鉆孔用X-Y工作臺及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
37頁 16000字?jǐn)?shù)+論文說明書+任務(wù)書+10張CAD圖紙【詳情如下】
X-Y工作臺裝配圖.dwg
Y向底座.dwg
任務(wù)書.doc
工作臺零件.dwg
滾動(dòng)導(dǎo)軌副.dwg
滾珠絲杠副.dwg
電路圖.dwg
系統(tǒng)框圖.dwg
螺母支座.dwg
軸承支座.dwg
軸承端蓋.dwg
鉆孔用X-Y工作臺及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明書.doc
摘要
X-Y數(shù)控工作臺是是指能分別沿著X 向和Y向移動(dòng)的工作臺，是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進(jìn)刀機(jī)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。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺，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)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺在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，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 X-Y數(shù)控工作臺；伺服電動(dòng)機(jī)；數(shù)控車床
Abstract
CNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.
Keywords XY table servo system CNC machine tools
目錄
1緒論 1
1.1課題的選擇背景 1
1.2設(shè)計(jì)目的及意義 1
1.3總體方案的設(shè)計(jì) 2
2交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型 3
2.1交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型........3
2.1.1電機(jī)的選擇依據(jù)...........4
2.1.2電機(jī)的負(fù)載力矩和慣量的計(jì)算...5
3絲杠的選型 7
3.1絲杠的介紹 7
3.1.1絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式 7
3.1.2滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn) 7
3.1.3滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)形式 8
3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 9
3.1.5滾珠絲杠副的密封與潤滑 9
3.2絲杠螺母副的選擇 10
3.3絲杠的校核 11
3.4滾珠絲杠支承的選擇 12
3.4.1支承方式的選擇 12
3.4.2軸承的選擇 13
3.5設(shè)計(jì)滾珠絲杠應(yīng)注意的問題 15
4聯(lián)軸器的選型 17
4.1聯(lián)軸器的介紹 17
4.2選擇聯(lián)軸器的類型 17
4.2.1初選聯(lián)軸器的類型 17
4.2.2初選聯(lián)軸器 18
4.3聯(lián)軸器的校核 19
4.3.1轉(zhuǎn)矩的校核 20
4.3.2銷的抗剪強(qiáng)度的校核 20
5導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 21
5.1 導(dǎo)軌的組成種類及其應(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)軌的選型及長度估算 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 25
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
6.6.2導(dǎo)軌防護(hù)罩的選擇 25
5.7導(dǎo)軌的注意事項(xiàng) 26
6數(shù)控系統(tǒng)軟硬件電路設(shè)計(jì) 27
結(jié)論 29
致謝 30
參考文獻(xiàn) 31
1緒論
1.1課題的選擇背景
X – Y數(shù)控工作臺是指能分別沿著X 向和Y向移動(dòng)的工作臺。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機(jī)的平面移動(dòng)系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但基本原理相同。機(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個(gè)有機(jī)整體。在中小形企業(yè)中，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，且大都是一些適應(yīng)市場的單件，小批零件，若由數(shù)控機(jī)床來解決這些零件的加工精度和自動(dòng)化問題，因成本高，而不現(xiàn)實(shí)。為此，數(shù)控工作臺，作為工裝與通用機(jī)床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復(fù)雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經(jīng)濟(jì)性。X - Y工作臺的機(jī)電一體化系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為開環(huán)、半和伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)中不設(shè)置傳感與檢測設(shè)備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在電機(jī)輸出軸端設(shè)置傳感與檢測設(shè)備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但檢測與傳感設(shè)備設(shè)置在工作臺末端。數(shù)控交流伺服X-Y工作臺系統(tǒng)是由控制計(jì)算機(jī)部分、伺服驅(qū)動(dòng)部分、機(jī)械傳動(dòng)部分及檢測部分組成，采用控制方式。
1.2設(shè)計(jì)目的及意義
《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的是：
1）能夠正確運(yùn)用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力
2）通過機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(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)方法和步驟；
3）通過測試及控制系統(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）通過課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高
1.3總體方案的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一臺鉆孔用X-Y工作臺及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、運(yùn)動(dòng)控制器和PC機(jī)。
X-Y工作臺的機(jī)械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺面。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動(dòng)裝置的保護(hù)性，X軸及Y軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時(shí)可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關(guān)，部分工作臺的配有原點(diǎn)檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于控制，原點(diǎn)開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。其具體參數(shù)如下：
X方向行程:100mm Y方向行程:100mm
工作臺面的參考尺寸:150 150mm
工作臺和工件最大物重質(zhì)量3KG
縱向脈沖當(dāng)量0.0125mm
橫向脈沖當(dāng)量0.0125mm
滾珠絲杠直徑D 25mm
滾珠絲杠節(jié)距P 6mm
（一）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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，采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速，精度要求為高精度。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)。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。
2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。
3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)。
6.2系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)
（一）系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容
數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個(gè)部分：
（1）系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。
（2）零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。
（3）插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。
（4）伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以及方向。
（5）診斷程序。包括移動(dòng)不見移動(dòng)超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯(cuò)等功能。
（6）機(jī)床的自動(dòng)加工及手動(dòng)加工控制程序。
（7）鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。
（二）系統(tǒng)控制功能分析
數(shù)控X-Y工作臺的控制功能包括：
（1）、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。
（2）、工作臺復(fù)位。開機(jī)后工作臺應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位，亦可手動(dòng)復(fù)位。
（3）、輸入和顯示加工程序。
（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能。
（5）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)該立即停止工作臺的運(yùn)動(dòng)，并顯示相應(yīng)的指示字符。
（6）、工作臺的自動(dòng)控制。
（7）、工作臺的手動(dòng)控制。
（8）、工作臺的聯(lián)動(dòng)控制。
（三）系統(tǒng)管理程序控制
管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機(jī)后即進(jìn)入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計(jì)管理程序時(shí)，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動(dòng)加工，刀位控制，工作臺位置控制，手動(dòng)操作，緊急停機(jī)等。
（四）自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)
（1）機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)的動(dòng)作順序：工作臺移動(dòng)到位→刀具快速進(jìn)給→加工→退刀→工作臺運(yùn)動(dòng)到下一位置；
（2）計(jì)算機(jī)在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；
致謝
經(jīng)過艱苦的努力，在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于順利地完成本次設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)，一方面在課題中通過對X-Y工作臺的設(shè)計(jì)學(xué)到不少的東西，另一方面也深刻感到了自己的不足。本次設(shè)計(jì)，是對我們大學(xué)學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)，是走上工作崗位的第一步，初步使我們將理論同實(shí)際結(jié)合起來。這是大學(xué)一個(gè)好的結(jié)尾，也是走上工作崗位的一個(gè)好的開端。
本次設(shè)計(jì)通過老師精心指導(dǎo)，我從方案的擬定到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，到零件的強(qiáng)度校核，到零件圖裝配圖的繪制，內(nèi)容涉及面廣。這是對大學(xué)學(xué)習(xí)成果的一次極好的檢驗(yàn)、重溫和深化。這次設(shè)計(jì)使我體會到時(shí)間的緊迫、工作的辛苦及一個(gè)合格工程技術(shù)人員的責(zé)任感，學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的東西，增加了實(shí)踐、設(shè)計(jì)體驗(yàn)，提高了查閱資料、工具手冊和編寫技術(shù)文件的能力，并認(rèn)識了自己的不足。最后，向所有支持和關(guān)心過我的老師、同學(xué)、朋友表示真誠的謝意！
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一． 題目：鉆孔用 作臺及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)完成一個(gè)采用步進(jìn)電機(jī)控制的雙座標(biāo)開環(huán)數(shù)控控制的工作臺 二． 原始數(shù)據(jù)：見附表 三． ，設(shè)計(jì)具體內(nèi)容與要求 1. 總體設(shè)計(jì)方案的論證 （ 1） 敘述機(jī)電一體化的基本特征和機(jī)床數(shù)控化的重要意義及特點(diǎn)； （ 2） 數(shù)字控制型 作臺的基本組成和它的優(yōu)點(diǎn)。 2. 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并畫出它的總裝配圖，以 紙繪制； (1) 如確定傳動(dòng)方式的類型和聯(lián)軸器的形式等； (2) 對受控對象的特征進(jìn)行計(jì)算，如：傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)角，絲杠的變形量和極慣性矩的計(jì)算 (3) 敘述齒輪傳動(dòng)副，滾珠絲杠螺母副的作用和計(jì)算； (4) 敘述導(dǎo)軌的類型，作 用和各自的優(yōu)缺點(diǎn)與設(shè)計(jì)中的選用 3. 步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路的選用與設(shè)計(jì)計(jì)算； 4. 系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)計(jì)算，并畫出相應(yīng)的電器控制原理圖，以 紙繪制 （ 1） 中心控制器可選用 8031 單片機(jī)或 8086 （ 2） 敘述 各自作用和容量的選用； （ 3） 論述接口電路及相關(guān)芯片（如 8155 和 8255 等）的基本功能及其作用； （ 4） 控制系統(tǒng)中應(yīng)有必要的顯示，鍵盤接口電路和安全保護(hù)及越位報(bào)警等電路，并對它們的特征和作用應(yīng)加以必要敘述與論證； （ 5） 本控制系統(tǒng)可采用全地址譯碼或線地址譯碼，并對譯碼器和地址鎖存器等的作用加以論述 5. 編寫控制軟件：對所附的零 件圖編制加以回程單 6. 繪制本系統(tǒng)的框圖用 紙 7. 列提對本課程設(shè)計(jì)的意見和建議 附表： 工作臺尺寸（長 *寬） 15050作臺行程（縱向 *橫向） 10000作臺（包括夾具等）重量 W 3作臺最大移動(dòng)速度 進(jìn)電機(jī)與系統(tǒng)杠間有無齒輪傳動(dòng) 無 滾珠絲杠直徑 D 25珠絲杠節(jié)距 P 6珠絲杠分辨率 L 6× 10珠絲杠的重量 珠絲杠的摩擦轉(zhuǎn)矩 10珠絲杠摩擦系數(shù) 珠絲杠傳動(dòng)傳遞效率 輪減速比 自己計(jì)算求得 主動(dòng)齒輪的重量 自己定 從動(dòng)齒輪的重量 自己定 齒輪模數(shù) 自己定 步進(jìn)電機(jī)工作方式 五相十拍 步距角 ／步 縱向脈沖量 米／步 橫向脈沖量 米／步 加速啟動(dòng)的脈沖頻率 500速時(shí)間 最大位移速度的脈沖速度率 1600軌面的摩擦系數(shù) 設(shè)計(jì) (說明書 ) 鉆孔用 作臺及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 指導(dǎo)教師 2011 年 08 月 29 日 要 控工作臺是 是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動(dòng)的工作臺，是 許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱 — 橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的 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。模塊化的控工作臺，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)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺在 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，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 控工作臺 ；伺服電動(dòng)機(jī)；數(shù)控車床 Y to to to as NC NC NC Y Y by to to in , Y of be by be to as a a a XY I 目 錄 1 緒論 .................................................................................................................... 1 題的選擇背景 ......................................................................................... 1 計(jì)目的及意義 ......................................................................................... 1 體方案的設(shè)計(jì) ......................................................................................... 2 2 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型 .................................................................................... 4 流伺服電動(dòng)機(jī)的選型 ............................................................................. 電機(jī)的選擇依據(jù) .................................................................................. 電機(jī)的負(fù)載力矩和慣量的計(jì)算 .......................................................... 絲杠的選型 ........................................................................................................ 6 杠的介紹 ................................................................................................. 6 杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式 .............................................................. 6 珠絲杠副的組成及特點(diǎn) .................................................................. 6 珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)形式 .............................................................. 7 珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 .................................................. 8 珠絲杠 副的密封與潤滑 .................................................................. 8 杠螺母副的選擇 ..................................................................................... 9 杠的校核 ................................................................................................. 9 珠絲杠支承的選擇 ............................................................................... 11 承方式 的選擇 ................................................................................ 11 承的選擇 ........................................................................................ 11 計(jì)滾珠絲杠應(yīng)注意的問題 ................................................................... 14 4 聯(lián)軸器的選型 .................................................................................................. 15 軸器的介紹 ........................................................................................... 15 擇聯(lián)軸器的類型 ................................................................................... 15 選聯(lián)軸器的類型 ............................................................................ 15 選聯(lián)軸器 ........................................................................................ 16 軸器的校核 ........................................................................................... 17 矩的校核 ........................................................................................ 18 的抗剪強(qiáng)度的校核 ........................................................................ 18 5 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 .......................................................................................... 19 軌的組成種類及其應(yīng)滿足 的要求 ...................................................... 19 軌材料的選擇及熱處理 ....................................................................... 19 軌材料的選擇 ................................................................................ 19 軌的熱處理 .................................................................................... 20 軌的選 型及長度估算 ........................................................................... 20 軌副的額定壽命計(jì)算 ........................................................................... 21 動(dòng)導(dǎo)軌副的技術(shù)要求 ........................................................................... 23 軌防護(hù)罩的設(shè)計(jì) ................................................................................... 23 軌 防護(hù)罩的介紹 ............................................................................ 23 軌防護(hù)罩的選擇 ............................................................................ 23 軌的注意事項(xiàng) ....................................................................................... 24 6 數(shù)控系統(tǒng)軟硬件電路設(shè)計(jì) .............................................................................. 19 結(jié)論 ....................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致謝 ..................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 32 1 1 緒論 題的選擇背景 X – Y 數(shù)控工作臺是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動(dòng)的工作臺。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機(jī)的平面移動(dòng)系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但基本原理相同。機(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電 子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個(gè)有機(jī)整體。在中小形企業(yè)中，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，且大都是一些適應(yīng)市場的單件，小批零件，若由數(shù)控機(jī)床來解決這些零件的加工精度和自動(dòng)化問題，因成本高，而不現(xiàn)實(shí)。為此，數(shù)控工作臺，作為工裝與通用機(jī)床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復(fù)雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經(jīng)濟(jì)性。 X - Y 工作臺的機(jī)電一體化系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為開環(huán)、半和伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)中不設(shè)置傳感與檢測設(shè)備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在 電機(jī)輸出軸端設(shè)置傳感與檢測設(shè)備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但檢測與傳感設(shè)備設(shè)置在工作臺末端 。 數(shù)控交流伺服作臺系統(tǒng)是由控制計(jì)算機(jī)部分、伺服驅(qū)動(dòng)部分、機(jī)械傳動(dòng)部分及檢測部分組成 ， 采用控制方式。 計(jì)目的及意義 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的是： 1）能夠正確運(yùn)用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想 、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力； 2）通過機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(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)方法和步驟； 3）通過測試及控制系統(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）通過課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。 2 體方案的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一臺鉆孔用 作臺及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)，采取 制，控制方式采用交流伺服、運(yùn)動(dòng)控制器和 。 作臺的機(jī)械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺面。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動(dòng)裝置的保護(hù)性， X 軸及 Y 軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時(shí)可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關(guān)，部分工作臺的配有原點(diǎn)檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于控制，原點(diǎn)開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。其具體參數(shù)如下： X 方向行程 :100 Y 方向行程 :100作臺面的參考尺寸 :150? 150作臺和工件最大物重質(zhì)量 3向脈沖當(dāng)量 向脈沖當(dāng)量 珠絲杠直徑 D 25珠絲杠節(jié)距 P 6一）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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，采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速，精度要求為高精度。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)。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與 聯(lián)軸器連接。 2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。 3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)。 3 （二） 工作臺外形尺寸及重量初步估算 工作臺草圖如下圖 1 圖 1作臺流程圖 根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算 X 向和 Y 向工作臺承載重量Y。 圖 1作臺簡圖 4 2 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型 流伺服 電動(dòng)機(jī)的選型 機(jī)的選擇依據(jù) 一般電機(jī)要承受兩種形式的力矩：恒定的負(fù)載力矩和切削力矩（包括摩擦力矩）；加 /減速力矩。下面是選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)滿足的條件。 1）機(jī)床無負(fù)載時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的力矩應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定力矩的 50%一下。否則，在切削或加速 /減速時(shí)電動(dòng)機(jī)就可能過熱。 2）加 /減速時(shí)間要短，須在電動(dòng)機(jī)的允許范圍內(nèi)。通常，負(fù)載力矩幫助電動(dòng)機(jī)的減速，因此如果加速在允許時(shí)間內(nèi)完成的話，減速也可在相同時(shí)間內(nèi)完成。這樣我們只需計(jì)算加速力矩，并在允許時(shí)間內(nèi)核算力矩在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi)。 3）頻繁地定位 和加 /減速會使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，此時(shí)需要計(jì)算出電動(dòng)機(jī)承受的力矩的均方根值 其小于電動(dòng)機(jī)的額定力矩 4）電動(dòng)機(jī)以最大切削力矩運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)在允許范圍內(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)負(fù)載來選擇電動(dòng)機(jī)。 機(jī)的負(fù)載力矩和慣量的計(jì)算 加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩通常由下式算出： ?? ??式（ 式 中： — 加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩（ F —— 沿坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)部件所需的力（ L —— 電機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)機(jī)床的移動(dòng)距離 = ? ?21 / — 滾珠絲杠螺母或軸承加到電機(jī)軸上的摩擦力矩 5 無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸， F 值取決于 工作臺的重量，摩擦系數(shù)， F 值還與平衡錘有關(guān)。對于水平工作臺， F 值可按下式計(jì)算 : W—— 工作臺與工件重量 =3 ? —— 滑動(dòng)表面摩擦系數(shù) = —— 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率 =g—— 鑲條鎖緊力 =5F—— 反切削力 =50 由切削力矩引起的滑動(dòng)表面上工作臺上收到的力 =30設(shè) 2m） 不切削時(shí)： ）?? 式（ 060(???F （（ ??? ?T 1 ??? 切削時(shí)： ）（??? ?式（ )305060(????F 2)???? ?）（??? N 為滿足運(yùn)行條件，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)選擇電動(dòng)機(jī)，m，最高轉(zhuǎn)速應(yīng)小于 2000r? 1 6 3 絲杠的選型 杠的介紹 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)。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機(jī)），也有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的（如工作臺的進(jìn)給絲杠）。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦之分?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能。但其摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（ 30%~40%）。滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高。但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（ 92%~98%），因此選用滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 根據(jù)絲杠和螺母相對運(yùn)動(dòng)的組合情況，其基本傳動(dòng)形式一共可分為四種類型，其類型如下： 1）螺 母固定、絲桿傳動(dòng)并移動(dòng)。該傳動(dòng)形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)比較簡單，可獲得較高的傳動(dòng)精度。但其軸向尺寸不已太長，剛性較差。因此只適合用于行程較小的場合。 2）絲桿傳動(dòng)、螺母移動(dòng)。該傳動(dòng)形式需要限制螺母的傳動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。適用于工作行程較大的場合。 3）螺母傳動(dòng)、絲桿移動(dòng)。該傳動(dòng)形式需要限制螺母移動(dòng)和絲桿的傳動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，故應(yīng)用較少。 4）絲桿固定、螺母傳動(dòng)并移動(dòng)。該傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但在多數(shù)情況下，使用 極不方便，故很少應(yīng)用。 根據(jù)工作臺運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)選擇絲杠傳動(dòng)螺母移動(dòng)的形式，該傳動(dòng)形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好，適用于工作行程較大的場合。 珠絲杠副的組成及特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件 — 滾珠。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分組成。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成 7 滾珠流動(dòng)的閉合通路。 滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠副相比，除上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有軸向剛度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，不易磨損，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但由于不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，在用做升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要采取制動(dòng)等措施。 珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)形式 滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向的調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別。 我國生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道形面和滾珠接觸點(diǎn)之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角，一般為 45 度。單圓弧形的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，主要由軸向載荷 所引起的接觸變形的大小而定。接觸角增大時(shí)，傳動(dòng)效率、軸向剛度以及承載能力也隨之增大。由于單圓弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡單，故容易得到較高的加工精度。單圓弧形面的滾道圓弧半徑 R 稍大于滾珠半徑。 雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變。兩圓弧相交處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能儲存一定的潤滑油以減少摩擦磨損。由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗(yàn)均比較困難，故加工成本較高。 滾珠絲杠副中的滾珠循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種，區(qū)別見表 3 表 3珠的循環(huán)方式 類別 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 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 ,流暢性差 ,鋼球通過短槽時(shí)易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡單 ,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 8 珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 滾珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾珠與滾道 面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。換向時(shí)，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲桿螺母副的間隙消除相當(dāng)困難。實(shí)際應(yīng)用中，常采用以下幾種調(diào)整預(yù)緊方法見表 3 表 3用的調(diào)整預(yù)緊方法 調(diào)整預(yù)緊方式 特點(diǎn) 雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式 結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可調(diào)，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整。 雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微調(diào)，使用中調(diào)整方便。 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡單剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。 彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式 能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。 單螺母變位倒程自頂預(yù)緊式和單螺母滾珠過贏預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但在使用中不能調(diào)整，且制造困難 。 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，當(dāng)允許有間隙存在時(shí)可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當(dāng)必需有預(yù)緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需要在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。 考慮到設(shè)計(jì)的所設(shè)計(jì)的工作臺有良好的防塵條件且只需要在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力，故采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式。 珠絲杠副的密封與潤滑 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護(hù)套來防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動(dòng)效率，從而維持其傳動(dòng)精度、延長其使用壽命。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，將其裝在滾珠螺母兩端即可。非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，故又稱迷宮式密封圈。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成，因此有接觸壓力并產(chǎn)生 一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑脂一般在裝配是放進(jìn)滾珠螺母滾道內(nèi)定期潤滑，而使用潤滑油時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常通過注油孔注油。防護(hù)套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。其材料有耐油塑料、人造革等。 9 杠螺母副的選擇 初選滾珠絲杠副數(shù)據(jù)見下表： 公稱直徑 /程 /量 /距 /5 5 20 8 根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度： 初選 X 方向絲杠的工作長度為 410選 Y 方向絲杠的工作長度為 460珠絲杠的工作載荷計(jì)算公式為： 式（ 由條件，查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》取 = = 取 D 精度，取 = X 方向絲杠工作載荷： 600=864N Y 方向絲杠工作載荷： 600=864N 額定動(dòng)載荷值 計(jì)算： 導(dǎo)程初選為 5 m i n/000n m ?? m in/ 0 05/1 0 0 0 0n m a x ?? = 3 4067.1 L=864 ???? 5011N 根據(jù) 值選擇滾珠絲杠副 ， 假設(shè)選用按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 于或稍大于 的原則，查表選以下型號規(guī)格： 011N 公稱直徑 D=25導(dǎo)程 P=5螺旋角 833 ?? 。? 滾珠直徑 計(jì)算可得： 滾道半 徑 R= 5 ??? 7( ) ? ? ?絲杠內(nèi)徑10 2 2 e R ??? ???杠的校核 10 1）由于一端軸向固定的長絲杠在工作時(shí)可能會發(fā)生失穩(wěn) ,所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù) S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)。 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷22()?其中 E=206=4 841 064 64a ?? ? ? ?取23? ?則2 9 852206 10 0 02( ?? ? ?? ? ??0 0 ? ??查表可得 [S]= S>[S] 絲杠是安全的 ,不會失穩(wěn) 2） 速長絲杠工 作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速— 臨界轉(zhuǎn)速 要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速? m i n/ 9 3 5 2 8 2 1 1 1 1?????? ????? 所以3） 此外滾珠絲杠副還受 的限制，通常要求： 107?? mm/n=25 mi n/n/ 0 3??? < ? 4)滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(N?m)共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為： 20 2 p J?? ? ? ?式（ 式中， A 為絲杠截面積， A ? ?；221 ? ? ?；441 ? 為絲杠切變模量，對鋼 G=a;T(N ? m)為轉(zhuǎn)矩，0 )2m ???式中 ? 為摩擦角，其正切 函數(shù)值為摩擦系數(shù)； 平均工作載荷 1 系數(shù)為 ,則得84? ? ???? ? ?????????? a - 。 按最不利的情況取 (F= E ?????????? - 2? ?????? 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的 1/2,即 11 022 mm m??? ? ? ?該絲杠的 滿足上式，所以其剛度可滿足要求 。 5)效率驗(yàn)算： ''8 ) 38 8 40 )?????? ? ?? ??? ? ?要求在 90%間，所以該絲杠副合格 . 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， 項(xiàng)性能均符合題目要求，可選。 珠絲杠支承的選擇 承方式的選擇 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來自于絲杠的自重。因此，滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： 1） 固定 — 固定，適用于高轉(zhuǎn)速、高精度的絲杠； 2） 固定 — 游動(dòng)，適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的絲杠； 3） 固定 — 自由適用于低轉(zhuǎn)速、中精度、短軸向的絲杠。 考慮到設(shè)計(jì)要求中轉(zhuǎn)速、高精度，這里我們選擇固定 — 游動(dòng)的支承方式。固定斷采用軸承連接。 承的選擇 承的分類 軸承可以分為標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承、非標(biāo)滾動(dòng)軸承、靜壓軸承和磁懸浮軸承。滾珠絲杠一般配用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承。 12 滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化系列化，有向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，共十種類型。滾動(dòng)軸承一般 由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架（俗稱四大件）組成。 在軸承設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)承載的大小、旋轉(zhuǎn)精度、剛度、轉(zhuǎn)速等要求選用合適的軸承類型。舉例如下： 1） 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。前者一般不能承受軸向力，且間隙不能調(diào)整，常用于旋轉(zhuǎn)精度和剛度要求不夠的場合。后者既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷；并可以通過內(nèi)外圍之間的相對位移來調(diào)整其大小。因此在輕載時(shí)應(yīng)用廣泛。 2） 雙列向心短圓柱滾子軸承。此類軸承一般分為兩種一種是滾道開在內(nèi)圈上，一種是滾道開在外圈上。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，內(nèi)圈相對于軸頸作軸向移動(dòng)時(shí)，內(nèi)圈被漲大，從而可調(diào)整軸承的徑向間隙或?qū)崿F(xiàn)預(yù)緊；因此，其 承載能力大、支承剛度高，但只能承受徑向載荷，與其他推力軸承組合使用，可用于較大載荷、較高轉(zhuǎn)速場合。 3） 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。該軸承能承受較大載荷，用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承，則剛度提高，雖極限轉(zhuǎn)速有所降低，但仍能達(dá)到高精度的要求。 4） 推力軸承。推力軸承一般軸向承載能力很強(qiáng)，支承剛度很大，但極限轉(zhuǎn)速較低，運(yùn)動(dòng)造勢較大。 承的選擇 考慮到輕載初選 。60 接觸角推力角接觸軸承 代號 7202數(shù)據(jù)見下表： 表 3接觸軸承的數(shù)據(jù) d(D(B(2d (2D ((((15 32 9 軸承是與滾珠絲杠專配的軸承其主要特點(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。 承的校核 基本額定動(dòng)載荷： 9 8 06 2 5 022 ???? 取滾動(dòng)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 X 的值： X=1， Y=當(dāng)量動(dòng)載荷為： 257) ???????? 13 軸承壽命的計(jì)算： 2579980(25016670)(16670 310 ??? ? 軸承的預(yù)期壽命取 25000h 額定動(dòng)載荷的計(jì)算： 8 9 6 01 6 6 7 0 2502 5 0 0 01 2 8 71 6 6 7 0n 33 ??? <9980N 所以選擇的的軸承可以滿足壽命和強(qiáng)度的的要求。 承的潤滑與配合 滾動(dòng)軸承的潤滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下 ： 1） 減少摩擦及摩損。 在構(gòu)成軸承的套圈、滾動(dòng)體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。 2） 延長疲勞壽命。 軸承的滾動(dòng)疲勞壽命，在旋轉(zhuǎn)中，滾動(dòng)接觸面潤滑良好，則延長。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。 3） 排出摩擦熱、冷卻。 循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱，或由外部傳來的熱，冷卻。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣? 4） 其他 也有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹、腐蝕之效果。 軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機(jī)能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢。但是，脂潤滑有可以簡化軸承周圍結(jié)構(gòu)的特 長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。 滾動(dòng)軸承的套圈與軸和座孔之間應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)呐浜?，以保證軸的旋轉(zhuǎn)精度和 軸承的周向固定。滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)零件，因此，軸承內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔 制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。為了防止軸頸與內(nèi)圈在旋轉(zhuǎn)時(shí)有相對運(yùn) 動(dòng)，軸承內(nèi)圈與軸頸一般選用 較緊的配合。軸承外圈 與座孔一般選用 較松的配合。配合選擇取決于載荷大小、方向和性質(zhì)；軸承類型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。具體選用可參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。 14 承使用注意事項(xiàng) 與一般的機(jī)械零件相比，滾動(dòng)軸承的精度較高，因此使用時(shí)也相應(yīng)地應(yīng)小心謹(jǐn)慎。 1）保持軸承及其周邊的清潔 2）使用時(shí)仔細(xì)認(rèn)真 3）若使用時(shí)粗心大意給軸承以強(qiáng)烈沖擊，會使軸承出現(xiàn)傷痕，壓痕，斷裂等損傷。 4）注意軸承的防銹 5）避免在潮濕的場所使用，而且為不使汗水沾上，應(yīng)戴厚套。 計(jì)滾珠絲杠應(yīng)注意的問題 1）為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應(yīng)使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。 2）放逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動(dòng)逆效率高，應(yīng)考慮在電機(jī)停電后，因部件 自重而產(chǎn)生螺旋副的逆?zhèn)鲃?dòng)（特別是在垂直方向上傳動(dòng)時(shí)），防止逆?zhèn)鲃?dòng)的方法可采用：停電自鎖的電機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、離合器等方式。 3）滾珠絲杠副在行程兩端應(yīng)有行程保護(hù)裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。 4）防止熱變形：熱變形對精密螺旋傳動(dòng)的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機(jī)械部件工作時(shí)產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預(yù)拉伸、強(qiáng)制冷卻等減少熱變形對絲杠的伸長的影響。 5）細(xì)長而又水 平放置的絲杠，因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形，是影響導(dǎo)程累積誤差的因素之一，還會使螺母受載不均。設(shè)計(jì)細(xì)長絲杠時(shí)，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 6）防護(hù)與密封：塵埃和雜質(zhì)進(jìn)入滾道會妨礙滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)流暢，會加速滾動(dòng)體與滾道的磨損，使?jié)L動(dòng)螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為避免絲杠外露，用戶還需要為絲杠選擇防護(hù)裝置。 7）合理潤滑是減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、提高傳動(dòng)效率、延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)。接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動(dòng)噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此要注 入潤滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他合適的潤滑方式。 8）用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 則無法裝配螺母。 15 4 聯(lián)軸器的選型 軸器的介紹 聯(lián)軸器是用來聯(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)械傳動(dòng)件。 其一般可分為 8 種，具體分類如下： 1） 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： 2） 剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震 性能；但結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。 3） 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。 4） 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)時(shí)，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合。 5） 非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器 在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時(shí)有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強(qiáng)度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和 低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場合 6） 金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場合。 7） 安全聯(lián)軸器 ：在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷釘可動(dòng)聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當(dāng)實(shí)際載荷超過事前限定的載荷時(shí)，保險(xiǎn)環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。 8） 起動(dòng)安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護(hù)作用外，還有將機(jī)器電動(dòng)機(jī)的帶載起動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動(dòng)的作用。 擇聯(lián)軸 器的類型 選聯(lián)軸器的類型 根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)： 1） 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的 16 傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 2） 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。 3） 兩軸相對位移 的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬向聯(lián)軸器等。 4） 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感，而且容易老化。 5） 聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡單、成本 低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器 (例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等 )，由于具有良好的綜合能力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動(dòng)。 選聯(lián)軸器 依據(jù)滾珠絲杠的軸徑和下表 4列的聯(lián)軸器性能初選圓錐銷套筒聯(lián)軸器。 表 4軸器性能 類別 聯(lián)軸器名稱 徑范圍 高轉(zhuǎn)速r/點(diǎn)及應(yīng)用說明 固定式 套筒聯(lián)軸器 圓錐銷 3~4000 平鍵 71~5000 半圓鍵 8~450 花鍵 150~12500 4~100 20~100 10~35 25~102 一般小于等200~250 結(jié)構(gòu)簡單，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。 續(xù)表 417 類別 聯(lián)軸器名稱 徑范圍 高轉(zhuǎn)速r/點(diǎn)及應(yīng)用說明 剛性 凸緣聯(lián)軸器（ 5843— 2003） 10~20000 10~180 13000~2300 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)矩大，但不能吸收沖擊。當(dāng)兩軸對中精度較低時(shí)，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動(dòng)，高速傳動(dòng)時(shí)需要有高的對中和制造精度。 套筒 夾殼聯(lián)軸器 （ 213— 1965） 85~9000 30~110 900~380 裝拆方便，不需沿軸向移動(dòng)兩軸，但平衡困難，而且兩軸徑必須是相同的圓柱形。僅適用于低速傳動(dòng)的水平或垂直軸系，以 傳遞平穩(wěn)載荷為宜。 聯(lián)軸器 緊箍夾殼聯(lián)軸器 180~12500 30~110 900~380 其特點(diǎn)和使用性能與夾殼聯(lián)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。 初選 d=12 圓錐銷套筒聯(lián)軸器，其具體數(shù)據(jù)如下表 4 表 4-2 d=12圓錐銷套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù) d 公稱轉(zhuǎn)矩（ N?m） D L l C 圓錐銷 （ 2個(gè)） 12 2 40 8 24? 軸器的校核 18 矩的校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式如下： 0 ???式（ 式中： K—— 工作情況系數(shù) P—— 輸出功率（ T—— 理論轉(zhuǎn)矩 T—— 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 —— 工作轉(zhuǎn)速 r/mi n 則聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩為 (考慮動(dòng)載荷及過載 ,取聯(lián)軸器工作情況系數(shù) K= 0 ??? = ?? 計(jì)算可以確定選則的聯(lián)軸器合適。 的抗剪強(qiáng)度的校核 銷的抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式如下： DT·?式（ 則銷的抗剪強(qiáng)度為： ? ????? ???? ????? 3'2 經(jīng)計(jì)算銷的抗剪強(qiáng)度合適，材料為 45 號鋼。 19 5 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 軌的組成種類及其應(yīng)滿足的要求 導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹本€的被稱為直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副、為回轉(zhuǎn)的被稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。常用的導(dǎo)軌副的種類很多，按其接觸面的摩擦性 質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌副、滾動(dòng)導(dǎo)軌副、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。機(jī)電一體化系統(tǒng)對導(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。對精度要求高的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴(yán)格分開；當(dāng)運(yùn)動(dòng)件較重時(shí)，必須設(shè)有卸荷裝置，運(yùn)動(dòng)件的支承必須符合三點(diǎn)定位原理 。 軌材料的選擇及熱處理 軌材料的選擇 導(dǎo)軌常用的材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。常使用鑄鐵 — 鑄鐵、鑄鐵— 剛的導(dǎo)軌。 1）鑄鐵。鑄鐵具有耐磨性和減震性好，熱穩(wěn)定性 高，易于鑄造和切削加工，成本低等特點(diǎn)，因此在滑動(dòng)導(dǎo)軌中被廣泛應(yīng)用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，常用的是 級鑄鐵），硬度以 180~200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。 高磷鑄鐵，他是指含磷量為 灰口鑄鐵，其硬度為 180~220磨性比灰鑄鐵 高一倍。 低合金鑄鐵，這類鑄鐵具有較好的耐磨性，且鑄造性能優(yōu)于高磷系鑄鐵。 稀土鑄鐵，它具有強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)，耐磨性與高磷鑄鐵相近。但鑄造性能和減震性較差，成本也較高。 2）鋼 。為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，可以采用淬硬的鋼導(dǎo)軌。淬火的鋼導(dǎo)軌都是鑲裝或焊接上去的。淬硬的鋼導(dǎo)軌的耐磨性比不淬硬的鑄鐵導(dǎo)軌高 5~10 倍。常用的鋼有 45 鋼、 40。 3）有色金屬。常用的有色金屬有黃銅 青銅 硬鋁鋁 ，其中以鋁青銅較好。 4）塑料。鑲裝塑料導(dǎo)軌具有較好的耐磨性，抗震性能好，工作適應(yīng)范圍廣，抗撕傷能力強(qiáng)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降低低速運(yùn)動(dòng)的臨界速度，加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低等等特點(diǎn)。 綜上所訴，本次 設(shè)計(jì)中我們選用灰鑄鐵 20 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)中頻淬火，淬硬層深度 (1～ 2)度 (45～ 50) 2)接觸加熱自冷表面淬火，淬硬深度 (微硬度 600H