1、編編 號號 本本科科生生畢畢業業設設計計（ 論論文文 ） 題目題目: 板料沖壓數控送料機結構設計 機械工程機械工程學院 機機械械 工工程程 及及其其 自動化自動化專業 學 號 學生姓名 指導教師 周建華 _ 二二一三一三年年六月六月 摘摘 要要 本文介紹了一種應用于板料沖壓數控送料機的結構設計。從生產線實際出發，根據 具體的工作環境要求和功能需求設計出了一種自動送料機。首先，根據其工作要求擬定 板料上料結構方案，以完成上料基本功能。分析沖床沖壓功能要求，確定工作臺自由度， 進而確定工作臺設計方案。根據總體設計方案，將設計分為板料上料機構、工作臺的傳 動結構倆個模塊。在每個模塊內部，采用自上而下

2、的設計方法，從動力機構到傳動機構， 再到最終執行結構，逐步完成每個模塊具體零件的詳細設計，以及重要零件的計算和校 核。 然后，利用solidworks完成每個模塊主要零部件的三維建模，再將每個模塊的零件進 行部件裝配，最后完成總體裝配設計。根據總裝圖來檢驗結構設計是否合理，然后不斷 改進，進而不斷優化設計，達到預期目的。 關鍵詞關鍵詞：吸盤上料，皮帶輪送料，xy 軸工作臺平動 abstractabstract this paper introduces a used sheet metal cnc feeder structural design. actual departure from

3、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

4、 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 desig

5、n 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-

6、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: suc

7、ker feeding, feeding pulley, xy axis table translational 目錄目錄 摘摘 要要 .i abstractabstract .ii 第第 1 1 章章 緒論緒論 .1 1.1 課題的來源.1 1.2 課題的意義.1 1.3 課題的研究內容 .1 1.4 行業發展趨勢 .1 1.5 國內外研究概況.2 1.6 論文結構安排 .3 第第 2 2 章總體方案的設計章總體方案的設計 .5 2.1 研究方案 .5 2.2 總體結構設計 .5 2.3 上料裝置結構設計 .5 2.4 定位傳動裝置結構設計 .6 2.5 主要技術指標 .6 第第 3 3 章

8、上料裝置章上料裝置結結構設計及其校核構設計及其校核 .7 3.1 吸盤的設計及選擇 .7 3.1.1 概述 .7 3.1.2 真空吸盤的特點.8 3.1.3 真空吸盤的分類 .8 3.1.4 真空吸盤的材質 .9 3.1.5 真空吸盤的選擇 .9 3.2 直線導軌的選擇 .10 3.1.1 滾珠絲杠導軌的特點 .11 3.1.2 同步齒形帶導軌的特點 .11 3.1.3 直線導軌的選型.11 3.3 同步帶概述.12 3.3.1 同步帶的特點.12 3.3.2 同步帶傳動的設計準則 .13 3.3.3 同步帶分類.13 3.4 上料裝置結構元件計算與校核.13 3.4.1 伺服電機的計算.13

9、 3.4.2 同步帶傳動設計計算.13 3.4.3 同步輪的設計 .16 第四章第四章 機床工作臺的設計機床工作臺的設計及及其校核其校核 .17 4.1 工作臺的組成.17 4.1.1 絲桿傳動裝置.17 4.1.2 導軌副元件.17 4.1.3 夾緊裝置 .17 4.1.4 驅動元件 .18 4.2 工作臺的組成元件的選擇.18 4.2.1 電機的選擇.18 4.2.2 絲桿的選擇 .19 4.2.3 導軌副的選擇.19 4.2.4 夾緊元件的選擇.20 4.3 工作臺的結構設計.20 4.4 機床工作臺的結構校核 .20 4.4.1 滾珠絲桿的校核 .20 4.4.2 伺服電機的校核.25

10、 第第 5 5 章章 結論與展望結論與展望 .27 5.1 結論 .27 5.2 不足之處及未來展望 .27 參考文獻參考文獻 .29 致謝致謝 .31 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 課題的來源課題的來源 隨著生活水平提高，科技突飛猛進.機械行業迅速發展，機械數控沖床數量劇增。同 時，人工成本越來越高，企業為追求高效益，低成本。所以沖壓裝備自動化越來越被人 們關注。其中，板料的進給由于沖壓坯料的多樣性，目前很難進行標準化和自動化，尤 其對于大尺寸的平板材料。本課題主要解決大尺寸平板材料的數控送料，以替代人工送 料，實現大尺寸平板材料沖壓送料的自動化。課題來源于企業生產實際。 1.2 課題的

11、意義課題的意義 迄今，一些科學技術發達的國家，在食品、醫藥、輕工、化工、紡織、電子、儀表和 兵器等工業部門，已經程度不同地形成了由原料處理、中間加工和產品包裝三大基本環 節所組成的包裝連續化和自動化的生產過程，有的還將包裝材料加工、包裝容器成型及 包裝產品儲存系統都聯系起來組成高效率的流水作業線。實現生產的機械化和自動化， 尤其是實現具有高度靈活性的自動生產線，不僅體現了現代生產的發展方向，同時也可 以獲得巨大的經濟效益。由此可見，實現生產機械化和建立現代生產工業，乃是關系到 國家長遠規劃的一件大事，也是搞好社會主義四個現代化的一項重要內容。而沖壓裝備 自動化程度的高低直接影響企業的生成效率、

12、產品精度的保證以及企業運行成本。節省 人工檢測成本，提高生產線的自動化程度。同時能提高整個行業的水平并帶動科學技術 的進步。 1.3課題的研究內容課題的研究內容 本課題主要研究數控沖床送料機的結構設計，其主要涉及送料機的機械傳動裝置、 元件的導向機構、機構的支撐系統、應用電伺服驅動、執行元件的氣動驅動等裝置。同 時還要從系統總體技術的角度，將檢測元件、控制元件等集成到系統中來，是典型機電 技術的運用。該機構要實現的主要功能為：被沖板料自動上料，自動定位輸送、自動傳 送。其主要特點在于：上料速度快且板料不變形、檢測定位輸送無振動，高速傳送，運 動平穩，精度高等。其運動路線、速度以及結構合理性要求

13、較高，尤其是對結構合理性 具有特殊要求。 課題研究的技術有以下幾方面： 1. 研究高速平穩的上料方式和結構 2. 機床工作臺的設計研究 3. 定位傳送平穩的研究 1.4行業發展趨勢行業發展趨勢 1）國內發展狀況 我國自動送料機工業歷史短，總體技術水平和生產能力較低，但近年來在國內巨大包 裝市場的促進下，并受國外先進技術的影響，發展速度很快，局部技術水平有了明顯提 高。該工業已經成為我國國民經濟中不可缺少的非常重要的新興行業。 根據我國國情，自動送料機工業發展的趨勢是： （1）引進、消化、吸收國外先進技術，建立一批自動送料機骨干企業，包括個別中外 合資企業，從而可滿足大型包裝生產線以及高精度、高

14、自動化程度的單機或機組生產的 需要，進而可加快自動送料機國產化的速度； （2）大多數企業要重點發展中、小型自動送料機。我國大多數企業技術水平不高， 生產能力較低，生產以單機為主的中、小型自動送料機比較適宜，但要在此基礎上不斷 提高制造精度、自動化程度和配套能力； （3）在自動送料機生產中，大量引入高新技術，研制組合式、模塊式等先進結構， 使自動送料機產品設計先進、使用可靠，使其性能指標、工藝水平、“三化”水平高， 向機電結合、主輔機結合、成套聯線方向發展； （4）以滿足重點商品的包裝為出發點，發展自動送料機新品種。重點開發的自動送 料機設備及其研究方向為：灌裝設備、貼標設備、袋成型充填封口機、

15、折疊式裹包 設備、真空換氣包裝設備、熱縮包裝機和拉伸包裝設備、無菌包裝設備。 國外發展狀況 經過 50 多年的發展，國外自動送料機工業已經形成了獨立完整的體系，成為機械制 造的一個重要分支。首先，國外自動送料機產量穩定增長。由于消費結構和銷售形式的 變化，加之國際貿易的發展，對自動送料機的需求日益增加，因此國外自動送料機的產 量逐年增長；其次自動送料機產品門類齊全，品種繁多。自動送料機的品種不斷增加， 據統計國外自動送料機品種已達 140 余種，并已形成系列產品，近年還出現了一大批高 度技術密集型的包裝生產線；最后，自動送料機生產自成體系，并向專業化生產方向發 展。 國外自動送料機工業的發展趨

16、勢是： （1）重點發展食品自動送料機； （2）在系統優化設計的基礎上，包裝單機向高速化方向發展； （3）在包裝機上廣泛應用電子計算機； （4）一方面為滿足現代商品包裝多樣化的需求，發展適應多品種、小批量的通用包 裝技術及設備；同時又緊跟當代高新技術的發展步伐，不斷研究和開發現代的先進包裝 技術，發展應用高新技術的現代化專用型自動送料機； （5）包裝生產線向柔性自動化和“無人化”過渡； （6）自動送料機企業向專業化和大型化發展，形成若干壟斷性生產基地，以低廉 的投入換取高額的利潤，實現企業快速發展 1.5 國內外研究概況國內外研究概況 國家的繁榮是以其先進機器作為輔助，機床包括床身、立柱、工作臺

17、、進給機構等 機械部件。工作臺作為數控機床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環節。 從一開始為了滿足加工簡單的零件而設計的直線運動的 xy 工作臺，到現在為了實現多工 位加工而制造的分度工作臺和回轉工作臺等。為了滿足現代制造業的發展，也為了環境 的要求，工作臺的驅動裝置從原來的機械驅動變為液壓驅動，現在更多的采用了氣動裝 置，更好的保護了環境，節約了資源。我國在工作臺的研究開發方面也取得了長足的進 步。國內出現一大批企業進行自主研制，走在世界前沿。如揚州鍛壓機床集團，青島大 東自動化科技有限公司，蘇州青林自動化設備有限公司。 我國自動送料機工業歷史短，總體技術水平和生產能力較低，但近年

18、來在國內巨大包 裝市場的促進下，并受國外先進技術的影響，發展速度很快，局部技術水平有了明顯提 高。該工業已經成為我國國民經濟中不可缺少的非常重要的新興行業。 國外經過 50 多年的發展，國外自動送料機工業已經形成了獨立完整的體系，成為機 械制造的一個重要分支。首先，國外自動送料機產量穩定增長。由于消費結構和銷售形 式的變化，加之國際貿易的發展，對自動送料機的需求日益增加，因此國外自動送料機 的產量逐年增長；其次自動送料機產品門類齊全，品種繁多。自動送料機的品種不斷增 加，據統計國外自動送料機品種已達 140 余種，并已形成系列產品，近年還出現了一大 批高度技術密集型的包裝生產線；最后，自動送料

19、機生產自成體系，并向專業化生產方 向發展。 1.6論文結構安排論文結構安排 本論文的主要內容及結構安排如下： 第 1 章緒論本章簡要說明課題的來源及意義，指出課題要研究的內容，并介紹與本 課題相關的國內外研究技術現狀以及行業發展趨勢，最后闡述了論文的結構安排。 第 2 章總體方案的設計本章闡述了本課題的研究方案，簡要說明了數控沖床送料機 的總體方案以及各部分的方案的設計，并對幾個方案作出比較，選出最終的方案，同時， 介紹了本課題的主要技術指標。 第 3 章上料裝置結構設計本章詳細的介紹了上料裝置的結構設計，介紹了一些關鍵 元器件的計算及選擇過程，從不斷改進的各個方案來闡述本裝置的設計過程，并對

20、關鍵 零件進行校驗和計算。 第 4 章傳動定位裝置結構設計本章詳細的介紹了傳動定位裝置的結構設計，根據所 需要達到的速度要求來確定最終的傳動方案以及相關結構，并對一些關鍵零部件進行校 驗和計算。 第 5 章結論與展望對本次設計所使用的技術進行了總結，對現在的結構的不足進行 了分析。對此類設備的發展進行了展望，并提出了以后主要的發展方向。 第第 2 章章總體方案的總體方案的設計設計 2.1研究方案研究方案 1 ) 查閱資料，了解數控沖床送料機所涉及的傳動、導向、支承等機械結構。 2）先進行總體方案設計，然后與老師討論方案并進行驗證，對方案加以修改和完善。 3）進行計算機建模，畫出三維圖和二維圖。

21、配圖，工程圖等。經過不斷調試，不斷 改進達到預期成果。 4) 利用軟件模擬仿真，完成部分結構的加工，安裝，調試。 2.2總體結構設計總體結構設計 數控沖壓送料機主要用于平板材料的沖壓時自動送料?？傮w動作流程如圖 2-1 所示， 首先根據板料位置關系，設計自動上料裝置：上料裝置由兩部分組成，一是由真空吸盤 抓取板料，二是由另一個單軸導軌電機帶動真空吸盤吸取板料到機床工作臺上；上料部 分結束。板料到工作臺上進行板料夾緊，保證板料沖壓時固定；然后根據沖壓需求進行 工作臺 x 軸 y 軸方向點的傳動。一個流程結束。 圖 2-1 總體結構設計 2.3上料裝置結構設計上料裝置結構設計 自動上料裝置可以分成

22、兩個部分：第一步是進行板料抓取，由真空吸盤完成；第二 部，進行板料傳送，采用直線導軌傳動。上料裝置簡圖如圖 2-2 所示。 開始上料 抓取板料 定位傳送板料夾緊工作臺傳動 沖壓 結束 圖 2-2 上料裝置結構 2.4定位傳動裝置結構設計定位傳動裝置結構設計 定位傳動裝置在送料機中是非常重要的結構，因為主要的沖壓環節就在定位傳送這個過 程中來實現的。因此，傳動過程中必須保證板料固定，且為了節約板料而工作臺進行 xy 軸方向傳動。 定位傳送裝置主要就是把板料進行夾緊，然后工作臺配合沖壓機床進行 xy 方向傳動。 簡化裝置如圖 2-3 所示 圖 2-3 機床工作臺簡圖 2.5主要技術指標主要技術指標

23、 （1）沖壓板料尺寸：鐵板800mm*1000mm （2）厚度：1mm （3）沖床沖次：30次/每分鐘 （4）檢測過程對板料表面無損傷，無變形，檢測定位輸送無振動等。 （5）沖壓形狀：400mm 圓筒蓋 第第 3 章上料裝置結構設計及其校核章上料裝置結構設計及其校核 自動上料裝置要求實現快速上料功能。在上料的過程中，動作要求快速精準，盡量 縮短時間，以配合機床工作臺的定位輸送動作。上料裝置主要分為兩部分：由真空吸盤 抓取板料，電動滑臺進行板料傳送。 3.1吸盤的設計及選擇吸盤的設計及選擇 3.1.1 概述概述 真空吸盤是用真空產生的負壓吸緊工件的執行器件，它能吸運玻璃、鋼板、塑料、 木材等材質

24、的工件，且因為具有清潔、平穩、可靠、方便、效率高以及對工件表面無損 害等優點，在各個領域的物品取放工序上得到廣泛的應用。真空吸盤的工作原理（如圖 3-4 所示）：首先將真空吸盤通過接管與真空設備(如真空發生器等) 接通，然后與待抓取 物如玻璃、紙張等接觸，起動真空設備抽吸，使吸盤內產生負氣壓，從而將待抓取物吸 牢，即可開始搬送待抓取物。當待抓取物搬送到目的地時，平穩地充氣進真空吸盤內， 使真空吸盤內由負氣壓變成零氣壓或稍為正的氣壓，真空吸盤就脫離待提升物，從而完 成了提升搬送重物的任務。如圖 3-2 為 smc 部分真空吸盤。 圖 3-1 真空吸盤吸附原理圖 隨著氣動技術的不斷提高和完善，真空

25、吸盤已經演變為真空機械手了，它是機-氣一 體化應用的典范，在各個方面發揮著自己的優越性：可以輸送不易手工握持的工件、容 易變形的工件；可以對磨削、拋光、噴漆等過程中的工件給以夾持；可以通過改變吸盤 的配置系統和吸盤的形狀、材質，來實現對不同重量、不同材料、不同質量表面的工件 的拾取和移動。 現如今，真空吸盤種類繁多，樣式多樣。經多方查詢，未找到合適的國產吸盤，國 內一些廠家生產的吸盤只能用于吸附紙張、塑料薄膜等輕軟物品，故選用 smc 公司的真 空吸盤，該公司擁有多種類型的真空吸盤，再和各種材料組合成上千種的真空吸盤，其 直徑范圍可達 1-630mm。 3.1.2 真空吸盤的特點真空吸盤的特點

26、 1）易損耗。由于它一般用橡膠制造，直接接觸物體，磨損嚴重，所以損耗很快。 2）易使用。不管被吸物體是什么材料做的，只要能密封，不漏氣，均能使用。電磁 吸盤就不行，它只能用在鋼材上，其他材料的板材或者物體是不能吸的。 3）無污染。真空吸盤特別環保，不會污染環境，沒有光、熱，電磁等產生。 4）不傷工件。真空吸盤由于是橡膠材料所造，吸取或者放下工件不會對工件造成任 何損傷。而掛鉤式吊具和鋼纜式吊具就不行。在一些行業（如 pcb 板相關行業），對工 件表面的要求特別嚴格，他們只能用真空吸盤。 3.1.3 真空吸盤的分類真空吸盤的分類 真空吸盤分為無動力和有動力兩類：無動力真空吸盤又稱自吸式真空吸盤，

27、它由吊 鉤帶動活塞桿抽真空，結構簡單且無噪聲，但是一般只能吸附 500kg 的物件；有動力真 空吸盤通過真空泵或真空發生器獲得真空，結構復雜且有噪聲，但由于其吸附力大可靠 性高而被普遍使用。 有動力真空吸盤有平型、平型帶肋型、深型、風琴型、長圓型和擺動型多種，如圖 3-5 所示。平型吸盤形狀各異、材料種類眾多，是最為普通的真空吸盤，用于工作表面是 平面且不變形等的場合；平型帶肋型吸盤用于工件易變形的場合和工件可靠脫離的場合； 深型吸盤用于工作表面是曲面的場合；風琴型吸盤在接觸工件時具有良好的緩沖性、吸 附剛性好、吸力強，能吸附紙張、食品包裝袋等柔軟的制品；長圓型吸盤用于吸著面小 的工件；擺動型

28、吸盤用于吸著面不是水平的場合。本設計中采用的上料吸盤裝置需要有 一定的緩沖性，且考慮到吸附力強、可靠性高等優點，采用風琴型真空吸盤。 圖 3-3 幾種常見的真空吸盤類型 3.1.4 真空吸盤的材質真空吸盤的材質 真空吸盤一般用的材質有 nbr、硅橡膠、聚氨酯、氟素橡膠、epr、導電 nbr、導電 硅橡膠等，如表 3-1 為真空吸盤常用材質特性。 nbr 材質的真空吸盤一般用于硬殼紙、膠合板、鐵板以及其他一般工件；硅橡膠材質 的真空吸盤一般用于半導體元件、薄工件、金屬成型制品和食品類；聚氨酯材質的真空 吸盤常用于硬殼紙、膠合板鐵板及其他一般工件；氟素橡膠材質的真空吸盤常用于藥品 類的吸?。粚щ姽?/p>

29、橡膠材質的真空吸盤用于一般半導體（靜電防止）；導電 nbr 材質的 真空吸盤用于半導體（靜電防止）。 表 3-1 常用材質特性 項目 材質 硬度 hs（5）耐熱溫度耐磨性 nbr500120常規使用 硅橡膠503025不可使用 聚氨酯50060常規使用 氟素橡膠500250一定條件 epr502015一定條件 導電硅橡膠501020不可使用 3.1.5 真空吸盤的選擇真空吸盤的選擇 根據設計要求，要求抓取的板料必須平穩、快速的收納至機床上。因此，必須保證 真空具有足夠的吸附力。板料最大尺寸為 1000mm*800mm*1mm，取密度 p=7.9*103kg/m3，故板料最大重量為： （3-62

30、8 . 9001. 08 . 01109 . 7 3 3 kg n mmm m kg gvg 1） 該設備采用 smc 的真空發生器，真空壓力為-80 kpa。為保證抓取的平穩性，在機械手左 右兩側對稱安裝 2 個丁晴橡膠真空吸盤，共計 4 個真空吸盤。這樣，每個真空吸盤最小 吸附力大小為： （3-2） n n g w 5 . 15 2 64 根據液壓氣動技術手冊查得真空吸盤理論吸力的計算，公式如下 （3-3） t ps w 10 式中： w：工件重量（n ）； p：真空壓力（kpa)； s：吸盤有效截面積（cm2)； t：安全系數 水平吸取工件：4 以上； 垂直吸取工件：8 以上 （如圖 3

31、-4 所示）； 根據設計要求，吸取方向既有水平吸取也有垂直吸取工件，故 t 選 4；即： ,故選擇的吸盤（的吸盤的有效面積 8.04cm2），75 . 7 804 5 . 1510 10 p wt s3232 滿足設計要求。最后，本設計選擇的吸盤的相關參數為：吸盤直徑為；吸盤類型為風32 琴型（b）；吸盤材料為丁晴橡膠（n）；緩沖形式為可回轉型（j）；緩沖行程為 50mm； 快換接頭（06）；安裝連接方式為外螺紋 m10*1（a10），故機械手執行機構中吸板所需 要的真空吸盤選擇 smc 公司的 zpt10bnj50-12-a10。 圖 3-4 兩種吸取方式示意圖 3.2直線導軌的選擇直線導軌

32、的選擇 直線導軌一般通過滾珠絲杠或者同步齒形帶傳動，以精密直線導軌作為導向機構， 用以實現搬運，定位，移載，取放，檢測等功能。在自動化領域應用廣泛。直線導軌配 合伺服電機或者步進電機，可以實現不同應用場合下的精確傳動。圖 3-5 為 hiwinir 系 列直線導軌。 從傳動結構上來看，目前的直線導軌主要有滾珠絲杠傳動和同步齒形帶傳動，直線 電機傳動等方式。目前從成本和使用范圍來說，滾珠絲杠式和同步皮帶式應用比較廣泛。 由于結構原理不同，產品的性能和使用場合也有所差別。 圖 3-5 hiwin 直線導軌 3.1.1 滾珠絲杠導軌的特點滾珠絲杠導軌的特點 滾珠絲杠傳動即由電機通過聯軸器或同步帶輪驅

33、動滾珠絲杠轉動，進而推動固定在 直線導軌上的滑塊前后移動。滾珠絲杠具有定位精度高，摩擦力小，剛性高，負載能力 強特點?？墒菍崿F精準的定位。速度方面，取決于電機的轉速和絲杠導程的大小。絲杠 導程越大，相同的電機輸出速度下單軸機械手滑塊移動的速度也越大。 3.1.2 同步齒形帶導軌的特點同步齒形帶導軌的特點 同步齒形帶傳動是由電機驅動同步帶的主動輪轉動，進而有皮帶帶動直線導軌上的 滑塊前后移動。同步齒形帶具有噪音低，移動速度快，成本較低等特點。速度方面，一 般可以實現比滾珠絲杠更高的速度。同時沒有臨界速度的限制，在長行程傳送方面具有 更加的性價比。 3.1.3 直線導軌的選型直線導軌的選型 由于我

34、們所要用的時間間隔較短，同時要求的速度較快，故選擇同步齒形帶傳動。 如圖 3-6 同步帶導軌。 圖 3-6 同步齒形帶導軌 3. 3 同步帶概述同步帶概述 同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優點而發展起來的新塑傳動帶。它 由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長 小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節線長度基本保持不變，帶與 帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。 同步帶傳動（見圖 3-7）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性 好，抗老化性能好，一般使用溫度-2080，v50m/s，p30

35、0kw,i10,對于要求同步 的傳動也可用于低速傳動。 圖 3-7 同步帶傳統 同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環行帶及具有相應吻合的輪所組成。 它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合 來傳遞動力。 同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩， 能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達 1:10。允許線速度可達 50m/s，傳遞功率從 幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達 98%，結構緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無 污染，因此可在不允許有污染和工作環境較為惡劣的場所下正常工作。因此，三軸聯動 機械手旋轉機構傳動方式采用同步帶輪

36、結構。 3.3.1 同步帶的特點同步帶的特點 (1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比； (2)、傳動平穩，具有緩沖、減振能力，噪聲低； (3)、傳動效率高，可達 0.98，節能效果明顯； (4)、維護保養方便，不需潤滑，維護費用低； (5)、速比范圍大，一般可達 10，線速度可達 50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可 達幾瓦到幾百千瓦； (6)、可用于長距離傳動，中心距可達 10m 以上。 3.3.23.3.2 同步帶傳動的設計準則同步帶傳動的設計準則 據對同步帶傳動失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機械性能，制造 工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴格，安裝調試也正確，那么許

37、多失效形式均可避免。因 此，在正常工作條件下，同步帶傳動的主要失效形式為如下三種； (1)同步帶的承載繩疲勞拉斷； (2)同步帶的打滑和跳齒； (3)同步帶帶齒的磨損。 因此，同步帶傳動的設計淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強度，保 證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質較多的工作條件下應對帶齒進行耐磨性計算。 3.3.33.3.3 同步帶分類同步帶分類 同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(h 系列又稱 htd 帶)、平 頂圓弧齒(s 系列又稱為 stpd 帶)和凹頂拋物線齒（r 系列)。 梯形齒同步帶：梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。 雙

38、面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號 da)和交錯齒型(代號 db 。 梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節距制和模數制。我國采用節距制，并根據 iso 5296 制訂了同步帶傳動相應標準 gb/t 1136111362-1989 和 gb/t 11616-1989。 弧齒同步帶：弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結構與梯形齒同步帶基本相同， 帶的節距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。 3.4 上料裝置結構元件計算與校核上料裝置結構元件計算與校核 3.4.1 伺服電機的計算伺服電機的計算 由于沖壓機沖次 30 沖每分鐘，板料 800*1000，所沖料為 400 圓，故上料裝置從板料 抓

39、取到工作臺最短時間為 8 秒，估算板料行程 2m，板料最慢速度，即平 min 250mmv 移導軌塊最慢，同步輪短軸直徑 16mm，現暫定同步輪直徑 40mm，得電 min 250mmv 機速度 120 轉/每分鐘。選取電機為瑞士麥柯升大功率空心杯直流減速電機 re35，功率 300w 3.4.2 同步帶傳動設計計算同步帶傳動設計計算 已知基本參數為：伺服電機輸出功率為 300w,兩帶輪轉速相等均為 120rad/s,工作狀 況為機械上料板料上料及平移傳動。根據機械設計手冊-機械傳動中同步帶設計，其 計算過程如下： 1.電機額定輸出功率的確定。 0w （3-1）30p 2、確定計算功率。 電動

40、機每天使用24小時左右，查機械設計手冊-機械傳動表 13-1-68 得到工作情況系 數=1.9。則計算功率為： a k （3-2）kwwkp apd 57 . 0 3009 . 1 3、帶輪轉速計算。 帶輪轉速 120rad/s （3-3） 4、選定同步帶帶型和節距。 根據小輪轉速和設計功率，由機械設計手冊-機械傳動圖 13-1-7 可以看出，應選 t5 型同步帶，其中節距為 5 mm。 表 3-2 工作情況系數看 a k 原動機 交流電機（普通轉矩籠型、同步 電機）、直流電動機（并勵）， 多缸內燃機 交流電動機（大轉矩、大滑差、 單相、滑環） ，直流電動機（復 勵、串勵）單缸內燃機 運轉時間

41、運轉時間 斷續使 用每日 35h 普通使用 每日 810h 連續使 用每日 1624h 斷續使用每 日 35h 普通使 用每日 810h 連續使 用每日 1624h 工作機 a k 復印機、計算機、醫療器械1.01.21.41.21.41.6 清掃機、縫紉機、辦公機械、帶 鋸盤 1.21.41.61.41.61.8 輕載荷傳送帶、包裝機1.31.51.71.51.71.9 液體攪拌機、圓形帶鋸、洗滌機、 造紙機、印刷機械 1.41.61.81.61.82.0 攪拌機（水泥、粘性體） 、帶式 輸送機（礦石、煤、砂） 、離心 壓縮機、回轉壓縮機、往復式發 動機、中挖掘機、牛頭刨床 1.51.71.

42、91.71.92.1 輸送機（盤式，吊式） 、洗滌機、 鼓風機（離心式、引風排風） 、 1.61.82.01.82.02.2 抽水泵、發動機、卷揚機、起重 機、激勵機 5、選取主動輪齒數 1 z 根據機械設計手冊-機械傳動表 13-1-69 查得，t5 同步輪最少齒數為12， = 在條件允許的情況下齒數應取較大的值，故取=24。 1 6 左帶輪節圓直徑確定 （3- b pz d 1 1 14 . 3 524 mm 6 . 38 4） 7、右帶輪相關數據確定 由于系統傳動比為，所以大帶輪相關參數數據與小帶輪完全相同。齒數，1:124 2 z 節距mmpb5 8、帶速 v 的確定 = 0.25m/

43、s （3- 100060 11 nd v max v 5） 9、初定同步帶帶長及其齒數 op l b z =421 mm （3- 0 2 12 1200 4 57. 12 a dd ddal p ）（ ）（ 6） 查機械設計手冊-機械傳動表 13-1-57，得=84，=420mm, b z p l 11 實際中心距 在此處，設計帶輪中心距可調，故 a=150+0.5=150.5，圓整取 150mm. 2 0 opp ll a 12、主動輪嚙合齒數 =12 1 126 5.0z a dd entzm （3-7） 在本次設計中傳動比為一，所以嚙合齒數為帶輪齒數的一半，即=12。 m z 13、基本

44、額定功率的計算 0 p 查機械設計手冊-機械傳動表 13-1-76 可以知道 1000 )( 2 0 vmvt p a =2100.85n，m=0.448kg/m。 a t 所以同步帶的基準額定功率為 =0.6kw （3- 0 p 1000 2*)2448 . 0 85.2100( 2 8） 14 計算帶寬 （3-22 127 . 0 75 . 0 1010 om d s pz p b 9） 查機械設計手冊-機械傳動表 13-1-52 取。 = 25 15、計算作用在軸上力 r f =285n. （3- r f v pd1000 10） 3.4.33.4.3 同步輪的設計同步輪的設計 根據同步

45、帶的設計，選擇相應的同步輪，與同步帶相嚙合的同步輪為梯形齒同步輪， 齒形具體參數查閱機機械設計手冊-機械傳動表 13-1-60，如下圖 5-10 所示： 表 3-3 t5 同步輪齒形尺寸 型號節距齒形角外圓齒 槽寬 0 b 齒根圓 齒槽底 寬 w b 齒槽深度 g h 齒根圓角半 徑 0 b 齒頂圓角 半徑 0 b 節頂距 t55mm 50 3.32mm4.3mm1.02mm0.6mm0.8mm0.5mm 第四章第四章 機床工作臺的設計及其校核機床工作臺的設計及其校核 機床工作臺是沖床完成沖壓工序的地方，他必須要準確，及時配合沖床的的沖壓。其 結構與沖床原工作臺相吻合。 4.14.1 工作臺的

46、組成工作臺的組成 4.1.14.1.1 絲桿傳動裝置絲桿傳動裝置 絲杠是將旋轉運動變成直線運動的傳動副零件，在機床上，它是用來完成進給運動的 一個重要原件。機床絲杠不僅要能準確地傳遞運動，而且還要能傳遞一定的動力。所以 它在精度、強度以及耐磨性各方面，都有一定的要求 床絲杠按其摩擦特性可分為三類:即滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠。 由于滑動絲杠結構簡單，制造方便，所以在機床上應用比較廣泛。 滑動絲杠的牙型 多為梯形。這種牙型比三角形牙酬具有效果高，傳動性能好，精度高，加工方便等優點。 滾動絲杠義分為滾珠絲杠和滾柱絲杠兩大類。滾珠絲杠與滾柱絲杠相比而言，摩擦 力小，傳動效率高，精度也高，因而比較常

47、用，但是其制造工藝比較復雜。 靜壓絲杠有許多的優點，常被用于精密機床和數控機床的進給機構中。其螺紋牙形 與標準梯形螺紋牙形相同。但牙形高于同規格標準螺紋 1.52 倍，目的在于獲得良好油 封及提高承載能力。但是調整比較麻煩，而且需要一套液壓系統，工藝復雜，成本較高。 4.1.24.1.2 導軌副元件導軌副元件 直線導軌:金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導移動裝置或設備并減 少其摩擦的一種裝置。導軌表面上的縱向槽或脊，用于導引、固定機器部件、專用設備、 儀器等。 直線導軌又稱滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有比直線軸 承更高的額定負載， 同時可以承擔一定的扭矩，可在

48、高負載的情況下實現高精度的直線 運動高效耐用。 4.1.34.1.3 夾緊裝置夾緊裝置 夾緊裝置的組成動力裝置、夾緊元件、中間傳力機構 夾緊裝置的基本要求: (1)夾緊既不應破壞工件的定位，或產生過大的夾緊變形，又要有足夠的夾緊力，防止 工件在加工中產生振動； (2)足夠的夾緊行程，夾緊動作迅速，操縱方便、安全省力； (3)手動夾緊機構要有可靠的自鎖性，機動夾緊裝置要統籌考慮夾緊的自鎖性和原動力 的穩定性； (4)結構應盡量簡單緊湊，制造、維修方便。 4.1.44.1.4 驅動元件驅動元件 機械各種驅動方式的比較，如下表 表 4-1 各種驅動方式比較 驅動方式 電機 驅動 比較內 容機械傳動

49、異步電機， 直流電機 伺服電機 氣壓傳動液壓傳動 輸出力 矩 輸出力矩較大 輸出力可較 大 輸出力矩較小 氣體壓力小， 輸出力矩小， 如需輸出力矩 較大，結構尺 寸過大 液體壓力高，可 以獲得較大的輸 出力 控制性 能 速度可高，速度 和加速度均由機 構控制，定位精 度高，可與主機 嚴格同步 控制性能較 差，慣性大， 步易精確定 位 控制性能好， 可精確定位， 但控制系統復 雜 可高速，氣體 壓縮性大，阻 力效果差，沖 擊較嚴重，精 確定位較困難， 低速步易控制 油液壓縮性小， 壓力流量均容易 控制，可無級調 速，反應靈敏， 可實現連續軌跡 控制 應用范 圍 適用于自由度少 的專用機械手， 高

50、速低速均能適 用 適用于抓取 重量大和速 度低的專用 機械手 可用于程序復 雜和運動軌跡 要求嚴格的小 型通用機械手 中小型專用通 用機械手都有 中小型專用通用 機械手都有，特 別時重型機械手 多用 由上表可知伺服電機應用于驅動工業有著許多無可替代的優點，如控制性能好， 可精確定位，體積較小可用于程序復雜和運動軌跡要求嚴格的小型通用機械傳動等。而 同步伺服驅動電機功率范圍大，可調范圍廣，轉動慣量大，最高轉速比較低，且隨著功 率增大轉速快速降低，因而特別適用于快速速平穩運行的機構。 4.2 工作臺的組成元件的選擇工作臺的組成元件的選擇 4.2.1 電機的選擇電機的選擇 根據沖床沖次，沖壓材料形狀

51、，得到工作臺進給 滾珠絲min/200 maxmax mmvv fyfx 桿導程 10mm，即電機轉速 1200 轉/每分鐘。根據性價比選擇130aea11025-sh0 型號電機 額定電壓 220v 額定功率 1100w 額定轉矩 4.2 n.m 峰值轉矩 12.6n.m 額定轉速 2500rpm 額定電流 4.3a 圖 4.1 伺服電機 4.2.2 絲桿的選擇絲桿的選擇 伺服電動機的旋轉運動需要通過絲杠螺母副轉換成直線運動，要滿足定位精度，滑動 絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態響應 快、運轉平穩、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙，而且滾珠絲杠已經

52、系列化， 選用非常方便，有利于提高開發效率。由 下表知， 表 4-2 滾珠絲桿選型表 型式基本額定載荷螺旋方向 螺帽 種類 精度 等級 type絲桿軸 外徑 螺距c（動） kn c（靜） 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 塊狀 螺帽 c10 bsbr(bsbrk) 25 1027.576.3 右 初步選擇，x 軸方向螺距 10 絲桿軸外徑 20 的 bsbrk-1500-f5-p 12 的滾珠絲桿 y 軸方向

53、選擇螺距 10 絲桿軸外徑 40 的 bsbrk-1500-f5-p25 滾珠絲桿 4.2.3 導軌副的選擇導軌副的選擇 要設計的 x-y 工作臺是用來配套輕型數控沖壓機床，需要承載的載荷不大，但脈沖當量 小，定位精度高，因此，決定選用直線光軸導軌，它具有摩擦系數小、不易爬行、傳動 效率高、結構緊湊、安裝預緊方便等優點。 圖 4-2 直線光軸 4.2.4 夾緊元件的選擇夾緊元件的選擇 本夾緊件是薄板料，顧只需要氣缸件夾持即可。參考示意圖如下： 圖 4-3 夾緊元件 4.3 工作臺的結構設計工作臺的結構設計 機床工作臺原理圖： 圖 4-4 機床機構示意圖 x 軸方向上電機通過聯軸器與滾珠絲桿相連

54、接，帶動夾緊裝置，進行板料夾緊。而 y 軸上支撐住 x 軸機床架重量，并進行往復運動。 4.4機床工作臺的結構校核機床工作臺的結構校核 4.4.1滾珠絲桿的校核滾珠絲桿的校核 （1）最大工作載荷 fm 的計算 在沖壓時，工作臺受到進給方向的載荷（與絲杠軸線平行）fx=0n，受到橫向的載荷（與絲 杠軸線垂直）fy=473n，受到垂直方向的載荷（與工作臺面垂直）fz=719n。 已知移動部件總重量 g=900n，按矩形導軌進行計算，查表 4-3 表 4-3 最大工作載荷 fm 實驗計算公式及參考系數 導軌類型實驗公式k 矩形導軌)(gffkff yzxm 1.10.15 燕尾導軌)2(gffkff

55、 yzxm 1.40.2 三角形或綜合導軌)(gfkff zxm 1.15 0.150. 8 注：表中摩擦因數 均為滑動導軌。對于貼塑導軌 =0.030.05，滾動導軌 =0.0030.005。 表中，fx 為進給方向載荷，fy 為橫向載荷，fz 為垂直載荷，單位均為 n；g 為移動部件總 重力，單位為 n；k 為顛覆力矩影響系數； 為導軌的摩擦系數。 取移動部件總重量 g=900n，按矩形導軌進行計算，查表 2-9，取顛覆力矩影響系數 k=1.1，滾動導軌上的摩擦因素 =0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：、 ngffkff yzxm 2301900473719005 . 0 2082

56、1 . 1)( （2）最大動載荷 fq 的計算 設工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度 v=350mm/min，初選絲杠導程 ph=5mm，則 此時絲杠轉速 n=v/ph=70r/min。 取滾珠絲杠的使用壽命 t=15000h，代入 l0=60nt/106，得絲杠壽命系數 l0=63（單位為： 106r） 。 查表 4-3，取載荷系數 fw=1.2，滾道硬度為 60hrc 時，取硬度系數 fh=1.0，代入式 4-1 （4-1） mhwq ffflf 3 0 即：nfq969823010 . 12 . 163 3 式中：l0滾珠絲杠副的壽命，單位（106r） 。l0=60nt/106， （

57、其中 t 為使用壽命，普通 機械取 t=500010000h，數控機床及一般機電設備取 t=15000h；n 為絲杠每分鐘轉速） ； fw載荷系數，由表 4-3 查得。 fh硬度系數（58hrc 時，取 1.0；等于 55hrc 時，取 1.11；等于 52.5hrc 時，取 1.35；等于 50hrc 時，取 1.56；等于 45hrc 時，取 2.40） ； fm滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為 n。 表 4-3 滾珠絲杠載荷系數 運轉狀態載荷系數 fw 平穩或輕度沖擊1.01.2 中等沖擊1.21.5 較大沖擊或振動1.52.5 （3）傳動效率 的校核 將公稱直徑 d0=25mm，導程

58、ph=5mm，代入，得絲杠螺旋升角 )/(arctan 0 dph 。將摩擦角，代入，得傳動效率。 383 0 1 tan/tan% 9 . 95 效率要求大于 90%，該絲杠副合格。 （4）絲桿剛度的校核 x-y 工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用一 對推力角接觸球軸承，面對面組配，左、右支承的中心距離約為 a=550mm；鋼的彈性模量 e=2.1105mpa；滾珠直徑 dw=3.175mm，絲杠底徑 d2=21.2mm，絲杠截面積 。 22 2 8 . 3524/mmds 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1在總變形量中的比重較大，可按下式計算： (4-2)

59、ie ma es afm 2 2 1 式中：fm絲杠的最大工作載荷，單位為 n a絲杠兩端支承間的距離，單位為 mm e絲杠材料的彈性模量，鋼的 e=2.1105mpa s絲杠按底徑 d2確定的截面積，單位為 mm2 m轉矩，單位為 nmm i絲杠按底徑 d2確定的截面積慣性矩（） ，單位為 mm464/ 4 2 di 滾珠與螺紋滾道間的接粗變形量 2 無預緊時 (4-3) 3 2 2 10 1 0038. 0 z f d m 有預緊時 (4-4) 3 2 2 10/10 0013 . 0 zfd f yjw m 式中 dw滾珠直徑，mm z滾珠總數量，z=z圈數列數 z單圈滾珠數，（外循環）

60、 ，（內循環） w ddz/ 0 3/ 0 w ddz fyj預緊力，單位 n 忽略式 1-1 中的第二項，算得絲杠在工作載荷 fm 作用下產生的拉/壓變形量=0.0124mm 即mm es afm 0171 . 0 8 . 352101 . 2 5502301 5 1 2）根據公式，求得單圈滾珠數 z=22；該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數3/ 0 w ddz 列數為 42，代入公式：z=z圈數列數，得滾珠總數量 z=176。絲杠預緊時，取軸向 預緊力 fyj=fm/3=767n。則由式 4-4，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 mm zfd f yjw m 0015 . 0 10/17667