板料冲压数控送料机结构设计本科生毕业论文

1、 . . PAGE31 / NUMPAGES38编号本科生毕业设计（论文）题目: 板料冲压数控送料机结构设计 机械工程学院机械工程与其自动化专业二一三年六月摘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，以与重要

2、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：吸盘上料，皮带轮送料，XY轴工作台平动ABSTRACTThis paper introduces a used sheet metal CNC Feeder structural design. Actual departure from the production line, according to the specific requirements and fun

3、ctional 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 freedo

4、m 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 fina

5、l 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,

6、 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 TOC o 1-3 h

7、 z u HYPERLINK l _Toc358026929摘要 PAGEREF _Toc358026929 h IHYPERLINK l _Toc358026930ABSTRACT PAGEREF _Toc358026930 h IIHYPERLINK l _Toc358026931第1章绪论 PAGEREF _Toc358026931 h 1HYPERLINK l _Toc3580269321.1 课题的来源 PAGEREF _Toc358026932 h 1HYPERLINK l _Toc3580269331.2 课题的意义 PAGEREF _Toc358026933 h 1HYPERL

8、INK l _Toc3580269341.3课题的研究容 PAGEREF _Toc358026934 h 1HYPERLINK l _Toc3580269351.4行业发展趋势 PAGEREF _Toc358026935 h 1HYPERLINK l _Toc3580269361.5 国外研究概况 PAGEREF _Toc358026936 h 2HYPERLINK l _Toc3580269371.6论文结构安排 PAGEREF _Toc358026937 h 3HYPERLINK l _Toc358026938第2章总体方案的设计 PAGEREF _Toc358026938 h 5HYPE

9、RLINK l _Toc3580269392.1研究方案 PAGEREF _Toc358026939 h 5HYPERLINK l _Toc3580269402.2总体结构设计 PAGEREF _Toc358026940 h 5HYPERLINK l _Toc3580269412.3上料装置结构设计 PAGEREF _Toc358026941 h 5HYPERLINK l _Toc3580269422.4定位传动装置结构设计 PAGEREF _Toc358026942 h 6HYPERLINK l _Toc3580269432.5主要技术指标 PAGEREF _Toc358026943 h 6

10、HYPERLINK l _Toc358026944第3章上料装置结构设计与其校核 PAGEREF _Toc358026944 h 7HYPERLINK l _Toc3580269453.1吸盘的设计与选择 PAGEREF _Toc358026945 h 7HYPERLINK l _Toc3580269463.1.1 概述 PAGEREF _Toc358026946 h 7HYPERLINK l _Toc3580269473.1.2真空吸盘的特点 PAGEREF _Toc358026947 h 8HYPERLINK l _Toc3580269483.1.3 真空吸盘的分类 PAGEREF _To

11、c358026948 h 8HYPERLINK l _Toc3580269493.1.4 真空吸盘的材质 PAGEREF _Toc358026949 h 9HYPERLINK l _Toc3580269503.1.5 真空吸盘的选择 PAGEREF _Toc358026950 h 9HYPERLINK l _Toc3580269513.2直线导轨的选择 PAGEREF _Toc358026951 h 10HYPERLINK l _Toc3580269523.1.1 滚珠丝杠导轨的特点 PAGEREF _Toc358026952 h 11HYPERLINK l _Toc3580269533.1.

12、2 同步齿形带导轨的特点 PAGEREF _Toc358026953 h 11HYPERLINK l _Toc3580269543.1.3直线导轨的选型 PAGEREF _Toc358026954 h 11HYPERLINK l _Toc3580269553.3同步带概述 PAGEREF _Toc358026955 h 12HYPERLINK l _Toc3580269563.3.1同步带的特点 PAGEREF _Toc358026956 h 12HYPERLINK l _Toc3580269573.3.2 同步带传动的设计准则 PAGEREF _Toc358026957 h 13HYPERL

13、INK l _Toc3580269583.3.3同步带分类 PAGEREF _Toc358026958 h 13HYPERLINK l _Toc3580269593.4上料装置结构元件计算与校核 PAGEREF _Toc358026959 h 13HYPERLINK l _Toc3580269603.4.1伺服电机的计算 PAGEREF _Toc358026960 h 13HYPERLINK l _Toc3580269613.4.2同步带传动设计计算 PAGEREF _Toc358026961 h 13HYPERLINK l _Toc3580269623.4.3 同步轮的设计 PAGEREF

14、_Toc358026962 h 16HYPERLINK l _Toc358026963第四章机床工作台的设计与其校核 PAGEREF _Toc358026963 h 17HYPERLINK l _Toc3580269644.1 工作台的组成 PAGEREF _Toc358026964 h 17HYPERLINK l _Toc3580269654.1.1 丝杆传动装置 PAGEREF _Toc358026965 h 17HYPERLINK l _Toc3580269664.1.2导轨副元件 PAGEREF _Toc358026966 h 17HYPERLINK l _Toc3580269674.

15、1.3 夹紧装置 PAGEREF _Toc358026967 h 17HYPERLINK l _Toc3580269684.1.4 驱动元件 PAGEREF _Toc358026968 h 18HYPERLINK l _Toc3580269694.2 工作台的组成元件的选择 PAGEREF _Toc358026969 h 18HYPERLINK l _Toc3580269704.2.1电机的选择 PAGEREF _Toc358026970 h 18HYPERLINK l _Toc3580269714.2.2 丝杆的选择 PAGEREF _Toc358026971 h 19HYPERLINK l

16、 _Toc3580269724.2.3导轨副的选择 PAGEREF _Toc358026972 h 19HYPERLINK l _Toc3580269734.2.4夹紧元件的选择 PAGEREF _Toc358026973 h 20HYPERLINK l _Toc3580269744.3 工作台的结构设计 PAGEREF _Toc358026974 h 20HYPERLINK l _Toc3580269754.4机床工作台的结构校核 PAGEREF _Toc358026975 h 20HYPERLINK l _Toc3580269764.4.1滚珠丝杆的校核 PAGEREF _Toc35802

17、6976 h 20HYPERLINK l _Toc3580269774.4.2伺服电机的校核 PAGEREF _Toc358026977 h 25HYPERLINK l _Toc358026978第5章结论与展望 PAGEREF _Toc358026978 h 27HYPERLINK l _Toc3580269795.1结论 PAGEREF _Toc358026979 h 27HYPERLINK l _Toc3580269805.2不足之处与未来展望 PAGEREF _Toc358026980 h 27HYPERLINK l _Toc358026981参考文献 PAGEREF _Toc3580

18、26981 h 29HYPERLINK l _Toc358026982致 PAGEREF _Toc358026982 h 31第1章 绪论1.1 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 课题的意义迄今，一些科学技术发达的国家，在食品、医药、轻工、化工、纺织

19、、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、包装容器成型与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、产品精度的保证以与企业运行成本。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

20、的水平并带动科学技术的进步。1.3课题的研究容本课题主要研究数控冲床送料机的结构设计，其主要涉与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、速度以与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.

21、定位传送平稳的研究1.4行业发展趋势1）国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与高精度、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

22、、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与其研究方向为：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

23、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与设备；同时

24、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1.5 国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

25、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。国出现一大批企业进行自主研制，走在世界前沿。如锻压机床集团，大东自动化科技，青林自动化设备。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

26、，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论文结构安排本论文的主要容与结构安排如下：第1章绪论本章简要说明课题的来源与意义，指出课题要研究的容，并介绍与本课题相关的国外研究技术现状以与行业发展趋势，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与各部分的方案的设计，

27、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与选择过程，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与相关结构，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。第2章总体方案的设计2.1研究方案1 ) 查阅资料，了解数控冲床送

28、料机所涉与的传动、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

29、方向点的传动。一个流程结束。抓取板料开始上料工作台传动板料夹紧定位传送结束冲压图2-1 总体结构设计2.3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。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

30、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圆筒盖第3章上料装置结构设计与其校核自动上料装置要现快速上料功能。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吸盘的设计与选择3.1.1 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、效率高以与对工件表面无损害等优点

31、，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、纸等接触，起动真空设备抽吸，使吸盘产生负气压，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，使真空吸盘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，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、

32、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，国一些厂家生产的吸盘只能用于吸附纸、塑料薄膜等轻软物品，故选用SMC公司的真空吸盘，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，其直径围可达1-630mm。3.1.2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

33、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

34、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、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。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一般用的材质有NBR、硅橡胶

35、、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、铁板以与其他一般工件；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、胶合板铁板与其他一般工件；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NBR500120常规使用硅橡胶503025不可使用聚氨酯50060常规使用氟素橡胶500250一定条件EPR5020

36、15一定条件导电硅橡胶501020不可使用3.1.5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*103kg/m3，故板料最大重量为：（3-1）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）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 QUOTE （3-3）式中：W：工件重量（N ）；P：真空压力（kPa)；S：吸盘

37、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： QUOTE ,故选择 QUOTE 的吸盘（ QUOTE 的吸盘的有效面积8.04cm2），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

38、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。图3-5 HIWIN直线导轨3.1.1 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

39、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，一样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。图3-6同步齿

40、形带导轨3. 3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-2080，v50m/s，P300kw,i10,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周表面设有等间距齿形的环行带与具有相应吻合的轮所组成

41、。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(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；(3)、传动效率高，可达0.98，节能效果明显；

42、(4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低；(5)、速比围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递围，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。3.3.2 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

43、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。3.3.3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。我用节距制，并根据ISO 5296制订了同步带传动相应标准GB/T 1136111362-1989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

44、基本一样，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3.4.1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300w3.4.2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与平移传动。根据机械设计手册-机械

45、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）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： QUOTE （3-2）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 QUOTE 5 mm。表3-2 工作情况系数看工作机原动机交流电机（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

46、）单缸燃机运转时间运转时间断续使用每日35h普通使用每日810h连续使用每日1624h断续使用每日35h普通使用每日810h连续使用每日1624h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

47、、引风排风）、抽水泵、发动机、卷扬机、起重机、激励机1.61.82.01.82.02.25、选取主动轮齿数 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。6左带轮节圆直径确定 （3-4）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一样。齿数，节距8、带速v的确定= 0.25m/S （3-5）9、初定同步带带长 QUOTE 与其齿数=421 mm （3-6） 查机械设计手册-机械传动表13-1-57，得 QUOTE =84， QUOTE =420mm,11实际中心距在此处，设计带轮中心距可

48、调，故a= QUOTE =150+0.5=150.5，圆整取150mm.12、主动轮啮合齿数=12 （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。13、基本额定功率的计算查机械设计手册-机械传动表13-1-76可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为=0.6KW （3-8） 14 计算带宽 QUOTE （3-9）查机械设计手册-机械传动表13-1-52取。15、计算作用在轴上力=285N. （3-10） 3.4.3 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

49、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齿根圆齿槽底宽齿槽深度齿根圆角半径齿顶圆角半径节顶距T55mm503.32mm4.3mm1.02mm0.6mm0.8mm0.5mm第四章 机床工作台的设计与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，与时配合冲床的的冲压。其结构与冲床原工作台相吻合。4.1 工作台的组成4.1.1 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、强度以与耐磨性各方面，都有

50、一定的要求床丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠与静压丝杠。 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一样。但牙形高于同规格标准螺纹1.52倍，目的在于获得良好油封与提高承载能力。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.

51、1.2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。4.1.3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

52、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。4.1.4驱动元件机械各种驱动方式的比较，如下表表4-1 各种驱动方式比较比较 容驱动方式机械传动电机 驱动气压传动液压传动异步电机，直流电机伺服电机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

53、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围大，可调围广，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4.2.1

54、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

55、-2 滚珠丝杆选型表螺帽种类精度等级型式基本额定载荷螺旋方向Type丝杆轴外径螺距C（动）KNC（静）KN右块状螺帽C10BSBR(BSBRK)15055.110.5BSBR(BSBRK)10BSBR(BSBRK)20056.214.7BSBR(BSBRK)1010.622.7BSBR(BSBRK)25056.618.7BSBR(BSBRK)1027.576.3初步选择，x轴方向螺距10 丝杆轴外径20的BSBRK-1500-F5-P12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导轨副的选择要设计的X-Y工作台是用来配套轻型数控冲压机床，

56、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4.2.4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4.4.1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

57、（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实验计算公式与参考系数导轨类型实验公式K矩形导轨1.10.15燕尾导轨1.40.2三角形或综合导轨1.150.150.8注：表中摩擦因数均为滑动导轨。对于贴塑导轨=0.030.05，滚动导轨=0.0030.005。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

58、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：、（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）即：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=500010000h，数控

59、机床与一般机电设备取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1.01.2中等冲击1.21.5较大冲击或振动1.52.5（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。将摩擦角，代入，得传动效率。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

60、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=2.1105MPa；滚珠直径DW=3.175mm，丝杠底径d2=21.2mm，丝杠截面积。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)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=2.1105MPa S丝杠按底径d2确定的截面积，单位为mm2 M转矩，单位为Nmm I丝杠按底径d2确定的截面积惯性矩（），单位为mm4 滚珠与螺纹滚道间的接粗变形量2 无预