二維精密工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1、河南理工大學(xué)精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)二維數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)精密機(jī)械與儀器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說明書二維數(shù)控精密工作臺(tái)設(shè)計(jì)題目：二維數(shù)控工作臺(tái)精密工作臺(tái)班級(jí)：測(cè)控08-3班姓名： 徐斌指導(dǎo)教師：閆勇剛數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的機(jī)床， 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅 速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，改型頻繁。機(jī)械加工中，多 品種、小批量加工約占80%這樣，對(duì)機(jī)床不僅要求具有高的精度和生 產(chǎn)效率，而且還要具備“柔性”，即靈活通用，能迅速適應(yīng)加工零件的 變更。數(shù)控機(jī)床較好地解決了形狀復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工 問題，具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)， 是一種靈活而高效的自動(dòng)化機(jī)床

2、。二維數(shù)控精密工作臺(tái)采用滾珠絲杠和 直線導(dǎo)軌副傳動(dòng)，具有 精度高，效率高，壽命長(zhǎng)，磨損小，節(jié)能降耗，結(jié)構(gòu) 緊湊，通用性較強(qiáng).工作臺(tái)材料一般為HT400，也可以根據(jù)用戶要求，設(shè)計(jì) 加工，鋁合金，鋼板，大理石均可以加工；數(shù)控工作臺(tái)系列產(chǎn)品可以配置 步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī).數(shù)控精密工作臺(tái)可廣泛應(yīng)用于激光焊接機(jī)，激光 切割機(jī)，插線機(jī)，打孔機(jī)，涂膠機(jī)，機(jī)械手，搬運(yùn)或運(yùn)輸生產(chǎn)線上，檢測(cè)裝 置,射線探傷分析，應(yīng)力分析等數(shù)控機(jī)床和實(shí)驗(yàn)設(shè)備上。 隨著電子、自動(dòng) 化、計(jì)算機(jī)和精密測(cè)試等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位將更加重要，二維數(shù)控工作臺(tái)是設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精密加工的核心部件，對(duì)于提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量起著尤為重要作

3、用。關(guān)鍵字：數(shù)控工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī) 控制滾珠導(dǎo)軌絲杠徐斌Page 95/19/2019目錄緒論4.課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求 4.本課題設(shè)計(jì)的背景5.本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容5.1.1. 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 51.2. 總體方案6.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.2.1 工作臺(tái)外形尺寸及重量估算 8滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定 9.滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 .12步進(jìn)電機(jī)的選用1.7聯(lián)軸器的選用 21步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 22二維數(shù)控精密工作臺(tái)的誤差來源與分析 26絲杠誤差分析與補(bǔ)償：26結(jié)論27致謝29參考文獻(xiàn):30緒論引言現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透， 導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。 在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微

4、電子技術(shù) 和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化， 使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、 功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系 發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由 機(jī)械電氣化”邁入了機(jī)電一體化”為特 征的發(fā)展階段。X-Y數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床 的縱一橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銃床和數(shù)控鉆床的 X-Y工作臺(tái)、激光加工 設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲 杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用 來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置成工作臺(tái)在X

5、、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電 動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即 可。下圖為數(shù)控設(shè)備的基本框圖輸 入 輸 出 設(shè) 備圖1數(shù)控設(shè)備的基本框圖本文通過步進(jìn)電機(jī)和滾珠杠帶動(dòng)工作臺(tái)，組成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 二維平臺(tái)的精密定位控制。課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求精密機(jī)械課程設(shè)計(jì)是一次比較完整的精密機(jī)械設(shè)計(jì)，它是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)初步設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，因此在設(shè)計(jì)過程中必須做到:（一）綜合地考慮使用、經(jīng)濟(jì)、工藝、安全性等方面的設(shè)計(jì)要求，確定合 理的設(shè)計(jì)方案。（二）仔細(xì)閱讀本課程指導(dǎo)書和隨時(shí)查閱有關(guān)教材，在認(rèn)真思考的基礎(chǔ)上 提出自己的見解與指導(dǎo)教師討論，避免單純地向

6、指導(dǎo)老師索取答 案；（三）通過分析比較吸取現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)揮自己的創(chuàng) 造性，而不是簡(jiǎn)單抄襲或沒有根據(jù)在臆造；（四）認(rèn)真計(jì)算和制圖，有錯(cuò)誤要認(rèn)真修改，力求設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算說明書 的質(zhì)量達(dá)到或接近實(shí)際生產(chǎn)水平。本課題設(shè)計(jì)的背景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會(huì)生存的不斷發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械產(chǎn) 品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求， 而機(jī)械加工過程的自動(dòng)化是 實(shí)現(xiàn)上述要求的有效途徑。從工業(yè)化革命以來，人們實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工自動(dòng) 化的主要手段有自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、專用自動(dòng)生產(chǎn)線。這些設(shè)備的使用大大提高了機(jī)械加工自動(dòng)化的程度，提高了勞 動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)了制造業(yè)的發(fā)展。但他也存在固有的缺點(diǎn)，如才初始投 資大、

7、準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、柔性差。因此，上述方法僅適用于批量的零件生產(chǎn)。然而， 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 的日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短，小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)所占的比重越 來越大，越占總加工量的 80%以上。在航空、航天、重型機(jī)床以及國(guó) 防工業(yè)部門尤為突出。因此，迫切需要一種精度高，柔性好的加工設(shè)備 來滿足上述要求，這是機(jī)床數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。另一方面, 電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速反戰(zhàn)則為 NC機(jī)床的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技 術(shù)基礎(chǔ)。NC技術(shù)正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的，它極其有效地 滿足了上述要求，為小批量、京都復(fù)雜的零件生產(chǎn)提供了自動(dòng)化加工手 段。本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)獎(jiǎng)在以下幾個(gè)方面對(duì)數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行研究和論證

8、（一）數(shù)控工作臺(tái)的選擇。綜合數(shù)控工作臺(tái)的類別和各類的特點(diǎn)和要 求，在本課題中主要研究?jī)奢S數(shù)控工作臺(tái)的控制。（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的數(shù)控工作臺(tái)要求運(yùn)行迅速準(zhǔn)確度 高，主要有步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌、底座、工作臺(tái)等。1.1. 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的機(jī)床。隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā) 展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的不斷提高，改型頻繁。機(jī)械加工中，多品 種、小批量加工約占80%.這樣，對(duì)機(jī)床不僅要求具有高的精度和生產(chǎn) 效率，而且還要具備“柔性”，即靈活通用，能迅速適應(yīng)加工零件的變 更。數(shù)控機(jī)床較好地解決了形狀復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問 題，具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工

9、精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)， 是一種靈活而高效的自動(dòng)化機(jī)床。精密數(shù)控工作臺(tái)可廣泛應(yīng)用與激光焊 接、斷層射線掃描、機(jī)械手、檢測(cè)裝置及使用教學(xué)領(lǐng)域。隨著電子、自 動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和精密測(cè)試等技術(shù)發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位 將更加重要。本課題的基本要求是在了解運(yùn)動(dòng)控制卡的基礎(chǔ)上，掌握利用VB軟件 編寫程序，能夠進(jìn)行直線或圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)所設(shè)計(jì)的一臺(tái)兩軸的數(shù)控工作臺(tái)，并真正掌握此項(xiàng)技術(shù)。由于兩軸數(shù)控工作臺(tái)的復(fù)雜性和廣泛的應(yīng)用 性，它能滿足各行各業(yè)不同場(chǎng)合的要求，如應(yīng)用高校研究，機(jī)密機(jī)械， 智能機(jī)械，數(shù)控設(shè)備等等，具有良好的適用性特點(diǎn)。1.2. 總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控X-Y工作臺(tái)。

10、該工作臺(tái)可用于銃床上坐標(biāo)孔的加工和 塑料、鋁合金零件的二維曲線加工，重復(fù)定位精度為i0.01mm,定位精度為0.025mm。數(shù)控精密工作臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本次課程設(shè)計(jì)精密工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖2圖2表1設(shè)計(jì)主要參數(shù)負(fù)載 重量G最大快 移速度重復(fù)定位 精度定位精 度調(diào)節(jié) 范圍（X軸）調(diào)節(jié) 范圍（丫軸）臺(tái)面尺寸CBH150N1m/miniO.Dlmm0.025mm50mm50mm145mm160mm12 mm總體方案確定（1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)由于工件在移動(dòng)的過程中沒有進(jìn)行切削，故應(yīng)用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。定 位方式采用增量坐標(biāo)控制。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開 環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)X-Y工作臺(tái)。X

11、-Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠 螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙 V形滾珠導(dǎo) 軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差， 從而 提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)。電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，系統(tǒng)總體框圖圖3圖3由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙 V形滾珠導(dǎo)軌。 采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 工作臺(tái)外形尺寸及重量估算工作臺(tái)外形如圖4X向拖板（上拖板）尺寸:長(zhǎng)父寬父高145

12、X 160X 12=104400重量：按重量二體積X材料比重估算145 160 50 10, 7.8 10/ ： 90 NY向拖板(下拖板)尺寸：145x160x12重量：約90N。上導(dǎo)軌座(連電機(jī))重量：(220 140 38 2 155 二 82) 7.8 102 10，1.1 10 ： 107 (N)夾具及工件重量：約 150N 。X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約 287N。滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定圖5導(dǎo)軌導(dǎo)軌精度及影響導(dǎo)軌精度的因素導(dǎo)軌的的導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌導(dǎo)軌副的重要指標(biāo)。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件 按給定的方向做直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，它取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及 導(dǎo)軌配合間隙。運(yùn)動(dòng)件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給

13、定方向之間的偏差越小，則導(dǎo)向精度越高。其中導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的類型；導(dǎo)軌面問的間隙；導(dǎo)軌的幾何精度、幾何參數(shù)和接觸度；導(dǎo)軌和機(jī)座的剛度； 導(dǎo)軌油膜的厚度和剛度；導(dǎo)軌的耐磨性；導(dǎo)軌和機(jī)座的熱變形等。導(dǎo)軌的幾何精度可用線值或角值表示。1. 導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和接觸精度2. 導(dǎo)軌在垂直平面和水平平面內(nèi)的直線度。3. 導(dǎo)軌間的平行度。河南理工大學(xué)精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)二維數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)4. 導(dǎo)軌間的垂直度。5. 接觸精度。（二）影響導(dǎo)軌精度的因素1 .導(dǎo)軌的幾何參數(shù)。2 .導(dǎo)軌和機(jī)座的剛度。3 .耐磨性。4 .運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。5 .溫度變化的影響。（三）導(dǎo)軌間隙的調(diào)整為了保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌

14、的滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。 間隙過小會(huì)增大摩擦力，間隙過小會(huì)降低導(dǎo)向精度。（四）驅(qū)動(dòng)力方向和作用點(diǎn)對(duì)導(dǎo)軌工作的影響設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，必須合理地確定驅(qū)動(dòng)力的方向和作用點(diǎn)，使導(dǎo)軌的傾 覆力矩盡可能的小。否則，將使導(dǎo)軌中的摩擦力增大，磨損加劇，從而 將降低運(yùn)動(dòng)的靈活性和導(dǎo)向精度，嚴(yán)重時(shí)甚至使導(dǎo)軌卡住而不能正常工 作。因此確定導(dǎo)軌不被卡住的條件，必須對(duì)運(yùn)動(dòng)件進(jìn)行受力分析。滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)：摩擦因數(shù)小，并且靜、動(dòng)摩擦因數(shù)之差很小，故 運(yùn)動(dòng)靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度高，一般滾動(dòng)導(dǎo)軌的重復(fù)定位 誤差約為0.10.2um,而滑動(dòng)導(dǎo)軌是其的100倍左右；磨損較小，壽 命長(zhǎng)，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困

15、難，成本較高；對(duì)贓物及 導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。導(dǎo)軌形式的選擇，如表2表2各種導(dǎo)軌的對(duì)比特性稱/導(dǎo) 向精 度運(yùn)動(dòng)平 穩(wěn)性載 力承能磨耐性使用 環(huán)境成本滑動(dòng)導(dǎo)軌較 高較好大差要求 不圖低滾動(dòng)導(dǎo)軌高較好較低較好要求 較局較局液體靜壓導(dǎo) 軌高好較大好要求 高高空氣靜壓導(dǎo) 軌高好較低好要求 高高隨著工業(yè)產(chǎn)品規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，目前世界上很多公司都生產(chǎn) 標(biāo)準(zhǔn)化的各種用途的導(dǎo)軌，并使之規(guī)模化成本降低。在設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用 標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)軌來滿足設(shè)計(jì)的需求，使儀器產(chǎn)品的成本降低并使儀器的生產(chǎn) 周期縮短，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。、導(dǎo)軌型式：圓形截面滾珠導(dǎo)軌如圖 2-1所示徐斌5/19/2019Page 27、導(dǎo)軌長(zhǎng)度上導(dǎo)軌（

16、X向）取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度動(dòng)導(dǎo)軌行程支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度下導(dǎo)軌（Y向）l =82.5選擇導(dǎo)軌白型號(hào)：GTA16、直線滾動(dòng)軸承的選型上導(dǎo)軌：1b =100l =82.5L = 1+1b=182.5 式 2-2-11b -100 L-182.5GX = 240(N)下導(dǎo)軌:Gy = 287(N)由于本系統(tǒng)負(fù)載相對(duì)較小，查表后得出 LM10UUO型直線滾動(dòng)軸承 的額定動(dòng)載荷為370N,大于實(shí)際動(dòng)負(fù)載；但考慮到經(jīng)濟(jì)性等因素最后 選才? LM16UUOP直線滾動(dòng)軸承。并采用雙排兩列 4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來 實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。(4)滾動(dòng)體的大小和數(shù)量滾動(dòng)體的大小和數(shù)量應(yīng)根據(jù)單位接觸面積上容許壓力計(jì)算確定。在 結(jié)構(gòu)允許的條件

17、下應(yīng)優(yōu)先選用直徑較大的滾動(dòng)體。 這是因?yàn)椋涸龃鬂L動(dòng) 體直徑可以提高導(dǎo)軌的承載能力。對(duì)于滾珠導(dǎo)軌，其承載能力與數(shù)目Z及滾珠的直徑d的平方成正比；增大滾動(dòng)體直徑，有利于提高導(dǎo)軌的接 觸剛度；增大滾動(dòng)體的直徑，可以減小導(dǎo)軌的摩擦阻力。(5)、滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法使?jié)L動(dòng)體與軌道表面產(chǎn)生初始接觸彈性變形的方法稱為預(yù)緊。預(yù)緊 導(dǎo)軌的剛度比無預(yù)緊導(dǎo)軌的剛度大， 在合理的預(yù)緊條件下，導(dǎo)軌磨損較 小，但導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在 兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾 動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置I時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作臺(tái)保持水 平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置II

18、或加時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致， 使工作臺(tái)傾斜a角，由此造成誤差。止匕外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作 臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹(有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形)，影響導(dǎo)軌的精度。零件圖如圖7圖7滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算圖8絲桿為保證工作臺(tái)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行和要求的精度，絲杠應(yīng)滿足以下條件1 .具有足夠的剛度，力變形要小。儀器和工件的重量及支撐的自重會(huì)引 起力的變形，被測(cè)件的質(zhì)量的改變會(huì)引起載荷力的變形。2 .穩(wěn)定性好，內(nèi)應(yīng)力變形小。由于材料的內(nèi)應(yīng)力會(huì)造成絲杠的緩慢的變 形。選擇材料時(shí)一定要進(jìn)行時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力，減小力變形， 提高精度。3 .熱變形要小，對(duì)于尺寸較大，精

19、度要求較高的儀器，熱變形是造成誤 差的一個(gè)重要因素。如對(duì)于較長(zhǎng)的絲杠來說，溫度變形會(huì)引起凸凹 的變形。4 .有良好的抗震性。在精密和超緊密的測(cè)量中，震動(dòng)的測(cè)量不可忽略的， 它不僅造成整機(jī)的晃動(dòng)還可能造成零件與部件之間相互位置變動(dòng)或 者產(chǎn)生彎曲與扭曲，從而對(duì)儀器精度產(chǎn)生影響。在滿足感性的要求 情況下，盡量減輕重量，提高固有頻率，防止共振；合理的進(jìn)行結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，如合理的選擇截面形狀和尺寸，提高固有頻率，避免產(chǎn)生 共振；采用減震或隔振設(shè)計(jì)，如彈簧隔振、橡膠隔振、氣墊隔振等。滾珠絲杠的負(fù)荷包括銃削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銃削時(shí)的情況計(jì)算。最大動(dòng)負(fù)載Q的計(jì)算Q =3Lf，hP2-3-1查

20、表得系數(shù)%=1 , fH =1 ,壽命值60nTL =61062-3-2查表得使用壽命時(shí)間T=15000h,初選絲杠螺距t=4mm得絲杠轉(zhuǎn)速n.Vmax1000 1=250(r/min)42-3-3所以2-3-4X向絲杠牽引力P =1.414 f 當(dāng)Gx 2-3-560 250 15000106二225（%當(dāng)量摩擦系數(shù)）= 1.414 0.01 240 = 3.39( N)Y向絲杠牽引力P =1.414f 當(dāng) Gy =1.414 0.01 287=4.06(N)2-3-6Qx =3/225 W 3.39 = 20.6(N)1Qy -3 225 1 1 4.06 = 24.7(N)所以最大動(dòng)負(fù)荷

21、X向2-3-7Y向查表，取滾珠絲杠公稱直徑d0=10mm,選用滾珠絲杠螺母副 的型號(hào)為SFK1004,其額定動(dòng)載荷為390N,足夠用。、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算，如表 3表3滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)名 稱符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果螺紋 滾道公稱直徑d010螺距t4接觸角P45鋼球直徑dq2螺紋滾道法面 半徑RR = 0.52dq =1.04 q偏心距ee = (R-dq/2)sinP =0.03螺紋開角a = arctg= 7.26,nd。螺桿螺桿外徑dd =d0 -(0.20.25)dq =9.5螺桿內(nèi)徑didl =d0 +2e-2R = 7.98螺桿接觸 直徑dzdz = d0 -da cos

22、P =8.59 zuq螺母螺紋 外徑DD =d0 -2e + 2R = 12.02螺母內(nèi)徑（外 循環(huán)）DiDi =d0 +(0.2 0.255 )dq =10.5、傳動(dòng)效率計(jì)算式 2-3-8tgtg7.26_ 09730 o 0.973tg( )tg(7.26， 0.2)式中： 摩擦角；絲杠螺紋開角、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程L0的變化量PL0EFY向所受牽引力大，故應(yīng)用 Y向參數(shù)計(jì)算P =24.7( N)L0 =0.4(cm)E =20.6M106(N/cm2)(材料為鋼)r2=34 吁2=0.5 cm22式 2-3-9所以LLi24.7 0.520.6 1 06 0.5=：1.

23、2 10 上(cm)絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量L2很小，可以忽略所以導(dǎo)程總誤差= 1.2 10 上1000.4二3m/m2-3-10查表知E級(jí)精度的絲杠允許誤差15Nm,故剛度足夠、穩(wěn)定性驗(yàn)算由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算零件圖如圖9步進(jìn)電機(jī)的選用圖10步進(jìn)電機(jī)的選擇它用電脈沖控制，每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)就移進(jìn)一步，可以改變脈 沖頻率在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以點(diǎn)動(dòng)，也可以連續(xù)動(dòng)，可正轉(zhuǎn)也可 反轉(zhuǎn)，停機(jī)時(shí)有自鎖能力，它的步距角和轉(zhuǎn)速不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化 的影響，也不受環(huán)境影響，僅與脈沖頻率有關(guān)。步距誤差不累積，一般在15以內(nèi)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)超調(diào) 或振蕩，要注意低頻時(shí)振動(dòng)對(duì)

24、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響，突然起動(dòng)時(shí)有滯后。傳動(dòng)裝置的作用是傳遞轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，要求能使工作臺(tái)靈敏、準(zhǔn)確、 穩(wěn)定地跟蹤指令，實(shí)現(xiàn)精確移動(dòng)圖11步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)框圖、步進(jìn)電機(jī)的步距角 入取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量6P = 0.01mm/step,初選步進(jìn)電機(jī)步距角 瓦=1.5、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)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)載力做功有如下關(guān)系T = Ps式中：電機(jī)轉(zhuǎn)角；s 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移；一一機(jī)械傳動(dòng)效率。若取邛=穌，WJs = &p, 且P=Ps+NG ,所以36、：D IPS - JG 1 ,一T = 一（NUcm）式2二人2-4-1式中：Ps 一移動(dòng)部件

25、負(fù)載（N）; G移動(dòng)部件重量（N）; Pz 與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（N）; N導(dǎo)軌摩擦 系數(shù)；9b 步進(jìn)電機(jī)步距角，（rad）; T 電機(jī)軸負(fù)載力矩（N|_cm）本例中，取N=0.03 （淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），。=0.96, PS 為絲杠牽引力，Ps =FH =24.7N?？紤]到重力影響，Y向電機(jī)負(fù)載較大， 因此取G =Gy =287N ,所以36 0.01 124.7 0.03 287 12 二 1.5 0.96= 1.33(Ncm)式 2-4-2若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩TqT0.3 0.5取安全系數(shù)為0.3 ,則1.3363= 4.42 Ncm對(duì)

26、于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī)TjmaxTq0.866= 5.1N|_cm式 2-4-3、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率f max1000Vmax60 p1000 160 0.01= 1667( Hz)式 2-4-4查表選用兩個(gè)45BF005-II型步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見表 4表4步進(jìn)電機(jī)參數(shù)主要技術(shù)數(shù)據(jù)外形尺寸(mm)重量型號(hào)步 最 最局 引I電 電外 長(zhǎng)軸距空載 婁t壓 流徑度徑(N)角大 啟動(dòng))靜好(V)(A)轉(zhuǎn)(step/s(N 止m)45BF005113032724558411-n.5900.5.6步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制方式步進(jìn)電機(jī)X方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖12步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制框圖應(yīng)用時(shí)步進(jìn)電機(jī)的

27、注意事項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)的位移或轉(zhuǎn)角大小由指令脈沖數(shù)所決定由于系統(tǒng)沒有位置檢測(cè)器及反饋電路，因此開環(huán)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制精度一般僅有0.01mm但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整和維護(hù)，價(jià)格較低故 使用在一般的機(jī)床中，需要必要的脈沖當(dāng)量和滿足結(jié)構(gòu)要求的的轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩選擇表表5運(yùn) 行 方 式相 數(shù)33445566拍 數(shù)3648510612Ts/ Tsmax0.50.8660.7070.8090.9510.8660.860.86聯(lián)軸器的選用圖13聯(lián)軸器聯(lián)軸器的選擇計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc有下式求得，在由聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)按其公稱轉(zhuǎn)矩 Tn 選定聯(lián)軸器型號(hào)。Tc=KT=KX 9550X P/N 三 Tn

28、 式中T-理論轉(zhuǎn)矩（NK載荷系數(shù)P聯(lián)軸器傳遞功率（KW）n聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速（r/m）傳遞功率=工作臺(tái)進(jìn)給抗力x工作臺(tái)移動(dòng)速度/傳動(dòng)鏈效率P=500X 1/60 X 0.8=10.4w所以選擇凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器性能特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合：Tn=2000010 Nm;d=10180mmm6補(bǔ)償性能，不能減振、緩沖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，制造方便成本較低，裝拆、維護(hù)方便，可傳遞大轉(zhuǎn)矩。需保證兩軸 具有較高對(duì)中精度。適用于載荷平穩(wěn)，高轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)精度要求還不高的 傳動(dòng)軸系步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算齒輪尺寸表6Z1728d =mZ(mm)1728da =d +2m(mm)1930df =d -2x1.25m(mm)b =(3-6 )

29、m(mm)14.525.5d1 +d2 .、a=-2(mm)5517.5根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得Zi2(J2+J3)+M226p-Ob b180J式 2-6-1-式中：Jd 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（kg_cm2）; Jo步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgLcm2）; J1 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg_cm2）; J3 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgLcm2）; M 移動(dòng)部件質(zhì)量（kg）。對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算J =0.78 10&D4L kgUsm2式中：D圓柱零件直徑(cm); L零件長(zhǎng)度(cm)。所以J1 =0.78 10“ 1.74 0.5 = 3.26 10” kgUcm2

30、J2=0.78 10“ 2.84 0.5 = 23.9 10“ kgUcm2J3 =0.78 10- 14 5 = 3.9 10- kgUcm22(23.9 + 3.9 尸 10電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則3/17 )Jd =3.26x10,+ 117128)2-6-2250.0013.14 d 匚1.5180= 0.4 10* kgLm2因?yàn)?1J1 = _0=0.31911*1： i|，Q郎LnJy.二督1its:耳確四必, !器1sV;jj 二七1n.J心用.：1底ip-1JG昂1r愴kF：h;i隹B1T-f-I. 3-、班1爐,.! II蚓j 1k川用 物IH1yHk i編HK二小

31、|想1；：Haft1力,.?.H411+1妙 5!/.標(biāo)r1爐,.!JS說1卡片，i： 一*aINJISJ布1J, i；M.l.f *J幽bfi 1J.l .1 ,)4J：-1f ,.：心好1早.IliJ-.由TJ八 ,f院如工1F*，： ：,1?1IU1中，和11 -11 * 1I1施E 1町；i FN.寸fi4問1 *1,圖14二維數(shù)控精密工作臺(tái)的誤差來源與分析絲杠誤差分析與補(bǔ)償：a 滾珠絲杠因?yàn)閮啥斯潭ㄖ虚g由于重力作用會(huì)下沉，導(dǎo)致摩差力增 大，產(chǎn)生定位誤差。補(bǔ)償：通過對(duì)滾珠絲杠加預(yù)緊力，消除軸向間隙，提高絲杠剛度, 從而提高定位精度。b導(dǎo)軌表面粗糙度不同，影響定位精度，所加載荷大小，也影

32、響導(dǎo) 軌直線度從而影響定位精度。補(bǔ)償：導(dǎo)軌采用滾珠導(dǎo)軌，加潤(rùn)滑油，減小摩擦，提高定位精度C導(dǎo)軌對(duì)溫度變化比較敏感，由于溫度的變化而引起的誤差，影響導(dǎo) 軌的平行度及垂直度，甚至引起卡住或造成不能允許的過大間隙。補(bǔ)償：承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件采用膨脹系數(shù)相同或相近的材料，使導(dǎo)軌在溫 度變化不大的條件下工作。d存在于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦是數(shù)控伺服系統(tǒng)產(chǎn)生輪廓運(yùn)動(dòng)誤差的 主要原因之一，摩擦影響機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度并在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出很強(qiáng)的非 線性特征，既形成爬行現(xiàn)象。補(bǔ)償：根據(jù)產(chǎn)生誤差的位置和時(shí)刻，增加額外的指令脈沖去抵消爬行 以此來消除圓運(yùn)動(dòng)過象限時(shí)的誤差尖峰突起現(xiàn)象，這類似于機(jī)械裝置中 的反向間隙補(bǔ)償。本次課程設(shè)計(jì)

33、的任務(wù)是完成二維數(shù)控精密工作臺(tái)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。一 個(gè)完整的二維數(shù)控精密工作臺(tái)還包括控制部分的設(shè)計(jì)和程序編寫，這里就不作太多的闡述。本次設(shè)計(jì)主要分為滾珠絲桿的選擇、 步進(jìn)電機(jī)的選型、聯(lián)軸器的選型、 滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇以及其它零部件的確定等等。 下表是是設(shè)計(jì)中選用的各部 與以往的二維精密工作臺(tái)比較。二維數(shù)控工作臺(tái)基本零件表9步進(jìn)電機(jī)滾珠絲桿滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)軸器110BF5-1.5CDM2004-2.5LY25AL剛性凸緣YL1型步距角-額定載荷傳遞效率* =1.5，-1740N0.98本次設(shè)計(jì)采用了聯(lián)軸器連接，摒棄了以往的采用減速器的方法，使得結(jié)構(gòu) 更加簡(jiǎn)潔高效，并且系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性好，傳遞效率高，達(dá)到了設(shè)計(jì)的

34、要求。但本次設(shè)計(jì)也有一些問題需要解決，比如選取的聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩比較大，采用 的步進(jìn)電機(jī)不能夠完全發(fā)揮其功效，這些都是本次設(shè)計(jì)的缺陷和需改進(jìn)的 地方。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向 社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程. M千里之行始于足下M , 通 過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義. 我今天認(rèn)真 的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社 會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).作為一名測(cè)控技術(shù)與儀器大三的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程 設(shè)計(jì)是十分有意義。在已度過的兩年半大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是 專業(yè)基礎(chǔ)課。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種機(jī)械設(shè)計(jì)？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí) 用到實(shí)踐中去呢？我想做類似的