板料冲压数控送料机结构设计_本科生毕业设计（论文）.doc

编编 号号 本本科科生生毕毕业业设设计计 论论文文 题目题目 板料冲压数控送料机结构设计 机械工程机械工程学院 机机械械 工工程程 及及其其 自动化自动化专业 二二 一三一三年年六月六月 摘要 I 摘摘 要要 本文介绍了一种应用于板料冲压数控送料机的结构设计 从生产线实际出发 根据 具体的工作环境要求和功能需求设计出了一种自动送料机 首先 根据其工作要求拟定 板料上料结构方案 以完成上料基本功能 分析冲床冲压功能要求 确定工作台自由度 进而确定工作台设计方案 根据总体设计方案 将设计分为板料上料机构 工作台的传 动结构倆个模块 在每个模块内部 采用自上而下的设计方法 从动力机构到传动机构 再到最终执行结构 逐步完成每个模块具体零件的详细设计 以及重要零件的计算和校 核 然后 利用solidworks完成每个模块主要零部件的三维建模 再将每个模块的零件进 行部件装配 最后完成总体装配设计 根据总装图来检验结构设计是否合理 然后不断 改进 进而不断优化设计 达到预期目的 关键词关键词 吸盘上料 皮带轮送料 XY 轴工作台平动 Abstract II ABSTRACTABSTRACT This paper introduces a used sheet metal CNC Feeder structural design Actual departure from the production line according to the specific requirements and functional requirements of the work environment designed a second time manipulator First in accordance with its intended job requirements on the material structure of the program sheet to complete feeding basic functions Stampability functional requirements analysis to determine the degree of freedom in the table and then determine the workbench design According to the overall design the design is divided into sheet feeding mechanism the table structure of two transmission modules Within each module using a top down design approach from the original mechanism to drive mechanism to final implementation structures the gradual completion of each module detailed design of specific parts as well as important parts of the calculation and verification Then the main components of each module solidworks complete three dimensional modeling and then each module parts for parts assembly and finally completed the overall assembly design According assembly diagram to test structural design is reasonable then continue to improve and then continue to optimize the design to achieve the desired purpose Keywords Sucker feeding feeding pulley XY axis table translational 目录 i 目录目录 摘摘 要要 I ABSTRACTABSTRACT II 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 课题的来源 1 1 2 课题的意义 1 1 3 课题的研究内容 1 1 4 行业发展趋势 1 1 5 国内外研究概况 2 1 6 论文结构安排 3 第第 2 2 章总体方案的设计章总体方案的设计 5 2 1 研究方案 5 2 2 总体结构设计 5 2 3 上料装置结构设计 5 2 4 定位传动装置结构设计 6 2 5 主要技术指标 6 第第 3 3 章上料装置章上料装置结结构设计及其校核构设计及其校核 7 3 1 吸盘的设计及选择 7 3 1 1 概述 7 3 1 2 真空吸盘的特点 8 3 1 3 真空吸盘的分类 8 3 1 4 真空吸盘的材质 9 3 1 5 真空吸盘的选择 9 3 2 直线导轨的选择 10 3 1 1 滚珠丝杠导轨的特点 11 3 1 2 同步齿形带导轨的特点 11 3 1 3 直线导轨的选型 11 3 3 同步带概述 12 目录 ii 3 3 1 同步带的特点 12 3 3 2 同步带传动的设计准则 13 3 3 3 同步带分类 13 3 4 上料装置结构元件计算与校核 13 3 4 1 伺服电机的计算 13 3 4 2 同步带传动设计计算 13 3 4 3 同步轮的设计 16 第四章第四章 机床工作台的设计机床工作台的设计及及其校核其校核 17 4 1 工作台的组成 17 4 1 1 丝杆传动装置 17 4 1 2 导轨副元件 17 4 1 3 夹紧装置 17 4 1 4 驱动元件 18 4 2 工作台的组成元件的选择 18 4 2 1 电机的选择 18 4 2 2 丝杆的选择 19 4 2 3 导轨副的选择 19 4 2 4 夹紧元件的选择 20 4 3 工作台的结构设计 20 4 4 机床工作台的结构校核 20 4 4 1 滚珠丝杆的校核 20 4 4 2 伺服电机的校核 25 第第 5 5 章章 结论与展望结论与展望 27 5 1 结论 27 5 2 不足之处及未来展望 27 参考文献参考文献 29 致谢致谢 31 板料冲压数控送料机结构设计 1 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 课题的来源课题的来源 随着生活水平提高 科技突飞猛进 机械行业迅速发展 机械数控冲床数量剧增 同 时 人工成本越来越高 企业为追求高效益 低成本 所以冲压装备自动化越来越被人 们关注 其中 板料的进给由于冲压坯料的多样性 目前很难进行标准化和自动化 尤 其对于大尺寸的平板材料 本课题主要解决大尺寸平板材料的数控送料 以替代人工送 料 实现大尺寸平板材料冲压送料的自动化 课题来源于企业生产实际 1 2 课题的意义课题的意义 迄今 一些科学技术发达的国家 在食品 医药 轻工 化工 纺织 电子 仪表和 兵器等工业部门 已经程度不同地形成了由原料处理 中间加工和产品包装三大基本环 节所组成的包装连续化和自动化的生产过程 有的还将包装材料加工 包装容器成型及 包装产品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线 实现生产的机械化和自动化 尤其是实现具有高度灵活性的自动生产线 不仅体现了现代生产的发展方向 同时也可 以获得巨大的经济效益 由此可见 实现生产机械化和建立现代生产工业 乃是关系到 国家长远规划的一件大事 也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容 而冲压装备 自动化程度的高低直接影响企业的生成效率 产品精度的保证以及企业运行成本 节省 人工检测成本 提高生产线的自动化程度 同时能提高整个行业的水平并带动科学技术 的进步 1 3课题的研究内容课题的研究内容 本课题主要研究数控冲床送料机的结构设计 其主要涉及送料机的机械传动装置 元件的导向机构 机构的支撑系统 应用电伺服驱动 执行元件的气动驱动等装置 同 时还要从系统总体技术的角度 将检测元件 控制元件等集成到系统中来 是典型机电 技术的运用 该机构要实现的主要功能为 被冲板料自动上料 自动定位输送 自动传 送 其主要特点在于 上料速度快且板料不变形 检测定位输送无振动 高速传送 运 动平稳 精度高等 其运动路线 速度以及结构合理性要求较高 尤其是对结构合理性 具有特殊要求 课题研究的技术有以下几方面 1 研究高速平稳的上料方式和结构 2 机床工作台的设计研究 3 定位传送平稳的研究 江南大学学士学位论文 2 1 4行业发展趋势行业发展趋势 1 国内发展状况 我国自动送料机工业历史短 总体技术水平和生产能力较低 但近年来在国内巨大包 装市场的促进下 并受国外先进技术的影响 发展速度很快 局部技术水平有了明显提 高 该工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业 根据我国国情 自动送料机工业发展的趋势是 1 引进 消化 吸收国外先进技术 建立一批自动送料机骨干企业 包括个别中外 合资企业 从而可满足大型包装生产线以及高精度 高自动化程度的单机或机组生产的 需要 进而可加快自动送料机国产化的速度 2 大多数企业要重点发展中 小型自动送料机 我国大多数企业技术水平不高 生产能力较低 生产以单机为主的中 小型自动送料机比较适宜 但要在此基础上不断 提高制造精度 自动化程度和配套能力 3 在自动送料机生产中 大量引入高新技术 研制组合式 模块式等先进结构 使自动送料机产品设计先进 使用可靠 使其性能指标 工艺水平 三化 水平高 向机电结合 主辅机结合 成套联线方向发展 4 以满足重点商品的包装为出发点 发展自动送料机新品种 重点开发的自动送 料机设备及其研究方向为 灌装设备 贴标设备 袋成型 充填 封口机 折叠式裹包 设备 真空换气包装设备 热缩包装机和拉伸包装设备 无菌包装设备 国外发展状况 经过 50 多年的发展 国外自动送料机工业已经形成了独立完整的体系 成为机械制 造的一个重要分支 首先 国外自动送料机产量稳定增长 由于消费结构和销售形式的 变化 加之国际贸易的发展 对自动送料机的需求日益增加 因此国外自动送料机的产 量逐年增长 其次自动送料机产品门类齐全 品种繁多 自动送料机的品种不断增加 据统计国外自动送料机品种已达 140 余种 并已形成系列产品 近年还出现了一大批高 度技术密集型的包装生产线 最后 自动送料机生产自成体系 并向专业化生产方向发 展 国外自动送料机工业的发展趋势是 1 重点发展食品自动送料机 2 在系统优化设计的基础上 包装单机向高速化方向发展 3 在包装机上广泛应用电子计算机 4 一方面为满足现代商品包装多样化的需求 发展适应多品种 小批量的通用包 装技术及设备 同时又紧跟当代高新技术的发展步伐 不断研究和开发现代的先进包装 技术 发展应用高新技术的现代化专用型自动送料机 5 包装生产线向柔性自动化和 无人化 过渡 6 自动送料机企业向专业化和大型化发展 形成若干垄断性生产基地 以低廉 的投入换取高额的利润 实现企业快速发展 板料冲压数控送料机结构设计 3 1 5 国内外研究概况国内外研究概况 国家的繁荣是以其先进机器作为辅助 机床包括床身 立柱 工作台 进给机构等 机械部件 工作台作为数控机床的重要组成部分 也是影响加工精度的重要组成环节 从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的 XY 工作台 到现在为了实现多工 位加工而制造的分度工作台和回转工作台等 为了满足现代制造业的发展 也为了环境 的要求 工作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液压驱动 现在更多的采用了气动装 置 更好的保护了环境 节约了资源 我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进 步 国内出现一大批企业进行自主研制 走在世界前沿 如扬州锻压机床集团 青岛大 东自动化科技有限公司 苏州青林自动化设备有限公司 我国自动送料机工业历史短 总体技术水平和生产能力较低 但近年来在国内巨大包 装市场的促进下 并受国外先进技术的影响 发展速度很快 局部技术水平有了明显提 高 该工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业 国外经过 50 多年的发展 国外自动送料机工业已经形成了独立完整的体系 成为机 械制造的一个重要分支 首先 国外自动送料机产量稳定增长 由于消费结构和销售形 式的变化 加之国际贸易的发展 对自动送料机的需求日益增加 因此国外自动送料机 的产量逐年增长 其次自动送料机产品门类齐全 品种繁多 自动送料机的品种不断增 加 据统计国外自动送料机品种已达 140 余种 并已形成系列产品 近年还出现了一大 批高度技术密集型的包装生产线 最后 自动送料机生产自成体系 并向专业化生产方 向发展 1 6论文结构安排论文结构安排 本论文的主要内容及结构安排如下 第 1 章绪论本章简要说明课题的来源及意义 指出课题要研究的内容 并介绍与本 课题相关的国内外研究技术现状以及行业发展趋势 最后阐述了论文的结构安排 第 2 章总体方案的设计本章阐述了本课题的研究方案 简要说明了数控冲床送料机 的总体方案以及各部分的方案的设计 并对几个方案作出比较 选出最终的方案 同时 介绍了本课题的主要技术指标 第 3 章上料装置结构设计本章详细的介绍了上料装置的结构设计 介绍了一些关键 元器件的计算及选择过程 从不断改进的各个方案来阐述本装置的设计过程 并对关键 零件进行校验和计算 第 4 章传动定位装置结构设计本章详细的介绍了传动定位装置的结构设计 根据所 需要达到的速度要求来确定最终的传动方案以及相关结构 并对一些关键零部件进行校 验和计算 第 5 章结论与展望对本次设计所使用的技术进行了总结 对现在的结构的不足进行 了分析 对此类设备的发展进行了展望 并提出了以后主要的发展方向 江南大学学士学位论文 4 板料冲压数控送料机结构设计 5 第第 2 章章总体方案的总体方案的设计设计 2 1研究方案研究方案 1 查阅资料 了解数控冲床送料机所涉及的传动 导向 支承等机械结构 2 先进行总体方案设计 然后与老师讨论方案并进行验证 对方案加以修改和完善 3 进行计算机建模 画出三维图和二维图 配图 工程图等 经过不断调试 不断 改进达到预期成果 4 利用软件模拟仿真 完成部分结构的加工 安装 调试 2 2总体结构设计总体结构设计 数控冲压送料机主要用于平板材料的冲压时自动送料 总体动作流程如图 2 1 所示 首先根据板料位置关系 设计自动上料装置 上料装置由两部分组成 一是由真空吸盘 抓取板料 二是由另一个单轴导轨电机带动真空吸盘吸取板料到机床工作台上 上料部 分结束 板料到工作台上进行板料夹紧 保证板料冲压时固定 然后根据冲压需求进行 工作台 X 轴 Y 轴方向点的传动 一个流程结束 图 2 1 总体结构设计 2 3上料装置结构设计上料装置结构设计 自动上料装置可以分成两个部分 第一步是进行板料抓取 由真空吸盘完成 第二 部 进行板料传送 采用直线导轨传动 上料装置简图如图 2 2 所示 开始上料 抓取板料 定位传送板料夹紧工作台传动 冲压 结束 江南大学学士学位论文 6 图 2 2 上料装置结构 2 4定位传动装置结构设计定位传动装置结构设计 定位传动装置在送料机中是非常重要的结构 因为主要的冲压环节就在定位传送这个过 程中来实现的 因此 传动过程中必须保证板料固定 且为了节约板料而工作台进行 XY 轴方向传动 定位传送装置主要就是把板料进行夹紧 然后工作台配合冲压机床进行 xy 方向传动 简化装置如图 2 3 所示 图 2 3 机床工作台简图 2 5主要技术指标主要技术指标 1 冲压板料尺寸 铁板800mm 1000mm 2 厚度 1mm 3 冲床冲次 30次 每分钟 4 检测过程对板料表面无损伤 无变形 检测定位输送无振动等 5 冲压形状 400mm 圆筒盖 板料冲压数控送料机结构设计 7 第第 3 章上料装置结构设计及其校核章上料装置结构设计及其校核 自动上料装置要求实现快速上料功能 在上料的过程中 动作要求快速精准 尽量 缩短时间 以配合机床工作台的定位输送动作 上料装置主要分为两部分 由真空吸盘 抓取板料 电动滑台进行板料传送 3 1吸盘的设计及选择吸盘的设计及选择 3 1 1 概述概述 真空吸盘是用真空产生的负压吸紧工件的执行器件 它能吸运玻璃 钢板 塑料 木材等材质的工件 且因为具有清洁 平稳 可靠 方便 效率高以及对工件表面无损 害等优点 在各个领域的物品取放工序上得到广泛的应用 真空吸盘的工作原理 如图 3 4 所示 首先将真空吸盘通过接管与真空设备 如真空发生器等 接通 然后与待抓取 物如玻璃 纸张等接触 起动真空设备抽吸 使吸盘内产生负气压 从而将待抓取物吸 牢 即可开始搬送待抓取物 当待抓取物搬送到目的地时 平稳地充气进真空吸盘内 使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍为正的气压 真空吸盘就脱离待提升物 从而完 成了提升搬送重物的任务 如图 3 2 为 SMC 部分真空吸盘 图 3 1 真空吸盘吸附原理图 随着气动技术的不断提高和完善 真空吸盘已经演变为真空机械手了 它是机 气一 体化应用的典范 在各个方面发挥着自己的优越性 可以输送不易手工握持的工件 容 易变形的工件 可以对磨削 抛光 喷漆等过程中的工件给以夹持 可以通过改变吸盘 的配置系统和吸盘的形状 材质 来实现对不同重量 不同材料 不同质量表面的工件 的拾取和移动 现如今 真空吸盘种类繁多 样式多样 经多方查询 未找到合适的国产吸盘 国 内一些厂家生产的吸盘只能用于吸附纸张 塑料薄膜等轻软物品 故选用 SMC 公司的真 江南大学学士学位论文 8 空吸盘 该公司拥有多种类型的真空吸盘 再和各种材料组合成上千种的真空吸盘 其 直径范围可达 1 630mm 3 1 2 真空吸盘的特点真空吸盘的特点 1 易损耗 由于它一般用橡胶制造 直接接触物体 磨损严重 所以损耗很快 2 易使用 不管被吸物体是什么材料做的 只要能密封 不漏气 均能使用 电磁 吸盘就不行 它只能用在钢材上 其他材料的板材或者物体是不能吸的 3 无污染 真空吸盘特别环保 不会污染环境 没有光 热 电磁等产生 4 不伤工件 真空吸盘由于是橡胶材料所造 吸取或者放下工件不会对工件造成任 何损伤 而挂钩式吊具和钢缆式吊具就不行 在一些行业 如 PCB 板相关行业 对工 件表面的要求特别严格 他们只能用真空吸盘 3 1 3 真空吸盘的分类真空吸盘的分类 真空吸盘分为无动力和有动力两类 无动力真空吸盘又称自吸式真空吸盘 它由吊 钩带动活塞杆抽真空 结构简单且无噪声 但是一般只能吸附 500kg 的物件 有动力真 空吸盘通过真空泵或真空发生器获得真空 结构复杂且有噪声 但由于其吸附力大可靠 性高而被普遍使用 有动力真空吸盘有平型 平型带肋型 深型 风琴型 长圆型和摆动型多种 如图 3 5 所示 平型吸盘形状各异 材料种类众多 是最为普通的真空吸盘 用于工作表面是 平面且不变形等的场合 平型带肋型吸盘用于工件易变形的场合和工件可靠脱离的场合 深型吸盘用于工作表面是曲面的场合 风琴型吸盘在接触工件时具有良好的缓冲性 吸 附刚性好 吸力强 能吸附纸张 食品包装袋等柔软的制品 长圆型吸盘用于吸着面小 的工件 摆动型吸盘用于吸着面不是水平的场合 本设计中采用的上料吸盘装置需要有 一定的缓冲性 且考虑到吸附力强 可靠性高等优点 采用风琴型真空吸盘 板料冲压数控送料机结构设计 9 图 3 3 几种常见的真空吸盘类型 3 1 4 真空吸盘的材质真空吸盘的材质 真空吸盘一般用的材质有 NBR 硅橡胶 聚氨酯 氟素橡胶 EPR 导电 NBR 导电 硅橡胶等 如表 3 1 为真空吸盘常用材质特性 NBR 材质的真空吸盘一般用于硬壳纸 胶合板 铁板以及其他一般工件 硅橡胶材质 的真空吸盘一般用于半导体元件 薄工件 金属成型制品和食品类 聚氨酯材质的真空 吸盘常用于硬壳纸 胶合板铁板及其他一般工件 氟素橡胶材质的真空吸盘常用于药品 类的吸取 导电硅橡胶材质的真空吸盘用于一般半导体 静电防止 导电 NBR 材质的 真空吸盘用于半导体 静电防止 表 3 1 常用材质特性 项目 材质 硬度 HS 5 耐热温度耐磨性 NBR50 0 120常规使用 硅橡胶50 30 25不可使用 聚氨酯50 0 60常规使用 氟素橡胶50 0 250一定条件 EPR50 20 15一定条件 导电硅橡胶50 10 20不可使用 3 1 5 真空吸盘的选择真空吸盘的选择 根据设计要求 要求抓取的板料必须平稳 快速的收纳至机床上 因此 必须保证 真空具有足够的吸附力 板料最大尺寸为 1000mm 800mm 1mm 取密度 p 7 9 10 3kg m 3 故板料最大重量为 3 628 9001 08 01109 7 3 3 kg N mmm m kg gVG 1 该设备采用 SMC 的真空发生器 真空压力为 80 kPa 为保证抓取的平稳性 在机械手左 江南大学学士学位论文 10 右两侧对称安装 2 个丁晴橡胶真空吸盘 共计 4 个真空吸盘 这样 每个真空吸盘最小 吸附力大小为 3 2 N n G W 5 15 2 64 根据 液压气动技术手册 查得真空吸盘理论吸力的计算 公式如下 3 3 t PS W 10 式中 W 工件重量 N P 真空压力 kPa S 吸盘有效截面积 cm2 T 安全系数 水平吸取工件 4 以上 垂直吸取工件 8 以上 如图 3 4 所示 根据设计要求 吸取方向既有水平吸取也有垂直吸取工件 故 T 选 4 即 故选择的吸盘 的吸盘的有效面积 8 04cm2 75 7804 5 1510 10 P Wt S32 32 满足设计要求 最后 本设计选择的吸盘的相关参数为 吸盘直径为 吸盘类型为风32 琴型 B 吸盘材料为丁晴橡胶 N 缓冲形式为可回转型 J 缓冲行程为 50mm 快换接头 06 安装连接方式为外螺纹 M10 1 A10 故机械手执行机构中吸板所需 要的真空吸盘选择 SMC 公司的 ZPT10BNJ50 12 A10 图 3 4 两种吸取方式示意图 3 2直线导轨的选择直线导轨的选择 直线导轨一般通过滚珠丝杠或者同步齿形带传动 以精密直线导轨作为导向机构 用以实现搬运 定位 移载 取放 检测等功能 在自动化领域应用广泛 直线导轨配 合伺服电机或者步进电机 可以实现不同应用场合下的精确传动 图 3 5 为 HIWINIR 系 列直线导轨 从传动结构上来看 目前的直线导轨主要有滚珠丝杠传动和同步齿形带传动 直线 电机传动等方式 目前从成本和使用范围来说 滚珠丝杠式和同步皮带式应用比较广泛 由于结构原理不同 产品的性能和使用场合也有所差别 板料冲压数控送料机结构设计 11 图 3 5 HIWIN 直线导轨 3 1 1 滚珠丝杠导轨的特点滚珠丝杠导轨的特点 滚珠丝杠传动即由电机通过联轴器或同步带轮驱动滚珠丝杠转动 进而推动固定在 直线导轨上的滑块前后移动 滚珠丝杠具有定位精度高 摩擦力小 刚性高 负载能力 强特点 可是实现精准的定位 速度方面 取决于电机的转速和丝杠导程的大小 丝杠 导程越大 相同的电机输出速度下单轴机械手滑块移动的速度也越大 3 1 2 同步齿形带导轨的特点同步齿形带导轨的特点 同步齿形带传动是由电机驱动同步带的主动轮转动 进而有皮带带动直线导轨上的 滑块前后移动 同步齿形带具有噪音低 移动速度快 成本较低等特点 速度方面 一 般可以实现比滚珠丝杠更高的速度 同时没有临界速度的限制 在长行程传送方面具有 更加的性价比 3 1 3 直线导轨的选型直线导轨的选型 由于我们所要用的时间间隔较短 同时要求的速度较快 故选择同步齿形带传动 如图 3 6 同步带导轨 江南大学学士学位论文 12 图 3 6 同步齿形带导轨 3 3 同步带概述同步带概述 同步带是综合了带传动 链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带 它 由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动 其强力层是由拉伸强度高 伸长 小的纤维材料或金属材料组成 以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变 带与 带轮之间在传动过程中投有滑动 从而保证主 从动轮间呈无滑差的间步传动 同步带传动 见图 3 7 时 传动比准确 对轴作用力小 结构紧凑 耐油 耐磨性 好 抗老化性能好 一般使用温度 20 80 v 50m s P 300kw i 10 对于要求同步 的传动也可用于低速传动 图 3 7 同步带传统 同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成 它综合了带传动 链传动和齿轮传动各自的优点 转动时 通过带齿与轮的齿槽相啮合 来传递动力 同步带传动具有准确的传动比 无滑差 可获得恒定的速比 传动平稳 能吸振 噪音小 传动比范围大 一般可达 1 10 允许线速度可达 50M S 传递功率从 几瓦到百千瓦 传动效率高 一般可达 98 结构紧凑 适宜于多轴传动 不需润滑 无 污染 因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作 因此 三轴联动 机械手旋转机构传动方式采用同步带轮结构 3 3 1 同步带的特点同步带的特点 1 传动准确 工作时无滑动 具有恒定的传动比 2 传动平稳 具有缓冲 减振能力 噪声低 板料冲压数控送料机结构设计 13 3 传动效率高 可达 0 98 节能效果明显 4 维护保养方便 不需润滑 维护费用低 5 速比范围大 一般可达 10 线速度可达 50m s 具有较大的功率传递范围 可 达几瓦到几百千瓦 6 可用于长距离传动 中心距可达 10m 以上 3 3 23 3 2 同步带传动的设计准则同步带传动的设计准则 据对同步带传动失效形式的分析 可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能 制造 工艺合理 带 轮的尺寸控制严格 安装调试也正确 那么许多失效形式均可避免 因 此 在正常工作条件下 同步带传动的主要失效形式为如下三种 1 同步带的承载绳疲劳拉断 2 同步带的打滑和跳齿 3 同步带带齿的磨损 因此 同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下 具有较高的抗拉强度 保 证承线绳不被拉断 此外 在灰尘 杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算 3 3 33 3 3 同步带分类同步带分类 同步带齿有梯形齿和弧齿两类 弧齿又有三种系列 圆弧齿 H 系列又称 HTD 带 平 顶圆弧齿 S 系列又称为 STPD 带 和凹顶抛物线齿 R 系列 梯形齿同步带 梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种 简称为单面带和双面带 双面带又按齿的排列方式分为对称齿型 代号 DA 和交错齿型 代号 DB 梯形齿同步带有两种尺寸制 节距制和模数制 我国采用节距制 并根据 ISO 5296 制订了同步带传动相应标准 GB T 11361 11362 1989 和 GB T 11616 1989 弧齿同步带 弧齿同步带除了齿形为曲线形外 其结构与梯形齿同步带基本相同 带的节距相当 其齿高 齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大 3 4 上料装置结构元件计算与校核上料装置结构元件计算与校核 3 4 1 伺服电机的计算伺服电机的计算 由于冲压机冲次 30 冲每分钟 板料 800 1000 所冲料为 400 圆 故上料装置从板料 抓取到工作台最短时间为 8 秒 估算板料行程 2m 板料最慢速度 即平 min 250mmV 移导轨块最慢 同步轮短轴直径 16mm 现暂定同步轮直径 40mm 得电 min 250mmV 机速度 120 转 每分钟 选取电机为瑞士麦柯升大功率空心杯直流减速电机 RE35 功率 300w 江南大学学士学位论文 14 3 4 2 同步带传动设计计算同步带传动设计计算 已知基本参数为 伺服电机输出功率为 300W 两带轮转速相等均为 120rad s 工作状 况为机械上料板料上料及平移传动 根据 机械设计手册 机械传动 中同步带设计 其 计算过程如下 1 电机额定输出功率的确定 0W 3 1 30 P 2 确定计算功率 电动机每天使用24小时左右 查 机械设计手册 机械传动 表 13 1 68 得到工作情况系 数 1 9 则计算功率为 A K 3 2 KWWKP APd 57 0 3009 1 3 带轮转速计算 带轮转速 120rad s 3 3 4 选定同步带带型和节距 根据小轮转速和设计功率 由 机械设计手册 机械传动 图 13 1 7 可以看出 应选 T5 型同步带 其中节距为 5 mm 表 3 2 工作情况系数看 A K 原动机 交流电机 普通转矩笼型 同 步电机 直流电动机 并励 多缸内燃机 交流电动机 大转矩 大滑差 单相 滑环 直流电动机 复 励 串励 单缸内燃机 运转时间运转时间 断续使 用每日 3 5h 普通使用 每日 8 10h 连续使 用每日 16 24h 断续使用每 日 3 5h 普通使 用每日 8 10h 连续使 用每日 16 24h 工作机 A K 复印机 计算机 医疗器械1 01 21 41 21 41 6 清扫机 缝纫机 办公机械 带锯盘 1 21 41 61 41 61 8 轻载荷传送带 包装机1 31 51 71 51 71 9 液体搅拌机 圆形带锯 洗涤 机 造纸机 印刷机械 1 41 61 81 61 82 0 搅拌机 水泥 粘性体 带式 输送机 矿石 煤 砂 离心 压缩机 回转压缩机 往复式 发动机 中挖掘机 牛头刨床 1 51 71 91 71 92 1 输送机 盘式 吊式 洗涤机 鼓风机 离心式 引风排风 1 61 82 01 82 02 2 板料冲压数控送料机结构设计 15 抽水泵 发动机 卷扬机 起 重机 激励机 5 选取主动轮齿数 1 z 根据 机械设计手册 机械传动 表 13 1 69 查得 T5 同步轮最少齿数为12 在条件允许的情况下齿数应取较大的值 故取 24 1 6 左带轮节圆直径确定 3 b Pz d 1 1 14 3 524 mm6 38 4 7 右带轮相关数据确定 由于系统传动比为 所以大带轮相关参数数据与小带轮完全相同 齿数 1 124 2 z 节距mmPb5 8 带速 v 的确定 0 25m S 3 100060 11 nd v max v 5 9 初定同步带带长及其齿数 OP L b Z 421 mm 3 0 2 12 1200 4 57 1 2 a dd ddaL p 6 查 机械设计手册 机械传动 表 13 1 57 得 84 420mm b Z P L 11 实际中心距 在此处 设计带轮中心距可调 故 a 150 0 5 150 5 圆整取 150mm 2 0 OPP LL a 12 主动轮啮合齿数 12 1 126 5 0Z a dd entZm 3 7 在本次设计中传动比为一 所以啮合齿数为带轮齿数的一半 即 12 m z 13 基本额定功率的计算 0 P 查 机械设计手册 机械传动 表 13 1 76 可以知道 1000 2 0 vmvT P a 2100 85N m 0 448kg m a T 所以同步带的基准额定功率为 0 6KW 3 0 P 1000 2 2448 0 85 2100 2 江南大学学士学位论文 16 8 14 计算带宽 3 22 127 0 75 0 1010 om d S PZ P b 9 查 机械设计手册 机械传动 表 13 1 52 取 25 15 计算作用在轴上力 r F 285N 3 r F v Pd1000 10 3 4 33 4 3 同步轮的设计同步轮的设计 根据同步带的设计 选择相应的同步轮 与同步带相啮合的同步轮为梯形齿同步轮 齿形具体参数查阅机 机械设计手册 机械传动 表 13 1 60 如下图 5 10 所示 表 3 3 T5 同步轮齿形尺寸 型号节距齿形角外圆齿 槽宽 0 b 齿根圆 齿槽底 宽 w b 齿槽深度 g h 齿根圆角半 径 0 b 齿顶圆角 半径 0 b 节顶距 T55mm 50 3 32mm4 3mm1 02mm0 6mm0 8mm0 5mm 板料冲压数控送料机结构设计 17 第四章第四章 机床工作台的设计及其校核机床工作台的设计及其校核 机床工作台是冲床完成冲压工序的地方 他必须要准确 及时配合冲床的的冲压 其 结构与冲床原工作台相吻合 4 14 1 工作台的组成工作台的组成 4 1 14 1 1 丝杆传动装置丝杆传动装置 丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件 在机床上 它是用来完成进给运动的 一个重要原件 机床丝杠不仅要能准确地传递运动 而且还要能传递一定的动力 所以 它在精度 强度以及耐磨性各方面 都有一定的要求 床丝杠按其摩擦特性可分为三类 即滑动丝杠 滚动丝杠及静压丝杠 由于滑动丝杠结构简单 制造方便 所以在机床上应用比较广泛 滑动丝杠的牙型 多为梯形 这种牙型比三角形牙酬具有效果高 传动性能好 精度高 加工方便等优点 滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类 滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言 摩擦 力小 传动效率高 精度也高 因而比较常用 但是其制造工艺比较复杂 静压丝杠有许多的优点 常被用于精密机床和数控机床的进给机构中 其螺纹牙形 与标准梯形螺纹牙形相同 但牙形高于同规格标准螺纹 1 5 2 倍 目的在于获得良好油 封及提高承载能力 但是调整比较麻烦 而且需要一套液压系统 工艺复杂 成本较高 4 1 24 1 2 导轨副元件导轨副元件 直线导轨 金属或其它材料制成的槽或脊 可承受 固定 引导移动装置或设备并减 少其摩擦的一种装置 导轨表面上的纵向槽或脊 用于导引 固定机器部件 专用设备 仪器等 直线导轨又称滑轨 线性导轨 线性滑轨 用于直线往复运动场合 拥有比直线轴 承更高的额定负载 同时可以承担一定的扭矩 可在高负载的情况下实现高精度的直线 运动高效耐用 4 1 34 1 3 夹紧装置夹紧装置 夹紧装置的组成 动力装置 夹紧元件 中间传力机构 夹紧装置的基本要求 1 夹紧既不应破坏工件的定位 或产生过大的夹紧变形 又要有足够的夹紧力 防止 工件在加工中产生振动 2 足够的夹紧行程 夹紧动作迅速 操纵方便 安全省力 3 手动夹紧机构要有可靠的自锁性 机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力 的稳定性 4 结构应尽量简单紧凑 制造 维修方便 江南大学学士学位论文 18 4 1 44 1 4 驱动元件驱动元件 机械各种驱动方式的比较 如下表 表 4 1 各种驱动方式比较 驱动方式 电机 驱动 比较内 容机械传动 异步电机 直流电机 伺服电机 气压传动液压传动 输出力 矩 输出力矩较大 输出力可较 大 输出力矩较小 气体压力小 输出力矩小 如需输出力矩 较大 结构尺 寸过大 液体压力高 可 以获得较大的输 出力 控制性 能 速度可高 速度 和加速度均由机 构控制 定位精 度高 可与主机 严格同步 控制性能较 差 惯性大 步易精确定 位 控制性能好 可精确定位 但控制系统复 杂 可高速 气体 压缩性大 阻 力效果差 冲 击较严重 精 确定位较困难 低速步易控制 油液压缩性小 压力流量均容易 控制 可无级调 速 反应灵敏 可实现连续轨迹 控制 应用范 围 适用于自由度少 的专用机械手 高速低速均能适 用 适用于抓取 重量大和速 度低的专用 机械手 可用于程序复 杂和运动轨迹 要求严格的小 型通用机械手 中小型专用通 用机械手都有 中小型专用通用 机械手都有 特 别时重型机械手 多用 由上表可知伺服电机应用于驱动工业有着许多无可替代的优点 如控制性能好 可精确定位 体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械传动等 而 同步伺服驱动电机功率范围大 可调范围广 转动惯量大 最高转速比较低 且随着功 率增大转速快速降低 因而特别适用于快速速平稳运行的机构 4 2 工作台的组成元件的选择工作台的组成元件的选择 4 2 1 电机的选择电机的选择 根据冲床冲次 冲压材料形状 得到工作台进给 滚珠丝min 200 maxmax mmvv fyfx 杆导程 10mm 即电机转速 1200 转 每分钟 根据性价比选择130AEA11025 SH0 型号电机 额定电压 220v 额定功率 1100W 额定转矩 4 2 n m 峰值转矩 12 6n m 板料冲压数控送料机结构设计 19 额定转速 2500rpm 额定电流 4 3a 图 4 1 伺服电机 4 2 2 丝杆的选择丝杆的选择 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动 要满足定位精度 滑动 丝杠副无能为力 只有选用滚珠丝杠副才能达到 滚珠丝杠副的传动精度高 动态响应 快 运转平稳 寿命长 效率高 预紧后可消除反向间隙 而且滚珠丝杠已经系列化 选用非常方便 有利于提高开发效率 由 下表知 表 4 2 滚珠丝杆选型表 型式基本额定载荷螺旋方向 螺帽 种类 精度 等级 Type丝杆轴 外径 螺距C 动 KN C 静 KN BSBR BSBRK 05 BSBR BSBRK 15 10 5 110 5 BSBR BSBRK 056 214 7 BSBR BSBRK 20 1010 622 7 BSBR BSBRK 056 618 7 块状 螺帽 C10 BSBR BSBRK 25 1027 576 3 右 初步选择 x 轴方向螺距 10 丝杆轴外径 20 的 BSBRK 1500 F5 P 12 的滚珠丝杆 Y 轴方向选择螺距 10 丝杆轴外径 40 的 BSBRK 1500 F5 P25 滚珠丝杆 4 2 3 导轨副的选择导轨副的选择 要设计的 X Y 工作台是用来配套轻型数控冲压机床 需要承载的载荷不大 但脉冲当量 小 定位精度高 因此 决定选用直线光轴导轨 它具有摩擦系数小 不易爬行 传动 效率高 结构紧凑 安装预紧方便等优点 图 4 2 直线光轴 江南大学学士学位论文 20 4 2 4 夹紧元件的选择夹紧元件的选择 本夹紧件是薄板料 顾只需要气缸件夹持即可 参考示意图如下 图 4 3 夹紧元件 4 3 工作台的结构设计工作台的结构设计 机床工作台原理图 图 4 4 机床机构示意图 X 轴方向上电机通过联轴器与滚珠丝杆相连接 带动夹紧装置 进行板料夹紧 而 Y 轴上支撑住 X 轴机床架重量 并进行往复运动 4 4机床工作台的结构校核机床工作台的结构校核 4 4 1滚珠丝杆的校核滚珠丝杆的校核 1 最大工作载荷 Fm 的计算 在冲压时 工作台受到进给方向的载荷 与丝杠轴线平行 Fx 0N 受到横向的载荷 与丝 杠轴线垂直 Fy 473N 受到垂直方向的载荷 与工作台面垂直 Fz 719N 已知移动部件总重量 G 900N 按矩形导轨进行计算 查表 4 3 表 4 3 最大工作载荷 Fm 实验计算公式及参考系数 板料冲压数控送料机结构设计 21 导轨类型实验公式K 矩形导轨 GFFKFF yzxm 1 10 15 燕尾导轨 2 GFFKFF yzxm 1 40 2 三角形或综合导轨 GFKFF zxm 1 15 0 15 0 8 注 表中摩擦因数 均为滑动导轨 对于贴塑导轨 0 03 0 05 滚动导轨 0 003 0 005 表中 Fx 为进给方向载荷 Fy 为横向载荷 Fz 为垂直载荷 单位均为 N G 为移动部件总 重力 单位为 N K 为颠覆力矩影响系数 为导轨的摩擦系数 取移动部件总重量 G 900N 按矩形导轨进行计算 查表 2 9 取颠覆力矩影响系数 K 1 1 滚动导轨上的摩擦因素 0 005 求得滚珠丝杠副的最大工作载荷 NGFFKFF yzxm 2301900473719005 0 20821 1 2 最大动载荷 FQ 的计算 设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度 v 350mm min 初选丝杠导程 Ph 5mm 则 此时丝杠转速 n v Ph 70r min 取滚珠丝杠的使用寿命 T 15000h 代入 L0 60nT 106 得丝杠寿命系数 L0 63 单位为 106r 查表 4 3 取载荷系数 fW 1 2 滚道硬度为 60HRC 时 取硬度系数 fH 1 0 代入式 4 1 4 1 mHWQ FffLF 3 0 即 NFQ969823010 12 163 3 式中 L0 滚珠丝杠副的寿命 单位 106r L0 60nT 106 其中 T 为使用寿命 普通 机械取 T 5000 10000h 数控机床及一般机电设备取 T 15000h n 为丝杠每分钟转速 fW 载荷系数 由表 4 3 查得 fH 硬度系数 58HRC 时 取 1 0 等于 55HRC 时 取 1 11 等于 52 5HRC 时 取 1 35 等于 50HRC 时 取 1 56 等于 45HRC 时 取 2 40 Fm 滚珠丝杠副的最大工作载荷 单位为 N 表 4 3 滚珠丝杠载荷系数 运转状态载荷系数 fW 平稳或轻度冲击1 0 1 2 中等冲击1 2 1 5 较大冲击或振动1 5 2 5 江南大学学士学位论文 22 3 传动效率 的校核 将公称直径 d0 25mm 导程 Ph 5mm 代入 得丝杠螺旋升角 arctan 0 dPh 将摩擦角 代入 得传动效率 383 0 1 tan tan 9 95 效率要求大于 90 该丝杠副合格 4 丝杆刚度的校核 X Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用 单推 单推 的方式 丝杠的两端各采用一 对推力角接触球轴承 面对面组配 左 右支承的中心距离约为 a 550mm 钢的弹性模量 E 2 1 105MPa 滚珠直径 DW 3 175mm 丝杠底径 d2 21 2mm 丝杠截面积 22 2 8 3524 mmdS 丝杠的拉伸或压缩变形量 1在总变形量中的比重较大 可按下式计算 4 2 IE Ma ES aFm 2 2 1 式中 Fm 丝杠的最大工作载荷 单位为 N a 丝杠两端支承间的距离 单位为 mm E 丝杠材料的弹性模量 钢的 E 2 1 105MPa S 丝杠按底径 d2确定的截面积 单位为 mm2 M 转矩 单位为 N mm I 丝杠按底径 d2确定的截面积惯性矩 单位为 mm464 4 2 dI 滚珠与螺纹滚道间的接粗变形量 2 无预紧时 4 3 3 2 2 10 1 0038 0 Z F D m 有预紧时 4 4 3 2 2 10 10 0013 0 ZFD F YJw m 式中 DW 滚珠直径 mm Z 滚珠总数量 Z Z 圈数 列数 Z 单圈滚珠数 外循环 内循环 w DdZ 0 3 0 W DdZ 板料冲压数控送料机结构设计 23 FYJ 预紧力 单位 N 忽略式 1 1 中的第二项 算得丝杠在工作载荷 Fm 作用下产生的拉 压变形量 0 0124mm 即mm ES aFm 0171 0 8 352101 2 5502301 5 1 2 根据公式 求得单圈滚珠数 Z 22 该型号丝杠为单螺母 滚珠的圈数 3 0 W DdZ 列数为 4 2 代入公式 Z Z 圈数 列数 得滚珠总数量 Z 176 丝杠预紧时 取轴向 预紧力 FYJ Fm 3 767N 则由式 4 4 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 mm ZFD F YJw m 0015 0 10 1766773 17510 2301 0 0013 10 10 0013 0 32 3