自动涂胶机设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】

题目自动涂胶机的设计

学生姓名学号

所在学院机械工程学院

专业班级机械设计制造及其自动化0000班

指导教师 __ __ 完成地点陕西理工学院

2010 年 6 月 15 日

陕西理工学院本科毕业设计任务书

院(系) 机械工程学院专业班级机械设计制造及其自动化(机自0000) 学生姓名

一、毕业设计题目自动涂胶机设计

二、毕业设计工作自 2009 年 12 月 9 日起至 2010 年 6 月 20 日止

三、毕业设计进行地点: 校内

四、毕业设计应完成内容及相关要求：

应变式称重传感器在生产中有一道工序是对电路板部分进行涂胶封装，目前工厂采用手动人工

涂胶的方法，生产效率低，为了提高生产效率，提高自动化生产水平，对不同系列传感器的电路板

涂胶问题，设计一台自动涂胶机，实现涂胶工作的自动化。

具体任务如下:

1、了解应变式称重传感器电路板封装工艺、采用胶的性能、胶管结构和不同传感器结构、电

路板的尺寸大小，完成开题报告和英文资料翻译。

2、研究传感器电路板封装工艺和电路板的结构，确立自动涂胶机总体方案。绘制总体布局图1张。

3、设计涂胶机机械结构，包括涂胶机结构设计、传感器夹具设计、胶桶设计以及传感器移动装置

设计等，绘制机械部分装配图1张。

4、控制系统设计，设计控制电路和控制程序。绘制电气原理图1张，编写控制程序。

5、搭建控制电路的实验系统，调试程序。

6、编写设计说明书1份，格式和字数满足学院要求.

五、毕业设计应收集资料及参考文献：

(1)查阅有关电路板和应变式传感器电路封装要求、工艺制造规范;

（2）查阅机械设计手册、机电一体化设计方面的资料；

（3）查阅机电设备控制方面的资料。

六、毕业设计的进度安排：

1、 2010.1.20-2010.3.20 查阅相关资料，撰写开题报告,完成外文资料翻译.

2、2010.3.20-2010.4.20 设计自动涂胶机机械结构，完成装配图和有关零件图.

3. 2010.

4.20-2010.

5.20 设计自动涂胶机控制系统，完成电气控制原理图；

4. 2010.

5.20-2010.

6.15 编写设计说明书,完善图纸\程序,提交毕业设计资料(设计图纸、设计说

明书等资料)和准备答辩资料，完成答辩工作. 指导教师签名专业负责人签名

学院领导签名批准日期 2010-03-05

自动涂胶机设计

作者：0

“(陕西理工学院机械工程学院机械设计制造及其自动化专业.机自000班，陕西汉中 723000)”

指导教师：

【摘要】：本论文是自动涂胶机的设计。随着竞争的日趋激烈，市场的需求和企业的产品从相对稳定型转向动态多变型，产品生产日趋个性化、产品的市场寿命日趋缩短，这些特点给制造业提出了装备自动化、柔性化的新要求，自动涂胶机的发展就是其中一个。

传感器的自动涂胶又是难点，在生产传感器的过程中有一部分工艺是对传感器中电路板的涂胶封装，此次设计的主要目的是把现有的传感器生产工艺中的手工涂胶封装部分进行自动化改良，提高传感器的生产效率和生产质量，此次设计必须突出结构简单、自动化程度高、便于操作、生产快的特点．通过分析此涂胶机的性能需求，采用计算机辅助设计方式，以简单、快速、节能作为此设计的设计的基本原则，设计了涂胶机的基本结构、电路部分、控制程序的设计，并计算了各零件的结构和尺寸，绘出了CAD的总体布局图以及总体装配图。

本次设计采用了滚珠丝杠传动以及气动出胶，因为其出胶量精准，传动可靠，涂胶、封装迅速，能实现单人操作，机器自动化完成所有动作，所需时间大大降低，基本功能都可以实现。

【关键词】：涂胶机；传感器；自动化

Automatic Coater Design

The author：00

“（Grade0，Class00，Major Mechanical Design and Manufacturing Automation，Mechanical Engineering Dept.,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi）”

Tutor:00

Summary:This paper is automatic gluing machine design. With increasingly fierce competition,market demand and the company's products from relatively stable to the dynamic and changeable type, production becoming more personalized, increasingly shorter product automation equipment,flexible new requirements, development of automatic coating machine is one of them.

The automatic adhesive sensor is a challenge, there are in the process of production of the sensor is part of the process of the sensor circuit board coating package, the main purpose of the design is the existing manual manufacturing process sensor coating sealing portion automation improvement, improve production efficiency and quality of the sensor, the design must highlight the simple structure, high degree of automation, ease of operation, production and quickness. By analyzing the performance requirements of this gumming machine, using computer-aided design methods, in a simple, fast, energy-saving design as the basic principles of this design, the design of the basic structure of the coating machine, the circuit part of the design of the control program, and calculate the structure and size of the parts,CAD plotted overall layout and general assembly drawings.

The design I used a ball screw drive and pneumatic glue, because of its volume of the plastic precise, reliable transmission, coating, packaging rapid, can achieve single operation, machine automation completed all actions, greatly reducing the time required for the basic function can be achieved.

Categories :Coating machine; Sensors;Automation

目录

1 绪论 (1)

1.1 本课题的研究目的与意义 (1)

1.2 自动涂胶机研究现状、发展趋势 (1)

1.3 本课题的基本任务 (1)

2 自动涂胶机总体设计 (3)

2.1 自动涂胶机简介 (3)

2.1.1涂胶机的基本介绍 (3)

2.1.2 涂胶机的发展历史 (3)

2.2 涂胶机的工作原理 (3)

2.3 自动涂胶机整体结构设计 (4)

2.4 电机的选取 (5)

2.4.1 Z向电机的选取 (5)

2.4.2 X向电机的选取 (5)

2.4.3 Y向电机的选取 (5)

2.5 滚珠丝杠及丝杠螺母的选取 (6)

2.5.1 X向滚珠丝杠的选取 (6)

2.5.2 Y向滚珠丝杠的选取 (7)

2.5.3 Z向滚珠丝杠的选取 (7)

2.6 滚动导轨的选取 (8)

2.6.1 X向导轨的选取 (8)

2.6.2 Y向导轨的选取 (8)

2.7 电机的校核 (8)

2.9 变速齿轮的设计 (10)

2.10 气动系统 (10)

2.11夹具的设计 (11)

2.12 工作平台 (13)

3 自动涂胶机控制系统设计 (14)

3.1控制系统的选择 (14)

3.2 PLC技术与步进电机控制.................................... 错误！未定义书签。

3.3 PLC控制步进电机工作方式的选择.................... 错误！未定义书签。总结............................................................................. 错误！未定义书签。致谢........................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (16)

1 绪论

1.1 本课题的研究目的与意义

称重传感器衡器上使用的一种力传感器。电阻应变式称重传感器原理，它能将作用在被测物体上的重力按一定比例转换成可计量的输出信号。不同使用地点的重力加速度和空气浮力对转换的影响，称重传感器的性能指标主要有线性误差、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度特性和灵敏度温度特性等。称重传感器应用前景十分广阔，并在将来的研究和生产领域中起到重要的作用。其中的电路板就是传感器的大脑，而电路板封装则是决定整个传感器的质量，然而这都工序也制约了传感器的生产效率。

因此，在生产加工的整个过程中必须保证涂胶质量，现如今，国内很多企业仍旧采用手工涂胶的办法，这种方式总是出现涂胶不均匀、胶浪费的现象，并有大量气泡，影响涂胶质量。涂布的好坏很大程度上取决于操作者的技术，对于大批量生产的要求，手工很难保证产品质量的一致性。

在生产安全完成的前提下，要想批量生产传感器，就必须提供自动化水平。原来人工涂胶的方法生产效率低，难保证产品一致性，所以人工涂胶必然被自动化涂胶所取代。

1.2 自动涂胶机研究现状、发展趋势

随着计算机、控制理论、电力电子和微电子的应用和发展，自动涂胶机应用领域日益广泛，为了实现优质、高效率和超低成本的运行，自动涂胶机在各种不同的情况下与计算机、控制器、功率变换器、传感器等具有了诸多联系，还往往要整合后级的负载和执行机构。

而现在，国内外的涂胶机器人发展水平差距较大，从事研究、开发涂胶机器人在国内的主要有: 哈尔滨工业大学、北京机械工业自动化研究所。他们既有从事自主研发生产涂胶机器人系统的，也有的通过引进国外先进的机器人技术来生产的，并通过对国外技术的消化开发自主的涂胶机器人。

总之，存在以下特点:国内生产的涂胶机器人虽然能够应用于实际的涂胶工业生产，但大多是结构比较简单，功能较少的小型涂胶机器人。这样一来，实际应用的范围受到限制，市场应用较少，这样也从另一个方面造成了国内生产的涂胶机器人技术不成熟、系统缺乏稳定性等缺点，造成了恶性循环。我国的机器人工业起步较晚，产业链不够完整，特别是下游零部件生产长期制约着我国自主生产、研究机器人技术，再许多机器人生产的关键技术方面，我国还处于起步阶段，根本不能同国外拥有先进的生产技术的企业相竞争。

在国外，对机器人的生产、研究起步较早，目前己经取得了较大的发展。早在1978年，Seaant Equipment and Engineering公司就推出了一种用于涂胶的简单机械机构。接着，ABB公司、口本安川电机、口本FANUC也先后推出了自己研发、生产的用于涂胶工业的机器人产品，和国内研发的涂胶机器人相比，国外研发的涂胶机器人性能更加优良，精度高，自动化程度高，但是其缺点也很突出，因距离较远，出现问题时技术支持较差，不能及时解决出现的问题。

国内正在积极推动高效级系统节能工程的开展和实施。涂胶机、调速专用涂胶机、涂胶机系统节能控制产品的开发和涂胶机及系统绿色节能技术等研究已成发展之势。

目前国际上先进的涂胶机系统已集成了诊断、保护、控制、通讯等功能。可实现涂胶机系统的自我诊断、自我保护、自我调速、远程控制等。随着我国制造业向更好的方向发展及工业化、信息化、自动化融合，系统智能化发展成为必要趋势。

1.3 本课题的基本任务

应变式称重传感器在生产中有一道工序是对电路板部分进行涂胶封装，目前工厂采用手动人工涂胶的方法，生产效率低，为了提高生产效率，提高自动化生产水平，对不同系列传感器的电路板涂胶问题，设计一台自动涂胶机，实现涂胶工作的自动化。

具体任务如下:

(1) 了解应变式称重传感器电路板封装采用胶的性能、胶管结构和不同传感器结构、电路板的尺寸大小，完成开题报告和英文资料翻译。

(2) 研究传感器电路板封装工艺和电路板的结构，确立自动涂胶机总体方案。绘制总体布局图1张。

(3) 设计涂胶机机械结构，包括涂胶机结构设计、传感器夹具设计、胶桶设计以及传感器移动装置设计等，绘制机械部分装配图1张。

(4) 控制系统设计，设计控制电路和控制程序。绘制电气原理图1张，编写控制程序。

(5) 搭建控制电路的实验系统，调试程序。

(6) 编写设计说明书1份，格式和字数满足学院要求。

2 自动涂胶机总体设计

2.1 自动涂胶机简介

2.1.1涂胶机的基本介绍

涂胶机又称为涂覆机，刮胶机、自动喷胶机等。主要用以将胶水涂在纺织品、纸盒、皮革或是木制品表面上的一种机械设备，现有的涂胶机有很多种款式，如:鼓式涂胶机、双作用涂胶机、双工位升降涂胶机等。涂覆机是通过气压将胶水或者油漆之类的液体喷涂到所需要的产品上。设备采用了三轴联动，自动化操作，同时配有电脑编程控制路径喷涂。喷涂厚度和时间均可设定，简单易操作。

涂胶机适用的液体：各种溶剂、粘接剂、油漆、化学材料、固体胶等，包括硅胶、UV胶、AB 胶、快干胶、环氧胶、丝固定剂、木工胶、厌氧胶、亚克力胶、防磨胶、水晶胶、灌注胶、喇叭胶、瞬间胶、橡胶，油漆、密封胶、热胶、润滑脂、银胶、红胶、锡膏、散热膏、防焊膏、透明漆、螺搪瓷漆、亮漆、油墨、颜料等。

涂胶机用途：大多应用于玩具(粘合，固定，布线，绝缘);封箱、包装;手袋皮具皮包;小型家电、电线、接头、接插件;音响、像框;标识标签;小五金固定;小型纸品粘合与固定;小饰品、工艺品、发夹、水球等;电子产品固定、粘合、绝缘;其他需要用胶的手动或半自动运用。

2.1.2 涂胶机的发展历史

随着科技的迅速推进，第一台代替人工进行涂胶作业的涂胶机诞生了。自动涂胶机的发明以及广泛的应用，节省了人力和成本，实现了自动化、高精度，大大提高产品质量。现在我们将就涂胶机的设计给大家做一个简要介绍。

首先是涂胶机器人的组成部分。涂胶机器必不可少的三大系统是：执行机构、驱动机构和控制系统。

涂胶机的执行机构主要负责执行涂胶作业，驱动机构能够帮助执行机构更精确，更高质的实现涂胶，而这些当然还有赖于精密的控制系统。

执行机构由机械手和躯干两部分构成。机械手在作业过程中都是的呈直线运作。配合机械手的正确运动，一般选用直线液压缸、交流伺服电动机、直流伺服电动机以及步进电动机等执行机构。涂胶机的躯干是涂胶机的主体部分，包括手臂、动力、执行机构的支架等都属于涂胶机的躯干范畴。

涂胶机的第二大组成部分：驱动装置。驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动以及机械驱动。其中仅电气、气动驱动凭借着用胶量相对较少，气源方便，保养简单方便，并且节约成本。

最后一部分就是控制系统了。为了保证涂胶操作简单更加，高速精准。涂胶机的控制系统配备了运动程序控制卡、脱机转换板块、I/O线接口线、软件APP、脱机键盘、薄码开关涂胶程式。这样的装配的优点就在于文件易于下载，方便资料管理便捷。

在了解涂胶机的构成后，还要了解的就是涂胶机的工作原理。涂胶机通过将压缩空气送入注射器或者是胶瓶中，将胶压进与活塞室相连的进给管中，利用压力进行涂胶作业。当活塞处于上冲程时，活塞室中就会填满胶；当活塞向下推进滴胶针头时，胶受到压力便会从针嘴压出。滴出的胶量由活塞下冲的距离决定，可以手工调节，也可以通过编程进行控制。

自动涂胶机是从人工到自动化的一个重大变革。它包含了机械、电气、PLC控制程序的编写等。很好地诠释了机电一体化技术应用。是机电一体化朝着智能化、模块化、绿色化、高效化的最佳体现。

2.2 涂胶机的工作原理

结构说明：本设计采用了X、Y、Z三向运动的方式，其中X、Y向的移动通过胶头下方的夹具托盘来实现，Z向的移动通过胶头来实现，所以全部用了三个电机，通过PLC控制三台电机，分别做与其对应的运动，用来保证涂胶的厚度和均匀性，以确保其质量。

图2.1 自动涂胶机原理图

X，Y向运动必须要平稳、精确，所以选择了滚珠丝杠传动，滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，轴承从滚动动作变成滑动动作。由于摩擦阻力很小，滚珠丝杠副被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。

Z向是用来控制胶头上下移动的，因为涉及到胶头会离工件很近，为了防止传动误差所导致胶头和工件的碰撞使胶头被破坏或者涂胶的失败，所以要求传动平稳、精确，因此选择丝杠螺母工作，丝杠螺母有自锁的功能，用来保证胶头和工件的距离以及保证涂胶的厚度和均匀性。通过改变Z 向电机的转向，来控制Z轴的升降，而达到工件所需涂胶的要求。

考虑到会有比较大型的传感器，那样导向机构就会承载比较大，并需要传动平稳，所以X 、Y 向我选择了滚动导轨，灵敏度高，且其动摩擦与静摩擦系数相差甚微，因而运动平稳，低速移动时不易出现爬行现象。定位精度高，重复定位精度可达0.2μm。摩擦阻力小，移动轻便，磨损小、精度保持性好。

涂胶原理：压缩空气送入胶桶，将胶压进与胶管室相连的进给管中，然后进入与胶头相连的胶管中，因为要求出胶的量比较精准，所以在与胶头相连的胶室中再设置一个气压装置，当胶室的胶充到一定的量的时候再选择胶室中的气压装置进行涂胶，用PLC控制它们的转换。

特点：效率高、涂布均匀、质量有保证。

优势：可提高涂胶速度，改良涂胶环境，提高涂胶质量。

2.3 自动涂胶机整体结构设计

自动涂胶机装置传递要求精度很高，滚珠丝杠增加了紧固螺钉，消除了轴向间隙，同时与键配合下也消除了周向间隙，为了使涂胶机的结构简单，齿轮间隙的调整采用偏心轴套进行消隙。具体结构框架如下图：

图2.2 涂胶机结构框架

2.4 电机的选取

2.4.1 Z 向电机的选取

电机的选取原则是满足精度要求即步距角，满足输出功率要求即转矩问题。

步距角： ?=??=??=5.12/1008.0360/360t i δα

其中：

1）脉冲当量δ=0.008 i=1.0

表2.1电机参数

因为胶头的质量不大，胶室也不会存有很多的胶，还有传感器每次需要的涂胶量不是很多，故选用步距角为1.50/步，扭矩偏小点的便可以满足要求，经过计算，选用保持转距为0.686N ·m 的55BF003型步进电机，便可以满足扭矩要求，所以选择55BF003型号的步进电机，就能满足设计的要求。

Z 向连轴器的选取：

结构简单且拆装方便，所以z 向电机的输出轴的轴径选为Φ6，故采用过盈配合套筒联轴器，采用高压油膨胀的方式使V 型套筒发生轴向窜动使两轴连接在一起，具体结构如图所示：

图2.3联轴器

2.4.2 X 向电机的选取

中拖板和上拖板加上涂胶装置总重量≤50Kg,则滚珠丝杠上的平均工作载荷为Fm=490/3N ，取螺旋角偏大点，设螺旋升角λ=3.20则受力分析如下图：

图2.4滚珠丝杠受力分析

设周向分力为x N,则：

N F m 3.192.3tan 3/490tan =??=?=X λ

m 0.137N =9.131030/2=/2)(D -30???X ?

以上取值都是取最大可能值，实际值一定比0.137N ·m 小得多，为了安全起见，故选用70BF003型号，保持转距为0.784N ·m 的步进电机。

Y 向电机的选取也必须满足扭矩的大小，用来保证丝杠的正常运转，可选取同一型号的电机。且更有利于电路的控制，程序的编制也更加方便。

2.5 滚珠丝杠及丝杠螺母的选取

传动机构要满足传动精度的要求，还要满足高速、低噪声和可靠性。所以我选择了滚珠丝杠。因为滚珠丝杠具有摩擦损失小、传动效率高、精度高、轴向刚度高、不可自锁具有传动可逆性、使用寿命长的特点。

2.5.1 X 向滚珠丝杠的选取

通过设计的尺寸和材质选取，计算出传动滚珠丝杠要带动重量为:m K =50×9.8=490N,重物做水平直线进给运动，平均工作载荷:Fm=1/3Mg=490/3N.滚珠丝杠工作长度L=150mm.平均转速nm=200r/min,使用寿命h L =15000h ，滚珠丝杠的材料为rWMn C 钢，传动精度要求：σ=±0.03 mm 。

（1）则计算载荷c F ：

)(6605001.10.12.1F c N K K K K m a h f =???=???=

上述表达式中：

f K ——载荷性质系数，取1.2介于无冲击，平稳运转和一般运转之间。

h K ——滚道实际硬度HRC ≥58HRC 取1.0。

a K ——精度等级 取1.1。

(2) 额定动载荷计算值：

331067.1/a -??='h m c L n F C

上述表达式中：

h L ——额定寿命（一般机床h L 为15000h ）

m n ——平均转速

通过查表可得到：

N L n F a h m c 32741067.1/C 33=?=

(3) 根据Ca'选择滚珠丝杠副，假设选用F C1型号，

按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca 等于或大于Ca'的原则，故选以下型号规格：

FC1—2005—2.5和FC1—2004—2.0

考虑到各种因素，最后选用：

FC1—2005—2.5

FC1—2005—2.5滚珠丝杠副数据为：

1）公称直径 D0=20mm

2）螺旋角 334'?=λ

3）导程 P=5mm

4）滚珠直径 d0=3.175mm

5）滚道半径 R=0.52d0=1.651mm

6）丝杠内径 d1=D0+2e-2R=16.7869mm

7）偏心距 e=0.707(R-d0/2)=0.004445mm

(4) 稳定性验算

1)临界载荷：

安全系数m cr F F /S =>[S],所以丝杠是安全的，不会失稳。

2)临界转速

822cr 1076.1)/(9910n ?=?=ul dl fc r/min max cr n n >所以丝杠不会产生共振。

3)此外丝滚珠丝杠还受D0n 值的限制

D0n=20×200=4000mmr/min<70000 mmr/min

因此丝杠副工作稳定。

(5) 效率验算

滚珠丝杠副的传动效率η为：

η=)(/t ρλ+tg g

=tg （4o 33ˊ）/tg （4o 33ˊ+4o 40ˊ）

=94.8%

上述表达式中：ρ——摩擦角

根据上述计算得：

FC1-2005-2.5各项性能均符合要求，可选用。

2.5.2 Y 向滚珠丝杠的选取

由于Y 向滚珠丝杠的工作载荷要比X 向滚珠丝杠小些，故用同一型号滚珠丝杠能满足传动要求。

2.5.3 Z 向滚珠丝杠的选取

由于Z 轴控制出胶的量的多少，且需要考虑突然断电的情况，突然断电需保证胶棒不漏胶所以Z 轴需要具有自锁功能。所以我选择了丝杠螺母传动系统。使其保证系统的稳定性。

丝杠螺母的设计与自锁验算：

丝杠螺母的螺距为2mm

公称直径为18mm

螺母的高度为H=ψd2=2.5×18=45,ψ取2.5 整体式

旋合圈数 n=H/P=45/4=11.25<12

螺纹的工作高度： h=0.5P=0.5×4=2㎜

螺牙根部宽度 b=0.65P=0.65×4=2.6㎜

工作比压MPa hn F P 0024.011218/3d /2=???==ππ

自锁的验算：

?=?== 4.73/2cos30arctg0.08/a/2arctgf/cos 1ρ

导程角

?≤?=?==73.402.218/2/r 2ππarctg d arctgs

丝杠螺母可以自锁，所以螺母适用。

丝杠螺母的效率计算：

％5.29)73.402.2(/02.299.0)(/tg 99.0=?+???=+?=tg tg r tg v ρη

2.6 滚动导轨的选取

2.6.1 X 向导轨的选取

（1）行程长度寿命Ts Ts=2Lsn60Th/1000=2×0.3×4×60×1.5×410/310=1960Km

上述表达式中：

Ls ——工作单行程长度（m ）取300mm

n ——往复次数 取300mm

Th ——工作时间寿命取15000h

（2）计算动载荷

N f f mf K Ts Ff C h c t w 431004.1)/(a ?==

上述表达式中：

F ——作用在滑座上的载荷

m ——滑座个数

K ——寿命系数一般取K=50Km

c f ——接触系数取0.81（每根导轨上的滑块数为2）

ft ——温度系数取1（工作温度低于100摄氏度）

h f ——硬度系数取1

w f ——负载系数取1.5（无明显冲击或振动的中速运动场合取1.5~2）

根据查表得动载荷选取GDA-20型滚动导轨，外形参数：

A×h×1L =70×37×80

2.6.2 Y 向导轨的选取

由于Y 向导轨所承受的载荷比X 向导轨的要小的多故可选用与X 向相同的导轨，既能满足传动要求。

2.7 电机的校核

电机方面的校核以Z 相电机校核为例：

步进电机最大径转矩max M j 与步进电机的名义启动转矩mq M 的关系即：

mq M =λmax M j =0.866×0.686=0.594 N/cm

步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。

步进电机所需空载启动力矩可按下式计算：

kg M = ++kf ka M M M 0

上述表达式中：

kg M —空载启动力矩

ka M —空载启动时部件由静止升速至最大快进速度，经计算转换到电机轴上的加速力矩（N.CM ） kf M —空载时经计算转换到电机轴上的摩擦力矩（N.CM ）

M0 —因为丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩

刚开始选择电机型号时需要满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机额定启动转矩。即： kg M ≤mq M =λ max M j λ=mq M /max M j =0.866 （三相六拍）

加速力矩 ka M =J ∑ε=J ∑×2)(0465.060/10222ka cm N t J J M ?=????∑=∑=-πε

上述表达式中：

J Σ —传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（kg.cm2） ε —电机最大角加速度（rad/s2）

nmax —运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（r/min）

t —运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（s）

vmax—运动部件最大快进速度（mm/min）

δp—脉冲当量（mm/脉冲）

θb—步进电机的步距角

空载摩擦力矩：

Mkf=Gf′L/2лηi=30×0.1×0.2/2л×0.8×1=0.119(N?cm)

上述表达式中：

G—运动部件的总重力（N）

i—齿数传动降速比

f′—导轨摩擦系数

η—传动系数总效率。取η=0.7-0.85

L—滚珠丝杠的基本导程（cm）

附加摩擦力矩:M0=FYJL0(1-η02)/2лηi=100*0.2*(1-0.952)/2л*0.8*1=0.387(N?cm)上述表达式中：

FYJ—滚珠丝杠预加载荷即预紧力基本取Fm的1/3

Fm —为进给牵引力（N）

η为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，基本取η0≥0.9

所以Mkg≤Mmq 符合要求

X轴的电机与Y轴电机的校核与Z轴基本相同，下面只简单的对它进行校核。

M mq=λM jmax=0.866×0.788=0.6824

M kf= Gf′L0/2лηi=200*0.1*0.3/2л*0.8*4=0.2977(N?cm) i =4

M0=FYJL0(1-η02)/2лηi=250×0.3×(1-0.952)/2л×0.8×4=0.3636(N?cm)

M mq=0.6824>M kf+M0=0.6613

符合设计要求

所选步进电机型号参数合理。

2.8自动涂胶机弯臂螺栓强度的校核

图2.5弯臂螺栓受力分析图

先分析剪切力，因为4个螺栓全部是对称分布的，所以剪切力可以认为均分。

?

F=

=mg

=

8.9

16

8.

156

=F

F=

39

4/

2.

s

MPa r Fs A Fs 346.06/2.39//22====ππτ

MPa 75][=τ ][ττ<< d=12mm

这个尺寸完全可以符合要求。

弯臂要受到扭转力的作用，它的扭矩为：

m

N L F M ?=?=?=496.3422.08.156

(1）计算截面惯性矩： 5331017.112/1.014.012/-?=?==hb I Z

(2）在截面的上、下边缘，分别对其作用有最大拉应力和最大压应力：

p 3.2/08.0max t M I M Z B =?=σ

Mp I M Z B 73.1/06.0cmax =?=σ

取[σ]=75Mpa

σ《[σ] ， d=12mm

这个尺寸满足设计要求。

2.9 变速齿轮的设计

自动涂胶机需要传动效率高且传动比非常稳定，用来保证涂胶的均匀性和稳定性。 齿轮传动具有所有的这些特点而且结构紧凑、工作很可靠、寿命比较长，所以选用齿轮传动进行变速。

(1) 齿轮传动系统设计

自动涂胶机用一级传动齿轮变速，用来增大传动的扭矩和平稳性

传动比为i=720/200=3.6压力角α=18o

小齿轮：Z1=18

大齿轮：Z2=65

齿数互为质数

由于小齿轮作悬臂布置故：

d φ=0.6

小齿轮的齿宽: b=d φd1=0.6×24=14.4 mm

模数：t m =d1/Z=1.26mm 取m=1.5

齿高：h=2.25×m=3.375mm

(2)几何尺寸计算

1) 计算大、小齿轮分度圆直径：

12d Z =×m=18×1.5=27mm

d2=Z2×m=65×1.5=97.5mm

2)计算中心距 25.622/)(a 21=+=d d mm

3)计算齿轮宽度 b=d φ2d =0.6×27=16.2mm

圆整后取2B =16mm 1B =21mm

2.10 气动系统

根据设计说明书中的要求所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。

气缸理论推力 4/21P D F ?=π

气缸理论拉力 4/)(222P d D F ?-=π

式中：1F ---气缸理论推力（N ）

2F --气缸理论拉力（N ）

D ---气缸钢筒内径（mm ）

d ---气缸活塞杆直径（mm ）

P ---气缸工作压力（N/cm2）

气缸以上、下垂直形式安装操作时，其实际向上推力约为理论推力的85%，即

％实际851?=F F

由于气缸推动活塞杆挤压胶筒内的胶受到阻力

N F Z 12=

N F F Z L 12.1485.0=÷=

根据差表可选CQ2B 气缸，钢径30φ

查表得活塞d=6mm

K S H L 2++=

式中：28=H ；=K 8；49=S

代入得：93=L

活塞杆的长度l 为:

109492581215=++++=++++=S H K WF A L

（其它外形尺寸可以根据表直接查出）

2.11夹具的设计

自动涂胶机要适应多类型的传感器涂胶，所以现以Lc7012称重传感器为例：

图2.6Lc7012称重传感器

图2.7 外形尺寸根据查阅先关文献，找出传感器相关技术参数如下表：

表2-1技术参数

机械加工、装配和测量等加工工艺过程中零件的定位方案设计的关键问题是如何确定零件的侧面定位元件位置问题，Lc7012传感器的有定位螺栓孔，根据其结构夹具设计图，如下图所示：图2.10

图2.8 Lc7012传感器夹具图

2.12 工作平台

为了提高效率，所以使用如下图所示的工作平台，一次可以装四个传感器，进行涂胶工作，大大的提高了效率。

图2.9工作平台截图

3 自动涂胶机控制系统设计

3.1控制系统的选择 由于本次设计的自动涂胶机要适应工厂的复杂条件和不同的技术要求所以选择PLC ，N 2x F 系列是x F 系列PLC 家族中最先进的系列。由于N 2x F 系列具备如下特点:最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力，所以我对PLC 进行型号选择：对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对三菱PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

如何确定三菱PLC 的输入/输出设备: 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备(如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等)，从而确定与三菱PLC 有关的输入/输出设备，以确定PLC 的I/O 点数。

三菱PLC 分配I/O 点并设计三菱分析被控对象并提出控制要求 :详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控PLC 外围硬件线路 :（1）分配I/O 点 ,画出PLC 的I/O 点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。 （2）设计PLC 外围硬件线路 ,画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC 的控制电路等。由PLC 的I/O 连接图和PLC 外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

三菱PLC 程序设计:（1） 程序设计，根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计三菱PLC 程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：1)三菱PLC 初始化程序。在三菱PLC 上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。2)三菱PLC 检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。 3)三菱PLC 保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。（2） 三菱PLC 程序模拟调试 程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。 1)硬件模拟法是使用一些硬件设备(如用另一台PLC 或一些输入器件等)模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC 系统的输入端，其时效性较强。2)软件模拟法是在三菱PLC 中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

三菱PLC 硬件实施:硬件实施方面主要是进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。主要内容有：（1) 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。（2)设计系统各部分之间的电气互连图。（3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查,由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此三菱PLC 控制系统的设计周期可大大缩短。

三菱PLC 联机调试:联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从三菱PLC 只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整，通常只需修改部份程序即可。

全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常，程序不需要修改，应将程序固化到EPROM 中，以防程序丢失。