X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計
39頁 20000字數(shù)+說明書+任務(wù)書+4張CAD圖紙【詳情如下】
X-Y數(shù)控工作臺裝配圖.dwg
X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計 任務(wù)書.doc
X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計說明書.doc
導軌底座.dwg
工作平臺.dwg
滾珠絲桿裝配圖.dwg
目 錄
摘 要 3
Abstract 4
第一章 緒論 5
第二章 X-Y工作臺的總體設(shè)計 8
1.總方案的擬定 8
1.1研究問題 8
1.2擬訂方案 8
2.總體方案的確定 8
第三章 機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計 10
1．導軌上移動部件的重量估算 10
2．銑削力的計算 10
3.直線滾動導軌副的計算與選型 10
3.1直線滾動導軌副的選型 10
3.2 滑塊承受工作載荷 計算及導軌型號的選取 14
3.3距離額定壽命L的計算 14
4.滾珠絲杠副的選型與計算 15
4.1滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù) 15
4.2滾珠絲杠副的標注方法及精度等級 16
4.3滾珠絲杠副的支承形式 17
4.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預緊 18
4.5剛性絲杠副的技術(shù)與選型 18
4.6滾珠絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸 21
4.7滾珠絲杠螺母副的計算與選型 22
5.步進電動機的選擇 24
5.1步進電動機的特點 24
5.2步進電動機的分類 24
5.3步進電動機的參數(shù)及其選擇 25
5.4步進電動機的計算與選型 27
5.5步進電動機的初選 29
5.6步進電動機的確定 31
6.聯(lián)軸器的選用 36
6.1聯(lián)軸器的分類 36
6.2聯(lián)軸器選用 36
第四章 系統(tǒng)設(shè)計的回顧與展望 38
結(jié)束語 39
參考文獻 40
摘 要
當今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等多學科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展
關(guān)鍵字：機電一體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點 發(fā)展趨勢
Abstract
Now the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.
key words: Integration of machinery foundation，basic component elements ，characteristic ，trend of development.
.設(shè)計（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計或研究內(nèi)容、主要指標與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對學生提出具體要求）
數(shù)控機床是機、電等多學科各種高科技的綜合性組合，特別是以電子、計算機等現(xiàn)代先進技術(shù)為基石，必須具有鞏固的技術(shù)基礎(chǔ)，互相配套，缺一不可，如不齊備，則數(shù)控機床難以順利發(fā)展。與發(fā)達國家相比我國數(shù)控機床還是存在很大的差距，因此，必須從大學生做起努力，為機床事業(yè)的發(fā)展做出自己的微薄貢獻。
X-Y數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進刀機構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。所以本課題針對需要，設(shè)計一種立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺。
1.完成工作臺裝配圖一張；
2.設(shè)計一套完整的控制系統(tǒng)，選用步進電動機；
3.完成調(diào)研報告不少于4000字。
4.完成外文翻譯不少于3000字。
5.撰寫設(shè)計說明書不少于12000字。
2.原始依據(jù)（包括設(shè)計或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應用環(huán)境、工作目的等）
1.主要參數(shù)如下：
1）立銑刀最大直徑d=15mm；立銑刀齒數(shù)Z=3；
2）工作臺面尺寸為230mm * 230mm，加工范圍250mm * 250mm
設(shè)計工作臺機械機構(gòu)，選用滾珠絲杠作為傳動部件帶動工作臺完成在X-Y方向的直線移動。
任務(wù)及要求：
1.設(shè)計（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計或研究內(nèi)容、主要指標與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對學生提出具體要求）
數(shù)控機床是機、電等多學科各種高科技的綜合性組合，特別是以電子、計算機等現(xiàn)代先進技術(shù)為基石，必須具有鞏固的技術(shù)基礎(chǔ)，互相配套，缺一不可，如不齊備，則數(shù)控機床難以順利發(fā)展。與發(fā)達國家相比我國數(shù)控機床還是存在很大的差距，因此，必須從大學生做起努力，為機床事業(yè)的發(fā)展做出自己的微薄貢獻。
X-Y數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進刀機構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。所以本課題針對需要，設(shè)計一種立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺。
1.完成工作臺裝配圖一張；
2.設(shè)計一套完整的控制系統(tǒng)，選用步進電動機；
3.完成調(diào)研報告不少于4000字。
4.完成外文翻譯不少于3000字。
5.撰寫設(shè)計說明書不少于12000字。
2.原始依據(jù)（包括設(shè)計或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應用環(huán)境、工作目的等）
1.主要參數(shù)如下：
1）立銑刀最大直徑d=15mm；立銑刀齒數(shù)Z=3；
2）工作臺面尺寸為230mm * 230mm，加工范圍250mm * 250mm
設(shè)計工作臺機械機構(gòu)，選用滾珠絲杠作為傳動部件帶動工作臺完成在X-Y方向的直線移動。
3.主要參考文獻
[1] 李曉輝，葉志仁.數(shù)控機床與加工中心的編程與操作.北京：機械工業(yè)出版社，2005.
[2] 徐宏海，謝福春.數(shù)控銑床.北京：化學工業(yè)出版社，2003.
[3] 太遠金屬切削刀具協(xié)會.金屬切削使用刀具技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2002.
1 控工作臺設(shè)計 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................... 2 ......................................................................................................................................... 3 第一章 緒論 ..................................................................................................................................... 4 第二章 ...................................................................................................... 7 ................................................................................................................................ 7 究問題 ............................................................................................................................. 7 訂方案 ............................................................................................................................. 7 ............................................................................................................................ 8 第三章 機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計 ......................................................................................................... 9 1．導軌上移動部件的重量估算 ..................................................................................................... 9 2．銑削力的計算 ............................................................................................................................. 9 .................................................................................................. 10 線滾動導軌副的選型 ................................................................................................... 10 塊承受工作載荷 計算及導軌型號的選取 ......................................................... 13 離額定壽命 L 的計算 ................................................................................................... 14 .......................................................................................................... 14 珠絲杠副的主要尺寸參數(shù) ........................................................................................... 14 珠絲杠副的標注方法及精度等級 ............................................................................... 15 珠絲杠副的支承形式 ................................................................................................... 16 珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預緊 ............................................................................... 17 性絲杠副的技術(shù)與選型 ............................................................................................... 17 珠絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸 ........................................................................................... 21 珠絲杠螺母副的計算與選型 ....................................................................................... 21 ...................................................................................................................... 23 進電動機的特點 ........................................................................................................... 23 進電動機的分類 ........................................................................................................... 23 進電動機的參數(shù)及其選擇 ........................................................................................... 24 進電動機的計算與選型 ............................................................................................... 26 進電動機的初選 ........................................................................................................... 29 進電動機的確定 ........................................................................................................... 30 .............................................................................................................................. 35 軸器的分類 ................................................................................................................... 35 軸器選用 ....................................................................................................................... 35 第四章 系統(tǒng)設(shè)計的回顧與展望 ................................................................................................... 37 結(jié)束語 ............................................................................................................................................ 38 參考文獻 ......................................................................................................................................... 39 2 摘 要 當今世界 電子 技術(shù)迅速 發(fā)展 ，微處理器、微型 計算 機在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛 應用 ，對 各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等多學 科技 術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的 統(tǒng)這類典型機電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。 關(guān)鍵字：機電一體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點 發(fā)展趨勢 3 ow in of to A of of is so on of s of of as as of of 4 第一章 緒論 總方案的擬訂 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它廣泛應用于機械制造和自動化領(lǐng)域，數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且 隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（ 車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用 隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。目前代表數(shù)控機床最前沿的坐標機床在世界某些發(fā)達國家已經(jīng)發(fā)展到 6經(jīng)實現(xiàn)了比較完善的閉環(huán)伺服控制。 工作臺是機床上必不可少的部件，工作臺的自動化能大大減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。數(shù)控工作臺設(shè)計在生產(chǎn)實踐中還有很多現(xiàn)實意義和經(jīng)濟效益。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，機械行業(yè)的許多普通機床和閑置 設(shè)備，經(jīng)過數(shù)控改造以后，不但可以提高加工精度和勞動生產(chǎn)率，而且能有效的適應多品種，小批量的市場經(jīng)濟的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟效益和社會效益。 步進電機的選用、傳動裝置的設(shè)計、電氣控制部分的設(shè)計和相關(guān)軟件的設(shè)計。 間滑臺、底座等零部件組成 ,各自之間均以滾動直線導軌副相聯(lián) ,以保證相對運動精度。設(shè)下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即 導軌為縱向傳動系統(tǒng)，即 一般來說 ,數(shù)控切割機床的滾動直線導軌的摩擦力可忽略不計 ,但滾珠絲杠副 ,以及齒輪 之間的滑動摩擦不能忽略 ,這些摩擦力矩會影響電機的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預緊措施 ,其產(chǎn)生的負載波動應控制在很小的范圍， 當今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀 在我國對外開放進一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點看法。 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程 5 度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最 基本的裝備 ,又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。 （一）、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。 數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大 ,他對國計民生的一些重要行業(yè) 車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點有以下幾個方面 : (1)、 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。從 會情況來看 ,高速加工中心進給速度可達 80m/ 甚至更高 ,空運行速度可達 100m/ 前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μ 5μ m ,精密級加工中心則從 3～ 5μ m ,提 高到 1～ m 并且超精密加工精度已開始進入納米級 m 。為了實現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展 ,應用領(lǐng)域進一步擴大。 (2) 、 5 軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復雜等原因 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復合加工機床 含 5 面加工機床 的發(fā)展。 (3) 、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面 :為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 ,如加工過程的自適應控制 ,工藝參數(shù)自動生成 ;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智 能化 ,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元 ,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估 計 我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。在此階段 ,由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立 6 起國產(chǎn)化體系階段。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和 “九五”期間 ,即實施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進入市場競爭階段。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經(jīng)過 4 個 5 年計劃的攻關(guān) ,總體來看取得的成績還是不小。 （三）、對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 (1) 、戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國 ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會安全看 ,因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定 ;其次從 國防安全看 ,西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對我國實現(xiàn)禁運和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。 (2)、發(fā)展策略。從我國基本國情的角度出發(fā) ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標 ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 ,實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調(diào)市場需求為導向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機如量大面廣的數(shù) 控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、曲型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品 ;沒有規(guī)模就不會有價值低廉而富有競爭力的產(chǎn)品 ;當然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。 7 第二章 作臺的總體設(shè)計 究問題 本次課程設(shè)計所要求設(shè)計的是簡單的經(jīng)濟型 控工作臺，用于數(shù)控銑床上 面以提高工作效率和減輕勞動強度。在設(shè)計要求中，工作臺尺寸并不大，切削力小，重復定位精度也不高。工作臺行程也比較小，經(jīng)比較傳動部分選滾珠絲杠螺母傳動更有利于結(jié)構(gòu)的緊湊性。 訂方案 1） 導軌的作用是導向和承載，在數(shù)控機床上常使用塑料導軌。動導軌上鑲裝塑料，可與淬硬的鑄鐵支承導軌或鑲鋼支承導軌組成對偶摩擦副，它具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強、低速不易爬行、加工性和化學穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點。故本設(shè)計中采用貼塑導軌，并選用承載能力大，剛度高的雙矩形導軌。 2） 將原有的絲杠螺母副改為摩擦阻力矩小，傳動效率高的滾珠絲杠螺母副。 3） 伺服電機采用被廣泛應用的步進電機。 及目前國內(nèi)外很多機床廠生產(chǎn)的此 類機床均采了開環(huán)控制并取得了很好的效果，因此本次設(shè)計采用開環(huán)控制系統(tǒng)，選用 8 機械傳動部件的選擇 軌副的選用 要設(shè)計的 作臺是用來配套輕型的立式數(shù)控銑床的，需要承受的載荷不大，但脈沖當量小、定 位精度高，因此，決定選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預緊方便等優(yōu)點。 桿螺母副的選用 伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，要滿足 定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預緊后可消除方向間隙。 服電動機的選用 任務(wù)書規(guī)定的脈沖當量尚未達到 位精度也未達到微米級，空載最快速度也只有 3000mm/因此，本設(shè)計不必要采用高檔次的伺服電動機，如交流伺服電動機或直流伺服電動機等，可以選用性能好一些的步進電動機，如混合式步進電動機，以降低成本，提高性價比。 選用步進電動機作為伺服電動機后，可以選擇開環(huán)控制，也可以選擇閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進電動機來說還是偏高的，為了確保電動機在運轉(zhuǎn)的過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式編碼器，用以測量電動機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應與步進電動機的步距角相匹配。 考慮到 X、 Y 兩個方向的加工范圍相同， 承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計工作量， X、 Y 兩個坐標的導軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動機，以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。 1） 立銑刀的最大直徑 d=152） 立銑刀的齒數(shù) Z=33） 最大銑削寬度 錯誤 !未找到引用源。 =154） 最大背吃刀量 錯誤 !未找到引用源。 =85） 加工材料為碳素鋼或有色金屬 ; 6） X、 Y 方向的脈沖當量 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 沖 ; 7） X 、 Y 方向的定位精度 錯誤 !未找到引用源。 8）工作臺面尺 寸為 230mm x 230加工范圍為 250mm x 2509）工作臺空載最快移動速度 錯誤 !未找到引用源。 3000mm/10）工作臺進給最快移動速度 錯誤 !未找到引用源。 9 第三章 機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計 1．導軌上移動部件的重量估算 按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為 800N。 2．銑削力的計算 設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。立銑刀的計算公式為 ： 錯誤 !未找到引用源。 =118 錯誤 !未找到引用源。 先選擇銑刀直徑 d=15數(shù) Z=3,為了計算最大的銑削力，在不對稱銑削情況下，取最大銑削寬度 錯誤 !未找到引用源。 =15吃刀量 錯誤 !未找到引用源。=8齒進給量 錯誤 !未找到引用 源。 =刀轉(zhuǎn)速 n=300r/由公式求得最大銑削力為： 錯誤 !未找到引用源。 =118x 錯誤 !未找到引用源。 x 錯誤 !未找到引用源。x 錯誤 !未找到引用源。 x 錯誤 !未找到引用源。 463N 采用立銑刀進行圓柱銑削時，考慮逆銑時的情況，可估計三個方向的銑削力分別：錯誤 !未找到引用源。 =未找到引用源。 =1609N,錯誤 !未找到引用源。=未找到引用源。 =556N,錯誤 !未找到引用源。 =未找到引用源。 =366N. 現(xiàn)考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 =556N,受到水平方向的銑削力分別為 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 =1609N,徑向銑削力 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 =366N。 線滾動導軌副的工作原理與裝配方式 直線滾動導軌副由導軌和滑塊兩部分組成，一般滑塊中裝有兩組滾珠，當滾珠從工作軌道滾到滑塊端部時，會經(jīng)端面擋板和滑塊中的返回導軌返回，在導軌和滑塊之間的滾道內(nèi)循環(huán)滾動。 裝 配時常將兩根導軌固定在支承件上，每根導軌上一般有兩個滑塊，滑塊固定在移動件上。若移動件較長，可在一根導軌上裝兩個以上的滑塊；若移動件較寬，可選用兩根以上的導軌。兩根導軌中，一根為基準導軌，另一根為從動導 10 軌，基準導軌上有基準面 A，其上滑塊有基準面 B。安裝時先固定基準導軌，之后以基準導軌校正從動導軌，達到裝配要求時再緊固從動導軌。 線滾動導軌副的標注方法及導軌長度系列 不同廠商的標注方法略有不同。濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的導軌副標注示例 A — 2 2(2) J 滾動功能部件代號 產(chǎn)品分類代號 導軌規(guī)格代號 滑塊形式代號 單根導軌上使用的滑塊數(shù) 預加載荷類型代號 同一平面上使用的導軌數(shù) 導軌長度尺寸 單根導軌接長件數(shù) 精度等級 基準導軌代號 向等載荷型 軌長度系列 導軌長度系列一般由廠家給出， (單位： 導軌副型號 導軌長度系列 80 340 400 460 520 580 640 700 820 940 40 400 520 580 640 760 820 1000 1120 1240 60 640 800 1000 1240 1360 1480 1840 1960 3000 20 600 840 1000 1080 1240 1480 2200 2440 3000 50 650 750 850 950 1250 1450 2050 2550 3000 60 780 900 1020 1260 1380 1500 2220 2700 3000 20 970 1120 1270 1420 1570 1720 2320 2770 3000 11 線滾動導軌副的計算與選型 作載荷的計算 工作載荷是影響導軌副使用壽命的重要因素。對于水平布置的十字工作臺，多采用雙向?qū)к?、四滑塊的支承形式。常見的工作臺受力，任一滑塊所受到的工作載荷可由以下公式進行計算： 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 - 錯誤 !未找到引用源。 X(錯誤 !未找到引用源。 + 錯誤 !未找到引用源。 ) 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未 找到引用源。 + 錯誤 !未找到引用源。 X(錯誤 !未找到引用源。 - 錯誤 !未找到引用源。 ) 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 - 錯誤 !未找到引用源。 X(錯誤 !未找到引用源。 - 錯誤 !未找到引用源。 ) 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 + 錯誤 !未找到引用源。 X(錯誤 !未找到引用源。 未找到引用源。 ) 式中 錯誤 !未找到引用源。 ~錯誤 !未找到引用源。 位為 位 位 錯誤 !未找到引用源。 未找到引用源。 位為 離額定壽命的計算 直線滾動導軌副的壽命計算，是以在一定載荷下行走一定距離后， 90%的支承不發(fā)生點蝕為依據(jù)。這個載荷稱為額定動載荷 錯誤 !未找到引用源。 ,該行走距離稱為距離額定壽命。滾動體不同時，距離額定壽命 L 的計算公式也不同。 滾動體為球時： L=(錯誤 !未找到引用源。 )3=錯誤 !未找到引用源。 )⒑ 中 位為 錯誤 !未找到引用源。 位為 位為 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 硬度系數(shù) 滾道硬度（ 50 55 58~64 度系數(shù) 12 工作溫度 /℃ ＜ 100 100~150 150~200 200~250 觸系數(shù) 每根導軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 度系數(shù) 精度系數(shù) 2 3 4 5 荷系數(shù) 工況 無外部沖擊或振動的低速場合，速度小于 15m/明顯沖擊或振動的中速場合，速度為15~60m/外部沖擊或振動的高速場合，速度對于60m/~ 2~時額定壽命的計算 根據(jù)距離額定壽命，可以計算出導軌副的小時額定壽命，計算公式為： 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 式中 錯誤 !未找到引用源。 位為 h; L 位為 位為 m; n 品選型 從產(chǎn)品樣本中選定導軌副的型號后，可根據(jù)給定的額定載荷計算出導軌副的距離額定壽命和小時額定壽命。常見球?qū)к壍木嚯x期望壽命為 50子導軌為100所得結(jié)果大于導軌的預期壽命，則初選的型號滿足設(shè)計要求。當然，也可以先給出導軌副的期望壽命，再反推出額定載 荷，據(jù)此選擇合適的型號。 當滾動導軌的工作速度較低、靜載荷較大時，選型時還應考慮相應的額定靜載荷 錯誤 !未找到引用源。 不小于工作靜載荷的兩倍。 直線滾動導軌副的安裝聯(lián)接尺寸 安裝聯(lián)接尺寸一般由廠家提供。 塊承受工作載荷 錯誤 !未找到引用源。 計算及導軌型號的選取 13 工作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計中的 作臺為水平放置，采用雙導軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所受的最大垂直方向： 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 +動部件重量 G=800N，外加載荷 F=錯誤 !未找到引用源。 =556N,代入上式得到最大的工作載荷 錯誤 !未找到引用源。 =756N= 根據(jù)工作載荷 錯誤 !未找到引用源。 =選直線導軌副的型號為 列的，其額定動載荷 錯誤 !未找到引用源。 =定靜載荷 錯誤 !未找到引用源。 = 任務(wù)書規(guī)定工作臺面的尺寸為 230工范圍為 250慮到工作行程應該留 有一定的余量，按照標準的系列，選取導軌的長度為 520 的計算 上述選取的 列 導軌副的滾道為 60溫度不超過 100 度，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級，工作速度較低，載荷不大。分別選取硬度為系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 =度系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 =度系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 =荷系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 =入公式得到距離壽命： L=(錯誤 !未找到引用源。 )649 遠遠大于 期望值 50距離額定壽命滿足要求。 ：直線滾動導軌副具有摩擦因素小、不易爬行、便于安裝和預緊、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，廣泛應用于精密機床、數(shù)控機床和測量儀器等。其缺點是抗振性較差、成本較高。 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母的滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。其作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導裝置，滾珠通過此裝置自動返回其入口，形成循環(huán)回路。 滾珠絲桿副具有傳動效率高、運動平穩(wěn)、試用 壽命長等特點，廣泛的應用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器和數(shù)控機床等。滾珠絲杠副由專門的工廠制造，當型號計算選定后，可以外購或定制。 17587— 1998） 滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)如下： （ 1）公稱直徑 錯誤 !未找到引用源。 用于標識的尺寸值 （ 2）節(jié)圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 滾珠與滾珠螺母體及滾珠絲杠位于理論接觸點時，滾珠球心包絡(luò)的圓柱直徑。節(jié)圓直徑通常與滾珠絲杠的公稱直徑相等。 （ 3）導程 錯誤 !未找到引用源。 滾珠螺母相對滾珠絲杠旋轉(zhuǎn) 2 錯誤 !未找到引用源。 弧度時的行程。 14 （ 4）公稱導程 錯誤 !未找到引用源。 通常用作尺寸標識的導程值 （ 5）行程 l 轉(zhuǎn)動滾珠絲杠或滾珠螺母時，滾珠絲杠或滾珠螺母的軸向位移量。 （ 6）有效行程 錯誤 !未找到引用源。 有指定精度要求的行程部分 (即行程加上滾珠螺母體的長度 )。 此外，還有絲杠螺紋外徑 錯誤 !未找到引用源。 、絲杠螺紋底徑 錯誤 !未找到引用源。 、螺母體外徑 錯誤 !未找到引用源。 、螺母體螺紋 底徑 錯誤 !未找到引用源。 、螺母體螺紋內(nèi)徑 錯誤 !未找到引用源。 、滾珠直徑 錯誤 !未找到引用源。 、絲杠螺紋全長 錯誤 !未找到引用源。 等。 注方法 15 滾珠絲杠副國家標識符號的內(nèi)容如圖所示。不同生產(chǎn)廠家的標注方法略有不同，一般廠商往往省略 符，以其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)類型號開頭。以山東濟寧博特精密絲杠制造有限公司滾珠絲桿副為列， 標注方法如下圖所示。 C D M 50 10 3 精度等級（ 1， 2， 3， 4， 5， 7， 10 類型（ P 為定位型， T 為傳動型） 負荷鋼球圈數(shù)（ 3， 4， 5） 旋向（右旋不標，左旋標 公稱導程 公稱直徑 結(jié)構(gòu)特征 (M 為埋入式， T 為凸出式 ) 預緊方式（ D 為墊片預緊， B 為變位導程預緊） 循環(huán)方式（ C 為外循環(huán)插管式， G 為內(nèi)循環(huán)固定式） 度等級 根據(jù) 1998 標準，滾珠絲杠副的精度被分為 1、 2、 3、 4、 5、 7、10 七個等級，其中最高精度等級為 1 級，最低精度為 10 級。不同設(shè)備推薦選用的精度等級不同，不同的滾珠絲杠副類型，需要進行項目檢驗。 滾珠 絲杠副的支承形式主要用來約束絲杠的軸向竄動，其結(jié)構(gòu)形式可分為四種類型，具體分類及特點如下表： 滾珠絲杠副的支承形式 支承形式 特點 雙推 — 自由 1. 剛度、臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性低 2. 設(shè)計時盡量使絲杠受拉伸 3. 試用于較短和垂直安裝的絲杠 雙推 — 簡支 1. 臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性高 2. 絲杠有熱膨脹的余地 3. 適用于較長的臥式安裝的絲杠 16 單推 — 單推 可根據(jù)預計溫升產(chǎn)生的熱膨脹量進行預拉伸 雙推 — 雙推 1. 絲杠的軸向剛度高 2. 絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定性問題 3. 可用預拉伸減小因絲杠自重引起的下垂 4. 適用于對剛度和位移精度要求高的場合 為了提高滾珠絲杠副的傳動精度和軸向剛度，安裝時需要消除絲杠與螺母之間的傳動間隙，并對絲杠 螺母的絲杠副，在出廠前通常采用過盈滾珠預緊或變導程自預緊，絲杠與螺母之間幾乎沒有間隙，用戶試用時不必考慮。對于雙螺母的絲杠副，常用墊片調(diào)整預緊和螺紋調(diào)整預緊兩種方式。 （ 1）墊片調(diào)整預緊 通過調(diào)整墊片的厚度，可使兩螺母產(chǎn)生軸向位移，從而達到消除間隙、產(chǎn)生預緊的目的。該方式結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、剛度高，修磨墊片的厚度即可控制預緊。 （ 2）螺紋調(diào)整預緊 調(diào)整旋轉(zhuǎn)圓螺 母，即可消除軸向間隙并產(chǎn)生一定的預緊力，再用圓螺母鎖緊防松。預緊后，螺母 3 和螺母 4 中滾珠的受力方向相反，從而消除了軸向間隙。這種方式的特點是結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預緊可靠，缺點是不精確定量調(diào)整。 大工作載荷 錯誤 !未找到引用源。 的計算 最大工作載荷是 錯誤 !未找到引用源。 是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進給牽引力。它包括滾珠絲杠副的進給力、移動部件的重力，以及作用在導軌上的切削分力所產(chǎn)生的摩擦力?？梢钥闯?，拖板所承受載荷與切削力存在以下對應關(guān) 系：進給方向載荷 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 ，橫向載荷 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 ，垂直載荷 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 。 最大工作載荷 錯誤 !未找到引用源。 的實驗計算公式如下表所示： 錯誤 !未找到引用源。 實驗計算公式及參考系數(shù) 導軌類型 實驗公式 K 矩形導軌 錯誤 !未找到引用源。 =K 錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !未找到引用源。 (錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !未找到引用源。 +G) 尾導軌 錯誤 !未找到引用源。 =K 錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 ! 17 用源。 (錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !未找到引用源 。 +G) 三角形或綜合導軌 錯誤 !未找到引用源。 =K 錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !未找到引用源。 (錯誤 !未找到引用源。 +G) ：上述摩擦因素 錯誤 !未找到引用源。 均指滑動導軌。對于貼塑導軌 錯誤 !未找到引用源。 =動導軌 錯誤 !未找到引用源。 = 表中， 錯誤 !未找到引用源。 為進給方向載荷， 錯誤 !未找到引用源。 為橫向載荷，錯誤 !未找到引用源。 為垂直載荷，單位均為 N; G 為移動部件總重力，單位為 N；K 為顛覆力矩影響系數(shù)； 錯誤 !未找到引用源。 為導軌的摩擦因素。 大動載荷 錯誤 !未找到引用源。 的計算 最大動載荷 錯誤 !未找到引用源。 的計算公式如下： 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 式中 錯誤 !未找到引用源。 —— 滾珠絲杠副的壽命，單位為 錯誤 !未找到引用源。 。 錯誤 !未找到引用源。 =60誤 !未找到引用源。 (其中 通機械取 T=5000~10000h，數(shù)控機床及一般機電設(shè)備取 T=15000h;n 為絲桿每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) )； 錯誤 !未找到引用源。 —— 載荷系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 —— 硬度系數(shù)（ 錯誤 !未找到引用源。 58，于 55，取 于 ，取 于 50 于 45，取 ; 錯誤 !未找到引用源。 —— 滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為 N。 格型號的初選 初選滾珠絲杠副的規(guī)格時，應使用額定動載荷 錯誤 !未找到引用源。 。 當滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下（ n≤ 10r/時間承受工作載荷時，還應使其額定靜載荷 錯誤 !未找到引用源。 (2~3)錯誤 !未找 到引用源。 。 載荷系數(shù) 運轉(zhuǎn)狀態(tài) 平穩(wěn)或輕度沖擊 等沖擊 大沖擊或振動 據(jù)額定動載 荷 錯誤 !未找到引用源。 和額定靜載荷 錯誤 !未找到引用源。 ，選擇滾珠絲杠副的規(guī)格型號和有關(guān)參數(shù)時要注意公稱直徑 錯誤 !未找到引用源。 和導程 錯誤 !未找到引用源。 應盡量選用優(yōu)先組合，同時還要滿足控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)對導程的要求。 動效率的計算 滾珠絲杠副的傳動效率 錯誤 !未找到引用源。 一般在 間，可由下式計算： 錯誤 !未找到引用源。 式中 錯誤 !未找到引用源。 —— 絲杠的螺旋升角，由 誤 !未找到引用源。 /錯誤 !未找到引用源。 ); 18 錯誤 !未找到引用源。 摩擦角，一般取 10’。 度的驗算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起絲杠導程發(fā)生變化，從而影響定位精準和運動的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形等。 （ 1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 在總變形量中占的比重較大，可按下式計算： 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 a 錯誤 !未找到引用源。 式中 錯誤 !未找到引用源。 —— 絲杠的最大工作載荷，單位為 N； 位為 的 E=誤 !未找到引用源。 誤 !未找到引用源。 確定的截面積，單位為 錯誤 !未找到引用源。 ; 位為 誤 !未找到引用源。 確定的截面慣性矩（ I=錯誤 !未找到引用源。 未找到引用源。 /64） ,單位為 錯誤 !未找到引用源。 。 其中，“ +”號用于拉伸，“ -”號用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩 M 一般較小，式中第 2 項在計算時可以酌情忽略。 （ 2） 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 可從產(chǎn)品型號中查出，或由下式計算： 無預緊壓力時 錯 誤 !未找到引用源。 =誤 !未找到引用源。 有預緊壓力時 錯誤 !未找到引用源。 =誤 !未找到引用源。 式中 錯誤 !未找到引用源。 ---