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1、 畢業(yè)設計說明書 D7132電火花機工作臺的設計 第 41 頁 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個

2、人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期

3、：　　 　 　　  學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　

4、　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 1.設計（論文）的內容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時

5、） 2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供

6、電子文檔 5.裝訂順序 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 3）其它 1 緒 論 1.1 我國數(shù)控機床的發(fā)展 中國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權，取得了相當大的進步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們在數(shù)控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。這種局面在發(fā)展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數(shù)控強手如林的今天和知識經(jīng)濟即將登上舞臺的新世紀，這一常規(guī)途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服已過時階段，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩(wěn)市

7、場，技術上就已經(jīng)落后了；在國外將脈沖驅動的數(shù)字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒形成大的市場規(guī)模；近來國外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡（通過光纜等）與數(shù)控裝置連接時，我們又跟著發(fā)展此類系統(tǒng)，前途仍不樂觀。這種總是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅動模式來開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內設立研究所和生產(chǎn)廠，實行就地開發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷售，使我們的產(chǎn)品在性能價格比上已越來越無多大優(yōu)勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。 為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強數(shù)控領域的科技創(chuàng)新，努

8、力研究具有中國特色的實用的先進數(shù)控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發(fā)展符合中國國情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機床整機的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子走，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數(shù)控產(chǎn)品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數(shù)控技術和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在21世紀走在世界的前列 [1]。 1.2 研究本課題的目的意義 數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)[2]。

9、 在我國，數(shù)控技術與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數(shù)控領域，以PC平臺為基礎的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術創(chuàng)新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將成為數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務[3] 。 為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發(fā)展道路。為此，通過本次設計是想從中掌握兩維數(shù)控工作臺的設計，設計出能夠應用于社會

10、生產(chǎn)的兩維數(shù)控工作臺，并且從中更好的掌握大量所學的知識，理論聯(lián)系實際，更好第鍛煉自己。 1.3 本設計的指導思想和主要問題 本設計是我機械設計制造及其自動化專業(yè)知識的一次較全面的機電一體化設計訓練，其只要思想是運用數(shù)控和機電一體化知識，進行機械設計，是數(shù)控技術和機電一體化設計基礎課程重要的綜合性與實踐性環(huán)節(jié)。通過本課程的設計，能綜合運用機械設計課程和數(shù)控技術及其他有關先的理論，結合生產(chǎn)實際知識，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。學習機電一體化設計的一般方法，掌握通用機械零件、機械傳動裝置和簡單工作臺運動控制的設計原理和控制過程。進行機電一體化設計

11、基本技能的訓練，如計算、繪圖、熟悉和運用設計資料（手冊、圖冊、標準和規(guī)范等）[4]?？紤]如何設計出滿足要求的兩維數(shù)控工作臺，對導軌、絲杠傳動分析，以及軸承、機架等。 2 總體方案設計 機床在加工過程中，需要一個工作平臺作為一個載體，完成機械加工過程的，并且通過平臺上的加緊、固定裝置，對機床加工工件進行加緊。而且合理的工作臺設計，能夠非常有效的保證和提高機床的加工精度，以及保證其加工成品率。 2.1 D7132電火花機工作臺的組成及工作原理 該工作臺為十字工作臺，在X、Y方向各有電機驅動，能夠實現(xiàn)二維方向的運轉。從工作臺的整體上來看，工作臺面與滾動導軌副

12、的四個滑塊固定在一起，隨滑塊在在導軌上運動，導軌下面用螺釘使其連接固定在機架上。工作臺的動力裝置選用交流伺服電機，在X、Y方向分別有一個電機做動力裝置，來實現(xiàn)在其方向上的進給與往復運動，工作臺的傳動裝置選用滾珠絲杠螺母副，并且用固定塊把工作臺面與螺母連接在一起，電機運轉時，通過絲杠的進給，帶動工作臺面的運動，實現(xiàn)機床的機械加工運動。 、 圖2.1 D7132電火花機效果圖 2.2 本次設計任務 D7132電火花機工作臺是數(shù)控加工中不可缺少的重要部分，在電火花加工等數(shù)控加工中，實現(xiàn)兩維運動是靠該部分來實現(xiàn)的，本部分是由步進或伺服電機，在單片機或PLC的程序驅動下，帶動滾珠絲杠

13、實現(xiàn)進給運動。本課題要求設計出一個兩維工作臺，其行程在250—320之間，負荷200kg，工作平穩(wěn)靈活。 3 直線滾動導軌副的設計 3.1 直線滾動導軌副的結構與特點 直線滾動導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當?shù)匿撉?，使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得： 動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度。 驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分

14、之一。適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約10倍。 能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。 能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。 導軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低[5]。 導軌采用表面硬化處理，使導軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能。 簡化了機械結構的設計和制造[4]。 用于直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載， 同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下

15、實現(xiàn)高精度的直線運動。 是用于約束機構運動軌跡的，能將部件嚴格控制在某直線軌跡上，其基件（滑軌）與動件（滑塊）間多能承受前后、左右兩方向的扭矩及側邊、頂面兩方向的正壓力，具有導向平滑，垂直負載大，直線軌跡精準等特點[[6]。 3. 2 直線滾動導軌副的選材及熱處理要求 該設計為兩維數(shù)控工作臺的設計，導軌的材料應具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)之差小，加工和使用時產(chǎn)生的內應力小，尺寸穩(wěn)定性好等特點。考慮以上因素，選用G20CrMo作為導軌副材料，以提高使用受命。前者為滑塊材料，后者為導軌材料，二者均采用G20CrMo。本設計中導軌長度小于2500mm，根據(jù)手冊[4]，對G20CrM

16、o硬度進行處理：200≤HBS≤ 229,且硬度差不超過25. 熱處理方法 粗加工后進行一次時效處理，半精加工后再進行一次時效處理。中頻淬火，淬硬深度1-2mm，硬度220HBS。 3.3 直線滾動導軌副的選用 其要求為行程250~320，載荷200㎏,選用GGB型直線滾動導軌副能滿足要求，依其要求； 上面X方向為GGB30AAL2P21012 下面Y方向為GGB16AAL2P21012 導軌尺寸 L=1012 H1=26 B4=28 d=9 D=14 h=12 F=80 Lmax=3000 滑塊尺寸 B1=90 B2=5 B3=72 K=3

17、5 T=10 T1=18 M1=M5 L1=95.2 L2=70 L3=52 油杯尺寸 L4=11 G=6 N=6 額定動載11.5C/KN 額定靜載13.6C/KN 3.4 額定壽命的計算 X方向部分導軌副的使用條件是：水平安裝，臥式導軌，滑塊座移動，工作臺質量均勻分布，重心在中間，G為質量重。因外力較?。ā?0㎏），所以認為外力F的作用點與工作臺重心重合， 勻速運動或靜止 Fmax==0.27 由計算載荷計算式 Fc= F1=(609..8) 查

18、表得[4]； C=11.5KN C0=13.6KN L=()K P=Fmax 式中 ——額定壽命（Km） ——額定動載荷(Kn) ——當量動載荷 ——受力最大的滑塊所受的載荷（N） ——導軌上的滑塊數(shù) ——指數(shù)，當滾動體為滾珠時，=3；當滾動體為滾柱時，=10/3 ——額定壽命單位（Km），滾珠時，=50Km；滾柱時=100Km, ——硬度系數(shù) = 由于產(chǎn)品技術要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC[4]，故常取fh=1. ——溫

19、度系數(shù) ——接觸系數(shù) ——精度系數(shù) ——載荷系數(shù) 表3.1 溫度系數(shù) 工作溫度/c ≤100 ﹥100~150 ﹥150~200 ﹥200~250 1 0.90 0.73 0.60 表3.2接觸系數(shù) 每根導軌上滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61 表3.3精度系數(shù) 精度等級 2 3 4 5 1.0

20、1.0 0.9 0.9 表3.4載荷系數(shù) 工作條件 無外部沖擊或振動的低速運動場合，速度小于15m/min 1~1.5 無明顯沖擊或振動的中速運動場合，速度為15~60m/min 1.5~2 有外部沖擊或振動的高速運動場合，速度大于60m/min 2~3.5 查表1—表4 各項系數(shù)確定； =1, =1, =0.66, =1, =1.2 L=()K ==93043Km 以有效行程=0.3m，每分鐘往復次數(shù)=4，移動速速≤15m/min，移動

21、條件；常溫，平穩(wěn)無沖擊以及振動。 ==646131h 式中 ——壽命時間（h）; ——額定壽命（Km），見式（9.3—15）; ——行程長度（m）; ——每分鐘往復數(shù)。 安工作日為300d，三班工作制，每班8小時， hy=646131/(300*24)≈89年 而方向部分滾動直線導軌副的工作狀態(tài)與X方向基本一致，只是所受載荷較大些，因此也采用表9.3-48序號的情況計算 =1.0045kn (由表9.3-51及表9.3-44~47) 得=12810.9km =88964h ≈12年 對于數(shù)控機床，估計12年的壽命已滿足要求[4]。 3.5 確定潤滑和密封

22、滾動直線導軌副常用鈉基潤滑脂潤滑，如果使用潤滑油進行潤滑，應盡可能采用高粘度的潤滑油。如果與其他機構統(tǒng)一供油，需要附加濾油器，在油進入導軌前再經(jīng)過一道精細的過濾[7]。 為了防止由異物侵入，以及防止?jié)櫥瑒┬钩觯a(chǎn)品出廠時滑塊兩端均裝有耐油橡膠封墊，有條件的地方可施加風箱式密封裝置，也可選用伸縮式防護等，將導軌軸承遮蓋起來。 4 滾珠絲杠螺母副的選用 滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小

23、的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點[7]。 4.1 滾珠絲杠副的特點 （1）與滑動絲杠副相比驅動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下,即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 （2）高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組

24、裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。 （3）微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。 （4）無側隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。 （5）高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動)。 4.2 滾珠絲杠的主要技術參數(shù) 滾珠絲杠螺母副是一種低摩擦，高精度，高效率

25、的機構。它的機構效率（η= 0.92-0.96）比滑動絲杠（η= 0.20-0.40）高3-4倍。滾珠絲杠螺母副的動（靜）摩擦系數(shù)基本相等，配以滾動導軌，啟動力矩很小，運動極靈敏，低速時不會出現(xiàn)爬行。滾珠絲杠螺母副可以完全消除間隙并可預緊，故有較高的軸向剛度，且反向無空程死區(qū)，反向定位精度高[8]。滾珠絲杠螺母摩擦系數(shù)小，無自鎖，能實現(xiàn)可逆?zhèn)鲃?。滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式一般分內循環(huán)和外循環(huán)兩種。 （1）名義直徑 滾珠絲杠的名義直徑是指滾珠中心圓的直徑。值越大，絲杠的承載能力和剛度越大。用于數(shù)控機床進給驅動中的滾珠絲杠，取= 20mm—100mm。選擇值應大于絲杠長度的1/35~1/30

26、。 （2）基本導程 導程應根據(jù)機床的脈沖指令要求和負載情況來選擇。當名義直徑確定后，Ph值大，可使螺紋的升角β變大。一般β〉2，通常取β〉3.5。 （3）滾珠直徑 一般取 = 0.6。滾珠的工作圈數(shù)j和工作滾珠總數(shù)N，工作圈數(shù)j一般取2.5-3.5圈，而工作滾珠總數(shù)N以不大于150個為宜。 （4）列數(shù) 要求工作圈數(shù)較多的場合，可采用雙列或多列式螺母的結構形式。 4.3 滾珠絲杠副的選材及熱處理要求 該設計為兩維數(shù)控工作臺的設計，滾珠絲杠的材料應具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)之差小，加工和使用時產(chǎn)生的內應力小，尺寸穩(wěn)定性好等特點。考慮以上因素，選用G20CrMo鋼作

27、為滾珠絲杠材料，以提高使用受命。本設計中絲杠長度小于300mm，按手冊對G20CrMo鋼硬度進行處理；200≤HBS≤ 229,且硬度差不超過25. 熱處理方法 粗加工后進行一次時效處理，半精加工后再進行一次時效處理。中頻淬火，淬硬深度1-2mm，硬度220HBS。 4.4 滾珠絲杠副疲勞強度計算 滾珠絲杠應根據(jù)其額定動載荷選用。滾珠絲杠的當量動載荷 = 3√L (N) 式中---軸向工作載荷（N），當載荷按單調式規(guī)律變化，各種轉速使用機會相同時，=； ， ---絲杠最大，最小軸向載荷（N）； L---工作壽命，以10的6次方轉為1單位，L = 60nT/1000000 n-

28、--絲杠轉速(r/min)； T---使用壽命（H），對數(shù)控機床可取T = 15000h。 4.5 滾珠絲杠的靜載強度計算 低速運轉時的滾珠絲杠副，應按最大軸向工作載荷，即按計算靜載荷Cj為選擇依據(jù)。其計算公式為： = 式中；---最大軸向工作載荷（N）； ---載荷性質系數(shù)，數(shù)值同上； ---硬度影響系數(shù)，HRC≧58取Kr = 2.0-1.2。 圖4.1滾珠絲杠幅結構圖 公稱直徑和導程 現(xiàn)取X方向部分=12 =2.5 Y方向部分=12 =2.5 4.6 滾珠絲杠副的基本尺寸確定 X方向滾動螺旋副型號：CD.M120

29、2.5 X方向滾動螺旋副代號：FF1202.5-3 Y方向滾動螺旋副型號：CD.M1202.5 Y方向滾動螺旋副代號：FF1202.5-3 該滾動螺旋副的幾何尺寸： 公稱直徑=12 公稱導程=2.5 絲杠外徑=11.7 鋼球直徑=2 絲杠底徑=10.2 循環(huán)圈數(shù)3 基本額定負荷：動載荷=3.2kn 靜載荷=5.6kn 螺母安裝連接尺寸: =20 =40 L=33 =29 B=8 h=4.5 =4.5 =8 F=25 H=36 M=2.5 (1)、對X方向滾動絲杠螺旋副的幾何尺寸如下： =12 =2.5 接

30、觸角a=45,由上可知鋼球直徑Dw=2 螺紋滾道曲率半徑rs(rw)=0.54Dw=1.08 偏心距e==(1.08-1)0.707=0.057 螺紋開角Φ=arctg()=4.55 螺桿大徑d=d-0.2Dw=12-0.22.5=11.95 螺桿小徑d1=d0+2e-2rs=9.954 螺桿接觸點直徑dk=d0-Dwcosa=10.2325 螺母螺紋大徑D=d0-2e+2rn=12-20.057+21.62=13.126mm 螺母螺紋小徑D1=d0+(0.2~0.25)Dw=12.5mm (2)、對Y方向部分滾動絲杠螺旋副的幾何尺寸如下 d0=12 Ph=2.5 接觸

31、角a=45o,由上可知鋼球直徑Dw=2 螺紋滾道曲率半徑rs(rw)=0.54Dw=1.08 偏心距e=(rs-)sin=(1.08-1)0.707=0.057 螺紋開角Φ=arctg()=4.55o 螺桿大徑d=d0-0.2Dw=12-0.22.5=11.95 螺桿小徑d1=d0+2e-2rs=9.954 螺桿接觸點直徑dk=d0-Dwcosa=10.2325 螺母螺紋大徑D=d0-2e+2rn=12-20.057+21.62=13.126mm 螺母螺紋小徑D1=d0+(0.2~0.25)Dw=12.5mm 表4.1 FF1202.5-3型滾珠絲杠副基本尺寸 4.7

32、滾珠絲杠副的承載能力以及壽命計算 對一組 do=12 ph=2.5 Φ=4.55’ Ca=10000, 12650 二組 do=12 ph=2.5 Φ=4.55’ Ca=10000, 12650 基本壽命計算； 一組相同參數(shù)的滾動螺旋副，在相同的條件下，90%不會發(fā)生疲勞剝傷的特定轉數(shù)，并規(guī)定10000000轉為基本額定壽命。 L=(Ca/f)3 式中L---額定壽命10000000轉 Ca---基本額定動載荷（N） F----軸向載荷 由于伺服電機的輸出功率通常為0.1~100W，故選X方向部分的功率為60W，以平均轉速2000r/min計算

33、， 由Φ=TW=T2n 得方向電機輸出轉矩T1=3.183n.mm, 若選y方向部分的功率為60W，以平均轉速2000r/min計算， 由Φ=TW=T2n 得方向電機輸出轉矩T1=3.183n.mm, 由式T=FDo/2tg(Φ+ρ’) 可得到其所受載荷（軸向） X方向所受載荷F1=3.88N≈4N Y方向所受載荷F2=3.88N≈4N 取F=4N 由L=（Ca/F）3=(10000/4) 3=15625000000m 可得 =10000000L/60n=25720164610h 故可知，當取電機功率60W時，根據(jù)其最大所受載荷可得到其形成為156250000m,

34、而Lh此時為25720164610h，滿足要求。 4.8 效率計算 為使螺旋傳動由高的承載能力和一定的工作壽命，滿足工作性能的要求，螺旋副元件應具有足夠的接觸強度和耐磨性，其工作表面必須有一定的硬度，通常螺紋滾道表面硬度應達到58-60HRC,鋼球表面達到62-64HRC。 對X方向進行效率計算； η1= 式中； tgρ=0.0025 tgφ=0.0795 φ=4.549865 ρ’=0.143239 tg(φ＋ρ’)=0.0820938 計算得

35、η1=0.9684≈97% 對Y 方向進行效率計算 η2= tgφ=0..397887 φ=2.2785247 ρ=0.143239 tg(φ+ρ)=0.0422929 代入計算得 η2=0.9467≈94% 圖4.2 滾珠絲杠副 5 滾動軸承的設計 結構簡易，使用維護方便。主要用來承受徑向負荷、也可承受一定的軸向負荷，當軸承的徑向游隙加大時，具有角接觸球軸承的性能，可承受較大的軸向負荷。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉速高，尺寸范圍與形式變化多樣。堅實耐用，通用性強及低噪音運行，可在高速下運轉和易于安裝。單列深

36、溝球軸承另有密封型設計，可以無須再潤滑和無需保養(yǎng)[4]。 5.1 滾動軸承的基本結構 以滑動軸承為基礎發(fā)展起來的滾動軸承，其工作原理是以滾動摩擦代替滑動摩擦，一般由兩個套圈，一組滾動體和一個保持架所組成的通用性很強、標準化、系列化程度很高的機械基礎件。由于各種機械有著不同的工作條件，對滾動軸承在負荷能力、結構和使用性能等方面都提出了各種不同要求。為此，滾動軸承需有各式各樣的結構。但是，最基本的結構是由內圈、外圈、滾動體和保持架所組成[9]。 各種零件在軸承中的作用分別是： 對于向心軸承，內圈通常與軸緊配合，并與軸一起運轉，外圈通常與軸承座或機械殼體孔成過渡配合，起支承作用。但是，

37、在某些場合下，也有外圈運轉，內圈固定起支承作用或者內圈、外圈都同時運轉的。對于推力軸承，與軸緊配合并一起運動的稱軸圈，與軸承座或機械殼體孔成過渡配合并起支承作用的稱座圈。滾動體（鋼球、滾子或滾針）在軸承內通常借助保持架均勻地排列在兩個套圈之間作滾動運動，它的形狀、大小和數(shù)量直接影響軸承的負荷能力和使用性能。保持架除能將滾動體均勻地分隔開以外，還能起引導滾動體旋轉及改善軸承內部潤滑性能等作用[11]。 5.2 滾動軸承的特點 (1)、滾動軸承與滑動軸承相比,具有下列優(yōu)點: 滾動軸承的摩擦系數(shù)比滑動軸承小,傳動效率高。一般滑動軸承的摩擦系數(shù)為0.08-0.12,而滾動軸承的摩擦系數(shù)僅為0

38、.001-0.005; 滾動軸承已實現(xiàn)標準化、系列化、通用化,適于大批量生產(chǎn)和供應，使用和維修十分方便； 滾動軸承用軸承鋼制造,并經(jīng)過熱處理,因此,滾動軸承不僅具有較高的機械性能和較長的使用壽命,而且可以節(jié)省制造滑動軸承所用的價格較為昂貴的有色金屬; 滾動軸承內部間隙很小,各零件的加工精度較高,因此,運轉精度較高。同時,可以通過預加負荷的方法使軸承的剛性增加。這對于精密機械是非常重要的; 某些滾動軸承可同時承受徑向負荷和軸向負荷,因此,可以簡化軸承支座的結構; 由于滾動軸承傳動效率高,發(fā)熱量少,因此,可以減少潤滑油的消耗,潤滑維護較為省事; 滾動軸承可以方便地應用于空間任何方位的鈾上。 (2

39、)、但是,一切事物都是一分為二的,滾動軸承也有一定的缺點,主要是： 滾動軸承承受負荷的能力比同樣體積的滑動軸承小得多,因此,滾動軸承的徑向尺寸大。所以,在承受大負荷的場合和要求徑向尺寸小、結構要求緊湊的場合〈如內燃機曲軸軸承),多采用滑動軸承滾動軸承振動和噪聲較大,特別是在使用后期尤為顯著,因此,對精密度要求很高、又不許有振動的場合,滾動軸承難于勝任,一般選用滑動軸承的效果更佳 滾動軸承對金屬屑等異物特別敏感,軸承內一旦進入異物,就會產(chǎn)生斷續(xù)地較大振動和噪聲,亦會引起早期損壞。此外,滾動軸承因金屬夾雜質等也易發(fā)生早期損壞的可能性。即使不發(fā)生早期損壞,滾動軸承的壽命也有一定的限度?？傊?滾動

40、軸承的壽命較滑動軸承短些。 可是,滾動軸承與滑動軸承相比較,各有優(yōu)缺點,各占有一定的適用場合,因此,兩者不能完全互相取代,并且各自向一定的方向發(fā)展,擴大自己的領域。但是,由于滾動軸承的突出優(yōu)點,頗有后來者居上的趨勢。目前,滾動軸承已發(fā)展成為機械的主要支承型式,應用愈來愈廣泛 5.3 滾動軸承的選定 深溝球軸承(6000型) 深溝球軸承是應用范圍最為廣泛、最具代表性的滾動軸承。此類軸承內外圈滾道都呈圓弧狀深溝，可承受徑向、軸向及合成負荷[12]。結構簡單，容易得到高精度，適合高速旋轉。 深溝球軸承一般采用鋼板沖壓保持架，但尺寸較大不易沖壓成型或用于高速旋轉的，則采用車削成型保持架。此類

41、軸承通常會有帶防塵蓋、帶密封圈、非接觸膠蓋、接觸膠蓋或止動環(huán)軸承。 本設計就是采用載荷比較小，工作行程也屬于微型的，故我選取最常用的普通軸承——深溝球軸承。因為載荷較小，選用6000型號的軸承就可以滿足設計要求。 基本尺寸如下[4] d=10 D=26 B=8 rs=0.3 da=12.4 =23.6 =0.3 基本動載Cr=4.58 基本靜載C0r=1.98 極限轉速20000 6 聯(lián)軸器的選用 6.1 聯(lián)軸器的作用及工作原理 用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞

42、扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。 聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：①固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結構一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。②可移式聯(lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據(jù)補償位移的方法又可分為剛性可移式聯(lián)軸器和彈性可移式聯(lián)軸器。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構成的動聯(lián)接具有某一方向或

43、幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標準化。選擇時先應根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計算扭矩和轉速，再從有關手冊中查出適用的型號，最后對某些關鍵零件作必要的驗算[13]。

44、 6.2 聯(lián)軸器的功能及類別 1、聯(lián)軸器功能 用來把兩軸聯(lián)接在一起，機器運轉時兩軸不能分離，只有機器停車并將聯(lián)接拆開后，兩軸才能分離。 2、聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化的影響等，會引起兩軸相對位置的變化，往往不能保證嚴格的對中。根據(jù)聯(lián)軸器有無彈性元件、對各種相對位移有無補償能力，即能否在發(fā)生相對位移條件下保持聯(lián)接功能以及聯(lián)軸器的用途等，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器，撓性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器的主要類型、特點及其在作用類別在傳動系統(tǒng)中的作用備注； 剛性聯(lián)軸器 只能傳遞運動和轉矩，不具備其他功能 包括凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器

45、、夾殼聯(lián)軸器等。 撓性聯(lián)軸器 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器，不僅能傳遞運動和轉矩，而且具有不同程度的軸向、徑向、角向補償性能 包括齒式聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器、鏈條聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器等。 有彈性元件的撓性聯(lián)軸器，能傳遞運動和轉矩；具有不同程度的軸向、徑向、角向補償性能；還具有不同程度的減振、緩沖作用，改善傳動系統(tǒng)的工作性能 包括各種非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器和金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，各種彈性聯(lián)軸器的結構不同，差異較大，在傳動系統(tǒng)中的作用亦不盡相同 安全聯(lián)軸器 傳遞運動和轉矩，過載安全保護。撓性安全聯(lián)軸器還具有不同程度的補償性能 包括銷釘式、摩擦式、磁粉式、離心式、液壓式等安全聯(lián)軸器。 6.3 聯(lián)軸

46、器的選定 該設計載荷為小載荷(10kg)，而且絲杠長度不超過500mm，徑向力較小，縱向力也可以不予考慮，故在選擇聯(lián)軸器時，根據(jù)要求選擇聯(lián)軸器彈性波紋管聯(lián)軸器，其型號為ML7—C20—1010，該型號聯(lián)軸器為彈性波紋管聯(lián)軸器，結構簡單，裝配方便，具有很好的減振、緩沖作用[13]。 附圖；ML7—C20—1010聯(lián)軸器 1、彈性波紋管聯(lián)軸器特點； 該型號聯(lián)軸器為微型波紋管聯(lián)軸器，其特點是； 無齒隙，連接可靠，高靈敏度，重量輕，體積小巧； 順時針和逆時針回轉特性完全相同； 可吸收振動，補償徑向和角向偏差，零回轉間隙； 免維修，抗油污和耐腐蝕；

47、圖6.1彈性波紋管聯(lián)軸器效果圖 采用不銹鋼波管彈性體；主體采用陽極表面處理； 適用于編碼器，絲杠傳動，測量，控制，資訊系統(tǒng)；機床平臺等產(chǎn)業(yè)機械。 2、具體尺寸的確定； 圖6.2聯(lián)軸器結構簡圖 表6.1技術參數(shù) 表6.2外型尺寸 根據(jù)要求，該聯(lián)軸器可連接軸頸為10的絲杠。從上表可確定ML7-20-1010聯(lián)軸器具體尺寸如下； D=20 L=29 L1=8.5 L2=8.5 M=M3 d1=10 d2=10 7 伺服電機 7.1

48、 伺服電機的定義、作用及分類 定義: 在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機.是一種補助馬達間接變速裝置。 作用：伺服電機,可使控制速度,位置精度非常準確。將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象 分類：直流伺服電機和交流伺服電機。 直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免

49、維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用[14]。 根據(jù)配合要求選擇電機為伺服電機，為交流伺服電機，以便于工作臺的往復運動。 7.2 伺服電機的選定 根據(jù)技術要求，工作臺需要進行X、Y方向的往復運動，故選擇交流電機，行程要求為250~320，故選擇Q3HB64MA交流電機，能滿足其技術要求[14]。 圖7.1 Q3HB64MA交流電機成品圖樣

50、 表7.1技術指標 具體裝配尺寸如圖7.2所示。 L=40.5 d=10 d2=21 h=57 圖7.2電機裝配簡圖 8 工作臺面的設計 工作臺面，顧名思義是機床加工工件的工作區(qū)，機械加工過程中，我們把工件放在工作臺上，來加工各種工件。工作臺面的性質與作用確定了它的基本參數(shù)[15]，因為在工作臺上進行的是電火花加工，因此不存在切削力作用，故選用一般性能的Q235鋼作為工作臺材料即可以滿足要求。 由于該設計要求行程為250~320 ，臺面尺寸為320x500，工作載荷為200㎏,確定

51、該臺面為矩形形臺面，根據(jù)要求該臺面尺寸為320x500x40。臺面上有5個T型槽，槽寬12，槽間距離63。臺面下部與導軌滑塊聯(lián)接，正中心有螺紋孔與滾珠絲杠螺母副上的固定塊聯(lián)接。具體尺寸如圖所示。 圖8.1工作臺面示意圖 9 導軌機架的設計 9.1 機架設計的一般要求 (1)在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應要求輕，成本低。 (2)抗振性好，吧受迫振動振幅限制在允許的范圍內。 (3)噪聲小。 (4)溫度場布局合理，熱變形對精度影響小。 (5)結構設計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工。 (6)結構力求便于安裝和調整，方便修理和更換零件。 (7)有導軌的機

52、架要求導軌面受力合理，耐磨性良好。 (8)造型好，使之既適用經(jīng)濟有美觀大方。 9.2 機架的設計 該機架主要有兩組直線導軌副和兩個伺服電機組成。其中每組兩個直線導軌副相互平行，導軌副在橫梁之上，工作臺面架在兩組平行的導軌副的滑塊上，由一個步進電動機驅動，從而控制X向運動，另一伺服電動機驅動橫梁在平行導軌上運動，從而實現(xiàn)Y向運動。運動動力由絲杠傳遞[4]。 機架的材料應具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)之差小，加工和使用時產(chǎn)生的內應力小，尺寸穩(wěn)定性好等特點?？紤]以上因素，選用Q235鋼作為機架的材料，以提高使用受命。本設計中，按表手冊[4]對Q235鋼硬度進行處理；200≤HBS

53、≤ 229,且硬度差不超過25。 9.3 限位開關位置確定 限位開關的位置確定，在電機進行絲杠傳動時，根據(jù)行程要求250~320mm，已知導軌總長1012mm，絲杠螺母33mm，擋板厚度5mm，其最大行程為；1012－33－25=969mm，開關的放在里機架左右邊緣10mm處，其本身長10mm，可得出工作臺最大行程為；969－220=929mm,滿足任務要求。 10 軸承座 軸承座，多為鑄造成型，內嵌外球面軸承。在我看來，因為在很多情況下，在零部件上單獨設計一個安置軸承的地方會比較麻煩，而直接把軸承座和軸承連在一起，配合好后安裝在零部件上[16]，由于鑄鐵的鑄造性能好，價格低廉和吸

54、振能力強，所以鑄鐵是首選材料，又因為工作臺底座的受載及工作條件，選擇材料為45鋼。 該軸承座位于連接運動部件的絲杠的末端，在帶傳動中處于從動位置。該軸承座的設計要求是保證安裝后的絲杠的中心線，應大于導軌底線到工作臺面距離的1/2，以便于配合[4]。 已知絲杠公稱直徑d=10，帶雙邊擋圈的帶輪最小寬度為=10.4 mm，6000型深溝球軸承寬度為=8mm，d=26mm,絲杠d=10mm，所以導軌底端到工作臺面底面的距離為h=H1+T1=11+15=26mm。因為軸承座上軸承孔中心線到工作臺面底線的距離為大于其一半，滾珠絲杠螺母副的大經(jīng)為40mm,另外，套在螺母副上的固定塊的高度要于螺母副半徑

55、，以便于固定塊與工作臺面的聯(lián)接固定，則軸承座上軸承孔中心到工作臺面的高度為30mm，軸承座兩耳座寬度為14mm，兩側在外部留有寬和高均為12.5 mm的軸承肩，兩耳座相鄰面的距離為30mm。該軸承座與機床采用內六角螺釘聯(lián)接。 11 電機絲杠連接架 11.1 電機絲杠連接架的作用 電機絲杠連接架是用來固定絲杠右端軸承，以及固定伺服電機，能夠最大限度的減小絲杠在傳動過程中出現(xiàn)震動、位移，而造成較大誤差，影響加工精度。另外，在機床進行加工過程中，肯定會產(chǎn)生工業(yè)切屑，若其進入軸承、聯(lián)軸器以及電機與絲杠、光桿的連接部分，肯定會造成加工誤差，這樣就降低了加工精度，以及降低成品率，所以在設計過程中

56、，把絲杠右端軸承、聯(lián)軸器以及電機，用絲杠電機連接架密封起來，就是說，在連接架上覆蓋一層薄板，起到密封、防切屑的作用[16]。 11.2 連接架的材料與尺寸的確定 連接架的材料應具有良好的耐磨性、剛度、硬度及疲勞強度，加工和使用時產(chǎn)生的內應力小，尺寸穩(wěn)定性好等特點。考慮以上因素，選用45鋼作為連接架的材料，以提高使用受命，確保加工精度，連接架采用45鋼。 在設計連接架過程中，考慮到聯(lián)軸器的固定與夾緊，在機架體左端留有能與6000號聯(lián)軸器相配合的深孔，右端有與電機配合的孔，中間為腔體，聯(lián)軸器連接絲杠與電機后在中間腔體懸空不與連接架接觸。如下圖所示；連接架的中心線與滾動絲杠副的中心重合，上面右

57、端有兩個M3螺紋孔，是為了固定密封蓋，下面有四個M4螺紋孔，能夠很好的使其與機架固定在一起，右面有四個M4螺紋孔，可以有效的把電機和連接架固定在一起。具體位置尺寸如圖11.1所示。 圖11.1 電機絲杠連接架 結 論 本文主要設計了數(shù)控機床的工作臺部分。該部分為數(shù)控機床進行機械加工的帶動工件運動的重要部分，該設計包括：放待加工工件的工作臺面，它能夠使工件在加工過程中實現(xiàn)X、Y方向的兩維運動，在臺面上的螺紋

58、孔能夠很好的對工件進行加緊固定，以保證加工精度；本文對臺面進行傳動運動的滾珠絲杠螺母副、直線導軌副進行選擇，絲杠能夠非常有效的進給傳動，保證加工效率；滾動直線導軌副它能有效的、很好的保證臺面的做直線運動；還對動力裝置伺服電機，以及連接伺服電機和滾珠絲杠的聯(lián)軸器進行選擇。另外對支撐件也作了設計，例如聯(lián)軸器的支座、電機絲杠連接架、導軌架等等，它們在整個設計中有著非常重要的位置。 通過本次設計，我對機床加工中的工作臺部分增加了很多認識，對機械傳動設計能夠做出正確的分析和理解，另外，對材料的選擇也有了更進一步的了解。 致 謝 在整個畢業(yè)設計過程中，指導老師楊漢嵩付出了很大的心血，從開始制定設

59、計日程表到設計結束，從圖紙的繪制到說明書的整理，都在楊漢嵩老師的指導下進行。感謝楊漢嵩老師，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直將是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 感謝同班同學對我的幫助和指點。沒有他們的幫助，我將在設計過程中走很多的彎路，是他們給了我設計的經(jīng)驗和教訓。 尤其感謝學校對畢業(yè)生的關懷，在設計過程中，為我們提供大量參考書籍，為我們提供一切能提供的便利。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 參考文獻 [1] 孫增圻．智能控制理論

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