X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)【二坐標(biāo) 雙坐標(biāo)】【含CAD圖紙】
X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)【二坐標(biāo) 雙坐標(biāo)】【含CAD圖紙】,二坐標(biāo),雙坐標(biāo),含CAD圖紙,X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)【二坐標(biāo),雙坐標(biāo)】【含CAD圖紙】,數(shù)控,運(yùn)動(dòng),工作臺(tái),設(shè)計(jì),坐標(biāo),cad,圖紙
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)（論文）題目： X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
學(xué) 院 名 稱：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指 導(dǎo) 教 師：
2013年 月 日
摘 要
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—橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(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(lái)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)，完成工作臺(tái)在X、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(mén)廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。
關(guān)鍵詞：X-Y數(shù)控工作臺(tái)；設(shè)計(jì)；過(guò)程；功能
II
Abstract
X-Y NC worktable is a fundamental part of many electromechanical integration equipment, such as CNC lathe longitudinal and transverse feed mechanism, CNC milling machine and CNC drilling machine of the X-Y table, laser processing equipment for working table, electronic element surface mount equipment etc.. X-Y NC Worktable module, usually by the rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and a servo motor and other components. The servo motor to drive the ball screw actuator, a ball screw nut drives the slide block and the working platform motion on the guide rail, straight mobile work station in X, Y direction. Guide, ball screw and servo motor are based on standard, by the specialized manufacturers, only when the design work load to select.
Keywords: X-Y NC worktable ;design ;process ;function
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2 X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)應(yīng)用 1
第2章 X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)要求 2
2.1設(shè)計(jì)主要要求 2
2.2 綜合作業(yè)內(nèi)容 2
第3章 X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3
3.1脈沖當(dāng)量選擇 3
3.2工作臺(tái)外形尺寸及重量估算 3
3.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選擇 4
3.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算 5
3.5傳動(dòng)效率計(jì)算 8
3.6穩(wěn)定性驗(yàn)算 8
3.6 剛度驗(yàn)算 8
3.7 滾珠絲杠精度等級(jí)確定 9
3.8 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù) 11
3.9 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 11
3.10電機(jī)至絲杠之間齒輪減速傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13
3.11等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率) 16
3.12 電機(jī)的計(jì)算選型 17
3.13 聯(lián)軸器選擇 17
結(jié) 論 18
致 謝 19
參考文獻(xiàn) 20
20
第1章 緒論
1.1 課題研究意義
制造業(yè)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國(guó)家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國(guó)是世界上產(chǎn)量最多的國(guó)家.根據(jù)德國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)(VD W )2000年統(tǒng)計(jì)資料，在主要的生產(chǎn)國(guó)家中，中國(guó)排名為世界第五位。但是在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平:即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì):一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)滯銷積壓，國(guó)外產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。
1.2 X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)應(yīng)用
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—橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(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(lái)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)，完成工作臺(tái)在X、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(mén)廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。
第2章 X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)要求
2.1設(shè)計(jì)主要要求
1、設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)X/Y向數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)
2、數(shù)控運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力源采用交流伺服電機(jī).但所選電機(jī)必須與該電機(jī)生產(chǎn)廠所列技術(shù)數(shù)據(jù)一致
3、工作臺(tái)尺寸450X350mm（X/Y）
4、工作臺(tái)（X/Y）工作行徑400/300
5、脈沖當(dāng)量X/Y 0.004mm/脈沖
6、X向最高工作進(jìn)給速度200mm/min
7、X向最高空載快進(jìn)速度300mm/min
8、工件最大重量（包括夾具）為400kg
9、工作壽命每天8小時(shí)，連續(xù)工作5年，250/年
10、進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)均采用滾動(dòng)絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌副
2.2 綜合作業(yè)內(nèi)容
1、數(shù)控十字工作臺(tái)裝配圖一張(提供打印并簽名）
2、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（主要內(nèi)容1電機(jī)選型計(jì)算（脈沖當(dāng)量2滾動(dòng)絲杠選型與計(jì)算3滾動(dòng)導(dǎo)軌選型計(jì)算
第3章 X-Y數(shù)控運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1脈沖當(dāng)量選擇
脈沖當(dāng)量δp是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，由于脈沖當(dāng)量X/Y 0.004mm/脈沖 由已知設(shè)計(jì)參數(shù)初定脈沖當(dāng)量δ=0.004mm/p
3.2工作臺(tái)外形尺寸及重量估算
3-1工作臺(tái)簡(jiǎn)圖
已知題設(shè)要求：工作臺(tái)尺寸450X350mm（X/Y）
取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?50mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?30mm,設(shè)計(jì)工作臺(tái)簡(jiǎn)圖如下：
X向拖板（上拖板）尺寸：
長(zhǎng)寬高 350×230×50
重量：按重量=體積×材料比重估算
N
Y向拖板（下拖板）尺寸： 350×230×50
N
上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量：
夾具及工件重量：400kg約4000N。
X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約4735N。
3.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選擇
根據(jù)給定的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件的總重量及負(fù)載和估算的 和 計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) =C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷；工作載荷 P=0.5(+W)； =1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取，
根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:
⑴、導(dǎo)軌型式：圓形截面滾珠導(dǎo)軌
⑵、導(dǎo)軌長(zhǎng)度
絲杠有效行程 由[3]表5-4查得le=20 mm
已知工作臺(tái)尺寸450X350mm（X/Y）
已知工作臺(tái)（X/Y）工作行徑400/300
①上導(dǎo)軌（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
②下導(dǎo)軌（Y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
選擇導(dǎo)軌的型號(hào)：GTA16
⑶、直線滾動(dòng)軸承的選型
⑶、直線滾動(dòng)軸承的選型
①上導(dǎo)軌
②下導(dǎo)軌的
由于本系統(tǒng)負(fù)載相對(duì)較小，查表后得出LM10UUOP型直線滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷為，大于實(shí)際動(dòng)負(fù)載；但考慮到經(jīng)濟(jì)性等因素最后選擇LM16UUOP型直線滾動(dòng)軸承。并采用雙排兩列4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。
⑷、滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法
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或Ⅲ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α角，由此造成誤差。此外，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。
3.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算
（1）.滾珠循環(huán)方式
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》》表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式
（2）.軸向間隙預(yù)緊方式
預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度.
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》》表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。
2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》》
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3。
⑴、最大動(dòng)負(fù)載Q的計(jì)算
式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時(shí)為1.0。
查表得系數(shù)，，壽命值:
查表得使用壽命時(shí)間T==10000h，初選絲杠螺距t=5mm，得絲杠轉(zhuǎn)速
（X向最高空載快進(jìn)速度300mm/min）
所以
X向絲杠牽引力
Y向絲杠牽引力
所以最大動(dòng)負(fù)荷
X向
Y向
根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為: CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。
其基本參數(shù)如下:
其額定動(dòng)載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表
名稱
計(jì)算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
20mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
4.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
19.365mm
螺桿內(nèi)徑
16.788mm
螺桿接觸直徑
17.755mm
螺母螺紋外徑
24.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
20.7mm
3.5傳動(dòng)效率計(jì)算
絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
3.6穩(wěn)定性驗(yàn)算
絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。
3.6 剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算
絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為
E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
3.7 滾珠絲杠精度等級(jí)確定
（1）.絲杠有效行程 由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》》表5-4查得le=20 mm
導(dǎo)軌總長(zhǎng)Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長(zhǎng)Lv =350-20=330mm
（2）.精度等級(jí) 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差
ep=0.01/300×350×103=11.7查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表5-5得:
精度等級(jí)為T(mén)3
4）滾珠絲杠副支承形式選擇
滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動(dòng)軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動(dòng),其次才是徑向約束。
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表5-6查得,采用一端固定一端游動(dòng)(F-S)支承形式.
5）滾珠絲杠副的選擇
高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動(dòng)負(fù)荷Cα≥Cαj選擇滾珠絲杠副
Cαj=[(Fefw)/(fhftfafk)]×[(60Lhne)/(106)]1/3
式中 Cαj--滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)負(fù)荷(N)
Fe--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N)，取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06×120)/2=63.6N
ne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min). ne=250r/min.
Lh--絲杠工作壽命(h). 查考樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》》表5-7得Lh=15000 h.
ft--溫度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》》表5-8,得ft=0.70.
fa--精度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》》表5-9得fa=1.0
fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查[2]表5-10得fw=0.95
fh--硬度系數(shù).查[2]表5-11得fh=1.0
fk--可靠性系數(shù).查[2]表5-12得fk=0.21.
計(jì)算得Caj=2.5N
表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw
6）滾珠絲杠副校核
（1）.臨界壓縮負(fù)荷 對(duì)于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.
不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示
Fn=3.4×1010(f1d24)÷(L02) ×K1
式中 L0–--最長(zhǎng)受壓長(zhǎng)度.取400 mm
f1--絲杠支承方式系數(shù), F-S取2
d2--絲杠螺紋底徑,查[4]3-32取17.6 mm
k1 安全系數(shù)，取1/3
Fn=13593N>Fmax
（2）.臨界轉(zhuǎn)速
ncr=9910(f22d2)/Lc2
式中 f2--絲杠支承方式系數(shù),F-S取3.927.
Lc --臨時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度. Lc =0.5m. d2--絲杠螺紋底徑,取17.6mm
ncr= 10758.9r/min > nmax取,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20×833=7500 < 70000
（3）.軸承選擇校核
由[2]表6-1選擇深溝球軸承6201,由[2]表6-6選角接觸球軸承7001AC.
校核(略)
3.8 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù)
（1）.滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管。
（2）.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動(dòng)而產(chǎn)生附加阻力。
（3）.滾珠絲杠副的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑用鋰基潤(rùn)滑劑。
3.9 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
（1）選BR直線滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌,E級(jí)精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,fα=1,fw=1.
（2）工作壽命每天8小時(shí)，連續(xù)工作5年，250/年,額定壽命為:
Lh=5×250×8=10000 h,每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8
L=(2lsnz60Lh)/(103)=(2×0.31×8×60×38400)/ (103)=11428Km
計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺(tái)及其物重約為4000N
計(jì)算需要的動(dòng)載荷Cα
P=110/4=27.5N
Cα=( fwP)÷(fh ft fc fα)×(L/50)1/3=208N
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-20中選用LY15AL直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副,其Cα=606N, C0α=745N.
基本參數(shù)如下:
導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長(zhǎng)度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
（3）滾動(dòng)導(dǎo)軌間隙調(diào)整
預(yù)緊可以明顯提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過(guò)盈配合,裝配時(shí),滾動(dòng)體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過(guò)盈量。
（4）潤(rùn)滑與防護(hù)
潤(rùn)滑:采用脂潤(rùn)滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵。
防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命。
防護(hù)方式用蓋板式。
3.10電機(jī)至絲杠之間齒輪減速傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1）.選定齒輪精度、材料、齒數(shù)及螺旋角
（1）.選精度為7級(jí)
（2） .選小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）,硬度為240HBS，兩者硬度差為40HBS
（3）.選擇齒數(shù)Z1=24，Z2=Z1×i=24×1.25＝30
（4）.選取螺旋角，初選β＝14°
2）.a）、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
d1t>={2Kt×T1×（u＋1）×(ZHZE)2/[Φd×εa×u×[σH]2]}(1/3)
（1）.試選Kt=1.6, (由[1]表10-6)得材料彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa1/2
（2）.(由[1]圖10-30得)選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433,(由[1]表10-7)選取齒寬系數(shù)Φd＝0.3，
（3）.（由[1]圖10-26）查得εa1＝0.78，εa2 ＝0. 8，則εa＝εa1+εa2 ＝1.58
（4）.應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取j=1
已知V=1.0m/min，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程P=5mm，則
nmax=(vmax/δ)×(α/360°)
=(1000/0.004) ×(0.36/360)
=250 r/min
所以 N1=60njLh=60×250×1×(2×8×300×15)＝1.08×109
N2=N1/i=1.08×109/1.25＝8.64×108
(5).（由[1]圖10-19）查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.86，KHN2=0.87
(6).（由[1]圖10-21d）查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 σHlim1=600MPa
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa
(7).計(jì)算疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力，取安全系數(shù)S=1
[σH]1＝KHN1×σHlim1/S=0.86×600/1＝516MPa
[σH]2＝KHN2×σHlim2/S=0.87×550/1＝478.5Mpa
[σH]= （[σH]1+[σH]2）/2 =497.25Mpa
(8).計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106Px/nx=77.9N.mm
b）、計(jì)算
（1）.試算小齒輪分度圓直徑
d1t>={2Kt×T1×（u＋1）×(ZHZE)2/[Φd×εa×u×[σH]2]}(1/3)
={2×1.6×77.9×2.25/（0.3×1.58×1.25）×（2.433×189.8/494.25）2}}（1/3）
＝ 9.38mm
（2).計(jì)算圓周速度 v=лd1tn1/(60×1000)＝0.123 m/s
（3).計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt, b=Φdd1t=0.3×9.38＝2.81mm
mnt=d1tcosβ/Z1=9.38×cos14°/24=0.38mm
h=2.25mnt=2.25×0.38mm = 0.855mm
b/h=2.81/0.855=3.3
（4).計(jì)算縱向重合度εβ＝0.318×Φd×Z1×tanβ=0.318×0.3×24×tan14°=0.57
（5).計(jì)算載荷系數(shù)K，查[1]表10-2，得使用系數(shù)KA=1.25,根據(jù)v=0.123 m/s ,7級(jí)精度，
由書(shū)圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.01,（由書(shū)表10-4）查得KHβ的計(jì)算公式：KHβ=1.12+0.18(1+0.67Φd2)Φd2+0.23×10-3×b =1.14
由b/h=3.3,(由書(shū)圖10-13)查得KFβ=1.08, 由（[1]表10-3）查得KHα=KFα=1.2,故載荷系數(shù)K=kAKvKHαKHβ=1.25×1.01×1.2×1.08＝1.6362
（6）.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
d1=d1t(K/Kt)(1/3)=9.38×（1.6362/1.6）（1/3）=9.45mm
（7).計(jì)算模數(shù)mn=d1×cosβ/Z1=9.45×cos14°/24=0.382mm
3）、a).按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
mn>={(2Kt1Yβcos2β/ΦdZ12εα)×(YFαYSα/[σF])}(1/3)
（1）.計(jì)算載荷系數(shù)，K=KA×Kv×KFα×KFβ=1.25×1.01×1.2×1.04=1.6263
（2）.根據(jù)縱向重合度εβ=0.57，由（[1]圖10-28）查得螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.87
（3）.計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)Zv1=Z1/cos3β=24/cos314°=26.27
Zv2=Z2/cos3β=30/cos314°=32.8
（4）.由（[1]表10-5）查出,YFa1=2.592,YSa1=1.596,YFa2=2.49,YSa2=1.629,
因?yàn)椋〞?shū)圖10-20c）小齒輪彎曲極限強(qiáng)度σFE1=500MPa,大齒輪σFE2＝380MPa,
（書(shū)圖10-18）得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85 KFN2=0.88,取安全系數(shù)S=1.1
[σF]1＝KFN1×σFE1/S=386.36MPa
[σF]2＝KFN2×σFE1/S=304MPa
（5）.計(jì)算大、小齒輪YFa1 YSa1/[σF]1 、YFa2 YSa2/[σF]2并加以比較
YFa1 YSa1/[σF]1=2.592×1.596/386.36=0.0107
YFa2 YSa2/[σF]2=2.49×1.629/304＝0.013 取大齒輪數(shù)據(jù)
b).設(shè)計(jì)計(jì)算
mn>={(2Kt1Yβcos2β/ΦdZ12εα)×(YFαYSα/[σF])}(1/3)
={2×1.6263×77.9×0.0133×(cos14°)2/（0.3×242×1.58）}（1/3）
=0.23mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)，取mn＝2 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑d1=48mm ,來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有
Z1=d1cosβ/mn=48×cos14°/2＝23.28，取Z1＝24，則Z2＝i×Z1=1.25×24＝30
4．幾何尺寸計(jì)算
（1）.中心距 a=(Z1+Z2)mn/(2×cosβ)=(24+30)×2/（2×cos14°）＝55.65 mm 所以圓整為56 mm
（2）.按圓整后的中心距修正螺旋角β＝arccos[(Z1+Z2)mn/2a]=arccos[(24+30) ×2/(2×56) =15.395°, 因β值改變不多，故參數(shù)εα、Kβ、ZH等不必修正
（3）.計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑
d1=Z1mn/cosβ=24×2/cos15.359°=49.78 mm
d2=Z2mn/cosβ=30×2/cos15.359° =62.22 mm
（4）.計(jì)算齒輪寬度b=Φdd1=0.3×49.78＝14.934mm所以取B2=15mm,為易于補(bǔ)償齒輪軸向位置誤差，應(yīng)使小齒輪寬度大于大齒輪寬度，所以小齒輪約為B1=16mm
3.11等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)
小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg1=(πd14b1ρ)／32=[π44×1.4×7.85×10-3]／32 =0.276×10-4 kg.m2
式中 鋼密度ρ=7.85×10-3 kg/cm3
同理,大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg2=0.498×10-4 kg.m2
查設(shè)計(jì)手冊(cè)初選滾珠絲杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=430 mm
滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js=(πd04lρ)／32={[π(2)4×43×7.85×10-3]／32}×10-4 kg.m2 =0.53×10-4 kg.m2
工作重物為12kg
Jw=(w/g)×(tsP／2π) 2 ÷i2 =12×(0.5／2π) 2 ÷2.12×10-4 kg.m2 =1.71×10-6 kg.m2
因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je
Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2 =0.807×10-4 kg.m2
3.12 電機(jī)的計(jì)算選型
查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)(4-7)~(4-9)可知:
Mt=[(Fx+μFy) tsP]/(2πηi)= [(180+0.06×140)×0.005]/(2π×0.8×2.1)=0.089N.m
Mf= (Ff tsP)/(2πηi)= (μW tsP)/(2πηi)=(0.06×12×10×0.005)/ (2π×0.8×2.1)=0.00341N.m
上述式中 η—絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 η=0.8
μ——為摩擦系數(shù)取0.06
nmax=(vmax/δ)×(α/360°)=(2000/0.005) ×(0.75/360)=833 r/min
取起動(dòng)加速時(shí)間tα=0.03 s
初選60BYG350DL-SASSML-0451 的電動(dòng)機(jī)
M0=(Fp0tsp)÷(2πηi) ×(1-η02)= (1/3Fxtsp)÷(2πηi) ×(1-η02) =[(1/3) ×180×0.006]÷(2π×0.8×2.1) ×[1-0.92]=0.054 N.m
式中 Fp0—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fy/3
Fy—進(jìn)給牽引力(N)
η0—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,取0.9
J=( Je +Jm)= 0.807×10-4 kg．m2+0.3×10-4 kg.m2 =1.107×10-4 kg.m2
Ma=( Je +Jm)( 2πnmax)/(60tα)= 0.2926N.m
Mq= Ma+ Mf+ M0=0.2926+0.00341+0.054=0.35N.m
Mc= Mt+ Mf+ M0=0.089+0.00341+0.054=0.1464N.m
Mk= Mf+ M0=0.00341+0.054=0.05741N.m
從計(jì)算可知, Mq最大,作為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù).
Mq/ Mjmax=0.446<0.9 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.
4)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn)Je /Jm<4 說(shuō)明慣量可以匹配
綜上所述,可選60BYG350DL-SASSML-0451 的電機(jī)
3.13 聯(lián)軸器選擇
聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，有些還有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、安全保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動(dòng)裝置工作要求來(lái)選定聯(lián)軸器類型。本方案選擇套筒聯(lián)軸器。
結(jié) 論
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，針對(duì)加工過(guò)程中存在的難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)。在設(shè)計(jì)上采取了一系列的措施，本項(xiàng)工作還有許多值得完善的地方這些問(wèn)題通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)、完善工藝、現(xiàn)場(chǎng)的不斷實(shí)踐、總結(jié)，必將會(huì)得到進(jìn)步的提高。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的全部?jī)?nèi)容是在指導(dǎo)老師XX老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計(jì)中得到了很好的鍛煉。同時(shí)也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí)和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。在此，謹(jǐn)向恩師表示最真誠(chéng)的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當(dāng)然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。
最后還要感謝的，也是最應(yīng)該感謝的是XX學(xué)院，學(xué)院讓我們有這么好的學(xué)習(xí)條件。通過(guò)四年的學(xué)習(xí)，讓我們成為有用之才；也是學(xué)院給我們了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，讓我們?cè)谧呱瞎ぷ鲘徫恢昂煤玫腻憻捯幌伦约骸?
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