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1、摘 要汽车工业是我国的支柱产业之一， “十五”期间，轿车生产将成为我国汽车工业发展的重点。但长期以来我国轿车研发能力十分薄弱，其中覆盖件模具的设计和制造一直是制约我国轿车工业发展的瓶颈。因此，发展汽车覆盖件模具制造技术蕴含着巨大的社会价值和经济价值。本课题“智能刷镀喷涂机伺服机构设计”是大型板料冲压模具快速制造关键设备“一体化智能刷镀喷涂机”的一部分。本文根据喷涂机的工作域及其运动性能要求，针对喷枪横移机构进行设计，通过对喷枪横移机构的运动分析和动力计算，设计出横移机构的驱动机构，选择合适驱动电机，并对传动零件进行设计，最终完成横移机构的整体结构和几何尺寸，以满足喷枪的运动性能指标。关键字：金
2、属电弧喷涂，机器人，伺服机构ABSTRACTAuto industry is one of Pillar industries in our country. During the States Tenth Five-Year Plan period, the car produces will became the focal point of the automobile industrial development of our country. The market potential of cars of our country is enormous, but the resear
3、ches and developments ability of cars are very weak. For many years, in the development of the new style, the design and manufacture of the covering mould has been the bottleneck restraining development of car industry of our country all the time. The automobile body punching mould import total amou
4、nt of money is about 200 million dollars in our country in 1999. During the States Tenth Five-Year Plan period, the annual demand of market value of the large-and middle-scaly automobile covering moulds is about 2 billion, but at present, the satisfied rate is 53.4%. So, covering moulds and other mo
5、ulds rapid manufacture technology of automobiles contain enormous social value and economic value. The subject, intelligence brush plate-spraying machine servomechanism design, is one part of the integrated intelligence brush plate-spraying machine which is the key device of the automobile mould rap
6、id manufacture. By analyzing the performance index of the movement of the intelligence brush plate-spraying machine servomechanism, in this paper, analysts and calculations related with motion control, servomechanism design and the elective of electrical machineries are involved, then the Optimum sc
7、heme is selected by comparing all the schemes.KEY WORDS: 目 录第 1 章 绪论.()11 选题意义 .()12 发展现状 .()13 本文的主要任务.()第 2 章 喷涂机构总体要求)21 喷涂工作域.()22 喷枪运动自由度.()23 运动特性.()第 3 章 喷枪横移机构设计.()31 主梁结构初定.()32 横移机构运动和动力计算.()321 喷枪横移运动计算.()322 喷枪横移动力计算.()33 喷枪驱动机构设计.()331 同步带设计.()332 横移驱动电机、减速器选择.()333 传动零件设计.()334 丝杆螺母传动.
8、()第 4 章 方案评优.()第 5 章 结论.()致谢 .()参考文献 .,()附录 .()第 1 章 绪 论1.1 选题意义汽车行业是我国的支柱产业之一， “十五”期间，轿车生产将成为我国汽车工业发展的重点。我国轿车市场潜力巨大，但轿车开发能力十分薄弱。加入WTO后，我国汽车关税将从目前的80%100%降低到25%，进口车对我国汽车市场的冲击将更加巨大，这意味着我国汽车工业和汽车模具制造行业将面临进一步激烈的国际竞争的考验。要想在激烈的国际竞争中占有一席之地，我国汽车企业必须逐步掌握汽车开发制造的关键技术，自主成为研究和开发的主体，逐步摆脱对技术引进的依附。多年来，在新车型开发过程中，覆盖
9、件模具的设计和制造一直是制约我国轿车工业的瓶颈。 “十五”期间，汽车大中型覆盖件模具的年需求市值在 20 亿元左右，而目前国内满足率只有 53.4%。因此，汽车覆盖件模具以及其它汽车模具快速制造技术蕴含着巨大的社会价值和经济价值。本课题研究的“电刷镀-电弧喷涂复合成型模具快速制造技术”和“一体化智能刷镀-喷涂机”将为轿车覆盖件模具和轿车车身开发提供一种重要的支持手段，用此方法制造样车模具或作为模具开发的试制手段可以节约大量的资金和时间，使汽车制造企业和汽车模具制造企业成为该技术的主要用户，并从中受益。1.2 发展现状金属电弧喷涂属于热喷涂技术之一。与其它热喷涂技术，如等离子喷涂、火焰喷涂等相比
10、，它具有设备投资低、工艺简单、生产效率高、节约能源、对基体热输出小、适用范围广等优点，受到广泛重视。西安交通大学 IAMT 研究所在电弧喷涂制模工艺和材料方面作了大量的研究工作，从实验结果看，在光滑表面模型上直接喷涂中碳钢、高碳钢、不锈钢、铜等高熔点金属比较困难。类似 Zn-Al 伪合金那样，采用不同熔点金属一起喷涂形成伪合金的工艺方法在涂层硬度和喷涂工艺性两方面一般能取得较好的效果，通过大量实验，发现把 Zn 丝和 Al-Cu 合金丝一起喷涂形成 Zn-Al-Cu 伪合金能显著提高涂层硬度。专利查新结果未见到相同材料报道。目前对这种材料的喷涂工艺还掌握得不够好，有待进一步研究。直接电弧喷涂制
11、模的方法对于大中型模具制造在周期和成本方面具有很大的优势，但由于涂层硬度太低，严重影响了喷涂模具适用范围。针对这种情况，本课题提出电刷镀/电铸电弧喷涂复合成型模具快速制造技术，目前还未见到这方面的公开报道和专利保护。特别是电刷镀电弧喷涂复合成型制模方法，可以快速低成本地实现大型模具制造，且模具表面硬度能够达到 HV700 以上，完全可用于中小批量的轿车覆盖件冲压试生产。目前还未见到电刷镀技术用于模具制造的报道，主要是因为电刷镀不能生成太厚的镀层。电刷镀用于模具表面强化和模具修复的例子比较多见，如东风汽车公司车身厂采用电刷镀工艺在大型覆盖件拉延模具表面刷镀 20 微米厚的 Ni-W(D)镀层，使
12、模具单次修模寿命提高10 倍以上，而商品化的电弧喷涂设备和电刷镀设备自动化程度非常低，还不能满足大型模具制作要求。电刷镀工艺过程比电弧喷涂要繁琐的多，要实现电刷镀过程自动化更为困难，目前看到的文献和专利资料报道的所谓自动电刷镀机都只能实现平面和圆柱面的自动刷镀，不能满足模具型面要求。由于工艺过程过分繁琐，编程困难较大，还没有见到有关机器人在电刷镀作业中应用的报道。在人工电刷镀作业中，刷镀笔运动速度以及刷镀笔与基体之间的压力都不能保持稳定，这将直接导致金属离子沉积速率和刷镀电流的波动，造成镀层不均匀，甚至出现剥落现象。另外电刷镀的劳动强度比电弧喷涂更大，操作人员难以适应大面积刷镀作业。所以，要保
13、证电刷镀电弧喷涂复合成型模具表面质量，要使该技术得以推广应用，必须开发针对大型模具型面自动电刷镀和自动电弧喷涂设备。考虑到刷镀笔和喷枪在模具型面上的运动形式基本相同，本课题拟开发一种一体化智能刷镀喷涂机，使用同一台设备即可完成电刷镀和电弧喷涂两种作业。专利查新结果未见到相似设备。1.3 本文的主要任务本文根据喷涂机的工作域及其运动性能要求，针对喷枪横移机构进行设计，通过对喷枪横移机构的运动分析和动力计算，设计出横移机构的驱动机构，选择合适驱动电机，并对传动零件进行设计，最终完成横移机构的整体结构和几何尺寸，以满足喷枪的运动性能指标。第 2 章 喷涂机构总体要求2.1 喷涂机工作域根据对西安秦川
14、汽车有限公司的模具结构尺寸的调查，Flayer微型轿车最大模具是车身外侧为模具，左右两侧共 8 套模具。其中一套模具，上下模合模后模架尺寸为：36652010998.5，总重量17.8T。另一套，上下模合模后模架尺寸为：36201999999.4，总重量 21.7T。用于冲压的冲压机台面尺寸：40002200500。在以上调查基础上，喷枪有效喷涂工作区域，3500mm2000mm500mm。22 喷枪运动自由度喷枪可做 5 自由度运动，其中 X，Y，Z 方向运动确定喷枪位置。喷枪自身有 U，W 两个运动自由度用来调节其姿态，其中 U 为垂直面内的旋转运动（以后称为摆动） ，W 为绕 Z 方向的
15、旋转运动（以后称为转动） ，并保持喷涂方向与模具型面垂直（允许有20偏差） 。 23 运动特性XYZ图 2-1 喷涂机整体结构X 方向运动：运动范围 3500mm；X 方向最大运动速度500mm/s；X 方向最大运动加速度 500mm/s 。2Y 方向运动：运动范围 2000mm；Y 方向最大运动速度500mm/s；Y 方向最大运动加速度 500mm/s 。2Z 方向运动：运动范围 500mm，同时要求喷枪处于运动最低点时喷口离地面距离在一定范围内（视具体车身而定） ；Z 方向最大运动速度 500mm/s；Z 方向最大运动加速度 500mm/s 。2喷枪摆动： 运动范围以 X 方向为初始方向，喷枪摆动范围为70；喷枪摆动最大角速度 40rpm；喷枪摆动最大角加速度 15/s 。2喷枪转动： 运动范围以 X 方向为初始方向，喷枪转动范围为90；喷枪转动最大角速度 40rpm；喷枪转动最大角
