分度打孔機(jī)的設(shè)計(jì)及PLC控制系統(tǒng)

PAGEI摘要隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，孔的加工也越來(lái)越多?？准庸ぜs占機(jī)械加工量的三分之一，是一種重要的加工方法。在這一類(lèi)中，由于孔的形狀和規(guī)格不同，加工精度和使用方法不同，所以在孔加工中使用的刀具種類(lèi)繁多，其中鉆頭用量大，占孔加工量的40%左右。但是，當(dāng)孔深(L)與孔徑(D)之比大于5時(shí)，由于切屑去除、潤(rùn)滑、刀具振動(dòng)等問(wèn)題，孔加工工藝已不能滿足要求，為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要，鉆孔機(jī)這一設(shè)備解決了當(dāng)今的燃眉之急。而不同用途的鉆孔機(jī)也就向著不同的方向研究設(shè)計(jì)，隨之有了鉆孔機(jī)底盤(pán)專(zhuān)業(yè)化，目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的自動(dòng)化鉆孔功牙機(jī)絕大多數(shù)應(yīng)用的是專(zhuān)用底盤(pán)，只有少數(shù)應(yīng)用的是挖掘機(jī)底盤(pán)或起重機(jī)底盤(pán)，這些底盤(pán)在設(shè)計(jì)上沒(méi)有兼顧自動(dòng)化鉆孔功牙機(jī)施工特點(diǎn)，在穩(wěn)定性方面存在著一定缺陷。在控制方面有了鉆孔機(jī)控制技術(shù)的智能化，在起鉆桅控制、自動(dòng)垂直調(diào)平、回轉(zhuǎn)倒土控制、發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控、鉆孔深度測(cè)量及顯示、車(chē)身工作狀態(tài)動(dòng)畫(huà)顯示及虛擬儀表顯示、故障檢測(cè)、報(bào)警及信息顯示等方面逐步實(shí)現(xiàn)智能化控制。關(guān)鍵詞：孔加工；工業(yè)發(fā)展；智能化；穩(wěn)定性

AbstractWiththerapiddevelopmentofindustry,theprocessingofholesisalsoincreasing.Holemachining,whichaccountsforaboutone-thirdofthemachiningvolume,isanimportantprocessingmethod.Inthiscategory,duetothedifferentshapesandspecificationsofholes,aswellasthedifferentprocessingaccuracyandmethodsofuse,thereareawidevarietyoftoolsusedinholeprocessing,withalargeamountofdrillbitsaccountingforabout40%oftheholeprocessingvolume.However,whentheratioofholedepth(L)toholediameter(D)isgreaterthan5,duetoproblemssuchaschipremoval,lubrication,andtoolvibration,theholeprocessingprocesscannolongermeettherequirements.Inordertomeettheneedsofindustrialproduction,thedrillingmachine,asadevice,hassolvedtheurgentneedoftoday.Theresearchanddesignofdrillingmachinesfordifferentpurposeshavealsobeencarriedoutindifferentdirections,resultinginthespecializationofthechassisofdrillingmachines.Currently,thevastmajorityofautomaticdrillingmachinesproducedathomeandabroadareusedasdedicatedchassis,whileonlyafewareusedasexcavatorchassisorcranechassis.Thesechassisdesignsdonottakeintoaccounttheconstructioncharacteristicsofautomaticdrillingmachines,andtherearecertaindefectsinstability.Intermsofcontrol,therehasbeentheintellectualizationofdrillingmachinecontroltechnology,andintelligentcontrolhasbeengraduallyrealizedinaspectssuchasdrillingmastcontrol,automaticverticalleveling,rotarysoildumpingcontrol,enginemonitoring,drillingdepthmeasurementanddisplay,animateddisplayofvehiclebodyworkingstatusandvirtualinstrumentdisplay,faultdetection,alarm,andinformationdisplay.Keywords:holeprocessing;Industrialdevelopment;Intelligence;stability

目錄目錄第1章緒論 11.1研究鋼管分度打孔機(jī)的意義： 11.2研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 32.設(shè)計(jì)方案的擬定 52.1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 52.1.1機(jī)械部分： 52.1.2轉(zhuǎn)軸部分 52.1.3上下移動(dòng)部分 62.1.4水平運(yùn)動(dòng)部分 62.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 72.2.1控制方案圖： 72.2.2工作流程圖： 83.總體方案的設(shè)計(jì) 93.1.動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 93.1.1打孔動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 93.1.2水平控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 114.總體方案的設(shè)計(jì) 124.1普通鉆孔電機(jī)的選擇： 124.2滾珠絲桿的選擇： 154.3步進(jìn)電機(jī)的選擇： 214.3.1步進(jìn)電機(jī)步距角計(jì)算 224.3.2步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 244.3.3步進(jìn)電機(jī)固有頻率估算值 254.4主軸的受力分析與步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算： 264.5氣缸的選型與計(jì)算： 294.6其他材料介紹 305.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35總結(jié) 39參考文獻(xiàn) 41致謝 43PAGE43緒論1.1研究鋼管分度打孔機(jī)的意義：分度鉆孔的含義：指在分度平面內(nèi)通過(guò)一個(gè)軸心線的方向，沿著直徑或者半徑的直線方向，或垂直于軸的直線方向。分度盤(pán)類(lèi)似于千分尺，分度頭主軸為空心軸，前端有錐孔，用于安裝夾緊工具或工件，主軸可隨回轉(zhuǎn)體在基座環(huán)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角范圍：-10°~+110°。不論設(shè)計(jì)專(zhuān)用的還是通用轉(zhuǎn)臺(tái)，其回轉(zhuǎn)分度裝置一般由以下四部分組成：固定部分，轉(zhuǎn)動(dòng)部分，分度對(duì)定機(jī)構(gòu)，抬起與鎖緊機(jī)構(gòu)。固定部分是分度裝置的基體，為了穩(wěn)定精度，一般用灰口鑄鐵制造，機(jī)加工前進(jìn)行時(shí)效處理。轉(zhuǎn)動(dòng)部分是分度裝置的運(yùn)動(dòng)部件通過(guò)它達(dá)到轉(zhuǎn)位的目的。分度對(duì)定機(jī)構(gòu)是分度裝置的關(guān)鍵部分，由分度盤(pán)和對(duì)定銷(xiāo)構(gòu)成，分度盤(pán)與轉(zhuǎn)動(dòng)部分聯(lián)接，而對(duì)定銷(xiāo)與固定部分聯(lián)接。其相互位置關(guān)系一般分為兩種：徑向分度定位和軸向分度定位，可根據(jù)實(shí)際情況而定。抬起和鎖緊的機(jī)構(gòu)的功能是：轉(zhuǎn)位分度之前減少摩擦需抬起轉(zhuǎn)盤(pán)，分度對(duì)定后將轉(zhuǎn)盤(pán)鎖緊在固定部分上以增加系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性。鉆孔機(jī)是指用鉆頭在實(shí)體材料上加工出孔的專(zhuān)用機(jī)床。鉆削的特點(diǎn)鉆削的特點(diǎn)是鉆頭轉(zhuǎn)速高；摩擦嚴(yán)重、散熱困難、熱量多、切削溫度高；切削量大、排屑困難、易產(chǎn)生振動(dòng)。鉆頭的剛性和精度都較差，故鉆削加工精度低，一般尺寸精度為IT11～I(xiàn)T10，粗糙度為Ra100～25，鉆孔設(shè)備常用的有臺(tái)式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、手電鉆等。實(shí)際應(yīng)用有機(jī)械加工鉆孔機(jī)：在制造行業(yè)中，施行鉆孔工藝的機(jī)器和設(shè)備。五金鉆孔機(jī)、木工鉆孔機(jī)、塑料鉆孔機(jī)等。精密五金鉆孔機(jī)：五金鉆孔機(jī)，也稱(chēng)作機(jī)械鉆孔機(jī)，通過(guò)金屬鉆頭對(duì)金屬產(chǎn)品進(jìn)行加工，主要為表帶，首飾等行業(yè)。全自動(dòng)鉆孔機(jī)：表帶全自動(dòng)鉆孔機(jī)，又叫做表帶鉆孔機(jī)，是解決表帶、首飾類(lèi)細(xì)長(zhǎng)孔鉆孔加工的產(chǎn)品。鉆布料的鉆孔機(jī)：布料鉆孔機(jī)也叫打眼機(jī).是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一根針旋轉(zhuǎn)，工作時(shí)使機(jī)針鉆透成疊衣料，在布料上留下一個(gè)個(gè)小孔痕跡，作為縫紉的定位記號(hào)，有些機(jī)器帶有對(duì)機(jī)針的點(diǎn)加熱裝置，對(duì)于較疏松的衣料加熱后的機(jī)針鉆如衣料退回機(jī)針后，在布料上留下的痕跡更為清晰。隨著計(jì)算機(jī)在機(jī)械領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，采用分度鉆孔的機(jī)械結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，并且在整個(gè)設(shè)備中起著舉足輕重的作用，因此，能夠快速化、自動(dòng)化的進(jìn)行分度鉆孔越來(lái)越重要，對(duì)于非標(biāo)設(shè)備也會(huì)縮短組裝周期，實(shí)現(xiàn)快速交付。分度鉆孔機(jī)結(jié)構(gòu)負(fù)載，工作環(huán)境惡劣，負(fù)荷會(huì)隨著產(chǎn)品不同、環(huán)境不同而產(chǎn)生變化，因此在設(shè)計(jì)中需要保證強(qiáng)度計(jì)算、安全順暢的連續(xù)性工作能力，還需要運(yùn)用力學(xué)分析，以保證鉆孔機(jī)的可靠性和性能的最優(yōu)化。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和非標(biāo)設(shè)備使用的越來(lái)越多，在各行各業(yè)和各種設(shè)備中起到的作用越來(lái)越明顯，但我國(guó)目前多采用人工單個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行鉆孔，無(wú)法滿足設(shè)備的快速交期，因此對(duì)棒料進(jìn)行分度鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常有意義和適應(yīng)我國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展需求的。在正確地分析負(fù)荷和合理地建立模型的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行模擬分析，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等，這對(duì)我國(guó)棒料分度鉆孔的機(jī)械設(shè)計(jì)是有一定的理論指導(dǎo)和實(shí)際參考價(jià)值。1.2研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分度打孔機(jī)的設(shè)計(jì)是非常重要的，鋼管打孔對(duì)于生產(chǎn)型企業(yè)的重要性，不言而喻。打孔設(shè)備在企業(yè)中扮演的角色越來(lái)越重要。打孔設(shè)備是一家規(guī)模的企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，制造環(huán)節(jié)最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代化的標(biāo)志性工具。它標(biāo)志著國(guó)家的現(xiàn)代化和科技水平。重要的是確保公司增加產(chǎn)量，確保產(chǎn)品質(zhì)量，開(kāi)發(fā)品種，改進(jìn)產(chǎn)品，降低成本。打孔設(shè)備是工人為國(guó)家創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富的重要工作手段。它也是國(guó)家的寶貴財(cái)富，也是現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)，能夠順利完成生產(chǎn)的保證與可靠性工具。因此，打孔設(shè)備是非常的存在的必要性與重要性。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，打孔設(shè)備不單單能夠保證產(chǎn)品進(jìn)行批量生產(chǎn)，安全生產(chǎn)所客觀性，而且對(duì)提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)品優(yōu)秀與劣質(zhì)、減少消費(fèi)、保護(hù)社會(huì)環(huán)境問(wèn)題、確保可靠地的必要的生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)水平與收益、促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)健康的，一致性的，協(xié)調(diào)發(fā)展也很重要。打孔設(shè)備的主要目標(biāo)是采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備，采取有效措施確保高效、長(zhǎng)期、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，確保企業(yè)獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。打孔設(shè)備在企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中有著重要的地位，無(wú)可替代，在企業(yè)的實(shí)際活動(dòng)過(guò)程，采用好的設(shè)備，購(gòu)買(mǎi)新的先進(jìn)的設(shè)備，穩(wěn)定的設(shè)備，才能將產(chǎn)品做好、質(zhì)量好、效率高、功耗低、人員成本花費(fèi)低，防止各種事故，提高勞動(dòng)者工作效率，確保人員的安全活動(dòng)。這有利于公司取得非常高的的效益，實(shí)現(xiàn)盈利?，F(xiàn)代企業(yè)需要不斷的技術(shù)創(chuàng)新和新舊設(shè)備的現(xiàn)代化，設(shè)備的合理更新和行業(yè)的加速現(xiàn)代化。總之，隨著科技現(xiàn)代化，企業(yè)越來(lái)越大，越來(lái)越智能時(shí)代，機(jī)械設(shè)備的機(jī)構(gòu)和科技的技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜了，分度打孔設(shè)備也越來(lái)越重要。許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)完全了解和認(rèn)知了這么一個(gè)道理。根據(jù)1976年《前西德工業(yè)公報(bào)》的信息，我們能看出來(lái)一些事情，夠買(mǎi)新的打孔設(shè)備的財(cái)政支出，通常為固定資產(chǎn)初始價(jià)值的7%至11%，或者創(chuàng)造的價(jià)值的12%。如果考慮不同的工裝，治具之類(lèi)的物品消耗，耗材等其他資金，費(fèi)用應(yīng)達(dá)到了公司所有支支出的1/5。根據(jù)1978年的數(shù)據(jù)，前蘇聯(lián)每年在設(shè)備維護(hù)上花費(fèi)超過(guò)100億盧布。不難看出發(fā)達(dá)國(guó)家重視打孔設(shè)備自動(dòng)化，打孔實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的基石和未來(lái)。2.設(shè)計(jì)方案的擬定2.1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.1機(jī)械部分：（1）依據(jù)分度鉆孔機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，確定總體設(shè)計(jì)方案，分度鉆孔機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-1所示：所用到的元件有步進(jìn)電機(jī)，聯(lián)軸器，滾珠絲桿，皮帶，皮帶輪，氣缸，或者液氧缸，三爪卡盤(pán)分度鉆孔機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.1.2轉(zhuǎn)軸部分轉(zhuǎn)軸部分簡(jiǎn)圖如圖3-2所示。此部分由1電機(jī)帶動(dòng)6小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，6小帶輪通過(guò)5皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)4大帶輪運(yùn)動(dòng)，大帶輪上安裝傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸通過(guò)軸承固定在箱體上，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸部分簡(jiǎn)圖1電機(jī)2傳動(dòng)軸3鉆頭4大帶輪5皮帶6小帶輪2.1.3上下移動(dòng)部分上下移動(dòng)部分簡(jiǎn)圖如圖3-3所示。6步進(jìn)電機(jī)通過(guò)5聯(lián)軸器與2滾珠絲桿連接，帶動(dòng)2滾珠絲桿的旋轉(zhuǎn)，2滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)過(guò)程帶動(dòng)1絲桿螺母左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，4導(dǎo)軌滑塊起到支撐負(fù)載作用，3導(dǎo)軌起到固定直線運(yùn)動(dòng)防止跑偏，限位作用。2.1.4水平運(yùn)動(dòng)部分水平運(yùn)動(dòng)部分簡(jiǎn)圖如圖3-4所示。1步進(jìn)電機(jī)通過(guò)3聯(lián)軸器與4主軸連接，傳遞動(dòng)力。5三抓卡盤(pán)與主軸連接，三爪卡盤(pán)上固定6被加工件，隨著步進(jìn)電機(jī)的多角度旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)分度，2液壓缸可以帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)前后移動(dòng)，進(jìn)出上下料。上下移動(dòng)部分簡(jiǎn)圖1絲桿螺母2滾珠絲桿3導(dǎo)軌4導(dǎo)軌滑塊5聯(lián)軸器6步進(jìn)電機(jī)圖3-4水平運(yùn)動(dòng)部分簡(jiǎn)圖1步進(jìn)電機(jī)2液壓缸3聯(lián)軸器4主軸5三爪卡盤(pán)6被加工件2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1控制方案圖：采用PLC控制，其抗干擾能力強(qiáng)，不容易出現(xiàn)故障，接線方便快捷，響應(yīng)速度快可靠性高，控制器選擇S7-200系列PLC。分度鉆孔機(jī)的控制系統(tǒng)框圖如圖3-5所示：分度鉆孔機(jī)的控制系統(tǒng)框圖分度鉆孔機(jī)的動(dòng)作流程圖如圖3-6所示：2.2.2工作流程圖：3.總體方案的設(shè)計(jì)3.1.動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1.1打孔動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)動(dòng)力方案如圖所示，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲桿相連，滾珠絲桿聯(lián)軸器中間增加軸承固定，軸承固定在軸承支架上，軸承通過(guò)螺絲鎖附在電機(jī)座支架上，避免軸承晃動(dòng)，電機(jī)固定在電機(jī)座上，避免電機(jī)滑動(dòng)，電機(jī)座通過(guò)螺絲鎖附在設(shè)備框架上，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲桿在軸承的作用下將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)換成滾動(dòng)摩擦旋轉(zhuǎn)，軸承還能起到固定滾珠絲桿的作用，避免單獨(dú)靠聯(lián)軸器固定滾珠絲桿，容易產(chǎn)生跑偏問(wèn)題電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確步進(jìn)，步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)脈沖電動(dòng)機(jī)。我國(guó)的步進(jìn)電機(jī)在二十世紀(jì)七十年代初開(kāi)始起步，七十年代中期至八十年代中期為成品發(fā)展階段，新品種和高性能電機(jī)不斷開(kāi)發(fā)，目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是永磁材料、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。聯(lián)軸器，聯(lián)軸器起到同心和傳遞扭矩作用，將電機(jī)軸與絞龍軸連接，傳遞扭矩，同時(shí)校正旋轉(zhuǎn)過(guò)程，偏心問(wèn)題，用的梅花聯(lián)軸器1、梅花式聯(lián)軸器梅花聯(lián)軸器是由兩個(gè)剛性體，中間加一彈性的物體，組裝成十字梅花造型進(jìn)行連接的聯(lián)軸器，中間的彈性體選擇工程塑料等，耐久，強(qiáng)度高，使用壽命一般會(huì)有十年左右，梅花聯(lián)軸器彈性體也能有自動(dòng)調(diào)心的作用，經(jīng)久耐用2、彈性柱聯(lián)軸器彈性柱聯(lián)軸器類(lèi)似梅花聯(lián)軸器，它是將彈性的柱子，或者塑料柱子塞到兩個(gè)剛性聯(lián)軸器的安裝孔內(nèi)，外部在用金屬片加以固定，可以起到調(diào)心作用，它的安裝較為簡(jiǎn)單，拆卸方便，但是不可以承受大的扭矩3、彈簧式聯(lián)軸器彈簧聯(lián)軸器就是在兩個(gè)剛性體之間安裝模具彈簧，通過(guò)彈簧進(jìn)行連接與固定，彈簧收到扭矩的作用，會(huì)帶動(dòng)剛性體旋轉(zhuǎn)，它的結(jié)果簡(jiǎn)單，適合小型精密設(shè)備的運(yùn)用4、萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器萬(wàn)向聯(lián)軸器可以實(shí)現(xiàn)不同心轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞扭矩也可以不同心，是兩個(gè)剛形體與一個(gè)剛性體通過(guò)角度的補(bǔ)償連接在一起，它的傳動(dòng)效率不高，一般多用在汽車(chē)的萬(wàn)向節(jié)上5、剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器主要是兩個(gè)剛性體通過(guò)剛性部件進(jìn)行連接，同心度好，基本不存在運(yùn)動(dòng)角度偏移，安裝要求高，一般不用再電機(jī)傳動(dòng)上，因?yàn)殡姍C(jī)傳動(dòng)很難同軸心，安裝困難，電機(jī)與軸偏移就會(huì)導(dǎo)致剛性部件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中收到局部載荷加劇，所有電機(jī)傳動(dòng)一般是柔性聯(lián)軸器6、膜式聯(lián)軸器利用不銹鋼金屬片作為中間補(bǔ)充，金屬片的彈性形變對(duì)于聯(lián)軸器偏心補(bǔ)償?shù)囊环N，因?yàn)榻饘俚膹椥孕巫儜?yīng)力較大，顧可以用在大的傳動(dòng)上，相對(duì)于塑料的梅花聯(lián)軸器傳動(dòng)，金屬的傳遞扭矩更大，膜片聯(lián)軸器主要用在重負(fù)載傳遞扭矩打孔電機(jī)的選擇，選擇市面比較常見(jiàn)的三相異步電機(jī)即可，不需要進(jìn)行精確定位，只是控制鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，選擇市面常見(jiàn)的就可以。三相交流電機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子為閉合線圈，比如鼠籠式。轉(zhuǎn)子線圈將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，最后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣轉(zhuǎn)子就變成了一個(gè)電磁鐵，將跟隨定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必然＜定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣才能切割磁感線。即轉(zhuǎn)子的異步轉(zhuǎn)速＜同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)存在轉(zhuǎn)速差，所以稱(chēng)之為異步電機(jī)。步電機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)速高，有負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速下降。皮帶傳送介紹，我們經(jīng)過(guò)調(diào)研選擇皮帶傳動(dòng)作為鉆頭的使用技巧，皮帶傳動(dòng)的有點(diǎn)很多，比如兩個(gè)輪子之間的距離很遠(yuǎn)，皮帶做長(zhǎng)一點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)輪子之間的遠(yuǎn)距離的傳輸，皮帶也也可在張緊輪的作用下進(jìn)行張緊，但是皮帶有一個(gè)缺點(diǎn)，容易打滑，皮帶也容易磨損與斷裂，它的使用壽命不是很好，后來(lái)有取代皮帶的鋼帶，效果好，但缺很貴，皮帶容易老化，開(kāi)邊，耐久效果不是很好，但售價(jià)便宜，在多數(shù)情況下，是比其他的傳動(dòng)較為便宜，皮帶傳動(dòng)是很好的選擇，但是皮帶不適合高速運(yùn)動(dòng)，高速的運(yùn)動(dòng)，皮帶打滑現(xiàn)象會(huì)增加，低速運(yùn)送適合皮帶傳送。一般是低速使用皮帶傳送。3.1.2水平控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平動(dòng)力系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)與聯(lián)軸器進(jìn)行連接，聯(lián)軸器上安裝旋轉(zhuǎn)軸（主軸），主軸通過(guò)軸承座，軸承固定在設(shè)備上，主軸末端與三角卡盤(pán)連接，夾緊鋼管。主軸指從發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)接受動(dòng)力并將它傳給其它機(jī)件的軸。

主軸亦稱(chēng)“光軸”，是“主光軸”的簡(jiǎn)稱(chēng)：在光具組中具有對(duì)稱(chēng)性的直徑。如球鏡的主軸是通過(guò)鏡面中心與鏡面垂直的直線。透鏡或光軸光具組的主軸是各透鏡面中心的連線。4.總體方案的設(shè)計(jì)4.1普通鉆孔電機(jī)的選擇：已知條件：①工件直徑：

φ20mm；長(zhǎng)度：200mm；②加工孔徑φ5mm*4；③切削速度5mm/s；空載最快移動(dòng)速度：600mm/min：4.1.1切削力的計(jì)算Ff-軸向切削力（N）D-鉆頭直徑（mm）f-每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm）Kp-修正系數(shù)，一般取值0.75根據(jù)題目要求選擇5mm鉆頭，計(jì)算轉(zhuǎn)速，已知切削速度v=5mm/s鉆頭的行程為1mm，及轉(zhuǎn)一圈進(jìn)給1mm那么1s旋轉(zhuǎn)5圈，主軸轉(zhuǎn)速為5r，換算成分鐘n1=5*60=300rpm換算成進(jìn)給量，f=5mm/300=0.017mm/r電機(jī)轉(zhuǎn)速度，已設(shè)定傳動(dòng)比為2:1電機(jī)轉(zhuǎn)速n2=i*n1=2*300=600rpm帶入公式：切削力：Ff=309*5*0.017^0.8*0.75=44.5N4.1.2切削力矩的計(jì)算：根據(jù)計(jì)算公式M=0.21D2fD鉆頭直徑5mmM力矩（N*m）f每轉(zhuǎn)進(jìn)給量0.017mm/rKp修正系數(shù)0.75M=0.21*5^2*0.017^0.8*0.75=0.15N*M由上述計(jì)算，可以得出，電機(jī)轉(zhuǎn)速為N=600rpmM=0.15N*M根據(jù)電機(jī)功率公式4.1.3.電機(jī)功率計(jì)算：T=9550P/n，p是功率，單位kW，n是轉(zhuǎn)速，單位r/min，T扭矩單位為Nm，已知功率P=T*n/9550=0.15*600/9550=0.0094KW可以選擇電機(jī)型號(hào)為：明川四福（蘇州）智能科技有限公司的電機(jī)，型號(hào)IMB14H63-112參數(shù)為：功率：0.12KW轉(zhuǎn)速：1360rpm磁極對(duì)數(shù)：4基座號(hào)：63額定電流：0.44A4.2滾珠絲桿的選擇：4.2.1已知條件：滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。已知條件：①工件直徑：

φ20mm；長(zhǎng)度：200mm；②加工孔徑φ5mm*4；③切削速度5mm/s；空載最快移動(dòng)速度：600mm/min：推力我們上一節(jié)已經(jīng)計(jì)算得出，為44.5N選擇絲桿步驟：1.求出計(jì)算載荷FcFc=KFKHKAFm2.根據(jù)壽命計(jì)算出額定動(dòng)載荷Ca3.查滾珠絲杠副系列中的額定動(dòng)載荷，使，初選幾個(gè)規(guī)格（或型號(hào)），列出其主要參數(shù)4.驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度、穩(wěn)定性等KF—載荷系數(shù)，按表1選取載荷性質(zhì)無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)KF1~1.21.2~1.51.5~2.5KH—硬度系數(shù)，按表2選?。簼L道實(shí)際硬度HRC≥5855504540KH1.01.111.562.43.85KA—精度系數(shù)，按表3選?。壕认禂?shù)1、23、4510KA1.01.11.251.434.2.2計(jì)算選型1.計(jì)算載荷FcFc=KFKHKAFm選擇KF=1.1平穩(wěn)運(yùn)行KH=1.11，滾道硬度1.11KA=1.1精度等級(jí)3.4級(jí)別，級(jí)別高精度工作載荷F=45N，但我們本次考慮是上下進(jìn)行動(dòng)作，要考慮普通電機(jī)的重量，滑臺(tái)的負(fù)載，等，設(shè)這些因素為10KG總體受力為：Fm=F+mgFm=45N+10*10=145N將公式帶入Fc=KFKHKAFm=1.1*1.11*1.1*145N=194N滾珠絲桿的最大受力為194N2.根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca根據(jù)公式：Fc=194Nnm當(dāng)量轉(zhuǎn)速，一般根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，我們已經(jīng)知道空載最快轉(zhuǎn)速為600rpm那么我們就設(shè)置當(dāng)量轉(zhuǎn)速為1000rpm滿足空載最大轉(zhuǎn)速大于600rpm需要Lh使用壽命，一般根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，我們假定可以使用10000H將上述帶入公式：Ca=194*（1000*10000/1.67/10^4）^0.333N=1631N按照選型必須滿足Ca大于計(jì)算值查詢滾珠絲桿的手冊(cè)，滾珠絲桿直徑20mm，導(dǎo)成6mm，其動(dòng)載荷基本大于1811KN，大于計(jì)算Ca的值1631，那么，圖中絲桿的計(jì)算是符合標(biāo)準(zhǔn)的暫定選擇型號(hào)SFS02006-4.8，軸徑20mm，導(dǎo)成6mm4.2.3強(qiáng)度校核：1.穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn),所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于[S]，絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱(chēng)為臨界載荷FcrE—絲杠的彈性模量一般地講，對(duì)彈性體施加一個(gè)外界作用力，彈性體會(huì)發(fā)生形狀的改變（稱(chēng)為“形變”），“彈性模量”的一般定義是：?jiǎn)蜗驊?yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力除以該方向的應(yīng)變。對(duì)鋼E=206GpaIa—絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩慣性矩(momentofinertiaofanarea)是一個(gè)幾何量，通常被用作描述截面抵抗彎曲的性質(zhì)。對(duì)于圓柱，公式為始終d1=20mm，將公示帶入：計(jì)算得出：Ia=3.14*（20）^4/64=7850mm4=7850*10-12m4u長(zhǎng)度系數(shù)，查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，雙推-簡(jiǎn)支時(shí)，u=2/3我們已經(jīng)知道的并且采用一邊固定，一邊支撐l滾珠絲桿的長(zhǎng)度，這個(gè)根據(jù)設(shè)計(jì)決定，我們計(jì)劃，長(zhǎng)度為l=400mm=0.4m完全可以滿足進(jìn)給量，可以根據(jù)實(shí)際選擇不同長(zhǎng)度，我們就設(shè)計(jì)為400mm支承方式有關(guān)系數(shù)雙推—自由F—O雙推—簡(jiǎn)支F—S雙推—雙推F—F[S]3~42.5~3.3—u22/3—fc1.8753.9274.730計(jì)算的結(jié)果要滿足安全系數(shù)在范圍內(nèi)Fcr=3.14^2*206*10^9*7850*10^-12/(2/3*0.4)^2=224211N=2.2*105N安全系數(shù)：我們上邊已經(jīng)計(jì)算最大負(fù)載為194NFm=194N將公式帶入：S=2.2*105/194N=1134>[S]=2.5~3.3絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)2.臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證ncr高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算：fc=3.972（由上述表格查詢得知）d1=20mm=0.02mu=2/3l=400mm=0.4m帶入公式：Ncr=9910*（3.9727）^2*0.02/(2/3*0.4)^2=43988rpm>絲桿最大轉(zhuǎn)速1000rpm3.剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠在工作負(fù)載F（N）和轉(zhuǎn)矩T（N.m）共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量△L0（m）為式中：A—絲杠的截面積A=3.14/4*(0.02)^2=3.14*10^-4Jc-絲杠的極慣性矩：Jc=3.14/32*0.02^4=1.57*10^-8G—絲杠切變模量，對(duì)于鋼，G=83.3GPa=83.3*10^9pa剪切模量（modulusofrigidity），材料常數(shù)，是剪切應(yīng)力與應(yīng)變的比值。又稱(chēng)切變模量或剛性模量。材料的力學(xué)性能指標(biāo)之一E=206Gpa=206*10^9paP絲桿導(dǎo)程6mm=0.06mT—轉(zhuǎn)矩（N.m）(1-11)Fm=194ND0公稱(chēng)直徑，D0=20mm=0.02mλ為螺旋角，根據(jù)絲桿手冊(cè)查詢，λ=1°99，ρ一般為摩擦角，一般選擇摩擦角為p=10’帶入計(jì)算公式T=149*0.02*tan（1°99，+10’）=0.104N.M將上述數(shù)值帶入公式：L0=0.06*194/3.14/10^-4/206/10^9+0.06^2*0.104/2/3.14/83.3/10^9/1.57/10^-8=2.26*10^-7m=2.27*10^-1um=0.27um絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為L(zhǎng)=400mmP=6mm帶入公式△L=400/6*0.27um=18um通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，我們本次如果精度為0.1mm△L<0.5*0.1mm=0.05mm=50um那么是滿足要求，當(dāng)然我們計(jì)算的結(jié)果，與廠家推薦的剛度屬性47um基本差異不大。8.效率驗(yàn)算：滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為螺旋角：λ=1°99′摩擦角，一般取10’(1-14)帶入公式，計(jì)算得出η=0.933要求在90%~95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。上述計(jì)算驗(yàn)證，絲桿各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用4.3步進(jìn)電機(jī)的選擇：我們知道本次設(shè)計(jì)采用了步進(jìn)電機(jī)，需要根據(jù)實(shí)際的大小，重量，等因素來(lái)影響我們對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的選型。我們由一些公式來(lái)檢驗(yàn)我們所需的步進(jìn)電機(jī)，我們既不要盲目選擇價(jià)格便宜身材小巧的，也不要選擇，扭矩過(guò)大，功率過(guò)大或過(guò)小的步進(jìn)電機(jī)，我們要選擇合適的最優(yōu)的電機(jī)。4.3.1步進(jìn)電機(jī)步距角計(jì)算我們所選擇的電機(jī)，需要根據(jù)負(fù)載的大小，以及與絲桿的配合、功率的要求等因素相結(jié)合。步進(jìn)電機(jī)步距角θb計(jì)算：我們接觸到的步進(jìn)電機(jī)有兩相、三相、五相電機(jī)，相數(shù)指的是定子相數(shù)。他們的區(qū)別在于步距角的不同θb;通過(guò)相關(guān)公式我們可以求的步距角θb;通過(guò)查閱資料我們知道兩相、三相、五相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)分別為50、40、48。步距角其中m代表定子相數(shù)z代表轉(zhuǎn)子齒數(shù)c代表通電方式(C1=1表達(dá)單相輪流通電、兩相輪流通電方式,C2=2則表示單、雙相的輪流的通電流方式)通過(guò)公式我們可求得兩相、三相、五相由公式我們也可以看出，轉(zhuǎn)子內(nèi)部齒數(shù)越多，步距角度就會(huì)越小，定子數(shù)如果越多，步距角度越小，通電方式的節(jié)拍越多，步距角度的越??；步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算：通過(guò)公式我們求得步距角θb則我們?cè)O(shè)通電得頻率為1000Hz則兩相、三相、五相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由公式分別為（其中f代表通電頻率）我們可以通過(guò)滾珠絲桿得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及轉(zhuǎn)矩來(lái)確定步進(jìn)電機(jī)型號(hào)。是滾珠絲桿的鐵的密度滾珠絲桿的慣性慣量Jx通過(guò)相關(guān)書(shū)籍的查找我們知道力矩得公式為（這里的F代表力大小，L代表力臂的長(zhǎng)度）(這里的J代表轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、β代表角加速度)查閱手冊(cè)知道不同的物體，它的慣性的慣量計(jì)算鞏式是有不同的，在這里的查到的公式中我們選擇的的是圓柱體的慣性的慣量計(jì)算公式來(lái)計(jì)算由公式我們可分別算出、、滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量20直徑滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jx=3.14/32*7.9*10^3*(20*10^-3)^4=1.98*10^-11=1.24*10^-4kg*m2工作臺(tái)與工作臺(tái)負(fù)載慣性量、平動(dòng)慣性慣量J（3-6）(其中P為導(dǎo)程,m為工作臺(tái)的總重量)滾珠絲桿的導(dǎo)程分別為6mm；m=100N=10kg由公式工作臺(tái)與工作臺(tái)負(fù)載慣性量、平動(dòng)慣性慣量J：J=10*(6*10^-3/2/3.14)^2=9.13*10^-6kg*m2有以上公式計(jì)算后可得到總滾動(dòng)絲桿慣量（3-7）則滾珠絲桿的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J總=9.13*10^-6+1.24*10^-4kg*m2=1.3*10^-4kg*m2由上邊的計(jì)算結(jié)構(gòu)的出，我們的滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量還有工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需要與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配，一般選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3~5倍，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.3*10^4kg*m2*3=6.5kg*cm2步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLTL=F負(fù)載力，已經(jīng)計(jì)算知道負(fù)載力F=194NPb，絲桿導(dǎo)成，已經(jīng)知道Pb=6mm=0.06mη效率，一般效率為0.9帶入計(jì)算：TL=194*0.06/2/3.14/0.9=2.05N*m加速轉(zhuǎn)矩TsTs=N轉(zhuǎn)速，絲桿轉(zhuǎn)速最大我們已經(jīng)知道是1000rpmm質(zhì)量工作臺(tái)質(zhì)量m1=10kg絲桿質(zhì)量m2=p*l*1/4*πD2*l=1/4*7.9*10^3*3.14*(0.02)^2*0.4=2.48kg總質(zhì)量m=10+2.48=12.48kg聯(lián)軸器的質(zhì)量m=0.1kg總質(zhì)量m=10+2.48+0.1=12.58kgT1加速時(shí)間，一般是電機(jī)的固有特點(diǎn)，一般為0.3s帶入計(jì)算得出Ts=2*3.14*1000*12.58*1.3*10^-4/60/0.3=0.5N*M總的扭矩為：T=Tl+Ts=0.5+2.05=2.55N*m步進(jìn)電機(jī)固有頻率估算值根據(jù)上述內(nèi)容與計(jì)算，我們得到步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)為T(mén)=2.55N*m轉(zhuǎn)速1000rpm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量6.5kg*cm2選則臺(tái)州鴻牛機(jī)電有限公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)130BYG2501滿足條件4.4主軸的受力分析與步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算：4.4.1主軸受力分析與校核主軸的計(jì)算與受力情況，設(shè)轉(zhuǎn)速為500rpm，這個(gè)轉(zhuǎn)速為帶動(dòng)鋼管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，假定為500rpm扭矩，帶動(dòng)剛轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，基本也不需要多大扭矩，假設(shè)這個(gè)扭矩為0.32N*m帶入公式n=500rpm，T=9550P/n，p=0.32/9550*500=0.016Kw選擇材料為Q235鋼：A由表格查出為135軸的材料Q235、20Q275、35451Cr18Ni9Ti40Cr、35SiMn、42SiMn40MnB、38SiMnMo、3Cr13[rr]/MPa15~2520~3525~4515~2535~55A149~126135~112126~103148~125112~97帶入公式得出：D>135*(0.016/500)^0.333=4.3mmD>4.3mm，主軸的軸徑一般要大于4.3mm才能夠滿足條件。我們的主軸用了40mm，是滿足條件的2.強(qiáng)度校核我們根據(jù)產(chǎn)品的裝配與圖紙，設(shè)計(jì)了軸的尺寸，軸承的安裝位置，鏈輪的安裝位置軸收到外部載荷的作用，受到扭轉(zhuǎn)載荷作用，需要進(jìn)行校核根據(jù)彎扭組合計(jì)算公式，這里使用第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核式中。ga——軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa;M、T——軸所受的彎矩和轉(zhuǎn)矩，N·mm;W、Wr——軸的抗彎和抗扭截面系數(shù)，mm3,計(jì)[o-1]——對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，a——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力特性當(dāng)量系數(shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取a≈0.3,當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取a≈0.6,若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取a=1。我們的鋼管長(zhǎng)度為200mm，受力剛才我們已經(jīng)計(jì)算收到的切削力為49N那么彎矩為:M=F*L=49*0.2N*m=10N*m=10*10^3N*mmT=0.32Nm=0.32*10^3NmmW=3.14*40^3/32=6280扭轉(zhuǎn)當(dāng)量系數(shù)取1代入公式：a=sqrt(10*10^6+1*0.32*10^6)/6280=40.5Mpa<55MPa（Q235的疲勞強(qiáng)度為55mpa）符合條件4.4.2步進(jìn)電機(jī)的選擇：步進(jìn)電機(jī)的選擇與滾珠絲桿章節(jié)的選擇基本一致，不過(guò)這里要進(jìn)行主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主軸的慣性慣量Jx查到的公式中我們選擇的的是圓柱體的慣性的慣量計(jì)算公式來(lái)計(jì)算由公式我們可分別算出主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量20直徑滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jx=3.14/32*7.9*10^3*(40*10^-3)^4=1.98*10^-3由上邊的計(jì)算結(jié)構(gòu)的出，我們的滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量還有工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需要與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配，一般選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3~5倍，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.98*10^-3kg*m2*3=59.5kg*cm2步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算加速轉(zhuǎn)矩TsTs=N轉(zhuǎn)速，絲桿轉(zhuǎn)速最大我們已經(jīng)知道是500rpm，主軸長(zhǎng)度200mm主軸質(zhì)量m1=p*l*1/4*πD2*L=1/4*7.9*10^3*3.14*(0.04)^2*0.2=1.98kg總質(zhì)量m=1.98kg聯(lián)軸器質(zhì)量M=0.5kg總質(zhì)量：m=1.98+0.5=2.5kgT1加速時(shí)間，一般是電機(jī)的固有特點(diǎn)，一般為0.3s帶入計(jì)算得出Ts=2*3.14*500*2.5*1.3*10^-4/60/0.3=0.05N*M步進(jìn)電機(jī)固有頻率估算值根據(jù)上述內(nèi)容與計(jì)算，我們得到步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)為T(mén)=0.05N*m轉(zhuǎn)速500rpm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量59.5kg*cm2這種一般需要配備減速機(jī)使用，例如配1:10的減速機(jī)，T=0.05*10=0.5N*mN=500/10=50rpmJ=59.5/100=0.59kg*cm24.5氣缸的選型與計(jì)算：氣缸是一種將氣壓轉(zhuǎn)換成動(dòng)力的執(zhí)行元件，一般通過(guò)空氣壓縮機(jī)得到的氣壓值，氣壓范圍為0.4~0.6Mpa，對(duì)于氣缸缸徑選擇，應(yīng)當(dāng)保證氣缸出力大于4所受的負(fù)載的計(jì)算。負(fù)載的質(zhì)量計(jì)算比較復(fù)雜，一般需要每個(gè)零件的質(zhì)量相加得出，真確的計(jì)算不太可能，我們這里進(jìn)行估計(jì)計(jì)算，假設(shè)總質(zhì)量為20kg（便于計(jì)算）缸徑計(jì)算，以負(fù)載200N，工作壓力p=0.4Mpa進(jìn)行計(jì)算，氣缸效率為β=65%（實(shí)際氣缸在使用中存在漏氣等問(wèn)題，暫定選擇氣缸的效率為β=65%）那么氣缸的穩(wěn)定出力為P=F/β=200/0.65=307N，帶入公式計(jì)算得出P1=π/4×D2×pD=31mm，則選擇氣缸在31mm以上的可以滿足實(shí)際負(fù)載需求，可以選擇大于31mm氣缸，我們選擇缸徑為40mm的氣缸行程選擇，根據(jù)數(shù)模圖紙，工件之間預(yù)留的位置，通過(guò)數(shù)模三維模擬，綜上所述，查詢氣缸手冊(cè)，選擇亞德客的氣缸型號(hào)為：SAIF40X200-06AI4.6其他材料介紹軸承：軸承就是制成軸運(yùn)動(dòng)的部件，簡(jiǎn)單說(shuō)就是將軸的滑動(dòng)變成滾動(dòng)摩擦的一種方式，最終是為了降低摩擦力，滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)小于滑動(dòng)摩擦系數(shù)，使用軸承能大大降低能量損耗，有調(diào)心的軸承，有定位的軸承，有受到軸向力的軸承，有受到徑向力的軸承。主要還是摩擦系數(shù)小，例如轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)極限高，，是非常好的傳遞扭矩的零件，大大降低了應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)然，不同的軸承有不同的用途，我們要知道軸承的使用情況，選擇合適的軸承，軸承種類(lèi)繁多，選錯(cuò)軸承，會(huì)導(dǎo)致重大異常的產(chǎn)生，所以我們必須學(xué)會(huì)軸承的使用情況，使用環(huán)境，避免造成危險(xiǎn)事故發(fā)生，當(dāng)只接受徑向充電時(shí)，接觸角為零?；蛘呋静皇芰?，我們根據(jù)軸承的應(yīng)用，因此深溝球軸承的選擇適合于選擇條件。深溝球軸承：深溝球軸承是一種廣泛用在工業(yè)，制造業(yè)的一種軸承，它是將利用滾珠進(jìn)行的滾動(dòng)摩擦，大大降低了摩擦系數(shù)，使得傳動(dòng)更加平穩(wěn)，速度快。可用于同時(shí)接受徑向充電或徑向及軸方向的復(fù)合充電的部件。也可用于小電力電機(jī)、自動(dòng)車(chē)和拖拉機(jī)的變速機(jī)、機(jī)床的變速機(jī)、通用機(jī)床、工具等受到軸向負(fù)荷的部件。深溝球軸承是最常見(jiàn)的滾動(dòng)軸承類(lèi)型。軸承的壽命，軸承載荷間的關(guān)系，可表示為下列公式：式中：──基本額定壽命（106轉(zhuǎn)）；──基本額定壽命（小時(shí)h）；C──基本額定動(dòng)載荷，由軸承類(lèi)型、尺寸查表獲得；P──當(dāng)量動(dòng)載荷（N），根據(jù)所受徑向力、軸向力合成計(jì)算；──溫度系數(shù)，由表1查得；n──軸承工作轉(zhuǎn)速（r/min）；──壽命指數(shù)（球軸承，滾子軸承溫度系數(shù)：當(dāng)滾動(dòng)軸承同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷時(shí)，當(dāng)量載荷的基本計(jì)算公式為式中：P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；——徑向載荷，N；——軸向載荷，N；X——徑向動(dòng)載荷系數(shù)；Y——軸向動(dòng)載荷系數(shù)；——負(fù)荷系數(shù)當(dāng)軸承承受有沖擊載荷時(shí)，當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算時(shí)，引入載荷系數(shù)動(dòng)載荷系數(shù)X、Y通過(guò)上述公式與計(jì)算方式，我們計(jì)算深溝球軸承的壽命ft=1(小于120°的情況下選擇系數(shù))C──基本額定動(dòng)載荷：P──當(dāng)量動(dòng)載荷fp=1.0~1.2(查表得)查表得滾子軸承，系數(shù)為3.333查表得出系數(shù)，我們只是徑向力，軸向基本不受力e取X=1，Y=0，即深溝球軸承只收到徑向力，不受到軸向力計(jì)算P的值P=1.0*（1*149N+0*0）=149NC基本額定動(dòng)載荷，由上邊的軸承表查出，C=5100N計(jì)算結(jié)果：L10=（1*5100/149）3.33=3.4x108（106轉(zhuǎn)）聯(lián)軸器：聯(lián)軸器起到同心和傳遞扭矩作用，將電機(jī)軸與絞龍軸連接，傳遞扭矩，同時(shí)校正旋轉(zhuǎn)過(guò)程，偏心問(wèn)題，用的梅花聯(lián)軸器1、梅花式聯(lián)軸器梅花聯(lián)軸器是由兩個(gè)剛性體，中間加一彈性的物體，組裝成十字梅花造型進(jìn)行連接的聯(lián)軸器，中間的彈性體選擇工程塑料等，耐久，強(qiáng)度高，使用壽命一般會(huì)有十年左右，梅花聯(lián)軸器彈性體也能有自動(dòng)調(diào)心的作用，經(jīng)久耐用2、彈性柱聯(lián)軸器彈性柱聯(lián)軸器類(lèi)似梅花聯(lián)軸器，它是將彈性的柱子，或者塑料柱子塞到兩個(gè)剛性聯(lián)軸器的安裝孔內(nèi)，外部在用金屬片加以固定，可以起到調(diào)心作用，它的安裝較為簡(jiǎn)單，拆卸方便，但是不可以承受大的扭矩3、彈簧式聯(lián)軸器彈簧聯(lián)軸器就是在兩個(gè)剛性體之間安裝模具彈簧，通過(guò)彈簧進(jìn)行連接與固定，彈簧收到扭矩的作用，會(huì)帶動(dòng)剛性體旋轉(zhuǎn)，它的結(jié)果簡(jiǎn)單，適合小型精密設(shè)備的運(yùn)用4、萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器萬(wàn)向聯(lián)軸器可以實(shí)現(xiàn)不同心轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞扭矩也可以不同心，是兩個(gè)剛形體與一個(gè)剛性體通過(guò)角度的補(bǔ)償連接在一起，它的傳動(dòng)效率不高，一般多用在汽車(chē)的萬(wàn)向節(jié)上5、剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器主要是兩個(gè)剛性體通過(guò)剛性部件進(jìn)行連接，同心度好，基本不存在運(yùn)動(dòng)角度偏移，安裝要求高，一般不用再電機(jī)傳動(dòng)上，因?yàn)殡姍C(jī)傳動(dòng)很難同軸心，安裝困難，電機(jī)與軸偏移就會(huì)導(dǎo)致剛性部件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中收到局部載荷加劇，所有電機(jī)傳動(dòng)一般是柔性聯(lián)軸器6、膜式聯(lián)軸器利用不銹鋼金屬片作為中間補(bǔ)充，金屬片的彈性形變對(duì)于聯(lián)軸器偏心補(bǔ)償?shù)囊环N，因?yàn)榻饘俚膹椥孕巫儜?yīng)力較大，顧可以用在大的傳動(dòng)上，相對(duì)于塑料的梅花聯(lián)軸器傳動(dòng)，金屬的傳遞扭矩更大，膜片聯(lián)軸器主要用在重負(fù)載傳遞扭矩45號(hào)鋼：5號(hào)鋼的材質(zhì)是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。45號(hào)鋼材的碳含量在0.42%~0.5%之間，還有鎂元素、鎳元素、磷元素、硫元素、硅元素等都在一定的范圍，因此才能夠形成各自的性能特點(diǎn)。如耐腐蝕性能、強(qiáng)度等都會(huì)大不一樣。如含碳量比較低，韌性雖然提高，但是強(qiáng)度就會(huì)不足。后期也可通過(guò)淬火、回火的方式，從而能夠改變它的性能。45鋼是GB中的叫法，也叫“油鋼”。市場(chǎng)現(xiàn)貨熱軋居多；1.0~4.0mm（毫米）之間。該鋼冷塑性一般，退火、正火比調(diào)質(zhì)時(shí)要稍好，具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性。正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。該鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其綜合力學(xué)性能要優(yōu)化于其他中碳結(jié)構(gòu)鋼，但該鋼淬透性較低，水中臨界淬透直徑為12~17mm，水淬時(shí)有開(kāi)裂傾向。當(dāng)直徑大于80mm時(shí)，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火后，其力學(xué)性能相近，對(duì)中、小型模具零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后可獲得較高的強(qiáng)度和韌性，而大型零件，則以正火處理為宜，所以，此鋼通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用。5.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.多軸數(shù)控鉆床程序說(shuō)明程序段1：系統(tǒng)復(fù)位初始化，當(dāng)設(shè)備剛上電的時(shí)候SM0.1初始化脈沖會(huì)接通，按下急停按鈕的時(shí)候I0.2會(huì)接通，就會(huì)把自動(dòng)步序VB0寄存器給清零從頭開(kāi)始，達(dá)到初始化的目的。程序段2：系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)設(shè)備按下I0.0啟動(dòng)按鈕的時(shí)候VB0自動(dòng)步序寄存器傳送10到自動(dòng)步序里。程序段3：自動(dòng)步序到第10步的時(shí)候，線圈Q0.4輸出液壓伸縮缸伸出，T40時(shí)間繼電器記時(shí)延時(shí)到設(shè)定時(shí)間，自動(dòng)步序傳送20到VB0自動(dòng)步序里。程序段4：自動(dòng)步序到第20步的時(shí)候，線圈Q0.2輸出普通帶輪旋轉(zhuǎn)電機(jī)動(dòng)作，T41時(shí)間繼電器記時(shí)到設(shè)定時(shí)間，自動(dòng)步序傳送30到VB0自動(dòng)步序里。程序段5：自動(dòng)步序進(jìn)入第30步的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)開(kāi)始進(jìn)行絕對(duì)定位，VD200是設(shè)定的位置，VD202是設(shè)定的速度，I0.2是急停按鈕按下的時(shí)候步進(jìn)電機(jī)會(huì)停止，M1.0是定位完成信號(hào)，當(dāng)定位完成的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行T42時(shí)間繼電器延時(shí)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間自動(dòng)步序傳送40到VB0自動(dòng)步序里。程序段6：自動(dòng)步序進(jìn)入到40步的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)開(kāi)始進(jìn)行絕對(duì)定位，VD204是設(shè)定的位置，VD206是設(shè)定的速度，I0.2是急停按鈕按下的時(shí)候步進(jìn)電機(jī)會(huì)停止，M1.1是定位完成信號(hào)，當(dāng)定位完成的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行T43時(shí)間繼電器延時(shí)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間自動(dòng)步序傳送50到VB0自動(dòng)步序里。程序段7：自動(dòng)步序進(jìn)入到50步的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始進(jìn)行絕對(duì)定位，VD208是設(shè)定的位置，VD210是設(shè)定的速度，I0.2是急停按鈕按下的時(shí)候步進(jìn)電機(jī)會(huì)停止，M1.2是定位完成信號(hào)，當(dāng)定位完成的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行T44時(shí)間繼電器延時(shí)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間自動(dòng)步序傳送60到VB0自動(dòng)步序里。程序段8：自動(dòng)步序進(jìn)入到60步的時(shí)候，Q0.5線圈輸出，液壓伸縮氣缸縮回，T45時(shí)間繼電器延時(shí)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間自動(dòng)步序傳送70到VB0自動(dòng)步序里。程序段9：自動(dòng)步序進(jìn)入到70步的時(shí)候，所有動(dòng)作都已完成，傳送10到VB0自動(dòng)步序里，等待下一次啟動(dòng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)不斷循環(huán)動(dòng)作。特別說(shuō)明，所有自動(dòng)步序都有停止按鈕，當(dāng)按下停止設(shè)備將停止動(dòng)作，松開(kāi)停止按鈕會(huì)繼續(xù)動(dòng)作。總結(jié)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，總結(jié)調(diào)研結(jié)果，當(dāng)前我國(guó)許多企業(yè)仍處于工業(yè)2.0、工業(yè)3.0階段，我們目前需要對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、進(jìn)行全面更新或者改造升級(jí)，對(duì)工人進(jìn)行新技能培訓(xùn)，需要大量的資源投入，但資金等要素短缺嚴(yán)重限制了企業(yè)的人本化改造。工業(yè)仿真設(shè)計(jì)軟件基本被國(guó)外壟斷，高檔數(shù)控機(jī)床、智能傳感器等對(duì)進(jìn)口的依賴程度較大，很大一部分新材料處于實(shí)驗(yàn)室研究階段無(wú)法開(kāi)展應(yīng)用轉(zhuǎn)化等等。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系仍不健全。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)處于全球產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的低端位置，在國(guó)際制造標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域中的話語(yǔ)權(quán)和影響力較弱，在國(guó)內(nèi)智能制造標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)接與互認(rèn)方面仍然有待加強(qiáng)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們更能理解設(shè)計(jì)高端機(jī)床的困難，以后更加好好努力，爭(zhēng)取完成設(shè)計(jì)，高端機(jī)床。中國(guó)的制造業(yè)，基本遵循零部件-整機(jī)-集成應(yīng)用模式，更多的是一種搭積木的方式，就是終端客戶結(jié)合系統(tǒng)方案從不同國(guó)際上優(yōu)秀的供應(yīng)商那里采購(gòu)來(lái)一個(gè)個(gè)的設(shè)備產(chǎn)品，很多設(shè)備要進(jìn)行定制化的開(kāi)發(fā)。而設(shè)備供應(yīng)商根據(jù)終端需求，自制和采購(gòu)自動(dòng)化零部件進(jìn)行設(shè)備裝配。隨著中國(guó)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)高性能設(shè)備，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、集成化，打破外國(guó)壟斷的情況，我們需要長(zhǎng)期不懈的努力，并為之奮斗，還有很長(zhǎng)的路要走。練習(xí)本次設(shè)計(jì)，能夠很好的知道設(shè)計(jì)的問(wèn)題，更加努力為國(guó)家建設(shè)好的產(chǎn)品。在這里非常非常感謝老師。是你的幫助使我成功地完成了論文感謝所有一起走過(guò)四年的學(xué)生。他們是一起工作的小伙伴。他們使我艱苦乏味的學(xué)生生活變得多姿多彩。感謝你們對(duì)和我一起做實(shí)驗(yàn)和上課的學(xué)生的無(wú)私幫助和鼓勵(lì)，這讓我在一年多的學(xué)習(xí)中收獲了很多。我的同學(xué)和朋友。因?yàn)槟?，我的學(xué)生生活充滿了快樂(lè)和喜悅。非常感謝。感謝同學(xué)們對(duì)我生活和學(xué)習(xí)的幫助，感謝你們的陪伴和支持。溫暖的友誼將永遠(yuǎn)留在我的心中！特別感謝我的朋友們，感謝你們的幫助，幫助和幫助我完成我的工作。由于有同學(xué)和朋友的陪伴，學(xué)習(xí)的方式特別美妙，令人難忘。感謝我的父母，是你日復(fù)一日地為我擔(dān)心，拖著衰老的身體，讓我擺脫身后的煩惱，順利完成學(xué)業(yè)。謝謝你的支持，這給了我繼續(xù)下去的動(dòng)力。謝謝你們給我的一切。我衷心感謝你的大力培養(yǎng)，希望我的未來(lái)會(huì)更好，我要感謝學(xué)院所有相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師在項(xiàng)目開(kāi)幕、起草和預(yù)答辯期間提出的寶貴建議，感謝他們?cè)陧?xiàng)目研究期間的幫助和指導(dǎo)，感謝學(xué)院的培訓(xùn)！

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