压装机系统机体设计

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 .IAbstract.II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 1.28附录 2.32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)max-配 合 的 最 大 过 盈 量 （ mm） ；)(maxaxiff ECdP fd - 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 ；ad 包 容 件 外 径 （ mm） ；i 被 包 容 件 内 径 （ mm） 。压 入 力 ：（ 3-6）式 中fl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fii iiiafaadqvCdqvC22_11uldPFffaxfiiiffiafaf lEvdEvduF )()(22max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