自动送锁螺丝机结构设计.doc

自动送锁螺丝机结构设计第1章 绪论1.1 自动送锁螺丝机的定义 自动锁螺丝机也叫自动送锁螺丝机、自动拧螺丝机、自动螺丝机、自动打螺丝机、自动螺丝紧固系统等。螺丝输送、锁紧一气呵成，再也不用手取螺丝了。大大提高了生产效率，节省人工，你想打多快就有 多快。每打完一颗螺丝，机器会自动输送到批嘴，省去了用手拿螺丝。只要直接对准螺丝孔位就可以了，轻轻一按螺丝就锁好了，方便快捷。想打多快就有多快。大 大提高了工作效率，节省劳力资源。该机外形美观，设计新颖，小巧轻便，放在台上台下都可以。主要适用于电子、塑胶、玩具、电器等行业的装配工序中。提高工作效率及产能、改善员工作业强度的最佳选择自动送锁螺丝机。 自动送锁螺丝机应用特点： 分为手握式及多轴式结构，是由系统自动完成螺丝的送料，气动或电动螺丝刀完成螺丝的拧紧到位，应用广泛，具有以下应用特点: 1.高效批量2. 高可靠性及稳定性；3. 智能化-连续送料,定扭矩,可选择提供记数功能,防漏打功能.螺丝滑牙及浮锁检测。 由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:2215891151，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要.1.2 自动送锁螺丝机的组成 自动锁螺丝机主要有两部分组成：自动送料机构和自动锁付机构（及自动送料机和自动锁螺丝刀）。 1.3 自动送锁螺丝机送锁步骤步骤一、人工将螺丝倒入送料机构的仓槽内；步骤二、由送料机构将螺丝排序并通过分配器分配螺丝，管道将螺丝送到电动或气动起子；步骤三、由电动或气动起子将螺丝锁入产品中的锁付系统。 1. 4 自动送锁螺丝机的优点 1、手持式自动送锁螺丝机 相对于一手拿螺丝、一手拿电批或气批的锁螺丝动作，自动送锁螺丝机可以解放一只手出来，只需一 只手提起起子对准螺丝孔位锁螺丝即可。当锁完一颗螺丝后也只需提起起子对准下一个螺丝孔位锁螺丝，机器会自动在提起起子的瞬间将一个螺丝输送到起子下，等 待锁下一粒螺丝，如此重复。1、手持式自动锁螺丝机，螺丝输送、锁付一气呵成，再也不用手取螺丝了。打螺丝速度40-60PCS/MIN，大大提高了生产效率，节省人工，你能打多快就有多快！2、每打完一颗螺丝，送料机构会自动将螺丝送到批嘴，省去了用手抓取螺丝、移动、对准的动作。3、只要直接对准螺丝孔位，轻轻一按螺丝就锁好了，无重复给料现象，锁一粒来一粒，方便快捷。 4、可配用贵司原来的电批和风批，不需另行购置新的电批、风批，扭力调节与贵司原来的调节方式一样，节约购买成本！5、电批套相当轻便，不用担心因头部太重而增加工人的疲劳度! 6、可单机操作，也可配置成流水线.上下料形式.迅速提升螺丝锁定质量，大幅度提高生产效率。7、手持式锁螺丝机用于电子行业自动组装线，例如手机、硬盘、键盘电脑 DVD家电风扇电子、塑胶、玩具、电器、通讯设备电器玩具电子加工厂组装。 2、 全自动送锁螺丝机 在手持式自动送锁螺丝机自动送料基础上又添加了机械臂或流水线、工作台、自动控制定位等功能，是送锁螺丝机的TOP产品。可根据客户现场要求实行无人监控，既节约人工成本又提高了生产组装效率。1.可以设计为横向,斜向及多方向同时送锁机构,满足多种生产需求； 2.智能化-连续送料,定扭矩,可选择提供记数功能,防漏打功能.螺丝滑牙及浮锁检测； 3.两工位自动连接，可采用自动流水线设计，无需手工转移工件，工件自动到位，自动拧紧螺丝， 自动进入下一道工序； 4. 可以根据客户产品特性,设计专用机型。生产锁螺丝机厂家可根据客户要求及螺丝具体规格尺寸来定制！适用范围：电子电器、塑胶、玩具、开关插座、五金、通讯设备、仪器仪表及电脑周边产品等行业。1.5 螺丝机选用小窍门市面上的螺丝机可谓是五花八门，但大部份都是仿造品。令到我们的客户无法判断怎么选用一台好的自动锁螺丝机。其实，只需4步即可： 第一步、检查是否可以筛选：实际生产中可能存在有飞边、扁头、大头等异形螺丝的情形，抓一把含有各种异形的不符合规格的螺丝，放在料斗里面。如果螺丝机在运行过程中能自动筛选出异形螺丝，不会出现卡机，即满足了是好螺丝机的条件之一。 第二步、检查是否可以补料：当我们进行了第一步，螺丝机自动筛选到一粒异形螺丝后，必定会有一个空档；如果系统能及时进行补给的话，就不会存在空档的了。这是好螺丝机的条件之二。 第三步、检查是否会浮牙：有厂家为了使异形螺丝顺利通过，将所有通道变大，这样会造成电批嘴不易对准螺丝十字槽，造成锁螺丝浮牙，增加不良品。 第四步、检查是否重复给料：有时前一粒并未锁紧，轻轻触碰到信号就会有另一粒螺丝输送，即来双粒螺丝。所以选用自动锁螺丝机，只要按照这4步即可了，自动筛选、自动补料、是否浮牙、是否重复给料。如果这4步都完全通过，那么这就是一台比较完美的螺丝机了。第2章 方案选择2.1总体的方案选择 自动送锁螺丝机在进行拧螺丝前需要将螺栓分离开来并输送到指定位置，因此要先设计分料机构和下料机构。根据工艺要求，需要电动螺丝刀上下移动调节距离，以方便更换工件和调节不同工件间的误差，因此需要一个气缸来控制电动螺丝刀的上下移动。为了提高生产效率，需要夹具来给工件定位。为了降低返修率可以在螺栓传动管间加传感器来检查三个管是否都有螺栓通过，如果有则可以进行下一步工作，如果没有就需要将信号传送给PLC，PLC通过分析计算给分料机构和下料机构的气缸下达命令重新输送螺栓。因此为了实现三头全自动锁螺丝机的自动功能，就必须PLC、电控箱、控制器和控制面板。而这些所有的机构都安装在机架之上。三头全自动锁螺丝机的整体方案为：方案一：气压传动气压传动以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量和信号传递，是实现传动与控制的重要手段之一。选用气压传动进行螺栓分离并用气压把螺栓压到指定位置，气压传动工作介质是取之不尽的空气流动损失小可集中供气，且气动装置简单轻便，安装维护简单，压力等级低使用安全；气动元件结构简单制造容易，适合标准化，系列化，通用化，气动元件可靠性高，使用寿命长有效动作最大可达到一亿次可以很好的满足螺丝机上下移动的使用要求；气动执行元件响应速度高，、动作较快，对冲击负载和过负载有较强的适应能力；同时气动装置具有防火，防爆，耐潮的能力，能适应高温，强电磁干扰，粉尘的等恶劣工作环境。且电动螺丝刀上下移动所需力不是很大，气动执行元件的输出力能满足工作要求。方案二：液压装置 使用液压系统进行传动定位，与机械传动，电气传动相比液压传动具有以下优点：液压传动的各种元件可根据需要方便，灵活的来布置：重量轻，体积小，运动惯性小，反应速度快；操作控制方便，可实现大范围的无级调速；可自动实现过载保护；容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。由于流体流动的损失和泄露较大，传动效率较低，而此三头全自动锁螺丝机要求其效率高的进行上下移动，此为不选择液压系统的原因之一；同时从经济型方面考虑液压元件的制造精度要求较高因而价格较贵，液压传动出故障时不易找出原因和维修要求有较高的技术水平。故综合以上性能，经济，安全各方面考虑不选用液压传动系统。 综合比较以上两种传动方案，在满足工作性能，经济性，及结构外观等要求下综合考虑选择气压传动方案在低成本结构简单即可实现同一直线上的移动功能要求，同时选择PLC实现中间动作调整。将分料机构、下料机构、PLC、控制面板和电动螺丝刀放在机架之上，把电控箱和控制装置放在机架内部，将整体机器立起来放，这样既节省了空间又使得整个机器显得紧凑、美观。PLC使各个机构之间协调动作。其机构方框图如图2-1所示 机 架电控箱控制装置下料机构分料机构夹 具汽 缸电动螺丝刀图2-1 结构图2.2、机架的方案选择 机架是用来支撑和连接各个零部件的，因此他需要具有较高的强度和较大的承载能力。机架可以采用铸造和焊接等形式来制造。铸造机架可以得到很高的承载能力，制造出很复杂的形状，而且可以吸收震动等优点，但是铸造也有本身质量大，不可修改等缺点。焊接机架具有自身质量小，制造方便，制作周期短，成本低，修改简单，承载能力强等优点，但其吸震能力较差。考虑到三头全自动锁螺丝机的工作状况平稳，不需要机架有很强的吸震能力，且本身的质量不大，又考虑到易于修改和制作成本等因素，本设计采用焊接机架。机架的组成方框图如图2-2所示。成品钢材螺栓、铆接、焊接等连接机架图2-2 机架制作方框图第3章 总体设计3.1 总体机构 自动锁螺丝机的总体图如上图2-1，由控制面版和控制器来控制电动改锥的转速，顶端的气缸控制螺丝刀的升降，后面的机架上面的两个机构是螺钉自动分离及输送装置。动作原理：顶端气缸固定在上滑动架上，上滑动架通过滑块和导向柱连接，导向柱固定在主支架上，在上滑动架和下滑动架之间有一根限位杆。当气缸杆伸出时，带动上滑动架和下滑动架向下移动，当下滑台架撞到下挡块时停止向下移动，而上滑台架继续向下移动，当上滑动块撞到上挡块时，电动改锥开始转动，螺钉拧进工件。螺钉拧进工件的这段距离由万向节部分的螺钉提供。然后，在plc的控制下，气缸杆缩回去，上滑台架升上去，当限位杆的下螺母碰到下滑台架时，上滑台架和下滑台架同时升起，拧螺丝的动作完成。这就是三头全自动锁螺丝机的机械动作原理。3.2 螺钉自动分离及输送装置螺钉自动分离及输送装置是一种应用在手机及各类数码产品的自动组装线上，可自动完成螺钉分离和输送的装置。在手机及各类数码产品的自动组装线上，通常要通过手工拧紧细小螺钉的方法，实现产品的组装。因螺钉直径一般在2mm以内，过于细小，人工分离和拧紧困难很大，故速度较慢、效率较低。本设计提供的自动螺钉分离和输送装置，可以自动地实现螺钉分离和输送，达到自动装配的目的。针对经电磁振动给料器整理后在螺钉输送槽中有序排列的分离问题，提出一种由螺钉分离板、档钉板、固定斜槽板及圆柱销相配合的螺钉自动分离装置。利用气缸驱动螺钉分离板、挡钉板，利用挡钉板上固定的圆柱销受固定斜槽板上的起移动凸轮作用的斜槽限制，将位于螺钉输送槽最前端的一只螺钉分离开，并仅将一只螺钉推入螺钉分离板侧面的落钉口。经传感器判断后，控制高压喷气口喷出高压气流，将螺钉通过螺钉输送软管吹向电动旋具。技术方案：散乱的螺钉在电磁振动给料器的亚共振状态下，被有序、整齐的排列在螺钉输送槽内。同螺钉输送槽相接触的螺钉分离板侧面的螺钉分离口宽度能容一只螺钉头、而挡钉板侧面的螺钉分离口则仅能容一只螺钉杆的直径。螺钉分离板和挡钉板被气缸驱动移动时，可仅将一只螺钉由螺钉输送槽分离出来，并使螺钉头挂在挡钉板侧面的螺钉分离口上。当螺钉分离板和挡钉板被气缸驱动继续移动时，挡钉板上固定的圆柱销受固定斜槽板上的起移动凸轮作用的斜槽限制，带动挡钉板向左移动，最终脱离对螺钉的控制，使螺钉通过落钉口送到螺钉输送软管上方。经传感器判断后，控制高压喷气口喷出高压气流，将螺钉通过螺钉输送软管吹向电动旋具将其旋入工件。本设计是一种应用在手机及各类小型数码产品的自动组装线上，可自动完成螺钉分离和输送的装置。本设计提供的螺钉分离和输送装置解决了通常由手工进行微小螺钉拾取和拧紧时速度慢、效率低的问题。可以自动地实现细小螺钉的供给和输送，可实现自动装配。3.3 万向节部分装配体万向节部分装配体由电改锥连接轴、万向联轴器（2个）、六角轴、连接轴、六角滑动轴、联轴器连接块、弹簧、连接杆、螺丝刀头夹持杆、螺丝头和电动改锥组成。如下图3-4。图3-4、万向节部分装配体工作原理：螺钉经螺钉自动分离及输送装置和气管进入上图左图右侧的管口，在气压和重力的作用下螺钉掐在下面的螺钉嘴上，当传感器检测到三个喷嘴的螺钉都到位时给电控箱发射信号，由电控箱控制电动改锥转动，电动改锥带动螺丝刀转动把螺钉拧在工件上。3.3.1、电动改锥拧螺钉时，锥头的轴向运动被传递给装在齿轮减速器上的开关，使之接通或断开，该齿轮减速器与电动机的转轴相啮合在此改锥中，开关与承受锥头推力的离合器之间的距离很小，借以消除开关行程的偏差，而构成开关操作机构的各零部件的累积轴向误差便是可能导致这种偏差的原因。因此，锥头的运动可以准确地传给开关，电动机的起动和停止都非常稳定。推动式电动改锥，包括：电动机、电动机配用的齿轮减速器、用以传递和阻断电动机驱动力的离合器、适应与螺钉、螺帽及类似零件啮合的传递力矩的锥头；用以接通和断开电动机的开关、包容电动改锥全部零件的外壳、当有压力施于锥头时，开关拉杆即行运动，使开关动作，电动机开车。特征如下：齿轮减速器包括若干正齿轮，每个正齿轮都可以绕中心轴线旋转，但不能在同一轨道运动；开关置于齿轮减速器的附近；开关操作机构与齿轮减速器相结合；在锥头沿轴向运动时，开关操作机构动作，使开关开合。3.3.3、万向联轴器联轴器的类型：联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差，承载后的变形以及温度变化的影响等，会引起两轴相对位置的变化，往往不能保证严格的对中。根据联轴器有无弹性元件、对各种相对位移有无补偿能力，即能否在发生相对位移条件下保持联接功能以及联轴器的用途等，联轴器可分为刚性联轴器，挠性联轴器和安全联轴器。刚性联轴器只能传递运动和转矩，不具备其他功能包括凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。挠性联轴器无弹性元件的挠性联轴器，不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能包括齿式联轴器、万向联轴器、链条联轴器、滑块联轴器等。图3-7万向联轴器有多种结构型式，例如：十字轴式、球笼式、球叉式、凸块式、球销式、球铰式、球铰柱塞式、三销式、三叉杆式、三球销式、铰杆式等，最常用的为十字轴式，其次为球笼龙，万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般5到10度之间。万向联轴器利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。万向联轴器最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。在实际应用中根据所传递转矩大小分为重型、中型、轻型和小型。 用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为：固定式联轴器，主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。可移式联轴器，主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式联轴器利用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移）、链条联轴器（允许有径向位移）等，弹性可移式联轴器（简称弹性联轴器）利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能，如蛇形弹簧联轴器、径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。联轴器有些已经标准化。选择时先应根据工作要求选定合适的类型，然后按照轴的直径计算扭矩和转速，再从有关手册中查出适用的型号，最后对某些关键零件作必要的验算。万向联轴器用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。 联轴器的选择：联轴器的选择主要考虑所需传递轴转速的高低、载荷的大小、被联接两部件的安装精度等、回转的平稳性、价格等，参考各类联轴器的特性，选择一种合用的联轴器类型。 具体选择时可考虑以下几点： 1、由于制造、安装、受载变形和温度变化等原因，当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中。存在一定程度的x、Y方向位移和偏斜角CI。当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。当工作过程中两轴产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。 2、联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等， 而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。 3、所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲振动功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器。对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等。 绝大多数联轴器均已标准化或规格化。设计者的任务是选用，而不是设计。选用联轴器的基本步骤如下： 选择联轴器的类型、根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点： 1、所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。 2、联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。 3、两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。 4、联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器此较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。 5、联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足便用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器(例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等)，由于具有良好的综合能力，广泛适用于一般的中、小功率传动。万向联轴器的计算转矩： Tc=TKnKhK KaTn(Nm) 交变载荷时： TcTf (Nm) 式中 Tn万向联轴器的公称转矩，Nm，（它是在给定条件下的理论计算数值，即联轴器转速，n10r/min。轴承寿命 Ln=5000h、轴线折角 =3、载荷平稳时的数值）。Tf万向联轴器的疲劳转矩，Nm T万向联轴器的理论转矩，Nm T=9550 Pw驱动功率，kw N万向联轴器转速，r/min Kn万向联轴器的转速修正系数 Kh万向联轴器的轴承寿命修正系数 K 万向联轴器的两轴线折角修正系数 Ka载荷修正系数。载荷均匀，工作平稳时，Ka=1.0；载荷不均匀，中等冲击时，Ka=1.11.3；较大冲击载荷和频繁正反转时，Ka=1.31.5，特大冲击载荷和频繁正反转时Ka1.5。对于转速高、折角大或其长度超出规定的万向联轴器，除按上述计算处，还必须验算其转动灵活性，转动灵活性用n 表示，一般情况下：n 18000。 式中 万向联轴器的轴线折角，()；n万向联轴器的转速：r/min。十字万向联轴器是一种挠性联轴器，它可以调节被链接轴中心线不在同一条线上的问题，使轴在转动时能过运转流畅不至于因为轴线不在一条直线上而发生干涉问题。而且和其他的挠性联轴器相比，十字万向联轴器有更好的调节范围而且使用两个万向联轴器能更好的解决本次设计中出现的问题。3.4、自动供螺丝机1、全自动螺丝供给机具有如下几大优点： 提高螺丝供给的单位速度，从而提高整个组装生产流水线的效率。在实际操作中，取出螺丝时，对螺丝头位置不必特别注意，只要把钻头端放入钻头导承间，顺着向下滑移，然后朝自己这边把螺丝拉出即可。不用像以前那样一点点的去对正螺丝，而只需将螺丝成批倒入供料室即可这就是全自动螺丝供给机的便捷之处。2、操作特点： 使用自动供螺丝机可以高效率的将杂乱无章的螺钉按照一定得顺序源源不断的输送到螺钉分离装置，不仅容易操作，生手也可以马上学会，而且还广泛适用 于各种类型，长度和头部形状的螺丝。大大的提高了工作效率，同时也节约了大量的人力和物力，实现了螺钉的自动供应。3、产品特点：（1）能使用于特殊形状的螺丝头 采用红外感应技术 （2）取螺丝无任何震动，确保螺丝稳定易取 （3）所配附件可以用来进行任何需要的调整 （4）当其接地时减少静电（5）比普通螺丝槽提高4倍效率4、型 号：SD-A-614 SD-A-617 SD-A-620 SD-A-623 SD-A-626 SD-A-630 SD-A-635 SD-A-640 SD-A-6505、适应螺丝：使用螺丝规格：1.4mm 1.7mm 2.0mm 2.3mm 2.6mm 3.0mm 3.5mm 5.0mm螺丝头类型： 盘头、圆头、圆柱头、沉头、隋圆沉头、六角加十字 适应螺丝材料：钢或为磁所吸附的材料适应螺丝：（1）普通通用螺丝、自攻螺丝（2）带垫自卡式螺丝螺丝长度（最大）18.0mm 螺丝长度（最小）3mm以上，或带垫后剩余长度为3mm以上的螺丝连续浸渍速度 1.5秒/个 输出速度 0.5 秒/个 、保护/恢复功能过载保护电路逆功率极必防止电路输出电压/消耗电流 DC12V/550M以下外形尺寸120mm116mm155mm(长宽高) 重量2.0KG 。3.5、治具装配体设计治具是一个木工、铁工、钳工、机械、电控以及其他一些手工艺品的大类工具，主要是作为协助控制位置或动作（或两者）的一种工具。 在工业时代前就已被广泛使用，包括机械治具、木工治具、焊接治具、珠宝治具、以及其他领域。某些类型的治具也称为“模具”或“辅具”，其主要目的是为重复性和准确的重复某部分的重制。一个明显的例子是当复制钥匙时，原始的钥匙通常被固定于治具上，如此机器就能借由原始钥匙外观的导引复制出新的钥匙。 有许多治具之所以产生是因为商业的需要，因为有许多类型的治具是客制化的，某些是为了提高生产力、重复特定动作、或使工作更加精确。因为治具的设计基本上是建立于逻辑，类似的治具可能会因为使用于不同的时间和地点而分别产生。钻孔治具钻孔治具是一种可借由移动模具以导引麻花钻孔设备或其他钻孔装置到每个洞的准确中心位置，并可在多个可互换零件上加速反复在洞孔中心定位的治具类型，在铁工实务上，典型的作法是在钻孔治具上的每个孔留有坚硬套环 (hardened bushing) 以避免麻花钻切到治具。 由于制造业广泛的使用CNC机床（CNC），其中伺服控制器具有自动移动工具到正确位置的能力，需要钻孔治具（和使用钻孔夹具运营商的工作）就比以前少了。使用治具的好处是如果是相同的制品，就算工人没有非常纯熟的技术，也可以迅速地借由治具生产大量瑕疵少、变异性低的良品。但是，对于多样少量的生产模式，使许多个治具的结果，反而造成生产成本提高的缺点。治具与夹具的不同 “治具”与“夹具”(fixture) 这两个词，由于用途接近，以致常容易被人搞混、甚至误用。 治具着重在工作和导引工具；机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，着重于握持工具在一个固定的位置。夹具种类按使用特点可分为：万能通用夹具、专用性夹具、可调夹具、组合夹具。有一些同时具有这两种功能（控制和导引工具）的装置也被称为治具，但只握持但不具引导工具的装置则被称为“夹具”而非“治具”。 在进入自动化和数控系统机器后，治具也被越来越多的设计成能够自动化控制，其科技含量也越来越高，要求设计人员不但有机械方面的知识，同时也要有电控方面的知识。3.6 滑动轴承滑动轴承（sliding bearing），在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。常用的滑动轴承材料有轴承合金（又叫巴氏合金或白合金）、耐磨铸铁、铜基和铝基合金、粉末冶金材料、塑料、橡胶、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯（特氟龙、PTFE）、改性聚甲醛（POM）、等。 滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。 滑动轴承的分类1、按能承受载荷的方向可分为径向（向心）滑动轴承和推力（轴向）滑动轴承两类。 2、按润滑剂种类可分为油润滑轴承、脂润滑轴承、水润滑轴承、气体轴承、固体润滑轴承、磁流体轴承和电磁轴承7类。 3、按润滑膜厚度可分为薄膜润滑轴承和厚膜润滑轴承两类。 4、按轴瓦材料可分为青铜轴承、铸铁轴承、塑料轴承、宝石轴承、粉末冶金轴承、自润滑轴承和含油轴承等。 5、按轴瓦结构可分为圆轴承、椭圆轴承、三油叶轴承、阶梯面轴承、可倾瓦轴承和箔轴承等。 滑动轴承的轴瓦结构和轴承材料轴瓦分为剖分式和整体式结构。为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内径面上浇铸一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。 轴瓦或轴承是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨，因此轴瓦的主要失效形式是磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直接相关，选择轴瓦材料应综合考虑这些因素，以提高滑动轴承的使用寿命和工作性能。 轴承的材料有 1、 金属材料，如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等； 2、 多孔质金属材料（粉末冶金材料）； 3、 非金属材料。 其中轴承合金又称白合金，主要是锡、铅、锑或其它金属的合金，由于其耐磨型好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好，故适用于重载、高速情况下，轴承合金的强度较小，价格较贵，使用时必须浇筑在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上，形成较薄的涂层。 多孔质金属材料：多孔质金属是一种粉末材料，它具有多孔组织，若将其浸在润滑油中，使微孔中充满润滑油，变成了含油轴承，具有自润滑性能。多孔质金属材料的韧性小，只适应于平稳的无冲击载荷及中、小速度情况下。 轴承塑料：常用的轴承塑料有酚醛塑料、尼龙、聚四氟乙烯等，塑料轴承有较大的抗压强度和耐磨性，可用油和水润滑，也有自润滑性能，但导热性差。 滑动轴承的主要故障滑动轴承在工作时由于轴颈与轴瓦的接触会产生摩擦，导致表面发热、磨损甚而“咬死”，所以在设计轴承时，应选用减摩性好的滑动轴承材料制造轴瓦，选择合适的润滑剂并采用合适的供应方法，改善轴承的结构以获得厚膜润滑等。 1、瓦面腐蚀：光谱分析发现有色金属元素浓度异常；铁谱中出现了许多有色金属成分的亚微米级磨损颗粒；润滑油水分超标、酸值超标。 2、轴颈表面腐蚀：光谱分析发现铁元素浓度异常，铁谱中有许多铁成分的亚微米颗粒，润滑油水分超标或酸值超标。 3、轴颈表面拉伤：铁谱中有铁系切削磨粒或黑色氧化物颗粒，金属表面存在回火色。 4、瓦背微动磨损：光谱分析发现铁浓度异常，铁谱中有许多铁成分亚微米磨损颗粒， 润滑油水分及酸值异常。 5、轴承表面拉伤：铁谱中发现有切削磨粒，磨粒成分为有色金属。 6、瓦面剥落：铁谱中发现有许多大尺寸的疲劳剥落合金磨损颗粒、层状磨粒。 7、轴承烧瓦：铁谱中有较多大尺寸的合金磨粒及黑色金属氧化物。 滑动轴承结构设计应注意的问题滑动轴承是面接触的，所以接触面间要保持一定的油膜，因此设计时应注意以下这几个问题： 1、要使油膜能顺利地进入摩擦表面。 2、油应从非承载面区进入轴承。 3、不要使全环油槽开在轴承中部。 4、如油瓦，接缝处开油沟。 5、要使油环给油充分可靠。 6、加油孔不要被堵。 7、不要形成油不流动区。 8、防止出现切断油膜的锐边和棱角。滑动轴承脂的性能与选用滑动轴承也可用润滑脂来润滑，在选择润滑脂时应考虑下列几点： 1、轴承载荷大，转速低时，应选择锥入度小的润滑脂，反之要选择锥入度大的。高速轴承选用锥入度小些、机械安定性好的润滑脂。特别注意的是润滑脂的基础油的粘度要低一些。 2、选择的润滑脂的滴点一般高于工作温度20-30，在高温连续运转的情况下，注意不要超过润滑脂的允许使用温度范围。 3、滑动轴承在水淋或潮湿环境里工作时，应选择抗水性能好的钙基、铝基或锂基润滑脂。 4、选用具有较好粘附性的润滑脂。 滑动轴承用润滑脂的选择： 1、载荷1MPa，轴颈圆周速度1m/s以下，最高工作温度75，选用3号钙基脂； 2、载荷1-6.5MPa，轴颈圆周速度0.5-5m/s，最高工作温度55，选用2号钙基脂； 3、载荷6.5MPa，轴颈圆周速度0.5m/s以下，最高工作温度75，选用3号钙基脂； 4、载荷6.5MPa，轴颈圆周速度0.5-5m/s，最高工作温度120， 选用2号锂基脂； 5、载荷6.5MPa，轴颈圆周速度0.5m/s以下，最高工作温度110，选用2号钙-钠基脂； 6、载荷1-6.5MPa，轴颈圆周速度1m/s以下，最高工作温度50-100，选用2号锂基脂； 7、载荷5MPa 轴颈圆周速度0.5m/s，最高工作温度60，选用2号压延机脂；在潮湿环境下，温度在75-120的条件下，应考虑用钙-钠基脂润滑脂。在潮湿环境下，工作温度在75以下，没有3号钙基脂，也可用铝基脂。工作温度在110-120时，可用锂基脂或钡基脂。集中润滑时，稠度要小些。 滑动轴承用润滑脂的润滑周期： 偶然工作，不重要零件：轴转速200r/min，润滑周期5天一次；轴转速200r/min，润滑周期3天一次。 间断工作：轴转速200r/min，润滑周期2天一次；轴转速200r/min，润滑周期1天一次。 连续工作，工作温度小于40：轴转速200r/min，润滑周期1天一次；轴转速200r/min，润滑周期每班一次。 连续工作，工作温度40-100：轴转速200r/min，润滑周期每班一次；轴转速200r/min，润滑周期每班二次。 滑动轴承刮研的技术要求基本要求：既要使轴颈与滑动轴承均匀细密接触，又要有一定的配合间隙。 接触角是指轴颈与滑动轴承的接触面所对的圆心角。接触角不可太大也不可太小。接触角太小会使滑动轴承压强增加，严重时会使滑动轴承产生较大的变形，加速磨损，缩短使用寿命；接触角太大，会影响油膜的形成，得不到良好的液体润滑。 试验研究表明，滑动轴承接触角的极限是120。当滑动轴承磨损到这一接触角时，液体润滑就要破坏。因此再不影响滑动轴承受压条件的前提下，接触角愈小愈好。从摩擦力距的理论分析，当接触角为60时，摩擦力矩最小，因此建议，对转速高于500r/min的滑动轴承，接触角采用60，转速低于500r/min的滑动轴承，接触角可以采用90，也可以采用60。 接触点：轴颈与滑动轴承表面的实际接触情况，可用单位面积上的实际接触点数来表示。接触点愈多、愈细、愈均匀，表示滑动轴承刮研的愈好，反之，则表示滑动轴承刮研的不好。一般说来接触点愈细密愈多，刮研难度也愈大。第4章 进XY向给伺服系统的机械传动结构本设计中的自动送锁螺丝机螺丝输送系统采取丝杠传输与气缸打螺丝,在本章中主要进行丝杠传输系统的设计.螺丝输送系统的动力源是电动机，要想使输送系统做XY向移动运动，需要电动机提供丝杠旋转的动力,从而带动丝杠副做相对进给运动,以达到输送螺丝的目的，本设计中便采用此种方案进行XY向的螺丝传输。4.1.丝杠传送系统分析主机的结构组成主要有负荷机架、传动系统、夹持系统与位置保护装置。负荷机架由四立柱支承横梁与工作台板构成门式框架，两丝杠穿过动机架底座上的安装底座并安装在工作台的两根横梁之间。工作台板由四脚支承在底板上，工作时，XY向的伺服电机驱动机械传动联轴器，进而带动丝杠传动，驱使动横梁进行XY向移动。需选择合适的丝杠系统，使丝杠转速达到要求。图6为丝杠步进电机传动系统示意图图6 常见丝杠系统传动示意图4.2传动系统计算根据设计的机械传动方案要求计算功率、传动比、丝杠转速等。设计初始条件：空间要求：X向进给运动；丝杠导程：20mm ；丝杠直径：80mm ；1、X向进给功率计算电动机功率的大小直接决定了丝杠传动系统的工作强度。已知：X工作台主要传送整个工作台,以及提供气缸冲压系统的支撑，所以负荷为XY向丝杠副运动所受的阻力和气缸冲压系统的重量,本设计丝杠副梁相对移动速度V=350mm/min 力F=GY向丝杠运动副+气缸系统重量9.8N+F丝杠运动的摩擦力当速度v为某一时段内的平均速度时，P=FV为平均功率。功率为P=FV取F为600则P=FV=609.8350=20.58KNm/min=0.343KNm/s 试验机工作中功率损耗率为70% P电=0.49KN由计算得电机额定输出功率应大于0.49KN，方可满足试验机工作要求。2、Y向进给功率计算已知：Y向运动时工作台主要提供气缸冲压部件的定位和支撑，所以负荷为丝杠副运动所受的阻力和气缸冲压系统的重量,本设计丝杠副梁相对移动速度 V=350mm/min 力F=G气缸系统重量9.8N+F丝杠运动的摩擦力当速度v为某一时段内的平均速度时，P=FV为平均功率。功率为P=FV取F为400则P=FV=609.8350=20.58KNm/min=0.223KNm/s 工作中功率损耗率为70% P电=0.39KN由计算得电机额定输出功率应大于0.39KN，方可满足试验机工作要求。4.3、伺服电动机选择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。 作用：伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。 分类：直流伺服电机和交流伺服电机。 伺服电机工作原理：1、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。 2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S01，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1S1、T2S2曲线）以及合成转矩特性（TS曲线） 交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。 交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。 伺服电机的选型方法：、 伺服电机和步进电机的性能比较 步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 （1）控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为1.8度，0.9度，五相混合式步进电机步距角一般为0.72度，0.36度。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司（SANYO DENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以山洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为0.045度。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为0.0027466度，是步距角为1.8度的步进电机的脉冲当量的1/655.（2）低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 （3）矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 （4）过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 （5）运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 （6）速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。 2、伺服电机的选型计算方法 ： （1）转速和编码器分辨率的确认。 （2）电机轴上负载力矩的折算和加减速力矩的计算。 （3）计算负载惯量，惯量的匹配，安川伺服电机为例，部分产品惯量匹配可达50倍，但实际越小越好，这样对精度和响应速度好。 （4）再生电阻的计算和选择，对于伺服，一般2kw以上，要外配置。 （5）电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯，增量式是4芯。3、伺服电机使用注意事项：（1）伺服电机油和水的保护 A：伺服电机可以用在会受水或油滴侵袭的场所，但是它不是全防水或防油的。因此， 伺服电机不应当放置或使用在水中或油侵的环境中。 B：如果伺服电机连接到一个减速齿轮，使用伺服电机时应当加油封，以防止减速齿轮的油进入伺服电机 C：伺服电机的电缆不要浸没