崔立紅
摘 要 北京朗日科技有限公司顯微取證檢測系統(tǒng)中的電動升降桿的設(shè)計與加工中,通過對產(chǎn)品現(xiàn)狀調(diào)研中發(fā)現(xiàn)問題,確定了解決方案,從升降桿傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計、支撐架的加工、部分零件、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新等方面進行改進設(shè)計加工,最終客戶滿意已批量生產(chǎn),使本人從理論到實踐獲益匪淺。
關(guān)鍵詞 升降桿設(shè)計加工優(yōu)化
中圖分類號:TH21 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)10-0010-02
1 產(chǎn)品現(xiàn)狀
經(jīng)過市場調(diào)研,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的產(chǎn)品有以下幾大問題。
1)多為手動控制升降,傳動機構(gòu)大都采用齒輪齒條、同步帶和鏈等。這些結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,人工手動升降,定位精度和穩(wěn)定性較差。
2)有效行程多在400 mm以下,無法滿足大行程工作的需要。
3)一般只有兩個固定的硬限位,不能靈活的控制檢測裝置與被測物品的安全距離,一旦損壞到被測物品,后果將不堪設(shè)想。
2 問題解決方案
經(jīng)過市場的前期調(diào)查和客戶的實際需要,我們從以下幾方面對該部件進行升級改造,解決存在的問題。
1)將原有人力驅(qū)動升級為電力驅(qū)動。選用42加強步進電動機作為原動力,結(jié)構(gòu)簡單重量輕,結(jié)合采用滾珠絲杠副傳動,可以精確的移動與定位。
2)根據(jù)客戶的需要,將升降桿有效行程由400 mm,增加到700 mm,增加了設(shè)備的適用范圍。
3)設(shè)計加裝一個可移動的光電式限位裝置,能靈活控制安全距離,更好的保障側(cè)頭和被測物體的安全。
4)把升降桿與大底板連接板設(shè)計成了可移動的結(jié)構(gòu)??梢愿鶕?jù)被測物體的需要調(diào)節(jié)升降桿的位置。
3 設(shè)計改進的主要內(nèi)容
根據(jù)解決方案,主要針對以下內(nèi)容進行了改進設(shè)計加工。
3.1 升降桿傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于滾珠絲杠副傳動摩擦力小傳動精度高,尺寸標(biāo)準(zhǔn)化安裝方便等優(yōu)點,選擇滾珠絲杠副傳動。客戶要求,升降桿移動最大速度25 mm/s,電機最快轉(zhuǎn)速nmax為3000rpm,即絲杠Vmax1500mm/min。電機輸出端與滾珠絲杠副采用直連,即傳動比為1:1。
1)確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程。根據(jù)電機額定轉(zhuǎn)速和升降桿最大速度計算絲杠導(dǎo)程。導(dǎo)程Ph=Vmax/i·nmax=1500/1x3000=0.5 mm,實際Ph取4 mm,可滿足速度要求。
2)滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計算。由于該設(shè)備垂直放置,主要用于拍照檢測取證無切削力,其載荷主要來源于工作臺設(shè)備重力和導(dǎo)軌、滑塊的摩擦力,此處計算取靜載荷摩擦系數(shù)為0.006,則導(dǎo)軌靜摩擦力:
F0=M·g+μ0·M·g+4x5=10x9.8+0.006x10x9.8+4x5=119N
由于該設(shè)備主要用于拍照檢測取證,運動接近勻速,則有Fm=(2Fmax+Fmin)/3≈F0=119N,nm=(nmax+nmin)/2=375rpm
3)計算滾珠絲杠額定動載荷。
按預(yù)期工作時間計算:
Cam=·Fmfw/100fafc=x119x1/100x1x1=671.90N
按滾珠絲杠副預(yù)加的最大負荷計算:
Cam=feFmax=6.7x119=797.3N
取較大值Cam=797.3N為滾珠絲杠副預(yù)期額定動載荷
4)估算滾珠絲杠副的螺紋底徑d2m。
最大允許軸向變動量:
δm≤(1/3~1/4)=1/4x0.005=0.00125 mm
兩個支撐最大距離:
L≈(1.1~1.2)·ι+(10~14)Ph=1.2x700+14x4=896 mm
按絲杠安裝方式為軸向兩端固定,則有絲杠螺紋底徑:
d2m≥0.039==11.3 mm
5)確定滾珠絲杠副規(guī)格代號。按照滾珠絲杠Ph、d2m、Cam等因素,選擇基本導(dǎo)程Ph=4 mm,公稱直徑d0=16 mm,查得額定動載荷Ca=5120N>Cam=797.3N。滿足長徑比小于等于30。經(jīng)過試驗運行滿足負載要求。
3.2 支撐架的加工
由于升降桿選用的型材的長度達1080 mm,而我校的數(shù)控銑床最大加工量為850 mm,這樣便無法在一次裝夾中完成所有加工。我們設(shè)計用一個工裝和兩個定位銷來做工件坐標(biāo)系的翻轉(zhuǎn),保證加工孔的精度。具體方案是:用一塊1000 mm×250 mm×30 mm的工裝用壓板裝夾在銑床X向工作臺上,型材裝夾在右端的極限位置。從型材右端加工所有加工的元素,加工完成后,在型材的中心線上距型材右端面240 mm(孔1)和540 mm(孔2)處各做一Φ10H7的定位銷孔,作為翻轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的定位孔。卸下型材后在X-840 mm處,做工裝Φ10H7的定位銷孔3。這樣翻轉(zhuǎn)加工時,將型材的定位孔2與工裝的定位孔2重合插入定位銷,在將型材的定位孔1與工裝的定位孔3重合插入定位銷,完成了坐標(biāo)系的翻轉(zhuǎn)。
通過一面兩銷定位,實現(xiàn)坐標(biāo)系的翻轉(zhuǎn),解決了加工過程中機床行程不夠的問題,有效的保障了工件的精度,提高了生產(chǎn)效率。
3.3 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化
1)軸承座的優(yōu)化。優(yōu)化前的軸承座結(jié)構(gòu)如圖4,此時的軸承座結(jié)構(gòu)簡單,外形為一簡單長方體,基本能滿足軸承座的一般需要,但是軸承座安裝接觸面較小,且與型材的連接固定只有兩個螺釘,顯單薄不穩(wěn)固。
優(yōu)化后的軸承座結(jié)構(gòu),底部增加了一倍的安裝接觸面積,同時底部增加了一個螺紋安裝孔,使三個螺紋安裝孔成三角型穩(wěn)固分布,使軸承座型材的連接更加牢固,能承受更大的載荷工作。
2)底座連接的優(yōu)化。由于原來的升降桿在XY面內(nèi)是固定不動的,影響了設(shè)備的測量范圍,于是我們特設(shè)計了活動的“靴子”,通過四塊固定鋼板和過渡板將電動升降桿固定。過渡板上有螺紋孔,可以使過渡板在大托板上移動,實現(xiàn)在XY面內(nèi)的位置移動。
3.4 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
本部件的創(chuàng)新之處是添加了一套光電式活動限位機構(gòu),該機構(gòu)利用光直線傳播和反射原理,安裝一個光電式的活動限位。
活動限位由一個激光發(fā)射器、激光接收器、擋光板和兩塊平面鏡組成。支撐板上平行安裝激光發(fā)射器與激光接收器,在托板的下面安裝一個擋光桿。滑塊上安裝腰底為45°的等腰梯形活動限位板,兩腰上安裝了光的反射回路的鏡子。當(dāng)托板向下移動到擋光桿穿過活動限位孔時,擋光桿阻斷激光,信號動作,托板停止移動,保證了被測物體和測頭的安全距離。在活動限位板兩側(cè)各有一個螺紋孔,可靈活控制限位板的位置。
4 總結(jié)
經(jīng)過多次與客戶的交流溝通,完成了電動升降桿的設(shè)計與加工裝配調(diào)試,經(jīng)過多次的試驗改進優(yōu)化,我們的產(chǎn)品趨于完善??蛻艚o予的評價是該產(chǎn)品的整體外觀簡潔大方,各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的巧妙合理,較為滿意,表示會繼續(xù)合作?,F(xiàn)此產(chǎn)品經(jīng)過試驗已經(jīng)達到要求,正批量生產(chǎn)??傊?,通過親自參與該產(chǎn)品的設(shè)計加工,對現(xiàn)代機械設(shè)計和加工機械有了更深刻的認識,更深入了解了生產(chǎn)實際的需求,同時自身的專業(yè)綜合能力得到了很大的提高。
參考文獻
[1]趙松年,張奇鵬.機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計[M].北京機械工業(yè)出版社,1996.endprint