X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目： X-Y 數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) ----Y 向工作臺(tái)三維繪圖學(xué) 院： 電氣信息系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012 年 6 月 10 日 2摘 要目前國(guó)內(nèi)中小企業(yè)多采用經(jīng)濟(jì)型 X-Y 數(shù)控銑床系統(tǒng)，其工作臺(tái)是機(jī)床上必不可少的部件，工作臺(tái)的自動(dòng)化能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的許多普通機(jī)床和閑置設(shè)備，經(jīng)過(guò)數(shù)控改造以后，不但可以提高加工精度和生產(chǎn)率，而且能有效的適應(yīng)多種品種，小批量的市場(chǎng)需求，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)計(jì)效益。本課題設(shè)計(jì)了 X-Y 數(shù)控工作臺(tái)，該平臺(tái)由兩個(gè)一維平臺(tái)疊加實(shí)現(xiàn)，其中一維平臺(tái)由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)螺母副和工作平臺(tái)完成直線運(yùn)動(dòng)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)先要確定工作平臺(tái)的各個(gè)參數(shù)讓其能滿足題目的要求，再通過(guò)精密計(jì)算導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算、銑削力、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副等來(lái)確定要制作的數(shù)控工作平臺(tái)，最后通過(guò) SolidWorks 畫(huà)出設(shè)計(jì)的工作平臺(tái)。本論文的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容重點(diǎn)是 SolidWorks 三維建模，根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)械零部件尺寸完成 Y 方向工作臺(tái)零件的三維造型，SolidWorks 繪圖過(guò)程中，先畫(huà)出單個(gè)的零部件，其主要通過(guò)一些簡(jiǎn)單的繪圖、拉伸、剪切、掃描、陣列等工具進(jìn)行建模，然后對(duì)這些零件進(jìn)行一系列的裝配，主要通過(guò)一些面、線的重合、平行、同心等過(guò)程進(jìn)行裝配，從而直觀清晰的顯示出 Y 方向工作臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3關(guān)鍵詞 X-Y 數(shù)控工作臺(tái) 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副 SolidWorks目 錄第一章 緒論……………………………………………………51.1、目的和意義………………………………………………………51.2、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀………………………………………………………51.3、本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和任務(wù)………………………………………6第二章 總體方案的確定………………………………………72.1 總體方案………………………………………………………72.2 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇…………………………………………7第三章 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型…………………………93.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算…………………………………93.2 銑削力的計(jì)算…………………………………………………93.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向）……………………93.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 ……………………………10第四章 SolidWorks 制圖 ……………………………………154.1 SolidWorks 介紹………………………………………………154.2 SolidWorks 制圖 …………………………………………16第五章 總結(jié)與展望……………………………………………19參考文4獻(xiàn)…………………………………………………………21致謝………………………………………………………………215第一章 緒 論1.1 目的和意義本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的 X-Y 工作臺(tái)采用了低摩擦的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和精密的絲杠，它的工作原理是通過(guò) MCS-51 單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，使 X-Y 工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控控制。工作臺(tái)的自動(dòng)化能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。本設(shè)計(jì)的 X-Y 數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便而且能保證一定的精度。通過(guò)微機(jī)控制技術(shù)的簡(jiǎn)單的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制，使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大，精度和可靠性進(jìn)一步提高。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的 X-Y 工作臺(tái)不僅可用于銑床上進(jìn)行數(shù)控銑削加工，而且還能夠用于鉆床上數(shù)控鉆削加工，所以其功能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的普通工作臺(tái)是新一代機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。通過(guò)對(duì) X-Y 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，能夠正確運(yùn)用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)等課程的基本理論個(gè)有關(guān)知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)備數(shù)控化改造方案的擬定、比較、分析及進(jìn)行必要的計(jì)算；通過(guò)對(duì)設(shè)備改造的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握數(shù)控設(shè)備典型零件的計(jì)算方法和步驟以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；通過(guò)設(shè)計(jì)，初步樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；提高自己應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)以及編寫(xiě)文件等資料的能力。在本設(shè)計(jì)中著重介紹了如何對(duì) X-Y 工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)導(dǎo)軌、絲杠、電機(jī)、選用和數(shù)控控制電路的設(shè)計(jì)和其控制程序的編制等方面進(jìn)行了深入的分析。1.2 X-Y 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)6技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的 CNC 系統(tǒng)這類(lèi)典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。工作臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。從一開(kāi)始為了滿足加工簡(jiǎn)單的零件而設(shè)計(jì)的直線運(yùn)動(dòng)的 X—Y 工作臺(tái)，到現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)多工位加工而制造的分度工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，一作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置從原來(lái)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)變?yōu)橐郝抿?qū)動(dòng)，現(xiàn)在更多的采用了氣動(dòng)裝置，更好的保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了資源。由于工作臺(tái)是一臺(tái)機(jī)床的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國(guó)都有對(duì)其進(jìn)行研究，我國(guó)在工作臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前工作臺(tái)的種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)的工作臺(tái)只能安裝在某一指定機(jī)床上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機(jī)床上。并且目前部分工作臺(tái)還可以作為機(jī)床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提高了機(jī)床的性能。例如：可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它可以實(shí)現(xiàn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床上，可利用原機(jī)床的兩個(gè)控制坐標(biāo)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，也可直接利用本轉(zhuǎn)臺(tái)配套的數(shù)控裝置與機(jī)床聯(lián)接完成所需的工作循環(huán)。它可以完成任意角度的孔、槽、平面類(lèi)機(jī)械加工，以及曲線、凸輪等的加工，并可達(dá)到較高的精度。另外也可用于非數(shù)控鉆、銑、鏜類(lèi)機(jī)床上，獨(dú)立完成等分和不等分的角度分度工作。國(guó)外工作臺(tái)的功能與我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)功能基本相似，但是在其精度方面，國(guó)外的一些公司所生產(chǎn)的工作臺(tái)要略高于我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)。因此我國(guó)與國(guó)外相比，還是有一定的差距，因此工作臺(tái)的設(shè)計(jì)具有重要意義，我們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新，使我國(guó)成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國(guó)。71.3 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容1.3.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供立式數(shù)控銑床使用的 X-Y 數(shù)控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下：（1）立銑刀最大直徑 d =15 mm；（2）立銑刀齒數(shù) Z=3；（3）最大銑削寬度 ae=15 mm；（4）最大銑削深度 ap=8 mm； （5）加工材料為碳素鋼或有色金屬；（6）X、Y 方向的脈沖當(dāng)量 δ x = δ y = 0.005mm/脈沖；（7）X、Y 方向的定位精度均為 ± 0.01 mm；（8）工作臺(tái)面尺寸為 230 mm×230 mm，加工范圍為 250 mm×250 mm；（9）工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度 vxmax = vymax = 3000 mm/min；（10）工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度 vxmaxf = vymaxf = 400 mm/min。1.3.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容本課題擬設(shè)計(jì)一個(gè) X-Y 數(shù)控工作臺(tái)，該平臺(tái)由兩個(gè)一維平臺(tái)疊加實(shí)現(xiàn)，其中一維平臺(tái)由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)螺母副和工作平臺(tái)完成直線運(yùn)動(dòng)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)先要確定工作平臺(tái)的各個(gè)參數(shù)讓其能滿足題目的要求，再通過(guò)精密計(jì)算導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算、銑削力、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副等來(lái)確定要制作的數(shù)控工作平臺(tái)，最后通過(guò)SolidWorks 畫(huà)出設(shè)計(jì)的工作平臺(tái)。8第二章 總體方案的確定2.1 總體方案2.1.1、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(guò)程中沒(méi)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(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) X-Y 工作臺(tái)。2.1.2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用了與 MCS-51 系列兼容的 AT89S51 單片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性?xún)r(jià)比?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)、LED、I/O 接口、光電偶合電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。LED 顯示數(shù)控工作臺(tái)的狀態(tài)。2.1.3、X-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)?？紤]電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。2.2 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇2.2.1 導(dǎo)軌副的選用所設(shè)計(jì)的數(shù)控車(chē)床工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，9傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。2.2.2 絲杠螺母副的選用伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足 0.005mm 沖當(dāng)量和 01.?mm 的定位精度，滑動(dòng)絲杠副為能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到要求，滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。2.2.3 減速裝置的選用選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)，選用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。2.2.4 伺服電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書(shū)規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到 0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有因此 3000mm/min，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性?xún)r(jià)比。2.2.5 檢測(cè)裝置的選用選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏高，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配?？紤]到 X、Y 兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y 兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。10第三章 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型3.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、導(dǎo)軌座等,估計(jì)重量約為 800N。3.2 銑削力的計(jì)算設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則由表 3-7 查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為： 0.8570.31.cezp1afdanZF??(3-1)今選擇銑刀的直徑為 d=15mm，齒數(shù) Z=3,為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱(chēng)銑削情況下，取最大銑削寬度為 e5m?，背吃刀量 pa=8mm ，每齒進(jìn)給量 zf0.1m?，銑刀轉(zhuǎn)速 n30r/i=。則由式（3-1）求的最大銑削力：0.850.750.731.0.13c1N280F?????采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可由表查得，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為： fcF1.408??,ecF0.3846N??， fncF0.253N??。圖 3-4a 為臥銑情況，現(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力 zeF486?，受到水平方向的銑削力分別為 f和 fn。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力 xfF1408?，徑向銑削力為 yfn320。3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向）3.3.1 塊承受工作載荷 maxF的計(jì)算 及導(dǎo)軌型號(hào)的選取11工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的 X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： maxGF4??(3-2)其中，移動(dòng)部件重量Ｇ＝800N，外加載荷 zF=486N?，代入式（3-2） ，得最大工作載荷 max=686N=0.686kN。查表根據(jù)工作載荷 aF=0.686kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為 KL 系列的 JSA-LG15 型，其額定動(dòng)載荷 aC7.94k?，額定靜載荷 0aC9.5k?。任務(wù)書(shū)規(guī)定加工范圍為 200×150㎜，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為 520mm。3.3.2 距離額定壽命 L 的計(jì)算上述所取的 KL 系列 JSA-LG25 系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60HRC，工作溫度不超過(guò) 10?C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。分別取硬度系數(shù) fH=1.0，溫度系數(shù) fT=1.00，接觸系數(shù) fc=0.81，精度系數(shù) fR=0.9，載荷系數(shù) fw=1.5，得距離壽命：L= KmFCfawrcth 5620)(3mx???遠(yuǎn)大于期望值 50Km，故距離額定壽命滿足要求。3.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型3.4.1 最大工作載荷 Fm 的計(jì)算12如前所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=1408N,受到橫向載荷（與絲杠軸線垂直）Fy=320N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz=486N.已知移動(dòng)部件總重量 G=800N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，取顛覆力矩影響系數(shù) K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) ?=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm=KFx+?(Fz+Fy+G)=[1.1?1408+0.005 (486+320+800)]N?1557N3.4.2 最大動(dòng)工作載荷 FQ 的計(jì)算設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度 v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程 Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n=v/Ph=80r/min。取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000h,代入 L0=60Nt/106,得絲杠壽命系數(shù)L0=72（單位為：106r） 。查表，取載荷系數(shù) fw=1.2,滾道硬度為 60HRC 時(shí)，取硬度系數(shù) fH=1.0,求得最大動(dòng)載荷：FQ= NfLmHw7330?3.4.3 初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 G 系列 2005-3 型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱(chēng)直徑為 20mm，導(dǎo)程為 5mm，循環(huán)滾珠為 3 圈*1 系列，精度等級(jí)取 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 9309N，大于 FQ，滿足要求。3.4.4 傳動(dòng)效率 η 的計(jì)算將公稱(chēng)直徑 d0=20mm,導(dǎo)程 Ph=5mm,代入 λ=arctan[Ph/( ?d0)]，得絲杠螺旋升角 λ=4°33′。將摩擦角 ψ=10′，代入 η=tanλ/tan(λ+ψ),得傳動(dòng)效率 η=96.4%。133.4.5 剛度的驗(yàn)算(1)X-Y 工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用-對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距約為 a=500mm；鋼的彈性模量 E=2.1х10 5Mpa;查表得滾珠直徑Dw=3.175mm，絲杠底徑 d2=16.2mm,絲杠截面積 S= 2d?/4=206.12m 2m。忽略式（3-25）中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 51/()[1570/(2.106.2)]mFaES????mm=0.0180mm.。(1) 根據(jù)公式 )3WZdD???，求得單圈滾珠數(shù) Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù) 列數(shù)為 3 1，代入公式 Z??Z?圈數(shù) 列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 ?=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力 YJmF/3=519N。則由式（3-27） ，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 20.4??mm。因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取 2?=0.0012mm。(1) 將以上算出的 1?和 2代入 12???總 ，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度 500mm） 總 =0.0192mm=19.2 m?本例中，絲杠的有效行程為 330mm，由表知，5 級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在 315~400mm 時(shí)，行程偏差允許達(dá)到 25 ，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式（3-28）計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 FK。取支承系數(shù) kf=1；由絲杠底徑 d2=16.2mm 求得截面慣性矩 42/6Id???3380.88 4m；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 取 3（絲杠臥式水平安裝） ；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值500mm。代入式（3-28） ，得臨界載荷 FK=1557N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。14綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。第四章 SolidWorks 制圖4.1 SolidWorks 介紹SolidWorks 為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)研發(fā)與銷(xiāo)售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有 Internet 整合能力的支援服務(wù)。該集團(tuán)提供涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個(gè)領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的 CATIAV5 就出自該公司之手，目前達(dá)索的 CAD 產(chǎn)品市場(chǎng)占有率居世界前列。Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是 SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。 對(duì)于熟悉微軟的 Windows 系統(tǒng)的用戶(hù)，基本上就可以用 SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks 獨(dú)有的拖拽功能使用戶(hù)在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks 資源管理器是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ，用戶(hù)能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。在目前市場(chǎng)上所見(jiàn)到的三維 CAD 解決方案中，SolidWorks 是設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)便而方便的軟件之一。美國(guó)著名咨詢(xún)公司 Daratech 所評(píng)論：“在基于Windows 平臺(tái)的三維 CAD 軟件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。 ” 在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括 Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品15設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。SolidWorks 的主要模塊零件建模：★SolidWorks 提供了無(wú)與倫比的、基于特征的實(shí)體建模功能。通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁 特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 ★ 通過(guò)對(duì)特征和草圖的動(dòng)態(tài)修改，用拖拽的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)修改。 ★ 三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或?yàn)楣艿馈㈦娎|、線和管線生成路徑。曲面建模：通過(guò)帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動(dòng)可控制的相切操作產(chǎn)生復(fù)雜的曲面?？梢灾庇^地對(duì)曲面進(jìn)行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。鈑金設(shè)計(jì)：SolidWorks 提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)能力。可以直接使用各種類(lèi)型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。 用戶(hù)化 SolidWorks 的 API 為用戶(hù)提供了自由的、開(kāi)放的、功能完整的開(kāi)發(fā)工具。 開(kāi)發(fā)工具包括 Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C++，以及其他支持 OLE 的開(kāi)發(fā)程序。幫助文件：SolidWork 配有一套強(qiáng)大的、基于 HTML 的全中文的幫助文件系統(tǒng)。包括超級(jí)文本鏈接、動(dòng)畫(huà)示教、在線教程、以及設(shè)計(jì)向?qū)Ш托g(shù)語(yǔ)。164.2 SolidWorks 制圖4.2.1 導(dǎo)軌底座 1．選擇打開(kāi)新建選擇零件選項(xiàng)。2．前視基準(zhǔn)面。3．在前視基準(zhǔn)面用直線畫(huà)出一個(gè)輪廓，如下：圖 4-1 導(dǎo)軌底座草圖4．選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。5．接著畫(huà)螺紋孔，首先畫(huà)一個(gè)定深的孔，再用 畫(huà)出所需的螺紋孔。6．用 中的線性陣列在另一個(gè)面上畫(huà)出所需得螺紋孔。17圖 4-2 導(dǎo)軌底座4.2.2 導(dǎo)軌1 打開(kāi)新建選擇零件選項(xiàng)。2 選擇前視基準(zhǔn)面。3 在前視基準(zhǔn)面用直線畫(huà)出一個(gè)輪廓，如下：圖 4-3 導(dǎo)軌草圖184 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。5 接下來(lái)畫(huà)螺紋孔，得面上先畫(huà)一個(gè)定深孔，再用 中的線性陣列畫(huà)出所需的畫(huà)螺紋孔。圖 4-4 導(dǎo)軌4.2.3 導(dǎo)軌副1 打開(kāi)新建選擇零件選項(xiàng)。2 選擇前視基準(zhǔn)面。3 在前視基準(zhǔn)面用直線畫(huà)出一個(gè)輪廓，如下：19圖 4-5 導(dǎo)軌副草圖4 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。5 在側(cè)面畫(huà)出一個(gè)所要尺寸得長(zhǎng)方形。6 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。7 在新畫(huà)出的面上畫(huà)出一個(gè)螺紋孔再用 中的線性陣列畫(huà)出另一個(gè)螺紋孔。8 再用 再另一個(gè)面上畫(huà)出另兩個(gè)螺紋孔。20圖 4-6 導(dǎo)軌副4.2.4 絲杠1 打開(kāi)新建選擇零件選項(xiàng)。2 選擇前視基準(zhǔn)面。3 在前視基準(zhǔn)面畫(huà)出畫(huà)出一個(gè)所需尺寸的圓。4 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。5 在地面畫(huà)一個(gè)與圓柱底面一樣大小地圓。6 在 選擇螺旋線/渦狀線選項(xiàng)，并選擇合適尺寸。7 在地面畫(huà)一個(gè)等腰梯形讓底邊中點(diǎn)與螺旋線起點(diǎn)的關(guān)系為貫穿。8 再插入中選擇切除再選擇掃描。9 再補(bǔ)全所需得部分即可。21圖 4-7 絲杠4.2.5 絲杠螺母1 打開(kāi)新建選擇零件選項(xiàng)。2 選擇前視基準(zhǔn)面。3 在前視基準(zhǔn)面畫(huà)出畫(huà)出一個(gè)所需尺寸的圓。4 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。5 在新畫(huà)出的圓柱一個(gè)底面上畫(huà)出一個(gè)所需尺寸的圓。6 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。7 在圓柱底面上畫(huà)上一個(gè)所需尺寸得圓并選擇 ，選擇兩次拉伸的長(zhǎng)度即可。8 在大圓柱地面上打上一個(gè)螺紋孔，然后再選 中的圓周陣列即可得出所需的螺紋孔。22圖 4-8 絲杠螺母4.2.6 螺母座1 打開(kāi)新建選擇零件選項(xiàng)。2 選擇前視基準(zhǔn)面。3 在前視基準(zhǔn)面畫(huà)出畫(huà)出一個(gè)所需尺寸的正方形。4 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。5 在正方體得地面畫(huà)出一個(gè)所需尺寸得圓選 完成即可。6 正方體得地面畫(huà)出一個(gè)螺紋孔然后再選 中的圓周陣列即可得出所需的螺紋孔。23圖 4-9 螺母座4.2.7 工作平臺(tái)1 打開(kāi)新建選擇零件選項(xiàng)。2 選擇前視基準(zhǔn)面。3 在前視基準(zhǔn)面畫(huà)出畫(huà)出一個(gè)所需尺寸的正方形。4 選擇 并標(biāo)注所需得尺寸。5 正方體得地面畫(huà)出一個(gè)螺紋孔然后再選 中的圓周陣列即可得出所需的螺紋孔。24圖 4-10 工作平臺(tái)4.2.8 裝配圖X 軸1 打開(kāi)新建選擇 選項(xiàng)2 選擇 選項(xiàng)從已畫(huà)好零件選出導(dǎo)軌底座再選出導(dǎo)軌再選出三面相互重合，再選出另一條導(dǎo)軌三面相互重合3 再找出導(dǎo)軌副與導(dǎo)軌三面相互重合，再選出一個(gè)導(dǎo)軌副與導(dǎo)軌三面相互重合，在另一個(gè)導(dǎo)軌上進(jìn)行同樣得工作即可4 再裝配絲桿與軸承5 再裝配與步進(jìn)電機(jī)與絲桿256 再裝配絲桿與軸承座Y 軸1 打開(kāi)新建選擇 選項(xiàng)2 選擇 選項(xiàng)從已畫(huà)好零件選出導(dǎo)軌底座再選出導(dǎo)軌再選出三面相互重合，再選出另一條導(dǎo)軌三面相互重合3 再找出導(dǎo)軌副與導(dǎo)軌三面相互重合，再選出一個(gè)導(dǎo)軌副與導(dǎo)軌三面相互重合，在另一個(gè)導(dǎo)軌上進(jìn)行同樣得工作即可得：圖 4-114 打開(kāi)新建選擇 選項(xiàng)5 選擇 選項(xiàng)從已26畫(huà)好零件選出絲杠再選出絲杠螺母，再選出兩面相互重合與同心，再選出螺母座，讓其與絲杠螺母同心與重合，然后再裝配上軸承，便如下：圖 4-125 再裝配與步進(jìn)電機(jī)與絲桿6 最后在裝配工作臺(tái)第五章 總結(jié)與展望27我覺(jué)得這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一個(gè)全面的綜合的運(yùn)用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和機(jī)械制圖方面的基礎(chǔ)知識(shí)，還有剛學(xué)過(guò)的數(shù)控機(jī)床這門(mén)課，經(jīng)過(guò)復(fù)習(xí)整理所學(xué)得專(zhuān)業(yè)知識(shí)使得設(shè)計(jì)思路清晰系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。還有很重要的一點(diǎn)是讓我體會(huì)到了一個(gè)設(shè)計(jì)者的精神。在設(shè)計(jì)過(guò)程中既要自己不斷思考、創(chuàng)造，又要注意借用現(xiàn)有的資料，掌握了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。通過(guò)對(duì)通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)或簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)，掌握了一般機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法，有助于樹(shù)立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)能力?？偠灾壳?，X-Y 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化以成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。中國(guó)作為一個(gè)制作大國(guó)，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。參考文獻(xiàn)【1】文懷興、夏田 .《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[M]. 北京：北京化工出版社，2008.51-55【2】韓榮第 .《金屬切削原理與刀具》[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.18-30【3】李洪 .《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M].北京：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.100-120【4】陳家芳.《金屬切削工藝手冊(cè)》[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2005.45-60【5】楊建明. 《數(shù)控加工工藝與編程》[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.88-100【6】張新義.《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.100-102【7】張建民. 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[M].北京：高等教育出版社.2001.74-80.【8】張訓(xùn)文. 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