數(shù)控銑床X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)含開(kāi)題及5張CAD圖

數(shù)控銑床X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)含開(kāi)題及5張CAD圖,數(shù)控,銑床,工作臺(tái),設(shè)計(jì),開(kāi)題,cad 數(shù)控X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì) 摘 要 X-Y數(shù)控工作臺(tái)是是指能分別沿著X 向和Y向移動(dòng)的工作臺(tái)，是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門(mén)廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。工作臺(tái)是機(jī)器的重要組成部分，自動(dòng)化工作臺(tái)可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本。數(shù)控X-Y工作臺(tái)是數(shù)控技術(shù)，它充分利用了計(jì)算機(jī)硬件和軟件的功能，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器控制，擴(kuò)大加工機(jī)床的范圍等最簡(jiǎn)單的應(yīng)用；進(jìn)一步增強(qiáng)了可靠性和精度。我國(guó)現(xiàn)在存在著大量的老式機(jī)床，對(duì)這些機(jī)床數(shù)控化改造非常重要，這能讓我們明顯減低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：X-Y工作臺(tái)；伺服電動(dòng)機(jī)；數(shù)控化 Abstract X - Y numerical control table is refers to can respectively along the X and Y to moving workbench, is a basic component of many electromechanical integration equipment, usually by the guide rail, move the slider, work, ball screw nut pair, and servo motor and other parts.The servomotor ACTS as the actuator to drive the ball screw, and the ball screw nut drives the slider and the working platform to move on the guide rail to complete the linear movement of the worktable in the direction of X and Y.Guide rail pair, ball screw nut pair and servo motor are all standardized by special manufacturers, the design can only be selected according to the working load.Workbench is an important part of machine, automatic workbench can reduce labor intensity greatly, raise labor productivity, reduce cost.CNC x-y worktable is a numerical control technology, which makes full use of the functions of computer hardware and software, so as to realize the simplest applications such as machine control and expanding the range of machine tools.The reliability and accuracy are further enhanced.There are a large number of old machine tools in our country, which are very important for the CNC transformation of these machine tools. Key Words: X-Y workbench;Servomotor;Numerical cont 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1數(shù)控X-Y工作臺(tái)概述 1 1.1.1數(shù)控X-Y工作臺(tái)簡(jiǎn)述 1 1.1.2 數(shù)控X-Y工作臺(tái)的組成 1 1.2數(shù)控X-Y工作臺(tái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2.1我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀 1 1.2.2數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 2 1.2.3國(guó)內(nèi)外對(duì)比 2 1.3設(shè)計(jì)目的及意義 2 1.4總體方案的設(shè)計(jì) 3 1.4.1設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)性能要求 3 1.4.2設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 3 1.4.3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 第2章 伺服電動(dòng)機(jī)的選型 5 2.1伺服電動(dòng)機(jī)的選型 5 2.1.1電機(jī)的選擇依據(jù) 5 2.2步距角的選擇 5 2.3步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的選擇 5 2.4啟動(dòng)矩頻特性校核 6 2.5工進(jìn)運(yùn)行矩頻特性校核 7 第3章 絲杠的選型 9 3.1絲杠的介紹 9 3.1.1絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式 9 3.1.2滾珠絲杠螺母副的組成及特點(diǎn) 9 3.1.3滾珠絲杠螺母副的構(gòu)造形式 9 3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 10 3.2絲杠螺母副的選擇 11 3.3絲杠的校核 12 3.4滾珠絲杠支承的選擇 13 3.4.1支承方式的選擇 13 3.4.2軸承的選擇 13 3.5設(shè)計(jì)滾珠絲杠應(yīng)注意的問(wèn)題 15 第4章 聯(lián)軸器的選型 17 4.1聯(lián)軸器的介紹 17 4.2選擇聯(lián)軸器的類(lèi)型 17 4.2.1初選聯(lián)軸器的類(lèi)型 17 4.2.2初選聯(lián)軸器 17 4.3聯(lián)軸器的校核 18 4.3.1轉(zhuǎn)矩的校核 18 4.3.2銷(xiāo)的抗剪強(qiáng)度的校核 19 第5章 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 21 5.1 導(dǎo)軌的組成種類(lèi)及其應(yīng)滿足的要求 21 5.2導(dǎo)軌材料的選擇及熱處理 21 5.2.1導(dǎo)軌材料的選擇 21 5.2.3導(dǎo)軌的熱處理 22 5.3導(dǎo)軌及其長(zhǎng)度的預(yù)選 22 5.4導(dǎo)軌副的額定壽命計(jì)算 23 5.5滾動(dòng)導(dǎo)軌副的技術(shù)要求 24 5.6導(dǎo)軌防護(hù)罩的設(shè)計(jì) 25 5.6.1導(dǎo)軌防護(hù)罩的介紹 25 5.6.2導(dǎo)軌防護(hù)罩的選擇 25 5.7導(dǎo)軌的注意事項(xiàng) 26 第6章 機(jī)座的設(shè)計(jì) 27 6.1機(jī)座的作用及要求 27 6.2機(jī)座的設(shè)計(jì) 27 6.2.1機(jī)座自身剛度 27 6.2.2提高機(jī)座連接處的接觸剛度 28 6.3機(jī)座材料的選擇 28 第7章 數(shù)控系統(tǒng)的選型 29 7.1硬件選型 29 7.2進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服原理 30 7.3電機(jī)的控制框圖 30 7.4軟件程序設(shè)計(jì) 31 7.4.1逐點(diǎn)比較法 31 7.4.2程序設(shè)計(jì) 31 總 結(jié) 35 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 39 第1章 緒 論 1.1數(shù)控X-Y工作臺(tái)概述 1.1.1數(shù)控X-Y工作臺(tái)簡(jiǎn)述 數(shù)控機(jī)床是一種用數(shù)控指令來(lái)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制使其動(dòng)作的技術(shù)。它被大規(guī)模的用于機(jī)械制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，它的大規(guī)模應(yīng)用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來(lái)變革型的改變，使得制造業(yè)成為工業(yè)化的代表。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)張，數(shù)控X-Y工作臺(tái)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而工作臺(tái)是影響數(shù)控銑床加工精度的重要部分。數(shù)控X-Y工作臺(tái)大量應(yīng)用在機(jī)電一體化設(shè)備上，它通常由工作平臺(tái)，導(dǎo)軌座，滾珠絲杠等組成。其中用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠使得工作平臺(tái)在X向和Y向進(jìn)行線性移動(dòng)。伺服系統(tǒng)是工作臺(tái)的重要組成部分，可以分為三種控制方式：開(kāi)環(huán)，半閉環(huán)，閉環(huán)。開(kāi)環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用步進(jìn)電機(jī)，并且不設(shè)置傳感與檢測(cè)設(shè)備，信號(hào)是單向的。開(kāi)環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，維修簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。通常適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床。半閉環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且在伺服電機(jī)的輸出軸端設(shè)置有傳感和檢測(cè)設(shè)備。閉環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用交流或直流的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且在工作臺(tái)的末端設(shè)置傳感和檢測(cè)裝置。 當(dāng)前有各式的工作臺(tái)在市場(chǎng)上流行，以前的工作臺(tái)只能在規(guī)定的某一機(jī)床上使用，伴隨著科技的進(jìn)步，它們的功能也有單一性向多樣性發(fā)展，比如現(xiàn)在的工作臺(tái)不僅能在鉆床上使用，也可在銑床和鏜床上使用。工作臺(tái)還可以作為機(jī)床的第四回轉(zhuǎn)，提高了機(jī)床的性能和生產(chǎn)率。 1.1.2 數(shù)控X-Y工作臺(tái)的組成 數(shù)控X-Y工作臺(tái)由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作平臺(tái)、滾珠絲杠螺母副、伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。它包含機(jī)械本體構(gòu)件、動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行部分、傳感部分、控制信息處理部分。 1.2數(shù)控X-Y工作臺(tái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀 我國(guó)的數(shù)控機(jī)床研制工作起步于二十世紀(jì)六十年代，從二十世紀(jì)八十年代起，受改革開(kāi)放的影響，我國(guó)從西方國(guó)家引進(jìn)CNC系統(tǒng)（數(shù)控銑床），極大地提高了機(jī)床產(chǎn)品的質(zhì)量。 從起步之初，到現(xiàn)在。我國(guó)數(shù)控機(jī)床可以分為三個(gè)發(fā)展的階段：第一階段是從二十世紀(jì)六十年代到八十年代，在這個(gè)階段受到西方國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)限制以及國(guó)內(nèi)種種困擾，數(shù)控機(jī)床基本上算是在自我摸索，對(duì)機(jī)床的核心技術(shù)沒(méi)有掌握，故而經(jīng)常出現(xiàn)故障；第二階段是二十世紀(jì)八十年代到九十年代中期，在這個(gè)階段，我國(guó)恰逢改革開(kāi)放，積極向西方國(guó)家學(xué)習(xí)和引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，利用國(guó)外現(xiàn)有技術(shù)以及自我學(xué)習(xí)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床有了翻天覆地的進(jìn)步，縮小了中外的差距；第三階段是二十世紀(jì)九十年代中期到現(xiàn)在，我國(guó)開(kāi)啟數(shù)控化目標(biāo)，進(jìn)入自主研發(fā)階段，數(shù)控機(jī)床從質(zhì)量到數(shù)量上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，掌握了一些關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到了世界水平。 1.2.2數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) (1)高速化 (2)精密與超精密化 (3)開(kāi)放化 (4)技術(shù)集成化和技術(shù)復(fù)合化 (5)智能化 (6)綠色化 1.2.3國(guó)內(nèi)外對(duì)比 與國(guó)外的數(shù)控機(jī)床相比，我國(guó)數(shù)控機(jī)床還存在以下幾方面的問(wèn)題： （1）不能達(dá)到市場(chǎng)的需求。 （2）沒(méi)有大規(guī)模的機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)。 （3）沒(méi)有掌握核心技術(shù)。 （4）沒(méi)有高技術(shù)含量，背外國(guó)寡頭企業(yè)握住命脈。 1.3設(shè)計(jì)目的及意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面練習(xí)，目的是通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們能夠合理的運(yùn)用知識(shí)，自己進(jìn)行設(shè)計(jì)訓(xùn)練。讓我們?nèi)娴兀到y(tǒng)地把大學(xué)四年來(lái)學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)鞏固一遍；以及讓我們把理論與實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，讓我們從以下幾個(gè)方面得到提升： (1)能夠正確運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論和相關(guān)知識(shí)，掌握機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，了解并分析設(shè)計(jì)方案，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 (2)通過(guò)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化的機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計(jì)算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (3)通過(guò)測(cè)試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想； (4)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我們?cè)诓殚單墨I(xiàn)、編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)方面得到提升，提高我們的創(chuàng)新精神以及專業(yè)能力。 1.4總體方案的設(shè)計(jì) 1.4.1設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)性能要求 (1)較高的機(jī)床靜、動(dòng)剛度 (2)減少機(jī)床的熱變形 (3)減少運(yùn)動(dòng)間的摩擦和消除傳動(dòng)間隙 (4)提高機(jī)床的壽命和精度保持性 (5)減少輔助時(shí)間和改善操作性能 1.4.2設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 本次設(shè)計(jì)的數(shù)控X-Y工作臺(tái)應(yīng)用于數(shù)控銑床，要求它具備坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)等基本功能。 其具體參數(shù)如下： 工作臺(tái)面的尺寸:：CB＝240mm260m 工作臺(tái)和工件最大負(fù)載重量：G=60kg 工作臺(tái)表面滑動(dòng)摩擦系數(shù)為：0.5 X方向行程：100mm，Y方向行程：160mm 平均切削力：500N 快進(jìn)進(jìn)給速度：1m/min 最高運(yùn)動(dòng)速度：10000mm/min XY方向脈沖當(dāng)量：0.001mm XY方向定位精度：0.02mm 工作壽命：每天8小時(shí)，工作8年，250天/年 1.4.3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為了使傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊得到保證，在這里使用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速，精度要求為高精度。 - 43 - (2)導(dǎo)軌使用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。 (3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用步進(jìn)電機(jī)。 （二）工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 工作臺(tái)草圖如下圖1-1： 圖1-1工作臺(tái)流程圖 根據(jù)給定的有效行程，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量Wx和Wy。 圖1-2工作臺(tái)實(shí)物圖 第2章 伺服電動(dòng)機(jī)的選型 2.1伺服電動(dòng)機(jī)的選型 2.1.1電機(jī)的選擇依據(jù) 電機(jī)受到兩種形式力矩：一種是負(fù)載力矩和切削力矩（包括摩擦力矩）；另一種是加速力矩和減速力矩。電機(jī)選擇應(yīng)該滿足下面的條件。 (1)機(jī)床無(wú)負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)被加載的力矩要小于連續(xù)額定力矩的一半。不然，在切削或加速/減速時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱。 (2)加/減速時(shí)間要短，須在電動(dòng)機(jī)的規(guī)定內(nèi)。一般來(lái)講，負(fù)載力矩能使電動(dòng)機(jī)發(fā)生減速，假如加速在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，減速理論上也在相同時(shí)間完成。這樣我們只需計(jì)算加速力矩。 (3)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱是因?yàn)檫B續(xù)定位和加減速，必須計(jì)算出電動(dòng)機(jī)受到的力矩的均方根值Trms，使其小于電動(dòng)機(jī)的額定力矩 Tc。 (4)電動(dòng)機(jī)的最大切削力矩運(yùn)行的時(shí)間必須在規(guī)定內(nèi)。 (5)負(fù)載的慣量要小于電動(dòng)機(jī)本身慣量的3倍。 這里我們依據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)據(jù)選擇電機(jī)。 2.2步距角的選擇 已知脈沖當(dāng)量 由 θb×L0i×360≤δp代入數(shù)據(jù)的θb×41×360=0.01，θb=0.9 （2-1） 2.3步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的選擇 查《機(jī)械手冊(cè)》得，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是: (1)加速度力矩 （2-2） (2)空載摩擦力矩（取傳動(dòng)系統(tǒng)總效率） （2-3） , (3)附加摩擦力矩 為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 故電機(jī)空載啟動(dòng)力矩 作用在工作臺(tái)的合力的計(jì)算，逆銑的時(shí)候合力大 作用在工作臺(tái)上的合力折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩 運(yùn)動(dòng)部件正常工作時(shí)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 故運(yùn)動(dòng)部件正常運(yùn)行時(shí)需的最大靜轉(zhuǎn)矩 此處取0.5代入得 按步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇要求 所以，選擇步進(jìn)電機(jī)55BF009 2.4啟動(dòng)矩頻特性校核 當(dāng)啟動(dòng)力矩時(shí)對(duì)應(yīng)的允許啟動(dòng)頻率，電機(jī)的啟動(dòng)頻率 ，保證了電機(jī)快速啟動(dòng)時(shí)不丟步。 運(yùn)行矩頻特性校核 快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性校核： 由式2-34得，快進(jìn)力矩 查《指導(dǎo)書(shū)》2-22得，允許快進(jìn)頻率 由式2-33得電機(jī)最高快進(jìn)頻率 （2-4） ，故電機(jī)快速進(jìn)給時(shí)不丟步。 2.5工進(jìn)運(yùn)行矩頻特性校核 工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率為 工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需力矩 工作負(fù)載力矩 允許工進(jìn)運(yùn)行力矩 滿足設(shè)計(jì)要求，故可選用此電機(jī)。 第3章 絲杠的選型 3.1絲杠的介紹 3.1.1絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式 絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它是一種將滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，也可以傳遞能量。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)又分為滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，能自鎖。但摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低。滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。但是它摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高。綜合各種因素，選擇滾動(dòng)絲杠螺母副。 根據(jù)工作臺(tái)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)形式選擇絲杠傳動(dòng)螺母移動(dòng)，此傳動(dòng)形式需要控制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，因而得設(shè)置導(dǎo)向裝置。它特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，在工作形成大的場(chǎng)合都用它。 3.1.2滾珠絲杠螺母副的組成及特點(diǎn) 滾珠絲杠螺母副是一種將滾動(dòng)變?yōu)榫€性運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分構(gòu)成。。 滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠副相比，它的優(yōu)勢(shì)在于軸向剛度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，不易磨損，使用壽命長(zhǎng)。 3.1.3滾珠絲杠螺母副的構(gòu)造形式 滾珠絲桿副結(jié)構(gòu)類(lèi)型的區(qū)分可以在這幾個(gè)方面：螺紋滾道截面形狀、滾珠循環(huán)方式和消除軸向的調(diào)整方法。 在這里我們只從滾珠的循環(huán)方式去選擇絲杠。滾珠絲杠螺母副中的滾珠循環(huán)方式為：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，他們的具體區(qū)別見(jiàn)下面的表。 表3-1滾珠的循環(huán)方式 類(lèi)別 形式 特點(diǎn) 內(nèi)循環(huán) 優(yōu)點(diǎn):返回通道短一個(gè)循環(huán)只有一圈鋼球,流暢性好,摩擦損失小,效率高,徑向尺寸小,剛性好 缺點(diǎn):返向器鋼球返回通道的曲面加工復(fù)雜 復(fù)雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊,工藝性好 缺點(diǎn):循環(huán)回路長(zhǎng),流暢性差,鋼球通過(guò)短槽時(shí)易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,承載能力大 缺點(diǎn):鋼球流暢性較差,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工藝性好,鋼球的流暢性好,應(yīng)用較廣 缺點(diǎn):凸出式的插管凸出于螺母外部,徑向尺寸較大 3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 當(dāng)滾珠絲杠副出現(xiàn)負(fù)載時(shí)滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將發(fā)生彈性變形現(xiàn)象。每當(dāng)進(jìn)行換向它的軸向間隙會(huì)產(chǎn)生空回現(xiàn)象。此空回現(xiàn)象是非連續(xù)的，不但會(huì)影響傳動(dòng)精度，也會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。如果選擇單螺母絲桿螺母副，它的間隙消除不容易。在實(shí)際中，通常用下表的調(diào)整預(yù)緊方法。 表3-2常見(jiàn)調(diào)整預(yù)緊辦法 調(diào)整預(yù)緊方式 特點(diǎn) 雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、預(yù)緊可調(diào)，缺點(diǎn)是不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整。 雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 優(yōu)點(diǎn)是能定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微調(diào)，調(diào)整容易。 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高、預(yù)緊可靠，缺點(diǎn)是調(diào)整難。 彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式 優(yōu)點(diǎn)是可以消除工作過(guò)程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，不適用于重載場(chǎng)合。 單螺母變位倒程自頂預(yù)緊式和 單螺母滾珠過(guò)贏預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但在使用中不能調(diào)整，且制造困難。 在保證防塵防護(hù)以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的前提下，選用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。比如，當(dāng)必須保證在有間隙存在時(shí)能夠選單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠螺母副；當(dāng)必須保證預(yù)緊或在工作中有磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，就選擇雙螺母螺紋預(yù)緊；當(dāng)必須保證優(yōu)秀的防塵條件以及在裝配時(shí)有良好的調(diào)整間隙及預(yù)緊力的能力，選擇雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的工作臺(tái)必須保證足夠的防塵條件以及在裝配時(shí)有良好的調(diào)整間隙及預(yù)緊力的能力，所以我選擇雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式。 3.2絲杠螺母副的選擇 表3-3 絲杠螺母副數(shù)據(jù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 余量/mm 節(jié)距/mm 25 5 20 8 絲杠的工作長(zhǎng)度受到絲杠的工作行程影響，所以在這對(duì)絲杠進(jìn)行初選： 初選X方向絲杠的工作長(zhǎng)度為410mm 初選Y方向絲杠的工作長(zhǎng)度為460mm 滾珠絲杠的工作載荷計(jì)算公式為： （3-1） 根據(jù)上述可知，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》得KF=1.2，取KH=1.2， 取D精度，取 =1.0， X方向絲杠工作載荷： S=1.2×1.2×1.0×600=864N Y方向絲杠工作載荷： =1.2×1.2×1.0×600=864N 額定動(dòng)載荷值計(jì)算： 導(dǎo)程初選為5mm，則 = =8645011N 滾珠絲杠螺母副的選擇依據(jù)是值，由于滾珠絲杠螺母副額定動(dòng)載荷要求Ca>=，所以查閱資料選擇下面型號(hào)規(guī)格： FC1-2505-2.5 Ca=5011N 公稱直徑D=25mm 導(dǎo)程P=5mm 螺旋角 滾珠直徑 計(jì)算可得： 滾道半徑 R=0.52 偏心距 絲杠內(nèi)徑 3.3絲杠的校核 (1)因?yàn)榻z杠在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn),因而得驗(yàn)算它的安全系數(shù)S，S要高于絲杠螺母副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)所要求的安全系數(shù)。 臨界載荷是指絲杠在工作中不產(chǎn)生失穩(wěn)的最大載荷 其中 E=206Gpa L=0.3m 取 則 安全系數(shù) 查閱文獻(xiàn)知[S]=253.3，所以S>[S] 所以絲杠是符合要求的 (2)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，所以要計(jì)算不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象的最高轉(zhuǎn)速—臨界轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速 因?yàn)?所以絲杠在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 (3)此外滾珠絲杠副還受Dn值的限制，通常要求： Dnmm/min Dn=25 < (4)滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T的交互下會(huì)指示每個(gè)導(dǎo)程的變形量為： （3-2） 在公式中，A為絲杠截面積，A為絲杠的極慣性矩， G為絲杠切變模量對(duì)鋼G=83.3GP a;T(Nm)為轉(zhuǎn)矩， 式中 為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù),為平均工作載荷.摩擦系數(shù)： ,則得 按最不利的情況取(F=) 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2,即 由計(jì)算可知該絲杠的剛度滿足要求。 （4）效率驗(yàn)算： 要求在90%-95%之間，所以該絲杠螺母副滿足要求。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，F(xiàn)C1-2505-2.5滿足各項(xiàng)性能要求。 3.4滾珠絲杠支承的選擇 3.4.1支承方式的選擇 滾珠絲杠的載荷包含軸向載荷，徑向載荷。所以，滾珠絲杠對(duì)于軸向剛度和位移精度很苛刻。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： （1）兩端固定，適用于高轉(zhuǎn)速、高精度的絲杠； （2）一端固定一端游動(dòng)，適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的絲杠； （3）一端固定一端自由，適用于低轉(zhuǎn)速、中精度、短軸向的絲杠。 因?yàn)橐笾修D(zhuǎn)速、高精度，本次選擇一端固定一端游動(dòng)的支承方式。固定端采用軸承連接。 3.4.2軸承的選擇 （1）軸承的分類(lèi) 軸承可以分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。滾珠絲杠螺母副一般使用滾動(dòng)軸承。 滾動(dòng)軸承可以分為兩大類(lèi)：球軸承與滾子軸承。滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成。滾動(dòng)軸承具體有下面幾種： 深溝球軸承。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。單列向心球軸不能承受軸向力，在旋轉(zhuǎn)精度和剛度要求不夠的場(chǎng)合使用。角接觸軸承不但可以經(jīng)受徑向載荷而且也能經(jīng)受軸向載荷；還能調(diào)整大小。因此大規(guī)模使用于輕載。 雙列向心短圓柱滾子軸承。這種軸承兩種：滾道開(kāi)在內(nèi)圈和滾道開(kāi)在外圈。這兩種軸承的圓柱滾子數(shù)目多、密度大，分兩列交叉排列，旋轉(zhuǎn)時(shí)支承剛度變化小，內(nèi)圈上均有1:12的錐孔與帶錐度的軸頸配合，在軸頸發(fā)生軸向移動(dòng)時(shí)，內(nèi)圈擴(kuò)大，所以能調(diào)節(jié)軸承的徑向間隙或?qū)崿F(xiàn)預(yù)緊；使用的場(chǎng)合在較大載荷、較高轉(zhuǎn)速要求的。 圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承由內(nèi)圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。它能經(jīng)受大載荷，剛度高，但是轉(zhuǎn)速低，不過(guò)可以達(dá)到加工精度。 推力軸承。推力軸承優(yōu)點(diǎn)是承載能力強(qiáng)，支承剛度高，但轉(zhuǎn)速低，動(dòng)作大。 （2）軸承的選擇 選擇角接觸軸承7202AC，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表： 表3-4接觸軸承的數(shù)據(jù) d(mm) D(mm) B(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (kN) (kN) 15 32 9 18.4 29.6 0.3 20.4 26.6 0.3 6.25 3.42 它的優(yōu)點(diǎn)是：既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷，接觸角大、鋼球多、剛度高。 （3）軸承的校核 基本額定動(dòng)載荷： 取滾動(dòng)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷X的值：X=1，Y=0.92 則當(dāng)量動(dòng)載荷為： 軸承壽命的計(jì)算： 軸承的預(yù)期壽命取=25000h 額定動(dòng)載荷的計(jì)算： N<9980N 所以選擇的的軸承可以滿足壽命和強(qiáng)度的的要求。 (4)軸承的潤(rùn)滑與配合 滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)是能夠使軸承內(nèi)部摩擦及摩損變少，潤(rùn)滑效果： ①減少摩擦及摩損。 ②延長(zhǎng)疲勞壽命。 ③排出摩擦熱、冷卻。 ④也有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹、腐蝕之效果。 軸承潤(rùn)滑方法：脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑。為了使軸承發(fā)揮出它的潛力，就得要采用正確的潤(rùn)滑方法。油潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)在于它的潤(rùn)滑性。滾動(dòng)軸承軸頸和內(nèi)圈的配合選擇基孔制，座孔和外圈的配合選擇基軸制。為了避免軸頸與內(nèi)圈在作旋轉(zhuǎn)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸承內(nèi)圈與軸頸選擇m5、m6、n6、p6、r6、js5這些不松的配合。軸承外圈與座孔選擇J7、K7、M7、H7這些緊的配合。載荷大小、方向和性質(zhì)這些因素決定了怎么去選擇配合；但最終的選擇得參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。 (5)軸承使用注意事項(xiàng) 滾動(dòng)軸承與其他的機(jī)械零件相比它的優(yōu)勢(shì)在于：精度高，因而對(duì)于選用它的萬(wàn)分小心。 ①軸承得保證清潔衛(wèi)生。 ②用時(shí)仔細(xì)認(rèn)真 ③不能給軸承施加突然的猛烈沖擊，這會(huì)造成軸承產(chǎn)生傷痕、斷裂等損傷。 ④意軸承的防銹 ⑤在軸承的工作場(chǎng)所應(yīng)該保證通風(fēng)透氣，不能在潮濕的地方，最好是裝上軸套。 3.5設(shè)計(jì)滾珠絲杠應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)為了延長(zhǎng)使用壽命和精度，滾珠絲杠螺母副得安裝在螺母上的合力上并且在絲杠軸心，這樣做是為了使?jié)L珠受力均勻，不產(chǎn)生傾覆力。 (2)放逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動(dòng)逆效率高，一般當(dāng)電機(jī)停電時(shí)，由于部件自重會(huì)使螺旋副產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng)，為了避免逆?zhèn)鲃?dòng)有下面幾種方式：停電自鎖的電機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、離合器。 (3)滾珠絲杠螺母副為了避免越程后滾珠絲杠副遭受撞擊而使精度，壽命等出現(xiàn)問(wèn)題一般都會(huì)在行程兩端設(shè)置行程保護(hù)裝置。 (4)防止熱變形：對(duì)精密螺旋傳動(dòng)的定位精度有重要影響的因素是熱變形。他會(huì)造成絲杠熱膨脹從而拉長(zhǎng)。解決的辦法是用預(yù)拉伸或者強(qiáng)制冷卻等用以降低熱變形對(duì)絲杠的影響。 (5)防止彎曲變形：產(chǎn)生彎曲變形的原因是水平放置的絲杠由于自重使得軸線產(chǎn)生彎曲變形，這不僅會(huì)影響導(dǎo)程累積誤差，還會(huì)影響螺母的受載。在使用細(xì)長(zhǎng)絲杠時(shí)，要提防和降低自重彎曲變形。 (6)防護(hù)與密封：滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)不流暢的原因之一是由于塵埃和雜質(zhì)存在于滾道中，這會(huì)造成滾到和加速滾動(dòng)體出現(xiàn)磨損，使?jié)L動(dòng)螺旋副精度降低。所以防塵必不可失。解決辦法是在滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈和為絲杠安裝防護(hù)裝置。 (7) 減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、提高傳動(dòng)效率、延長(zhǎng)螺旋副使用壽命的辦法是給這些零件潤(rùn)滑。在這里我們可以給接觸表面的裝上油膜，油膜的作用有吸振、減小傳動(dòng)噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物。 第4章 聯(lián)軸器的選型 4.1聯(lián)軸器的介紹 聯(lián)軸器是指用來(lái)聯(lián)接兩軸或者軸與會(huì)轉(zhuǎn)件使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)件。一般可分為以下幾種：聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器三種。 剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜但是不具有補(bǔ)償能力。在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對(duì)偏移極小的場(chǎng)合下才選擇它。 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補(bǔ)償被相對(duì)偏移的能力，但關(guān)鍵取決于型號(hào)。 無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器：優(yōu)點(diǎn)是承載能力大，但缺點(diǎn)也很明顯他沒(méi)有緩沖減震性能，有沖擊噪聲；在低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場(chǎng)合受到廣泛歡迎。 非金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器：優(yōu)點(diǎn)是具備緩沖減震性能；但因?yàn)樗膹椥栽?qiáng)度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，所以只在高速、輕載和常溫的場(chǎng)合中使用 金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器：不僅有良好緩沖減震性能，它的承載能力還高，在速度變化大的場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。 安全聯(lián)軸器：最大特點(diǎn)是有一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)，但它只能在限定載荷只中工作。每當(dāng)實(shí)際載荷大于額定載荷時(shí)就會(huì)截?cái)啵瑥亩箓鲃?dòng)停止，起到保護(hù)作用。 起動(dòng)安全聯(lián)軸器：不僅有過(guò)載保護(hù)作用，還有空載起動(dòng)作用。 4.2選擇聯(lián)軸器的類(lèi)型 4.2.1初選聯(lián)軸器的類(lèi)型 聯(lián)軸器的選擇得考慮以下幾點(diǎn)： (1)聯(lián)軸器工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能有什么需求。 (2)聯(lián)軸器在工作時(shí)轉(zhuǎn)速的高低以及產(chǎn)生離心力的強(qiáng)弱。 (3)聯(lián)軸器在工作時(shí)兩軸產(chǎn)生相對(duì)位移的多少和方向。 (4) 聯(lián)軸器的可靠性以及對(duì)工作環(huán)境有什么要求。 (5) 聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。 4.2.2初選聯(lián)軸器 根據(jù)滾珠絲杠的軸徑和來(lái)選取聯(lián)軸器。選擇圓錐銷(xiāo)套筒聯(lián)軸器，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。 表4-1聯(lián)軸器性能 類(lèi) 別 聯(lián)軸器名稱 轉(zhuǎn)矩范圍N.mm 軸徑范圍mm 最高轉(zhuǎn)速r/min 特點(diǎn)及應(yīng)用說(shuō)明 剛性 凸緣聯(lián)軸器（GBT5843—2003） 10~20000 10~180 13000~2300 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆、維護(hù)方便；安全、可靠；具備緩沖性和可移性 套筒 夾殼聯(lián)軸器 （HG5—213—1965） 85~9000 30~110 900~380 具備緩存，減震等作業(yè)，性能的極限溫度低，工作平穩(wěn)可靠，無(wú)噪音，工藝性好。 聯(lián)軸器 固定式 緊箍夾殼聯(lián)軸器 套筒聯(lián)軸器 180~12500 圓錐銷(xiāo) 3~4000 平鍵71~5000 半圓鍵 8~450 花鍵150~12500 30~110 4~100 20~100 10~35 25~102 900~380 一般小于等200~250 其特點(diǎn)和使用性能與夾殼聯(lián)軸器相似，但外形簡(jiǎn)單，平衡條件有所改善，夾緊力大，很適宜用于徑向夾緊力大的場(chǎng)合。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時(shí)需沿軸向移動(dòng)較大的 距離。而且只能 連接兩軸直徑相同的圓 柱形，軸伸一般用于工作 平穩(wěn)的功率傳動(dòng)軸系。 選擇d=12mm的圓錐銷(xiāo)套筒聯(lián)軸器，其數(shù)據(jù)如下： 表4-2 d=12mm的圓錐銷(xiāo)套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù) d 公稱轉(zhuǎn)矩（Nm） D L l C 圓錐銷(xiāo) （2個(gè)） 12 7.5 22 40 8 0.5 4×22 4.3聯(lián)軸器的校核 4.3.1轉(zhuǎn)矩的校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式如下： （4-1） 式中：K——工作情況系數(shù) P——輸出功率（kw） T——理論轉(zhuǎn)矩N.m ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩N.m N——工作轉(zhuǎn)速r/mi n 則聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩為(根據(jù)研究取K=1.5)： = 經(jīng)計(jì)算可以確定選則的聯(lián)軸器合適。 4.3.2銷(xiāo)的抗剪強(qiáng)度的校核 銷(xiāo)的抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式如下： （4-2） 則銷(xiāo)的抗剪強(qiáng)度為： 經(jīng)計(jì)算銷(xiāo)的抗剪強(qiáng)度合適，材料為45號(hào)鋼。 第5章 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 5.1 導(dǎo)軌的組成種類(lèi)及其應(yīng)滿足的要求 導(dǎo)軌分為直線導(dǎo)軌和回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌；其中直線導(dǎo)軌又分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌；滾動(dòng)導(dǎo)軌副是由鋼珠在滑塊與導(dǎo)軌中作無(wú)線滾動(dòng)循環(huán)，使得工作臺(tái)能夠沿著導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)；它由三部分組成：滾珠、滾柱、滾針；它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爬出現(xiàn)象；它的優(yōu)勢(shì)還有定位精度高，摩擦阻力小，精度保持好；但是缺點(diǎn)也很明顯它的抗震性差，所以對(duì)防護(hù)的要求高。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性高、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好。所以在選擇導(dǎo)軌時(shí)需要考慮上述種種因素。 5.2導(dǎo)軌材料的選擇及熱處理 5.2.1導(dǎo)軌材料的選擇 導(dǎo)軌常用的材料是鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。 (1) 鑄鐵。鑄鐵有良好的耐磨性、抗震性和工藝性，熱穩(wěn)定性好，易于鑄造以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，故而在滑動(dòng)導(dǎo)軌中被大量使用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，一般選擇HT200，硬度以180~200HB較為適合。適當(dāng)增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可以提高導(dǎo)軌的耐磨性，一般用于中等精度和運(yùn)動(dòng)速度較低的導(dǎo)軌。 高磷鑄鐵，含磷量為0.3%~0.65%的灰口鑄鐵，其硬度為180~220HB，耐磨性比灰鑄鐵HT200高。 低合金鑄鐵，優(yōu)點(diǎn)是有很好的耐磨性。 稀土鑄鐵，優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高以及硬度好，但不足得是它的抗震性差以及成本昂貴。 (2) 鋼。是對(duì)含碳質(zhì)量百分比介于0.02%—2.11%之間的鐵碳合金統(tǒng)稱。它的有點(diǎn)是耐磨性好，淬火后的鋼的耐磨性比不淬的鑄鐵高5~10倍。常用的鋼有45鋼、40Cr、T8A、T10A、GCr15等。 (3) 有色金屬。是指鐵、錳、鉻以外的所有金屬的統(tǒng)稱。常用的有色金屬有鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金等，其中首推鋁合金。 (4) 塑料。塑料是以單分子為原料，通過(guò)加聚或聚縮反應(yīng)聚合而成的高分子化合物。塑料導(dǎo)軌具有較好的耐磨耗性，耐沖擊性好，大規(guī)模應(yīng)用于生產(chǎn)中，抗拉扯能力大，加工成本低，可降低低速運(yùn)動(dòng)的臨界速度，質(zhì)量輕且堅(jiān)固，工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 經(jīng)過(guò)考慮所有數(shù)據(jù)，導(dǎo)軌材料選用灰鑄鐵HT200 5.2.3導(dǎo)軌的熱處理 導(dǎo)軌熱處理:一般重要的導(dǎo)軌，鑄件粗加工后進(jìn)行一次時(shí)效處理，高精度導(dǎo)軌鑄件半精加工后還需進(jìn)行第二次時(shí)效處理。 常用導(dǎo)軌淬火方法有: (1) 接觸電阻淬火，淬硬層深度0.15～0.2mm。硬度可達(dá)HRC55。 (2) 中高頻感應(yīng)淬火，淬硬層深度2～3mm,硬度可達(dá)HRC48-55。這種淬火方法能提高二倍耐磨性。 5.3導(dǎo)軌及其長(zhǎng)度的預(yù)選 我選擇的導(dǎo)軌副是滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。選擇它的原因如下： (1)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦系數(shù)小，有效幫助它的響應(yīng)速度和靈敏度。 (2)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的承載性強(qiáng)，剛度高。 (3)滾動(dòng)直線的導(dǎo)軌副的摩擦特性好，直線運(yùn)動(dòng)時(shí)速度高，低速時(shí)不爬行。 (4)滾動(dòng)直線的導(dǎo)軌副導(dǎo)向精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝容易并具備互換性。 綜合各項(xiàng)要求，選擇燕尾形導(dǎo)軌。X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2P 12×940-4, Y方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20AAL2P 2×1090-4。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》9-149。 導(dǎo)軌的長(zhǎng)度：由于導(dǎo)軌長(zhǎng)度影響工作臺(tái)的工作精度和高度，一般可根據(jù)滑塊導(dǎo)向部分的長(zhǎng)度來(lái)確定導(dǎo)軌長(zhǎng)度。 其公式為： L=H+S+△l-S1-S2 （5-1） 由此公式估算出=370mm,=420mm 其中: L——導(dǎo)軌長(zhǎng)度 H——滑塊的導(dǎo)向面長(zhǎng)度 S——滑塊行程 △l——封閉高度調(diào)節(jié)量 S1——滑塊到上死點(diǎn)時(shí)，滑塊露出導(dǎo)軌部分的長(zhǎng)度 S2——滑塊到下死點(diǎn)時(shí)，滑塊露出導(dǎo)軌部分的長(zhǎng)度 5.4導(dǎo)軌副的額定壽命計(jì)算 （1）X方向的導(dǎo)軌計(jì)算 X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2P 12×940-4，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，這種導(dǎo)軌的額定動(dòng)，靜載荷分別為Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。 因滑座數(shù)M=4,所以每根導(dǎo)軌上使用2個(gè)滑座。 其中工作臺(tái)的最大重量為: G=60×10N=600N F1=F2=F3=F4=1/4(G+F)=200N 滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式為： L=（/）K （5-2） 式中：L——額定壽命（km）； ——額定動(dòng)載荷（KN）； P——當(dāng)量動(dòng)載荷（KN）； ——受力最大滑塊所受的載荷（KN）； Z——導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)； ——指數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌體為滾珠時(shí)，ε=3；當(dāng)為滾柱時(shí) =10/3； K——額定壽命單位（KM），滾珠時(shí)，K=50km；滾柱時(shí)，K=100km； ——硬度系數(shù)； 由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇?1 ft--溫度系數(shù)，查下表,得ft=1 表5-1溫度系數(shù) 工作溫度/ 100~150 150~200 200~250 1 0．90 0．73 0．60 ——接觸系數(shù)，查下表；得 =0.81 表5-2接觸系數(shù) 每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 1．00 0．81 0．72 0．66 0．61 ——精度系數(shù)，查下表；取=1 表5-3精度系數(shù) 工作條件 無(wú)外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，速度小于15m/min 1~1.5 無(wú)明顯沖擊或振動(dòng)的場(chǎng)合，速度為15~60m/min 1.5~2 有外部沖擊或高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，速度大于60m/min 2~3.5 ——載荷系數(shù)，查下表；得 =1 表5-4載荷系數(shù) 精度等級(jí) 2 3 4 5 1．0 1．0 0．9 0．9 將數(shù)據(jù)帶入公式中即可算出L=37179km （2）壽命時(shí)間的計(jì)算 當(dāng)行程長(zhǎng)度一定，以h為單位的額定壽命為： 式中 ——壽命時(shí)間（h） L——額定壽命（km） ——行程長(zhǎng)度（m） ——每分鐘往返次數(shù) 由于一年有250個(gè)工作日，每天工作8小時(shí)。則預(yù)計(jì)的工作壽命年限為： 年 同理，可以求得Y方向的導(dǎo)軌副的額定壽命： 年 5.5滾動(dòng)導(dǎo)軌副的技術(shù)要求 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的技術(shù)要求包括包括配合性質(zhì)和公差等級(jí)、配合面的形位公差和表面粗糙度等。其精度主要根據(jù)工作精度要求，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用條件而定。 （1）配合性質(zhì)和公差等級(jí)：對(duì)導(dǎo)向精度要求較高的導(dǎo)軌面，常用H6/h5，H7/h6，H6/g5，H7/g6等配合，對(duì)導(dǎo)向精度要求不高的導(dǎo)軌面，可用H8/h7，H8/f7等配合。這里導(dǎo)向精度要求高，我們選用H7/h6配合。 （2）配合面的形位公差：導(dǎo)軌配合面的形位公差應(yīng)根據(jù)機(jī)械對(duì)導(dǎo)向精度的要求而定。如導(dǎo)向面的直線度公差，導(dǎo)向面對(duì)基準(zhǔn)平面或基準(zhǔn)軸線的平行度公差等，一般占機(jī)械導(dǎo)向精度的1/2~1/3。本次設(shè)計(jì)中本機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌精度取3級(jí)。 （3）表面粗糙度：表面粗糙度應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的公差等級(jí)確定。對(duì)于普通精度的導(dǎo)軌，被包容件導(dǎo)向面的表面粗糙度幅度參數(shù)Ra在0.63~2.5范圍內(nèi)；對(duì)于高精度的導(dǎo)軌，表面粗糙度幅度參數(shù)Ra在0.16~0.6范圍內(nèi)，包容件導(dǎo)向面的表面粗糙度相應(yīng)降一級(jí)。 5.6導(dǎo)軌防護(hù)罩的設(shè)計(jì) 5.6.1導(dǎo)軌防護(hù)罩的介紹 機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩，又稱為機(jī)床導(dǎo)軌防塵罩。按材質(zhì)分為鋼制導(dǎo)軌防護(hù)罩、塑膠布導(dǎo)軌防塵罩、耐油橡膠防護(hù)罩。不同的機(jī)床不同的工作環(huán)境采用不同材質(zhì)和形式的導(dǎo)軌防護(hù)罩。 5.6.2導(dǎo)軌防護(hù)罩的選擇 幾種導(dǎo)軌防護(hù)罩的區(qū)別如下： （1）只是用來(lái)防塵防油、運(yùn)行速度快的機(jī)床，如：龍門(mén)銑床、線切割機(jī)床、電火花機(jī)等機(jī)床就適合用風(fēng)琴式塑膠布防護(hù)罩，此類(lèi)護(hù)罩行程長(zhǎng)壓縮小、護(hù)罩內(nèi)沒(méi)有任何金屬零件，不用擔(dān)心護(hù)罩工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)零件松動(dòng)而給機(jī)器造成嚴(yán)重的損壞。 （2）運(yùn)行速度快，并且有高溫金屬碎屑的機(jī)床，如：數(shù)控加工中心等機(jī)床就適合用盔甲式風(fēng)琴防護(hù)罩，此類(lèi)護(hù)罩適合立導(dǎo)軌，即通常說(shuō)的Y軸導(dǎo)軌的防護(hù)。 （3）冷卻液多高溫金屬碎屑屑多、機(jī)床運(yùn)行速度慢的機(jī)床，如：加工中心、落地鏜銑床、龍門(mén)刨床等機(jī)床就適合用鋼制導(dǎo)軌防護(hù)罩。 （4）只是用來(lái)防塵、耐酸堿液、沒(méi)有高溫環(huán)境的機(jī)械設(shè)備，如液壓機(jī)械的油缸，適合選擇橡膠防塵罩。該型防塵罩具有柔軟的外形、耐酸堿、使用時(shí)間長(zhǎng)、伸縮更自如的特點(diǎn)。 考慮各種因素，我們選擇鋼板防護(hù)罩。鋼板防護(hù)罩鋼制能防止銹蝕。防護(hù)罩有多節(jié)鋼板重疊在一起組成，每節(jié)后側(cè)均有一塊立板，立板上鑲有滑塊或滾輪，可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，防護(hù)罩可隨之伸長(zhǎng)或壓縮?？梢詾樗械臋C(jī)床種類(lèi)提供相應(yīng)的導(dǎo)軌防護(hù)類(lèi)型（水平、垂直、傾斜、橫向）。根據(jù)運(yùn)行速度及導(dǎo)軌的不同鋼板防護(hù)罩的結(jié)構(gòu)也不同。運(yùn)行速度10m /min之下的我們裝有聚安脂或黃銅滑塊。中等速度30m /min之下的裝有滾軸。驅(qū)動(dòng)板、刮屑板及吸屑板之間還需要用緩沖系統(tǒng)，目的是減少碰撞、噪音及摩擦。鋼板防護(hù)罩的節(jié)數(shù)對(duì)其比例、重量及運(yùn)行特性都很重要。每個(gè)單節(jié)都應(yīng)盡可能的長(zhǎng)，這樣可以減少節(jié)數(shù)，一般情況最大拉伸與最小壓縮比例應(yīng)在3：1和5：1之間（最高可達(dá)10：1）。寬度較大時(shí)必須折邊，提高橫向穩(wěn)定性。屋脊型及折邊都可以做到，傾斜型可以使液體及碎屑自動(dòng)流走。 5.7導(dǎo)軌的注意事項(xiàng) 潤(rùn)滑：如果產(chǎn)品上已涂有防銹油，使用前請(qǐng)先將防銹油擦拭干凈，然后封裝潤(rùn)滑油后再進(jìn)行使用。 組裝：互換性產(chǎn)品（即導(dǎo)軌和滑塊可以任意匹配的產(chǎn)品）的滑塊是以裝在暫用軸上的形式提供的。為此，在與導(dǎo)軌相組合時(shí)，請(qǐng)加以留意。如擅自拆卸各部位，就會(huì)導(dǎo)致粉塵的進(jìn)入或使各部位組合精度的下降，為此，如不是萬(wàn)不得已的情況，請(qǐng)不要輕易拆卸。 使用上的注意事項(xiàng)：使用時(shí)，請(qǐng)盡量避免粉塵或異物的進(jìn)入?；瑝K處于反吊狀態(tài)時(shí)（例如固定在天花板上滑塊朝下使用時(shí)），如萬(wàn)一端蓋受損，滾珠就會(huì)滾出，導(dǎo)致滑塊從導(dǎo)軌脫落．對(duì)于這種用途，請(qǐng)事先采取追加安全裝置等相應(yīng)的措施。 保管：如導(dǎo)軌放置狀態(tài)不良，就會(huì)造成導(dǎo)軌變形．保管時(shí)，要將它放置在適當(dāng)?shù)钠矫嫔?，保持水平擺放。 第6章 機(jī)座的設(shè)計(jì) 6.1機(jī)座的作用及要求 機(jī)座是支承其他零部件的基礎(chǔ)部件。它既能承受其他零部件的重量和工作載荷，又能起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。機(jī)座多采用鑄件。其基本特點(diǎn)是尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多，幾何精度和相對(duì)位置精度要求高。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)某些關(guān)鍵表面及相對(duì)位置精度提出相應(yīng)的精度要求，以保證產(chǎn)品總精度。其次，震動(dòng)將直接影響產(chǎn)品的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)對(duì)其剛度和抗震性提出下列要求。 （1）剛度和抗震性 剛度是抵御載荷變形的能力。抵抗恒定載荷變形的能力稱為靜剛度；如果基礎(chǔ)部件的剛性不行，則在工件的重力、夾緊力、按摩力、慣性力和工作載荷作用下，進(jìn)而產(chǎn)生變形、震動(dòng)或爬行現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其他性能。提高機(jī)座的抗震性可以采用：提高靜剛度；增加阻尼；在不降低機(jī)座的靜剛度前提下，減輕機(jī)座重量；采取隔振措施。 （2）熱變形 系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)、強(qiáng)光源等熱源散發(fā)的熱量，零部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而摩擦生熱，電子元件發(fā)熱，都將傳到機(jī)座上：如果熱量分布不均勻、散熱性能不同，就會(huì)由于不同部位的溫差而產(chǎn)生熱變形，影響其原有精度；為減小熱變形，可以采用：控制熱源；采用熱平衡的辦法，控制各處的溫差，從而減小其相對(duì)變形。 （3）穩(wěn)定性機(jī)座的穩(wěn)定性是指長(zhǎng)時(shí)間的保持其幾何尺寸和主要表面相對(duì)位置精度，以防止產(chǎn)品原有精度的喪失。所以，對(duì)鑄件機(jī)座進(jìn)行時(shí)效處理來(lái)降低機(jī)座變形的內(nèi)應(yīng)力。 （4）其他要求 除上述要求之外，還應(yīng)考慮工藝性、經(jīng)濟(jì)性及人機(jī)工程等方面的要求。 6.2機(jī)座的設(shè)計(jì) 機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時(shí)還要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性及節(jié)省材料、降低成本和縮短周期等問(wèn)題。 6.2.1機(jī)座自身剛度 保證自身剛度度可以從以下幾點(diǎn)來(lái)做： （1）合理選擇截面形狀和尺寸。 （2）合理布置筋板和加強(qiáng)筋。 （3）合理的開(kāi)孔和加蓋。 6.2.2提高機(jī)座連接處的接觸剛度 在兩個(gè)平面接觸處，由于微觀的不平度，實(shí)際接觸只是凸起部分。當(dāng)受外力作用時(shí)，接觸點(diǎn)的壓力增大，產(chǎn)生一定的變形，這種變形稱為接觸變形。 為提高連接處的接觸剛度，固定接觸表面的表面粗糙度應(yīng)小于2.5um，以便增加實(shí)際接觸面積；固定螺釘應(yīng)在接觸面上造成一個(gè)預(yù)壓力，壓強(qiáng)一般為2.5MPa，并據(jù)此設(shè)計(jì)固定螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，以及擰緊螺母的扭矩，在安裝螺釘處加厚凸緣來(lái)增加局部剛度，并提高連接剛度。 6.3機(jī)座材料的選擇 機(jī)架材料的選用，主要根據(jù)機(jī)架的使用要求，由于多數(shù)機(jī)架形狀較復(fù)雜，故一般采用鑄造，因?yàn)殍T鐵的鑄造性能好，性價(jià)比高和吸震性強(qiáng)，應(yīng)用最廣。 鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)： （1）它的流動(dòng)性好，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件。 （2）在鑄造中加入少量合金元素可提高耐磨性能。 （3）鑄鐵的內(nèi)摩擦大、阻尼作用強(qiáng)，故動(dòng)態(tài)剛性好。 （4）鑄鐵還具有切削性能好、價(jià)錢(qián)便宜和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn) 工作臺(tái)中用于鑲嵌導(dǎo)軌的支承件選用HT100，其特點(diǎn)是力學(xué)性能較小，承受輕負(fù)荷，性價(jià)比高。 第7章 數(shù)控系統(tǒng)的選型 7.1硬件選型 圖7-1硬件圖 7.2進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服原理 圖7-2 開(kāi)環(huán)伺服原理 7.3電機(jī)的控制框圖 圖7-3電機(jī)控制圖 7.4軟件程序設(shè)計(jì) 7.4.1逐點(diǎn)比較法 用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線插補(bǔ)計(jì)算，需要經(jīng)過(guò)四個(gè)步驟： 偏差判別：判別偏差或,從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算公式。 坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號(hào)，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個(gè)方向進(jìn)給。 偏差計(jì)算：進(jìn)給一步后，計(jì)算新的加工偏差。 終點(diǎn)判別：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減1。若為零，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)；不為零，則返回到第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)數(shù)判別可用兩個(gè)方向坐標(biāo)值來(lái)判。 圖7-4直線插補(bǔ)程序圖 7.4.2程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)程序時(shí)，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點(diǎn)坐標(biāo)值XE，YE，動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值X，Y，偏差FM。對(duì)8位機(jī)，一般可用2字節(jié)，而行程較大時(shí)則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長(zhǎng)度和精度要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進(jìn)行初始值、X、Y向步進(jìn)電機(jī)初態(tài)（控制字）。 插補(bǔ)程序所用的內(nèi)存單元如下： 28H 29H 2AH 2BH 2CH 70H XE YE X Y FM 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控字 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字為： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D1D0為X向電機(jī)控制位。D0=1運(yùn)行，D0=0停止；D1=1正轉(zhuǎn)，D1=0反轉(zhuǎn)。D3D2為Y向電機(jī)控制位。D2=1運(yùn)行，D2=0停止；D3=1正轉(zhuǎn)，D3=0反轉(zhuǎn)。 第一象限直線插補(bǔ)的程序： ORG 2000H MAIN：MOV SP, #60H LP4: MOV 28H, #0C8H; MOV 29H, #0C8H; MOV 2AH, #00H; MOV 2BH, #00H; MOV 2EH, #00H; MOV 70H, #0AH LP3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H, A LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH SUBB A, 29H INC 2AH AJMP LP2 LP1: MOV A, 70H SETB ACC.2 CLR ACC.0 LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH ADD A, 28H LP2: MOV 2EH, A MOV A, 28H CJMP A, 2AH, LP3; RET 總 結(jié) 我覺(jué)得這次專業(yè)課程設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一個(gè)全面的綜合的運(yùn)用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，包括機(jī)械專業(yè)課程和數(shù)控方面的基礎(chǔ)知識(shí)，經(jīng)過(guò)復(fù)習(xí)整理所學(xué)得專業(yè)知識(shí)使得設(shè)計(jì)思路清晰系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。