氣動打標機傳動部件的設計與研究

秦顯軍 于洪金 張號

摘 要：打標機的應用范圍非常廣泛，其中應用最為廣泛的是氣動打標機。氣動打標機具有標記工整清晰，操作簡單，軌跡易于控制等優點。本文從實際工況出發，對氣動打標機進行運動分析，對傳動部件的滾珠絲杠進行設計。

關鍵詞：氣動打標機;傳動部件;滾珠絲杠

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.098

1 緒論

在經濟發展模式轉變的背景下，提高產品的質量則是制造業必然的追求，所以要對產品的每個細節都要精益求精。產品標記影響著產品的外觀，所以對產品的打標技術提出了更高的要求。隨著科技的發展，為自動化打標機發展奠定了深厚的技術基礎，使得打標機變得更加智能化，柔性化。不僅可以在平面上進行打標，同時可以在曲面等復雜工作平面進行打標。自動化打標機按照不同的標準可以分成很多類型。

氣動打標機[1]能夠通過計算機控制鋼針自動在物體表面留下標記，一定程度上實現工業生產的自動化，這種打標方式不僅不會損害工件、簡便易行，而且效率較高，更能節省成本，還能加快產品更新換代的時間，為相關企業帶來企業優勢和經濟效益。

本文中的氣動打標機[2]主要由機械本體、氣動回路以及控制回路等組件組成，其中，機械本體的結構和穩定性制約著氣動打標機的性能，所以需要對機械本體進行可靠性分析，尤其是對關鍵部件進行校核。

2 氣動打標機的運動分析

打標機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方向的運動進行打印標記，因此，Z方向的定位影響著打標的深度和打標精度。Z向垂直運動是通過伺服電機帶動滾珠絲杠完成的，將滾珠絲杠驅動旋轉運動轉換為打標頭的上下垂直運動。伺服電機驅動方式具有更高的定位精度，通過電機的抱閘，避免出現相對位置的滑動。對于傳動部件的滾珠絲杠，其性能制約著打標機的定位精度和重復定位精度，因此要對滾珠絲杠進行選型和強度校核。

3 滾珠絲杠的設計條件

根據具體的工況的要求，滾珠絲杠應該滿足以下的要求，見表1所示。

3.1 滾珠絲杠的力學可靠性校核

3.1.1 絲杠精度的選擇[3]

當絲杠長度為400mm時，絲杠的定位精度為±0.1mm，但根據實際的工況，絲杠的長度為400mm，那么準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，根據滾珠絲杠機構精度等級-導程誤差表（見表2），滾珠絲杠的精度等級應達到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表示導程累計誤差，e表示變動量。

3.1.2 導程的選擇

根據實際工況的要求，所選伺服電機的額定轉速為3000r/min，伺服電機和滾珠絲杠是直接連接，故減速比為i=1。故根據轉速需要，確定絲杠的導程，因此絲杠的導程需要滿足：

3.1.3 絲杠直徑的選擇

絲杠軸向間隙保持在0.2mm以下，根據滾珠絲杠間隙表（表3）可知，0.20mm的軸向間隙，絲杠外徑應該為在30～32mm之間。故選定絲杠外徑為30mm，絲杠的導程為6mm。

絲杠的臨界轉速為：

3.2 螺母的力學可靠性校核

3.2.1 螺母的軸向載荷精度校核[4]

根據絲杠的參數，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，在三個階段所對應的時間分別為t1、t2和t3，所對應的路程分別為l1、l2和l3，軸向載荷分別為Fa1、Fa2和Fa3，根據設計要求有：

4 結束語

本文在氣動打標機運動分析的基礎之上，對傳動部件的滾珠絲杠和螺母的進行了詳細的闡述。根據實際的工作要求，確定絲杠參數的基本要求，結合具體運動情況，考慮絲杠的剛度[5]和使用壽命。由于傳動部件的壽命和強度等重要性能，影響著氣動打標機的性能，所以需要對絲杠和螺母進行校核和分析。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定位精度，還需要對滾珠絲杠的熱誤差[6]進行充分的考慮。

參考文獻：

[1]錢國慶.QDB-I型精密氣動打標機的研究與開發[D].南京理工大學，2002.

[2]陳健，姜曉明，王進等.面向大尺寸氣瓶類工件的氣動打標機設計與研制[J].機械設計與制造，2012（06）：1-3.

[3]聞邦椿.機械設計手冊 第五版[M].北京：機械工業出版社，2010.

[4]蓋光江，趙連玉.一種嵌入式智能打標機的研制[J].機電工程，2010，27（01）：88+9.

[5]黃亮生，張維云，朱春貴.多針頭氣動打標機在新鋼中板生產線上的應用[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.