數控銑床X-Y工作臺設計含開題及5張CAD圖,數控,銑床,工作臺,設計,開題,cad 附件6 中期報告 （學生用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 學生姓名 學號 指導教師 課題名稱 數控X-Y工作臺設計 簡述開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果： 1收集和整理資料，查閱相關文獻，對設計有了初步認識。 2完成了開題報告，并通過了指導老師的審查。 3基本完成說明書的編寫。 4繪制了部分零件圖 存在的具體問題與解決方法： 具體問題：在滾珠絲杠和滾動導軌的參數計算與選型上面遇到一定的困難，一些數據難以掌握，不能選擇到與自己的設計的最優(yōu)數據。 解決辦法：到圖書館或者上網查閱相關資料，詢問導師。 下一步工作的主要研究任務、具體設想與安排： 完成說明書的各項數據校核。 繪制數控X-Y工作臺的裝配圖和零件圖。 指導教師對前期工作的評價： 指導教師簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據內容續(xù)頁；2、指導教師評價及簽名手寫，其他內容電子版填寫。 附件3 任務書 （指導教師用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 學生姓名 指導教師姓名 論文（設計）題目 數控X-Y工作臺設計 下達任務日期 任務起止日期 主要研究內容及方法 研究內容： （1）研究數控X-Y工作臺的構造，了解其工作原理； （2）對數控X-Y工作臺進行分析和合理的機構設計，形成最優(yōu)設計方案； （3）根據設計要求對其主要零件進行設計和校核計算 （4）主要參數的設計和計算 （5）根據設計要求和計算結果，繪制數控X-Y工作臺的總裝配圖及主要零件圖 方法： （1）根據所給定的參數，確定電機，滾珠絲杠等的選型 （2）進行各項數據的校核 （3）繪制裝配圖和零件圖 主要任務及目標 主要任務：本課題是以數控銑床為研究目標，從數控X-Y工作臺入手，對其系統(tǒng)結構設計、結構組成分析、傳動件等幾個方面進行研究。設計主要對工作臺的機械部分進行設計，包括滾珠絲桿，滾動導軌，軸承等傳動原件及步進電動機的計算及選用，并且利用CAD進行裝配圖的繪制。 目標：通過本課題的研究，使得改造后的銑床能更加具備性價比，以適應市場的需求，達到節(jié)省成本，提高生產率的目的。 主要參考文獻 [1] 機械設計手冊編委會．機械設計手冊[S]．北京：機械工業(yè)出版社，2005． [2] 馮辛安．《機械制造裝備設計》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2003. [3] 丁連紅.．機電一體化技術發(fā)展趨勢和現狀分析[J]． 北京：中國科技信息，2007． [4] 邱宣懷主編．機械設計（第四版）．北京：高等教育出版社，1997． [5] 張建民，唐水源．《機電一體化系統(tǒng)設計》北京：高等教育出版社，2005． [6] 劉助柏．知識創(chuàng)新思維方法論．北京：機械工業(yè)出版社，1999. 進度安排 各階段工作任務 起止日期 查閱相關文獻，撰寫開題報告 第1-2周 設計相關參數 第3-4周 部分作圖，中期檢查 第5-8周 完成作圖以及說明書的編寫 第9-10周 與導師溝通，修改設計，準備答辯。 第11-12周 任務下達人簽名 任務接收人 簽名 教研室指導小組組長簽名 系部領導小組組長簽名 注：1、本表可根據內容續(xù)頁； 2、本表一式兩份，學生、系部存檔各一份；3、簽名需手寫，其他內容電子版填寫。 附件7 工作中期檢查記錄 系（部）： 專業(yè)： 班級： 姓名 學號 指導教師 檢 查 主 要 內 容 1.數控X-Y工作臺設計的說明書基本完成。 2.繪制了數控X-Y工作臺的的一些零件圖。 3.裝配圖還沒有繪制 1.每個星期指導老師都會組織輔導，并且會對于我們畢業(yè)設計的完成情況進行檢查。同時會詢問我們遇到的問題，并給予解答以及對我們的不足之處提出建議。 2.導師根據我們反饋的情況進行記錄，并劃出下次任務，保證畢業(yè)設計進度。 存在的問題：在圖紙繪制上存在一定的問題，數控系統(tǒng)還沒有選型。 解決方法：到圖書館或者上網查閱相關資料，詢問導師，請求導師的幫助。 畢業(yè)論文（設計）工作領導小組意見 組長簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據內容續(xù)頁；2、領導小組意見手寫，其他內容電子版填寫。 附件5 開題報告 （學生用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 課題名稱 數控X-Y工作臺設計 指導教師 學生 學號 一、論文資料的準備 1.課題的來源及意義 數控機床是用數控指令來實現一臺或多臺機械設備動作控制的技術。它廣泛應用于機械制造和自動化領域，數控機床的應用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數控機床的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，所以X-Y 數控工作臺設計對國計民生的一些重要行業(yè)(汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用。 2.國內外發(fā)展狀況及研究背景 裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術和最基本的裝備，又是當今先進制造技和裝備最核心的技術。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，而數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，其技術范圍覆蓋很多領域。 高速、精密、復合、智能和綠色是數控機床技術發(fā)展的總趨勢，近幾年來，我國企業(yè)不斷推進者產業(yè)創(chuàng)新升級，但是存在的問題依然十分明顯。與國外的數控機床相比，我國數控機床還存在以下幾方面的問題： （1）適應性和滿足度遠達不到市場需求。 （2）我國數控功能部件生產企業(yè)的規(guī)模小。 （3）核心零部件大量依靠進口。 （4）缺乏高技術含量威脅產業(yè)安全。 隨著科學技術的發(fā)展，我國數控技術必須改變傳統(tǒng)的發(fā)展方向，實現技術創(chuàng)新，以科技創(chuàng)新為先導，以商品化為主干，將管理和營銷作為數控技術發(fā)展的重點，統(tǒng)一附加售后服務的支撐，在可持續(xù)發(fā)展的思想基礎上，堅持走發(fā)展新型數控系統(tǒng)的道路，以此提升我國制造行業(yè)的技術水平，改變我國的技術發(fā)展現狀，縮小同國外技術發(fā)展之間的差距，促進我國數控領域的現代化步伐。 3.數控X-Y工作臺機構及其工作原理 X-Y數控工作臺是許多機電一體化設備的基本部件，如數控車床的縱—橫向進刀機構、數控銑床和數控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的X-Y數控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作平臺、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題） 課題目的： 本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的是通過這次畢業(yè)設計使我們能夠綜合的運用所學的理論知識，獨立進行設計訓練。讓我們全面地，系統(tǒng)地把大學四年來學過的知識點鞏固一遍；以及讓我們學會把理論跟實際相結合，是培養(yǎng)和鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。通過畢業(yè)設計，使學生掌握數控車床的各部件結構以及工作原理，進一步加深對本專業(yè)的了解，為畢業(yè)進入公司上班打下基礎。 擬解決的關鍵問題： 1.機械傳動部件的計算與選型 2.工作臺尺寸及重量的確定 3.滾珠絲杠參數計算與選型 4.滾動導軌參數計算與選型 三、主要內容丶研究方法丶研究思路 主要內容: 1.導軌副的選用 要設計的XY工作平臺是用來配套輕型的立式數控銑床，需要承受的荷載不大，但脈沖當量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導軌副。 2.絲杠螺母副的選用 伺服電動機的旋轉運動需要通過絲杠螺母副轉換成直線涌動，要滿足0.005.mm的脈沖當量和±0.025mm的定位精度，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、運轉平穩(wěn)、壽命長、效率高，預緊后可消除反向間隙。 3.伺服電動機的選用 任務書規(guī)定的脈沖當量尚未達到0.001mm,定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有1000mm/min。因此，本設計不必采用高檔次的伺服電動機 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，為了減少設計工作量，X、Y兩坐標的導軌副、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。 研究方法 本次設計為數控X-Y工作臺的設計，設計核心技術在以下幾個方面： （1）設計機構的性能要求。 （2）機械傳動部件的計算。 （3）機械部分改裝設計與計算 研究思路 首先了解數控X-Y工作臺的機構性能要求 熟悉數控X-Y工作臺的結構及工作原理 確定數控X-Y工作臺的整體結構方案 對數控X-Y工作臺的主要零部件進行結構設計 繪制數控X-Y工作臺的裝配圖 繪制數控X-Y工作臺的零件圖 四、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期） 查閱相關文獻，撰寫開題報告 第1-2周 設計相關參數 第3-4周 部分昨圖，中期檢查 第5-8周 完成作圖以及說明書編寫 第9-10周 與導師溝通，修改設計，準備答辯 第11-12周 五、參考文獻 [1] 機械設計手冊編委會．機械設計手冊[S]．北京：機械工業(yè)出版社，2005． [2] 馮辛安．《機械制造裝備設計》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2003. [3] 丁連紅.．機電一體化技術發(fā)展趨勢和現狀分析[J]． 北京：中國科技信息，2007． [4] 邱宣懷主編．機械設計（第四版）．北京：高等教育出版社，1997． [5] 張建民，唐水源．《機電一體化系統(tǒng)設計》北京：高等教育出版社，2005． [6] 劉助柏．知識創(chuàng)新思維方法論．北京：機械工業(yè)出版社，1999. 指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據內容續(xù)頁；2、指導教師意見及簽名手寫，其他內容電子版填寫。 附件4 指導記錄 （指導教師用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 姓名 學號 指導教師 職稱/學位 畢業(yè)論文 （設計）題目 數控X-Y工作臺設計 日 期 指導內容 存在問題 指導 學時數 2018.03.05 首次小組指導，課題下達，指導老師根據實際情況安排畢業(yè)設計課題的分配，并詳細介紹了設計中的注意事項，布置了開題報告。 不確定自己的實際情況，不好定題。 2學時 2018.03.12 指導老師檢查每個同學的開題報告，指出各個同學的不足之處，提出修改意見。 沒有找到足夠的參考資料，不足以定題 2學時 2018.03.19 指導老師再此檢查開題報告，確定沒有錯誤以后，開始講解設計章節(jié)安排，布置下一階段的任務。 找不到足夠的參考文獻。 2學時 2018.03.26 聽取各個同學對自己課題設計思路的闡述，指導老師指出其中的不足之處并對每個同學的課題的重點進行詳細解釋. 在剛剛開始的時候，好多東西都不懂，不好上手。 2學時 2018.04.09 檢查已經計算的部分，敦促同學盡快完成計算，指導老師對每個同學遇到的問題進行耐心的回答，并對結構設計計算提出了一些建議。 對絲杠不太了解 2學時 2018.04.16 本次指導過程主要針對的是各個設計中的計算，強調要嚴格按照國家標準進行計算，對計算結果要嚴格檢查，不能出現差錯，否則無法進行下一步的工作。 在對絲杠的校核出現一些小問題 2學時 2018.04.23 本次主要檢查結構設計的制圖部分，對有問題的地方進行指導糾正，然后對同學們的疑惑進行答疑。 對一些標準零件的型號和規(guī)格不清楚。 2學時 2018.04.30 對已經繪制的零件圖進行了查閱，并指出錯誤。 絲杠螺母副部分的cad繪制出現問題 2學時 2018.05.07 對已經繪制的零件圖進行了進一步的查閱，并催促同學們進行總裝圖的繪制。 對數控系統(tǒng)不清楚。 2學時 2018.05.14 對繪制裝配圖的進度進行了檢查，并催促同學們完成裝配圖。 基本完成的裝配圖的繪制，但是還有一些細節(jié)問題需要優(yōu)化。 2學時 2018.05.18 本次指導老師檢查了裝配圖，給出了一定的指導意見，對圖中出現的問題進行仔細的講解。 裝配圖和零件圖中的一些細節(jié)問題還需要進一步的優(yōu)化。 2學時 2018.05.21 本次指導時，在檢查圖紙的同時，還提到了說明書的重要性，催促我們盡快完成說明書。 說明書內摘要部分需要修改，同時還有格式部分也需要修改。 2學時 2018.05.25 本次檢查指導時，基本已經完成了老師對其中的格式字體部分進行檢查，進一步加強了格式的重要性。 對說明書內一些細節(jié)性的格式還需要修改比如：行間距。 2學時 2018.05.28 打印初稿，并交給老師查閱，老師指出問題，進行指導。 參考文獻中需要加上外文文獻。 2學時 2018.06.01 整理資料，進行最后的檢查，準備答辯。 2學時 注：本表可續(xù)頁，由指導教師根據畢業(yè)論文（設計）指導工作方案和實際指導情況填寫（可電子版填寫）。 數控X-Y工作臺設計 摘 要 X-Y數控工作臺是是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺，是許多機電一體化設備的基本部件，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產，設計時只需根據工作載荷選取即可。工作臺是機器的重要組成部分，自動化工作臺可大大降低勞動強度，提高勞動生產率，降低成本。數控X-Y工作臺是數控技術，它充分利用了計算機硬件和軟件的功能，從而實現機器控制，擴大加工機床的范圍等最簡單的應用；進一步增強了可靠性和精度。我國現在存在著大量的老式機床，對這些機床數控化改造非常重要，這能讓我們明顯減低生產成本，提高生產效率。 關鍵詞：X-Y工作臺；伺服電動機；數控化 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數控X-Y工作臺概述 1 1.1.1數控X-Y工作臺簡述 1 1.1.2 數控X-Y工作臺的組成 1 1.2數控X-Y工作臺國內外發(fā)展趨勢 1 1.2.1我國數控產業(yè)的發(fā)展和現狀 1 1.2.2數控產業(yè)的發(fā)展趨勢 2 1.2.3國內外對比 2 1.3設計目的及意義 2 1.4總體方案的設計 3 1.4.1設計機構性能要求 3 1.4.2設計參數的確定 3 1.4.3機械系統(tǒng)設計 3 第2章 伺服電動機的選型 5 2.1伺服電動機的選型 5 2.1.1電機的選擇依據 5 2.2步距角的選擇 5 2.3步進電機輸出轉矩的選擇 5 2.4啟動矩頻特性校核 6 2.5工進運行矩頻特性校核 7 第3章 絲杠的選型 9 3.1絲杠的介紹 9 3.1.1絲杠螺母機構基本傳動形式 9 3.1.2滾珠絲杠螺母副的組成及特點 9 3.1.3滾珠絲杠螺母副的構造形式 9 3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊 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設計滾珠絲杠應注意的問題 15 第4章 聯軸器的選型 17 4.1聯軸器的介紹 17 4.2選擇聯軸器的類型 17 4.2.1初選聯軸器的類型 17 4.2.2初選聯軸器 17 4.3聯軸器的校核 18 4.3.1轉矩的校核 18 4.3.2銷的抗剪強度的校核 19 第5章 導軌的選型及計算 21 5.1 導軌的組成種類及其應滿足的要求 21 5.2導軌材料的選擇及熱處理 21 5.2.1導軌材料的選擇 21 5.2.3導軌的熱處理 22 5.3導軌及其長度的預選 22 5.4導軌副的額定壽命計算 23 5.5滾動導軌副的技術要求 24 5.6導軌防護罩的設計 25 5.6.1導軌防護罩的介紹 25 5.6.2導軌防護罩的選擇 25 5.7導軌的注意事項 26 第6章 機座的設計 27 6.1機座的作用及要求 27 6.2機座的設計 27 6.2.1機座自身剛度 27 6.2.2提高機座連接處的接觸剛度 28 6.3機座材料的選擇 28 第7章 數控系統(tǒng)的選型 29 7.1硬件選型 29 7.2進電機開環(huán)伺服原理 30 7.3電機的控制框圖 30 7.4軟件程序設計 31 7.4.1逐點比較法 31 7.4.2程序設計 31 總 結 35 參考文獻 37 致 謝 39 第1章 緒 論 1.1數控X-Y工作臺概述 1.1.1數控X-Y工作臺簡述 數控機床是一種用數控指令來對一臺或多臺機械設備進行控制使其動作的技術。它被大規(guī)模的用于機械制造及其自動化領域，它的大規(guī)模應用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來變革型的改變，使得制造業(yè)成為工業(yè)化的代表。隨著數控技術的發(fā)展及應用領域的擴張，數控X-Y工作臺的應用越來越廣泛，而工作臺是影響數控銑床加工精度的重要部分。數控X-Y工作臺大量應用在機電一體化設備上，它通常由工作平臺，導軌座，滾珠絲杠等組成。其中用電動機帶動絲杠使得工作平臺在X向和Y向進行線性移動。伺服系統(tǒng)是工作臺的重要組成部分，可以分為三種控制方式：開環(huán)，半閉環(huán)，閉環(huán)。開環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用步進電機，并且不設置傳感與檢測設備，信號是單向的。開環(huán)的優(yōu)點是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，結構簡單，調試方便，維修簡單，價格低廉。通常適用于經濟型數控銑床。半閉環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用交流或直流伺服電機驅動，并且在伺服電機的輸出軸端設置有傳感和檢測設備。閉環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用交流或直流的伺服電機驅動，并且在工作臺的末端設置傳感和檢測裝置。 當前有各式的工作臺在市場上流行，以前的工作臺只能在規(guī)定的某一機床上使用，伴隨著科技的進步，它們的功能也有單一性向多樣性發(fā)展，比如現在的工作臺不僅能在鉆床上使用，也可在銑床和鏜床上使用。工作臺還可以作為機床的第四回轉，提高了機床的性能和生產率。 1.1.2 數控X-Y工作臺的組成 數控X-Y工作臺由導軌座、移動滑塊、工作平臺、滾珠絲杠螺母副、伺服電動機等部件構成。它包含機械本體構件、動力和驅動部分、執(zhí)行部分、傳感部分、控制信息處理部分。 1.2數控X-Y工作臺國內外發(fā)展趨勢 1.2.1我國數控產業(yè)的發(fā)展和現狀 我國的數控機床研制工作起步于二十世紀六十年代，從二十世紀八十年代起，受改革開放的影響，我國從西方國家引進CNC系統(tǒng)（數控銑床），極大地提高了機床產品的質量。 從起步之初，到現在。我國數控機床可以分為三個發(fā)展的階段：第一階段是從二十世紀六十年代到八十年代，在這個階段受到西方國家對我國的技術限制以及國內種種困擾，數控機床基本上算是在自我摸索，對機床的核心技術沒有掌握，故而經常出現故障；第二階段是二十世紀八十年代到九十年代中期，在這個階段，我國恰逢改革開放，積極向西方國家學習和引進先進技術，利用國外現有技術以及自我學習，我國數控機床有了翻天覆地的進步，縮小了中外的差距；第三階段是二十世紀九十年代中期到現在，我國開啟數控化目標，進入自主研發(fā)階段，數控機床從質量到數量上取得了長足的進步，掌握了一些關鍵技術，達到了世界水平。 1.2.2數控產業(yè)的發(fā)展趨勢 (1)高速化 (2)精密與超精密化 (3)開放化 (4)技術集成化和技術復合化 (5)智能化 (6)綠色化 1.2.3國內外對比 與國外的數控機床相比，我國數控機床還存在以下幾方面的問題： （1）不能達到市場的需求。 （2）沒有大規(guī)模的機床生產企業(yè)。 （3）沒有掌握核心技術。 （4）沒有高技術含量，背外國寡頭企業(yè)握住命脈。 1.3設計目的及意義 本次畢業(yè)設計是對學生在畢業(yè)前的一次全面練習，目的是通過這次畢業(yè)設計使我們能夠合理的運用知識，自己進行設計訓練。讓我們全面地，系統(tǒng)地把大學四年來學過的知識點鞏固一遍；以及讓我們把理論與實際聯系起來，讓我們從以下幾個方面得到提升： (1)能夠正確運用機電一體化系統(tǒng)設計的基本理論和相關知識，掌握機電一體化的設計思想和設計方法，了解并分析設計方案，提高學生分析問題和解決問題的能力。 (2)通過機械部分設計，掌握機電一體化的機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結構設計。 (3)通過測試及控制系統(tǒng)方案設計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想； (4)通過畢業(yè)設計讓我們在查閱文獻、編寫說明書方面得到提升，提高我們的創(chuàng)新精神以及專業(yè)能力。 1.4總體方案的設計 1.4.1設計機構性能要求 (1)較高的機床靜、動剛度 (2)減少機床的熱變形 (3)減少運動間的摩擦和消除傳動間隙 (4)提高機床的壽命和精度保持性 (5)減少輔助時間和改善操作性能 1.4.2設計參數的確定 本次設計的數控X-Y工作臺應用于數控銑床，要求它具備坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補等基本功能。 其具體參數如下： 工作臺面的尺寸:：CB＝240mm260m 工作臺和工件最大負載重量：G=60kg 工作臺表面滑動摩擦系數為：0.5 X方向行程：100mm，Y方向行程：160mm 平均切削力：500N 快進進給速度：1m/min 最高運動速度：10000mm/min XY方向脈沖當量：0.001mm XY方向定位精度：0.02mm 工作壽命：每天8小時，工作8年，250天/年 1.4.3機械系統(tǒng)設計 (1)傳動機構為了使傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊得到保證，在這里使用滾珠絲杠螺母傳動副。絲杠的轉速為中轉速，精度要求為高精度。 - 43 - (2)導軌使用滾動直線導軌。滾動直線導軌副的優(yōu)點是動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。 (3)執(zhí)行機構使用步進電機。 （二）工作臺外形尺寸及重量初步估算 工作臺草圖如下圖1-1： 圖1-1工作臺流程圖 根據給定的有效行程，估算X向和Y向工作臺承載重量Wx和Wy。 圖1-2工作臺實物圖 第2章 伺服電動機的選型 2.1伺服電動機的選型 2.1.1電機的選擇依據 電機受到兩種形式力矩：一種是負載力矩和切削力矩（包括摩擦力矩）；另一種是加速力矩和減速力矩。電機選擇應該滿足下面的條件。 (1)機床無負載時，電動機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/減速時可能會產生發(fā)熱。 (2)加/減速時間要短，須在電動機的規(guī)定內。一般來講，負載力矩能使電動機發(fā)生減速，假如加速在規(guī)定時間內完成，減速理論上也在相同時間完成。這樣我們只需計算加速力矩。 (3)電動機發(fā)熱是因為連續(xù)定位和加減速，必須計算出電動機受到的力矩的均方根值Trms，使其小于電動機的額定力矩 Tc。 (4)電動機的最大切削力矩運行的時間必須在規(guī)定內。 (5)負載的慣量要小于電動機本身慣量的3倍。 這里我們依據脈沖當量和最大靜轉據選擇電機。 2.2步距角的選擇 已知脈沖當量 由 θb×L0i×360≤δp代入數據的θb×41×360=0.01，θb=0.9 （2-1） 2.3步進電機輸出轉矩的選擇 查《機械手冊》得，反應式步進電機啟動轉矩與最大靜轉矩的關系是: (1)加速度力矩 （2-2） (2)空載摩擦力矩（取傳動系統(tǒng)總效率） （2-3） , (3)附加摩擦力矩 為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率取 故電機空載啟動力矩 作用在工作臺的合力的計算，逆銑的時候合力大 作用在工作臺上的合力折算到電機上的轉矩 運動部件正常工作時的總負載轉矩 故運動部件正常運行時需的最大靜轉矩 此處取0.5代入得 按步進電機最大靜轉矩選擇要求 所以，選擇步進電機55BF009 2.4啟動矩頻特性校核 當啟動力矩時對應的允許啟動頻率，電機的啟動頻率 ，保證了電機快速啟動時不丟步。 運行矩頻特性校核 快速進給運行矩頻特性校核： 由式2-34得，快進力矩 查《指導書》2-22得，允許快進頻率 由式2-33得電機最高快進頻率 （2-4） ，故電機快速進給時不丟步。 2.5工進運行矩頻特性校核 工進時步進電機的運行頻率為 工進時步進電機運行所需力矩 工作負載力矩 允許工進運行力矩 滿足設計要求，故可選用此電機。 第3章 絲杠的選型 3.1絲杠的介紹 3.1.1絲杠螺母機構基本傳動形式 絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構。它是一種將滾動轉化為線性運動的機構，也可以傳遞能量。 絲杠螺母機構又分為滑動摩擦和滾動摩擦?；瑒咏z杠螺母機構結構簡單，成本低廉，能自鎖。但摩擦阻力大，傳動效率低。滾動絲杠螺母機構結構復雜，成本高。但是它摩擦阻力小，傳動效率高。綜合各種因素，選擇滾動絲杠螺母副。 根據工作臺實際運動情況，本設計的傳動形式選擇絲杠傳動螺母移動，此傳動形式需要控制螺母的轉動，因而得設置導向裝置。它特點是結構緊湊，剛性好，在工作形成大的場合都用它。 3.1.2滾珠絲杠螺母副的組成及特點 滾珠絲杠螺母副是一種將滾動變?yōu)榫€性運動的機構。滾珠絲杠螺母機構由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分構成。。 滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比，它的優(yōu)勢在于軸向剛度高，運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。 3.1.3滾珠絲杠螺母副的構造形式 滾珠絲桿副結構類型的區(qū)分可以在這幾個方面：螺紋滾道截面形狀、滾珠循環(huán)方式和消除軸向的調整方法。 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：內循環(huán)和外循環(huán)，他們的具體區(qū)別見下面的表。 表3-1滾珠的循環(huán)方式 類別 形式 特點 內循環(huán) 優(yōu)點:返回通道短一個循環(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:返向器鋼球返回通道的曲面加工復雜 復雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點:結構緊湊,工藝性好 缺點:循環(huán)回路長,流暢性差,鋼球通過短槽時易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點:結構簡單,制造方便,承載能力大 缺點:鋼球流暢性較差,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點:結構簡單,工藝性好,鋼球的流暢性好,應用較廣 缺點: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整和預緊 當滾珠絲杠副出現負載時滾珠與滾道面接觸點處將發(fā)生彈性變形現象。每當進行換向它的軸向間隙會產生空回現象。此空回現象是非連續(xù)的，不但會影響傳動精度，也會使系統(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。在實際中，通常用下表的調整預緊方法。 表3-2常見調整預緊辦法 調整預緊方式 特點 雙螺母螺紋預緊調整式 優(yōu)點是結構簡單、剛性好、預緊可調，缺點是不能精確定量地進行調整。 雙螺母齒差預緊調整式 優(yōu)點是能定量調整即可進行精密微調，調整容易。 雙螺母墊片調整預緊式 優(yōu)點是結構簡單、剛度高、預緊可靠，缺點是調整難。 彈簧式自動調整預緊式 優(yōu)點是可以消除工作過程中因磨損或彈性變形產生的間隙，缺點是結構復雜、軸向剛度低，不適用于重載場合。 單螺母變位倒程自頂預緊式和 單螺母滾珠過贏預緊式 結構簡單緊湊，但在使用中不能調整，且制造困難。 在保證防塵防護以及對調隙及預緊的前提下，選用最優(yōu)的結構形式。比如，當必須保證在有間隙存在時能夠選單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠螺母副；當必須保證預緊或在工作中有磨損而需要定期調整時，就選擇雙螺母螺紋預緊；當必須保證優(yōu)秀的防塵條件以及在裝配時有良好的調整間隙及預緊力的能力，選擇雙螺母墊片調整預緊式結構。 因為本次設計設計的工作臺必須保證足夠的防塵條件以及在裝配時有良好的調整間隙及預緊力的能力，所以我選擇雙螺母墊片調整預緊式。 3.2絲杠螺母副的選擇 表3-3 絲杠螺母副數據 公稱直徑/mm 導程/mm 余量/mm 節(jié)距/mm 25 5 20 8 絲杠的工作長度受到絲杠的工作行程影響，所以在這對絲杠進行初選： 初選X方向絲杠的工作長度為410mm 初選Y方向絲杠的工作長度為460mm 滾珠絲杠的工作載荷計算公式為： （3-1） 根據上述可知，由《機電一體化系統(tǒng)設計》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 額定動載荷值計算： 導程初選為5mm，則 = =8645011N 滾珠絲杠螺母副的選擇依據是值，由于滾珠絲杠螺母副額定動載荷要求Ca>=，所以查閱資料選擇下面型號規(guī)格： FC1-2505-2.5 Ca=5011N 公稱直徑D=25mm 導程P=5mm 螺旋角 滾珠直徑 計算可得： 滾道半徑 R=0.52 偏心距 絲杠內徑 3.3絲杠的校核 (1)因為絲杠在工作時會產生失穩(wěn),因而得驗算它的安全系數S，S要高于絲杠螺母副傳動結構所要求的安全系數。 臨界載荷是指絲杠在工作中不產生失穩(wěn)的最大載荷 其中 E=206Gpa L=0.3m 取 則 安全系數 查閱文獻知[S]=253.3，所以S>[S] 所以絲杠是符合要求的 (2)絲杠在工作時可能會產生共振現象，所以要計算不會發(fā)生共振現象的最高轉速—臨界轉速，要求絲杠的最大轉速 因為 所以絲杠在工作時不會產生共振現象。 (3)此外滾珠絲杠副還受Dn值的限制，通常要求： Dnmm/min Dn=25 < (4)滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉矩T的交互下會指示每個導程的變形量為： （3-2） 在公式中，A為絲杠截面積，A為絲杠的極慣性矩， G為絲杠切變模量對鋼G=83.3GP a;T(Nm)為轉矩， 式中 為摩擦角，其正切函數值為摩擦系數,為平均工作載荷.摩擦系數： ,則得 按最不利的情況取(F=) 通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的1/2,即 由計算可知該絲杠的剛度滿足要求。 （4）效率驗算： 要求在90%-95%之間，所以該絲杠螺母副滿足要求。 經上述計算驗證，FC1-2505-2.5滿足各項性能要求。 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，適用于高轉速、高精度的絲杠； （2）一端固定一端游動，適用于中轉速、高精度的絲杠； （3）一端固定一端自由，適用于低轉速、中精度、短軸向的絲杠。 因為要求中轉速、高精度，本次選擇一端固定一端游動的支承方式。固定端采用軸承連接。 3.4.2軸承的選擇 （1）軸承的分類 軸承可以分為滾動軸承和滑動軸承。滾珠絲杠螺母副一般使用滾動軸承。 滾動軸承可以分為兩大類：球軸承與滾子軸承。滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。滾動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，在旋轉精度和剛度要求不夠的場合使用。角接觸軸承不但可以經受徑向載荷而且也能經受軸向載荷；還能調整大小。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：滾道開在內圈和滾道開在外圈。這兩種軸承的圓柱滾子數目多、密度大，分兩列交叉排列，旋轉時支承剛度變化小，內圈上均有1:12的錐孔與帶錐度的軸頸配合，在軸頸發(fā)生軸向移動時，內圈擴大，所以能調節(jié)軸承的徑向間隙或實現預緊；使用的場合在較大載荷、較高轉速要求的。 圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承由內圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。它能經受大載荷，剛度高，但是轉速低，不過可以達到加工精度。 推力軸承。推力軸承優(yōu)點是承載能力強，支承剛度高，但轉速低，動作大。 （2）軸承的選擇 選擇角接觸軸承7202AC，數據見下表： 表3-4接觸軸承的數據 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 基本額定動載荷： 取滾動軸承當量動載荷X的值：X=1，Y=0.92 則當量動載荷為： 軸承壽命的計算： 軸承的預期壽命取=25000h 額定動載荷的計算： N<9980N 所以選擇的的軸承可以滿足壽命和強度的的要求。 (4)軸承的潤滑與配合 滾動軸承潤滑的優(yōu)點是能夠使軸承內部摩擦及摩損變少，潤滑效果： ①減少摩擦及摩損。 ②延長疲勞壽命。 ③排出摩擦熱、冷卻。 ④也有防止異物侵入軸承內部，或防止生銹、腐蝕之效果。 軸承潤滑方法：脂潤滑和油潤滑。為了使軸承發(fā)揮出它的潛力，就得要采用正確的潤滑方法。油潤滑的優(yōu)點在于它的潤滑性。滾動軸承軸頸和內圈的配合選擇基孔制，座孔和外圈的配合選擇基軸制。為了避免軸頸與內圈在作旋轉發(fā)生相對運動，軸承內圈與軸頸選擇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、方向和性質這些因素決定了怎么去選擇配合；但最終的選擇得參考機械設計手冊。 (5)軸承使用注意事項 滾動軸承與其他的機械零件相比它的優(yōu)勢在于：精度高，因而對于選用它的萬分小心。 ①軸承得保證清潔衛(wèi)生。 ②用時仔細認真 ③不能給軸承施加突然的猛烈沖擊，這會造成軸承產生傷痕、斷裂等損傷。 ④意軸承的防銹 ⑤在軸承的工作場所應該保證通風透氣，不能在潮濕的地方，最好是裝上軸套。 3.5設計滾珠絲杠應注意的問題 (1)為了延長使用壽命和精度，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，不產生傾覆力。 (2)放逆轉：滾珠絲杠副傳動逆效率高，一般當電機停電時，由于部件自重會使螺旋副產生逆?zhèn)鲃?，為了避免逆?zhèn)鲃佑邢旅鎺追N方式：停電自鎖的電機、蝸輪蝸桿機構、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，壽命等出現問題一般都會在行程兩端設置行程保護裝置。 (4)防止熱變形：對精密螺旋傳動的定位精度有重要影響的因素是熱變形。他會造成絲杠熱膨脹從而拉長。解決的辦法是用預拉伸或者強制冷卻等用以降低熱變形對絲杠的影響。 (5)防止彎曲變形：產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生彎曲變形，這不僅會影響導程累積誤差，還會影響螺母的受載。在使用細長絲杠時，要提防和降低自重彎曲變形。 (6)防護與密封：滾動體運動不流暢的原因之一是由于塵埃和雜質存在于滾道中，這會造成滾到和加速滾動體出現磨損，使?jié)L動螺旋副精度降低。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裝置。 (7) 減小驅動轉矩、提高傳動效率、延長螺旋副使用壽命的辦法是給這些零件潤滑。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、減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物。 第4章 聯軸器的選型 4.1聯軸器的介紹 聯軸器是指用來聯接兩軸或者軸與會轉件使之共同旋轉以傳遞運動和動力的機械傳動件。一般可分為以下幾種：聯軸器可分為剛性聯軸器、撓性聯軸器、安全聯軸器三種。 剛性聯軸器：剛性聯軸器結構簡單，價格便宜但是不具有補償能力。在載荷平穩(wěn)，轉速穩(wěn)定，能保證被聯兩軸軸線相對偏移極小的場合下才選擇它。 撓性聯軸器：具有一定的補償被相對偏移的能力，但關鍵取決于型號。 無彈性元件的撓性聯軸器：優(yōu)點是承載能力大，但缺點也很明顯他沒有緩沖減震性能，有沖擊噪聲；在低速、重載、轉速平穩(wěn)的場合受到廣泛歡迎。 非金屬彈性元件的撓性聯軸器：優(yōu)點是具備緩沖減震性能；但因為它的彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，所以只在高速、輕載和常溫的場合中使用 金屬彈性元件的撓性聯軸器：不僅有良好緩沖減震性能，它的承載能力還高，在速度變化大的場合廣泛應用。 安全聯軸器：最大特點是有一個保險環(huán)節(jié)，但它只能在限定載荷只中工作。每當實際載荷大于額定載荷時就會截斷，從而使傳動停止，起到保護作用。 起動安全聯軸器：不僅有過載保護作用，還有空載起動作用。 4.2選擇聯軸器的類型 4.2.1初選聯軸器的類型 聯軸器的選擇得考慮以下幾點： (1)聯軸器工作時的轉矩大小和性質以及對緩沖減振功能有什么需求。 (2)聯軸器在工作時轉速的高低以及產生離心力的強弱。 (3)聯軸器在工作時兩軸產生相對位移的多少和方向。 (4) 聯軸器的可靠性以及對工作環(huán)境有什么要求。 (5) 聯軸器的制造、安裝、維護和成本。 4.2.2初選聯軸器 根據滾珠絲杠的軸徑和來選取聯軸器。選擇圓錐銷套筒聯軸器，具體數據見下表。 表4-1聯軸器性能 類 別 聯軸器名稱 轉矩范圍N.mm 軸徑范圍mm 最高轉速r/min 特點及應用說明 剛性 凸緣聯軸器（GBT5843—2003） 10~20000 10~180 13000~2300 結構簡單，裝拆、維護方便；安全、可靠；具備緩沖性和可移性 套筒 夾殼聯軸器 （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，無噪音，工藝性好。 聯軸器 固定式 緊箍夾殼聯軸器 套筒聯軸器 180~12500 圓錐銷 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 其特點和使用性能與夾殼聯軸器相似，但外形簡單，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合。 結構簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時需沿軸向移動較大的 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)的功率傳動軸系。 選擇d=12mm的圓錐銷套筒聯軸器，其數據如下： 表4-2 d=12mm的圓錐銷套筒聯軸器數據 d 公稱轉矩（Nm） D L l C 圓錐銷 （2個） 12 7.5 22 40 8 0.5 4×22 4.3聯軸器的校核 4.3.1轉矩的校核 聯軸器轉矩的計算公式如下： （4-1） 式中：K——工作情況系數 P——輸出功率（kw） T——理論轉矩N.m ——計算轉矩N.m N——工作轉速r/mi n 則聯軸器的轉矩為(根據研究取K=1.5)： = 經計算可以確定選則的聯軸器合適。 4.3.2銷的抗剪強度的校核 銷的抗剪強度的計算公式如下： （4-2） 則銷的抗剪強度為： 經計算銷的抗剪強度合適，材料為45號鋼。 第5章 導軌的選型及計算 5.1 導軌的組成種類及其應滿足的要求 導軌分為直線導軌和回轉導軌；其中直線導軌又分為滾動導軌和滑動導軌；滾動導軌副是由鋼珠在滑塊與導軌中作無線滾動循環(huán)，使得工作臺能夠沿著導軌做直線運動；它由三部分組成：滾珠、滾柱、滾針；它的優(yōu)點是靈敏度高，運動平穩(wěn)，不易出現爬出現象；它的優(yōu)勢還有定位精度高，摩擦阻力小，精度保持好；但是缺點也很明顯它的抗震性差，所以對防護的要求高。機電一體化系統(tǒng)對導軌的基本要求是導向精度高、剛性高、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結構工藝性好。所以在選擇導軌時需要考慮上述種種因素。 5.2導軌材料的選擇及熱處理 5.2.1導軌材料的選擇 導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，故而在滑動導軌中被大量使用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，一般選擇HT200，硬度以180~200HB較為適合。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可以提高導軌的耐磨性，一般用于中等精度和運動速度較低的導軌。 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)點是有很好的耐磨性。 稀土鑄鐵，優(yōu)點是強度高以及硬度好，但不足得是它的抗震性差以及成本昂貴。 (2) 鋼。是對含碳質量百分比介于0.02%—2.11%之間的鐵碳合金統(tǒng)稱。它的有點是耐磨性好，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，通過加聚或聚縮反應聚合而成的高分子化合物。塑料導軌具有較好的耐磨耗性，耐沖擊性好，大規(guī)模應用于生產中，抗拉扯能力大，加工成本低，可降低低速運動的臨界速度，質量輕且堅固，工藝簡單等特點。 經過考慮所有數據，導軌材料選用灰鑄鐵HT200 5.2.3導軌的熱處理 導軌熱處理:一般重要的導軌，鑄件粗加工后進行一次時效處理，高精度導軌鑄件半精加工后還需進行第二次時效處理。 常用導軌淬火方法有: (1) 接觸電阻淬火，淬硬層深度0.15～0.2mm。硬度可達HRC55。 (2) 中高頻感應淬火，淬硬層深度2～3mm,硬度可達HRC48-55。這種淬火方法能提高二倍耐磨性。 5.3導軌及其長度的預選 我選擇的導軌副是滾動直線導軌副。選擇它的原因如下： (1)滾動直線導軌副動靜摩擦系數小，有效幫助它的響應速度和靈敏度。 (2)滾動直線導軌副的承載性強，剛度高。 (3)滾動直線的導軌副的摩擦特性好，直線運動時速度高，低速時不爬行。 (4)滾動直線的導軌副導向精度高，結構簡單，組裝容易并具備互換性。 綜合各項要求，選擇燕尾形導軌。X方向初選導軌型號為GGB20BAL2P 12×940-4, Y方向初選導軌型號為GGB20AAL2P 2×1090-4。具體數據見《機械設計手冊》9-149。 導軌的長度：由于導軌長度影響工作臺的工作精度和高度，一般可根據滑塊導向部分的長度來確定導軌長度。 其公式為： L=H+S+△l-S1-S2 （5-1） 由此公式估算出=370mm,=420mm 其中: L——導軌長度 H——滑塊的導向面長度 S——滑塊行程 △l——封閉高度調節(jié)量 S1——滑塊到上死點時，滑塊露出導軌部分的長度 S2——滑塊到下死點時，滑塊露出導軌部分的長度 5.4導軌副的額定壽命計算 （1）X方向的導軌計算 X方向初選導軌型號為GGB20BAL2P 12×940-4，查《機械設計手冊》得，這種導軌的額定動，靜載荷分別為Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。 因滑座數M=4,所以每根導軌上使用2個滑座。 其中工作臺的最大重量為: G=60×10N=600N F1=F2=F3=F4=1/4(G+F)=200N 滾動導軌的額定壽命計算公式為： L=（/）K （5-2） 式中：L——額定壽命（km）； ——額定動載荷（KN）； P——當量動載荷（KN）； ——受力最大滑塊所受的載荷（KN）； Z——導軌上的滑塊數； ——指數，當導軌體為滾珠時，ε=3；當為滾柱時 =10/3； K——額定壽命單位（KM），滾珠時，K=50km；滾柱時，K=100km； ——硬度系數； 由于產品技術要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通常可取=1 ft--溫度系數，查下表,得ft=1 表5-1溫度系數 工作溫度/ 100~150 150~200 200~250 1 0．90 0．73 0．60 ——接觸系數，查下表；得 =0.81 表5-2接觸系數 每根導軌上的滑塊數 1 2 3 4 5 1．00 0．81 0．72 0．66 0．61 ——精度系數，查下表；取=1 表5-3精度系數 工作條件 無外部沖擊或振動的低速運動的場合，速度小于15m/min 1~1.5 無明顯沖擊或振動的場合，速度為15~60m/min 1.5~2 有外部沖擊或高速運動的場合，速度大于60m/min 2~3.5 ——載荷系數，查下表；得 =1 表5-4載荷系數 精度等級 2 3 4 5 1．0 1．0 0．9 0．9 將數據帶入公式中即可算出L=37179km （2）壽命時間的計算 當行程長度一定，以h為單位的額定壽命為： 式中 ——壽命時間（h） L——額定壽命（km） ——行程長度（m） ——每分鐘往返次數 由于一年有250個工作日，每天工作8小時。則預計的工作壽命年限為： 年 同理，可以求得Y方向的導軌副的額定壽命： 年 5.5滾動導軌副的技術要求 滾動導軌副的技術要求包括包括配合性質和公差等級、配合面的形位公差和表面粗糙度等。其精度主要根據工作精度要求，結構特點和使用條件而定。 （1）配合性質和公差等級：對導向精度要求較高的導軌面，常用H6/h5，H7/h6，H6/g5，H7/g6等配合，對導向精度要求不高的導軌面，可用H8/h7，H8/f7等配合。這里導向精度要求高，我們選用H7/h6配合。 （2）配合面的形位公差：導軌配合面的形位公差應根據機械對導向精度的要求而定。如導向面的直線度公差，導向面對基準平面或基準軸線的平行度公差等，一般占機械導向精度的1/2~1/3。本次設計中本機構導軌精度取3級。 （3）表面粗糙度：表面粗糙度應根據相應的公差等級確定。對于普通精度的導軌，被包容件導向面的表面粗糙度幅度參數Ra在0.63~2.5范圍內；對于高精度的導軌，表面粗糙度幅度參數Ra在0.16~0.6范圍內，包容件導向面的表面粗糙度相應降一級。 5.6導軌防護罩的設計 5.6.1導軌防護罩的介紹 機床導軌防護罩，又稱為機床導軌防塵罩。按材質分為鋼制導軌防護罩、塑膠布導軌防塵罩、耐油橡膠防護罩。不同的機床不同的工作環(huán)境采用不同材質和形式的導軌防護罩。 5.6.2導軌防護罩的選擇 幾種導軌防護罩的區(qū)別如下： （1）只是用來防塵防油、運行速度快的機床，如：龍門銑床、線切割機床、電火花機等機床就適合用風琴式塑膠布防護罩，此類護罩行程長壓縮小、護罩內沒有任何金屬零件，不用擔心護罩工作時會出現零件松動而給機器造成嚴重的損壞。 （2）運行速度快，并且有高溫金屬碎屑的機床，如：數控加工中心等機床就適合用盔甲式風琴防護罩，此類護罩適合立導軌，即通常說的Y軸導軌的防護。 （3）冷卻液多高溫金屬碎屑屑多、機床運行速度慢的機床，如：加工中心、落地鏜銑床、龍門刨床等機床就適合用鋼制導軌防護罩。 （4）只是用來防塵、耐酸堿液、沒有高溫環(huán)境的機械設備，如液壓機械的油缸，適合選擇橡膠防塵罩。該型防塵罩具有柔軟的外形、耐酸堿、使用時間長、伸縮更自如的特點。 考慮各種因素，我們選擇鋼板防護罩。鋼板防護罩鋼制能防止銹蝕。防護罩有多節(jié)鋼板重疊在一起組成，每節(jié)后側均有一塊立板，立板上鑲有滑塊或滾輪，可在導軌上滑動，防護罩可隨之伸長或壓縮?？梢詾樗械臋C床種類提供相應的導軌防護類型（水平、垂直、傾斜、橫向）。根據運行速度及導軌的不同鋼板防護罩的結構也不同。運行速度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。驅動板、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。鋼板防護罩的節(jié)數對其比例、重量及運行特性都很重要。每個單節(jié)都應盡可能的長，這樣可以減少節(jié)數，一般情況最大拉伸與最小壓縮比例應在3：1和5：1之間（最高可達10：1）。寬度較大時必須折邊，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流走。 5.7導軌的注意事項 潤滑：如果產品上已涂有防銹油，使用前請先將防銹油擦拭干凈，然后封裝潤滑油后再進行使用。 組裝：互換性產品（即導軌和滑塊可以任意匹配的產品）的滑塊是以裝在暫用軸上的形式提供的。為此，在與導軌相組合時，請加以留意。如擅自拆卸各部位，就會導致粉塵的進入或使各部位組合精度的下降，為此，如不是萬不得已的情況，請不要輕易拆卸。 使用上的注意事項：使用時，請盡量避免粉塵或異物的進入。滑塊處于反吊狀態(tài)時（例如固定在天花板上滑塊朝下使用時），如萬一端蓋受損，滾珠就會滾出，導致滑塊從導軌脫落．對于這種用途，請事先采取追加安全裝置等相應的措施。 保管：如導軌放置狀態(tài)不良，就會造成導軌變形．保管時，要將它放置在適當的平面上，保持水平擺放。 第6章 機座的設計 6.1機座的作用及要求 機座是支承其他零部件的基礎部件。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位置的基準作用。機座多采用鑄件。其基本特點是尺寸較大、結構復雜、加工面多，幾何精度和相對位置精度要求高。在設計時，首先應對某些關鍵表面及相對位置精度提出相應的精度要求，以保證產品總精度。其次，震動將直接影響產品的正常運轉，故應對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，進而產生變形、震動或爬行現象，從而影響產品定位精度、加工精度及其他性能。提高機座的抗震性可以采用：提高靜剛度；增加阻尼；在不降低機座的靜剛度前提下，減輕機座重量；采取隔振措施。 （2）熱變形 系統(tǒng)運轉時，電動機、強光源等熱源散發(fā)的熱量，零部件間相對運動而摩擦生熱，電子元件發(fā)熱，都將傳到機座上：如果熱量分布不均勻、散熱性能不同，就會由于不同部位的溫差而產生熱變形，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，從而減小其相對變形。 （3）穩(wěn)定性機座的穩(wěn)定性是指長時間的保持其幾何尺寸和主要表面相對位置精度，以防止產品原有精度的喪失。所以，對鑄件機座進行時效處理來降低機座變形的內應力。 （4）其他要求 除上述要求之外，還應考慮工藝性、經濟性及人機工程等方面的要求。 6.2機座的設計 機座的結構設計必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時還要考慮安裝方式、材料選擇、結構工藝性及節(jié)省材料、降低成本和縮短周期等問題。 6.2.1機座自身剛度 保證自身剛度度可以從以下幾點來做： （1）合理選擇截面形狀和尺寸。 （2）合理布置筋板和加強筋。 （3）合理的開孔和加蓋。 6.2.2提高機座連接處的接觸剛度 在兩個平面接觸處，由于微觀的不平度，實際接觸只是凸起部分。當受外力作用時，接觸點的壓力增大，產生一定的變形，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小于2.5um，以便增加實際接觸面積；固定螺釘應在接觸面上造成一個預壓力，壓強一般為2.5MPa，并據此設計固定螺釘的直徑和數量，以及擰緊螺母的扭矩，在安裝螺釘處加厚凸緣來增加局部剛度，并提高連接剛度。 6.3機座材料的選擇 機架材料的選用，主要根據機架的使用要求，由于多數機架形狀較復雜，故一般采用鑄造，因為鑄鐵的鑄造性能好，性價比高和吸震性強，應用最廣。 鑄鐵的優(yōu)點： （1）它的流動性好，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復雜的鑄件。 （2）在鑄造中加入少量合金元素可提高耐磨性能。 （3）鑄鐵的內摩擦大、阻尼作用強，故動態(tài)剛性好。 （4）鑄鐵還具有切削性能好、價錢便宜和易于大量生產等優(yōu)點 工作臺中用于鑲嵌導軌的支承件選用HT100，其特點是力學性能較小，承受輕負荷，性價比高。 第7章 數控系統(tǒng)的選型 7.1硬件選型 圖7-1硬件圖 7.2進電機開環(huán)伺服原理 圖7-2 開環(huán)伺服原理 7.3電機的控制框圖 圖7-3電機控制圖 7.4軟件程序設計 7.4.1逐點比較法 用逐點比較法進行直線插補計算，需要經過四個步驟： 偏差判別：判別偏差或,從而決定哪個方向進給和采用哪個偏差計算公式。 坐標進給：根據直線所在象限及偏差符號，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個方向進給。 偏差計算：進給一步后，計算新的加工偏差。 終點判別：進給一步后，終點計數器減1。若為零，表示到達終點停止插補；不為零，則返回到第一步繼續(xù)插補。終點計數判別可用兩個方向坐標值來判。 圖7-4直線插補程序圖 7.4.2程序設計 設計程序時，在RAM數據區(qū)分別存放終點坐標值XE，YE，動點坐標值X，Y，偏差FM。對8位機，一般可用2字節(jié)，而行程較大時則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長度和精度要求。此外，所有的數據區(qū)必須進行初始值、X、Y向步進電機初態(tài)（控制字）。 插補程序所用的內存單元如下： 28H 29H 2AH 2BH 2CH 70H XE YE X Y FM 電機正反轉控字 電機正反轉控制字為： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D1D0為X向電機控制位。D0=1運行，D0=0停止；D1=1正轉，D1=0反轉。D3D2為Y向電機控制位。D2=1運行，D2=0停止；D3=1正轉，D3=0反轉。 第一象限直線插補的程序： 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 我覺得這次專業(yè)課程設計是對過去所學專業(yè)知識的一個全面的綜合的運用。在設計的過程中我全面地溫習了以前所學過的知識，包括機械專業(yè)課程和數控方面的基礎知識，經過復習整理所學得專業(yè)知識使得設計思路清晰系統(tǒng)。通過設計使我更加接近生產實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關機械設計方面的知識。