毕业设计（论文）-全自动点胶机结构设计

IIII摘 要自动点胶机是由X轴左右方向上、Y轴前后方向上和Z轴上下方向上构成的机构。自动点胶机末端的执行机构是分配头或多点胶头，可实现3d、4d模式的点胶，即在产品表层、外部轮廓、垂直的平面、球形以及曲面部位进行快捷打点、绘画线段、绘画圆及各种形状不规则图形。精确定位，精准控胶，不拉丝，不漏胶，不滴胶。每个方向上都有一个步进电机和滚珠丝杠，通过滚珠丝杠可以将电机中的旋转运动变为整个机构所需的直线运动。这种结构选择PCLS可编程控制器来控制整个组织的运动，控制程序发送电信号来控制电机，步进电机将信号进入分配头位移和移动速度。同时，通过全身整修，也可以自动点胶机进行手动控制，每个点在工作平台的范围内进行分配任务。关键词：点胶机、XYZ工作台、滚珠丝杠ABSTRACTAutomaticdispensingmachinethroughoutthemainbodyhasthreemovementdirection,thatis,X,Zdirection,areleftandright,frontandback,upanddownthethreedirections.Theactuatorautomaticdispensingmachineisultimatelyadispensingheadoradispensinghead,whichcanrealizethree-dimensional,four-dimensionalpathdispensing,availableontheproductsurface,outerwall,verticalsurface,sphericalsurfacegap,fastRBI,paintingline,roundandirregulargraphics.Precisepositioning,precisecontrolofglue,notdrawing,noleakage,noglue.Eachdirectionhasasteppermotorandballthroughtheballscrewcanturnthemotorintoawholebodyofthelinearmotion.ThestructureusesthePCLprogrammablecontrollertocontrolthemotionofthewholemechanism,andthecontrolprogramsendstheelectricpulsesignaltocontrolthemotor.Atthesametime,throughtheoveralltransformationofthebodyalittle,youcanalsoturntheautomaticdispensingmachinetomanualcontroltoworkwithinthescopeoftheplatformtocompletethetaskofeachpoint.Keywords:Automaticdispensingmachine,BallscrewPAGEPAGE9摘 要 IABSTRACT II1绪论 31.1国外研究现状及发展趋势 31.2国内研究现状及发展趋势 42设计方案 52.1机械部分设计方案 53选型和计算 73.1滚珠丝杠的选择和计算 73.1.1滚珠丝杠的选择背景 73.1.2计算滚珠丝杠的负载 83.1.3计算滚珠杠的转速丝 93.1.4计算滚珠丝杠的最大动载荷 93.1.5核算压杆稳定性 103.1.6计算传动效率 113.2导轨的选择和计算 123.2.1导轨的简介 123.2.2导轨的技术要求和材料选择 123.2.3计算导轨的长度 133.2.4计算导轨副的额定寿命 133.3电动机的选型和校核 163.3.1电动机的选择 163.3.2计算电机的负载力矩和惯量 173.3.3交流伺服电动机概述 183.3.4选择伺服电动机 193.4计算电机的复核力矩和惯量 204电气控制部分 224.1控制要求 224.2设计方案 224.3PLC简介 224.4驱动器的选用 255.传动部分的选择和计算 265.1轴承的选择 265.1.1轴承的分类 265.1.2轴承的选择 295.1.3轴承的校核 295.1.4轴承的润滑与配合 305.1.5使用轴承描述 315.2联轴的选择和计算 315.2.1联轴器的介绍 315.2.3选择联轴器的类型 325.2.4联轴器的校核 336结论 34参考文献 361绪论机。所以，具有效率高，速度高，精度高的自动点胶机器人出现在世人面前。它的出现为点胶机行业带来巨大的发展空间和经济利益，以此变的更加有效为点胶的发展和进步提供了巨大的平台。1.1国外研究现状及发展趋势现在点胶机主要有单液点胶机和双组胶机两种。如今，世界上单液点胶机NLC和MUSASHIMUSASHI。就当前而言国际上已经得到成熟发展的单流体点胶机在中国也有了很大的发展空间，国内单液分配机具有很好的一般性，通用的控制器和自动化设备技术已经赶上了世界上单液分配机的发展。但国内公司与世界相对研究技术较为成熟，但价格过高，对于中国的中小型企业不太能够接受。即便中国也有几个点胶机制造商有着相对来说比较完善和系统的研发水平，但中，质量也很稳定，价格比国外便宜得多。适用于中国大多数企业。1.2国内研究现状及发展趋势机械工业的重要支柱。在建筑，电子，采矿，运输等方面已经成为无胶水的也许将来会有很多其他的东西将用于胶机，点胶机的开发空间更广。胶水是胶机的重要组成部分。胶机使用的胶水多种多样，应用广泛，不同的装置使用不同的胶水来制作胶水。所以各种胶水也使胶机更加通用。目前，由于电子胶水优于其他普通胶水的优势，已经获得了许多世界一流品牌，发展潜力巨大。非常成熟，厂家也很多，所以价格不贵，但精度不高。平均胶水生产商可以购买这个通用品牌。但也有很多高科技企业的分配机精度要求非常高，国内大部分厂商都被排除在外，所以只有引进国外知名品牌才能满足自己的需求。您在世界上站稳脚跟。以说是一个新的领域，具有很大的潜力，做出我们努力的目标之一。2设计方案2.1机械部分设计方案直线运动，而这三个方向分别在X，Y轴方向前后方向和Z轴方向上下。龙门架自动点胶机的X轴为固定的，Z轴在X轴上导轨实现左右移动，其中Y轴方X轴、Z轴方向上都要求不得超过1500mm的范围，让二者有足够的运动空间。而Y轴方向上不得超过1200mm。2.2机电系统设计方案电机是全点胶机结构的供电机构，也是非常重要的一环。由于这种设计符合设计风格。步速响应程序的启动，停止，正负指令，如变速等重要指示。2.3控制部分设计方案本设计选用的是PCL，因为设计要求选用的控制器需要控制X轴上的三个电机。PCL有着很强的适用性以及抗干扰能力，满足本次全自动点胶机结构设计的要求。2.4传动部分设计方案用滚珠丝杆作为传动机构来设计本次传动部分。部分由于设计要求，驱传动效率高于其他机构。工作寿命长，工作范围较大的优点更符合本设计的具体要求。3选型和计算3.1滚珠丝杠的选择和计算3.1.1滚珠丝杠的选择背景1）滚珠丝杠对，滚珠和螺丝，螺母槽结合轴向变形和接触刚度对滚珠丝数的影响。2）滚珠丝杠的结构参数设计用于提高滚珠丝杠的轴向接触刚度。增加接量与单螺母滚柱螺杆的接触刚度的关系几乎是线性的。加而减小。轴向载荷的增加是单螺母滚珠丝杠的接触刚度的非线性增加。3）双螺母滚珠丝杠的轴向接触刚度通过轴向载荷增加，轴向载荷的变化刚度非线性。接触角数角球，螺旋角双螺母滚珠丝杠的角度和曲率比的变化对接触刚度与单螺母滚珠丝杠对的影响类似于接触刚度的影响，仅在同一双螺母条件下滚珠丝杠对的数值接触刚度明显高于单螺母滚珠丝杠对的接触刚度。因此需要找到最佳的接触角，当设计时，适当减小曲率比，增加球数，选择合适的预紧力，提高滚珠丝杠螺母对的接触刚度。4）直线导轨的接触刚度受设计参数的影响，如工作载荷，球轴承的预定量和球轴承数量。工作负荷的增加将增加YZ将减小接触刚度。球轴承预变形的增加会增加线的Y接触刚度，Z接触刚度降低。球轴承数量的增加将降低线的Y接触刚度，Z将增加接触刚度。5）滚珠丝杠导向单元的主要振动类型是弯曲和扭转振动。滚珠丝杠对的丝杠进给单元每个订单的固有频率比不考虑滚珠丝杠直线导轨进给单元每个订单的固有频率更接近实验结果，更符合进给单元的实际情况。3.1.2计算滚珠丝杠的负载Z轴方向承受重量为20KG，Y轴方向承受的质量为10KG。表3.1参考系数导轨类型参数系数K矩形导轨燕尾导轨三角形或综合导轨1.11.41.15在X轴；Fmx=k·mx·g=1.15×20×9.8=225.4NFmy=k·my·g=1.15×10×9.8=11.2NFmz=k·mz·g=1.15×8·9.8=90.16N3.1.3计算滚珠杠的转速丝要求工作台最大速度为1200mm/min设X轴方向上直线运动速度为1000mm/minY轴方向上直线运动速度为800mm/minZ轴方向上直线运动速度为850mm/min假设丝杠导程为4mm，则丝杠的转速有公式V=np/60（3-1）知在X轴方向上nx=60Vx/P=15000r/min在Y轴方向上ny=60Vy/P=12000r/min在Z轴方向上nz=60Vz/P=12750r/min3.1.4计算滚珠丝杠的最大动载荷由负载能力大小可以计算各个轴滚珠丝杠的最大动载荷FQ=3L0·fw·fh·fm6 6LO=60nt/10(1×10转)在数控机床及一般机电设备中，使用寿命T。因此X轴;L0=60×15000h/106=13500fm=1fh=1.0FQ=3L0·fw·fh·fm=313500×1×1.0×225.4N=5367N轴初选型号为FYND25043的滚珠丝杠。其公差直径4。0Y轴；L=60×12000×15000/106=10800FQ=310800×1.0×1×112.7=2491N0PAGEPAGE19因此，Y轴初选型号为GY1004DSHANR0600的滚珠丝杠。0Z轴；L=600×12750×15000/106=11475F0=311475×1.0×1×90.16=2034N0因此，Z轴初选型号为GY1204DSHANR0800的滚珠丝杠。3.1.5核算压杆稳定性Fk应满足；fFk=k ≥FnFk—临界载荷E—钢的弹性模量额；E=2.1?05Mpa4—丝杠底径d2确定即截面的惯性矩；I=d2464fk—支撑系数K—压杆稳定系数安全系数，一般取2.5-4，垂直安装取小值a—丝杠工作长度X轴;FK=

43.1422.11053.14104642.548002

=1587.3≥Fm=225.4N所以初选的FYND25043满足设计要求。Y轴；

43.1422.11053.141046447502

=1806N≥Fm=112.7N所以初选的GY1004DSHANR0600满足设计要求。Z轴；

43.1422.11053.147.84642.56002

=1671.2≥Fm=90.16N所以初选的GY1204DSHANR0800满足设计要求。3.1.6计算传动效率滚珠丝杠的传动效率一般在0.8-0.9，可由下式计算；= =λ—丝杠的螺旋开角

π10 60ψ—摩擦角一般取10 ψ=180X轴；

=0.0029λ=arctan

ph =0.05radπd0tan0.05η==tan0.050.0029=0.94Y轴；λ=arctan

ph =

4

0.106radπd0

3.1412η tan0.106 0.97tan0.1060.0029Z轴；λarctanη0.97

43.1410

0.127rad3.2导轨的选择和计算3.2.1导轨的简介性等都要求较高。3.2.2导轨的技术要求和材料选择1）铸铁、钢、有色金属、塑料等常被人们用来制作导轨。但最常用的材料是铸铁-铸铁、铸铁-钢的导轨。常用的铸铁由灰铸铁、耐磨铸铁、筛土铸铁、和孕育铸铁，各种材料均有其好处和弊端。一般用HT-200的灰铸铁，适用于180-200HB的范围。耐磨铸铁的耐磨性比灰铸铁高，稀土铸铁的成分较高。2）数控机床的开动率一般都很高，因此导轨为了提高精度保持性，要求具淬火或渗氮淬火方式，淬火硬度为58~62HRC，渗氮层厚度为0.5㎜。3）使用淬硬的钢可提高导轨的耐磨性，一般采用45钢、40Cr、T8A、T10A等，并且钢在淬火中可以大大地提高钢的耐磨性。好很多。是磨损后间隙调整困难，一般适用于受轴向载荷的场所。由于本次全自动点胶机机构设计需要有较高的刚度，导轨的导向精度高，结构设计中选用经过中频淬，硬度为58~62HRC的40Cr面形状为三角形。3.2.3计算导轨的长度选用滑动直线导轨副。为了使系统具有灵敏的响应速度，应使驱动功率小，摩擦阻力减小，并且要有较高的承载能力，刚度高，实现高速直线运动，瞬时速度提高10倍以上。简化设计、制造和装备工作，质量保证并且降低成本，节省时间。因此，选择40Cr轴为本设计的导轨。公式；LHSLS1S2由此可得.LX=750mm,LY=700mm,LZ=300mm其中; L-导轨的长度;H-滑块的导向面长度;S-滑块行程;l-封闭高度调节量;S1-滑块到行程极点时,导轨露出部分长度;S2-滑块到另一行程极点时,导轨露出部分长度;3.2.4计算导轨副的额定寿命由«机械手册»查表得,导轨得额定功率动静载荷分别为Ca=13.6KN,C0a=20.3KN,每根轴导轨采用2个滑座。工作台最大重量为；G-20×9.8N=19.6NF1=F2=F3=F4=G/4=4.9N额定寿命计算公式为；h c a a w clfffC/fph c a a w cL-额定寿命(Km)Ca-额定功率(Kn)P-当量动载荷(Kn)-指数，当导轨体为滚珠时=3，当为滚珠时=103k-额定寿命单位(KM),滚珠时k=50KM,滚柱时k=100KMfh-硬度系数，通常取fh=1fc--接触系数，查表3-1得fc=0.81每根导轨上的滑块数12345fc1.000.870.720.660.61fa--进度系数，查表3-2得fa=1工作条件fa度小于15m/min1~1.5无明显冲击或振动的场合，速度为15~60m/min1.5~2于60m/min2~3.5fw--载荷系数，查表3-3得fw=1精度等级1234fw1.01.00.90.9代入各数据，可得到L=37179KM在行程一定情况下

l103

2716610

30592.3h32l0n2603

20.74160假定每天工作8个消失，一年约为250个工作日，则工作寿命年限预计为；l30592.315.2年2508可得到Y轴方向即导轨副额定寿命L=26340Km，lh13.8年综上可知，所选导轨材料及尺寸满足结构要求。3.3电动机的选型和校核3.3.1电动机的选择一般电机类型要求：恒转矩负载和恒定负载和减速转矩输出。详情如下：（1）正常运行时，电机轴上的转矩大小小于电机轴转矩的50％。否则会发生电机的加速/减速。许连续的机械性能。（3）增长快速定位或电机减速，往往会使电机发烧严重现象，所以现在需要计算电机转矩的平方值Tm，使其小于电机的额定转矩Tc。（4）伺服电机的最大工作时间应在允许范围内。（5）伺服电机本身应小于负载惯性的三分之一。根据经验，我们根据电机负载能力选择电机类型。3.3.2计算电机的负载力矩和惯量Tm

FL

Tf式中：—电动机上的负载力矩（Nm）

（式3-1）F—沿坐标轴移动的力（kgf）L—电机转一圈的同时机床行进的距离—滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩可以满足其他各轴的要求。假定工作台表面滑动摩擦系数为0.1X轴所需承受的重量：20Kg；Y轴所需承受的重量：10Kg；Z轴所需承受的重量：8Kg；正常工作时X轴电机所需克服的力矩大小为：X轴： F=20×9.8×0.1=19.8NY轴：F=10×9.8×0.1=9.8NZ轴：F=8×9.8=78.4N由于ZZ轴传动的条件即可均满足其他各轴的要求。电机所需克服的力矩大小为：F=5×10=50N因此，只需满足Z轴的传动需求即可满足其它轴的需求。F值的大小还与平衡值有关。对于水平工作台，F值为:W——工作台与工件重量=5kg——滑动表面摩擦系数=0.——驱动系统的效率=0.9Fg——镶条锁紧力=5kgf注胶机正常工作时：FfgF0.1551Nm1/π0.90.018Nm载力矩应大于0.018Nm，3.3.3交流伺服电动机概述对交流伺服电机的一般性能要求是：（1）伺服电机的转矩大小应在伺服电机的连续转矩范围内。（2）伺服电机的工作负载大小和允许超载的长度应在规定的限度内。交流伺服电动机的特性实例见下表3-1；3.3.4选择伺服电动机上面已经讨论过，我们选择低速交流伺服电机，伺服电机型号为伺服电机绕组，转子是永磁体。伺服电机的性能特点和特点是转速低，力矩大，机械性能好，线性度好，低速性能优越，可直接与螺杆连接。我们使用110st-05030，如表3-2所示。功能如下：（1）具有独特的磁极形状，使扭矩波动最小化;PAGEPAGE29（2）由直接在空气中的核心部件冷却的非电动外壳将电动机的温度降至非常低和低。（3）电机具有高转矩/惯性比。（4）由于该伺服电动机线路，在输出转矩高的情况下，电动机仍然体积小，重量轻。（5）高频PWM控制，使电机在低噪声和低振动两种方面均具有出色的性能。3.4计算电机的复核力矩和惯量

FL

TfTm-电动轴上负载力矩(Nm)；F-沿坐标轴移动的力(N)；L-电机转一圈的同时机床行进距离；Tf-滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩；在本次自动点胶机结构设计中，各个轴所传动的力大小不同，只需算出最大力矩的大小，由此选型必定满足其他各轴的要求。4电气控制部分4.1控制要求别在于控制系统。电气控制系统是现代技术自动化的基础，不同的自动化系统有不同的要求。要连接一个滚珠丝杠对。步进电机需要在控制系统的控制下运行，并执行各种基本命令。电机的向前和向后运动表示滚珠丝杠的向前和向后运动。这种结构设计有三个方向轴向运动，即轴，总结了控制系统设计的选择多于需要控制三个滚珠丝杠对正向和反向运动的方向。控制系统可以输入多个程序发送多个命令。并且它需要使致动器更准确，并且点胶是准确的。4.2设计方案X轴和z轴上，为整个系统供电。对于电机转速和变更方向，需要编辑应用的控制系统将脉冲信号，信号发送到电机，以控制步进电机。该结构的设计主要由自动控制控制，可通过点胶机的控制转换为手动控制。控制系统的一部分可以手动控制。例如：调零4.3PLC简介PLC出生于1960年代，当世界着名汽车制造公司检查系统，维修方便时，编制程序到控制系统，逐步改进了这种控制器，得到了其他工业设备制造公司的参考。电气控制图4-3-1从被创造到现在，美国一直是PLC的顶级制造业，不过，许多行业更发达PLC在行业中的作用依旧明显，依旧是行业中的巨头。可以说，PLC在美国与工业自动化长大。到目前为止，控制器已经发展成为工业，制造业等不可或缺的一部分。PLC，首先在生产中仍然是工业生产的奢侈品，由于其起初价格昂贵，造就初期比较困难，特别是当编程人员不多，导致进度十分缓慢。随着计算机技术的发展和完善，有大量的人去学习它并进入市场，PLC的发展进入了前所未有的发展阶段。在机器上，PLC被比喻为现在电脑中的CPU，可以多种多样的重复编程，主流。多代表其发展速度快，所以PLC广泛应用，不仅在现在的未来还应该有更广泛的应用，甚至延伸到各行各业。目前主要用于PLC梯形图编程，上个世纪通过国际社会向PLC国际PLC上的各种机器可以一般化，使其具有更多更广的市场。目前所有的都以随机存储器为核心，采用只读存储器作为其操作系统。随着各种记忆的发展，以及的市场价值逐渐下降，现在已经被各行各业所熟知和应用。新型存储器的应用也将对产生前所未有的挑战和机遇。4.4驱动器的选用驱动器的致动非常重要。步进电机的操作必须在执行机构的存在下。在以通过各种方式运行，从而来控制其他运动部件的运动方向和速度。90BYG2602步进电机驱动。这种类型的执行器具有更好的性能，可与多台步进电机相结合，以达到更好的性能。5.传动部分的选择和计算5.1轴承的选择5.1.1轴承的分类在机械学中，轴承按受力、支撑方式的不同。可以分为标准、非标、静压以提高系统的刚度、稳定性等。国家已经对滚动轴承进行了标准化。系列化，种类可以分为向心推力、规要求。选择合适的轴承类型。举例如下：径向承载能力，也具有轴向承载能力。因此广泛应用于轻载。结构图如图7-1所示图7-1深沟球轴承圆柱滚子轴承。两种类型的圆柱滚子轴承分为两种类型。一个在内圈。一个是外面的滚动。因此，双列向心轴承的承载能力非常大。支撑刚度高。力。当双列向心短圆柱滚子轴承和其他类型的推力轴承结合在一起时，可用于负载，转速对机械结构的气体非常高。结构图如图7-2所示图7-2双列向心圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承。内圈，外圈，圆圈和锥形滚子是使圆锥滚子轴承的四个小部件。圆锥滚子轴承的承载力比其他轴承的承载力更强，而采用圆锥滚子轴承的轴承代替短圆柱滚子轴承。系统的刚度大大提高，唯一的缺点是限制稍低，但仍然达到高精度。结所示构图如图7-3图7-3圆锥滚子轴承5.1.2轴承的选择考虑到轻载初选深沟球轴承6001型数据见下表7-1：d(mm)D(mm)B(mm)damin(mm)Damax(mm)max(mm)d2(mm)D2(mm)(mm)Cr(kN)1228818.429.60.320.426.60.35.10表7-1轴承参数数据5.1.3轴承的校核PAGEPAGE37基本额定动载荷：Cr

20.7C

20.751008285Nr当量动载荷X的值：X=1，Y=0.92则当量动载荷为：rPfd()1.22880.92200)566.4N轴承寿命的计算：L 16670(Cr16670(8285)3260863h10h n P

轴承的预期寿命取=25000h额定动载荷的计算：CP3n

566.43250002003791r 16670 16670

N<9980N所以选择轴承可满足寿命及强度要求。5.1.4轴承的润滑与配合滚动轴承润滑的目的是为了防止滚子轴承与燃烧棒发生内外现象，同时减少各部件和轴承之间的摩擦磨损和内部摩擦损失。在使其润滑效果如下：（1）减少摩擦及摩损。（2）延长疲劳寿命。（3）排出摩擦热、冷却。（4）防止异物侵入轴承内部。（5）防止生锈、腐蚀之效果。一般来说，轴承的润滑方式。可以分为采用油脂的脂润滑和采用液态油多。考虑到注塑机工作状态相对较高的粉尘，决定选择润滑机的润滑。5.1.5使用轴承描述（1）保持轴承及周围的清洁（2）使用时要小心（3）避免使用时不小心，为防止轴承受到较强的冲击，冲击强度可能会导致轴承如疤痕，压痕，断裂损坏等严重情况。（4）请注意，避免轴承是生锈的（5）避免在相对湿度很高的地方使用，并确保使用时没有汗水，所以应戴较厚的防护手套。5.2联轴的选择和计算5.2.1联轴器的介绍一起的机械零件。经联轴器连接的两轴共同旋转并且同时向另一轴传递扭矩。在机械学上，一般把它成为七类。具体分类如下：（1）一般人们把联轴器可分成刚性、挠性和安全三种：（2）刚性联轴器：当使用其作为两轴的联轴器时，没有修正两轴之间存用它。（3）弹性联轴器：弹性联轴器与刚性联轴器相比，弹性联轴器有一定修正两轴之间存在的相对偏移的能力。补偿量不同的型号有不同的大小。但是和刚性联轴器一样也不具备缓冲减震的能力，一般情况下，没有弹性元件弹性联轴器只在速度很高或者不平稳或者经常逆转的情况下才会使用。没有弹