自動化設(shè)備設(shè)計精編版

1、 1.自動化設(shè)備的概況和組成 2.液壓和氣壓傳動基礎(chǔ)知識 3.機械傳動方式簡介 4.伺服電機選型 一、自動化設(shè)備的概況和組成 自動化設(shè)備的優(yōu)點 提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量 節(jié)約能源及材料消耗 提高勞動生產(chǎn)效率 改善勞動條件和減輕工人勞動強度 能使企業(yè)擺脫員工對產(chǎn)品熟練程度的依賴性 自動化設(shè)備在實際生活中的應(yīng)用 用機械來代替人工做動力的自動化技術(shù) 在生產(chǎn)過程及業(yè)務(wù)處理過程中由檢測,控制,計算等環(huán)節(jié)產(chǎn) 生的大量信息處理的自動化技術(shù). 自動化設(shè)備的組成 一、機械部分 1. 原動機 主要包括電動機和內(nèi)燃機等. 2. 傳動機構(gòu) 要包括機械傳動(帶傳動,鏈傳動,齒輪傳動 等),氣壓傳動和液壓傳動.在實際的自動化

2、設(shè)計和應(yīng)用 中，是它們中兩者或三者的結(jié)合.氣壓傳動和液壓傳動 在工業(yè)特別在輕工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，它是接下 來要重點討論的一個課題。 3. 定位機構(gòu)和夾緊機構(gòu) 它能使工件在設(shè)備上的位置 實現(xiàn)唯一性,使裝配件與被裝配件之間的自由度得到合 理的控制,從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和裝配. 它也是接下來 要重點討論的一個課題。 4. 控制和調(diào)節(jié)裝置 這里談的控制與接下來電器 中的控制是不一樣的,這里主要是一些液壓和氣壓 控制回路，速度控制回路及方向控制回路 5. 執(zhí)行元件 主要包括氣缸,馬達,油缸,真空吸盤及機械 手等 6. 輔助裝置 它們主要包括一些油箱,過濾器,蓄能器, 消聲器和油霧器,管路和管接頭等.

3、二、電氣部分 1. 自動控制系統(tǒng)-匯編語言,單片機及PLC程序 2. 自動控制系統(tǒng)中常用的的檢測和執(zhí)行元器件 檢測元件主要有傳感器,接近開關(guān),行程開關(guān),編碼器 及磁感應(yīng)開關(guān)等 . 執(zhí)行元器件主要包括步進電機,伺服電機,真空發(fā)生 器及磁粉離合器等。 二、液壓和氣壓傳動基礎(chǔ)知識 一.液壓和氣壓傳動的現(xiàn)狀及應(yīng)用 液壓傳動有很多突出的特點,因此它的應(yīng)用非常廣泛, 如一般工業(yè)的塑料加工機械,壓力機械,機床等；行走 機械中的工程機械,農(nóng)業(yè)機械,汽車等；鋼鐵工業(yè)中的 冶金機械,提升裝置,軋輥調(diào)整裝置等. 1. 氣壓傳動的應(yīng)用也相當(dāng)普遍,許多機器設(shè)備中都有氣壓 傳動系統(tǒng),在工業(yè)各領(lǐng)域,如機械,電子.鋼鐵,運輸

4、車輛及 制造,橡膠,紡織,化工,食品,包裝,印刷和煙草等領(lǐng)域氣 壓傳動技術(shù)已成為基本組成部分. 液壓傳動的特點 與電動機相比,在同等體積下,液壓裝置能產(chǎn)生更大的動力,也就是說 在同等的功率下,液壓裝置的體積小,重量輕. 液壓裝置工作平穩(wěn),換向沖擊小,便于實現(xiàn)頻繁換向. 液壓裝置很容易實現(xiàn)過載保護,能實現(xiàn)自潤滑,使用壽命長. 液壓裝置容易作到對速度的無級調(diào)節(jié),并且對速度的調(diào)節(jié)還可以在工 作中進行. 液壓裝置易于實現(xiàn)自動化,很方便對液體的流動方向,壓力和流量進 行調(diào)節(jié)和控制,并能很容易地和電氣,電子控制和氣壓控制結(jié)合起來, 實現(xiàn)復(fù)雜的運動和操作. 液壓元件易于實現(xiàn)系列化,標(biāo)準(zhǔn)化和通用化,便于設(shè)計,

5、制造和推廣使 用 由于液壓傳動中的泄露和液體的可壓縮性使這種傳動無法保證嚴(yán)格 的傳動比. 液壓傳動有很多的能量損失(泄露損失,沿程壓力損失,局部壓力損失 等),因此傳動效率相對很低. 液壓傳動對油溫的變化比較敏感,不宜在較高或較低的溫度下工作. 1. 液壓傳動在出現(xiàn)故障時不易診斷. 氣壓傳動的特點 氣壓傳動的工作介質(zhì)是空氣,它取之不盡用之不竭,用后的空氣可以排到大 氣中去,不會污染環(huán)境. 氣壓傳動的工作介質(zhì)粘度很低,所以流動阻力很小,壓力損失小,可以便于集 中供氣和遠距離輸送. 氣壓傳動對環(huán)境的適應(yīng)性好,在易燃,易爆,多塵埃,強輻射,振動等惡劣工作環(huán) 境下仍能可靠地工作. 氣壓傳動動作速度及反

6、應(yīng)快.液壓油在管道中的流動速度一般為15m/s, 而氣體流速可以大于10 m/s,甚至接近聲速,因此在0.020.03s內(nèi)即可以達到 所要求的工作壓力和速度. 氣壓傳動有較好的自保持能力.即使壓縮機停止工作,氣閥關(guān)閉,氣壓傳動系 統(tǒng)仍能維持一個穩(wěn)定的氣壓.而液壓傳動要維持一定的壓力,需要能源裝置 或在系統(tǒng)中增加蓄能器. 氣壓傳動在一定的超負(fù)載工況下也能保證系統(tǒng)安全工作,不易發(fā)生過熱現(xiàn)象 氣壓傳動系統(tǒng)的工作壓力低.工作氣壓一般在0.2-1Mpa之間,比較常用的 0.4Mpa左右. 由于空氣的可壓縮性大,因此氣壓傳動的速度穩(wěn)定性差,很難控制系統(tǒng)的位 置精度. 氣壓傳動系統(tǒng)的噪聲大,尤其是排氣時,需

7、加銷聲器. 1.氣壓傳動工作介質(zhì)本身沒有潤滑性,需加油霧器進行潤滑. 二.液壓和氣動系統(tǒng)的基 本組成 1.液壓系統(tǒng)的基本組成 它由油箱,過濾器,液 壓泵,溢流閥,開停閥, 節(jié)流閥,換向閥和液 壓缸組成. 2.氣壓系統(tǒng)的基本組成 它由空氣壓縮機,后 冷卻器,除油器,干燥氣, 儲氣罐,過濾器,減壓閥, 壓力表,油霧器,換向閥和 氣缸組成. 在實際的應(yīng)用中, 除油 器,減壓閥和油霧器做成 一個整體, 稱為氣源處理 三聯(lián)件. AIRTAC氣動產(chǎn)品 里的代號為AFR 三.液壓和氣壓傳動的執(zhí)行元件 1.液壓傳動中的執(zhí)行元件是油缸,氣 壓傳動中的執(zhí)行元件是氣缸. 2.油缸和氣缸的品牌 進口的: AIRTAC

8、(臺灣亞德克 ),SMC(日本),英國的諾冠,美國的 派克等 國產(chǎn)的:佛山的實用, 肇慶的方 大等 3.油缸和汽缸的基本參數(shù) 結(jié)構(gòu)型式 缸徑 行程 安裝方式 雙軸復(fù)動型氣缸 單軸彈簧壓出型氣缸 氣缸的工作條件如上圖 氣缸常用的缸徑和行程如上圖 四.液壓和氣壓傳動的控制調(diào)節(jié)元件 1.方向控制閥 單向閥 分為普通單向閥,液控單向閥,梭閥和雙壓閥. 換向閥 復(fù)動氣缸常采用兩位五通電磁換向閥,單動氣缸常采用兩位三通電磁換 向閥,油缸的換向閥常采用三位五通閥,油缸的換向閥需要有中位功能. 2.壓力控制閥 主要有溢流閥,減壓閥,順序閥和壓力繼電器 3.流量控制閥 主要有節(jié)流閥和調(diào)速閥等. 調(diào)速閥實際上是一

9、個節(jié)流閥和等差減壓閥的組合體 五.液壓和氣壓傳動的輔助元件 1.蓄能器和儲氣罐 液壓傳動系統(tǒng)一般采用蓄能器,氣壓傳動系統(tǒng)一般采用儲氣罐. 2.過濾器 主要分為粗過濾器,普通過濾器和精過濾器三種. 3.油箱,熱交換器,壓力表,油霧器和銷聲器. 六.液壓和氣壓傳動回路 1.方向控制回路 它主要分為一般方向控制回路和復(fù)雜方向控制回路. 一般方向控制回路:一個換向閥控制一個汽缸或油缸. 復(fù)雜方向控制回路:時間控制制動式和行程控制制動式兩種 2.壓力控制回路. 它主要分為調(diào)壓回路,減壓回路,增壓回路,保壓回路,卸荷回路,平衡回路 和釋壓回路等組成. 3.速度控制回路 它主要有節(jié)流式調(diào)速回路,調(diào)速閥式調(diào)速

10、回路,容積式調(diào)速回路,容積節(jié) 流式調(diào)速回路,快速回路和速度換接回路. 速度換接回路在后面的章節(jié)中介紹. 4.多缸運動控制回路 它主要包括順序運動回路,同步運動回路和運動互不干擾回路. 順序運動回路在后面的章節(jié)中介紹. 5.其他控制回路 主要有氣壓延時回路和氣壓往復(fù)運動回路. 氣壓延時回路是一個兩位三通氣控閥和一個單向節(jié)流閥組成. 氣壓往復(fù)運動回路在后面的章節(jié)中介紹. 七.典型的氣壓回路案例分 析 1.行程閥控制的單往復(fù)回 路 系統(tǒng)原理圖見右圖. 功能簡介: 按下手動換 向1的手柄，氣控?fù)Q向 閥3切換，氣缸右行， 當(dāng)撞塊碰下行程閥2， 氣控?fù)Q向閥3復(fù)位，氣 缸自動退回. 2.行程閥控制的連續(xù)往復(fù)

11、動作回路 系統(tǒng)原理圖見右圖 功能簡介:當(dāng)按下手動換向閥1的 手柄,氣控?fù)Q向閥4切換,氣缸右行, 此時由于二位二通機動換向閥3復(fù) 位而將控制氣路斷開, 氣控?fù)Q向閥 4不能復(fù)位.當(dāng)活塞繼續(xù)前行到終 點,撞塊碰下二位二通機動換向閥 2時,氣控?fù)Q向閥4中的空氣經(jīng)閥排 出, 氣控?fù)Q向閥4在彈簧的作用下 復(fù)位,氣缸自動返回.當(dāng)活塞返回到 終點時,壓下機動換向閥3, 氣控?fù)Q 向閥4再次切換,重復(fù)上述循環(huán)動 作,只有斷開手動換向閥1,方可使 連續(xù)往復(fù)動作的的活塞返回到原 位置時停止. 3.行程開關(guān)和電磁閥控制的順序運動回路 系統(tǒng)原理圖如上圖 功能簡介: 電磁換向閥7通電后,左氣缸按箭頭的方向右行,當(dāng)它右行到

12、預(yù)定的位置時,擋塊壓下行程開關(guān)2,發(fā)出信號使電磁閥8的電磁鐵通電,右 氣缸按箭頭的方向右行.當(dāng)它右行到預(yù)定的位置時,擋塊壓下行程開關(guān)4, 發(fā)出信號使電磁閥7的電磁鐵斷電,左氣缸按箭頭的方向左行,當(dāng)它左行 到原位時,擋塊壓下行程開關(guān)1,發(fā)出信號使電磁閥8的電磁鐵斷電,左氣缸 按箭頭的方向左行,當(dāng)它左行到原位時,擋塊壓下行程開關(guān)3,發(fā)出信號表 明整個工作循環(huán)結(jié)束. 包括引導(dǎo)和支承執(zhí)行部件的導(dǎo)軌、絲杠螺母副、齒輪齒條副、 蝸桿蝸輪副、鏈輪鏈條副、皮帶傳動副及其支承部件等。設(shè)計和選 用機械傳動結(jié)構(gòu)時，必須考慮以下問題： (1) 減少摩擦阻力 如采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、 滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和

13、塑料導(dǎo)軌。 (2) 提高傳動精度和剛度、消除傳動間隙 傳動精度和剛度主要 取決于絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副及其支承結(jié)構(gòu)的剛度。傳動間隙主 要來自傳動齒輪副、蝸桿副、絲杠螺母副等。 (3) 減小運動慣量 傳動元件的慣量對伺服機構(gòu)的啟動和制動特 性都有影響。在滿足部件強度和剛度的前提下，盡可能減小執(zhí)行部 件的慣量。 三、機械傳動方式簡介 傳動齒輪副 一、設(shè)計傳動齒輪副應(yīng)考慮的問題 進給系統(tǒng)采用齒輪傳動裝置，是為了使絲杠、工作臺的慣量在系統(tǒng) 中占有較小的比重；還可使高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服驅(qū)動裝置的輸出變?yōu)榈?轉(zhuǎn)速大扭矩，以適應(yīng)驅(qū)動執(zhí)行件的需要。 在設(shè)計齒輪傳動裝置時，應(yīng)考慮的問題： 1. 應(yīng)又足夠的強度和精

14、度； 2. 應(yīng)綜合考慮其速比分配及傳動級數(shù)對傳動件的轉(zhuǎn)動慣量和執(zhí)行件 的轉(zhuǎn)動的影響。增加傳動級數(shù)，可以減小轉(zhuǎn)動慣量。但級數(shù)增加，使傳 動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了傳動效率，增大了噪聲；同時也加大了傳動間 隙和摩擦損失，對伺服系統(tǒng)不利。 二、消除傳動齒輪間隙的措施 (一) 存在間隙的危害： 1. 在開環(huán)系統(tǒng)中會造成進給運動的位移值滯后于指令值；反向時，會出現(xiàn) 反向死區(qū)，影響加工精度。 2. 在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋作用，滯后量可得到補償，但反向時會使伺 服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。 (二) 調(diào)整方法 1. 剛性調(diào)整法 剛性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整法。因此，齒輪的周節(jié) 公差及齒厚要嚴(yán)格控制，

15、否則影響傳動的靈活性。這種調(diào)整方法結(jié)構(gòu)比較簡單 ，且有較好的傳動剛度。 (1) 偏心軸調(diào)整法 通過調(diào)整偏心套來改變 齒輪1和齒輪2之間的中心距 ，從而消除了齒側(cè)間隙。 偏心調(diào)整法的原理圖 齒輪1 齒輪2 偏心套 (2) 軸向墊片調(diào)整法 齒輪1 齒輪2 墊片 軸向墊片調(diào)整法的原理圖 要改變墊片的厚度 就能改變齒輪2和齒輪 1的軸向相對位置，從 而消除了齒側(cè)間隙。 2. 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法 (1)軸向壓簧調(diào)整法 用螺母來調(diào)節(jié)彈簧的軸向壓力，使齒輪1和 2的左、右齒面分別與寬斜齒輪齒槽的左右側(cè)面 貼緊。彈簧力需調(diào)整適當(dāng)，過松消除不了間隙， 過緊則齒輪磨損過快。 薄斜齒 輪1 薄斜齒 輪2 彈簧 鍵

16、 螺 母 軸 寬斜 齒輪 軸向壓簧調(diào)整法 該法是調(diào)整之后齒側(cè)間隙仍可自動補償?shù)?調(diào)整法。一般采用調(diào)整壓力彈簧的壓力來消除 齒側(cè)間隙，但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大、 傳動剛度低，傳動平穩(wěn)性也差。 (2)周向壓簧調(diào)整法 轉(zhuǎn)動螺母調(diào)整彈簧的拉 力可以使薄片齒輪錯位，即 兩片薄齒輪1、2的左、右齒 面分別與寬齒輪齒槽的右、 左貼緊，消除了齒側(cè)間隙。 凸耳 彈簧凸耳螺釘螺母 薄齒輪2 薄齒輪1 周向壓簧調(diào)整法 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置。 一、 工作原理與特點 絲杠 滾珠 螺母 滾珠 回路 滾珠絲杠工作原理圖 在絲杠和螺母上都有半圓弧形 的螺

17、旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時便 形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有 滾珠回路管道，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾 珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn) 動。 滾珠絲杠螺母副特點： 1. 摩擦小，效率高，發(fā)熱少； 2. 絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高了傳動剛度； 3. 運動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象； 4. 磨損小、壽命長、精度保持性好； 5. 不能自鎖，有可逆性，絲杠立式使用時，應(yīng)增加制動裝置。 二、滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為 外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。 1外循環(huán) 插管式回珠器 插管式回 珠器外循環(huán)方式 每一列鋼珠轉(zhuǎn)幾圈后經(jīng)插管回珠器返

18、回。插管式回珠器位于螺母之外，稱為 外循環(huán)。 外循環(huán)結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，其滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動的平穩(wěn) 性，甚至發(fā)生卡珠現(xiàn)象，噪聲也較大。 D C B A 反向回珠器 內(nèi)循環(huán)方式 D A C B 鋼珠從A點走向B點、C點、D點然后經(jīng)返向回珠器4從螺紋的頂上回到A點。螺 紋每一圈形成一個鋼珠的循環(huán)閉路。回珠器處于螺母之內(nèi)，稱為內(nèi)循環(huán)。 2. 內(nèi)循環(huán) 其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞；缺點是結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，制造較困難，不能用于多頭螺紋。 三、滾珠絲杠螺母副的選用 目前我國滾珠絲杠螺母副的精度標(biāo)準(zhǔn)為四級：普通級P、標(biāo)準(zhǔn)級B、精 密級J和超精密級C。普通數(shù)控機床可選用

19、標(biāo)準(zhǔn)級B，精密數(shù)控機床可選精密 級J或超精密級C。 在設(shè)計和選用滾珠絲杠螺母副時，首先要確定螺距t、名義直徑D0、滾珠 直徑d0等主要參數(shù)。 D0愈大，絲杠承載能力和剛度愈大。為了滿足傳動剛度和穩(wěn)定性的要求 ，通常D0應(yīng)大于絲杠長度的1/301/35，根據(jù)D0值選取盡量較大的螺距t。 滾珠直徑d0對承載能力有直接影響，應(yīng)盡可能取較大的數(shù)值。一般d0 0.6t，其最后尺寸按滾珠標(biāo)準(zhǔn)選用。 (三) 滾珠絲杠螺母副的支承形式和制動方式 1. 支承形式 (1) 一端裝止推軸承 一端裝止推軸承 這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機床的 調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。

20、( 2) 一端裝止推軸承，另一端裝向心球軸承 滾珠絲杠較長時，一端裝止推軸承固定，另一自由端裝向心球軸承。為了減少 絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠離熱源(如液壓馬達)及絲杠上的常用 段。 一端裝止推軸承，另一端裝向心球軸承 兩端裝止推軸承 (3) 兩端裝止推軸承 將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動剛 度。但這種安裝方式對熱伸長較為敏感。 (4) 兩端裝止推軸承及向心袖軸承 兩端裝止推軸承及向心袖軸承 為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和向心球軸承，并施加 預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計時 要注意提高止推軸承的

21、承載能力和支架剛度。 2. 制動方式 滾珠絲杠螺母副傳動效率很高，但不能自鎖，用在垂直 傳動或水平放置的高速大慣量傳動中，必須裝有制動裝置。 常用的制動方法有超越離合器、電磁摩擦離合器或者使用具 有制動裝置的伺服驅(qū)動電機。 滾珠絲杠必須采用潤滑油或鋰基油脂進行潤滑，同時要 采用防塵密封裝置。如用接觸式或非接觸密封圈，螺旋式彈 簧鋼帶，或折疊式塑性人造革防護罩，以防塵土及硬性雜質(zhì) 進入絲杠。 導(dǎo)軌 一、對導(dǎo)軌的基本要求 導(dǎo)軌的功用概括為起導(dǎo)向和支承作用，在設(shè)計導(dǎo)軌時應(yīng)考慮以下問題： 1. 有一定的導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是指機床的運動部件沿導(dǎo)軌移動時的直線 性(對直線運動導(dǎo)軌)或真圓性(對圓運動導(dǎo)軌)

22、及它與有關(guān)基面之間的相互位置 的準(zhǔn)確性。 2. 有良好的精度保持性 精度保持性是指導(dǎo)軌能否長期保持原始精度，喪 失精度保持性的主要因素是由于導(dǎo)軌的磨損、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式及支承件材料的 穩(wěn)定性有關(guān)。數(shù)控機床常采用滾動導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌。 3. 有足夠的剛度 導(dǎo)軌的剛度主要決定于其類型、結(jié)構(gòu) 形式和尺寸大小點軌與床身的聯(lián)接方式，導(dǎo)軌材料和表面加 工質(zhì)量等。數(shù)控機床常采用加大導(dǎo)軌截面積的尺寸，或在主 導(dǎo)軌外添加輔助導(dǎo)軌來提高剛度。 4. 有良好的摩擦特性 導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要小，而且動、 靜摩擦系數(shù)應(yīng)盡量接近，以減小摩擦阻力和導(dǎo)軌熱變形，使 運動輕便平穩(wěn)，低速無爬行，這對數(shù)控機床特別重要。 5. 導(dǎo)

23、軌結(jié)構(gòu)工藝性要好，便于制造和裝配，便于檢驗、 調(diào)整和維修，有合理的導(dǎo)軌防護和潤滑措施等。 二、滾動導(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌工作面間安裝滾動件，變滑動摩擦為滾動摩擦。 其優(yōu)點是摩擦系數(shù)小、摩擦發(fā)熱小、運動靈活、精度保持性好、低速運動平 穩(wěn)。缺點是滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，抗震性差。 滾動導(dǎo)軌常用的滾動體有滾珠、滾柱、滾針，特點是： 滾珠導(dǎo)軌的承載能力小，剛度低，適用于運動部件重量不大，顛覆力矩 較小的設(shè)備。 滾柱導(dǎo)軌的承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，適用于載荷較大的設(shè)備。 滾針導(dǎo)軌的特點是滾針尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于導(dǎo)軌尺寸受到限制的 設(shè)備。 1. 滾動導(dǎo)軌塊 (一) 工作原理 支承導(dǎo)軌 支

24、承 導(dǎo) 軌 擋板 擋板 滾子 移動件 移動件 螺釘 支承塊 滾子 滾動導(dǎo)軌塊 滾動導(dǎo)軌塊的特點是剛度高、承載能力大、便于裝拆。 2. 直線滾動導(dǎo)軌 導(dǎo)軌條安裝在床身上，滑塊連同工作臺沿導(dǎo)軌條作直線運動；滑塊中有四組滾 珠，在導(dǎo)軌條和滑塊的直線滾道內(nèi)滾動。當(dāng)滾珠滾到滑塊的端點(圖b為左端)，就經(jīng) 端面擋板和滑塊中的回珠孔回到另一端，經(jīng)另一端面擋塊再進入循環(huán)。四組滾珠各 有自己的回珠孔；分別處于滑塊的四角。 導(dǎo)軌條 密封墊 密封墊 擋板滑塊 回珠孔 回珠孔 滾珠 導(dǎo)軌條 滑塊 直線導(dǎo)軌副 (a) (b) (二) 配置與固定 直線滾動導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分。導(dǎo)軌條通常為兩根，裝在支承件上， 見

25、圖下圖。每根導(dǎo)軌條上有兩個滑塊，固定在移動件上。如移動件較長，也可在一根 導(dǎo)軌條上裝3個或3個以上的滑塊。如移動件較寬，也可用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。 直線導(dǎo)軌副的配置 支承件 基準(zhǔn)面A 螺釘1 基準(zhǔn)面B螺釘2 防塵蓋 移動件 直線導(dǎo)軌副的配置與固定 上圖兩條導(dǎo)軌條中，一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌(右導(dǎo)軌)，上有基準(zhǔn)面A。它的滑塊上有基 準(zhǔn)面B。另一條為從動導(dǎo)軌(左導(dǎo)軌)。裝配時，將基準(zhǔn)導(dǎo)軌的基準(zhǔn)面A靠在支承件的定 位面上，用螺釘1頂靠后固定?；瑝K則頂靠在移動件的定位面上。 (三) 精度和預(yù)緊 直線運動滾動支承的精度分為1、2、3、4、5、6級。數(shù)控機床應(yīng)采用1或2級。 不同精度和規(guī)格的導(dǎo)軌支承，對安裝基面

26、均有相應(yīng)的形位公差要求。設(shè)計時應(yīng)注意 查樣本手冊。 1. 精度 2. 預(yù)緊 導(dǎo)軌支承的工作間隙，直接影響它的運動精度、承載能力和剛度。間隙分為普 通間隙和負(fù)間隙(過盈，即預(yù)緊)兩類，在負(fù)間隙中又有輕預(yù)緊和中預(yù)緊兩種情況。 (1) 普通間隙通常用于對精度無要求和要求盡量減小滑塊移動阻力的場合，如輔 助導(dǎo)軌，機械手等； (2) 輕預(yù)緊用于精度要求較高但載荷較輕的場合，例如磨床的進給導(dǎo)軌和工業(yè)機 器人等； (3) 中預(yù)緊用于對精度和剛度均要求較高具有沖擊、振動和進行重切削的場合， 例如加工中心、數(shù)控機床、磨床的砂輪架導(dǎo)軌等。 導(dǎo)軌副的預(yù)緊方式 (a) (b) (c) 調(diào)整螺釘 調(diào)整墊塊調(diào)整偏心銷 導(dǎo)

27、軌副的預(yù)緊方式 (d) (e) 調(diào)整螺釘楔鐵 潤滑油入孔 滾子 調(diào)整螺釘和楔鐵預(yù)緊 圖d中按規(guī)定要求用力矩扳手扭緊，中間螺釘按要求施力，兩端的略輕些為中間 施力的90效果較好。 四、導(dǎo)軌的潤滑與防護 （一）導(dǎo)軌的潤滑 1. 潤滑的目的、要求與方式 潤滑的目的是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫度和防止生銹。 潤滑要求供給導(dǎo)軌清潔的潤滑油。油量可以調(diào)節(jié)。盡量采取自動和 強制潤滑。潤滑元件要可靠。要有安全裝置。例如靜壓導(dǎo)軌在未形成油膜 之前不能開車和潤滑不正常有報警信號等。 導(dǎo)軌的潤滑方式有：人工定期向?qū)к壝鏉灿?、在運動部件上裝油杯使 油沿油孔流或滴向?qū)к壝?、在運動部件上裝潤滑電磁泵等。 2潤滑油的

28、選擇 導(dǎo)軌常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂，滑動導(dǎo)軌用潤滑油。 滾動導(dǎo)軌支承多用潤滑脂潤滑。它的優(yōu)點是不會泄漏，不需經(jīng)常加油；缺點 是塵屑進入后易磨損導(dǎo)軌，因此對防護要求較高。易被污染又難以防護的地方，可 用潤滑油潤滑。 (二) 導(dǎo)軌的防護 防止或減少導(dǎo)軌副磨損的重要方法之一，就是對導(dǎo)軌進行防護。據(jù)統(tǒng)計，有可 靠防護裝置的導(dǎo)軌，比外露導(dǎo)軌的磨損量可減少60左右。常用的防護方式有以下 幾種： 1刮板式 金屬刮板 毛氈刮板 金屬刮板 毛氈刮板 (a) (b)(c) 刮板式防護裝置 圖a的耐熱能力好，但只能排除較大的硬粒。 圖b除可去除細小的塵屑之外，還具有良好的吸油能力。 圖c是的耐熱能力好、防護能力

29、強并有良好的潤滑性。雖結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，應(yīng)用仍 很多。 (a) (b) 伸縮式導(dǎo)軌保護裝置 2伸縮式 圖a軟式皮腔式防護裝置，一般用皮革、帆布或人造革制成，結(jié)構(gòu)簡單，可用 于高速導(dǎo)軌。缺點是不耐熱。這種防護裝置多用于磨床和精密機床，如導(dǎo)軌磨床等。 但不能用于車床銑床等有紅熱切屑的機床。 圖b層式的各層蓋板均由鋼板制成，耐熱性好，強度高、剛性好，使用壽命長 。該防護裝置多用于大型和精密機床，如龍門式機床、數(shù)控機床和坐標(biāo)鏜床等。 五、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施 從設(shè)計角度提高耐磨性的基本思路是：盡量爭取無磨損；在無法避免磨損時盡 量爭取少磨損、均勻磨損以及磨損后能夠補償，以便提高使用期限。 (一) 爭取無磨損

30、 磨損的原因是配合面在一定的壓強作用下直接接觸并作相對運動。因此不磨損 的條件是配合面在作相對運動時不直接接觸，接觸時則無相對運動。其辦法之一是 使?jié)櫥瑒┌涯Σ撩嫱耆指糸_。如靜壓導(dǎo)軌、靜壓軸承或其它的靜壓副。 (二) 爭取少磨損 爭取無磨損只能在少數(shù)和特殊情況下才能做到。多數(shù)情況只能爭取少磨損以 延長工作期限。 1降低壓強 采用加大導(dǎo)軌的接觸面和減輕負(fù)荷的辦法來降低壓強。提高導(dǎo)軌面的直線度 和細化表面粗糙度，均可增加實際接觸面積。采用卸荷導(dǎo)軌是減輕導(dǎo)軌負(fù)荷，降 低壓強的好辦法。 2改變摩擦性質(zhì) 用滾動副代替滑動副，可以減少磨損。在滑動摩擦副中保證充分潤滑避免出 現(xiàn)干摩擦或半干摩擦，也可降低磨

31、損。 3正確選擇摩擦副的材料和熱處理 適當(dāng)選擇摩擦副的材料和熱處理可提高抗磨損的能力。例如，支承導(dǎo)軌淬硬 ，動導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶。 4加強防護 加強防護，可避免灰塵、切屑、砂輪屑等進入摩擦副，是提高導(dǎo)軌耐磨性的 有效措施。 (三) 爭取均勻磨損 磨損是否均勻?qū)α悴考墓ぷ髌谙抻绊懞艽蟆＠绱采韺?dǎo)軌，如果磨損是均 勻的，對機床加工精度一般影響不大，而且可以補償。磨損不均勻的原因主要有 兩個：在摩擦面上壓強分布不均；各個部分的使用機會不同。爭取均勻磨損有如 下措施： 1. 力求使摩擦面上壓強均勻分布，例如導(dǎo)軌的形狀和尺寸要盡可能對集中載荷 對稱； 2. 盡量減小扭轉(zhuǎn)力矩和傾覆力矩；保證工作臺、溜板

32、等支承件有足夠的剛度； 3. 摩擦副中全長上使用機會不均的那一件硬度應(yīng)高些，例如車床床身導(dǎo)軌的硬 度應(yīng)比床鞍導(dǎo)軌硬度高。 (四) 磨損后應(yīng)能補償磨損量 磨損后間隙變大了，設(shè)計時應(yīng)考慮在構(gòu)造上能補償這個間隙。補償方法可以是自 動的連續(xù)補償，也可以是定期的人工補償。自動連續(xù)補償可以靠自重，例如三角形導(dǎo) 軌。定期的人工補償，如矩形和燕尾形導(dǎo)軌靠調(diào)整鑲條，閉式導(dǎo)軌還要調(diào)整壓板等。 伺服電機選型原則 連續(xù)工作扭矩 伺服電機額定扭矩 瞬時最大扭矩 伺服電機最大扭矩 (加速時) 負(fù)載慣量 3倍電機轉(zhuǎn)子慣量 連續(xù)工作速度 電機額定轉(zhuǎn)速 F= 扭矩計算 1/R T T 電機轉(zhuǎn)矩T （N.m） 滑輪半徑r （m）

33、 提升力F （N） T 經(jīng)過減速機后的提升力F= R r F F r r r T 扭矩計算 F 1/R PB F PB T T 電機轉(zhuǎn)矩T （N.m） 螺桿導(dǎo)程PB （m） 推力F （N） PB 2 F=T 經(jīng)過減速機后的推力F=T R 2 PB 慣量計算 一、負(fù)載旋轉(zhuǎn)時慣量計算 JL（ ） （以電機軸心為基準(zhǔn)計算轉(zhuǎn)動慣量） 實心圓柱 空心圓柱 L（m） D（m） L（m） D1 （m） JK MK （D02 D12） 8 1 經(jīng)過減速機之后的轉(zhuǎn)動慣量 JL R JK JK MK D 8 1 1/R D0 （m） 慣量計算 M 1/R PB 直線運動部分 JKM （ ） 2 PB 經(jīng)過減速機之

34、后的轉(zhuǎn)動慣量 JL R JK 二、負(fù)載直線運動時慣量計算 JL（ ） （以電機軸心為基準(zhǔn)計算轉(zhuǎn)動慣量） 慣量計算 三、皮帶類傳動時慣量計算 JL（ ） （以電機軸心為基準(zhǔn)計算轉(zhuǎn)動慣量） M3 M2M1r1 r2 電機轉(zhuǎn)矩T （N.m） 小輪1質(zhì)量M1(kg) 小輪1半徑r1(m) 小輪2質(zhì)量M2(kg) 小輪2半徑r2(m) 重物質(zhì)量M3(kg) 減速比r1/r2=1/R JL=1/2*M1*r12 + (1/2*M2*r22)/R2 + M3*r12 JL=1/2*M1*r12 + 1/2*M2*r12 + M3*r12 舉例計算1 已知：圓盤質(zhì)量M=50kg，圓盤直徑 D=500mm，圓盤

35、最高轉(zhuǎn)速60rpm， 請選擇伺服電機及減速機。 舉例計算1 計算圓盤轉(zhuǎn)動慣量 JL = MD2/ 8 = 50 * 2500 / 8 = 15625 kg.cm2 假設(shè)減速機減速比1：R，則折算到伺服電機軸上 負(fù)載慣量為15625 / R2。 按照負(fù)載慣量 3倍電機轉(zhuǎn)子慣量JM的原則 如果選擇400W電機，JM = 0.277kg.cm2，則 15625 / R2 18803，R 137 輸出轉(zhuǎn)速=3000/137=22 rpm，不能滿足要求。 如果選擇500W電機，JM = 8.17kg.cm2，則 15625 / R2 637，R 25 輸出轉(zhuǎn)速=2000/25=80 rpm，滿足要求。

36、這種傳動方式阻力很小，忽略扭矩計算。 舉例計算1 這種傳動方式與前一種傳動方式相 同，選型時主要考慮負(fù)載慣量的計 算，計算公式也與前面相同。 總結(jié)：轉(zhuǎn)動型負(fù)載主要考慮慣量計 算。 舉例計算2 M 1:R1 已知：負(fù)載重量M=50kg，同步帶輪直 徑D=120mm，減速比R1=10，R2=2， 負(fù)載與機臺摩擦系數(shù)=0.6，負(fù)載最高 運動速度30m/min，負(fù)載從靜止加速到 最高速度時間200ms，忽略各傳送帶輪 重量，驅(qū)動這樣的負(fù)載最少需要多大功 率電機？ D 1:R2 舉例計算2 1. 計算折算到電機軸上的負(fù)載慣量 JL = M * D2 / 4 / R12 = 50 * 144 / 4 /

37、100 = 18 kg.cm2 按照負(fù)載慣量 6 kg.cm2 2. 計算電機驅(qū)動負(fù)載所需要的扭矩 克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩Tf = M * g * * (D / 2) / R2 / R1 = 50 * 9.8 * 0.6 * 0.06 / 2 / 10 = 0.882 N.m 加速時所需轉(zhuǎn)矩Ta = M * a * (D / 2) / R2 / R1 = 50 * (30 / 60 / 0.2) * 0.06 / 2 / 10 = 0.375 N.m 伺服電機額定轉(zhuǎn)矩 Tf ，最大扭矩 Tf + Ta 舉例計算2 3. 計算電機所需要轉(zhuǎn)速 N = v / (D) * R1 = 30 / (3.14 * 0.12) * 10 = 796 rpm 根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，最小可以選擇ECMA-G31306ES電機。 舉例計算3 已知：負(fù)載重量