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优秀机械设计含7张CAD图纸、说明书文档全套 电路板 涂胶 设计 优秀 机械设计 CAD 图纸 说明书 文档 全套

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内容简介：

毕毕业业设设计计（论论文文）中中期期检检查查报报告告 题目 电路板涂胶机设计 机械工程与自动化学院 院机械设计制造及其自动化 专业 班学生姓名学 号指导教师1自自检检报报告告(要点:1.毕业设计(论文)工作任务的进展情况 2.未按计划完成工作任务的原因 3.工作中所遇到的问题 4.下一步工作打算)1.1. 毕业设计（论文）的工作进展情况毕业设计（论文）的工作进展情况第 1 周 校内实习并借阅收集各种资料 工作完成第 2 周 到石化学院实现中心现场实习 工作完成第 3 周 整理毕业实习手册、论证和确定总体方案、撰写开题报告并开题 工作完成第 4、5 周 绘制机械结构草图并进行设计计算 工作完成第 6、7、8 周 绘制正式机械结构图及零件图 A0 总装图、A1 涂胶头部装图、两张零件图完成第 9 周 绘制控制系统程序流程图 工作尚未完成第 10、11 周 控制系统硬件电路设计 正在查阅资料。2.2. 未按计划完成工作任务的原因未按计划完成工作任务的原因1、计算比预期复杂，涂胶头部分的设计由于初期方案采用的气动部分无法满足低速工作的要求，所以，改为现在的步进电机带动丝杠螺母副传递动力。最后，导致机身重量的变化，以至于所有传动部件和导轨、电机的从新计算和选择。同时，控制系统也发生变化，这正是第9 周任务没有完成的主要原因。2. 在控制系统硬件方面，对接口知识掌握的不够准确和扎实，为了能顺利完成任务，现在正在网上学习，需要花费一定的时间。所以工作较预期稍微落后。3. 参加学校的招聘会，面试，耽误了一定的时间。3.3.工作中遇到的问题工作中遇到的问题工作中遇到电机选择问题，电机的分类比较混乱。电机控制方面比较困难。控制系统硬件电路了解不够，正在积极地查阅资料。涂胶头涂胶速度的实现由于之前的气动改为步进电动机这主要是因为气缸的最小速度 50mm/s 大于涂胶速度。4.4. 下一步工作打算下一步工作打算网上查阅电机分类的资料，从书中查阅步进电机的控制流程，分析相关程序，分析电路的组成。并且，完善机械部分。同时，在学习 PLC 的编程和硬件电路，在接下来的一周内尽量追赶上进度，努力达到预期的目标。学生签字： 年 月 日2轴零件图：轴承端盖零件图：涂胶头部装图：4涂胶机总成图：1指导教师意见：指导教师意见：指导教师签字： 年 月 日教研室意见：教研室意见：教研室主任签字: 年 月 日备注备注 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务 书书 题目 电路板涂胶机设计 机械工程与自动化学院 院机械设计制造及其自动化 专业 班学生姓 名 学 号 指导教师 (签字 ) 设计设计(论文论文)工作工作自 日发任务书日期：发任务书日期： 年 3 月 2 日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经教研室负责人审查、院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及院（系）分管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“院（系） ” 、 “专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号，不能只写最后 2位或 1 位数字；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 4 月 2 日”或“2004-04-02” 。11、本毕业设计（论文）课题应达到的目的：本毕业设计的题目为电路板涂胶机设计，主要是用来给 PCB 板涂保护胶的，属于机电一体化产品，在设计过程中，需要查阅机械结构设计、控制系统设计等方面的资料，通过本次设计能够将大学所学的基础知识与专业知识结合起来，真正应用到实际中去。并以此来提高自己的学习、动手、创新的能力。为以后进入工作岗位打下坚实的基础，同时，也是对这大学四年的学习成果最好的检验。2、本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求：要求所设计的涂胶机能够实现自动卡紧电路板，卡紧后本机将根据编好的程序要求要涂覆的区域涂洒覆盖。电路板的尺寸范围(长:500mm130mm 宽：70mm250mm）;涂层薄厚可在（1mm3mm）范围内任意调节；涂胶时间为 120 秒；精度控制在0.01mm。该生主要完成 1）设备机械结构设计；2）气压系统设计；3）控制系统的设计等设计任务。工作量：工作量：1）设备总成图 1 张 A0 ；2）涂胶头部装图 1 张 A1 ；3) 零件图 2 张 A2 ；4) 程序流程图 1 张 A1 ；5) 电路图 1 张 A1 ；6）撰写 15000 字毕业设计（论文） 一份；7) 完成不少于 2000 个单词的外文资料翻译的译文 一份。 23、主要参考文献：1孙志礼，冷兴聚，魏延刚.机械设计.东北大学出版社，2000.2张健民等.机电一体化设计.高等教育出版社，2007，1.3钟肇新.可编程控制其入门教程.华南理工大学出版社，1999，1.4熊梁山，严晓光，张福润.机械制造技术基础，2000，11.5王伯平.互换性与测量技术基础.机械工业出版社，1999，9.6何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，1989，4.7刘鸿文.材料力学.高等教育出版社，2003，3.8孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.高等教育出版社，2005，12.9王积伟，章宏甲，黄宜.液压与气压传动.机械工业出版社，2006，12.10王晓明.电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社，2004，4.11尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书.机械工业出版社，2007，2.12王文斌等.机械设计手册M.第 1 卷.机械工业出版社，2004，8.13徐灏等.机械设计手册M.第 5 卷.机械工业出版社，1992.14王文斌等.机械设计手册M.第 4 卷.机械工业出版社，2004，8.15周斌.机电一体化使用技术手册.兵器工业出版社. 1994.4、毕业设计（论文）的实习（调研）基本要求：1）石化学院实习中心了解数控铣床工作台的工作原理；2）辽宁工业大学机械学院机电控制实验室了解 PLC 控制原理；运行所编写的程序；液压传动试验室测试气动回路；3）大连华工创新科技有限公司 Y&D 系列落地式点胶机的结构组成和控制方式。 35、毕业设计（论文）课题进度计划：起讫日期工 作 内 容第 1 周第 2 周第 3 周第 4、5 周第 6、7、8 周第 9 周第 10、11 周第 12、13 周第 14 周 第 15、16 周 第 17 周校内实习并借阅收集各种资料;到石化学院实现中心现场实习;整理毕业实习手册、论证和确定总体方案、撰写开题报告；绘制机械结构草图并进行设计计算;绘制正式机械结构图及零件图;绘制控制系统程序流程图;控制系统硬件电路设计;控制系统软件编程;程序调试; 撰写 15000 字毕业设计论文;打印输出毕业设计资料，准备毕业答辩.教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日院（系）意见：院(系)负责人签字： 年 月 日毕业设计(论文)电路板涂胶机设计电路板涂胶机设计 The design of gelatinize machine For PCB 院名称机械工程与自动化学院 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 年 6 月 18 日毕毕业业设设计计（论论文文）学学生生工工作作总总结结题目 电路板涂胶机设计 机械工程与自动化学院院机械设计制造及其自动化专业机电 064 班学生姓名学 号指导教师1 个个 人人 总总 结结毕业设计结束是我们在校学习的最后阶段，也是对知识和能力深化和升华的过程。通过设计，可以对所学知识结构进行重新整合，将所学知识与工程实践问题相结合，熟悉了国家有关标准和规范。培养了分析问题和解决问题的能力。强化了创新意识，为将来激烈的竞争打下了基础。同时也培养了严肃认真的科学态度，优良的思维模式，和严谨求实的工作作风。树立了正确的设计思想，并掌握了现代设计方法。此次设计用到了我以前学过的机械、电子等多方面知识，是对我们大学所学知识的大综合，对这些知识进行了加强巩固，有了更深的认识。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种夹具的适用范围，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，通过这次毕业设计让我提前了解了很多知识，这是很珍贵的。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，无论是机械加工还是设计，我都采用了一些新的技术和设备，他们有着很多的优越性但也存在一定的不足，这新不足在一定程度上限制了我们的创造力。比如在夹具设计上就有很大的不足，在这个机械制造业被高度重视的社会中，这无疑是很让我自身感到遗憾的，可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。总之，设计是灵活性很大的创造过程，同时也认识了自己的不足，为今后的设计，工作打下了坚实的基础。此次设计还有许多不足之处，再加上本人的设计能力所限、实践经验的缺乏，虽经过缜密思考、周密计算、广泛实践，还是会有不尽与人意的地方。希望老师给予建议、指导，本人将虚心接受，不胜感激。2 学生本人签字： 年 月 日指导教师意见：指导教师签字： 年 月 日 毕毕业业设设计计（论论文文）开开题题报报告告 题目 电路板涂胶机设计 机械工程与自动化学院 院 机械设计制造及其自动化 专业 班学生姓名学 号指导教师开题日期开开 题题 报报 告告11 1题目来源及实际应用意义题目来源及实际应用意义本次毕业设计的题目是电路板涂胶机设计。该设备主要是用来实现给电路板涂保护胶，整个涂胶过程将按照事先编好的程序自动完成。属于典型的机电一体化产品。此题目来源于生产实际。自 20 世纪 50 年代中期起,印刷电路版 英文简称 PCB 技术被开始被广泛采用后电路板的生产实现了自动化，即生产率被大大的提高了。正是此项技术的成熟才出现了给电路板涂保护胶以进行散热、防水、固定等的要求，而涂胶机为此应运而生。本次毕业设计的涂胶机体积小、占地面积少能给企业减少厂房使用面积。同时，能够实现自动卡紧电路板，卡紧后本机将根据变好的程序要求要涂覆的区域覆盖。涂层薄厚可在规定范围内任意调节（0.1mm 到 0.3mm 为最宜） 。即便更换电路板的型号也可以工作。 随着我国经济稳步发展，人民的生活水平发生了翻天覆地的变化。大到彩电、冰箱、洗衣机、空调、电脑、微波炉，小到手机、MP3、MP4、等等，已经几乎成为大部分家庭的必须品。而这些电器和电子产品使用的正是这种印刷电路板。所以涂胶机是每个电器生产厂家所必备的设备。由此可见，涂胶机有着很强的生命力和广泛的市场。 （注）开题报告要点：（注）开题报告要点：1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。2、题目主要内容及预期达到的目标。、题目主要内容及预期达到的目标。3、拟采用哪些方法及手段。、拟采用哪些方法及手段。4、完成题目所需要的实验或实习条件。、完成题目所需要的实验或实习条件。5、完成题目的工作计划等。、完成题目的工作计划等。（开题报告不够用时可另附同格式（开题报告不够用时可另附同格式 A4 纸）纸）开开 题题 报报 告告22、题目主要内容及预期达到的目标、题目主要内容及预期达到的目标 本次设计的目标是能够使涂胶机实现自动卡紧电路板，并根据编好的程序要求，给要涂覆的区域覆盖。涂层薄厚可在规定范围内任意调节。为了能够深入了解电路板涂胶机的功能特点以完整的完成课题，本人查阅了相关资料。并了解相关设计要求。涂胶机主要工作目的有四方面。一是自动卡紧电路板；二是能够让涂胶头按着要求的轨迹进行运动涂胶。三是能够调节涂胶的厚度。四是保证保护胶始终处在适宜工作的稠度，能够自如涂洒。 按以上述要求计出一套具有结构紧凑，工作效率高、能够准确定位、涂胶头（X、Y、Z）三个方向自由运动、应用方便等特点的电路板涂胶机。3 3、方法及手段、方法及手段 本涂胶机主要包括机械部分，控制部分，组成。根据现有的国内外涂胶机的原理及结构，进行结构、尺寸上的来设计。 下图为机械简图：图 3-1 X 轴传动简图开开 题题 报报 告告3 图 3-2 Z 轴传动简图图 3-3 Y 轴传动简图图 3-4 工作台布局简图开开 题题 报报 告告5图 3-5 涂胶头结构简图3.1 、机械部分设计、机械部分设计如上图 3-1 到 3-5，本机械部分包括机架、涂胶头的设计、涂胶头 X、Y、Z 三个方向的传动设计、工作台的定位。由于机架形状比较复杂且为了减少制造成本故采用槽钢焊接。涂胶头采用气动装置，其本身就是一个气缸，当内部活塞向上抽动时，就在胶的表面形成负压随着负压的不断增大保护胶便吸入涂胶头内部。而涂胶头内部的螺旋杆在外部电机的带动下不断的旋转这样是为了防止吸入内部的胶凝固。X、Y、Z 三个方向传动的工作原理是相同的，涂胶头固定在 Z 轴工作台上，Z 轴工作台固定再 Y 轴工作台上，Y 轴工作台固定在 X 轴工作台上。外部步进电机旋转带动电机轴上的齿轮，齿轮又经过与齿轮之间的啮合带动丝杠，丝杠再带动与之配合的螺母，最后螺母带动与螺母固定的工作台。丝杠螺母的精度符合工作的精度要求。导轨从精度要求和经济性的综合要学出发，燕尾型导轨较易。涂胶机的工作台的设计主要取决于工件的定位而本机定位采用人工，所只需设计与工件尺寸配合的模板即可。卡紧采用气动装置。开开 题题 报报 告告7图 3-6 工作流程图图 3-7 控制系统框图3.2 、控制部分设计、控制部分设计8如图 3-6、3-7 控制部分采用 PLC 控制，这主要是因为它的优点，可靠性高，编程方便，控制功能强，扩展及与外部联接极为方便。其控制的对象为给丝杠螺母和涂胶头提供动力的步进电机，按工作要求控制其转动的方向和速度。4 4、完成题目所需要的实验和实习条件、完成题目所需要的实验和实习条件1.在机电实验室进行 PLC 编程实验。2.到机械学实验室进行机械传动实验。3.到石化学院实习中心参观数控加工中心。4到图书馆查阅相关资料。5.在互联网上找相关的资料5 5、完成题目所需要的任务和时间安排、完成题目所需要的任务和时间安排毕业设计（论文）课题进度计划：起讫日期工 作 内 容第一周 第三周实习、调研、收集资料、整理资料原理方案设计，整理开题报告，开题第四周第九周机械结构计算与设计第十周第十三周控制部分设计、绘制控制流程图、控制硬件电路第十四周、十五周写论文等文字材料第十六周、第十七周准备答辩9查阅资料、文献目录查阅资料、文献目录1孙志礼，冷兴聚，魏延刚.机械设计.东北大学出版社，2000.2张健民等.机电一体化设计.高等教育出版社，2007，1.3钟肇新.可编程控制其入门教程.华南理工大学出版社，1999，1.4熊梁山，严晓光，张福润.机械制造技术基础，2000，11.5王伯平.互换性与测量技术基础.机械工业出版社，1999，9.6何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，1989，4.7刘鸿文.材料力学.高等教育出版社，2003，3.8孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.高等教育出版社，2005，12.9王积伟，章宏甲，黄宜.液压与气压传动.机械工业出版社，2006，12.10王晓明.电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社，2004，4.11尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书.机械工业出版社，2007，2.12王文斌等.机械设计手册M.第 1 卷.机械工业出版社，2004，8.13徐灏等.机械设计手册M.第 5 卷.机械工业出版社，1992.14王文斌等.机械设计手册M.第 4 卷.机械工业出版社，2004，8.15周斌.机电一体化使用技术手册.兵器工业出版社. 1994. 10指导教师意见：(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测)指导教师签 字：年 月 日教研室意见： 教研室主任签字：年 月日 1 开开 题题 须须 知知一、学生要认真填写开题报告。在毕业设计（论文）答辩时学生须向答辩委员会（或答辩小组）提交开题报告，作为答辩评分的参考材料，没有开题报告不能参加答辩。如果丢失要及时办理补交手续。学生毕业后，开题报告与学生毕业设计（论文）一并存档备案。二、毕业设计（论文）题目一经确定，指导教师要给学生下达毕业设计（论文）任务书，学生根据任务书的要求进行开题，一般安排在毕业设计（论文）正式开始的第二周至第三周进行。 三、开题报告的审查由各专业教研室主持，每个学生的报告时间为 1015 分钟。开题通过后学生才能正式获得毕业设计（论文）的资格。 四、学生要充分理解毕业设计（论文）题目的内容和要求，在指导教师的指导下制1定切实可行的工作计划，并且要具备进行毕业设计（论文）所要求的实验或实习（调研）条件。五、学生要按照指导教师所下达的毕业设计（论文）任务书的要求，认真进行文献资料的检索、搜集和查阅，并做好记录。 六、开题审查不合格的学生，必须在一周内重新进行开题。 Advantages of NCRecent studies show that of the amount of time an average part spent in a shop, only a fraction of that time was actually spent in the machining process. Let us assume that a part spent 50 hours from the time it arrived at a plant as a rough casting or bar stock to the time it was a finished product. During this time, it would be on the machine for only 2.5 hours and be cut for only 0.75 hour. The rest of the time would be spent on waiting, moving, setting up, loading, unloading, inspecting the part, setting speeds and feeds, and changing cutting tools.NC reduces the amount of non-chip-producing time by selecting speeds and feeds, making rapid moves between surfaces to be cut, using automatic fistures, automatic tool changing, controlling the coolant, in-process gaging, and loading and unloading the part. There factors, plus the fact that it is no longer necessary to train machine operators, have resulted in considerable savings throughout the entire manufacturing process and caused tremendous growth in the use of NC. Some of the major advantages of NC are as follows:(1) There is automatic or semiautomatic operation of machine tools. The degree of automantion can be selected as required.(2) Flexible manufacturing of parts is much easier. Only the tape needs changing to produce another part.(3) Storage space is reduced. Simple workholding fixtures are generally used, reducing the number of jigs or fixtutres which must be stored.(4) Small part lots can be run economically. Often a single part can be produced more quickly and better by NC.(5) Nonproductive time is reduced. More time is spent on machining the part, and less time is spent on moving and waiting.(6) Tooling costs are reduced. In most cases complex jigs and fixtures are not required.(7) Inspevtion and assembly costs are lower. The quality of the product is improved, reducing the need for inspection and ensuring that parts fit as required.(8) Machine utilization time is increased. There is less time that a machine tool is idle because workpiece and tool changes are rapid and automatic.(9) Complex forms can easily be machined. The new control unit features and programming capabilities make the machining of contours and complex forms very easy.(10) Parts inventory is reduced. Parts can be made as required from the information on the punched tape.Since the first industrial revolution, about 200 years age, NC has had a significant effect on the industrial world. The developments in the computer and NC have extended a persons mind and muscle. The NC unit takes symbolic input and changes it to useful output, expanding a persons concepts into creative and productive results. NC technology has made such rapid advances that it is being used in almost every area of manufacturing, such as machining, welding, pressworking, and assembly.If industrys planning and logic are good, the second industrial revolution will have as much or more effect on society as the first industrial revolution had. As we progress through the various stages of NC, it is the entire manufacturing process which must be kept in mind.Computer-assisted manufacturing (CAM) and computer-integrated machining (CIM) are certainly where the future of manufacturing lies, and considering the developments of the past, it will not be too far in the future before the automated factory is a reality.Developed originally for use in aerospace industries, NC is enjoying widespread acceptance in manufacturing. The use of CNC machines continues to increase, becoming visible in most metalworking and manufacturing industries. Aerospace, defense contract, automotive, electronic, appliance, and tooling industries all employ numerical control machinery. Advances in microelectronics have lowered the cost of acquiring CNC equipment. It is not unusual to find CNC machinery in contract tool, die, and moldmaking shops. With the advent of low cost OEM(original equipment manufacturer) and retrofit CNC vertical milling machines, even shops specializing in one-of-a-kind prototype work are using CNCs.Although numerical control machines traditionally have been machine tools, bending, forming, stamping, and inspection machines have also been produced as numerical control systems.数控的优点近期研究表明，在加工零件时，只有一少部分时间真正用于加工工件。假定把毛坯或棒料加工为成品件需要 50h，那么，工件在机床上的时间只有2.5h，用于切削的时间仅有 0.75h，其余时间都用在等待加工、运输、安装、装卡、拆卸、检验、设置转速与进给、换刀上。通过转速与进给量的设定、道具在待切削表面间的快速移动、自动夹具的运用、道具的自动切换、切削液的控制、在线检测及零件的自动装卸，NC 缩短了非切削加工时间。上述因素，加之无需培训机床操作工，使整个加工过程耗时大量减少，促进了数控的推广应用，NC 的主要优点如下：1） 机床可以自动运行，亦可半自动运行，使用时按需要选取。2） 零件的柔性制造更为简便。更换程序即可加工不同零件。3） 减小存储空间。通常采用简单的工装夹具，因而减少了存储夹具的数量。4） 加工小批量零件非常经济。用 NC 机床加工出的单件质量好且加工快。5） 缩短非加工成本。花在加工零件上的时间多了，用于运输和等待的时间短了。6） 降低加工成本。数控机床在多数情况下无需复杂夹具。7） 降低检验与装配成本。产品质量提高了，因而减少了检验的必要，保证零件能按需要装配。8） 增加机床使用时间。由于能迅速自动地更换工件与刀具，机床闲置时间缩短了。9） 便于加工复杂形状的工件。新型控制器功能多、编程能力强，因而轮廓加工与复杂形状的加工非常方便。10） 减少零件存活。人们能更具编程的信息加工所有需要的零件。自从约 200 年前的第一次工业革命以来，NC 已对工业界产生了深远的影响。计算机的发展与 NC 技术的应用拓展了人类的思维与体能。NC 技术已经取得了迅速发展，它几乎应用于制造业的每一个领域，例如机加工、焊接、压力加工和装配。如果工业规划合理、逻辑正确，与第一次工业革命，第二次工业革命将对人类产生同样甚至更大的影响。在我们从事 NC 不同阶段的工作时，必须牢记NC 技术贯穿于整个加工过程的始终。回顾数控技术的发展历史，我们相信，计算机辅助制造（CAM）与计算机集成制造（CIM）是制造业的发展趋势，自动化工厂在不远的未来将成为现实。NC 虽然起源于航空工业，但它在当今制造业中得到了广泛应用。很明显，在大多数金属加工与制造业中，CNC 机床的应用持续增长，航空、国防、汽车、电子、仪器、机床行业都采用数控机床。微电子技术的发展降低了 CNC 装置的成本，在工具、模具、与制模车间使用 CNC 机床已经是一件常事。自从有了OEM（设备制造商）与立式 CNC 铣床的改进，甚至那些专门生产某种标准工件的车间也会使用 CNC 机床。虽然数控机床传统上是指金属切削机床，但折弯管、成型机、冲压机和测量机也使用数控技术。机械工程与自动化学院机械工程与自动化学院毕业设计毕业设计（ （论论文）文）题 目 电路板涂胶机机设计 专 业 班 级 机械设计制造及其自动化机电 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 序号内 容幅面数量1总装图A012零件图A223电路原理图及程序流程图A1各 14气压系统原理图及部分装配图A1各 15毕业设计（论文）开题报告A416毕业设计（论文）中期检查报告A417毕业设计（论文）任务书A 418总结报告、实习手册、说明书A4各 19毕业设计（论文）进度考核表A4110指导教师、评阅人答辩意见表A 4各 1I摘 要数控机床的广泛应用，标志着机电一体化技术的高速发展和取得的成绩。本论文主要介绍的是电路板涂胶机设计，共分为以下几大部分：一、机床机械结构的设计与计算，主要介绍了一些非标准件，如机架、涂胶头、吸盘等的设计计算，滚珠丝杠的选用与计算，直线滚动导轨和圆柱导轨的选用及计算，在已知条件下进行步进电动电机的选用；二、气压系统的整体设计与气压元件的选用和计算（吸盘采用气压系统） ，整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成，气压原件的选择主要为气压缸。三、控制部分的设计，其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制、硬件电路图的绘制、控制程序的编写，在硬件电路图的设计中根据机械部分设计时所选用的电机来确定其驱动芯片。此外，本论文可参详机械图进行对照分析，可作为机床工艺说明使用。关键词关键词 直线滚动导轨 圆柱导轨 气缸 IIAbstractExtensive 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 technologyKeywords linear rolling guide rails cylinder cylinderIII目 录第 1 章 绪 论.11.1 题目的来源及意义.11.2 设计内容.1第 2 章 总体方案的设计.22.1 设计的总体目标.22.2 机械部分可行性分析.22.3 控制部分可行性分析.5第 3 章 机械结构的设计.73.1 X、Y、Z 工作台和涂胶头导轨副的计算与选型.83.1.1 导轨选择考虑的因素： .83.1.2 直线滚动导轨副的计算与选型： .93.1.3 圆柱直线导轨副的选型： .103.2 传动部件的计算和选型 .113.2.1 滚珠丝杠的特点 .113.2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型： .113.3 丝杠用电机的选用 .153.4 增量式旋转编码器的选用 .183.5 步进电动机驱动电源的选用 .183.6 联轴器的选型 .193.7 轴承的选型与校核 .203.8 机架的设计 .21第 4 章 气压系统的设计.264.1 气压系统原理图 .264.2 气压元件的选择与计算.274.2.1 吸盘气压缸的计算与选型：.274.2.2 气压阀类的选用.284.2.3 气泵的选择计算.294.2.4 泵用电机的计算与选型.294.2.5 其它辅助气压元件的选择.30第 5 章 控制系统的设计.32IV5.1 控制器的选择.325.2 PLC 技术基本原理.325.3 PLC 控制程序设计.375.4PLC 型号的选择.385.5 驱动器的选择.405.6 控制流程图.425.7 硬件电路的设计.43第 6 章 总结.466.1 关于机器.466.2 关于设计.46致 谢.48参考文献.49附录.501第 1 章 绪 论1.1 题目的来源及意义本次毕业设计的题目是电路板涂胶机设计。该设备主要是用来实现给电路板涂保护胶，整个涂胶过程将按照事先编好的程序自动完成。属于典型的机电一体化产品。此题目来源于生产实际。自 20 世纪 50 年代中期起,印刷电路版 英文简称 PCB 技术被开始被广泛采用后电路板的生产实现了自动化，即生产率被大大的提高了。正是此项技术的成熟才出现了给电路板涂保护胶以进行散热、防水、固定等的要求，而涂胶机为此应运而生。本次毕业设计的涂胶机体积小、占地面积少能给企业减少厂房使用面积。同时，能够实现自动卡紧电路板，卡紧后本机将根据变好的程序要求要涂覆的区域覆盖。涂层薄厚可在规定范围内任意调节（0.1mm 到 0.3mm 为最宜） 。即便更换电路板的型号也可以工作。 随着我国经济稳步发展，人民的生活水平发生了翻天覆地的变化。大到彩电、冰箱、洗衣机、空调、电脑、微波炉，小到手机、MP3、MP4、等等，已经几乎成为大部分家庭的必须品。而这些电器和电子产品使用的正是这种印刷电路板。所以涂胶机是每个电器生产厂家所必备的设备。由此可见，涂胶机有着很强的生命力和广泛的市场。1 1.2.2 设计内容设计内容本设计的内容主要包括三部分：第一部分为机械结构和涂胶头的设计与计算，主要介绍了一些非标准件，如端盖，轴，机架等的设计计算。其次，又介绍了一些标准件的计算与选型，如滚珠丝杠副，直线滚动导轨，圆柱滚动导轨，联轴器，步进电动机等的计算与选型；第二部分为吸盘的气压系统的整体设计与气压元件的计算与选型。整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成，气压原件的选择主要为气压缸；第三部分为控制部分的设计，其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制、硬件电路图的绘制、控制程序的编写，在硬件电路图的设计中根据机械部分设计时所选用的电机来确定其驱动芯片。2第 2 章 总体方案的设计2.1 设计的总体目标本次设计的目标是能够使涂胶机实现自动卡紧电路板，并根据编好的程序要求，给要涂覆的区域覆盖。涂层薄厚可在规定范围内任意调节。为了能够深入了解电路板涂胶机的功能特点以完整的完成课题，本人查阅了相关资料。并了解相关设计要求。涂胶机主要工作目的有四方面。一是自动卡紧电路板；二是能够让涂胶头按着要求的轨迹进行运动涂胶。三是能够调节涂胶的厚度。四是保证保护胶始终处在适宜工作的稠度，能够自如涂洒。 按以上述要求计出一套具有结构紧凑，工作效率高、能够准确定位、涂胶头（X、Y、Z）三个方向自由运动、应用方便等特点的电路板涂胶机。2.2 机械部分可行性分析本涂胶机主要包括机械部分，控制部分，组成。根据现有的国内外涂胶机的原理及结构，进行结构、尺寸上的来设计。如图 2-1 所示：图 2-1 X 轴传动简图3图 2-2 Z 轴传动简图图 2-3 Y 轴传动简图4图 2-4 工作台布局简图图 2-5 涂胶头结构简图如上图 2-1 到 2-5，本机械部分包括机架、涂胶头的设计、涂胶头 X、Y、Z三个方向的传动设计、工作台的定位。由于机架形状比较复杂且为了减少制造成5本故采用槽钢焊接。涂胶头采用气动装置，其本身就是一个气缸，当内部活塞向上抽动时，就在胶的表面形成负压随着负压的不断增大保护胶便吸入涂胶头内部。而涂胶头内部的螺旋杆在外部电机的带动下不断的旋转这样是为了防止吸入内部的胶凝固。X、Y、Z 三个方向传动的工作原理是相同的，涂胶头固定在 Z 轴工作台上，Z 轴工作台固定再 Y 轴工作台上，Y 轴工作台固定在 X 轴工作台上。外部步进电机旋转通过联轴器带动丝杠螺母副，螺母带动与螺母固定的工作台，从而，完成工作需要的传动路线。丝杠螺母的精度符合工作的精度要求。导轨从精度要求等综合要求出发，直线滚动导轨较易，涂胶头采用圆柱导轨。涂胶机的工作台的设计主要取决于工件的定位而本机定位采用人工，所只需设计与工件尺寸配合的模板即可。卡紧采用气动装置。2.3 控制部分可行性分析图 2-6 工作流程图6图 2-7 控制系统框图如图 2-6、2-7 控制部分采用 PLC 控制，这主要是因为它的优点，可靠性高，编程方便，控制功能强，扩展及与外部联接极为方便。其控制的对象为给丝杠螺母和涂胶头提供动力的步进电机，按工作要求控制其转动的方向和速度。具体速度需要现场调试。综上所述：方案可行。7第 3 章 机械结构的设计液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制，从而，沿其界面产生内摩擦力，这特性称为液体的粘性，而本机工作所需的吸胶能力必须克服胶的粘性和胶自身重力以及胶进入涂胶头与胶头内壁的摩擦力实验测试表明，流动液体相邻液层间的速度梯度成正比，dy/du即： （3-1） ，如图 3-1 所示：dydufAF图 3-1 涂胶头尺寸图查机电一体化系统设计实例表 7-1 知：222m785. 05 . 014. 3 RA，代入上式（3-1）得：，取摩擦系数所sp600a96. 0dyduNF453f6 . 1ff以,。由生产实践知：给长 500mm，宽 250mmNFF7256 . 1fNGFF10001的电路板涂涂层厚度 3mm 的胶时大概需要 107937.5，所以可知涂胶头容积3mm为 10939.5，又因涂胶头内壁直径设计为 =50mm，所以算得涂胶头推板行3mm程为 53.4mm 为了制造方便可取 h=55mm。83.13.1 X X、Y Y、Z Z 工作台和涂胶头导轨副的计算与选型工作台和涂胶头导轨副的计算与选型导轨（Guideways）的功用是导向和承载。在导轨副（如工作台和床身导轨）中，运动的另一方（如工作台导轨）叫作动导轨，不动的另一方（如床身导轨）叫做支承导轨。按摩擦性质分为滑动导轨和滚动导轨。在滑动导轨中有静压导轨、静压导轨和普通滑动导轨。静压导轨的原理和静压滑动轴承相同，该导轨多用于进给运动导轨。动压倒轨，当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后，液体的动压效应是导轨的油腔处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成以液体摩擦，这种导轨只能用于高速的场合，故仅用作主运动导轨，例如立式铣床导轨。普通滑动导轨的摩擦状态有的为混合摩擦。按受力状态可分为开式导轨和闭式导轨。在部件自重和外载作用下，导轨面在导轨全长上可以始终贴合的称为开式导轨，如龙门铣床的工作台和床身导轨。部件的自重不能使主导轨面始终贴合，就必须增加压板，形成辅助导轨面，称为闭式导轨。.1 导轨选择考虑的因素：导轨选择考虑的因素：1. 导向精度导轨在空载下运动和在切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。保证轴承运动的准确性，是保证导轨工作质量的前提。（1）几何精度直线运动导轨的几何精度一般包括：导轨在竖直平面内的直线度（简称 A 项精度）；导轨在水平平面内的直线度（简称 B 项精度）；两导轨面间的平行度，也叫作扭曲（简称 C 项精度）。在 A、B 两项精度中，都规定了导轨在每米长度上和导轨全长上，两导轨面间在横向每米长度上的扭曲值。（2）接触精度磨削和刮研的导轨表面，接触精度按的规定，采用着色法进行检查。2278JB用接触面所占的百分比或面积内接触点数衡量。22525mm2. 精度保持性影响精度保持性的主要因素是磨损。提高耐磨性以保持精度，是提高机床质量的主要内容之一，也是科学研究的一大课题。常见的磨损形式有磨料（硬粒）磨损、粘着磨损（或咬焊）和接触疲劳。磨料磨损经常发生在边界摩擦和混合摩擦状态。磨粒夹在导轨面间随之相对运动，形成对导轨面的切削，使导轨面产生划伤。磨料的硬度越高，相对滑动速度越大，压强越大，对摩擦副的危害也越大。9磨料磨损很难避免，是导轨防护的重点。粘着磨损也称为分子机械磨损。当两个摩擦表面相互接触时，在高压强下材料产生塑性变形，相对运动时的摩擦，又使表面层的氧化膜破坏，在新暴露出来的金属表面之间，就会产生分子间的相互吸引和渗透，使接触点粘结而发生咬焊。接触面的相对运动又要将咬焊点拉开，就造成撕裂性破坏。咬焊是不允许发生的。接触疲劳发生在滚动摩擦副中，也是无法避免的。3. 低速运动平稳性当导轨作低速运动或微量位移时，应保证导轨运动的平稳性，即不出现滑移现象。低速运动平稳性与导轨的结构、材料和润滑，与动、静摩擦系数的差值，与传动导轨运动的传动链的刚度有关。4. 结构简单平稳性好大多数机床的导轨都要淬硬，因此导轨的精加工，不能淬硬。设计时要注意使导轨的制造和维修方便，刮研量少。如果采用镶装导轨，则应尽量做到更换容易。5. 导轨的润滑润滑的目的是为了降低摩擦力、减少磨损、降低温度和防止生锈。润滑要求供给导轨清洁的润滑油。油量可以调节。尽量采取自动和强制润滑。润滑元件要可靠。要有安全装。例如静压导轨在未形成油膜之前不能开车和润滑不正常有报警信号等。导轨的润滑方式有很多。可以人工定期向导轨面浇油。此法简单易行，但不能经常保证足够的润滑。也可在运动部件上装油杯，使油沿油孔流或滴向导轨面，也可在运动导轨面上装润滑电磁泵。或手动润滑油泵，定时拉动几下供油。为使润滑油在导轨面上较均匀的分布，保证润滑效果，需在导轨面上开出油沟。综上所述： X、Y、Z 三个工作台，工作时不产生切削力。所以，不要求有很强的刚性和抗震性，但要求运动灵敏度高低速运动平稳，定位精度高，故选取直线滚动导轨副。涂胶头选择圆柱直线导轨副。.2 直线滚动导轨副的计算与选型：直线滚动导轨副的计算与选型：（1）滑块承受工作载荷 F 的计算及导轨型号的选取。 工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本机 X，Y 工作台水平布置，采用双导轨，四滑块的支持形式。Z 工作台竖直方向布置，同样采用双导轨，四滑块的支持形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为： F （3-maxF4G102）其中，移动部件总重量 G=2500N,外加载荷=0N 带入式（2-2） ，得最大FZF工作载荷。KNNF625. 0625max查机电一体化系统设计实例表 3-41，根据工作载荷,初选直KNF625. 0max线滚动导轨副的型号为 KL 系列的 JSA-LG15 型，其额定动载荷,额定KNC94. 7a静载荷。根据初步设计，最长导轨长度为 800mm。KNC5 . 9a0（2）距离额定寿命 L 的计算。上述选取的 KL 系列 JSA-LG15 型导轨副的滚道硬度为 60HRC,工作温度不超过100每根导轨上配有两只滑块，精度为 4 级，工作速度较低，载荷不大。查机电一体化系统设计实例表 3-36表 3-40。分别取硬度系数,温度系数0 . 1fH，接触系数，精度系数，载荷系数，代入下式：00. 1ft81. 0fc9 . 0fx5 . 1fw （3-km1176850fffff3maxawxcth）（FCL3）远大于期望值 50km，故距离额定寿命满足要求。.3 圆柱直线导轨副的选型：圆柱直线导轨副的选型：圆柱直线导轨 As 系列：主要用途：直线轴在自动传动装置上广泛应用，诸如工业机器人、自动记录仪、计算机、精密打印机、特殊气缸竿、自动塑木机等工业机器，所以本设计的涂胶头的活塞杆的传动也采用圆柱直线导轨副。材料：15rGCCSUS440硬度：）（58:440262HRCCSUSHRC精度：g6粗糙度：不超过 1.5u m（）maxR硬带：0.83mm外径：3120（GCr15）340（SUS440C）等级长度：100mm3010mm（6000mmis available）长度：100mm 不超过 5m圆度：不超过 3.0（）maxR标准型：S:镀铬型 As：不锈钢113.23.2 传动部件的计算和选型传动部件的计算和选型.1 滚珠丝杠的特点滚珠丝杠的特点1. 用较小的扭矩转动丝杠（或螺母），可使螺母（或丝杠）获得较大的轴向牵引力。2. 可达到很大的降速比，使降速机构大为简化，传动链得以缩短。3. 能达到较高的传动精。用于进给机构时,还可兼作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺寸，最小数值可达 0.0001mm。4. 传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠的传动效率=0.920.96,而一般的常规（滑动）丝杠螺母副的=0.200.40。所以滚珠丝杠的传动效率比常规丝杠的传动效率提高了 34 倍。因此功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的。415. 给予适当的预紧，可消除丝杠和螺母螺纹间隙，这样反向时就可以没有空程死区，反向定位精度高。与常规丝杠螺母副比较有较高的轴向精度。6. 运动平稳，无爬行现象，传动精度高。滚珠丝杠基本上是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎和运动速度完全无关，这样就可以保证运动的平稳性。由于滚珠丝杠基本上是滚动摩擦，与常规丝杠螺母副比较不宜出现爬行现象，故传动精度高。7. 有可逆性，由于滚珠丝杠副摩擦系数小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以由直线运动转换为旋转运动。丝杠和螺母都可以作为主动件，也可以作为从动件。8. 制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求较高，光洁度要求也高，故制造成本高。例如丝杠和螺母上的螺旋槽滚道，一般都要求磨削成型表面的。9. 不能自锁，特别是垂直丝杠，由于自重惯性力的关系，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需要添加制动装置。.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型：滚珠丝杠螺母副的计算与选型：在设计滚珠丝杠时，首先要确定其名义直径、螺距及滚珠直径等。确定滚珠丝杠的上述参数时，目前采用的方法是，在防止疲劳点蚀的基础上，即滚性丝杠在工作过程中受轴向负载时，在滚珠和滚道型面间使产生接触应力。在这种交变12接触应力的作用下，经过一定的应力循环次数后，就要使滚珠或滚道型面产生疲劳剥伤，而使滚珠副丧失其工作性能，这是滚球丝杠副的主要破坏形式。在设计滚珠丝杠副时，必须保证在一定的轴向负载作用下，这种名义直径 D 和螺距 t 的滚珠丝杠在回转一百万转后，在他的滚道上由于受滚珠的压力而不致有点蚀现象，这个负载的最大值称为这种滚珠丝杠能承受的最大动负载。1.X1.X、Y Y、Z Z 工作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型：工作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型：（1）最大工作载荷计算： (3-4)yzmGFFKFFX（其中，移动部件重量包括 x 工作台、y 工作台、z 工作台、涂胶头、y、z 工作台的导轨等，估计重量约为 2500N。滚动导轨副的摩擦系数，因为本17. 0机工作没有切削力。故，带入上式（3-4） ，求得0yZFFNFF453fx滚珠丝杠副的最大工作载荷。NGKFF511xm（2）最大动载荷的计算：QF设工作台在装满胶时且涂胶厚度为最薄为 1mm 时的最快进给速度初选丝杠基本导程，则此时丝杠转速 n=取mm/min46mm5hPmin/ r2 . 9pvh滚珠丝杠的使用寿命 T=15000h，代入得。）单位为：6010(64. 8L查机电一体化系统设计实例表 3-30 去载荷系数,取硬度系数，2 . 1fw1fH代入下式： （3-mhw30fffLFQ5）得：。NFQ1258（3）初选型号 ：根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查机电一体化系统设计实例表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的 G 系列 2005-3 型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式。其公称直径为 20mm，导程为 5mm，循环滚珠为，精度等级取 5 级，额定动载荷为 9309N,大于满足要求。列圈 13QF（4）传动效率的计算 ：将公称直径，导程，代入下式：mm20d0mm5ph （3-0hdparctan136）得丝杠螺旋升角。将摩擦角 =10，代入，334）（tantan得传动效率。4 .96（5）刚度的验算： X-Y-Z 工作台滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式，丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左，右支承的中心距离最长约为800mm；钢的弹性模量；查机电一体化系统设计实例表 3-31，得a5p101 . 2ME滚珠直径，丝杠底经，丝杠截面积mm175. 3WDmm2 .16d2。丝杠在工作载荷作用下产生的拉压变形量222mm12.2064dSmF。mmESF00944. 012.206101 . 2/800511/a5m1 根据公式: (3-7)3)/(0WDdZ求得单圈滚珠数 Z=20；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数 列数=，代入13公式：，得滚珠总数。丝杠预紧时取轴向预紧力列数圈数ZZ60Z。则由式：1703/5113/m FFYJ有预紧时 (3-8)10wm210/0013. 0ZFDFYJ求得：滚珠与螺纹滚道间的接触变形量，因为丝杠 加有预mm00015. 02紧力，且为轴向负载的，所以，实际变形量可减小一半，取。31mm000075. 02 将以上算出的代入，求得丝杠总变形量。21和21总m52. 9总本设计丝杠有效行程为 600mm，由机电一体化系统设计表 3-27 查得，5 级精度滚珠丝杠的有效行程在 500630mm 时，行程偏差允许达到 32m，可见，丝杠刚度足够。（6）压杆稳定性校核：根据公式 （3-m22kkafFKEIF9）计算失稳时的临界载荷。查机电一体化系统设计实例表 3-34，去支承系KF数;由丝杠的底径，求得截面惯性剧矩，1fKmm2 .16d288.338064/d42I压杆稳定安全系数 k 一般取为 2.54，由于水平安装时 k 值大于垂直安装时 k 的值故 k 取 3(丝杠卧式水平安装)；滚动螺母至轴向固定处的距离 a 取最大值800mm。代入公式（3-9）得临界载荷，大于工作载荷，NF3646kNF1779m故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。142.2.涂胶头丝杠螺母副的计算与选型：涂胶头丝杠螺母副的计算与选型：（1）工作载荷的计算：mF涂胶头工作吸胶时需要 725N 的力与丝杠轴线平行，设为，而与丝NF725x杠垂直方向和与工作台垂直方向的两个力均为零，即。已知移动部NFFZ0y件总重量，按矩形导轨进行计算，查机电一体化系统设计实例表 3-29，NG62取颠覆力矩影响系数 k=1.1。滚动导轨上的摩擦因数。代入式(3-4),求005. 0得滚珠丝杠副的最大工作载荷：。NF798m（2）最大动载荷的计算：QF设涂胶头在涂胶厚度为 3mm 是的最快进给速度 v=7.2mm/min。初选丝杠导程，则此时丝杠转速，取丝杠的使用寿命mm5phmin/r44. 1p/vnhT=15000h，代入，得丝杆寿命系数为(单位为)。查机6010/n60 TL 2 . 10Lr106电一体化系统设计实例表 3-30，取载荷系数，滚道硬度为 60HRC 时，取2 . 1fw硬度系数,代入上式（3-5）得：。0 . 1fHNFQ1017（3）初选型号： 根据计算出最大动载荷和初选的丝杠导程，选择深圳市万臣科技有限公司生产的 SFK 系列 SFK00802 型滚珠丝杠副，其公称直径为 8mm，导程为 5mm，循环滚珠为 3 圈1 列，精度等级取 5 级，额定动载荷为 1422N，大于,满足要求。QF（4）传动效率的计算：将公称直径，导程，代入上式（3-6）得丝杠螺旋升角mm8d0mm5ph=11.257。将摩擦角 =10代入得传动效率 =98.5。（5）刚度的验算：滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式，丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左，右支承的中心距离最长约为 a=100mm；钢的弹性模量。查得滚珠直径，丝杠底径，a5p101 . 2MEmm2 . 1WDmm4 . 7d2丝杠截面积。算得丝杠在工作载荷作用下产生的拉/222mm9866.424/dSmF压变形量。mm00884. 0mm)9866.42101 . 2/(100798)/(a5m1ESF根据公式（3-7） ，求得单圈滚珠数 Z=18;该丝杠为单螺母滚珠的圈数列数为 31，代入公式得滚珠总数量。丝杠预紧时，取轴向预紧力54Z。则由式（3-8）算得，。因为丝杠NFFYJ2663/7983/mmm00034. 02加有预紧力，且为轴向负载 1/3,所以，实际变形量可减少一半，取。mm00017. 02将以上算出的代入，求得丝杠总变形量。21和21总m01. 9总本设计丝杠有效行程为 100mm，由机电一体化系统设计表 3-27 查得，5 级精度滚珠丝杠的有效行程在315mm 时，行程偏差允许达到 23m，可见，丝杠刚度足够。15（6）压杆稳定性校核：根据公式（3-9）计算失稳时的临界载荷。查机电一体化系统设计实例表KF3-34，去支承系数;由丝杠的底径，求得截面惯性剧矩1fKmm4 . 7d2，压杆稳定安全系数 k 取 2，滚动螺母至轴向固定处的442mm122.14764/dI距离 a 取最大值 100mm，代入上式（3-9）得临界载荷远大于工作NF9 .15230k载荷，故丝杠不会失稳。NF798m综上所述，初选的滚珠丝杠副，满足使用要求。3.33.3 丝杠用电机的选用丝杠用电机的选用（1）本设计中共采用 4 个电机，考虑到设计要求和电机选择原则等因素，故选择步进电机。且，步进电动机的选型因主要注意以下几点：步进电机应用于低速场合-每分钟转速不超过 1000 转，（0.9 度时6666PPS)，最好在 1000-3000PPS(0.9 度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。由于历史原因，只有标称为 12V 电压的电机使用 12V 外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压（建议：57BYG 采用直流24V-36V，86BYG 采用直流 50V,90BYG 采用高于直流 100V），当然 12 伏的电压除12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。转动惯量大的负载应选择大机座号电机。电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用 5 相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少。电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。电机在 600PPS（0.9 度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。应遵循先选电机后选驱动的原则。（2）X 轴电机的计算与选型：计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量：eqJ已知：滚珠丝杠的公称直径，总长，材料密度mm20d0mm550L；移动部件总重力；查机电一体化设计实例表33cm/kg1085. 7NG2500164-1 知，丝杠的转动惯量: (3-10)8m2j1DJ 其中：-丝杠的质量 1.36kgjm D -丝杠的直径 2cm L -丝杠的长度 55cm代入上式（2-10）算得：；21cmkg68. 0J工作台这算到丝杠上的转动惯量： （3-i2h2m)2p(J11）其中：-工作台质量 150kgjm 丝杠导程 0.5cmhp代入（3-11）算得：初选步进电动机型号为 90BYG2602,为22cmkg951. 0J两相混合式，由常州宝马集团公司生产两相八拍驱动时步矩角为 0.75，查机电一体化设计实例表 4-5 查得该型号电动机转子的转动惯量。则加2mcmkg4J在步进电动机转轴上的总转动惯量为。2eqcmkg631. 5J计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩分快进空载启动和承受最大eqT工作载荷两种情况进行计算。快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩由下式：1eqT (3-12)0famax1eqTTTT可知，包括三部分：一部分是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最1eqT大加速转矩；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩；amaxTfT还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩 T。因为滚珠丝杠副转动效率很高，根据下式： （3-13）（20in012PFTYJ可知，相对于很小，可以忽略不计。0TfamaxTT和则有： （3-famaxeq1TTT14）根据式： amamaxt602nJjTeqeq（3-15）可以算得：。amaxT式中：对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位 r/minmn17 步进电动机由静止到加速至转速所需要时间，单位为 satmn其中： （3-360vnmaxm16）式中：空载最快移动速度本机maxvmin/mm300vmax 步进电动机步矩角，预选步进电动机的步矩角为 0.75 脉冲当量，本例脉冲/mm005. 0将以上各值代入（3-16）算得。设步进电动机由静止到加速min/r1250nm至转速所需时间则由式（3-7）求得：由式（3-13）mns4 . 0tam184. 0amaxNT可算得移动部件运动时折算到电动机轴上的摩擦转矩为： （3-1hf2GPT 17）式中：导轨的摩擦因数，滚动导轨取 0.005 滚珠丝杠导程，单位 0.005mhp 传动链总效率，一般取本设计取 0.785. 07 . 0 i-总传动比 i=1则由上式（3-17）算得：最后由式（2-14） ，求得快速空载m0142. 0fNT启动时电动机转轴所承受的负载转矩为：经过上述计算后，得到mm5293. 02eqT加步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：。m5293. 0maxeq2eq1eqNTTT，步进电动机最大静转矩的选定：考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能会丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数，本例中取安eqT全系数 k=6 则步进电动机的最大静转矩应满足： （3-m5293. 066eq2jmaxNTJ18）上述初选的步进电动机型号为 90BYG2602，由机电一体化系统设计实例表 4-5 查得该型号电动机的最大静转矩。可见，满足上述式（3-18）要m6max NJJ求。步进电动机的性能校核：最快工进速度时电动机输出转矩校核：本机最快工进速度，脉冲当量，由式求出电动机min/mm46vmaxf脉冲/mm005. 060vfmaxfmaxf18对应的运行频率。从 90BYG2602 电动机的运行005. 060/46fmaxfHZHZ154矩频特性曲线图 6-1 可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩m6 . 5maxfNT远大于最大工作载荷转矩，满足要求。m515. 0eq2NT最快空载移动时电动机输出转矩校核：本机工作台最快空载移动速度，仿照式求出电动机对应的运行频率min/mm3000vmax60vfmaxfmaxf。从图 6-1 查得在此频率下，电动机的输HZHZ10000005. 060/3000fmax出转矩，大于快速空载时启动时的负载转矩满足m8 . 1maxNTm1982. 0eq1NT要求。最快空载负载移动时电动机运行频率校核与最快空载移动速度对应的电动机运行频率为。查机电一体化系min/mm3000vmaxHZ10000fmax统设计实例表 4-5 可知 90BYG2602 电动机的空载运行频率可达 20000HZ，可见没有超出上限。起动频率的计算：已知电动机转轴上的总转动惯量，电2eqcmkg631. 5J动机转子的转动惯量电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率2mcmkg4J则可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率HZ1800fq上式说明，要想保证不经电动机启动时不失步，任何HZJJ1160/1ffmeqgl时候的启动频率都必须小于 1160HZ。实际上在采用软件升降频时，起动频率选的更低，通常只有 100HZ（即 100 脉冲/s） 。综上所述，本机中工作台的进给传动选用 90BYG2602 步进电动机，完全满足设计要求。3.43.4 增量式旋转编码器的选用增量式旋转编码器的选用本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步矩角相匹配。由步进电动机的步矩角，可知电动机转动75. 0一转时，需要控制系统发生 360/=480 个步进脉冲。考虑到增量式编码器输出19的 A,B 相信号，可以送到四倍频率电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选 120 线。这样控制系统每发一个不进脉冲，电动机转过一个步矩角，编码器对应输出一个脉冲信号。本例选择编码器的型号为 ZLK-A-120-05V0-10-H:盘状空心型，孔径 10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V，每转输出 120 个 A/B 脉冲，信号为电压输出，生产厂家为长春光机数显技术有限公司。3.53.5 步进电动机驱动电源的选用步进电动机驱动电源的选用本例中所用的步进电动机均为 90BYG2602 型，生产厂家为常州宝马集团公司。查机电一体化系统设计实例表 4-14，选择与之配套的驱动电源为 BD28Nb 型，输入电压 100VAC，相电流 4A，分配方式为二相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图（3-2）所示。图 3-2 电源接线图3.63.6 联轴器的选型联轴器的选型联轴器是用来联接两进给机构的两根轴使之一起回转传递扭矩和运动的一种20装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为广泛。套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向移动）。且要求两轴严格对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。根据所设计的系统为小转矩，低转速的小型设备， ，又因为轴径较小，轴的对中性好，且被连接两轴的轴径大小有相同的也有不同的，所以选择了套同式联轴器和凸缘式连轴器两种一满足上述两种不同的情况。3.73.7 轴承的选型与校核轴承的选型与校核机床传动轴的滚动轴承的失效形式，主要是在循环接触应力下的作用，滚动体和滚道表面上出现疲劳破环。即通常所说的疲劳剥落。而丝杠轴承的载荷主要是轴向载荷，径向除丝杠和工作台的重量外，一般无外载荷，对丝杠轴承的要求主要是轴向精度和刚度较高，摩擦力矩要小。所以选用 60 角接触球轴承，该轴0承是与滚珠丝杠配合的专用轴承，其主要特点如下：（1）接触角大，钢球数多，承载能力高，刚度高。（2）既能承受轴向载荷，也能承受径向载荷，支撑结构可以简化。（3）轴承启动摩擦力矩小，降低丝杠副的驱动功率，提高进给系统的灵敏度。现选用 7000C 型号，基本尺寸为:d=10mm,外径 D=35mm,宽度 B=8mm,基本额定动负荷 C =4.29KN,基本额定静载荷 C=2.25KN，极限转速（油润滑）为 28000r0r。minr对轴承的疲劳寿命进行校核：由机械设计可知,轴承的基本额定寿命为： L= （3-19）10h610()60Cn P式中：P-当量动载荷； L-基本额定寿命；10h 寿命指数，球轴承 =3；21n轴承工作转速，n=1250；minrC基本额定动载荷，C=2250N；其中：P=f (X+YF )daf 冲击载荷系数，取 1.1；dF 径向载荷；rX、Y径向动载荷系数和轴向动载荷系数。X=0.44,Y=1；P=1.1(0.44305+415)=604N将上述各值代入上式（3-19）得：L=21000h15000h10h63102250()60 1250604所以该轴承的选用也是合格的。3.83.8 机架的设计机架的设计（1）本机由一个工人站立操作。由人体工程学可知站姿的操作范围如下图 3-3 所示。整个操作过程是：将电路板搬起放置于工作台上，按启动开关机器自动运行，整个涂胶过程完成后再将电路板搬下。本机拟一次只给一块电路板涂胶。22图 3-3 站姿操作范围（2）机架是一个多功能构件，是整机的基础，要求有足够的静动刚度，热变形对精度的影响尽可能小，原始精度和尺寸的稳定性要好，外型美观，运输安装方便。在这些要求当中，强度和刚度是机架的基本技术指标。在许多情况下，刚度尤为重要。本机为单件小批量生产，可用焊接机架。焊接机架与铸造机架相比具有强度高、刚性好、重量轻、生产周期短、施工简便的特点。机架材料选择45 钢。焊接的简介：焊接是指利用加热或热加压，或两者并用的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合的一种加工方法。它是现代工业生产中用来制造各种金属结构和机械零件的一种主要工艺方法。焊接结构工艺设计焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。1. 焊缝的布置焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则： 23焊缝应尽量处于平焊位置各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。焊缝要布置在便于施焊的位置焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形接头处的硬化组织，影响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面。2. 焊接方法的选择各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。选择焊接方法时应依据下列原则：焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用 CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。提高生产率，降低成本如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。焊接现场设备条件及工艺可能性选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。3. 焊接接头设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。焊接接头形式设计焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T 形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等。（3）机架危险部分的校核，在机架的结构中，主要受力部分为Z24工作台与涂胶头的连接架，该连接架承受的静载为涂胶头及涂胶头内部液体的重力，此外连接架还要承受其他外力，如工人扶住涂胶头时，连接架要承受人的压力。所以，要对上述两部件进行分析。根据设计，两部件均可视为悬臂梁。对横梁分析如下：梁的挠曲线方程为： （3-20）)3(62lxEIFx其挠度为： （3-mEIFlB47113310*04. 110*3 . 6*10*2*334. 0*1000321）其转角为： rad （3-22）47112210*6 . 410*3 . 6*10*2*234. 0*10002EIFlB受力图 F=1KN x A l B剪力图Fs x -F25弯矩图M X -Fl 图 3-4 梁的分析梁的剪力为： Fs(x)=-F=-1000N 0 x l （3-23）弯矩为： M(x)=-Fx=-1000*0.34=-340Nm 0xl （3-24）弯曲应力的校核：=170MPa （3-PaIyMZ77maxmaxmax10*159. 210*3 . 604. 0*34025）截面惯性矩为：I =,am,a （3-z71424110*3 . 621212aaa08. 01m076. 0226）26第 4 章 气压系统的设计4.1 气压系统原理图气压系统如下图：图 4-1 气压系统原理图电磁阀动作顺序如下表 4.1 所示：27表 4.1 电磁阀动作顺序表1YA吸紧+放开-4.2 气压元件的选择与计算.1 吸盘气压缸的计算与选型：吸盘气压缸的计算与选型：吸盘的作用就是让机械在涂胶时保证电路板不会因为胶的黏着力而移动。而由于电路板本身材质的原因故不能采用机械卡紧又因其是电子元件所以也不允许采用电磁卡紧，所以本机采用气动吸盘卡紧。在卡紧时需要克服的外力很小，所以本设计采用气动装置。（1）根据工作需要选择双作用活塞气缸，安装形式选择后法兰式。2FM（2）本设计为双作用普通气缸，因其只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在有杆腔向无杆腔运行时产生拉力,相反时，产生推力,由生产实际知2F1F,故采用计算气缸内径 D。由已知得=350N，下式：21FF1F1F (4-1)ZFPDF214其中：p 为气缸工作压力，为气缸的总阻力。它与众多因素有关，如运动ZF部件惯性背压力，密封处摩擦力等。以上因素可以载荷率的形式计入公式，如要求缸的静推力在计入载荷率后：1F （4-PDF2142）因气缸动态参数要求较高，且工作频率高速度低，查设计手册知取 0.5 当推力作功时： (4-3)PFD/41求得：查机械设计手册第四版表 24.2-4 缸筒内径系列取 D=40mm。mm39D（3）活塞杆的计算，按强度条件计算，当活塞杆的长度较小时即,可d10L以只按强度条件计算，活塞杆直径 d （4-PF14d 4）式中:气缸的推力为 350N1F活塞杆材料的许用应力为 235MPaP28代入（4-4）算得：，查机械设计手册第四版表 24.2-5 取 d=16mm。13d （4）缸筒壁厚的计算，缸筒直接承受压力，须有一定厚度，由于一般气缸壁厚与内径比,所以，通常可按薄壁筒公式计算：101D （4- 2tDP5）式中：气缸筒的壁厚（m）已知 D-气缸筒内径 （m） 已知 气缸实验压力，一般取=1.5p=0.9MPatptp -缸筒材料许用应力（Pa）为 100MPa 代入（4-5）求得：查机械设计手册第四版表 24.2-7 取。mm8 . 1mm5（5）气缸工作行程根据工作需要去 L=50mm。（6）活塞的密封选择，由于查机械设计手册选择 o 型密封圈该10040 D密封圈结构简单，密封可靠，磨擦阻力小。综上所述：查机械设计手册第 4 版表 24.2-14 选 QM 系列型号小型气缸。.2 气压阀类的选用气压阀类的选用在该涂胶机设备中，气压阀类元件主要使用了电磁换向阀和单向调速阀。电磁换向阀主要控制吸盘气缸的动作顺序，而单向调速阀主要是控制吸盘气缸的动作速度，也起到预防失压的作用。两位四通电磁换向阀的选择：两位位四通电磁换向阀主要控制的是带动上料滑块的双作用气压缸，由已知条件可得，输入流量为： （4-1112pAqqAA6），2163494Amm224333.74Amm311.5/ minpqm因此， （4-1311249 11.536.8/ min4933.7pAqqmAA7）排除流量为： （4-3212133.7 36.825.3/ min49A qqmA8）29由以上参数，查标准可选得两位四通电磁换向阀的型号为 3K25D2-14。单向调速阀的选择：调速阀是由定差减压阀与节流阀串联组成的，而单向调速阀只是在原有的结构上增加了一个单向阀，油液正向流动时起调速作用，反向流动时起单向阀的作用。根据设计要求，查机械设计手册 ，选择型单向调速阀。10HQA表 4.2 单向调速阀主要技术参数表通径：mm10流量：min/40L最小稳定流量：min/4L最高压力：MPa32质量：Kg.3 气泵的选择计算气泵的选择计算根据以上所选用的气压原件，选择空气压缩机的型号为 HPFWJD-11.5/7 型，滑片式回转空气压缩机，风冷、无基础、低噪声罩式。排气量为 11.5m3/min，排气压力为 0.6MPa。.4 泵用电机的计算与选型泵用电机的计算与选型1.电机的选择设计负载重量为 2kg（触头，导轨滑块） ，速度 v=0.1m/s。负载转矩: (4-9) NMFRT105. 020负载其中：F-负载力 R-带轮半径电机转矩： (4-10)NMTTLZ33. 1i总其中：传动比总i 总效率根据电机转矩选择电机,其参数如表 4.3 所示：表 3.3 电机参数表型号额定功率（kw）电机长度(mm)额定转矩(N.m)外形尺寸（mm）电压(v)额定转速（r/min）电机重量(kg)适配驱动器30zy80-1500.751502801502491014.1Q3HB220M外形尺寸，如图（4-2）所示： 图 4-2 电机外形尺寸图为了保证传动比，将电机的转速定为 910r/min，输出转速则为：V出=19.2（ r/min）19（ r/min） (4-总入iV5191011)同： n=19rmin (4-12)nV1 . 0sm1 . 02、验算所选电机是否合理负载功率 P=FV=200.1=2w (4-13)需要电机功率=2.67w (4-14)75. 02因为所选电机的额定功率为 750w,所以在功率上所选的电机是合适的.负载转矩由以上的计算可知为 1NM.所需要的电机的转矩为 1.33NM.因为所选电机的额定转矩为 2NM,所以在转矩上所选的电机也是合适的。综上所选电机是合适的。.5 其它辅助气压元件的选择其它辅助气压元件的选择过滤器的选择：分水过滤器是气动回路中用来清除气源中水分，油分及固体杂质的辅件。从31空气压缩机输出的压缩空气流经管网最终到达执行元件之前，要通过减压阀和控制阀内的各类间隙和节流孔。若在压缩空气中混入尘埃和水分等杂质，在流过原件是就有产生误动和动作不良等故障的危险。因此在压缩空气进入控制回路之前，装置空气过滤器以清除这些有害杂质。因此综合已知条件，选取 394.35M 型过滤器，其参数为如表 4.4 所示：表 4.4 394.35M 型分水虑气器技术规格当压降（滤芯过滤精度0.1pMPa 5075）时的流量（标准状态下） （m）31mh输入压力1/pMPa代 号公称直径/mm可使用的容器容积/cm3最大工作压力/MPa工作温度/过滤精度/m0.61.01.6394.35M10751.60+50507590150200240300380油雾器的选择：油雾器是以气体为动力，向气动系统中的气动元件提供雾状润滑油的装置。它可在不关闭气路的状况下向油杯补充润滑油，油雾粒径不大于 50。m查标准选用 396.35M 型油雾器技术参数如表 4.5 所示：表 4.5 396.35M 型油雾器技术参数表10 滴/min 时的最小空气流量/，当压降31mh时的最大空气流量/0.1pMPa 31mh输入压力1/pMPa0.61.0代 号公称通径/mm油杯容积/cm3最高工作压力/MPa工作温度/连接螺纹minmaxminmaxminmaxminmaxminmax396.35M101201.60+50G3/82.5203.53545056078032第 5 章 控制系统的设计5.1 控制器的选择作为数控机床，控制器是必不可少的部分，当今应用最为广泛的控制器有，51 系列单片机，PIC 单片机，PLC（可编程控制器）等，可编程控制器 由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，已在机械制造、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制，且它具有稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便等优点。故 在本设计中，我选用了 PLC 进行机床的控制。5.2 PLCPLC 技术基本原理技术基本原理1.PLC 的发展历史在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC） 。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC） 。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30%-40%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能33力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS 系统。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。而对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，而且易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC 正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC 也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此今天这种装置被我们称作可编程控制器 ，不过我们还是习惯简称这种装置为 PLC。2.PLC 的体系结构PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图（5-1）所示：图 5-1 PLC 的硬件基本结构图（1）中央处理单元（ CPU）编程器中央处理单元（CPU）输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区34中央处理单元（ CPU）是 PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能检查用户程序的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区 , 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行为止。（2）存储器与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。才能构成一台完整的 PLC。PLC 的软件分为两部分 : 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为应用程序存储器。PLC 存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可寻址存储空间各不相同，但是根据PLC 的工作原理， 其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区，系统RAM 存储区（包括I/O 映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。A. 系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该 PLC 的各项功能。B. 系统 RAM 存储区系统 RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储区。（）I/O 映象区由于 PLC 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要有一定数量的存储单元（RAM）以供存放 I/O 的状态和数据，这些存储单元称作I/O 映象区。一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位（bit）, 一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字（16 个 bit)。因此，整个 I/O 映象区可看作由开关量的I/O 映象区和模拟量的I/O 映象区两部分组成。（）系统软设备存储区35除了 I/O 映象区以外，系统 RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备（逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时，由内部的锂电子供电。使这部分存储单元内的数据得以保留；后者当PLC 停止运行时，将这部分存储单元内的数据全部置 “零” 。C 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC 其存储容量各不相同，一般来说，随着PLC 机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的PLC，其存储容量可根据用户的需要而改变。D常用的 I/O 分类常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用I/O 外，还有特殊I/O 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3）PLC 电源PLC 电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小型的PLC，还是中、大型的 PLC，其电源的性能都是一样的，均能对PLC 内部的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。一般交流电压波动在正负10%（15%）之间，因此可以直接将PLC 接入到交流电网上去。3PLC 的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器 的观点说法。 PLC 具有通信联网的功能，它使PLC 与 PLC 之间、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC 具有 RS-232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC 的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、 PROFIBUS 或工业以太网进行联网。364.PLC 的工作原理PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术，既输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作为一个扫描周期。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等，如图（5-2）所示。图 5-2 PLC 的扫描运行方式（1）输入采样阶段在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次读入所有的数据和状态，并将它们存入 I/O 映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化，I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC 的 CPU 总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。（3）输出刷新阶段在输出刷新阶段， CPU 按照 I/O 映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC 真正的输出。第(N-1)个扫描周期输出刷新第(N+1)个扫描周期输入采样第 N 个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行375.3 PLCPLC 控制程序设计控制程序设计1.PLC 控制系统的设计基本原则（1） 最大限度的满足被控对象的控制要求。（2） 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。（3） 保证控制系统安全可靠。（4） 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC 容量时应适当留有余量 。2PLC 编程步骤具体编制一个PLC 控制程序的基本步骤如下(其流程图见图5-3)： 检查程序有无错误运行程序有无错误程序投入使用通过 PC 机、GPC 或 FIT 输入程序至PLC编制 PLC 程序（梯形图或指令代码）将 PLC 的 I/O 位分配给输入输出设备确定系统必须完成的各项任务及其顺序修改程序调整程序NOYESYESNO38图 5-3 PLC 控制流程图3. PLC 提供的编程语言(1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点A. .它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。B. .梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC 输入点接的开关也可以是PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。 C. .梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供 CPU 内部使用。D.PLC 是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。(2)语句表语言，类似于汇编语言。(3)逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能 ，左边画输入、右边画输出。5.4PLC 型号的选择目前，国内外众多生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要满足系统功能需要为宗旨，不要盲目地贪大求全，以免造成投资和设备的浪费。机型的选择可以从一下几个方面考虑。1 对输入/输出点的选择盲目选择点数多的机型会造成一定的浪费。要先弄清楚控制系统的 I/O 总数，再按照实际需要的总点数的 1520%留出备用量（为系统的改造留有余地）后确定所需 PLC 的总点数。另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时连接的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点数的 60%；PLC 每个输出点的驱动能力（A/点）也是有限制的，有的PLC 其每点输出的电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时候要注意这些问题。PLC 的输出点可以分为供点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。39如果输出信号之间不需要隔离，则应该选择前两种输出方式的 PLC。2 对存储容量的选择对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字/点+输出的总点数乘 5 字/点估算；计数器/定时器按（35）字/个估算；有运算处理时按（510）字/量估算；在有模拟量输入/输出的系统中，可以按每输入/（或输出）一路模拟量约需（80100）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。最后一般按估算容量的 50100%留有余量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有的余量要大些。3 对 I/O 响应时间的选择PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫面工作方式引起的时间延迟（一般在 23 个扫面周期）等。对开关量控制的系统，PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制系统、特别是闭环控制系统就要考虑这个问题。4 根据输出负载的特点选型不同负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型，而不应该选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对平便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC。5 对在线和离线编程的选择离线编程是指主机和编程器功用一个 CPU,通过编程器的方式选择开关来选择PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时，CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。专用编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机与编程器各有一个 CPU，主机 CPU 完成对现场的控制，在每个扫描周期哦末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按照新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需要购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。6.根据是否联网通信选型若 PLC 控制系统需要连入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信连网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC、上位计算机及 CRT 等的接口。大中型机都有通信功能，目前部分小型机也具有通信功能。7.对 PLC 结构形式的选择在相同功能和相同 I/O 点数的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便，容易判断故障等优点，要按照实际情况选择 PLC 的40结构形式。根据以上选用原则，选用西门子公司的 S7-200 型 PLC,CPU 选用 226 型。本机集成 24 输入/16 输出共 40 个数字量 I/O 点。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。13K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的 30kHz 高速计数器，2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。2 个 RS485 通讯/编程口，具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。5.5 驱动器的选择SH 全系列步进电机驱动器是由美国 SHAPHON 公司与北京斯达特机电科技发展有限公司联合推出的高科技产品。几年来，随着电子技术的高速发展，其产品工艺和性能也随着不断更新和升级，由于采用超大规模的硬件集成电路，具有高度的抗干扰性及快速的响应性，不会像单片机控制那样易产生死机及丢步现象。高细分数基本上满足了目前中国市场的实际需要。美观大方的超小型外观设计使安装更方便，独特的说明式面板使您操作使用一目了然，方便直观的电流设定方法（由面板上的拨位开关设定）可使您方便快捷的改变电机的相电流，采用全新的贴片生产工艺在中国大规模生产。驱动器型号相数类别尺寸结构细分数由拨位开关设定最大相电流供电电压配套电机SH-2H042Ma2,4,8SH-2H042Mb2/4混合式微型2,5,10,20,401.7A*一组 DC24V90BYG2602、17HS10117HS111、23HS2001SH-2H042Ma 与 SH-2H042Ma 的区别为细分上的区别：一为十进制基准，如2、5、10、20、40 细分；二是二进制基准，如 2、4、8 或 2、4、8、16、32 细分，但我们推荐采用十进制细分数，因为这时的细分步距角比较接近整数。SH 系列驱动器的使用，请按以下几步做：1参考面板提示，通过拨位开关设定您所需要的细分数，在 CP 脉冲能允许的情况下，尽量选用较大的细分数；2参考面板提示，通过拨位开关设定电机的相电流，一般设定为和电机额定相电流相等，如果能够拖动负载，可以设定为小于电机额定相电流，但不能设定为大于电机额定相电流；（微型结构的驱动器，用户无法调节相电流，所以要求用户在订货时说明自己希望的相电流，否则将按默认电流提供。 ）413参考面板提示，连接输入信号线；4参考面板提示，连接电机线；5参考面板提示，连接电源线；6加电后，观察指示灯及电机运行情况。输入信号接口:驱动器的输入信号为 CP+、CP-和 DIR+、DIR-，参见附图电路图。这样用户可以很方便的在外部接成共阳方式：把 CP+和 DIR+接在一起作为共阳端OPTO（接外部系统的+5V） ，脉冲信号接入 CP-端，方向信号接入 DIR-端。CP 信号的脉冲宽度：CP 脉冲的宽度一般要求不小于 2SCP 信号的电平方式：脉冲信号的电平方式是一个很重要的概念，也是设计控制系统时必须要考虑的，具体要求是：对于共阳接法的驱动器要求为负脉冲方式：脉冲状态为低电平、无脉冲时为高电平；对于共阴接法的驱动器要求为正脉冲方式：脉冲状态为高电平、无脉冲时为低电平。DIR 信号起作用时刻：电机换向时，一定要在电机降速停止后再换向。换向信号一定要在前一个方向的最后一个 CP 脉冲结束后以及下一个方向的第一个 CP 脉冲前发出。425.6 控制流程图本电路板涂胶机设计的控制流程图如下图 5-4 所示：图 5-4 工作控制流程图435.7 硬件电路的设计硬件电路图如图 5-5 所示：图 5.5 硬件电路图输入、输出地址单元分配表如下表 5.1、5.2 所示：表 5.1 输入地址单元分配表44表 5.2 输出地址单元分配表4546第 6 章 总结6.1 关于机器1.涂胶机的的可靠性：（1）设有压力表，当压力超过0.6MPa 时，应人工关闭气路、电路，及时查找故障。（2）涂胶速度与涂胶层厚度的控制，需要现场调试。（3）系统掉电再复电时，工作过程继续进行，防止出现二次涂胶。2.涂胶机安装场所的选择： （1）因为该设备是给电路板涂胶的，所以，安装场所要有良好的通风设备，或是烘干设备，以便加快保护胶的风干速度。 （2）场地要平整，以保证设备的安装和加工精度的保证。3.涂胶机的维护：（1）每日工作完毕，将台面清理干净，切断电源、气源。（2）工作前将涂胶头内部清理干净，根据需要定时更换。（3）运行一段时间后检查涂胶层厚度是否在误差允许范围内，如不满足要求要从新调试。（4）设备长时间不用或环境温度低于零摄氏度时，应将涂胶头内部的保护胶全部排空，防止保护胶凝固在涂胶头内部。6.2 关于设计毕业设计结束是我们在校学习的最后阶段，也是对知识和能力深化和升华的过程。通过设计，可以对所学知识结构进行重新整合，将所学知识与工程实践问题相结合，熟悉了国家有关标准和规范。培养了分析问题和解决问题的能力。强化了创新意识，为将来激烈的竞争打下了基础。同时也培养了严肃认真的科学态度，优良的思维模式，和严谨求实的工作作风。树立了正确的设计思想，并掌握了现代设计方法。此次设计用到了我以前学过的机械、电子等多方面知识，是对我们大学所学知识的大综合，对这些知识进行了加强巩固，有了更深的认识。47致 谢为期三个月的毕业设计即将接近尾声，在指导老师的亲切指导和同学的帮助下，此次设计才得以完成。首先，向本设计的指导老师表示最诚挚的谢意。在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。老师给予的帮助贯串于设计的完全过程，从借阅参考资料到现场的实际操作，他都给予了指导，不仅使我们学会逗乐书本中的知识，更学会了学习操作方法。也懂得了如何把握设计重点，如何合理安排时间和论文的编写，同时在毕业设计过程中，他和我们在一起共同解决了设备出现的各种问题。其次，要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们，没有这些资料就不是一个完整的论文。总之，本次设计是在老师的指导下和同学的帮助下共同完成的，在设计的三个月里，我们合作的非常愉快，教会了我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。48参考文献1孙志礼，冷兴聚，魏延刚.机械设计.东北大学出版社，2000.2张健民等.机电一体化设计.高等教育出版社，2007，1.3钟肇新.可编程控制其入门教程.华南理工大学出版社，1999，1.4熊梁山，严晓光，张福润.机械制造技术基础，2000，11.5王伯平.互换性与测量技术基础.机械工业出版社，1999，9.6何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，1989，4.7刘鸿文.材料力学.高等教育出版社，2003，3.8孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.高等教育出版社，2005，12.9王积伟，章宏甲，黄宜.液压与气压传动.机械工业出版社，2006，12.10王晓明.电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社，2004，4.11尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书.机械工业出版社，2007，12王文斌等.机械设计手册M.第 1 卷.机械工业出版社，2004，8.13徐灏等.机械设计手册M.第 5 卷.机械工业出版社，1992.14王文斌等.机械设计手册M.第 4 卷.机械工业出版社，2004，8.15周斌.机电一体化使用技术手册.兵器工业出版社. 1994.11 .MARGHITU.Mechanical Engineer”s handbook d.b 200212 Matthews, aeronautical engineer dare book. c. 2002 13Mcfarlane, beginning autocad. b.200249附录505152Advantages of NCRecent studies show that of the amount of time an average part spent in a shop, only a fraction of that time was actually spent in the machining process. Let us assume that a part spent 50 hours from the time it arrived at a plant as a rough casting or bar stock to the time it was a finished product. During this time, it would be on the machine for only 2.5 hours and be cut for only 0.75 hour. The rest of the time would be spent on waiting, moving, setting up, loading, unloading, inspecting the part, setting sp