毕业设计（论文）-快速移动平面大范围标记装置设计.doc

快速移动平面大范围标记装置设计作 者 姓 名 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 宫涛 专业技术职务 高级实验师 学院2012届本科生毕业设计（论文） 目 录摘 要 1第一章 绪论3第二章 整体机构方案 42.1标记机的选用 42.2传动机构 52.3运动方案62.4传动机构的振动控制62.5工作台机架72.6动力机构的选用8第三章 各零部件的选用设计计算93.1丝杠的选择计算93.1.1丝杠的选择93.1.2丝杠的计算103.2动力装置的选用计算 123.3导轨的选用133.4调整标记机高度装置选择设计173.5机架工作台的设计193.6夹紧装置的设计203.7整体装置的水平调整设计23第四章 整体装备的维护244.1摩擦244.2润滑254.3密封25第五章 总结26参考文献27致谢2829摘 要在现代制造行业中，产品的标识越来越受到企业的重视。标记机是标识系统中的重要组成部分，它可以在大多数产品上进行标识，现在的工业标记机将工人从手工标记升级为机械化标记，适应了工业流水线自动化生产的要求，而且定位精度也比较高，同时它可以广泛应用于各种机械制造行业，对零部件进行永久性标记，使产品具有可追溯性和防伪性。目前市场上的标记机主要有激光标记机和气动标记机，多数标记机与PLC联接，在计算机系统软件的控制下标记过程自动进行，标记灵活不易出错，而且标记速度快，能满足大批量生产需要，标记头对工件作用力小，压强大，标记深度可调，能满足各种深度的需要，整机性能稳定可靠，操作方便、安全、方便，对环境无污染。但是，由于标记机的标记范围有限，对于较大平面的工件标记机就不能实现快速标记，因此，基于标记机的局限性提出了该课题的研究。本设计采用丝杠螺母的传动形式加大标记机的标记范围，梯形丝杠可以自锁，因此可以使标记机可以准确定位。由于丝杠的长度较长，所以为了保证稳定性采取与导轨相连接的方式。这样就可以增加标记机的标记范围，实现对较大平面工件的标记。关键词：标记机 梯形丝杠 直线导轨 大范围平面ABSTRACTIn the modern manufacturing industry, the labels of the products more and more importance in enterprises. Mark machine is an important part of the identification system, it can be identified in most products, Industrial marking machines to upgrade workers from hand-mark for the mechanization mark, adapted to the demands of the industrial assembly line automated production, and positioning accuracy is relatively high, the same time it can be widely used in various mechanical manufacturing industry, and parts to make a permanent mark, product traceability and security. On the market today marking machines laser marking machine, pneumatic marking machine. Most of the marking machine and the PLC connections, in the process of tagging under the control of the computer system software automatically. Mark flexible and less error-prone, and mark fast, able to meet the needs of mass production. Mark head-to-workpiece interaction, powerful pressure, the mark depth is adjustable to meet the needs of a variety of depth. Stable performance, reliable, easy to operate, safe, convenient, and environmental pollution.However, due to the limited range of marking machines mark for a larger plane workpiece marking machines can not be achieved quickly mark. Therefore, based on the limitations of marking machines on the subject of research. This design uses a screw-nut drive to increase the range of marking machines mark in the form, trapezoidal screw can be self-locking, so you can tag machine to accurately locate. Because the longer the length of the screw, so take way connected with the rails in order to ensure stability. This can increase the range of marking machines mark, the mark of the larger plane of the workpiece.Key words： Marking machines; Trapezoidal screw; Linear guide; Large-scale plane第一章 绪论 机械工程在现在工业中占据着重要的地位，各行各业都离不开机械。机械可以完成人用双手和双目，以及双足双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成的更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。各个工程领域的发展都要求机械有与之相应的发展，都需要机械工程提供所必需的机械。某些机械的发明和完善又会导致新的工程技术和新的产业的出现和发展。标记机是在零件、量具等上打标记、便于识别的机器，现在常用的有气动打标机、金属电印打标机、标牌参数刻字机、电动手持式打标器等。它主要应用于汽车、摩托车、机械、钢铁、石油、航空、电器等领域，对钢和其它金属以及塑料等非金属材质的零部件和标牌进行打标。现在各行业对于标记装置的需求越来越多，它也被广泛的运用于自动生产线中，因此标记装置的应用范围也会越来越广，越来越受到重视。在现代的生产过程中，许多公司需要标记的工件一般情况下不是很大，数量也不是需要很多，对于平面小范围或者单个位置的标记普通的标记装置都可以实现，但是对于平面工件较大范围或者多位置的标记，普通的标记装置却实现不了，如果还是使用普通的标记装置，只会让生产效率降低，同时提高了成本，因此，我们需要一个可以完成该要求的标记装置，采用快速移动机构带动标记机变换工作位置，以提高标记效率，这样就可以解决上述问题，节约成本，得到更大的市场占有率。标记设备产品家族包括气动、激光、电动、电印、喷码等系列产品。目前，有国内很多厂家在生产气动标记机，如济南易恒技术有限公司、重庆沃马机电设备有限公司、重庆恒伟精密机械有限公司、成都固特股份有限公司、武汉星诚光电发展有限公司、武汉楚天激光股份有限公司、武汉华工激光工程有限责任公司等。它们的总发展趋势是：网络化、微型化、智能化、集成化，发展目标是工业打印机、绘图机。随着经济的发展，人们生活水平的提高，每一种流通的商品都需要注明生产日期保质期等相关信息，包装是信息的载体，对商品贴标是实现的途径。打标机就是在包装件或产品上加上标签的机器，不仅有美观的作用，更重要的是可以实现对产品销售的追踪与管理，特别在医药、食品等行业，如出现异常可准确及时的启动产品召回机制。打标机是现代包装不可缺少的组成部分。目前我国生产贴标机的种类正在逐步增加，技术水平也有了很大的提高，已从手动、半自动贴标的落后局面，转向自动化打标机占据广大市场的格局。据最新统计，国际打标机贸易额最高曾达每年400多亿美元，近几年贸易总额降至不足300亿美元。世界24个主要打标机生产国打标机生产销售368亿美元，其中出口额为215亿美元，占销售总额的58.4%。而我国打标机出口额不到世界出口额的1%，仅为我国打标机销售额的10%。与其他国家的出口率相比，我国出口数控打标机潜力还很大。这是因为：一是从近几年我国打标机出口统计数据来看，普通打标机的出口量和出口平均单价呈逐年下降走势，而数控打标机的出口量和出口平均单价则逐年上升。国际打标机市场的消费主流是数控打标机，如1998年世界打标机进口额大中部分是数控打标机，美国进口打标机的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控打标机消费趋势已从初期以电化学打标机、气动打标机、气动打码机为主转向以激光打标机、专用数控打标机、成套设备为主，这正是我国打标机行业的弱项。据统计，近年来我国出口额增幅较大的数控打标机有气动打标记、激光打标机、特种专用打标机、激光打码机机、打码机、数控标牌打印机等，普通打标机有组合打标机、木材塑料打标机等。其中激光打标记出口额占金属打标机出口额比重达到14.64，为历史最高水平。出口的激光打标机品种以中低档为主，国际市场上大量消费的专用激光打标机、成套设备我国则出口较少。研究设计内容： 设计一台快速移动装置，使标记机可靠安装固定，并能根据标记要求快速到达标记位置，要求移动速度6m/min，范围800x600mm移动中标记机高度变化小于1mm，到达标记位置后运动机构自锁。 1、完成标记机架的设计 2、运动机构设计 3、完成工作标记台的设计第二章 整体机构方案 2.1标记机的选用 通过毕业实习我对标记机有了一些了解，气动打标机系统构成：计算机由主机、显示器、键盘、鼠标器等组成。操作者利用键盘和鼠标输入或编辑打印内容，计算机将打印内容处理后传送给中央控制器，再经过中央处理器的处理后控制打印机头的运动。中央控制器可配置的型号有：、WM-3、WM5等。它根据计算机传送来的信号控制并驱动打印机工作，通过打印电缆、驱动电缆（32芯）与计算机、打印机相连。标记机为打印执行部件。标记机中由两台步进电机、一个电磁阀、一个打印针头及传动导向机构(X-Y平台)组成。打标针头一方面可在计算机和中央控制器的控制下作X-Y二维运动，另一方面可在压缩空气的作用下作高频冲击。输入打印针头前的气路中设有两联件和电磁阀。两联件起净化压缩空气和稳压的作用。电磁阀通电，则气路开通，压缩空气进入打印针头使其作高频冲击；电磁阀断电，则气路关闭，打印针头不冲击。电磁阀的通断受计算机和中央控制器的控制。打印机机头可通过打印机架手动升降以适应不同高度的工件。气动打标机的优点：1. 打印速度更快，运动更平稳气动打标机系统采用了新的速度运算算法，将计算机的运算速度发挥到了极至，但此时仍考虑到了Windows的多任务特点，不会独占系统。使你在工作这中，也可以领略到Windows的强大功能的魅力.2. 支持多种的字库.系统除了可以支持原有的WM2000字库外(mg字库)，可以直接支持Auto CAD 的shx字库，Borland公司的CHR字库，Windows的系统TTF字库此外，还可以直接读取CAD,CorleDraw等矢量作图软件的DXF格式的图形（先转换为WMF格式后再转换为DXF格式）。因此本次设计的标记机选用易恒技术有限公司的标准系列标记机。2.2传动机构按传动的方式分1) 机械传动 利用机构所实现的传动称为机械传动，其优点是工作平稳、可靠，对环境的干扰不敏感。缺点是响应速度较慢、控制欠灵活。 机械传动按传动原理又可分为啮合传动和摩擦传动两大类。啮合传动传动比恒定、传递功率大，尺寸小（除链传动外）、速度范围广、工作可靠、寿命长，但加工制造复杂、噪音大、需安装过载保护装置；摩擦传动工作平稳、嗓音小、结构简单、容易制造、价格低、有吸收冲击和过载保护能力，但传动比不稳定、传递功率较小、速度范围小、轴与轴承承载大、寿命较短。 2)液压、液力传动 利用液压泵、阀、执行器等液压元器件实现的传动称为液压传动；液力传动则是利用叶轮通过液体的动能变化来传递能量的。液压液力传动的主要优点是速度、扭矩和功率均可连续调节；调速范围大，能迅速换向和变速；传递功率大；结构简单，易实现系列化、标准化，使用寿命长；易实现远距离控制、动作快速；能实现过载保护。缺点主要是传动效率低，不如机械传动准确；制造、安装精度要求高；对油液质量和密封性要求高。 3)气压传动 以压缩空气为工作介质的传动作称为气压传动 气压传动的优点是易快速实现往复移动、摆动和高速转动，调速方便；气压元件结构简单、适合标准化、系列化，易制造、易操纵；响应速度快，可直接用气压信号实现系统控制，完成复杂动作；管路压力损失小，适于远距离输送；与液压传动相比，经济且不易污染环境，安全、能适应恶劣的工作环境；缺点是传动效率低；因压力不能太高，故不能传递大功率；因空气的可压缩性，故载荷变化时，传递运动不太平稳；排气噪音大。 4)电气传动 利用电动机和电气装置实现的传动称为电气传动 电气传动的特点是传动效率高、控制灵活、易于实现自动化。由于电气传动的显著优点和计算机技术的应用，传动系统也正在发生着深刻变化。在传统系统中作为动力源的电动机虽仍在大量应用，但已出现了具有驱动、变速与执行等多重功能的伺服电机，从而使原动机、传动机构、执行机构朝着一体化的最小系统发展。目前，它已在一些系统中取代了传动机构，而且这种趋势还会增强。通过本科所学知识了解到常见的机械传动包括带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动，螺旋传动。结合与老师的讨论商量决定选取丝杠螺母传动，其他传动不满足设计要求，而且不能和标记机相结合。2.3运动方案打标针头在计算机和中央控制器的控制下作X-Y二维运动，所以采用同样的二维运动方式进行传动，通过对传动机构的选择得知，只需要将标记机固定在一个丝杠螺母上实现一个方向上的运动，同时将第一个丝杠螺母与标记机固定在第二个丝杠螺母上实现另一个垂直方向上的运动，这样就可以实现平面的标记。本设计主要是实现大范围平面的标记，所以将每个方向的丝杠制作成适合长度就可以满足要求。Y轴传动示意图：图2-12.4传动机构的振动控制由于丝杠长度较大，会产生径向的变形，所以需要控制丝杠的径向运动，为了解决这个原因就需要安装某一装置使其丝杠不能径向振动，通过查向老师咨询与查资料得知，使用导轨就可以避免该问题，同时又起到导向作用。导轨:金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。导轨在我们的日常生活中的应用也是很普遍的，如滑动门的滑糟、窗帘上部的滑槽以及火车的铁轨等等都是导轨的具体应用。导轨可以也用于任何需要带滑动滑动的机器或设备上面，如有用于电梯导轨。工业用导轨大都由钢或铸铁制成，在长期的使用过程中，由于两个接触面间存在不同程度的摩擦，会造成导轨表面产生不同程度的划伤及拉伤，严重影响设备的加工精度和生产效率。传统修复方法通常采用金属板镶贴或更换等方法，但需要进行大量精确的加工制造和人工刮研，修复需要的工序多，工期长。由于材料具有出色的粘着力、抗压强度及耐油、耐磨性能，可为部件提供一个长久的保护层。只需几个小时即可将导轨划伤的部位修复完毕，投入使用，相对传统方法操作更为简单，所需成本更低。2.5工作台机架 对于具有大范围平面的工件，工作台要合理选择，不然会造成标记的精确度下降。如果将工件的标记平面垂直放置，就会占用较大的空间，同时又会使夹紧装置负载增加，因此决定将工件标记平面水平放置，这样既可节省空间，又可以利用工件的重力作用减少夹紧装置的负载。机架选择支架结构，不采用箱体，为了节约材料增加强度采用中空结构。如下示意图：图2-22.6动力机构的选用由于在工作过程中，丝杠传动标记机时，到达打印位置需要标记机停止前进，开始打印。如果用普通电动机，在停止时会产生很大的转矩，在径向产生很大冲击，不利于工作且影响寿命。为了克服这一困难，可以选用伺服电动机。伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服系统（servomechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 第三章 各零部件的选用设计计算 3.1丝杠的选择计算3.1.1丝杠的选择丝杠传动是用丝杠和螺母传递运动和动力的机械传动，主要用于把旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。丝杠传动按螺旋副摩擦的性质不同，可分滑动传动和滚动传动，滑动传动又可分为普通滑动传动和静压传动。按相对运动关系，丝杠传动常用的运动形式有以下三种：1、丝杠原位转动、螺母移动。2、螺母固定、丝杠转动和移动。3、螺母原位转动、丝杠移动，用于升降装置。螺旋按其用途，还可分为传动丝杠、传导丝杠和调整丝杠三种类型。1.传动丝杠 它以传递动力为主，要求用较小的转矩产生较大的轴向推力。一般为间歇工作，工作速度不高，而且通常要求自锁，如千斤顶， 左右螺旋提升机构也是一个主要的应用。2.传导丝杠 它以传递运动为主，常要求具有高的运动精度。一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高。例如用于机床进给机构的传导丝杠，丝杠旋转，推动螺母连同滑板和刀架作直线运动。传动丝杠设计特点滑动丝杠传动常用的螺纹牙型有矩形、梯形、锯齿形和三角形。其中梯形螺纹应用最广，锯齿形螺纹用于单面受力，矩形螺纹由于工艺性较差，强度较低等原因，应用较少，三角形螺纹在受力不大的调整螺旋等情况有时也采用。丝杠常用右旋螺纹，只在某些特殊的场合，如车床横向进给丝杠，为了符合操作习惯，才采用左旋螺纹。传力丝杠和调整螺旋要求自锁时，应采用单线螺纹。对于传导丝杠，为了提高其传动效率和直线运动的速度，可采用多线（34线）螺纹。丝杠传动的结构，当丝杠短而粗且垂直布置时，如起重和加压装置的传力丝杠，可以利用螺母本身作为支承。当丝杠细长且水平布置时，像机床的丝杆，应在丝杠的两端或中间附加支承，以提高丝杠的工作刚度。对于轴向尺寸较大的丝杠，应考虑采用对接的组合结构代替整体结构，以减少制造工艺上的困难。螺母的结构除要求满足强度外，还要考虑其他的一些需要。最常用的是整体螺母，这种螺母结构简单，但由于磨损产生的轴向间隙不能补偿，只能用于精度较低的传动丝杠。对于双向传动的传导丝杠，为了消除轴向间隙和补偿旋合螺纹的磨损，避免反向转动时的空行程，可采用一些特殊结构。其可通过一圆螺母定期调节，并用另一圆螺母锁紧。 在的滑动丝杠传动结构中采用的是组合螺母，通过转动调整螺钉使楔块上下运动，同样可消除轴向间隙和补偿旋合螺纹的磨损。3.1.2丝杠的计算丝杠材料的选择根据已知条件，丝杠螺母滑动的速度为6m每分钟，查表选出螺杆螺母的材料为：螺杆为钢，螺母为青铜，选用螺杆为45号钢，螺母为铸锡青铜。其许用压力为7-10MP，摩擦系数为0.08-0.1。根据经验和传动特点选择梯形滑动丝杠。梯形丝杠是要求螺纹在运动中作精确移动的关键部件，主要采用优质合金钢材加工，经过热处理加工，保证其优良的机械性能，在制造过程中，粗精工序分开，有效保证零部件的应力合理分布耐磨条件计算由已知经验，假设作用于丝杠的轴向力为1000牛，取 P=7MP由螺纹耐磨性条件 - （5-1）令=1.6计算整理得螺纹中径公式：2- （5-2）由于取丝杠为梯形螺纹，h=0.5P则， 2- （5-3） =7.6mm为便于强度计算，取丝杠中径2=20mm则螺母高度 H=2 =1.6 * 20= 32mm-（5-4）对整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，经常取在此取为1.6合理 螺合圈数为 -（5-6） 取螺距P=4mm 则 Z=10设螺纹为单线螺纹，则导程为L = 线数*螺距 = 4 mm 根据计算，按国家标准选取丝杠公称直径-（5-7）螺杆小径 自锁条件的计算由于标记机在打印工作时要求丝杠要能自锁。故要校核螺旋副是否满足自锁条件 -（5-8）式中， 为螺旋升角， 当量摩擦角，为螺旋副的当量摩擦系数，为摩擦系数。螺纹升角 故 成立，既满足自锁条件。丝杠的强度计算在标记机打标工作时，螺杆受径向力较大，不受轴向力，螺杆的危险截面只有切应力，其强度条件由公式： -（5-9）得其中，为罗干材料的许用应力，单位为Mpa；为螺杆所受轴向压力（或拉力），单位；螺杆所受的扭矩 单位为 ；螺杆螺纹段危险截面面积；当静止时F=0， 既满足强度条件。 丝杠转速的计算由已知标记机前进的速度为6m/min，丝杠得导程为4mm，设丝杠的转速为n， 则有： -（5-10）3.2动力装置的选用计算选用标记及重量25kg，运动过程承受扭矩。由公式 -（5-11）得u = 0.08-0.10取 由于丝杠的转速为1500r/min，由公式-（5-12）得P为：532W - 665W所以选取电机型号为：TSB13102B功率：1000W 转矩：4.782 转速：2000r/min3.3 导轨的选用 1. 滑动导轨 1) 三角形导轨：该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导向要求而定，一般为90。为增加承载面积，减小比压，在导轨高度不变的条件下，采用较大的顶角（110120）；为提高导向性，采用较小的顶角（60）。如果导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。 矩形导轨：优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。燕尾形导轨：燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。 圆形导轨：制造方便，外圆采用磨削，内孔珩磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。为防止转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴向载荷的场合。 2）间隙调整：为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研来保证，要废很大的劳动量，而且导轨经过长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。在垂直方向上，一般采用下压板调整它的低面间隙，其方法有：a.刮研或配磨下压板的结合面；b.用螺钉调整镶条位置；c.改变垫片的片数或厚度。 3）提高耐磨性措施 ：导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法，以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长的时间内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。4)选择合适材料目前常采用的导轨材料有以下几种： 铸铁- 导轨与承导件或运动件铸成一体，其材料常用灰口铸铁。它具有成本低，工艺性好，热稳定性高等优点。在润滑和防护良好的情况下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200HT400，硬度以HB=180200较为合适。适当增加铸铁中含碳量和含磷量，减少含硅量，可提高导轨的耐磨性。若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，可使用耐磨铸铁，如高磷铸铁，硬度为HB=180220，耐磨性能比灰口铸铁高一倍左右。若加入一定量的铜和钛，成为磷铜钛铸铁，其耐磨性比灰口铸铁高两倍左右。但高磷系铸铁的脆性和铸造应力较大，易产生裂纹，应采用适当的铸造工艺。此外，还可使用低合金铸铁及稀土铸铁。钢-要求较高的或焊接机架上的导轨，常用淬火的合金钢制造。淬硬的钢导轨的耐磨性比普通灰铸铁高510倍。常用的有20Cr钢渗碳淬火和40Cr高频淬火。 2.滚动导轨在承导件和运动件之间放入一些滚动体（滚珠、滚柱或滚针），使相配的两个导轨面不直接接触的导轨，称为滚动导轨。滚动导轨的特点是摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现爬行现象，故运动均匀平稳。因此，滚动导轨在要求微量移动和精确定位的设备上，获得日益广泛的运用。滚动导轨的缺点是：导轨面和滚动体是点接触或线接触，抗振性差，接触应力大，故对导轨的表面硬度要求高；对导轨的形状精度和滚动体的尺寸精度要求高。 滚动导轨设计的一般问题a.结构形式的选择：滚动导轨按其结构特点，分为开式和闭式两种。开式滚动导轨用于外加载荷作用在两条导轨中间，依靠运动件本身重量即可保持导轨良好接触的场合。闭式导轨则相反。滚珠导轨的灵活性最好，结构简单，制造容易，但承载能力小，刚度低，常用于精度要求高、运动灵活、轻载的场合。滚柱（针）导轨刚度大，承载能力强，但对位置精度要求高。滚动导轨采用标准滚动轴承，结构简单，制造容易，润滑方便。宜用于中等精度的场合。为了增加滚动导轨的承载能力，可施预加载荷。这时刚度大，且没有间隙，精度相应提高，但阻尼比无预加载荷时大，制造复杂，成本高。故多用于精密导轨。b.选择长度：一般应在满足导轨运动行程的前提下，尽可能使导轨的长度短一些。采用循环式的滚动导轨支承时，运动件的行程长度不受限制。滚动体尺寸和数目：滚动体直径大，承载能力大，摩擦阻力小。对于滚珠导轨，滚珠直径增大，刚度增高（滚柱导轨的刚度与滚柱直径无关）。因此，如果不受结构的限制，应有限选用尺寸较大的滚动体。滚针导轨的摩擦阻力较大，且滚针可能产生滑动。所以尽可能不采用滚针导轨（特别是滚针直径小于4毫米时）。 当滚动体的数目增加时，导轨的承载能力和刚度也增加。但滚动体的数目不宜太多，过多会增加载荷在滚动体上分布的不均匀性，刚度反而下降。若滚动体数目太少，制造误差将会显著地影响运动件的导向精度。3) 滚动导轨刚度及预紧方法： 当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置或时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，见，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。 为减小导轨变形，提高刚度，除合理选择滚动体的形状、尺寸、数量和适当增加工作台的厚度外，常用预加载荷的办法来提高导轨的刚度。4)技术要求：导轨的质量取决于它的制造精度和安装精度，设计时应根据使用要求，制定出滚动导轨的若干技术条件，两导轨面间的不平度一般为3微米； 导轨不直度一般为10-15微米，精密的小于10微米。滚动体的直径差，对于一般的导轨，全部滚动体的直径差不大于2微米，每组滚动体的直径差不大于1微米；对于精密导轨，全部滚动体的直径差不大于1微米，每组滚动体的直径差不大于0.5微米；滚柱的锥度在滚柱长度范围内，大小端直径差小于0.5-1微米；导轨的应用越来越广，所以生产导轨的公司也是日趋增多。本设计为了得到更加稳定的传动效果，决定采用公司生产的产品，市场上生产导轨的公司技术已经成型，而且已趋向标准化，所以经过筛选，决定使用丽水华一自动化技术有限公司的产品。丽水华自主研发、生产、销售直线运动系列传动件，产品包括直线导轨及配套滑块、直线圆柱导轨（SBR系列、TBR系列、精密光轴系列）、直线轴承、直线滑动单元、关节轴承等。广泛应用于精密机械、雕刻机械、印刷机械、包装机械、木工机械、医疗及食品机械、健身器材、纺织机械自动化生产线等各种机械及配套设备。 通过选择使用TBR16SA支撑导轨圆柱导轨，配合滑块TBR16UU加长型滑块TBR16LUU。该导轨的性能参数 ：滑行轨迹：直线导轨 种类：滚动导轨 材质：轴承钢图 3-1图3-2表3-1如上述图3-1，3-2，表3-1，通过计算选择TBR20S支撑导轨单元及其相应的导轨滑块3.4调整标记机高度装置选择设计由于工件的范围较大，标记机在运动过程中可能会与工件接触，影响标记精度。我设计了调整高度的装置来解决此问题，装置的核心是通过气缸带动标记机上下的运动，通过资料的查询，选择SMC气缸，如下表：表3-2图3-3通过标记机的重量结合上述参数选择出合适的气缸，选择薄壁气缸CQ2系列，缸径为25.由于标记机的整体重量不再气缸的中心线上，所以气缸在运动过程中会出 偏移，为防止偏移设计一导向轴。标记机x轴方向高度调节如下图：图3-43.5机架工作台的设计根据工作机构的范围设计出机架的高度，尽可能的简化机架，节约空间，便于工人操作。工件水平放置，所以需要将工件置于一个工作平台上，工件需要夹紧装置，所以设计如下图的工作台图3-5具体尺寸要求详见零件图3.6夹紧装置的设计在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力等的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件确定的加工位置，而不致发生振动或位移、夹具结构中应设置夹紧装置将工件可靠夹牢。一、夹紧装置的组成接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分，一般由下列机构组成：1）接受原始作用力的机构。如手柄、螺母及用来连接气缸活塞杆的机构等。2）中间递力机构。如铰链、杠杆等。3）夹紧元件。如各种螺钉压板等。其中中间递力机构在传递原始作用力至夹紧元件的过程中可以起到诸如改变作用力的方向、改变作用力的大小以及自锁等作用。二、夹紧装置的基本要求在不破坏工件定位精度，并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧装置做到：1夹紧力的大小适当。既要保证工件在整个加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。2工艺性好。夹紧装置的复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造和维修。3使用性好。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。三、基本夹紧机构原始作用力转化为夹紧力是通过夹紧机构来实现的。在众多的夹紧机构中以斜楔、螺旋、偏心以及由它们组合而成的夹紧机构应用最为普遍。螺旋夹紧机构采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。由于它结构简单、夹紧可靠、通用性好，而且由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。偏心件有两种形式，即圆偏心和曲线偏心，其中，圆偏心机构因结构简单、制造容易而得到广泛应用。偏心夹紧加工操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都小。一般用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。定心夹紧机构当工件被加工面以中心要素（轴线、中心平面等）为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，需采用定心夹紧机构。定心夹紧机构具有定心和夹紧两种功能，如卧式车床的三爪自定心卡盘即为最常用的典型实例。定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型，一种是依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式、杠杆式、楔式机构等；另一种是利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。楔式定心夹紧机构机动的楔式夹爪自动定心机构中，当工件以内孔及左端面在夹具上定位后，汽缸通过拉杆使六个夹爪左移，由于本体上斜面的作用，夹爪左移的同时向外胀开，将工件定心夹紧；反之，夹爪右移时，在弹簧卡圈的作用下使夹爪收拢，将工件松开。这种定心夹紧机构的结构紧凑，定心精度一般可达0.02mm0.07mm，比较适用于工件内孔作定位基面的半精加工工序。用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。通过与指导老师的商讨及毕业实习时的了解，决定选用气缸夹紧。通过网络查找资料得，SMC气缸应用广泛，而且比较适合于本次设计。图3-6图3-7通过SMC气缸类型选择出如图3.6-1，3.6-2，3.6-3所表示的类型，决定选择标准型气缸CM2双作用系列中的缸径为32的气缸。夹紧机构示意图：图3-83.7整体装置的水平调整设计 由于整体装置在使用过程中会安放在不是水平的工作平台上，所以据此需要安装一个可以调整整个装置水平的一个结构，通过对相同产品的研究发现，我自行设计出一款调整螺栓，对于该螺栓的设计，宫老师对我的帮助很大，给我讲解了调整螺栓同时又画出了草图。如下图，该图就是在宫老师的指导下画出的。作为一个整体来调整整个设备。图3-9此调整螺栓的优点：1.调整螺栓所承受的压力较大; 2.调整螺栓对于平台表面破坏面积小。原始的调整螺栓，它对平台的表面破坏面积大 3.调整螺栓上调、下压调整起来特别方便; 4.调整螺栓可以进行多次调整，因为平台的使用频率比较高，平台本身精度肯定会降低，这时我们可以随时用调整螺栓来调整精度，而普通的调整螺栓最致命的缺点就是一旦平台精度出现偏差将无法用它进行二次调整; 5.用调整螺栓做调整工具，一旦平台需要更换位置，那么平台可以随时移走。调整螺栓的使用：需要在安装平面做出一个与调整螺栓座相适应的槽，固定调整螺栓。第四章 整体装备的维护4.1摩擦 1.摩擦及其分类在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有运动趋势时，两物体接触面间产生的阻碍物体运动的切向阻力称为摩擦力。这种在两物体接触区产生阻碍运动井消耗能量的现象，称为摩擦。摩擦会造成能量损耗和零件磨损，在一般情况下是有害的，因此应尽量减少摩擦。根据摩擦副表面问的润滑状态将摩擦状态分为四种：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。 1）干摩擦：如果两物体的滑动表面为尤任何润滑剂或保护膜的纯金属，这两个物体直接接触时的摩擦称为干摩擦。干摩擦状态产生较大的摩擦功耗及严重的磨损，因此应严禁出现这种摩擦。2）液体摩擦：两摩擦表面不直接接触，被油膜(油膜厚度一般在1.52m以上)隔开的摩擦称为液体摩擦。3）边界摩擦：两摩擦表面被吸附在表面的边界膜(油膜厚度小于1m)隔开，使其处于干摩擦与液体摩擦之间的状态，这种摩擦称为边界摩擦。4）混合摩擦：在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态，称为混合摩擦。4.2润滑在摩擦副间加入润滑剂，以降低摩擦、减轻磨损，这种措施称为润滑。润滑的主要作用是：（1）减小摩擦系数，提高机械效率；（2）减轻磨损，延长机械的使用寿命。同时润滑还可起到冷却、防尘以及吸振等作用。1.润滑剂的性能与选择常用的润滑剂除了润滑油和润滑脂外，还有固体润滑剂（如石墨等）、气体润滑剂(如空气等)。1）润滑油：润滑油是目前使用最多的润滑剂，主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用最广的为矿物油，润滑油最重要的一项物理性能指标为粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度的大小表示了液体流动时其内摩擦阻力的大小，粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。粘度可用动力粘度、运动粘度、条件粘度(恩氏粘度)等表示。 2）润滑脂： 润滑脂是在润滑油中加人稠化剂(如钙，钠。锂等金属皂基)而形成的脂状润滑剂又称为黄油或干油。2. 润滑方法和润滑装置 机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承件上。各种零、部件的润滑将在相关各章节中介绍，各类机器在工作时，其各零件相对运动的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。4.3密封滚动轴承的密封：在一般常用的机械中，用得较多的密封装置是密封圈和填料。密封圈有各种型式，有带骨架的和不带骨架的，有普通型和双口型等，密封圈也可作防尘密封件使用，但粉尘严重时，应使用专门的防尘密封圈。采用脂润滑时，可使用毡圈密封为了使润滑持续、可靠、不漏油，同时为了防止外界脏物进入机体，必须采用相应的密封装置。密封装置从总体上可分为两大类：一类是固定密封，即密封后密封件之间固定不动；另一类是动密封，即密封后两密封件之间有相对运动。各种密封件都已标准化，可查阅手册选取适当的形式。非接触式密封有迷宫式密封、螺旋式密封(将在该动轴承的密封中论述等，半接触式密封有活塞环密封、机械密封等，其结构较复杂，主要用于重要部件的密封。第五章 总结本次设计的核心实际上就是将标记机内部结构扩大，实现较大范围