機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）我的機(jī)械工程師職業(yè)生涯設(shè)計(jì)——高速自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì)

1、2011屆屆 分 類 號(hào) ： 單位代碼 ：1 本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 我我的的機(jī)機(jī)械械工工程程師師職職業(yè)業(yè)生生涯涯設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 高速自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì)高速自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 年 級(jí) 0707 級(jí)級(jí) 專 業(yè) 機(jī)械制造及其自動(dòng)化機(jī)械制造及其自動(dòng)化 系（院） 指導(dǎo)教師 2011 年 03 月 28 日 目目 錄錄 1 1 引言引言.1 1 2 2 自我評(píng)估自我評(píng)估.1 1 3 3 職業(yè)分析職業(yè)分析.1 1 3.13.1 對(duì)機(jī)械售后服務(wù)重視程度不夠?qū)C(jī)械售后服務(wù)重視程度不夠 .1 1 3.23.2 經(jīng)營(yíng)模式存在弊端經(jīng)營(yíng)模式存在弊端 .2 2 3.33.3 綜合服務(wù)體系不完善綜合服務(wù)體系不完善.2

2、 2 3.43.4 機(jī)械售后服務(wù)的機(jī)遇機(jī)械售后服務(wù)的機(jī)遇.2 2 4 4 我的優(yōu)勢(shì)和不足我的優(yōu)勢(shì)和不足.2 2 5 5 未來未來 1515 年的規(guī)劃年的規(guī)劃.3 3 6 6 結(jié)語結(jié)語.3 3 前言前言.6 6 1 1 緒論緒論.6 6 1.11.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求.6 6 1.1.11.1.1 繞線機(jī)的含義繞線機(jī)的含義.6 6 1.1.21.1.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求.6 6 1.21.2 當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r.7 7 2 2 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì).8 8 2.12.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟和方法機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟和方法.8 8 2.1.12.1.1 送線機(jī)構(gòu)下移和上移送線機(jī)構(gòu)下移和上移.9 9

3、 2.1.22.1.2 轉(zhuǎn)子的順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn).9 9 2.1.32.1.3 進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)給機(jī)構(gòu).1010 2.22.2 繞線機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)繞線機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).1010 3 3 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).1111 3.13.1 轉(zhuǎn)子主軸的方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子主軸的方案設(shè)計(jì).1111 3.23.2 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)各部分的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)各部分的設(shè)計(jì).1212 3.2.13.2.1 三爪卡盤的設(shè)計(jì)三爪卡盤的設(shè)計(jì) .1212 3.2.23.2.2 軸的設(shè)計(jì)及其校核軸的設(shè)計(jì)及其校核 .1313 3.2.33.2.3 軸承的選用及校核軸承的選用及校核.1414 3.2.43

4、.2.4 伺服電機(jī)的選型使用伺服電機(jī)的選型使用 .1414 3.2.53.2.5 減速機(jī)的選用減速機(jī)的選用 .1616 3.2.63.2.6 手輪和頂尖的設(shè)計(jì)及使用手輪和頂尖的設(shè)計(jì)及使用 .1616 4 4 機(jī)架導(dǎo)線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)架導(dǎo)線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).1717 4.14.1 伺服電機(jī)選用伺服電機(jī)選用.1717 4.24.2 撓性連軸器的選用撓性連軸器的選用.1818 4.2.14.2.1 三木撓性連軸器使用范圍三木撓性連軸器使用范圍 .1818 4.2.24.2.2 sfcsfc 連軸器具體特性如下連軸器具體特性如下 .1818 4.2.34.2.3 sfc-080sa2sfc-080sa2 具體參

5、數(shù)具體參數(shù) .1919 4.2.44.2.4 sfc-080sa2sfc-080sa2 安裝方式安裝方式 .1919 5 5 送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).2020 5.15.1 送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì).2020 5.25.2 直線導(dǎo)軌的選擇直線導(dǎo)軌的選擇.2121 5.2.15.2.1 導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求 .2121 5.2.25.2.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的類型與選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌副的類型與選擇 .2121 5.2.35.2.3 線性滑軌的配置線性滑軌的配置 .2222 5.35.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)滾珠絲杠的設(shè)計(jì).2323 5.

6、45.4 滾動(dòng)軸承的校核滾動(dòng)軸承的校核.2424 5.55.5 步進(jìn)電機(jī)的選型步進(jìn)電機(jī)的選型.2525 5.5.15.5.1 步進(jìn)電機(jī)的選型過程步進(jìn)電機(jī)的選型過程 .2525 設(shè)計(jì)總結(jié)及展望設(shè)計(jì)總結(jié)及展望.2727 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2828 謝謝 辭辭.2929 第一部分第一部分 我的機(jī)械售后服務(wù)師之路我的機(jī)械售后服務(wù)師之路 1 引言 不少人都曾經(jīng)這樣問過自己：“人生之路到底該如何去走？”記得一位哲 人這樣說過：“走好每一步，這就是你的人生?！笔前。松氛f長(zhǎng)也長(zhǎng)， 因?yàn)樗悄阋簧饬x的詮釋；人生之路說短也短，因?yàn)槟闵钸^的每一天都是 你的人生。每個(gè)人都在設(shè)計(jì)自己的人生，都在實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想

7、。 有道是：“凡 事預(yù)則立，不預(yù)則廢” 千真萬確。對(duì)自己要做的或是將要做的事沒有任何準(zhǔn)備 就是在為失敗做準(zhǔn)備！ 2 自我評(píng)估 我屬于那種外冷內(nèi)熱的人，比較喜歡安靜的環(huán)境，經(jīng)常沉浸于思考之中， 所以我給人的印象一般是沉默寡言，文靜，甚至冷漠。其實(shí)，我也有玩得瘋的 時(shí)候，當(dāng)我真正享受一個(gè)過程時(shí)，我會(huì)笑得很爽朗，從來不吝嗇自己的笑聲。 我是一個(gè)堅(jiān)持原則的人，對(duì)于不正確、不公平的事情，我永遠(yuǎn)不會(huì)妥協(xié)，不會(huì) 委屈自己去將就這些事情；而對(duì)于有價(jià)值有意義的事情，我會(huì)盡我所能地去做， 并且很認(rèn)真，很負(fù)責(zé)地堅(jiān)持到最后。我比較感性，容易被生活中的細(xì)節(jié)所感動(dòng)。 同時(shí)，我熱衷于幫助那些真正需要幫助的人，樂意為需要的人

8、干點(diǎn)實(shí)事，而不 是夸夸其談或者只是做點(diǎn)表面上顯得有意義，實(shí)際上價(jià)值不大的事情。雖然我 容易情緒激動(dòng)，但忍耐能力還是挺強(qiáng)的，我做不到每件事情都堅(jiān)持到底，但部 分還是可以的?？偟膩碚f，我是一個(gè)熱心的實(shí)干者。 我喜歡閱讀，搜羅新信息， 認(rèn)識(shí)新朋友；在我還沒找到最適合自己的環(huán)境之前，我不會(huì)安分地待在固定的 一個(gè)地方，我會(huì)嘗試到各種新的環(huán)境里體驗(yàn)不一樣的生活；有時(shí)，我也喜歡沉 浸于自己的世界里面，踏踏實(shí)實(shí)，認(rèn)認(rèn)真真地去做我自己喜歡的事情，不希望 被別人打擾。 3 職業(yè)分析 3.1 對(duì)機(jī)械售后服務(wù)重視程度不夠 現(xiàn)階段，大多數(shù)代理商都把服務(wù)定位于整機(jī)銷售的輔助支持手段，主要開 展的服務(wù)也基本上是整機(jī)保修期內(nèi)

9、服務(wù)。有調(diào)查顯示，工程機(jī)械整機(jī)銷售在代 理商整體銷售額中所占比重相對(duì)過大，有 59的代理商整機(jī)銷售額所占比重超 過 70，依靠銷售服務(wù)創(chuàng)造利潤(rùn)的工程機(jī)械代理商還是少數(shù)。按照國(guó)際上通行 的說法，機(jī)械售后服務(wù)所產(chǎn)生的利潤(rùn)與相對(duì)的前市場(chǎng)比較，比例大約是 73。 在美國(guó)，機(jī)械售后服務(wù)服務(wù)業(yè)被譽(yù)為“黃金產(chǎn)業(yè)”；在歐洲，機(jī)械售后服務(wù)也是 制造產(chǎn)業(yè)獲利的主要來源。而目前我國(guó)很多企業(yè)還不清楚機(jī)械售后服務(wù)所涵蓋 的范圍，甚至還存在一些理解上的誤區(qū)，未能引起足夠重視。 3.2 經(jīng)營(yíng)模式存在弊端 國(guó)產(chǎn)設(shè)備代理商在開展服務(wù)時(shí)常常要面臨利潤(rùn)低下的困境，制造商為了提 高市場(chǎng)占有率給予代理商一定額度的服務(wù)費(fèi)，在保修期內(nèi)用于

10、客戶的維護(hù)、保 養(yǎng)及配件供應(yīng)，而有些國(guó)產(chǎn)設(shè)備的故障率又比較高，導(dǎo)致代理商入不敷出，缺 乏積極性。現(xiàn)行經(jīng)營(yíng)模式的不完善，使廠家、代理商和售后服務(wù)脫節(jié)，導(dǎo)致了 售后服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展不充分。另外服務(wù)需要高投入，目前，制造商和代理商服務(wù) 投入的力度還不夠。 3.3 綜合服務(wù)體系不完善 國(guó)內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品在技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量方面各有千秋，同一細(xì)分市場(chǎng)上產(chǎn)品 差異化很小，同時(shí)又沒有從戰(zhàn)略高度看到售后服務(wù)的重要性，造成投入不足、 管理不善等問題。服務(wù)體系反應(yīng)速度慢導(dǎo)致售后服務(wù)的及時(shí)性差。售后服務(wù)人 員的技術(shù)水平不高影響了故障排除及維修工作效率。因此售后服務(wù)這一提高公 司及產(chǎn)品品牌形象、獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段不能有效地

11、發(fā)揮作用。 3.4 機(jī)械售后服務(wù)的機(jī)遇 工程機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展帶來了機(jī)械售后服務(wù)的機(jī)遇，也對(duì)技能性人才產(chǎn) 生較大需求。在現(xiàn)代營(yíng)銷環(huán)境條件下，沒有服務(wù)就沒有營(yíng)銷，這已經(jīng)是不爭(zhēng)的 事實(shí)，關(guān)鍵是工商企業(yè)應(yīng)不斷提升售后服務(wù)質(zhì)量，充實(shí)售后服務(wù)內(nèi)容，完善售 后服務(wù)程序，規(guī)范售后服務(wù)管理，堅(jiān)持服務(wù)創(chuàng)新，變傳統(tǒng)的單純的售后服務(wù)轉(zhuǎn) 向“整體服務(wù)流程”時(shí)時(shí)保持特色服務(wù)，嚴(yán)格進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控，以優(yōu)良的服 務(wù)取得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，真正使消費(fèi)者在消費(fèi)過程中“只有享樂，沒有煩惱，” 為最終實(shí)現(xiàn)“零服務(wù)”而努力。 4 我的優(yōu)勢(shì)和不足 優(yōu)勢(shì)：我本身是機(jī)械專業(yè)出生，對(duì)機(jī)械比較了解，能熟練運(yùn)用各種機(jī)械軟 件，并且對(duì)機(jī)械售后服務(wù)充滿熱

12、情。具有較好的領(lǐng)導(dǎo)才能，能與他人團(tuán)結(jié)合作； 具有很強(qiáng)的自信心與自強(qiáng)心。 不足：現(xiàn)在對(duì)我而言最缺乏的應(yīng)該就是經(jīng)驗(yàn)，有了理論知識(shí)卻不知道如何 的運(yùn)用，以后多找機(jī)會(huì)接觸社會(huì)，了解這個(gè)行業(yè)。 5 未來 15 年的規(guī)劃 第一個(gè)五年：認(rèn)真塌實(shí)做好第一線工作，低姿態(tài)做人，高標(biāo)準(zhǔn)要求自己。 在工作中嚴(yán)格要求自己，力求精益求精，切實(shí)做到以老板的心態(tài)看待公司，對(duì) 待公司事物，一心為公，提高自己。 第二個(gè)五年：我會(huì)以市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)為平臺(tái)，放眼中國(guó)和世界，找不足，補(bǔ)差距。 切實(shí)落實(shí)自己的高度，以及不足之處。有不足馬上補(bǔ)上，繼續(xù)埋頭工作，如果 有機(jī)會(huì)繼續(xù)深造，一旦有機(jī)會(huì)，就找準(zhǔn)自己的準(zhǔn)確位置。爭(zhēng)取能在機(jī)械售后服 務(wù)行業(yè)中能有

13、自己的一席之地。 第三個(gè)五年：經(jīng)過十年的鍛煉自己能成為高級(jí)機(jī)械售后服務(wù)師，能有三十 萬以上的收入。 6 結(jié)語 計(jì)劃定好固然好，但更重要的，在于其具體實(shí)施并取得成效。這一點(diǎn)時(shí)刻 都不能被忘記。任何目標(biāo)，只說不做到頭來都只會(huì)是一場(chǎng)空。然而，現(xiàn)實(shí)是未 知多變的。定出的目標(biāo)計(jì)劃隨時(shí)都可能受到各方面因素的影響。這一點(diǎn)，每個(gè) 人都應(yīng)該有充分心理準(zhǔn)備。當(dāng)然，包括我自己。因此，在遇到突發(fā)因素、不良 影響時(shí)，要注意保持清醒冷靜的頭腦，不僅要及時(shí)面對(duì)、分析所遇問題，更應(yīng) 快速果斷的拿出應(yīng)對(duì)方案，對(duì)所發(fā)生的事情，能挽救的盡量挽救，不能挽救的 要積極采取措施，爭(zhēng)取做出最好矯正。相信如此以來，即使將來的作為和目標(biāo) 相比

14、有所偏差，也不至于相距太遠(yuǎn)。 第二部分第二部分 高速自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì)高速自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì) 摘 要 本文主要介紹的是高速自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì)全過程，并對(duì)設(shè)備的整個(gè)工作、 動(dòng)作過程和繞線機(jī)的工作原理進(jìn)行了分析。設(shè)計(jì)了繞線機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，對(duì)各部 分的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的校核工作。 對(duì)于該自動(dòng)繞線機(jī)的軟件控制系統(tǒng)，本文提出運(yùn)用三菱 plc 進(jìn)行控制的總 方案，對(duì)繞線機(jī)的各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行控制，使三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)，以順利完成 整個(gè)繞線工作的過程。 通過設(shè)計(jì)，該繞線機(jī)通過運(yùn)用高可靠性的 plc 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制和使用觸摸屏 進(jìn)行生產(chǎn)條件的調(diào)節(jié)可以大大提高工作機(jī)的運(yùn)行效率。能夠較好地完成繞線機(jī) 的高速自動(dòng)繞線的要求，該繞

15、線機(jī)主要可應(yīng)用于電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的自動(dòng)纏繞，可 以達(dá)到比較好的生產(chǎn)效果，滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。 關(guān)鍵詞：plc；觸摸屏；運(yùn)動(dòng)控制；交流驅(qū)動(dòng)；自動(dòng)繞線 abstract the whole process of design of the high-speed automatic winding machine is produced in this paper. the entire work process of the equipment and the mechanics of the winding process are analyzed. the hardware structure o

16、f the various parts of the winding machine is designed. conduct a detailed check of the various parts. for the software control system of the automatic winding machine, this paper proposes the use of mitsubishi plc to control the various movements. through the use of the mitsubishi plc, the movement

17、s of the three-axis are coordinated very well! the whole process of winding can be completed very smoothly. through the design, the machine with plc which is highly reliable for motion control and with the use of touch-screen for the regulation of production conditions can greatly improve the effici

18、ency of machine operating. this machine can run automatically at a high speed. it can be applied to produce the rotor of motor for coil winding. it can meet the high quality and high efficiency requirement! key words: plc; touch-screen; movements control; ac drives; automatic winding 前言 目前繞線機(jī)市場(chǎng)可謂龐大，

19、品種繁多，有平行繞線機(jī)、環(huán)型繞線機(jī)、定轉(zhuǎn) 子繞線機(jī)、紡織繞線機(jī)等等。本文主要介紹的是全自動(dòng)高速自動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速 繞線機(jī)的設(shè)計(jì)過程，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，西部開發(fā)的實(shí)施，對(duì)于各種繞線電 機(jī)的需求量不斷的增加，但是，傳統(tǒng)的手工繞線工藝制約著電機(jī)產(chǎn)量的增加， 并且，在交流電的產(chǎn)生過程中，繞組的質(zhì)量決定了電機(jī)的好壞。電機(jī)繞組是電 機(jī)的重要部件，繞組的好壞直接影響到電機(jī)的運(yùn)行性能和可靠性。隨著技術(shù)的 進(jìn)步，電機(jī)繞組的生產(chǎn)方式也在不斷地更新，由最初的手工繞制開始向半自動(dòng) 繞線機(jī)甚至是全自動(dòng)繞線機(jī)方向發(fā)展。 于是有必要開發(fā)一款全自動(dòng)的繞線機(jī)械來代替這種手工繞制的小作坊式生 產(chǎn)方式。本文所設(shè)計(jì)之繞線機(jī)采用雙伺服

20、電機(jī)進(jìn)行繞制，采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行進(jìn) 給操作，通過具有高可靠性能的 plc 來進(jìn)行三個(gè)軸的動(dòng)作協(xié)調(diào)，可以很好的完 成繞線動(dòng)作。它操作簡(jiǎn)便，節(jié)省人工，可提高產(chǎn)量，產(chǎn)品品質(zhì)好；其繞線、排 線完全按程序自動(dòng)執(zhí)行；排線寬幅可調(diào)，圈數(shù)準(zhǔn)確；生產(chǎn)速度快，并能大量節(jié) 省線材。 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)要求 1.1.11.1.1 繞線機(jī)的含義繞線機(jī)的含義 組成繞組的基本元件是漆包線。通過在繞線骨架上按一定的規(guī)律形狀纏繞 而成，繞線的匝數(shù)直接和電機(jī)的性能有重要影響。電機(jī)主要是進(jìn)行電能和機(jī)械 能的轉(zhuǎn)換，在電機(jī)中，電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化主要是通過線圈進(jìn)行的，電機(jī)的通電 邊在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力，從而使電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 繞線機(jī)的作用，

21、顧名思義，就是用來繞制繞組的。 1.1.21.1.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是高速自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì)，因此，本次設(shè)計(jì)，要 本著實(shí)用的要求，達(dá)到高速自動(dòng)這兩個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，要求該繞線機(jī)能夠工作在一 定的工作范圍。繞制的漆包線的線徑要求是可調(diào)的，以適應(yīng)不同的型號(hào)的電機(jī) 的轉(zhuǎn)子的繞線要求。能夠?qū)@線進(jìn)行自動(dòng)排線 ，繞線的外觀要求美觀整潔，并 且，要求能夠自動(dòng)根據(jù)設(shè)置對(duì)繞線匝數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 設(shè)計(jì)的參數(shù)要求為轉(zhuǎn)子的軸向尺寸為 150mm，徑向可進(jìn)給 100mm。每分鐘最 大繞線速度要求可達(dá)到 600r/min。 1.2 當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r 最初的繞組的生產(chǎn)是完全手工生產(chǎn)的，就是依靠人用手將電磁線按照一定

22、 的規(guī)律繞制到電機(jī)轉(zhuǎn)子上，并且由人來對(duì)骨架上的電磁線圈匝數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的。 生產(chǎn)效率低下，工作強(qiáng)度很大，完全已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)。 半自動(dòng)繞線機(jī)的工作是將一個(gè)繞組的骨架，固定在一個(gè)由電機(jī)帶動(dòng)的軸上。 通電以后電機(jī)帶動(dòng)軸以一定的速度旋轉(zhuǎn)，將電磁線纏繞到骨架上。同時(shí)，在電 機(jī)的輸出端裝一個(gè)計(jì)數(shù)裝置來對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，來控制纏繞的匝數(shù)。 但是，在纏繞過程中，排線還是由手工完成的，半自動(dòng)繞線機(jī)的操作者，必須 同時(shí)進(jìn)行排線和觀察注意電磁線的匝數(shù)，這樣操作者才能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候停機(jī)， 控制線圈的繞制。 半自動(dòng)比以前的純手工生產(chǎn)在一定的程度上提高了生產(chǎn)的效率，但是線圈 的生產(chǎn)在一定的程度上還是依賴手工

23、，線圈的質(zhì)量與操作者的技術(shù)水平和工作 狀態(tài)還有很大的聯(lián)系。難以生產(chǎn)出質(zhì)量完全一致符合生產(chǎn)要求的產(chǎn)品來。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)也得到了空前的發(fā)展，各種單片機(jī)， plc，微型計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用于機(jī)械控制系統(tǒng)中。 自動(dòng)繞線機(jī)基本上由三部分組成。一部分基本和半自動(dòng)繞線機(jī)相同，是由 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)夾頭，夾頭上固定繞組的骨架。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)骨架按照要求 的速度和方式轉(zhuǎn)動(dòng)，來完成繞線工作過程。另一部分是自動(dòng)排線機(jī)構(gòu)。由于各 種自動(dòng)繞線機(jī)生產(chǎn)的繞組特點(diǎn)不同，生產(chǎn)方式也不一樣，所以自動(dòng)排線的機(jī)構(gòu) 有很多種。根據(jù)不同的生產(chǎn)要求，自動(dòng)繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)和形式也有著很大的差別。 第三部分是軟件控制部分，不管是繞線機(jī)構(gòu)

24、還是排線機(jī)構(gòu)都是在控制部分的控 制與管理之下進(jìn)行的。生產(chǎn)不同的繞組應(yīng)該是用不同的繞線方法，來完策劃過 年不同的繞線工作。而這都是由控制部分來完成的，當(dāng)參數(shù)的設(shè)定不同時(shí)，控 制部分將會(huì)對(duì)繞線部分還排線部分實(shí)行不同的控制策略。這樣就能在同一臺(tái)繞 線機(jī)上生產(chǎn)不同的規(guī)格的繞組，使得生產(chǎn)有了一定的柔性，生產(chǎn)的產(chǎn)品范圍也 相應(yīng)的得到加寬了。 自動(dòng)繞線機(jī)雖然結(jié)構(gòu)形勢(shì)有所不同，但是基本原理都是相同的。繞線機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)繞組骨架按照規(guī)定的方式旋轉(zhuǎn)，將電磁線纏繞在繞組的骨架上。同時(shí)電磁 線給線的位置由排線機(jī)構(gòu)來確定，并且保證給線的位置由控制單元控制按照一 定的方式不斷變化。這樣，電磁線就按照一定的規(guī)律被纏繞到了繞組的

25、骨架上 了。整個(gè)過程中各個(gè)動(dòng)作都是由電腦控制的，無論是繞線機(jī)構(gòu)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速還 是排線機(jī)構(gòu)的給線位置都是經(jīng)過電腦計(jì)算的，通過各種控制算法精確控制的。 自動(dòng)繞線機(jī)有其自身的明顯優(yōu)點(diǎn):它將人從繁重的繞線勞動(dòng)中解放了出來， 不緊繞線有機(jī)械來完成，就連排線也是在電腦的控制下由機(jī)械完成的。它不僅 減輕了勞動(dòng)的強(qiáng)度，也大大提到了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。由于有了電子設(shè)備的控制， 無論繞線排線都能以最高的速度進(jìn)行，不再受到人腦的反應(yīng)速度的限制。自動(dòng) 繞線機(jī)不在依賴于人工的操作，這樣就可以使生產(chǎn)質(zhì)量得到保證。操作者在生 產(chǎn)過程中只是在運(yùn)行前設(shè)定參數(shù)，而繞線過程中人不參與，這樣無論操作者有 沒有經(jīng)驗(yàn)懂不懂繞線技術(shù)，只要設(shè)定同

26、樣的參數(shù)都可以生產(chǎn)出同樣的質(zhì)量的繞 組。這樣產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有了很大的提高。 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟和方法 一部機(jī)器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計(jì)質(zhì)量。制造過程對(duì)機(jī)器所起的作用，本 質(zhì)上就在于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是實(shí)現(xiàn)機(jī)器好壞 的關(guān)鍵。 我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中要盡可能多的利用已有的成功經(jīng)驗(yàn)來工作。要很好的把 繼承與創(chuàng)新結(jié)合起來，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的機(jī)器。作為一部完整的機(jī)器，它是 一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須有一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)程序。它基本上包 含四個(gè)過程： （1）計(jì)劃階段（2）方案設(shè)計(jì)階段(3)技術(shù)設(shè)計(jì)(4)技術(shù)文件的編制 根據(jù)以上設(shè)計(jì)程序圖，我首先對(duì)繞線機(jī)的工

27、作原理進(jìn)行了分析，以確定繞 線機(jī)的總體結(jié)構(gòu)。電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞線機(jī)送線部分的位置關(guān)系示意圖如圖 2 所示。 轉(zhuǎn)子實(shí)物圖 1 如下： 圖 1 轉(zhuǎn)子實(shí)物圖 （1）送線機(jī)構(gòu)下移和上移 這一動(dòng)作的完成要靠導(dǎo)線機(jī)構(gòu)的上下來進(jìn)行,本人完成這一動(dòng)作的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 如下圖 2 所示 圖 2 送線機(jī)構(gòu)示意圖 （2）轉(zhuǎn)子的順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 纏繞過程中,轉(zhuǎn)子先要逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)然后再逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),在一個(gè)線圈的繞制過 程中，由于繞線機(jī)要求順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度快,精度要求高,選用一般的步進(jìn)電機(jī) 和三相交流電及很難達(dá)到所需的工作要求。因此決定選用伺服電機(jī)作為轉(zhuǎn)子的 動(dòng)力源。 根據(jù)工作要求，轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如下圖 3： 圖 3

28、轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)示意圖 （3）進(jìn)給機(jī)構(gòu) 漆包線有一定的線徑，因此纏繞的時(shí)候必須有一定的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以保證線均勻的纏 繞在轉(zhuǎn)子上，要求繞線效果外觀均勻，美觀。 進(jìn)給機(jī)構(gòu)必須是直線位移，使用絲杠螺母機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線移動(dòng)，由于 步進(jìn)電機(jī)良好的精度和可控性，使用步進(jìn)電機(jī)作為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源是一個(gè)很 好的選擇。 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)行的方式為步進(jìn)電機(jī)通過三木撓性連軸器與減速器進(jìn)行連接, 減速器連接絲桿,利用滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行進(jìn)給,或者是步 進(jìn)電機(jī)直接聯(lián)接絲杠螺母帶動(dòng)導(dǎo)軌架移動(dòng)來進(jìn)給。下面對(duì)于用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū) 動(dòng)導(dǎo)軌的方式中，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行闡述： 設(shè)繞線機(jī)的繞線速度是 s=600r

29、/min；滾珠絲杠的導(dǎo)程 l=6mm，步進(jìn)電機(jī)為 三相永磁步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍的運(yùn)行方式，步距角為 =0.6，線徑 d=1.5mm, 則步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度為 =150r/min 由此可得脈沖頻率為 f=f=90000 次/分鐘=1500 hz 2.2 繞線機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 將各部分的結(jié)構(gòu)組裝起來可以得到繞線機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖 4 如下所示： 圖 4 繞線機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖 繞線機(jī)的總體結(jié)構(gòu)出來以后，將分別對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的 過程分為以下幾個(gè)過程： （1）主軸轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) （2）機(jī)架導(dǎo)線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （3）送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （4）整體箱體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 下面將分章對(duì)各部分進(jìn)行討論 3

30、轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 轉(zhuǎn)子主軸的方案設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子主軸的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如下圖 圖 5 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)圖 3.2 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)各部分的設(shè)計(jì) 3.2.13.2.1 三爪卡盤的設(shè)計(jì)三爪卡盤的設(shè)計(jì) 圖 6 三爪自定心卡盤結(jié)構(gòu)和工件安裝圖 a）結(jié)構(gòu) b）夾持棒料 c）反爪夾持大棒料 （1）三爪自定心卡盤的結(jié)構(gòu) 三爪自定心卡盤的結(jié)構(gòu)如上圖 a 所示，當(dāng)用卡盤扳手轉(zhuǎn)動(dòng)小錐齒輪時(shí)，大 錐齒輪也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在大錐齒輪背面平面螺紋的作用下，使三個(gè)爪同時(shí)向心移 動(dòng)或退出，以夾緊或松開工件。它的特點(diǎn)是對(duì)中性好，自動(dòng)定心精度可達(dá)到 0.050.15?？梢匝b夾直徑較小的工件，如上圖 b 所示。當(dāng)裝夾直徑較大的外 圓工件時(shí)可用三

31、個(gè)反爪進(jìn)行，如上圖 c 所示。但三爪自定心卡盤由于夾緊力不 大，所以一般只適宜于重量較輕的工件，當(dāng)重量較重的工件進(jìn)行裝夾時(shí)，宜用 四爪單動(dòng)卡盤或其它專用夾具。 （2）用一夾一頂安裝工件 對(duì)于一般較短的回轉(zhuǎn)體類工件，較適用于用三爪自定心卡盤裝夾，但對(duì)于 較長(zhǎng)的回轉(zhuǎn)體類工件，用此方法則剛性較差。所以，對(duì)一般較長(zhǎng)的工件，尤其 是較重要的工件，不能直接用三爪自定心卡盤裝夾，而要用一端夾住，另一端 用后頂尖頂住的裝夾方法。 這種裝夾方法能承受較大的軸向切削力，且剛性大大提高，同時(shí)可提高切 削用量。本繞線機(jī)即是采用這種一夾一頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。下圖 3-2 為卡盤實(shí)物圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)要小于 40mm，

32、因此在選擇卡盤的時(shí)候要求卡 盤的夾持范圍能夠滿足這一要求，但是又要使卡盤的地轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小，外徑為 125mm 的輕型 k11 三爪自定心卡盤的正爪加緊夾持范圍是 2.540mm,符合設(shè)計(jì) 要求，因此選用這一自定心卡盤，該卡盤的具體型號(hào)為 k11125a，連接形式為 短圓柱連接方式。其重量為 5.0kg。 3.2.23.2.2 軸的設(shè)計(jì)及其校核軸的設(shè)計(jì)及其校核 由于卡盤為立式安裝，豎直方向的載荷必須用能夠承受較大軸向載荷的軸 承來承擔(dān)，因此設(shè)計(jì)中必須用到推力球軸承和深溝球軸承的組合，經(jīng)過反復(fù)計(jì)， 具體計(jì)算數(shù)據(jù)如下，繞線速度為 =600r/min，繞制一圈分為四個(gè)階段，因?yàn)檫@ 四個(gè)階段的動(dòng)力源都是

33、伺服電機(jī)，因此設(shè)個(gè)部分的時(shí)間相等，繞線機(jī)繞制的至 少為四極線圈，則轉(zhuǎn)子順時(shí)針或逆時(shí)針每次是 =90， 將繞線轉(zhuǎn)子等效為一個(gè)直徑為 100mm 長(zhǎng)度為 100mm 的圓柱體，可得到轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 jk1=76.576kgcm2，質(zhì)量為 6.126kg。 三爪卡盤的質(zhì)量為 5kg，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約為 jk2=108.433kgcm2。 222 12 76.576108.433185.009 kkk jjjkg cmkg cmkg cm 轉(zhuǎn)矩 185.00946.5tjknm 接下來按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，這種方法是只按軸所受的扭矩來 計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

34、的辦法予 以考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種辦法初步估算軸徑。對(duì)于不大重要 的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。 本設(shè)計(jì)中，軸的最小直徑為 35mm。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所要求的 2mm，因此軸的承載 能力合格，軸的強(qiáng)度是足夠的。 3.2.33.2.3 軸承的選用及校核軸承的選用及校核 本設(shè)計(jì)中選用了兩個(gè)深溝球軸承和一個(gè)推力球軸承,由于軸受到的徑向力很 小,因此省略對(duì)于深溝球軸承的校核過程,只對(duì)推力球軸承進(jìn)行校核。 推力球軸承所承受的軸向力主要來自于繞線轉(zhuǎn)子和三爪卡盤的重力，繞線 轉(zhuǎn)子的重量 m1 =6.126kg,三爪卡盤的重量為 m2 = 5 kg。 由以上可知推理球軸承所受的軸向力為 12 6.1265

35、9.8109mgmmgn 對(duì)軸承進(jìn)行設(shè)計(jì) 欲設(shè)計(jì)使用時(shí)間為 45000h 當(dāng)量動(dòng)載荷為 109n； 由 lh = 45000h 查表的 fh = 4.48 其中 fh 為壽命系數(shù) 軸承的轉(zhuǎn)速系數(shù)為 fn = 0.382 工況系數(shù)取 kf = 1 功率利用系數(shù) kn = 0.42 由以上數(shù)據(jù)可得當(dāng)量載荷為 538 flnn ck k k k pn 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用 51202 推力球軸承。 51118 軸承的基本額定載荷為 65kn 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的當(dāng)量載荷 538n，所以推力 球軸承滿足機(jī)械的設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)量載荷肯定大于 famin，因此軸承滿足要求。 為了保持徑向的運(yùn)轉(zhuǎn)精度必須使用深溝球軸承進(jìn)

36、行徑向定位，根據(jù)軸的結(jié) 構(gòu)決定選用 6010 和 61918 兩個(gè)深溝球軸承。因?yàn)檩S的徑向載荷不大，不對(duì)深溝 球軸承校核了。 3.2.43.2.4 伺服電機(jī)的選型使用伺服電機(jī)的選型使用 由于繞線機(jī)較高的精度要求，所以決定使用價(jià)格較高的伺服電機(jī)而不使用 步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。 在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流 伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適 應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺 服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似

37、（脈沖串和方向信號(hào)）， 但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 1 控制精度不同 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 3.6、 1.8，五相混合式步進(jìn)電機(jī) 步距角一般為 0.72 、0.36。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如 四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為 0.09；德國(guó)百 格拉公司（berger lahr）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān) 設(shè)置為 1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036， 兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。

38、以松下全數(shù)字 式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn) 2500 線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部 采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為 360/10000=0.036。對(duì)于帶 17 位編碼器 的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收 217=131072 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為 360/131072=9.89 秒。是步距角為 1.8的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的 1/655。 2 低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性 能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工 作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作 在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻

39、尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器， 或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺 服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解 析機(jī)能（fft），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 3 矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所 以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300600rpm。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其 額定轉(zhuǎn)速（一般為 2000rpm 或 3000rpm）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn) 速以上為恒功率輸出。 4 過載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)

40、具有較強(qiáng)的過載能力。以松 下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn) 矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這 種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)， 而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 5.運(yùn)行性能不同 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn) 的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理 好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器 反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步

41、或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 6.速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200400 毫 秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 msma 400w 交流伺服電機(jī)為例，從 靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000rpm 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求 不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。本繞線機(jī)正是因?yàn)楦呔群透?的加速性能上考慮從而選擇伺服電機(jī)。 3.2.53.2.5 減速機(jī)的選用減速機(jī)的選用 繞線機(jī)的速度是 600 r/min ，所選擇的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速最大可達(dá)到 2300 r/

42、min，因此大概可選用減速比為 1：3 的減速機(jī)進(jìn)行減速。由于繞線機(jī)本身的 小體型的要求，決定選用 fastar 公司生產(chǎn)的精密行星減速器。 根據(jù)繞線機(jī)的整體布局，決定采用通過法蘭連接電機(jī)的 fpls 型減速機(jī)。 fpls 型減速機(jī)的主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域如下： 因其高緊密、高可靠性，廣泛應(yīng)用于需要大輸出扭矩和極低回程間隙的場(chǎng) 合，主要適用于軍事、航空、航天等領(lǐng)域。也應(yīng)用在以下產(chǎn)品的高等級(jí)設(shè)備中： 數(shù)控機(jī)床、切割機(jī)、雕刻機(jī)、注塑機(jī)、繞線機(jī)、印刷機(jī)械、木工機(jī)械、包裝機(jī) 械、半導(dǎo)體機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、機(jī)械手、紡織機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、工程機(jī)械、自動(dòng) 控制設(shè)備等行業(yè)。 3.2.63.2.6 手輪和頂尖的設(shè)計(jì)及

43、使用手輪和頂尖的設(shè)計(jì)及使用 因?yàn)檗D(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)子軸上隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，光用三爪卡盤固定轉(zhuǎn)子軸使轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在軸的另外一端產(chǎn)生比較大的跳動(dòng)，所以必須將軸的另外一端固定， 采用一夾一頂?shù)姆绞侥軌蚝芎玫慕鉀Q這一問題。 頂尖與機(jī)床配合的錐度一般為莫氏 27 號(hào)。頂尖尖部的徑向圓跳動(dòng)一般為 0.010.02；精密級(jí)為 0.0050.01 頂尖分為固定頂尖、回轉(zhuǎn)頂尖、撥動(dòng)頂尖 和復(fù)合頂尖等。固定頂尖主要用于加工精度高的工件和工件轉(zhuǎn)速低的場(chǎng)合，其 中半缺頂尖適用于加工直徑較小的工件；帶壓出螺母頂尖適用于經(jīng)常更換頂尖 的場(chǎng)合；鑲硬質(zhì)合金頂尖適合于工件轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合?；剞D(zhuǎn)頂尖多采用圓錐滾 子軸承做前軸承，可定期調(diào)

44、整預(yù)加負(fù)荷來補(bǔ)償磨損，主要用于加工較重工件或 工件轉(zhuǎn)速較高場(chǎng)合，回轉(zhuǎn)頂尖包括插入式、錐形式和彈性式；插入式回轉(zhuǎn)頂尖 帶有一套可換頂尖頭；錐形回轉(zhuǎn)頂尖適用于支撐大孔徑棒料和管材；彈性回轉(zhuǎn) 頂尖在工件的熱變形時(shí)能自身調(diào)節(jié)。撥動(dòng)頂尖以內(nèi)外棱刀傳遞扭矩，定心精度 高；以外棱刃傳遞扭矩的波動(dòng)頂尖，對(duì)整個(gè)工件的圓柱面都可以加工。 手輪是標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計(jì)過程中選用合適的手輪即可。 4 機(jī)架導(dǎo)線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1 伺服電機(jī)選用 由前面的章節(jié)可知導(dǎo)軌滑塊在 1/40s 內(nèi)必須從上向下或是從下向上移動(dòng)一 個(gè)轉(zhuǎn)子軸向尺寸的范圍,本設(shè)計(jì)中,轉(zhuǎn)子的軸向尺寸范圍為 l150mm,因此假設(shè) 1/40s 內(nèi)滑塊在豎直方向上移動(dòng)

45、 160mm,由此可得滑塊的線速度為: v= 6400 mm/s 根據(jù)設(shè)計(jì)同步帶的半徑為 18mm,可得出同步帶輪的轉(zhuǎn)速為: 356 r/min 負(fù)載扭力應(yīng)該計(jì)算滑塊上升時(shí)的扭力,估算滑塊的重量為 m = 1.2kg,則負(fù)載 扭力為: 1.2 9.8 0.0180.21168 l tmgrnm 負(fù)載慣量的計(jì)算： j1為滑塊的慣量 2 12 1.2 182388.8jmrkgmm j2為三木撓性連軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 622 2 709.3 107.093jkgmkgmm 馬達(dá)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 j = j1 + j2 = 388.8 + 7.093 = 395.5 kgmm2 選伺服馬達(dá)條件 負(fù)載扭力（tl

46、）馬達(dá)額定扭力 pa + p0 =12 倍馬達(dá)額定輸出功率 nm 馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速 負(fù)載慣量（jl）35 倍馬達(dá)轉(zhuǎn)子慣量 依條件選定：三菱的 hc-sfs 201(b)中慣量中容量伺服電。 4.2 撓性連軸器的選用 4.2.14.2.1 三木撓性連軸器使用范圍三木撓性連軸器使用范圍 繞線機(jī)為高精密機(jī)器，一般撓性連軸器遲滯現(xiàn)象過大。不適合轉(zhuǎn)速變化速 度過快的機(jī)器，因此為了使電機(jī)與輸出軸的連接可容納一定的同軸度誤差又具 有較小的遲滯現(xiàn)象，決定使用三木撓性連軸器。 sfc 是夾緊轂采用輕質(zhì)、高強(qiáng)度強(qiáng)力鋁合金的板彈簧式連軸器，扭轉(zhuǎn)剛性 極高，可滿足高應(yīng)答需求。 采用完全不使用 rohs 禁止使用物質(zhì)的環(huán)保

47、型設(shè)計(jì)。此外，夾緊轂外徑根據(jù) 所采用孔徑不同，確保使用最小限度的尺寸，實(shí)現(xiàn)了超低慣性的設(shè)計(jì)，具有出 色的功能。 各種型號(hào)均備有采用單組板簧式的超剛性 sfcsa2 型和與中間體相介配置 雙組板簧的具有撓性的 sfc-da2 型。 4.2.24.2.2 sfcsfc 連軸器具體特性如下連軸器具體特性如下 1.超高剛性： 是夾緊轂采用輕質(zhì)、高強(qiáng)度強(qiáng)力鋁合金的板簧式連軸器，扭轉(zhuǎn)剛性極高， 可滿足高應(yīng)答需求。 符合 rohs 標(biāo)準(zhǔn)： 采用完全不使用 rohs 禁止物質(zhì)的環(huán)保型設(shè)計(jì)。 2.超低慣性： 夾緊轂的外徑形狀可隨您所采用的孔徑變更，小孔徑時(shí)外徑也減小，可將 慣性抑制在最小限度，最適合于高加速運(yùn)轉(zhuǎn)

48、。 根據(jù)你所采用的孔徑進(jìn)行組合，共有三種形狀類型。 圖 7 三種形狀類型 可用于錐度軸： 可將錐度接合器安裝到伺服馬達(dá)錐度軸上，采用夾緊轂的接合。 簡(jiǎn)單、確實(shí)、無背隙： 與軸的接合采用夾緊方式，僅緊固左右 2 個(gè)螺栓即可完成安裝。動(dòng)力傳動(dòng) 均采用摩擦接合，沒有背隙。連軸器兩側(cè)的夾緊轂采用專用制具進(jìn)行定心，確 保了同心度。 圖 8 專用制具定心 牢固的軸接合： 夾緊轂?zāi)驼駝?dòng)，抗沖擊，可達(dá)到牢固的接合。軸接合為用一個(gè)螺栓的夾緊 方式。軸保持力根據(jù)使用孔徑而不同，但在標(biāo)準(zhǔn)孔徑范圍內(nèi)可獲得足夠的連軸 器容許扭矩。 隔熱： 板簧組是由單片不銹鋼制的板簧組合而成，不易將來自伺服馬達(dá)的熱傳導(dǎo) 到從動(dòng)軸側(cè)，可

49、降低因熱膨脹所致的精度標(biāo)準(zhǔn)偏差。 4.2.34.2.3 sfc-080sa2sfc-080sa2 具體參數(shù)具體參數(shù) 根據(jù)伺服電機(jī)輸出軸徑為 22mm，輸出轉(zhuǎn)矩為 0.217nm，功率為 7.89w 決 定選用 sfc-080sa2 連軸器。 4.2.44.2.4 sfc-080sa2sfc-080sa2 安裝方式安裝方式 產(chǎn)品左右內(nèi)徑的同心度通過使用專用夾具可進(jìn)行高精度地組裝。萬一產(chǎn)品 受到強(qiáng)烈沖擊時(shí)，將不能確保產(chǎn)品的組裝精度，有在使用過程中出現(xiàn)破損的可 能性。請(qǐng)?jiān)诎徇\(yùn)產(chǎn)品等時(shí)要十分小心。 1確認(rèn)夾緊螺栓已經(jīng)松動(dòng)后，請(qǐng)清除軸以及連軸器內(nèi)徑面上的灰塵、垃圾 和油污等。（油污可用棉布等擦拭掉，有必

50、要的話可進(jìn)行除脂作業(yè)。） 2將連軸器插到軸內(nèi)時(shí)，請(qǐng)不要對(duì)元件部分進(jìn)行壓縮和牽拉等過度施加外 力下插入。特別是當(dāng)將連軸器安裝到馬達(dá)上后將連軸器插到對(duì)方軸上時(shí)，有時(shí) 會(huì)誤對(duì)其施加過大的壓縮力，請(qǐng)加以注意。 3在兩個(gè)夾緊螺栓處于松動(dòng)狀態(tài)下，請(qǐng)確認(rèn)連軸器是否能夠沿軸向旋轉(zhuǎn)方 向輕移動(dòng)。當(dāng)不能平穩(wěn)移動(dòng)時(shí)，請(qǐng)重新調(diào)整兩個(gè)軸的定心。 雖然建議將此方法作為確認(rèn)左右同心度的簡(jiǎn)易方法使用，但不能使用同樣 的確認(rèn)方法時(shí)，可對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行精度管理，用其他測(cè)量方法來確認(rèn)安裝精度。 圖 9 三木撓性聯(lián)軸器 4確認(rèn)對(duì)軸向沒有壓縮和牽拉等作用力后，保持夾緊轂全長(zhǎng)與兩個(gè)軸相接 處的位置，將 2 個(gè)夾緊螺栓緊固到所規(guī)定的扭矩。

51、5 送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1 送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 繞線機(jī)送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用絲杠螺母帶動(dòng)送線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作，其設(shè)計(jì)的 局部視圖如下圖所示: 圖 10 送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)局部試圖（一） 圖 11 送線進(jìn)給機(jī)構(gòu)局部視圖（二） 5.2 直線導(dǎo)軌的選擇 5.2.15.2.1 導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求 1 導(dǎo)軌副的種類 導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹本€的稱直線運(yùn) 動(dòng)導(dǎo)軌副，為回轉(zhuǎn)的稱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。常用的導(dǎo)軌副的種類很多，按其接觸 面的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等等。 按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為開式（借助重力或彈簧彈力保證運(yùn)動(dòng)

52、面與承導(dǎo)面之間 的接觸）導(dǎo)軌閉式（只靠導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)形狀保證運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)面之間的接觸） 導(dǎo)軌。 2 導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、 耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。 對(duì)精度要求高的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴(yán)格分開； 當(dāng)運(yùn)動(dòng)件較重時(shí)，必須設(shè)有卸荷裝置，運(yùn)動(dòng)件的支撐必須符合三點(diǎn)定位原理。 5.2.25.2.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的類型與選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌副的類型與選擇 1 直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的特點(diǎn)及要求 滾動(dòng)導(dǎo)軌作為滾動(dòng)摩擦副的一類，具有許多優(yōu)點(diǎn)： 1) 摩擦系數(shù)?。?.0030.005），運(yùn)動(dòng)靈活； 2) 動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基

53、本相同，因而啟動(dòng)阻力小，而不易產(chǎn)生爬行； 3) 可以預(yù)緊，剛度高； 4) 壽命長(zhǎng)； 5) 精度高； 6) 潤(rùn)滑方便，可以采用脂潤(rùn)滑，一次裝填，長(zhǎng)期使用； 7) 由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。 2 滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是： 導(dǎo)軌面與滾動(dòng)體是點(diǎn)接觸或是線接觸，所以抗振性差，接觸應(yīng)力大； 對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動(dòng)體的尺寸精度要求高，若滾動(dòng)體 的直徑不一致，導(dǎo)軌表面有高低，會(huì)使運(yùn)動(dòng)部件傾斜，產(chǎn)生振動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)精 度； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、成本較高； 對(duì)臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置 3 對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的基本要求： 1) 導(dǎo)向精度：導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標(biāo)。移動(dòng)件在沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng) 時(shí)，不論有無

54、載荷，都應(yīng)保證移動(dòng)軌跡的直線性及其位置的精確性。這是保證 機(jī)床運(yùn)行工作質(zhì)量的關(guān)鍵。各種機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌副本身平面度垂直度及等高、等距 的要求都有規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)。 2) 耐磨性：導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動(dòng)導(dǎo)軌 副的主要實(shí)效型式是磨損。因此耐磨性是衡量滾動(dòng)導(dǎo)軌副性能的主要指標(biāo)之一。 3) 剛度：為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型、尺寸及其組合。 選用可調(diào)間隙和預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。 4) 工藝性：導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)整、測(cè)量、防塵、潤(rùn)滑和維修保養(yǎng)。 5.2.35.2.3 線性滑軌的配置線性滑軌的配置 線性滑軌能承受上、下、左、右方向負(fù)荷，因此可根據(jù)機(jī)臺(tái)結(jié)構(gòu)與工作負(fù) 荷方向

55、配置線性滑軌組。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用 egw30sb 型號(hào)的直線導(dǎo)軌，采用兩支滑軌滑塊移動(dòng)配置 的方式。 egw30sb 的三視圖如下圖所示： 圖 12 直線滑軌三視圖 5.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)屬于螺旋傳動(dòng)。絲杠又可稱為螺桿。絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)又可稱絲 杠副傳動(dòng)。 螺旋傳動(dòng)按用途可分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋等。 螺旋傳動(dòng)按螺紋間摩擦狀態(tài)又可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋三大 類。 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)屬于滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的滾動(dòng)體有球和滾子 兩大類。球又稱滾珠。應(yīng)用最廣泛的是以球?yàn)闈L動(dòng)體的滾珠螺旋傳動(dòng)滾珠 絲杠副。 滾珠絲杠副作為精密、高效的傳動(dòng)元件在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床得到廣泛

56、應(yīng) 用，在機(jī)械工業(yè)、交通運(yùn)輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用得很普遍， 可作為精密定位自動(dòng)控制、動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。 隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，滾珠絲杠的使用范圍越來越廣，目前我國(guó)有 專業(yè)工廠參照 iso，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)及精度標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)。軸頸端部 結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)，用戶不必自行設(shè)計(jì)制造，可以根據(jù)使用工況選擇某種結(jié)構(gòu)類型 的絲杠，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等等條件按規(guī)定的計(jì)算方法選定合格的尺寸型號(hào)和 組合單元向有關(guān)廠家訂貨，可以獲得更加好的經(jīng)濟(jì)效果。 滾珠絲杠副傳動(dòng)與滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)相比其主要特點(diǎn)是： 1) 傳動(dòng)效率高。一般可達(dá) 95%以上，是滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的 24 倍。 2) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏

57、度高、低速無爬行。 3) 可以預(yù)緊、消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度。 4) 定位精度和重復(fù)定位精度高。 5) 使用壽命為普通滑動(dòng)絲杠的 410 倍甚至更高。 6) 同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置時(shí)， 可獲得較好的同步性。 7) 使用可靠、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單、維修方便。 8) 不自鎖?？赡嫦騻鲃?dòng)，即螺母為主動(dòng)，絲杠為被動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€ 運(yùn)動(dòng)。 由于繞線機(jī)要求的高定位精度、高的靈敏度、無大的間隙等原因，所以選 用滾珠絲杠副，來進(jìn)行漆包線的進(jìn)給。 根據(jù)送線導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)尺寸，選用 hiwin 公司的 fsw36-6b2 滾珠絲杠。 外形圖如下： 圖 13 hiwin 產(chǎn)的

58、fsw 滾珠絲杠 由于繞線機(jī)的重量與動(dòng)負(fù)荷的要求差距很大，絲杠螺母能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足負(fù)荷 要求，固省略校核過程。 本設(shè)計(jì)中，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的絲杠是直接和外部空氣接觸的，散熱快，熱膨脹不 明顯，因此采用兩端固定的結(jié)構(gòu)。 5.4 滾動(dòng)軸承的校核 絲杠螺母機(jī)構(gòu)采用兩端固定的結(jié)構(gòu)，使用的兩個(gè)角接觸球軸承和兩個(gè)深溝 球軸承，分為兩組，兩個(gè)角接觸球軸承各自背向安裝，因?yàn)榻z杠所受的主要是 軸向力，所受徑向力不大，因此，只需校核角接觸球軸承的強(qiáng)度即可。 深溝球軸承的型號(hào)為 6006，角接觸球軸承的型號(hào)為 7006cj。 根據(jù)估算，導(dǎo)線支架結(jié)構(gòu)加上滑塊的重量 m 大概為 100kg，其重力為 980n。線性滑軌的動(dòng)摩擦系數(shù)

59、為 0.004。因此軸承所受的軸向力 fa = 980 0.004 = 4 n，角接觸球軸承的基本額定動(dòng)載荷為 11.5103n，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 4n，因此所選軸承能夠滿足工作要求。 5.55.5 步進(jìn)電機(jī)的選型步進(jìn)電機(jī)的選型 5.5.15.5.1 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)種類步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)種類 步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元 件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子 就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及 其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入脈沖數(shù)的數(shù)量、頻 率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。很容易用微機(jī) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 步進(jìn)電機(jī)具有以下的特點(diǎn)，使得用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器成為可能： 1) 步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（電源電壓的波動(dòng)、電流的大 小與波形的變化、溫度等）的影響。只要在它們的大小未引起步進(jìn)電機(jī)