畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-立式銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 立式銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 X-Y工作臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀 數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、復(fù)合化等的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)發(fā)展也會(huì)越來(lái)越快，這也意味著它所需要考慮和處理的技術(shù)與非技術(shù)問(wèn)題越來(lái)越多。中國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)歷了40 年的發(fā)展。數(shù)控技術(shù)發(fā)展應(yīng)根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，制定符合國(guó)情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，朝著高可靠穩(wěn)定、高速度、高精度化、智能化、數(shù)控編程自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。工作臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。從一開(kāi)始為了滿(mǎn)足加工簡(jiǎn)單的零件而設(shè)計(jì)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的XY工作臺(tái)，到現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)多工位加工而制造的分度工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。為了滿(mǎn)足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，一作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置從原來(lái)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)變?yōu)橐郝抿?qū)動(dòng)，現(xiàn)在更多的采用了氣動(dòng)裝置，更好的保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了資源。由于工作臺(tái)是一臺(tái)機(jī)床的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國(guó)都有對(duì)其進(jìn)行研究，我國(guó)在工作臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前工作臺(tái)的種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)的工作臺(tái)只能安裝在某一指定機(jī)床上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機(jī)床上。并且目前部分工作臺(tái)還可以作為機(jī)床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提高了機(jī)床的性能。例如：可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它可以實(shí)現(xiàn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床上，可利用原機(jī)床的兩個(gè)控制坐標(biāo)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，也可直接利用本轉(zhuǎn)臺(tái)配套的數(shù)控裝置與機(jī)床聯(lián)接完成所需的工作循環(huán)。它可以完成任意角度的孔、槽、平面類(lèi)機(jī)械加工，以及曲線(xiàn)、凸輪等的加工，并可達(dá)到較高的精度。另外也可用于非數(shù)控鉆、銑、鏜類(lèi)機(jī)床上，獨(dú)立完成等分和不等分的角度分度工作。國(guó)外工作臺(tái)的功能與我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)功能基本相似，但是在其精度方面，國(guó)外的一些公司所生產(chǎn)的工作臺(tái)要略高于我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)。因此我國(guó)與國(guó)外相比，還是有一定的差距，因此工作臺(tái)的設(shè)計(jì)具有重要意義，我們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新，使我國(guó)成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國(guó)。1.2數(shù)控X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)的意義和目的 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)采用了低摩擦的直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌和精密的絲杠，它的工作原理是通過(guò)MCS-51單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，使X-Y工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控控制。工作臺(tái)的自動(dòng)化能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。本設(shè)計(jì)的X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便而且能保證一定的精度。通過(guò)微機(jī)控制技術(shù)的簡(jiǎn)單的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制，使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大，精度和可靠性進(jìn)一步提高。多數(shù)數(shù)控銑床工作臺(tái)的總體布局與和它類(lèi)似的普通機(jī)床的總布局是基本相同或相似的，并且已經(jīng)形成了傳統(tǒng)的、經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的固定形式，只是隨著生產(chǎn)要求與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還會(huì)不斷有所改進(jìn)。數(shù)控銑床工作臺(tái)的總體布局是機(jī)床設(shè)計(jì)中帶有全局性的問(wèn)題，它的好壞對(duì)機(jī)床的制造和使用都有很大的影響。一方面是要從機(jī)床的加工原理即機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，結(jié)合考慮工件的形狀、尺寸和位置等因素，來(lái)確定各主要部件之間的相對(duì)位置關(guān)系和配置，另外一方面全面考慮機(jī)床的外部因素，如外觀造型、操作維修，生產(chǎn)管理和人機(jī)關(guān)系等問(wèn)題對(duì)機(jī)床總布局的要求。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)新工藝新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，進(jìn)一步提高銑床工作臺(tái)精度及其效率，同時(shí)縮短工作臺(tái)生產(chǎn)成本，使之在同類(lèi)工件競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。在本設(shè)計(jì)中著重介紹了如何對(duì)X-Y工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)導(dǎo)軌、絲杠、電機(jī)、選用等方面進(jìn)行了深入的分析。通過(guò)對(duì)X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，能夠正確運(yùn)用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)等課程的基本理論個(gè)有關(guān)知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)備數(shù)控化改造方案的擬定、比較、分析及進(jìn)行必要的計(jì)算；通過(guò)對(duì)設(shè)備改造的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握數(shù)控設(shè)備典型零件的計(jì)算方法和步驟以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；提高自己應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)以及編寫(xiě)文件等資料的能力。1.3本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控X-Y工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)，該工作臺(tái)可安裝在銑床上用于銑削加工； 1）查閱文獻(xiàn)收集資料確定系統(tǒng)組成方案（功能、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖、主要設(shè)計(jì)參數(shù)，及方案分析、比較、說(shuō)明）；2）機(jī)械部件的總體尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算；3）傳動(dòng)部件、導(dǎo)向部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選用；4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)計(jì)算、選用；5) 其它相關(guān)零件的選型及計(jì)算。6）各部分部件的尺寸材料外形確定。7) 使用ProE或solidworks等軟件對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)（裝配圖和主要零件零件圖） 第二章.總體方案的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定系統(tǒng)分辨率為0.01mm，其它設(shè)計(jì)參數(shù)如下表。最大銑刀直徑最大銑削寬度ae最大銑削深度ap加工材料工作臺(tái)加工范圍（mm）最大移動(dòng)速度16mm5mm2mm碳鋼X=200,y=1502m/min 工作臺(tái)草圖2.2總體方案確定為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率0.01mm的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，聯(lián)軸器將電機(jī)與絲杠直接連接。2.3初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，絲杠和聯(lián)軸器當(dāng)傳動(dòng)比i=1時(shí)，可用聯(lián)軸器直接將電機(jī)與絲杠連接，這種結(jié)構(gòu)有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。由 傳動(dòng)比公式i=，b為步進(jìn)電機(jī)步距角、Lo為滾珠絲杠導(dǎo)程、為系統(tǒng)脈沖當(dāng)量。工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖。 初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為55BF009，其步矩角=。 初選絲杠規(guī)格為M12*4其導(dǎo)程為4mm。 由傳動(dòng)比公式得 故可用聯(lián)軸器將電機(jī)與絲杠直接連接。選用夾緊螺絲固定微型剛性聯(lián)軸器。 在絲杠行程端安裝斷電保護(hù)裝置。2.4確定工作臺(tái)尺寸 查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)(GB/T 158-1996)機(jī)床工作臺(tái)T型槽及相應(yīng)螺栓尺寸如下： T型槽螺栓頭部 A B C H E F Pd公稱(chēng)S最大K最大61261210.540M5104 T型槽用螺母尺寸 D A偏差M56-0.3-0.5根據(jù)工作臺(tái)加工范圍200*150選工作臺(tái)T型槽板尺寸240*200*20(mm)。 根據(jù)連接布局位置關(guān)系初定滾珠絲杠長(zhǎng)度X向L340mm Y向L=300mm B B 5060 3545 L 總體尺寸估算2.5系統(tǒng)組成框圖 定位方式采用增量坐標(biāo)控制。考慮到機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)X-Y工作臺(tái)。 第三章.機(jī)械部分的設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1.電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量查電機(jī)手冊(cè)得 2.絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由公式得 3.工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 根據(jù)給定的工作臺(tái)加工范圍，設(shè)計(jì)出工作臺(tái)的尺寸和托板尺寸等，估算其重量。 X向托板（上托板）的尺寸：長(zhǎng)寬高 22022010X向托板（上托板）的重量：重量=體積材料比重 Y向托板（下托板）的尺寸：長(zhǎng)寬高 24020010重量=體積材料比重 上導(dǎo)軌座的重量： 夾具及工件重量： X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分重量： 工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ： 由于聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小故可忽略不計(jì)。 4傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3.2工作載荷分析及計(jì)算銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線(xiàn)高速回轉(zhuǎn),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線(xiàn)方向緩慢進(jìn)給。銑刀的類(lèi)型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式,此選用圓柱銑刀,銑刀材料選擇高速鋼.查金屬切削手冊(cè)常用銑刀介紹表，選擇細(xì)齒錐柄立銑刀， 其尺寸參數(shù)如下：D=16mm,齒數(shù)Z=4。（1）查金屬切削手冊(cè)細(xì)齒錐柄立銑刀切削用量表得銑削速度 查表，初選0.03mm 因此可得 查機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號(hào)X51，選擇其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓整為實(shí)際切削速度為 故實(shí)際（2）根據(jù)高速鋼銑刀銑削公式 查得銑削力系數(shù)有3.3進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算根據(jù)下表:比值不對(duì)稱(chēng)銑削逆銑順銑120903080404故有縱向進(jìn)給方向工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向3.4滾珠絲杠及螺母副的選型和校核 絲杠是將電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。由于具有很小的摩擦阻力，絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 3.4.1最大工作載荷的計(jì)算 滾珠絲杠上的工作載荷為走刀抗力，移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。 由公式： 其中 將所得數(shù)據(jù)代入公式有：3.4.2最大動(dòng)負(fù)載Q的計(jì)算及主要尺寸 式中L為壽命經(jīng)查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 當(dāng)有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，本設(shè)計(jì)取；精度等級(jí)為3級(jí)，其精度系數(shù) 。 式中 ，其中 又因?yàn)槭褂脡勖?，絲杠螺距 ，X向和Y向的最大進(jìn)給 。X向絲杠的牽引力： 式中 當(dāng)量摩擦系數(shù),Y向絲杠的牽引力：式中X向最大動(dòng)負(fù)載： Y向最大動(dòng)負(fù)載：3.4.3選型確定絲桿和絲桿螺母副尺寸根據(jù)給定的有效行程和經(jīng)濟(jì)成本的考慮，X向和Y向的絲杠分別選取MISUMI公司的BSX1205-340和BSX1205-300，然后再使用聯(lián)軸器。其參數(shù)和連接方式如下：精度等級(jí)型式指定單位mmY螺旋方向循環(huán)數(shù)基本額定負(fù)載Type絲杠軸外徑螺距右2.5圈1列（KN）（KN）C3BSX1243403003.744.9PABTdd1hFD滾珠直徑（cm）滾珠絲杠預(yù)緊力（）84434104.584.415303.1751.55 電機(jī)與絲桿連接方式 所選滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)：名 稱(chēng)符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果 螺紋滾道公稱(chēng)直徑12螺距4接觸角名稱(chēng)符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果鋼球直徑3.175螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角 螺桿螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）3.4.4傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 3.4.5剛度驗(yàn)算絲杠的拉壓變形量的計(jì)算 滿(mǎn)載時(shí)拉壓變形量： 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量由公式得式中為滾珠直徑， 為滾珠總數(shù)量滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算絲杠總變形量變形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005=0.003690.005因此符合設(shè)計(jì)要求。3.4.6壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 由機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為 絲杠截面慣量矩 查表得 穩(wěn)定性安全系數(shù) 故絲杠符合要求。3.5導(dǎo)軌的選型和計(jì)算 導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機(jī)器部件、專(zhuān)用設(shè)備、儀器等。擁有比直線(xiàn)軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)直線(xiàn)滑軌是一種滾動(dòng)導(dǎo)引，它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無(wú)限滾動(dòng)循環(huán)，使得負(fù)載平臺(tái)能沿著滑軌輕易的以高精度作線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，其摩擦系數(shù)可降至傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)引的1/50，使之能輕易地達(dá)到m級(jí)的定位精度。由于選擇的導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，摩損小，有良好的精度保持性且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，故選擇直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌，在此設(shè)計(jì)中還要求導(dǎo)軌能承受一定的顛覆力矩，所以在設(shè)計(jì)中選擇法蘭型導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌的選用：3.5.1導(dǎo)軌型式：法蘭型直線(xiàn)導(dǎo)軌3.5.2導(dǎo)軌長(zhǎng)度：上導(dǎo)軌（X向）取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 動(dòng)導(dǎo)軌行程 支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 下導(dǎo)軌（Y向）取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 動(dòng)導(dǎo)軌行程 支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 3.5.3導(dǎo)軌工作負(fù)載計(jì)算：導(dǎo)軌基本額定動(dòng)負(fù)載的計(jì)算： 導(dǎo)軌基本額定靜負(fù)載的計(jì)算：根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選擇MISUMI公司的SEBMN型導(dǎo)軌，上導(dǎo)軌型號(hào)為SEBMN16-430，下導(dǎo)軌型號(hào)為SEBMN16-390，其參數(shù)如下：型式HW1滑塊尺寸導(dǎo)軌尺寸BL1L2WP1S1ETBECNP2滑塊SEBMN169.5344125426M477206152060H基本定負(fù)載靜態(tài)容許力矩重量C(動(dòng))KN(靜)KNM3滑塊kg滑塊標(biāo)準(zhǔn)型Kg/m165.08.2333570.151.5由導(dǎo)軌設(shè)計(jì)公式：L50（）每個(gè)滑塊的的工作載荷取硬度系數(shù)0.53、=1、0.81、2預(yù)設(shè)導(dǎo)軌壽命L=50KM 則根據(jù)此壽命可算出 3267N5000N,所以選取導(dǎo)軌滑塊滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.6步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3.6.1步進(jìn)電機(jī)力矩的計(jì)算摩擦力矩 （ ）式中 導(dǎo)軌的摩擦力 絲杠導(dǎo)程（cm）； 系統(tǒng)傳動(dòng)比，按 計(jì)算； 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取導(dǎo)軌摩擦系數(shù)滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)一般為：銑削力； 運(yùn)動(dòng)部件的重量； 工件及夾具重量；所以 附加摩擦力矩 （ ）式中 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取 ， 為進(jìn)給牽引力；絲杠導(dǎo)程（cm）；滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率， 。所以：空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的力矩 （ ）式中 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ）； 電機(jī)最大角加速度（ ）；電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）,；運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大進(jìn)給速度所需要的時(shí)間（s），因?yàn)?200ms； 運(yùn)動(dòng)部件的最大進(jìn)給速度（mm/min）；脈沖當(dāng)量（mm/步）； 步進(jìn)電機(jī)的步距角（ ）； 折算到電機(jī)軸上的銑削負(fù)載力矩 式中 絲杠導(dǎo)程（cm）；系統(tǒng)傳動(dòng)比 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取 快速起動(dòng)時(shí)所需力矩 即 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 即 最大銑削負(fù)載時(shí)所需力矩 即 經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，在 、 兩種力矩中取其大者作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。對(duì)于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐ＷC一定的動(dòng)態(tài)性能，系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)較小，而等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又較大，故電機(jī)力矩主要是用來(lái)產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動(dòng)力矩 作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。3.6.2步進(jìn)電機(jī)的選擇目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中大多采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，因此在本設(shè)計(jì)中采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩 初選電機(jī)型號(hào)，由于步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 與最大靜轉(zhuǎn)矩 有如下關(guān)系： 式中的取值又有如下關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)相數(shù)三相四相五相六相拍數(shù)36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866 在本設(shè)計(jì)中采用四相四拍的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，則 若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩為 取安全系數(shù)為0.3，則步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 最大空載頻率：最快進(jìn)給速度， 。為了保證不失步，采取降速措施。 最大銑削頻率：最大銑削速度， 。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選取兩個(gè)55BF009型步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)的的相關(guān)參數(shù)如下：型號(hào)主要技術(shù)參數(shù)外形尺寸(mm)重量(N)步距角最大靜轉(zhuǎn)矩（）最高空載啟動(dòng)頻率（Hz）相數(shù)電壓(V)電流(A)外徑長(zhǎng)度軸徑55BF0090.7825004273557060.65由于只靠最大靜轉(zhuǎn)矩 來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)不一定能滿(mǎn)足實(shí)際工作時(shí)的要求，也就是說(shuō)，盡管最大靜轉(zhuǎn)矩 數(shù)值能滿(mǎn)足要求，但是并不能保證在快速空載起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)不失步。所以還必須用起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性?xún)蓷l重要的性能曲線(xiàn)來(lái)檢查所選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)是否能滿(mǎn)足要求。通過(guò)對(duì)兩個(gè)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性的分析，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于總轉(zhuǎn)矩，并且，所以選擇的這兩個(gè)電機(jī)符合本設(shè)計(jì)要求。3.7 聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。根據(jù)選用的電機(jī)D1=6mm,絲桿D2=8mm； 在滿(mǎn)足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低。本設(shè)計(jì)選用MISUMI CPRC20-6-8 夾緊螺絲固定剛性聯(lián)軸器。尺寸參數(shù)如下：型號(hào)DD1DD2LMATTFCPRC20-6-868202.56.514.75 聯(lián)軸器外形圖 第四章 各部分支承連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1滾珠絲杠支座設(shè)計(jì)計(jì)算在本設(shè)計(jì)里，采用一端固定，另一端簡(jiǎn)易支承的方案。則產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載 式中：;；絲杠支持方式系數(shù)表如下：方式一端固定一端自由兩端簡(jiǎn)易一端固定一端簡(jiǎn)支兩端固定0.251.002.004.00所以：臨界負(fù)載與最大工作負(fù)載Q之比稱(chēng)為穩(wěn)定安全系數(shù)，如果穩(wěn)定安全系數(shù)大于或等于許用安全系數(shù)，則絲杠不至失穩(wěn)。許用安全系數(shù)一般取2.54。由于Y向的工作負(fù)載最大，所以穩(wěn)定性良好。在簡(jiǎn)易支承座中采用一個(gè)6300的深溝球軸承，在固定的電機(jī)支座中采用一個(gè)51200推力軸承和一個(gè)6300深溝球軸承。它預(yù)緊時(shí)只需調(diào)節(jié)螺母。兩端固定支座方案見(jiàn)圖紙。4.2 絲桿螺母支座設(shè)計(jì) 此部分設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是連接絲桿螺母副與工作臺(tái)，精度要求主要是與螺母副及工作臺(tái)面固定螺孔的配合尺寸。選用材料為 Ht200，球墨鑄鐵，該材料具有較高的強(qiáng)度，耐磨性、耐熱性及減振性，適用于承受較大壓力，要求耐磨的零件。確定設(shè)計(jì)方案 機(jī)構(gòu)側(cè)面在絲桿螺母副上以螺絲定位，限制3 個(gè)自由度，頂面以圓柱銷(xiāo)與工作臺(tái)限制3個(gè)自由度。這種方案定位可靠，夾緊方便。 絲桿螺母副支座 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)采用了MISUMI公司的BSX系列絲杠副和SV2RL型直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌。伺服系統(tǒng)采用了反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，由聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠連接驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)，絲杠副兩端的支座軸采用了推力軸承來(lái)承受絲杠運(yùn)行時(shí)的軸向力，和采用一個(gè)深溝球軸承來(lái)保證其徑向的圓跳動(dòng)，各部分零件通過(guò)合適的螺母螺栓連接在一起，在保證精度的同時(shí)，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 致 謝在此論文撰寫(xiě)過(guò)程中，要特別感謝我的導(dǎo)師龔忠良的指導(dǎo)與督促，同時(shí)感謝他的諒解與包容。沒(méi)有龔老師的幫助也就沒(méi)有今天的這篇論文。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了龔老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開(kāi)拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！ “不積跬步無(wú)以至千里”，這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成，歸功于各位老師四年間的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)。也正是你們長(zhǎng)期不懈的支持和幫助才使得我的畢業(yè)論文最終順利完成。 本文參考了大量的文獻(xiàn)資料，在此，同時(shí)向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬。 參 考 文 獻(xiàn)1 盛伯浩.數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展.裝備維修與改造，2004. 2 李斌，李培根.數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策.中國(guó)制造業(yè)信息化，2002.3 周祖德,魏仁選,陳幼平.開(kāi)放式控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀、趨勢(shì)及對(duì)策. 中國(guó)機(jī)械工程,1999 .4 周凱.數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展途徑探討.中國(guó)機(jī)械工程，2001.5 胡興軍,屈平. 我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀綜述J. 精密制造與自動(dòng)化, 2004.6 楊永. 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的動(dòng)向J.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2003 (6) .7 王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.8 V.Utkin ,Sliding Mode Control Design Principles and Applications to Electric Drives.IEEE Transactions on Industrial Electronics,1993,.9 復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)機(jī)電耦合分析與解耦控制技術(shù),pp:19471952,December 12-15,2005.10 http:/ 朱曉春. 數(shù)控技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.4 .12尹志強(qiáng). 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū). 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.313劉舜堯，劉水華. 機(jī)械制造基礎(chǔ)與實(shí)踐/工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)系列教材. 中南工業(yè)大學(xué)出版社，1999.714成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.415段振云. 機(jī)械加工設(shè)備及應(yīng)用. 科學(xué)出版社，2009.1116韓洪濤. 機(jī)械加工設(shè)備與工裝，高等教育出版社，2009.3第 29 頁(yè)