三自由度自动送料机及其驱动单元设计.doc

《三自由度自动送料机及其驱动单元设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三自由度自动送料机及其驱动单元设计.doc（41页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、学号xxxx 毕 业 设 计（论 文）三自由度自动送料机及其驱动单元设计教 学 系： xxxxx 指导教师： xxxxx 专业班级： xxxxx 学生姓名：xxxxx 二零xx年六月毕业设计(论文)任务书学生姓名xxx专业班级xxx指导教师xxxx工作单位xxxx设计(论文)题目三自由度自动送料机及其驱动单元设计设计（论文）主要内容设计送料机的机械结构、对相关零部件、传动单元进行分析和计算；以液压或步进电机、交流伺服电机驱动为基础，设计送料机的驱动单元，分析和选型相关器件，对关键零部件进行的三维实体设计。要求完成的主要任务及其时间安排:1.查阅资料、综述文献，撰写开题报告并完成英文资料翻译（3

2、周）；2.设计和计算机械传动系统，绘制机械结构装配图（4周）；3.设计和选型电气驱动单元，绘制驱动单元电路原理图（3周）；4.生成关键零（部）件的三维实体图（1周）；5.撰写设计说明书（2周）。必读参考资料：1 庞振基,黄其圣主编.精密机械设计.北京,机械工业出版社,20002 师素娟,林菁,杨晓兰主编.机械设计基础.武汉,华中科技大学出版社,20083 任振辉,马永鹏主编.电气控制与PLC原理及应用.北京,中国水利水电出版社,20084 湛迪强编著.SolidWorks2008宝典.北京,电子工业出版社,2008 5 芮延年主编.机器人技术及其应用.北京,化学工业出版社,20086 戴广平编

3、著.电动机变频器与电力拖动.北京,中国石化出版社,1999指导教师签名： xxxx 教研室主任签名： 毕业设计（论文）开题报告 专 业 机械设计制造及其自动化 填报时间：2011年3月10日题目三自由度自动送料机及其驱动单元设计学生姓名xxxx班级学号xxxx指导老师xxxxx1. 目的和意义我国工业的发展尤其是汽车工业的发展，对冲压技术自动化提出越来越高的要求。送料机构作为冲压生产中的关键组成，其发展直接影响着整个冲压生产水平，冲压成形作为一门古老而又年轻的制造技术，几乎渗透到国民经济的每一个部门。在许多发达国家从作为支柱产业之一的汽车制造业到农业机械、动力机械、建筑机械、化工机械、精密机械

4、、仪器仪表、医疗器械、日用五金等等，直到航空航天、军事兵器各个门类，冲压制件都占据着相当重要的地位。随着我国工业的发展，冲压制件类型、工艺的复杂化以及人性化生产要求， 手工送料的冲压加工生产由于存在着效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题，冲压生产的手工送料已逐步由自动送料机构所取代，从而进一步满足了冲压生产自动化，大幅度提高生产节拍、生产质量等的要求。冲压生产自动化主要是指包括材料供给、制品及废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异常状况的监视等作业过程自动化， 将这些技术应用到冲压生产流水线的相应环节从而实现冲压生产过程的自动化。自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的

5、要求，是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证，它的自动化程度高低，直接影响着冲压生产效率、生产节拍以及冲压生产整体自动化水平。相比较人工上料，自动送料机有较高的精确度，且又环保，又省时，大大减少了工人的劳动强度，真正做到了低成本，高回报，在现在高速发展的社会，这种自动化机械越来越受重视。自动送料机对企业来说不仅仅只具有创造经济的价值，而且具有很多优点，首先，对环境的适应性强，能代替人从事危险，有害的工作，在长时间工作对人体有害的场所，自动送料机不受影响，只要根据工作环境经行合理设计，选择适当的材料和结构就可以在高温或低温，压力异常，粉尘，放射性条件下工作。其次，自动送料机能持久，耐劳，减少了工

6、人的劳动强度，再次，自动送料机可有程序控制，因此工作稳定，精度较高，能很好的避免人为操作的错误。最后，自动送料机具有工业的通用性和灵活性，能很好的适应产品的变化，满足柔性生产的需要。 综上所述，鉴于各方面优点，在这个领域有很大的潜力，学习和研究都很有价值有必要，本课题就是要设计送料机的机械结构、对相关零部件、传动单元进行分析和计算；以液压或步进电机、交流伺服电机驱动为基础，设计送料机的驱动单元，分析和选型相关器件，对关键零部件进行的三维实体设计。2. 国内外研究现状普通压力机上的送料机构根据送料动力的不同可分为机械、液压、气动三大类，在冲压加工中以机械与气动二类应用较多。气动送料机构具有灵巧轻

7、便、通用性强、其送长度和材料厚度可调整、机构反应迅速的优点。但是，由于气动送料机构是采用压差式气动原理工作，故机构工作噪声较大，影响冲压工作环境，主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。机械送料机构尽管调整相对困难且机构较大，但具有送料准确可靠、机构冲击与振动少、噪声低、稳定性好等优点，仍是目前冲压加工中最常用的自动送料方式。目前冲压生产线的配置中应用较为广泛的是开式单点压力机加装辊轮送料机（或气动送料机），这种生产线可以做单工序或多工序的连续冲压，操作性良好；另一种开式双点压力机加装多工位送料装置，搭配开卷装置、校平装置等组成的用于多工位连续冲压的生产线，由于占地面积和工序间的搬运都明

8、显减少，在生产中应用呈现逐渐增多的趋势；而电机厂应用最多的专门冲制电机硅钢片的生产线则是由高速压力机加装凸轮分割型送料机，配装开卷机、校平装置等组成由此可见，送料机构的性能高低直接影响着生产线的推广应用，因此，针对冲压制件的工艺要求、生产的实际情况等的不同来选择不同的送料机构是十分必要的。随着我国冲压行业的发展，冲压设备性能与世界的接轨，冲压生产自动化程度的进一步提高，对冲压生产的送料技术也提出了越来越高的要求，以满足与冲压设备的配套。多工位压力机取代单机联线冲压生产，目前，冲压生产主要朝两个方向发展：一是单机联线自动化生产；一是大型多工位压力机。单机联线生产通用性较好，适合柔性生产，占用资金

9、少，完全可以满足我国生产中高档轿车所需要的零件质量要求；与单机联线的冲压生产线相比较，大型多工位压力机除了占地面积少外，还有生产效率高，单机联线自动大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动化、智能化，整个系统只需2-3 人进行监控。当模具更换时，只需输入需要更换模具的编号，其余工作自动完成，整个换模时间只需5分钟，换模的同时可以对多工位压力机的运行特性作智能化调整。当两者生产规模相同时，多工位压力机设备投资可减少20-40%，能量消耗减少50-70%，冲压件综合成本可节约40-50%。据美国精密锻压学会1990 年前后统计，美国三大汽车公司680条冲压线中70%为多工位压力机

10、，日本为美国建造的35条生产线中70%为多工位压力机，由此可见，大型多工位压力机取代单机联线冲压生产线的来势迅猛，但是大型多工位压力机不能完全取代冲压生产线，因为某些特大型（如车身侧板、挡泥板等）和特殊形状的工件仍然需要在单机联线的自动冲压线上来完成。另外，在中小型冲压件生产方面以多工位传送装置来改装原有的压力机和生产线的工作也在广泛进行。随着汽车工业的强势发展，市场竞争的日益激烈，利用最少的设备来生产尽可能多的冲压制件，间接的降低生产成本成为各个厂家竞相追求的目标之一。德国米勒万家顿公司在最新一代用于摆杆式多工位压力机上的摆动横杆式输送机的基础上开发出快速横杆式输送系统。这种输送系统介于常规

11、机械手系统和多工位压力机横杆式输送系统之间，既灵活简便又快速高效，适用于串列式冲压生产线。提高了与欧美国家的多工位压力机生产模具的匹配能力，从而实现了模具和端拾器在多工位压力机和串列式冲压线两种设备之间的互换，为国内的冲压生产与欧美汽车工业接轨奠定了基础。多年来，由于电力电子技术的发展，计算机控制技术以及现代控制理论的应用，交流伺服驱动技术飞速发展。交流伺服自动送料的动力来自交流伺服电动机，具有柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性很强。在我国，较先进的自动送料装置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系统送料机，它适合于各种五金、电子、电器、玩具及汽车零件之连续冲压加工，送料矫正，准确耐

12、用；可任意设定送料长度， 操作容易， 安全及稳定性高。但是，在该送料机中所用的伺服马达、电器箱电子元件和控制器等都是从日本引进的，国内在这方面的技术还比较落后，因此，我们必须给予这方面技术充分的重视，加快研究开发，以较快的速追赶发达国家的研究步伐。近年来，由于电力电子技术及其相关技术的发展进步，交流伺服技术越来越多的应用到生产领域尤其是冲压生产中，从而大大提高了冲压生产的自动化、智能化、柔性化水平。送料机构作为实现冲压生产自动化的关键，只有其自动化程度与冲压设备相匹配甚至高于冲压设备，才能够实现冲压生产的完全自动化。因此，在发展冲压成形设备的同时，给予送料机构足够的重视是十分必要的3. 基本内

13、容和技术方案：本课题名为三自由度自动送料机及其驱动单元设计，设计的基本内容为冲床设计一个能进行三个自由度上自由移动的自动送料机。空间物体都拥有6个自由度，向X,Y,Z轴移动，向X,Y,Z轴方向转动，可建立虚拟的空间坐标系，设冲床加工面是水平面XOY，Z轴垂直于水平面，所设计的三自由度送料机能在三个自由度上进行运动，根据机床加工的实际情况，选择能在冲床加工面，即在XOY面上，在X,Y轴上运动，当冲床加工零件时，送料机进行原料进给，根据具体实际尺寸，设定X,Y轴原料的进给，为将原料定位，可以设计2个卡料机构，能在加工台上沿Z轴移动，这样就限制了零件在Y轴方向上的移动，为更合理控制送料机，可在加工台

14、出料端设置一个行程开关，每当零件加工完后，出料端没有薄板零件残料的输出，就会自动断开，这样就可以在一定程度上实现合理化的控制，为增大送料辊和原料之间的摩擦，送料辊覆盖一层塑料，且在X轴动力输出用上下两个送料辊夹持原料，这样增大X轴进给的动力。在Y轴上采用电机带动滚珠螺杆，螺杆固定座和送料机底座固定，螺杆转动时带动整个加工台以及X轴传动机构一起运动。在Z轴转动上采用锥齿轮传动方式，由于机构空间设计问题，将电机水平放置，采用锥齿轮副将电机在Y轴上转动的动力转换成Z轴上的转动动力，由于Z轴转动轴和底座是动静连接，因此，在转动轴下安装一个轴瓦，这样不仅可以减少Z轴转动轴和底座之间的摩擦，还可以固定零件

15、。以上所叙是课题研究的基本构思和技术问题的基本解决方案，在接下来的课程设计中再根据实际情况进行改善和调整。4.进度安排：1.查阅资料、综述文献，撰写开题报告并完成英文资料翻译（3周）；2.设计和计算机械传动系统，绘制机械结构装配图（4周）；3.设计和选型电气驱动单元，绘制驱动单元电路原理图（3周）；4.生成关键零（部）件的三维实体图（1周）；5.撰写设计说明书（2周）5.指导老师意见： 指导教师签名： 年 月 日注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后三周内完成；2设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；3指

16、导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。郑 重 声 明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： xxxx 日期： xxxxx 目 录摘 要1ABSTRACT21 绪论31.1 研究背景31.2 研究意义31.3 国内外现状41.4 设计内容52 自动送料机的方案拟定. 62.1 研究技术问题62.2 总体方案确定62.3

17、原料的定位72.4 传动机构主要部件选择及规格72.4.1 同步带的选用72.4.2 丝杆螺母副的选用82.5 伺服电动机的选用112.5.1 步进电动机的参数及其选择112.5.2 步进电动机的计算与选型122.5.3 步矩角的选择122.5.4 步进电动机转轴上的总转动惯量的计算122.5.5 步进电动机转轴上的等效负载转矩的计算132.5.6 步进电动机的初选142.5.7 步进电动机的性能校核143 机械传动系统的设计及计算153.1 送料机整体结构重量的估算163.2 X轴传动设计163.3 Y轴传动设计173.3.1 滚珠丝杠的计算和选取173.2.3 同步带选择193.4 Z轴传

18、动传动设计. .204 步进电动机的选型214.1 X轴步进电机确定214.2 Y轴步进电机确定224.3 轴步进电机选择235 控制系统设计235.1 硬件系统设计235.2 PLC系统的选取255.2.1 PLC系统硬件的组成及选择255.3 系统硬件的连线265.4 PLC控制程序设计265.4.1 I/O接口分布：265.4.2 工作程序265.4.3 PLC控制流程图265.4.4 PLC梯形图.28结 论29致 谢30参 考 文 献31附 录 .32摘 要本设计就是为冲床设计自动送料机，所谓三自由度就是能在水平面上两个相互垂直的方向以及在垂直于水平面的方向上转，因此，可以根据加工的

19、实际情况进行零件的定位调节，从而解决了传统送料机的局限性。本设计的主要任务就是设计这三个自由度上具体的工作机构，在X轴上，采用伺服电机带动齿轮同步带，然后齿轮同步带将动力带动两个传动辊使之转动，送料辊夹紧原料，用摩擦力带动原料使之在载物台上移动。在Y轴上，由伺服电机通过齿轮同步带给滚珠螺杆提供动力，是载物台相对底座移动。在Z轴上采用锥齿轮副将电机沿Y轴转动转化为Z轴转动，从而实现本课题的三自由度要求，在控制方面采用PLC控制，根据实际情况和现在市面上的一些PLC产品，采用S7-200作为本设计的PLC控制系统。由于本设计是冲床自动送料机，在进给过程的步数以及距离可以根据所需的加工零件计算出来，

20、因此，本设计采用的是开环控制系统，实现整个送料机的工作，停止，三个分传动的单独工作，行程开关控制整个机构的工作。 关键词: 送料机；三自由度；驱动；PLC ABSTRACTThis design is designed for the automatic feeder punch, the so-called three degrees of freedom in the horizontal plane is perpendicular to the direction of two mutually perpendicular to the horizontal plane in the

21、direction of movement, therefore, can be carried out according to the processing part of the actual situation of the position adjustment, thereby address the limitations of traditional feeder. In the horizontal plane, move the body along the X axis stepper motor drive gear with timing belt to drive

22、the two drive rollers rotate so that the parts on the stage movement. In the Y axis, by a stepping motor through the gear belt to power the ball screw, the stage is moving relative to the base. Bevel gear used in the Z axis along the Y axis rotation lieutenant motor into the Z axis, in order to achi

23、eve this task requires three degrees of freedom in control with PLC control, according to the actual situation and some of PLC products are now available in the market, the use of S7 -200 as the design of PLC control system. As the design is the punch automatic feeder, in progress and the steps to t

24、he process of distance can be processed according to the required components calculated, therefore, this design uses the open-loop control system, the work of the entire feeder, stop, three Sub drive to work alone, limit switch control of the bodies.Key words: Feeding; three degrees of freedom; driv

25、e; PLC 朗读显示对应的拉丁字符的拼音1 绪论1.1 研究背景制造业是现代文明的支柱之一，其既占有基础地位，又处于前沿关键，它是工业发展的主体有事国民经济持续发展的基础。而在我国的乡镇企业，私有企业，由于受资金管理等方面的限制，一般送料绝大多数采用人工手动送料，且缺乏保护装置，造成“效率低。劳动强度大，事故发生率大”等特点。随着信息科教科的发展，国内和国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，尤其是随着高新科技日新月异，产品的类型，工艺外形越来越复杂，精度要求越来越高，再加上企业经营与发展必会面对劳工的短缺，人工成本上要省力化，合理化和自动化的趋向。传统的手工送料已经不能满足要求，自动化送料

26、机就应运而生。在我看来，送料机的定义就是为下序生产加工提供原料进给的机构，进给的原料有粒料，粉料，片状料，带状料，实现其自动化，机械数控化的进给。因此，无论是轻工业还是重工都不可缺少的设备，传统观念上的送料机是借助于机器运动的作用力加于材料，对材料进行运动传输的机器。近代的送料机发生了一些变化，开始将高压空气，超声波等先进技术应用于送料技术中。目前，送料机现在从用途上划分，有粒料，粉料，片状料的输送，送料机中的横梁式送料机是技术人员根据市场需求，自主创新、研发的一种新型产品，能够适应于中小企业使用的数控产品。机床采用燕尾槽连接的气动夹钳夹紧钢板，夹钳移动方便，减轻了材料的弯曲变形，减少加工死区

27、，选用大力矩高精度的伺服电机、寿命长精度高的驱动器、精密滚珠丝杠、高性能直线滚动导轨，能够满足冲压工艺的各种要求，特别适合加工精度要求比较高的产品件，克服了冲床震动大，精度不稳定、模具寿命短等使用缺陷。自动化程度高的送料设备有:由电脑控制的动头式送料机、激光送料料机、高压气压和电脑送料料机等。另外，国外的司生产一种投影送料机这种设备的送台上设有感应器及目察装置，用于对材料轮廓扫描，或在材料行投影以引导送料安排。 1.2 研究意义我国工业的发展尤其是汽车工业的发展，对冲压技术自动化提出越来越高的要求。送料机构作为冲压生产中的关键组成，其发展直接影响着整个冲压生产水平，冲压成形作为一门古老而又年轻

28、的制造技术，几乎渗透到国民经济的每一个部门。在许多发达国家从作为支柱产业之一的汽车制造业到农业机械、动力机械、建筑机械、化工机械、精密机械、仪器仪表、医疗器械、日用五金等等，直到航空航天、军事兵器各个门类，冲压制件都占据着相当重要的地位。随着我国工业的发展，冲压制件类型、工艺的复杂化以及人性化生产要求， 手工送料的冲压加工生产由于存在着效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题，冲压生产的手工送料已逐步由自动送料机构所取代，从而进一步满足了冲压生产自动化，大幅度提高生产节拍、生产质量等的要求。相比较人工上料，自动送料机有较高的精确度，且又环保，又省时，大大减少了工人的劳动强度，真正做到了低成本，

29、高回报，在现在高速发展的社会，这种自动化机械越来越受重视。自动送料机对企业来说不仅仅只具有创造经济的价值，而且具有很多优点，首先，对环境的适应性强，能代替人从事危险，有害的工作，在长时间工作对人体有害的场所，自动送料机不受影响，只要根据工作环境经行合理设计，选择适当的材料和结构就可以在高温或低温，压力异常，粉尘，放射性条件下工作。其次，自动送料机能持久，耐劳，减少了工人的劳动强度，再次，自动送料机可有程序控制，因此工作稳定，精度较高，能很好的避免人为操作的错误。最后，自动送料机具有工业的通用性和灵活性，能很好的适应产品的变化，满足柔性生产的需要。 冲压生产自动化主要是指包括材料供给、制品及废料

30、的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异常状况的监视等作业过程自动化， 将这些技术应用到冲压生产流水线的相应环节从而实现冲压生产过程的自动化。自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的要求，是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证，它的自动化程度高低，直接影响着冲压生产效率、生产节拍以及冲压生产整体自动化水平。1.3 国内外现状普通压力机上的送料机构根据送料动力的不同可分为机械、液压、气动三大类，在冲压加工中以机械与气动二类应用较多。气动送料机构具有灵巧轻便、通用性强、其送长度和材料厚度可调整、机构反应迅速的优点。但是，由于气动送料机构是采用压差式气动原理工作，故机构工作噪声较大，影

31、响冲压工作环境，主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。机械送料机构尽管调整相对困难且机构较大，但具有送料准确可靠、机构冲击与振动少、噪声低、稳定性好等优点，仍是目前冲压加工中最常用的自动送料方式。目前冲压生产线的配置中应用较为广泛的是开式单点压力机加装辊轮送料机（或气动送料机），这种生产线可以做单工序或多工序的连续冲压，操作性良好；另一种开式双点压力机加装多工位送料装置，搭配开卷装置、校平装置等组成的用于多工位连续冲压的生产线，由于占地面积和工序间的搬运都明显减少，在生产中应用呈现逐渐增多的趋势；而电机厂应用最多的专门冲制电机硅钢片的生产线则是由高速压力机加装凸轮分割型送料机，配装开卷

32、机、校平装置等组成由此可见，送料机构的性能高低直接影响着生产线的推广应用，因此，针对冲压制件的工艺要求、生产的实际情况等的不同来选择不同的送料机构是十分必要的。随着我国冲压行业的发展，冲压设备性能与世界的接轨，冲压生产自动化程度的进一步提高，对冲压生产的送料技术也提出了越来越高的要求，以满足与冲压设备的配套。多工位压力机取代单机联线冲压生产，目前，冲压生产主要朝两个方向发展：一是单机联线自动化生产；一是大型多工位压力机。单机联线生产通用性较好，适合柔性生产，占用资金少，完全可以满足我国生产中高档轿车所需要的零件质量要求；与单机联线的冲压生产线相比较，大型多工位压力机除了占地面积少外，还有生产效

33、率高，单机联线自动大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动化、智能化，整个系统只需2-3 人进行监控。当模具更换时，只需输入需要更换模具的编号，其余工作自动完成，整个换模时间只需5分钟，换模的同时可以对多工位压力机的运行特性作智能化调整。当两者生产规模相同时，多工位压力机设备投资可减少20-40%，能量消耗减少50-70%，冲压件综合成本可节约40-50%。据美国精密锻压学会1990 年前后统计，美国三大汽车公司680条冲压线中70%为多工位压力机，日本为美国建造的35条生产线中70%为多工位压力机，由此可见，大型多工位压力机取代单机联线冲压生产线的来势迅猛，但是大型多工位压

34、力机不能完全取代冲压生产线，因为某些特大型（如车身侧板、挡泥板等）和特殊形状的工件仍然需要在单机联线的自动冲压线上来完成。另外，在中小型冲压件生产方面以多工位传送装置来改装原有的压力机和生产线的工作也在广泛进行。随着汽车工业的强势发展，市场竞争的日益激烈，利用最少的设备来生产尽可能多的冲压制件，间接的降低生产成本成为各个厂家竞相追求的目标之一。德国米勒万家顿公司在最新一代用于摆杆式多工位压力机上的摆动横杆式输送机的基础上开发出快速横杆式输送系统。这种输送系统介于常规机械手系统和多工位压力机横杆式输送系统之间，既灵活简便又快速高效，适用于串列式冲压生产线。提高了与欧美国家的多工位压力机生产模具的

35、匹配能力，从而实现了模具和端拾器在多工位压力机和串列式冲压线两种设备之间的互换，为国内的冲压生产与欧美汽车工业接轨奠定了基础。多年来，由于电力电子技术的发展，计算机控制技术以及现代控制理论的应用，交流伺服驱动技术飞速发展。交流伺服自动送料的动力来自交流伺服电动机，具有柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性很强。在我国，较先进的自动送料装置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系统送料机，它适合于各种五金、电子、电器、玩具及汽车零件之连续冲压加工，送料矫正，准确耐用；可任意设定送料长度， 操作容易， 安全及稳定性高。但是，在该送料机中所用的伺服马达、电器箱电子元件和控制器等都是从日本引进的，

36、国内在这方面的技术还比较落后，因此，我们必须给予这方面技术充分的重视，加快研究开发，以较快的速追赶发达国家的研究步伐。近年来，由于电力电子技术及其相关技术的发展进步，交流伺服技术越来越多的应用到生产领域尤其是冲压生产中，从而大大提高了冲压生产的自动化、智能化、柔性化水平。送料机构作为实现冲压生产自动化的关键，只有其自动化程度与冲压设备相匹配甚至高于冲压设备，才能够实现冲压生产的完全自动化。因此，在发展冲压成形设备的同时，给予送料机构足够的重视是十分必要的。1.4 设计内容本课题名为三自由度自动送料机及其驱动单元设计，设计的基本内容为冲床设计一个能进行三个自由度上自由移动的自动送料机。空间物体都

37、拥有6个自由度，向X,Y,Z轴移动，向X,Y,Z轴方向转动，可建立虚拟的空间坐标系，设冲床加工面是水平面XOY，Z轴垂直于水平面，所设计的三自由度送料机能在三个自由度上进行运动，根据机床加工的实际情况，选择能在冲床加工面，即在XOY面上，在X,Y轴上运动，当冲床加工零件时，送料机进行原料进给，根据具体实际尺寸，设定X,Y轴原料的进给，为将原料定位，可以设计2个卡料机构，能在加工台上沿Z轴移动，这样就限制了零件在Y轴方向上的移动，为更合理控制送料机，可在加工台出料端设置一个行程开关，每当零件加工完后，出料端没有薄板零件残料的输出，就会自动断开，这样就可以在一定程度上实现合理化的控制，为增大送料辊

38、和原料之间的摩擦，送料辊覆盖一层塑料，且在X轴动力输出用上下两个送料辊夹持原料，这样增大X轴进给的动力。在Y轴上采用电机带动滚珠螺杆，螺杆固定座和送料机底座固定，螺杆转动时带动整个加工台以及X轴传动机构一起运动。在Z轴转动上采用锥齿轮传动方式，由于机构空间设计问题，将电机水平放置，采用锥齿轮副将电机在Y轴上转动的动力转换成Z轴上的转动动力，由于Z轴转动轴和底座是动静连接，因此，在转动轴下安装一个轴瓦，这样不仅可以减少Z轴转动轴和底座之间的摩擦，还可以固定零件。2 自动送料机的方案拟定2.1 研究技术问题本次课程设计所要求设计的是三自由度自动送料机，确定3个分传动的机构是本课题面临的最大问题，在

39、设计要求中，工作台尺寸并不大，所要求功率也不高，定位精度也没有类似于数控机床那么高。工作台行程也比较小，经比较传动部分选滚珠丝杠螺母传动和齿轮带动同步带更有利于结构的紧凑性。在Z轴转动方向选择锥齿轮传动，根据不同部位选择不同传动机构。2.2 总体方案确定本设计是为冲床自动送料机设计的，冲床加工时切割刀片垂直于地面，将原料板切割出所需要的形状，因此，作为冲床自动送料机，在冲床刀片每次切割后，要根据设计好的距离，进行在水平面上的前后左右移动，保证为冲床的每次加工提供原料进给。在移动的过程中要求时间段，精度高，根据这种实际情况，可以选择使用步进电机，在工作过程中给一个脉冲信号，让电机带动机构作出相应

40、距离或者角度的移动。建立一个空间坐标系，设地面所在平面为XOY，垂直地面的为Z轴，设计的三自由度送料机分别是在水平面上可沿X,Y轴移动，在空间内沿Z轴转动。现设计各个分传动机构，在X轴移动，由步进电机带动两个送料辊转动，与夹紧的辊一起由摩擦力带动原料片向X轴方向移动，在传送台上安装卡料机构对原料进行定位，因为传送台的宽度，设定料宽在800mm以内。在Y轴上，采用步进电机带动滚珠螺杆转动，固定座固定在机械底座上，螺杆转动带动整个机构在Y轴上做水平移动，在Z轴上采用锥齿轮传动，如图2-1将水平放置的步进电机传动转化成机构沿Z轴转动。 图2-1 Z轴传动机构由于设计三个驱动机构采用独立的驱动电机以及

41、控制系统，因此三个传动机构相互独立，在工作时，给三个步进电机一个脉冲信号，可以使三个传动机构能迅速，准确的反应。这样可以根据实际情况实现送料机一个方向上的点动，启动，停止，这样就对操作者提供很大的方便。2.3 原料的定位为保证加工精度且最大限度利用原料，在对原料进给时必须对原料进行固定，在传动过程中，要保证原料随加工台的进行运动，由于相对送料机，原料的运动就是在X轴上的进给，因此，必须限制在Y,Z轴上零件的自由度。可在X轴上对零件进给传递时，采用上下加持的方式，在原料上下均用送料辊固定，而且在送料辊表面覆盖一层特殊塑料，不仅可以增大送料辊于零件的摩擦，也可以减少机器的震动，降低送料辊于两端固定

42、轴承之间的磨损。送料辊之间的距离可以根据原料的宽度调节，可在下面安置弹簧，对送料辊作用一个向上的力，这样，可以更加方便调节星型把手。根据设计任务书的要求，选择弹簧做三维零件图，用Solidworks绘制出实体零件图，见附录图1。为限制原料在Y轴方向上的自由度，可在送料机冲床加工面上，设计两个夹紧装置，装置可在轨道上沿Y轴移动，这样根据原料的宽度调节夹紧装置，到零件边缘固定，从而限制了Y轴方向上的移动。2.4 传动机构主要部件选择及规格2.4.1 同步带的选用 要设计的送料机机构需要承受的载荷不大，但是要求反应灵敏，传动平稳等特点，根据设计情况，传动距离较大，因此，可选用同步带进行动力传动，其优

43、点有传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比，传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；传动效率高，速比范围大，可用于长距离传动。2.4.2 丝杆螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和0.01mm的定位精度，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，预紧后可消除方向间隙。滚珠丝杠副是在丝杠和螺母的滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。丝杠或螺母转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置

44、，滚珠通过此装置自动返回其入口，形成循环回路。1.最大工作载荷的实验计算公式如下表2-1所示： 表 2-1 实验计算公式及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1.150.150.18注：上述摩擦因素均指滑动导轨。对于贴塑导轨=0.030.05，滚动导轨=0.0030.005。表中，为进给方向载荷，为横向载荷，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；为导轨的摩擦因素。2.最大动载荷的计算最大动载荷的计算公式如下： (2-1)式中 滚珠丝杠副的寿命，单位为 。=60nT/ (其中T为试用寿命，普通机械取T=500

45、010000h，数控机床及一般机电设备取T=15000h;n为丝杆每分钟转数)； 载荷系数 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）; 滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N。3.规格型号的初选 初选滚珠丝杠副的规格时，应使用额定动载荷。 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下（n10r/min）长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷 (23) .如表2-2所示表2-2载荷系数运转状态平稳或轻度冲击1.01.2中等冲击1.21.5较大冲击或振动1.52.5根据额定动载荷和额定静载荷，选择滚珠丝杠副的规格型号和有关参数时要注意公称直径和导程应尽量选用优先组合，同时还要满足控制系统和伺服系统对导程的要求。4.传动效率的计算滚珠丝杠副的传动效率一般在0.80.9之间，可由下式计算： （2-2）式中 丝杠的螺旋升角，由arctan;- 摩擦角，一般取。5.刚度的验算 滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响定位精准和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形、丝杠