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摘要
標(biāo)識(shí)是指用于識(shí)別產(chǎn)品及其質(zhì)量、數(shù)量、特性、特征和使用方法所做的各種表示的統(tǒng)稱。機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要對(duì)零部件進(jìn)行有效的管理，在市場上需要對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和質(zhì)量跟蹤，標(biāo)識(shí)打印機(jī)的出現(xiàn)就很好的解決了這一問題。標(biāo)識(shí)打印機(jī)大概分為三大類：金屬電印標(biāo)識(shí)打印機(jī)、激光標(biāo)識(shí)打印機(jī)、氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)。這三種標(biāo)識(shí)打印機(jī)都有各自的特點(diǎn)，其中氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)是近年來出現(xiàn)的一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是集機(jī)械、電子信息、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體。由于它具有應(yīng)用范圍廣、功能強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)并且打印標(biāo)識(shí)不易被仿造等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在最近幾年內(nèi)得到了迅速的應(yīng)用和普及。
氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的組成主要包括：控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、標(biāo)記系統(tǒng)。它的基本工作原理是連通來自計(jì)算機(jī)控制信號(hào)，當(dāng)計(jì)算機(jī)接到來自Y原點(diǎn)控制開關(guān)和X原點(diǎn)控制開關(guān)的信號(hào)后，帶動(dòng)標(biāo)記頭在驅(qū)動(dòng)氣源的配合工作下，采用高速?zèng)_擊方式，形成字符，或圖形點(diǎn)陣，從而完成在金屬材料上所需要的各種文字、號(hào)碼、圖形的標(biāo)記打標(biāo)。
通過對(duì)氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)組成和工作原理的了解，本文所要完成的主要工作是設(shè)計(jì)氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)簡圖的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的選擇、導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副、同步帶輪的設(shè)計(jì)和整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。還有氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及打字程序的數(shù)控編程。
關(guān)鍵詞:氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；氣動(dòng)系統(tǒng)；數(shù)控編程
Ⅰ
ABSTRACT
Marking is a general designation of the expression to recognise products and the quality, quantity, features and direction of these products. There is a problem that machinery products require an effective management of their hardware in the producing procedure and recognition and quality tracking after plunged into the market. The appearance of marking printer has solved this problem very well. Marking printer can be classified into three types, which includes metal electricity-signeted marking printer，laser marking printer and pneumatic marking printer. Each type of marking printers has its own features. Among these printers, stream-drive marking printer is a kind products of mechatronics coming up in recent years, with a combination of the techniques about machinery, electronic information, computer etc. Due to its a series of advantages such as broad domain of application, powerful function, strong applicability and troubled to be imitated, it has been applied and spread rapidly recent years.
The pneumatic marking printer's composition mainly includes control system, transmission system, pneumatic system, mark system. Its main working principle is to connect the control signals from the computer. When the computer receives signals from Y zero point controlling switch and X zero point controlling switch, it drives the marking head crashing in a high-speed, forming characters or figure lattice, finishing the markings of diversified words, numbers and figures in need on metal material, with the cooperation of the drive by the headstream of the gas.
Having knowledge of pneumatic marking printer’s composition and its working principle, I write this disquisition to design the transmission system of an air operated marking printer, which includes a simple design of movement, the choice of step-by-steps electrical machinery, the design of guide rail, the ball -screw , synchronous pulley's design and the overall organization design. Also has pneumatic system's design, as well as typing procedure numerical control programming.
Keywords: pneumatic marking printer;transmission system;pneumatic;
system;numerical;control;programming.
V
機(jī)械設(shè)備表面標(biāo)識(shí)雕刻機(jī)
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
1 緒論 2
1.1 機(jī)械設(shè)備表面標(biāo)識(shí)雕刻機(jī)設(shè)計(jì)的背景意義 2
1.2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 3
1.3 本課題所要研究的主要內(nèi)容 5
2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的組成與工作原理 6
2.1 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的組成 6
2.2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的工作原理 6
3. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.1 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 7
3.2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的整體機(jī)構(gòu)的簡述 7
3.3 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的整體機(jī)構(gòu)組成圖 8
4. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10
4.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 10
4.2 同步帶輪的設(shè)計(jì) 11
4.3 縱向橫向滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 15
4.4 機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 26
5. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30
5.1 氣動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)介紹 30
5.2 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 31
6. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)打標(biāo)頭的數(shù)控編制 32
6.1 數(shù)控技術(shù)的相關(guān)介紹 32
6.2 編程實(shí)例 32
結(jié)論 35
參考文獻(xiàn) 36
附錄A：外文翻譯 35
附錄B：外文原文 40
致 謝 52
1 緒論
1.1 機(jī)械設(shè)備表面標(biāo)識(shí)雕刻機(jī)設(shè)計(jì)的背景意義
標(biāo)識(shí)是指用于識(shí)別產(chǎn)品及其數(shù)量、質(zhì)量、特征、特性和使用方法所做的各種表示的統(tǒng)稱。機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要對(duì)零部件進(jìn)行有效的管理，在市場上需要對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和質(zhì)量跟蹤，因此，需要對(duì)機(jī)械零部件的重要部分進(jìn)行標(biāo)識(shí)。在機(jī)械半成品的加工過程中，往往也需要加入各種特殊標(biāo)記，標(biāo)識(shí)打印機(jī)的出現(xiàn)很好的解決了這一問題。標(biāo)識(shí)打印機(jī)大概分為三大類：激光標(biāo)識(shí)打印機(jī)、金屬電印標(biāo)識(shí)打印機(jī)、氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)。這三種標(biāo)識(shí)打印機(jī)都有各自的特點(diǎn)，其中氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)是近年來出現(xiàn)的一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、電子信息等技術(shù)于一體。由于它具有應(yīng)用范圍廣、功能強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)并且打印標(biāo)識(shí)不易被仿造等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在最近幾年內(nèi)得到了迅速的應(yīng)用和普及。標(biāo)記質(zhì)量的好壞雖然不會(huì)直接影響零部件的使用壽命和性能，但是作為產(chǎn)品綜合質(zhì)量的一個(gè)重要方面仍不容忽視，尤其是在競爭激烈的市場經(jīng)濟(jì)條件下，企業(yè)要想獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，必須重視并且提高標(biāo)記打印的質(zhì)量。
標(biāo)識(shí)打印機(jī)主要分為三類，由于本次主要設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)，所以下面簡單介紹下其余兩類標(biāo)識(shí)打印機(jī)的特點(diǎn)[1]：
1 . 金屬電印標(biāo)識(shí)機(jī)
這是一種經(jīng)濟(jì)而又精致的打印標(biāo)記方法,技術(shù)源于國外,大約十幾年前由德國、美國、和日本的三家生產(chǎn)商引入中國市場。其工作原理是利用低電壓在打標(biāo)液的幫助下使金屬表面局部離子化，能夠在任何導(dǎo)電的金屬表面印上任意圖案或文字。其打印精度高，不破壞工作的平整度，標(biāo)記為白色或黑色；但是打標(biāo)深度較淺，對(duì)工件的表面平整度的要求較高，并且只能在表面導(dǎo)電的金屬上進(jìn)行標(biāo)記打印。另外，電印打標(biāo)機(jī)需要使用打標(biāo)液模板、模板等耗材，這些都限制了它在國內(nèi)市場的占有率。
2. 激光標(biāo)識(shí)打印機(jī)
激光標(biāo)識(shí)打印機(jī)是自1995 年逐漸發(fā)展起來的一種非接觸、無磨損、無污染的標(biāo)記工藝。其原理是利用高能量密度的激光束對(duì)目標(biāo)作用，使目標(biāo)表面發(fā)生物理或化學(xué)變化，從而獲得可見圖案。高能量激光束聚焦在材料表面，使材料迅速汽化形成凹坑，隨著激光束在材料表面有規(guī)律地移動(dòng)同時(shí)控制激光的開斷，激光束就在材料表面加工成一個(gè)指定的圖案。該類打印機(jī)的特點(diǎn)是標(biāo)記速跡清晰、速度快、永久、采用非接觸式加工、污染小、無磨損刻、印深度較深、噪音低、穩(wěn)定性好，但該產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝復(fù)雜成本較高.
縱觀全球打標(biāo)機(jī)行業(yè)：美國名列第一，日本第二，歐洲第三，中國僅僅第四。隨著我國科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，我們已經(jīng)超過日本，成為全球第二大打標(biāo)機(jī)市場。國內(nèi)打標(biāo)機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了6年多的嚴(yán)冬，殘酷的競爭促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)整合，成本控制的能力得到了提升。但是在這一輪競爭中，氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)全行業(yè)贏利能力過低、自主發(fā)展能力不足，沒有足夠的資本積累用于解決一些關(guān)鍵性的問題如預(yù)制棒技術(shù)及規(guī)模化生產(chǎn)、打標(biāo)機(jī)新產(chǎn)品的開發(fā)等。這些技術(shù)瓶頸必將長期制約全行業(yè)的長期贏利能力和參與國際競爭的能力，行業(yè)只能陷入低價(jià)競爭的惡性循環(huán)。從長遠(yuǎn)看，這種結(jié)果對(duì)我國打標(biāo)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是非常不利的，同時(shí)由于產(chǎn)業(yè)鏈增值能力逐年下降，將促使越來越多的資本撤離打標(biāo)機(jī)行業(yè)，由此將會(huì)使產(chǎn)業(yè)鏈更加脆弱。
目前國內(nèi)打標(biāo)機(jī)市場保持增長態(tài)勢，全行業(yè)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)集中度有所提高，供貨進(jìn)一步向大企業(yè)集中。行業(yè)向布局逐步合理的新的局面發(fā)展：形成幾個(gè)不斷完善的大型產(chǎn)業(yè)集團(tuán)。其動(dòng)力一方面來源于國家信息化戰(zhàn)略的實(shí)施，有力推動(dòng)寬帶和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展；另一方面，電信運(yùn)營商轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施促進(jìn)農(nóng)村市場及寬帶商務(wù)市場的增長；此外，技術(shù)進(jìn)步和市場對(duì)帶寬需求增加的雙重作用也推進(jìn)了我國打標(biāo)機(jī)市場內(nèi)在的繁榮。其次，在電力、石化和軍隊(duì)等領(lǐng)域?qū)μ胤N打標(biāo)機(jī)的需求也非常大，對(duì)打標(biāo)機(jī)的新技術(shù)、設(shè)備和工藝提出了更高的要求。雖然打標(biāo)機(jī)未來的市場需求非常看好，但是就目前而言，打標(biāo)機(jī)企業(yè)的發(fā)展并不樂觀?？偭吭黾樱w利潤卻在下滑，這說明我國打標(biāo)行業(yè)的整體發(fā)展存在一些問題，對(duì)生產(chǎn)成本的控制上存在問題，歸根到底就是我們的技術(shù)還不過硬，還不能和國外的高科技企業(yè)競爭，這對(duì)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的發(fā)展來說是非常危險(xiǎn)的。針對(duì)這些現(xiàn)象我國打標(biāo)行業(yè)必須采取一系列措施，來解決我們的不足，首先要加強(qiáng)創(chuàng)新能力，改變依靠低成本勞動(dòng)力，和低價(jià)發(fā)展的現(xiàn)狀，增強(qiáng)核心競爭力，其次要重視企業(yè)的整體發(fā)展，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)要合理化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模要集中化，最后要加大技術(shù)對(duì)產(chǎn)出的貢獻(xiàn)率，并提高資源利用率。
1.2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
本次設(shè)計(jì)主要研究的是氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)，它的基本工作原理是通過計(jì)算機(jī)控制，帶動(dòng)打印針頭按照計(jì)算機(jī)編輯好的圖形或文字軌跡運(yùn)行同時(shí)打印針頭在壓縮空氣的作用下做調(diào)整往復(fù)沖擊，從而在工件表面形成點(diǎn)陣式字符或圖表。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是打標(biāo)過程自動(dòng)進(jìn)行，打印的標(biāo)記美觀、規(guī)范；打標(biāo)速度快，打印針沖擊頻率高，能滿足大批量的生產(chǎn)需要；打印針的作用力大，打標(biāo)深度可達(dá)1m m，能滿足各種深度的要求；操作簡單，維護(hù)方便；性能穩(wěn)定，安全可靠。由于氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的特點(diǎn)突出，所以它的應(yīng)用范圍很廣泛，主要包括：
1、汽摩行業(yè)：對(duì)車身、車架、大梁、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、連桿、汽缸、活塞、缸套、水泵、齒輪、彈簧鋼板等刻印出廠編號(hào)、生產(chǎn)編號(hào)、生產(chǎn)日期、商標(biāo)、名稱等內(nèi)容；
2、機(jī)械行業(yè)：對(duì)各種機(jī)械零部件、機(jī)床工具、五金制品、套管、套管、接箍、牙輪、泵體閥門、法蘭盤、緊固件打標(biāo)；
3、機(jī)電設(shè)備、儀表的打標(biāo)；
4、皮革制品、塑料制品打標(biāo)；
5、在銅、銅、不銹鋼、PVC等材質(zhì)的標(biāo)牌（銘牌）上刻印數(shù)據(jù)、出廠編號(hào)、生產(chǎn)日期等；
6、刻印刻度盤
追溯打標(biāo)機(jī)的發(fā)展歷史[2]：1973年，美國的TELESIS公司研發(fā)出了全球第一臺(tái)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)；1984年，法國的TECHNIFOR公司研制出全球第一臺(tái)手持式氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)； 1997年，重慶捷達(dá)公司從加拿大引進(jìn)打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)，并在國內(nèi)開始生產(chǎn)組裝，當(dāng)是主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)，活賽進(jìn)行打標(biāo)，目前在國內(nèi)市場上占據(jù)著主導(dǎo)地位。加拿大的伊斯沃（EASTWARD）公司是最大的生產(chǎn)打標(biāo)機(jī)的公司，擁有50多年歷史，隨著中國機(jī)械工業(yè)界與世界同行各種合作的增多，伊斯沃產(chǎn)品也隨著國外的機(jī)械加工理念來到中國。1995年1月，伊斯沃公司在中國生產(chǎn)出第一臺(tái)氣動(dòng)標(biāo)記打印機(jī)，中國最著名的合資企業(yè)如上海通用，上海大眾，上海通用，武漢富康，南京依維柯，嘉陵本田，建設(shè)雅馬哈等從創(chuàng)建開始就引進(jìn)了伊斯沃工業(yè)標(biāo)記設(shè)備。
然而，這些進(jìn)口的打標(biāo)機(jī)雖然質(zhì)量較好，但價(jià)格和售后服務(wù)卻相對(duì)難以讓國內(nèi)企業(yè)所接受，國內(nèi)的生產(chǎn)商雖制造出了價(jià)格較低的產(chǎn)品，但只是單純的功能上的模仿，很多技術(shù)不能達(dá)到實(shí)際要求，質(zhì)量也無法得到保證。因此，在中國生產(chǎn)和推廣擁有全套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)，讓中國企業(yè)能用上自己的價(jià)廉物美且售后服務(wù)完善的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)設(shè)備成為一項(xiàng)迫切需求。在氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的研發(fā)上，國外還處于領(lǐng)先的地位，從上個(gè)世紀(jì)80年代開始，國外的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，目前的研究主要集中在打標(biāo)機(jī)軟件和硬件的優(yōu)化上，在打標(biāo)行業(yè)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的公司最近取得的主要成果有如下方面]：曲面打標(biāo)，多針頭打標(biāo)，懸梁式打標(biāo)。
國外的打標(biāo)設(shè)備和技術(shù)都是先進(jìn)的，引進(jìn)國外的先進(jìn)設(shè)備對(duì)我國打標(biāo)行業(yè)發(fā)展是好現(xiàn)象，但是，我們只注重單純的引進(jìn)，而沒有去研發(fā)我們自己的先進(jìn)技術(shù)，沒有使打標(biāo)機(jī)設(shè)備國產(chǎn)化，這樣長期發(fā)展下去，必定會(huì)阻礙我國打標(biāo)機(jī)工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)也有不利印象影響。所以從現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)環(huán)境來看，我國要想發(fā)展好氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)工業(yè)，就必須嚴(yán)格技術(shù)管理，加強(qiáng)全面控制，大力采用新結(jié)構(gòu)、新材料，降低消耗、降低成本，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)建立在更加科學(xué)合理的基礎(chǔ)上，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，爭取更多的產(chǎn)品投入國際市場。
1.3 本課題所要研究的主要內(nèi)容
(1): 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(2): 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(3): 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的打印程序的數(shù)控編制
2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的組成與工作原理
2.1 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的組成
氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)由以下幾部分組成：
標(biāo)記系統(tǒng)：主要有針頭的打標(biāo)路線規(guī)劃和控制打標(biāo)針頭移動(dòng)的軟件。不在本次設(shè)計(jì)之列。
控制系統(tǒng)：包括驅(qū)動(dòng)控制、電源控制、計(jì)算機(jī)數(shù)控程序卡和控制板等；其通過電纜等插頭連接打標(biāo)機(jī)的機(jī)頭，通過電路與計(jì)算機(jī)連接，從而計(jì)算機(jī)的指令通過控制器，再由控制器發(fā)出信號(hào)操作步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)和打標(biāo)。不在本次設(shè)計(jì)之列，不再贅述。
傳動(dòng)系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)是本次課題設(shè)計(jì)的主體部分。包括通過對(duì)轉(zhuǎn)矩和步距角等參數(shù)的計(jì)算選擇合適的步進(jìn)電機(jī)；根據(jù)使用性能要求選用結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的導(dǎo)軌；根據(jù)載荷等參數(shù)設(shè)計(jì)適用的滾珠絲杠；根據(jù)功率等參數(shù)設(shè)計(jì)傳動(dòng)帶輪。從而設(shè)計(jì)得到較為完善的傳動(dòng)系統(tǒng)。
氣動(dòng)系統(tǒng)：氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)和氣動(dòng)元件的選擇。
2.2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的工作原理
氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)工作之前應(yīng)該將它安裝在生產(chǎn)線合適的位置并且調(diào)試好，將打標(biāo)路線編程程序，輸入專用軟件中，連接控制器，然后將空氣動(dòng)力源接入打標(biāo)機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)。打開控制開關(guān)，計(jì)算機(jī)便發(fā)出指令，打標(biāo)機(jī)開始工作，標(biāo)記針頭在氣動(dòng)動(dòng)力源的輔助下，高速旋轉(zhuǎn)沖擊，雕刻成預(yù)先設(shè)定好的圖形或文字，從而完成產(chǎn)品所需要的各種標(biāo)識(shí)的打印。
3. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖
為了設(shè)計(jì)出合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)畫出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖，因此，在此之前應(yīng)先充分分析掌握氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)機(jī)構(gòu)的工作過程和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
從運(yùn)動(dòng)方向上分析氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)打標(biāo)針頭橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須由與之相連的橫線滾珠絲杠帶動(dòng)，而滾珠絲杠由同步帶輪提供動(dòng)力，同步帶輪由步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，步進(jìn)電機(jī)由控制器控制。因此以上的傳動(dòng)連接能夠完成規(guī)定動(dòng)作，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；在Y軸方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)橫向進(jìn)給裝置和縱向滾珠絲杠螺母副連接，縱向滾珠絲杠兩端同樣也使用角接觸球軸承安裝在縱向工作臺(tái)上。氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡圖如圖3.1示：
3.1 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡圖
3.2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的整體機(jī)構(gòu)的簡述
在分析運(yùn)動(dòng)簡圖之后，氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的結(jié)構(gòu)部分的組成主要包括：步進(jìn)電機(jī)、縱向?qū)к墶M向?qū)к?、橫向滾珠絲杠、縱向滾珠絲杠、同步帶輪組及分別安裝在同步帶輪上的兩條同步帶。在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中，我逐步完成了步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)的確定、導(dǎo)軌類型選擇和尺寸設(shè)計(jì)、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、同步帶的型號(hào)及尺寸，由于每一部分的設(shè)計(jì)在開始的時(shí)候都是獨(dú)立進(jìn)行的，但是為了完成一個(gè)完整的機(jī)械設(shè)計(jì)，就必須將設(shè)計(jì)的各個(gè)零部件組裝在一起，形成一個(gè)完整的可運(yùn)動(dòng)的能實(shí)現(xiàn)功能的機(jī)構(gòu)。在裝配的過程中難免出現(xiàn)尺寸，選型不合格的情況，為了避免這些不必要的麻煩，就必須提前了解掌握每個(gè)部件的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，難點(diǎn)，以及與其他部件配合部位，配合要求，以及機(jī)構(gòu)的安裝順序。只有把前期的準(zhǔn)備做好，才能完成一個(gè)較為合格的作品。
3.3 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的整體機(jī)構(gòu)組成圖
在完成各個(gè)零部件的裝配后，就生成了氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的整體機(jī)構(gòu)組成圖，也稱之為氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的裝配圖。下面選取三視圖作為主要展示。
整體機(jī)構(gòu)組成圖3.2圖3.3圖3.4所示：
圖3.2 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)主視圖
圖3.3 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)俯視圖
圖3.4 氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)左視圖
4. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)是以角位移旋轉(zhuǎn)某一個(gè)角度為主的一類驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而角位移需要有脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變而來，其中脈沖個(gè)數(shù)決定了角位移的角度大小，脈沖頻率起到控制和調(diào)速步進(jìn)電機(jī)的作用。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和角度是根據(jù)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)為角位移設(shè)定的。
根據(jù)的運(yùn)行和啟動(dòng)頻率以及轉(zhuǎn)矩等方面的參數(shù)選擇較為合適的步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)。由公式（1）可計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
i=主動(dòng)輪的齒數(shù)/從動(dòng)輪的齒數(shù)而，在齒輪模數(shù)相同的情況下，齒輪的齒數(shù)決定了齒輪分度圓的直徑，由此我們說，傳動(dòng)比和齒輪的分度圓直徑相關(guān)，而這里兩齒輪的分度圓直徑相同，所以得到了i=1.
= W有/W總*100%，故稱其為機(jī)械效率。除此之外η總=各個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率的乘積，由初步設(shè)計(jì)的方案的知?dú)鈩?dòng)打標(biāo)機(jī)內(nèi)的一些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而且導(dǎo)軌平摩擦的η=0.9，η同步帶傳動(dòng)=0.95，η滾珠絲杠傳動(dòng)=0.93，故η總=η同步帶傳動(dòng)*η滾珠絲杠傳動(dòng)*η=
公式中的，，。按照初期設(shè)計(jì)估測質(zhì)量M=12kg，d0=20mm， 使用機(jī)械手冊(cè)的到導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)μ=0.04，再取重力加速度g=9.8N/mg，將查得的參數(shù)代入公式（2）可得：
最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩有公式（1）計(jì)算的到的是：
根據(jù)啟動(dòng)電機(jī)所需的在最大負(fù)載情況下的所需的轉(zhuǎn)矩和電機(jī)在靜態(tài)狀況下的最大轉(zhuǎn)矩（最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩/最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩＞0.3）經(jīng)過計(jì)算可以得知電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩需要大于。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角是確定步進(jìn)電機(jī)型號(hào)是第一個(gè)要考慮的要素，在確定步距角的參數(shù)時(shí)，我們要按照我們所需要的脈沖當(dāng)量這個(gè)參數(shù)來選擇。再設(shè)計(jì)氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的時(shí)候，將它的打印的點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離設(shè)為1mm,這是我們?cè)ǖ脑O(shè)計(jì)目標(biāo)，考慮實(shí)際情況后，結(jié)合同步帶輪相關(guān)參數(shù)。確定選擇的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量為，由此可經(jīng)過初步的計(jì)算得到電機(jī)的步距角得：
在一般情況下，三相步進(jìn)電機(jī)的步距角一般是，兩相步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為 。根據(jù)我們的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際的需求，選擇兩相步進(jìn)電機(jī)，但為了達(dá)到控制精度的要求，還需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行細(xì)分。后再根據(jù)兩相整步=計(jì)算電機(jī)的脈沖當(dāng)量 由上式可得出步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)相關(guān)參考書，在本次電動(dòng)機(jī)的選型中，我選擇的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)也因?yàn)榛旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的性能高于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。它的型號(hào)為。
4.2 同步帶輪的設(shè)計(jì)
4.2.1 同步帶傳動(dòng)的相關(guān)介紹
同步帶取了各種帶與齒輪以及鏈等傳動(dòng)的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，加上它里面被做成了齒形間距一致的圓環(huán)帶以及里面設(shè)有相對(duì)應(yīng)的得輪，最后它在工作是借助它里面的設(shè)置的嚙合達(dá)到傳遞動(dòng)力的效果。
同步帶的特點(diǎn)：
A:工作時(shí)平穩(wěn)，緩沖性能好，低噪音，減震作用
B：定傳動(dòng)比和不需要滑動(dòng)尤其在運(yùn)動(dòng)的狀況下
C：高效率加節(jié)能
D：在保養(yǎng)方面有優(yōu)勢，如不用潤滑
E：適合遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)，中心距a>10m
同步帶的分類：
同步帶齒有弧齒和梯形齒兩類?，F(xiàn)將不同類型的同步帶剖面圖的部分分類圖示如圖4.1所示：
圖4.1 不同類型同步帶的剖視圖
在本次設(shè)計(jì)中，帶輪的設(shè)計(jì)是同步帶輪，同步帶傳動(dòng)的示意簡圖如圖4.2所示。：
圖4.2 同步帶傳動(dòng)的示意簡圖
4.2.2 同步帶輪的相關(guān)尺寸計(jì)算
通過查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定本次采用。
計(jì)算方法： ， , 此處取。 ，公式中的，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)取
=0.16KW
和，，n=1160r/min
令=，，：
即44
計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度
258.91mm
，，
，為，，是帶，此時(shí)經(jīng)選擇，判定
= ，
由此可以得知=5.16
同步帶輪主要尺寸設(shè)計(jì)圖所圖4.3所示：
圖4.3 同步帶輪主要尺寸圖
同步帶輪的主要相關(guān)參數(shù)如表4.1所示：
表4.1 同步帶輪的主要參數(shù)
基圓齒距（）
5.16
帶速（m/s）
2.17
中心距（a）
89.46
齒頂圓角半徑（）
0.61
齒數(shù)（Z）
20
節(jié)圓直徑（d）
31.5
同步帶輪的三位立體圖如圖4.4所示：
圖4.4 同步帶輪立體圖
4.3 縱向橫向滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)
4.3.1 滾珠絲杠螺母副的相關(guān)介紹
為了減小滾珠絲杠螺母副和它所在的機(jī)床的摩擦力，和具有性能好以及可以平穩(wěn)的傳動(dòng)的特點(diǎn)，我們把在數(shù)控機(jī)床上的絲桿螺母副滑動(dòng)換成了滾珠滾動(dòng)，把它在機(jī)床上的以前的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
我針對(duì)螺旋傳動(dòng)做了具體的解釋：螺旋傳動(dòng)的動(dòng)力的傳動(dòng)與機(jī)械式的運(yùn)動(dòng)是借助了螺母/螺桿嚙合，在這過程中，一方面在運(yùn)動(dòng)方面是把旋轉(zhuǎn)式變成了直線式，另一方面在力方面具體是把轉(zhuǎn)矩變成了動(dòng)力也稱之為推動(dòng)力。最后在工作的時(shí)候我們可以按照工作方式把其中的螺旋劃分成傳力、傳導(dǎo)以及調(diào)整等等不同的螺旋。由此，我們針對(duì)具體的螺旋方式具體解釋，下面是對(duì)他們的分別闡述。
（1） 傳導(dǎo)螺旋：一般有機(jī)床進(jìn)給螺旋之類適合長時(shí)間工作而且是時(shí)間連續(xù)式的，二球這種主要傳遞的運(yùn)動(dòng)，就要求高速度和高運(yùn)動(dòng)精度等等。
（2） 傳力螺旋：這是一種主要傳遞動(dòng)力的，而且是把小轉(zhuǎn)矩生成大動(dòng)力一類螺旋，通常適合低速或正常速度、間歇式運(yùn)動(dòng)甚至?xí)霈F(xiàn)自鎖等之類的工作
（3） 調(diào)整旋轉(zhuǎn)：這是一種用來調(diào)整和固定期間內(nèi)的相對(duì)位置，考慮到轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)較少，且在低速或正常速度以及會(huì)自鎖等的情況下工作使用，但就精度方面而言，它的要求較高。
按照螺紋副的摩擦的情況的差異，我們把螺旋傳動(dòng)可具體劃分成兩種方式，分別為滾動(dòng)式和滑動(dòng)式的螺旋傳動(dòng)。其中滑動(dòng)式是由靜壓式和普通滑動(dòng)式的螺旋傳動(dòng)組成。
靜壓螺旋傳動(dòng)：主要是用靜液壓油膜潤滑螺紋的工作表面的一類螺旋傳動(dòng)。由于它具有小的摩擦系數(shù)所以加上液體的潤滑作用所以他不會(huì)出現(xiàn)磨損的情況，然后它還有高的傳動(dòng)效率和軸向剛度的特點(diǎn)，但為什么還要有一些供油系統(tǒng)呢？而且控油系統(tǒng)還要滿足壓力和溫度的要求以及其中的過濾情況。這是考慮到螺母構(gòu)造的復(fù)雜形勢而可以做的。
滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)：在生活中我們經(jīng)常使用它，我們平時(shí)說的普通滑動(dòng)就是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。它一般按照螺紋劃分成鋸齒形與梯形，大家習(xí)慣用的是梯形的，而考慮到工藝性和強(qiáng)度的問題，鋸齒型可以說是很少用，加上它僅可以滿足單方面受力。而調(diào)整式螺旋相對(duì)于其他方式，更加適合適合低受力與高精密的機(jī)構(gòu)。在使用時(shí)會(huì)考慮轉(zhuǎn)矩的大小，通常情況下螺紋有低升程與小的摩擦系數(shù)，所以即使它的軸向力非常大，都不能說明什么，是因?yàn)樗霓D(zhuǎn)矩很小很小。
傳力螺旋：它主要是借助小聲程、高增益效果的原理來得到想要的機(jī)械增益。其中的效率大約是百分之三十五左右，會(huì)出現(xiàn)自鎖的情況以及在使用過程中其壽命也是很短的，在工作中甚至呈現(xiàn)出爬行的情況。
根據(jù)滾動(dòng)螺旋內(nèi)滾珠的工作方式，我們可以把滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)劃分成內(nèi)、外循環(huán)。所謂內(nèi)循環(huán)是在螺母上安裝幾個(gè)反相器，而且把螺母中的滾珠幾個(gè)連接到一起構(gòu)成一個(gè)封閉環(huán)，這幾個(gè)滾珠在這個(gè)環(huán)里面運(yùn)動(dòng)。而考慮到螺母加工和它的徑向尺寸的情況，它的被設(shè)成導(dǎo)管式，且在螺母里面用滾珠圈的方式構(gòu)成封閉環(huán)。
通過對(duì)螺母副的學(xué)習(xí)和了解，我掌握了螺母副的相關(guān)知識(shí)，根據(jù)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的工作狀態(tài)和性能要求，選擇外循環(huán)滾動(dòng)螺母副作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)螺母副設(shè)計(jì)的最終選擇。
4.3.2 滾珠絲杠螺母副的相關(guān)尺寸計(jì)算
（1）.螺紋滾道的相關(guān)計(jì)算：
在開始的時(shí)候，先選用公稱直徑 ，在查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》后，確定它所對(duì)應(yīng)的，,， 。
由這些參數(shù)，可以求得
。
為，選擇
（2）.螺母的相關(guān)計(jì)算：
D=
,
選取
（3）.螺桿（絲杠）的相關(guān)計(jì)算：
=，
取
4.3.3 滾珠絲杠螺母副的校核
如果我們僅僅通過公式來設(shè)計(jì)我們所需要的零件，可能就會(huì)出現(xiàn)一種現(xiàn)象，那就是我們?cè)O(shè)計(jì)的零件滿足了設(shè)計(jì)要求，但是卻不能在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，造成這樣的原因，大部分是因?yàn)樵O(shè)計(jì)參數(shù)沒有進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、壽命等方面的校核，零件不滿足這些方面的要求，所以在由計(jì)算之后的到參數(shù)后，還需要用實(shí)際工作條件去進(jìn)行驗(yàn)證和校核，確保設(shè)計(jì)參數(shù)符合實(shí)際需求。
（1）.縱向滾珠絲杠螺母副的計(jì)算：
= （3）
，，，，
在查找相關(guān)資料后，氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)相關(guān)機(jī)械的使用壽命大致在12000~15000h，以將我這次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的壽命設(shè)計(jì)為15000h。
剛度校核：
[7]
： ，
—
G表示的是絲杠切變模量，對(duì)于鋼的絲杠切變模量，
公式中的表示的是，取為 ，則 =
表示的是，由計(jì)算得出==，則
氣動(dòng)標(biāo)識(shí)雕刻機(jī)縱向滾珠絲杠的工作長度是300mm，計(jì)算滾珠絲杠螺母副彈性形變?cè)斐傻膶?dǎo)程誤，所以符合要求。
：
，知道的范圍在之間,因?yàn)榇笥冢?，滿足要求。
：
為：
需要滿足的的條件是在之間，所以該絲杠副合格
經(jīng)過多種方面的校核，設(shè)計(jì)的螺母副均符合設(shè)計(jì)要求。
表4.2 縱向滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)
公稱直徑 / mm
20
滾珠直徑 / mm
2.4
螺距 /mm
4
曲率半徑 /mm
1.3
螺紋升角
接觸角
螺母內(nèi)徑 / mm
20.5
螺母外徑 / mm
22.46
（2）.橫向滾珠絲杠螺母副的相關(guān)校核：
：
：
= （4）
，，，
在查找相關(guān)資料后，氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)相關(guān)機(jī)械的使用壽命大致在。所以將我這次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的壽命設(shè)計(jì)為。
剛度校核：
其中： ，
表示的；
表示的是，對(duì)于材料為鋼的絲杠切變模量G=83.3GPa；T表示轉(zhuǎn)矩，
公式中的表示的是，取為 ，則得。
為，上面算出=
橫向滾珠絲杠的工作長度是350mm，計(jì)算滾珠絲杠螺母副彈性形變?cè)斐傻膶?dǎo)程誤
導(dǎo)程誤差： ，所以滿足要求。
：
> 所以穩(wěn)定性滿足要求。
：
為
需要滿足的的條件是在之間，所以該絲杠副合格
通過校核，設(shè)計(jì)的螺母副均符合設(shè)計(jì)要求。
經(jīng)過多種方面的校核，設(shè)計(jì)的螺母副均符合設(shè)計(jì)要求。
現(xiàn)將滾珠絲杠螺母副主視圖，左視圖，表示如圖4.5所示：
圖4.5 滾珠絲杠螺母副主要設(shè)計(jì)尺寸圖
滾珠絲杠螺母副的三維圖如圖4.6所示：
圖4.6 滾珠絲杠螺母副三維圖
縱向滾珠絲杠的二維圖如圖4.7所示：
圖4.7 縱向滾珠絲杠主要設(shè)計(jì)尺寸圖
縱向滾珠絲杠的三維圖如圖4.8所示：
圖4.8 縱向滾珠絲杠的三維圖
4.4 機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
4.3.1導(dǎo)軌的相關(guān)知識(shí)
我們把能夠承受、固定等且具有減少它的摩擦作用的一種裝置或者設(shè)備稱為導(dǎo)軌，它是由金屬或其他材料做成的槽，而它主要用在固定部件和裝用的一些設(shè)備或儀器上面，而為了完成這些就要借助其表面縱向槽。
4.3.2導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
（1）.選擇導(dǎo)軌的使用類型
在選擇導(dǎo)軌的類型前，需要了解各個(gè)類型導(dǎo)軌的使用特點(diǎn)和使用范圍，下面簡要介紹幾種設(shè)計(jì)中常用到的導(dǎo)軌類型。
表4.3 常見的導(dǎo)軌類型與應(yīng)用
導(dǎo)軌類型
主要特點(diǎn)
應(yīng)用
普通滑動(dòng)導(dǎo)軌
結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便；低速易爬行；磨損大，壽命低，運(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)定
普通機(jī)床、冶金設(shè)備
貼壁滑動(dòng)導(dǎo)軌
動(dòng)導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶與鑄鐵或鋼質(zhì)靜導(dǎo)軌匹配，貼塑工藝簡單，摩擦因數(shù)小，且不易爬行；抗磨性好，剛度較低，耐熱性差，容易蠕變
大、中型機(jī)床受力不大的導(dǎo)軌
鍍金屑（鋼）滑動(dòng)導(dǎo)軌
支撐導(dǎo)軌上鑲鋼板，耐磨性比鑄鐵高5-10倍；動(dòng)導(dǎo)軌上鑲青銅等減磨材料，穩(wěn)定性好，精度高，鑲金屬工藝復(fù)雜，成本高
重型機(jī)床如立車、龍門銑的導(dǎo)軌
動(dòng)壓導(dǎo)軌
適用于高速（90/min-600m/min）；阻尼大，抗振性好；結(jié)構(gòu)簡單，不需要復(fù)雜的供油系統(tǒng)使用維修方便，油膜厚度大，載荷和速度變化影響加工精度
速度高，精度一般的機(jī)床主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌
摩擦因數(shù)很??；低速平穩(wěn)性好；承載能力大，剛性、抗震性好，需要較復(fù)雜的供油系統(tǒng)調(diào)整困難
大型、重型、精密機(jī)床，數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)
滾動(dòng)導(dǎo)軌
運(yùn)動(dòng)靈敏度高，低速平穩(wěn)性好，定位精度高；精度保持性好，磨損小，壽命長，剛性抗震性差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求良好的防護(hù)，成本高
精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械
在學(xué)習(xí)了各種類型的導(dǎo)軌的特點(diǎn)與使用范圍后，我再一次對(duì)我所設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌進(jìn)行了分析，確定了它導(dǎo)軌使用時(shí)的性能要求。我覺得滑動(dòng)導(dǎo)軌較為合適，在滑動(dòng)導(dǎo)軌這個(gè)范疇內(nèi)，根據(jù)幾何形狀還可以將滑動(dòng)導(dǎo)軌分成圓柱面型和棱柱面型，而棱柱面型導(dǎo)軌是三角形式，燕尾型式及矩形式等等不同的導(dǎo)軌的總稱。
表4.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的類型與特點(diǎn)
導(dǎo)軌類型
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
三角形導(dǎo)軌
導(dǎo)向性能與頂角α有關(guān)，α越小導(dǎo)向性越好，但α減小時(shí)導(dǎo)軌面當(dāng)量摩擦系數(shù)加大；α角加大承載能力增加。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高，承載能力大，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，精度保持性好，
支承導(dǎo)軌為凸三角形時(shí)，不易積存較大積屑，也不易存潤滑油。支承導(dǎo)軌為凹三角形時(shí)，導(dǎo)軌副易產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，但防塵性差。
矩形導(dǎo)軌
承載能力大，剛度高，檢驗(yàn)、制造和維修方便。
導(dǎo)向精度較差，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償。
燕尾形導(dǎo)軌
三角形導(dǎo)軌的變形。其高度較小，可承受顛覆力矩。
剛度差，運(yùn)動(dòng)靈活性差，檢驗(yàn)、制造和維修都不方便。
圓柱形導(dǎo)軌
工藝性好，制造方便，但磨損后較難補(bǔ)償間隙
主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。
各種類型滑動(dòng)導(dǎo)軌剖面圖如圖4.9所示：
圖4.9 滑動(dòng)導(dǎo)軌的剖面圖
在了解了以上滑動(dòng)導(dǎo)軌的功能與特點(diǎn)之后，經(jīng)過綜合分析我決定選用三角形導(dǎo)軌是所有選擇中最為合適的選擇。
（2）.確定導(dǎo)軌的具體的相關(guān)參數(shù)
導(dǎo)軌設(shè)計(jì)包括橫向?qū)к壓涂v向?qū)к墸@兩套導(dǎo)軌的選型，設(shè)計(jì)，校核。在設(shè)計(jì)中，我將縱向?qū)к壍拈L度設(shè)計(jì)為，橫向?qū)к壍拈L度設(shè)計(jì)為。在選擇三角形導(dǎo)軌后，需要考慮它的相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)能否滿足設(shè)計(jì)要求，能否實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，在選定頂角的角度時(shí)，我將選擇頂角為三角形導(dǎo)軌。三角導(dǎo)軌與工作臺(tái)可以用多種方式相連接，我選擇的是螺栓固定的方式。并且設(shè)計(jì)滑塊，三角形導(dǎo)軌與三角形滑塊二者裝配使用。我所設(shè)計(jì)的三角形導(dǎo)軌的相關(guān)參數(shù)如圖4.10所示。
圖4.10縱向三角形導(dǎo)軌剖面圖
考慮到導(dǎo)軌的磨損等方面的原因，所以導(dǎo)軌材料要滿足耐磨，小的摩擦系數(shù)，以及可以在加工、熱處理方面好用，根據(jù)這些要求，我選擇了GCr15。
三角導(dǎo)軌的三位立體圖如圖4.11所示：
圖4.11三角導(dǎo)軌立體圖
5. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 氣動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)介紹
氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)：
（1） ：氣是我們平時(shí)最常見的，而且取得適合方便加上用的時(shí)候會(huì)為我們少去很多錢的問題，不需要我們找地方買，買來了還有考慮存放的問題等等這些情況。最后在用完的時(shí)候不用考慮污染問題，直接排放就好。
（2） 和液壓進(jìn)行對(duì)比，會(huì)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)的反應(yīng)能力和運(yùn)動(dòng)的速度都高，維護(hù)的時(shí)候也簡單，也不考慮管道是不是堵塞之類的問題，因?yàn)檫@種情況很少。
（3） 就構(gòu)造而言，它相對(duì)要簡單，也方便我們加工，且多說都會(huì)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和通用以及達(dá)到了系列化的程度。
（4） 啟動(dòng)的物件可以自行減低無溫度，長時(shí)間的工作都不用考慮是否有過熱的反應(yīng)。
表5.1 氣壓傳動(dòng)的組成與功能
名稱
作用
氣源裝置
獲得壓縮空氣的裝置，其主體部分為空氣壓縮機(jī)，它將原動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。
氣動(dòng)執(zhí)行元件
將氣體轉(zhuǎn)化成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件
氣動(dòng)控制元件
改變工作介質(zhì)的壓力、流量或流動(dòng)方向
氣動(dòng)輔助元件
保證元件的潤滑、壓縮空氣的凈化、元件之間的連接以及消除聲音等所必須的
表5.2 氣壓傳動(dòng)元件的組成與功能
組成
包含
功能
氣動(dòng)執(zhí)行元件
直線氣缸
推動(dòng)工件作直線運(yùn)動(dòng)
氣馬達(dá)
推動(dòng)工件連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
擺動(dòng)氣缸
推動(dòng)工件在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)
氣動(dòng)控制元件
壓力閥
主要功能是控制氣體的壓強(qiáng)
流量閥
控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度
快速排氣閥
使氣動(dòng)元件和裝置迅速排氣
排氣節(jié)流閥
裝在換向閥的排氣口，控制運(yùn)動(dòng)速度
方向閥
改變氣體的流動(dòng)方向或通斷
氣動(dòng)輔助元件
消聲器
消除空氣動(dòng)力性噪聲
轉(zhuǎn)換器
將一種信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種參量信號(hào)
5.2 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)氣動(dòng)打標(biāo)頭工作情況時(shí)，除了分析打標(biāo)頭的機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理外，還需要考慮操作，調(diào)整和維修等方面的問題。所以這個(gè)時(shí)候，一個(gè)基本回路會(huì)變成多個(gè)基本回路，提高氣動(dòng)系統(tǒng)的工作能力和性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)之前，要充分了解整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的工作情況，分析每一個(gè)回路的特點(diǎn)，了解每一個(gè)回路的功能，根據(jù)這些要素，選擇合適的氣動(dòng)元件，再進(jìn)行不斷地分析，調(diào)試，更換，最終達(dá)到氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)最終的指標(biāo)要求。
通過分析與選擇，我決定在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，氣動(dòng)執(zhí)行元件選擇了直線氣缸，氣動(dòng)控制元件選擇了電磁換向閥、安全閥。氣動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖簡圖如圖5.1所示：
圖5.1氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理簡圖
6. 氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)打標(biāo)頭的數(shù)控編制
6.1 數(shù)控技術(shù)的相關(guān)介紹
數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展石。在機(jī)械加工，如數(shù)控車床，加工中心等機(jī)械加工設(shè)備上，數(shù)控技術(shù)以高精確度，少時(shí)間化的特點(diǎn)成為了必不可缺的一部分。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，數(shù)控技術(shù)也是氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的打標(biāo)程序的基礎(chǔ)，為更好地理解打標(biāo)頭的工作狀態(tài)，現(xiàn)在先簡單介紹數(shù)控技術(shù)方面的知識(shí)。
數(shù)控技術(shù)是在機(jī)械加工或者機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程中，利用計(jì)算機(jī)將信息數(shù)字化，然后用信息對(duì)過程進(jìn)行控制的一種方法，也稱之為計(jì)算機(jī)數(shù)控。數(shù)控系統(tǒng)指的是，在機(jī)械加工或者機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程中，將信息數(shù)字畫的過程中，除了計(jì)算機(jī)這個(gè)硬件之外，還需要使用配套的軟件，這樣我們就把將信息數(shù)字化過程中所需要的硬件和軟件，統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。
數(shù)控系統(tǒng)的編程在不同的情景下，會(huì)使用不同的代碼，相同的代碼在不同的使用條件下也會(huì)有不同用法，所以編程的時(shí)候，要根據(jù)具體情況選擇不同的代碼進(jìn)行使用，這就需要編程人掌握編程的基本指令。
6.2 編程實(shí)例
以實(shí)際中打標(biāo)機(jī)在產(chǎn)品上的應(yīng)用情況為例，對(duì)標(biāo)識(shí)符進(jìn)行數(shù)控編程。以符號(hào)“22PY”為例，在工廠中，22P表示的是產(chǎn)品型號(hào)，X、Y分別表示產(chǎn)品的兩條加工生產(chǎn)線，標(biāo)識(shí)的打印方便識(shí)別產(chǎn)品型號(hào)，也方便在產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，找到對(duì)應(yīng)生產(chǎn)線。預(yù)先設(shè)定字符大小，我將字符高設(shè)為10mm，長設(shè)為5mm，打印深度定為為0.3mm。針頭轉(zhuǎn)速500r/min。
標(biāo)識(shí)打印效果如下圖所示：
O0022；
N01 G90G55G00X0Y0Z2M03 S500
N02 G01Z-0.3F40
N03 X5.0
N04 Y-5.0
N05 X0
N06 Y-10.0
N07 X5
N08 Z2.0
N09 G00X13.0
N10 G01Z-0.3
N11 X8.0
N12 Y-5.0
N13 X13.0
N14 Y0
N15 X8.0
N16 Z2.0
N17 G00X16.0
N18 G01Z-0.3
N19 Y0
N20 X21.0
N21 Y5.0
N22 X16.0
N23 Z2.0
N24 G00X24.0Y0
N25 G01Z-0.3
N26 X26.5Y-5.0
N27 Z2.0
N28 G00X29.0Y0
N29 G01Z-0.3
N30 X26.5Y-5.0
N31 Y-10.0
N32 Z2
N33 G00X0YO
N34 M05
N35 M30
結(jié)論
歷時(shí)三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于要結(jié)束了，通過對(duì)機(jī)械設(shè)備表面標(biāo)識(shí)雕刻機(jī)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，讓我把大學(xué)四年的知識(shí)進(jìn)行了鞏固，并且把書本上的理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，做到了學(xué)以致用，同時(shí)通過查閱各種文獻(xiàn)、參考資料、書籍，也鍛煉了我查閱資料的能力。下面對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行總結(jié)：
1.了解機(jī)械設(shè)備表面標(biāo)識(shí)雕刻機(jī)設(shè)計(jì)的背景意義，以及氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)的發(fā)展趨勢、組成及工作原理。
2.對(duì)氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括運(yùn)動(dòng)簡圖的設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的選擇、同步帶輪的設(shè)計(jì)及整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)大部分都需要用公式進(jìn)行計(jì)算，所以在設(shè)計(jì)中必須要認(rèn)真仔細(xì)，一旦哪個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，可能就會(huì)影響整個(gè)設(shè)計(jì)。
3.對(duì)氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過對(duì)氣壓傳動(dòng)相關(guān)內(nèi)容的了解，選擇合適的氣動(dòng)元件，組合在一起設(shè)計(jì)出氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。
4.對(duì)氣動(dòng)標(biāo)識(shí)打印機(jī)打字程序的數(shù)控編制，通過對(duì)數(shù)控技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的了解，尤其是對(duì)編程指令的掌握，列舉一個(gè)簡單的編程實(shí)例，進(jìn)行數(shù)控編程。
總的來說，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)果較準(zhǔn)確，基本滿足機(jī)械產(chǎn)品的工作要求，但在具體的某些環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，還存在著一些問題，這就要求我在以后的設(shè)計(jì)中要更加仔細(xì)認(rèn)真。
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55
附錄A：外文翻譯
ModelAngelo系統(tǒng)：減式快速成型五軸機(jī)器手
摘要：一個(gè)基于PC，以計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，5個(gè)軸減式技術(shù)快速成型機(jī)器人系統(tǒng)被提出。它被稱為Angelo模型機(jī)系統(tǒng)，集成并包括六種硬件和軟件子系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)際上利用虛擬3DCAD模型生產(chǎn)一套命令程序，用于控制5軸機(jī)器人來移動(dòng)切削刀具，在其表面產(chǎn)生加熱的電線，進(jìn)而讓工件塊(聚苯乙烯泡沫或者蠟)形成復(fù)雜的形狀。用戶提供一個(gè)用于被雕刻物體的3DCAD模型。
ModelAngelo軟件系統(tǒng)預(yù)先按照步增臺(tái)階面產(chǎn)生分層的輪廓薄片數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)文件包含相應(yīng)切削刀具半徑角，模型造型的升高和旋轉(zhuǎn)件的工作位置。然后ModelAngelo接口系統(tǒng)連續(xù)讀取命令提供給計(jì)算機(jī)并行端口。從而，ModelAngelo執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行命令并且把反饋信號(hào)送到處理器。然后通過ModelAngelo加工子系統(tǒng)設(shè)置好刀具類型，并選擇好工件的不同切削位置，然后把工件和刀具放入，ModelAngelo刀具子系統(tǒng)加熱后開始工作。
關(guān)鍵詞：ModelAngelo系統(tǒng)，機(jī)器人，CNC，快速成型，3DCAD，聚苯乙烯
1. 介紹快速成型技術(shù)
(RP)是一個(gè)簡稱，是指用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型來直接建立物理模型的多技術(shù)集成應(yīng)用[1-4]。成型方法正如作為他們的名字和他們攜帶的技術(shù)一樣所變化的。一些更多傳統(tǒng)的快速成型方法是基于簡化通過在碾壓的對(duì)象制造時(shí)在諸如的若干層上堆積與結(jié)合頁材料，或者通過諸如的技術(shù)(大部分一次建立一個(gè)稀薄的層)的[5-6]通過把模型切成薄片和然后進(jìn)行雕刻3D對(duì)象成為稀薄的片段的過程：通過運(yùn)用蠟或者其它聚合物的3D打印[7–9]多噴氣式頭;通過選擇性的液態(tài)的樹脂建立起這些稀薄的層[10]；或者通過在燒結(jié)(SLS)[11]的選擇性的激光中熔化的方法來實(shí)現(xiàn)。
通過機(jī)器加工單個(gè)副本原型的思路也可以通過使用多軸數(shù)控機(jī)床的工作所顯示的。[12]wangetal。[13]，和Schmitzetal。[14]來命名。數(shù)控機(jī)床的加工的原型通過與盡可能完善的切削工人位置計(jì)劃利用高速進(jìn)給機(jī)器來完成，可以快速生產(chǎn)單個(gè)工件(通常由金屬制成)。
與此類似，要建造原型的DOF?機(jī)器人(用傳統(tǒng)快速原型方法和比數(shù)控機(jī)床更靈活)已經(jīng)吸引很多機(jī)器人研究人員到快速原型的領(lǐng)域。Tengleder和Vergeest[15,16]將早為這目的來進(jìn)行機(jī)器人的研究。此外，Chen等為雕刻面切實(shí)現(xiàn)一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)[17,18]并且過后發(fā)展為對(duì)由聚合物做成的雕刻品原型使用基于層的機(jī)器加工的一種技術(shù)[19]此外，Coole等為衛(wèi)生的器皿工業(yè)在機(jī)器加工過程中使用機(jī)器人系統(tǒng)的大規(guī)模原型(聚酯)作出了一些研究[20]。
在這篇文章里，快速原型的系統(tǒng)被稱為基于一件3D工件由五自由度成型機(jī)加工。由于它的靈活性由一個(gè)5個(gè)軸的機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)，實(shí)體切片輪廓生成的有效率的開發(fā)軟件，以及有利用一項(xiàng)富創(chuàng)新精新技術(shù)的一個(gè)多用途的末端，五自由度成型機(jī)能雕刻用戶視線可以到達(dá)的全部幾何學(xué)特征。大多數(shù)傳統(tǒng)快速原型技術(shù)由切片提供3D模型轉(zhuǎn)化到2D層，五自由度成型機(jī)只在它的軟件上完成這種“切片”技術(shù)，以便雕刻物體外面的外形，通過一次跟蹤，一個(gè)層被完成。物理雕刻是要求機(jī)器加工在一車床結(jié)合的那個(gè)需要雕刻的地方。
五自由度成型機(jī)在雕刻聚苯乙烯(PS)泡沫塊或者讓他們清除切割的蠟。例如：聚苯乙烯，是一種比較便宜而且便于雕刻的材料，并且有一種適合熔化的溫度(Tm=240℃)。當(dāng)這提出工作