《拧螺丝机结构设计毕业设计论文word格式》Word文档格式.docx

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经传感器判断后，控制高压喷气口喷出高压气流，将螺钉通过螺钉输送软管吹向电动旋具。

锁螺丝机采用模块化多轴设计，可任意设定扭矩的改锥由伺服电机驱动并经精密万向节传动；

（直径）fai4---fai8、长度小于25mm各类螺钉，是一台非标准设备。

目前关于锁螺丝机的研究国外处于领先地位，我国关于螺丝机的研究起步比较晚，与世界发达国家之间还有较大的差距，但是国家在这方面给与了很大的支持，目前正在飞速的发展中。

本毕业设计主要设计锁螺丝机的整体结构设计，主要是机械部分，电器和控制方面有别的同学负责。

通过对总体结构方案的探讨，选择最合适的结构形式；

绘制整体装配图和部分装配图，对一些重要的零件进行设计计算和选择，

1.2论文的主要工作

本文的主要工作是研究三头全自动锁螺丝机的螺钉输送槽中有序排列的分离问题、和电动改锥在气缸的带动下如何实现螺钉的下放、拧紧等过程。

具体内容如下：

（1）详细介绍了三头全自动锁螺丝机的整体情况

（2）介绍了螺钉自动分离装置的原理和动作情况。

（3）对有要求的气缸、传感器等进行了选择。

第二章方案选择

2.1总体的方案选择

汽车升降器需要用螺栓将各个件连接起来，有三个螺纹孔，因此需要三个电动改锥，在进行拧螺丝前需要将螺栓分离开来并输送到指定位置，因此要先设计分料机构和下料机构。

根据工艺要求，需要电动螺丝刀上下移动调节距离，以方便更换工件和调节不同工件间的误差，因此需要一个气缸来控制电动螺丝刀的上下移动。

为了提高生产效率，需要夹具来给工件定位。

为了降低返修率可以在螺栓传动管间加传感器来检查三个管是否都有螺栓通过，如果有则可以进行下一步工作，如果没有就需要将信号传送给PLC，PLC通过分析计算给分料机构和下料机构的气缸下达命令重新输送螺栓。

因此为了实现三头全自动锁螺丝机的自动功能，就必须PLC、电控箱、控制器和控制面板。

而这些所有的机构都安装在机架之上。

三头全自动锁螺丝机的整体方案为：

方案一：

气压传动

气压传动以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量和信号传递，是实现传动与控制的重要手段之一。

选用气压传动进行螺栓分离并用气压把螺栓压到指定位置，气压传动工作介质是取之不尽的空气流动损失小可集中供气，且气动装置简单轻便，安装维护简单，压力等级低使用安全；

气动元件结构简单制造容易，适合标准化，系列化，通用化，气动元件可靠性高，使用寿命长有效动作最大可达到一亿次可以很好的满足螺丝机上下移动的使用要求；

气动执行元件响应速度高，、动作较快，对冲击负载和过负载有较强的适应能力；

同时气动装置具有防火，防爆，耐潮的能力，能适应高温，强电磁干扰，粉尘的等恶劣工作环境。

且电动螺丝刀上下移动所需力不是很大，气动执行元件的输出力能满足工作要求。

方案二：

液压装置

使用液压系统进行传动定位，与机械传动，电气传动相比液压传动具有以下优点：

液压传动的各种元件可根据需要方便，灵活的来布置：

重量轻，体积小，运动惯性小，反应速度快；

操作控制方便，可实现大范围的无级调速；

可自动实现过载保护；

容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

由于流体流动的损失和泄露较大，传动效率较低，而此三头全自动锁螺丝机要求其效率高的进行上下移动，此为不选择液压系统的原因之一；

同时从经济型方面考虑液压元件的制造精度要求较高因而价格较贵，液压传动出故障时不易找出原因和维修要求有较高的技术水平。

故综合以上性能，经济，安全各方面考虑不选用液压传动系统。

综合比较以上两种传动方案，在满足工作性能，经济性，及结构外观等要求下综合考虑选择气压传动方案在低成本结构简单即可实现同一直线上的移动功能要求，同时选择PLC实现中间动作调整。

将分料机构、下料机构、PLC、控制面板和电动螺丝刀放在机架之上，把电控箱和控制装置放在机架内部，将整体机器立起来放，这样既节省了空间又使得整个机器显得紧凑、美观。

PLC使各个机构之间协调动作。

其机构方框图如图2-1所示

图2-1结构图

2.2、机架的方案选择

机架是用来支撑和连接各个零部件的，因此他需要具有较高的强度和较大的承载能力。

机架可以采用铸造和焊接等形式来制造。

铸造机架可以得到很高的承载能力，制造出很复杂的形状，而且可以吸收震动等优点，但是铸造也有本身质量大，不可修改等缺点。

焊接机架具有自身质量小，制造方便，制作周期短，成本低，修改简单，承载能力强等优点，但其吸震能力较差。

考虑到三头全自动锁螺丝机的工作状况平稳，不需要机架有很强的吸震能力，且本身的质量不大，又考虑到易于修改和制作成本等因素，本设计采用焊接机架。

机架的组成方框图如图2-2所示。

第三章总体设计

3.1、总体机构：

三头全自动锁螺丝机的总体图如上图3-1，由控制面版和控制器来控制电动改锥的转速，顶端的气缸控制螺丝刀的升降，后面的机架上面的两个机构是螺钉自动分离及输送装置。

动作原理：

顶端气缸固定在上滑动架上，上滑动架通过滑块和导向柱连接，导向柱固定在主支架上，在上滑动架和下滑动架之间有一根限位杆。

当气缸杆伸出时，带动上滑动架和下滑动架向下移动，当下滑台架撞到下挡块时停止向下移动，而上滑台架继续向下移动，当上滑动块撞到上挡块时，电动改锥开始转动，螺钉拧进工件。

螺钉拧进工件的这段距离由万向节部分的螺钉提供。

然后，在plc的控制下，气缸杆缩回去，上滑台架升上去，当限位杆的下螺母碰到下滑台架时，上滑台架和下滑台架同时升起，拧螺丝的动作完成。

这就是三头全自动锁螺丝机的机械动作原理。

3.2、螺钉自动分离及输送装置

螺钉自动分离及输送装置是一种应用在手机及各类数码产品的自动组装线上，可自动完成螺钉分离和输送的装置。

在手机及各类数码产品的自动组装线上，通常要通过手工拧紧细小螺钉的方法，实现产品的组装。

因螺钉直径一般在2mm以内，过于细小，人工分离和拧紧困难很大，故速度较慢、效率较低。

本设计提供的自动螺钉分离和输送装置，可以自动地实现螺钉分离和输送，达到自动装配的目的。

技术方案：

散乱的螺钉在电磁振动给料器的亚共振状态下，被有序、整齐的排列在螺钉输送槽内。

同螺钉输送槽相接触的螺钉分离板侧面的螺钉分离口宽度能容一只螺钉头、而挡钉板侧面的螺钉分离口则仅能容一只螺钉杆的直径。

螺钉分离板和挡钉板被气缸驱动移动时，可仅将一只螺钉由螺钉输送槽分离出来，并使螺钉头挂在挡钉板侧面的螺钉分离口上。

当螺钉分离板和挡钉板被气缸驱动继续移动时，挡钉板上固定的圆柱销受固定斜槽板上的起移动凸轮作用的斜槽限制，带动挡钉板向左移动，最终脱离对螺钉的控制，使螺钉通过落钉口送到螺钉输送软管上方。

经传感器判断后，控制高压喷气口喷出高压气流，将螺钉通过螺钉输送软管吹向电动旋具将其旋入工件。

本设计是一种应用在手机及各类小型数码产品的自动组装线上，可自动完成螺钉分离和输送的装置。

本设计提供的螺钉分离和输送装置解决了通常由手工进行微小螺钉拾取和拧紧时速度慢、效率低的问题。

可以自动地实现细小螺钉的供给和输送，可实现自动装配。

3.3、万向节部分装配体

万向节部分装配体由电改锥连接轴、万向联轴器（2个）、六角轴、连接轴、六角滑动轴、联轴器连接块、弹簧、连接杆、螺丝刀头夹持杆、螺丝头和电动改锥组成。

如下图3-4。

图3-4、万向节部分装配体

工作原理：

螺钉经螺钉自动分离及输送装置和气管进入上图左图右侧的管口，在气压和重力的作用下螺钉掐在下面的螺钉嘴上，当传感器检测到三个喷嘴的螺钉都到位时给电控箱发射信号，由电控箱控制电动改锥转动，电动改锥带动螺丝刀转动把螺钉拧在工件上。

3.3.1、电动改锥

拧螺钉时，锥头的轴向运动被传递给装在齿轮减速器上的开关，使之接通或断开，该齿轮减速器与电动机的转轴相啮合．在此改锥中，开关与承受锥头推力的离合器之间的距离很小，借以消除开关行程的偏差，而构成开关操作机构的各零部件的累积轴向误差便是可能导致这种偏差的原因。

因此，锥头的运动可以准确地传给开关，电动机的起动和停止都非常稳定。

推动式电动改锥，包括：

电动机、电动机配用的齿轮减速器、用以传递和阻断电动机驱动力的离合器、适应与螺钉、螺帽及类似零件啮合的传递力矩的锥头；

用以接通和断开电动机的开关、包容电动改锥全部零件的外壳、当有压力施于锥头时，开关拉杆即行运动，使开关动作，电动机开车。

特征如下：

齿轮减速器包括若干正齿轮，每个正齿轮都可以绕中心轴线旋转，但不能在同一轨道运动；

开关置于齿轮减速器的附近；

开关操作机构与齿轮减速器相结合；

在锥头沿轴向运动时，开关操作机构动作，使开关开合。

3.3.2伺服电机的选择

在伺服系统中控制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速装置。

作用：

伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确。

将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

分类：

直流伺服电机和交流伺服电机。

伺服电机工作原理：

1.伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。

有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。

因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。

控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。

电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

2.交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。

大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。

因而适合做低速平稳运行的应用。

3.伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：

1、起动转矩大

由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。

它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。

因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

2、运行范围较广

3、无自转现象

正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。

当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）

交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。

当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；

当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。

交流伺服电动机运行平稳、噪音小。

但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。

伺服电机的选型方法：

１、伺服电机和步进电机的性能比较

步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。

在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。

随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。

为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。

虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。

现就二者的使用性能作一比较。

一、控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为1.8度，0.9度，五相混合式步进电机步距角一般为0.72度，0.36度。

也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。

如山洋公司（SANYODENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°

、0.9°

、0.72°

、0.36°

、0.18°

、0.09°

、0.072°

、0.036°

，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。

以山洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为0.045度。

对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为0.0027466度，是步距角为1.8度的步进电机的脉冲当量的1/655.

二、低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。

振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。

这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。

当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。

交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

三、矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。

交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

四、过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。

交流伺服电机具有较强的过载能力。

以山洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。

其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

五、运行性能不同　

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。

交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。

交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。

但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。

所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

２、伺服电机的选型计算方法：

一、转速和编码器分辨率的确认。

二、电机轴上负载力矩的折算和加减速力矩的计算。

三、计算负载惯量，惯量的匹配，安川伺服电机为例，部分产品惯量匹配可达50倍，但实际越小越好，这样对精度和响应速度好。

四、再生电阻的计算和选择，对于伺服，一般2kw以上，要外配置。

五、电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯，增量式是4芯。

伺服电机使用注意事项：

一、伺服电机油和水的保护

A：

伺服电机可以用在会受水或油滴侵袭的场所，但是它不是全防水或防油的。

因此，伺服电机不应当放置或使用在水中或油侵的环境中。

B：

如果伺服电机连接到一个减速齿轮，使用伺服电机时应当加油封，以防止减速齿轮的油进入伺服电机

C：

伺服电机的电缆不要浸没在油或水中。

二、伺服电机电缆→减轻应力

确保电缆不因外部弯曲力或自身重量而受到力矩或垂直负荷，尤其是在电缆出口处或连接处。

　B：

在伺服电机移动的情况下，应把电缆（就是随电机配置的那根）牢固地固定到一个静止的部分（相对电机），并且应当用一个装在电缆支座里的附加电缆来延长它，这样弯曲应力可以减到最小。

电缆的弯头半径做到尽可能大。

三、伺服电机允许的轴端负载

确保在安装和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载控制在每种型号的规定值以内。

在安装一个刚性联轴器时要格外小心，特别是过度的弯曲负载可能导致轴端和轴承的损坏或磨损

最好用柔性联轴器，以便使径向负载低于允许值，此物是专为高机械强度的伺服电机设计的。

D：

关于允许轴负载，请参阅“允许的轴负荷表”（使用说明书）。

通过以上对伺服电机的了解，选用松下分小惯量MSMD,MSMD,中惯量MDMA,大惯量MHMA,小惯量加强型MHMD,扁平型MQ?

?

.又由输出轴分为:

有油封带键无制动U,G,有油封带键带制动V,H,有油封无键无制动,有油封无键带制动。

小惯量系列（GYS电机）额定旋转速度3000r/min无制动0.05kWGYS500DC2-T2ARYC500D3-VVT20.1kWGYS101DC2-T2ARYC101D3-VVT2

3.3.3、万向联轴器

联轴器的类型：

联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差，承载后的变形以及温度变化的影响等，会引起两轴相对位置的变化，往往不能保证严格的对中。

根据联轴器有无弹性元件、对各种相对位移有无补偿能力，即能否在发生相对位移条件下保持联接功能以及联轴器的用途等，联轴器可分为刚性联轴器，挠性联轴器和安全联轴器。

刚性联轴器只能传递运动和转矩，不具备其他功能包括凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。

挠性联轴器无弹性元件的挠性联轴器，不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能包括齿式联轴器、万向联轴器、链条联轴器、滑块联轴器等。

图3-7

万向联轴器有多种结构型式，例如：

十字轴式、球笼式、球叉式、凸块式、球销式、球铰式、球铰柱塞式、三销式、三叉杆式、三球销式、铰杆式等，最常用的为十字轴式，其次为球笼龙，万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般5到10度之间。

万向联轴器利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。

万向联轴器最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。

在实际应用中根据所传递转矩大小分为重型、中型、轻型和小型。

用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。

一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。

联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为：

①固定式联轴器，主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。

②可移式联轴器，主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。

刚性可移式联轴器利用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移）、链条联轴器（允许有径向位移）等，弹性可移式联轴器（简称弹性联轴器）利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能，如蛇形弹簧联轴器、径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。

联轴器有些已经标准化。

选择时先应根据工作要求选定合适的类型，然后按照轴的直径计算扭矩和转速，再从有关手册中查出适用的型号，最后对某些关键零件作必要的验算。

万向联轴器用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。

联轴器的选择：

联轴器的选择主要考虑所需传递轴转速的高低、载荷的大小、被联接两部件的安装精度等、回转的平稳性、价格等，参考各类联轴器的特性，选择一种合用的联轴器类型。

具体选择时可考虑以下几点：

　1、由于制造、安装、受载变形和温度变化等原因，当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中。

存在一定程度的x、Y方向位移和偏斜角CI。

当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。

当工作过程中两轴产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。

　2、