自动涂胶机毕业设计方案

自动涂胶机设计[摘要]自动涂胶机是一个拟人密封机械装置，它综合了人类和机器专长，是工业和非产业界关键生产和服务性设备，也是优异制造技术领域不可缺乏自动化设备。本课题研制数控涂胶机是为一汽集团变速箱厂设计涂胶样机，要求自动涂胶机X、Y两轴由交流伺服电机驱动，可实现直线插补和圆弧插补；Z轴气动，关键用于作业工位转换，以调整涂胶枪嘴和涂胶平面距离，而且编写数控程序完成对变速箱前壳体涂胶工作。该系统是一个经典机电一体化系统。所以，本系统设计成为关键由机械、电气、控制三大部分组成。其机械部分关键是控制行程X-Y-Z轴机械装置，它关键由驱动滚珠丝杠进行X-Y轴方向运动实施装置、气缸、导轨等实施机构组成。电气部分是由交流伺服电动机、光电编码器、多种检测传感器、电磁控制阀等组成。控制部分关键由日本FANUC企业研制FANUC0数控系统组成。[关键词]密封装置变速箱X-Y-ZFANUC0TheDesignoftheAutomaticGluingMachine[Abstract]Automaticcoatingmachineisamechanicaldeviceintendedtosealpeople,whichcombinesthestrengthsofhumansandmachines,industrialandnon-industrialsectorisanimportantproductionandserviceequipment,advancedmanufacturingtechnologyisalsoindispensableautomationequipment.ThetopicsdevelopedbytheNCcoatingmachineisdesignedFAWGroupgearboxfactoryprototypeglue,requiringautomaticcoatingmachineX,Ytwo-axisdrivenbyACservomotorscanachievelinearandcircularinterpolation;Zaxispneumatic,mainlyforthejobofconvertingthestationtoadjustthedistancebetweenthemuzzleandtheadhesiveglueplane,andwritetheNCprogramtocompletetheworkofgluingthefrontgearboxhousing.

Thesystemisatypicalmechatronicsystems.Thus,thesystemdesignedtobemainlycomposedofmechanical,electrical,controlofthreemajorcomponents.ThemechanicalpartisamechanicaldevicecontrolXYZaxistravel,itismainlydrivenbyballscrewXY-axismotionactuators,cylinders,railsandotherexecutiveagencies.ElectricalpartbyACservomotors,opticalencoders,variousdetectionsensors,solenoidcontrolvalve.ControlofsomeofthemajordevelopedbytheJapanesecompanyFANUC0FANUCCNCsystem.[Keywords]SealingmeansTransmissionX-Y-ZFANUC0目录第1章绪论………………………11.1引言………………………11.2用于密封涂胶发展概况…………11.3课题起源、研究及意义……………21.4课题研究内容……………………3第2章自动涂胶机总体设计方案……………42.1概述……………………42.2系统组成……………………42.3系统功效…………42.4密封胶类型选择…………………4第3章自动涂胶机机械系统设计……………63.1传动部件设计………63.1.1概述……………63.1.2滚珠丝杠副设计……………73.1.3滚珠丝杠副选择方法……………3.2导向部件设计………93.2.1概述……………93.2.2滚动导轨设计…………103.2.3滚动直线导轨副安装尺寸…………………3.3支承件设计……………………113.3.1概述………………113.3.2支承件选择……………………113.4涂胶系统设计……………………123.4.1Z轴驱动装置设计………123.4.2涂胶装置设计………………123.5夹具设计……………123.5.1概述…………123.5.2夹具设计…………………133.5.3定位误差计算……………133.5.4气动系统图……………………14第4章自动涂胶机伺服系统设计…………154.1概述…………………154.1.1伺服系统及其分类………………154.1.2伺服系统电机分类及其特点……………164.2电机选择……………174.3伺服系统计算………194.3.1.关键参数设定………………194.3.2X向伺服进给系统计算……194.4伺服电机计算………224.4.1惯量计算………224.4.2转矩匹配计算………………4.4.3检测装置选择………………致谢……………25结论………………………26参考文件……………………第1章绪论1.1引言现今，国民经济各个领域全部离不开胶接技术，胶粘剂已经进入工业、农业、交通、医学、国防、和人民生活各个方面，它们在国民经济中起着越来越关键作用。在很多领域内，胶接已经逐步替换传统连接技术——焊接、铆接和螺栓连接，成为一门独立学科。伴随科技发展，新产品不停出现，产品市场寿命日益缩短，使大量生产方法碰到挑战，这就要求提升制造业生产设备柔性和对产品更新适应性，以缩短生产周期，确保产品质量和降低生产成本，从而造成制造业出现一系列改变。所以机械部件中密封面涂胶技术和异种材料部件间粘接剂涂胶技术自动化和柔性化成为肯定。当今世界汽车生产数以千万计，是耗能大户。国外对所生产汽车耗油量逐年全部有明确限制。又伴随汽车制造工艺水平提升、新材料新技术应用，和用户对汽车经济性、舒适性要求提升，粘接剂、密封胶新品种、新工艺在汽车上应用越来越广泛。为了汽车轻量化，汽车厂尽可能采取多种工程塑料、复合材料等替换部分金属材料。而采取胶接密封技术不仅有利于减轻车重，并能提升耐腐蚀性和降低生产费用。1.2用于涂密封胶涂胶机发展概况密封在汽车、摩托车、拖拉机、飞机、化工设备等产品机械部件中含有极其关键作用。它关键作用是使得部件在装配后和外界隔绝并预防泄漏。此作用不仅对零部件良好性能至关关键，而且是评价设备质量和完整性一个关键标志。最初通用密封垫或密封圈是由很多材料按着预定形状切割成型并安装到特定装配表面。密封垫或密封圈直接承受振动载荷、温度改变、液体浸泡等多种恶劣工况，尤其在发动机和齿轮箱这么应用场所，环境最为恶劣。通用密封垫或密封圈最显著缺点以下:应用此种密封场所，法兰间不会产生金属一金属间直接接触，所以这种密封不会使作用于法兰上夹紧力达成最大值。只有看成用在密封垫或密封圈上压缩载荷高于“最小密封应力”时，联接螺栓才能被拧紧。这个“最小密封应力”值是封堵微结构孔隙并预防液体外漏最小许用应力。伴随时间推移，密封垫或密封圈就会松弛并展现一个因为密封垫或密封圈原始厚度改变引发永久变形。而且，因为密封垫或密封圈在载荷作用下不能产生弹性，密封垫或密封圈有破裂可能。为了处理这些对产品寿命和质量至关关键问题，研究人员逐步地将眼光投向利用液体胶涂胶技术，经过长时期研究和尝试，最终研制成功一个在无空气环境中能够固化液体胶，通常称为厌氧胶。这种液体胶能够经过一个很细涂胶头喷涂到法兰密封面上，不会出现胶液沉降而且法兰装配前胶液不会流。只有在法兰装配后，此胶液将流向展现在法兰密封面上微观不规则区域，以后在短时间内，胶液开始反应而形成一个坚固聚合物。它这一性质为涂胶工艺提供了有利条件。固化后密封胶将两法兰紧紧地密封在一起，既不能相互移动又不能有泄漏。研究人员发觉此聚合物对发动机运行工况下润滑油及其它液体含有极强耐蚀性。所以，它在发动机场所应用尤为适宜。涂胶密封是应用在特定场所、只有法兰装配后才产生效果一个密封工艺。作用于这类密封上夹紧力能够达成最大值，增大了法兰间金属一金属接触。和通用密封垫或密封圈相比，此密封无永久变形和破裂现象发生。所以，涂胶技术为刚性法兰间密封提供了最有效、功效最强方法。70年代早期，涂胶工艺以人工或涂胶枪涂胶形式出现在法国，伴随单、双组分密封胶深入开发和电子产品不停发展，自动涂胶机很快就出现在欧美汽车制造业中。和人工涂胶或涂胶枪涂胶相比，自动涂胶有很多优点:愈加安全工作环境，更高精度及复用性，更高处理能力，同一设备能够用于很多不一样应用场所。在过去几年中，美国工业发展对密封胶在制造业中应用提出更高要求。为了降低密封垫和密封圈库存成本及产品装配过程中相关劳动内容，要求新研发密封材料固化工艺应有所发展。尤其地，汽车工业出台了涂胶密封材料应用标准和性能标准，而且还制订了密封部位防泄漏标准，和和密封相关降噪音等标准。这些要求和标准促进密封材料研发商和自动设备制造商合作，开发出适应新形势涂胶设备。国外机器人生产厂商各自推出了涂胶机，如日本莫托曼机器人、安川机器人、美国ABB机器人等，中国机器人发展较晚，有北京机械工业自动化研究所工业机器人和应用技术工程研究中心“自动化涂胶工作站”，济南未来之路信息工程“金未来自动涂胶机”，另外，还有和国外合资企业也推出对应产品。以上涂胶机器人产品全部是在机器人基础上进行二次开发，即用机器人作为轨迹控制，附加供胶系统。1.3课题起源、研究目标及意义作为机械工程及自动化学生，选择课题应以表现本专业特点及各方面内容为关键依据。这么能更有利于自己熟悉本专业具体应用。所以，我结合自己研究方向，选择了自动涂胶机研究作为我本科毕业设计课题。本课题起源是一汽变速箱厂。变速箱箱体前后壳体在汽车生产中是很关键零部件使用密封胶关键是为了预防“三漏”——漏油、漏气和漏水问题。现在，密封胶工作是由工人手动操作完成。不过有很多弊端。关键有：①由气动或机械力驱动施胶枪，从胶筒中挤出胶，靠人工进行轨迹控制，会使材料涂布位置和数量有很大改变；②涂布好坏很大程度上取决于操作者技术，对于大批量生产要求，手工极难确保产品质量一致性；③浪费大量人力，延误生产自动化。为了立即消除这些弊端，急于寻求处理措施，必需用自动化机械以处理问题。所以，选择自动化程度较高自动涂胶机，消除以上这些弊端，确保涂胶均匀、无污染、无伤害、节省人力，提升效率，增加经济效益。1.4课题关键研究内容本课题研制数控涂胶机是为一汽集团变速箱厂设计涂胶样机，要求自动涂胶机X、Y两轴由交流伺服电机驱动，可实现直线插补和圆弧插补；Z轴气动，关键用于作业工位转换，以调整涂胶枪嘴和涂胶平面距离，而且编写数控程序完成对变速箱前壳体涂胶工作（变速箱前壳体零件图图1.1所表示）。为实现涂胶机良好控制，本设计关键做了以下工作:①涂胶机机械系统设计，包含X、Y方向伺服驱动系统，Z方向气缸驱动系统；②涂胶机供胶系统设计，包含胶枪及其驱动气缸设计；③涂胶机夹具设计；④涂胶机数控系统简单设计。图1.1变速箱前壳体零件图第2章自动涂胶机总体设计方案2.1概述本课题所设计这个自动涂胶机是一个经典机电一体化系统。所谓机电一体化系统是指在系统主功效，信息处理功效和控制功效等方面引进了电子技术，并把机械装置、实施部件、计算机等电子设备和软件等有机结合而组成系统。即机械、实施、信息处理、接口和软件等部分在电子技术支配下，以系统见解进行组合而形成一个新型机械系统。机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、实施元件系统(如电机)等五大子系统组成。2.2系统组成在2.1中讲到，该系统是一个经典机电一体化系统。所以，本系统设计成为关键由机械、电气、控制三大部分组成。其机械部分关键是控制行程X-Y-Z轴机械装置，它关键由驱动滚珠丝杠进行X-Y轴方向运动实施装置、气缸、导轨等实施机构组成。电气部分是由交流伺服电动机、光电编码器、多种检测传感器、电磁控制阀等组成。控制部分关键由日本FANUC企业研制FANUC0数控系统组成。2.3系统功效1.输入已编制完成程序实现对变速箱壳体自动涂胶过程，以适应不一样型号变速箱前壳体自动涂胶工作；2.检测和控制功效。系统经过多种传感器自动检测胶枪中胶量多少和胶枪位置，由数控系统依据所测多种位置信号来控制涂胶机开启、运行和停机。系统实时检测供电电源情况，在电源严重过压或欠压时停机。3.报警功效。当系统出现下列情况之一时，均同时进行报警:工作台未回归原点位置时进行开启;胶枪未回归上限位置时进行开启;工件没有定位时进行开启；工作台超出行程；系统供电电源严重过压或欠压等。2.4密封胶类型选择因为RTV硅酮密封胶含有优良耐热、耐油、耐寒性，其密封填隙能力很强，同时不含溶剂，胶固化后形成膜含有很好弹性，所以广泛应用于零部件产品防漏密封。采取RTV硅铜胶替换纸垫，能够处理困扰汽车零部件生产企业“三漏”问题。所以本设计选择RTV硅酮密封胶。它能够降低接合面加工精度1-2级。RTV硅酮胶含有优异填隙功效，能够有效填满箱体在搬运、装配过程中对接合面造成磕碰、划伤等痕迹，而对于上述缺点采取纸垫或带胶垫纸垫极难确保零部件装配完成后不发生渗漏现象。RTV硅酮胶接触空气中湿气即固化，所以不会出现厌氧胶那种零部件接合面溢出胶一直固化不了而致使外观污染现象。涂胶施工是将胶从胶枪嘴中挤出，以胶带形式按要求涂在工件确实定位置上，涂在工件上胶带要含有均匀一致截面形状和尺寸。因为是在胶流动状态下施工，所以要想达成上述要求，必需满足以下多个条件：①所用胶含有均匀一致性能。如粘度，固化特征等等；②胶枪挤出胶带形状尺寸均匀一致；③胶枪嘴和工件保持恒定间隙；④胶枪出胶速度（流量Q）和胶枪运行速度（V）相匹配，即QV；⑤胶枪挤出胶带流线方向和工件上涂胶轨迹曲线切线方向应保持确定夹角。第3章自动涂胶机机械系统设计3.1传动部件设计3.1.1概述数控机床进给传动系统常见伺服进给系统来驱动。伺服进给系统作用是依据数控系统传来信息，进行放大以后控制实施部件运动，不仅控制进给运动速度，同时还要正确控制刀具相对于工件移动位置和轨迹。所以，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必需对进给运动位置和运动速度两方面同时实现自动控制。一个经典数控机床闭环控制进给系统，通常由位置比较、放大元件、驱动元件、机械传动装置和检测反馈元件等几部分组成，而其中机械传动装置是位置控制步骤中一个关键步骤（这里所说机械传动装置是指将驱动源旋转运动变位工作台直线运动整个机械传动链）。为确保数控机床进给系统传动精度和工作平稳性等，对进给系统提出以下要求[5]：(1)高传动精度和定位精度数控机床进给传动装置传动精度和定位精度对零件加工精度起着关键性作用。所以，传动精度和定位精度是数控机床最关键，也是最含有该类机床特征指标，不管对点位、直线控制系统，还是轮廓控制系统，该项精度部很关键。(2)宽进给调速范围伺服进给系统在承受全部工作负载条件下，应含有很宽调速范围，以适应多种工件材料、尺寸和刀具等改变需要。(3)响应速度要快所谓快速响应特征是指进给系统对指令输入信号响应速度及瞬态过程结束快速程度，即跟踪指令信号响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在要求速度范围内灵敏而正确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给系统响应速度大小不仅影响机床加工效率，而且影响加工精度。(4)无间隙传动进给系统传动间隙通常指反向间隙，它存在于整个传动链各传动副中，直接影响数控机床加工精度；所以应尽可能消除传动向隙，减小反向死区误差。设计中可采取消除间隙联轴节及有消除间隙方法传动副等方法。(5)稳定性好、寿命长稳定性是伺服进给系统能够正常工作最基础条件，尤其是在低速进给情况下，不产生爬行，并能适应外加负载改变而不发生共振。稳定性和系统惯性、刚性、阻尼及增益等全部相关系，合适选择各项参数。并能达成最好工作性能，是伺服系统设计目标。为此，组成进给机构各传动部件应选择适宜材料及合理加工工艺和热处理方法，以延长其寿命。(6)使用维护方便最大程度地减小维修工作量，以提升机床利用率。3.1.2滚珠丝杠副设计滚珠丝杠副工作原理及特点滚珠丝杠副是一个新型传动机构，它结构特点是在含有螺旋槽丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以降低摩擦。图3.1所表示。图中丝杠和螺母上全部磨有圆弧形螺旋槽，这两个圆弧形螺旋槽对合起来就形成螺旋线滚道，在滚道内装有滚珠。当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上轨道滚动，所以丝杠和螺母之间基础上为滚动摩擦。为了预防滚珠从螺母中滚出来，在螺母螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能循环流动。滚珠丝杠副特点是：①传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副传动效率η＝0.92～0.96，比常规丝杠螺母副提升3—4倍。所以，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副1/4～1/3。②给合适预紧，可消除丝杠和螺母螺纹间隙，反向时就能够消除空程死区，定位精度高，刚度好。③运动平稳，无爬行现象，传动精度高。④有可逆性，能够从旋转运动转换为直线运动丝杠和螺母全部能够作为主动件，也能够从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母全部能够作为主动件。⑤磨损小，使用寿命长。⑥制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。3.1.3滚珠丝杠副选择方法(1)滚珠丝杠副结构选择滚珠丝杠副机构类型能够从螺纹滚道截面性状、滚珠循环方法和轴向间隙调整方法进行区分。依据防尘条件和对调隙及预紧要求，可选择合适结构型式。因为该自动涂胶机工作性能要求，其工作环境应含有良好防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力。因为双螺母垫片调整预紧式结构简单，轴向刚性好，预紧可靠，轴向尺寸适中，工艺性好，应用广泛，所以本设计选择双螺母垫片调整预紧式结构内循环滚珠丝杠副。(2)滚珠丝杠副结构尺寸选择①选择丝杠公称直径和基础导程选择滚珠丝杠副时通常关键选择丝杠公称直径和基础导程。公称直径应依据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。螺纹长度在许可情况下要尽可能短，通常取小于30为宜；基础导程应按承载能力、传动精度及传动速度选择，大承载能力大，小传动精度较高、要求传动速度快时，可选择大导程滚珠丝杠副。依据该自动涂胶机性能要求，并根据国家标准化组织中要求，可选择，基础导程，工作圈数取为3。②滚珠丝杠副支承方法选择螺母座、丝杠轴承及其支架等刚度不足将严重地影响滚珠丝杠副传动刚度。所以，螺母座应有加强肋，以降低受力变形，螺母和床身接触面积宜大部分，其连接螺钉刚度也应高，定位销要紧密配合。最近出现一个滚珠丝杠专用轴承，这是一个能够承受很大轴向力特殊角接触球轴承，和通常角接触球轴承相比，采取特殊设计尼龙成形保持架，接触角增大到60º，增加了滚珠数目并对应减小滚珠直径。这种新结构轴向比通常轴承轴向刚度提升两倍以上，同时不需要预调整，开启转矩小，使用极为方便。其产品通常成对出售，而且在出厂时已经选配好内外环厚度，装配调试时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能取得出厂时已经调整好预紧力。通常需要把2个以上轴承组合起来，且施加预紧力来使用。总而言之，本设计选择专用轴承作为丝杠支承元件，同时因为一端固定，一端铰支支承方法，丝杠静态稳定性和动态稳定性全部较高，适适用于中等回转速度，而且轴向刚度大，所以采取一端固定，一端铰支支承方法。滚珠丝杠副滚珠螺母安装连接尺寸依据JB/T9893-1999确定安装尺寸以下表：图3.2滚珠螺母表3.2安装尺寸规格代号公称直径公称导程滚珠螺母安装、连接尺寸32103210539071159159④滚珠丝杠精度滚珠丝杠副制造成本，关键取决于制造精度和长径比。因为制造精度越高、长径比越大，工艺难度越大，成品合格率越低。精度标准分为1、2、3、4、5、7、10七个等级，1级最高，10级最低。依据精度选择推荐表选定精度为3级。任意内导程误差为。⑤循环滚珠丝杠副系列性能参数本文选择南京工艺装备制造厂生产FFZD系列滚珠丝杠，其性能参数以下表：表3.2FFZD系列滚珠丝杠规格代号丝杠底径螺母长度额定载荷动载静载3210-327.314625.649.53.2导向部件设计3.2.1概述导轨关键起导向定位作用，以确保各部件正确相互位置及运动。机电产品对导轨要求关键是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度改变影响小和结构工艺性好。3.2.2滚动导轨设计滚动导轨特点导轨面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体，使导轨面之间摩擦为滚动摩擦性质，这种导轨称为滚动导轨。滚动导轨种类很多，按运动轨迹分有直线运动导轨和圆运动导轨。滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、反向器、保持架、密封端盖及挡板组成。当导轨和滑块作相对运动时，钢球沿着导轨上经过淬硬和精密磨削加工而成四条滚道滚动，在滑块端部钢球又经过反向器进入反向孔后再进入滚道，钢球就周而复始地进行运动，反向器两端装有防尘密封端盖，可有效地预防灰尘进入滑块内部。和一般滑动导轨相比，滚动导轨有下列优点：①运动灵敏度高，滚动导轨摩擦系数为0.0025～0.005，远小于滑动导轨。不管在作高速或作低速运动时，其摩擦系数基础不变，故在低速运动时不会产生爬行。②定位精度高。其定位误差为。③牵引力小，移动轻便。④滚动体通常可运行，含有较高耐磨性，磨损小。⑤润滑系统简单，维修方便。在该自动涂胶机中，滚动导轨副作用关键是支承工作台和限制工作台运动方向。该导轨副沿直线运动，所以依据此系统工作具体条件及上述滚动直线导轨副特点，本设计选择了滚动直线导轨副。3.2.3滚动直线导轨副安装尺寸依据本设计特点选择四方向等载荷滚动导轨副，其具体安装尺寸为：图3.3滚动导轨副表3.3荷滚动导轨副安装尺寸表型号装配组合后滑块导轨HWCLMΦBFd203021.55340M66206063.3支承件设计3.3.1概述机床支承件关键指床身、立柱、横梁、底座等大件，它作用是支承零部件并确保它们相互位置及承受多种作用力。承受加工时静态力和动态力，如重力、切削力、摩擦力、夹紧力和惯性力等。支承件种类很多，它们形态、几何尺寸和材料是多个多样，但它们全部应满足下列基础要求；1.刚度支承件刚度是指支承件在恒定载荷和交变载荷作用下抵御变形能力。前者称为静刚度，后者称为动刚度。静刚度取决于支承件本身结构刚度和接触刚度。动刚度不仅和静刚度相关，而且和支承件系统阻尼、固有频率相关。支承件要有足够刚度，即在外载荷作用下，变形量不得超出许可值；2.抗振性支承件抗振性是指其抵御受迫振动和自激振动能力。机床在切削加工时产生振动，将会影响加工质量和刀具寿命，影响机床生产率。振动常常成为机床噪声关键原因之—。所以，支承件应有足够抗振性，含有合乎要求动态特征；3.热变形和内应力支承件应含有较小热变形和内应力。3.3.2支承件选择（1）形状和尺寸确实定支承件尺寸大小、，结构形状应满足工作要求。机床类型、用途和规格不一样，支承件形状和尺寸也不一样。床身、立柱及底座等支承件．因为其安装部位和作用不一样．所以截面形状也不一样。依据该涂胶机结构形式选择图3.2所表示床身形式和图3.3所表示立柱形状。这种类型床身内空间可用于存放润滑油，立柱内有肋板，抗弯刚度高。图3.2床身截面形状图3.3立柱截面形状（2）支承件材料选择支承件材料通常应用铸铁、钢和混凝土等。因为铸铁铸造性能好，轻易取得复杂结构支承件，同时铸铁内摩擦系数大，阻尼系数大，使振动衰减性能好，成本低。所以本设计选择铸铁作为支撑件材料。3.4涂胶系统设计3.4.1Z轴驱动装置设计因为气动装置气源轻易取得，机床能够无须再单独配置动力源，装置结构简单，工作介质不污染环境，工作速度快和动作频率高，适合于完成频繁开启辅助工作。过载时比较安全，不易发生过载严重损坏机件等事故。所以Z轴运动由气缸驱动，关键用于涂胶枪上下移动，以调整涂胶嘴和涂胶平面距离。因为涂胶运动和工件不接触，之间没有相互作用力，气缸只需要克服移动部件重力。所以，依据移动部件质量，选择QGAⅡ系列气缸（外观图3.4所表示）。3.4.2涂胶装置设计涂胶装置由两部分组成，上半部分为气缸，下半部分为料缸，气缸通气则顶杆下压，打开料缸内阀门出胶，经过对气缸流量控制实现对出胶量控制。图3.4QGAⅡ系列前法兰式气缸外观图

3.5夹具设计3.5.1概述在机床上加工工件时，为了使工件在该工序所加工表面能达成要求尺寸精度和位置公差要求。在开动机床进行加工之前，必需首先使工件占有一个正确位置。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置过程称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等作用而破坏定位，还应该用一定机构或装置将工件加以固定。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变操作称为夹紧。工件装夹是否正确、快速、方便和可靠，将直接影响工件加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。按夹具应用范围可将其分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、成组夹具和随行夹具。按夹具动力源可将其分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具和真空夹具。夹具关键由定位元件、夹紧装置和夹具体等基础元件组成。3.5.2夹具设计（1）定位方法选择工件定位方法不一样，夹具定位元件结构形式也不一样。依据变速箱前壳体结构特点，选择“一面两孔”定位方法。一个平面限制三个自由度，一个短圆柱销限制两个自由度，一个削边销限制一个自由度，共限制六个自由度，使工件完全定位。（2）夹紧方法选择夹紧装置由动力装置、夹紧元件和中间传动机构三部分组成。同时夹紧装置应满足夹紧时不破坏工件在夹具中占有正确位置；夹紧力合适，既要确保工件在加工过程中定位稳定性，又要预防因夹紧力过大损伤工件表面及产生夹紧变形；夹紧机构应该操作安全、省力、夹紧快速；夹紧机构复杂程度、工作效率和生产类型相适应等基础要求。因为铰链夹紧机构是一个增力机构，它含有增力倍数大，摩擦损失小优点，广泛应用于气动夹紧。所以本设计采取气缸驱动铰链夹紧机构。同时本设计应用CATIA软件建立夹具装配体三维模型（见附图1）。3.5.3定位误差计算因定位不正确而引发误差称为定位误差，其值为工序基准在工序尺寸方向上最大变动量。定位误差由基准不重合误差和定位副制造不正确误差组成。本设计中，涂胶平面设计基准即为底平面，所以定位元件——平面定位误差为零；定位元件——短圆柱销基准不重合误差为该圆柱销中心线对底面垂直度误差，则，因为定位副制造不正确误差和工序尺寸方向相垂直，则；定位元件——削边销基准不重合误差为该削边销中心线对底面垂直度误差，则，定位副制造不正确误差和工序尺寸方向相垂直，则。所以总定位误差为，在公差许可范围之内，所以该定位方案是合理。3.5.4气动系统图图3.5所表示，阀A通电，活塞右移，压住工件。当气缸内压力达成继电器YJ调定压力时，活塞返回。当活塞压住行程换向阀D后，空气泵卸荷。图3.5夹具驱动气缸气动回路第4章自动涂胶机伺服系统设计4.1概述4.1.1伺服系统及其分类伺服系统亦称随动系统，是一个能够跟踪输入指令信号进行动作，从而取得正确位置、速度或力输出自动控制系统。数控机床进给伺服系统是以机床位置和速度为控制量，接收来自插补装置或插补软件生成进给脉冲指令，经过一定信号变换及电压、功率放大、检测反馈，最终实现机床工作台相对于刀具运动控制系统。它通常由比较组件、调整组件、实施组件、被控对象及测量反馈组件组成。进给伺服系统高性能在很大程度上决定了数控机床高效率、高精度。所以，数控机床对进给伺服系统位置控制、速度控制、伺服电动机、机械传动等方面全部有很高要求。如高精度、稳定性、快速对应无超调、宽调速范围等等。从位置控制角度可将伺服系统分为开环、闭环和半闭环伺服系统：①开环伺服系统（图4.1所表示），它不需要位置检测和反馈，实施组件多采取步进电机，系统位置正比于指令脉冲个数，位移速度取决于指令脉冲频率。开环系统机构简单，易于控制，不过精度低，低速平稳性差，高速扭矩小，通常见于轻载、负载改变不大或经济型数控机床上。图4.1开环伺服系统结构示意图②闭环伺服系统（图4.2所表示），是误差控制随动系统，通常有位置环和速度环组成。在位置环中，依据插补运算得到位置指令，和位置检测装置反馈回来机床坐标轴实际位置相比较，形成位置误差，经变换到速度给定电压。在速度控制中，伺服驱动装置依据速度给定电压和速度检测装置反馈实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床传动部件，从而把速度量变为位置量。闭环伺服系统传动链误差，环内组件误差和运动中造成误差全部能够得到赔偿，从而大大提升位移精度和定位精度，系统精度只取决于装置制造精度和安装精度。图4.2闭环伺服系统结构示意图③半闭环伺服系统（图4.2）所表示，位置检测反馈组件没有直接安装在进给坐标最终运动部件上，将部分机械勾践封闭在反馈控制环之外，其性能介于开环和闭环系统之间。图4.3半闭环伺服系统结构示意图4.1.2伺服系统电机分类及其特点①步进电机开环位置伺服系统亦叫步进式伺服系统，其驱动元件为步进电动机。功率步进电动机盛行于20世纪70年代，且控制系统结构最简单、控制最轻易，维修最方便，控制为全数字化。数控系统和步近电动机驱动控制电路结为一体。伴随计算机技术发展，除功率驱动电路之外，其它硬件电路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低成本，提升了系统可靠性。而步进电动机耗能太多，速度也不高。日前步进电动机在脉冲当量为时，最高移动速度仅有，且功率越大，移动速度越低，改关键用于速度和精度要求不高经济型数控机床及旧设备改造中。②直流伺服电机直流伺服电动机含有良好开启、制动和调速特征，可很方便地在宽范围内实现平滑无级调速．故多采取在对伺服电动机调速性能要求较高生产设备中。③交流伺服电机长久以来，在要求调速性能较高场所，一直占据主导地位是应用直流电动机调速系统，但直流电动机全部存在部分固有缺点，如电刷和换向器易磨损，需常常维护；换向器换向时会产生火花，使电功价最高速度受到限制，也使应用环境受到限制；而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。而交流电动机，尤其是鼠笼式感应电动机没有上述缺点，且转子惯量较直流电机小，使得动态响应愈加好。在一样体积下，交流电动机输出功率可比直流电动机提升10%-70%。另外，交流电动机容量可比直流电动机造得大，达成更高电压和转速。伴随新型大功率电力电子器件、新型变频技术、现代控制理论和微机数控等在实际应用中取得关键进展，到了20世纪80年代，交流伺服驱动技术已取得了突破性进展。在日本、欧、美等国形成了一个生产交流伺服电动机新兴产业。德国1988年机床进给驱动中交流伺服电动机驱动已占80%，日本1985年销售交流和直流电动机驱动系统之比为3：1。机床主轴驱动中，采取交流电动机占销售总量90%。交流伺服电机可分为异步型交流伺服电动机和同时交流伺服电动机。异步型交流伺服电动机其定子由绕组组成，通入交流电后产生旋转磁场。当转子转速和定子电路产生旋转磁场转速存在转速差时，转子导体将切割旋转磁场磁力线而产生电流，电流和旋转磁场相互作用，使转子受到磁力，使之转动，其方向和旋转磁场方向一致。异步交流伺服电动机特点：转子重量轻，对应速度快。同时型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机区分：同时型交流伺服电动机转子是一个磁极，它受到定子电路旋转磁场吸引，和旋转磁场转速一直保持同时。当电源电压和频率固定不变时，同时型交流伺服电动机转速是固定不变得。由变频电源供电时，能够方便地取得和频率成正比可变转速，可得到很硬机械特征及宽调速范围。4.2电机选择由前面所述交流伺服电机优点，并结合本设计特点，选择交流伺服电机作为进給系统驱动装置，同时采取半闭环控制方法。BA系列交流伺服电机是北京机床研究所开发换代产品，是为了驱动机床伺服进给机构而专门设计。同时也适适用于其它多种驱动装置。关键特点为：最好磁路设计，结构紧凑，体积小，重量轻；采取了最新高性能磁性材料，承受过载能力强；采取高可靠性脉冲编码器，运行可靠，使用寿命长。其关键参数以下表：表4.1电机关键参数电机型号对应电机标准代号输出功率额定转矩最大转速转子惯量最大转矩重量0145SJT/M000.652.90.0015269交流伺服电机控制采取正弦波脉宽调制(SPWM)变额器。SPWM变频器属于交一直一交静止变频装置，它先将50HZ交流市电经整流变压器变到所需电压后，经二极管可控整流和电容滤波，形成恒定直流电压，再送入常见6个大功率晶体管组成逆变器主电路，输出三相频率和电压均可调整等效于正弦波脉宽调制波(SPWM波)，即可拖动三相异步电机运转。这种变频器结构简单，电网功率因数靠近于1，且不受逆变器负载大小影响，系统动态响应快，输出波形好，使电机可在近似正弦波交变电压下运行，脉动转矩小，扩展了调速范围，提升了调速性能，所以在数控机床交流驱动中得到广泛应用[20]。SPWM逆变器用来产生正弦脉宽调制波即SPWM波形。其工作原理是把1个正弦半波分成N等分，然后把每一等分正弦曲线和横坐标轴所包围面积全部用1个和此面积相等等高矩形脉冲来替换，这么可得到N个等高而不等宽脉冲序列。它对应着1个正弦波半周，对正负半周全部这么处理．即可得到对应2N个脉冲，这就是和正弦波等效正弦脉宽调制波。其波形图4.4所表示。SPWM变频器主电路原理及电机线电压波形图如4.5所表示。图（a）中V1-V6为6个大功率晶体管，并各有1个二极管和之反并联，作为续流用。来自控制电路SPWM波形作为基极控制电压加于各功率管基极。按相序要求和频率要求，从参考信号振荡器上产生频率和电压协调控制三路正弦波电路，和等腰三角波发生器来载波信号一同送入电压比较器，产生三路SPWM波形，经各相分路后可得到六路SPWM信号．加于V1-V66个功率晶体管基极，作为驱动控制信号、当逆变器工作于双极性工作方法时，可得到图4.5所表示线电压波形。图4.4和正弦波等效SPWM波图4.5SPWM主电路工作原理图4.3伺服系统计算4.3.1.关键参数设定直线工作台面尺寸（长宽高）：71040050；材料为铝；工件及夹具最大重量为100kg；X向工作行程为400，Y向工作行程为300；工作进给速度为200-4000，快速进给速度为20。4.3.2X向伺服进给系统计算（1）工作台质量及工作台承重计算直线工作台质量工作台承重为依据以上估算得总质量为（2）切削力估算因为胶枪和工件不接触，二者之间没有相互作用力，所以切削力为零。（3）滚珠丝杠副验算①滚珠丝杠副导程由3.1.2.2所述，滚珠丝杠导程②丝杠等效转速最大进给时，丝杠转速为最小进给时，丝杠转速为则得到丝杠等效转速（估算）为③丝杠等效载荷动作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上轴向压力，它数值可用进给牵引力试验公式计算。因为选定为滚动导轨，而通常情况下，滚动导轨摩擦系数为0.003—0.005，取摩擦系数为0.003，则丝杠所受最大牵引力为：而丝杠最小工作负载为摩擦力，和最大值一致。故其等效负载④丝杠所受最大动载荷验算查表，取丝杠工作寿命为15000h，同时取精度系数，负载性质系数，温度系数，硬度系数，可靠性系数；如前所述FFZD3210系列滚珠丝杠额定动载荷为25.6KN，远大于最大动载荷，符合要求。⑤临界压缩载荷验算式中E—材料弹性模量，；I—丝杠最小截面惯性矩：—最大受压长度，；—安全系数，通常取；—丝杠支承方法系数，查表得；可见远大于最大负载，符合要求。⑥临界转速验算式中A—丝杠最小横截面：—临界转速计算长度—安全系数，通常取0.5；可见大于最高转速，符合要求。⑦验算轴承动载荷本设计采取一端固定一端游动支承方法，型号为20TAC47A，其额定动载荷，预紧力。式中—寿命系数—转速系数；可见等效动载荷远小于额定动载荷，选择轴承合理。同时应用C语言编制了计算程序用以验算结果（程序详见附件A），结果和计算所得相同。⑧丝杠拉压振动和扭转振动固有频率验算已知：轴承接触刚度，丝杠螺母接触刚度，丝杠最小拉压刚度，见后面(5)处计算。螺母座刚度。则轴向拉压刚度为：计算得丝杠拉压振动固有频率为：由计算可知，丝杠拉压振动固有频率远大于r/min，所以符合要求。（3）传动精度计算滚珠丝杠拉压刚度当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L值分别为400mm和75mm，则滚珠丝杠螺母接触刚度；滚珠丝杠用轴承轴向接触刚度。最小机械传动刚度为：所以得到因为机械传动装置所引发定位误差为：其中，为空载时导轨静摩擦力。因为本设计选择是4级滚珠丝杠，其任意300mm导承公差为，机床定位精度0.012mm/300mm。所以，，可满足因为传动刚度改变引发定位误差小于(1/3-1/5)机床定位精度要求。再加上半闭环反馈系统得赔偿，定位精度能深入提升。5.导轨强度校核采取两根滚动直线导轨副，每根导轨上由两块滑块，每分钟往返4次，每日平均开机时间为6小时，使用年限为五年以上。所以需要校核导轨额定动载荷是否符合要求。校核过程应用C语言编制程序计算（程序详见附录B），结果符合要求。总而言之，X轴伺服系统设计符合工作要求。因为Y轴伺服系统计算过程和X轴相同，结果也符合工作要求，所以在这里不再赘述。4.4伺服电机计算

4.4.1惯量计算由《机械设计手册》得平移物体转动惯量为：丝杠转动惯量为螺母转动惯量为负载及机械传动装置总转动惯量为电机转动惯量为满足惯量匹配条件。4.4.2转矩匹配计算对数控机床，因为动态响应特征要求高，所以，电机力矩关键是用来产生加速度。满足转矩匹配要求。4.4.3检测装置选择传感器是将机电一体化系统中被检测对象多种物理改变量变为电信号一个变换器。它关键被用于检测机电一体化系统本身和作业对象、作业环境状态，为有效地控制机电一体化系统动作提供信息。传感器种类繁多，按其作用可分为检测机电一体化系统内部状态内部信息传感器和检测作业对象和外部环境状态外部信息传感器。内部信息传感器包含检测位置、速度、力、力矩、温度和异常改变传感器。而外部信息传感器有和人体互感相对应，也有纯工程性。按输出信号性质可将传感器分为开关型(二值型)、模拟型和数字型。开关型传感器分为接触型和非接触型。模拟型传感器分为电阻型，电压、电流型，电感、电容型。数字型可分为计数型和代码型。机电一体化系统对检测传感器基础要求:体积小、重量轻、对整机适应性好;精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高;安全可靠、寿命长;便于和计算机连接;不易受被测对象性(如电阻、导磁率)影响，也不影响外部环境;对环境条件适应能力强；现场处理简单、操作性能好;价格廉价。在伺服控制系统中，检测装置是关键组成部分。它作用是将被检测量转换成等效电信号(如直流电流、直流电压、脉冲信号等)，用来检测位移和速度，发送反馈信号，组成半闭环、闭环控制。对数控机床伺服控制系统，数控机床工作台位