數(shù)控銑床X-Y工作臺設(shè)計含開題及5張CAD圖

數(shù)控銑床X-Y工作臺設(shè)計含開題及5張CAD圖,數(shù)控,銑床,工作臺,設(shè)計,開題,cad 附件6 中期報告 （學生用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 學生姓名 學號 指導教師 課題名稱 數(shù)控X-Y工作臺設(shè)計 簡述開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果： 1收集和整理資料，查閱相關(guān)文獻，對設(shè)計有了初步認識。 2完成了開題報告，并通過了指導老師的審查。 3基本完成說明書的編寫。 4繪制了部分零件圖 存在的具體問題與解決方法： 具體問題：在滾珠絲杠和滾動導軌的參數(shù)計算與選型上面遇到一定的困難，一些數(shù)據(jù)難以掌握，不能選擇到與自己的設(shè)計的最優(yōu)數(shù)據(jù)。 解決辦法：到圖書館或者上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，詢問導師。 下一步工作的主要研究任務、具體設(shè)想與安排： 完成說明書的各項數(shù)據(jù)校核。 繪制數(shù)控X-Y工作臺的裝配圖和零件圖。 指導教師對前期工作的評價： 指導教師簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據(jù)內(nèi)容續(xù)頁；2、指導教師評價及簽名手寫，其他內(nèi)容電子版填寫。 附件3 任務書 （指導教師用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 學生姓名 指導教師姓名 論文（設(shè)計）題目 數(shù)控X-Y工作臺設(shè)計 下達任務日期 任務起止日期 主要研究內(nèi)容及方法 研究內(nèi)容： （1）研究數(shù)控X-Y工作臺的構(gòu)造，了解其工作原理； （2）對數(shù)控X-Y工作臺進行分析和合理的機構(gòu)設(shè)計，形成最優(yōu)設(shè)計方案； （3）根據(jù)設(shè)計要求對其主要零件進行設(shè)計和校核計算 （4）主要參數(shù)的設(shè)計和計算 （5）根據(jù)設(shè)計要求和計算結(jié)果，繪制數(shù)控X-Y工作臺的總裝配圖及主要零件圖 方法： （1）根據(jù)所給定的參數(shù)，確定電機，滾珠絲杠等的選型 （2）進行各項數(shù)據(jù)的校核 （3）繪制裝配圖和零件圖 主要任務及目標 主要任務：本課題是以數(shù)控銑床為研究目標，從數(shù)控X-Y工作臺入手，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)組成分析、傳動件等幾個方面進行研究。設(shè)計主要對工作臺的機械部分進行設(shè)計，包括滾珠絲桿，滾動導軌，軸承等傳動原件及步進電動機的計算及選用，并且利用CAD進行裝配圖的繪制。 目標：通過本課題的研究，使得改造后的銑床能更加具備性價比，以適應市場的需求，達到節(jié)省成本，提高生產(chǎn)率的目的。 主要參考文獻 [1] 機械設(shè)計手冊編委會．機械設(shè)計手冊[S]．北京：機械工業(yè)出版社，2005． [2] 馮辛安．《機械制造裝備設(shè)計》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2003. [3] 丁連紅.．機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀分析[J]． 北京：中國科技信息，2007． [4] 邱宣懷主編．機械設(shè)計（第四版）．北京：高等教育出版社，1997． [5] 張建民，唐水源．《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》北京：高等教育出版社，2005． [6] 劉助柏．知識創(chuàng)新思維方法論．北京：機械工業(yè)出版社，1999. 進度安排 各階段工作任務 起止日期 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告 第1-2周 設(shè)計相關(guān)參數(shù) 第3-4周 部分作圖，中期檢查 第5-8周 完成作圖以及說明書的編寫 第9-10周 與導師溝通，修改設(shè)計，準備答辯。 第11-12周 任務下達人簽名 任務接收人 簽名 教研室指導小組組長簽名 系部領(lǐng)導小組組長簽名 注：1、本表可根據(jù)內(nèi)容續(xù)頁； 2、本表一式兩份，學生、系部存檔各一份；3、簽名需手寫，其他內(nèi)容電子版填寫。 附件7 工作中期檢查記錄 系（部）： 專業(yè)： 班級： 姓名 學號 指導教師 檢 查 主 要 內(nèi) 容 1.數(shù)控X-Y工作臺設(shè)計的說明書基本完成。 2.繪制了數(shù)控X-Y工作臺的的一些零件圖。 3.裝配圖還沒有繪制 1.每個星期指導老師都會組織輔導，并且會對于我們畢業(yè)設(shè)計的完成情況進行檢查。同時會詢問我們遇到的問題，并給予解答以及對我們的不足之處提出建議。 2.導師根據(jù)我們反饋的情況進行記錄，并劃出下次任務，保證畢業(yè)設(shè)計進度。 存在的問題：在圖紙繪制上存在一定的問題，數(shù)控系統(tǒng)還沒有選型。 解決方法：到圖書館或者上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，詢問導師，請求導師的幫助。 畢業(yè)論文（設(shè)計）工作領(lǐng)導小組意見 組長簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據(jù)內(nèi)容續(xù)頁；2、領(lǐng)導小組意見手寫，其他內(nèi)容電子版填寫。 附件5 開題報告 （學生用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 課題名稱 數(shù)控X-Y工作臺設(shè)計 指導教師 學生 學號 一、論文資料的準備 1.課題的來源及意義 數(shù)控機床是用數(shù)控指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它廣泛應用于機械制造和自動化領(lǐng)域，數(shù)控機床的應用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控機床的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，所以X-Y 數(shù)控工作臺設(shè)計對國計民生的一些重要行業(yè)(汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用。 2.國內(nèi)外發(fā)展狀況及研究背景 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備，又是當今先進制造技和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。 高速、精密、復合、智能和綠色是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，我國企業(yè)不斷推進者產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級，但是存在的問題依然十分明顯。與國外的數(shù)控機床相比，我國數(shù)控機床還存在以下幾方面的問題： （1）適應性和滿足度遠達不到市場需求。 （2）我國數(shù)控功能部件生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模小。 （3）核心零部件大量依靠進口。 （4）缺乏高技術(shù)含量威脅產(chǎn)業(yè)安全。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我國數(shù)控技術(shù)必須改變傳統(tǒng)的發(fā)展方向，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，以科技創(chuàng)新為先導，以商品化為主干，將管理和營銷作為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重點，統(tǒng)一附加售后服務的支撐，在可持續(xù)發(fā)展的思想基礎(chǔ)上，堅持走發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)的道路，以此提升我國制造行業(yè)的技術(shù)水平，改變我國的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，縮小同國外技術(shù)發(fā)展之間的差距，促進我國數(shù)控領(lǐng)域的現(xiàn)代化步伐。 3.數(shù)控X-Y工作臺機構(gòu)及其工作原理 X-Y數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進刀機構(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，通常由導軌座、移動滑塊、工作平臺、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構(gòu)成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題） 課題目的： 本次畢業(yè)設(shè)計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的是通過這次畢業(yè)設(shè)計使我們能夠綜合的運用所學的理論知識，獨立進行設(shè)計訓練。讓我們?nèi)娴兀到y(tǒng)地把大學四年來學過的知識點鞏固一遍；以及讓我們學會把理論跟實際相結(jié)合，是培養(yǎng)和鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。通過畢業(yè)設(shè)計，使學生掌握數(shù)控車床的各部件結(jié)構(gòu)以及工作原理，進一步加深對本專業(yè)的了解，為畢業(yè)進入公司上班打下基礎(chǔ)。 擬解決的關(guān)鍵問題： 1.機械傳動部件的計算與選型 2.工作臺尺寸及重量的確定 3.滾珠絲杠參數(shù)計算與選型 4.滾動導軌參數(shù)計算與選型 三、主要內(nèi)容丶研究方法丶研究思路 主要內(nèi)容: 1.導軌副的選用 要設(shè)計的XY工作平臺是用來配套輕型的立式數(shù)控銑床，需要承受的荷載不大，但脈沖當量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導軌副。 2.絲杠螺母副的選用 伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線涌動，要滿足0.005.mm的脈沖當量和±0.025mm的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、 動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預緊后可消除反向間隙。 3.伺服電動機的選用 任務書規(guī)定的脈沖當量尚未達到0.001mm,定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有1000mm/min。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電動機 考慮到X、Y兩個方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計工作量，X、Y兩坐標的導軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動機以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。 研究方法 本次設(shè)計為數(shù)控X-Y工作臺的設(shè)計，設(shè)計核心技術(shù)在以下幾個方面： （1）設(shè)計機構(gòu)的性能要求。 （2）機械傳動部件的計算。 （3）機械部分改裝設(shè)計與計算 研究思路 首先了解數(shù)控X-Y工作臺的機構(gòu)性能要求 熟悉數(shù)控X-Y工作臺的結(jié)構(gòu)及工作原理 確定數(shù)控X-Y工作臺的整體結(jié)構(gòu)方案 對數(shù)控X-Y工作臺的主要零部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 繪制數(shù)控X-Y工作臺的裝配圖 繪制數(shù)控X-Y工作臺的零件圖 四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期） 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告 第1-2周 設(shè)計相關(guān)參數(shù) 第3-4周 部分昨圖，中期檢查 第5-8周 完成作圖以及說明書編寫 第9-10周 與導師溝通，修改設(shè)計，準備答辯 第11-12周 五、參考文獻 [1] 機械設(shè)計手冊編委會．機械設(shè)計手冊[S]．北京：機械工業(yè)出版社，2005． [2] 馮辛安．《機械制造裝備設(shè)計》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2003. [3] 丁連紅.．機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀分析[J]． 北京：中國科技信息，2007． [4] 邱宣懷主編．機械設(shè)計（第四版）．北京：高等教育出版社，1997． [5] 張建民，唐水源．《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》北京：高等教育出版社，2005． [6] 劉助柏．知識創(chuàng)新思維方法論．北京：機械工業(yè)出版社，1999. 指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據(jù)內(nèi)容續(xù)頁；2、指導教師意見及簽名手寫，其他內(nèi)容電子版填寫。 附件4 指導記錄 （指導教師用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 姓名 學號 指導教師 職稱/學位 畢業(yè)論文 （設(shè)計）題目 數(shù)控X-Y工作臺設(shè)計 日 期 指導內(nèi)容 存在問題 指導 學時數(shù) 2018.03.05 首次小組指導，課題下達，指導老師根據(jù)實際情況安排畢業(yè)設(shè)計課題的分配，并詳細介紹了設(shè)計中的注意事項，布置了開題報告。 不確定自己的實際情況，不好定題。 2學時 2018.03.12 指導老師檢查每個同學的開題報告，指出各個同學的不足之處，提出修改意見。 沒有找到足夠的參考資料，不足以定題 2學時 2018.03.19 指導老師再此檢查開題報告，確定沒有錯誤以后，開始講解設(shè)計章節(jié)安排，布置下一階段的任務。 找不到足夠的參考文獻。 2學時 2018.03.26 聽取各個同學對自己課題設(shè)計思路的闡述，指導老師指出其中的不足之處并對每個同學的課題的重點進行詳細解釋. 在剛剛開始的時候，好多東西都不懂，不好上手。 2學時 2018.04.09 檢查已經(jīng)計算的部分，敦促同學盡快完成計算，指導老師對每個同學遇到的問題進行耐心的回答，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計計算提出了一些建議。 對絲杠不太了解 2學時 2018.04.16 本次指導過程主要針對的是各個設(shè)計中的計算，強調(diào)要嚴格按照國家標準進行計算，對計算結(jié)果要嚴格檢查，不能出現(xiàn)差錯，否則無法進行下一步的工作。 在對絲杠的校核出現(xiàn)一些小問題 2學時 2018.04.23 本次主要檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計的制圖部分，對有問題的地方進行指導糾正，然后對同學們的疑惑進行答疑。 對一些標準零件的型號和規(guī)格不清楚。 2學時 2018.04.30 對已經(jīng)繪制的零件圖進行了查閱，并指出錯誤。 絲杠螺母副部分的cad繪制出現(xiàn)問題 2學時 2018.05.07 對已經(jīng)繪制的零件圖進行了進一步的查閱，并催促同學們進行總裝圖的繪制。 對數(shù)控系統(tǒng)不清楚。 2學時 2018.05.14 對繪制裝配圖的進度進行了檢查，并催促同學們完成裝配圖。 基本完成的裝配圖的繪制，但是還有一些細節(jié)問題需要優(yōu)化。 2學時 2018.05.18 本次指導老師檢查了裝配圖，給出了一定的指導意見，對圖中出現(xiàn)的問題進行仔細的講解。 裝配圖和零件圖中的一些細節(jié)問題還需要進一步的優(yōu)化。 2學時 2018.05.21 本次指導時，在檢查圖紙的同時，還提到了說明書的重要性，催促我們盡快完成說明書。 說明書內(nèi)摘要部分需要修改，同時還有格式部分也需要修改。 2學時 2018.05.25 本次檢查指導時，基本已經(jīng)完成了老師對其中的格式字體部分進行檢查，進一步加強了格式的重要性。 對說明書內(nèi)一些細節(jié)性的格式還需要修改比如：行間距。 2學時 2018.05.28 打印初稿，并交給老師查閱，老師指出問題，進行指導。 參考文獻中需要加上外文文獻。 2學時 2018.06.01 整理資料，進行最后的檢查，準備答辯。 2學時 注：本表可續(xù)頁，由指導教師根據(jù)畢業(yè)論文（設(shè)計）指導工作方案和實際指導情況填寫（可電子版填寫）。 數(shù)控X-Y工作臺設(shè)計 摘 要 X-Y數(shù)控工作臺是是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺，是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構(gòu)成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計時只需根據(jù)工作載荷選取即可。工作臺是機器的重要組成部分，自動化工作臺可大大降低勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，降低成本。數(shù)控X-Y工作臺是數(shù)控技術(shù)，它充分利用了計算機硬件和軟件的功能，從而實現(xiàn)機器控制，擴大加工機床的范圍等最簡單的應用；進一步增強了可靠性和精度。我國現(xiàn)在存在著大量的老式機床，對這些機床數(shù)控化改造非常重要，這能讓我們明顯減低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：X-Y工作臺；伺服電動機；數(shù)控化 Abstract X - Y numerical control table is refers to can respectively along the X and Y to moving workbench, is a basic component of many electromechanical integration equipment, usually by the guide rail, move the slider, work, ball screw nut pair, and servo motor and other parts.The servomotor ACTS as the actuator to drive the ball screw, and the ball screw nut drives the slider and the working platform to move on the guide rail to complete the linear movement of the worktable in the direction of X and Y.Guide rail pair, ball screw nut pair and servo motor are all standardized by special manufacturers, the design can only be selected according to the working load.Workbench is an important part of machine, automatic workbench can reduce labor intensity greatly, raise labor productivity, reduce cost.CNC x-y worktable is a numerical control technology, which makes full use of the functions of computer hardware and software, so as to realize the simplest applications such as machine control and expanding the range of machine tools.The reliability and accuracy are further enhanced.There are a large number of old machine tools in our country, which are very important for the CNC transformation of these machine tools. Key Words: X-Y workbench;Servomotor;Numerical cont 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1數(shù)控X-Y工作臺概述 1 1.1.1數(shù)控X-Y工作臺簡述 1 1.1.2 數(shù)控X-Y工作臺的組成 1 1.2數(shù)控X-Y工作臺國內(nèi)外發(fā)展趨勢 1 1.2.1我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀 1 1.2.2數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢 2 1.2.3國內(nèi)外對比 2 1.3設(shè)計目的及意義 2 1.4總體方案的設(shè)計 3 1.4.1設(shè)計機構(gòu)性能要求 3 1.4.2設(shè)計參數(shù)的確定 3 1.4.3機械系統(tǒng)設(shè)計 3 第2章 伺服電動機的選型 5 2.1伺服電動機的選型 5 2.1.1電機的選擇依據(jù) 5 2.2步距角的選擇 5 2.3步進電機輸出轉(zhuǎn)矩的選擇 5 2.4啟動矩頻特性校核 6 2.5工進運行矩頻特性校核 7 第3章 絲杠的選型 9 3.1絲杠的介紹 9 3.1.1絲杠螺母機構(gòu)基本傳動形式 9 3.1.2滾珠絲杠螺母副的組成及特點 9 3.1.3滾珠絲杠螺母副的構(gòu)造形式 9 3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預緊 10 3.2絲杠螺母副的選擇 11 3.3絲杠的校核 12 3.4滾珠絲杠支承的選擇 13 3.4.1支承方式的選擇 13 3.4.2軸承的選擇 13 3.5設(shè)計滾珠絲杠應注意的問題 15 第4章 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 17 4.3聯(lián)軸器的校核 18 4.3.1轉(zhuǎn)矩的校核 18 4.3.2銷的抗剪強度的校核 19 第5章 導軌的選型及計算 21 5.1 導軌的組成種類及其應滿足的要求 21 5.2導軌材料的選擇及熱處理 21 5.2.1導軌材料的選擇 21 5.2.3導軌的熱處理 22 5.3導軌及其長度的預選 22 5.4導軌副的額定壽命計算 23 5.5滾動導軌副的技術(shù)要求 24 5.6導軌防護罩的設(shè)計 25 5.6.1導軌防護罩的介紹 25 5.6.2導軌防護罩的選擇 25 5.7導軌的注意事項 26 第6章 機座的設(shè)計 27 6.1機座的作用及要求 27 6.2機座的設(shè)計 27 6.2.1機座自身剛度 27 6.2.2提高機座連接處的接觸剛度 28 6.3機座材料的選擇 28 第7章 數(shù)控系統(tǒng)的選型 29 7.1硬件選型 29 7.2進電機開環(huán)伺服原理 30 7.3電機的控制框圖 30 7.4軟件程序設(shè)計 31 7.4.1逐點比較法 31 7.4.2程序設(shè)計 31 總 結(jié) 35 參考文獻 37 致 謝 39 第1章 緒 論 1.1數(shù)控X-Y工作臺概述 1.1.1數(shù)控X-Y工作臺簡述 數(shù)控機床是一種用數(shù)控指令來對一臺或多臺機械設(shè)備進行控制使其動作的技術(shù)。它被大規(guī)模的用于機械制造及其自動化領(lǐng)域，它的大規(guī)模應用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來變革型的改變，使得制造業(yè)成為工業(yè)化的代表。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及應用領(lǐng)域的擴張，數(shù)控X-Y工作臺的應用越來越廣泛，而工作臺是影響數(shù)控銑床加工精度的重要部分。數(shù)控X-Y工作臺大量應用在機電一體化設(shè)備上，它通常由工作平臺，導軌座，滾珠絲杠等組成。其中用電動機帶動絲杠使得工作平臺在X向和Y向進行線性移動。伺服系統(tǒng)是工作臺的重要組成部分，可以分為三種控制方式：開環(huán)，半閉環(huán)，閉環(huán)。開環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用步進電機，并且不設(shè)置傳感與檢測設(shè)備，信號是單向的。開環(huán)的優(yōu)點是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，維修簡單，價格低廉。通常適用于經(jīng)濟型數(shù)控銑床。半閉環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用交流或直流伺服電機驅(qū)動，并且在伺服電機的輸出軸端設(shè)置有傳感和檢測設(shè)備。閉環(huán)是指伺服系統(tǒng)使用交流或直流的伺服電機驅(qū)動，并且在工作臺的末端設(shè)置傳感和檢測裝置。 當前有各式的工作臺在市場上流行，以前的工作臺只能在規(guī)定的某一機床上使用，伴隨著科技的進步，它們的功能也有單一性向多樣性發(fā)展，比如現(xiàn)在的工作臺不僅能在鉆床上使用，也可在銑床和鏜床上使用。工作臺還可以作為機床的第四回轉(zhuǎn)，提高了機床的性能和生產(chǎn)率。 1.1.2 數(shù)控X-Y工作臺的組成 數(shù)控X-Y工作臺由導軌座、移動滑塊、工作平臺、滾珠絲杠螺母副、伺服電動機等部件構(gòu)成。它包含機械本體構(gòu)件、動力和驅(qū)動部分、執(zhí)行部分、傳感部分、控制信息處理部分。 1.2數(shù)控X-Y工作臺國內(nèi)外發(fā)展趨勢 1.2.1我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀 我國的數(shù)控機床研制工作起步于二十世紀六十年代，從二十世紀八十年代起，受改革開放的影響，我國從西方國家引進CNC系統(tǒng)（數(shù)控銑床），極大地提高了機床產(chǎn)品的質(zhì)量。 從起步之初，到現(xiàn)在。我國數(shù)控機床可以分為三個發(fā)展的階段：第一階段是從二十世紀六十年代到八十年代，在這個階段受到西方國家對我國的技術(shù)限制以及國內(nèi)種種困擾，數(shù)控機床基本上算是在自我摸索，對機床的核心技術(shù)沒有掌握，故而經(jīng)常出現(xiàn)故障；第二階段是二十世紀八十年代到九十年代中期，在這個階段，我國恰逢改革開放，積極向西方國家學習和引進先進技術(shù)，利用國外現(xiàn)有技術(shù)以及自我學習，我國數(shù)控機床有了翻天覆地的進步，縮小了中外的差距；第三階段是二十世紀九十年代中期到現(xiàn)在，我國開啟數(shù)控化目標，進入自主研發(fā)階段，數(shù)控機床從質(zhì)量到數(shù)量上取得了長足的進步，掌握了一些關(guān)鍵技術(shù)，達到了世界水平。 1.2.2數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢 (1)高速化 (2)精密與超精密化 (3)開放化 (4)技術(shù)集成化和技術(shù)復合化 (5)智能化 (6)綠色化 1.2.3國內(nèi)外對比 與國外的數(shù)控機床相比，我國數(shù)控機床還存在以下幾方面的問題： （1）不能達到市場的需求。 （2）沒有大規(guī)模的機床生產(chǎn)企業(yè)。 （3）沒有掌握核心技術(shù)。 （4）沒有高技術(shù)含量，背外國寡頭企業(yè)握住命脈。 1.3設(shè)計目的及意義 本次畢業(yè)設(shè)計是對學生在畢業(yè)前的一次全面練習，目的是通過這次畢業(yè)設(shè)計使我們能夠合理的運用知識，自己進行設(shè)計訓練。讓我們?nèi)娴?，系統(tǒng)地把大學四年來學過的知識點鞏固一遍；以及讓我們把理論與實際聯(lián)系起來，讓我們從以下幾個方面得到提升： (1)能夠正確運用機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本理論和相關(guān)知識，掌握機電一體化的設(shè)計思想和設(shè)計方法，了解并分析設(shè)計方案，提高學生分析問題和解決問題的能力。 (2)通過機械部分設(shè)計，掌握機電一體化的機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 (3)通過測試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想； (4)通過畢業(yè)設(shè)計讓我們在查閱文獻、編寫說明書方面得到提升，提高我們的創(chuàng)新精神以及專業(yè)能力。 1.4總體方案的設(shè)計 1.4.1設(shè)計機構(gòu)性能要求 (1)較高的機床靜、動剛度 (2)減少機床的熱變形 (3)減少運動間的摩擦和消除傳動間隙 (4)提高機床的壽命和精度保持性 (5)減少輔助時間和改善操作性能 1.4.2設(shè)計參數(shù)的確定 本次設(shè)計的數(shù)控X-Y工作臺應用于數(shù)控銑床，要求它具備坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補等基本功能。 其具體參數(shù)如下： 工作臺面的尺寸:：CB＝240mm260m 工作臺和工件最大負載重量：G=60kg 工作臺表面滑動摩擦系數(shù)為：0.5 X方向行程：100mm，Y方向行程：160mm 平均切削力：500N 快進進給速度：1m/min 最高運動速度：10000mm/min XY方向脈沖當量：0.001mm XY方向定位精度：0.02mm 工作壽命：每天8小時，工作8年，250天/年 1.4.3機械系統(tǒng)設(shè)計 (1)傳動機構(gòu)為了使傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊得到保證，在這里使用滾珠絲杠螺母傳動副。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速，精度要求為高精度。 - 43 - (2)導軌使用滾動直線導軌。滾動直線導軌副的優(yōu)點是動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。 (3)執(zhí)行機構(gòu)使用步進電機。 （二）工作臺外形尺寸及重量初步估算 工作臺草圖如下圖1-1： 圖1-1工作臺流程圖 根據(jù)給定的有效行程，估算X向和Y向工作臺承載重量Wx和Wy。 圖1-2工作臺實物圖 第2章 伺服電動機的選型 2.1伺服電動機的選型 2.1.1電機的選擇依據(jù) 電機受到兩種形式力矩：一種是負載力矩和切削力矩（包括摩擦力矩）；另一種是加速力矩和減速力矩。電機選擇應該滿足下面的條件。 (1)機床無負載時，電動機被加載的力矩要小于連續(xù)額定力矩的一半。不然，在切削或加速/減速時可能會產(chǎn)生發(fā)熱。 (2)加/減速時間要短，須在電動機的規(guī)定內(nèi)。一般來講，負載力矩能使電動機發(fā)生減速，假如加速在規(guī)定時間內(nèi)完成，減速理論上也在相同時間完成。這樣我們只需計算加速力矩。 (3)電動機發(fā)熱是因為連續(xù)定位和加減速，必須計算出電動機受到的力矩的均方根值Trms，使其小于電動機的額定力矩 Tc。 (4)電動機的最大切削力矩運行的時間必須在規(guī)定內(nèi)。 (5)負載的慣量要小于電動機本身慣量的3倍。 這里我們依據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)據(jù)選擇電機。 2.2步距角的選擇 已知脈沖當量 由 θb×L0i×360≤δp代入數(shù)據(jù)的θb×41×360=0.01，θb=0.9 （2-1） 2.3步進電機輸出轉(zhuǎn)矩的選擇 查《機械手冊》得，反應式步進電機啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是: (1)加速度力矩 （2-2） (2)空載摩擦力矩（取傳動系統(tǒng)總效率） （2-3） , (3)附加摩擦力矩 為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率取 故電機空載啟動力矩 作用在工作臺的合力的計算，逆銑的時候合力大 作用在工作臺上的合力折算到電機上的轉(zhuǎn)矩 運動部件正常工作時的總負載轉(zhuǎn)矩 故運動部件正常運行時需的最大靜轉(zhuǎn)矩 此處取0.5代入得 按步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩選擇要求 所以，選擇步進電機55BF009 2.4啟動矩頻特性校核 當啟動力矩時對應的允許啟動頻率，電機的啟動頻率 ，保證了電機快速啟動時不丟步。 運行矩頻特性校核 快速進給運行矩頻特性校核： 由式2-34得，快進力矩 查《指導書》2-22得，允許快進頻率 由式2-33得電機最高快進頻率 （2-4） ，故電機快速進給時不丟步。 2.5工進運行矩頻特性校核 工進時步進電機的運行頻率為 工進時步進電機運行所需力矩 工作負載力矩 允許工進運行力矩 滿足設(shè)計要求，故可選用此電機。 第3章 絲杠的選型 3.1絲杠的介紹 3.1.1絲杠螺母機構(gòu)基本傳動形式 絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)。它是一種將滾動轉(zhuǎn)化為線性運動的機構(gòu)，也可以傳遞能量。 絲杠螺母機構(gòu)又分為滑動摩擦和滾動摩擦?；瑒咏z杠螺母機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，能自鎖。但摩擦阻力大，傳動效率低。滾動絲杠螺母機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜，成本高。但是它摩擦阻力小，傳動效率高。綜合各種因素，選擇滾動絲杠螺母副。 根據(jù)工作臺實際運動情況，本設(shè)計的傳動形式選擇絲杠傳動螺母移動，此傳動形式需要控制螺母的轉(zhuǎn)動，因而得設(shè)置導向裝置。它特點是結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，在工作形成大的場合都用它。 3.1.2滾珠絲杠螺母副的組成及特點 滾珠絲杠螺母副是一種將滾動變?yōu)榫€性運動的機構(gòu)。滾珠絲杠螺母機構(gòu)由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分構(gòu)成。。 滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比，它的優(yōu)勢在于軸向剛度高，運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。 3.1.3滾珠絲杠螺母副的構(gòu)造形式 滾珠絲桿副結(jié)構(gòu)類型的區(qū)分可以在這幾個方面：螺紋滾道截面形狀、滾珠循環(huán)方式和消除軸向的調(diào)整方法。 在這里我們只從滾珠的循環(huán)方式去選擇絲杠。滾珠絲杠螺母副中的滾珠循環(huán)方式為：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，他們的具體區(qū)別見下面的表。 表3-1滾珠的循環(huán)方式 類別 形式 特點 內(nèi)循環(huán) 優(yōu)點:返回通道短一個循環(huán)只有一圈鋼球,流暢性好,摩擦損失小,效率高,徑向尺寸小,剛性好 缺點:返向器鋼球返回通道的曲面加工復雜 復雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊,工藝性好 缺點:循環(huán)回路長,流暢性差,鋼球通過短槽時易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,承載能力大 缺點:鋼球流暢性較差,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,工藝性好,鋼球的流暢性好,應用較廣 缺點:凸出式的插管凸出于螺母外部,徑向尺寸較大 3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預緊 當滾珠絲杠副出現(xiàn)負載時滾珠與滾道面接觸點處將發(fā)生彈性變形現(xiàn)象。每當進行換向它的軸向間隙會產(chǎn)生空回現(xiàn)象。此空回現(xiàn)象是非連續(xù)的，不但會影響傳動精度，也會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。如果選擇單螺母絲桿螺母副，它的間隙消除不容易。在實際中，通常用下表的調(diào)整預緊方法。 表3-2常見調(diào)整預緊辦法 調(diào)整預緊方式 特點 雙螺母螺紋預緊調(diào)整式 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預緊可調(diào)，缺點是不能精確定量地進行調(diào)整。 雙螺母齒差預緊調(diào)整式 優(yōu)點是能定量調(diào)整即可進行精密微調(diào)，調(diào)整容易。 雙螺母墊片調(diào)整預緊式 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、預緊可靠，缺點是調(diào)整難。 彈簧式自動調(diào)整預緊式 優(yōu)點是可以消除工作過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，缺點是結(jié)構(gòu)復雜、軸向剛度低，不適用于重載場合。 單螺母變位倒程自頂預緊式和 單螺母滾珠過贏預緊式 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但在使用中不能調(diào)整，且制造困難。 在保證防塵防護以及對調(diào)隙及預緊的前提下，選用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。比如，當必須保證在有間隙存在時能夠選單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠螺母副；當必須保證預緊或在工作中有磨損而需要定期調(diào)整時，就選擇雙螺母螺紋預緊；當必須保證優(yōu)秀的防塵條件以及在裝配時有良好的調(diào)整間隙及預緊力的能力，選擇雙螺母墊片調(diào)整預緊式結(jié)構(gòu)。 因為本次設(shè)計設(shè)計的工作臺必須保證足夠的防塵條件以及在裝配時有良好的調(diào)整間隙及預緊力的能力，所以我選擇雙螺母墊片調(diào)整預緊式。 3.2絲杠螺母副的選擇 表3-3 絲杠螺母副數(shù)據(jù) 公稱直徑/mm 導程/mm 余量/mm 節(jié)距/mm 25 5 20 8 絲杠的工作長度受到絲杠的工作行程影響，所以在這對絲杠進行初選： 初選X方向絲杠的工作長度為410mm 初選Y方向絲杠的工作長度為460mm 滾珠絲杠的工作載荷計算公式為： （3-1） 根據(jù)上述可知，由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》得KF=1.2，取KH=1.2， 取D精度，取 =1.0， X方向絲杠工作載荷： S=1.2×1.2×1.0×600=864N Y方向絲杠工作載荷： =1.2×1.2×1.0×600=864N 額定動載荷值計算： 導程初選為5mm，則 = =8645011N 滾珠絲杠螺母副的選擇依據(jù)是值，由于滾珠絲杠螺母副額定動載荷要求Ca>=，所以查閱資料選擇下面型號規(guī)格： FC1-2505-2.5 Ca=5011N 公稱直徑D=25mm 導程P=5mm 螺旋角 滾珠直徑 計算可得： 滾道半徑 R=0.52 偏心距 絲杠內(nèi)徑 3.3絲杠的校核 (1)因為絲杠在工作時會產(chǎn)生失穩(wěn),因而得驗算它的安全系數(shù)S，S要高于絲杠螺母副傳動結(jié)構(gòu)所要求的安全系數(shù)。 臨界載荷是指絲杠在工作中不產(chǎn)生失穩(wěn)的最大載荷 其中 E=206Gpa L=0.3m 取 則 安全系數(shù) 查閱文獻知[S]=253.3，所以S>[S] 所以絲杠是符合要求的 (2)絲杠在工作時可能會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，所以要計算不會發(fā)生共振現(xiàn)象的最高轉(zhuǎn)速—臨界轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速 因為 所以絲杠在工作時不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 (3)此外滾珠絲杠副還受Dn值的限制，通常要求： Dnmm/min Dn=25 < (4)滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉(zhuǎn)矩T的交互下會指示每個導程的變形量為： （3-2） 在公式中，A為絲杠截面積，A為絲杠的極慣性矩， G為絲杠切變模量對鋼G=83.3GP a;T(Nm)為轉(zhuǎn)矩， 式中 為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù),為平均工作載荷.摩擦系數(shù)： ,則得 按最不利的情況取(F=) 通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的1/2,即 由計算可知該絲杠的剛度滿足要求。 （4）效率驗算： 要求在90%-95%之間，所以該絲杠螺母副滿足要求。 經(jīng)上述計算驗證，F(xiàn)C1-2505-2.5滿足各項性能要求。 3.4滾珠絲杠支承的選擇 3.4.1支承方式的選擇 滾珠絲杠的載荷包含軸向載荷，徑向載荷。所以，滾珠絲杠對于軸向剛度和位移精度很苛刻。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： （1）兩端固定，適用于高轉(zhuǎn)速、高精度的絲杠； （2）一端固定一端游動，適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的絲杠； （3）一端固定一端自由，適用于低轉(zhuǎn)速、中精度、短軸向的絲杠。 因為要求中轉(zhuǎn)速、高精度，本次選擇一端固定一端游動的支承方式。固定端采用軸承連接。 3.4.2軸承的選擇 （1）軸承的分類 軸承可以分為滾動軸承和滑動軸承。滾珠絲杠螺母副一般使用滾動軸承。 滾動軸承可以分為兩大類：球軸承與滾子軸承。滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。滾動軸承具體有下面幾種： 深溝球軸承。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。單列向心球軸不能承受軸向力，在旋轉(zhuǎn)精度和剛度要求不夠的場合使用。角接觸軸承不但可以經(jīng)受徑向載荷而且也能經(jīng)受軸向載荷；還能調(diào)整大小。因此大規(guī)模使用于輕載。 雙列向心短圓柱滾子軸承。這種軸承兩種：滾道開在內(nèi)圈和滾道開在外圈。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，在軸頸發(fā)生軸向移動時，內(nèi)圈擴大，所以能調(diào)節(jié)軸承的徑向間隙或?qū)崿F(xiàn)預緊；使用的場合在較大載荷、較高轉(zhuǎn)速要求的。 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。它能經(jīng)受大載荷，剛度高，但是轉(zhuǎn)速低，不過可以達到加工精度。 推力軸承。推力軸承優(yōu)點是承載能力強，支承剛度高，但轉(zhuǎn)速低，動作大。 （2）軸承的選擇 選擇角接觸軸承7202AC，數(shù)據(jù)見下表： 表3-4接觸軸承的數(shù)據(jù) d(mm) D(mm) B(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (kN) (kN) 15 32 9 18.4 29.6 0.3 20.4 26.6 0.3 6.25 3.42 它的優(yōu)點是：既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷，接觸角大、鋼球多、剛度高。 （3）軸承的校核 基本額定動載荷： 取滾動軸承當量動載荷X的值：X=1，Y=0.92 則當量動載荷為： 軸承壽命的計算： 軸承的預期壽命取=25000h 額定動載荷的計算： N<9980N 所以選擇的的軸承可以滿足壽命和強度的的要求。 (4)軸承的潤滑與配合 滾動軸承潤滑的優(yōu)點是能夠使軸承內(nèi)部摩擦及摩損變少，潤滑效果： ①減少摩擦及摩損。 ②延長疲勞壽命。 ③排出摩擦熱、冷卻。 ④也有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹、腐蝕之效果。 軸承潤滑方法：脂潤滑和油潤滑。為了使軸承發(fā)揮出它的潛力，就得要采用正確的潤滑方法。油潤滑的優(yōu)點在于它的潤滑性。滾動軸承軸頸和內(nèi)圈的配合選擇基孔制，座孔和外圈的配合選擇基軸制。為了避免軸頸與內(nèi)圈在作旋轉(zhuǎn)發(fā)生相對運動，軸承內(nèi)圈與軸頸選擇m5、m6、n6、p6、r6、js5這些不松的配合。軸承外圈與座孔選擇J7、K7、M7、H7這些緊的配合。載荷大小、方向和性質(zhì)這些因素決定了怎么去選擇配合；但最終的選擇得參考機械設(shè)計手冊。 (5)軸承使用注意事項 滾動軸承與其他的機械零件相比它的優(yōu)勢在于：精度高，因而對于選用它的萬分小心。 ①軸承得保證清潔衛(wèi)生。 ②用時仔細認真 ③不能給軸承施加突然的猛烈沖擊，這會造成軸承產(chǎn)生傷痕、斷裂等損傷。 ④意軸承的防銹 ⑤在軸承的工作場所應該保證通風透氣，不能在潮濕的地方，最好是裝上軸套。 3.5設(shè)計滾珠絲杠應注意的問題 (1)為了延長使用壽命和精度，滾珠絲杠螺母副得安裝在螺母上的合力上并且在絲杠軸心，這樣做是為了使?jié)L珠受力均勻，不產(chǎn)生傾覆力。 (2)放逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動逆效率高，一般當電機停電時，由于部件自重會使螺旋副產(chǎn)生逆?zhèn)鲃樱瑸榱吮苊饽鎮(zhèn)鲃佑邢旅鎺追N方式：停電自鎖的電機、蝸輪蝸桿機構(gòu)、離合器。 (3)滾珠絲杠螺母副為了避免越程后滾珠絲杠副遭受撞擊而使精度，壽命等出現(xiàn)問題一般都會在行程兩端設(shè)置行程保護裝置。 (4)防止熱變形：對精密螺旋傳動的定位精度有重要影響的因素是熱變形。他會造成絲杠熱膨脹從而拉長。解決的辦法是用預拉伸或者強制冷卻等用以降低熱變形對絲杠的影響。 (5)防止彎曲變形：產(chǎn)生彎曲變形的原因是水平放置的絲杠由于自重使得軸線產(chǎn)生彎曲變形，這不僅會影響導程累積誤差，還會影響螺母的受載。在使用細長絲杠時，要提防和降低自重彎曲變形。 (6)防護與密封：滾動體運動不流暢的原因之一是由于塵埃和雜質(zhì)存在于滾道中，這會造成滾到和加速滾動體出現(xiàn)磨損，使?jié)L動螺旋副精度降低。所以防塵必不可失。解決辦法是在滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈和為絲杠安裝防護裝置。 (7) 減小驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、提高傳動效率、延長螺旋副使用壽命的辦法是給這些零件潤滑。在這里我們可以給接觸表面的裝上油膜，油膜的作用有吸振、減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物。 第4章 聯(lián)軸器的選型 4.1聯(lián)軸器的介紹 聯(lián)軸器是指用來聯(lián)接兩軸或者軸與會轉(zhuǎn)件使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞運動和動力的機械傳動件。一般可分為以下幾種：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。 剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜但是不具有補償能力。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場合下才選擇它。 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補償被相對偏移的能力，但關(guān)鍵取決于型號。 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：優(yōu)點是承載能力大，但缺點也很明顯他沒有緩沖減震性能，有沖擊噪聲；在低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合受到廣泛歡迎。 非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：優(yōu)點是具備緩沖減震性能；但因為它的彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，所以只在高速、輕載和常溫的場合中使用 金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：不僅有良好緩沖減震性能，它的承載能力還高，在速度變化大的場合廣泛應用。 安全聯(lián)軸器：最大特點是有一個保險環(huán)節(jié)，但它只能在限定載荷只中工作。每當實際載荷大于額定載荷時就會截斷，從而使傳動停止，起到保護作用。 起動安全聯(lián)軸器：不僅有過載保護作用，還有空載起動作用。 4.2選擇聯(lián)軸器的類型 4.2.1初選聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器的選擇得考慮以下幾點： (1)聯(lián)軸器工作時的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能有什么需求。 (2)聯(lián)軸器在工作時轉(zhuǎn)速的高低以及產(chǎn)生離心力的強弱。 (3)聯(lián)軸器在工作時兩軸產(chǎn)生相對位移的多少和方向。 (4) 聯(lián)軸器的可靠性以及對工作環(huán)境有什么要求。 (5) 聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本。 4.2.2初選聯(lián)軸器 根據(jù)滾珠絲杠的軸徑和來選取聯(lián)軸器。選擇圓錐銷套筒聯(lián)軸器，具體數(shù)據(jù)見下表。 表4-1聯(lián)軸器性能 類 別 聯(lián)軸器名稱 轉(zhuǎn)矩范圍N.mm 軸徑范圍mm 最高轉(zhuǎn)速r/min 特點及應用說明 剛性 凸緣聯(lián)軸器（GBT5843—2003） 10~20000 10~180 13000~2300 結(jié)構(gòu)簡單，裝拆、維護方便；安全、可靠；具備緩沖性和可移性 套筒 夾殼聯(lián)軸器 （HG5—213—1965） 85~9000 30~110 900~380 具備緩存，減震等作業(yè)，性能的極限溫度低，工作平穩(wěn)可靠，無噪音，工藝性好。 聯(lián)軸器 固定式 緊箍夾殼聯(lián)軸器 套筒聯(lián)軸器 180~12500 圓錐銷 3~4000 平鍵71~5000 半圓鍵 8~450 花鍵150~12500 30~110 4~100 20~100 10~35 25~102 900~380 一般小于等200~250 其特點和使用性能與夾殼聯(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。 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時需沿軸向移動較大的 距離。而且只能 連接兩軸直徑相同的圓 柱形，軸伸一般用于工作 平穩(wěn)的功率傳動軸系。 選擇d=12mm的圓錐銷套筒聯(lián)軸器，其數(shù)據(jù)如下： 表4-2 d=12mm的圓錐銷套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù) d 公稱轉(zhuǎn)矩（Nm） D L l C 圓錐銷 （2個） 12 7.5 22 40 8 0.5 4×22 4.3聯(lián)軸器的校核 4.3.1轉(zhuǎn)矩的校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計算公式如下： （4-1） 式中：K——工作情況系數(shù) P——輸出功率（kw） T——理論轉(zhuǎn)矩N.m ——計算轉(zhuǎn)矩N.m N——工作轉(zhuǎn)速r/mi n 則聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩為(根據(jù)研究取K=1.5)： = 經(jīng)計算可以確定選則的聯(lián)軸器合適。 4.3.2銷的抗剪強度的校核 銷的抗剪強度的計算公式如下： （4-2） 則銷的抗剪強度為： 經(jīng)計算銷的抗剪強度合適，材料為45號鋼。 第5章 導軌的選型及計算 5.1 導軌的組成種類及其應滿足的要求 導軌分為直線導軌和回轉(zhuǎn)導軌；其中直線導軌又分為滾動導軌和滑動導軌；滾動導軌副是由鋼珠在滑塊與導軌中作無線滾動循環(huán)，使得工作臺能夠沿著導軌做直線運動；它由三部分組成：滾珠、滾柱、滾針；它的優(yōu)點是靈敏度高，運動平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爬出現(xiàn)象；它的優(yōu)勢還有定位精度高，摩擦阻力小，精度保持好；但是缺點也很明顯它的抗震性差，所以對防護的要求高。機電一體化系統(tǒng)對導軌的基本要求是導向精度高、剛性高、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好。所以在選擇導軌時需要考慮上述種種因素。 5.2導軌材料的選擇及熱處理 5.2.1導軌材料的選擇 導軌常用的材料是鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。 (1) 鑄鐵。鑄鐵有良好的耐磨性、抗震性和工藝性，熱穩(wěn)定性好，易于鑄造以及成本低廉等優(yōu)點，故而在滑動導軌中被大量使用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，一般選擇HT200，硬度以180~200HB較為適合。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可以提高導軌的耐磨性，一般用于中等精度和運動速度較低的導軌。 高磷鑄鐵，含磷量為0.3%~0.65%的灰口鑄鐵，其硬度為180~220HB，耐磨性比灰鑄鐵HT200高。 低合金鑄鐵，優(yōu)點是有很好的耐磨性。 稀土鑄鐵，優(yōu)點是強度高以及硬度好，但不足得是它的抗震性差以及成本昂貴。 (2) 鋼。是對含碳質(zhì)量百分比介于0.02%—2.11%之間的鐵碳合金統(tǒng)稱。它的有點是耐磨性好，淬火后的鋼的耐磨性比不淬的鑄鐵高5~10倍。常用的鋼有45鋼、40Cr、T8A、T10A、GCr15等。 (3) 有色金屬。是指鐵、錳、鉻以外的所有金屬的統(tǒng)稱。常用的有色金屬有鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金等，其中首推鋁合金。 (4) 塑料。塑料是以單分子為原料，通過加聚或聚縮反應聚合而成的高分子化合物。塑料導軌具有較好的耐磨耗性，耐沖擊性好，大規(guī)模應用于生產(chǎn)中，抗拉扯能力大，加工成本低，可降低低速運動的臨界速度，質(zhì)量輕且堅固，工藝簡單等特點。 經(jīng)過考慮所有數(shù)據(jù)，導軌材料選用灰鑄鐵HT200 5.2.3導軌的熱處理 導軌熱處理:一般重要的導軌，鑄件粗加工后進行一次時效處理，高精度導軌鑄件半精加工后還需進行第二次時效處理。 常用導軌淬火方法有: (1) 接觸電阻淬火，淬硬層深度0.15～0.2mm。硬度可達HRC55。 (2) 中高頻感應淬火，淬硬層深度2～3mm,硬度可達HRC48-55。這種淬火方法能提高二倍耐磨性。 5.3導軌及其長度的預選 我選擇的導軌副是滾動直線導軌副。選擇它的原因如下： (1)滾動直線導軌副動靜摩擦系數(shù)小，有效幫助它的響應速度和靈敏度。 (2)滾動直線導軌副的承載性強，剛度高。 (3)滾動直線的導軌副的摩擦特性好，直線運動時速度高，低速時不爬行。 (4)滾動直線的導軌副導向精度高，結(jié)構(gòu)簡單，組裝容易并具備互換性。 綜合各項要求，選擇燕尾形導軌。X方向初選導軌型號為GGB20BAL2P 12×940-4, Y方向初選導軌型號為GGB20AAL2P 2×1090-4。具體數(shù)據(jù)見《機械設(shè)計手冊》9-149。 導軌的長度：由于導軌長度影響工作臺的工作精度和高度，一般可根據(jù)滑塊導向部分的長度來確定導軌長度。 其公式為： L=H+S+△l-S1-S2 （5-1） 由此公式估算出=370mm,=420mm 其中: L——導軌長度 H——滑塊的導向面長度 S——滑塊行程 △l——封閉高度調(diào)節(jié)量 S1——滑塊到上死點時，滑塊露出導軌部分的長度 S2——滑塊到下死點時，滑塊露出導軌部分的長度 5.4導軌副的額定壽命計算 （1）X方向的導軌計算 X方向初選導軌型號為GGB20BAL2P 12×940-4，查《機械設(shè)計手冊》得，這種導軌的額定動，靜載荷分別為Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。 因滑座數(shù)M=4,所以每根導軌上使用2個滑座。 其中工作臺的最大重量為: G=60×10N=600N F1=F2=F3=F4=1/4(G+F)=200N 滾動導軌的額定壽命計算公式為： L=（/）K （5-2） 式中：L——額定壽命（km）； ——額定動載荷（KN）； P——當量動載荷（KN）； ——受力最大滑塊所受的載荷（KN）； Z——導軌上的滑塊數(shù)； ——指數(shù)，當導軌體為滾珠時，ε=3；當為滾柱時 =10/3； K——額定壽命單位（KM），滾珠時，K=50km；滾柱時，K=100km； ——硬度系數(shù)； 由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通常可取=1 ft--溫度系數(shù)，查下表,得ft=1 表5-1溫度系數(shù) 工作溫度/ 100~150 150~200 200~250 1 0．90 0．73 0．60 ——接觸系數(shù)，查下表；得 =0.81 表5-2接觸系數(shù) 每根導軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 1．00 0．81 0．72 0．66 0．61 ——精度系數(shù)，查下表；取=1 表5-3精度系數(shù) 工作條件 無外部沖擊或振動的低速運動的場合，速度小于15m/min 1~1.5 無明顯沖擊或振動的場合，速度為15~60m/min 1.5~2 有外部沖擊或高速運動的場合，速度大于60m/min 2~3.5 ——載荷系數(shù)，查下表；得 =1 表5-4載荷系數(shù) 精度等級 2 3 4 5 1．0 1．0 0．9 0．9 將數(shù)據(jù)帶入公式中即可算出L=37179km （2）壽命時間的計算 當行程長度一定，以h為單位的額定壽命為： 式中 ——壽命時間（h） L——額定壽命（km） ——行程長度（m） ——每分鐘往返次數(shù) 由于一年有250個工作日，每天工作8小時。則預計的工作壽命年限為： 年 同理，可以求得Y方向的導軌副的額定壽命： 年 5.5滾動導軌副的技術(shù)要求 滾動導軌副的技術(shù)要求包括包括配合性質(zhì)和公差等級、配合面的形位公差和表面粗糙度等。其精度主要根據(jù)工作精度要求，結(jié)構(gòu)特點和使用條件而定。 （1）配合性質(zhì)和公差等級：對導向精度要求較高的導軌面，常用H6/h5，H7/h6，H6/g5，H7/g6等配合，對導向精度要求不高的導軌面，可用H8/h7，H8/f7等配合。這里導向精度要求高，我們選用H7/h6配合。 （2）配合面的形位公差：導軌配合面的形位公差應根據(jù)機械對導向精度的要求而定。如導向面的直線度公差，導向面對基準平面或基準軸線的平行度公差等，一般占機械導向精度的1/2~1/3。本次設(shè)計中本機構(gòu)導軌精度取3級。 （3）表面粗糙度：表面粗糙度應根據(jù)相應的公差等級確定。對于普通精度的導軌，被包容件導向面的表面粗糙度幅度參數(shù)Ra在0.63~2.5范圍內(nèi)；對于高精度的導軌，表面粗糙度幅度參數(shù)Ra在0.16~0.6范圍內(nèi)，包容件導向面的表面粗糙度相應降一級。 5.6導軌防護罩的設(shè)計 5.6.1導軌防護罩的介紹 機床導軌防護罩，又稱為機床導軌防塵罩。按材質(zhì)分為鋼制導軌防護罩、塑膠布導軌防塵罩、耐油橡膠防護罩。不同的機床不同的工作環(huán)境采用不同材質(zhì)和形式的導軌防護罩。 5.6.2導軌防護罩的選擇 幾種導軌防護罩的區(qū)別如下： （1）只是用來防塵防油、運行速度快的機床，如：龍門銑床、線切割機床、電火花機等機床就適合用風琴式塑膠布防護罩，此類護罩行程長壓縮小、護罩內(nèi)沒有任何金屬零件，不用擔心護罩工作時會出現(xiàn)零件松動而給機器造成嚴重的損壞。 （2）運行速度快，并且有高溫金屬碎屑的機床，如：數(shù)控加工中心等機床就適合用盔甲式風琴防護罩，此類護罩適合立導軌，即通常說的Y軸導軌的防護。 （3）冷卻液多高溫金屬碎屑屑多、機床運行速度慢的機床，如：加工中心、落地鏜銑床、龍門刨床等機床就適合用鋼制導軌防護罩。 （4）只是用來防塵、耐酸堿液、沒有高溫環(huán)境的機械設(shè)備，如液壓機械的油缸，適合選擇橡膠防塵罩。該型防塵罩具有柔軟的外形、耐酸堿、使用時間長、伸縮更自如的特點。 考慮各種因素，我們選擇鋼板防護罩。鋼板防護罩鋼制能防止銹蝕。防護罩有多節(jié)鋼板重疊在一起組成，每節(jié)后側(cè)均有一塊立板，立板上鑲有滑塊或滾輪，可在導軌上滑動，防護罩可隨之伸長或壓縮。可以為所有的機床種類提供相應的導軌防護類型（水平、垂直、傾斜、橫向）。根據(jù)運行速度及導軌的不同鋼板防護罩的結(jié)構(gòu)也不同。運行速度10m /min之下的我們裝有聚安脂或黃銅滑塊。中等速度30m /min之下的裝有滾軸。驅(qū)動板、刮屑板及吸屑板之間還需要用緩沖系統(tǒng)，目的是減少碰撞、噪音及摩擦。鋼板防護罩的節(jié)數(shù)對其比例、重量及運行特性都很重要。每個單節(jié)都應盡可能的長，這樣可以減少節(jié)數(shù)，一般情況最大拉伸與最小壓縮比例應在3：1和5：1之間（最高可達10：1）。寬度較大時必須折邊，提高橫向穩(wěn)定性。屋脊型及折邊都可以做到，傾斜型可以使液體及碎屑自動流走。 5.7導軌的注意事項 潤滑：如果產(chǎn)品上已涂有防銹油，使用前請先將防銹油擦拭干凈，然后封裝潤滑油后再進行使用。 組裝：互換性產(chǎn)品（即導軌和滑塊可以任意匹配的產(chǎn)品）的滑塊是以裝在暫用軸上的形式提供的。為此，在與導軌相組合時，請加以留意。如擅自拆卸各部位，就會導致粉塵的進入或使各部位組合精度的下降，為此，如不是萬不得已的情況，請不要輕易拆卸。 使用上的注意事項：使用時，請盡量避免粉塵或異物的進入?；瑝K處于反吊狀態(tài)時（例如固定在天花板上滑塊朝下使用時），如萬一端蓋受損，滾珠就會滾出，導致滑塊從導軌脫落．對于這種用途，請事先采取追加安全裝置等相應的措施。 保管：如導軌放置狀態(tài)不良，就會造成導軌變形．保管時，要將它放置在適當?shù)钠矫嫔?，保持水平擺放。 第6章 機座的設(shè)計 6.1機座的作用及要求 機座是支承其他零部件的基礎(chǔ)部件。它既能承受其他零部件的重量和工作載荷，又能起保證各零部件相對位置的基準作用。機座多采用鑄件。其基本特點是尺寸較大、結(jié)構(gòu)復雜、加工面多，幾何精度和相對位置精度要求高。在設(shè)計時，首先應對某些關(guān)鍵表面及相對位置精度提出相應的精度要求，以保證產(chǎn)品總精度。其次，震動將直接影響產(chǎn)品的正常運轉(zhuǎn)，故應對其剛度和抗震性提出下列要求。 （1）剛度和抗震性 剛度是抵御載荷變形的能力。抵抗恒定載荷變形的能力稱為靜剛度；如果基礎(chǔ)部件的剛性不行，則在工件的重力、夾緊力、按摩力、慣性力和工作載荷作用下，進而產(chǎn)生變形、震動或爬行現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其他性能。提高機座的抗震性可以采用：提高靜剛度；增加阻尼；在不降低機座的靜剛度前提下，減輕機座重量；采取隔振措施。 （2）熱變形 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，電動機、強光源等熱源散發(fā)的熱量，零部件間相對運動而摩擦生熱，電子元件發(fā)熱，都將傳到機座上：如果熱量分布不均勻、散熱性能不同，就會由于不同部位的溫差而產(chǎn)生熱變形，影響其原有精度；為減小熱變形，可以采用：控制熱源；采用熱平衡的辦法，控制各處的溫差，從而減小其相對變形。 （3）穩(wěn)定性機座的穩(wěn)定性是指長時間的保持其幾何尺寸和主要表面相對位置精度，以防止產(chǎn)品原有精度的喪失。所以，對鑄件機座進行時效處理來降低機座變形的內(nèi)應力。 （4）其他要求 除上述要求之外，還應考慮工藝性、經(jīng)濟性及人機工程等方面的要求。 6.2機座的設(shè)計 機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時還要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性及節(jié)省材料、降低成本和縮短周期等問題。 6.2.1機座自身剛度 保證自身剛度度可以從以下幾點來做： （1）合理選擇截面形狀和尺寸。 （2）合理布置筋板和加強筋。 （3）合理的開孔和加蓋。 6.2.2提高機座連接處的接觸剛度 在兩個平面接觸處，由于微觀的不平度，實際接觸只是凸起部分。當受外力作用時，接觸點的壓力增大，產(chǎn)生一定的變形，這種變形稱為接觸變形。 為提高連接處的接觸剛度，固定接觸表面的表面粗糙度應小于2.5um，以便增加實際接觸面積；固定螺釘應在接觸面上造成一個預壓力，壓強一般為2.5MPa，并據(jù)此設(shè)計固定螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，以及擰緊螺母的扭矩，在安裝螺釘處加厚凸緣來增加局部剛度，并提高連接剛度。 6.3機座材料的選擇 機架材料的選用，主要根據(jù)機架的使用要求，由于多數(shù)機架形狀較復雜，故一般采用鑄造，因為鑄鐵的鑄造性能好，性價比高和吸震性強，應用最廣。 鑄鐵的優(yōu)點： （1）它的流動性好，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復雜的鑄件。 （2）在鑄造中加入少量合金元素可提高耐磨性能。 （3）鑄鐵的內(nèi)摩擦大、阻尼作用強，故動態(tài)剛性好。 （4）鑄鐵還具有切削性能好、價錢便宜和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點 工作臺中用于鑲嵌導軌的支承件選用HT100，其特點是力學性能較小，承受輕負荷，性價比高。 第7章 數(shù)控系統(tǒng)的選型 7.1硬件選型 圖7-1硬件圖 7.2進電機開環(huán)伺服原理 圖7-2 開環(huán)伺服原理 7.3電機的控制框圖 圖7-3電機控制圖 7.4軟件程序設(shè)計 7.4.1逐點比較法 用逐點比較法進行直線插補計算，需要經(jīng)過四個步驟： 偏差判別：判別偏差或,從而決定哪個方向進給和采用哪個偏差計算公式。 坐標進給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個方向進給。 偏差計算：進給一步后，計算新的加工偏差。 終點判別：進給一步后，終點計數(shù)器減1。若為零，表示到達終點停止插補；不為零，則返回到第一步繼續(xù)插補。終點計數(shù)判別可用兩個方向坐標值來判。 圖7-4直線插補程序圖 7.4.2程序設(shè)計 設(shè)計程序時，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點坐標值XE，YE，動點坐標值X，Y，偏差FM。對8位機，一般可用2字節(jié)，而行程較大時則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長度和精度要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進行初始值、X、Y向步進電機初態(tài)（控制字）。 插補程序所用的內(nèi)存單元如下： 28H 29H 2AH 2BH 2CH 70H XE YE X Y FM 電機正反轉(zhuǎn)控字 電機正反轉(zhuǎn)控制字為： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D1D0為X向電機控制位。D0=1運行，D0=0停止；D1=1正轉(zhuǎn)，D1=0反轉(zhuǎn)。D3D2為Y向電機控制位。D2=1運行，D2=0停止；D3=1正轉(zhuǎn)，D3=0反轉(zhuǎn)。 第一象限直線插補的程序： ORG 2000H MAIN：MOV SP, #60H LP4: MOV 28H, #0C8H; MOV 29H, #0C8H; MOV 2AH, #00H; MOV 2BH, #00H; MOV 2EH, #00H; MOV 70H, #0AH LP3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H, A LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH SUBB A, 29H INC 2AH AJMP LP2 LP1: MOV A, 70H SETB ACC.2 CLR ACC.0 LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH ADD A, 28H LP2: MOV 2EH, A MOV A, 28H CJMP A, 2AH, LP3; RET 總 結(jié) 我覺得這次專業(yè)課程設(shè)計是對過去所學專業(yè)知識的一個全面的綜合的運用。在設(shè)計的過程中我全面地溫習了以前所學過的知識，包括機械專業(yè)課程和數(shù)控方面的基礎(chǔ)知識，經(jīng)過復習整理所學得專業(yè)知識使得設(shè)計思路清晰系統(tǒng)。通過設(shè)計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機械設(shè)計方面的知識。