《總體設(shè)計(jì)方案》word版

《《總體設(shè)計(jì)方案》word版》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《總體設(shè)計(jì)方案》word版（22頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、目錄 一、 設(shè)計(jì)目的 二、 設(shè)計(jì)要求 三、 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 （一） 總體設(shè)計(jì)方案 （二） 機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì) ① 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求 ②待改裝鉆床型號(hào)的確定 ③控制方式的確定 ④伺服系統(tǒng)的確定 ⑤工作臺(tái)參數(shù)的初步選定 ⑥導(dǎo)軌的選型思路 ⑦滾珠絲杠選型思路 ⑧絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路 ⑨支承座材料的選取 ⑩軸承類(lèi)型的選取思路 （三） 計(jì)算部分 ①確定工作臺(tái)的尺寸及其重量 ②支承座參數(shù)設(shè)計(jì) ③滾珠絲杠參數(shù)設(shè)計(jì) ④滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)設(shè)計(jì) ⑤電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) ⑥ 聯(lián)軸器的選著 （四） 設(shè)計(jì)總結(jié) （五） 參考文獻(xiàn) 一、 設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)本次

2、設(shè)計(jì)，使我們?nèi)娴?、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本內(nèi)容和基本知識(shí)，初步掌握數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)方法，并學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料。同時(shí)培養(yǎng)我們學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程意識(shí)和動(dòng)手能力。 二、設(shè)計(jì)要求 1、改造后的鉆床能夠加工最大面積為180×180，最大工件重量為200kg。 2、數(shù)控XY工作臺(tái)要求孔的定位精度在±0.02mm內(nèi)，工作臺(tái)快進(jìn)速度為3.6m/min，加速時(shí)間為：0.1秒。 三、設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 題目：鉆床數(shù)控改裝——數(shù)控XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易數(shù)控XY工作臺(tái)，固定在某一鉆床的工作臺(tái)上。XY工作臺(tái)的位置控制采用步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，通

3、過(guò)上述方案將該普通鉆床改裝成簡(jiǎn)易的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床。 （一）、總體設(shè)計(jì)方案 1、 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具備良好的伺服性能（即高精度、快速響應(yīng)性和穩(wěn)定性好）從而要求本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足以下幾方面： （1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 在不影響機(jī)械系統(tǒng)剛度的前提下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡量減小。否則，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，機(jī)械負(fù)載增大；系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降；系統(tǒng)固有頻率減小，容易產(chǎn)生諧振。所以在設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 （2）剛度大 剛度是使彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。大剛度對(duì)機(jī)械系統(tǒng)而言是有利的：①伺服系統(tǒng)動(dòng)力損失隨之

4、減小。②機(jī)構(gòu)固有頻率高，超出機(jī)構(gòu)的頻帶寬度，使之不易產(chǎn)生共振。③增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用大的剛度的機(jī)構(gòu)。 （3）阻尼合適 機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時(shí)，系統(tǒng)的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰減也快，但大阻尼也會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低，所以設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻尼要選著適當(dāng)。 此外還要求摩擦?。ㄌ岣邫C(jī)構(gòu)的靈敏度）、共振性好（提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性）、間隙?。ūＷC機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度），特別是其動(dòng)態(tài)特性應(yīng)與伺服電動(dòng)機(jī)等其它環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性相匹配。 2、 將普通鉆床改裝成數(shù)控鉆床，是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作。必須根據(jù)加工對(duì)象的要求和加工數(shù)量的大

5、小實(shí)際情況，確定切實(shí)可行的技術(shù)改造方案，搞好機(jī)床的改造設(shè)計(jì)。進(jìn)行改造的可行性分析，針對(duì)某臺(tái)鉆床或鉆床的某一部分的現(xiàn)況確定改造方案。根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)改造范圍，是設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易的數(shù)控ＸＹ工作臺(tái)，固定在某臺(tái)鉆床的工作臺(tái)上，所以要對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，控制部分要有較高的動(dòng)態(tài)特性，動(dòng)態(tài)剛度，阻尼精度，耐磨性及抗熱變形性能。改造前要對(duì)原鉆床的性能，有關(guān)參數(shù)，以便對(duì)機(jī)床的本身精度高低來(lái)確定改造后精度和改造范圍。下面鉆床是本設(shè)計(jì)要改裝的機(jī)床： 型號(hào) Z4032 ? ? 最大鉆孔直徑(mm) 32 主軸變速級(jí)數(shù)及范圍 12 (65-2600) 最大攻絲直徑(mm) M20 主軸進(jìn)給級(jí)

6、數(shù)及范圍 3 (0.1-0.3) 主軸最大行程(mm) 160 工作臺(tái)有效工作面積(mm) 450×390 主軸中心線至立柱母線距離(mm) 350 底座有效工作面積(mm) 405×395 主軸端面至工作臺(tái)距離(mm) ? 主柱直徑(mm) 120 主軸端面至底座工作面距離(mm) 750 ? ? 工作臺(tái)及托架最大行程(mm) ? 三相雙速交流電機(jī)功率(kw) 1/1.5 主軸箱旋轉(zhuǎn)角度 ±45° 包裝尺寸(cm) 103×61×209 主軸圓錐孔（莫氏） MT4 毛凈重（kgs） 550/500 總體改裝思路如下：電機(jī)的選

7、定 　　　　　　　　　滾珠絲杠副的選定及其支承形式 　　　　　　　　　直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選定 　　　　　　　　　工作臺(tái)尺寸的要求 　　　　　　　　　控制方式的選定 　　　　　　　　　導(dǎo)軌支座的設(shè)計(jì) 3、數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、輪廓控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的鉆床工作臺(tái)相對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)不進(jìn)行任何切削，只是在點(diǎn)與點(diǎn)之間進(jìn)行精確定位，所以可以選用點(diǎn)位控制?！? 4、XY 工作臺(tái)系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)三種。開(kāi)環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng), 系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)裝置; 半閉環(huán)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)輸出軸安裝脈沖編碼器, 將速度反饋信號(hào)傳給控

8、制單元; 閉環(huán)的伺服系統(tǒng)也是采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng), 位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)末端, 將位置反饋信號(hào)傳給控制單元。閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)其可控分辨率也很高，但在本次設(shè)計(jì)中，其位置精度（±0.02mm）要求不高，考慮到成本低，維修方便，工作穩(wěn)定等條件。選用步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)就可以滿足要求。其通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng), 經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。 ＸＹ工作臺(tái)系統(tǒng)總體框圖如圖所示:： 5、工作臺(tái)條件的確定　　　在老師給定的參數(shù)中，我選鉆床能夠加工的最大面積為180×180，最大工件重量200kg，所以留出裝夾的尺寸后工作臺(tái)應(yīng)該設(shè)計(jì)為260×260，并且考慮到工

9、件最大重量為200kg，所以我選工作臺(tái)厚度為20kg，材料選HT200灰鑄鐵，因?yàn)槠溆辛己玫蔫T造性能，減磨性，耐磨性好，加上其熔化配料簡(jiǎn)單，成本低，耐腐蝕及抗震性好等。 6、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選定　　 ????滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得： 動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。 驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。 與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)

10、軌提高約10倍。 能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。 導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。 簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造　 ①運(yùn)動(dòng)靈敏讀高?、诙ㄎ痪雀摺、蹱恳π?、移動(dòng)輕便?、芫缺３中院谩、轁?rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單、維修方便?、弈Σ料禂?shù)小、動(dòng)摩擦系數(shù)很接近、不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。 7

11、、滾珠絲杠副的選用及其支承形式　　（1）滾珠絲杠副有如下特點(diǎn)：①傳動(dòng)效率高②系統(tǒng)剛性好③傳動(dòng)精度高④使用壽命長(zhǎng)⑤運(yùn)動(dòng)具有可逆性（既可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且逆?zhèn)鲃?dòng)效率幾乎與正傳動(dòng)效率相同⑥不會(huì)自鎖⑦可進(jìn)行預(yù)緊和調(diào)隙 （2） 常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式有三種： ①墊片調(diào)隙式（該形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但不準(zhǔn)確，并且當(dāng)滾道磨損時(shí)不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈）②螺紋調(diào)隙式（該形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，缺點(diǎn)是不很精確）③ 齒差調(diào)隙式（該形式調(diào)整精度很高，工作可靠，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性能

12、差），其調(diào)整時(shí)，先取下兩端的內(nèi)齒圈，使兩螺母產(chǎn)生相對(duì)角位移，相對(duì)地產(chǎn)生軸向的相對(duì)位移，從而兩螺母中的滾道中的滾珠分別貼在螺旋滾道的兩個(gè)相反側(cè)面上，然后將內(nèi)齒圈復(fù)位固定，故而達(dá)到消除間隙，產(chǎn)生算緊的目的。調(diào)整間隙：= 　 在本設(shè)計(jì)中，我選用第③種間隙調(diào)整方式，并且選外循環(huán)滾珠絲杠做為工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@種循環(huán)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，承載能力強(qiáng)，成本低等優(yōu)點(diǎn)。 （3）支承形式 ：我選用兩端固定形式（F—F），特點(diǎn)：①只要軸承無(wú)間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍 ②絲杠一般不會(huì)受壓，無(wú)壓桿穩(wěn)定問(wèn)題，固有頻率比一端固定的高 ③可以預(yù)拉伸，預(yù)緊拉伸后可減小絲

13、杠自重的下垂和熱補(bǔ)償膨脹。 8、聯(lián)軸器的選著　　由于要求設(shè)計(jì)的工作臺(tái)屬于輕載型工作臺(tái)，工作臺(tái)上的負(fù)載折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不是很大，所以電機(jī)與絲杠的連接用聯(lián)軸器就可以滿足要求。這樣大大簡(jiǎn)化了主軸的結(jié)構(gòu)，縮短傳動(dòng)鏈，提高了傳動(dòng)精度。同時(shí)有效地提高了主軸部件的剛度。 9、導(dǎo)軌支承座的選著　　選HT150做為支承座材料，其優(yōu)點(diǎn)耐磨，耐腐蝕，抗震性好，剛度高。 10、軸承的選著　　由于絲杠主要受軸向力的作用，為了保證其高速、高精度可靠性?？蛇x用“前后支承均采用高精度的單列向心推力軸承和一個(gè)深溝球軸承支承”。這樣既保證了軸向載荷和徑向載荷。 注：執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定為確保

14、數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。在滿載設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝配時(shí)，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及有適宜阻尼的要求，所以設(shè)計(jì)時(shí)要遵守以下原則： （1） 縮短傳動(dòng)鏈，這樣可以提高系統(tǒng)傳動(dòng)的傳動(dòng)剛度，減少傳動(dòng)鏈誤差，同時(shí)可以通過(guò)預(yù)緊方式提高傳動(dòng)精度。 （2） 工作臺(tái)與導(dǎo)軌的安裝要確保工作臺(tái)與導(dǎo)軌的垂直度和平行度達(dá)到規(guī)定的精度。 （3） 控制好兩導(dǎo)軌的水平度和平行度，否則導(dǎo)致工作臺(tái)在移動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。 （4） 確保電機(jī)與絲杠連接時(shí)達(dá)到規(guī)定的同軸度及調(diào)節(jié)好電機(jī)的定位精度。 （5） 軸承的安裝，確保預(yù)緊，提高傳動(dòng)精度。 （二）、機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)計(jì)算 1、初步確定工作臺(tái)的

15、尺寸及其重量 老師所給定的工件尺寸為A×B（A、B推薦值為180—250mm）,在此我選工件尺寸為180×180。根據(jù)ue我們加工的時(shí)候要用夾具夾緊工件就必須每邊留出裝夾具的尺寸40mm，所以最后確定工作臺(tái)尺寸為260×260。因?yàn)楣ぷ髋_(tái)加工的最大工件重量為200kg，考慮到剛度和強(qiáng)度問(wèn)題，最后我選工作臺(tái)的厚度為H=20mm 查閱有關(guān)資料，我選灰鑄鐵HT150做為工作臺(tái)的設(shè)計(jì)材料，HT150特點(diǎn)：適用用于軸承受中等載荷的零件。如機(jī)床上的支柱、底座、齒輪箱、刀架、床身、軸承座、工作臺(tái)、帶輪，并且鑄件厚度在20—30mm時(shí)，其最小抗拉強(qiáng)度為130MP，HBS為110—166。而密度ρ

16、=7.2g／。 所以工作臺(tái)的體積V=A·B·H=260×260×260=1352000=1352 工件質(zhì)量：m=ρ×V=7.2×1352=9734.4g=9.73kg 2、支承座的確定 根據(jù)工作臺(tái)的尺寸確定支承座的長(zhǎng)度 ，長(zhǎng)寬高分別設(shè)為abc， 經(jīng)過(guò)驗(yàn)算分別取a=260×2×130=600mm, b=200mm, c=80mm 按保守法算得支承座=abc=600×200×80=9.6×=9.6× 查閱有關(guān)資料，我選HT150灰鑄鐵做為支承座材料。密度ρ=7.2g／ 所以=ρ=9.6××7.2=69.12×g=69.12kg

17、 最低的那根絲杠以上的所有質(zhì)量為： 又對(duì)工作臺(tái)上的夾具進(jìn)行放大的質(zhì)量：=2m=9.73×2=19.46kg 又知工件質(zhì)量=200kg 所以=+++m=69.12+19.46+200+9.73=298.31kg 考慮到其他因素，再把擴(kuò)大到320kg，即=320kg 3、 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4、 滾珠絲杠螺母副的承載能力用額定負(fù)荷表示，其動(dòng)靜載強(qiáng)度計(jì)算原則與滾動(dòng)軸承相類(lèi)似。一般根據(jù)額定動(dòng)負(fù)荷選用滾珠絲杠副，只有當(dāng)n≤10r/min時(shí)，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點(diǎn)蝕，因此進(jìn)行動(dòng)載荷強(qiáng)度計(jì)算。在本設(shè)計(jì)中，我選=110r/min。因此選著

18、以動(dòng)載荷計(jì)算。 ① 絲杠工作時(shí)的軸向壓力 ＝gμ=320×9.8×0.004=12.54N 其中　g=9.8 μ為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)　　取0.004 ②假設(shè)滾動(dòng)絲杠能工作５年，每年為360天,每天工作８小時(shí) ＝5×360×8=1440h 又由于工作臺(tái)在工作過(guò)程中無(wú)沖擊、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn) 　　∴載荷系數(shù)＝１.2 　　　硬度系數(shù)=1.11 　　　精度系數(shù)=1.1 ==1.2×1.11×1.1×12.54=18.37N ∴==×18.37=327.97N 根據(jù)選著滾珠絲杠副，按滾珠絲杠副的額定運(yùn)動(dòng)載荷等于梢大于的原則．在網(wǎng)上查到：　　　　　 同時(shí)考慮到各種因素選用

19、的絲杠參數(shù)如下： 型號(hào)：ＧＷ1505DS—0600A 絲杠軸尺寸：名義外徑d=15mm 導(dǎo)程：Ｐ＝5mm 螺紋長(zhǎng)度l=540mm 　　　總長(zhǎng)=600mm 螺紋尺寸：外徑Ｄ=34mm 總長(zhǎng) =40mm 螺母總長(zhǎng)Ｆ=30mm 滾珠直徑：＝3.175mm 圈數(shù)×回路數(shù)＝2.5×1 基本動(dòng)載荷＝510N 基本靜載荷＝1050N 軸向跳動(dòng)：0.03max 因?yàn)椋?10N≥=306.75N 所以ＧＷ15

20、05DS—0600A合格 ４、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知作用在導(dǎo)軌副上的壓力Ｍ＝g＝320×9.8=3136N 導(dǎo)軌工作壽命：＝５×360×8=14400h 單向行程長(zhǎng)度：＝0.6m 往復(fù)次數(shù)取：n=4次／分 導(dǎo)軌行程長(zhǎng)度系數(shù)：＝２ n／＝２×14400×0.6×4×60/ =4147.2 因活座數(shù)m=4所以每根導(dǎo)軌上使用２個(gè)活座 ∴Ｆ＝= =780N 根據(jù)公式＝6.25 得：===6803.29N=6.8KN 根據(jù) 其中GGE15 BA型號(hào)的導(dǎo)軌的=7.19KN,能滿足5年的使用要求，所以選用GGE15 BA型號(hào)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。

21、 5、電機(jī)的選著 ①確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī) 脈沖當(dāng)量根據(jù)系統(tǒng)精度來(lái)確定，對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)一般為0.005—0.01mm。如取得太大，無(wú)法滿足系統(tǒng)精度要求；如取得太小，或者機(jī)械系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，或者對(duì)其精度和動(dòng)態(tài)特性能提出更高的要求，是經(jīng)濟(jì)性降低。知道本次設(shè)計(jì)的工作臺(tái)的精度為±0.02mm，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得脈沖當(dāng)量δ=×0.04=0.0125mm .又知道是用聯(lián)軸器連接電機(jī)主軸和絲杠，所以傳動(dòng)比i=1。根據(jù)公式得步距角α=360iδ/p= ②計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的目的是選著步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力參數(shù)及進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與設(shè)計(jì)。絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 ===1.3×kg·

22、其中ρ是絲杠密度（kg/ ），取7.8× kg/ ；d是絲杠的等效直徑(m),取0.013m; l是絲杠的長(zhǎng)度0.6m。 沿直線軸移動(dòng)物體的慣量 工作臺(tái)、工件等折算到電動(dòng)機(jī)軸 上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可由下述公式達(dá)到： =M×=×320×=0.087×kg· M——工作臺(tái)（包括工件）的質(zhì)量，kg V——工作臺(tái)快進(jìn)速度，mm/min N——絲杠轉(zhuǎn)速,r/min 所以折算到電機(jī)上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=＋=0.08713× kg· ③ 空載啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩： ==0.08713×××=9.8N·m 電動(dòng)機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩==m

23、gμ=×320×9.8×0.004=0.1N·m 其中， △t為電機(jī)加速時(shí)間：△t=0.1O秒 伺服傳動(dòng)鏈的總效率取為η=0.99 為工作臺(tái)快進(jìn)速度 =3.6m/min 設(shè)滾動(dòng)絲杠螺母副的預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3，則因預(yù)緊力而引起的、折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩為： =（1－）=××（1－）= N·m 是滾珠絲杠螺母副未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率。=0.9 工作臺(tái)上的最大軸向載荷折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： ==×12.54=0.01 N·m 在最大外載荷下工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩： =＋＋=0.01＋0.1＋ = 0.11N·m 根據(jù)下列公式計(jì)算正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)

24、所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 ===0.22~0.37 N·m 于是空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩為： =＋＋=9.8＋0.1＋=9.9 N·m 我初步選定電機(jī)為三相雙六拍的電機(jī)，根據(jù)與選取啟動(dòng)時(shí)所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系： ===11.43 N·m 所以根據(jù)： 選定110BYG3502 步距角：0.6度 相數(shù)：3 靜轉(zhuǎn)矩：12N·m 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：11kg·=0.11×kg· 尺寸圖如下： ④慣量匹配驗(yàn)算 電機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和電機(jī)軸自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大，也不

25、應(yīng)太小。如果太大，則伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于負(fù)載特性，由于工作條件（如工作臺(tái)位置）的變化而引起的負(fù)載質(zhì)量，剛度，阻尼等的變化，將導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性也隨之產(chǎn)生較大的變化，使伺服系統(tǒng)綜合性能變差，或給控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成困難。如果該比值太小，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)選或傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不太合理，經(jīng)濟(jì)性較差。為了系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的匹配，一般應(yīng)將該比值控制在下式所規(guī)定的范圍內(nèi)：≦≦1 ≦==0.79≦1 說(shuō)明慣量匹配合理。 ⑤電動(dòng)機(jī)最大運(yùn)行頻率確定 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的輸出轉(zhuǎn)矩隨運(yùn)行頻率增加而下降，因而應(yīng)根據(jù)所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，按電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性曲線來(lái)確定最大運(yùn)行頻率，并要求實(shí)使用的運(yùn)行頻率低于這一允許的

26、最大運(yùn)行頻率。下圖： 當(dāng)=0.11N·m時(shí) 電機(jī)的運(yùn)行頻率f≈10000HZ，而根據(jù)V=60δf算得實(shí)際使用的運(yùn)行頻率為=4800 HZ，而＜f，所以滿足要求。 6、聯(lián)軸器的選著 彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，不用潤(rùn)滑，不需要與金屬硫化粘結(jié)，更換彈性套方便，不用移動(dòng)半聯(lián)軸器，具有一定補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移和減振緩沖性能。彈性套工作是受壓縮變形，由于彈性套的厚度較薄，體積小，彈性變形有限，所以，彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器雖可補(bǔ)償軸線位移和彈性。彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器是依靠柱銷(xiāo)組的鎖緊力而產(chǎn)生于接觸面的摩擦力矩，并壓縮橡膠彈性套來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。適用于安

27、裝底座剛性好、對(duì)中精度較高、沖擊載荷不大、對(duì)減振要求不高的中小功率軸系傳動(dòng)。根據(jù)選出的電機(jī)和絲杠的參數(shù)，選出下面的彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。 如圖： 但是滾珠絲杠跟聯(lián)軸器連接的軸端(15mm)要相應(yīng)的加工為12mm才能跟聯(lián)軸器配合。 （四）設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)這兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，完成了整個(gè)鉆床XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，它具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)等數(shù)控系統(tǒng)所使用的常用功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，控制方便，控制精度相對(duì)較高，特別適合在鉆床上，可以實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)孔系的加工。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中比較重點(diǎn)的是選用步進(jìn)電機(jī)，

28、滾珠絲杠，滾動(dòng)導(dǎo)軌，聯(lián)軸器等。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了幾個(gè)問(wèn)題，在李老師經(jīng)過(guò)電話的幫助下一一地解決，在此，我表示忠心的感謝。同時(shí)經(jīng)過(guò)這次的親自設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)控控制機(jī)構(gòu)有了更進(jìn)一步的了解，也是我更懂得使用工具書(shū)來(lái)解決問(wèn)題。 最后由于本人水平有限，所以設(shè)計(jì)過(guò)程有許多的不足，懇請(qǐng)李老師批評(píng)指正。 （五）參考文獻(xiàn)： 【1】文懷興、夏田 編著；數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)；化學(xué)工業(yè)出版社2005 【2】楊繼昌、李金伴 主編；數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)；化學(xué)工業(yè)出版社2005 【3】鄭堤、唐可洪 主編；機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；機(jī)械工業(yè)出版社1996 【4】王昆、何小柏、汪信遠(yuǎn) 主編；機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)；高等教育出版社 【5】高大偉 主編；數(shù)控系統(tǒng)；化學(xué)工業(yè)出版社2005 【6】黃英 等主編；畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖；高等教育出版社 22