自动涂胶机设计论文说明书

黑龙江工程学院本科生毕业设计PAGEPAGEIII目录TOC\o"1-3"\h\u10596摘要 I6170Abstract II9322第1章绪论 113906第2章自动涂胶机的总体结构设计 3234222.1设计任务和内容 374202.2设计要求 3164922.3自动涂胶机方案的拟订 3280462.4技术参数 4292522.5本章小结 62179第3章自动涂胶机机械部分设计 7160193.1步进电机的选择 7164263.1.1Z相电机校核 8259843.1.2X、Y向电机校核 9304273.2变速齿轮的设计 10326783.2.1传动齿轮传动系统的设计 10112293.2.2几何尺寸的计算 1071373.3滚动导轨的选择 11216403.3.1X向滚动直线导轨副的选取 1172763.3.2滚动体的尺寸和数量 1129173.3.3滚动导轨的长度 12220143.3.4额定寿命计算 12116073.3.5滚动直线导轨动载荷计算 13186363.3.6接触强度计算 14320273.3.7Y向导轨的选取 15190963.4滚珠丝杠副的选择 15265173.4.1滚珠丝杠副的特点 15292353.4.2滚珠丝杠螺母副类型选择 1660903.4.3滚珠丝杠副的安装 16225593.4.4滚珠丝杠副的保护 17162543.4.5滚珠丝杠副的主要参数 1774783.4.6滚珠丝杠螺母副的设计计算 17250253.4.7最大动负载C的计算及主要尺寸初选 18285363.4.8Z向丝杠的选取 2258803.4.9滚动轴承寿命校核 22180413.5本章小结 2415911第4章自动涂胶机辅助设计 2571664.1工件的夹具设计 25280344.1.1确定定位方案,设计定位元件 26191514.1.2自动夹紧机构的选取 26175514.1.3夹紧机构的设计 27196554.1.4定位误差分析计算 3052234.1.5气动夹紧机构的计算 3168184.2供胶系统中对胶棒夹具的设计 33140284.3涂胶弯臂的螺栓强度校核： 34171924.4本章小结 3529495第5章硬件及接口电路的设计 36155105.1概述 3623115.2控制系统的基本硬件组成 36190675.3PLC的控制电路组成介绍 36287915.4驱动电路的设计 37123035.5传感器的选择及与PLC接线说明 3974555.5.1光电传感器的选择 39211445.5.2压力传感器的选择 3969425.5.3传感器和PLC的接线说明 40107355.6本章小结 406849结论 4111558参考文献 4220826致谢 43摘要近年来，随着生产和技术的发展，机电一体化有了非常大的发展,自动涂胶机在我国机械设备的装配与维修中得到了广泛的应用，这不仅提高了劳动生产率，同时也节省了能源和材料。尤其是在汽车行业，对汽车零部件的结合面有一定的密封性要求,其结合面都需要涂胶，涂胶的精度对于汽车的性能至关重要，自然的对自动涂胶机提出了更高的要求。以往涂胶都是靠工人的手工来完成，涂胶效率极低，而且很难保证涂胶的均匀性和胶体的厚度。自动涂胶机既能保证涂胶的均匀性而又能有效的节省材料，从而大大提高了工作效率和工作质量，减少工人的劳动强度。因此针对不同的工作需要,自动涂胶机可以采用框架式机器人或多自由度机器人来对结合面进行涂胶，同时，这项技术的应用也意味着，每天给国家企业带来巨大的经济效益。采用自动涂胶机可以快速准确、经济、清洁地完成涂胶工艺，提高产品质量，降低生产成本。关键词：密封；涂胶；框架式机器人；自动涂胶机PAGEPAGEIVAbstractInrecentyears,withthedevelopmentofproductionandtechnology,electromechanicalintegrationhasmadegreatdevelopment,automaticgluemachineintheassemblyandmaintenanceofmechanicalequipmenthasbeenwidelyused,notonlyraisedthelaborproductivity,butalsosavetheenergyandmaterials.Thecarindustry,inparticular,toautopartsjointsealingrequirementstoacertainextent,thejointsurfaceneedglue,gluetheaccuracyontheperformanceofthecarisessential,naturalputsforwardhigherrequirementsonautomaticgluemachine.Beforecoatingisdonerelyonmanualworkersin,coatingefficiencyisextremelylow,anditisdifficulttoguaranteetheuniformityofcoatingandthethicknessofthecolloid.Automaticgluemachinebothcanguaranteetheuniformityofcoatingandcaneffectivelysavematerials,greatlyimprovingtheworkefficiencyandworkquality,reducethelaborintensityofworkers.Thereforeinaccordancewiththeneedofdifferentjobs,automaticgluemachineframetyperobotormoredegreesoffreedomrobotcanbeusedtoimplementthejointsurfaceforcoating,atthesametime,theapplicationofthistechnologymeansthateverydaytothestateenterprisetobringthehugeeconomicbenefits.Adoptsautomaticgluemachinecanbedonequick,accurate,economic,cleancoatingprocess,improveproductquality,reduceproductioncosts.Keywords：Tight；gluing；Frametyperobot；AutomaticgluemachinePAGEPAGE44绪论1.1课题背景及意义随着粘接材料、粘接剂施工技术的发展，很多产品生产工艺发生了变革，就以汽车为例，大多数机械固定的零件和装饰件已被改为粘接工艺，例如汽车的车灯罩、内饰件、扬声器等装配，新工艺的采用很好的提高了产品的质量。由于粘接技术的推广，手工涂胶劳动力密集，劳动率低，涂胶质量不稳定的问题愈加突出，尤其是在某些要求严格的场合，传统手工涂胶很难达到要求，而在竞争愈演愈烈的今天，人们对性能和质量的要求越来越高，企业已然不能再用降低要求以减少废品及废品费用，而采用技术先进的自动化涂胶设备是企业的唯一选择。于是，有些企业选择了用机器人，机器人为用户提供具有较大柔性化的自动化涂胶方式，但使用机器人并非随意而为，它不但一次投资大，还需要专业人员来维护保养，尤其在调试初期，工程师有时不得不为一小段胶型进行上百次反复修改参数，调试工作量大，调试时间长，耗费大量人力物力，机器人的维护费用也相当高。实际上，尽管机器人具有较大柔性，但由于购买机器人的一般都是具有较大生产规模的专业生产厂，生产工艺相对确定，所购的机器人要在即定工艺要求下服役相当长的时间，机器人高柔性的优点并未充分体现，考虑到了成本和投资回报，如果不是切实需要的话，机器人不一定是最佳选择。而在实际生产中，我们仅有一小部分工作需要采用姿态灵活的机器人完成，很大一部分工作则完全采用专用的自动化机械，专用自动化设备投资少、效率高，往往能给企业带来较大利益回报，自动涂胶机便是基于这种分析而研制开发的。自动涂胶机是针对大型零件平面自动涂胶的专用设备，广泛适用于摩托车、汽车、工程农机及相关零部件生产领域的平面密封和曲面空间密封粘接。例如，大型柴油机油底壳或多种工件在一台机器上进行自动涂胶作业、汽车前后风窗玻璃涂胶粘接等。采用自动涂胶机可以快速、准确、经济、清洁地完成涂胶工艺，提高产品的质量，降低了生产成本。随着数控技术、机电行业的不断发展及对机器性能的高要求，自动涂胶机一定会有着更广泛的应用前景。1.2国内外发展现状目前，国外自动涂胶机的发展较快，尤其是在欧洲发达国家，美国、日本等国家，经过上百年的发展已经有了一套较为完整的体系。无论是自动化、精度化还是质量、经济成本上面都达到了领先水平,国外的生产商各自推出了自主的涂胶机，如日本的安川机器人、莫托曼机器人、美国ABB机器人等。反观我国涂胶机的发展尚存一些不足之处。我国的机器人发展比较晚，有北京工业机械自动化研究所的工业机器人与应用工程技术研究中心的“自动化涂胶工作站”，济南的未来之路工程有限公司的“金未来自动涂胶机”，此外，还有一些与国外合资的公司也推出了相应的产品。以上涂胶机器人都是在机器人的基础上面进行二次开发的，用机器人作为轨迹控制，附加了供胶系统。国内台式涂胶机存在着一些缺点，比如机台内部散热系统不是非常好，时常会出现死机现象，会出现乱码，LCD反黑，机台位置出现偏差（运行一段时间后会出现此状况）与实际工件，静电处理不很理想（有大量的静电产生），三轴运行速度较缓慢，与厂家实际要求速度有差，CF卡的程序不稳定，工业计算机时常也会发生被烧掉的情况，机台的负载承受的能力比较弱，驱动板接插件地方连接比较松，很容易导致主板与驱动板接触不良(都是塑料接插)。本次设计的目标是设计一台自动涂胶的设备（轴承座与减速器间的密封圈）使它能在实现日常工作的基础上，尽量让机械结构合理的简化，降低成本。此机构采用由步进电机作为驱动装置,X、Y轴联动可合成各种平面的各种曲线。保证系统可靠性及涂胶精度的前提下尽量降低造价,提高性能及价格比。自动涂胶机的总体结构设计2.1设计任务和内容设计一台自动涂胶机，对汽车密封圈进行自动涂胶，利用步进电机进行驱动控制，保证涂胶的范围、速度和均匀性。1、机械系统设计包括机械结构设计和各种标准件的选取。2、自动涂胶机的控制系统设计包括硬件系统和软件系统设计。3、硬件系统设计就是用单片机及驱动电路来控制X向、Y向、Z向电机的正常工作。4、软件系统设计就是控制程序设计，利用MCS-51单片机控制，采用汇编语言进行程序设计。2.2设计要求机械部分要考虑整体布局，工作行程要能满足要求，传动装置要平稳且准确，还要兼顾速度，另外需考虑经济性，该设备要求成本低，尽量选用标准件，减少额外的工作量。设备的使用寿命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小时，载荷持续率为90%，需要批量生产。电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。由于涂胶属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。设计电路控制电机的运转和方向以达到设计要求。执行程序要考虑到不同拐点处涂胶量问题，可通过改变X、Y向运动速度调节也可单一Z向运动调节，以保证涂胶均匀，此次设计采用后者方式，原因是一个电机工作方式比较好控制。2.3自动涂胶机方案的拟订在最初的方案选择中，在供胶的系统我想的是采用液压或气压传动系统。通过和指导教师的探讨，由于液压很难控制流量，并且结构复杂安装也不方便。虽然也能实现自动涂胶的功能，但涂胶的轨迹只是单一的平面故只适合一种零件的涂胶。而用步进电机来控制丝杠的传动不但有可逆行性能灵活的正反运行，速度均匀，稳定性好；定位精度高和重复定位精度高；而且可以根据零件的形状设计编程涂胶轨迹可以是曲面。故在最终的设计中采用了步进电机带动丝杠的传动方式。X轴X轴电机涂胶轨迹伺服系统涂胶轨迹伺服系统Y轴电机机械Y轴电机机械部分电路部分涂胶量Z轴步进涂胶量Z轴步进电机图2.1总体方案图方案中共用了三个步进电机，通过程序控制分别做相应运动，来保证涂胶的轨迹和保证涂胶厚度及均匀性。Z向是用来控制出胶的量的，且要求传动平稳，故选用丝杠螺母工作，丝杠螺母有自锁能力，可保证涂胶的厚度和均匀性。通过改变Z向丝杠螺母的转速，以保证Z轴的升降速度，来达到涂胶的要求。X，Y向运动要求平稳、准确，所以采用了滚珠丝杠传动，滚珠丝杠传动效率高、刚度好、传动精度高且使用寿命长。导向机构承载大，且需要平稳，所以X、Y向采用滚动导轨，滚动导轨承载较大，且导向准确。为了满足传动比和结构简化的要求，采用齿轮系统进行变速，齿轮的结构紧凑、工作可靠、寿命长且传动比稳定。电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。由于涂胶属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。设计电路控制电机的运转和方向以达到设计要求。电气部分由步进电机、增量编码器[7]、I/O接口线路板、各种检测传感器等组成。2.4技术参数采用奔日硅橡胶平面密封胶。每一工件涂胶时间为15s--20s。奔日电子硅橡胶平面密封胶为单组分室温硫化硅橡胶，本产品为中性，低气味，不含溶剂，在室温条件下即可吸潮固化。具有优异的耐高温，耐冲击，耐化学介质的性能，不腐蚀机件，易拆卸，易清除。电气性能优异，耐候性及柔韧性好,电气性能优异，耐侯性及柔韧性好，尤其耐六氟化硫、变压器油性能好。用于电器设备的密封、也可用于大间隙及挠性连接件的机械平面密封。适合较大间隙（最大间隙小于2.5）的平面密封，能100％填满平面间隙。如箱体、法兰、电喷发动机油底壳及端盖结合等部位。

主要用途：

1、用于电器设备的密封，如汽车、摩托车、内燃机零件结合面、变压器及通用

机械、电器设备的部件平面密封。

2、用于太阳能电池组件边框的密封，电池组件线盒的粘接及太阳能灯具密封。

可以完全有效的保护晶片不被污染、氧化。具有卓越的耐紫外线、防雨水脏物、

冰雹冲击等方面的性能。

主要特性

型号

T－5601

外观

白色、细腻、均匀膏状物

密度（g/cm2）

1.33

挤出性ml/min

200－250

弹性恢复率％

94

拉伸模量（MPa）

0.9

拉伸强度（MPa）

1.7

延伸率（％）

400

工作温度（度）

－54～210

全固时间（h）

24设计中轴承座的外型尺寸图2.2sn305型号轴承座。经查表a=185mm,w=90mm,b=52mm,u=15mm.2.5本章小结1、机械系统设计包括机械结构设计和各种标准件的选取。2、自动涂胶机的控制系统设计包括硬件系统和软件系统设计。3、硬件系统设计就是用单片机及驱动电路来控制X向、Y向、Z向电机的正常工作。4、软件系统设计就是控制程序设计，利用MCS-51单片机控制，采用汇编语言进行程序设计。第3章自动涂胶机机械部分设计3.1步进电机的选择步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相角位移或线位移的控制电机。其转子运动仅与电信号的频率有关，每转一周，都有固定的步数。在不丢步的情况下运行，其步距角误差不会长期积累，因此，它适合于在数字控制系统中作为驱动微电机使用，具有系统简单，运行可靠等明显优点，广泛应用于机床的数字程序控制及其数字控制系统中。步进电动机的种类繁多，按其电磁转矩的产生原理，可分为三大类：反应式（磁阻式）步进电动机；永磁式步进电动机；混合式（永磁感应子式）步进电动机。根据脉冲当量和最大静转矩初选步进电机的型号，并从步进电机技术参数表中查到步距角，两种不同脉冲分配方式对应有两种步距角。初选电机型号时应合理选择及i，并满足：（3.1）根据上述要求，选择：Z向选择:55BF003脉冲当量δ=0.008I=1.0X向Y向:70BF003表3.1Z向55BF003电机的参数步距角相数电压相电流最大静转矩最高空载启动频率质量外径Φ长度轴径1.5/3324V3A0.686N·m1800HZ0.83Kg55mm70mm6mm因为此设计是对汽车轴承座与减速器间密封圈进行自动涂胶，要保证涂胶的范围、速度和均匀性，所以每次出胶的量不是很多，所以挤胶力不是很大，故选用步距角为1.50/步，扭矩偏小点的便可以满足要求，经过计算，挤胶的力度一般在1N～25N之间，选用保持转距为0.686N·m的55BF003型步进电机，便可以满足扭矩要求，所以选择55BF003型号的步进电机，就能满足设计的要求。表3.2X向Y向70BF003电机参数步距角相数电压相电流最大静转矩最高空载启动频率质量外径Φ长度轴径1.5/3324V3A0.392N·m1600HZ1.2Kg75mm65mm8mm3.1.1Z相电机校核步进电机的最大静转矩Mjmax与步进电机名义启动转矩Mmq的关系:即：Mmq=λMjmax=0.866×0.686=0.594N/cm步进电机的空载启动是指电机在没有外加工作负载情况下的启动。步进电机所需的空载启动力矩可按下式计算：Mkg=Mka+Mkf+M0（3.2）Mkg—空载启动力矩；Mka—空载启动时部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩（N.CM）；Mkf—空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（N.CM）；M0—由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。初选电机型号时应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩即：Mkq≤Mmq=λMjmaxλ=Mkq/Mjmax=0.866（三相六拍）加速力矩（3.3）=0.617×0.1×2×л×1440×/60×2=0.0465(N•cm)JΣ—传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（kg.cm2）；—电机最大角加速度（rad/s2）；nmax—运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（r/min）；t—运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（s）；vmax—运动部件最大快进速度（mm/min）；δp—脉冲当量（mm/脉冲）；θb—步进电机的步距角。空载摩擦力矩：（3.4）=30×0.1×0.2/2л×0.8×1=0.119(N•cm)G—运动部件的总重力（N）；f´—导轨摩擦系数；i—齿数传动降速比；η—传动系数总效率；取η=0.7-0.85L0—滚珠丝杠的基本导程（cm）。附加摩擦力矩:（3.5）=0.2×(1-0.95²)/2л×0.8×1=0.016(N•cm)FYJ—滚珠丝杠预加载荷即预紧力一般取Fm的1/3；Fm—为进给牵引力（N）；η为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取η0≥0.9；所以Mkg≤Mmq符合要求。3.1.2X、Y向电机校核X向电机与Y向电机的校核与Z向原理基本相同，设计中只简单的对其进行校核。Mmq=λMjmax=0.866×0.392=0.3395N/cm（3.6）=30×0.1×0.3/2л×0.8×4=0.036(N•cm)i=4（3.7）=×0.3×(1-0.95²)/2л×0.8×4=0.079(N•cm)Mmq=0.3395>Mkf+M0=0.115故符合设计要求.3.2变速齿轮的设计自动涂胶机要求传动效率高、传动比稳定，以保证涂胶的均匀性和稳定性。齿轮传动具备这些特点且结构紧凑、工作可靠、寿命长故选用齿轮传动副来达到一定的降速比要求。由于齿轮在制造过程中不可能达到理想齿面的要求，总是存在着一定的误差，因此一对啮合着的齿轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。但是齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副采用了偏心轴套调整法消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。偏心轴套调整法是电动机通过偏心轴套装到箱体中，通过转动偏心轴套就能方便地调整两齿轮的中心距，从而消除齿轮间隙。3.2.1传动齿轮传动系统的设计自动涂胶机采用一级传动齿轮变速，可增大传动的扭矩和平稳性.传动比为i=720/200=3.6压力角α=18º小齿轮：Z1=18大齿轮：Z2=65齿数互为质数由于小齿轮作悬臂布置故：Φd=0.6小齿轮的齿宽b=Φd×d1=0.6×24=14.4mm模数：mt=d1/Z=1.26mm取m=1.5齿高：h=2.25×m=3.375mm3.2.2几何尺寸的计算（1）计算大、小齿轮分度圆直径：d1=Z1×m=18×1.5=27mmd2=Z2×m=65×1.5=97.5mm（2）计算中心距：a=（d1+d2）/2=62.25mm（3）计算齿轮宽度：b=Φd×d1=0.6×27=16.2mm圆整后取B1=16mmB2=21mm。3.3滚动导轨的选择因为滚动导轨的最大优点是摩擦因数小,动静摩擦因数差很小,因此,运动轻便灵活,运动所需功率小,摩擦发热少,磨损小,精度保持性好,低速运动平稳性好,传动精度和定位精度高.滚动导轨还具有润滑简单[13].3.3.1X向滚动直线导轨副的选取滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、反向器、保持架、密封端盖及挡板等组成的。当导轨与滑块相对运动时，钢球沿着导轨上的经过淬硬的滚道滚动，在滑块端部钢球又通过反向器进入反向孔再进入滚道，钢球就是这样周而复始地进行滚动运动，反向器两端都装有防尘密封端盖。基于滚动直线导轨副以下的优点：1.导向精度2精度保持性3低速运动平稳性。4结构简单、工艺性好，要便于加工、装配、调整和维修。在设计中由于导轨承受的载荷力小故选用了此导轨。导轨结构紧凑，制造容易，成本较低。导轨用淬硬钢制成，淬硬至60-62HRC。3.3.2滚动体的尺寸和数量增大滚动体直径,可减少摩擦阻力和接触应力,不易产生滑动。一般选取滚珠直径6-8mm.设计中选用滚珠导轨,滚珠直径选8mm。滚动体数量应根据强度、刚度等条件选取,每条导轨上一般不少于12-16个,因滚动体太少时,制造误差将显著地影响运动部件的位置精度。反之若滚动体过多,则增加了负载在滚动体上分布的不均匀性,使刚度反而下降,合理的滚动体数目Z,按下式选取：Z≤≤=18.15（3.8）所以选取19个。Z──滚珠的数目；W──每条导轨上所承载的重力(N)；设计中导轨的承载重力为50*9.8=490N。d──滚珠直径(mm)。3.3.3滚动导轨的长度滚动导轨中的滚动体和保持架随着导轨移动，但它的移动速度只是动导轨移动速度的一半。在图中3.1，滚动体与保持架的长度LC：图3.1滚珠导轨LG=Ld+式中Ld－－动导轨长度；l－－－动导轨的行程长度。支承导轨长度L=LG+，这种形式可保证在动导轨移动到两端极限位置时，滚动体刚好移动到支承导轨的边缘，因而使动导轨在全长上始终与滚动体相接触，滚动导轨的刚性好。但是，此种导轨由于有的保持架中的滚子始终露在外面，因此必须加强导轨的防护。3.3.4额定寿命计算当行程长度一定时，由以h为单位的寿命时间的计算公式得：（3.9）式中LH－－－寿命时间（h），取15000h。L－－－额定寿命（km）；LA－－－行程长度，取300mm。N2－－－每分钟往复次数，取4次。L=＝2000km3.3.5滚动直线导轨动载荷计算滚动直线导轨副额定寿命的计算与滚动轴承基本相同。由此公式得动载荷计算：L=P=Fmax（3.10）式中L－－－额定寿命（km）；Ca－－－额定动载荷（KN）；P－－－当量动载荷（KN）；Fmax－－－受力最大的滑块所受的载荷（KN）；－－－指数，当滚动体为滚珠时，＝3。K－－－额定寿命单位（km），滚珠时，K＝50km。－－－硬度系数由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC，故通常可取＝1。－－－温度系数，经查新版机械设计手册第2卷表9.3-45得工作温度＜1000C时＝1。－－－接触系数，经查新版机械设计手册第2卷表9.3-46得每跟导轨上滑块数为2时，＝0.81。－－－精度系数，经查新版机械设计手册第2卷表9.3-47得等级为2时取＝1。－－－载荷系数，经查新版机械设计手册第2卷表9.3-48得无明显冲击或振动的中速运动场合取1.5-2。Ca=（3.11）＝＝3.2KN根据动载荷选取GGB16AA2P12*500-4型四方等载荷滚动直线导轨副。图3.2滚动导轨结构尺寸图表3.3滚动导轨结构尺寸数据型号HWL1L2L3DhdM1T1KH1GGB16AA2415.55840.530M51119.415查表知单根导轨最大长度Lmax为500mm,额定动载荷为6.07KN,额定静载荷为6.8KN。3.3.6接触强度计算滚动导轨接触强度计算主要是判别受力最大的滚动体处导轨的接触应力是否超过允许值。如果一条导轨上承受一个作用在导轨面重心上的力F和力矩M,则受力最大的滚动体上的载荷为:Fmax=(1+)（3.12）=(1+)=103.6NZ──一条导轨上的滚动体数目；L──滚动体有效工作长度。在Fmax作用下，滚动体与导轨接触面上的接触应力为，对滚珠钢导轨：σmax=4.58×108（3.13）=4.58×108×2.75=1.36×109Pad——滚珠直径；Fmax——受力最大的滚动体上的载荷；σmax——滚动体上的接触应力，应小于允许值，即σmax≤[σ]，[σ]为滚动体的许用应力。对于滚珠淬火钢（HRC60-62）的滚动体的许用应力[σ]=1.8×109Pa。根据计算结果得，设计中选取的数据合理满足要求。3.3.7Y向导轨的选取由于Y向导轨所承受的载荷比X向导轨的要小的多故可选用与X向相同的导轨，同样满足传动要求。3.4滚珠丝杠副的选择在丝杠与螺母旋合螺旋槽之间放置适当数量的滚珠作为中间传动体，借助滚珠返回通道，当丝杠或螺母转动时，推动滚珠沿着滚道导珠管（或圆形返向器）滚道不断的循环，从而实现周而复始的滚动运动。因此，滚动丝杠副的运动机理，就是以滚动摩擦代替滑动摩擦。3.4.1滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副具有许多与滚动轴承相似的特征。与滑动丝杠副或液压缸传动相比，有以下主要特点[21]：（1）传动效率高滚珠丝杠副的传动效率高达86%-98%，是滑动丝杠副的2-4倍。（2）运动平稳滚珠丝杠副在工作过程中摩擦阻力较小，灵敏度较高，而且摩擦系数基本与运动速度无关，启动摩擦力矩与运动时的摩擦力矩的差别非常小，所以滚珠丝杠副运动平稳，启动无颤动，低速无爬行。（3）传动可逆性与滑动丝杠副相比，滚动丝杠副突出的特点是具有运动的可逆性。滚珠丝杆副具有运动的可逆性，但没有像滑动丝杠副那样运动具有自锁性。（4）可以预紧通过对螺母施加预紧力能够消除滚珠丝杠副的间隙，提高轴向刚度，但摩擦力矩增加却不大。（5）定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杠副具备传动效率高，运动平稳，可以预紧等特点，所以滚珠丝杠副在工作过程中温升较小，无爬行。并可消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸来补偿热膨胀，这能获得较高的定位精度和重复定位精度。（6）同步性好用几套相同的滚珠丝杠副同时驱动相同的部件或装置时，由于反应灵敏，无阻滞，无滑移，其启动的同时性，运行中的速度和位移等，都具有准确的一致性，这就是所谓同步性好。（7）使用可靠，润滑简单，维修方便在正常使用条件下通常只需要进行一般的润滑与防尘。在特殊使用场合，可在无润滑的状态下正常工作。3.4.2滚珠丝杠螺母副类型选择滚珠丝杠螺母副由专门工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以外购。滚珠丝杠副的类别主要从三个方面考虑：循环方式、循环列数和圈数、预紧方式。钢珠在丝杠与螺母之间滚动是一个循环闭路。根据回珠方式，可分为两类：内循环，回珠器处在螺母之内；外循环，插管式回珠器位于螺母之外。为了消除间隙和提高滚珠丝杠的刚度，可以预加载荷，是它在过盈的条件下工作，称为预紧。预紧后的刚度可提高大批为无预紧时的二倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杠在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杠副的饿额定动载有一定的比例关系常用的滚珠丝杠副的预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧。设计中选用了双螺母螺纹式预紧.3.4.3滚珠丝杠副的安装滚珠丝杠副所承受的是轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此滚珠丝杠副的轴向精度和刚度要求较高。此外滚珠丝杠副的正确安装及其支承的结构刚度也不容忽视。设计中滚珠丝杆的两端布置结构形式如图3-3：图3.3滚珠丝杠副的安装此形式是两端固定，两端均装有轴承固定，并经调整预紧。这种支承结构只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度比一端固定形式要高约4倍无压杠稳定性问题，固有频率比一端固定的高，可预拉伸。3.4.4滚珠丝杠副的保护滚珠丝杠副如果在滚道上落入了藏物，或使用不净的润滑油，不仅会防碍滚珠的正常运转，而且使磨损急剧增加。因此有效地防护密封和保持润滑油的清洁显得十分必要。对于暴露在外面的丝杠一般采用螺旋钢带、伸缩套筒及折叠式防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。这些防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。还出现了一种钢带缠卷式丝杠防护装置。3.4.5滚珠丝杠副的主要参数（1）公称直径公称直径即滚珠丝杠的名义直径，越大，承载能力和刚度越大。（2）基本导程（螺距）丝杠相对于螺母旋转rad时，螺母的轴向位移。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量的要求有关。（3）精度等级滚珠丝杠副按其使用范围及要求分为7个等级，即1，2，3，4，5，7，及10七个精度等级，1级等级最高，其余依次减低，一般选用4级~7级，数控机床及精密机械可选用2级~3级。滚珠丝杠副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杠副的主要质量指标，选用时要予以注意。3.4.6滚珠丝杠螺母副的设计计算由设计的尺寸和材质选取可计算出Y向传动滚珠丝杠要带动重量为100×9.8=980N的重物做水平直线进给运动，则平均工作载荷Fm=1/3Mg=980/3=326N。丝杠工作长度L=150mm。平均转速nm=200r/min,使用寿命Lh=15000h。3.4.7最大动负载C的计算及主要尺寸初选（1）初算导程Phvmax—丝杠副最大移动速度，取8×102㎜/min；nmax—丝杠副最大相对速度r/min，取200r/min。滚珠丝杠副导程为Ph≥vmax/nmax（3.14）=800/200=4㎜（2）当最动载荷Fm滚珠丝杠最大轴向为Fa＝500；FW—载荷性质系数，取为1；ｆ—摩擦系数，取为0.04。滚珠丝杠最大载荷为Fmax=FW×Fa+f×G(3.15)=1×500+0.04×5×9.8=501.96N滚珠丝杠最小载荷为摩擦为；Fmin＝f×G＝0.04×5×9.8＝1.96NFm=1/3（2Fmax+Fmin）(3.16)=1/3（2×501.96+1.96）=335.29N（3）额定动载荷计算CamCam=(3.17)=1×175(300/4)1/3/(0.9×0.21)＝6763.28FW—载荷性质系数，取为I；FA—精度系数，取为0.9；FC—可靠性系数，取为0.21；FE—预加载荷系数，取为4.5。附加载荷为Cam=FEFMAX(3.18)=4.5×501.96=2258.28N取Cam与Cam中较大者为预期值Cam=2258.28N(4)估算滚珠丝杠允许最大轴向变形mm=(1/3～1/4)重复定位精度(3.19)=1/3×0.045=0.015umm≤（1/4～1/5）定位精度(3.20)=（1/4）×0.07=0.0175um取m与m中较小值为m值 m＝0.015um(5)估算滚珠丝杠副径d2mF0—导轨摩擦为，F0＝uo×G=0.04×5×9.8＝1.96NL—滚珠丝杠两轴承支点间距离为1.1行程+（10～14）Phd2m=(3.21)=0.039=8.66mm两端固定或铰支时,支撑方式系数，取为0.039。(6)确定滚珠丝杠副规格代号按上述估算的Ph,Cam及d2m值从《机械设计手册》表12-1-30～表12-1-33中，选出合适的规格代号及有关安装，联接尺寸，并使d2≥d2m,Ca≥Cam,但不宜过大，以免增加起动惯量几何结构尺寸得丝杠副数据：公称直径：d0=27.5㎜导程：P＝4㎜螺旋角：入＝2055、滚珠直径：Dw=3.2㎜丝杠底径：d2=25㎜额定动载荷：Ca=6763.28N选择与之接近的2004-3型号的滚珠丝杠副进行校核，此丝杠副有关数据为：公称直径：d0=25㎜导程：P＝4㎜螺旋角：2055滚珠直径：Dn=3.175丝杠底径：d2=24.5㎜额定动载荷：Ca=9610N(7)其它尺寸由尺寸公求计算滚道半径：R＝0.52×Dw=0.52×3.175=1.651㎜偏心距：e=0.07(R-Dw/2)=0.07×(1.651-3.175/2)=0.004445丝杠内径：d1=d0+2e-2R=(25+2×0.004445-2×1.651)=21.71㎜(8)稳定性验算由于一端轴向固定的丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算，其安全系数s,其值应大于丝杠副传动机构允许安全系数[S],查表[S]=2.5～3.3临界载荷Fcr(N)按下式计算:(3.22)(E=206GP，l=290mm，)Ia为丝杠危险载面的轴惯性矩（m4）=m则安全系数S＝>[S]故丝杠安全不会失稳。(9)共振验算要求nmax〈ncr〈ncr为临界转速ncr=9910（3.23）查表知临界转数系数fc=3.927;=2则ncr足够大，故不会发生共振。（10）刚度验算滚珠丝杠在工作负载F和转矩T共同作用下引起的每个导程变形量l（m）为（3.24）丝杠载面积A＝1/4;丝杠极惯性矩Jc＝;G为丝杠切变模量对于钢取G＝83.3GPa；T为转矩T＝Fmtan(λ+（3.25）取摩擦系数tan＝0.0025得＝T＝335.29××10-3×tan（4022’+8按最不利的情况取（其中F＝Fm）（3.26）um则线杠在工作长度的弹性变形所引起的导程误差为（3.27）通常要求＝0.015㎜＝15m该丝杠的满足上式，所以刚度满足要求。（11）效率验算滚珠丝杠副的传动效率为（3.28）要求在90%～95%之间，所以该丝杠副合格。故型号2004-3的滚珠丝杠副各项性能均符合要求。3.4.8Z向丝杠的选取由于Z轴控制出胶的量的多少，且需要考虑突然断电的情况，突然断电需保证胶棒不漏胶。所以Z轴需要具有自锁功能。所以我选择了丝杠螺母传动系统。使其保证系统的稳定性。丝杠螺母的设计与自锁验算：丝杠螺母的螺距p为4mm公称直径d2为18mm螺母的高度：H=ψd2=2.5ψ取2.5整体式旋合圈数：n=H/P=45/4=11.25＜12螺纹的工作高度：h=0.5P=0.54=2螺牙根部宽度：b=0.65P=0.65工作比压：P=F/0.0024MP自锁的验算：导程角：所以丝杠螺母可以自锁。丝杠螺母的效率计算：3.4.9滚动轴承寿命校核轴承额定寿命为=15000h图3.4滚动轴承受力情况由力分析可知：=×370/420=300×370/420=261.2N=-=300-261.2=38.8N求两轴承的计算轴向力和：=0.4=0.4×261.2=104.48N=0.4=0.4×38.8=15.52N按《机械设计》教材式13-11得：=±=300+15.52=315.52N==15.52N=+=300+104.48=404.48N==104.48N取其中较大者，则=315.52N，=404.48N。由《机械设计》教材表13-5进行插值计算，得e=0.47，e=0.43求轴承当量动载荷和：因为/=315.52/261.2=1.21>e/=104.48/38.8=2.69>e对于轴承1=0.44,=1.19对于轴承2=0.44,=1.30因轴承运转中有中等冲击载荷，按《机械设计》表13-6,=1.2～1.8，取=1.2,则：=(+)s（3.29）=1.2(0.44×261.2+1.19×315.52)=588N=(+)(3.30)=1.2(0.44×38.8+1.30×104.48)=183N验算轴承寿命：因为，>,所以按轴承1的受力大小验算=10/60n(C/)(3.31)=10/60×100×(4610/588)=79092>所以该轴承寿命满足要求，可以选用。3.5本章小结1、对动力系统进行设计，选定步进电机的型号；2、对变速齿轮进行设计，由于是最简单的传动，只需一级圆柱直齿即可，并计算各参数；3、对滚动导轨进行设计，计算导轨数据；4、对滚珠丝杠副进行设计，进行类型选择，计算主要参数。第4章自动涂胶机辅助设计4.1工件的夹具设计要求对工件进行定位夹紧设计。在对工件的夹具设计中我采用了以下两种方案：铰链杆的夹紧机构和斜楔夹紧机构。图4.1是方案一；图4.2是方案二。图4.1铰链杆的夹紧机构图4.2斜楔夹紧机构方案一和方案二都能实现对工件的夹紧，两种的结构都很简单。但是设计中要求定心、对中夹紧才能保证涂胶的位置准确。方案一中自锁性能差很难保证自锁。并且定位和夹紧这两种作用是在工件被夹紧的过程中同时实现的，夹具上与工件定位基准相接处的元件，既是定位元件，也是夹紧元件。难免会出现误差和偏差相对于所定心或对中的位置。故此我在设计中选择了一个定位基准是固定的，利用斜楔的斜面移动时所产生的压力来夹紧工件。保证定位准确。并且斜楔夹紧机构自锁性能好。4.1.1确定定位方案,设计定位元件此工件是要求在自动生产线上定位夹紧，是用机械手把工件较准确的放在工作台夹具体的正确位置。然后进行自动夹紧。基于这种情况，定位元件有V型块、斜导板、支承钉。V型块以二斜面与工件的外圆面接触起定位作用。工件的定位面是外圆柱面，但其定位基准是外圆轴线。即V型块也起了定心的作用。并且限制了两个自由度。而工件的本身有凸缘与平面的夹具体相接触。起到了平面定位的作用限制了三个自由度。而围绕Z轴旋转的自由度根据设计要求可以不用限制。4.1.2自动夹紧机构的选取设计中采用了气动夹紧机构对工件进行迅速夹紧。气动原理图见4-3.图4.3气动原理图1-气源2-分水滤气器3-减压阀4-油雾器5、9-压力表6-换向阀7-调速阀8-气缸此气动夹紧系统由气源、气缸、油雾器、减压阀、单向阀、换向阀、调速阀、压力表等元件组成。1.油雾器－－－由气源送来的压缩空气，先经雾化器，使雾化器中的润滑油被吸上升雾化而随之进入传动系统，以便利用油雾对传动系统中的运动部件进行充分润滑。2.减压阀－－－将气源送来的压缩空气压力，减至气动夹紧装置所要求的工作压力。3.单向阀－－－主要起安全保护作用。防止气源供气中断或压力突降而使夹紧机构松开。4.换向阀－－－控制压缩空气对气缸的进气和排气。5.调速阀－－－调节压缩空气进入气缸的流量，以控制活塞的移动速度。6.压力表－－－将压缩空气的工作压力转换为活塞的移动，由此推动夹紧机构，实现夹紧动作。气动夹紧具有以下特点：夹紧力基本稳定因为气源压力可以控制。夹紧动作迅速气流的速度很快，气动速度也就很快。这就有利于缩短辅助时间。从而提高生产效率。操作省力利用气动夹紧后，操作只需转动换向阀手柄，而不象手动夹紧那样费时费力，因而大大减轻劳动强度。夹具方案选择及夹紧机构设计4.1.3夹紧机构的设计设计中采用的是斜楔气动夹紧机构。工件是以底面、侧面和端面在夹具的底面、定位V形块和支承钉上定位的。活塞杆伸出时，与活塞杆连接的斜楔的斜面便沿着斜导板移动，由于斜面的作用使斜楔的直面向工件移动直至夹紧工件为止。当活塞杆退回时，斜楔便退出，实现松夹操作。1.夹紧力的计算斜楔机构夹紧时，斜楔的受力情况见图4.4（a）。图中Q是施加在斜楔上的作用力，J是斜楔受到工件的夹紧反力，F1是斜楔直面（即夹紧工作面）与工件被夹压面的摩擦阻力（等于Jtg），J与F1的合力为P。N是斜导板对斜楔斜面的反作用力，其方向和斜面垂直，F2是斜导板和斜楔间的摩擦阻力（等于Ntg），N与F2的合力为R0斜楔夹紧时，此Q、P、R三力应处于静力平衡，见图4.4。由图可得出（a）(b)图4.4斜楔的受力情况Q=Jtg(a+)+Jtg(4.1)J=(4.2)式中J－－－斜楔产生的夹紧力，NQ－－－施加于斜楔上的作用力，Na－－－斜楔倾角－－－斜楔与工件的摩擦角－－－斜楔与斜导板间的摩擦角一般取＝＝60；为了增加行程a角尽量选择大的a＝。代入上式得J=＝＝595.24N可见斜楔夹紧机构是增力机构，随着斜角a的减小增力比相应增大，但a角受夹紧行程的影响不能太小，因而其增力相应的受到限制，此外，a角过小还会造成斜楔退不出的问题。2.斜楔自锁条件的计算斜楔夹紧后应能自锁，图4.5表示作用力消失后斜楔保持自锁的情况，当作用力消失后，由于N力的水平分力的影响，斜楔企图按照虚线箭头方向退出，此时系统的摩擦阻力若能克服使斜楔退出的作用力，即能保持自锁状态。摩擦阻力F1和F2的作用力方向应和斜楔移动方向相反。N和F2的合力为R。根据自锁条件并由图4.5得图4.5斜楔自锁条件的分析F1≥Rsin（a-）(4.3)但J=Rcos（a-），F1=Jtg代入上式得tg≥tg（a-）≥a这是保证斜楔夹紧自锁的条件。一般＝＝60，则a≤120。考虑到斜角和斜面平直制造误差等因素，具有自锁性能和尽量较大的行程，斜楔夹紧机构的斜楔角取120。3.夹紧行程的计算由于斜楔的夹紧作用是依靠斜楔的轴向移动来实现，夹紧行程S和相应斜楔轴向移动距离L有如下关系：S＝Ltga(4.4)S＝200×0.21＝42mm由式可知：要增大斜楔的夹紧行程就应相应增加L或a。增大移动距离L势必要增长斜楔的长度，这就受到结构尺寸的限制；增大a要受自锁条件的限制。因此斜楔的夹紧行程是较小的。4.1.4定位误差分析计算V型是一个定心定位元件，定位外圆柱面时起定心作用。工件的定位面虽然是外圆柱面，但定位基准是外圆轴线。V型块体现的涂胶基准则是V型块理论圆（它的直径尺寸等于工件定位外圆直径的平均尺寸）的轴线。当一批工件外圆在V型块上定位时，由于外圆直径的变化引起定位基准相对于理论圆轴线发生位置变化E如图4.6。图中O是理论圆的中心，其直径等于d的平均尺寸，和分别是外圆直径为和时的圆心位置。由图得图4.6V型块定位外圆时的定位误差分析计算=＝＝(4.5)若以理论圆圆心为基点，则(4.6)因为理论圆是一个直径为常量的圆，所以在定位误差分析计算中常常省略它而直接计算出外圆直径为最大和最小时引起的.4.1.5气动夹紧机构的计算气源压力应考虑供气系统管道的沿程压力损失和局部压力损失,气源压力应高于设备中最高工作压力的20%左右,并以此压力来选空压机.也可以根据气缸的标准型号来确定其使用压力范围.设计中采用国内标准型号的气缸.气缸类型:双作用气缸.表4.110Y-1VLB50N800SAY气缸经查表数据缸径最短行程最大行程使用压力范围耐压力使用速度范围50mm37mm800mm0.15-1.0MPa1.5MPa50-500MPa双作用气缸输出压力FPU=(0.65-0.4)D2P(4.7)=0.5×0.0025×0.2×106=250NFPU───汽缸输出压力N；D───汽缸的内径;P───汽缸工作压力PA.同理双作用气缸的拉力FPO=(0.6-0.37)D2P=0.4×0.0025×0.2×106=200N②缸径的计算D=(1.23-1.6)(4.8)=1.5=52.5mm③气缸缸筒承受压缩空气的压力，其壁厚按薄壁公式计算：δ=(4.9)但是按公式计算出的壁厚通常都很薄，加工比较困难，实际过程中一般都需按照加工工艺要求，适当曾加壁厚。尽量选用标准钢管或铝合金管。选铝合金管，经查表壁厚2.5-3mm。选2.5mm。一般气缸缸筒壁厚与内径之比≤1/10.此设计中=≤。故符合要求。在多数情况下活塞杠承受的是推力负载，细长杆件受压易产生弯曲变形，必须考虑压杠稳定性。活塞杠计算长径比L/D≤10时，一般按强度条件计算活塞杆直径，可按照直杆的抗压强度条件计算公式来计算活塞杆直径：d≥=1.128(4.10)L———活塞杆的计算长度m；d———气缸的活塞杆直径；———钢筒材料的许用应力，=；———缸筒材料抗拉强度Pa；n———安全系数，n=6-8。经查表铝合金抗拉强度157MPa。d≥1.128≥3.5mm；所以当d取25mm时，则L≤250mm，故L取150mm。活塞杆的稳定条件是：FPU≤(4.11)FK———气缸的压杆稳定的极限力，N———气缸的压杆稳定性安全系数，一般取=2-6.当细长杆比L/K＜85时，m———由安装连接条件决定的系数，采用固定-固定式m=4.FK===19.7×104N(4.12)f———材料试验强度值Pa。f=4.91×108Paa———系数a=；A———活塞杆横截面面积m2A=所以FPU≤=经验算推力FPU=250N小于。故活塞杆稳定性满足条件。而细长杆L/K＜85时，L=(4.13)=125mm。4.2供胶系统中对胶棒夹具的设计考虑到整个机构的平衡性，故将承载夹持部分的弯臂方向与Y向电机在一条线上。因为胶棒的夹持严格要求对心，以保证涂胶轨迹的准确。故选用了V形块对中夹紧机构，具体结构如下图4.7：图4.7胶棒的对中夹紧机构图工作原理就是使对中夹紧元件作等速位移来实现。两个V形块由手轮控制带动左、右螺纹的螺杆作等速相向移动实现对中夹紧。4.3涂胶弯臂的螺栓强度校核：为了方便于供胶和涂胶在系统中设计了涂胶弯臂。因为弯臂有竖直向下的载荷，所以以下对其进行了校核计算[15]。涂胶弯臂如下图4.8：图4.8涂胶弯臂1.先分析剪切力，由于4个螺栓是对称分布的，故剪切力可以认为均分。=(4.14)d=12mm完全可以符合要求。2.弯臂受到扭转力的作用，其扭矩为：（1）截面形心：（2）计算截面惯性矩：(4.15)（3）在截面的上下边缘，分别作用有最大拉应力和最大压应力：(4.16)(4.17)取[]=75Mpa《[]d=12mm完全可以满足设计要求。4.4本章小结1、首先确定夹紧机构方案，选用斜楔夹紧机构；2、然后确定定位方案，定位元件选用V型块；3、选用气动方案对工件进行迅速夹紧；4、对机构整体进行计算。硬件及接口电路的设计5.1概述本次设计的自动涂胶机控制系统采用的是PLC可编程控制器进行整个涂胶自动化生产线的流程控制。整个自动化生产线的组成部分是，用一套PLC系统控制系统分别控制一套供胶系统，两套涂胶执行机构，两套单片机涂胶控制系统和两套传送带系统。达到PLC分别控制两套涂胶机组成一个自动涂胶生产线，两涂胶机可同时工作也可以一台涂胶机单独工作。本次设计的自动涂胶机涂胶执行部分采用MCS-51的典型产品8031进行控制，因为其体积小、功能强和价格低廉的优点，广泛地应用于自动化领域。由于8031是没有ROM的单片机，数据存储器也只有128K字节，因此它必须外接EPROM程序存储器，才能构成最小系统。8031的外部程序存储器主要存放处理程序，也能存放处理程序所必需的常数。基本的扩展包括：扩展片外程序存储器/扩展片外数据存储器/扩展并行I/O接口。采用74LS373锁存器、74LS138译码器的输出作为片选信号。本系统扩展了一片8255可编程接口芯片和一片8155芯片。5.2控制系统的基本硬件组成控制系统是由硬件和软件两部分组成。硬件是组成系统的基础。有了硬件,软件才能有效的运行。硬件电路的可靠性直接影响到数控系统性能指示。系统硬件电路有以下三大部分组成：（1）主控制器,即中央处理器单元PLC。（2）输入设备，包括光电接近开关、压力传感器和输入开关按钮。（3）执行设备，包括单片机及其扩展电路、皮带控制电路、机械手控制电路、供胶控制电路以及夹紧控制电路。5.3PLC的控制电路组成介绍PLC接收来自控制面板按钮开关信号和传感器的状态信号，经程序判断与运算实现系统流程的控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，分别向传动带1、机械手1、加紧机构1、涂胶行程执行机构1、传动带2、机械手2、夹紧机构2、涂胶机2、机械手2和涂胶行程执行机构2以及各安全指示灯发出运行控制信号。图5.1控制电路5.4驱动电路的设计脉冲输入时，将脉冲分配给各组绕组，因其功率很小，电压幅度不足5V，电流为mA级，必须经过驱动器将信号电流放大到若干安培，才能驱动步进电机，实际上电机的驱动器是一个功率放大器。驱动器要求失真小，有较好的前沿和足够的幅度。本系统采用55BF003型和70BF003型步进电机作为驱动装置，它是受脉冲信号进行控制，微安级信号进行控制，若想使27V，5A的步进电机达到需要的额外状态，只靠微机8255控制作用不可能提供步进电机需要的输出功率，因此必须有额外的功率驱动电路，步进电机与控制系统，功率驱动电路组成一体构成了步进电机的驱动系统，如图：MCS-51MCS-51步进电机驱动电路步进电机驱动电路8255A分配系统图5.2步进电机系统主框图驱动电路的设计及说明步进电机的控制系统和分配系统中采用汇编语言来实现的，所以采用三级管进行电流放大。下面是功率驱动电动硬件进行说明。高低压驱动电路如下图所示：图5.3驱动电路图La绕组的高低压驱动电路，脉冲变压器Tp组成高压控制电路，无脉冲输出时，T1，T2，T3，T4，均截止，电机绕组La中无电流通过，电机不转，有脉冲输入时，T1,T2,T4,饱和导通，在T2由截止到饱和期间，其集电极电流也就是脉冲变压器的初级电流急速增加，在变压器次级感生一个电压，使T3导通，80V高压经高压管T3加到绕组La上使电流迅速上升，约经数百微秒，当T2进入稳压状态后，Tp初级电流暂时恒定，次级的感应电压降到0，T3截止，这时12V低压电流经D2加到绕组La上，维持La中的电流为恒定值。输入脉冲结束后，T1，T2，T3，T4，又均截止，储存在La中的能量通过18Ω的电阻和二极管泄放，18Ω的电阻的作用是减小放电回路的时间常数，改善电流波形后沿，由于采用高低压驱动，电流增长快，电机的力矩和运行频率都得到改善。高低压驱动电路，采用四个三极管，线路比较简单，工作稳定实用性强，它具有以下特点：a本回路采用两种电源供电80V12Vb驱动电路采用了三级放大，使电路合理，稳定性好。c由于电机转动产生的反电动势，使电流波形顶部下凹，使平均电流下降，转矩下降。滤波后电压波形电容值越大，滤波的效果会越好，但电容值过大也会使电容两端电压值偏低，所以我们选用了电容值为4.9mF的极性电容。5.5传感器的选择及与PLC接线说明传感器在工业的自动化生产中占有重要的地位。通过传感器不仅可能确定工件的工作情况，而且可以检测生产的某些过程，以便控制生产流程。传感器是将非电量的物位参量转换为可测量的点信号，提供给中央处理单元。5.5.1光电传感器的选择系统设计要求对工件在传送带上到达指定位置的位置信号进行检测。我们选择了洞光光电开关厂出产的DC二线长闭光电开关LA1-1K。其各项性能指标如下：1.检测距离:动作距离是指检测体按照一定方式移动时，从基准位置（接近开关处的感应表面）到开关动作时测的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。本型号的检测距离为1mm±20%2.设定距离：接近开关在实际工作中整定的距离，一般是额定动作距离的0.8倍。

本型号的设定距离为0.3.回差值:动作距离与复位距离之间的绝对值。本型号的回差值为检测距离的10%。4.标准检测体：使接近开关作比较的金属检测体。本厂所采用的检测体为正方形的A3钢，厚度为大于1mm，采用的边长是接近开关检测面的2.5倍。5.输出状态：为常闭，即当无检测物体时，常开型的接近开关接通的负载，由于接近开关内部的输出晶体管截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。6.检测方式：非埋入式，即接近开关则需把感应头露出，以实现其长检测距离的目的。7.响应频率f：按规定的1秒的时间间隔内，接近开关动作循环的次数。

响应时间t：接近开关检测到物体的时间到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。5.5.2压力传感器的选择本系统对压力传感器的选择为奈士德NDA波登管压力开关。压力传感器在本系统中的作用是检测供胶系统的系统压力。当供胶系统的供胶压力超出设定的正常范围时向中央处理单元发出电信号，中央处理单元发出报警并根据系统程序做出处理。涂胶过程中，需要保证胶棒内有足够的胶为下一工件能够涂完为止，所以设计了胶棒内胶量不足的报警子程序。每一工件涂完胶后提醒工人换件，这样就可以节省不必要的时间，提高了劳动生产率。5.5.3传感器和PLC的接线说明传感器的种类很多，其输出方式也各不相同。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号从而导致PLC的错误动作，此时，可在PLC输入端并联旁路电阻Ｒ，如图5-4所示。当漏电流不足lmA时可以不考虑影响。

图5.4PLC与两线式传感器的连接旁路电阻Ｒ的估算公式如下：式中：I为传感器漏电流（mA），UOFF为PLC输入电压低电平的上限值（V），RC为PLC的输入阻抗（KΩ），的值根据输入点的不同存在差异。光电开关接入，其为5v,I约为4mA，约为1。通过计算取值为2。压力开关接入，其为5v,I约为3.8mA，约为1。通过计算R也出值为2。5.6本章小结本次设计的自动涂胶机涂胶执行部分采用MCS—51的典型产品8031进行控制。本章对控制系统、驱动电路及硬件进行了设计，使其满足产品使用需求。结论1、此次设计的涂胶机体积小，结构简单，操作方便，有利于它的通用性。2、此次设计的自动涂胶机完全脱离了手工涂胶，实现了全自动涂胶，使工人从繁琐的劳动中解脱出来，减少了工人的劳动强度，这将大大的提高劳动生产效率。3、在涂胶的过程中，保证了涂胶的厚度和胶的均匀性，这样，不仅提高了机器零件的密封性，而且机器的性能将更加良好。涂胶机的研制，将为企业带来巨大的经济效益。参考文献[1]王会香，孙全颖.自动涂胶机械手的PLC控制，哈尔滨理工大学报,2000.7.[2]贾方.半导体放电管全自动涂胶机研制关键技术.沈阳：电子专用设备,2008.12[3]吴荣兵,杜润生.自动涂胶机伺服控制系统的研制,机床与液压报，2004.7.[4]时圣勇,李宏伟.涂胶机液压系统改造，液压与气动报，2007.10.[5]刘民青.简易涂胶机的研制，工艺装备报，2004.2.[6]陈世雄，陈杨技.涂胶机的设计及涂胶工艺的研究，广西机械报，2006.3.[7]MitsubishiProgrammableControllerMelsecFlSeriesProgrammingManuol[R]．MitsubishiElectricCOR，l999.[8]刘跃南.机床计算机数控及应用.北京:机械工业出版社,2007.[9]王吉芳，郭桂兰.自动涂胶机的研制，制造业自动化报，2009，6.[10]濮良贵,纪名刚.机械设计,高等教育出版社,2001.6.[11]林文焕,陈本通.机床夹具设计手册,国防工业出版社,2003.8.[12]龚安定,赵孝旭,高化.机床夹具设计,西安交通大学出版社,1992.3.[13]成大先.机械设计手册四版第三卷,化学工业出版社,2005.1.[14]吴宗泽.机械零件设计手册,机械工业出版社,2006.3.[15]北京科技大学,东北大学.工程力学,高等教育出版社,2003.3.[16]刘文信,孙学礼.机床数控技术,机械工业出版社,2006.7.[17]大连理工大学,戴曙.金属切削机床,机械工业出版社,2005.9.[18]大连理工大学工程图教研室主编.机械制图.北京：高等教育出版社，1999.1.[19]北京航空学院机械教研室.数控机床的结构与传动.国防工业出版社，2009.6.[20]数控机床直线滚动导轨结合面动态特性研究学位论文谢志坤东北大学2007.6[21]郑堤，唐可洪.机电一体化设计基础.北京：机械工业出版社，2003.1.[22]王启平.机床夹具设计,哈尔滨工业大学出版社,2005.7.致谢本设计是在刘春香老师的悉心指导下完成的。她一丝不苟、严谨细致的作风一直是我工作和学习中的榜样；她循循善诱的引导和不拘一格的教学给予我无限的启发。不仅使我树立起了远大的学术目标，还让我明白了许许多多待人接物与为人处世方面的道理。本设计从开题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！

本设计的顺利完成，自然离不开各位老师、同学的关心和帮助。在此感谢刘老师的辛勤指导；这篇论文和图纸的每个数据和微小细节，都离不开您的细心指导。您乐观的个性和宽容的态度，帮助我很快的融入到了我们的设计中。还有感谢同组人的积极配合。感谢同班同学和朋友们的关心和帮助。没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的设计的，同窗之间的友谊永远长存。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方