沖床自動送料裝置機械結構設計-畢業論文設計

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沖床自動送料裝置機械結構設計

目 錄

中文摘要 .................................................................. I 英文摘要 ................................................................. II

第1章 引言 ............................................................... 1

1.1我國沖壓設備與送料裝置的現狀及課題研究的實際意義 ..................... 1

1.2課題研究的相關背景 ................................................... 3

1.3數控機床與自動送料技術的國內外發展概況及發展趨勢 ..................... 3

1.3.1數控機床的產生 ................................................... 3

1.3.2計算機數控的發展 ................................................. 3

1.3.3沖壓設備及自動送料裝置的發展方向 ................................. 4

1.4課題研究的任務及達到的預期目標 ....................................... 5

第2章 系統的總體設計 ..................................................... 6

2.1自動送料裝置的平面圖 ................................................. 6

2.2供料方案分析 ......................................................... 6

2.3控制系統設計 ......................................................... 7

2.3.1 控制系統的硬件設計 .............................................. 7

2.3.2控制系統的軟件設計 ............................................... 8

第3章 沖床自動送料機構組件絲杠的設計 ..................................... 9

3.1計算選定編號 ........................................................ 10

3.1.1導程 ............................................................ 10

3.1.2平均轉速 ........................................................ 10

3.1.3平均載荷 ........................................................ 10

3.1.4時間壽命與回轉壽命 .............................................. 11

3.1.5額定動載荷 ...................................................... 11

3.1.6預緊載荷 ........................................................ 11

3.1.7絲杠螺紋長度 .................................................... 11

3.2絲杠公稱直徑 ........................................................ 11

3.3滾珠絲杠傳動系統剛度 ................................................ 12

3.3.1絲杠剛度 ........................................................ 12

3.3.2螺母剛度 ........................................................ 12

3.3.3支承剛度 ........................................................ 13

3.3.4軸向總剛度 ...................................................... 13

3.4總彈性變形量(單邊) .................................................. 13

3.5電機的選定 .......................................................... 14

3.5.1驅動轉矩 ........................................................ 14

3.6檢校 ................................................................ 15

3.6.1絲杠理論容許軸向載荷 ............................................ 15

3.6.2絲杠工作容許軸向載荷 ............................................ 15

3.6.3臨界轉速 ........................................................ 15

3.6.4允許工作轉速 .................................................... 15

第4章 基于PROE的沖床自動送料機構裝配圖 ................................. 16

4.1沖床自動送料機構重要組件零件圖 ...................................... 16

4.1.1導向桿 .......................................................... 16

4.1.2導向桿座 ........................................................ 17

4.1.3絲杠 ............................................................ 17

4.1.4絲杠螺母 ........................................................ 17

4.1.5軸承支座 ........................................................ 18

4.2沖床自動送料機構組件絲杠繪制過程 .................................... 18

結論 ..................................................................... 21

結束語 ................................................................... 23

參考文獻 ................................................................. 25

致謝 ..................................................................... 26

第1章 引言

1.1我國沖壓設備與送料裝置的現狀及課題研究的實際意義

沖床或稱沖壓機,是一種普遍使用的延性金屬機械冷加工設備,除主流的應用范圍機械器件的塑性成型外,還作為許多專用設備的本體和母機,用于篩網、墊網、防護罩等的沖剪加工.常規沖壓機主體有兩種主要形式曲柄沖壓機和液壓沖床.曲柄沖壓機是由曲柄滑塊機構的主傳動帶動滑塊上下運動,由固裝于滑塊上的成形器(或模具或刀具)對來料實施沖制.來料一般為鋼帶或板料,每一沖壓循環完成一次加工.沖壓加工的主要特點是:無廢料或少廢料;出率高;被沖制的零件器件的整體強度高。

沖壓成形的沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質量穩定等一系列優點，沖壓設備被廣泛使用。但由于傳統的沖床控制采用接觸器、繼電器控制，手工送料的方式，所以往往存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題，雖然購置新的數控設備可以解決這一問題，但往往資金投入較大，小型企業難以承受，若能在保留原有機床的基本功能基礎上，對其進行適當的改造與改進，不失為一種好的方法。一方面可以節約資金，另一方面也不會使原來的機床閑置浪費，基于此種思想，對沖床進行了全面改造，本文對設計的詳細過程進行了全面的論述。

設計主要包含了兩方面內容:即原有控制系統的改造與自動送料裝置的研制。設計思想是:利用接近開關檢測沖頭的位置，采集的信息經處理后饋送到PLC控制器，PLC控制器通過程序控制放料電機、喂料步進電機帶動機械傳動裝置與吹風閥協調工作，從而完成

“放料—喂料—沖模—吹風”這一系列動作，并借助于觸摸屏完成相應參數的顯示與選擇，運動的啟動、停止等控制操作，最后把相關信息再饋送到中央控制室，借助于PC機完成系統的監控。

本論文在內容安排上首先介紹了題目的來源與意義及其相關的背景;系統方案的 確定、總體的組成、設計思想與理論依據等;系統經調試自運行以來，無論是在穩定性、可靠性方面，還是在系統的精度與效率方面都有了很大的提高，同時節約了成本，降低了操作人員的勞動強度與人身危險系數，使系統的自動化、現代化程度大大提高，具體實施有較高的參考與使用價值，在同行業中有一定的推廣與應用的實際意義。

近年來,一些高新技術產品的出現,要求沖制微型元件,由之帶來了沖床的小型化.傳統沖床速度低、精度差、特性硬等方面的問題在設備小型化后顯得十分突出,所以沖床小型化后的創新設計或改進設計變得重要．目前,德國產的一種沖剪膨脹金屬網的小型沖床(SP350型)的最高速度可達1600次min,臺灣產同類沖床的速度也在500次min以上．而我國用于同樣目的的機械給料式最小型沖床的最高沖剪速度只有180次min．針對這一問題,通過多方案的分析，遴選,采用了機電結合的自動步進供料方案,使得改造后的沖剪機的加工速度大大提高.實際應用表明,該機的加工速度的提高并沒有降低機器的進料精度和加工精度．為提高工作效率和產品質量,對原有生產過程進行深入了解，根據產品需要用沖床沖制成型,成品與廢料分離、碼料。整個工藝過程均為人工操作,工作效率低,勞動強度大,廢品率高,工人操作安全很難保障。鑒于此生產現狀,課題組結合廠家已有設備:沖床、涂漆機,設計、制造一套全自動生產線,該生產線不需要將卷料剪切,上卷后直接連續生產,實現儲料、步進送料、沖制一體化功能。

沖壓成形是一種塑性加工方法，因沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質量穩定的特點，所以沖壓設備被廣泛使用，其中鈑金件的90%是靠沖壓成形。沖壓成形作為一門古老而又年輕的制造技術，幾乎滲透到國民經濟的每一個部門。沖壓制件無論在汽車制造業、農業機械、動力機械、建筑機械、化工機械、精密機械、儀器儀表、醫療器械、日用五金等等，還是在航空航天、軍事兵器等各個門類，都占據著相當重要的地位。沖床是屬于點位控制機床，在中間行程中不進行加工，由于一般加工產品單一，模具不經常進行更換，所以在傳統的沖床控制中一般采用繼電器控制，送料一般采用手工送料，但此種方式存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題。而在我國的鄉鎮企業、私營企業，由于受資金管理等方面的限制，簡易式沖壓設備使用較多，其送料絕大多數是靠人工手動送料，且缺乏保護裝置，“效率低，勞動強度大”是這些廠礦顯著的特點。我們注意到，在這些企業里的沖壓設備操作人員中，大多數人員都沒有經過正規培訓，并且在使用中違反操作規程或長期疲勞操作時有發生，因此給操作者帶來了較大的安全隱患，具不完全統計，全國每年因沖壓造成的事故高達100多起，嚴重的造成手斷臂折成為終生殘疾。

隨著市場經濟的發展，國內、國際市場競爭日益激烈，產品更新更為迅速，尤其是

隨著工業的發展，沖壓制件類型、工藝、外形越來越復雜，精度要求越來越高，傳統的沖床己經不能滿足要求，數控沖床應運而生。數控沖床自動化的最終目標就是:盡可能的減少人的直接參與，最大限度地降低操作人員的勞動強度。沖壓生產自動化具體來說主要是指包括材料供給、制品及廢料的排出、模具更換、沖床的調整與運轉、沖壓過程異常狀況的監視等作業過程的自動化，將這些技術應用到沖壓生產流水線的相應環節從而實現沖壓生產過程的自動化。

近年來，由于計算機控制技術、檢測技術及電力電子技術的發展進步，交流伺服技術越來越多的應用到沖壓生產領域，使得沖壓生產自動化、智能化、柔性化的水平大大提高，但作為數控沖床的輔助裝置—自動送料機構，一直沒有得到應有的重視。自動送料機構作為沖壓加工生產實現自動化的最基本的要求，它的自動化程度高低，直接影響著沖壓生產效率、生產節拍以及沖壓生產整體自動化水平，只有其自動化程度與沖壓設備相匹配甚至高于沖壓設備，才能夠實現沖壓生產的完全自動化。因此，在發展沖壓成形設備的同時，給予送料機構足夠的重視和研究是有著其實際的意義。

1.2課題研究的相關背景

沖壓生產的自動化，手工送料逐步由自動送料機構所取代，從而進一步滿足沖壓生產自動化，大幅度提高生產節拍、生產質量，己是“大勢所趨”，但結合我國的實際國情及生產設備的現狀，傳統的沖壓設備在相當長的一段時間里可能還要進行“服役”，要完全實現自動化可能還要有很長的一段路要走。獲得自動化數控生產的能力可以通過購買新設備及對舊設備進行更新改造，但購買新數控設備所需資金投入較大，淘汰替換下來的機床不但占用空間，同時也是資源上的一種浪費，尤其是在在資金短缺的情況下，通過對舊設備的改造獲得數控加工能力不失為一種有效的途徑，一方面可以節約資金，另一方面可以將廢舊閑置的設備進行充分的利用.為了保證工人的人身安全，提高生產效率和產品精度，我們對沖壓機自動化送料系統進行了研制，在不對原設備進行“根本性”改造的前提下，使鋁箔板件的沖壓實現了自動化。我們本著節約資金、降低成本，提高生產效率，保障人身安全的科學人性化管理的方針，對沖床進行了數控改造和送料機構的研制。

1.3數控機床與自動送料技術的國內外發展概況及發展趨勢

1.3.1數控機床的產生

機械產品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。在機械制造工業中，單件、小批量生產的零件約占機械加工總量的70%～80%。為滿足多品種、小批量，特別是結構復雜、精度要求高的零件的自動化生產，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產品頻繁變化的“柔性”自動化機床，

在此背景下，數控機床應運而生。

1.3.2計算機數控的發展

世界上的第一臺數控機床是由美國在五十年代開發研制的，使用電子管元件，體積龐大。到六十年代，由于半導體晶體管的開發與應用，數控系統的可靠性提高、價格下降。七十年代隨著中小規模集成電路的應用并伴隨著紙帶傳輸系統的出現，大大提高了機床的加工效率及使用的靈活性，也使數控機床日趨完善。八十年代以來，微處理器的發展與應用，數控技術也迎來了計算機數字控制(CNC)時代，隨著微處理器的運算速度的不斷提高，數控機床的功能和應用范圍也在不斷的發展與擴大。數控裝置先后經歷了電子管(1925年)、晶體管(1959年)、小規模集成電路(1956年)、大規模集成電路及小型計算機(1970年)和微處理機或微型計算機(1974年)等五代數控系統。前三代屬于采用專用控制計算機的硬接線(硬件)數控裝置，一般稱為CNC數控裝置。第四代數控系統出現了采用小型計算機代替專用硬件控制計算機，這種數控系統稱為計算機數控系統(CNC)。自1974年開始，以微處理機為核心的數控裝置得到迅速發展。

我國從1958年開始研制數控機床，自20世紀60年代中期進入實用階段，80年代開始，引進日本、美國、德國等國外著名數控系統和伺服系統制造商的技術，使我國數控系統在性能、可靠性等方面得到了迅速發展。經過“六五”、“七五”、“八五”及“九五”科技攻關，我國己掌握了現代數控技術的核心內容。目前我國已有數控系統(含主軸與進給驅動單元)生產企業五十多家，數控機床生產企業百余家。

1.3.3沖壓設備及自動送料裝置的發展方向

隨著電子、計算機、自動控制以及精密機械與測試技術的不斷提高和發展，數控沖壓設備與自動送料裝置也在隨著數控機床的發展而在迅速發展和演變。概括起來主要表現在以下一些方面:

1．高精度化

當代工業產品對精度的要求越來越高，很多精密零件的誤差范圍要求在微米以內，與之相適應，在計算機技術發展的推動下，各種加工精度補償技術得到了應用和發展，機床結構材料也開始普遍采用各種性能穩定、溫度影響小的新型材料，如:花崗巖、精密陶瓷等，使得數控機床的各項精度越來越高。作為數控自動化的輔助裝置，自動送料裝置的精度會直接影響產品的精度，追求自動送料裝置的高精度化是永恒的主題，這主要表現在定位和進給量的大小上。

2．高速度化

提高生產效率主要表現在提高機床主軸的轉速和送料的進給量方面。如日本DIMAC公司生產的NC伺服輥輪送料機，能實現連續高速送料，最高速度可以達到100mmin，使

機床的加工效率大幅提高。

3．高柔性化

市場競爭的日益激烈，利用最少的設備來生產盡可能多的沖壓制件，間接的降低生產成本成為各個廠家竟相追求的目標之一;同時當代產品的多樣化和個性化，對機床提出了更高的柔性加工要求，如在一臺沖壓設備中完成不同的模具加工等。這種將各種加工功能在一臺機床上進行集成，均是為了在一臺機床上實現一次裝卡、送料就能完成對零件的不同加工要求，這充分展示了機床及生產線加工的柔性，并有利于提高加工精度。

4．高自動化

自動化是指在全部加工過程中，減少“人”的介入，而能自動地完成規定的任務。特別是現代數控機床與自動送料裝置的結合，使其真正的高度自動化成為可能。

5．高可靠性

大規模集成電路及計算機的應用，使得數控機床越來越可靠。但是，由于使用現場環境的復雜性，往往會受到很多的干擾，所以追求高可靠性是研究的一項重要課題。隨著我國沖壓行業的發展， 沖壓設備性能與世界的接軌，沖壓生產自動化程度的進一步提高，對沖壓生產的送料技術也提出越來越高的要求，以滿足與沖壓設備的配套。

6．交流伺服系統自動送料機構

近20多年來，由于電力電子技術的發展，計算機控制技術以及現代控制理論的應用，交流伺服驅動技術得到了飛速發展.交流伺服自動送料的動力來自交流伺服電動機，具有柔性化、智能化的特點，工作性能和工藝適應性很強。在我國，較先進的自動送料裝置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系統送料機，它適合于各種五金、電子、電器、玩具伺服送料及汽車零件連續沖壓加工，送料矯正;送料時可任意設定送料長度，操作容易，安全及穩定性高。但是，在該送料機中所用的伺服馬達、電子元件和控制器等都是從日本引進的，國內在這方面的技術還比較落后，因此，我們必須給予這方面技術充分的重視，加快研究開發，以較快的速度追趕發達國家的研究步伐。

1.4課題研究的任務及達到的預期目標

本次改造任務包括機床的數控改造和自動送料裝置的設計。改造的基本思想是保留原來的沖床機械裝置，對其控制電路進行重新設計，使系統可在自動或手動方式下工作;設計出自動送料裝置，進料速度要能自動調節且和沖床工作情況相協調;整個裝置應具有以下特點:

(1)整個生產過程可在高度自動化狀態下完成，自動化程度達到或高于國內同行先進水平。

(2)人機交互應直觀方便、界面友好、操作簡單，中文數據處理顯示。

(3)監視畫面可以動態監視整個生產過程，反映相關參數，比如進料長度、電機轉速、啟動時間、停止時間、成品數量、所選檔位等。

(4)進料長度可以在一定的范圍內調節，以適應不同規格的產品。

(5)有一定的故障自診斷畫面報警功能。

(6)要有相關的安全保護措施，比如雙啟動、急停、過流、過壓保護等。

(7)可對系統進行手動調節、點動控制、參數設定等。

(8)系統要有較高的精度，進料精度保證在0.5毫米以內。

(9)自控系統無論在硬件選擇還是軟件編程上，應保證系統的可靠性，使控制系統長時間工作在無故障或少故障狀態。

(10)在保證系統基本性能指標的前提下，盡量節約成本，系統的性能價格比高，

(11)系統件應具備可擴展性和開放性，保證系統投資的長期效應以及系統功能不斷擴展的需要，并提供開放式數據通訊，以適應整個車間或單位聯網進行集散控制的需 要 。

第2章 系統的總體設計

2.1自動送料裝置的平面圖

如圖2.1所示

圖2.1

自動送料裝置的工作原理：當生產條件滿足,用PLC人機工作屏控制步進電機運轉,使步進電機輸出步進角通過絲杠的轉動牽引送料，當達到設定長度時,步進電機停止,送料到位靜止后,沖床沖壓,將芯片成型。通過計數器計數，從而使其往復自動送料。

2.2供料方案分析

不同噸位的沖床因其沖壓力、運動慣性及運動部件慣量沖量作用,其沖頻是相對有

限的。微型或小型器件的沖制,因沖壓力小,運動件慣性小,作業時設備的穩定性容易保持,因而具備提速的潛能,但提速的幅度與步進的最大步距有關。目前,小型沖床極少采用液壓驅動式,這是因為液壓沖床要求的外圍設備多且需頻繁進行維護。針對主作業機構為曲柄滑塊機構的沖床而設計的自動步進送料系統根本目的是為了提高沖床的加工速度。根據沖床配置送料機構的動力源不同可以將步進送料方式分為機械式、機電式、液壓式和氣動式四類。由于后兩種方式對液壓、氣動系統有獨立的外圍配套要求,小型沖床普遍用機械式或機電式送料。常規機械方式有許多不同的設計方案:不完全齒輪機構、棘輪機構多桿組合機構等。這些送料方式的共性問題是送料運動穩定性差、剛性沖擊大、響應速度慢。高速沖壓加工時,或者難以保證成型產品的精度;或者引起運動失步而根本無法完成沖制。因此不宜用作高速沖床的送料方案。文獻[1]全面論述了一種精密間隙機構———空間凸輪機構,可以被選擇用來實現步進送料。間歇凸輪機構有兩種形式———端面凸輪或徑向凸輪,這是一類具有高分度精度的空間傳動裝置具有一系列的特點:能夠通過機械的強制鎖合使主輔運動保持同步聯動;具有高承載能力和低維修率可滿足用戶所要求的特殊運動特征,對其運動規律進行合理設計可得到好的高速動態性能。這類機構已廣泛應用于數控機床的自動換刀裝置(ATC)、電機矽鋼片沖制以及其他步進給料裝置中。但盡管如此,如果結合具體的沖床設計,會發現這類機構也存在問題:①要保證加工精度,必先保證進料精度,進料精度主要取決于凸輪機構的運動和定位精度。故凸輪機構本身的加工制造需要專用的機床,尤其是服役于高速下的凸輪需進行磨削加工。②空間凸輪機構送料的沖床,加工柔性差,難以實現供料步距的無級化目標。③一般而言,小型沖床為上驅動式,主運動與供料運動的空間距離較大,同時分支傳動的減速比大,故需采用較長的傳動連接,這樣勢必產生大的累積誤差,導致精度下降。基于此,本設計提出并應用了基于單片機控制的機電結合的沖床快速步進供料系統的解決方案。

圖2.2 2.3控制系統設計

2.3.1 控制系統的硬件設計

步進電機送料控制系統主要包括單片機主控電路、步進電機及其驅動電路、顯示電路、檢測電路及接口電路等部分.控制系統硬件電路如圖2.3所示.

圖2.3單片機控制系統電路組成

單片機選用89C52,由于其內部含Flash存儲器,使系統在開發及調試過程中十分容易進行程序的修改.同時,在系統工作過程中,能有效地保存一些數據信息.單片機的看門狗電路采用集成的看門狗電路X25045,接線十分簡單.系統顯示部分由6位LED數碼管組成,其中最高兩位作為功能、狀態指示符,低4位用來顯示數據.顯示驅動器選用的是帶有串行接口的8位LED控制驅動器PS7219,它可同時、直接驅動8位LED,與單片機的接口采用簡單的3線SPI方式,因此硬件線路十分簡單.鍵盤輸入設置了16個按鍵,識別方法采用簡單實用的線反轉法,16個按鍵按4@4的矩陣接到P2口的8位IO口上,采用查詢方式工作.三相步進電機的驅動器選用了廠家配套的驅動系統,它與主機的接口是單片機的P1口,并通過光電隔離電路隔離,以避免驅動器的強電部分對主機的干擾.為保證送料精度,步進電機啟停階段采用運動平穩性最好的三相六拍工作方式,以減小其脈沖當量.沖頭位置檢測傳感器采用電感式接近開關,如圖2所示接到單片機的INT1口.為保證送料的準確、及時,應通過調試將其安裝到合適的位置.沖頭位置檢測以中斷方式工作.

2.3.2控制系統的軟件設計

此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業設計下載！該論文已經通過答辯

在步進電機及其控制設計時,要將設定的行程和速度轉換成電機的步數和定時常數,

以選擇步進電機.系統的軟件設計采用模塊化,使得結構簡單清晰,便于調試和修改.軟件模塊主要包括:初始化模塊、按鍵處理模塊、輸入處理模塊、顯示模塊等,程序流程如圖2.4所示.步進電機的控制通過中斷子程序完成,當沖頭位置信號到即進入中斷子程序

.

圖2.4程序流程圖

初始化程序的主要任務是設置狀態標志和用戶數據存儲區、置初始值、完成定時器初始化、PS7219初始化及中斷初始化.按鍵識別程序采用查詢方式,可分為兩步:第一步,將行線編程為輸入線,列線編程為輸出線,并使輸出為全零電平,則行線中電平由高到低所在行為按鍵所在行;第二步,將行線編程為輸出線,列線編程為輸入線,并使輸出為全零電平,則列線中電平由高到低所在行為按鍵所在列;綜合一、二步的結果,即可確定按鍵所在的行和列.為保證系統穩定可靠,程序中采用了數據冗余、模塊令牌、程序陷阱等措施,以提高系統運行時的可靠性和抗干擾能力.送料系統采用作為控制核心,實現開卷、松卷、儲料、步進送料、糾偏等功能,并與原有設備協調工作.

第3章 沖床自動送料機構組件絲杠的設計

圖3.1 選取的滾珠絲杠轉動系統為：磨制絲杠(右旋)

軸承到螺母間距離(臨界長度)ln=1200mm,固定端軸承到螺母間距離Lk=1200mm 設計后絲杠總長=1600mm,最大行程=1200mm,工作臺最高移動速度Vman=14（mmin） 壽命定為Lh=24000工作小時。μ=0.1（摩擦系數）,電機最高轉速nmax=1800（rmin） 定位精度：最大行程內行程誤差=0.035mm,300mm行程內行程誤差=0.02mm,

失位量=0.045mm,支承方式為(固定—支承),W=1241kg+800kg（工作臺重量+工件重量） g=9.8msec2(重力加速度),I=1(電機至絲杠的傳動比) Fw=μ×W×g=0.1×2041×9.8≈2000N(摩擦阻力)

表3.1

Fa---軸向載荷（N）F---切削阻力（N）Fw ---摩擦阻力（N）

從已知條件得絲杠編號：此設計絲杠副對剛度及失位都有所要求，所以螺母選形為：FDG（法蘭式雙螺磨制絲杠），從定位精度得出精度精度不得小于P5級絲杠FDG_-_X_R-_-P5-1600X____

3.1計算選定編號

3.1.1導程

Pho?

Vmaxnmax?I

?14000?7.7mm 式（3-1）

在此為了安全性考慮：Pho=10(mm)

表3.2

3.1.2平均轉速

nm?

q1100100

q2q43

?n1?100?n2?100?n3?100?n4

?1400?100?100?100?60?100?12 式（3-2）

q

?

?266rmin

3.1.3平均載荷

Fm

式（3-3） ?3902N

3.1.4時間壽命與回轉壽命

Lh?mL?L=Lh?nm?60?24000?266?60?383040000轉次

式（3-4）

3.1.5額定動載荷

以普通運動時確定fw取

1.4

Ca?Fm?fw?3902?1.4?39673N

式（3-5）

得：額定動載荷Ca≥39673N

以Ca值從FDG系列表及（絲杠直徑和導程、絲杠長度表）中查出適合的類型為： 公稱直徑：d0=40mm絲杠底徑：d0=33.9mm導程：Pho=10mm循環圈數：4.5 額定動載荷為：48244N。

絲杠編號：FDG40×10R-P5-4.5-1600×____

3.1.6預緊載荷

Fao= Fmax3=110003≈3666N 式（3-6）

3.1.7絲杠螺紋長度

Lu=L1-2Le 得出L1=Lu+2Le=1200+2×40=1280mm 式（3-7） 絲杠螺紋長度不得小于1280mm加上螺母總長一半84mm(從系列表中查出螺母總168mm)。

得絲杠螺紋長度≥1364m。在此取絲杠螺紋長度L1=1400mm,則軸承之間的距離Ls=1400mm絲杠編號：FDG-10R-P5-4.5-1600×1400

3.2絲杠公稱直徑

臨界轉速及允許工作轉速：

nkper≤0.8×nk得出 nk ≥ nkper0.8 式（3-8） 以安裝形式確定fnk取18.9。

d27kn

nk?fnk?L2?10?d2?f?107

n

nk

n?L

?

2

18.9?107

式（3-9）

?13.7rmin

可知絲杠螺母底徑大于?13.7

當Pho=10(mm)、最高轉速達到1400（rmin）時，系列表中適合的公稱直徑d0≥32mm。 上述由額定動載荷Ca求得的公稱直徑d0=40mm>32，滿足條件，否則公稱直徑還應加大。

絲杠編號：FDG40×10R–P5-4.5-1600×1400

3.3滾珠絲杠傳動系統剛度

初始條件：失位量=0.045mm。滾珠絲杠系統之間各元部件（絲杠、螺母、支承軸承），在此設為：0.04mm。此時滾珠絲杠系統各元部件單邊彈性變形量為：0.02mm。此時為無切削運動時的軸向載荷2000N。

3.3.1絲杠剛度

當Ls1=Lk，Rs為最小，一般情況下計算最小剛度值。

(d?0.70DW7

Rs?165?0

Ls1

2

)

40?0.707?5951

?165?()3 式（3-10）

1200

?176N/?m

δ=FaRs=2000176≈11.4μm 沖床自動送料裝置機械結構設計_畢業論文設計 式（3-11）

3.3.2螺母剛度

在此預緊載荷為額定動載荷的10%，螺母剛度從表中查出 R=2128Nμm 從表中查出額定動載荷Ca=48244N,在此ε取0.1．

Fao1

Rnu?0.8?R?()3

??Ca

1

3666

?0.8?2128?()3 式（3-12）

0.1?48244

?1554N/?m

δnu=FaRnu=20001554 ≈1.3μm 式（3-13）

3.3.3支承剛度

支承軸承剛度RaL可從軸承生產廠產品樣本中的查出。 在此RaL=1020Nμm RaL=Faδ

aL

得出δaL=FaRaL= 20001020 ≈ 2μm 式（3-14）

3.3.4軸向總剛度

1Rtot = 1Rs + 1Rnu + 1RaL =1176 + 11554 + 11020

≈1138 得出Rtot≈137 Nμm 式（3-15）

3.4總彈性變形量(單邊)

δ

tot

= δs + δnu + δaL =11.4+1.3+2

=14.7μm ≤20μm，合格。 式（3-16）

從絲杠軸向總剛度的問題上來講，絲杠的剛度有時比螺母的剛度重要，最佳提升剛性的方法是提高絲杠的剛度，而不是在螺母上施加太重的預緊載荷(預緊載荷最高為額定動載荷的10%)，如果將絲杠的安裝方式改為（固定-固定）式，軸向總剛度的最小剛度Rtot≈305Nμm、總彈性變形量(單邊)δs=6.7μm。

3.5電機的選定

3.5.1驅動轉矩

Fa為無切削軸向載荷2000N。

MFa?Phota?

2000????

?2000?102000?3.14?0.9

?3.5NmFa為輕切削軸向載荷4000N。

MFa?Phota?

2000????

?4000?102000?3.14?0.9

?3.5NmFa為普通切削軸向載荷7000N。

MFa?Phota?

2000????

?7000?10 2000?3.14?0.9

?12.4NmFa為重切削軸向載荷11000N。

MFa?Phota?

2000????

?11000?10 2000?3.14?0.9

?19.5Nm由預加載荷而產生的轉矩 在此Kp取0.18

MFao?Pho?kp

ta?

2000?? ?5000?10?0.8 2000?3.14

?1.4Nm式（3-17）

式（3-18）式（3-19）

式（3-20）

式（3-21）

在精確設計中要考慮各方面的轉矩(如：加速度時之負載轉矩及馬達所負荷的總慣性矩等)。I=1（電機至絲杠的傳動比）

平均速度時最大驅動轉矩

Mt1=Mta+Mte=19.5+1.4≈21Nm 式（3-22）

在此馬達轉速最高設計為1500rmin

電機的選定時，一般來說以平均速度時的 Mt1 在電機額定轉矩的30%以內情況下使用。

3.6檢校

3.6.1絲杠理論容許軸向載荷

以安裝形式確定fFk取20.4

Fk=fFk×d24Lk2×104 =20.4×33.921200×104≈187097N 式（3-23）

3.6.2絲杠工作容許軸向載荷

Fkzul =Fk2=1870972≈93549N 式（3-24）

最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，合格。

3.6.3臨界轉速

以安裝形式確定取18.9

nk=fnk×d2Ln2×107=18.9×33.912002×107≈4449 rmin 式（3-25）

3.6.4允許工作轉速

nkper≤0.8×nk=0.8×4449≈3559 rmin 式（3-26）

最大運動轉速小于允許工作轉速，合格。

第4章 基于ProE的沖床自動送料機構裝配圖

如圖4.1所示

圖4.1

4.１沖床自動送料機構重要組件零件圖

4.１.１導向桿

圖4.2

4.１.２導向桿座

4.１.３絲杠

4.１.４絲杠螺母

圖4.3

圖4.4

圖4.5

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