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        氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與研究

        2019-07-19 05:45:01秦顯軍于洪金張?zhí)?/span>
        山東工業(yè)技術(shù) 2019年17期

        秦顯軍 于洪金 張?zhí)?/p>

        摘 要:打標(biāo)機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛,其中應(yīng)用最為廣泛的是氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)。氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)具有標(biāo)記工整清晰,操作簡(jiǎn)單,軌跡易于控制等優(yōu)點(diǎn)。本文從實(shí)際工況出發(fā),對(duì)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,對(duì)傳動(dòng)部件的滾珠絲杠進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        關(guān)鍵詞:氣動(dòng)打標(biāo)機(jī);傳動(dòng)部件;滾珠絲杠

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.098

        1 緒論

        在經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變的背景下,提高產(chǎn)品的質(zhì)量則是制造業(yè)必然的追求,所以要對(duì)產(chǎn)品的每個(gè)細(xì)節(jié)都要精益求精。產(chǎn)品標(biāo)記影響著產(chǎn)品的外觀,所以對(duì)產(chǎn)品的打標(biāo)技術(shù)提出了更高的要求。隨著科技的發(fā)展,為自動(dòng)化打標(biāo)機(jī)發(fā)展奠定了深厚的技術(shù)基礎(chǔ),使得打標(biāo)機(jī)變得更加智能化,柔性化。不僅可以在平面上進(jìn)行打標(biāo),同時(shí)可以在曲面等復(fù)雜工作平面進(jìn)行打標(biāo)。自動(dòng)化打標(biāo)機(jī)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分成很多類型。

        氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)[1]能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)控制鋼針自動(dòng)在物體表面留下標(biāo)記,一定程度上實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化,這種打標(biāo)方式不僅不會(huì)損害工件、簡(jiǎn)便易行,而且效率較高,更能節(jié)省成本,還能加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的時(shí)間,為相關(guān)企業(yè)帶來(lái)企業(yè)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益。

        本文中的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)[2]主要由機(jī)械本體、氣動(dòng)回路以及控制回路等組件組成,其中,機(jī)械本體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性制約著氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的性能,所以需要對(duì)機(jī)械本體進(jìn)行可靠性分析,尤其是對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行校核。

        2 氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析

        打標(biāo)機(jī)的運(yùn)動(dòng)可以分別為三個(gè)方向,分別為水平X、Y方向和垂直Z方向。通過(guò)鋼針Z方向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行打印標(biāo)記,因此,Z方向的定位影響著打標(biāo)的深度和打標(biāo)精度。Z向垂直運(yùn)動(dòng)是通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠完成的,將滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為打標(biāo)頭的上下垂直運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有更高的定位精度,通過(guò)電機(jī)的抱閘,避免出現(xiàn)相對(duì)位置的滑動(dòng)。對(duì)于傳動(dòng)部件的滾珠絲杠,其性能制約著打標(biāo)機(jī)的定位精度和重復(fù)定位精度,因此要對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行選型和強(qiáng)度校核。

        3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)條件

        根據(jù)具體的工況的要求,滾珠絲杠應(yīng)該滿足以下的要求,見(jiàn)表1所示。

        3.1 滾珠絲杠的力學(xué)可靠性校核

        3.1.1 絲杠精度的選擇[3]

        當(dāng)絲杠長(zhǎng)度為400mm時(shí),絲杠的定位精度為±0.1mm,但根據(jù)實(shí)際的工況,絲杠的長(zhǎng)度為400mm,那么準(zhǔn)許定位精度誤差是為±0.2mm。在選擇滾珠絲杠需滿足最低的定位精度要求,根據(jù)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)精度等級(jí)-導(dǎo)程誤差表(見(jiàn)表2),滾珠絲杠的精度等級(jí)應(yīng)達(dá)到C8,其精度最低為±0.05mm/300mm,高于工況的要求±0.1mm/400mm,故選用C8級(jí)的滾珠絲杠。

        注:±E表示導(dǎo)程累計(jì)誤差,e表示變動(dòng)量。

        3.1.2 導(dǎo)程的選擇

        根據(jù)實(shí)際工況的要求,所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000r/min,伺服電機(jī)和滾珠絲杠是直接連接,故減速比為i=1。故根據(jù)轉(zhuǎn)速需要,確定絲杠的導(dǎo)程,因此絲杠的導(dǎo)程需要滿足:

        3.1.3 絲杠直徑的選擇

        絲杠軸向間隙保持在0.2mm以下,根據(jù)滾珠絲杠間隙表(表3)可知,0.20mm的軸向間隙,絲杠外徑應(yīng)該為在30~32mm之間。故選定絲杠外徑為30mm,絲杠的導(dǎo)程為6mm。

        絲杠的臨界轉(zhuǎn)速為:

        3.2 螺母的力學(xué)可靠性校核

        3.2.1 螺母的軸向載荷精度校核[4]

        根據(jù)絲杠的參數(shù),選用滾珠絲杠螺母,選定類型為WTF2006,這種螺母的軸向額定靜載荷為C0a=13.6kn,沖擊載荷最大為5.4kn,本文種的螺母校核時(shí)選定的安全系數(shù)為f=2.5,因此螺母能夠承受的最大軸向載荷的大小為:

        3.2.2 螺母的額定壽命校核

        絲杠的整個(gè)運(yùn)動(dòng)可以劃分為勻加速、勻減速和勻速運(yùn)動(dòng)三個(gè)階段,在三個(gè)階段所對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別為t1、t2和t3,所對(duì)應(yīng)的路程分別為l1、l2和l3,軸向載荷分別為Fa1、Fa2和Fa3,根據(jù)設(shè)計(jì)要求有:

        4 結(jié)束語(yǔ)

        本文在氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)之上,對(duì)傳動(dòng)部件的滾珠絲杠和螺母的進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。根據(jù)實(shí)際的工作要求,確定絲杠參數(shù)的基本要求,結(jié)合具體運(yùn)動(dòng)情況,考慮絲杠的剛度[5]和使用壽命。由于傳動(dòng)部件的壽命和強(qiáng)度等重要性能,影響著氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的性能,所以需要對(duì)絲杠和螺母進(jìn)行校核和分析。在本文中,重點(diǎn)了考慮了絲杠的軸向載荷以及絲杠和螺母的相互作用力,并進(jìn)行了理論驗(yàn)證從而確定了絲杠和螺母的型號(hào)。如果為獲得更高的定位精度和重復(fù)定位精度,還需要對(duì)滾珠絲杠的熱誤差[6]進(jìn)行充分的考慮。

        參考文獻(xiàn):

        [1]錢國(guó)慶.QDB-I型精密氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)[D].南京理工大學(xué),2002.

        [2]陳健,姜曉明,王進(jìn)等.面向大尺寸氣瓶類工件的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)與研制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2012(06):1-3.

        [3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第五版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

        [4]蓋光江,趙連玉.一種嵌入式智能打標(biāo)機(jī)的研制[J].機(jī)電工程,2010,27(01):88+9.

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        [6]Chang BR,Tsai HF.Forecast approach using neural network adaptationto support vector regression grey model and generalized autoregressiveconditional heteroscedasticity[J].Expert systems with applications,2008(34):925-934.

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