氣動打標(biāo)機(jī)傳動部件的設(shè)計與研究

秦顯軍 于洪金 張?zhí)?/p>

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打標(biāo)機(jī)。氣動打標(biāo)機(jī)具有標(biāo)記工整清晰，操作簡單，軌跡易于控制等優(yōu)點。本文從實際工況出發(fā)，對氣動打標(biāo)機(jī)進(jìn)行運動分析，對傳動部件的滾珠絲杠進(jìn)行設(shè)計。

關(guān)鍵詞：氣動打標(biāo)機(jī);傳動部件;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，所以要對產(chǎn)品的每個細(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)，同時可以在曲面等復(fù)雜工作平面進(jìn)行打標(biāo)。自動化打標(biāo)機(jī)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分成很多類型。

氣動打標(biāo)機(jī)[1]能夠通過計算機(jī)控制鋼針自動在物體表面留下標(biāo)記，一定程度上實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化，這種打標(biāo)方式不僅不會損害工件、簡便易行，而且效率較高，更能節(jié)省成本，還能加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的時間，為相關(guān)企業(yè)帶來企業(yè)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)效益。

本文中的氣動打標(biāo)機(jī)[2]主要由機(jī)械本體、氣動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)定性制約著氣動打標(biāo)機(jī)的性能，所以需要對機(jī)械本體進(jìn)行可靠性分析，尤其是對關(guān)鍵部件進(jìn)行校核。

2 氣動打標(biāo)機(jī)的運動分析

打標(biāo)機(jī)的運動可以分別為三個方向，分別為水平X、Y方向和垂直Z方向。通過鋼針Z方向的運動進(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向垂直運動是通過伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠完成的，將滾珠絲杠驅(qū)動旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為打標(biāo)頭的上下垂直運動。伺服電機(jī)驅(qū)動方式具有更高的定位精度，通過電機(jī)的抱閘，避免出現(xiàn)相對位置的滑動。對于傳動部件的滾珠絲杠，其性能制約著打標(biāo)機(jī)的定位精度和重復(fù)定位精度，因此要對滾珠絲杠進(jìn)行選型和強(qiáng)度校核。

3 滾珠絲杠的設(shè)計條件

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)絲杠長度為400mm時，絲杠的定位精度為±0.1mm，但根據(jù)實際的工況，絲杠的長度為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-導(dǎo)程誤差表（見表2），滾珠絲杠的精度等級應(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級的滾珠絲杠。

注：±E表示導(dǎo)程累計誤差，e表示變動量。

3.1.2 導(dǎo)程的選擇

根據(jù)實際工況的要求，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

絲杠的整個運動可以劃分為勻加速、勻減速和勻速運動三個階段，在三個階段所對應(yīng)的時間分別為t1、t2和t3，所對應(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)計要求有：

4 結(jié)束語

本文在氣動打標(biāo)機(jī)運動分析的基礎(chǔ)之上，對傳動部件的滾珠絲杠和螺母的進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。根據(jù)實際的工作要求，確定絲杠參數(shù)的基本要求，結(jié)合具體運動情況，考慮絲杠的剛度[5]和使用壽命。由于傳動部件的壽命和強(qiáng)度等重要性能，影響著氣動打標(biāo)機(jī)的性能，所以需要對絲杠和螺母進(jìn)行校核和分析。在本文中，重點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)行了理論驗證從而確定了絲杠和螺母的型號。如果為獲得更高的定位精度和重復(fù)定位精度，還需要對滾珠絲杠的熱誤差[6]進(jìn)行充分的考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢國慶.QDB-I型精密氣動打標(biāo)機(jī)的研究與開發(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打標(biāo)機(jī)設(shè)計與研制[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2012（06）：1-3.

[3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊 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.