數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)

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) 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求 待改裝鉆床型號(hào)的確定 控制方式的確定 伺服系統(tǒng)的確定 工作臺(tái)參數(shù)的初步選定 導(dǎo)軌的選型思路 滾珠絲杠選型思路 絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路 支承座材料的選取 軸承類(lèi)型的選取思路（三）計(jì)算部分 確定工作臺(tái)的尺寸及其重量 支承座參數(shù)設(shè)計(jì) 滾珠絲杠參數(shù)設(shè)計(jì) 滾動(dòng)導(dǎo)軌 參數(shù)設(shè)計(jì) 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) 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)

2、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 200X 210mm2，最大 工件重量為 150kg。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2.4m/min，加速時(shí)間為：0.2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)

3、計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滿(mǎn)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： 伺服系統(tǒng)動(dòng)力 損失隨之減小。 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。 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，

4、 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)。此外還要求摩擦小 （提高機(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

5、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)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)450X 390主軸中心線(xiàn)至立柱母線(xiàn)距離(mm)350底座有效工作面積(mm)405X 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

6、交流電機(jī)功率(kw)1/1.5主軸箱旋轉(zhuǎn)角度士 45包裝尺寸（cm）103X 61X 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)的選定滾珠絲杠副的選定及其支承形式直線(xiàn)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(xiàn)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

7、電機(jī)輸出軸安裝脈沖編碼器，將速度反饋信號(hào)傳給控制單元；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（士 0.02m m）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(mǎn)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：:控制器1T接口電路T驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)TXY工作臺(tái)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200X 210mm

8、2，最大工件重量150kg，所以留出 裝夾的尺寸后工作臺(tái)應(yīng)該設(shè)計(jì)為 280X 290mm2 ,并且考慮到工件 最大重量為150kg，所以我選工作臺(tái)厚度為 10mm,材料選45 號(hào)剛，雖然在這里用鑄鐵就可以很好的完成其工作要求，可是由于鑄件少要專(zhuān)門(mén)制造砂型不合成本要求，而45號(hào)剛具有良好的綜合力學(xué)性能，制造業(yè)比較方便，故本設(shè)計(jì)中所用金屬材料全部 為45號(hào)剛，其密度為p =7.85g/cm3。6、直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的選定滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍够瑝K 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

9、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(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)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

10、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)和制造運(yùn)動(dòng)靈敏讀高 定位精度高牽引力小、移動(dòng)輕便精度保持性好潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單、維修方便 摩擦系數(shù)小、 動(dòng)摩擦系數(shù)很接近、不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。7、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)：傳動(dòng)效率高系統(tǒng)剛性好傳動(dòng)精度高使用壽命長(zhǎng)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€(xiàn)運(yùn)動(dòng)， 又可將直線(xiàn) 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)效率相同不 會(huì)自鎖可進(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：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）螺紋調(diào)隙式（該形式

11、結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方 便，缺點(diǎn)是不很精確） 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：.S=上匕Z1Z2在本設(shè)計(jì)中，我選用第種間隙調(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)： 只要軸承無(wú)間隙，絲杠的軸向剛度為

12、一端固定的4倍 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 可 以預(yù)拉伸，預(yù)緊拉伸后可減小絲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(mǎn)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

13、確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。在滿(mǎn)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：8(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)的尺寸及其重量我

14、設(shè)計(jì)的工件尺寸為200 X 210 mm2。由于我們加工的 時(shí)候要用夾具夾緊工件所以我每邊留出裝夾具的尺寸 40mm,所以最后確定工作臺(tái)尺寸為 280X 290mm2。因?yàn)?工作臺(tái)加工的最大工件重量為150kg,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=10mm所以工作臺(tái)的體積 V=A B H=280 X 290X10=812000mm3 =812cm3工作臺(tái)質(zhì)量：m= p X V=7.85 X812=6374.2g=6.37kg2、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 ，如圖所示 ：各邊所取長(zhǎng)度為 a=130mm b=70mm h=50mm 1h=10mm絲杠上各部件的長(zhǎng)度

15、約為：聯(lián)軸器40mm軸承15X 2mm絲杠螺母10X 2mm1=290+聯(lián)軸器+軸承X 2+絲杠螺母X 2=290+40+15X 2+10X 2=380mm 考慮到其它因素放大到420mn即 l=420mmV 1=ahl-b（h-h） l = 1 30 X 50X 420-70X（50-10）X 420=1554000mm3=1554cm3選用45號(hào)鋼，密度p =7.85g/ cm3所以 m=Vi p =1554X 7.85=12198.9 g=12.2kg最低的那根絲杠以上的所有質(zhì)量為：m總又對(duì)工作臺(tái)上的各部件質(zhì)量進(jìn)行估算：聯(lián)軸器 200g 軸承 300gX 2 絲杠螺母 100gX 2 過(guò)

16、渡板 5kg X 2 夾具 20kg又知工件質(zhì)量 m2=150kg所 以m總=m+mi+m2+0.2+0.3 X 2+0.1 X 2+5 X2+20=6.37+12.2+150+0.2+0.6+0.2+5=199.57kg對(duì)總質(zhì)量進(jìn)行取整，即m總=200kg3、滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算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)nW 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(1) 求計(jì)算載荷Fc絲杠工作時(shí)的軸向壓力Fm = m總g =00X 9.8 X 0.005=9.8

17、N其中 g=9.8 m/ s2為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)取 卩=0.005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)Kf = 1 .2硬度系數(shù)Kh =1.2短行程系數(shù)Kl=1Fc =Kh Kf Kh Fm=1.2X 1.2 X 1X 9.8=14.11N(2) 根據(jù)壽命條件計(jì)算必需的額定動(dòng)載荷假設(shè)滾動(dòng)絲杠能工作6年，每年為360無(wú)每天工作16小時(shí)Lh = 6X 360X 2=34560hnm = 07nmax = 0.7 Vmax 1000/ P =0.7 X 2.4 X1000/4=420r/min28nmL；1.67 104Fc =420 34560 60、1.67 104

18、X 14.11=3222.23N(3) 根據(jù)必需的額定動(dòng)載荷Ca選擇螺旋尺寸根據(jù)Ca選著滾珠絲杠副，按滾珠絲杠副的額定運(yùn)動(dòng)載荷CaI等于梢大于Ca的原則.在網(wǎng)上查到：http:/www.njyig on /html/g un d/g1/ffzd.htmFFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠訓(xùn)尺寸系列公稱(chēng) 直程%導(dǎo)程Phn勝杠 外輕%直徑巧額定貳荷剛度KCM/pi螺母妥獎(jiǎng)連接尺寸戲載荷Cl UN）靜我荷CoilKN)45bS4FFZD12Q4-J11411, 32, Hi5. 47417521044迂*. !E. S*. 5nMl. 5L&6)U4瓷Hl39. 7105iIQ5. E1

19、0&n2065FFZD1635-J515, 53. SU 9i7. &U.14QQIQ10竇匕E6U6nS3同時(shí)考慮到各種因素選用的絲杠參數(shù)如下:型號(hào)：FFZD1604-3絲杠軸尺寸：公稱(chēng)直徑 Db=16mm導(dǎo)程：P= 4mm滾珠直徑（鋼球直徑）dc=2.381螺旋升角入=4.55 螺桿內(nèi)經(jīng)d1=13.5mm基本動(dòng)載荷Ca = 4800N基本靜載荷Co = 9700N穩(wěn)定性計(jì)算因螺桿較長(zhǎng)，所以穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)以下式求臨界載荷匚n2ElaFcr _2-(卩1)式中E-螺桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼，E=206GPaI a=螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩；二曲 j (.135)4 =1.63 X 10-9 m64

20、64-長(zhǎng)度系數(shù)，兩端用鉸接時(shí) 卩=1；1=0.36m。=25545.19N3.142 2 06 1 09 1.63 1 0-9(仆 0.36)2故亍背=2606.65 2.5-4是安全的(4) 剛度驗(yàn)算按最不利情況考慮，螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向是一致的。故有16T1S24Fs二2Gd1 Ed1D3式中二Fm 亍tg( J)=9.8X 16X 10-3/2tg (4.55 +0.172)N.m=0.00648N.m式中摩擦系數(shù)按0.003計(jì)，=0.172S =4mm d1=13.5mmG=83.3GPa E=2.06X 1011Pa=6.08 x、s 16 0.0

21、0648 (4 10 冷2 1064 9.8 4 10-3 1062104112s 3.14 8.33 100.01353.14 2.06 100.013510_5+1.33X 10-3=1.3908X 10-3 卩 m每米螺紋長(zhǎng)度上的螺紋距離的彈性變形為、sS1.3908 10：4 10Am = 0.3477m/ m滾動(dòng)螺旋（二）p可按滑動(dòng)螺旋（同精度等級(jí)）的一半定，根據(jù)s機(jī)電一定化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用有6()p =15 卩 ms所以二 （二）pSS（6）效率驗(yàn)算式中 tg =f=0.003;1=0.172=4.55n _tg4.55所以tg 4.55 O.172=0.9644、導(dǎo)軌的計(jì)算與選擇方

22、案一采用四方向等載荷滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)GGB型滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成（見(jiàn)下圖）。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊 端部鋼球又通過(guò)返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部保持架 鋼球密封端蓋皮向器 滑塊油杯1計(jì)算工作臺(tái)移動(dòng)到極限位置時(shí)滑塊承受的載荷abLJkk總質(zhì)量m 200kg修正系數(shù)：2FpT2 m總 g=2352NF p (a b)Fp b由力矩平衡得：F廠(chǎng)2 aF廠(chǎng)2 a其中 a

23、= 100mm b = 55mm由上式代入數(shù)據(jù)算得：Fa =646.8NFb=1822.8NGGB20預(yù)加載荷類(lèi)別為中預(yù)載時(shí)，按表 6.3-12 (機(jī)電一 體化設(shè)計(jì)手冊(cè)一下冊(cè))查得預(yù)緊力為 575N。所以：F廠(chǎng)Fa 575 = 1221劭FcFc =1903.22NF2 二 Fb 575 = 2397.8N2、計(jì)算當(dāng)量載荷Fc把數(shù)據(jù)代入上式算得：3、計(jì)算額定動(dòng)、靜載荷滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算公式為（/html/gund/g2/ed.htm）fh f t f c fa C 3 L =50 （一 t c -）3f w Fc（km）式中：L 長(zhǎng)度壽命C額定

24、動(dòng)載荷由中國(guó)藝工網(wǎng)查得GGB20的C =11600Nh-硬度系數(shù)，取fh=1ft 為溫度系數(shù)。按表1取ftfc為接觸系數(shù)。按表2取f廣0.81f a-精度系數(shù)按表。按表3取f廣1為載荷系數(shù)。按表4取f w 1工作溫度(01001.000. so0, ”0, eo表 2每根辱軌上的闈塊數(shù)2345J. 00Q. 8J0 72Q. 66乩61赭度等圾73A5 a】” 01, 00. 90 9表妨莪荷東數(shù)賈工作 條件無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的低速 運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合速度小于$afan無(wú)陰曇沖擊我震動(dòng)的申速適 動(dòng)場(chǎng)容速度小于】5-( Omni 1 n有外部沖擊或震動(dòng)的髙速 運(yùn)動(dòng)場(chǎng)舍速度A.于goi/mi nF“】.5L

25、5-2,02, 0-3. 5將選取的數(shù)據(jù)代入算得:L =6016.34KM3T 二 L 10 二 5968540h2.4 0.8 60Th =6 360 16 = 34560hT Th所選導(dǎo)軌類(lèi)型合格由網(wǎng)址 /查得 中國(guó)藝工網(wǎng) 選擇GGBAA/AL四方向等載荷型滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副系列滾珠絲杠副。如下圖所示：CGH AA/AAL四方向等載荷型滾動(dòng)有純導(dǎo)軌副Ba f . Bs .T.4-M1 -便用撫明=歲鼠標(biāo)穰至認(rèn)下表格中卷載部分，簾頭會(huì)變成“申”，這時(shí)按住左鍵，甲可上下樗動(dòng)表格，杳看斷有內(nèi)容ft尋早軌副 尺寸簾塊尺寸抽杯尺寸導(dǎo)軌兄寸額定額定 靜載額定力H

26、WB1B2Kr*叫4CNdXnXh長(zhǎng)度gxC10CD 麗1乩町%CCB16AAIt15. 5719, 47n弭2. 5斗1615% 5X7. 5X幺S6.076. S ?. 555-53021. 563524inIDM67011H百62018簸弱5X1 51114,)畀，4曲毗0譏L66H.620.11T. 8lil. E選擇GGB20AA型號(hào)，其基本額定靜載荷Co45N4、驗(yàn)算額定靜載荷Co取安全系數(shù)fo，按下式驗(yàn)算：Fmax其中 F max 二 F2 = 2397.8N =6-0472 f F 2滿(mǎn)足要求5、電機(jī)的選著確定脈沖當(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

27、為0.0050.01m m。如取得太大，無(wú)法滿(mǎn)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)的精度為士 0.02mm，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得脈沖1當(dāng)量8 =3 x0.04=0.0125mm 取=0-0imm 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 a=360i 8 /p= 0.9已知快進(jìn)速度：Vmax二2.4m/min絲桿導(dǎo)程：P = 4mm所以最高轉(zhuǎn)速:最咼頻率:f maxn maxVmaxP 10,=600r / minVmax60 10二 4000 HZ 計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)

28、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 2mr1 = 2-? d 4l 3.14 7.85 103 0.0164 0.423232=2.12x5210 kg m333其中p是絲杠密度（kg/ m ）,取7.85X 10 kg/ m ； d是絲杠的等效直徑（m）,取0.016m; I是絲杠的長(zhǎng)度0.42m。沿直線(xiàn)軸移動(dòng)物體的慣量電動(dòng)機(jī)軸工作臺(tái)、工件等折算到上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可由下述公式達(dá)到：j 亠2 二2J2 = 2 n m x 10“= 2 600 x 200=8.11 x10kg mM 工作臺(tái)（包括工件）的質(zhì)量，kgv工作臺(tái)快進(jìn)速度， mm/mi

29、 nn絲杠轉(zhuǎn)速,r/min又從雷賽步進(jìn)電機(jī)網(wǎng)差得57步進(jìn)網(wǎng)可得到大概電機(jī)軸的2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J廠(chǎng)2.6 10 kgm折算到電機(jī)上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總二jl + j2 + j3 =1.283X4210 kg m 空載啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩:a）產(chǎn)生加速度所需的轉(zhuǎn)矩Ta擬定初始頻率f o二500HZ，在t二0.2s加速至ft= 4000HZ的加速度轉(zhuǎn)矩TaPTa 573 (ft f)f 0 ft 為加速開(kāi)始及終止時(shí)的脈沖頻率（HZ）; t 為加速過(guò)程時(shí)間（S）；J 為電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg,rn ）0其中=0.9 ,把個(gè)數(shù)據(jù)代入可求得：Ta=O.O 3 5 N7mb）移動(dòng)工作臺(tái)加到步進(jìn)電機(jī)軸上的

30、摩擦轉(zhuǎn)矩Tl236匯6漢卩(mx g十FJTl22 ； i10式中:m 工作臺(tái)質(zhì)量（包括工件、夾具等質(zhì)量在內(nèi)）摩擦系數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌二0.0025 0.005，這里取二-0.003Fz垂直方向的切削分力（空行程時(shí)Fz=）（n）；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率，取=.8:為脈沖當(dāng)量，:01-為步距角；=09把數(shù)據(jù)代入可求得：廠(chǎng)o.o0413N m因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的是用于鉆床的的工作臺(tái)電機(jī)主要是 起帶動(dòng)X,Y兩個(gè)方向的作用，故克服切削抗力加到電機(jī)軸上的負(fù)載 轉(zhuǎn)矩Tc很小可忽略不計(jì)。所以總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：T=Ta Tl0-0 3 5 2 0. 0 4 10. 3 94 m要求速度不高，根據(jù)廠(chǎng)家給出電機(jī)矩頻率性，選用金壇市四海

31、電機(jī)電器廠(chǎng)的57BYG系列的57BYGH203步進(jìn)電機(jī)可滿(mǎn)足要參 考/product/stepmotor/57B YGH/57B YGH.html步距坤：0. 9/1. 857BYGH永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)DEGDC 100ME2fiC 1 Minute純緣宅阻：500V絕緣強(qiáng)度：500V溫升：65K環(huán)境溫度：TCT+5各9 絕緣等級(jí)：B率號(hào)相藪電歳電直電感機(jī)身?xiàng)@定蠱轉(zhuǎn)那出軸長(zhǎng)接線(xiàn)圖單檢VAmHN. TOmmEg. cminn鶴57BYGH101431. 32,32.249450. 3210. 45a57BYGH1022巳10. 756.812a 5a

32、s45oa 321a 45b57BYGH2014U0. 440600. SE550. 7210. 65a57BYGH2D2目120, 717. 5220. 85&50. 7210. 55a57BYGH2032呂41. 51.63. 4Q* 3&50, T2104 6&b電機(jī)的外觀(guān)及尺寸如下圖:LO QL矩頻特性圖如下:測(cè)試條件：SH-202LA童田分DC 361. 5丸N. m按照這個(gè)的電機(jī)的矩頻特性圖在4000HZ時(shí)能和其他的一些參數(shù)符合我們?cè)O(shè)計(jì)所要求的條件。4)根據(jù)選定電機(jī)矩頻率特性計(jì)算加速性能從fs=500加速至f=6000脈沖的加速時(shí)間t J J (f - f )57.3 (pTJ式中t為加速時(shí)間，t=0.2sJr J1為轉(zhuǎn)子、負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量-52-42Jr 九6 10 kg m、J廠(chǎng)283 10 kg m為步距角；一 =0.9Tcp、電機(jī)最大平均轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）Tcp =.8N mt0.0394N mf 0 ft 為起始加速時(shí)、加速終了時(shí)的頻率（HZ ）。把數(shù)據(jù)代入上式可求得：t = 0.0112st : 0.2s由此可得所選擇的電機(jī)滿(mǎn)足快速特性說(shuō)明慣量匹配合理。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 T|，按電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性曲線(xiàn)來(lái)確定最大 運(yùn)行頻率，并要求實(shí)使用的運(yùn)行頻率