409 點膠機設計—懸臂式結構設計

1、摘 要本設計為點膠機設計懸臂式結構，末端執(zhí)行器是一個固定在Z軸上的點膠頭， X、Y、Z三個方向上都是由步進電機帶動滾珠絲杠，將電機軸的旋轉運動轉化成工作平臺的直線運動，實現(xiàn)了點膠機在規(guī)定工作范圍內(nèi)各個點的點膠、涂膠工作。在PLC控制下，該結構能按照程序自動在相應的點完成點膠、在一段距離內(nèi)完成涂膠工作，也可由手動控制到達工作范圍內(nèi)的各個點以及完成回零工作。選用的步進電機用電脈沖信號進行控制，將電脈沖信號的個數(shù)和頻率分別轉化成為末端執(zhí)行器的位移和移動速度。關鍵詞：點膠機、懸臂式、步進電機、滾珠絲杠、PLC ABSTRACTThis design for glue machine design-th

2、e cantilevered structure, end actuator is a fixed in the Z axis at a point on the rubber head, X, Y, Z three direction is by stepping motor drive the ball screw, will the motor shaft rotation movement into working platform linear motion, realize a little gum machine in the provisions within the scop

3、e of work of various points point glue, glue work. In the PLC control, this structure can be in accordance with the procedures in the corresponding points finish glue, in a distance work to finish glue, can also be made by manual control to work within the scope of the various points, and complete b

4、ack to zero. The selection of stepping motor power pulse signal control, the electrical impulses of the number and frequency signal into a respectively at the end of the implementation of the displacement and speed.Key words: Glue machine, cantilevered, step motor, the ball screw, PLC目 錄1緒論-1 國外研究現(xiàn)狀

5、及開展趨勢-1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及開展趨勢-12設計方案-32.1 機械局部-32.2 電氣局部-32.3 控制局部-32.4 傳動局部-43 計算說明-5 Z軸上下方向傳動部件的選型與校核-5 X軸左右方向傳動部件的選型與校核-113.3 Y軸前后方向傳動部件的選型與校核-194電氣控制局部-28-28-284.3 PLC簡介-28 驅動器的選用-295結論-30附錄 電氣控制圖-31附錄 PLC控制流程圖-32附錄 PLC控制程序圖-33參考文獻-35致謝-361 緒論點膠機在行業(yè)中的影響很廣。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多地方都需要用到HYPERLINK :/baike.baidu /view/1120

6、853.htm t _blank點膠，比方HYPERLINK :/baike.baidu /view/1355.htm t _blank集成電路、印刷電路板、彩色液晶屏、HYPERLINK :/baike.baidu /view/1243519.htm t _blank電子元器件如繼電器、揚聲器、汽車部件等等。傳統(tǒng)的點膠是靠工人手工操作的。隨著自動化技術的迅猛開展，手工點膠已經(jīng)遠遠不能滿足工業(yè)上的要求。手工點膠具有操作復雜、速度慢、精確度低、容易出錯，而且無法進行復雜圖形的操作，更無法實現(xiàn)生產(chǎn)自動化等缺點。市場上要求一種速度快，效率高，精度高的設備。因此就出現(xiàn)了全自動點膠機器人。在科技就是第一

7、生產(chǎn)力的今天，全自動點膠機器人的出現(xiàn)為點膠行業(yè)帶來前所未有的機遇和開展。人們?yōu)榱伺c點膠機器人簡單方便地交流，把想法傳達給機器人，使機器人按照人的意志和點膠工藝的要求來運動，就創(chuàng)造了一種示教編程器系統(tǒng)。這種示教編程器可以很簡易地控制點膠機器人，發(fā)送各種運動指令，執(zhí)行各種圖形的點膠。14國外研究現(xiàn)狀及開展趨勢目前單液點膠機已經(jīng)做得很成熟，世界品牌主要是日本仲氏NLC、EFD和I&J 、武藏MUSASHI等。國內(nèi)單液點膠機目前在通用性上做得可以，在普通的控制器和自動化設備這塊技術比擬成熟，然而在高精度要求還是有很大差距。雙組份的點膠機目前國外的機器挺多，技術也相對成熟，只是價位太高。 國內(nèi)雙液點膠技

8、術已經(jīng)走向成熟，國內(nèi)點膠機知名品牌浙江湘瑞XRui勝翔自動化、深圳世椿SECOND-AUTO、東莞賽恩斯(SES、歐寶(Oupel)、特盈TWINWIN)、騰盛TENSUN)目前已經(jīng)有專業(yè)雙液設備存在,而且質量穩(wěn)定,價格適宜，很適合國內(nèi)用戶使用。國內(nèi)研究現(xiàn)狀及開展趨勢隨著我國經(jīng)濟的高速開展，特別是近幾年機械工業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定開展，給點膠機行業(yè)帶來難得的開展機遇，點膠機產(chǎn)品在國民經(jīng)濟各部門中屬于應用量大面廣的產(chǎn)品之一。據(jù)有關部門調查顯示，點膠機產(chǎn)品應用在各主要行業(yè)分別是:建筑占、環(huán)保占、輕工占、冶金占、礦山占、船舶占、水泥占、電力占、地鐵和隧道占、紡織占、煤炭占、化工占、石油占、空分裝置占。然而，點

9、膠機產(chǎn)品尚未涉及或將要涉及的領域還有許多，即點膠機產(chǎn)品的潛在市場。例如：煤矸石綜合利用、新型干法熟料技改工程、煙氣脫硫、垃圾燃燒熱電聯(lián)產(chǎn)、高爐噴煤、改造溫室用點膠機等等。隨著電子膠水的普遍應用，點膠設備的應用也會更加廣泛和多樣化。目前，單組份的點膠技術相對成熟，其開展方向是自動化和高精度。在普通的點膠機，如一些點膠控制器，國內(nèi)的模仿技術已經(jīng)很成熟，市場競爭十分劇烈，價格一落千丈，甚至幾百的機器都已經(jīng)出現(xiàn)。但是國內(nèi)的點膠機普遍存在精度不高，打膠不夠穩(wěn)定現(xiàn)象，一些高科技行業(yè)，說到選購點膠機，肯定只能找世界品牌。所以，在高精度這塊，有待各位有志之士進一步努力呀。當市場競爭劇烈，唯有質量和效勞能夠讓自

10、己脫穎而出。在自動化這塊，國內(nèi)的三軸平臺，圓周點膠機等等已經(jīng)有多年的開展歷史，如果只是普通的精度，那么使用國內(nèi)點膠機和平臺就可以了。目前從事這些單組份設備的生產(chǎn)和研究的廠家也比擬多，市場競爭逐漸劇烈，不過可以挖掘的空間還是十分之大。而對于雙組份的點膠設備，這可是一個遠未成熟的領域：國際上稍微可以一點的點膠機，動輒十幾萬幾十萬，讓許多廠家望而止步。而國內(nèi)目前的雙液機技術還有很大差距，價格稍微低些，然而產(chǎn)品質量還有待進一步改良。隨著AB膠的日益廣泛使用，灌膠等等工藝的要求也會更高，雙液點膠機是點膠機行業(yè)另外一個極具潛力的開發(fā)領域。2設計方案2.1 機械局部機械局部分為X、Y、Z三個方向，每個方向都

11、做直線運動，共有六個自由度。整個機械結構采用懸臂式結構，Y軸前后局部固定在工作臺上，Z軸上下局部與X軸左右局部連接，以懸臂式的形式連接在Y軸上。三個方向的運動是由滾珠絲杠螺母副把電機的圓周運動轉化成為直線運動來實現(xiàn)的，到達指定位置后，由點膠控制器控制點膠頭完成點膠動作。其中X軸和Y軸方向上要求的運動范圍都為500mm，Z軸方向上沒有要求運動范圍，初步定為300mm。2.2 電氣局部電機：選用步進電機。步進電動機是一種用電脈沖信號進行控制,并分別將脈沖信號的個數(shù)和頻率轉化成相應的位移和移動速度的執(zhí)行器。步進電機的編程簡單，易于控制，控制精度高且價格相對較低。要求的各軸定位精度為 ，步進電機可以滿

12、足，應選用步進電機。步進電動機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比、轉速與脈沖頻率成正比、轉向與脈沖分配到步進電機各相繞組的相序有關。所以只要控制脈沖數(shù)量、頻率和電機繞組通電順序便可控制步進電動機的角位移、轉速、轉向。其特點為：1. 輸入脈沖數(shù)嚴格和電動機角位移成正比,電動機運轉一周后沒有累積誤差,因此具有良好的跟隨特性;2. 步進電動機可以與驅動器組成開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng),同時也可以與角度反應環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng);3. 步進電動機的動態(tài)響應快,易于起動、停止、正反轉和變速;4. 步進電動機的速度可以在相當寬的范圍內(nèi)平滑調節(jié),在低速狀態(tài)下仍能獲得很大的轉矩。由于步進電動機具有無累積誤差、跟

13、蹤性能好等優(yōu)點,步進電動機的控制主要采用開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的方式。在對步進電機進行控制時,常常會采用步進電機驅動器對其進行控制。步進電機驅動器采用超大規(guī)模的硬件集成電路,具有高度的抗干擾性以及快速的響應性,不易出現(xiàn)死機或丟步現(xiàn)象。使用步進電機驅動器控制步進電機,可以不考慮各相的時序問題(由驅動器處理) ,只要考慮輸出脈沖的頻率(控制驅動器CP端) ,以及步進電機的方向。在使用步進電機驅動器時,往往需要較高頻率的脈沖。2.3控制局部選用可編程控制器PLC。根據(jù)要求，控制器要控制三個電機，PLC控制可靠性高，抗干擾能力強，適用性強，可以滿足要求。2.4傳動局部 選用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠可以實現(xiàn)由圓

14、周運動到直線運動的轉變，具有傳動摩擦力矩小、傳動效率高、結構緊湊、剛性好、傳動精度高、工作壽命長等特點。又因為要實現(xiàn)的工作范圍是500500mm滾珠絲杠可以滿足要求。3 計算說明3.1 Z軸上下方向傳動部件的選型與校核根據(jù)設計的分析和計算要求，Z方向上下為=mm/脈沖。3.1.1滾珠絲杠螺母副的計算和選型1最大工作載荷Fm的計算 最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅開工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實驗計算公式，移動部件總重G=50N得到FM =70N 。 2最大動載荷的計算假設Z方向最快的進給速度v=1m/min，并且初選絲杠根本導程 =4mm,那

15、么此時絲杠轉速n=1000v/ =250r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入，得滾珠絲杠副的壽命=225 單位 106 r 。查表3-30，取載荷系數(shù)，取硬度系數(shù)，代入公式： 3-1得到=468N3初選型號 根據(jù)計算出的最大動載荷，查表3-31可知，選用2004-3型滾珠絲杠副，其公稱直徑d。為20mm，根本導程為4mm，雙螺母滾珠總圈數(shù)為32=6圈，精度等級取5級，額定動載荷Cn為5243N，滿足要求。4傳動效率的計算 一般在之間，摩擦角一般取10。將=20mm，=4mm，代入得到絲杠的螺旋升角=433。將摩擦角=10，代入，得傳動效率=9% 。 5剛度的驗算1絲杠的拉伸或

16、者壓縮變形量 QUOTE 在總變形量中占的比重較大。上、下支承中心距離約為600mm；剛的彈性模量E=；查表3-31，得滾珠直徑=mm，d2 =17.1mm，那么絲杠截面積=絲杠的拉伸或壓縮變形量 QUOTE 可按下式計算 3-2 其中I為絲杠按底徑 QUOTE 確定的截面慣性矩，單位為mm4?！?號用于拉伸，“-用于壓縮。由于轉矩M一般較小，式中第二項在計算是可酌情忽略。 3-3 綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=110-5mm 。 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 QUOTE 可從產(chǎn)品型號中查出，或者可以后下式計算：無預緊時 3-4有預緊時 3-5其中，DW為滾珠直徑，單位

17、為mm;Z為單圈滾珠數(shù)，外圈環(huán)，內(nèi)圈環(huán)； QUOTE 為滾珠總數(shù)量， QUOTE =Z圈數(shù)列數(shù)； QUOTE 為預緊力，單位為N.當滾珠絲杠副有預緊力，且預緊力到達軸向工作載荷的1/3時，值減小一半左右。單圈滾珠數(shù)目Z=18，由于該型號絲杠為雙螺母，滾珠總圈數(shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量 =186=108 。當滾珠絲杠預緊時，取軸向預緊力33.3N 。那么 =10-5mm , =10-6mm。因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減小一半，取 =710-7mm。3將以上算出的、代入 3-6得變形總量 =。查表3-27可知，5級精度滾珠絲杠任意500mm630mm軸向行程內(nèi)行程

18、的變動量允差為32，由計算可得闊度為600mm 的滾珠絲杠，總的變形量只有 ，可見絲杠剛度足夠。6壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細長桿，如果軸向負載過大，那么可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷 QUOTE 應滿足： 3-7臨界載荷，單位為N;絲杠支承系數(shù);壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時取小值;滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm .查表3-34，由于其為垂直安裝應選雙推雙推，那么絲杠支承系數(shù) =4有絲杠底徑 =17.1mm ，求得界面慣性矩 ；壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)K取3；滾動螺母至軸向固定處的距離600mm取最大值 。代入上式，得臨界載荷 N，大于工作載荷Fm=N，故絲杠不會失

19、穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。3.1.2步進電動機減速箱的計算與選型初選電動機型號為90BYG2602 ，二相混合式，最大靜轉矩為6Nm，十拍驅動時步距角為。傳動比i確實定電動機的步距角=, 脈沖當量通常要小于定位精度，故Y脈沖當量為取1mm/脈沖。 那么根據(jù)式 3-8求得i=0.83。所以不需要減速機構。3.1.3步進電動機的計算與選型1根據(jù)機械系統(tǒng)結構，計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量 QUOTE 滾珠絲杠的公稱直徑 =20mm，總長=600mm，導程 =4mm，材料密度=；移動部件總重量G=100N。參照表4-1，可以算得各個零部件的轉動慣量：滾珠絲杠的轉動慣量=；

20、折算到絲杠上的轉動慣量 =。初選的縱向步進電動機型號為90BYG2602，從表4-5查的該型號電動機轉子的轉動慣量=4。那么加在步進電動機轉軸上能夠的總轉動慣量為：=+= 3-92步進電動機轉軸所承受的負載轉矩在不同的工況下式不同的。通常考慮兩種情況：一種情況是快速空載起動工作載荷為0，另一種情況是承受最大工作載荷。下面進行討論：1快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩由式=+可知，包括三局部：快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩，單位為Nm;移動部件折算時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩，單位為N.m;滾珠絲杠預警后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式

21、可知，相對于和很小，可以忽略不計。那么有 =+ 3-10根據(jù)式 =，考慮縱向鏈的總效率，計算快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩：=* 3-11對應橫向空載最快移動速度的步進電動機最高轉速; 步進電動機有靜止到加速至轉速所需要的時間.其中： 3-12Z向最快移動速度，1200mm/min； Z向步進電動機步矩角，為； Z向脈沖當量，1mm/脈沖.將以上各式帶入式，算得=250。 設步進電動機由靜止到加速至轉速所需時間，Y向傳動鏈總效率；那么由式=*求得=由式可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為： 3-13導軌的摩擦因數(shù)，滾動導軌取;垂直方向的工作負載，空載時取0； Y

22、向傳動總效率，取.那么由式得：=10-4最后由式，求得快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為：=+=2步進電動機最大靜轉矩的選定考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮到平安系數(shù)。這里取平安系數(shù)K=4，那么步進電動機的最大靜轉矩應滿足：4=對于前面預選的90BYG2602行步進電動機，可知其最大靜轉矩=6Nm，可見完全滿足式4的要求。3步進電動機的性能校核1最快工進速度時電動機輸出轉矩校核由最快工作進給速度和系統(tǒng)脈沖當量，可計算出電動機對應的運行頻率為Y向最快移動速度=1200mm/mi

23、n，脈沖當量1mm/脈沖，由式求出電動機對應的運行頻率=1200/1Hz=2000Hz。從90BYG2602的運行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉矩=5Nm，遠遠大于最大工作負載轉矩=Nm，滿足要求。2最快空載移動時電動機運行頻率校核由最快空載移動速度和系統(tǒng)脈沖當量，算出 QUOTE ，再從矩頻特性曲線上找出其對應的輸出轉矩 QUOTE ，檢查是否大于快速空載起動時的負載轉矩。假設是，那么滿足要求；否那么，需重新選擇電機。最快移動速度=1200mm/min，對應的電動機運行頻率=2000Hz。查表的90BYG2602的極限運行頻率為20000Hz，可見沒有超出范圍。3啟動頻率的校核

24、電動機轉軸上的總慣量=kg，電動機轉子自身的轉動慣量=4kg，查表4-5可知電動機轉軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率=1800Hz。那么由式可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為：=Hz。 3-14上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于Hz。實際上，在采用軟件升降時，啟動頻率選得很低，通常只有100Hz即100脈沖/s。綜上所述，這里縱向進給系統(tǒng)選用90BYG2602步進電動機，可以滿足設計要求。3.2X軸左右方向傳動部件的選型與校核3.2.1脈沖當量確實定根據(jù)設計的分析和計算要求，X方向的脈沖當量為=mm/脈沖。3.2.2滾珠絲杠螺母副的計算和選型1最大

25、工作載荷Fm的計算 最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅開工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實驗計算公式，移動部件總重G =500N; Fm2FQ最大動載荷的計算假設X方向最快的速度v=/min，初選絲杠根本導程 =4mm,那么此時絲杠轉速n=1200v/ =300r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T= 15000h(一般機電設備取T=15000h；n為絲杠每分鐘轉速)，代入，得絲杠壽命系數(shù)=270(單位106 r)。查表3-30，取載荷系數(shù)fw，再取硬度系數(shù)，代入公式： 3-15 得 =1777N3初選型號 根據(jù)計算出的最大動載荷，查表3-31，選用濟

26、寧博特精密絲杠制造生產(chǎn)的GD系列1604-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為16mm，根本導程為4mm，循環(huán)滾珠為3圈2列，精度等級取5級，額定動載荷為4612N，大于，故滿足要求。4傳動效率的計算 一般在之間，摩擦角一般取10。將公稱直徑 =16mm，根本導程 =4mm，代入 3-16得絲杠螺旋升角 =433將摩擦角 =10，代入，得傳動效率 =96.4% 。5剛度的驗算1絲杠的拉伸或者壓縮變形量 QUOTE 在總變形量中占的比重較大。左、右支承中心距離約為800mm；剛的彈性模量=；查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-31，得滾珠直徑=，算得絲杠底徑，那么絲杠

27、截面積 3-17得絲杠的拉伸或壓縮變形量 3-18其中I為絲杠按底徑 QUOTE 確定的截面慣性矩，單位為 QUOTE 。慣性矩，其中“+號用于拉伸，“-用于壓縮。由于轉矩M一般較小，式中第二項在計算是可酌情忽略。所以， 3-19綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 =710-5mm 。 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 QUOTE 可從產(chǎn)品型號中查出，或者可以后下式計算：無預緊時 3-20為有預緊時 3-21滾珠直徑，單位為mm; 單圈滾珠數(shù)，外圈環(huán)，內(nèi)圈環(huán)；滾珠總數(shù)量， =Z圈數(shù)列數(shù)；預緊力，單位為N.當滾珠絲杠副有預緊力，且預緊力到達軸向工作載荷的1/3時，值減小一半左右。單

28、圈滾珠數(shù)目Z=18；該型號絲杠為雙螺母，滾珠總圈數(shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量 =186=108 。滾珠絲杠預緊時，取軸向預緊力166.7N 。那么=510-5 mm， =4.210-6mm。因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減小一半，取=2.110-6mm。3將以上算出的、代入 3-22得變形總量。查表3-27可知，5級精度滾珠絲杠任意630mm800mm軸向行程內(nèi)行程的變動量允許36，而對于闊度為800mm的滾珠絲杠，總的變形量只有 ，可見絲杠剛度足夠。6壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于細長桿，如果軸向負載過大，那么可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應滿足： 3-23

29、臨界載荷，單位為N;絲杠支承系數(shù);壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時取小值;滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm .查表3-34由于課題要求為雙推雙推那么絲杠支承系數(shù) =4有絲杠底徑 = ，求得界面慣性矩 ；壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)K取3；滾動螺母至軸向固定處的距離800mm取最大值 。代入上式，得臨界載荷 6233N，遠大于工作載荷Fm，故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。先初選電動機型號90BYG2602 ，二相混合式，由常州寶馬集團公司生產(chǎn)，最大靜轉矩為，十拍驅動時步距角為。3.2.3直線移動導軌副的計算與選型1滑塊承受工作載荷的計算及導軌型號的選取工作載荷是影

30、響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。本設計中的X-Y工作臺為水平布置，采用雙導軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于工作臺面的工作載荷全部由一個滑塊全部承當，那么單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： 3-24其中，移動部件重量，外加載荷，帶入式3-24，得最大工作載荷。查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-41，根據(jù)工作載荷，初選直線滾動導軌副的型號為系列的型，其額定動載荷，額定靜載荷。任務書規(guī)定工作臺面尺寸為500mm500mm，考慮工作行程應留有一定余量，查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-35，按標準系列，選取導軌的長度為600mm。2距離額定壽命的計算上述選取的系列

31、型導軌副的滾道硬度為，工作溫度不超過，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為4級，工作速度較低，載荷不大。查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-36表3-40，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)，代入式3-11得距離壽命： 3-25遠大于，故距離額定壽命滿足要求。3.2.4步進電動機減速箱的選用為了滿足脈沖當量的設計要求，增大步進電動機的輸出轉矩，同時也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量折算到電動機轉軸上盡可能的小，今在步進電動機的輸出軸上安裝一套無間隙齒輪減速箱。采用一級減速，步進電動機的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設計成雙片結構，采用?機電一體

32、化系統(tǒng)設計課程設計指導書?圖3-8所示的彈簧錯齒法消除側隙。工作臺的脈沖當量 mm/脈沖，滾珠絲杠的導程，初選步進電動機的步距角。根據(jù)?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?式3-12，算得減速比：本設計選用常州市新月電機生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為60:36，材料為45調質鋼，齒面淬硬后達55HRC。減速箱的中心距為，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。3.2.5步進電動機的計算與選型1根據(jù)機械系統(tǒng)結構，計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量滾珠絲杠的公稱直徑 =16mm，總長=800mm，導程 =4mm，材料密度 =；X向移動部件總重量G=500N

33、。參照表4-1，可以算的各個零部件的轉動慣量：滾珠絲杠的轉動慣量；折算到絲杠上的轉動慣量。初選的縱向步進電動機型號為90BYG2602，從表4-5查的該型號電動機轉子的轉動慣量 =4。那么加在步進電動機轉軸上能夠的總轉動慣量為：=+ 3-26 得=2步進電動機轉軸所承受的負載轉矩在不同的工況下式不同的。通常考慮兩種情況：一種情況是快速空載起動工作載荷為0，另一種情況是承受最大工作載荷。下面進行討論：1快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩由式=+可知，包括三局部：快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩，單位為Nm;移動部件折算時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩，單位為N.m;滾珠絲杠預警

34、后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩.因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式可知，相對于和很小，可以忽略不計。 =+ 3-27 根據(jù)式 =，考慮縱向鏈的總效率，計算快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩： = 3-28對應縱向空載最快移動速度的步進電動機最高轉速; 步進電動機有靜止到加速至轉速所需要的時間.其中： 3-29 X方向空載最快移動速度，為2400mm/min； X方向步進電動機步矩叫角，為； X方向脈沖當量，=/脈沖.將以上各式帶入式，算得=500。 設步進電動機由靜止到加速至轉速所需時間，縱向傳動鏈總效率；那么由式=求得由式可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為：

35、 3-30 導軌的摩擦因數(shù)，滾動導軌取;垂直方向的工作負載，空載時取0； 縱向傳動總效率，取.那么由式得：最后由式，求得快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為：=+2步進電動機最大靜轉矩的選定考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮到平安系數(shù)。這里取平安系數(shù)K=4，那么步進電動機的最大靜轉矩應滿足：4對于前面預選的90BYG2602行步進電動機，由表可知，其最大靜轉矩=37Nm，可見完全滿足式4的要求。3步進電動機的性能校核1最快工進速度時電動機輸出轉矩校核X向最快工進速度=2400mm

36、/min，脈沖當量=/脈沖，由式求出電動機對應的運行頻率=2400/Hz=2000Hz。從90BYG2602的運行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉矩m，遠遠大于最大工作負載轉矩m，滿足要求。2最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度=2400mm/min，對應的電動機運行頻率=2000Hz。查表得90BYG2602的極限運行頻率為20000Hz，可見沒有超出范圍。3啟動頻率的計算電動機轉軸上的總慣量，電動機轉子自身的轉動慣量=4kg，查表4-5可知電動機轉軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率=1800Hz。那么由式可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為： 3-31 得 Q

37、UOTE =。上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于。實際上，在采用軟件升降時，啟動頻率選得很低，通常只有100Hz即100脈沖/s。綜上所述，這里橫向進給系統(tǒng)選用90BYG2602步進電動機，可以滿足設計要求。3.3 Y軸前后方向傳動部件的選型與校核3.3.1脈沖當量確實定根據(jù)設計的分析和計算要求， Y方向前后為=0.01 mm/脈沖。3.3.2滾珠絲杠螺母副的計算和選型1最大工作載荷Fm的計算 最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅開工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實驗計算公式，移動部件總重G =1000N; Fm=

38、G*u=1000*0.005=5N2FQ最大動載荷的計算假設Y方向最快的速度v=/min，初選絲杠根本導程 =4mm,那么此時絲杠轉速n=1000v/ =300r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T= 15000h(一般機電設備取T=15000h；n為絲杠每分鐘轉速)，代入，得絲杠壽命系數(shù)=270單位為r。查表3-30，取載荷系數(shù)fw，再取硬度系數(shù)，代入公式： 3-32 得3初選型號 根據(jù)計算出的最大動載荷，查表3-31，選用濟寧博特精密絲杠制造生產(chǎn)的GD系列1604-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為16mm，根本導程為4mm，循環(huán)滾珠為3圈2列，精度等級取5級，額定動載荷

39、為4612N，大于，滿足要求。4傳動效率的計算 一般在之間，摩擦角一般取10。將 =16mm， =4mm，代入 3-33得絲杠螺旋升角 =433將摩擦角 =10，代入，得傳動效率 =96.4% 。5剛度的驗算1絲杠的拉伸或者壓縮變形量 QUOTE 在總變形量中占的比重較大。左、右支承中心距離約為800mm；剛的彈性模量=；查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-31，得滾珠直徑=，算得絲杠底徑，那么絲杠截面積 3-34得絲杠的拉伸或壓縮變形量 QUOTE 可按下式計算 3-35其中I為絲杠按底徑 QUOTE 確定的截面慣性矩，單位為 QUOTE 。慣性矩，其中“+號用于拉伸，“-用于壓縮。

40、由于轉矩M一般較小，式中第二項在計算是可酌情忽略。所以， 3-36綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 =1.410-4mm 。 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 QUOTE 可從產(chǎn)品型號中查出，或者可以后下式計算：無預緊時 3-37為有預緊時 3-38 滾珠直徑，單位為mm;Z 單圈滾珠數(shù)，外圈環(huán)，內(nèi)圈環(huán)； QUOTE 滾珠總數(shù)量， QUOTE =Z圈數(shù)列數(shù)；預緊力，單位為N.當滾珠絲杠副有預緊力，且預緊力到達軸向工作載荷的1/3時，值減小一半左右。單圈滾珠數(shù)目Z=18；該型號絲杠為雙螺母，滾珠總圈數(shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量 =186=108 。滾珠絲杠預緊時，取軸向預緊力33

41、3.3N 。那么=10-5 mm， =10-6mm。因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減小一半，取=10-6mm。3將以上算出的、代入 3-39得變形總量 =。由表3-27形成偏差和變動量知，5級精度滾珠絲杠任意630mm800mm軸向行程內(nèi)行程的變動量允許36，而對于闊度為800mm 的滾珠絲杠，總的變形量只有 ，可見絲杠剛度足夠。6壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細長桿，如果軸向負載過大，那么可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應滿足： 3-40 臨界載荷，單位為N;絲杠支承系數(shù);壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時取小值;滾珠絲杠兩端支承間的距離，單

42、位為mm .查表3-34由于課題要求為雙推雙推那么絲杠支承系數(shù) =4有絲杠底徑 = ，求得界面慣性矩 ；壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)K取3；滾動螺母至軸向固定處的距離800mm取最大值 。代入上式，得臨界載荷 6233N，遠大于工作載荷Fm=5N，故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。3.3.3直線移動導軌副的計算與選型1滑塊承受工作載荷的計算及導軌型號的選取工作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。本設計中的X-Y工作臺為水平布置，采用雙導軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于工作臺面的工作載荷全部由一個滑塊全部承當，那么單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： 3-41其

43、中，移動部件重量，外加載荷，帶入式3-41，得最大工作載荷。查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-41，根據(jù)工作載荷，初選直線滾動導軌副的型號為系列的型，其額定動載荷，額定靜載荷。任務書規(guī)定工作臺面尺寸為500500mm，考慮工作行程應留有一定余量，查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-35，按標準系列，選取導軌的長度為600mm。2距離額定壽命的計算上述選取的系列型導軌副的滾道硬度為，工作溫度不超過，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為4級，工作速度較低，載荷不大。查?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?表3-36表3-40，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)，代入式

44、3-27得距離壽命： 3-42 遠大于，故距離額定壽命滿足要求。3.3.4步進電動機減速箱的選用為了滿足脈沖當量的設計要求，增大步進電動機的輸出轉矩，同時也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量折算到電動機轉軸上盡可能的小，今在步進電動機的輸出軸上安裝一套無間隙齒輪減速箱。采用一級減速，步進電動機的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設計成雙片結構，采用?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?圖3-8所示的彈簧錯齒法消除側隙。工作臺的脈沖當量 mm/脈沖，滾珠絲杠的導程，初選步進電動機的步距角。根據(jù)?機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書?式3-12，算得減速比：本設計選用常州市新月電機

45、生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為60:36，材料為45調質鋼，齒面淬硬后達55HRC。減速箱的中心距為，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。3.3.5步進電動機的計算與選型1根據(jù)機械系統(tǒng)結構，計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量滾珠絲杠的公稱直徑 =16mm，總長=800mm，導程 =4mm，材料密度 =；移動部件總重量G=1000N。參照表4-1，可以算的各個零部件的轉動慣量如下：滾珠絲杠的轉動慣量=；折算到絲杠上的轉動慣量 =。初選的縱向步進電動機型號為90BYG2602，從表4-5查的該型號電動機轉子的轉動慣量 =4。那么加在步進電動機轉軸上能

46、夠的總轉動慣量為： =+ 3-43 得=2步進電動機轉軸所承受的負載轉矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動工作載荷為0，另一種情況是承受最大工作載荷。下面進行討論：1快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩由式=+可知，包括三局部：快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩，單位為Nm;移動不見折算時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩，單位為Nm;滾珠絲杠預警后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩，單位為Nm;因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式可知，相對于和很小，可以忽略不計。那么有=+ 3-44根據(jù)式 =，考慮縱向鏈的總效率，計算快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大

47、加速轉矩：= 3-45對應縱向空載最快移動速度的步進電動機最高轉速。 步進電動機有靜止到加速至轉速所需要的時間。其中： 3-46 -Y方向空載最快移動速度，為2400mm/min； -Y方向步進電動機步矩叫角，為； -Y方向脈沖當量，=/脈沖。將以上各式帶入式，算得=500。 設步進電動機由靜止到加速至轉速所需時間，縱向傳動鏈總效率；那么由式=求得=由式可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為： 3-47 導軌的摩擦因數(shù)，滾動導軌取垂直方向的工作負載，空載時取0； 縱向傳動總效率，取那么由式得：2最后由式，求得快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為：=+=2步進電動機最大靜轉矩

48、的選定考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮到平安系數(shù)。這里取平安系數(shù)K=4，那么步進電動機的最大靜轉矩應滿足：4=對于前面預選的130BYG3502行步進電動機，由表可知，其最大靜轉矩=6Nm，可見完全滿足式4的要求。3步進電動機的性能校核1最快工進速度時電動機輸出轉矩校核Y向最快工進速度=2400mm/min，脈沖當量=/脈沖，由式求出電動機對應的運行頻率=2400/Hz=2000Hz。從90BYG2602的運行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉矩= Nm，遠遠大于最大工作負

49、載轉矩=Nm，滿足要求。2最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度=2400mm/min，對應的電動機運行頻率=2000Hz。查表的90BYG2602的極限運行頻率為20000Hz，可見沒有超出范圍。3啟動頻率的計算電動機轉軸上的總慣量=kg，電動機轉子自身的轉動慣量=4kg，查表4-5可知電動機轉軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率=1800Hz。那么由式可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為： 3-48 得 QUOTE =Hz。上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于Hz。實際上，在采用軟件升降時，啟動頻率選得很低，通常只有100Hz即100脈沖/s

50、。綜上所述，這里橫向進給系統(tǒng)選用90BYG2602步進電動機，可以滿足設計要求。4電氣控制局部4.1控制要求控制X,Y,Z三軸的正反方向運動。當按下啟動按鈕時，點膠頭從原點開始運動，當?shù)竭_程序設定的第一個點時，點膠頭開始出膠，并按照程序設定的路線走一個“凸字形框，然后點膠頭回到初始位置。4.2設計方案操作方式設計為回原點、手動控制和自動控制。X、Y、Z軸向直線運動，進退可由手動或自動程序控制，調零動作由手動控制完成。驅動步進電機脈沖信號由編程產(chǎn)生。采用計時與計數(shù)器命令來進行控制。4.3 PLC簡介PLC可編程邏輯控制器是用于各種自動控制系統(tǒng)和過程的可控網(wǎng)絡集線器。他們包含多個輸入輸出，輸入輸出

51、是用晶體管和其它電路，模擬開關和繼電器來控制設備的。PLC用軟件接口，標準計算器接口，專門的語言和網(wǎng)絡設備編程。可編程邏輯控制器I/O通道規(guī)那么包括所有的輸入觸點和輸出觸點，擴展能力和最大數(shù)量的通道。觸點數(shù)量是輸入點和輸出點的總和。PLC可以指定這些值的任何可能的組合。擴展單元可以被堆?；蚧ハ噙B接來增加總的控制能力。最大數(shù)量的通道是在一個擴展系統(tǒng)中輸入和輸出通道的最大總數(shù)量。PLC系統(tǒng)規(guī)那么包括掃描時間，指令數(shù)量，數(shù)據(jù)存儲和程序存儲。掃描時間是 PLC需要的用來檢測輸入輸出模塊的時間。指令是用于PLC軟件例如數(shù)學運算的標準操作。數(shù)據(jù)存儲是存儲數(shù)據(jù)的能力。程序存儲是控制軟件的能力。用于可編程邏輯

52、控制器的輸入設備包括DC，AC，中間繼電器，熱電偶，RTD，頻率或脈沖，晶體管和中斷信號輸入；輸出設備包括DC，AC，繼電器，中間繼電器，頻率或脈沖，晶體管，三端雙向可控硅開關元件；PLC的編程設備包括控制面板，手柄和計算機。可編程邏輯控制器用各種軟件編程語言來控制。這些語言包括IEC61131-3，順序執(zhí)行表SFC，動作方塊圖FBD，梯形圖LD，結構文本ST，指令序列IL，繼電器梯形圖RIL，流程圖，C語言和Basic語言。IEC61131-3編程環(huán)境能支持五種語言，用國際標準加以標準，分別為SFC，F(xiàn)BD，LD，ST和IL。這便允許了多賣主兼容性和多種語言編程。SFC是一種圖表語言，它提供

53、了編程順序的配合，就能支持順序選擇和并列選擇，二者擇其一即可。FBD用一種大的運行庫，以圖表形式建立了一些復雜的過程。標準數(shù)學和邏輯運行可以與用戶交流和接口運行相結合。LD是適用于離散控制和互鎖邏輯的圖表語言。它在離散控制上與FBD是完全兼容的。ST是一種文本語言，用于復雜的數(shù)學過程和計算，不太適用于圖表語言。IL是與組合編碼相似的低級語言。它用在相比照擬簡單的邏輯指令。繼電器梯形圖或梯形圖是適用于可編程邏輯控制器的重要的編程語言。梯形圖編程是設計成繼電器邏輯程序的圖表表示法。流程圖是一種圖表語言，用于在一個控制器或應用軟件中描述順序操作，它用于建立有標準組件的可循環(huán)使用的運行庫。C語言是一種

54、高級編程語言，適用于處理最復雜的計算，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任務。它典型地在PC機上運行調試。BASIC語言是用于處理數(shù)據(jù)的連續(xù)的數(shù)字采集和接口運行的高級語言。有幾種根本的現(xiàn)在經(jīng)常使用的計算機存儲器類型：RAM隨機存儲器這種存儲器速度很快，但是當沒電時，它的內(nèi)容將被喪失。這是一種不穩(wěn)定存儲器，每個PLC在運行時，都用這種存儲器作為中央處理器 。ROM只讀存儲器這種存儲器是永久性的不可擦除的。它通常用于存放PLC的操作系統(tǒng)。EPROM可擦除可編程只讀存儲器這是一種像ROM一樣可編程的存儲器，但是它能用紫外線光擦除并且可以重新編程。EEPROM電可擦除可編程只讀存儲器這種存儲器能像ROM一樣存放程序。它能被編程并且用電壓擦