二維機(jī)械滑臺(tái)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書草稿

1、高精度二維機(jī)械滑臺(tái)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、兩坐標(biāo)行程為250mm；2、定位精度±0.01mm；3、響應(yīng)速度1.5m/s2；4、最高速度12m/min，最低速度1m/min。二、設(shè)計(jì)工作1、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（1）要實(shí)現(xiàn)一個(gè)二維平面運(yùn)動(dòng)，只需將其分解為兩個(gè)垂直方向的一維直線運(yùn)動(dòng)即可。如圖所示：由X方向的直線位移機(jī)構(gòu)帶動(dòng)Y方向的直線位移機(jī)構(gòu)沿X向做直線運(yùn)動(dòng)，然后X向直線位移機(jī)構(gòu)不動(dòng)，Y向直線位移機(jī)構(gòu)在X向直線位移機(jī)構(gòu)上沿Y向運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了XOY平面的二維運(yùn)動(dòng)。（2）實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的主要途徑有：（）絲桿和直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)（）直線電機(jī)（）齒輪齒條機(jī)構(gòu)（）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等方法等四種方法。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（10分制）0123

2、45678910不可用差較差勉強(qiáng)可用可用中良較好好優(yōu)理想各機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)分值表性能指標(biāo)定位精度運(yùn)動(dòng)速度承載能力效率經(jīng)濟(jì)性行程總分絲桿和直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)998107952直線電機(jī)88787947齒輪齒條機(jī)構(gòu)56958639曲柄滑塊機(jī)構(gòu)79949644從上圖可以看出，第一種方法絲桿與直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)較符合。（3）總體設(shè)計(jì)方案圖：滾動(dòng)絲桿步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器Y方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)X方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滾動(dòng)絲桿工作臺(tái)根據(jù)前文進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，初步擬定用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，帶動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌上工作做直線運(yùn)動(dòng)，采用開環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)位控制，由脈沖數(shù)控制位移、脈沖頻率控制工作臺(tái)速度的方案。2、 傳動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的。

3、下圖是各種傳動(dòng)類型的比較：傳動(dòng)類型傳動(dòng)效率傳動(dòng)比圓周速度外廓尺寸相對(duì)成本性能特點(diǎn)帶傳動(dòng)0.940.96(平帶)0.920.97(V帶)57525(30)大低 過(guò)載打滑，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸振，不能保證定傳動(dòng)比，遠(yuǎn)距離傳動(dòng)0.950.98(齒型帶)1050(80)中低傳動(dòng)平穩(wěn)，能保證固定傳動(dòng)比鏈傳動(dòng)0.900.92(開式)0.960.97(閉式)5(8)525大中 平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可在高溫下傳動(dòng)，遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，高速有沖擊振動(dòng)齒輪傳動(dòng)0.920.96(開式)0.960.99(閉式)35（開式）710（閉式）5200中小中 傳動(dòng)比恒定，功率和速度適用范圍廣，效率高，壽命長(zhǎng)。蝸輪傳動(dòng)0.400.45(自鎖

4、)0.70.9(不自鎖)880（1000）1550小高 傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)自鎖，效率低螺旋傳動(dòng)0.30.6(滑動(dòng))0.9(滾動(dòng))高中低小中傳動(dòng)平穩(wěn)，能自鎖，增力效果好連桿傳動(dòng)高1中小低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造，能傳遞較大載荷，耐沖擊，可遠(yuǎn)距離傳動(dòng)凸輪傳動(dòng)低中低小高從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，高副接觸磨損較大摩擦輪傳動(dòng)0.850.95571525大低過(guò)載打滑，工作平穩(wěn)，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中調(diào)節(jié)傳動(dòng)比 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇導(dǎo)程為5mm的絲桿。根據(jù)定位精度要求確定脈沖當(dāng)量為0.005mm/Hz,步距角選取0.36度。結(jié)合式(2.1),計(jì)算得傳動(dòng)比為1。 (2.1)式中：為步進(jìn)電機(jī)步距角； 為脈沖當(dāng)量；

5、為傳動(dòng)比； 為絲桿導(dǎo)程。由于計(jì)算得傳動(dòng)比為1，則不需要選用減速箱，直接采用聯(lián)軸器連接電動(dòng)機(jī)軸與絲桿。3、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為機(jī)械系統(tǒng)正常工作提供動(dòng)力源、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的原動(dòng)機(jī)（或動(dòng)力機(jī)）及其配套裝置。大多數(shù)原動(dòng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)。按利用的能源分，有熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、水力發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)等。 3.1常用原動(dòng)機(jī)的類型 ：1） 電動(dòng)機(jī) 2）液壓馬達(dá) 3）氣動(dòng)馬達(dá) 4）內(nèi)燃機(jī) 電動(dòng)機(jī)：技術(shù)較為成熟，驅(qū)動(dòng)效率高，與被驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)械連接簡(jiǎn)便（可用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器）；有多品種和規(guī)格，可滿足不同類型機(jī)械的工作要求；具有良好的調(diào)速性能，啟動(dòng)、制動(dòng)、反向和調(diào)速的控制簡(jiǎn)單可靠，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測(cè)量和控制，便于集中管理和實(shí)現(xiàn)生

6、產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。價(jià)格較低。 液壓馬達(dá)：可以獲得很大的機(jī)械力或轉(zhuǎn)矩，與電動(dòng)機(jī)相比在相同功率時(shí)其外形尺寸小、重量輕，因而運(yùn)動(dòng)件的慣性小，快速響應(yīng)的靈敏度高。但是使用液壓馬達(dá)必須具有高壓油的供給系統(tǒng)，且對(duì)液壓元件的制造和裝配精度要求較高，容易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象而影響工作效率及工作機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度。價(jià)格高。 氣壓馬達(dá)：使用空氣作為工作介質(zhì)，容易獲得；用后可以直接排入大氣而無(wú)污染，壓縮空氣可以進(jìn)行集中供給和遠(yuǎn)距離輸送；動(dòng)作迅速，反應(yīng)快，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低；對(duì)易燃、易爆、多塵和振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)性較好。但是因空氣具有可壓縮性，氣動(dòng)馬達(dá)的工作穩(wěn)定性較差，氣動(dòng)系統(tǒng)的噪聲大；工作壓力受到一定的限制不能太高，輸出的轉(zhuǎn)

7、矩不能太大，一般只適用于小型和輕型的工作機(jī)械。 內(nèi)燃機(jī)：功率范圍寬，操作簡(jiǎn)單，啟動(dòng)迅速，便于移動(dòng)，用于野外，無(wú)法使用電力的時(shí)候使用。 污染環(huán)境，消耗自然資源。3.2 考慮到定位精度要求不高，載荷不大，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高性價(jià)比，因此該設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 經(jīng)計(jì)算，X、Y方向步進(jìn)電機(jī)均可選選常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司的90BF006型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。90BF006的主要技術(shù)參數(shù)表3.1型號(hào)相數(shù)步距角（Deg）電壓(V)電流（A）保持轉(zhuǎn)矩（Nm）空轉(zhuǎn)起動(dòng)頻率（HZ）運(yùn)行頻率（Hz）質(zhì)量（Kg）90BF00650.36/0.722432.15624002.290BF006的矩頻

8、特性曲線90BF006的接線圖步進(jìn)電機(jī)的接線方式有兩種：串聯(lián)和并聯(lián)。如下圖的四相八線接法：步進(jìn)電機(jī)外形：4、機(jī)床部件設(shè)計(jì) 4.1聯(lián)軸器、軸承聯(lián)軸器有剛性和撓性兩種，剛性聯(lián)軸器適用于兩軸嚴(yán)格對(duì)中不發(fā)生相對(duì)位移的地方。撓性聯(lián)軸器適用于兩軸有偏斜（可分為同軸線、相交軸線）或在工作中有相對(duì)位移（可分為軸向位移、徑向位移、角位移、綜合位移）的地方。撓性聯(lián)軸器又有無(wú)彈性元件的、金屬?gòu)椥栽暮头墙饘購(gòu)椥栽闹帧：髢煞N稱為彈性聯(lián)軸器。二維工作平臺(tái)是高精度機(jī)電系統(tǒng)，要求定位精度高，啟動(dòng)靈活、頻繁。這就要求聯(lián)軸器輸出地角位移、轉(zhuǎn)矩與電機(jī)輸出地角位移、轉(zhuǎn)矩同步性好，因此選擇剛性聯(lián)軸器。軸承分滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承

9、。由于工作臺(tái)載荷不大，速度低，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)頻繁，這里設(shè)計(jì)選擇滾動(dòng)軸承。4.2 導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件按給定的方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌部件由運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌（動(dòng)導(dǎo)軌）和支承導(dǎo)軌（靜導(dǎo)軌）組成。按摩擦性質(zhì)，導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等四類。表3.3中給出了給出了各類導(dǎo)軌的對(duì)比。各類導(dǎo)軌的比對(duì)表3.3導(dǎo)軌名稱導(dǎo)向精度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性承載能力耐磨性使用環(huán)境成本滑動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌液壓靜壓導(dǎo)軌空氣靜壓導(dǎo)軌較高高高高較好較好好好大較低較大較低差較好好好要求不高要求較高要求高要求高低較高高高根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要承受的載荷不大，定位精度高，因此在該設(shè)計(jì)中選用直線滾動(dòng)導(dǎo)

10、軌。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等特點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算，結(jié)合上銀科技股份有限公司MGN系列導(dǎo)軌的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度和軌長(zhǎng)公式，選用其MGN12C型號(hào)產(chǎn)品。4.3 絲桿電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲桿螺旋傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。3.3.1 絲杠與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有六種（機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)2，P424）：絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)； 螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠移動(dòng)；螺母固定，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)；絲杠固定，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)；(5) 絲桿、螺母同是轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)；圖：機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)2，P424(6) 絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿及螺母2移動(dòng)；圖：機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)2，P424對(duì)于臥式工作臺(tái)我們選擇第一種方案，即絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)。4.3.2 按

11、摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)兩種。滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，螺紋導(dǎo)程小，降速比大，牽引力大等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低，螺紋中有側(cè)向間隙，故反向有空行程。由于動(dòng)靜摩擦差別大，低速時(shí)可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。滾珠絲杠就具有螺旋滾道的絲杠和螺母間充滿滾珠。這些滾珠作為中間傳動(dòng)件，在螺母閉合的回路中循環(huán)滾動(dòng)，使絲杠螺母副的運(yùn)動(dòng)由滑動(dòng)變成滾動(dòng)，以減小摩擦。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率很高，當(dāng)雙螺母預(yù)緊后，軸向剛度好，傳動(dòng)副爬行小，具有較高的定位精度，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，傳動(dòng)靈敏，同步性好。故選用滾珠絲桿副。4.3.3常見的滾動(dòng)絲杠支承方式有四種：1、“固定固定”型：K2=4 適用

12、于高轉(zhuǎn)速、高精度的場(chǎng)合。該形式兩端分別分別由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，負(fù)荷由兩組軸承副共同承擔(dān)。也可以使兩端的軸承副承受反 向預(yù)拉伸力，從而提高傳動(dòng)剛度。在定位要求很高的場(chǎng)合，甚至可以根據(jù)受力情況和絲杠熱變形趨勢(shì)精確設(shè)定目標(biāo)行程補(bǔ)償量，進(jìn)一步提高定位精度。“固定固定”型有時(shí)也被 片面地叫做“雙推雙推”，實(shí)際上由于徑向力的存在幾乎很少能用兩個(gè)推力軸承作為固定端。由于此形式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)整較難，因此一般僅在定位要求很高時(shí)采用。  2、“固定游動(dòng)”型：K2=2 適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的場(chǎng)合。該形式一端由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，另一端由單個(gè)軸承約束徑向自由度，負(fù)荷由一對(duì)軸承副承擔(dān)，游

13、動(dòng)的 單個(gè)軸承能防止懸臂撓度，并消化由熱變形產(chǎn)生的應(yīng)力?！肮潭ㄓ蝿?dòng)”型有時(shí)也被片面地叫做“雙推支承”。此形式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，效果良好，應(yīng)用廣泛。  3、“支承支承”型：K2=1適用于中轉(zhuǎn)速，中精度的場(chǎng)合。該形式兩端分別設(shè)一個(gè)軸承，分別承受徑向力和單方向的軸向力，隨負(fù)荷方向的變化，分別由兩個(gè)軸承單獨(dú)承擔(dān)某一 方向的力。由于支承點(diǎn)隨受力方向變化，定位可控性較低。此形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力情況較差，應(yīng)用較少。  4、“固定自由”型：K2=0.25適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，軸向長(zhǎng)度短的場(chǎng)合。該形式一端由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，另一端懸空呈自由狀態(tài)，負(fù)荷均由同一對(duì)軸承副承擔(dān)， 并且需克服絲杠

14、回轉(zhuǎn)離心力（及水平安裝時(shí)的重力）造成的彎矩。“固定自由”型有時(shí)也被錯(cuò)誤地叫做“雙推自由”。此形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力情況差，但在行程小、轉(zhuǎn)速低時(shí) 也經(jīng)常用到。  比較四種支承方式，這里選擇第二種。成對(duì)軸承安裝方式有三種：（精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)P249） （1） （2） （3）（1） 面對(duì)面（2） 背對(duì)背（3） 串聯(lián)此種安裝方式適用于較高精度及中等載荷的絲桿，一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承，這樣能夠承受集中力偶，且支承端的軸向自由度可以釋放因工作時(shí)溫度升高而產(chǎn)生的軸伸量。4.4 支承件 支承件是設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)件，包括床身、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺(tái)、箱體和升降臺(tái)等。這些件一

15、般都比較大，所以也稱大件。4.4.1 支承件的種類 按構(gòu)造方式可分為 ：A. 機(jī)座類 B.箱殼類 C.機(jī)架類 D.平板類 按結(jié)構(gòu)可分為 ：A.整體式 B.裝配式4.4.2 典型車床類床身（金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)P147）a） 典型車床類床身b） 鏜床、龍門刨床等機(jī)床的床身c） 大型和重型機(jī)床的床身4.4.3提高剛度合理配置加強(qiáng)筋是提高局部剛度的有效方法（金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)P136）。4.4.4支承件的材料 4.4.5 工作臺(tái) 工作臺(tái)最常見的是T形槽。但是也可在工作面上可加工V形、U形槽、燕尾槽、圓孔、長(zhǎng)孔等。 燕尾槽 T形槽 （1）工作臺(tái)與螺母座的聯(lián)接。 螺母座與工作臺(tái)有兩種連接方式。一種是剛性連接，

16、是結(jié)構(gòu)體三個(gè)力方向都受到約束。如鋼結(jié)構(gòu)中的焊接。另一種是柔性連接，在結(jié)構(gòu)中叫做鉸接，是結(jié)構(gòu)體12個(gè)力方向受到約束。剛性連接不允許出現(xiàn)相對(duì)位移和轉(zhuǎn)角，也就是說(shuō)節(jié)點(diǎn)不考慮變形問(wèn)題；柔性連接就是允許相互連接的構(gòu)件發(fā)生位移或轉(zhuǎn)角，不限制某一方面的變形，也就是說(shuō)允許出現(xiàn)變形，或者說(shuō)我們希望他能夠變形。剛性連接是焊接、螺栓連接等機(jī)械連接；柔性連接是鉸接、有彈簧隔振這些的連接。本設(shè)設(shè)計(jì)采用剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，如圖4.2所示。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是牢固可靠。（2） 工作臺(tái)本身的設(shè)計(jì)工作臺(tái)用以安裝工件。如果工作態(tài)是不動(dòng)的，如搖臂鉆床的工作臺(tái)，可設(shè)計(jì)成封閉的箱型。如果工作臺(tái)是運(yùn)動(dòng)(移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))的，則有一組導(dǎo)軌。這類工作臺(tái)

17、的形狀有三種（金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)P149）：A、箱形升降式，如牛頭刨床的工作臺(tái)；B、矩形，如銑床、磨床等的工作臺(tái)；C、圓形，如立式車床（又稱花盤）和齒輪加工機(jī)床的工作臺(tái)。 本設(shè)計(jì)的工作臺(tái)是運(yùn)動(dòng)的。（3）工作臺(tái)筋條的布置對(duì)抗彎剛度的影響。（機(jī)床零件設(shè)計(jì)2下P1290表5,15-74）（1） 工作平臺(tái)功能。按用途分為：檢驗(yàn)平板：適用于各種檢驗(yàn)工作，精密測(cè)量用的基準(zhǔn)平面；用于機(jī)床機(jī)械檢驗(yàn)測(cè)量基準(zhǔn)；檢查零件的尺寸精度或形為偏差，并作緊密劃線，在機(jī)械制造中也是不呆缺少的基本工具。 劃線平板：用于機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，設(shè)備調(diào)試，具有較好的平面穩(wěn)定性和韌性，表面帶有T型槽，可以用來(lái)固定實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 鏜銑床平板

18、：主要用于機(jī)床加工工作平面使用，上面有孔和T型槽，用來(lái)固定工件，和清理加工時(shí)產(chǎn)生的鐵屑。 焊接平板：用來(lái)進(jìn)行工件的焊接工藝，和鉚焊平板不同，上面沒有孔，工作面為平面或T型槽。 鉚焊平臺(tái)：用于鉚焊工藝的基礎(chǔ)平板，工作面上有孔和T型槽，孔主要用來(lái)清理鉚焊時(shí)的一些鐵渣和焊接廢棄物，T型槽主要是用來(lái)固定焊接件。 測(cè)量平板、裝配平板、基礎(chǔ)平板、工作平板、三坐標(biāo)平板等。是檢驗(yàn)機(jī)械零件平面、平行度、直線度等形位公差的測(cè)量基礎(chǔ)，亦要用于一般零件精密零件的劃線、研磨工藝和測(cè)量等。在工作臺(tái)中設(shè)計(jì)的T形槽不僅可以節(jié)約材料，而且還加強(qiáng)了工作臺(tái)的強(qiáng)度。 規(guī)格（長(zhǎng)×寬）精度等級(jí)0級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)平面度公差200&

19、#215;20051020.5 200×3005.51122 300×3005.51122 300×40061224 400×4006.512.525 400×5006.5132666400×60071427.570500×5006.8142868500×600714.228.571500×800815.53178600×8008163280600×9008.316.533831000×75091836901000×1000 2040971000×1200

20、 20.5411031000×1500 22451121000×2000 26521301500×2000 28561401500×3000 701742000×3000 741842000×4000 882195.控制系統(tǒng)5.1控制系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)分為以下幾類：開環(huán)伺服系統(tǒng)系統(tǒng)只是根據(jù)輸入量和干擾量進(jìn)行控制，而輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量取決于精密機(jī)械系統(tǒng)，而與控制系統(tǒng)無(wú)關(guān)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間存在反饋回路，在被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，測(cè)量環(huán)節(jié)不斷測(cè)出實(shí)際的輸出量并與給定量進(jìn)行比較，然后用其差值進(jìn)行控制，以

21、獲取高精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整都較復(fù)雜，通常適用于高精度的精密機(jī)械系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)介于閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)之間，用于精度要求不太高的情況下。檢測(cè)裝置不是安放在工作臺(tái)上，而是裝在絲桿或電機(jī)軸的端部。由于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的環(huán)路短，因此較易獲得穩(wěn)定控制。 在本設(shè)計(jì)中，只涉及到通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，絲桿傳動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)?？紤]到該設(shè)計(jì)的二維坐標(biāo)機(jī)械滑臺(tái)的定位精度要求不高，載荷不大，因此，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高性價(jià)比，該設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。圖4.1 開環(huán)伺服系統(tǒng)4.2行程控制行程控制，就是當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)一定行程位置時(shí)采用行程開關(guān)來(lái)進(jìn)行控制。行程開關(guān)是

22、由裝在運(yùn)動(dòng)部件上的擋塊來(lái)撞動(dòng)的。行程開關(guān)作用有兩個(gè)：（1）防止工作臺(tái)超過(guò)最大行程，使電機(jī)損壞。（2）可以用與定位。所以這4個(gè)行程開關(guān)就充當(dāng)了傳感器。圖4.2 行程開關(guān)工作示意圖圖4.2是行程開關(guān)工作的簡(jiǎn)單示意圖。行程開關(guān)S1和S2分別裝在導(dǎo)軌的起點(diǎn)和終點(diǎn)，由裝在工作臺(tái)上的擋塊來(lái)撞動(dòng)。工作臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。工作臺(tái)在起點(diǎn)時(shí)，其上擋塊將起點(diǎn)行程開關(guān)S1壓下，將串接在反轉(zhuǎn)控制電路中的常閉觸頭壓開。這時(shí)電動(dòng)機(jī)不能反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)前進(jìn)。當(dāng)工作臺(tái)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，擋塊壓下行程開關(guān)S2，將串接在正轉(zhuǎn)控制電路中的常開觸頭壓開，電動(dòng)機(jī)即停止正轉(zhuǎn)。參考文獻(xiàn)：1 機(jī)械工程手冊(cè)·機(jī)械零部件設(shè)計(jì),機(jī)械工業(yè)

23、出版社,M,1997年.P1-12P1-18,P6-3P6-32,P7-6P7-9,P8-5P8-52,P9-21P9-52.2 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)·2上,機(jī)械工業(yè)出版社,M,1980年8月.P424P425,P457P464.3機(jī)械設(shè)計(jì),許國(guó)忠、周玉林主編,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,M,2009年8月.P1P5.4精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ),天津大學(xué) 裘祖榮主編,機(jī)械工業(yè)出版社,M,2008年3月5金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì),大連工學(xué)院 戴曙主編,機(jī)械工業(yè)出版社,M,1989年11月四、計(jì)算：本設(shè)計(jì)中，下層X方向的負(fù)荷為10Kg，而上層Y方向負(fù)荷僅6Kg。1. 伺服電機(jī)的計(jì)算和選型1.1根據(jù)定位精度要求確定脈沖當(dāng)量選

24、擇步距角根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇導(dǎo)程為5mm的絲桿；本系統(tǒng)中X、Y方向的定位精度均為±0.01mm，因此X、Y方向的脈沖當(dāng)量均取mm/Hz。為步進(jìn)電機(jī)步距角為0.36°；為脈沖當(dāng)量為0.005mm/hz；為傳動(dòng)比；，i=11.2根據(jù)快速進(jìn)給速度，確定電機(jī)的最高運(yùn)行頻率，為工作臺(tái)運(yùn)行最高速度（m/min）；為步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)行頻率（Hz）。代入工作臺(tái)最快進(jìn)給速度12m/min、脈沖當(dāng)量0.005mm/Hz,計(jì)算得=40 000Hz。1.3根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩或阻力，選擇步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩（Nm）；為慣性加速轉(zhuǎn)矩（Nm）；為摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）。1.3.1計(jì)算Ta(1)Y軸方向上步進(jìn)電

25、機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算）、工作臺(tái)與負(fù)載的慣量：，為工作臺(tái)與負(fù)載的慣量；M為工作臺(tái)與負(fù)載的總質(zhì)量（Kg），初取6Kg。）、滾珠絲桿慣量： ，式中：為滾珠絲桿的慣量； 為滾珠絲桿的密度，7.90； 為滾珠絲桿總長(zhǎng)，368mm； 為滾珠絲桿外徑，20mm。折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總慣量為： （2）X軸方向上步進(jìn)電機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 X方向?qū)к壣弦苿?dòng)部件的重量估算，=10Kg。得X方向折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總慣量為： ，式中：、為加速開始及終止時(shí)的脈沖頻率（Hz），為加速過(guò)程時(shí)間(s)，(其中是加速度1.5)。已知=40 000Hz，取=2 000Hz，XY方向慣性加速轉(zhuǎn)矩分別為：，1.3.2計(jì)算Ti 式中：為

26、工作臺(tái)及負(fù)載質(zhì)量（Kg）；為摩擦系數(shù)，取0.2；為垂直方向的切削分力，此處為0N； 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率，取0.80。 由此可計(jì)算XY方向的、。2.導(dǎo)軌兩個(gè)方向上均采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。2.1 靜負(fù)荷考慮最差的情況，即垂直于工作臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊需承受的最大垂直方向載荷為：N 式中：為基本靜額定負(fù)荷(N);為工作負(fù)荷(N);為靜安全系數(shù)，此處取2.0。2.2額定壽命假定工作臺(tái)的工作壽命為5年，一年工作300天，每天工作6小時(shí)。因此，得到滾珠直線導(dǎo)軌的小時(shí)工作壽命為：=5×300×6=9000小時(shí)滾珠直線導(dǎo)軌的距離壽命為。式中：為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)，取4；為行程(m)。2.3動(dòng)負(fù)荷，C=273N2.4導(dǎo)軌總長(zhǎng)度軌長(zhǎng)=有效行程+滑塊間距+滑塊長(zhǎng)度×滑塊數(shù)量+兩端安全行程 =250mm+20mm+34.7mm×2+30.6mm=370mm3. 絲桿3.1 精度查機(jī)械手冊(cè)可知，其單一導(dǎo)程變動(dòng)為0.004mm，在任意300mm行程的導(dǎo)程變動(dòng)為0.005mm。其軸向背隙為0.005mm。3.2滾珠絲桿導(dǎo)程PB ，式中:是滾珠絲桿導(dǎo)程(mm)；是工作臺(tái)最高進(jìn)給速度(200mm/s)