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第一章 概述
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為小型模具柔性制造系統(tǒng)——立體倉庫及巷式起重機(jī)的設(shè)計(jì)。立體倉庫及巷式起重機(jī)是這個(gè)小型模具柔性制造系統(tǒng)的一部分，首先要了解柔性制造系統(tǒng)，理解它的工作原理，進(jìn)而詳細(xì)研究巷式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，組成，工作原理。
1.1 柔性制造系統(tǒng)以及起重機(jī)
1.1.1 柔性制造系統(tǒng)簡(jiǎn)介
隨著社會(huì)進(jìn)步和和生活水平的提高，市場(chǎng)更加需要具有特色、符合客戶要求樣式和功能千差萬別的個(gè)性化產(chǎn)品。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模的生產(chǎn)方式發(fā)生改變，要求對(duì)傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市場(chǎng)對(duì)多品種小批量產(chǎn)品的需求，因此生產(chǎn)制造系統(tǒng)的柔性對(duì)系統(tǒng)的生存越來越重要。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大成都上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重要的位置。“柔性”是相對(duì)于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動(dòng)化生產(chǎn)線旨在實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是神產(chǎn)率高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低，但價(jià)格相當(dāng)昂貴，且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件。如果想要獲得其他品種的產(chǎn)品，則必須對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行大調(diào)整，重新配置系統(tǒng)內(nèi)各要素，其工作量和經(jīng)費(fèi)投入與構(gòu)造一個(gè)新的生產(chǎn)線往往不相上下，剛性的大批量制造自動(dòng)化生產(chǎn)線只適合生產(chǎn)少數(shù)幾個(gè)品種的產(chǎn)品，難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)FMS。
FMS目前尚無統(tǒng)一的定義，一般認(rèn)為柔性制造技術(shù)是一種能迅速相應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)品種的制造技術(shù)；柔性制造系統(tǒng)是由若干臺(tái)數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的，并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。一般定義可以用以下三個(gè)方面來概括:(1)FMS是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)系統(tǒng);(2)系統(tǒng)采用半獨(dú)立的NC機(jī)床;(3)這些機(jī)床通過物料輸送系統(tǒng)連成一體。FMS的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
FMS從20世紀(jì)60年代誕生至今已有40多年的歷史，它從探索階段走向?qū)嵱没蜕唐坊A段，并在80年代輝煌一時(shí)，成為機(jī)械制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志，美、英、德、日等許多先進(jìn)國家的企業(yè)爭(zhēng)相創(chuàng)造出自己的FMS，其中不乏成功的例子。1994年初，世界各國已投人運(yùn)行的FMS約有3000多個(gè)，其中日本擁有2100多個(gè)，占世界首位。在現(xiàn)已運(yùn)行的FMS中,50%FMS由美國制造商提供，另外50%由日本和德國廠商提供。著名的FMS生產(chǎn)廠家有:法那克、日立精機(jī)、豐田公機(jī)、新瀉鐵工、山崎(日本)，公機(jī)、新瀉鐵工、山崎(日本),Ingersoll milling,Sundstung,Bendaw,Kearaey& Trecker,cincinnati Milacron(美國)，Werner & Kolb,Burkhandt&Weber,Huller Hille,Scharman(德國)等。我國第一套FMS于1986年10月在北京機(jī)床研究所投入運(yùn)行，用于加工伺服電機(jī)的零件。許多科研院所和大學(xué)都開展FMS的研究和開發(fā)，成功設(shè)計(jì)制造了許多FMS案例。
通過近40年的努力和實(shí)踐，F(xiàn)MS技術(shù)已臻完善，進(jìn)人了實(shí)用化階段，并已形成高科技產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍進(jìn)步以及生產(chǎn)組織與管理方式的不斷更換，F(xiàn)MS作為一種生產(chǎn)手段正在向小型化、單元化、模塊化、集成化方向發(fā)展，單項(xiàng)技術(shù)性能與系統(tǒng)性能不斷提高，重視人的因素，完善適應(yīng)先進(jìn)制造系統(tǒng)的組織管理體系，將人與FMS以及非FMS生產(chǎn)設(shè)備集成為企業(yè)綜合生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人一技術(shù)一組織的兼容和人機(jī)一體化。應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，如金屬切削FMS的批量適應(yīng)范圍和品種適應(yīng)范圍正逐步擴(kuò)大，例如向適合于單件生產(chǎn)的FMS擴(kuò)展和向適合于大批量生產(chǎn)的FMS(即FML)擴(kuò)展。另一方面，F(xiàn)MS由最初的金屬切削加工向金屬熱加工、裝配等整個(gè)機(jī)械制造范圍發(fā)展，并迅速向電子、食品、藥品、化工等各行業(yè)滲透。
1.1.2 起重機(jī)簡(jiǎn)介
起重機(jī)是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多動(dòng)作起重機(jī)械，又稱吊車。它主要用來吊運(yùn)成件物品，配備適當(dāng)?shù)蹙吆笠部傻踹\(yùn)散狀物料和液態(tài)物料。
??? 起重機(jī)的工作特點(diǎn)是作間歇性運(yùn)動(dòng)，即在一個(gè)工作循環(huán)中取料、運(yùn)移、卸載等動(dòng)作的相應(yīng)機(jī)構(gòu)是交替工作的。各機(jī)構(gòu)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)和正反方向運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。
??? 中國古代灌溉農(nóng)田用的桔槔是臂架型起重機(jī)的雛形；14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)；19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金 屬材料制造，并開始采用水力驅(qū)動(dòng)；到了19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)；20世紀(jì)20年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。
起重機(jī)通常按結(jié)構(gòu)分為臂架型起重機(jī)和橋架型起重機(jī)。臂架型起重機(jī)包括塔式起重機(jī)、門座起重機(jī)、浮游起重機(jī)、自行式起重機(jī)、由桅桿和臂架組成的桅桿起重機(jī)、沿墻壁運(yùn)行的壁行起重機(jī)和裝在船舶甲板上的甲板起重機(jī)等 ；橋架型起重機(jī)包括橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、運(yùn)載橋和纜索起重機(jī)等。起重機(jī)也可按用途、驅(qū)動(dòng)方式和機(jī)動(dòng)性等特點(diǎn)分類。
臂架型起重機(jī)通過外伸的長(zhǎng)臂架，可將重物搬運(yùn)到離機(jī)座較遠(yuǎn)的地方， 主要用于車、船的裝卸作業(yè)。臂架有可俯仰的傾斜式和不可俯仰的水平式兩種。傾斜臂架起重機(jī)的吊具懸掛在臂架頂端滑輪的下面，水平臂架起重機(jī)的臂架上有帶吊具的起重小車。
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臂架型起重機(jī)一般可以回轉(zhuǎn)，通過起重機(jī)的回轉(zhuǎn)和臂架的俯仰，或起重小車沿臂架的運(yùn)行，使重物在特定范圍內(nèi)移動(dòng)。這類起重機(jī)的起重能力以臂架最小幅度時(shí)的額定起重重量和額定起重力矩來表示。幅度是吊具離起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心線的水平距離，起重力矩是起吊物品的重力與幅度的乘積。
??? 橋架型起重機(jī)具有水平橋架，能越過地面障礙物吊運(yùn)重物，或完成一定的工藝操作，它廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造和冶金等部門的車間和室內(nèi)外倉庫。橋式起重機(jī)在高架軌道上運(yùn)行，其他橋架型起重機(jī)則在地面軌道上運(yùn)行。起重小車沿橋架上的軌道運(yùn)行 ，通過橋架和起重小車的運(yùn)動(dòng)，可以獲得矩形的工作范圍。表征這類起重機(jī)的主要參數(shù)是額定起重量和跨度。
起重機(jī)的型式很多，但其主要組成部分都包括起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以及金屬結(jié)構(gòu)等。有的起重機(jī)還有完成一定工藝操作的專用工作裝置，如夾鉗起重機(jī)的夾鉗。
起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)最基本的工作機(jī)構(gòu)，大多由吊掛系統(tǒng)和絞車組成，也有通過液壓系統(tǒng)升降重物的。吊掛系統(tǒng)一般由鋼絲繩、滑輪組和吊具組成，吊鉤是最常見的吊具。絞車可安置在起重小車上，也可安置在起重機(jī)金 屬結(jié)構(gòu)上或附近的地基上，通過收放鋼絲繩而升降重物，有時(shí)可用電動(dòng)葫蘆或手動(dòng)葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)。有些起重機(jī)還配有副起升機(jī)構(gòu)，用以吊運(yùn)較輕的物品或進(jìn)行輔助作業(yè)。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)是用以縱向水平運(yùn)移重物 ，或調(diào)整起重機(jī)工作位置的部件，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器和車輪組成?，F(xiàn)代起重機(jī)中，兩側(cè)車輪通常由各自獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，也有采用由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器組合成一體的“三合一”方式。
起重小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成與起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)相似，用以橫向水平運(yùn)移重物或調(diào)整小車位置。大多數(shù)小車是自行式的，即本身帶驅(qū)動(dòng)裝置；有時(shí)為了減輕小車自重，也可采用鋼絲繩牽引式的，即把驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在水平臂架或橋架的一端。
變幅機(jī)構(gòu)只有在臂架型起重機(jī)上才配備。臂架仰起時(shí)幅度減小，俯下時(shí)幅度增大。按性能要求可分為平衡變幅和非平衡變幅兩種 ；按作業(yè)要求又可分為工作性變幅和非工作性變幅兩種。
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回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是用以使臂架回轉(zhuǎn) 的部件，由驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)支承裝置組成。驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)起重機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)支承裝置使起重機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分支持在非轉(zhuǎn)動(dòng)部分上。
金屬結(jié)構(gòu)是指起重機(jī)的骨架。各種起重機(jī)有不同的結(jié)構(gòu)型式 ，主要承載件如橋架、臂架和門架可以是箱形結(jié)構(gòu)或桁架結(jié)構(gòu)，也可以是腹板結(jié)構(gòu)。金屬結(jié)構(gòu)的尺寸和重量占起重機(jī)外形尺寸和總重量的很大部分，要在保證強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度，即保證金 屬結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞、不產(chǎn)生過度變形和振動(dòng)的條件下，盡量減輕結(jié)構(gòu)重量。
??? 多數(shù)起重機(jī)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，人力驅(qū)動(dòng)僅適用于起重量很小且搬運(yùn)距離不大的起重機(jī)。與普通電動(dòng)機(jī)比較，起重機(jī)專用電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、機(jī)械強(qiáng)度高。交流繞線型電動(dòng)機(jī)用得最多。需要在很大范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)速時(shí)，也可采用直流電動(dòng)機(jī)。自行式起重機(jī)和浮游起重機(jī)大多采用內(nèi)燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)-電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
??? 起重機(jī)的操作方式很多，通常是在司機(jī)室內(nèi)操縱；也可在地面上用按鈕操縱；還可以采用有線或無線遠(yuǎn)距離控制。當(dāng)要完成固定程序的作業(yè)時(shí)，可以采用程序控制的方法自動(dòng)完成多種動(dòng)作。
??? 起重機(jī)的故障會(huì)引起重大的人身事故和經(jīng)濟(jì)損失，因此，在起重機(jī)上裝有各種起重機(jī)安全裝置，如防止超載的負(fù)荷限制器，限制起重機(jī)、起重小車或吊具位置的行程開關(guān)，防止起重機(jī)被大風(fēng)吹走的起重機(jī)夾軌器，以及信號(hào)裝置等。對(duì)臂架型起重機(jī)尤其要注意整體穩(wěn)定性，即保證它在外載荷作用下不發(fā)生傾翻。
起重機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：研制更合理的金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和零部件，以減少金屬消耗量；發(fā)展大起重量的起重機(jī)；提高工作速度、擴(kuò)大調(diào)速范圍；研究結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題；提高金 屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命；改善司機(jī)操作的條件，保證作業(yè)安全提高自動(dòng)化控制程度和擴(kuò)大遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)的使用范圍尤其是把它們應(yīng)用到作業(yè)頻繁的倉庫堆垛起重機(jī)和環(huán)境惡劣的冶金起重機(jī)上。
1.2 研究?jī)?nèi)容
這次所要設(shè)計(jì)的小型模具柔性制造系統(tǒng)包括立體倉庫、機(jī)械手搬運(yùn)、多工位加工、多通道環(huán)行線、視覺檢測(cè)五個(gè)系統(tǒng)單元。在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，我主要負(fù)責(zé)TVT－4000E立體倉庫系統(tǒng)單元中巷式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)，如何運(yùn)用PLC軟件程序使巷式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物在倉庫中的自動(dòng)存取和使自動(dòng)取料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的自動(dòng)存取。了解立體倉庫及自動(dòng)取料機(jī)構(gòu)的工作原理，以及如何使用組態(tài)王軟件編寫程序來實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的控制。
TVT－4000E立體倉庫系統(tǒng)單元結(jié)構(gòu)圖 如圖2所示。
4000E立體倉庫系統(tǒng)單元結(jié)構(gòu)圖
（5-1）－巷式起重機(jī) （5-2）－立體倉庫 （5-3）－自動(dòng)取料機(jī)構(gòu)
巷式起重機(jī)由絲杠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)（5-1-1）、光杠（5-1-2）、氣動(dòng)儲(chǔ)取貨物機(jī)構(gòu)（5-1-3）、X軸步進(jìn)電機(jī)（5-1-4）、Ｘ軸光杠（5-1-5）、Ｚ軸氣缸（5-1-6）、滾珠絲杠（5-1-7）組成。巷式起重機(jī)(5-1)主要是實(shí)現(xiàn)貨物在倉庫內(nèi)的自動(dòng)存取。見圖3。
由貨物儲(chǔ)備臺(tái)（5-2-1）、檢測(cè)傳感器（5-2-2）、立體倉庫型材基體（5-2-3）組成。立體倉庫（5-5-1）主要是實(shí)現(xiàn)貨物的存儲(chǔ)，見圖4。
自動(dòng)取料機(jī)構(gòu)
5000E5立體倉庫系統(tǒng)單元工作原理 通過并聯(lián)真空吸盤（5-3-2）把環(huán)行線的立體倉庫存取料工位上的貨物通過直線氣缸（5-3-1）使貨物被放入巷式起重機(jī)（5-1），并有巷式起重機(jī)（5-1）把貨物放入立體倉庫（4-2）中，立體倉庫主要是實(shí)現(xiàn)成品、半成品的自動(dòng)存取。
自動(dòng)流程圖：
自動(dòng)取料機(jī)構(gòu)
巷式起重機(jī)
立體倉庫
第二章 巷式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
巷式起重機(jī)主要由步進(jìn)電機(jī)、光桿、滾珠絲杠、氣動(dòng)儲(chǔ)取貨物機(jī)構(gòu)組成。
2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇
2.1.1 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制
步進(jìn)電機(jī)是生產(chǎn)機(jī)械上常用的另一種運(yùn)動(dòng)部件，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，定位準(zhǔn)確，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用十分廣泛。目前世界上主要的PLC廠家生產(chǎn)的PLC均有專門的步進(jìn)電機(jī)控制指令，可以很方便地和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
步進(jìn)電機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的連接有很多種，常見的一種是步進(jìn)電機(jī)和絲杠連接，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成工作臺(tái)面的直線運(yùn)動(dòng)。
在這種應(yīng)用中，關(guān)系運(yùn)動(dòng)直接后果的參數(shù)有以下幾個(gè)：
N：PLC發(fā)出的控制脈沖的個(gè)數(shù)
n：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)（如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有脈沖細(xì)分驅(qū)動(dòng)）
θ：步進(jìn)電機(jī)的布距角，即步進(jìn)電機(jī)每收到一個(gè)脈沖變化，軸所轉(zhuǎn)過的角度
d：絲杠的螺紋距，它決定了絲杠每轉(zhuǎn)過一圈，工作臺(tái)面前進(jìn)的距離
根據(jù)以上幾個(gè)參數(shù)，我們可以得到以下結(jié)果：
PLC發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)到達(dá)步進(jìn)電機(jī)上，脈沖實(shí)際有效數(shù)應(yīng)為N/n
步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一圈，需要的脈沖個(gè)數(shù)為360/θ
則PLC發(fā)出N個(gè)脈沖，工作臺(tái)面移動(dòng)的距離為：
PLC要和步進(jìn)電機(jī)配合實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，還需要在PLC內(nèi)部進(jìn)行一系列設(shè)定，或者是編制一定的程序。不同的PLC類型所要編制的程序不同，控制字也有不同，參考其說明書就可以知道這種差異。另外，步進(jìn)電機(jī)控制是要用高速脈沖控制的，所以PLC必須是可以輸出高速脈沖的晶體管輸出形式，不可以使用繼電器輸出形式的PLC來控制步進(jìn)電機(jī)。
2.1.2 步進(jìn)電機(jī)的原理與選擇
1.步進(jìn)電機(jī)的工作原理
步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級(jí)平滑控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這種控制功能，是其它電動(dòng)機(jī)無法替代的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗?、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜，成本就會(huì)增加，應(yīng)按需要合理選用。
2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
u 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒有積累誤差(精度為100％)，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。
u 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比
u 步距值不容易因?yàn)殡姎?、?fù)載、環(huán)境條件的變化而改變,使用開環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)就能進(jìn)行良好的定位控制。
u 起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。
u 價(jià)格便宜,可靠性高。
u 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源。
u 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載慣性的能力不強(qiáng),在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時(shí),電機(jī)才能獲的滿意的運(yùn)行性能。
u 由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。
3. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成
與交直流電動(dòng)機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的。為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制）、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如下圖所示 。
4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇
在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，根據(jù)系統(tǒng)要求，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓值、電流值以及有無定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，從而就可以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)。
在進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比、軸向力F、負(fù)載轉(zhuǎn)矩T、額定轉(zhuǎn)矩T和運(yùn)行頻率，以確定步進(jìn)電機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。
5.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的原理與選擇
(1).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇
步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。
所有型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)都相同，共有三路信號(hào)，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向電平信號(hào)DIR、脫機(jī)信號(hào)FREE(此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行)。它們?cè)隍?qū)動(dòng)器內(nèi)部的接口電路都相同，見下圖。OPTO端為三路信號(hào)的公共端，三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可直接接入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光耦提供8-1 5mA的驅(qū)動(dòng)電流，參見圖4和圖5。外圍提供電平為24V，而輸入部分的電平為5V，所以須外部另加1.8K的限流電阻R。
圖4 輸入信號(hào)接口電路 圖5 外接限流電阻R
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)有兩種:
①.初相位信號(hào)：驅(qū)動(dòng)器每次上電后將使步進(jìn)電機(jī)起始在一個(gè)固定的相位上，這就是初相位。初相位信號(hào)是指步進(jìn)電機(jī)每次運(yùn)行到初相位期間，此信號(hào)就輸出為高電平，否則為低電平。此信號(hào)和控制系統(tǒng)配合使田，可產(chǎn)生相位記憶功能，其接口見圖6。
圖6 初相位信號(hào)接口電路
②. 報(bào)警輸出信號(hào)：每臺(tái)驅(qū)動(dòng)器都有多種保護(hù)措施(如：過壓、過流、過溫等)。當(dāng)保護(hù)發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入脫機(jī)狀態(tài)使電機(jī)失電，但這時(shí)控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到‘報(bào)警輸出信號(hào)’。此信號(hào)占兩個(gè)接線端子，此兩端為一繼電器的常開點(diǎn)，報(bào)警時(shí)觸點(diǎn)立即閉合。驅(qū)動(dòng)器正常時(shí)，觸點(diǎn)為常開狀態(tài)。觸點(diǎn)規(guī)格：DC24V／1A或AC11OV／O．3A。
一般來說，對(duì)于兩相四根線電機(jī)，可以直接和驅(qū)動(dòng)器相連，見下圖。
電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線圖
以北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)SH系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器(型號(hào)為SH-2H057)為例，主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動(dòng)器,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機(jī)，其外殼即為散熱體，所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。
此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：
驅(qū)動(dòng)器型號(hào)
相數(shù)
類別
細(xì)分?jǐn)?shù)
通過撥位
開關(guān)設(shè)定
最大
相電流
開關(guān)設(shè)定
工作電源
SH-2H057
二相或四相
混合式
二相八拍
3.0A
一組直流
DC(24V-40V)
(2).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖見圖8
圖8步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖
(3).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)和電機(jī)相電流的設(shè)定
①. 細(xì)分?jǐn)?shù)的設(shè)定
要了解“細(xì)分”，先要弄清“步距角”這個(gè)概念：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。SH系列驅(qū)動(dòng)器是靠驅(qū)動(dòng)器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)的，您只需根據(jù)面板上的提示設(shè)定即可。在系統(tǒng)頻率允許的情況下，盡量選用高細(xì)分?jǐn)?shù)。
對(duì)于兩相步進(jìn)電機(jī),細(xì)分后電機(jī)的步距角等于電機(jī)的整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)，例如細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定為40、驅(qū)動(dòng)步距角為0.9°/1.8°的電機(jī)，其細(xì)分步距角為1.8÷40=0.045?？梢钥闯?步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了，如驅(qū)動(dòng)器工作在40細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為電機(jī)固有步距角的十分之一，也就是說：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)驅(qū)動(dòng)上例的電機(jī)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°；而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在40細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0.045°，這就是細(xì)分的基本概念。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。
驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后將對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，但是這一切都是由驅(qū)動(dòng)器本身產(chǎn)生的，和電機(jī)及控制系統(tǒng)無關(guān)。在使用時(shí)，唯一需要注意的一點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)步距角的改變,這一點(diǎn)將對(duì)控制系統(tǒng)所發(fā)出的步進(jìn)信號(hào)的頻率有影響;因?yàn)榧?xì)分后步進(jìn)電機(jī)的步距角將變小，要求步進(jìn)信號(hào)的頻率要相應(yīng)提高。
驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后的主要優(yōu)點(diǎn)為：
a.完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩(約在200Hz左右)是步進(jìn)電機(jī)的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果您的步進(jìn)電機(jī)有時(shí)要在共振區(qū)工作(如走圓弧)，選擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。
b.提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對(duì)三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時(shí)提高約30—4096。
c.提高了電機(jī)的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，‘提高電機(jī)的分辨率’是不言而喻的。
以上這些優(yōu)點(diǎn)，尤其是在性能上的優(yōu)點(diǎn)，并不是一個(gè)量的變化，而是質(zhì)的飛躍。所以我們最好選用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。但現(xiàn)在的情況不同了，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)改變了這種觀念，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。所以如果用戶采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，‘相數(shù)’將變得沒有意義
②.電機(jī)相電流的設(shè)定
SH系列驅(qū)動(dòng)器是靠驅(qū)動(dòng)器上的撥位開關(guān)來設(shè)定電機(jī)的相電流，您只需根據(jù)面板上的電流設(shè)定表格進(jìn)行設(shè)定。
(4). 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器指示燈說明
驅(qū)動(dòng)器的指示燈共有兩種：電源指示燈(綠色或黃色)和保護(hù)指示燈(紅色)。當(dāng)任一保護(hù)發(fā)生時(shí)，保護(hù)指示燈變亮。
(5). 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源接口
對(duì)于超小型驅(qū)動(dòng)器(SH—2H057、SH—3F075、 SH—2H057M、SH-3F075M)，采用一組直流供電DC(24-40V)，注意正負(fù)極不要接錯(cuò)，此電源可以由一變壓器變壓后加整流濾波(無須穩(wěn)壓)組成;或者由一開關(guān)電源提供,參考下圖。因?yàn)镻LC需要采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電,所以在設(shè)計(jì)中電源應(yīng)選用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，見下圖。
開關(guān)式穩(wěn)壓電源
不同的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需配合適當(dāng)?shù)腜LC，原則是使PLC的輸出高速脈沖可以傳輸?shù)讲竭M(jìn)電器驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部。在上圖中，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)采取的是公共陽極，則PLC就應(yīng)當(dāng)采用NPN晶體管輸出類型的，并且接線如圖9所示。如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)采取的是公共陰極，則PLC就應(yīng)當(dāng)采用PNP晶體管輸出類型的。
2.2 氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
氣動(dòng)傳動(dòng)簡(jiǎn)稱氣動(dòng),是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來傳遞動(dòng)力和控制信號(hào),控制和驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械和設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化的一門技術(shù)。它是流體傳動(dòng)及控制學(xué)科的一個(gè)重要分支。因?yàn)橐詨嚎s空氣為工作介質(zhì)，具有防火、防爆、防電磁干擾，抗振動(dòng)、沖擊、輻射，無污染，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等特點(diǎn)。
氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：
（1） 空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購買、貯存、運(yùn)輸介質(zhì)的費(fèi)用；
（2） 空氣在使用完后排入大氣中去，對(duì)環(huán)境無污染，處理方便，不必設(shè)置回收管路；
（3） 因空氣粘度小，在管內(nèi)流動(dòng)阻力小，壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送；
（4） 與液壓相比，氣動(dòng)反應(yīng)快，制造容易，適用于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化；
（5） 氣動(dòng)元件對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好；
（6） 空氣具有可壓縮性,使氣動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。
2.2.1 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成
典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)是由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。
氣壓發(fā)生裝置簡(jiǎn)稱氣源裝置，是獲得壓縮空氣的能源裝置，其主體部分是空氣壓縮機(jī)，另處還有氣源凈化設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)將原動(dòng)機(jī)供的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的壓力能；而氣源凈化設(shè)備用以降低壓縮空氣中的水分、油分以及污染雜質(zhì)等。使用氣動(dòng)設(shè)備較多的廠礦將氣源裝置集中在壓氣站（俗稱空壓站）內(nèi)，由壓氣站再統(tǒng)一向各用氣點(diǎn)（分廠、車間和用氣設(shè)備等）分配供應(yīng)壓縮空氣。
執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，并將壓縮空氣的壓力能變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。包括作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸，作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣馬達(dá)和作不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)。
控制元件又稱操縱、運(yùn)算、檢測(cè)元件，是用來控制壓縮空氣流的壓力、流量和流動(dòng)方向等，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的元件。包括各種壓力閥、方向閥、流量閥、邏輯元件、射流元件、行程閥、轉(zhuǎn)換器和傳感器等。
輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤(rùn)滑、消聲以及元件間連接所示需要的一些裝置。包括分小濾氣器、油霧器、消聲器以及各種管路附件等。
2.2.2 氣源裝置
氣源裝置給系統(tǒng)提供足夠清潔、干燥且具有一定壓力和流量的壓縮空氣。根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣品質(zhì)的要求來設(shè)置氣源裝置。常見的氣源裝置是空氣壓縮機(jī)。
空氣壓縮機(jī)簡(jiǎn)稱空壓機(jī)，是氣源裝置的核心，用以將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能?？諌簷C(jī)有以下幾種分類方法：
（1） 按工作原理分類：
（2） 按輸出壓力P分類：
鼓風(fēng)機(jī)： P ≤ 0.2MPa
低壓空壓機(jī)： 0.2Mpa ≤ P ≤ 1Mpa
中壓空壓機(jī)： 1Mpa < P ≤ 10Mpa
高壓空壓機(jī)： 10Mpa < P ≤ 100Mpa
超高壓空壓機(jī)： P > 100Mpa
（3） 按輸出流量qz（即銘牌流量或自由流量）分類：
微型空壓機(jī)： qz ≤0.017m3/s
小型空壓機(jī)： 0.017m3/s < qz ≤0. 17m3/s
中型空壓機(jī)： 0. 17m3/s < qz ≤1.7m3/s
大型空壓機(jī)： qz > 1.7m3/s
2.2.3 氣動(dòng)執(zhí)行元件
氣動(dòng)執(zhí)行元件有作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸、作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣馬達(dá)和作不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)等。下面主要以氣缸為主來介紹。
氣缸的分類、原理和特點(diǎn)：
????普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成見下圖。主要由前蓋、后蓋9、活塞6、活塞桿4、缸筒5其他一些零件組成。
普通氣缸
1—組合防塵圈；—前端蓋；3—軸用YX密封圈；4—活塞桿；5—缸筒；
6—活塞；7—孔用YX密封圈；8—緩沖調(diào)節(jié)閥；9—后端蓋
????氣缸的種類很多。一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、結(jié)構(gòu)特征和安裝方式來分類。按壓縮空氣對(duì)活塞端面作用力的方向分：
單作用氣缸 氣缸只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是氣壓傳動(dòng)，活塞的復(fù)位靠彈簧力或自重和其它外力。
雙作用氣缸 雙作用氣缸的往返運(yùn)動(dòng)全靠壓縮空氣來完成。
按氣缸的結(jié)構(gòu)特征分：
1)活塞式氣缸；
2)薄膜式氣缸；
3)伸縮式氣缸。
按氣缸的安裝形式分：
1)固定式氣缸 氣缸安裝在機(jī)體上固定不動(dòng)，有耳座式、凸緣式和法蘭式。
2)軸銷式氣缸 缸體圍繞一固定軸可作一定角度的擺動(dòng)。
3)回轉(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機(jī)床主軸上，可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種氣缸常
于機(jī)床上氣動(dòng)卡盤中，以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卡。
4)嵌入式氣缸 氣缸做在夾具本體內(nèi)。
按氣缸的功能分：
1)普通氣缸 包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無特殊要求的場(chǎng)合。
2)緩沖氣缸 氣缸的一端或兩端帶有緩沖裝置，以防止和減輕活塞運(yùn)動(dòng)到端點(diǎn)時(shí)對(duì)氣缸缸蓋的撞擊。
3)氣一液阻尼缸 氣缸與液壓缸串聯(lián)，可控制氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度，并使其速度相對(duì)穩(wěn)定。
4)擺動(dòng)氣缸 用于要求氣缸葉片軸在一定角度內(nèi)繞軸線回轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，如夾具轉(zhuǎn)位、閥門的啟閉等。
5)沖擊氣缸 是一種以活塞桿高速運(yùn)動(dòng)形成沖擊力的高能缸，可用于沖壓、切斷等。
6)步進(jìn)氣缸 是一種根據(jù)不同的控制信號(hào)，使活塞桿伸出不同的相應(yīng)位置的氣缸。
氣缸的類型
類別
名稱
簡(jiǎn)圖
特點(diǎn)
單作用氣缸
柱塞式氣缸
? 壓縮空氣只能使柱塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；借助外力或重力復(fù)位
活塞式氣缸
? 壓縮空氣只能使活塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；借助外力或重力復(fù)位
? 壓縮空氣只能使活塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；借助彈簧力復(fù)位；用于行程較小場(chǎng)合
薄膜式氣缸
? 以膜片代替活塞的氣缸。單向作用；借助彈簧力復(fù)位；行程短；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缸體內(nèi)壁不須加工；須按行程比例增大直徑。若無彈簧，用壓縮空氣復(fù)位，即為雙向作用薄膜式氣缸。行程較長(zhǎng)的薄膜式氣缸膜片受到滾壓，常稱滾壓（風(fēng)箱）式氣缸。
雙作用氣缸
普通氣缸
? 利用壓縮空氣使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，活塞行程可根據(jù)實(shí)際需要選定，雙向作用的力和速度不同
雙活塞桿氣缸
? 壓縮空氣可使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，且其速度和行程都相等
不可調(diào)緩沖氣缸
? 設(shè)有緩沖裝置以使活塞臨近行程終點(diǎn)時(shí)減速，防止沖擊，緩沖效果不可調(diào)整
可調(diào)緩沖氣缸
? 緩沖裝置的減速和緩沖效果可根據(jù)需要調(diào)整
特殊
氣缸
差動(dòng)氣缸
? 氣缸活塞兩端有效面積差較大，利用壓力差原理使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)活塞桿側(cè)始終通以壓縮空氣
雙活塞氣缸
? 兩個(gè)活塞同時(shí)向相反方向運(yùn)動(dòng)
多位氣缸
? 活塞桿沿行程長(zhǎng)度方向可在多個(gè)位置停留，圖示結(jié)構(gòu)有四個(gè)位置
串聯(lián)氣缸
? 在一根活塞桿上串聯(lián)多個(gè)活塞，可獲得和各活塞有效面積總和成正比的輸出力
沖擊氣缸
? 利用突然大量供氣和快速排氣相結(jié)合的方法得到活塞桿的快速?zèng)_擊運(yùn)動(dòng)，用于切斷、沖孔、打入工件等
數(shù)字氣缸
? 將若干個(gè)活塞沿軸向依次裝在一起，每個(gè)活塞的行程由小到大，按幾何級(jí)數(shù)增加
回轉(zhuǎn)氣缸
? 進(jìn)排氣導(dǎo)管和導(dǎo)氣頭固定而氣缸本體可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。用于機(jī)床夾具和線材卷曲裝置上
伺服氣缸
?將輸入的氣壓信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換為活塞桿的機(jī)械位移。用于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。
撓性氣缸
? 缸筒由撓性材料制成，由夾住缸筒的滾子代替活塞。用于輸出力小，占地空間小，行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合，缸筒可適當(dāng)彎曲
鋼索式氣缸
? 以鋼絲繩代替剛性活塞桿的一種氣缸，用于小直徑，特長(zhǎng)行程的場(chǎng)合
組合
氣缸
增壓氣缸
? 活塞桿面積不相等，根據(jù)力平衡原理，可由小活塞端輸出高壓氣體
氣-液增壓缸
? 液體是不可壓縮的，根據(jù)力的平衡原理，利用兩兩相連活塞面積的不等，壓縮空氣驅(qū)動(dòng)大活塞，小活塞便可輸出相應(yīng)比例的高壓液體
氣-液阻尼缸
? 利用液體不可壓縮的性能及液體流量易于控制的優(yōu)點(diǎn)，獲得活塞桿的穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)
氣缸的選用：
選擇氣缸時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
（1） 選擇氣缸類型：根據(jù)使用場(chǎng)合和負(fù)載特點(diǎn)選擇不同類型的氣缸。
（2） 選擇安裝形式：由氣缸的安裝位置、使用目的等因素來決定。
（3） 確定氣缸作用力大?。焊鶕?jù)工作機(jī)構(gòu)所示需的作用力的大小來確定。
（4） 確定氣缸行程：與使用場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)所示需的行程比有關(guān)，也受加工和結(jié)構(gòu)的限制。
（5） 確定運(yùn)動(dòng)速度：普通氣缸的運(yùn)動(dòng)速度為0.5∽1m/s，應(yīng)根據(jù)需要在系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)速元件，如節(jié)流閥等。
2.2.4 氣動(dòng)輔助元件
1、油霧器
油霧器是以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤(rùn)滑油噴射成霧狀并混合于壓縮空氣中，使該壓縮空氣具有潤(rùn)滑氣動(dòng)元件的能力。
目前，氣動(dòng)控制閥，氣缸和氣馬達(dá)主要是靠這種帶有油霧的壓縮空氣來實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的，其優(yōu)點(diǎn)是方便、干凈、潤(rùn)滑質(zhì)量高。
2、消聲器
氣壓傳動(dòng)裝置的噪聲一般都比較大，尤其當(dāng)壓縮氣體直接從氣缸或閥中排向大氣，較高的壓差使氣體體積急劇膨脹，產(chǎn)生渦流，引起氣體的振動(dòng)，發(fā)出強(qiáng)烈的噪聲，為消除這種噪聲應(yīng)安裝消聲器。消聲器是指能阻止聲音傳播而允許氣流通過的一種氣動(dòng)元件，氣動(dòng)裝置中的消聲器主要有阻性消聲器、抗性消聲器及阻抗復(fù)合消聲器三大類。
3、轉(zhuǎn)換器
在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，也與其它自動(dòng)控制裝置一樣，有發(fā)信、控制和執(zhí)行部分，其控制部分工作介質(zhì)為氣體，而信號(hào)傳感部分和執(zhí)行部分不一定全用氣體，可能用電或液體傳輸，這就要通過轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換器有：氣一電、電一氣、氣一液等。
4、氣電轉(zhuǎn)換器和電氣轉(zhuǎn)換器
氣電轉(zhuǎn)換器是將壓縮空氣的氣信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的裝置，又稱壓力繼電器。
電氣轉(zhuǎn)換器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)的裝置，各種電磁換向閥可作為電氣轉(zhuǎn)換器。
2.2.5 氣動(dòng)控制元件
在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的控制元件是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動(dòng)方向和發(fā)送信號(hào)的重要元件，利用它們可以組成各種氣動(dòng)控制回路，使氣動(dòng)執(zhí)行元件按設(shè)計(jì)的程序正常地進(jìn)行工作?？刂圃垂δ芎陀猛究煞譃榉较蚩刂崎y、壓力控制閥和流量控制閥三大類。
1、方向控制閥
(1).方向控制閥的分類
按閥芯結(jié)構(gòu)不同可分為：滑柱式(又稱柱塞式、也稱滑閥)、截止式(又稱提動(dòng)式)、平面式(又稱滑塊式)、旋塞式和膜片式。其中以截止式換向閥和滑柱式換向閥應(yīng)用較多；
按其控制方式不同可以分為：電磁換向閥、氣動(dòng)換向閥、機(jī)動(dòng)換向閥和手動(dòng)換向閥
按其作用特點(diǎn)可以分為：?jiǎn)蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥。
(2).單向型控制閥
1）單向閥
單向閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)的閥。單向閥的工作原理、結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)與液壓閥中的單向閥基本相同，只不過在氣動(dòng)單向閥中，閥芯和閥座之間有一層膠墊(密封墊)。
2）快速排氣閥
快速排氣閥簡(jiǎn)稱快排閥。它是為加快氣缸運(yùn)動(dòng)速度作快速排氣用的。
2、換向型控制閥
換向型方向控制閥(簡(jiǎn)稱換向閥)的功用是改變氣體通道使氣體流動(dòng)方向發(fā)生變化從而改變氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向。換向型控制閥包括氣壓控制閥、電磁控制閥、機(jī)械控制閥、人力控制閥和時(shí)間控制閥。
(1).氣壓控制換向閥
氣壓控制換向閥是利用氣體壓力來使主閥芯運(yùn)動(dòng)而使氣體改變流向的。按控制方式不同可分為加壓控制、卸壓控制和差壓控制三種。
加壓控制是指所加的控制信號(hào)壓力是逐漸上升的，當(dāng)氣壓增加到閥芯的動(dòng)作壓力時(shí)，主閥便換向；卸壓控制指所加的氣控信號(hào)壓力是減小的，當(dāng)減小到某一壓力值時(shí)，主閥換向；差壓控制是使主閥芯在兩端壓力差的作用下?lián)Q向。
氣控?fù)Q向閥按主閥結(jié)構(gòu)不同，又可分為截止式和滑閥式兩種。
1）截止式氣控閥
2）滑閥式氣控閥
工作原理和液動(dòng)換向閥基本相同。
(2).電磁控制換向閥
按控制方式不同分為電磁鐵直接控制(直動(dòng))式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥兩種。它們的工作原理分別與液壓閥中的電磁閥和電液動(dòng)閥相類似，只是二者的工作介質(zhì)不同而已。
3、 壓力控制閥
壓力控制閥主要用來控制系統(tǒng)中氣體的壓力，以滿足各種壓力要求或用以節(jié)能。壓力控制分為三類：一類是起降壓穩(wěn)壓作用，如減壓閥，定值器；一類是起限壓安全保護(hù)作用的安全閥等；一類是根據(jù)氣路壓力不同進(jìn)行某種控制的順序閥、平衡閥等。
4、 流量控制閥
在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，經(jīng)常要求控制氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，這要靠調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來實(shí)現(xiàn)。凡用來控制氣體流量的閥，稱為流量控制閥。流量控制閥就是通過改變閥的通流截面積來實(shí)現(xiàn)流量控制的元件，它包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥和柔性節(jié)流閥等。其中節(jié)流閥和單向節(jié)流閥的工作原理與液壓閥中同類型閥相似。
(1).排氣節(jié)流閥
與節(jié)流閥原理一樣，但節(jié)流閥裝在系統(tǒng)中調(diào)節(jié)氣流的流量，而排氣節(jié)流閥只能裝在排氣口處，調(diào)節(jié)排入大氣的流量。圖13－18為排氣節(jié)流閥的工作原理圖。
(2).柔性節(jié)流閥
柔性節(jié)流閥依靠閥桿夾緊柔韌的橡膠管而產(chǎn)生節(jié)流作用。
2.3 主軸軸承的配置
主軸軸承的配置根據(jù)機(jī)床的不同而不同，有滾動(dòng)軸承，液體靜壓軸承、氣體靜壓軸承、磁力軸承等。一般中小型數(shù)控機(jī)床的主軸普遍采用滾動(dòng)軸承，本設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承。選擇時(shí)考慮軸承的極限轉(zhuǎn)速、剛度、阻尼特性和溫升等因素，一般采用2～3個(gè)角接觸球軸承組合，或者用角接觸球軸承和圓柱滾子軸承組合構(gòu)成支承系統(tǒng)，這些軸承經(jīng)過預(yù)緊后，可得到較高的剛度，除非要求很大的剛性才采用圓柱滾子軸承和雙向推力球軸承的組合，但在極限轉(zhuǎn)速上受限制。
數(shù)控機(jī)床主軸常用的幾種滾動(dòng)軸承如下圖。
目前主軸常用的幾種滾動(dòng)軸承的配置如下圖。
1）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，承受徑向和軸向載荷；后支承采用成對(duì)角接觸球軸承，特點(diǎn)是剛度高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用較多。（圖中a）。
2）前軸承采用成組角接觸球軸承，2～3個(gè)軸承組成一套，要求背靠背安裝，承受徑向和軸向載荷；后軸承采用雙列短圓柱滾子軸承，適用于高速、重載、精度好的主軸要求，但承受的軸向載荷比前一配置小。（圖中b）。
3）前后支承均采用高精度的成組角接觸球軸承，承受徑向和軸向載荷；這類軸承具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)4000r/min，它的承載能力小，適合于高速度、
輕載荷、高精度的數(shù)控機(jī)床主軸。（圖中c）。
4）前軸承采用雙列圓錐滾子軸承，能夠承受較大的徑向和軸向載荷，后軸承采用單列圓錐滾子軸承。能承受重載荷尤其能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，可調(diào)整性好，但限制了主軸最高轉(zhuǎn)速與精度，適合于低速、重載、中等精度的機(jī)床。（圖中d）。
軸承的精度分為2、4、5、6、0五級(jí)，2級(jí)最高，0級(jí)為普通精度級(jí)。主軸軸承以4級(jí)為主（記為P4），較低精度的主軸可以用P5級(jí)，而P6、P0一般不用。
前后軸承之間，前軸承對(duì)主軸組件的精度影響比后軸承的影響大。因此后軸承精度可以比前軸承低一級(jí)。軸承并列使用時(shí)，選擇背對(duì)背的方式。采用推力軸承時(shí)，分清楚先裝配內(nèi)徑小的圈還是內(nèi)徑大的圈，內(nèi)徑小的圈隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
主軸軸承的剛度計(jì)算：
軸承在零間隙時(shí)的變形和剛度，可以按下列公式計(jì)算。
（2-1）
（2-2）
（1）點(diǎn)接觸的軸承
(2-3)
(2-4)
（2）線接觸的滾子軸承
式中： ——徑向與周向變形（）；
——徑向與周向剛度（）；
——軸承的徑向和軸向載荷（N）；
——接觸角（°）；
db——球徑（mm）；
——滾子有效長(zhǎng)度（mm）;
——列數(shù)和每列滾動(dòng)體數(shù)；
——單個(gè)滾動(dòng)體的徑向和軸向載荷（N）；
(2-5)
軸承的剛度不是一個(gè)定值，而是載荷的函數(shù)，載荷越大，剛度也越大。由于球軸承載荷對(duì)剛度的影響比滾子軸承的影響大，所以，球軸承在計(jì)算時(shí)應(yīng)該同時(shí)考慮預(yù)緊力。計(jì)算時(shí)，當(dāng)外載荷無法確定時(shí)，常取軸承額定動(dòng)載荷的0.1倍作為軸承的載荷。
主軸軸承的速度：
若n是轉(zhuǎn)速，d是軸承的中徑，那么它們的乘積值是速度因子，它反映滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)速度，正是軸承轉(zhuǎn)速的限制因素。推力角接觸球軸承的速度因子都小于雙列圓柱滾子軸承。有關(guān)主軸軸承的速度因子值，可以查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。
主軸軸承的潤(rùn)滑：
設(shè)計(jì)時(shí)，必須合理選擇軸承的潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑路徑。加工箱體上的油路時(shí)，往往要打若干工藝孔才行，最后用密封堵頭封閉這些工藝孔，防止漏油。
對(duì)于雙列軸承，箱體的油孔應(yīng)對(duì)準(zhǔn)雙列軸承中間的入油孔，使油液能夠準(zhǔn)確流入軸承的內(nèi)部。有入油孔就必然對(duì)應(yīng)有出油孔，入油孔開設(shè)在方便安裝的地方。
潤(rùn)滑方式有：油液循環(huán)潤(rùn)滑、脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、噴射潤(rùn)滑等。其中油脂潤(rùn)滑（如高級(jí)鋰基脂）是目前最常用的方式。油脂封入量通常為軸承空間容積的10％，如果填得太滿會(huì)加劇軸承發(fā)熱。對(duì)于油液循環(huán)潤(rùn)滑，一般用于中等轉(zhuǎn)速的主軸上，多用于后支承上，設(shè)計(jì)時(shí)注意油路布局合理，既暢通、方便，又不影響其它結(jié)構(gòu)件或者主軸箱的剛度。
設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的密封方式。對(duì)于采用油脂潤(rùn)滑，主軸前端采用迷宮式密封外，臥式主軸還于前法蘭蓋下端加一個(gè)泄漏孔；而后端密封可以與前端相似，也可以采用好的密封圈。
第三章 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 導(dǎo)軌的作用和設(shè)計(jì)要求
當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力（載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)導(dǎo)軌的要求如下：
1.一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌移動(dòng)的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的準(zhǔn)確性。
2.運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)。工作時(shí)，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時(shí)應(yīng)無爬行現(xiàn)象。
3.良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。
4.足夠的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受的外力，是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓；設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載。
5.溫度變化影響小。應(yīng)保證導(dǎo)軌在工作溫度變化的條件下，仍能正常工作。
6.結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、測(cè)量、裝配和調(diào)整，降低成本。
不同設(shè)備的導(dǎo)軌，必須作具體分析，對(duì)其提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。必須指出，上述六點(diǎn)要求是相互影響的。
3.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾方面內(nèi)容：
1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型；
2.選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度；
3.選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運(yùn)動(dòng)輕便和平穩(wěn)；
4.選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長(zhǎng)期使用后，通過調(diào)整能保持需要的導(dǎo)向精度；
5.選擇合理的潤(rùn)滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損；
6.制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧希约盁崽幚?、精加工和測(cè)量方法等。
3.3 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 滑動(dòng)導(dǎo)軌
(1) 基本形式
三角形導(dǎo)軌：該導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90°。為增加承載面積，減小比壓，在導(dǎo)軌高度不變的條件下，采用較大的頂角（110°～120°）；為提高導(dǎo)向性，采用較小的頂角（60°）。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個(gè)方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對(duì)稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。
矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。但它的導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高；導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。
燕尾形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡(jiǎn)便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊；但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運(yùn)動(dòng)速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場(chǎng)合。
圓形導(dǎo)軌：制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場(chǎng)合。
(2)常用導(dǎo)軌組合形式
三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，因此應(yīng)用最廣。
這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V-平組合導(dǎo)軌易儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，低、高速都能采用；棱-平組合導(dǎo)軌不能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，只用于低速移動(dòng)。見下圖。
為使導(dǎo)軌移動(dòng)輕便省力和兩導(dǎo)軌磨損均勻，驅(qū)動(dòng)元件應(yīng)設(shè)在三角形導(dǎo)軌之下，或偏向三角形導(dǎo)軌。
矩形和矩形組合：承載面和導(dǎo)向面分開，因而制造和調(diào)整簡(jiǎn)單。導(dǎo)向面的間隙用鑲條調(diào)整，接觸剛度低。見下圖。
雙三角形導(dǎo)軌：由于采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，磨損后對(duì)稱位置位置不變，故加工精度影響小。接觸剛度好，導(dǎo)向精度高，但工藝性差，四個(gè)表面刮削或磨削也難以完全接觸，如果運(yùn)動(dòng)部件熱變形不同，也不能保證四個(gè)面同時(shí)接觸，故不宜用在溫度變化大的場(chǎng)合。
(3）間隙調(diào)整
為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動(dòng)量，而且導(dǎo)軌經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。
矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個(gè)方向上調(diào)整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調(diào)整它的低面間隙，其方法有：a）刮研或配磨下壓板的結(jié)合面；b）用螺釘調(diào)整鑲條位置；c）改變墊片的片數(shù)或厚度；見圖21-13。
在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調(diào)整它的側(cè)面間隙。見圖下。圓形導(dǎo)軌的間隙不能調(diào)整。
(4）夾緊裝置
有些導(dǎo)軌（如非水平放置的導(dǎo)軌）在移動(dòng)之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖
（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機(jī)械鎖緊和液壓鎖緊。見下圖。
(5）提高耐磨性措施
導(dǎo)軌的使用壽命取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法，以及使用與維護(hù)。提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。提高導(dǎo)軌耐磨性的措施有：
1)選擇合理的比壓 單位面積上的壓力成為比壓，即
p=P/S（公斤/厘米2）
———式中 P-作用在導(dǎo)軌上的力（公斤）
———S-導(dǎo)軌的支承面積（厘米2）
由上式可知，要減小導(dǎo)軌的比壓，應(yīng)減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量和增大導(dǎo)軌支承面的面積。減小兩導(dǎo)軌面之間的中心距，可以減小外形尺寸和減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量。但減小中心距受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制，同時(shí)中心距太小，將導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。
降低導(dǎo)軌比壓的另一辦法，是采用卸荷裝置，即在導(dǎo)軌載荷的相反方向，增加彈簧或液壓作用力，以抵消導(dǎo)軌所承受的部分載荷。
2)選擇合適材料 目前常采用的導(dǎo)軌材料有以下幾種：
鑄鐵- 導(dǎo)軌與承導(dǎo)件或運(yùn)動(dòng)件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有成本低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。在潤(rùn)滑和防護(hù)良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200～HT400，硬度以HB=180～200較為合適。適當(dāng)增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導(dǎo)軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為HB=180～220，耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。但高磷系鑄鐵的脆性和鑄造應(yīng)力較大，易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)蔫T造工藝。
此外，還可使用低合金鑄鐵及稀土鑄鐵。
鋼-要求較高的或焊接機(jī)架上的導(dǎo)軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導(dǎo)軌的耐磨性比普通灰鑄鐵高5～10倍。常用的有20Cr鋼滲碳淬火和40Cr高頻淬火。
鋼導(dǎo)軌鑲接的方法有：
螺釘連接，應(yīng)使螺釘不受剪切；為避免導(dǎo)軌上有孔（孔內(nèi)積存贓物而加速磨損），一般采用倒裝螺釘。結(jié)構(gòu)上不便于從下面伸入螺釘固定時(shí)，可采用如下圖所示的方法。螺釘固緊后，將六角頭磨平，使導(dǎo)軌上的螺釘孔和螺釘頭之間沒有間隙。
用環(huán)氧樹脂膠接，膠接面之間的間隙不超過0.25毫米。膠粘導(dǎo)軌具有一定的膠接剛度和強(qiáng)度，尚有一定的抗沖擊性能，工藝簡(jiǎn)單，成本較低。
塑料-用聚四氟乙烯為基材，添加不同的填充劑作為導(dǎo)軌材料。它具有耐磨、抗振以及動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低（0.04），可消除低速爬行現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。
3)熱處理 為提高鑄鐵導(dǎo)軌的耐磨性，常對(duì)導(dǎo)軌表面進(jìn)行淬火處理。表面淬火方法有：火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。
4)潤(rùn)滑和防護(hù) 潤(rùn)滑油能使導(dǎo)軌間形成一層極薄的油膜，阻止或減少導(dǎo)軌面直接接觸，減小摩擦和磨損，以延長(zhǎng)導(dǎo)軌的使用壽命。同時(shí)，對(duì)低速運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑可以防止"爬行"；對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，可減少摩擦熱，減少熱變形。
導(dǎo)軌潤(rùn)滑的方式有澆杯、油杯、手動(dòng)油泵和自動(dòng)潤(rùn)滑等。
導(dǎo)軌的防護(hù)裝置用來防止切削、灰塵等贓物落到導(dǎo)軌表面，以免使導(dǎo)軌擦傷、生銹和過早的磨損。為此，在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護(hù)罩，使導(dǎo)軌不外露等辦法。
(6) 結(jié)構(gòu)尺寸的驗(yàn)算
1)校核溫度變化對(duì)導(dǎo)軌間隙的影響 導(dǎo)軌在溫度變化較大的環(huán)境中工作，應(yīng)在選定精度和配合后，作導(dǎo)軌間隙驗(yàn)算。為了保證工作時(shí)不致卡住，導(dǎo)軌的最小間隙應(yīng)大于或等于零，即 Δmin≥0 。
導(dǎo)軌的最小間隙用下式計(jì)算：
Δmin=Dmin[1+αk(t-t0)]-dmax[1+αz(t-t0)] (mm)
———式中t-工作溫度（°C）
———t0-制造時(shí)溫度（°C）
———Dmin-包容件在t0時(shí)的最小尺寸