好，能降低动力消耗，价格适中等特点深受中小规模 家电 涂装线 青睐而广泛被采用。  漆机的作用及基本结构概述  喷漆机其实就是喷涂机，使用原理都一样将涂料分散成雾状喷涂于被涂物表面的一种涂装设备。   图 1漆机  喷漆机是人们对喷涂机的一种俗称。喷涂机是一种喷漆机的专业术语，但它与喷漆房、喷漆室是不相同的。喷漆房，喷漆室是一种为工件喷涂而设计制造的一个大型房间   喷漆机及配件的类型很多：有喷枪，涂胶机，电弧喷漆机，高压无气喷漆机（如 电动喷涂机），双组份喷漆机，喷漆枪，空气喷枪，气动式双隔膜泵，自动搅拌压力输送桶，静电喷粉设备，新型喷粉设备，火焰粉末喷漆系统等等。有些落后设备渐渐被新型喷涂机所替代。就拿现在的新 型喷涂机来说，它跟过去传统的喷漆方法有着质的不同。   传统的喷涂机是利用压缩空气将油漆涂料雾化，其涂料的喷速一般为 10 米 /秒，如此快的喷速导致涂料的过量喷涂和严重的反弹现象，并带回大量的油漆分子造成涂料的四散飞扬，这样不仅浪费了大量的涂料，又对空气造成严重的污染，同时涂层表面容易出现瑕疵的现象。由于喷涂时反冲力很大涂料不易附着在工件的角落里和边缘上，因此要多喷上一些时间，造成附近的表面出现流挂现象。  而无气喷涂很容易获得厚度为 30 微米的涂层，相对节省涂料 20无气喷涂需要购买对应 纸  咨询 14951605 2 机是利用特殊的电动、气动或其它动 力驱动高压泵使油漆涂料形成 150 350Kg/高压，通过特殊形状和结构的无气喷嘴瞬时喷出，形成极细的扇形雾状，其涂料的喷速为  /秒。所有的涂料快速的喷到涂层表面而没有反弹和飞溅现象，这样不仅节约了 40%的油漆涂料，而且漆雾几乎没有，可不带口罩进行实地喷涂作业，因此减少了污染，起到保护环境的作用。由于高压的作用效率比传统喷涂机提高 10 50 倍，喷涂速度高达 200 600 平方米 /小时，不仅可确保涂装质量，也可大大缩短和保证涂装周期。涂层质量光亮平整。同时可以喷涂高粘度涂料，还可以节约稀料或在喷涂时 不加稀料，无气喷涂喷涂一遍即可达到 薄涂层，甚至是 1 2为无气喷涂没有反弹力在喷涂角落和边缘时容易进入到角落里和边缘上，使其得到均匀光亮平整的涂层。由于其涂料雾化机理是依靠涂料自身的高压力形成为雾状，雾化状态的涂料不含压缩空气，所以称为无气喷涂。  内外研究及发展现状  喷漆机 在国外是一项较成熟的技术，已经有三十多年的研究和发展历史。较早运用该技术的有美国的 司、德国的 司、美国的 司等，对机器人和印刷业的发展产生过深远的影响。随着 喷 漆机 的技术不断创新，喷涂精度空前提高，在世界发达国家 喷漆机 得到了广泛的应用。著名的国外 喷漆机 厂家有瑞士和瑞典的 日本的安 司，同时德国的 司、日本的 司以及美国的 司均有生产 喷漆机 。同时还有很多小的生产企业，如瑞士金马股份有限公司生产和研发的静电粉末喷涂设备。到目前为止 司是世界领先的喷涂自动化供应商，在全球范围内供应 喷漆机 ，在 喷漆机 领域以及相关的喷涂技术领域都具有丰富的经验与技术，因此  喷漆机 在全世界被广泛的采用。  在国内， 喷漆机 的研究始于 上世纪八九十年代，最早开始 喷漆机 研究的是北京机械工业自动化研究所机器人中心，从七十年代初就开始了工业机器人及其应用的研究，一方面做为我国工业机器人行业归口单位，长期代销国外的 喷漆机 ，同时在国外 喷漆机 的基础上开展研究，并研发周边技术，在 喷漆机 产品中先后开发出 列电液伺服 喷漆机 1、 1A、 列电动 喷漆机 500、  600 等。近年来由于国内汽车制造业和大型的机械制造业的发展和需求，我国的许多汽车厂家和制造业公司也正在开发和研究适合自己的 喷漆机 。同时许多国外知 名 喷漆机 厂家纷纷与国内企业合作或者在国内设立分公司。如 国内首钢合作，生产和研发喷涂等工业机器人； 在中国的上海和北京设立分公司，主要销售喷涂和非喷涂两类工业机器人。到目前为止， 喷漆机 己成为国内市场上最多的工业机器人之一，但国内自主研发和生产的 喷漆机 一般工作不够稳定，机器人重复精度低，使用寿命短，喷涂质量不理想，至今还未成功应用于汽车车身喷涂生产线。国内使用 喷漆机 的汽车制造厂家基本上都是采用国外的 喷漆机 ，并且很多是照搬国外整条生产线，却普遍存在消化难、维修难、升级难等问题，从而难以真正发 挥设备的作用，也有少数企业采用人工半自动喷涂，喷涂产品的质量难以保证，工人劳动强度大，而且涂料对人体健康有很大的损害，因而开发适合于国内生产实际的高精度的 喷漆机 系统显得非常迫切和必要。  需要购买对应 纸  咨询 14951605 3 2 总体方案设计  漆对象及工艺要求  喷漆对象：家电  通过调查发现我国的家电多为规则的方形结构，其尺寸大多不超过如下尺寸：  长 宽 高 1000000500 工艺过程 ：  先喷顶面，再依次喷涂正面，右侧面，背面与左侧面。在每个工作面上的喷面漆过程为折返扫描式喷射，如图所示。  图 2 喷射轨迹  案分析  在目前国内外的喷漆机中，爬壁机器人是较先进的一种，家电的尺寸较小，不适合采用爬壁机器人。本设计提出以下三种方案，它们各有优缺点，下面进行分析比较。  案一：框架式机构  如图所示，本方案采用框架式机构，喷枪在盘架上做 x 向与 z 向水平运动，同时盘架在坚杆上作 y 向上下运动，这种机构设计思路简单，控制方便，但是占地面积大，耗材非常多，移动不便利，不便使用。  案二：门式机构  该方案较方案 (一 )作了较大改进，也更具有可行性。本方案采用门式机构，如图 1 所示  ,自动喷漆机机械系统由主 车行走机构、喷枪往复机 (分顶部、左、右侧三部分 )两部分组成 2 。  主车行走机构，防爆电机通过减速箱直接驱动龙门架，行走时 4 轮可完全接触在轨道上，运行平稳，无级调速，无抖动、跳动现象。  喷枪往复机构，此机构喷枪分别固定于顶部、左、右两侧复机构上，始终保持在最佳喷涂距需要购买对应 纸  咨询 14951605 4 离，并由电控系统确定喷涂点的设定，在高速往返行程中开合与关闭喷枪 (在喷涂范围内开，超出喷涂范围关 )。  案三：旋转横杆式机构  采用如图示旋转横杆，喷枪机构在横杆上做水平 x 向及 z 向运动，横杆通过旋 转机构在竖架上旋转，同时移动底盘整体运动。本方案结构简便，控制方便，但是旋转机构的转向控制比较复杂。  体 方案确定  由上面 三 种方案的工作过程及性能，可以作出比较，见下表：  表 1  方案比较  优点  缺点  方案 1 控制简单，操作方便  体积大，不便使用  方案 2 结构比方案 1 简单  多喷头，不便控制  方案 3 结构简练，便于控制  部分机构工能浪费  由上表分析，最终确定采用方案 3。 如下图所示，该家电喷漆机由喷漆器、横向移动系统、纵向移动系统、平台升降机构、箱体、箱盖等组成。其中：  横向移动系统：由步进电 机带动同步带轮旋转，带轮旋转时带动同步带移动，喷漆发射器通过螺钉与同步带固定于一体，喷漆发射器在同步带的拉动下左右移动。  纵向移动系统：由步进电机带动同步带轮旋转，带轮旋转时带动同步带移动，横梁通过螺钉与同步带固定于一体，横梁在同步带的拉动下前后移动。  平台升降机构：通过手柄摇动主动螺杆旋转，四根螺杆通过链轮、链条链接从而同步旋转；螺杆旋转时再螺母的导向作用下上下移动，从而带动平台升降。  图 2电喷漆机总体方案  需要购买对应 纸  咨询 14951605 5 3 横向结构设计  轨的选型与计算  根据给定的工作载荷 估算的   算导轨的静安全系数 0/P，式中： 导轨的基本静额定载荷， 作载荷 P=z+W)；  般运行状况 )， 动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：  因系统受中等冲击 ， 因此取   ,0 . 5 ( )O S L X  Z X YC f  Wx Z   S L  S L  0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 7 1 . 5 8 ) = 1 3 3 5 . 7 9  0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 5 5 . 2 ) = 1 3 2 7 . 6  f P = 4 1 3 3 5 . 7 9 = 5 3 4 3 . 1 6  f P = 4 1 3 2 7 . 6 = 5 3 1 0 . 4 N根据计算额定静载荷初选导轨 :选择汉江机床厂 列滚动直线导轨 ， 其型号为 : 基 本结构及参数如下 : 导轨的额定动载荷 17500 N 需要购买对应 纸  咨询 14951605 6 依据使用速度 v（ m/初选导 轨的基本动额定载荷 (算导轨的工作寿命  额定行程长度寿命 : ()H T C f f CS        20004 500 1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50 C f f 331 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( ) 5 0 ( ) 1 4 2 4 0 9 . 5 8H T C f f CS  k m 导轨的额定工作时间寿命 :  3102S 3 31021 4 2 4 0 9 . 5 8 1 0 4 9 4 4 7 7 1 5 0 0 02 0 . 6 4 6 0h T h 导轨的工作 寿命足够 . 导轨的静安全系数：  0 4 . 2 1 . 1 63 . 6f P 安全系数； 0C ：基本静额定负载； P ：工作载荷  导轨寿命计算：  3( ) 5 0 7 4 8f  m K 机的选择  冲当量和步距角  已知脉冲当量为 1m/步距角越小，则加工精度越高。初选为 倍细分）。  需要购买对应 纸  咨询 14951605 7 进电机上起动力矩的近似计算   电机起动力矩：  12M M M式中 : M 为滚珠丝杠所受总扭矩  外部负载产生的摩擦扭矩，有 : '1 / 2 ( ) d t g =92=m 内部预紧所产生的摩擦扭矩，有：  2 /2a o  F P  式中 : K 预紧时的摩擦系数， 导程， 4 预紧力，  有：  a=1600=640N 故根据式： m 齿轮传动比公式为： i=(360p) 故步进电机输出轴上起动矩近似地可估算为：   / i =360Mp /中 : p = M= M 2= =q= 根据式： 60m  因 为电机为五相运行 )。则步进电机最大静转矩 q/m 定步进电机最高工作频率  参考有关数控 家电喷漆机 床的资料 ， 可以知道步进电机最高工作频率不超过 1000 根据以上讨论并参照样本 ， 确定选取 步进电机，该电机的最大静止转矩为 m，转动惯量为 235g/步带 传动的 设计  步带 传动 设计 计算  （ 1）电机额定输出功率估算   = 2）确定计算功率  电动机每天使用 24 小时左右，工作情况系数 计算功率为 :  3）小带轮转速计算  需要购买对应 纸  咨询 14951605 8 m  （ 4）选定同步带带型和节距  由同步带选型图 以看出，由于在这次设计中功率转速都比较小，所以带的型号可以任意选取，现在选取 H 型带，节距  图 步带选型图  （ 5）选取主动轮齿数 1z  查表 4道小带轮最小齿数为 14，现在选取小带轮齿数为 41。  （ 6）小带轮节圆直径确定   1 = 表 4小带轮最小齿数表  （ 7）大带轮相关数据确定  由于系统传动比为 1:1 ，所以大带轮相关参数数据与小带轮完全相同。齿数 292 z ，节距 需要购买对应 纸  咨询 14951605 9 （ 8）带速 v 的确定    （ 9）初定周间间距  根据公式： )(2)(1021  得： 63232 0  现在选取轴间间距为 600 （ 10）同步带带长及其齿数确定  0L = 22 0 a ( 21  ) = 2/) = 11）带轮啮合齿数计算  有在 本次设计中传动比为一，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即 20。  （ 12）基本额定功率 0P 的计算  1000 )(20a 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 4以知道  m=m 所以同步带的基准额定功率为 ： 0P =1 0 0 0   0 0(2 = 13）计算作用在轴上力    同步带的设计  在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表 4的图形如图 4 表 4同步带尺寸  型号  节距  齿形角  齿根厚  齿高  齿根圆角半径  齿顶圆半径  H 0。   4步带  需要购买对应 纸  咨询 14951605 10 步带轮的设计  （ 1）同步带轮的设计的基本要求  a、保证带齿能顺利 地啮入与啮出  由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。  b、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小。  c、有良好的加了工艺性  加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。  （ 2）具有合理的齿形角  齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象； 而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉。  （ 3）同步带轮的设计结果  同步带轮用梯形齿，其图形如图 4  图 4同步带轮结构  轮支撑及张紧装置设计  带轮支撑及张紧机构如下图示：  图 4撑及张紧机构  需要购买对应 纸  咨询 14951605 11 4 纵向结构设计  轨的选型与计算  根据给定的工作载荷 估算的  算导轨的静安全系数 0/P，式中： 导轨的基本静额定载荷， 作载荷 P=z+W)；  般运行状况 )， 动时受冲击、振动） 。根据计算结果查有关资料初选导轨：  因系统受中等冲击 ， 因此取   ,0 . 5 ( )O S L X  Z X YC f  Wx Z   S L  S L  0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 7 1 . 5 8 ) = 1 3 3 5 . 7 9  0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 5 5 . 2 ) = 1 3 2 7 . 6  f P = 4 1 3 3 5 . 7 9 = 5 3 4 3 . 1 6  f P = 4 1 3 2 7 . 6 = 5 3 1 0 . 4 N根据计算额定静载荷初选导轨 : 选择汉江机床厂 列滚动直线导轨 ， 其型号为 : 本结构及参数如下 : 导轨的额定动载荷 17500 N 需要购买对应 纸  咨询 14951605 12 依据使用速度 v（ m/初选导轨的基本动额定载荷 (算导轨的工作寿命  额定行程长度寿命 : ()H T C f f CS        20004 500 1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50 C f f 331 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( ) 5 0 ( ) 1 4 2 4 0 9 . 5 8H T C f f CS  k m 导轨的额定工作时间寿命 :  3102S 3 31021 4 2 4 0 9 . 5 8 1 0 4 9 4 4 7 7 1 5 0 0 02 0 . 6 4 6 0h T h 导轨的工作寿命足够 . 导轨的静安全系数：0 4 . 2 1 . 1 63 . 6f P ：静安全系数； 0C ：基本静额定负载； P ：工作载荷  导轨寿命计算： 3( ) 5 0 7 4 8f  m K 需要购买对应 纸  咨询 14951605 13 机的选择  步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机