自动沾锡装置毕业设计

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1、摘 要 本次设计的自动沾锡装置可以抓取变压器，代替人工在高温的环境下 完成沾锡过程，避免烫伤等伤害。 本次设计的自动沾锡装置由多部分组成，机械手、竖臂、横臂、锡炉 等。综合所学理论知识与相关机械设计的专业知识，可完成对此自动沾锡 装置设计，并且绘制所需装配图和零件图。此沾锡装置其中的机械部分可 采用伺服电动机、螺旋杆、导向光杆等相关机械部件组成。 沾锡的装置控制系统的设计，绘制的机械臂的工作原理图，大大提高 了工作效率和图纸质量。 本文采用三维设计，三维效果绘制整个装置，然后再完成了二维图形 的绘制，不仅提高了效率，而且好的图纸质量高。 这次的机械设计，希望能对可改善工作环境和良好的改善，还可

2、以为 企业提高产业效益和好的效果。 关键词：机械手； 伺服电机； UG； PLC Abstract Automatic soldering device, this design can grab the transformer, instead of manual work is stained with tin process in high temperature environment, avoid scald injury. The design of the automatic soldering device is composed of many parts, mechanic

3、al hand, arm, arm, tin furnace etc. Integrated the theory of professional knowledge and related mechanical design, can finish the automatic soldering device design, and draw the assembly drawing and part drawing. This tin device which can be composed of the mechanical parts of servo motor, screw, gu

4、ide rod and other related mechanical parts. Design of control system with tin, working principle diagram of mechanical arm drawing, greatly improving the working efficiency and quality of the drawings. This paper uses 3D design, 3D rendering the entire device, and then in the two-dimensional graphic

5、s rendering, not only improve the efficiency, but also good drawings of high quality. Mechanical design of this, in hopes of improving the working environment and good improvement, but also for enterprises to improve industrial efficiency and good effect. Keywords: machine hand; servo motor; UG; PLC

6、 目 录 摘 要 .7 ABSTRACT.8 第 1 章 绪 论 .11 1.1 本论文的背景和意义 .11 1.2 本论文的理论知识 .13 1.3 本章小结 .14 第 2 章 沾锡装置的总体设计 .15 2.1 执行机构的选择 .15 2.2 驱动机构的选择 .15 2.3 传动机构的选择 .16 2.4 机械手的基本形式的选择 .18 2.5 沾锡装置的主要部件及其运动 .19 2.6 机械手的技术参数 .21 2.7 本章小结 .22 第 3 章 机械手部分的设计 .23 3.1 机械手设计的要求 .23 3.2 典型的手部结构 .23 3.3 机械手的设计计算 .23 3.4 手爪

7、的夹持范围计算 .25 3.5 滑动丝杠的设计 .26 3.6 齿轮的设计 .30 3.6.1 选择齿轮的材料，确定许用应力 .30 3.6.2 齿面接触疲劳强度的设计计算 .31 3.6.3 齿根弯曲疲劳强度校核计算 .33 3.6.4 齿轮其他主要尺寸计算 .34 3.7 电机的选型 .37 3.8 辅助的三维图 .38 3.9 本章小结 .39 第 4 章 直臂部分的设计 .40 4.1 手臂的结构的选择 .40 4.2 滚珠丝杠的设计 .41 4.3 电机的选型 .45 4.4 辅助的三维图 .46 4.5 本章小结 .47 第 5 章 横臂部分的设计 .48 5.1 手臂的结构的选择

8、 .48 5.2 滚珠丝杠的设计 .48 5.3 电机的选型 .52 5.4 辅助的三维图 .53 5.5 本章小结 .54 第 6 章 吹锡装置 .55 6.1 辅助的三维图 .57 6.2 本章小结 .57 第 7 章 总结 .58 致 谢 .60 参考文献 .61 附录 1 外文翻译 .62 中文译文 .75 完 .85 中国矿业大学徐海学院 2013 届本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 本论文的背景和意义 在我国，沾锡机还没有被广泛应用，好多沾锡企业仍然在使用手工沾 锡、波峰焊沾锡。而沾锡机的生产研制厂家也很少，主要有广东烟台添翼 电子有限公司的 TY-J01，深圳市捷先

9、达科技有限公司的 JXD-3300 等。但 沾锡机在国内有广阔的市场，已经使不少厂家开始自行研制性能更好的沾 锡机。所以，在未来几年，随着沾锡机性能提高，必将会被我国的沾锡企 业普遍应用。 图 1.1 JXD-3300 沾锡机主要有以下特点： 2 （1）操作简单，任何人员都可以熟练操作，而且还可以减少人员配备； （2）沾锡效率高，20 秒之内完成一次沾锡，一次可以沾锡多块电路板； （3）沾锡质量高，用 JXD-3300 沾锡，只需沾锡一次即可，焊点饱满， 管脚沾锡少，减少焊锡消耗，减少补焊工作量； （4）不易出现元件倾斜和脱落等情况； （5）具有助焊剂预热功能，使焊点更加饱满，电路板不变形，板

10、面更 加干净，不炸锡； （6）高温氧化产生的锡渣少，一天 10 小时产生的锡渣不超过 1KG， 远远小于波峰焊； （7）耗电少，每小时耗电不超过两度电（2KW/h）； （8）具有定时开关机功能，延长工作时间； （9）可以沾锡任意管脚长短的电路板和任何形状的电路板，对于比较 大和比较重的电路板沾锡更具优势； (10）设备成本低，低于两万元； (11) 沾锡时间、沾锡角度、沾锡温度、刮除锡面氧化物时间任意可调； 目前，沾锡机的发展空间还很大。在激烈的社会竞争中，各个国家都 在积极利用各种方案把沾锡效率和能源节约加以改进，所以在沾锡机上的 新技术不断应用，但是总的趋势有以下几点： （1）提高沾锡机的

11、自动化程度是未来发展的必然趋势。 传统的手工沾锡和波峰焊沾锡方式，在很大程度上影响了生产效率。 传统沾锡方式在能源上也造成了很大的浪费。现在的沾锡机在沾锡之后的 清洗工序，还是手工操作，这样做不仅浪费大量的人力物力，更严重的是， 要是有毒的污物让人工清理，对人体有严重的伤害。为此，从上料系统开 3 始直至清洗完毕都应由机械工具自动完成，实现沾锡机的自动化。 （2）高效率，高可靠性的发展。 在现有的沾锡机设备中，各工位的自动化得到了迅速的改进与提高。 所以，以后沾锡机设计改造的必然是基于提高产品质量，改善劳动条件， 减轻劳动强度，不断提高机械化水平的理论来进行研究与开发。在我国， 随着机电一体化

12、的高速发展，目前机械基本满足了以上的要求，但是与发 达中国家相比还是有一定的差距的，在各种方面都亟需迅速的改进与提高。 由于我们起步较晚，目前国内沾锡机的研制并不很成熟，沾锡主要依 靠手工作业，生产效率低，工人劳动强度比较大，严重危害人类身体健康。 本课题主要研究方向是使国内的沾锡机朝自动化程度更高的方向发展。这 对于提高我国机械制造和能源节约方面有很大意义。所以本课题的研究对 于国家，企业来讲是很必要的，有着重大的意义。 1.2 本论文的理论知识 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而 在设计领域发展起来的一门新兴的多交叉学科。它是以设计产品为目标的 一个知识群体的

13、系统。换句话说，它是为了适应市场剧烈竞争的需要，提 高设计质量和缩短设计周期，以及推动计算机在设计中的广泛应用，于 20 世纪 60 年代在设计领域相继诞生与发展的一系列新兴学科的集成。其种类 繁多，内容广泛。目前它的内容主要包括优化设计、可靠性设计、设计方 法学、计算机辅助设计、动态设计、有限元法、工业艺术造型设计、人机 工程、并行工程、价值工程、反求工程设计、模块化设计、相似性设计、 虚拟设计、疲劳设计、三次设计等。在运用它们进行设计时，一般都以计 算机作为分析、计算、综合、决策的工具。这些内容汇集了一个设计学的 新体系，即现代设计。 4 本次设计任务是沾锡机的设计。主要采用计算机辅助设计

14、、优化设计 和有限元法等方法进行研究。通过系统化的设计方法，把设计对象看作一 个完整的技术系统，然后用系统工程方法对各要素进行分析和综合，使系 统内部协调一致，并使系统与环境相互协调，以获得整体最优设计。 1.3 本章小结 本章介绍了毕业设计的基本情况，发展前景和设计的目的，并介绍了 沾锡装置的设计思路和方法。 5 第 2 章 沾锡装置的总体设计 2.1 执行机构的选择 （1）手部，是直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型。手部 是用来抓取工件的部件，根据被抓取物件的形状、尺寸、重量、材料和抓 取要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。其中最常用的 抓取类型是吸附型和夹持型，吸附

15、型主要是针对于一些正方形表面光滑、 轻质的工件或物料，夹持型主要是针对圆柱形状或者是别的一些比较复杂 形状的工件或物料。传力机构形式较多，常用的有：连杆杠杆式、滑槽杠 杆式、斜槭杠杆式、丝杠螺母式、齿轮齿条式、重力式和弹簧式。 （3）臂部 ，手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕 部和手部（包括工作或夹具） ，并带动他们做空间运动。臂部运动的目的： 把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位） ，则用 腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基 本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运 动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）

16、和各种传动机构来实现，从臂部 的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且 自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓 重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。 6 2.2 驱动机构的选择 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 可分为以 下四类 ： （1）气压传动机械手 气压机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其特点为： 输出力大、易于保养、动作迅速、结构简单成本低。但是由于空气具有可 压缩的特性，工作速度的稳定性较差、冲击力大、定位精度一般、抓取力 小。 （2）液压传动机械手 是以油液压缩的压力来驱动执行机构运动的

17、机械手。其特点为：输出 力大、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏、抓取力大。但是这种机械手对密 封性要求很高、不易于保养与维护、受到液体本身的属性影响，不宜在高 温或者低温的环境下工作、油的泄漏会导致对其工作性能产生很大的影响、 油液过滤要求非常严格，成本高。 （3）机械驱动机械手 它是由机械传动机构驱动的机械手，是一种附属于工作主机的专用机 械手，动力是由工作机械提供的。其主要特点为：运动精确，动作频率大， 定位精度高。但是结构较大，保养需求高。 （4）电气驱动机械手 它是由电机直接驱动执行机构运动的机械手。其特点为：运动速度快， 行程长，定位精度高，易于维护、使用方便、节能环保。但是其技术还不

18、够成熟、结构较复杂、成本也较高。 驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很 大程度上取决于驱动方案及其装置。按照各驱动特点以及机械手的工作环 境经讨论我们采用电动驱动。 7 2.3 传动机构的选择 （1）齿轮传动机构 在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮，圆锥齿轮，谐波齿轮， 摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等。 （2）谐波齿轮传动 谐波齿轮传动具有结构简单、体积小重量轻，传动比大（几十到几百） ， 传动精度高、回程误差小、噪音低、传动平稳，承载能力强、效率高等一 系列优点。故在工业机器人系统中得到广泛的应用。谐波齿轮传动与少齿 差行星齿轮传动十分相似，它是依靠柔性齿轮产生的可

19、控变形波引起齿间 的相对错齿来传递动力与运动的，故谐波齿轮传动与一般的齿轮传动具有 本质上的差别。 （3）螺旋传动 螺旋传动及丝杠螺母，它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将 直线运动变换为旋转运动。螺旋传动有传递能量为主的，如螺旋压力机、 千斤顶等；有以传递运动为主的，如机床工作台的进给丝杠。 丝杠螺母传动分为普通丝杠（滑动摩擦）和滚珠丝杠（滚动摩擦） ，前 者结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁能力；但是摩擦阻力矩大、 传动效率低（30%40%） 。后者虽然结构复杂、制造成本高，但是其最大的 优点是摩擦阻力矩小、传动效率高（ ） ，其运动平稳性好，灵活92%8 度高。通过预紧，能消除

20、间隙、提高传动刚度；进给精度和重复定位精度 高。使用寿命长；而且同步性好，使用可靠、润滑简单，因此滚珠丝杠在 机器人中应用很多。由于滚珠丝杠传动返行程不能自锁；因此在用于垂直 方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。 （4）同步带传动 同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动，它 8 在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合传动。 为保证带和带轮作无滑动的同步传动，齿形带采用了承载后无弹性变形的 高强力材料，无弹性滑动，以保证节距不变。同步带具有传动比准确、传 动效率高（可达 98%） 、节能效果好；能吸振、噪声低、不需要润滑；传动 平稳，能高速传动（可达

21、40m/s） 、传动比可达 10，结构紧凑、维护方便等 优点，故在机器人中使用很多。其主要缺点是安装精度要求高、中心距要 求严格，同时具有一定的蠕变性。同步带带轮齿形有梯形齿形和圆弧齿形。 （5）钢带传动 钢带传动的特点是钢带与带轮间接触面积大，是无间隙传动、摩擦阻 力大，无滑动，结构简单紧凑、运行可靠、噪声低，驱动力矩大、寿命长， 钢带无蠕变、传动效率高。 （6）链传动 在机器人中链传动多用于腕传动上，为了减轻机器人末端的重量，一 般都将腕关节驱动电机安装在小臂后端或大臂关节处。由于电机距离被传 动的腕关节较远，故采用精密套筒滚子链来传动。 （7）钢丝绳轮传动 钢丝绳轮传动具有结构简单、传动

22、刚度大、结构柔软，成本较低等优 点。其缺点是带轮较大、安装面积大、加速度不宜太高。 2.4 机械手的基本形式的选择 常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下 4 种：（1）直角坐标型机械手；（2）圆柱坐标型机械手；（3）球坐标(极 坐标) 型机械手；（4）多关节型机机械手。 9 图 2.1 机械手基本形式 按照机械手的工作环境采用直角坐标型机械手，其特点是结构简单紧 凑，定位精度高，比较满足设计要求。 2.5 沾锡装置的主要部件及其运动 在直角坐标型机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设 计要求，关于机械手具有3个自由度 即：手爪张合；直臂升降；横臂平移3 个主

23、要运动。 机械手主要由2个大部件和3个电机组成：（1）手部，采用丝杆螺母结 构，通过电机带动实现手爪的张合。 （3）臂部，采用滚珠丝杠，电机带动 丝杆使螺母在横臂上移动来实现手臂平动，带动丝杆螺母使丝杆在竖臂上 移动实现手臂升降。 10 图 2.2 沾锡机总装三维图 11 图 2.3 二维示意图 2.6 机械手的技术参数 （1）用途：自动沾锡 （2）设计技术参数: 1、抓重:20g-100g 2、自由度数:3个自由度 3、坐标型式:直角坐标型 12 4、横臂手臂长度:400mm 5、直臂最大高度:200mm 6、手臂运动参数 升降行程：200mm 升降速度：167mm/s 2.7 本章小结 本

24、章对机械手的整体部分进行了总体方案设计分析，从中选择了机械 手的基本形式以及自由度，确定了本设计采用电机驱动，并给出了设计中 机械手的一些技术参数。下面的设计计算将以此进行。 13 第 3 章 机械手部分的设计 3.1 机械手设计的要求 （1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不 同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 （2） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指 从张开到闭合绕支点所转过的角度） ，以便于抓取工件。 （3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下， 尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （4） 应保

25、证手抓的夹持精度。 3.2 典型的手部结构 （1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2） 移动型 移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3） 平面平移型。 3.3 机械手的设计计算 本设计是设计抓取方形物块的机械手。常用的工业机械手手部，按握持工 件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积 较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式 机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指 的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板和圆柱类材料, 且工件径向尺 寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差为零。通过综合考虑

26、，本设 计选择移动型手爪，采用丝杠螺母这种传动结构方式。 14 运行方式为电机带动直齿轮使丝杠转动继而带动手爪接触块移动，从 而形成手爪的张合，当手爪抓到零件时，电机停止，手爪形成自锁，带动 零件移动。 图3.1 机械手 15 图3.2 机械手结构图 3.4 手爪的夹持范围计算 加工毛坯尺寸： 长度：30mm 左右 103 变压器质量：约 10g-50g（按最大 50g 计算） 装夹的深度：约 20mm 纵向定位精度：0.1mm 横向定位精度：1mm 手爪接触块为橡胶，橡胶具有弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝 缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特点。 16 图 3.3 机械手橡胶 3.

27、5 滑动丝杠的设计 设计要求： 需自锁 丝杠长度 170m 最大质量共计约 g 丝杠载荷：丝杠竖直时承受的最大轴向力 ， (g 取NFa6.1mxGg )。10/NKG 设计计算： （1）牙型、材料和许用应力 采用梯形单头螺纹 17 螺杆材料选 45 钢，调制处理， ，由机械手册查表可得2/360mNs 许用拉应力 27210/35spNm .（3.1） 机械手部分为轻载，螺母材料选耐磨铸铁。由机械手册查表可得 许用弯曲应力 ， 取 ；2/605bp2/50mNbp 许用剪应力 2/4mN 由机械手册查表可得 许用压强 ，取2/86Pp2/6mNPp （2）耐磨性计算螺杆中径 由表中公式， ，

28、 pPFd8.02 .（3.2） 采用整体螺母式，取 ，2.11.60.8.02pFdmP 由 GB/T 5796.3-1986，可选 ， ， ， ，5.92Dd5.14 ， 的梯形螺纹、中等精度。螺杆左右两端分别采用不同的旋5.73d81D 向，螺旋副标记分别为： ， 。eHLTr7/20eHTr7/20 （3）自锁性的验算 由于单头螺纹，导程 ，故螺纹升角为mPS5.1 18 4391.5arctnarct2dS .（3.3） 由机械手册查表可得钢和耐磨铸铁的 ，取 ，可得12.0.f 1.0f 561cos.0artn2cosartn f .（3.4） ，故自锁可靠。 （4）螺杆强度的校

29、核 由机械手册查表可得，螺纹摩擦力矩 ， 12tan()9.63450).tMdFNm .（3.5） 代入以下公式得 .（3.6 22332234()()0.169.1().7575/tcapMFdNm ） （5）螺母螺纹的强度校核 因螺母材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹强度即可。 由机械手册查表可得 牙根宽度 ，基本牙高mPb975.016.5.0 19 mPH75.01.5.01 代入以下中的公式得 421.63.0597/pFDbnNm .（3.7） 12423.6075.9013bbpFHDn .（3.8） （6）横向振动的校核 对于钢制螺杆 26132.04.7.5.15/min

30、cccdnlr .（3.9） 应满足转速 in/71328.0rc （7）传动效率 由回转运动转化为直线运动时 20 tan(0.95.)()34.t65020 .（3.10） 效率取为 97. 图 3.4 机械手部分丝杠设计 3.6 齿轮的设计 3.6.1 选择齿轮的材料，确定许用应力 由表 6.2 选 小齿轮 40Cr 调质 1260HBS 大齿轮 45 正火 许用接触应力 由式 HlimnHZ2lim170/HN 21 2lim250/HN 接触疲劳极限 查图 6-4limH 接触强度寿命系数 应力循环次数 由式NZN 1603501(308)ibNnjL912.80 2/ 65 查图

31、6-5 得 、 1NZ2 1NZ 2.0 接触强度最小安全系数 minHSminHS 则 170/H217/ 25.125HN 2/ 许用弯曲应力 由式 FlimnFNXSY2lim1378/F 弯曲疲劳极限 查图 6-7，双向传动乘 0.7 lim1 2li294/N 弯曲强度寿命系数 查图 6-8 NY1NY 弯曲强度尺寸系数 查图 6-9 X X 弯曲强度最小安全系数 minFSmin.4FS 则 1378/1.4F2170/N 29 F 22 3.6.2 齿面接触疲劳强度的设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 估算圆周速度311(0.2)/vnP ，参考表 6.7、表 6.8 选取 公差

32、组 8 级14/vms 小轮分度圆直径 ，由式 6-5 得1d23()()EHdZKTud 齿宽系数 查表 6.9，按齿轮相对轴承位非对称布置 d 0.8d 小轮齿数 在推荐值 中选 1z20412z 大轮齿数 21.753i35 齿数比 u/z .7u 传动比误差 合适(.1)/.750.u 小轮转矩 1T669.50/93/Pn 27Nm 载荷系数 KAV 使用系数 查表 6.3 A 1AK 动载系数 由推荐表 1.051.4 V1.2K 齿间载荷分配系数 由推荐值 1.01.2 . 23 齿间载荷分布系数 由推荐值 1.01.2 K1. 载荷系数 1.2.1AVK1.45K 材料弹性系数

33、 查表 6.4 EZ 289./EZNm 节点区域系数 查图 6-3 H2.5HZ 重合度系数 由推荐 0.850.92 Z 0.87Z 故 23189.50.71.4570.1()8d 19.2dm 齿轮模数 按表 6.6 圆整 m12/9./.96dzm.5 小轮分度圆直径 150130d 圆周速度 v1/63/0n./vms 与估计值接近 标准中心距 a12()/.5()/2mz41.2a 齿宽 b0.6d 大轮齿宽 2 2bm 小轮齿宽 1(51) 18 3.6.3 齿根弯曲疲劳强度校核计算 由式 12FFaSFKTYbdm 24 齿形系数 查表 6.5 小轮 FaY1FaY12.57

34、FaY 大轮 2 应力修改系数 查表 6.5 小轮 Sa1Sa 1.6Sa 大轮 2Y27Y 重合度 1 2(tant)(tant)2zz0 00 01.5cos 1.53cos0(tarcst)35(tarcs)tan2)22. . 重合度系数 0.7/Y 故 0.68Y12459.16/(2301.5)F159/FNm 2.70.7/(.) 223.6/FNm 齿根弯曲强度满足 3.6.4 齿轮其他主要尺寸计算 大轮分度圆直径 2d21.53mz25.dm 根圆直径 f1087.fh16f 2.ff 20.34f 顶圆直径 ad1321.45a1adm h 257 表 2.1 直齿轮参数表

35、 25 参数 符号 小齿轮 大齿轮 相同 齿数 Z20 35 模数 m1.5m 压力角 02 齿顶高系数 ah 1 顶隙系数 c 0.25 标准中心距 0 41.2mm 中心距 a 42mm 分度圆直径 d30mm 52.5mm 基圆直径 b28.191mm 49.33mm 顶圆直径 a33mm 57mm 根圆直径 fd26.25mm 50.34mm 齿顶高 ah1.452mm 2.25mm 齿根高 f 1.875mm 1.077mm 全齿高 t 3.33mm 材料 40Cr 45 26 图 3.5 机械手部分小齿轮 27 图 3.6 机械手部分大齿轮 图 3.7 机械手齿轮箱 28 3.7

36、电机的选型 计算条件：空行程最长 ，夹紧时间不超过 1s50lm 设计计算： 螺母移动平均速度 ， 50/1lmvsts .（3.11） 丝杠的平均转速 srn/3. 摩擦转矩 .（3.12 12ta()91.6n3450.tTMdFNm ） 2130.6104TFDNm .（3.13）T03 故 .mNTq 75.13064.19321 .（3.14）.7582.90qnPW 选用转速为 的直流电机，速比min/3r 75.10ni 29 齿轮传动效率 、滑动螺旋传动效率96.01297.0 总效率 29.72 电机轴驱动转矩： mNiTqL 1.0/51.3/ .（3.15） 电机轴输出功

37、率： WnTPL93.501.2790 .（3.16） 电机选用 40ZY-02 直流电动机 3.8 辅助的三维图 30 图 3.6 机械手轴承座 图 3.7 机械手部分轴承 3.9 本章小结 本章对手爪的类型及夹紧装置的设计。先对丝杠螺母式的手部结构进 行设计分析，然后对滑动丝杠进行了设计计算，对电机和直齿轮进行了选 型。 31 第 4 章 直臂部分的设计 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手 部的姿态（方位） ，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部应该 具备 3 个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。 手臂的各种运动通常用驱动机构和各种

38、传动机构来实现，从臂部的受力情 况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且 自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手 的工作性能。 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑手部（包括工件 或工具） ，并带动它们作空间运动。本次设计主要讲直臂的升降。 4.1 手臂的结构的选择 机械手的手臂升降运动为直线运动。直线运动的实现一般是电机传动， 以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。 我们选用滚珠丝杠结构的手臂，螺母带动丝杠进行升降，采用电机驱 动。结构如下图：中间为丝杠，两边为光杆。 运行方式为电机带动丝杠螺母，丝杠螺母是固定点，相对的丝杠做上 下移动。

39、32 图 4.1 直臂部分 4.2 滚珠丝杠的设计 （1）选取的滚珠丝杠转动系统为：磨制丝杠(右旋) 设计后丝杠总长 380alm 最大行程 5l 33 支承方式为两端固定 定位精度： 由表得，有效行程内目标行程公差 ，行程变动量meP47mVup39 由表得，任意 300mm 行程内行程变动量 ， 弧度内行程变动Vp230 量 mVp82 丝杠精度为 5 级，可靠性 90%。 （2）计算载荷 机械手重量 kg （重力加速度取 ） 510/5GmN10/gNk .（4.1） 轴向载荷 maF （3）初算导程： 丝杠螺母转速 ，直臂移动速度in/20rn smv/167i/rnm 初算导程 ，所

40、以取mvPh9.4Ph5 （4）选工作寿命： Lh20 （5）由表得， ， 1/3(6)89.6amwamhacCfFnfN .（4.2） 5aeafN 式中， 查机械手册得，精度系数 9.0af 34 查机械手册得，可靠性系数 1cf 查机械手册得，载荷性质系数 2.w 查机械手册得，预加载荷系数 76ef 所以， 892.6amCN （6）静载计算：由机械手册得， ，式中 max10sfFN2sf .（4.3） （7）选取滚珠丝杠型号：采用外循环导珠管埋入式 CDM 1605-3.5-P5 型， 。 其中 ， ， ， ，160d5.320hPkNCa1.koa6.24 满足承载能力要求。

41、（8）计算预紧力： ， max16.7PFamFx .（4.4） （9） 值校验nd 由机械手册得， ，符合要求。7032016max0 （10）临界转速校核 in/257/127rLfdncc .（4.5） 式中，查机械手册得， 9.1fmldownc10862min/206in/257. rrc 满足转速要求 （11）螺杆强度： 35 螺杆材料为 45 钢，调质处理，其许用应力 MPap60 螺杆当量应力： 2132234()()0.540)3.512capTFdMPa .（4.6） 式中， 119.540TNmn 符合强度要求 (12)系统刚度计算 bK 刚性为机械刚度的指标，滚珠丝杠的

42、刚性取决于螺杆与螺母之间轴向 负荷珠槽接触刚性及螺杆轴的刚性来决定。机械驱动系统总刚性的惯性经 由测试，可将螺帽螺杆及钢珠珠槽两者间的刚性合二为一，成为螺帽 刚性 ，因此nK .（4.7）nSb132.4507.86.02ldKS 6.17).1(.)1.(. 33CFRPn mNKnsb/5.4 36 图 4.2 直臂部分滚珠丝杠 4.3 电机的选型 计算条件：丝杠轴向工作载荷约为 ，丝杠移动速度50mFNsmv/167 设计计算： 丝杠工作的功率： 1501678.35PFvNW .（4.8） 丝杠转矩 119.042PTmn 37 电机选用同步转速 的三相异步电机02/minnr 电机输

43、出轴负载转矩： 0.42.1LTN 电机输出轴功率 08.9.5LnPW .（4.9） 电机选用 YS5012 三相异步电动机 4.4 辅助的三维图 图 4.3 直臂部分轴承座 38 图 4.4 直臂部分连接件 4.5 本章小结 本章对机械手直臂的类型及升降装置进行了设计，对滚珠丝杆结构进 行设计分析和设计计算，对电机进行了选型。 39 第 5 章 横臂部分的设计 5.1 手臂的结构的选择 机械手的手臂升降伸缩运动都为直线运动。直线运动的实现一般是电 机传动，以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。 我们选用滚珠丝杠结构的手臂，螺母带动丝杠进行平移，采用电机驱 动。结构如下图：中间为丝杠，两边为光杆。

44、运行方式为电机带动丝杠螺母，丝杠螺母是固定点，相对的丝杠做左 右移动。 图 5.1 横臂部分 5.2 滚珠丝杠的设计 （1）选取的滚珠丝杠转动系统为：磨制丝杠(右旋) 设计后丝杠总长 380alm 最大行程 5l 支承方式为两端固定 40 定位精度： 由表得，有效行程内目标行程公差 ，行程变动量meP47mVup39 由表得，任意 300mm 行程内行程变动量 ， 弧度内行程变动Vp230 量 mVp82 丝杠精度为 5 级，可靠性 90%。 （2）计算载荷 手腕手爪部分重量 10kg （重力加速度取 ） 10/GmgkN10/gNk .（5.1） 轴向载荷 maF （3）初算导程： 丝杠螺母

45、转速 ，直臂移动速度350/innr29/vms/ir 初算导程 ，所以取mvPh9.4Ph5 （5）选工作寿命： Lh20 （5）由表得， ， 1/3(6)1785.2amwamhacCfFnfN . .（5.2） 670ameafN 式中， 查机械手册得，精度系数 9.0af 41 查机械手册得，可靠性系数 1cf 查机械手册得，载荷性质系数 2.w 查机械手册得，预加载荷系数 76ef 所以， 670amCN （7）静载计算：由机械手册得， ，式中 max20sfFN2sf .（5.3） （7）选取滚珠丝杠型号：采用外循环导珠管埋入式 CDM 1605-3.5-P5 型， 。 其中 ，

46、， ， ，160d5.320hPkNCa1.koa6.24 满足承载能力要求。 （8）计算预紧力： ， max13.PFamFx .（5.4） （9） 值校验nd 由机械手册得， ，符合要求。7032016max0 （10）临界转速校核 721/47/inccnfdLr .（5.5） 式中，查机械手册得， 9.21f0.8.507/min356/incnrr 满足转速要求 （12）螺杆强度： 螺杆材料为 45 钢，调质处理，其许用应力 MPap60 42 螺杆当量应力： 2132234()()0.50)3.529capTFdMPa .（5.6） 式中， mNnT1205.1 符合强度要求 (1

47、2)系统刚度计算 bK 刚性为机械刚度的指标，滚珠丝杠的刚性取决于螺杆与螺母之间轴向 负荷珠槽接触刚性及螺杆轴的刚性来决定。机械驱动系统总刚性的惯性经 由测试，可将螺帽螺杆及钢珠珠槽两者间的刚性合二为一，成为螺帽 刚性 ，因此nK .（5.7）nSb132.4507.86.02ldKS 6.17).1(.)1.(. 33CFRPn mNKnsb/5.4 43 图 5.2 横臂部分滚珠丝杠 5.3 电机的选型 计算条件：丝杠轴向工作载荷约为 ，丝杠移动速度10mFN29/vms 设计计算： 丝杠工作的功率： 1029.PFvNW .（5.8） 丝杠转矩 11.5.08PTmn 电机选用同步转速

48、的三相异步电机 3/inr 电机输出轴负载转矩： 0.8.1LTN 电机输出轴功率 029.3.5LnPW .（5.10） 电机选用 YS5012 三相异步电动机 44 5.4 辅助的三维图 图 5.4 横臂部分连接件 45 图 5.3 横臂部分轴承座 5.5 本章小结 本章对机械手直臂的类型及平移装置进行了设计，对滚珠丝杆结构进 行设计分析计算设计，对电机进行了选型。 46 第 6 章 吹锡装置 热风整平的工作原理是利用热风将印制电路板表面及孔内多余焊料去 掉，剩余焊料均匀覆在焊盘及无阻焊料线条及表面封装点上。 热风整平的工艺比较简单，主要是：放板（贴镀金插头保护胶带） 热风整平前处理热风整

49、平热风整平后清洗检查。热风整平的工艺虽 然简单，但是，若想热风整平出优良合格的印制电路板还有很多的工艺条 件需要掌握，例如：焊料温度，空气刀气流温度，风刀压力，浸焊时间， 提升速度等等。这些条件都有设定值，但工作时又要根据印制电路板的外 在条件及加工单的要求相变化，例如：板厚，板长。不同的单面，双面， 多层板。它们所采用的条件是有差异的，只有熟悉掌握各种工艺参数，根 据印制电路板的不同类型，不同要求，耐心，细致，合理的调整机器，才 能热风整平出合格的印制电路板。 热风整平的优点 (1)热风整平后，焊料涂层的组成始终保持不变，这样焊料涂层一致性好， 可焊性优良。而电镀所得铅一锡合金涂层，则随着镀

50、液中组分的变化，组 成(铅锡比例)发生变化。 (2)无论是红外线热熔工艺还是热油热熔工艺都不能百分之百保护导线的侧 边缘。热风整平的焊料涂层能完全覆盖导线侧边缘，避免印制板上的腐蚀 断线，延长了印制板的贮存和使用时间，提高了整机电子产品的可靠性。 热风整平现在广泛地应用于 SMT 工艺。 (3)通过调整风刀角度，印制板上升速度等工艺参数，能够控制涂层厚度获 得所需要的焊料涂层厚度，比热熔方便、灵活。 (4)用图形电镀蚀刻生产的印制板，进行波峰焊接时，由于导线上有铅锡合 金，容易发生桥接。同理，铅锡合金的流动使阻焊膜起皱和起翘。而用热 风整平工艺生产出来的印制板，导线无焊料，即消灭了焊料桥接、阻

51、碍膜 47 起皱和脱落等现象。 热风整平的缺点 (1)铜对焊料槽的污染。在热风整平时，印制板要浸入焊料槽数秒钟，造成 铜的溶解。当铜的浓度达到 029以上，焊料的流动性变差，涂覆的焊料 层呈半润湿状态，印制板的可焊性下降。解决办法如下。根据铜在铅一锡 合金中溶解度(见表)，每天先让焊料槽升温至 280290，充分熔化合金， 碳化松香，用不锈钢网去除碳碎片。再将焊料槽温度降至 191左右，让绝 大多数铜，形成铜锡合金，用不锈钢去除沉降到槽底和悬浮于焊料表 面的合金渣，最后补充焊料升温至 230250。若生产量小，可每周、每 月、每季、每半年或每年作一次处理。 (2)焊料涂层中，铅是重金属元素，对

52、人体有害，污染环境。现在已生产出 一些无铅的焊料出售，替代铅一锡合金，用于生产。 (3)生产成本高。一台进口的较好的热风整平机，售价约三十多万美元，因 而其生产成本高于热熔工艺。 (4)热风整平的热冲击大，容易使印制板板材变形、起翘。热应力大。 图 6.1 吹锡装置 48 6.1 辅助的三维图 图 6.2 锡池部分 6.2 本章小结 本章完成了对吹锡装置的设计，锡池的设计，从而减少对人的烫伤和 有毒物质的污染。 49 第 7 章 总结 经过三个月的毕业设计，历经大量的资料查询，方案的确定和论证， 一直到计算分析，然后是绘制图纸和撰写毕业论文等诸多环节，这段时间 的学习使我对大学四年所学的理论知

53、识有了一个新的更深层次的理解，与 此同时也对机械工程及自动化这个专业有了更加的认识。 在本次的毕业设计中，自动沾锡装置主要完成了对机械手、横臂、竖 臂、吹锡装置的设计和计算。 第一步，分析课题。在得到毕业设计题目的时候，我翻阅了很多的资 料，分了课题的可行性，而且向指导老师了解了其中的难点。 第二步，总体的设计。在机械手部分，采用了螺旋传动的装置来完成 物体的抓取，直臂和横臂部分，采用了滚珠丝杠的传动，在电机的带动下， 完成机械结构的运动。 第三步，整理资料。在得到任务之后，通过网络、书籍等形式，查阅 了很多资料，和其他同学资料共享，提高了工作效率。 第四步，实现课题。在准备充分的资料之后，开

54、始撰写论文，在老师 的指导下，大家一起探讨，讲问题一一解决。 第五步，整理论文。在完成各个的模块后，进行了整合相关资料，并 整理完成。 第六步，图纸绘制。在计算机绘图的基础上，手工绘制两张 A3 图纸， 总量达到 3 张 A0 图的量。 在这次的设计中大体过程如此。完成这次毕业设计才知道机械设计是 博大精深的，值得我全身心投入其中。我在查询资料和请教老师的同时， 学习到不少东西，此中遇到不少困难，但收获同样巨大。这次毕业设计提 高自身的专业知识，也加强了对知识的敬畏，对我以后的工作学习有着莫 大的帮助和启迪。 50 虽然这次的毕业设计不是很专业，但从中学到的东西是这次最大的收 获和财富，使我受

55、益匪浅。 51 致 谢 这篇文章是由我的尊敬的崔老师悉心指导下完成的。老师认真严谨的 教学态度和一丝不苟的工作作风让我受益不浅。在此，我应该首先向崔老 师表示诚挚的感谢，并致以崇高的敬意。在课题的选题和方案的确定阶段， 我得到了老师的鼎力支持和帮助，崔老师为我指明了选题方向，帮助我分 析选题的可行性和实际生产中可能出现的各种问题以及要注意的事项，为 我提供了大量有用的学习资料，使我的毕业设计得以顺利进行。 在此同时，我也要感谢大学四年教过我的老师们，是他们教育我很多 专业知识，为我的学习和生活打下坚实的基础，也是他们的教导让我明白 很多为人处世的道理，在此由衷地感谢他们。此外，也非常感谢很多同

56、学， 是他们的很多想法给了我很多启发。 由于本人知识和能力水平的有限，毕业论文中有不少不足之处，恳请 各位专家批评指点，不胜感激。 2013 年 5 月 20 日 52 参考文献 1 程志红.机械设计.南京：东南大学出版社，2006.6 2 程志红，唐大放.机械设计课程上机与设计.南京：东南大学出版社， 2006.10 3 机械设计手册.北京：机械工业出版社，1986 4 余泽.活动型拾取机械手设计.第十五届全国机械设计年会.2010 5 运文强.机械手执行机构之探讨.中国科教创新导刊.2012 6 李明.单臂回转式机械手设计.制造技术与机床.2005 7 康立新.工业机械手的设计.中小企业管

57、理与科技.2009 8 薄津来.磁吸式机械手的设计分析.装备指导技术.2011 9 程立艳.五自由度机械手的抓取设计.西华大学.2012 10 朱骏.移动机器人操作机械手设计与分析.南京理工大学.2006 53 附录 1 外文翻译 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 中文译文 自动焊锡机 本发明的背景 1、发明的领域 本发明涉及一种自动焊接机，特别涉及一种自动焊接机焊接导线和电 子元件。 2、现有技术的描述 当 USB 连接电缆，连接电气设备制造的 HDMI 连接电缆等，电线和电 气设备的电子元件的导电端子的焊接部被焊接。根据现有技术，主要用于 连接电

58、缆，焊接过程是一个手工焊接。第一，氧化的顶部的芯线必须手动 切割，其芯线的绝缘材料上也必须手动剥离露出芯线焊接。然后，焊接暴 露的芯线与电子部件的导电端子的焊接部焊接枪的操作还必须手动执行。 然而，上述手动操作需要各个程序。制造时间太长，生产率低。此外， 手动操作涉及到许多人的因素和不均匀的焊锡量易发生的问题。因此，生 产质量变得不稳定。 本发明的概要 为解决现有技术的不足，提供一种自动焊接机减少人力和原材料消耗， 从而实现高生产效率和焊接过程稳定的生产质量。 为实现上述目的，本发明提供了一种自动焊接机焊接多个线，每芯线 暴露至少一个与至少一个焊接部分电子元件分别是公开的。自动焊锡机包 括设备

59、，输送机构，多个夹钳，送料机构，一个绝缘的去除机理，焊接机 构，卸料机构和可编程控制系统。输送机构安装在设备交付的导线。夹位 于输送机构定位线。送料机构安装在输送机构的一端传送的电子元件。绝 缘材料的去除机理是安装在输送机构的一侧切芯丝、带的芯线端头绝缘。 焊接机构安装在绝缘材料的去除机理的焊料芯线和电子元件的焊接部分。 67 卸料机构安装在焊接机制分开焊接电子元件和芯线从夹。可编程控制系统 连接到输送装置，绝缘的去除机理，焊接机构和卸料机构，并控制上述机 制。 如前所述，绝缘去除的自动焊接机机构将芯线和带绝缘的芯线的顶部 没有手工切割和手动现有剥离。焊接机制焊料芯线和没有现有技术手工焊 接电

60、子元件的焊接部分。因此，生产效率高，焊接过程稳定的生产质量是 可以实现的。 图纸的简要说明 图 1 描述了一个自动焊接机的结构图，根据本发明的。 图 2 描绘一个夹具的自动焊接机如图 1 所示的结构图。 图 3 描述了一个自动焊接机的图 1 所示的输送机构的结构图。 图 4 描述了一个推杆的自动焊接机，如图 1 所示的输送机构结构图。 图 5 描述了一个自动焊接机，如图 1 所示的无振动板料机构结构图。 图 6 描述了一个绝缘的自动焊接机如图 1 所示的去除机理的结构图。 图 7 显示了一个脱衣舞女郎和绝缘的自动焊接机，如图 1 所示的去除 机理刀具结构图。 图 8 显示了一个对自动焊接机焊接

61、机理如图 1 所示的结构图。 图 9 显示了图 1 所示的自动焊接机的卸料机构的结构图。 图 10 显示了对自动焊接机如图 1 所示定位机构结构图。 本发明的详细描述 请参阅图 1 和图 10。自动焊接机 100，本发明采用焊接线（未显示） 和电子元件（未显示） 。每个导线暴露出至少一个芯线（未显示） 。每个电 子组件具有至少一个焊接部分（未显示） 。自动焊接机 100 包括 SAN 设备 1，控制系统，输送机构 20 和送料机构 30。该控制系统来控制工作程序， 电子信号的自动焊接机 100 参数设置。控制系统包括一个主机（未显示） ， 操作界面 11 与主机和多个光纤传感器连接（未示出）

62、。20 在设备交付机制 68 落后 1，绝缘的去除机理 40，焊接机制 50 和卸荷装置 60 安装。输送机构 20 设备上 1 下，定位机构 70 位于相应绝缘去除机制 40 和钎焊的机理 50 个 卡箍。80 安装在输送装置 20。 请参阅图 2。夹 80 包括接线座 81 固定钢丝，钢丝分隔 82 找到各自的 芯线和夹筋 83。钢丝分隔器 82 位于导线架 81 的后端。夹筋 83 固定在导线 的固定器 81 表面的前端下方。线架 81 呈块。一对线槽 811 是通过导线架 81 上的顶表面形成。导线架向前延伸的前端底部形成一个夹握 812。固定 槽（未示出）是在导线的表面下架 81 的

63、前端形成。钢丝分隔器 82 固定在 接线座 81 的后端，包括多个齿 821，形成多个通槽（未显示） 。夹筋 83 形 如一块。该夹筋 83 顶端固定固定槽和夹筋 83 的底端延伸的固定槽外。 请参阅图 3 和图 4。自动焊接机的输送装置 20 与控制系统电连接，从 而控制。输送机构 20 包括第一输送轨道 21，推动总成 22，第二输送轨道 23 和驱动装置（未示出） 。第一输送轨道 21 包括 211 个垂直固定在设备 1 的支持。支持 211 的形状为立板。两条平行滑道 212 固定在支架 211 的上 表面。两个滑道 212 有一个普通的并行间距之间的。第一通槽 2121 和第二 通槽

64、 2122 安装在滑道 212 回相应绝缘去除机制 40 和钎焊的机理 50。一个 限制器 213 固定在滑道 212 在前面。定位器 2131 设置在限 213 后的底面。 光纤传感器（未显示）设置在滑道 212 左上端的夹具。80 夹筋 83 活动连接 的两个滑动轨道之间的夹握 212。812 滑地有限公司内定位器 2131。因此， 夹 80 可在左、右方向可能是移动。 推动组件 22 包括一个顶杆 221 的形状为长条和一个电源单元 222 驱动杆 221 推。推杆 221 位于两导轨 212。221 的顶杆一端与传动杆 223 连接。摆 臂 224 上设置的传动杆 223。摆臂的一端套

65、 224 与电源单元 222 连接。多个 滑动块 225 固定在杆 221 推动正面。限制槽 2251 上的滑块 225 的顶面形成。 多个定位块 226 固定在杆 221 推动的背面。相邻的定位块 226 之间的间距 等于绝缘去除机制 40 和钎焊的机理 50 也等于钎焊的机理 50 和卸荷机构 60 69 之间的间距之间的间距。因此，推杆 221 可推动夹 80 到一个精确的位置在 一个时间。凹槽延伸到位置 2261 块 226 的顶面上形成。锁孔（未示出）是 在槽的底部形成一个凸起 2261。227 固定在槽 2261。锥 2271，并逐渐向上 倾斜的头端，在凸块的顶表面形成 227。盲

66、孔（未示出）在底部形成凸点 227。弹簧（未显示）设置盲孔内，锁孔对应的。定位杆（未示出）是在前 固定在滑道 212 底面。定位杆位于槽 2251 的限制。推杆 221 固定在定位杆 与滑块 225。因此，电源单元 222 带动推杆 221 沿限制槽 2251 左右移动。 第二输送轨道 23 固定在设备 1 和设置在第一输送轨道 21 前面。第二 输送轨道 23 包括一个导电泥浆 231 位于第一输送轨道 21 右端和出料皮带 232 位于在第一输送轨道 21 前下方与导电坡 231 接头。死墙 233 位于导电 泥浆 231 也位于右前，后和在料带 232 左右。一个驱动装置（未示出）安 装在料带 232 的左端。驱动装置带动料带 232 从右左. 请参阅图 1 和图 5。送料机构 30 安装在滑道 212 右侧。送料机构 30 包 括振动缓冲轨道 32 和分类器 33。振动板 31 具有输送带 311 和可携带多个 电子组件（未显示） 。电子元件可以传递到左通过输送带 311 被动摇和放在 后序。送料机构 30 包括支架 34 固定在设备 1。缓冲轨 32 固定在支架 34 的 缓