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設(shè)計(jì)題目:
柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
一、題目來源及原始數(shù)據(jù)資料
題目來源：由指導(dǎo)教師根據(jù)教學(xué)需要自擬的課題。
原始數(shù)據(jù)資料：（1）相關(guān)教學(xué)數(shù)據(jù)；（2）柔性制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)方案等；
（3）實(shí)驗(yàn)裝置的相關(guān)數(shù)據(jù)：環(huán)狀實(shí)驗(yàn)臺(tái)，6米*3米，高小于2米。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)要求
柔性制造系統(tǒng)是先進(jìn)制造技術(shù)之一，得到了越來越多的科技工作者的關(guān)注，它由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)貯裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、小批量生產(chǎn)。為了適應(yīng)教學(xué)需要，現(xiàn)在要求的實(shí)驗(yàn)裝置為一柔性制造單元。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出柔性制造系統(tǒng)的機(jī)架、傳動(dòng)部分和生產(chǎn)線的總體布局，包括傳感器的合理布置，PLC等電氣控制部分的設(shè)計(jì)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)要求完成柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括：
1． 現(xiàn)有柔性制造系統(tǒng)的比較分析；
2． 柔性制造系統(tǒng)總體布局的設(shè)計(jì)；
3． 各種機(jī)架、傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4． 傳感器的設(shè)計(jì)、電氣控制設(shè)計(jì)；
5． 繪制裝配圖，繪制重要零件的零件圖；
6. 最終提交：
(1)不少于15000字的設(shè)計(jì)說明書；
(2)工程設(shè)計(jì)圖3張以上（其中至少有1張A2圖）。
三、主要參考文獻(xiàn)
[1] 劉忠偉，先進(jìn)制造技術(shù)[M]. 2007.
[2]羅爾等，柔性制造系統(tǒng)仿真教學(xué)模型的開發(fā)[J]，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009,(5）
[3] 謝春等，基于德國(guó)大學(xué)教育模式的FMS實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J]，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009, (1).
[4] 常自讓.柔性制造單元控制子系統(tǒng)研究[D],中國(guó)優(yōu)秀碩士論文，2007.
[5] 尹彩霞.實(shí)驗(yàn)室模擬教學(xué)柔性生產(chǎn)線原理及故障診斷處理的研究[D],中國(guó)優(yōu)秀碩士論文，2007.
[6] 趙云霞，機(jī)電氣液一體化柔性制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的研制[J], 天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,(12).
[7]邊 境，教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)[J],機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007,（1）.
[8]朱梅，柔性制造機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)[J].液壓與氣動(dòng)，2005,(2).
[9] 劉建慧. EROWA柔性制造理念[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2005, (4).
[10] 康文利等，引領(lǐng)制造業(yè)前沿技術(shù)的柔性制造[J]，現(xiàn)代制造工程，2006, (4).
[11] 胡素云,王應(yīng)德. 基于成組加工單元的初級(jí)柔性制造車間[J]. 中南工學(xué)院學(xué)報(bào). 1999(03).
[12] 趙陽(yáng). 柔性制造在汽車加工制造中的嵌入與應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)業(yè)家. 2014(07) .
[13]孫玉華. 應(yīng)用于職業(yè)技術(shù)教育的模塊化柔性制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J]. 上海機(jī)床. 2000(03).
[14] 趙天奇,李培根. 柔性制造工作站控制模型及控制邏輯的自動(dòng)生成研究[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)-CIMS. 2000(03) .
[15]郭魯家,蔡理. 組合模型的柔性制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化. 2004(06) .
指導(dǎo)教師（簽名）：
系（教研室）主任（簽名）：
主管院長(zhǎng)（簽名）：
（學(xué)院章）
大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)【電控制PLC】
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
V
摘 要
本次設(shè)計(jì)是柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。在這里主要包括:傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、回轉(zhuǎn)部位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過聯(lián)軸器將需要的動(dòng)力傳遞到絲桿上，絲桿帶動(dòng)絲桿螺母，從而帶動(dòng)整機(jī)運(yùn)動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠
Abstract
The experimental design is the flexible manufacturing system design design. Here include: transmission system design, turning parts of the system design, the graduation project design work on basic skills training to improve the ability to analyze and solve engineering problems, and for the general mechanical design to create a certain condition.
The whole structure is mainly generated by the electric motor power the power needed to pass through the coupling to the screw, screw drive screw nut, thus boosting the overall campaign to raise labor productivity and production automation. More show its superiority, has a broad development prospects.
This thesis research:
(1) the overall structural design.
(2) Flexible manufacturing apparatus for analyzing the performance of the experimental work.
(3) Select the motor.
(4) Transmission flexible manufacturing test equipment, perform the component design.
(5) for the design of parts to design computational analysis and verification.
(6) to draw the whole assembly drawings and assembly drawings and designs important parts parts parts diagram.
Keywords: flexible manufacturing test equipment, couplings, ball
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
1 緒論 1
1.1 柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2 本課題研究的內(nèi)容及方法 1
1.2.1 主要的研究?jī)?nèi)容 1
1.2.2 設(shè)計(jì)要求 2
2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
3 水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4
3.1 水平進(jìn)給滾珠絲桿副的選擇 5
3.1.1 導(dǎo)程確定 5
3.1.2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 5
3.1.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重 5
3.1.4 確定絲桿的等效負(fù)載 5
3.1.5 確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷 6
3.1.6 精度的選擇 7
3.1.7 選擇滾珠絲桿型號(hào) 7
3.2 校核 7
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 8
3.2.2 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 9
3.2.3 絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 9
3.3 電機(jī)的選擇 10
3.3.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 10
3.3.2 電機(jī)扭矩計(jì)算 11
4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及主軸設(shè)計(jì)計(jì)算 13
4.1 電機(jī)的選擇 13
4.2 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 13
4.2.1 同步帶計(jì)算選型 13
4.2.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 16
4.2.3 同步帶的設(shè)計(jì) 18
4.2.4 同步帶輪的設(shè)計(jì) 19
4.3 主軸組件設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.3.1 主軸的材料與熱處理 20
4.3.2 主軸直徑的選擇 21
4.3.3 主軸前后軸承的選擇 22
4.3.4 軸承的選型及校核 23
4.3.5 主軸前端懸伸量 24
4.3.6 主軸支承跨距 25
4.3.7 主軸結(jié)構(gòu)圖 26
5.4.8 主軸的校核 26
4.3.9 軸承壽命校核 29
4.3.10 主軸組件中相關(guān)部件 29
5 PLC控制部分設(shè)計(jì) 32
5.1 可編程序控制器的選擇及工作過程 32
5.1.1 可編程序控制器的選擇 32
5.1.2 可編程序控制器的工作過程 32
5.2 可編程序控制器的使用步驟 33
5.3可編程序控制器控制方案 34
5.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 34
5.3.2.控制要求 34
5.4 PLC控制原理圖設(shè)計(jì) 34
結(jié)論 36
致 謝 37
參考文獻(xiàn) 39
1 緒論
1.1 柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
中國(guó)在上世紀(jì)80年代開始研究大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，超過20年取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。結(jié)構(gòu)用在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床等主機(jī)床的快速發(fā)展焊接生產(chǎn)一代鍛焊鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
在汽車制造行業(yè)，在上世紀(jì)90年代增加了汽車生產(chǎn)在中國(guó)開始從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備陸續(xù)出臺(tái)。并且在汽車旋轉(zhuǎn)軸線，所述制動(dòng)蹄，車輪與制造過程的其它部分中常用的各種先進(jìn)技術(shù)，以提高了產(chǎn)品的效率和質(zhì)量。在造船，汽車，鍋爐和壓力容器制造行業(yè)也成為生產(chǎn)技術(shù)的重要手段。目前，有多種獲得認(rèn)可船級(jí)社國(guó)家技術(shù)在生產(chǎn)中已被使用。由于十一五期間開始探索有效的技術(shù)，因?yàn)?，取得了可喜的成?jī)。
目前，數(shù)控柔性制造的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)或根據(jù)具體情況來設(shè)計(jì)特殊的設(shè)備柔性化的數(shù)控實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的絕大多數(shù)，所謂傳統(tǒng)的數(shù)控實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)固定矯治器的柔性結(jié)構(gòu)，具體數(shù)字體驗(yàn)柔性制造系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性只能容納一定范圍內(nèi)，它的成本越多，不利于柔性制造數(shù)控實(shí)驗(yàn)開發(fā)。
未來趨勢(shì)可分為以下三個(gè)方面：[2]
選擇一個(gè)視覺傳感器，用于檢測(cè)磁跡：因?yàn)樯婕暗介_發(fā)的圖像處理的技術(shù);
信息融合技術(shù)2多傳感器要面對(duì)更復(fù)雜的任務(wù);
3常規(guī)的控制技術(shù)來控制智能控制技術(shù)：這也將是一個(gè)移動(dòng)裝置中使用柔性數(shù)控實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)控制。
1.2 本課題研究的內(nèi)容及方法
1.2.1 主要的研究?jī)?nèi)容
在獲得了豐富的數(shù)控柔性制造基地的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論資料和文檔以及相關(guān)的知識(shí)和國(guó)外，考慮到生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靈活的CNC，應(yīng)用任務(wù)的具體特點(diǎn)和數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)，分析，使用三個(gè)自由度聯(lián)合設(shè)備數(shù)控柔性制造測(cè)試目的與生產(chǎn)流程的自動(dòng)化來確定。
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，研究文章要進(jìn)行如下：
1，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的操作和數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)設(shè)備自身的環(huán)境要求的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以確定數(shù)控柔性制造測(cè)試設(shè)備的整體設(shè)計(jì)。
2確定數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置的性能參數(shù)，初始靜態(tài)分析模型中，選擇根據(jù)實(shí)際情況的電機(jī)。
3是功能為一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)控柔性制造開始的實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)組成部分;
4填充的主要阻力成分和硬度檢查。
1.2.2 設(shè)計(jì)要求
1 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出三維數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置的整體設(shè)計(jì)方案；
2 完成三維數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
3 通過相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成電機(jī)選型；
4 完成三維數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)的三維造型；繪制三維數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。
38
2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
數(shù)控柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足幾個(gè)條件中的第一個(gè)是，必須確保在工件和可靠的定位的可靠性，以保持片的精確度和該點(diǎn)的相對(duì)位置，該點(diǎn)必須符合用于選擇合適的定位機(jī)構(gòu)的要求。也具有足夠的強(qiáng)度和剛度，除了工件，工具的重量，而且也通過其自身的重量也受槍驅(qū)動(dòng)慣性期間發(fā)生和振動(dòng)，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可以發(fā)生斷裂或彎曲，為更大的力量，強(qiáng)度，剛度計(jì)算是必需的。最后，盡可能具有一定的通用性，如果可以的話，你應(yīng)該考慮的問題，組件轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。以適應(yīng)不同的形狀和雙方的大小，在為了滿足這些要求，可制成的模塊化結(jié)構(gòu)，快速更換各種零件和配件的延長(zhǎng)使用的機(jī)構(gòu)。
水平運(yùn)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)—聯(lián)軸器—滾珠絲杠
回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)—聯(lián)軸器—帶輪—環(huán)形實(shí)驗(yàn)臺(tái)
3 水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì)
表3.1 滾珠絲桿副支承
支承方式
簡(jiǎn)圖
特點(diǎn)
一端固定一端自由
簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，盡可能通過拉伸和穩(wěn)定性相對(duì)于臨界速度是較低的支柱設(shè)計(jì)。這種植物的負(fù)載容量小，端部的軸向剛度，僅適用于短螺釘。
一端固定一端游動(dòng)
以固定螺母，并在同軸電纜的兩端支承，有必要以使結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，更困難的，并且所述螺釘桿的軸向剛性的在上部臨界速度和穩(wěn)定性的兩端螺桿的長(zhǎng)度，存在的擴(kuò)展空間，此安裝方法一般用在一個(gè)較長(zhǎng)的螺釘，的場(chǎng)合的速度，該力將不得不增加的大球軸承的數(shù)量角接觸，利用高速的不是更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承，代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無間隙，軸向剛度螺旋一端固定四倍。在一般情況下，壓縮螺旋不是，沒有條的穩(wěn)定性，固有頻率是比固定端更高?？梢灶A(yù)拉伸可以通過預(yù)拉伸和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和程序后松動(dòng)螺釘減輕重量都比較困難，這樣的設(shè)備適合于剛性和換檔精度的情況。。
3.1 水平進(jìn)給滾珠絲桿副的選擇
滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個(gè)機(jī)構(gòu)。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動(dòng)體，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)滾珠滾動(dòng)。
設(shè)水平進(jìn)給最大行程為200mm, 兩側(cè)各留10mm的安全距離.最快進(jìn)給速度為18m/min, 絲杠等組件大概質(zhì)量為50kg,工作臺(tái)大概質(zhì)量為80kg,移動(dòng)部件大概質(zhì)量為30kg
3.1.1 導(dǎo)程確定
電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動(dòng)比i=1, 選擇電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為
取Ph=12mm
3.1.2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速
基本公式
最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
絲桿的等效轉(zhuǎn)速
式中取故
3.1.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重
絲杠等組件重量
工作臺(tái)重量
移動(dòng)部件重量
3.1.4 確定絲桿的等效負(fù)載
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，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，）
3.1.5 確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷
fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負(fù)載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計(jì)算得Car=17300N
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
3.1.6 精度的選擇
滾珠絲杠副的精度對(duì)電氣機(jī)床的定位精度會(huì)有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度是最明顯的。一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定絲杠的任意300行程變動(dòng)量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗(yàn)算中確定。選用滾珠絲杠的精度等級(jí)絲軸為1～3級(jí)（1級(jí)精度最高），考慮到本設(shè)計(jì)的定位精度要求及其經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸精度等級(jí)為3級(jí)
3.1.7 選擇滾珠絲桿型號(hào)
計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=12mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器，雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號(hào)為FFZD4010—3。
公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑d1=39.5mm 鋼球直徑dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數(shù)=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度kc=973N/μm
3.2 校核
滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動(dòng)固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計(jì)算而定。
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證
絲桿的支撐方式對(duì)絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負(fù)荷按下列計(jì)算：
式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2）
LO-------最大受壓長(zhǎng)度（m）
K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3
Fmax-------最大軸向工作負(fù)荷（N）
f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1
I=絲桿最小截面慣性距（m4）
式中do--------是絲桿公稱直徑（mm）
dw------------滾珠直徑（mm），
絲桿螺紋不封閉長(zhǎng)度Lu=工作臺(tái)最大行程+螺母長(zhǎng)度+兩端余量
Lu=300+148+20X2=488mm
支撐距離LO應(yīng)該大于絲桿螺紋部分長(zhǎng)度Lu，選取LO=620mm
代入上式計(jì)算得出Fca=5.8X108N
可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。
3.2.2 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證
滾珠絲杠副高速運(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，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速：
式中：A------絲桿最小截面：A=
-------絲杠內(nèi)徑，單位；
P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m)
--------臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm
----------安全系數(shù)，可取=0.8
fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡(jiǎn)支方式時(shí)取18.9
經(jīng)過計(jì)算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
3.2.3 絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率
絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計(jì)算公式
式中 A——絲杠最小橫截面，；
螺母座剛度KH=1000N/μm。
當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。
經(jīng)計(jì)算得：
式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；
KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm
Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)；
KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；
KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。
經(jīng)計(jì)算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。
3.3 電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無累計(jì)誤差、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，再者還要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。
3.3.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
a、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm
L—長(zhǎng)度=1m
P—鋼的密度=7800
經(jīng)計(jì)算得
b、水平進(jìn)給直線運(yùn)動(dòng)件向絲桿折算的慣量
上式中：M—質(zhì)量 水平進(jìn)給直線運(yùn)動(dòng)件M=160kg
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
經(jīng)計(jì)算得
c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
查表得
因此
3.3.2 電機(jī)扭矩計(jì)算
a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩
上式中：
J=0.0028kg/m2
ta—加速時(shí)間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s
經(jīng)計(jì)算得
b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩
上式中：F0—導(dǎo)軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0.02，F(xiàn)0=Mgf=32N
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
η—傳動(dòng)效率，η=0.90
I—傳動(dòng)比，I=1
經(jīng)計(jì)算得
c、折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩
上式中P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500N
η0—滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率為0.9
經(jīng)計(jì)算的T0=0.05N·M
則快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的最大扭矩
根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7。
4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及主軸設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 電機(jī)的選擇
查SEW減速電機(jī)的規(guī)格表，選用如下減速電機(jī)。
表5.1 選用的電機(jī)的詳細(xì)參數(shù)
電機(jī)額定功率Pm/kW
輸出轉(zhuǎn)速
na/[r/min]
輸出扭矩
Ma/N·m
減速機(jī)
速比i
輸出軸許用徑向載荷FRa/N
使用系數(shù)
SEW-fB
減速機(jī)
型號(hào)
電機(jī)
型號(hào)
重量/kg
0.37
56
47
22.5
2870
1.55
DT71D4
SF37
14
此型號(hào)的電機(jī)在一定程度上保證了驅(qū)動(dòng)功率有一定的盈余，因數(shù)在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，若機(jī)床上有工件，則此時(shí)的起動(dòng)功率會(huì)比平時(shí)工作時(shí)的功率要大，且減速電機(jī)本身還有一定的使用系數(shù)。
4.2 同步帶傳動(dòng)計(jì)算
4.2.1 同步帶計(jì)算選型
設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按表5.2工作情況系數(shù)選取=1.7；
表5.2 工作情況系數(shù)
1） 確定帶的型號(hào)和節(jié)距
可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號(hào)和節(jié)距。
其中Pd=0.40kw，n1=56rpm。查表5.3
表5.3 同步帶選型表
選同步帶的型號(hào)為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm
1） 選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2
可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。
查得小帶輪最小齒數(shù)14。
實(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù)
初步取值z(mì)1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=34。
故z1=34，z2=34。
① 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
② 驗(yàn)證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得，
s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。
a) 確定帶長(zhǎng)和中心矩
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得
所以有：
現(xiàn)在選取軸間間距為取224mm
10、同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定
=()
=
=719.7mm
11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算
有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。
12、基本額定功率的計(jì)算
查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為
==0.21KW
表5.4 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量
13、計(jì)算作用在軸上力
=
=71.6N
4.2.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）
1、同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度
同步帶工作時(shí)，其承載繩中心線長(zhǎng)度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長(zhǎng)作為帶的公稱長(zhǎng)皮，稱為節(jié)線長(zhǎng)度。在同步帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長(zhǎng)度是一個(gè)重要
參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長(zhǎng)度過大過小，都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長(zhǎng)度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表5.5）。
表5.5 帶節(jié)線長(zhǎng)度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖4-2所示，同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長(zhǎng)度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表4.6。
3、帶的齒根寬度
一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳動(dòng)較大的裁荷。
圖5.1 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸
表5.6 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸
4、帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶
齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
5、帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動(dòng)中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，
帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會(huì)減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。
6、齒形角
梯形帶齒齒形角日的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。
4.2.3 同步帶的設(shè)計(jì)
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表5.7。帶的圖形如圖5.2。
表5.7 同步帶尺寸
型號(hào)
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
8
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖5.2 同步帶
4.2.4 同步帶輪的設(shè)計(jì)
同步帶輪的設(shè)計(jì)的基本要求
1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出
由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動(dòng)，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。
2、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí)，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。
3、有良好的加了工藝性
加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。
4、具有合理的齒形角
齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會(huì)造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。
同步帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)果
同步帶輪用梯形齒，其圖形如圖5.3。
圖5.3 同步帶輪
4.3 主軸組件設(shè)計(jì)計(jì)算
4.3.1 主軸的材料與熱處理
主軸材料主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素選擇。
主軸的剛度與材料的彈性模量E值有關(guān)，鋼的E值較大（2.1×10N/cm左右），所以，主軸材料首先考慮用鋼料。鋼的彈性模量E的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量E基本相同。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼（如45鋼），只有在載荷特別重和有較大的沖擊時(shí)，或者精密特殊主軸需要減少熱處理后的變形時(shí)，或者軸向移動(dòng)的主軸需要保證其耐磨性時(shí)，才考慮選用合金鋼。
當(dāng)主軸軸承采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少45鋼主軸軸頸仍進(jìn)行高頻淬火（HRC48～54）.有關(guān)45鋼主軸熱處理情況如下表5.8所列：
表5.8 使用滾動(dòng)軸承的45鋼主軸熱處理等參數(shù)
工 作 條 件
使 用 機(jī) 床
材 料 牌 號(hào)
熱 處 理
硬 度
常 用
代 用
輕中負(fù)載
車、鉆、銑、磨床主軸
45
50
調(diào)質(zhì)
HB220～250
輕中負(fù)載局部要求高硬度
磨床的切割片軸
45
50
高頻淬火
HRC52～58
輕中負(fù)載PV≤40（N·m/cm·s）
車、鉆、銑、磨床的主軸
45
50
淬火回火高頻淬火
HRC42～50
HRC52～58
此次設(shè)計(jì)的特殊主軸，考慮到主軸材料的選擇原則，選用價(jià)格便宜的中碳鋼（45鋼）。查表2-2中，因工作中承受輕、中負(fù)荷，且要求局部高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。
4.3.2 主軸直徑的選擇
主軸直徑對(duì)主軸組件剛度的影響很大，直徑越大，主軸本身的變形和軸承變形引起的主軸前端位移越小，即主軸組件的剛度越高。
但主軸前端軸頸直徑D1越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要達(dá)到相同的公差則制造越困難，重量也增加。同時(shí)，加大直徑還受到軸承所允許的極限轉(zhuǎn)速的限制，甚至為特殊結(jié)構(gòu)所不允許。
通常，主軸前軸頸直徑D1可根據(jù)傳遞功率，并參考現(xiàn)有同類特殊的主軸軸頸尺寸確定。查《金屬切削特殊設(shè)計(jì)》第506頁(yè)表5-12中，幾種常見的通用特殊鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D1，可供參考，如下表5.9所示：
特殊，查上表中對(duì)應(yīng)項(xiàng)，初取D1= D2=30。
表5.9 主軸前軸頸直徑D1的選擇
機(jī)床
機(jī)床功率 （千瓦）
1.47～2.5
2.6～3.6
3.7～5.5
5.6～7.3
7.4～11
11～14.7
車床
60～80
70～90
70～105
95～130
110～145
140～165
銑床
50～90
60～90
60～95
75～100
90～105
100～115
外圓磨床
—
50～90
55～70
70～80
75～90
75～100
4.3.3 主軸前后軸承的選擇
根據(jù)前述關(guān)于軸承的選擇原則，查《金屬切削設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第375頁(yè)，選取主軸前支承的36206是舊型號(hào)，新型號(hào)是7206C，即接觸角為15°的角接觸球軸承。
圖5.5 軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸
4.3.4 軸承的選型及校核
滾動(dòng)軸承的選擇包括軸承類型選擇、軸承精度等級(jí)選擇和軸承尺寸選擇。
軸承類型選擇適當(dāng)與否，直接影響軸承壽命以至機(jī)器的工作性能。選擇軸承類型時(shí)應(yīng)當(dāng)分析比較各類軸承的特性，并參照同類機(jī)器中的軸承使用經(jīng)驗(yàn)。
在選擇軸承類型時(shí)，首先要考慮載荷的大小、方向以及軸的轉(zhuǎn)速。一般說來，球軸承便宜，在載荷較小時(shí)，宜優(yōu)先選用。滾子軸承的承載能力比球軸承大，而且能承受沖擊載荷，因此在重載荷或受有振動(dòng)、沖擊載荷時(shí)，應(yīng)考慮選用滾子軸承。但要注意滾子軸承對(duì)角偏斜比較敏感。
當(dāng)主要承受徑向載荷時(shí)，應(yīng)選用向心軸承。當(dāng)承受軸向載荷而轉(zhuǎn)速不高時(shí)，可選用推力軸承；如轉(zhuǎn)速較高，可選用角接觸球軸承。當(dāng)同時(shí)承受徑向裁荷和軸向載荷時(shí)，若軸向載荷較小，可選用向心球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承；若軸向載荷較大，而轉(zhuǎn)速不高，可選用推力軸承和向心軸承的組合方式，分別承受軸向載荷和徑向載荷；’當(dāng)軸向載荷較大，且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，則應(yīng)選用接觸角較大的角接觸軸承。
各類軸承適用的轉(zhuǎn)速范圍是不相同的，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中列出了各類軸承的極限轉(zhuǎn)速。一般應(yīng)使軸承在低于極限轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。向心球軸承、角接觸球軸承和短圓柱痞子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高。適用于較高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低．只能用于較低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。
其次，在選擇軸承類型時(shí)還需考慮安裝尺寸限制、裝拆要求，以及軸承的調(diào)心件能和風(fēng)度，一般球軸承外形尺寸較大，滾子軸承較小，滾針軸承的徑向尺寸最小而軸向尺寸較大，此外，不同系列的軸承，其外形尺寸也不相同。
選擇軸承一般應(yīng)根據(jù)機(jī)械的類型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預(yù)先確定一個(gè)適當(dāng)?shù)氖褂脡勖麹b (用工作小時(shí)表示)，再進(jìn)行額定動(dòng)裁荷和額定靜載荷的計(jì)算。
對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的軸承(n>10r／min),可按基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當(dāng)軸承可靠性為90％、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，同時(shí)考慮溫度、振動(dòng)、沖擊等變化，則軸承基本額定動(dòng)載荷可按下式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；
P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
fh——壽命因數(shù)；1
fn——速度因數(shù)；0.822
fm——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取1.5，較大時(shí)取2；
fd——沖擊載荷因數(shù)；1.5
fT——溫度因數(shù)；1
CT——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，N；
查文獻(xiàn)[3]中的表6-2-8至6-2-12，得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。
在本輸送裝置中，可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動(dòng)載荷為：
P=XFr+YFa
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-18，得，X=1，Y=0；
所以，P=Fr=1128N。由以上可得：
基本額定載荷，基本額定靜載荷，極限速度為10000r/min，質(zhì)量為0.219kg。
然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計(jì)算公式為：
式中：
——基本額定靜載荷計(jì)算值，N;
——當(dāng)量靜載荷，N；
——安全因數(shù)
——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，N。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，對(duì)于深溝球軸承，其當(dāng)量靜載荷等于徑向載荷。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，安全系數(shù)
則軸承的基本額定靜載荷為：
由上式可知，選取的軸承符合要求。
4.3.5 主軸前端懸伸量
主軸前端懸伸量a指的是主軸前支承支反力的作用點(diǎn)到主軸前端受力作用點(diǎn)之間的距離，它對(duì)主軸組件剛度的影響較大。懸伸量越小，主軸組件剛度越好。
主軸前端懸伸量a取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取，有時(shí)為了提高主軸剛度或定心精度，也可不按標(biāo)準(zhǔn)取。
另外，主軸前端懸伸量a還與前支承中軸承的類型及組合型式、工件或夾具的夾緊方式以及前支承的潤(rùn)滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。
因此，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小懸伸量a，以利于提高主軸組件的剛度。
初算時(shí)，可查《金屬切削特殊設(shè)計(jì)》第158頁(yè)，如下表5.10所示：
表5.10 主軸的懸伸量與直徑之比
類型
機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型
a/ D1
Ⅰ
通用和精密車床，自動(dòng)車床和短主軸端銑床，用滾動(dòng)軸承支承，適用于高精度和普通精度要求
0.6～1.5
Ⅱ
中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)主軸端的車床和銑床，懸伸量不太長(zhǎng)（不是細(xì)長(zhǎng)）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承支承，適用于絕大部分普通生產(chǎn)的要求
1.25～2.5
Ⅲ
孔加工特殊，專用加工細(xì)長(zhǎng)深孔的特殊，由加工技術(shù)決定需要有長(zhǎng)的懸伸刀桿或主軸可移動(dòng)，由于切削較重而不適用于有高精度要求的特殊
>2.5
根據(jù)上表所列，所設(shè)計(jì)的特殊屬于Ⅱ型，所以取a/ D1為1.25～2.5，即：
a=（1.25～2.5）D1=（1.25～2.5）×30=37.5～75
初取a=45。
4.3.6 主軸支承跨距
主軸支承跨距L是指主軸前、后支承反力作用點(diǎn)之間的距離。
合理確定主軸支承跨距，可提高主軸部件的靜剛度?？梢宰C明，支承跨距越小，主軸自身的剛度越大，彎曲變形越小，但支承的變形引起的主軸前端的位移量將增大；支承跨距大，支承的變形引起的主軸前端的位移量較小，但主軸本身的彎曲變形將增大。可見，支承跨距過大或過小都會(huì)降低主軸部件的剛度。
有關(guān)資料對(duì)合理跨距選擇的推薦值可作參考：
（1） L=（4～5）D1
（2） L=（3～5）a，用于懸伸長(zhǎng)度較小時(shí)；
（3） L=（1～2）a，用于懸伸長(zhǎng)度較大時(shí)。
根據(jù)此次設(shè)計(jì)的特殊剛性主軸的懸伸量較大，取L≤2.5a為宜。即此次設(shè)計(jì)的主軸兩支承的合理跨距
L≤2.5a=2.5×120=300
初取L=280。
4.3.7 主軸結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)以上的分析計(jì)算，可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖5.6所示：
圖5.6 主軸結(jié)構(gòu)圖
5.4.8 主軸的校核
主軸在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定主軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此主軸的計(jì)算主要是剛度的驗(yàn)算，與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強(qiáng)度的要求。
剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當(dāng)載荷一定時(shí)，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。主軸組件的彈性變形計(jì)算包括：主軸端部撓度和主軸傾角的計(jì)算。
對(duì)于兩支承主軸，若每個(gè)支承中僅有一個(gè)單列或雙列滾動(dòng)軸承，或者有兩個(gè)單列球軸承，則可將主軸組件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，如下圖5.7所示；若前支承有兩個(gè)以上滾動(dòng)軸承，可認(rèn)為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡(jiǎn)化為固定端梁，如圖5.8所示：
圖5.7 主軸組件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁
圖5.8 主軸組件簡(jiǎn)化為固定端梁
此次設(shè)計(jì)的主軸，前支承選用了一個(gè)雙列角接觸球軸承作為支承，即可認(rèn)為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡(jiǎn)化為上圖5.8所示。
（a） 主軸的前端部撓度
（b） 主軸在前軸承處的傾角
（c） 在安裝帶輪處的傾角
E取為，
，
由于小帶輪的傳動(dòng)力大，這里以小帶輪來進(jìn)行計(jì)算
將其分解為垂直分力和水平分力
由公式
可得
主軸載荷圖如下所示：
圖5.9 主軸受力圖
計(jì)算（在垂直平面）
,,
，，
，，
計(jì)算（在水平面）
,,
，，
，，
合成：
4.3.9 軸承壽命校核
由軸承為36206C角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。
對(duì)Ⅱ軸受力分析
圖5-10 軸承受力圖
由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h
L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h
軸承壽命滿足要求。
4.3.10 主軸組件中相關(guān)部件
4.3.10.1 軸肩擋圈
前支承雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間所用的擋圈，可查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第56頁(yè)表5-1，可得此次選用的擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖5.11所示：
圖5-11 軸肩擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)
其中，
D=95，d=80，H=6
4.3.10.2圓螺母
鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承以及鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒，分別采用兩個(gè)圓螺母，為了增加可靠性，再加一止動(dòng)螺釘。圓螺母具體的參數(shù)可查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第60頁(yè)表5-6，結(jié)構(gòu)如下圖5.12所示：
圖5.12 圓螺母（GB812-88）
其中，鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承用的圓螺母，
D×p=M80×2，d=115，d=103，m=15，h=10.36，h=10，t=4.75，t=4，C=1.5，C=1
鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒用的圓螺母，
D×p=M72×2，d=105，d=93，m=15，h=10.36，h=10，t=4.75，t=4，C=1.5，C=1
4.3.10.3主軸用套筒及其鎖緊部分
根據(jù)前面的計(jì)算和設(shè)計(jì)，可以直接得到主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖2-19所示：
套筒的鎖緊部分采用彈性套，當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓時(shí)，彈性套就會(huì)隨之變形，從而鎖緊或松開套筒。主軸需要軸向移動(dòng)（調(diào)節(jié)）時(shí)，便松開螺栓，彈性套也隨之松開套筒，調(diào)節(jié)完主軸軸向位置后，應(yīng)擰緊螺栓以鎖緊主軸。
同時(shí)，彈性套和螺栓固定在主軸組件的箱體上，彈性套的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)如下圖2-20所示：
圖5.13 主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)
5 PLC控制部分設(shè)計(jì)
考慮到電機(jī)的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制.當(dāng)電機(jī)的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。
5.1 可編程序控制器的選擇及工作過程
5.1.1 可編程序控制器的選擇
目前，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國(guó)西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考慮到本電機(jī)的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。
5.1.2 可編程序控制器的工作過程
可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為四個(gè)階段。
第一階段是初始化處理。
可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時(shí)，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。
第二階段是處理輸入信號(hào)階段。
在處理輸入信號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。
第三階段是程序處理階段。
當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。
第四階段是輸出處理階段。
CPU對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。
5.2 可編程序控制器的使用步驟
在可編程序控制器與被控對(duì)象(機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行:
(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
即確定被控對(duì)象的工作原理，控制要求，動(dòng)作及動(dòng)作順序。
(2)I/0分配
即確定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào);哪些信號(hào)是由可編程序控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端號(hào).此外，對(duì)用到的可編程序控制器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號(hào)來識(shí)別信號(hào)的。
(3)畫梯形圖
它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對(duì)簡(jiǎn)易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。
(4)助記符機(jī)器程序
相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡(jiǎn)易編程器時(shí)，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。
(5)編制程序
即檢查程序中每條語法錯(cuò)誤，若有則修改。這項(xiàng)工作在編程器上進(jìn)行。
(6)調(diào)試程序
即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設(shè)計(jì)(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進(jìn)行。如IBM-PC機(jī)，只要這個(gè)機(jī)器配有相應(yīng)的軟件。
(7)保存程序
調(diào)試通過的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盤上備用。
5.3可編程序控制器控制方案
5.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求
以上各動(dòng)作均采用電機(jī)方式驅(qū)動(dòng)，這樣，可用PLC的8個(gè)輸出端與電磁閥的8個(gè)線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵(lì)，從而使電機(jī)按預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作.如果欲改變電機(jī)的動(dòng)作，
5.3.2.控制要求
為了滿足生產(chǎn)需要，電機(jī)應(yīng)設(shè)置手動(dòng)工作方式、單動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。
（1）手動(dòng)工作方式
便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修，設(shè)置手動(dòng)工作方式。用按鈕對(duì)電機(jī)每一動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。
（2）單動(dòng)工作方式
從原點(diǎn)開始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按下一次起動(dòng)按鈕，電機(jī)完成一步的工作后，自動(dòng)停止。
（3）自動(dòng)工作方式
按下起動(dòng)按鈕，電機(jī)從原點(diǎn)開始，按工序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作，直到按下停止按鈕，電機(jī)在完成最后一個(gè)周期的動(dòng)作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。
5.4 PLC控制原理圖設(shè)計(jì)
PLC時(shí)專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電器技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和裝我能力，通常PLC不采用微機(jī)的編程語言，而常常采用面向控制過程，連線問題的自然語言編程。國(guó)際電動(dòng)委員會(huì)詳細(xì)地說明了語法，語義和下述5種編程語言：功能圖，梯形圖，功能快圖，指令表，結(jié)構(gòu)文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符合來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述時(shí)間繁盛的條件和結(jié)果，每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)種，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)；
與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同是：梯形圖中的電流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此應(yīng)用時(shí)需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待。
梯形圖是使用得最多的梯形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的有點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為編程
結(jié)論
本課題結(jié)合目前國(guó)柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置開發(fā)過程。本文主要完成的工作如下：
1、柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)方案的確定。分析了柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，確定了柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置基本結(jié)構(gòu)，并確定其基本尺寸。
2、確定了柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)。對(duì)該柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了計(jì)算。
3、零件的剛度和壽命計(jì)算與校核。對(duì)各個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行剛度和壽命計(jì)算，確保滿足使用要求，使該柔性制造實(shí)驗(yàn)裝置有足夠的可靠性。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅把大學(xué)所學(xué)到的理論知識(shí)很好的運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，而且培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力，在處理問題時(shí)有了新的認(rèn)識(shí)和方法，并加強(qiáng)了和同學(xué)之間進(jìn)行探討和解決問題的能力。
通過對(duì)專業(yè)知識(shí)的接觸和深入學(xué)習(xí)，以及對(duì)相關(guān)信息的獲取，我深切地認(rèn)識(shí)到，就目前的發(fā)展而言，我國(guó)的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時(shí)間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對(duì)于我們這樣一個(gè)國(guó)情的大國(guó)。所以，我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識(shí)，不斷的追求創(chuàng)新。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我做的是全自動(dòng)自動(dòng)物料分選裝置整體設(shè)計(jì)部分，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械類手冊(cè)和圖冊(cè)等工具進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)還讓我體會(huì)到團(tuán)體的力量，提高自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，遇到問題時(shí)和小組成員進(jìn)行討論和分析或是請(qǐng)教老師，直到得到滿意的結(jié)果。
展望:
希望能將這套設(shè)計(jì)應(yīng)用到具體實(shí)踐當(dāng)中,通過實(shí)踐來驗(yàn)證理論的正確性。通過理論知識(shí)與具體實(shí)踐結(jié)合起來，才能真正把一門知識(shí)應(yīng)用起來。
致 謝
在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我的老師和同學(xué)們給了我很大的幫助，這里我向他們表示誠(chéng)摯的敬意。
首先，我要感謝指導(dǎo)教師XX老師，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)他教會(huì)了我如何去設(shè)計(jì)，怎么去設(shè)計(jì)，以及在最初構(gòu)思時(shí)，應(yīng)該注意的各種問題。他嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度、不辭辛勞指導(dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計(jì)，嚴(yán)于律己，寬以待人的為人都給我留下了深深的印象。他的熱情，他的執(zhí)著，更是讓我終身難忘。這一切將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。我還要感謝進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查的各位領(lǐng)導(dǎo)和機(jī)械工程系的其他老師，他們及時(shí)的給我指出了畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中的不足，并且給予我很多完成設(shè)計(jì)的便利條件。
本論文是在導(dǎo)師XX的悉心指導(dǎo)下完成的，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，XX老師給了我很大的幫助，不僅讓我在規(guī)定時(shí)間能完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，還使我學(xué)到了很多有用的經(jīng)驗(yàn)。在這里我衷心的感謝她。我還要感謝這四年能教授我知識(shí)的老師們，還有曾經(jīng)幫過我的同學(xué)們。
在寫致謝信的這個(gè)時(shí)候心里想有一些說出的東西，想想自己在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的種種困難，在老師同學(xué)的用心幫助下也一一解決了，說句實(shí)話，憑自己的能力要作完畢業(yè)設(shè)計(jì)是有些太困難了，但是在你的身邊總有一些人會(huì)給你帶來驚喜，自己的能力畢竟有限，在面對(duì)別人無私幫助的時(shí)候我的內(nèi)心十分感激，帶自己畢業(yè)設(shè)計(jì)的王老師會(huì)有問必答，有難必解，雖然接觸不是很多，但有些東西使用心感覺的。還有好多老師在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給于我一些幫助，我非常的感激。當(dāng)然還有我身邊的那些同學(xué)，在我有疑惑的時(shí)候總是不厭其煩的給我解釋清楚。在我設(shè)計(jì)的時(shí)候，因?yàn)槲乙郧皬臎]接觸過的東西，一開始很是迷茫，我的好幾位同學(xué)都在這時(shí)候一邊忙自己的事，一邊還要在我有疑惑的時(shí)候?yàn)槲規(guī)兔Ψ治?，共同解決。最終自己終于完成了主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)這一部分的畢設(shè)要求?，F(xiàn)在想起來，有時(shí)候最能讓自己感動(dòng)的事就發(fā)生在自己的身邊。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅給我?guī)砹酥R(shí)上的收獲，在做人方面也教會(huì)了我許多許多，在對(duì)待事情方面，尤其是有選擇的時(shí)候自己該放棄什么，該抓住什么。什么是該自己作的，什么時(shí)候做，我明白了好多。
在此，我對(duì)給我?guī)椭睦蠋?，同學(xué)至以誠(chéng)摯的謝意和由衷的感激。感謝您們對(duì)我的幫助，和教會(huì)我那些人生的道理。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意.
參考文獻(xiàn)
[1] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，2001（2）：