电路板涂胶机的设计

领取CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘 要数控机床的广泛应用，标志着机电一体化技术的高速发展和取得的成绩。本论文主要介绍的是电路板涂胶机设计，共分为以下几大部分：一、机床机械结构的设计与计算，主要介绍了一些非标准件，如机架、涂胶头、吸盘等的设计计算，滚珠丝杠的选用与计算，直线滚动导轨和圆柱导轨的选用及计算，在已知条件下进行步进电动电机的选用；二、气压系统的整体设计与气压元件的选用和计算（吸盘采用气压系统），整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成，气压原件的选择主要为气压缸。三、控制部分的设计，其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制、硬件电路图的绘制、控制程序的编写，在硬件电路图的设计中根据机械部分设计时所选用的电机来确定其驱动芯片。此外，本论文可参详机械图进行对照分析，可作为机床工艺说明使用。关键词 直线滚动导轨 圆柱导轨 气缸 AbstractExtensive use of CNC machine tools, mechatronics marked the rapid development and achievements. This paper introduces the processing of CNC surface grinder-link at both ends of the overall design process, a total is divided into the following major parts: The first part of the mechanical structure for the machine tool design and calculation, introduced a number of non-standard items, such as shaft parts, feed plates, pulley calculation, such as design, selection and calculation of ball screw, V with the selection and use of root to determine the number of known conditions of the selected motor (including the stepper motors and three-phase asynchronous motor); The second part of the overall design of pneumatic system components and the pressure of selection and calculation of the overall design, including the principle of pressure mapping system, pneumatic circuit components, the original choice of major depression for the pressure tank, pressure pump and valve choice and calculation, as the air pressure pump driven by the needs of electric, so to join in this part of the pump motor selection and calculation; The third part of the design is divided into control, including the choice of the controller to control the flow chart of the drawing, the rendering hardware circuitry to control the preparation process, the design of the hardware circuit diagram in accordance with the design of mechanical parts of the selected motor to determine the the driver chip. In addition to three major addition, the paper also presented a rough mechatronics technology development, can be used as the use of machine tool technologyKeywords linear rolling guide rails cylinder cylinder目 录第1章 绪 论11.1题目的来源及意义11.2设计内容1第2章 总体方案的设计22.1设计的总体目标22.2机械部分可行性分析22.3控制部分可行性分析5第3章 机械结构的设计73.1 X、Y、Z工作台和涂胶头导轨副的计算与选型83.1.1 导轨选择考虑的因素：83.1.2 直线滚动导轨副的计算与选型：93.1.3 圆柱直线导轨副的选型：103.2 传动部件的计算和选型113.2.1 滚珠丝杠的特点113.2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型：113.3 丝杠用电机的选用153.4 增量式旋转编码器的选用183.5 步进电动机驱动电源的选用183.6 联轴器的选型193.7 轴承的选型与校核203.8 机架的设计21第4章 气压系统的设计264.1 气压系统原理图264.2气压元件的选择与计算274.2.1吸盘气压缸的计算与选型：274.2.2气压阀类的选用284.2.3气泵的选择计算294.2.4泵用电机的计算与选型294.2.5其它辅助气压元件的选择30第5章 控制系统的设计325.1控制器的选择325.2 PLC技术基本原理325.3 PLC控制程序设计375.4PLC型号的选择385.5驱动器的选择405.6控制流程图425.7硬件电路的设计43第6章 总结466.1关于机器466.2关于设计46致 谢48参考文献49附录50VI第1章 绪 论1.1题目的来源及意义本次毕业设计的题目是电路板涂胶机设计。该设备主要是用来实现给电路板涂保护胶，整个涂胶过程将按照事先编好的程序自动完成。属于典型的机电一体化产品。此题目来源于生产实际。自20世纪50年代中期起,印刷电路版英文简称PCB技术被开始被广泛采用后电路板的生产实现了自动化，即生产率被大大的提高了。正是此项技术的成熟才出现了给电路板涂保护胶以进行散热、防水、固定等的要求，而涂胶机为此应运而生。本次毕业设计的涂胶机体积小、占地面积少能给企业减少厂房使用面积。同时，能够实现自动卡紧电路板，卡紧后本机将根据变好的程序要求要涂覆的区域覆盖。涂层薄厚可在规定范围内任意调节（0.1mm到0.3mm为最宜）。即便更换电路板的型号也可以工作。 随着我国经济稳步发展，人民的生活水平发生了翻天覆地的变化。大到彩电、冰箱、洗衣机、空调、电脑、微波炉，小到手机、MP3、MP4、等等，已经几乎成为大部分家庭的必须品。而这些电器和电子产品使用的正是这种印刷电路板。所以涂胶机是每个电器生产厂家所必备的设备。由此可见，涂胶机有着很强的生命力和广泛的市场。1.2设计内容本设计的内容主要包括三部分：第一部分为机械结构和涂胶头的设计与计算，主要介绍了一些非标准件，如端盖，轴，机架等的设计计算。其次，又介绍了一些标准件的计算与选型，如滚珠丝杠副，直线滚动导轨，圆柱滚动导轨，联轴器，步进电动机等的计算与选型；第二部分为吸盘的气压系统的整体设计与气压元件的计算与选型。整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成，气压原件的选择主要为气压缸；第三部分为控制部分的设计，其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制、硬件电路图的绘制、控制程序的编写，在硬件电路图的设计中根据机械部分设计时所选用的电机来确定其驱动芯片。第2章 总体方案的设计2.1设计的总体目标本次设计的目标是能够使涂胶机实现自动卡紧电路板，并根据编好的程序要求，给要涂覆的区域覆盖。涂层薄厚可在规定范围内任意调节。为了能够深入了解电路板涂胶机的功能特点以完整的完成课题，本人查阅了相关资料。并了解相关设计要求。涂胶机主要工作目的有四方面。一是自动卡紧电路板；二是能够让涂胶头按着要求的轨迹进行运动涂胶。三是能够调节涂胶的厚度。四是保证保护胶始终处在适宜工作的稠度，能够自如涂洒。 按以上述要求计出一套具有结构紧凑，工作效率高、能够准确定位、涂胶头（X、Y、Z）三个方向自由运动、应用方便等特点的电路板涂胶机。2.2机械部分可行性分析本涂胶机主要包括机械部分，控制部分，组成。根据现有的国内外涂胶机的原理及结构，进行结构、尺寸上的来设计。如图2-1所示：图2-1 X轴传动简图图2-2 Z轴传动简图图2-3 Y轴传动简图图2-4 工作台布局简图图2-5 涂胶头结构简图如上图2-1到2-5，本机械部分包括机架、涂胶头的设计、涂胶头X、Y、Z三个方向的传动设计、工作台的定位。由于机架形状比较复杂且为了减少制造成本故采用槽钢焊接。涂胶头采用气动装置，其本身就是一个气缸，当内部活塞向上抽动时，就在胶的表面形成负压随着负压的不断增大保护胶便吸入涂胶头内部。而涂胶头内部的螺旋杆在外部电机的带动下不断的旋转这样是为了防止吸入内部的胶凝固。X、Y、Z三个方向传动的工作原理是相同的，涂胶头固定在Z轴工作台上，Z轴工作台固定再Y轴工作台上，Y轴工作台固定在X轴工作台上。外部步进电机旋转通过联轴器带动丝杠螺母副，螺母带动与螺母固定的工作台，从而，完成工作需要的传动路线。丝杠螺母的精度符合工作的精度要求。导轨从精度要求等综合要求出发，直线滚动导轨较易，涂胶头采用圆柱导轨。涂胶机的工作台的设计主要取决于工件的定位而本机定位采用人工，所只需设计与工件尺寸配合的模板即可。卡紧采用气动装置。2.3控制部分可行性分析图2-6 工作流程图图2-7 控制系统框图如图2-6、2-7控制部分采用PLC控制，这主要是因为它的优点，可靠性高，编程方便，控制功能强，扩展及与外部联接极为方便。其控制的对象为给丝杠螺母和涂胶头提供动力的步进电机，按工作要求控制其转动的方向和速度。具体速度需要现场调试。综上所述：方案可行。第3章 机械结构的设计液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制，从而，沿其界面产生内摩擦力，这特性称为液体的粘性，而本机工作所需的吸胶能力必须克服胶的粘性和胶自身重力以及胶进入涂胶头与胶头内壁的摩擦力实验测试表明，流动液体相邻液层间的速度梯度成正比，即： （3-1），如图3-1所示：图3-1涂胶头尺寸图查机电一体化系统设计实例表7-1知：，代入上式（3-1）得：，取摩擦系数所以,。由生产实践知：给长500mm，宽250mm的电路板涂涂层厚度3mm的胶时大概需要107937.5，所以可知涂胶头容积为10939.5，又因涂胶头内壁直径设计为=50mm，所以算得涂胶头推板行程为53.4mm为了制造方便可取h=55mm。3.1 X、Y、Z工作台和涂胶头导轨副的计算与选型导轨（Guideways）的功用是导向和承载。在导轨副（如工作台和床身导轨）中，运动的另一方（如工作台导轨）叫作动导轨，不动的另一方（如床身导轨）叫做支承导轨。按摩擦性质分为滑动导轨和滚动导轨。在滑动导轨中有静压导轨、静压导轨和普通滑动导轨。静压导轨的原理和静压滑动轴承相同，该导轨多用于进给运动导轨。动压倒轨，当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后，液体的动压效应是导轨的油腔处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成以液体摩擦，这种导轨只能用于高速的场合，故仅用作主运动导轨，例如立式铣床导轨。普通滑动导轨的摩擦状态有的为混合摩擦。按受力状态可分为开式导轨和闭式导轨。在部件自重和外载作用下，导轨面在导轨全长上可以始终贴合的称为开式导轨，如龙门铣床的工作台和床身导轨。部件的自重不能使主导轨面始终贴合，就必须增加压板，形成辅助导轨面，称为闭式导轨。3.1.1 导轨选择考虑的因素：1. 导向精度导轨在空载下运动和在切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。保证轴承运动的准确性，是保证导轨工作质量的前提。（1）几何精度直线运动导轨的几何精度一般包括：导轨在竖直平面内的直线度（简称A项精度）；导轨在水平平面内的直线度（简称B项精度）；两导轨面间的平行度，也叫作扭曲（简称C项精度）。在A、B两项精度中，都规定了导轨在每米长度上和导轨全长上，两导轨面间在横向每米长度上的扭曲值。（2）接触精度磨削和刮研的导轨表面，接触精度按的规定，采用着色法进行检查。用接触面所占的百分比或面积内接触点数衡量。2. 精度保持性影响精度保持性的主要因素是磨损。提高耐磨性以保持精度，是提高机床质量的主要内容之一，也是科学研究的一大课题。常见的磨损形式有磨料（硬粒）磨损、粘着磨损（或咬焊）和接触疲劳。磨料磨损经常发生在边界摩擦和混合摩擦状态。磨粒夹在导轨面间随之相对运动，形成对导轨面的切削，使导轨面产生划伤。磨料的硬度越高，相对滑动速度越大，压强越大，对摩擦副的危害也越大。磨料磨损很难避免，是导轨防护的重点。粘着磨损也称为分子机械磨损。当两个摩擦表面相互接触时，在高压强下材料产生塑性变形，相对运动时的摩擦，又使表面层的氧化膜破坏，在新暴露出来的金属表面之间，就会产生分子间的相互吸引和渗透，使接触点粘结而发生咬焊。接触面的相对运动又要将咬焊点拉开，就造成撕裂性破坏。咬焊是不允许发生的。接触疲劳发生在滚动摩擦副中，也是无法避免的。3. 低速运动平稳性当导轨作低速运动或微量位移时，应保证导轨运动的平稳性，即不出现滑移现象。低速运动平稳性与导轨的结构、材料和润滑，与动、静摩擦系数的差值，与传动导轨运动的传动链的刚度有关。4. 结构简单平稳性好大多数机床的导轨都要淬硬，因此导轨的精加工，不能淬硬。设计时要注意使导轨的制造和维修方便，刮研量少。如果采用镶装导轨，则应尽量做到更换容易。5. 导轨的润滑润滑的目的是为了降低摩擦力、减少磨损、降低温度和防止生锈。润滑要求供给导轨清洁的润滑油。油量可以调节。尽量采取自动和强制润滑。润滑元件要可靠。要有安全装。例如静压导轨在未形成油膜之前不能开车和润滑不正常有报警信号等。导轨的润滑方式有很多。可以人工定期向导轨面浇油。此法简单易行，但不能经常保证足够的润滑。也可在运动部件上装油杯，使油沿油孔流或滴向导轨面，也可在运动导轨面上装润滑电磁泵。或手动润滑油泵，定时拉动几下供油。为使润滑油在导轨面上较均匀的分布，保证润滑效果，需在导轨面上开出油沟。综上所述：X、Y、Z三个工作台，工作时不产生切削力。所以，不要求有很强的刚性和抗震性，但要求运动灵敏度高低速运动平稳，定位精度高，故选取直线滚动导轨副。涂胶头选择圆柱直线导轨副。3.1.2 直线滚动导轨副的计算与选型：（1）滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取。 工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本机X，Y工作台水平布置，采用双导轨，四滑块的支持形式。Z工作台竖直方向布置，同样采用双导轨，四滑块的支持形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为： F （3-2）其中，移动部件总重量G=2500N,外加载荷=0N带入式（2-2），得最大工作载荷。查机电一体化系统设计实例表3-41，根据工作载荷,初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷,额定静载荷。根据初步设计，最长导轨长度为800mm。（2）距离额定寿命L的计算。上述选取的KL系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为60HRC,工作温度不超过100每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查机电一体化系统设计实例表3-36表3-40。分别取硬度系数,温度系数，接触系数，精度系数，载荷系数，代入下式： （3-3）远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。3.1.3 圆柱直线导轨副的选型：圆柱直线导轨As系列：主要用途：直线轴在自动传动装置上广泛应用，诸如工业机器人、自动记录仪、计算机、精密打印机、特殊气缸竿、自动塑木机等工业机器，所以本设计的涂胶头的活塞杆的传动也采用圆柱直线导轨副。材料：硬度：精度：g6粗糙度：不超过1.5u m（）硬带：0.83mm外径：3120（GCr15）340（SUS440C）等级长度：100mm3010mm（6000mmis available）长度：100mm不超过5m圆度：不超过3.0（）标准型：S:镀铬型 As：不锈钢3.2 传动部件的计算和选型3.2.1 滚珠丝杠的特点1. 用较小的扭矩转动丝杠（或螺母），可使螺母（或丝杠）获得较大的轴向牵引力。2. 可达到很大的降速比，使降速机构大为简化，传动链得以缩短。3. 能达到较高的传动精。用于进给机构时,还可兼作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺寸，最小数值可达0.0001mm。4. 传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠的传动效率=0.920.96,而一般的常规（滑动）丝杠螺母副的=0.200.40。所以滚珠丝杠的传动效率比常规丝杠的传动效率提高了34倍。因此功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的。5. 给予适当的预紧，可消除丝杠和螺母螺纹间隙，这样反向时就可以没有空程死区，反向定位精度高。与常规丝杠螺母副比较有较高的轴向精度。6. 运动平稳，无爬行现象，传动精度高。滚珠丝杠基本上是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎和运动速度完全无关，这样就可以保证运动的平稳性。由于滚珠丝杠基本上是滚动摩擦，与常规丝杠螺母副比较不宜出现爬行现象，故传动精度高。7. 有可逆性，由于滚珠丝杠副摩擦系数小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以由直线运动转换为旋转运动。丝杠和螺母都可以作为主动件，也可以作为从动件。8. 制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求较高，光洁度要求也高，故制造成本高。例如丝杠和螺母上的螺旋槽滚道，一般都要求磨削成型表面的。9. 不能自锁，特别是垂直丝杠，由于自重惯性力的关系，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需要添加制动装置。3.2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型：在设计滚珠丝杠时，首先要确定其名义直径、螺距及滚珠直径等。确定滚珠丝杠的上述参数时，目前采用的方法是，在防止疲劳点蚀的基础上，即滚性丝杠在工作过程中受轴向负载时，在滚珠和滚道型面间使产生接触应力。在这种交变接触应力的作用下，经过一定的应力循环次数后，就要使滚珠或滚道型面产生疲劳剥伤，而使滚珠副丧失其工作性能，这是滚球丝杠副的主要破坏形式。在设计滚珠丝杠副时，必须保证在一定的轴向负载作用下，这种名义直径D和螺距t的滚珠丝杠在回转一百万转后，在他的滚道上由于受滚珠的压力而不致有点蚀现象，这个负载的最大值称为这种滚珠丝杠能承受的最大动负载。1.X、Y、Z工作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型：（1）最大工作载荷计算： (3-4)其中，移动部件重量包括x工作台、y工作台、z工作台、涂胶头、y、z工作台的导轨等，估计重量约为2500N。滚动导轨副的摩擦系数，因为本机工作没有切削力。故，带入上式（3-4），求得滚珠丝杠副的最大工作载荷。（2）最大动载荷的计算：设工作台在装满胶时且涂胶厚度为最薄为1mm时的最快进给速度初选丝杠基本导程，则此时丝杠转速n=取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入得。查机电一体化系统设计实例表3-30去载荷系数,取硬度系数，代入下式： （3-5）得：。（3）初选型号 ：根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查机电一体化系统设计实例表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式。其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为，精度等级取5级，额定动载荷为9309N,大于满足要求。（4）传动效率的计算 ：将公称直径，导程，代入下式： （3-6）得丝杠螺旋升角。将摩擦角=10，代入，得传动效率。（5）刚度的验算： X-Y-Z工作台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，右支承的中心距离最长约为800mm；钢的弹性模量；查机电一体化系统设计实例表3-31，得滚珠直径，丝杠底经，丝杠截面积。丝杠在工作载荷作用下产生的拉压变形量。 根据公式: (3-7)求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数列数=，代入公式：，得滚珠总数。丝杠预紧时取轴向预紧力。则由式：有预紧时 (3-8)求得：滚珠与螺纹滚道间的接触变形量，因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的，所以，实际变形量可减小一半，取。 将以上算出的代入，求得丝杠总变形量。本设计丝杠有效行程为600mm，由机电一体化系统设计表3-27查得，5级精度滚珠丝杠的有效行程在500630mm时，行程偏差允许达到32m，可见，丝杠刚度足够。（6）压杆稳定性校核：根据公式 （3-9）计算失稳时的临界载荷。查机电一体化系统设计实例表3-34，去支承系数;由丝杠的底径，求得截面惯性剧矩，压杆稳定安全系数k一般取为2.54，由于水平安装时k值大于垂直安装时k的值故k取3(丝杠卧式水平安装)；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值800mm。代入公式（3-9）得临界载荷，大于工作载荷，故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。2.涂胶头丝杠螺母副的计算与选型：（1）工作载荷的计算：涂胶头工作吸胶时需要725N的力与丝杠轴线平行，设为，而与丝杠垂直方向和与工作台垂直方向的两个力均为零，即。已知移动部件总重量，按矩形导轨进行计算，查机电一体化系统设计实例表3-29，取颠覆力矩影响系数k=1.1。滚动导轨上的摩擦因数。代入式(3-4),求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：。（2）最大动载荷的计算：设涂胶头在涂胶厚度为3mm是的最快进给速度v=7.2mm/min。初选丝杠导程，则此时丝杠转速，取丝杠的使用寿命T=15000h，代入，得丝杆寿命系数为(单位为)。查机电一体化系统设计实例表3-30，取载荷系数，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数,代入上式（3-5）得：。（3）初选型号： 根据计算出最大动载荷和初选的丝杠导程，选择深圳市万臣科技有限公司生产的SFK系列SFK00802型滚珠丝杠副，其公称直径为8mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈1列，精度等级取5级，额定动载荷为1422N，大于,满足要求。（4）传动效率的计算：将公称直径，导程，代入上式（3-6）得丝杠螺旋升角=11.257。将摩擦角=10代入得传动效率=98.5。（5）刚度的验算：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，右支承的中心距离最长约为a=100mm；钢的弹性模量。查得滚珠直径，丝杠底径，丝杠截面积。算得丝杠在工作载荷作用下产生的拉/压变形量。根据公式（3-7），求得单圈滚珠数Z=18;该丝杠为单螺母滚珠的圈数列数为31，代入公式得滚珠总数量。丝杠预紧时，取轴向预紧力。则由式（3-8）算得，。因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载1/3,所以，实际变形量可减少一半，取。将以上算出的代入，求得丝杠总变形量。本设计丝杠有效行程为100mm，由机电一体化系统设计表3-27查得，5级精度滚珠丝杠的有效行程在315mm时，行程偏差允许达到23m，可见，丝杠刚度足够。（6）压杆稳定性校核：根据公式（3-9）计算失稳时的临界载荷。查机电一体化系统设计实例表3-34，去支承系数;由丝杠的底径，求得截面惯性剧矩，压杆稳定安全系数k取2，滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值100mm，代入上式（3-9）得临界载荷远大于工作载荷，故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副，满足使用要求。3.3 丝杠用电机的选用（1）本设计中共采用4个电机，考虑到设计要求和电机选择原则等因素，故选择步进电机。且，步进电动机的选型因主要注意以下几点：步进电机应用于低速场合-每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压（建议：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,90BYG采用高于直流100V），当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。转动惯量大的负载应选择大机座号电机。电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少。电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。电机在600PPS（0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。应遵循先选电机后选驱动的原则。（2）X轴电机的计算与选型：计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量：已知：滚珠丝杠的公称直径，总长，材料密度；移动部件总重力；查机电一体化设计实例表4-1知，丝杠的转动惯量: (3-10)其中：-丝杠的质量1.36kg D -丝杠的直径2cm L -丝杠的长度55cm代入上式（2-10）算得：；工作台这算到丝杠上的转动惯量： （3-11）其中：-工作台质量150kg 丝杠导程0.5cm代入（3-11）算得：初选步进电动机型号为90BYG2602,为两相混合式，由常州宝马集团公司生产两相八拍驱动时步矩角为0.75，查机电一体化设计实例表4-5查得该型号电动机转子的转动惯量。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为。计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩分快进空载启动和承受最大工作载荷两种情况进行计算。快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩由下式： (3-12)可知，包括三部分：一部分是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T。因为滚珠丝杠副转动效率很高，根据下式： （3-13）可知，相对于很小，可以忽略不计。则有： （3-14）根据式： （3-15）可以算得：。式中：对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位r/min 步进电动机由静止到加速至转速所需要时间，单位为s其中： （3-16）式中：空载最快移动速度本机 步进电动机步矩角，预选步进电动机的步矩角为0.75 脉冲当量，本例将以上各值代入（3-16）算得。设步进电动机由静止到加速至转速所需时间则由式（3-7）求得：由式（3-13）可算得移动部件运动时折算到电动机轴上的摩擦转矩为： （3-17）式中：导轨的摩擦因数，滚动导轨取0.005 滚珠丝杠导程，单位0.005m 传动链总效率，一般取本设计取0.7 i-总传动比i=1则由上式（3-17）算得：最后由式（2-14），求得快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩为：经过上述计算后，得到加步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：。步进电动机最大静转矩的选定：考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能会丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数，本例中取安全系数k=6则步进电动机的最大静转矩应满足： （3-18）上述初选的步进电动机型号为90BYG2602，由机电一体化系统设计实例表4-5查得该型号电动机的最大静转矩。可见，满足上述式（3-18）要求。步进电动机的性能校核：最快工进速度时电动机输出转矩校核：本机最快工进速度，脉冲当量，由式求出电动机对应的运行频率。从90BYG2602电动机的运行矩频特性曲线图6-1可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩远大于最大工作载荷转矩，满足要求。最快空载移动时电动机输出转矩校核：本机工作台最快空载移动速度，仿照式求出电动机对应的运行频率。从图6-1查得在此频率下，电动机的输出转矩，大于快速空载时启动时的负载转矩满足要求。最快空载负载移动时电动机运行频率校核与最快空载移动速度对应的电动机运行频率为。查机电一体化系统设计实例表4-5可知90BYG2602电动机的空载运行频率可达20000HZ，可见没有超出上限。起动频率的计算：已知电动机转轴上的总转动惯量，电动机转子的转动惯量电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率则可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率上式说明，要想保证不经电动机启动时不失步，任何时候的启动频率都必须小于1160HZ。实际上在采用软件升降频时，起动频率选的更低，通常只有100HZ（即100脉冲/s）。综上所述，本机中工作台的进给传动选用90BYG2602步进电动机，完全满足设计要求。3.4 增量式旋转编码器的选用本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步矩角相匹配。由步进电动机的步矩角，可知电动机转动一转时，需要控制系统发生360/=480个步进脉冲。考虑到增量式编码器输出的A,B相信号，可以送到四倍频率电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选120线。这样控制系统每发一个不进脉冲，电动机转过一个步矩角，编码器对应输出一个脉冲信号。本例选择编码器的型号为ZLK-A-120-05V0-10-H:盘状空心型，孔径10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V，每转输出120个A/B脉冲，信号为电压输出，生产厂家为长春光机数显技术有限公司。3.5 步进电动机驱动电源的选用本例中所用的步进电动机均为90BYG2602型，生产厂家为常州宝马集团公司。查机电一体化系统设计实例表4-14，选择与之配套的驱动电源为BD28Nb型，输入电压100VAC，相电流4A，分配方式为二相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图（3-2）所示。图3-2 电源接线图3.6 联轴器的选型联轴器是用来联接两进给机构的两根轴使之一起回转传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为广泛。套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向移动）。且要求两轴严格对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。根据所设计的系统为小转矩，低转速的小型设备，又因为轴径较小，轴的对中性好，且被连接两轴的轴径大小有相同的也有不同的，所以选择了套同式联轴器和凸缘式连轴器两种一满足上述两种不同的情况。3.7 轴承的选型与校核机床传动轴的滚动轴承的失效形式，主要是在循环接触应力下的作用，滚动体和滚道表面上出现疲劳破环。即通常所说的疲劳剥落。而丝杠轴承的载荷主要是轴向载荷，径向除丝杠和工作台的重量外，一般无外载荷，对丝杠轴承的要求主要是轴向精度和刚度较高，摩擦力矩要小。所以选用60角接触球轴承，该轴承是与滚珠丝杠配合的专用轴承，其主要特点如下：（1）接触角大，钢球数多，承载能力高，刚度高。（2）既能承受轴向载荷，也能承受径向载荷，支撑结构可以简化。（3）轴承启动摩擦力矩小，降低丝杠副的驱动功率，提高进给系统的灵敏度。现选用7000C型号，基本尺寸为:d=10mm,外径D=35mm,宽度B=8mm,基本额定动负荷C=4.29KN,基本额定静载荷C=2.25KN，极限转速（油润滑）为28000。对轴承的疲劳寿命进行校核：由机械设计可知,轴承的基本额定寿命为： L= （3-19）式中：P-当量动载荷； L-基本额定寿命； 寿命指数，球轴承=3；n轴承工作转速，n=1250；C基本额定动载荷，C=2250N；其中：P=f(X+YF)f冲击载荷系数，取1.1；F径向载荷；X、Y径向动载荷系数和轴向动载荷系数。X=0.44,Y=1；P=1.1(0.44305+415)=604N将上述各值代入上式（3-19）得：L=21000h15000h所以该轴承的选用也是合格的。3.8 机架的设计（1）本机由一个工人站立操作。由人体工程学可知站姿的操作范围如下图3-3所示。整个操作过程是：将电路板搬起放置于工作台上，按启动开关机器自动运行，整个涂胶过程完成后再将电路板搬下。本机拟一次只给一块电路板涂胶。图3-3站姿操作范围（2）机架是一个多功能构件，是整机的基础，要求有足够的静动刚度，热变形对精度的影响尽可能小，原始精度和尺寸的稳定性要好，外型美观，运输安装方便。在这些要求当中，强度和刚度是机架的基本技术指标。在许多情况下，刚度尤为重要。本机为单件小批量生产，可用焊接机架。焊接机架与铸造机架相比具有强度高、刚性好、重量轻、生产周期短、施工简便的特点。机架材料选择45钢。焊接的简介：焊接是指利用加热或热加压，或两者并用的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合的一种加工方法。它是现代工业生产中用来制造各种金属结构和机械零件的一种主要工艺方法。焊接结构工艺设计焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。1. 焊缝的布置焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则： 焊缝应尽量处于平焊位置各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。焊缝要布置在便于施焊的位置焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形接头处的硬化组织，影响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面。2. 焊接方法的选择各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。选择焊接方法时应依据下列原则： 焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用 CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。提高生产率，降低成本如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。焊接现场设备条件及工艺可能性选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。3. 焊接接头设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。焊接接头形式设计焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T 形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等。（3）机架危险部分的校核，在机架的结构中，主要受力部分为Z工作台与涂胶头的连接架，该连接架承受的静载为涂胶头及涂胶头内部液体的重力，此外连接架还要承受其他外力，如工人扶住涂胶头时，连接架要承受人的压力。所以，要对上述两部件进行分析。根据设计，两部件均可视为悬臂梁。对横梁分析如下：梁的挠曲线方程为： （3-20）其挠度为： （3-21）其转角为： rad （3-22）受力图 F=1KN x A l B剪力图Fs x -F弯矩图M X -Fl 图3-4 梁的分析梁的剪力为： Fs(x)=-F=-1000N 0 x l （3-23）弯矩为： M(x)=-Fx=-1000*0.34=-340Nm 0xl （3-24）弯曲应力的校核：=170MPa （3-25）截面惯性矩为：I=,am,a （3-26）第4章 气压系统的设计4.1 气压系统原理图气压系统如下图：图4-1气压系统原理图电磁阀动作顺序如下表4.1所示：表4.1电磁阀动作顺序表1YA吸紧+放开-4.2气压元件的选择与计算4.2.1吸盘气压缸的计算与选型：吸盘的作用就是让机械在涂胶时保证电路板不会因为胶的黏着力而移动。而由于电路板本身材质的原因故不能采用机械卡紧又因其是电子元件所以也不允许采用电磁卡紧，所以本机采用气动吸盘卡紧。在卡紧时需要克服的外力很小，所以本设计采用气动装置。（1）根据工作需要选择双作用活塞气缸，安装形式选择后法兰式。（2）本设计为双作用普通气缸，因其只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在有杆腔向无杆腔运行时产生拉力,相反时，产生推力,由生产实际知,故采用计算气缸内径D。由已知得=350N，下式： (4-1)其中：p为气缸工作压力，为气缸的总阻力。它与众多因素有关，如运动部件惯性背压力，密封处摩擦力等。以上因素可以载荷率的形式计入公式，如要求缸的静推力在计入载荷率后： （4-2）因气缸动态参数要求较高，且工作频率高速度低，查设计手册知取0.5当推力作功时： (4-3)求得：查机械设计手册第四版表24.2-4缸筒内径系列取D=40mm。（3）活塞杆的计算，按强度条件计算，当活塞杆的长度较小时即,可以只按强度条件计算，活塞杆直径d （4-4）式中:气缸的推力为350N活塞杆材料的许用应力为235MPa代入（4-4）算得：，查机械设计手册第四版表24.2-5取d=16mm。（4）缸筒壁厚的计算，缸筒直接承受压力，须有一定厚度，由于一般气缸壁厚与内径比,所以，通常可按薄壁筒公式计算： （4-5）式中：气缸筒的壁厚（m）已知 D-气缸筒内径 （m） 已知 气缸实验压力，一般取=1.5p=0.9MPa -缸筒材料许用应力（Pa）为100MPa代入（4-5）求得：查机械设计手册第四版表24.2-7取。（5）气缸工作行程根据工作需要去L=50mm。（6）活塞的密封选择，由于查机械设计手册选择o型密封圈该密封圈结构简单，密封可靠，磨擦阻力小。综上所述：查机械设计手册第4版表24.2-14选QM系列型号小型气缸。4.2.2气压阀类的选用在该涂胶机设备中，气压阀类元件主要使用了电磁换向阀和单向调速阀。电磁换向阀主要控制吸盘气缸的动作顺序，而单向调速阀主要是控制吸盘气缸的动作速度，也起到预防失压的作用。两位四通电磁换向阀的选择：两位位四通电磁换向阀主要控制的是带动上料滑块的双作用气压缸，由已知条件可得，输入流量为： （4-6），因此， （4-7）排除流量为： （4-8）由以上参数，查标准可选得两位四通电磁换向阀的型号为3K25D2-14。单向调速阀的选择：调速阀是由定差减压阀与节流阀串联组成的，而单向调速阀只是在原有的结构上增加了一个单向阀，油液正向流动时起调速作用，反向流动时起单向阀的作用。根据设计要求，查机械设计手册，选择型单向调速阀。表4.2单向调速阀主要技术参数表通径：流量：最小稳定流量：最高压力：质量：4.2.3气泵的选择计算根据以上所选用的气压原件，选择空气压缩机的型号为HPFWJD-11.5/7型，滑片式回转空气压缩机，风冷、无基础、低噪声罩式。排气量为11.5m3/min，排气压力为0.6MPa。4.2.4泵用电机的计算与选型1.电机的选择设计负载重量为2kg（触头，导轨滑块），速度v=0.1m/s。负载转矩: (4-9) 其中：F-负载力 R-带轮半径电机转矩： (4-10)其中： 总效率根据电机转矩选择电机,其参数如表4.3所示：表3.3电机参数表型号额定功率（kw）电机长度(mm)额定转矩(N.m)外形尺寸（mm）电压(v)额定转速（r/min）电机重量(kg)适配驱动器zy80-1500.751502801502491014.1Q3HB220M