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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.

[5]黃亮生，張維云，朱春貴.多針頭氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)在新鋼中板生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].寬厚板，2006，12（06）：44-46.

[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.