高速自動繞線機的設(shè)計

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1、 我 的 機 械 工 程 師 職 業(yè) 生 涯 設(shè) 計 高速自動繞線機的設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 年 級 專 業(yè) 機械制造及其自動化 系（院） 指導(dǎo)教師 2011 年 03 月 28 日 目 錄 1 引言 .1 2 自我評估 .1 3 職業(yè)分析 .1 3.1 對機械售后服務(wù)重視程度不夠 .1 3.2 經(jīng)營模式存在弊端 .2 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 II 3.3 綜合服務(wù)體系不完善 .2 3.4 機械售后服務(wù)的機遇 .2 4 我的優(yōu)勢和不足 .2 5 未來 15 年的規(guī)劃 .3 6 結(jié)語 .3 前言 .6 1 緒論 .6 1.1 設(shè)計要求 .6 1.1.1 繞線機的含義 .6 1.1.

2、2 設(shè)計要求 .6 1.2 當前發(fā)展狀況 .7 2 總體方案設(shè)計 .8 2.1 機械設(shè)計的步驟和方法 .8 2.1.1 送線機構(gòu)下移和上移 .9 2.1.2 轉(zhuǎn)子的順時針和逆時針旋轉(zhuǎn) .9 2.1.3 進給機構(gòu) .10 2.2 繞線機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .10 3 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .11 3.1 轉(zhuǎn)子主軸的方案設(shè)計 .11 3.2 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)各部分的設(shè)計 .12 3.2.1 三爪卡盤的設(shè)計 .12 3.2.2 軸的設(shè)計及其校核 .13 3.2.3 軸承的選用及校核 .14 3.2.4 伺服電機的選型使用 .14 3.2.5 減速機的選用 .16 3.2.6 手輪和頂尖的設(shè)計及使用 .16 4

3、 機架導(dǎo)線機構(gòu)的設(shè)計 .17 4.1 伺服電機選用 .17 4.2 撓性連軸器的選用 .18 4.2.1 三木撓性連軸器使用范圍 .18 4.2.2 SFC 連軸器具體特性如下 .18 4.2.3 SFC-080SA2 具體參數(shù) .19 4.2.4 SFC-080SA2 安裝方式 .19 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 III 5 送線進給機構(gòu)的設(shè)計 .20 5.1 送線進給機構(gòu)總體設(shè)計 .20 5.2 直線導(dǎo)軌的選擇 .21 5.2.1 導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求 .21 5.2.2 滾動導(dǎo)軌副的類型與選擇 .21 5.2.3 線性滑軌的配置 .22 5.3 滾珠絲杠的設(shè)計

4、.23 5.4 滾動軸承的校核 .24 5.5 步進電機的選型 .25 5.5.1 步進電機的選型過程 .25 設(shè)計總結(jié)及展望 .27 參考文獻 .28 謝 辭 .29 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 1 第一部分 我的機械售后服務(wù)師之路 1 引言 不少人都曾經(jīng)這樣問過自己：“人生之路到底該如何去走？”記得一位哲 人這樣說過：“走好每一步，這就是你的人生。”是啊，人生之路說長也長， 因為它是你一生意義的詮釋；人生之路說短也短，因為你生活過的每一天都是 你的人生。每個人都在設(shè)計自己的人生，都在實現(xiàn)自己的夢想。 有道是：“凡 事預(yù)則立，不預(yù)則廢” 千真萬確。對自己要做的或是將要做的事沒有任

5、何準備 就是在為失敗做準備！ 2 自我評估 我屬于那種外冷內(nèi)熱的人，比較喜歡安靜的環(huán)境，經(jīng)常沉浸于思考之中， 所以我給人的印象一般是沉默寡言，文靜，甚至冷漠。其實，我也有玩得瘋的 時候，當我真正享受一個過程時，我會笑得很爽朗，從來不吝嗇自己的笑聲。 我是一個堅持原則的人，對于不正確、不公平的事情，我永遠不會妥協(xié)，不會 委屈自己去將就這些事情；而對于有價值有意義的事情，我會盡我所能地去做， 并且很認真，很負責地堅持到最后。我比較感性，容易被生活中的細節(jié)所感動。 同時，我熱衷于幫助那些真正需要幫助的人，樂意為需要的人干點實事，而不 是夸夸其談或者只是做點表面上顯得有意義，實際上價值不大的事情。雖然

6、我 容易情緒激動，但忍耐能力還是挺強的，我做不到每件事情都堅持到底，但部 分還是可以的。總的來說，我是一個熱心的實干者。 我喜歡閱讀，搜羅新信息， 認識新朋友；在我還沒找到最適合自己的環(huán)境之前，我不會安分地待在固定的 一個地方，我會嘗試到各種新的環(huán)境里體驗不一樣的生活；有時，我也喜歡沉 浸于自己的世界里面，踏踏實實，認認真真地去做我自己喜歡的事情，不希望 被別人打擾。 3 職業(yè)分析 3.1 對機械售后服務(wù)重視程度不夠 現(xiàn)階段，大多數(shù)代理商都把服務(wù)定位于整機銷售的輔助支持手段，主要開 展的服務(wù)也基本上是整機保修期內(nèi)服務(wù)。有調(diào)查顯示，工程機械整機銷售在代 理商整體銷售額中所占比重相對過大，有 59

7、的代理商整機銷售額所占比重超 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 2 過 70，依靠銷售服務(wù)創(chuàng)造利潤的工程機械代理商還是少數(shù)。按照國際上通行 的說法，機械售后服務(wù)所產(chǎn)生的利潤與相對的前市場比較，比例大約是 73。 在美國，機械售后服務(wù)服務(wù)業(yè)被譽為“黃金產(chǎn)業(yè)” ；在歐洲，機械售后服務(wù)也是 制造產(chǎn)業(yè)獲利的主要來源。而目前我國很多企業(yè)還不清楚機械售后服務(wù)所涵蓋 的范圍，甚至還存在一些理解上的誤區(qū)，未能引起足夠重視。 3.2 經(jīng)營模式存在弊端 國產(chǎn)設(shè)備代理商在開展服務(wù)時常常要面臨利潤低下的困境，制造商為了提 高市場占有率給予代理商一定額度的服務(wù)費，在保修期內(nèi)用于客戶的維護、保 養(yǎng)及配件供應(yīng)，而有些

8、國產(chǎn)設(shè)備的故障率又比較高，導(dǎo)致代理商入不敷出，缺 乏積極性?，F(xiàn)行經(jīng)營模式的不完善，使廠家、代理商和售后服務(wù)脫節(jié)，導(dǎo)致了 售后服務(wù)市場發(fā)展不充分。另外服務(wù)需要高投入，目前，制造商和代理商服務(wù) 投入的力度還不夠。 3.3 綜合服務(wù)體系不完善 國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品在技術(shù)先進性、質(zhì)量方面各有千秋，同一細分市場上產(chǎn)品 差異化很小，同時又沒有從戰(zhàn)略高度看到售后服務(wù)的重要性，造成投入不足、 管理不善等問題。服務(wù)體系反應(yīng)速度慢導(dǎo)致售后服務(wù)的及時性差。售后服務(wù)人 員的技術(shù)水平不高影響了故障排除及維修工作效率。因此售后服務(wù)這一提高公 司及產(chǎn)品品牌形象、獲取競爭優(yōu)勢的重要手段不能有效地發(fā)揮作用。 3.4 機械售后服務(wù)的機

9、遇 工程機械行業(yè)的快速發(fā)展帶來了機械售后服務(wù)的機遇，也對技能性人才產(chǎn) 生較大需求。在現(xiàn)代營銷環(huán)境條件下，沒有服務(wù)就沒有營銷，這已經(jīng)是不爭的 事實，關(guān)鍵是工商企業(yè)應(yīng)不斷提升售后服務(wù)質(zhì)量，充實售后服務(wù)內(nèi)容，完善售 后服務(wù)程序，規(guī)范售后服務(wù)管理，堅持服務(wù)創(chuàng)新，變傳統(tǒng)的單純的售后服務(wù)轉(zhuǎn) 向“整體服務(wù)流程”時時保持特色服務(wù)，嚴格進行服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控，以優(yōu)良的服 務(wù)取得市場競爭優(yōu)勢，真正使消費者在消費過程中“只有享樂，沒有煩惱，” 為最終實現(xiàn)“零服務(wù)”而努力。 4 我的優(yōu)勢和不足 優(yōu)勢：我本身是機械專業(yè)出生，對機械比較了解，能熟練運用各種機械軟 件，并且對機械售后服務(wù)充滿熱情。具有較好的領(lǐng)導(dǎo)才能，能與他人團結(jié)

10、合作； 具有很強的自信心與自強心。 不足：現(xiàn)在對我而言最缺乏的應(yīng)該就是經(jīng)驗，有了理論知識卻不知道如何 的運用，以后多找機會接觸社會，了解這個行業(yè)。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 3 5 未來 15 年的規(guī)劃 第一個五年：認真塌實做好第一線工作，低姿態(tài)做人，高標準要求自己。 在工作中嚴格要求自己，力求精益求精，切實做到以老板的心態(tài)看待公司，對 待公司事物，一心為公，提高自己。 第二個五年：我會以市場經(jīng)濟為平臺，放眼中國和世界，找不足，補差距。 切實落實自己的高度，以及不足之處。有不足馬上補上，繼續(xù)埋頭工作，如果 有機會繼續(xù)深造，一旦有機會，就找準自己的準確位置。爭取能在機械售后服 務(wù)行

11、業(yè)中能有自己的一席之地。 第三個五年：經(jīng)過十年的鍛煉自己能成為高級機械售后服務(wù)師，能有三十 萬以上的收入。 6 結(jié)語 計劃定好固然好，但更重要的，在于其具體實施并取得成效。這一點時刻 都不能被忘記。任何目標，只說不做到頭來都只會是一場空。然而，現(xiàn)實是未 知多變的。定出的目標計劃隨時都可能受到各方面因素的影響。這一點，每個 人都應(yīng)該有充分心理準備。當然，包括我自己。因此，在遇到突發(fā)因素、不良 影響時，要注意保持清醒冷靜的頭腦，不僅要及時面對、分析所遇問題，更應(yīng) 快速果斷的拿出應(yīng)對方案，對所發(fā)生的事情，能挽救的盡量挽救，不能挽救的 要積極采取措施，爭取做出最好矯正。相信如此以來，即使將來的作為和目

12、標 相比有所偏差，也不至于相距太遠。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 4 第二部分 高速自動繞線機的設(shè)計 摘 要 本文主要介紹的是高速自動繞線機的設(shè)計全過程，并對設(shè)備的整個工作、 動作過程和繞線機的工作原理進行了分析。設(shè)計了繞線機的硬件結(jié)構(gòu)，對各部 分的硬件設(shè)計進行詳細的校核工作。 對于該自動繞線機的軟件控制系統(tǒng)，本文提出運用三菱 PLC 進行控制的總 方案，對繞線機的各個動作進行控制，使三個軸的運動相互協(xié)調(diào)，以順利完成 整個繞線工作的過程。 通過設(shè)計，該繞線機通過運用高可靠性的 PLC 進行運動控制和使用觸摸屏 進行生產(chǎn)條件的調(diào)節(jié)可以大大提高工作機的運行效率。能夠較好地完成繞線機 的

13、高速自動繞線的要求，該繞線機主要可應(yīng)用于電機轉(zhuǎn)子線圈的自動纏繞，可 以達到比較好的生產(chǎn)效果，滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。 關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；運動控制；交流驅(qū)動；自動繞線 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 5 ABSTRACT The whole process of design of the high-speed automatic winding machine is produced in this paper. The entire work process of the equipment and the mechanics of the winding process are

14、analyzed. The hardware structure of the various parts of the winding machine is designed. Conduct a detailed check of the various parts. For the software control system of the automatic winding machine, this paper proposes the use of Mitsubishi PLC to control the various movements. Through the use o

15、f the Mitsubishi PLC, the movements of the three-axis are coordinated very well! The whole process of winding can be completed very smoothly. Through the design, the machine with PLC which is highly reliable for motion control and with the use of touch-screen for the regulation of production conditi

16、ons can greatly improve the efficiency of machine operating. This machine can run automatically at a high speed. It can be applied to produce the rotor of motor for coil winding. It can meet the high quality and high efficiency requirement! Key words: PLC; Touch-screen; Movements Control; AC drives;

17、 Automatic Winding 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 6 前言 目前繞線機市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機、環(huán)型繞線機、定轉(zhuǎn) 子繞線機、紡織繞線機等等。本文主要介紹的是全自動高速自動電機轉(zhuǎn)子高速 繞線機的設(shè)計過程，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，西部開發(fā)的實施，對于各種繞線電 機的需求量不斷的增加，但是，傳統(tǒng)的手工繞線工藝制約著電機產(chǎn)量的增加， 并且，在交流電的產(chǎn)生過程中，繞組的質(zhì)量決定了電機的好壞。電機繞組是電 機的重要部件，繞組的好壞直接影響到電機的運行性能和可靠性。隨著技術(shù)的 進步，電機繞組的生產(chǎn)方式也在不斷地更新，由最初的手工繞制開始向半自動 繞線機甚至是全自動繞線機方

18、向發(fā)展。 于是有必要開發(fā)一款全自動的繞線機械來代替這種手工繞制的小作坊式生 產(chǎn)方式。本文所設(shè)計之繞線機采用雙伺服電機進行繞制，采用步進電機進行進 給操作，通過具有高可靠性能的 PLC 來進行三個軸的動作協(xié)調(diào)，可以很好的完 成繞線動作。它操作簡便，節(jié)省人工，可提高產(chǎn)量，產(chǎn)品品質(zhì)好；其繞線、排 線完全按程序自動執(zhí)行；排線寬幅可調(diào)，圈數(shù)準確；生產(chǎn)速度快，并能大量節(jié) 省線材。 1 緒論 1.1 設(shè)計要求 1.1.1 繞線機的含義 組成繞組的基本元件是漆包線。通過在繞線骨架上按一定的規(guī)律形狀纏繞 而成，繞線的匝數(shù)直接和電機的性能有重要影響。電機主要是進行電能和機械 能的轉(zhuǎn)換，在電機中，電能向機械能轉(zhuǎn)化主

19、要是通過線圈進行的，電機的通電 邊在磁場中會受到電磁力，從而使電機軸轉(zhuǎn)動。 繞線機的作用，顧名思義，就是用來繞制繞組的。 1.1.2 設(shè)計要求 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是高速自動繞線機的設(shè)計 ，因此，本次設(shè)計，要本 著實用的要求，達到高速自動這兩個質(zhì)量指標，要求該繞線機能夠工作在一定 的工作范圍。繞制的漆包線的線徑要求是可調(diào)的，以適應(yīng)不同的型號的電機的 轉(zhuǎn)子的繞線要求。能夠?qū)@線進行自動排線 ，繞線的外觀要求美觀整潔，并且， 要求能夠自動根據(jù)設(shè)置對繞線匝數(shù)進行計數(shù)。 設(shè)計的參數(shù)要求為轉(zhuǎn)子的軸向尺寸為 150mm，徑向可進給 100mm。每分鐘最 大繞線速度要求可達到 600r/min。 臨沂師范學(xué)院

20、工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 7 1.2 當前發(fā)展狀況 最初的繞組的生產(chǎn)是完全手工生產(chǎn)的，就是依靠人用手將電磁線按照一定 的規(guī)律繞制到電機轉(zhuǎn)子上，并且由人來對骨架上的電磁線圈匝數(shù)進行計數(shù)的。 生產(chǎn)效率低下，工作強度很大，完全已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)。 半自動繞線機的工作是將一個繞組的骨架，固定在一個由電機帶動的軸上。 通電以后電機帶動軸以一定的速度旋轉(zhuǎn)，將電磁線纏繞到骨架上。同時，在電 機的輸出端裝一個計數(shù)裝置來對電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進行計數(shù)，來控制纏繞的匝數(shù)。 但是，在纏繞過程中，排線還是由手工完成的，半自動繞線機的操作者，必須 同時進行排線和觀察注意電磁線的匝數(shù)，這樣操作者才能在適當?shù)臅r候停機，

21、 控制線圈的繞制。 半自動比以前的純手工生產(chǎn)在一定的程度上提高了生產(chǎn)的效率，但是線圈 的生產(chǎn)在一定的程度上還是依賴手工，線圈的質(zhì)量與操作者的技術(shù)水平和工作 狀態(tài)還有很大的聯(lián)系。難以生產(chǎn)出質(zhì)量完全一致符合生產(chǎn)要求的產(chǎn)品來。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)也得到了空前的發(fā)展，各種單片機， PLC，微型計算機開始應(yīng)用于機械控制系統(tǒng)中。 自動繞線機基本上由三部分組成。一部分基本和半自動繞線機相同，是由 電動機帶動一個夾頭，夾頭上固定繞組的骨架。電機的轉(zhuǎn)動帶動骨架按照要求 的速度和方式轉(zhuǎn)動，來完成繞線工作過程。另一部分是自動排線機構(gòu)。由于各 種自動繞線機生產(chǎn)的繞組特點不同，生產(chǎn)方式也不一樣，所以自動排線

22、的機構(gòu) 有很多種。根據(jù)不同的生產(chǎn)要求，自動繞線機的結(jié)構(gòu)和形式也有著很大的差別。 第三部分是軟件控制部分，不管是繞線機構(gòu)還是排線機構(gòu)都是在控制部分的控 制與管理之下進行的。生產(chǎn)不同的繞組應(yīng)該是用不同的繞線方法，來完策劃過 年不同的繞線工作。而這都是由控制部分來完成的，當參數(shù)的設(shè)定不同時，控 制部分將會對繞線部分還排線部分實行不同的控制策略。這樣就能在同一臺繞 線機上生產(chǎn)不同的規(guī)格的繞組，使得生產(chǎn)有了一定的柔性，生產(chǎn)的產(chǎn)品范圍也 相應(yīng)的得到加寬了。 自動繞線機雖然結(jié)構(gòu)形勢有所不同，但是基本原理都是相同的。繞線機構(gòu) 帶動繞組骨架按照規(guī)定的方式旋轉(zhuǎn)，將電磁線纏繞在繞組的骨架上。同時電磁 線給線的位置由

23、排線機構(gòu)來確定，并且保證給線的位置由控制單元控制按照一 定的方式不斷變化。這樣，電磁線就按照一定的規(guī)律被纏繞到了繞組的骨架上 了。整個過程中各個動作都是由電腦控制的，無論是繞線機構(gòu)中電機的轉(zhuǎn)速還 是排線機構(gòu)的給線位置都是經(jīng)過電腦計算的，通過各種控制算法精確控制的。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 8 自動繞線機有其自身的明顯優(yōu)點:它將人從繁重的繞線勞動中解放了出來， 不緊繞線有機械來完成，就連排線也是在電腦的控制下由機械完成的。它不僅 減輕了勞動的強度，也大大提到了勞動生產(chǎn)效率。由于有了電子設(shè)備的控制， 無論繞線排線都能以最高的速度進行，不再受到人腦的反應(yīng)速度的限制。自動 繞線機不在依

24、賴于人工的操作，這樣就可以使生產(chǎn)質(zhì)量得到保證。操作者在生 產(chǎn)過程中只是在運行前設(shè)定參數(shù)，而繞線過程中人不參與，這樣無論操作者有 沒有經(jīng)驗懂不懂繞線技術(shù)，只要設(shè)定同樣的參數(shù)都可以生產(chǎn)出同樣的質(zhì)量的繞 組。這樣產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有了很大的提高。 2 總體方案設(shè)計 2.1 機械設(shè)計的步驟和方法 一部機器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計質(zhì)量。制造過程對機器所起的作用，本 質(zhì)上就在于實現(xiàn)設(shè)計時所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機器的設(shè)計階段是實現(xiàn)機器好壞 的關(guān)鍵。 我們在設(shè)計過程中要盡可能多的利用已有的成功經(jīng)驗來工作。要很好的把 繼承與創(chuàng)新結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機器。作為一部完整的機器，它是 一個復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計質(zhì)

25、量，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。它基本上包 含四個過程： （1）計劃階段（2）方案設(shè)計階段(3)技術(shù)設(shè)計(4)技術(shù)文件的編制 根據(jù)以上設(shè)計程序圖，我首先對繞線機的工作原理進行了分析，以確定繞 線機的總體結(jié)構(gòu)。電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞線機送線部分的位置關(guān)系示意圖如圖 2 所示。 轉(zhuǎn)子實物圖 1 如下： 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 9 圖 1 轉(zhuǎn)子實物圖 （1）送線機構(gòu)下移和上移 這一動作的完成要靠導(dǎo)線機構(gòu)的上下來進行,本人完成這一動作的機構(gòu)設(shè)計 如下圖 2 所示 圖 2 送線機構(gòu)示意圖 （2）轉(zhuǎn)子的順時針和逆時針旋轉(zhuǎn) 纏繞過程中,轉(zhuǎn)子先要逆時針轉(zhuǎn)動然后再逆時針轉(zhuǎn)動,在一個線圈的繞制過 程中，

26、由于繞線機要求順逆時針旋轉(zhuǎn)速度快,精度要求高,選用一般的步進電機 和三相交流電及很難達到所需的工作要求。因此決定選用伺服電機作為轉(zhuǎn)子的 動力源。 根據(jù)工作要求，轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖如下圖 3： 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 10 圖 3 轉(zhuǎn)子機構(gòu)示意圖 （3）進給機構(gòu) 漆包線有一定的線徑，因此纏繞的時候必須有一定的進給運動，以保證線均勻的纏 繞在轉(zhuǎn)子上，要求繞線效果外觀均勻，美觀。 進給機構(gòu)必須是直線位移，使用絲杠螺母機構(gòu)將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)為直線移動，由于 步進電機良好的精度和可控性，使用步進電機作為進給運動的動力源是一個很 好的選擇。 進給機構(gòu)的運行的方式為步進電機通過三木撓性連軸器與減

27、速器進行連接, 減速器連接絲桿,利用滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動進行進給,或者是步 進電機直接聯(lián)接絲杠螺母帶動導(dǎo)軌架移動來進給。下面對于用步進電機直接驅(qū) 動導(dǎo)軌的方式中，步進電機的運行規(guī)律進行設(shè)計的過程進行闡述： 設(shè)繞線機的繞線速度是 S=600r/min；滾珠絲杠的導(dǎo)程 L=6mm，步進電機為 三相永磁步進電機采用三相六拍的運行方式，步距角為 =0.6，線徑 D=1.5mm, 則步進電機的運行速度為 =150r/min 由此可得脈沖頻率為 f=90000 次/分鐘=1500 Hz 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 11 2.2 繞線機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 將各部分的結(jié)構(gòu)組裝起來可以得到繞

28、線機的總體結(jié)構(gòu)示意圖 4 如下所示： 圖 4 繞線機總體結(jié)構(gòu)示意圖 繞線機的總體結(jié)構(gòu)出來以后，將分別對各部分進行詳細的設(shè)計，本設(shè)計的 過程分為以下幾個過程： （1）主軸轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計 （2）機架導(dǎo)線機構(gòu)的設(shè)計 （3）送線進給機構(gòu)的設(shè)計 （4）整體箱體機構(gòu)的設(shè)計 下面將分章對各部分進行討論 3 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 轉(zhuǎn)子主軸的方案設(shè)計 轉(zhuǎn)子主軸的結(jié)構(gòu)的設(shè)計如下圖 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 12 圖 5 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)圖 3.2 轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)各部分的設(shè)計 3.2.1 三爪卡盤的設(shè)計 圖 6 三爪自定心卡盤結(jié)構(gòu)和工件安裝圖 a）結(jié)構(gòu) b）夾持棒料 c）反爪夾持大棒料 （1）三爪自定

29、心卡盤的結(jié)構(gòu) 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 13 三爪自定心卡盤的結(jié)構(gòu)如上圖 a 所示，當用卡盤扳手轉(zhuǎn)動小錐齒輪時，大 錐齒輪也隨之轉(zhuǎn)動，在大錐齒輪背面平面螺紋的作用下，使三個爪同時向心移 動或退出，以夾緊或松開工件。它的特點是對中性好，自動定心精度可達到 0.050.15 ?？梢匝b夾直徑較小的工件，如上圖 b 所示。當裝夾直徑較大的外 圓工件時可用三個反爪進行，如上圖 c 所示。但三爪自定心卡盤由于夾緊力不 大，所以一般只適宜于重量較輕的工件，當重量較重的工件進行裝夾時，宜用 四爪單動卡盤或其它專用夾具。 （2）用一夾一頂安裝工件 對于一般較短的回轉(zhuǎn)體類工件，較適用于用三爪自定心卡

30、盤裝夾，但對于 較長的回轉(zhuǎn)體類工件，用此方法則剛性較差。所以，對一般較長的工件，尤其 是較重要的工件，不能直接用三爪自定心卡盤裝夾，而要用一端夾住，另一端 用后頂尖頂住的裝夾方法。 這種裝夾方法能承受較大的軸向切削力，且剛性大大提高，同時可提高切 削用量。本繞線機即是采用這種一夾一頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。下圖 3-2 為卡盤實物圖 根據(jù)設(shè)計要求，轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)要小于 40mm，因此在選擇卡盤的時候要求卡 盤的夾持范圍能夠滿足這一要求，但是又要使卡盤的地轉(zhuǎn)動慣量最小，外徑為 125mm 的輕型 K11 三爪自定心卡盤的正爪加緊夾持范圍是 2.540mm,符合設(shè)計 要求，因此選用這一自定心卡盤，該卡盤的具體型號為

31、 K11125A，連接形式為 短圓柱連接方式。其重量為 5.0Kg。 3.2.2 軸的設(shè)計及其校核 由于卡盤為立式安裝，豎直方向的載荷必須用能夠承受較大軸向載荷的軸 承來承擔，因此設(shè)計中必須用到推力球軸承和深溝球軸承的組合，經(jīng)過反復(fù)計， 具體計算數(shù)據(jù)如下，繞線速度為 =600r/min ，繞制一圈分為四個階段，因為這 四個階段的動力源都是伺服電機，因此設(shè)個部分的時間相等，繞線機繞制的至 少為四極線圈，則轉(zhuǎn)子順時針或逆時針每次是 =90， 將繞線轉(zhuǎn)子等效為一個直徑為 100mm 長度為 100mm 的圓柱體，可得到轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)動慣量為 Jk1=76.576Kgcm2，質(zhì)量為 6.126Kg。 三爪

32、卡盤的質(zhì)量為 5Kg，轉(zhuǎn)動慣量約為 Jk2=108.433Kgcm2。2221276.5108.43185.09KKJgcmKgcKgcm 轉(zhuǎn)矩 .96.5TJNM 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 14 接下來按扭轉(zhuǎn)強度對軸的強度進行校核，這種方法是只按軸所受的扭矩來 計算軸的強度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予 以考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種辦法初步估算軸徑。對于不大重要 的軸，也可作為最后計算結(jié)果。 本設(shè)計中，軸的最小直徑為 35mm。遠遠大于所要求的 2mm，因此軸的承載 能力合格，軸的強度是足夠的。 3.2.3 軸承的選用及校核 本設(shè)計中選用了兩

33、個深溝球軸承和一個推力球軸承,由于軸受到的徑向力很 小,因此省略對于深溝球軸承的校核過程,只對推力球軸承進行校核。 推力球軸承所承受的軸向力主要來自于繞線轉(zhuǎn)子和三爪卡盤的重力，繞線 轉(zhuǎn)子的重量 m1 =6.126Kg,三爪卡盤的重量為 m2 = 5 Kg。 由以上可知推理球軸承所受的軸向力為 126.19.810ggN 對軸承進行設(shè)計 欲設(shè)計使用時間為 45000h 當量動載荷為 109N； 由 Lh = 45000h 查表的 f h = 4.48 其中 fh 為壽命系數(shù) 軸承的轉(zhuǎn)速系數(shù)為 fn = 0.382 工況系數(shù)取 Kf = 1 功率利用系數(shù) Kn = 0.42 由以上數(shù)據(jù)可得當量載荷

34、為 538FLNnCKP 由機械設(shè)計手冊選用 51202 推力球軸承。 51118 軸承的基本額定載荷為 65KN 遠遠大于它的當量載荷 538N，所以推力 球軸承滿足機械的設(shè)計要求。 當量載荷肯定大于 Famin，因此軸承滿足要求。 為了保持徑向的運轉(zhuǎn)精度必須使用深溝球軸承進行徑向定位，根據(jù)軸的結(jié) 構(gòu)決定選用 6010 和 61918 兩個深溝球軸承。因為軸的徑向載荷不大，不對深溝 球軸承校核了。 3.2.4 伺服電機的選型使用 由于繞線機較高的精度要求，所以決定使用價格較高的伺服電機而不使用 步進電機作為驅(qū)動機構(gòu)。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 15 步進電機是一種離散運動的裝置

35、，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。 在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流 伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適 應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺 服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號） ，但 在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 1 控制精度不同 兩相混合式步進電機步距角一般為 3.6、 1.8，五相混合式步進電機 步距角一般為 0.72 、0.36。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如 四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進電機

36、，其步距角為 0.09；德國百 格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān) 設(shè)置為 1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036， 兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字 式交流伺服電機為例，對于帶標準 2500 線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部 采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為 360/10000=0.036。對于帶 17 位編碼器 的電機而言，驅(qū)動器每接收 217=131072 個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為 360/131072=9.89 秒。是步

37、距角為 1.8的步進電機的脈沖當量的 1/655。 2 低頻特性不同 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性 能有關(guān)，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工 作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作 在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器， 或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。 交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺 服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解 析機能（FFT） ，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。 3 矩頻特性不同 步進電機的輸

38、出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所 以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其 額定轉(zhuǎn)速（一般為 2000RPM 或 3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn) 速以上為恒功率輸出。 4 過載能力不同 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 16 步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松 下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn) 矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這 種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機， 而機器在正常工作

39、期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 5.運行性能不同 步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn) 的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理 好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器 反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步 或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 6.速度響應(yīng)性能不同 步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200400 毫 秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 MSMA 400W 交流伺服電機為例，從 靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需

40、幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求 不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。本繞線機正是因為高精度和高 的加速性能上考慮從而選擇伺服電機。 3.2.5 減速機的選用 繞線機的速度是 600 r/min ，所選擇的伺服電機的轉(zhuǎn)速最大可達到 2300 r/min，因此大概可選用減速比為 1：3 的減速機進行減速。由于繞線機本身的 小體型的要求，決定選用 FASTAR 公司生產(chǎn)的精密行星減速器。 根據(jù)繞線機的整體布局，決定采用通過法蘭連接電機的 FPLS 型減速機。 FPLS 型減速機的主要性能特點及應(yīng)用領(lǐng)域如下： 因其高緊密、

41、高可靠性，廣泛應(yīng)用于需要大輸出扭矩和極低回程間隙的場 合，主要適用于軍事、航空、航天等領(lǐng)域。也應(yīng)用在以下產(chǎn)品的高等級設(shè)備中： 數(shù)控機床、切割機、雕刻機、注塑機、繞線機、印刷機械、木工機械、包裝機 械、半導(dǎo)體機械、醫(yī)療機械、機械手、紡織機械、搬運機械、工程機械、自動 控制設(shè)備等行業(yè)。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 17 3.2.6 手輪和頂尖的設(shè)計及使用 因為轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)子軸上隨軸一起轉(zhuǎn)動，光用三爪卡盤固定轉(zhuǎn)子軸使轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動時，會在軸的另外一端產(chǎn)生比較大的跳動，所以必須將軸的另外一端固定， 采用一夾一頂?shù)姆绞侥軌蚝芎玫慕鉀Q這一問題。 頂尖與機床配合的錐度一般為莫氏 27 號。頂尖尖部的

42、徑向圓跳動一般為 0.010.02；精密級為 0.0050.01 頂尖分為固定頂尖、回轉(zhuǎn)頂尖、撥動頂尖 和復(fù)合頂尖等。固定頂尖主要用于加工精度高的工件和工件轉(zhuǎn)速低的場合，其 中半缺頂尖適用于加工直徑較小的工件；帶壓出螺母頂尖適用于經(jīng)常更換頂尖 的場合；鑲硬質(zhì)合金頂尖適合于工件轉(zhuǎn)速較高的場合?；剞D(zhuǎn)頂尖多采用圓錐滾 子軸承做前軸承，可定期調(diào)整預(yù)加負荷來補償磨損，主要用于加工較重工件或 工件轉(zhuǎn)速較高場合，回轉(zhuǎn)頂尖包括插入式、錐形式和彈性式；插入式回轉(zhuǎn)頂尖 帶有一套可換頂尖頭；錐形回轉(zhuǎn)頂尖適用于支撐大孔徑棒料和管材；彈性回轉(zhuǎn) 頂尖在工件的熱變形時能自身調(diào)節(jié)。撥動頂尖以內(nèi)外棱刀傳遞扭矩，定心精度 高；以

43、外棱刃傳遞扭矩的波動頂尖，對整個工件的圓柱面都可以加工。 手輪是標準件，在設(shè)計過程中選用合適的手輪即可。 4 機架導(dǎo)線機構(gòu)的設(shè)計 4.1 伺服電機選用 由前面的章節(jié)可知導(dǎo)軌滑塊在 1/40s 內(nèi)必須從上向下或是從下向上移動一 個轉(zhuǎn)子軸向尺寸的范圍,本設(shè)計中,轉(zhuǎn)子的軸向尺寸范圍為 l150mm,因此假設(shè) 1/40s 內(nèi)滑塊在豎直方向上移動 160mm,由此可得滑塊的線速度為: V= 6400 mm/s 根據(jù)設(shè)計同步帶的半徑為 18mm,可得出同步帶輪的轉(zhuǎn)速為: 356 r/min 負載扭力應(yīng)該計算滑塊上升時的扭力,估算滑塊的重量為 m = 1.2Kg,則負載 扭力為: 1.2980.2168LT

44、mgrN 負載慣量的計算： J1為滑塊的慣量 212.183.JrKgm J2為三木撓性連軸器轉(zhuǎn)動慣量 6222709.37.09 馬達軸轉(zhuǎn)動慣量為 J = J1 + J2 = 388.8 + 7.093 = 395.5 Kgmm2 選伺服馬達條件 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 18 負載扭力（T L）馬達額定扭力 Pa + P0 =12 倍馬達額定輸出功率 NM 馬達最大轉(zhuǎn)速 負載慣量（J L）35 倍馬達轉(zhuǎn)子慣量 依條件選定：三菱的 HC-SFS 201(B)中慣量中容量伺服電。 4.2 撓性連軸器的選用 4.2.1 三木撓性連軸器使用范圍 繞線機為高精密機器，一般撓性連軸器遲滯

45、現(xiàn)象過大。不適合轉(zhuǎn)速變化速 度過快的機器，因此為了使電機與輸出軸的連接可容納一定的同軸度誤差又具 有較小的遲滯現(xiàn)象，決定使用三木撓性連軸器。 SFC 是夾緊轂采用輕質(zhì)、高強度強力鋁合金的板彈簧式連軸器，扭轉(zhuǎn)剛性 極高，可滿足高應(yīng)答需求。 采用完全不使用 RoHS 禁止使用物質(zhì)的環(huán)保型設(shè)計。此外，夾緊轂外徑根據(jù) 所采用孔徑不同，確保使用最小限度的尺寸，實現(xiàn)了超低慣性的設(shè)計，具有出 色的功能。 各種型號均備有采用單組板簧式的超剛性 SFCSA2 型和與中間體相介配置 雙組板簧的具有撓性的 SFC-DA2 型。 4.2.2 SFC 連軸器具體特性如下 1.超高剛性： 是夾緊轂采用輕質(zhì)、高強度強力鋁合

46、金的板簧式連軸器，扭轉(zhuǎn)剛性極高， 可滿足高應(yīng)答需求。 符合 RoHS 標準： 采用完全不使用 RoHS 禁止物質(zhì)的環(huán)保型設(shè)計。 2.超低慣性： 夾緊轂的外徑形狀可隨您所采用的孔徑變更，小孔徑時外徑也減小，可將 慣性抑制在最小限度，最適合于高加速運轉(zhuǎn)。 根據(jù)你所采用的孔徑進行組合，共有三種形狀類型。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 19 圖 7 三種形狀類型 可用于錐度軸： 可將錐度接合器安裝到伺服馬達錐度軸上，采用夾緊轂的接合。 簡單、確實、無背隙： 與軸的接合采用夾緊方式，僅緊固左右 2 個螺栓即可完成安裝。動力傳動 均采用摩擦接合，沒有背隙。連軸器兩側(cè)的夾緊轂采用專用制具進行定心，

47、確 保了同心度。 圖 8 專用制具定心 牢固的軸接合： 夾緊轂?zāi)驼駝樱箾_擊，可達到牢固的接合。軸接合為用一個螺栓的夾緊 方式。軸保持力根據(jù)使用孔徑而不同，但在標準孔徑范圍內(nèi)可獲得足夠的連軸 器容許扭矩。 隔熱： 板簧組是由單片不銹鋼制的板簧組合而成，不易將來自伺服馬達的熱傳導(dǎo) 到從動軸側(cè)，可降低因熱膨脹所致的精度標準偏差。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 20 4.2.3 SFC-080SA2 具體參數(shù) 根據(jù)伺服電機輸出軸徑為 22mm，輸出轉(zhuǎn)矩為 0.217Nm，功率為 7.89W 決 定選用 SFC-080SA2 連軸器。 4.2.4 SFC-080SA2 安裝方式 產(chǎn)品左右內(nèi)徑

48、的同心度通過使用專用夾具可進行高精度地組裝。萬一產(chǎn)品 受到強烈沖擊時，將不能確保產(chǎn)品的組裝精度，有在使用過程中出現(xiàn)破損的可 能性。請在搬運產(chǎn)品等時要十分小心。 1確認夾緊螺栓已經(jīng)松動后，請清除軸以及連軸器內(nèi)徑面上的灰塵、垃圾 和油污等。 （油污可用棉布等擦拭掉，有必要的話可進行除脂作業(yè)。 ） 2將連軸器插到軸內(nèi)時，請不要對元件部分進行壓縮和牽拉等過度施加外 力下插入。特別是當將連軸器安裝到馬達上后將連軸器插到對方軸上時，有時 會誤對其施加過大的壓縮力，請加以注意。 3在兩個夾緊螺栓處于松動狀態(tài)下，請確認連軸器是否能夠沿軸向旋轉(zhuǎn)方 向輕移動。當不能平穩(wěn)移動時，請重新調(diào)整兩個軸的定心。 雖然建議將

49、此方法作為確認左右同心度的簡易方法使用，但不能使用同樣 的確認方法時，可對機械部件進行精度管理，用其他測量方法來確認安裝精度。 圖 9 三木撓性聯(lián)軸器 4確認對軸向沒有壓縮和牽拉等作用力后，保持夾緊轂全長與兩個軸相接 處的位置，將 2 個夾緊螺栓緊固到所規(guī)定的扭矩。 5 送線進給機構(gòu)的設(shè)計 5.1 送線進給機構(gòu)總體設(shè)計 繞線機送線進給機構(gòu)采用絲杠螺母帶動送線導(dǎo)軌機構(gòu)進行動作，其設(shè)計的 局部視圖如下圖所示: 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 21 圖 10 送線進給機構(gòu)局部試圖（一） 圖 11 送線進給機構(gòu)局部視圖（二） 5.2 直線導(dǎo)軌的選擇 5.2.1 導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要

50、求 1 導(dǎo)軌副的種類 導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運動件兩大部分組成。運動方向為直線的稱直線運 動導(dǎo)軌副，為回轉(zhuǎn)的稱回轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌副。常用的導(dǎo)軌副的種類很多，按其接觸 面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等等。 按其結(jié)構(gòu)特點可分為開式（借助重力或彈簧彈力保證運動面與承導(dǎo)面之間 的接觸）導(dǎo)軌閉式（只靠導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)形狀保證運動件與承導(dǎo)面之間的接觸） 導(dǎo)軌。 2 導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求 機電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、 耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。 對精度要求高的直線運動導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴格分開； 當運動件較重時，必須設(shè)有卸

51、荷裝置，運動件的支撐必須符合三點定位原理。 5.2.2 滾動導(dǎo)軌副的類型與選擇 1 直線運動滾動導(dǎo)軌副的特點及要求 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 22 滾動導(dǎo)軌作為滾動摩擦副的一類，具有許多優(yōu)點： 1) 摩擦系數(shù)?。?.0030.005） ，運動靈活； 2) 動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行； 3) 可以預(yù)緊，剛度高； 4) 壽命長； 5) 精度高； 6) 潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次裝填，長期使用； 7) 由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。 2 滾動導(dǎo)軌的缺點是： 導(dǎo)軌面與滾動體是點接觸或是線接觸，所以抗振性差，接觸應(yīng)力大； 對導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體

52、的尺寸精度要求高，若滾動體 的直徑不一致，導(dǎo)軌表面有高低，會使運動部件傾斜，產(chǎn)生振動，影響運動精 度； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、成本較高； 對臟物比較敏感，必須有良好的防護裝置 3 對滾動導(dǎo)軌副的基本要求： 1) 導(dǎo)向精度：導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標。移動件在沿導(dǎo)軌運動 時，不論有無載荷，都應(yīng)保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。這是保證 機床運行工作質(zhì)量的關(guān)鍵。各種機床對導(dǎo)軌副本身平面度垂直度及等高、等距 的要求都有規(guī)定或標準。 2) 耐磨性：導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動導(dǎo)軌 副的主要實效型式是磨損。因此耐磨性是衡量滾動導(dǎo)軌副性能的主要指標之一。 3) 剛度：為了保證

53、足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型、尺寸及其組合。 選用可調(diào)間隙和預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。 4) 工藝性：導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。 5.2.3 線性滑軌的配置 線性滑軌能承受上、下、左、右方向負荷，因此可根據(jù)機臺結(jié)構(gòu)與工作負 荷方向配置線性滑軌組。 根據(jù)設(shè)計要求選用 EGW30SB 型號的直線導(dǎo)軌，采用兩支滑軌滑塊移動配置 的方式。 EGW30SB 的三視圖如下圖所示： 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 23 圖 12 直線滑軌三視圖 5.3 滾珠絲杠的設(shè)計 絲杠螺母傳動屬于螺旋傳動。絲杠又可稱為螺桿。絲杠螺母傳動又可稱絲 杠副傳動。 螺旋傳動按用途可分為傳

54、力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋等。 螺旋傳動按螺紋間摩擦狀態(tài)又可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋三大 類。 滾珠絲杠螺母傳動屬于滾動螺旋傳動。滾動螺旋傳動的滾動體有球和滾子 兩大類。球又稱滾珠。應(yīng)用最廣泛的是以球為滾動體的滾珠螺旋傳動滾珠 絲杠副。 滾珠絲杠副作為精密、高效的傳動元件在精密機床、數(shù)控機床得到廣泛應(yīng) 用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個領(lǐng)域應(yīng)用得很普遍， 可作為精密定位自動控制、動力傳遞和運動轉(zhuǎn)換。 隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，滾珠絲杠的使用范圍越來越廣，目前我國有 專業(yè)工廠參照 ISO，按照國家標準規(guī)定的參數(shù)及精度標準組織生產(chǎn)。軸頸端部 結(jié)構(gòu)尺寸標準，用戶不必自行設(shè)計制

55、造，可以根據(jù)使用工況選擇某種結(jié)構(gòu)類型 的絲杠，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等等條件按規(guī)定的計算方法選定合格的尺寸型號和 組合單元向有關(guān)廠家訂貨，可以獲得更加好的經(jīng)濟效果。 滾珠絲杠副傳動與滑動絲杠傳動相比其主要特點是： 1) 傳動效率高。一般可達 95%以上，是滑動絲杠傳動的 24 倍。 2) 運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速無爬行。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 24 3) 可以預(yù)緊、消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度。 4) 定位精度和重復(fù)定位精度高。 5) 使用壽命為普通滑動絲杠的 410 倍甚至更高。 6) 同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時， 可獲得較好的

56、同步性。 7) 使用可靠、潤滑簡單、維修方便。 8) 不自鎖?？赡嫦騻鲃?，即螺母為主動，絲杠為被動。旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€ 運動。 由于繞線機要求的高定位精度、高的靈敏度、無大的間隙等原因，所以選 用滾珠絲杠副，來進行漆包線的進給。 根據(jù)送線導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)尺寸，選用 HIWIN 公司的 FSW36-6B2 滾珠絲杠。 外形圖如下： 圖 13 HIWIN 產(chǎn)的 FSW 滾珠絲杠 由于繞線機的重量與動負荷的要求差距很大，絲杠螺母能夠遠遠滿足負荷 要求，固省略校核過程。 本設(shè)計中，因為機構(gòu)的絲杠是直接和外部空氣接觸的，散熱快，熱膨脹不 明顯，因此采用兩端固定的結(jié)構(gòu)。 5.4 滾動軸承的校核 絲杠螺母機構(gòu)采用

57、兩端固定的結(jié)構(gòu)，使用的兩個角接觸球軸承和兩個深溝 球軸承，分為兩組，兩個角接觸球軸承各自背向安裝，因為絲杠所受的主要是 軸向力，所受徑向力不大，因此，只需校核角接觸球軸承的強度即可。 深溝球軸承的型號為 6006，角接觸球軸承的型號為 7006CJ。 根據(jù)估算，導(dǎo)線支架結(jié)構(gòu)加上滑塊的重量 M 大概為 100kg，其重力為 980N。線性滑軌的動摩擦系數(shù)為 0.004。因此軸承所受的軸向力 Fa = 980 0.004 = 4 N，角接觸球軸承的基本額定動載荷為 11.5103N，遠遠大于 4N，因此所選軸承能夠滿足工作要求。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 25 5.5 步進電機的選型

58、 5.5.1 步進電機的特點種類 步進電機又稱脈沖電動機。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元 件。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子 就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及 其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入脈沖數(shù)的數(shù)量、頻 率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。很容易用微機 實現(xiàn)數(shù)字控制。 步進電機具有以下的特點，使得用步進電機作為驅(qū)動器成為可能： 1) 步進電機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（電源電壓的波動、電流的大 小與波形的變化、溫度等）的影響。只要在它們的大小未引起步進電機產(chǎn)生 “丟步

59、”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作； 2) 步進電機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計誤差， 但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)椤傲恪?，因此不會長期積累； 3) 控制性能好，在啟動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步” 。 5.5.2 步進電機的選型過程 滾珠絲杠的運動是一種順向切削（轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運動為直線運動） ，因此步進電 機的驅(qū)動扭矩計算公式如下： 954*/aTPn Ta = 順向切削扭矩（kgf-mm） F1 = 軸向負荷（kgf） 12F = 機械效率（0.850.95） W = 床臺重 + 工作物重（kgf） = 床臺上滑軌的摩擦系數(shù)（0.0050.02） 由已知參數(shù) W = 100

60、 kg 繞線速度為 600r/min,因此進給速度為 150 r/min。 P 為預(yù)壓載荷，P =35.7 kgf F1 = 35.5 + 0.02100 =37.5 kgf Ta = 44.8 kgfmm Td = 6.82 kgfmm 4.86251.MadTKgfm 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 26 本設(shè)計中使用的是 130BYG2501，最大靜轉(zhuǎn)矩為 27NM，遠遠大于 51.62kgfmm，因此選用 130BYG2501 能夠滿足使用要求。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 27 設(shè)計總結(jié)及展望 經(jīng)過將近半年的設(shè)計，高速自動繞線機的開發(fā)設(shè)計工作基本完成，從最初 的畢

61、業(yè)設(shè)計的題目的提出，到現(xiàn)在繞線機設(shè)計工作的完成，從需求分析，資料 的查閱，總體方案的設(shè)計，驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計，都是在李學(xué)貴老師的熱情指 導(dǎo)之下完成的。 通過這次設(shè)計，我再一次的體會到了一臺新設(shè)計的機器從無到有的整個過 程，這個過程中有著許許多多的反復(fù)設(shè)計校核，有著許多的汗水，通過這次畢 業(yè)設(shè)計，我對機械設(shè)計的流程有了更加深刻的認識。我對各種設(shè)計資料的查閱， 各種軟件的使用，以及各種傳統(tǒng)的設(shè)計方法也變得更加熟練。在當前的國際國 內(nèi)經(jīng)濟就業(yè)形勢下，這無疑增強了我的就業(yè)競爭力，因此，我再一次感謝老師 的幫助與嚴格的要求。 本設(shè)計極大的提高了繞線的生產(chǎn)效率，降低了操作工人的勞動強度，提高 了工廠的自動

62、化水平，產(chǎn)生了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。該繞線機器人具有 結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎、動作巧妙、易于控制、效率較高等優(yōu)點，極大的改善了目前該 種線圈全靠手工繞制這一原始做法。 但是本設(shè)計存在一定的局限性，它只是進行了繞線機的硬件部分的設(shè)計， 對于它的控制軟件部分并沒進行分析設(shè)計。 通過此次設(shè)計，可以看到未來繞線機隨著驅(qū)動裝置和控制軟件的發(fā)展，將 向著一個更加快速的，可以進行柔性加工的方向發(fā)展。 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 28 參考文獻 1章梁.彩電 FBT 繞線機控制系統(tǒng)研究C.西安理工大學(xué)碩士論文.1995. 2王中發(fā).機械設(shè)計.第 1 版M.北京:北京理工大學(xué)出版社.1998. 3李天聲等

63、.機械設(shè)計基礎(chǔ).第 2 版M.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.1996. 4朱秋萍.變壓器高壓線圈全自動繞線機的研制J.中國科技信息.2005. 5楊濤，王啟江，康海霞.基于 PLC 繞線機控制系統(tǒng)設(shè)計J.組合機床與自動 化加 I 技術(shù)，2005. 6高振華.梁榮海.姜宗林.數(shù)控繞線機研究與設(shè)計J.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備. 2006. 7方天紅.龔民.陳白寧全自動繞線機單片機控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)J.沈陽工 業(yè)大學(xué)學(xué)報.2004.23(435-37. 8陳心昭.現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社.2006.6. 9徐灝等.機械設(shè)計手冊.第二版第三卷M.北京：機械工業(yè)出版社.2006.6. 1

64、0徐灝等.新編機械設(shè)計師手冊M.北京：機械工業(yè)出版社.1995. 臨沂師范學(xué)院工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計 29 謝 辭 現(xiàn)在高速自動繞線機的設(shè)計和論文的寫作已經(jīng)基本完成，心中感慨良多， 設(shè)計的過程是辛苦而漫長的，現(xiàn)在終于要完成了，我的心中充滿了喜悅之情， 但是更多的是對導(dǎo)師和家人的感激之情。 首先，謹向尊敬的導(dǎo)師張德珍老師致以誠摯的謝意。本設(shè)計的所有工作都 是在張德珍老師的悉心指導(dǎo)下完成的。張老師從大三開始就開始負責我們的一 門課以及課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，在學(xué)習、生活以及工作上給了我無微不至的關(guān) 懷，在學(xué)術(shù)上給了我莫大的啟迪和幫助，使我拓展了知識面，張老師的嚴格要 求是我在工作過程中養(yǎng)成了細致認

65、真的習慣，更使我在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題方 面有了明顯的提高，張老師的學(xué)識淵博，我從她那學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的 東西。張老師的諄諄教導(dǎo)是我不僅在課題研究上有了質(zhì)的飛躍，而且在做人方 面受益終生。更為重要的是張老師的剛正不阿、積極進取的作風對我產(chǎn)生了巨 大的影響，所有的這些都將幫助和激勵我在今后的學(xué)習工作中奮發(fā)向上，為祖 國機械行業(yè)的發(fā)展、為祖國的繁榮昌盛做出自己的貢獻。 在設(shè)計過程中，我還得到了同學(xué)的幫助，這里對他們表示衷心的感謝。 最后，感謝我的家人給我學(xué)業(yè)提供的支持。 09/20 11:46 102 機體齒飛面孔雙臥多軸組合機床及 CAD 設(shè)計 09/08 20:02 3kN 微型裝載機設(shè)計

66、 09/20 15:09 45T 旋挖鉆機變幅機構(gòu)液壓缸設(shè)計 08/30 15:32 5 噸卷揚機設(shè)計 10/30 17:12 C620 軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆 2-16 孔的鉆床夾具設(shè)計 09/21 13:39 CA6140 車床撥叉零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 831003 08/30 15:37 CPU 風扇后蓋的注塑模具設(shè)計 09/20 16:19 GDC956160 工業(yè)對輥成型機設(shè)計 08/30 15:45 LS 型螺旋輸送機的設(shè)計 10/07 23:43 LS 型螺旋輸送機設(shè)計 09/20 16:23 P-90B 型耙斗式裝載機設(shè)計 09/08 20:17 PE10 自行車無級變速器設(shè)計 10/07 09:23 話機機座下殼模具的設(shè)計與制造 09/08 20:20 T108 噸自卸車拐軸的斷裂原因分析及優(yōu)化設(shè)計 09/21 13:39 X-Y 型數(shù)控銑床工作臺的設(shè)計 09/08 20:25 YD5141SYZ 后壓縮式垃圾車的上裝箱體設(shè)計 10/07 09:20 ZH1115W 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及左主軸箱設(shè)計 09/21 15:34 ZXT-06 型多臂