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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(論文)
貫穿孔毛刺的識別設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計
分 院：
專 業(yè)：
班 級：
姓 名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
二○一三年 月
摘要
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用也顯得越來越頻繁，先進(jìn)去毛刺技術(shù)的發(fā)展總是不斷地從新科技的成果中獲得新的起點(diǎn)。目前，毛刺技術(shù)在電子科技、計算機(jī)技術(shù)及機(jī)器人的制造中都起著重要的作用。無論在什么情況下，數(shù)控毛刺要適應(yīng)變化才能提高水平和質(zhì)量。我們只有將數(shù)控機(jī)技術(shù)和跟蹤技術(shù)有效的結(jié)合才能更好的推動新科技的發(fā)展，因此貫穿孔毛刺的識別設(shè)備的設(shè)計對于解決這一難題至關(guān)重要。
關(guān)鍵詞： 貫穿孔毛刺的識別設(shè)備，機(jī)構(gòu)設(shè)計
Abstract
With the development of science and technology, the application of structure becomes more and more frequent, the development of advanced deburring technology constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, the burr technology plays an important role in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot. In any case, NC burr should adapt to the change in order to improve the level and quality of. We will only CNC machine technology and the tracking technology must be combined effectively in order to better promote the development of new technology, so the through hole glitch recognition equipment design is very important for solving this problem.
Keywords: through hole glitch recognition equipment, mechanism design
目 錄
摘要 2
Abstract 3
目 錄 4
第1章 緒論 6
1.1課程的研究目的及意義 6
1.1.1課程背景 6
1.1.2意義 6
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 7
1.2.2國內(nèi)去毛刺機(jī)的發(fā)展概況7
1.2.3國外去毛刺機(jī)的發(fā)展概況 7
1.2.4去毛刺機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 8
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 9
1.3.1主要的研究內(nèi)容 9
1.3.2設(shè)計要求 9
第2章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計 10
2.1設(shè)計概念 10
2.2設(shè)計原理 11
2.3方案討論 12
第3章 數(shù)控去毛刺機(jī)X結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 12
3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 13
3.1.1導(dǎo)程確定 13
3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 13
3.1.3估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重 13
3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載 14
3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 14
3.1.6精度的選擇 15
3.1.7選擇滾珠絲桿型號 15
3.2校核 17
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 18
3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 18
3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 19
3.3電機(jī)的選擇 20
3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 20
3.3.2電機(jī)扭矩計算 21
第4章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計 23
4.1設(shè)計要求 23
4.2 傳動計算 23
4.3電機(jī)的選擇 25
4.3.1電機(jī)的分類 25
4.3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 26
第5章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計 28
5.1 Z軸滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇 28
5.2 滾珠絲杠計算、選擇 29
5.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算 31
第 6章 CCD鏡頭機(jī)構(gòu) 34
6.1機(jī)構(gòu)設(shè)計工作原理 34
6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計 34
6.3 電動機(jī)的選型 34
第7章 機(jī)架的設(shè)計 35
7.1 機(jī)架的基本尺寸的確定 35
7.2 架子材料的選擇確定 35
7.3 主要梁的強(qiáng)度校核 35
總結(jié) 38
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
第1章 緒論
1.1課程的研究目的及意義
1.1.1課程背景
毛刺，是指在金屬（包括熱加工和冷加工）切割加工過程中在切削力作用下，產(chǎn)生晶粒剪切滑移、塑性變形使材料擠壓撕裂，導(dǎo)致工件表面過渡處出現(xiàn)各種尖角、毛邊等不規(guī)則的金屬部分。毛刺是金屬切削加工中產(chǎn)生的普遍現(xiàn)象之一，也是金屬切削理論研究中迄今為止尚未解決好的兩大難題（毛刺的生成與控制，切屑的處理與控制）之一。隨著工業(yè)化和自動化程度的提高, 當(dāng)今毛刺向微型化、薄型化、復(fù)合化、模塊化和智能化等發(fā)展的趨勢，在毛刺的各個門類中都得到了充分的體現(xiàn)，在機(jī)械加工領(lǐng)域,特別是航空、航天、儀器儀表領(lǐng)域中,對機(jī)械零件制造精度要求的提高和機(jī)構(gòu)設(shè)計的微型化,毛刺的危害性尤為明顯,逐漸引起人們的普遍重視, 基于毛刺在日常生活與生產(chǎn)當(dāng)中起著舉足輕重的角色，因此對于毛刺的檢驗(yàn)也就成了一項(xiàng)很重要的工作，人們也開始對毛刺的生成機(jī)理及去除方法進(jìn)行研究。
目前,檢測毛刺及去毛刺技術(shù)已受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的普遍重視,相繼成立了許多專門研究機(jī)構(gòu),進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。檢測毛刺去毛刺工藝已由手工作業(yè)向機(jī)械化、自動化的方向發(fā)展,去毛刺的工藝方法也在逐年增加。據(jù)粗略統(tǒng)計,1972 年,去除毛刺的方法僅有22種,1975 年增加到30種,1990 年則已達(dá)70 余種,已涉及機(jī)械加工的各個方面,并不斷有新的去毛刺研究成果問世。隨著中國加入WTO、改革開放進(jìn)程的加快,產(chǎn)品競爭會日益激烈。提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量、增加系統(tǒng)可靠性、降低成本是企業(yè)面臨的唯一選擇;另外,隨著國家機(jī)電產(chǎn)品出口比率的加大,也為去毛刺的研究和應(yīng)用帶來鍥機(jī)。有跡象表明,歐、美、日本、臺灣、香港等國家和地區(qū)的一些企業(yè),考慮或正在我國大陸設(shè)立光整設(shè)備生產(chǎn)基地和設(shè)置服務(wù)中心,以搶先占領(lǐng)中國市場。國外已成功研制了用于CNC 數(shù)控機(jī)床上的去毛刺技術(shù),并已投入使用。該項(xiàng)技術(shù)的核心是一套按不同幾何形狀確定的刀具,由刀桿、去毛刺工具和特殊軸承結(jié)構(gòu)三部分組成,具有非常短暫的工作節(jié)拍和很高的去毛刺質(zhì)量。國內(nèi)研制的由PC控制一組輪刷作為切削工具的半自動齒輪端面去毛刺機(jī)床已研制成功并投入使用。以德國Bosch 公司研制的柔性去毛刺系統(tǒng)FDS( Flexible Deburring) 和包括切屑處理、清洗在內(nèi)的柔性清整系統(tǒng)FFS(Flexible Finishing System) 為代表的高度自動化的去毛刺技術(shù)已得到應(yīng)用,這標(biāo)志著去毛刺技術(shù)正向高新技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn)。在美國的SMC（生產(chǎn)加工工程師學(xué)會）和ASME（美國機(jī)械工程師學(xué)會）對這毛刺檢測有較深入的研究，但沒有制訂成國家標(biāo)準(zhǔn)。
1.1.2意義
毛刺現(xiàn)象既是一個簡單的又是一個復(fù)雜的問題，隨著工業(yè)化和自動化程度的提高,機(jī)械加工領(lǐng)域,特別是航空、航天、儀器儀表領(lǐng)域中,對機(jī)械零件制造精度要求的提高和機(jī)構(gòu)設(shè)計的微型化,毛刺的危害日益明顯，因此，跟蹤世界毛刺科技發(fā)展新動向，總結(jié)各國發(fā)展毛刺科技發(fā)展新舉措，科技發(fā)展新特點(diǎn)，密切關(guān)注毛刺領(lǐng)域的新材料等，對促進(jìn)我國毛刺科技的發(fā)展、工件整體水平、推動電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。在實(shí)際工作中，若去毛刺的方法適當(dāng)，它會提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本，否則，不但影響生產(chǎn)效率的提高、產(chǎn)品質(zhì)量好壞，還會影響產(chǎn)品的成本。具體說：有些產(chǎn)品要求較高，經(jīng)過認(rèn)真去毛刺后由于毛刺較牢固，如果不是經(jīng)過切削加工是很難脫落的；有些高精度產(chǎn)品，特別是安全性能要求特別高，價值極高的產(chǎn)品，如飛機(jī)、衛(wèi)星等產(chǎn)品就要求徹底消除毛刺，即使非常牢固的毛刺，需要經(jīng)過切削加工也要消除，否則萬一毛刺脫落就會造成不可估量的損失，隨著技術(shù)的發(fā)展，無論產(chǎn)品種類、規(guī)格、產(chǎn)能和產(chǎn)量、技術(shù)水平都得到很大提高。毛刺是電子科技的重要支撐，是電子設(shè)備、電子信息系統(tǒng)以及武器裝備控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。從的發(fā)展歷程可以看出，電子系統(tǒng)功能的每一次升級、半導(dǎo)體技術(shù)的每一次創(chuàng)新都會從產(chǎn)量和性能等方面對元件提出更高的要求。伴隨著信息化浪潮在世界范圍內(nèi)如火如荼地發(fā)展，毛刺的發(fā)展速度、技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模，不僅直接影響著電子技術(shù)的發(fā)展，而且對改造傳統(tǒng)行業(yè)，促進(jìn)科技進(jìn)步，提高裝備現(xiàn)代化水平都具有重大意義。因此，毛刺去除與毛刺檢測對整個機(jī)械產(chǎn)品及機(jī)械工業(yè)有著重要意義。
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.2國內(nèi)去毛刺機(jī)的發(fā)展概況
目前，國外許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把數(shù)控去毛刺設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化，價格相對也有所下降。在近幾年，微電子技術(shù)的快速發(fā)展帶動了以PC機(jī)位代表的計算機(jī)軟硬件的發(fā)展，去毛刺機(jī)設(shè)備也以建立以pc機(jī)為基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)為目標(biāo)，向開放的集成自動化方向發(fā)展。為順應(yīng)這一趨勢，去毛刺數(shù)控系統(tǒng)也由專用的封閉數(shù)控系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展。有些進(jìn)口的去毛刺設(shè)備只需要操作者輸入去毛刺材料、厚度、坡口形式等去毛刺工藝條件他就可自動生成去毛刺工藝，并且還可以隨著被焊材料、構(gòu)件的換代，實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程升級。他們的設(shè)備基本都提供了現(xiàn)場總線接口，是國外自動化去毛刺系統(tǒng)的集成水平顯著提高。在歐美、日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國家，自動化、機(jī)器人去毛刺設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術(shù)、設(shè)備和與之配套并不斷升級的去毛刺工藝。
1.2.3國外去毛刺機(jī)的發(fā)展概況
去毛刺產(chǎn)品中有許多曲線的去毛刺，在我國一般采用手工去毛刺。手工操作具有一定的優(yōu)勢，但也，存在著人員管理難、工人培訓(xùn)周期長、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、勞動強(qiáng)度大、去毛刺質(zhì)量難以穩(wěn)定的保持、容易產(chǎn)生夾雜、氣孔等缺陷、去毛刺成本高、生產(chǎn)效率低一系列的問題等。為了克服上述種種弊端，去毛刺科技工作者研究出了多種自動化去毛刺設(shè)備，如仿形去毛刺機(jī)，去毛刺機(jī)器人，三維數(shù)控去毛刺機(jī)等。近些年來我國去毛刺技術(shù)的整體發(fā)展水平比較好，尤其是逆變式焊機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成熟，正在全國推廣應(yīng)用。波控、智能及自動、半自動去毛刺技術(shù)快速發(fā)展?？墒潜M管如此，我國的去毛刺設(shè)備還是不能滿足國內(nèi)工業(yè)的生產(chǎn)需求。
1.2.4去毛刺機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢
我國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品去毛刺結(jié)構(gòu)的研究，20 多年來已取得長足的進(jìn)步。去毛刺結(jié)構(gòu)已經(jīng)在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床等大型機(jī)床上應(yīng)用以焊代鑄以焊代鍛的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)迅速發(fā)展。
在汽車制造工業(yè)方面，隨著我國汽車產(chǎn)量的不斷增加20世紀(jì)90年代開始從國外陸續(xù)引進(jìn)先進(jìn)的去毛刺設(shè)備。并在車轉(zhuǎn)動軸、剎車蹄片、輪圈以及其他部件的制造過程中普遍采用各種先進(jìn)的去毛刺工藝，提高了去毛刺效率和產(chǎn)品質(zhì)量。去毛刺在船舶、汽車、鍋爐、壓力容器制造行業(yè)中也成為主要的生產(chǎn)工藝手段之一 。目 前，已有多種去毛刺工藝方法獲得各國船級社的認(rèn)可而被應(yīng)用于生產(chǎn)。自十一五期間開始進(jìn)行高效去毛刺技術(shù)的探索以來，至今已取得令人欣喜的成績。
近年來，我國在大型貯罐去毛刺、球形貯罐去毛刺、鋁鎂合金料倉去毛刺等領(lǐng)域中，已成功地開發(fā)應(yīng)用了自動焊或半自動焊工藝，如球罐全位置自動焊工藝和裝備已在國內(nèi)開發(fā)成功，它將為進(jìn)一步推動去毛刺自動化發(fā)揮重要作用。
在當(dāng)前，數(shù)控去毛刺機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計絕大多數(shù)還是依據(jù)具體的情況來設(shè)計專用去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)數(shù)控去毛刺機(jī)，其運(yùn)動特性使特定數(shù)控去毛刺機(jī)僅能適應(yīng)一定的范圍，花費(fèi)成本較大，不利于數(shù)控去毛刺機(jī)的發(fā)展。
很數(shù)移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)還有焊縫跟蹤的功能,其不足之處就是在焊前必須通過人為的方式,幫助數(shù)控去毛刺機(jī)找到合適的位置并且放好，通過人工將數(shù)控去毛刺機(jī)本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的狀態(tài) ,這里所設(shè)計的移動數(shù)控去毛刺機(jī)是有軌移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)，只是現(xiàn)有的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)技術(shù)在PCB板去毛刺中的應(yīng)用， 還不能滿足要求，而當(dāng)前的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)技術(shù)有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。也就是說數(shù)控去毛刺機(jī)的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。
未來的發(fā)展趨勢可分為以下三個方面：[2]
1 選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤：因?yàn)榕c圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；
2 采用多傳感信息融合技術(shù)以面對更為復(fù)雜的去毛刺任務(wù)；
3 控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展：這也將是移動去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)的控制所采用。
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法
1.3.1主要的研究內(nèi)容
在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)設(shè)計理論及相關(guān)知識的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)的推廣應(yīng)用，分析確定使用三自由度關(guān)節(jié)型去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)自動化去毛刺的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究內(nèi)容如下:
1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控去毛刺機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定數(shù)控去毛刺機(jī)整體設(shè)計方案。
2 確定數(shù)控去毛刺機(jī)的性能參數(shù)，對初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇電機(jī)。
3 從所要功能的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成數(shù)控去毛刺機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核。
1.3.2設(shè)計要求
1 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出三維數(shù)控去毛刺機(jī)的整體設(shè)計方案；
2 完成三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計；
3 通過相關(guān)設(shè)計計算，完成電機(jī)選型；
4 完成三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)的三維造型；繪制三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。
第2章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計
2.1設(shè)計概念
對于貫穿孔毛刺的識別設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先我們應(yīng)該了解貫穿孔及貫穿孔毛刺的特點(diǎn)：貫穿孔是通孔，可以由孔底部觀察到孔內(nèi)壁的形貌，貼服在貫穿孔內(nèi)壁的毛刺也凸出的比較明顯，因此貫穿孔毛刺更易于觀察。其次考慮觀察毛刺的設(shè)備，我們有很多種方法可以觀察毛刺，第一種方法是利用激光照射，激光橫掃貫穿孔可以掃描出貫穿孔以及孔內(nèi)毛刺的形貌；第二種方法是利用超聲波檢測，利用超聲波在物體中的多種傳播特性，例如反射與折射、衍射與散射、衰減、諧振以及聲速等的變化，可以測知許多物體的尺寸、表面與內(nèi)部缺陷、組織變化等等；第三種方法是利用攝像頭進(jìn)行拍攝，可以看到孔及其內(nèi)壁毛刺的輪廓。對于以上三種方法，激光掃描只能掃描孔表面以及孔表面附近的毛刺，對于深入貫穿孔內(nèi)的毛刺無法進(jìn)行掃描。而利用波不易觀察，設(shè)備較為昂貴。而利用攝像頭進(jìn)行拍攝，既能觀察到貫穿孔內(nèi)的毛刺形貌，又不昂貴，故可作為觀察貫穿孔毛刺的設(shè)備。選用CCD鏡頭觀察貫穿孔內(nèi)毛刺的原理是：CCD是一種半導(dǎo)體裝置，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，因?yàn)榭變?nèi)的毛刺都是粘附在孔的內(nèi)壁并有凸出，通過調(diào)節(jié)CCD鏡頭的放大倍數(shù)來拍攝孔內(nèi)毛刺并進(jìn)行在線觀測，然后通過軟件系統(tǒng)來確定它們的坐標(biāo)，找出它們的位置，確定毛刺的位置后可直接用毛刺去除設(shè)別進(jìn)行去毛刺并對去毛刺后的貫穿孔使用CCD鏡頭進(jìn)行拍攝，以觀察毛刺是否全部去除，為了更為清楚準(zhǔn)確的拍攝孔內(nèi)毛刺，可以在被檢測工件下面加一光板。
確定使用CCD鏡頭作為毛刺觀測的設(shè)備后就可以設(shè)計毛刺識別的整體結(jié)構(gòu)了。設(shè)計的貫穿孔毛刺識別設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如下：
設(shè)備的運(yùn)動機(jī)理：
通過X、Y、Z向電機(jī)帶動各向滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，繼而使工作臺在各向?qū)к壣弦苿右哉{(diào)節(jié)工作臺在空間的位置即貫穿孔的位置，當(dāng)調(diào)節(jié)到CCD鏡頭下適當(dāng)位置時進(jìn)行拍攝記下此時的坐標(biāo)，由此可確定毛刺的位置。
2.2設(shè)計原理
數(shù)控去毛刺機(jī)的設(shè)計應(yīng)滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，為了使工件與去毛刺點(diǎn)保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)要求的去毛刺點(diǎn)，去選擇合適的定位機(jī)構(gòu)。再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度 除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到去毛刺槍在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍。
Y軸和Z軸采用絲杠傳動：Y軸 電動機(jī)—聯(lián)軸器—滾珠絲杠
Z軸 電動機(jī)—聯(lián)軸器——大托板
X軸采用絲杠加導(dǎo)軌形式：橫向電動機(jī)—聯(lián)軸器—橫向滾珠絲杠（導(dǎo)軌）-橫滑板
2.3方案討論
懸臂梁在工程力學(xué)受力分析中，比較典型的簡化模型。在實(shí)際工程分析中，大部分實(shí)際工程受力部件都可以簡化為懸臂梁。龍門結(jié)構(gòu)制作方便，承受負(fù)載大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工程上廣泛應(yīng)用?？紤]到上述問題該課題的整體結(jié)構(gòu)采用龍門結(jié)構(gòu)。
第3章 數(shù)控去毛刺機(jī)X結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計
表 3-1滾珠絲桿副支承
支承方式
簡圖
特點(diǎn)
一端固定一端自由
結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。
一端固定一端游動
需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。
3.1 X向滾珠絲桿副的選擇
滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機(jī)構(gòu)。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉(zhuǎn)動時帶動滾珠滾動。
3.1.1導(dǎo)程確定
電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動比i=1, 選擇電機(jī)Y系列異步電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為
取Ph=12mm
3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速
基本公式
最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
絲桿的等效轉(zhuǎn)速 式中取故
3.1.3估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重
主軸箱重量
工作臺重量
移動部件重量
3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計算（式中取，）
3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷
fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負(fù)載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計算得Car=17300N
表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw
3.1.6精度的選擇
滾珠絲杠副的精度對電氣機(jī)床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度是最明顯的。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300行程變動量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗(yàn)算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設(shè)計的定位精度要求及其經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸Y軸精度等級為3級，Z軸為4級。
3.1.7選擇滾珠絲桿型號
計算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。
其基本參數(shù)如下:
其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表
名稱
計算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
20mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
4.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
19.365mm
螺桿內(nèi)徑
16.788mm
螺桿接觸直徑
17.755mm
螺母螺紋外徑
24.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
20.7mm
（1） 傳動效率計算
絲杠螺母副的傳動效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
（2） 穩(wěn)定性驗(yàn)算
絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。
（3） 剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算
絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差Δ為
E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
3.2校核
滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證
絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負(fù)荷按下列計算：
式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2）
LO-------最大受壓長度（m）
K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3
Fmax-------最大軸向工作負(fù)荷（N）
f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1
I=絲桿最小截面慣性距（m4）
式中do--------是絲桿公稱直徑（mm）
dw------------滾珠直徑（mm），
代入上式計算得出Fca=5.8X108N
可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。
3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證
滾珠絲杠副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，需驗(yàn)算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速：
式中：A------絲桿最小截面：A=
-------絲杠內(nèi)徑，單位；
P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m)
--------臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為，本設(shè)計中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm
----------安全系數(shù)，可取=0.8
fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時取18.9
經(jīng)過計算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率
絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式
式中 A——絲杠最小橫截面，；
螺母座剛度KH=1000N/μm。
當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。
經(jīng)計算得：
式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；
KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm
Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)；
KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；
KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。
經(jīng)計算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。
3.3電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動機(jī)時首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，再者還要考慮轉(zhuǎn)動慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。
3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量
a、回轉(zhuǎn)運(yùn)動件的轉(zhuǎn)動慣量
上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm
L—長度=1m
P—鋼的密度=7800
經(jīng)計算得
b、X向直線運(yùn)動件向絲桿折算的慣量
上式中：M—質(zhì)量 X向直線運(yùn)動件M=160kg
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
經(jīng)計算得
c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量
查表得
因此
3.3.2電機(jī)扭矩計算
a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩
上式中：
J=0.0028kg/m2
ta—加速時間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s
經(jīng)計算得
b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩
上式中：F0—導(dǎo)軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0.02，F(xiàn)0=Mgf=32N
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
η—傳動效率，η=0.90
I—傳動比，I=1
經(jīng)計算得
c、折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩
上式中P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500N
η0—滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率為0.9
經(jīng)計算的T0=0.05N·M
則快速空載啟動時所需的最大扭矩
根據(jù)以上計算的扭矩及轉(zhuǎn)動慣量，選擇電機(jī)型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7。
第4章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1設(shè)計要求
Y向是通過滑軌上下移動，帶動裝置可以旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)
4.2 傳動計算
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取
根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:
選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為:HJG-D25
基本參數(shù)如下:
額定載荷/N
靜態(tài)力矩/N*M
滑座重量
導(dǎo)軌重量
導(dǎo)軌長度
動載荷
靜載荷
L
(mm)
17500
26000
198
198
288
0.60
3.1
760
滑座個數(shù)
單向行程長度
每分鐘往復(fù)次數(shù)
M
4
0.6
4
導(dǎo)軌的額定動載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
4.3電機(jī)的選擇
4.3.1電機(jī)的分類
1．按工作電源分類根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。
2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。
同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同電動機(jī)。
異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。
直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。
3．按起動與運(yùn)行方式分類電動機(jī)按起動與運(yùn)行方式可分為電容起動式電動機(jī)、電容盍式電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)和分相式電動機(jī)。
4．按用途分類電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。
驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)。
控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。
5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。
6．按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類電動機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。
低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。
調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無極變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。
4.3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇
由于步進(jìn)電機(jī)具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計要求及實(shí)際情況我們選擇步進(jìn)電機(jī)，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進(jìn)電機(jī)使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進(jìn)電機(jī)的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由物料的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下:
F=mngM=FL
其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為物料的質(zhì)量，為物料與傳送帶
的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強(qiáng)低伸化纖材料，由表查得=0.8。傳送帶最多可以放置10個物料，則n=10，每個物料的質(zhì)量約為.03kg，可得：F=23.52N
L為牽引力作用在電機(jī)軸上得力臂，L=0.02m;
則有:
M=FL==nmg=0.4704
轉(zhuǎn)速與傳送帶的速度和輪的直徑有關(guān)，工作時傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，輪直徑為D=400mm，
則根據(jù)公式計算得:
n==30r/min
步進(jìn)電機(jī)的頻矩特性曲線如圖4-3所示：
則由曲線可得:當(dāng)n=30r/min時，f=100HZ。
根據(jù)計算結(jié)果我們選擇電機(jī)型號為：57BYJ250C
第5章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1 Z軸滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取
根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:
選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為:HJG-D25
基本參數(shù)如下:
額定載荷/N
靜態(tài)力矩/N*M
滑座重量
導(dǎo)軌重量
導(dǎo)軌長度
動載荷
靜載荷
L
(mm)
17500
26000
198
198
288
0.60
3.1
760
滑座個數(shù)
單向行程長度
每分鐘往復(fù)次數(shù)
M
4
0.6
4
導(dǎo)軌的額定動載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
5.2 滾珠絲杠計算、選擇
初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm
強(qiáng)度計算
絲杠軸向力：(N)
其中：K=1.15，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。
取f=0.004,則:
壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)
最大動載荷：
式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。
查表得中等沖擊時則:
根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。
其基本參數(shù)如下:
其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表
名稱
計算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
20mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
3.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
19.365mm
螺桿內(nèi)徑
16.788mm
螺桿接觸直徑
17.755mm
螺母螺紋外徑
23.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
20.7mm
（4） 傳動效率計算
絲杠螺母副的傳動效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
（5） 穩(wěn)定性驗(yàn)算
絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。
（6） 剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算
絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差Δ為
E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
5.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算
根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，有：
（1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算
折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為：
式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪１的轉(zhuǎn)動慣量；
為齒輪２的轉(zhuǎn)動慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；Ｍ為移動部件的質(zhì)量。
對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：
式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。
所以有：
電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有：
4.2.6 步進(jìn)電機(jī)的選用
(１）步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計算
設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：
式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：
式中：為移動部件負(fù)載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。
取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝０.8，==279.23Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：
考慮到啟動時運(yùn)動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩：
取系數(shù)為０.３，則：
對于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)：
(２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率
為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運(yùn)行頻率,同時電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).
電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:
型號
主要技術(shù)參數(shù)
相數(shù)
步距角
電壓
(V)
相電流
(A)
最大靜轉(zhuǎn)矩
(n.m)
空載啟動頻率
空載運(yùn)行頻率
分配方式
90BF001
4
0.9
80
7
3.92
2000
8000
4相8拍
外形尺寸(mm)
重量
kg
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量
Kg.m
外直徑
長度
軸直徑
90
145
9
4.5
1764
第 6章 CCD鏡頭機(jī)構(gòu)
6.1機(jī)構(gòu)設(shè)計工作原理
工作原理
圖6.1
機(jī)構(gòu)的工作原理如上圖6.1所示：電機(jī)帶動CCD鏡頭實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)通過，CCD鏡頭通過鏡頭夾具套旋轉(zhuǎn)。
6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計
結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式對穩(wěn)定性起著重要作用。驅(qū)動力的大小來自于電動機(jī)，電動機(jī)通過轉(zhuǎn)動把驅(qū)動力傳輸給CCD鏡頭。
6.3 電動機(jī)的選型
電動機(jī)一般采用直流電動機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速。
一般交流電動機(jī)也可以作為電動機(jī)，通過調(diào)換齒輪的方法進(jìn)行有級調(diào)速。不過電動機(jī)要求有足夠的功率，能在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，保證的穩(wěn)定性，起動、停止慣性越小越好、調(diào)速范圍盡可能大，這樣就能驅(qū)動焊絲直徑不一樣的焊絲，滿足不同的去毛刺范圍的要求,擴(kuò)大了去毛刺機(jī)的使用范圍 [9]。
本研究選用步進(jìn)電動機(jī),型號75BF003,分配方式為三相六拍，功率120 W??電機(jī)轉(zhuǎn)速1250 r/min??步距角1.5°。
第7章 機(jī)架的設(shè)計
7.1 機(jī)架的基本尺寸的確定
機(jī)架是支撐及其所有附件的可移動機(jī)構(gòu)。要保證方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且自動變速器每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些自動變速器尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐自動變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機(jī)架上。
為了使機(jī)架能夠方便移動，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個側(cè)面通過螺栓各連接兩個輪子，使得架子和輪子連接牢固?？拷D(zhuǎn)盤這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。
7.2 架子材料的選擇確定
架子的結(jié)構(gòu)確定后，就需要準(zhǔn)備材料，買材料時要考慮鋼材的性能，同時也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過到市場調(diào)查分析后，臺架選用60㎜×60㎜的方鋼和50×50的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。
受力比較小的底架就用50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉(zhuǎn)架就用60㎜的方鋼制作。在轉(zhuǎn)架與支撐板的固定處需要用軸連接。
表一 鋼材的尺寸
規(guī)格
60㎜×60㎜
50㎜×50㎜
橫截面圖
長度
500㎜
567㎜
材料
Q235
Q235
7.3 主要梁的強(qiáng)度校核
質(zhì)量為25㎏（250N），考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進(jìn)行校核。支承軸160㎜，查機(jī)械工程材料 P105頁表5-2得，Q235鋼材的屈服強(qiáng)度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a
解：和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系。
以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖6.1所示的平面直角坐標(biāo)系。
因?yàn)椋篎RD =600N ，把RDE從D點(diǎn)移到E后的受力情況如圖6.1所示。
圖6.1
得到一個F和一個力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m
計算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，
所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進(jìn)行制作。解：以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖2.2.1所示的平面直角坐標(biāo)系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡圖如圖2.2.1-b所示。通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在BE點(diǎn)之間。
把F從C點(diǎn)移到B 后的受力情況如圖2.2.1- b 所示。
得到一個F和一個力矩M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m
因?yàn)椋篎ba+Fde=2F=1200N
由于軸的受力完全對稱，故Fba=Fde=F=600N
B點(diǎn)和F點(diǎn)的彎矩為：MB=WF=Fba×Lde+M=600×0.01+180 N·m=601.8N·m
受力情況如圖2.2.1所示.
計算軸的極慣性矩Ip 和抗彎截面系數(shù)Wz因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=305/（6773.69×10--6）P a=0.45MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.45 MP a=2.25 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進(jìn)行制作。
總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)學(xué)期間所學(xué)的知識的一次系統(tǒng)全面性的總結(jié)，通過本次畢業(yè)設(shè)計將理論與實(shí)踐充分結(jié)合，是難得的一次機(jī)會。通過這次畢業(yè)設(shè)計為今后能更好的適應(yīng)今后工作墊定了良好的基礎(chǔ)。
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[15] 山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司. 博特產(chǎn)品系列.
致 謝
本文是在老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于機(jī)械設(shè)計方面的知識，實(shí)驗(yàn)技能有了很大的提高。
另外，我還要特別感謝對我實(shí)驗(yàn)以及論文寫作的指導(dǎo)，為我完成這篇論文提供了巨大的幫助。還要感謝，同學(xué)對我的無私幫助，使我得以順利完成論文。同時實(shí)驗(yàn)室的老師也時常幫助我，在此我也衷心的感謝他。
最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！
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