产品标识快速打印机机构设计【含10张CAD图】
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产品标识快速打印机机构设计1产品标识快速打印机机构设计摘要在产品质量管理工作中,很重要的一条就是零件的寿命预测和质量跟踪服务,这就要求在一些重要零部件的表面上有唯一标识,以便对其进行有效的跟踪管理,满足现代质量管理体系的要求,确保产品质量。气动标识打印机是近年来出现的一种对产品表面进行标记的机电一体化产品,它集机械、电子、计算机等技术于一体。由于其应用范围广、功能强且打印标识不易被仿制等一系列优点,使其在最近几年内得到了较大范围的应用和普及。目前,标识打印机主要分为气动标识机和激光标识机两种。气动标识打印机是利用空气压缩机和一个气阀控制打印头上下振动,在工件上打下标记。激光标记机是利用激光的热效应烧蚀掉物体表面材料从而留下永久标记的技术。但无论是气动标识机还是激光标识机,它们的控制原理大体上是一样的。运动控制器经历了硬件数控(NC)和计算机数控(CNC)两个发展阶段,90 年代以来,随着计算机技术的飞速发展,性价比不断提高,基于计算机的数控系统己成为控制系统发展的主流。现在的标识机采用微机(PC 机)控制,具有完善的图形处理能力,但每台标识机需配备一台工控 PC 成本较高。本文选用气动标识打印机的工作原理,并结合计算机数控技术,完成打标机的传动系统和结构设计。本文所完成的主要工作如下:(1)传动系统的设计(2)气动系统的设计 关键词:标识打印机,步进电机,滚珠丝杠,气压回路,数控编程产品标识快速打印机机构设计2ABSTRACTIn the management of product quality, it is very important that life prediction and quality follow-up service of the part, this require that some important parts must have the only mark of itself on the surface, in order to carry on effective following and managing for it.This management could make the part met the request for the modem quality management system to guarantee product quality. The pneumatic mark printer is a kind of integrated products of electromechanics that can make the mark on the products surface in recently years. It make many technology incorporates, such as machinery, electron, computer, etc. Because it has a series of advantage such as the widely range of application, the big capacity, the strong function and easily identification etc. These advantages make marking printer got wide application and popularize in recent years.At present, there are rivo kinds of mark printer: pneumatic marking printer and laser marking printer. Pneumatic marking printer utilizes the air compressor and a pneumatic valve marking on the work piece through controlling the marking head vibration up and down. Laser mprinter leave permanent mark on the part surface with heat effect of laser ablated. But no matter pneumatic printer or laser their control system are similar. The movement controller has gone through the numerical control of the hardware (NC) and two developing stages of computer numerical control (CNC).Since the 1990s, with computer development at full speed of technology, cost performance raise constantly, the numerical control system based on computer has already become the mainstream of control system development. At present we use the computer (the PC) to control the marking machine. It has perfect graph processing ability, but if each marking machine needs one computer, the cost will be very high. I will discuss that the single chip replaces the PC to control the sport, let the single chip become the next machine, and it go to control data of location plane (PC) to accept through serial communication interface, then one PC can control many sets of single chip. The cost performance of marking printer hasbeen improved greatly.In this paper, the printer selection of pneumatic principle of identity, Combination of computer numerical control technology, Marking the completion of the drive system of machine and structural design.The main content of this text is as follows:(1)design the transmission system (2) design the pneumatic system.产品标识快速打印机机构设计3Key words: mark printer; stepper motor ball; screw pneumatic system; NC programming.产品标识快速打印机机构设计4目录摘要 .21绪论 .51.1 产品标识打印机的目的和意义 .51.2 气动标识打印机的现状及发展方向 .61.3 本课题所要研究的主要内容 .82全自动气动标识打印机的方案设计与工作原理 .92.1 全自动气动标识打印机的方案设计 .92.2 全自动气动标识打印机的工作原理 .103. 产品标识快速打印机的传动结构设计 .113.1 产品标识快速打印机机构运动简图 .113.2 导轨的设计 .113.2.1 简述 .113.3 滚珠丝杠螺母副的设计 .153.3.1 简述 .153.4 同步带轮组的设计 .313.5 步进电机的选择 .334. 产品标识打印机整体结构设计 .364.1 产品标识打印机结构系统组成简述 .365.气动系统的设计 .385.1 气压系统工作原理 .385.2 对汽缸进行选择 .386.结论 .39参考文献 .40附录 .41致 谢 .51产品标识快速打印机机构设计51绪论1.1 产品标识打印机的目的和意义随着人们生活质量的不断提高,对产品的需求种类和质量保证也在不断提高,近年来,机械行业发展迅速,越来越多的新产品新科技不断涌现,在这个飞速发展的时代,我们需要更加注意生产中的环节,在一整条流水线中,具体是什么环节、什么零件出现问题,需要用最快的时间找出原因并进行修改。这就需要用到我本次研究的课题标识快速打印机,我们可以用它在每一个部件上打印上产品信息,以便于出现问题时能够迅速准确地找到故障原因,追溯产品来源,从源头解决问题,提高生产的效率和质量。标识打印机又称作打标机,现在大致分为电腐蚀、激光、字模按压和气动三大类型。(1) 电腐蚀标识打印机电腐蚀标识打印机也称为金属电印、化学腐蚀打印机,这种标识打印机打印效果精美并且成本较低,是在十多年前由国外引进中国,其主要工作原理是用打标液在低电压通电的方式下,使工件表面的部分金属离子化被腐蚀,根据需求改变被离子化的区域以及形状,在工件表面可以印上黑色或者白色的任意文字或者图案,并且用不脱落。其优点在于整体不破坏工件的平整度,打印精度高。但是同时它也有因为打印深度较浅,对工件平整度要求较高,很难适用于一些表面粗糙或者复杂的工件,而且只能在工件表面能够导电的材料上进行打印,对工件表面材料有很大限制,需要使用模板、打标液等耗材等等缺点,这些都极大限制了电腐蚀打标机在日常中的应用。(2) 激光标识打印机激光标识打印机是一种采用高密度激光作用在工件的表面,使工件表面的材料发生物理或化学变化,表面材料迅速发生气化出现凹坑,通过一定规律下控制激光的开启闭合,在工件上打印出想要的图案。这种技术是在 1995 年逐渐发展起来的,由于不用直接与工件进行接触,极大地保证了工件的完整度和洁净度,并且激光标识打印机打印速度极快、污染较轻,磨损很小,又有很好的稳定性和低噪音,这些都使其在国内市场迅速被接受和应用。但是由于其工艺极其复杂,整体成本较高,也极大地限制了应用的普遍性。(3) 字模按压标识打印机字模按压标识打印机主要是通过合金模具在高频淬火处理之后,通过打印产品标识快速打印机机构设计6机施加外力,在工件表面打印上 0.1-0.3mm 的字母、数字以及一些简单的图案,这种方法可以通过提前设计好的字模,在一定时间内快速打印同一种产品的标识,且操作简单,对材料要求不高,成本较低,但是由于有字模的限制,打印灵活性比较差,每一种工件都要设计一种新的字模,且对相对复杂的图形打印效果较差。(4)气动标识打印机气动标识打印机最早由法国传入中国,主要是通过计算机控制电机,使打印针按照一定规律运动,打印针在压缩空气的带动下,高频冲击工件表面,形成以高密度点阵形成的字符或图案,呈现出打印的标识。这种打印方法能够自动跟踪被打印工件的形状,有较深的打印深度,打印出来的字符和图案明显清晰,适用于多种不同的打印环境和不同材料的工件,可对各类金属、塑料、木制品等材质的产品、零部件及各种铭牌进行打印。体积小质量轻,工艺简单,集数字技术、计算机技术、数控技术等于一身的产品,应用于多种不同的领域,如机械、汽车、摩托车、航天等。对于上述这些打印方法,电腐蚀、字模按压方法存在局限性大、规整度不够,或是打印深度浅,对工件材料要求高,速度慢、劳动强度大等不足之处;激光打印机虽然可以客服上述两种方法的缺点,但自身也有一些不足之处很难改正,例如在环境恶劣(油污、灰尘较多的)地方工作,可靠性低,出现故障的概率很大。而且对材料也有一定的限制,遇到与有色金属,如铝合金、铜合金等对激光吸收差的金属时,打印深度较浅,只有 0.1mm 左右,影响整体效果。而且激光设备难以维修,综合成本较高。气动标识打印机则有适用于大多数打印材料以及形状的工件,成本低、工艺简单、自动化程度高操作简单等诸多优点,所以本课题对气动标识打印机的的研究有着重要的实际意义。1.2 气动标识打印机的现状及发展方向气动标识打印机自法国传入国内以来,受到广大工业制造厂的青睐,逐渐占据国内主导地位,由于其工艺简单,价格较低,再加上是由计算机、数控系统控制,操作简便,适用于多种不同的工作环境。可对不同材料进行打印,在国内和国际市场上都有很好的应用。现阶段,不论国内国外,对气动标识打印机研究的厂商有很多。例如加拿大的伊斯沃(EASTWARD)公司,上海的子林机电设备有限公司,重庆的恒伟公司等,从整体上讲,气动标识打印机的组成结构分为上位机和下位机及执行机构三部分,上位机是图形编辑和指令形成部分,下位机是脉冲形成和打印控制部分,驱动步进电机,执行机构就是包括步进电机、操作台位置信号回馈装置等。其组成如下图所示:产品标识快速打印机机构设计7上位机系统(应用程序)下位机系统(单片机控制) 执行机构图 1-1 系统结构图按照分类来讲,一般的将气动标识打印机分为平面刻印和旋转刻印两种。平面标记打印是较普通的标记打印,通常标记打印是在 x-y 平面上进行的,分别控制 x 方向和 y 方向的两台步进电机,并带动打印针在 x-y 平面(即工件平面)上按照给定的打印轨迹运动,打印的工件是平面的;旋转标记打印机就是将平面打印中的一个轴进行转动,而不是沿着该轴的正负方向运动,另一个轴如同平面标识打印机中的一样,沿轴的正负方向运动,打印的工件是一个曲面。另外,打印机的操作台也存在一些区别:平面标识打印机的操作台是一个平面,而旋转标记打印机的操作台上有一个转轴。现代加工技术的飞速发展对工业标记技术提出了更高的要求,设计出数字化、自动化、多功能、高效率、操作方便的气动打标机设备是现代化生产线的新需求。当前,国内外气动打标技术的发展主要有以下三个方向:(1)数字化、自动化20 世纪 80 年代以来,气动打标机的数字化、自动化成为这一领域的研究热点,近年来,随着传感技术、电子技术、自动控制技术、计算机技术的发展,现代的打标机己经进入了计算机控制为主的时代。数字化自动化的具体表现有:打标过程实时监控和打标工件运行过程的监控(如对钢管在生产线上的监控);自动扫描、自动定位和跟踪检测技术在打标机系统中的应用;能够实时地、自动地修改和处理任意复杂的图形和字符。加拿大的伊斯沃精密机械有限公司是中国最大的标记设备服务商,它旗下的标识机在自动化方面优势极强。(2)多功能、集成化在现代生产环境下,打标机不 仅要能够进行单一形式的打标,还要实现功能多样化。比如:打标机既要能够打印标准字库中的字符,还要能够打印用户自行设计的字符图样,并且还能够在一定程度上对点阵字符的打印轨迹进行优化。传统的点阵打印是按照逐行或逐列扫描的顺序进行的,这样做电机的无效行程就较多,效率很低。如果能够将点阵字符轨迹进行优化,那么将获得较高的打印效率。这是打标机发展的一个重要方向。同时由于在上世纪 80 年代 ARM 芯片的出现,嵌入式技术得到了充分的发产品标识快速打印机机构设计8展,越来越多的公司将嵌入式系统技术引入到打标机控制系统中来,开发出适应现代企业生产流水线上使用的系统。基于 ARM 芯片搭建起控制系统架构,使得打标机体积不断减小,功能越来越强大,集成化越来越高。近年来还出现了手持式气动打标机,这正是气动打标机未来向着集成化方向发展的具体体现。武汉铭阳激光技术有限公司的 MYQD-D600 型多功能气动打标机已经证实打标机的多功能、集成化正在成为现实。(3)结构简单化、操作界面人性化随着打标机集成化的提高,很多功能将集中在少数几个模块中实现,气动打标机的结构也就相对变得越来越简单。简单化不仅仅体现在硬件的结构方面,同时也体现在软件方面,窗口式的操作程序、触摸屏等技术使打标机的各种操作更清楚、更容易掌握,这也是当前气动打标机技术发展的一个方向。而且,针对当前中国庞大的市场,各大打标机生产企业也紧紧抓住操作界面中文化这一课题,致力于开发符合国人操作习惯的操作界面。上海万木春机电设备有限公司的打标机软件系统可以在WIN98、WIN2000、WINME、XP 等系统下运行,可导入 CAD 等矢量图形,全中文提示操作界面,其旗下的 WM6-AT 气动打标机操作非常人性化。1.3 本课题所要研究的主要内容自动气动打标机的传动设计1.3.1 传动结构设计1.3.2 导轨样式型号的选择1.3.3 步进电机的选择1.3.4 滚珠丝杠的选择1.3.5 自动气动标识打印机的程序设计产品标识快速打印机机构设计92全自动气动标识打印机的方案设计与工作原理2.1 全自动气动标识打印机的方案设计气动打标机在前期考虑中有两种方式,一种是字模按压式打标机,一种是打印针铣削式打标机。由于设计题目是产品标识快速打印机机构设计,所以想要做到快速打印也是设计要求之一,相比较来说字模按压式打标机速度更快,每一种需要打印的字符提前设计好相关字符模具,将被打印工件运送到打印区域,利用气压动力将提前设计好的模具按压在工件上,以打印出产品标识,在量产的情况下,这种方法最快速,但是始终解决不了字模按压会带来的打印深度浅的问题,会导致很多字符不清晰,不能更好的标识出工件的具体信息,而且在不是量产的情况下,没办法制造出来智能的字符库,会导致提前的准备工作时间很长,如果有一些修改,也不容易处理,综合上述原因,为了迎合市场现实状况的需求,最终选择了打印针铣削式标识打印机。现在使用的气动标识打印机功能如下:(1)打印针可以在工件表面的设定范围内进行平面运动并且完成定位。打印针在工件表面上方区域可以按照按照预设的轨迹运动;可以在需要打印的地方进行坐标定位;打印结束之后,打印针可以自动回到初始位置。(2)快速打印打印针定位到打印位置之后,可以自动的保证一定深度的前提下进行打印。(3)操作界面简单,可打印字符样式多使用者在操作界面可以设定系统参数、打印位置参数、打印字符或图案,并且操作简单。(4)便于与上位机系统连接标识打印机能顺利地与上位机连接,使用通用串行接口,处理上位机的各种文字或者图案信息,传达到下位机。(5)体积不大,结构简单,安装修理比较方便打印机在工作时,应该便于安装和使用。在满足正常打印要求的前提下,应该更少的占用工作空间。产品标识快速打印机机构设计10图 2-1 打标机的工作框图下面是各部分的主要功能:控制系统:I. PC 数控卡:对系统的一些参数和打印过程中运动所需的参数进行设定,控制打标针运动的方向和顺序;II.控制面板:设计打印的字符和图片信息,对打印的路线进行优化,向下机位输送打印的文件;传动系统:通过 XY 轴的步进电机带动横向滚珠丝杠和纵向滚珠丝杠,以带动相应的工作台实现打标针工件上方进行平面运动;气压系统:对空气进行过滤之后,通过调节气压的大小控制打印针转动,对工件进行洗削;打标针:在气压系统作用下进行旋转,印出设定的字符。2.2 全自动气动标识打印机的工作原理工作的方式如下所示三个步骤:针头定位控制系统发出指令,在工件被运送到打印位置时,针头进行定位并按照一定顺序运动。铣削打标针在气压系统的作用下,依靠叶片带动转动,对工件进行铣削。复位完成一个工件的打标之后,打标针等结构自动回到最开始安全位置,准PC 数控卡 Y 轴驱动电源Y 轴步进电机气缸步进打印头X 轴驱动电源X 轴步进电机控 制面 板产品标识快速打印机机构设计11备下一次的打印。3. 产品标识快速打印机的传动结构设计3.1 产品标识快速打印机机构运动简图图 3-1 传动系统机构运动简图传动原理简述X 轴方向运动用球轴承固定在横向的滚珠丝杠两侧,横向滚珠丝杠螺母副连接在打标头上,横向滚珠丝杠运动使打标针进行横向运动。Y 轴方向运动纵向滚珠丝杠两端用角接触球轴承固定安装在纵向工作台上,与横向进给装置是与纵向滚珠丝杠螺母副连接在一起,纵向滚珠丝杠运动实现达标针纵向进给的功能。综上所述,横向滚珠丝杠在 X、Y 两个方向进行合成运动。3.2 导轨的设计3.2.1 简述导轨与滚珠丝杠负责打印针的运动,这次设计的标识打印机导轨有两种,一种为横向导轨尺寸是 420mm,另一种是纵向导轨,尺寸为 360mm,产品标识打印机的正常移动区域是 160mm100mm。产品标识快速打印机机构设计123.2.2 导轨的设计在机械结构中经常使用导轨装置用来承受比较大的载荷,并且引导方向。按结构特点和摩擦特性进行区分:普通滑动导轨(滑动导轨):1 设计非常简单,在出现故障时可以轻松维修。2 没有形成完全液体的摩擦时,在速度过低的状态下容易发生爬行;3 使用时会受到的磨损严重,用一段时间就需要更换,相对精度差。塑料导轨(贴塑导轨):1 动导轨表面附加塑料软带等和铸铁或钢导轨配合,摩擦系数小,动摩擦、静摩擦系数差不多。2 贴塑工艺简单;3 刚度不高、不耐高温,容易产生变形。镶钢、镶金属导轨:1 选择硬度在一定范围的钢板或者钢带,将其镶装在支撑导轨的上面,提高支撑导轨的耐磨性能,降低摩擦力,使其能够达到焊接床身的要求。2 选择青铜等金属镶贴在动导轨上,减少其在运动时受到的因咬合造成的磨损,保证能够平稳的进行运动,保持比较高的精度。滚动导轨:1 在运动时比较灵活,速度较低时运动稳定,可以很好的控制其定位点;2 在长时间使用时也能保持一定的较高的精度,不容易受到摩擦损耗的影响,可以使用时间长;3 没有很强的刚度,在遇到振动时会有很大误差,整体设计结构较为复杂,需要花费成本偏高,并且另外需要用到一些保护措施。动压导轨:1 可以完成高速运动(90m/min600m/min),产生液体摩擦;2 阻尼偏大,良好的抗震性;3 成产制造难度小,没有复杂的额外系统,在使用时或有损坏需要维修时比较方便。4 载荷的大小和速度决定了油膜厚度,影响加工精度,速度很低或者载荷很大会导致导轨面接触。静压导轨:1 由于受到的摩擦阻力小,所以不需要很大的力来驱动;2 在运动速度很低时,运动过程相对平稳;3 可以承受较大的载重力,有很好的刚性,对震动免疫性好;产品标识快速打印机机构设计134 整体运转需要外部的液压装置等装置,整体结构非常复杂,有特殊问题时不便于调整。根据设计的标识打印机的现实工作状况,相对来说更推荐使用滑动导轨,可以更好的适合于工作要求,当然滑动导轨也分为很多种,以下是分的种类三角形导轨:1 在运动过程中可以提供精确的导向,在受到摩擦损耗时,可以自动进行调整;2 结构为凸形的能够轻易地将废屑排出,很难对润滑油进行保存;3 凹形不利于排出废屑,便于保存润滑油;4 对称性截面便于制造,在很多地方都有应用,双方压力不平衡的时候需要用非对称形。矩形导轨:1 便于制造、可以承受较大载荷,不能对磨损产生的误差进行自动补偿,必须用镶条改变间隙,导向不精确,需要注意保护措施;2 主要用于承受负载大的机床或多种结合的导轨。燕尾形导轨: 1 不易制造.不能自动补偿磨损带来的误差,用一根镶条来改变间隙.尺寸紧密连接,便于调整;2 主要应用在要求较低的零件中,如车床刀架。圆柱形导轨: 1 便于制造,通过磨削外圆提高配合精度,不能自动调整磨损误差;2 在受到轴向负载力的地方使用比较常见。根据设计机器的真实功能和特点,整个打标机的重量轻,因此导轨受到的力小,如果需要保证打印效果,就需要导轨传动精确和有很好的平稳性,比较各导轨自身优缺点之后,我选择使用三角形导轨。因为三角形导轨在传动的时候精确度比较高,在有摩擦损耗时,可以自动调整误差,在传动过程中不产生间隙。下图是纵向三角形导轨的各项尺寸:产品标识快速打印机机构设计14图 3-2 纵向三角形导轨剖面图图 3-3 横向三角形导轨截面图选用的材料均为 GCr15。这次设计的标识打印机,整体的重量不是很重,在运行时,受到的切削力会很小,再对比各种不同的材料之后,这种材料完全符合设计材料要求。产品标识快速打印机机构设计153.3 滚珠丝杠螺母副的设计3.3.1 简述各种螺旋传动的特点如下:滑动螺旋传动: 1.收到的摩擦阻力大,严重降低传动效率2,设计时整体的结构清晰,可以很容易加工出来3.可以产生自锁;4.运转时非常平稳,但速度低的时候会出现爬行;5.螺纹的侧面方向有间隙。在回去的时候有回程误差,定位不精确,轴向刚度不好(采用消隙机构可提高定位.精度);6容易受到摩擦损耗的影响。滚动螺旋传动:1轻易不会受到摩擦阻力的影响,可以保持高效率的运转;2在设计的时候结构非常繁杂,制造过程会受到很大影响,在一定程度上不能很好的生产出来。3具有传动可逆性,为了避免旋转副受载后逆转,应添加阻止逆转机构;4运转稳定,启动时没有震动,速度慢时不爬行;5螺母和螺杆需要提前预紧,定位准确,重复定位也很准确,并可以加强轴向刚性; 6可使用时间长、很少出现故障;7不能承受很大的冲击。静压螺旋传动:1只有很小的摩擦力,传动效率高;2.螺母结构不简单;3.具有传动可逆性。 在特殊情况下应该添加防逆转机构;4.运行状态时稳定,一般状态下不会发生爬行;5.没有回程时的回程误差,定位非常精确,轴向刚度很高;6.摩擦的损耗不大、可使用的时间长;7.供油系统需要达到压力变化不大、整体温度相对恒定、可以过滤掉细小的杂质。每一种打印机都有自己的特点,根据不同的特点选择不同的螺旋传动方式,产品标识快速打印机机构设计16这种打印机时光和使用螺旋传动。这种传动的螺旋齿很多大径小径都相等,便于传输,可以使机器运转更加方便。矩形:在制造时能够更容易被制造出来,接触时受到力也很大,不能在很大的力下运作,在生产制造过程中难度低,但是其接触盈利相对较高,不能承受很大的载荷,通常在载荷低、要求低的传动系统中应用。半圆弧:容易形成磨削滚道的砂轮,可以提高加工的精确性接触时的强度比较高,不过不宜适应,工作中摩擦损失增加。 双圆弧:在理论状态下,其轴向、径向间隙均为 0,并且有大的接触强度,接触角一般情况下不变化但加工困难,需要用爽螺母结构消除间隙,调整预紧力。根据需要选择半圆弧形螺纹滚道。钢球的循环反方式分别为:外循环:1 螺母外侧有螺旋的回球槽,回球槽两侧有小孔相切于螺纹的轨道,可以使钢球循环通过,在小孔的入口设置一个挡珠器,以便于钢球可以正常出入孔口。特点:整体的结构不复杂,承受载荷的能力比较强,在回球槽和通孔连接的地方曲率半径不大,会有卡顿现象,挡珠器表面会因为受到摩擦产生损耗。2 插管式:将外接弯管的两边插入到与螺纹螺母相切的地方,产生钢球循环通孔口有档球器引导钢球出入通道。特点:结构不复杂,有很好的工艺,弯管作为通道以便于钢球通过。螺母的尺寸大;直接使用弯管端部作挡球器的话,会受到很大的摩擦损耗。可在多方面应用。内循环:镶块式:在螺母的侧表面钻出孔,并且在里面镶装一个返向器,与两个螺纹通道相连。钢球整个滚动的路径就是他的循环通道。特点:螺母的径向尺寸不大,钢球通过循环通道滚动,可以少用一些钢球,减低摩擦带来的损耗,使传动效率变高。由于以上特性,我们最终决定使用外螺纹方式。3.3.2 滚珠丝杠螺旋副的几何尺寸计算螺纹滚道:1 公称直径,初步选用 md202 导程 Ph53 接触角 4产品标识快速打印机机构设计174 钢球直径 mPDhw356.0.5 螺纹滚道曲率半径 mrnsw 6.18.53.1).1.().1.0( 6 偏心距e= 07.2.70.270.esi2 wwDrsDr或7 螺纹升角 51.496.arctn014.35arctndParct0h螺杆:1 螺杆大径d= m25.194.325.025.0dw0 D2 螺杆小径 .6.7.rse01 3 螺杆接触点直径 879.123045cos320codw0k 螺母:1 螺母螺纹大径:D= 2m059.36.1207.2rned0 2 螺纹小径 Dw 7.5.D01 3.3.3 滚珠丝杠螺旋副的校核定位滚动螺旋是会根据受到的里的大小,工作时速度的不同,是否能够准确的在共建上方找到自己的位置,以及极其本身的刚独特性等进行各种计算对比,承重的形式也对机器有很大的影响。本产品标示打印机的螺旋传动机构属于传力螺旋并且转速很高,应该更加注重使用年限和受到的静载荷力的大小。纵向滚珠丝杠螺旋传动副计算:基本额定载荷计算:106.45cos203s0 dDrw产品标识快速打印机机构设计1852.0361wrsDf4.0dz52.0wrswrnDff 643.70.134sin13i10 f9.86450.031.31.2rf .605iPlfhu 708.1.12172.41.7. rsrnns frC8.10316.08.347.29 708.3.52.19.6.213.9. 3.1914.03.01914.0 nsursc Cffff基本额定动载荷:产品标识快速打印机机构设计19NDzifCwca64.82312.7.1.045tan345os68. t8.127.08.1327.0接触角;一圈螺纹滚道内的钢球数量;z钢球直径(mm);wD螺母的总工作圈数;i滚动螺旋副的公称直径(mm);0d导程(mm) ;hP有效工作行程(mm);ul螺母滚道的曲率半径(mm) ;rn一螺杆滚道的曲率半径(mm);s工作行程系数;uf一螺姆的适应度;rn螺杆的适应度;sf额定动载荷特性值,与滚道的几何形状、材料的性能有关。上列 fcc是滚道硬度大于 60HRC.螺纹升角小于 10 时得到的。基本额定静载荷: 428.6705.13.152.0187.31287.3 rffrsoaNizDCwoca2584in3.4.672基本额定寿命:一组(相当数量)相同参数的滚动螺旋副,在相同工作条件下,90%不发生疲劳剥伤的特定转数(或在一定转速下的工作时数),并规定 转为基本额定610寿命。产品标识快速打印机机构设计20寿命计算的基本公式是:L= 56021814.8233FCa式中 L额定寿命 转:基本额定动载荷(N) ;aF轴向载荷,变载荷时,应取其平均载荷 。)(NFm在实际选用,常用小时数表示额定寿命,则有: )(10867.5062106 hnLh 寿命(h) ;转速,变转速时,应取其平均转速 (r/min) 。mn查表 15.2214确定类似打标机的机械标准应达到的寿命水平为15000h。寿命满足打标机工作要求:寿命系数 108.35103hLK转速系数 4.33n0.75814.018FKLHnh寿命条件: 04.7586.823CLHFnha寿命条件满足要求。驱动转矩: 321T)tan(0dF螺纹力矩(N m) ;1(N m) ;轴 承 摩 擦 力 矩32,T产品标识快速打印机机构设计21公称直径(mm) ;0d螺纹升角;当量摩擦角;其正切函数值为摩擦系数; 为工作负载。mF对于本设计取摩擦系数为 ,则得 。025.tan=408mNdFT 79.)34t(1)tan(2 0131 083.2.0.798.2纵向滚珠丝杠螺旋副刚度校核:滚珠丝杠在工作负载 F(N)和转矩 T(N m)共同作用下引起的每个导程的变形量 (m)为:oLPhhoGITEAF2221 3.5941.6.34)(4mmdNIp 8032式中: ,为丝杠截面积;)(21A=,为丝杠的极惯性矩;4mdIp轴向载荷使导程发生的变形;EFPh转矩使导程发生的变形;PhGIT2G 为丝杠切变模量,对于钢 G=83.3GPa; T(N m)为转矩。)tan(20dFT为摩擦角按最不利的情况计算,则产品标识快速打印机机构设计22mGdTPEFITPEAFLhhphh0.13 0169.3.814. 8)5(609.2645 4922-293-42120 丝杠在 310mm 内的弹性变形所引起的导程误差为: mpL2014.03310 钢珠和螺纹滚道产生轴向弹性弹性接触变形量: 52.wDrns因为无预紧,所以选用计算公式: mzFKwza 012.5312.104.8104.8 3232 载荷分布不均匀系数,与制造精度有关,通常取 1.21.3;z ma 201.02.1L310310 总在工作长度上误差满足要求。所以丝杠的刚度满足要求。滚珠丝杠螺旋副稳定性校核: NmdIp 4019.163)(641淬 火 钢85.23.05il23.491.641dAIaNilFC 105349.61.36.02.48d0.18 2212 43.5C;m螺 杆 的 最 大 工 作 长 度l产品标识快速打印机机构设计23螺杆危险截面的轴惯性矩(mm ) ;aI 4A螺杆危险截面面积(mm) ;E螺杆材料的弹性模量,对于钢 E=2.07 ;aMP5104 42.部 结 构 有 关 , 见 表长 度 系 数 , 与 螺 杆 的 端所以滚珠丝杠螺旋副稳定性符合要求。效率验算:滚珠丝杠副的传动效率 K 为:%92.0)483tan()tan( KK 的要求在 90%-95%之间,所以该丝杠副合格。经过上述计算验证,所选型号规格滚珠丝杠各项性能均符合设计要求,可选用。纵向丝杠螺旋副尺寸参数:表 3-1 纵向丝杠螺旋副尺寸参数额定载荷 N代号规格公称直径mm螺距mm螺旋角丝杠小径mm丝杠大径mm钢球直径mm丝杠工作长度mm丝杠总长度mm循环列数动载荷静载荷钢球直径mm2004-3 20 5 3416.94119.4 3 310 375 2.5 8243 225283纵向丝杠如图:图 3-4 纵向丝杠尺寸图产品标识快速打印机机构设计24图 3-5 纵向丝杠局部放大图图 3-6 纵向丝杠螺纹滚道法向截形及键部截面图产品标识快速打印机机构设计25横向滚珠丝杠螺旋传动副: 基本额定载荷计算: 106.45cos203s0 dDrw.61wrsf2304.0Ddz5.wrswrnff 643.70.134sin103i10 f9.0.186450.1.13.03.0.02rf 0.756iPlfhu 708.1.012172.41.7. rsrnns frC产品标识快速打印机机构设计268.10316.08.347.29 708.3.52.19.6.213.9. 3.1914.03.01914.0 nsursc Cffff基本额定动载荷: NDzifCwca64.82312.7.1.045tan345os68. t8.127.08.1327.0基本额定静载荷: 428.6705.13.152.0187.31287. rffrsoaNizDfCwoca25845in3.4.672基本额定寿命:寿命计算的基本公式是:横向丝杠载荷估计值为 F=30NL= 20748136.843FCa产品标识快速打印机机构设计27在实际选用,常用小时数表示额定寿命,则有: )(1096.50627481086 hnLh 查表 15.2214确定类似打标机的机械标准应达到的寿命水平为 15000h。寿命满足打标机工作要求:寿命系数 108.35103hLK转速系数 4.33n1.27014.08FKLHnh寿命条件: 1.2764.823CLHFnha寿命条件满足要求。驱动转矩: 321T)tan(0dF其正切函数值为摩擦系数; 为工作负载。F对于本设计取摩擦系数为 ,则得 。025.tan=408mNdFT 239.)34t(3)tan(20131 0279.02.9.2横向滚珠丝杠螺旋副刚度校核:滚珠丝杠在工作负载 F(N)和转矩 T(N m)共同作用下引起的每个导程的变形量 (m)为:oLPhhoGITEAF2产品标识快速打印机机构设计282221 3.5941.6.34)(4mmdANIp 803式中: ,为丝杠截面积;)(21=,为丝杠的极惯性矩;4mdIp轴向载荷使导程发生的变形;EAFPh转矩使导程发生的变形;PhGIT2G 为丝杠切变模量,对于钢 G=83.3GPa; T(N m)为转矩。)tan(20dFT为摩擦角。按最不利的情况计算,则: mGdTPEFITPEALhhphh0.24 0169.3.814. 27)5(609.163354 492-29-4220 丝杠在 360mm 内的弹性变形所引起的导程误差为: mpL2016.042.3630360 钢珠和螺纹滚道产生轴向弹性弹性接触变形量: 52.wDrns因为无预紧,所以计算公式为: mzFKwza 046.5312.104.8104.8 3232 载荷分布不均匀系数,与制造精度有关,通常取 1.21.3。z ma 202164.0.216.0L360360 总在工作长度上误差满足要求。产品标识快速打印机机构设计29所以丝杠的刚度满足要求。滚珠丝杠螺旋副稳定性校核: mNmdIp 4019.163)(641淬 火 钢85.23.05il3.491.641dAIa NilFC 6.793241.6.35.420.8d02.18 221 4.63.79C;m螺 杆 的 最 大 工 作 长 度l螺杆危险截面的轴惯性矩(mm ) ;aI 4A螺杆危险截面面积(mm ) ;E螺杆材料的弹性模量,对于钢 E=2.07 ;aMP510442.部 结 构 有 关 , 见 表长 度 系 数 , 与 螺 杆 的 端所以滚珠丝杠螺旋副稳定性符合要求。效率验算:滚珠丝杠副的传动效率 K 为:%92.0)483tan()tan( K 的要求在 90%-95%之间,所以该丝杠副合格。经过上述计算验证,所选型号规格滚珠丝杠各项性能均符合设计要求,可选用。横向丝杠螺旋副尺寸参数:表 3-2 横向丝杠螺旋副尺寸参数额定载荷 N代号规格公称直径mm螺距mm螺旋角丝杠小径mm丝杠大径mm钢球直径mm丝杠工作长度丝杠总长度 mm循环列数动载荷静载荷钢球直径mm产品标识快速打印机机构设计30mm2004-3 20 5 3416.94119.4 3 360 425 2.5 8243 225283横向丝杠如图:图 3-7 横向丝杠尺寸图图 3-8 横向丝杠局部放大图产品标识快速打印机机构设计31图 3-9 纵向丝杠螺纹滚道法向截形及键部截面图滚珠丝杠螺母图:图 3-10 珠丝杠螺母图 3-11 珠丝杠螺母螺纹滚道法向截形图材料均为 GCr15。产品标识快速打印机机构设计323.4 同步带轮组的设计 3.4.1 同步带传动相关介绍 本次同步带轮会选择渐开线齿形,运用范成法进行加工,在一定的张紧力要求下,两个相邻的齿的中心的直线距离叫做节距。综上所述:下述为其优点:1、传动比误差不大,有很好的传动效率 2、工作稳定,能降低震动 3、便于维护和保养。因此,我选择了同步带传动作为整个打标机传动系统的部件之一。3.4.2四个同步带轮的尺寸相同,查阅相关资料,进行同步带轮的计算。同步带轮尺寸:(1) 选定带型和节距 XL 型。节距 0.508mmdP(2) 小带轮齿数 根据带型 XL 和小带轮转速 n=500r/min,由表 14.156 查z得,小带轮的最小齿数 =10,此处取 z=20minz(3) 小带轮节圆直径 =32.38
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产品标识快速打印机机构设计【含10张CAD图】
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![横向导轨A2.gif](http://www.zhuangpeitu.com/ueditor_s/net/upload/2018-6/26/6366562555421219271718212_1.gif)
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