數(shù)控車床進給系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)設(shè)計

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The design uses a top-down design method, starting from the overall structure, then the components of the design. In the design, full use of standardization, serialization, universal, increase interoperability easy for maintenance. And improve production efficiency to meet the needs of different users. Control systems for small CNC lathes which the project develops and designs, with small size、 small footprint、 compact、 technically advanced、 high productivity and strong practicability. It is suitable for small batch processing of small parts, small enterprises, electronic components manufacturing enterprises and individual enterprises, the ideal processing equipment. It can also be used for high secondary school, technical school of electrical and mechanical specialty CNC practice, experimental teaching. Keywords: CNC Lathe Feeding System Assembly Drawing Parts Drawing 3目 錄摘 要.IABSTRACT.II1 緒論 .11.1 序言.11.2 設(shè)計主要任務(wù) .22 進給系統(tǒng)設(shè)計 .32.1 總體方案設(shè)計 .32.1.1 概述.32.1.2 機械系統(tǒng)設(shè)計.32.2 伺服電機設(shè)計.52.2.1 伺服電機概述.52.2.2 伺服電機選擇.62.3 滾珠絲杠副介紹.102.3.1 滾珠絲杠副概述.102.3.2 滾珠絲杠副特點.112.3.3 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu).112.4 滾珠絲杠副設(shè)計.122.4.1 設(shè)計滾珠絲杠副原理.122.4.2 滾珠絲杠副選擇.132.4.3 滾珠絲杠副預(yù)緊.142.4.4 滾珠絲杠副校核.152.5 滾珠絲杠副密封與潤滑.172.6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用.182.6.1 支撐方式選擇.182.6.2 軸承選擇.192.6.3 軸承配合與潤滑.202.7 聯(lián)軸器簡介.202.8 聯(lián)軸器基本要求.212.9 聯(lián)軸器選擇.222.10 聯(lián)軸器校核.232.10.1 轉(zhuǎn)矩校核.232.10.2 銷抗剪強度校核.243 導軌設(shè)計 .253.1 導軌概述.253.2 導軌分類.253.3 導軌選型與長度計算.253.4 導軌副技術(shù)要求.263.5 導軌的間隙調(diào)整 .274 防護罩設(shè)計 .294.1 基本要求.29 44.2 選擇設(shè)計.294.3 其他設(shè)計.304.3.1 基本要求.304.3.2 支撐架設(shè)計.31總 結(jié) .32致 謝 .33參考文獻 .34圖書分類號：密 級：畢業(yè)設(shè)計(論文)數(shù)控車床進給系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計數(shù)控車床進給系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計MECANICAL STRUCTURE DESIGN OF CNC LATHE FEED DERIVE SYSTEM 學生姓名學院名稱專業(yè)名稱指導教師20 年5 月27 日 I徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。論文作者簽名： 日期： 年 月 日徐州工程學院學位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解徐州工程學院關(guān)于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學院所擁有。徐州工程學院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學院可以公布學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 I摘 要數(shù)控車床進給系統(tǒng)是指能分別沿著X 向和Y向做進給運動的系統(tǒng)，是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱橫向進刀機構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構(gòu)成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計時只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設(shè)計專用的微機控制系統(tǒng)。該設(shè)計從確定小型數(shù)控車床的方案入手， 設(shè)計進給系統(tǒng)的裝配圖和主要零件圖。確定數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)后，詳細論述進給傳動系統(tǒng)各組成部分，以及各部分的計算和選用。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)控車床; 進給系統(tǒng); 裝配圖; 零件圖 IIAbstractThe design starts with identifying the program of small CNC lathe, and begins to design the system assembly drawing and the main part drawing. After identifying CNC lathe system, discuss the various components of the feed drive system in detail, as well as part of the calculation and selection. The design uses a top-down design method, starting from the overall structure, then the components of the design. In the design, full use of standardization, serialization, universal, increase interoperability easy for maintenance. And improve production efficiency to meet the needs of different users. Control systems for small CNC lathes which the project develops and designs, with small size、 small footprint、 compact、 technically advanced、 high productivity and strong practicability. It is suitable for small batch processing of small parts, small enterprises, electronic components manufacturing enterprises and individual enterprises, the ideal processing equipment. It can also be used for high secondary school, technical school of electrical and mechanical specialty CNC practice, experimental teaching. Keywords: CNC Lathe Feeding System Assembly Drawing Parts Drawing III目 錄摘 要.IABSTRACT.II1 緒論 .11.1 序言.11.2 設(shè)計主要任務(wù) .22 進給系統(tǒng)設(shè)計 .32.1 總體方案設(shè)計 .32.1.1 概述.32.1.2 機械系統(tǒng)設(shè)計.32.2 伺服電機設(shè)計.52.2.1 伺服電機概述.52.2.2 伺服電機選擇.62.3 滾珠絲杠副介紹.102.3.1 滾珠絲杠副概述.102.3.2 滾珠絲杠副特點.112.3.3 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu).112.4 滾珠絲杠副設(shè)計.122.4.1 設(shè)計滾珠絲杠副原理.122.4.2 滾珠絲杠副選擇.132.4.3 滾珠絲杠副預(yù)緊.142.4.4 滾珠絲杠副校核.152.5 滾珠絲杠副密封與潤滑.172.6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用.182.6.1 支撐方式選擇.182.6.2 軸承選擇.192.6.3 軸承配合與潤滑.202.7 聯(lián)軸器簡介.202.8 聯(lián)軸器基本要求.212.9 聯(lián)軸器選擇.222.10 聯(lián)軸器校核.232.10.1 轉(zhuǎn)矩校核.232.10.2 銷抗剪強度校核.243 導軌設(shè)計 .253.1 導軌概述.253.2 導軌分類.253.3 導軌選型與長度計算.253.4 導軌副技術(shù)要求.263.5 導軌的間隙調(diào)整 .274 防護罩設(shè)計 .294.1 基本要求.29 IV4.2 選擇設(shè)計.294.3 其他設(shè)計.304.3.1 基本要求.304.3.2 支撐架設(shè)計.31總 結(jié) .32致 謝 .33參考文獻 .34 11 緒論1.1 序言數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工 業(yè)生產(chǎn)中一門新型的， 發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)。 數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表 的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造業(yè)和新型制造業(yè)的滲透， 形成的一種機電一體化技術(shù)。 這一 技術(shù)使生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率、 產(chǎn)品成本及工人勞動強度等方面問題得以明顯改 善，特別是針對對市場化生產(chǎn)的小批量、多品種特點，有無可比擬的優(yōu)勢。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床。即能按照程序邏輯，一步步處理生產(chǎn)過程的機床。數(shù)控技術(shù)也叫計算機數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的運動軌跡和外設(shè)的操作時序邏輯控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動電機或液壓執(zhí)行元件帶動設(shè)備運行。制造業(yè)是作為衡量一個國家經(jīng)濟的重要指標，體現(xiàn)了一個國家或一個民族的科技實力，是一個時代科學技術(shù)發(fā)展最明顯的突出體現(xiàn)。尤其是在最近幾十年了，發(fā)達的資本主義國際憑借其先進的制造技術(shù)，利用其強大的科技和財政實力獲得了巨大的經(jīng)濟利益。我國的制造業(yè)起步晚、基礎(chǔ)差，但近二十年來，我國投入了巨大的人力物力，并取得了驕人的成績。但同時也要看到，我們國家的制造業(yè)和西方發(fā)達資本主義國家的制造業(yè)還有差距，而且在某種層度上說，差距還很大，這就要求我們國家還要付出更大的努力去提高我國的制造業(yè)在世界制造業(yè)中的地位，使我國的制造業(yè)對我國的經(jīng)濟發(fā)展能夠發(fā)揮更大的作用，為人民和人類帶來更大的幫助。數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。配備多工位刀塔或動力刀塔，機床就具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復(fù)雜工件，可咨詢：寧波眾鑫數(shù)控機床廠。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟效果。傳統(tǒng)的機械加工都是用手工操作普通機床作業(yè)的，加工時用手搖動機械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產(chǎn)品的精度的。現(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機床進行作業(yè)了，數(shù)控機床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動對任何產(chǎn)品和零部件直接進行加工了。數(shù)控加工廣泛應(yīng)用在所有機械加工的任何領(lǐng)域，更是模具加工的發(fā)展趨勢和重要和必要的技術(shù)手段。數(shù)控車床又稱為 CNC 車床，即計算機數(shù)字控制車床，是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的 25%。數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要 2的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。1.2 設(shè)計主要任務(wù)進給系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)是伺服進給系統(tǒng)的主要組成部分，主要由傳動機構(gòu)、運動變換機構(gòu)、導向機構(gòu)、執(zhí)行件組成，它是實現(xiàn)成形加工運動所需的運動及動力的執(zhí)行機構(gòu)。由于數(shù)控機床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象，被加工工件的最終位置精度和輪廓精度都與進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性有關(guān)。進給系統(tǒng)是數(shù)控加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是數(shù)字控制的直接對象，被加工工件的最終坐標位置精度和輪廓精度都與傳動結(jié)構(gòu)有關(guān)。脈沖當量是 0.001mm，快進速度是 1000mm/min，X 軸行程：100mm ，Y 軸行程： 150mm。合理設(shè)計進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；完成進給部件（包含滾珠絲杠螺母副、燕尾槽導軌、導軌防護罩等）的結(jié)構(gòu)設(shè)計及總圖和零件圖；完成主傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算；完成二萬字的畢業(yè)論文及 5000 字的譯文。 32 進給系統(tǒng)設(shè)計2.1 總體方案設(shè)計2.1.1 概述主軸轉(zhuǎn)速與進給速度，沒有定值，通常是靠經(jīng)驗值來設(shè)置，主要根據(jù)刀具和工件材料來選擇。進給率的增加可以提高生產(chǎn)效率。在加工過程中，進給率也可通過機床控制面板上的修調(diào)開關(guān)進行人工調(diào)整，數(shù)控機床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進行整倍數(shù)調(diào)整。但是最大進給速度要受到設(shè)備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容。刀具的種類及特點，刀具耐用度、穩(wěn)定性，材料的種類，是必須考慮的，通常還要考慮：下切步距，刀具路徑的行距，主軸轉(zhuǎn)速，加工精度等。設(shè)計一臺數(shù)控車床進給系統(tǒng)機械傳動部分的設(shè)計，綜合各方面的因素，采取 PLC 控制，控制方式采用交流伺服、運動控制器并采用閉環(huán)控制方案。數(shù)控車床進給系統(tǒng)的機械主體部分直線導軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺面。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動裝置的保護性，X 軸及 Y 軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關(guān)，部分工作臺的配有原點檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制，原點開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。數(shù)控車床進給系統(tǒng)的具體參數(shù)如下： X 方向行程:100mm Y 方向行程:1500mm 工作臺面的參考尺寸:240 260mm 工作臺和工件最大物重質(zhì)量 60kg 工作臺表面滑動摩擦系數(shù)為 0.5 平均切削力:500N 快進進給速度:1000mm/min 最高運動速度:10000mm/min 脈沖當量 0.001mm 定位精度: 0.02mm工作壽命:每天 8 小時，工作 8 年，250 天/年2.1.2 機械系統(tǒng)設(shè)計車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進行車削加工的機床，主要用于加工軸、盤、套和 4其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應(yīng)的加工。它是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機械都是從車床引伸出來的，普通機床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)及自動化，精密機械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，生產(chǎn)了機電一體化的新型機床一一數(shù)控機床。普通車床是車床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的 65%，因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。按其實現(xiàn)系統(tǒng)功能角度看主要包括動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)。此設(shè)計的具體要求如下：（1）傳動機構(gòu)為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速，精度要求為高精度。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到1/3 以下,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。（2）導向機構(gòu)采用滾動直線導軌。 直線導軌一般為二種，一種是滾動式，一種是滑動式，滾動直線滑軌是一種滾動導引，它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度作線性運動，其摩擦系數(shù)可降至傳統(tǒng)滑動導引的 1/50，使之能輕易地達到 1m 級的定位精度。現(xiàn)在滑塊與滑軌間的末制單元設(shè)計，使得線形滑軌可同時承受上下左右等各方向的負荷，專利的回流系統(tǒng)及精簡化的結(jié)構(gòu)設(shè)計使線性滑軌有更平順且低噪音的運動。滾動直線導軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。導軌的導向精度要求高。圖 2-1 工作臺草圖 5（3）執(zhí)行機構(gòu)采用交流伺服電動機。交流伺服電動機，是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種機器。交流伺服電動機主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動機利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的。交流伺服電動機主要由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組（其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組） 。交流伺服電動機控制精度高，矩頻特性好，具有過載能力，多應(yīng)用于物料計量，橫封裝置和定長裁切機上。工作臺草圖如上圖 2-1。2.2 伺服電機設(shè)計2.2.1 伺服電機概述交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動機一種兩相的交流電動機。 交流伺服電動機使用時，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓 Uf，控制繞組兩端施加控制電壓 Uk。當定子繞組加上電壓后，伺服電動機很快就會轉(zhuǎn)動起來。 通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機的轉(zhuǎn)向，當任意一個繞組上所加的電壓反相時，旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變，電機的方向也發(fā)生改變。 表 2-1 交流伺服電動機的分類、特點及使用范圍類型代號結(jié)構(gòu)特點性能特點使用范圍籠型交流伺服電動機SL轉(zhuǎn)子與定子結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動機相似,但轉(zhuǎn)子一般為兩相,且細而長,籠可用鋁、紫銅、黃銅制成勵磁電流較小，體積較小，機械強度較高，低速運轉(zhuǎn)時不夠平滑，有抖動現(xiàn)象廣泛運用于小功率自動控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和計算裝置中非磁性杯型交流伺服電動機SKADP用非磁性金屬鋁、黃銅等制成杯形轉(zhuǎn)子，杯的內(nèi)外由內(nèi)外定子構(gòu)成磁路轉(zhuǎn)動慣量小，運轉(zhuǎn)平滑、無抖動現(xiàn)象，勵磁電流和體積較大用于要求運行平滑的系統(tǒng)，如自動裝置和計算裝置等FANUC 交流伺服電動機FANUC轉(zhuǎn)矩大,轉(zhuǎn)速低,機械特性線性度好,低速性能良好，可直接與絲杠連接用于數(shù)控機床驅(qū)動或其他驅(qū)動系統(tǒng)低速交流伺服電動機SDSAND轉(zhuǎn)子、定子結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動機相同,另外機殼中裝有齒輪減速裝置體積小,重量輕,力能指標高,性能好，輸出轉(zhuǎn)速低,轉(zhuǎn)矩大廣泛應(yīng)用于自動裝置和計算技術(shù)裝置中作驅(qū)動、執(zhí)行或控制元件 6步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號） ，但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。1)在整個調(diào)速范圍內(nèi)，其負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)該在電動機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩的范圍以內(nèi)；2)工作負載與過載時間應(yīng)該在規(guī)定的范圍以內(nèi)；3)應(yīng)使加速度與希望的時間常數(shù)一樣；下表 2-2 為交流伺服電動機的特性實例：表 2-2 交流伺服電動機特性舉例 電動機特性SM 型伺服電機IM 型伺服電機輸出功率/W11001100峰值電流（A/相)11.714.4峰值電壓（V/相）68.979.3功率因素/%99.878.6功率/%91.182.0電阻/0.2841.035感應(yīng)電壓常數(shù)/)min(1 rmV100100轉(zhuǎn)動慣量/）（2mkg4108 . 84108 . 6功率變化率/)sk1W（12162.2.2 伺服電機選擇2.2.2.1 伺服電機選擇原則步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號） ，但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。一般電機要承受兩種形式的力矩：恒定的負載力矩和切 7削力矩（包括摩擦力矩） ；加/減速力矩。步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。 交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT） ，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。下面是選擇電機時應(yīng)滿足的條件：（1）機床無負載時，加在電動機上的力矩應(yīng)小于電動機的連續(xù)額定力矩的 50%一下。否則，在切削或加速/減速時電動機就可能過熱。（2）加/減速時間要短，須在電動機的允許范圍內(nèi)。通常，負載力矩幫助電動機的減速，因此如果加速在允許時間內(nèi)完成的話，減速也可在相同時間內(nèi)完成。這樣我們只需計算加速力矩，并在允許時間內(nèi)核算力矩在電動機的機械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi)。（3）頻繁地定位和加/減速會使電動機發(fā)熱，此時需要計算出電動機承受的力矩的均方根值 Trms，使其小于電動機的額定力矩 Tc。（4）電動機以最大切削力矩運行的時間應(yīng)在允許范圍內(nèi)。（5）負載的慣量要小于電動機本身慣量的 3 倍。這里我們依據(jù)負載來選擇電動機。2.2.2.2 伺服電機設(shè)計計算步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。加到電機軸上的負載力矩通常由下式算出見式(2.1): 式（2.1）f2mTLFT其中：加到電機軸上的負載力矩（Nm）mT 8 F 沿坐標軸移動一個部件所需的力（kgf） L 電機轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)機床的移動距離=21/ZZP 滾珠絲杠螺母或軸承加到電機軸上的摩擦力矩 fT步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200400 毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 MSMA 400W 交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸，F(xiàn) 值取決于工作臺的重量，摩擦系數(shù)，F(xiàn) 值還與平衡錘有關(guān)。對于水平工作臺，F(xiàn) 值可按下式計算:W工作臺與工件重量=60kg滑動表面摩擦系數(shù)=0.05驅(qū)動系統(tǒng)的效率=0.9Fg鑲條鎖緊力=5kgf反切削力=50kgfCF由切削力矩引起的滑動表面上工作臺上收到的力=30kgfcfF（設(shè)=2kgf cm=0.2N m）fT不切削時見式(2.2)： 式（2.2）fg(WF kgf5 . 5)5060(05. 0F ）（9 . 02/ )8 . 05 . 5mT m0.1Ncmkgf98. 0切削時見式(2.3)： 式（2.3）（cfCfgFWFF)305060(05. 050F kgf57 2)9 . 02/(8 . 057mc）（T m1mkgf10N為滿足運行條件，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)選擇電動機，其負載力矩在不切削時應(yīng)大于 0.1N m，最高轉(zhuǎn)速應(yīng)小于 2000r。交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求1-min不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合 9考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。2.2.2.3 伺服電機選擇綜上所述，選擇 FANUC 系列交流伺服電動機，電動機的型號為 FANUC4-0 該類型伺服電動機是由日本法納克公司為滿足 CNC 機床和工業(yè)機器人的需要開發(fā)的，這種伺服交流電動機都是永磁式同步型伺服電動機，其特點都是定子為三相繞組，轉(zhuǎn)子為永久磁鐵。其結(jié)構(gòu)、性能特點是轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低，機械特性線性度好低速性能良好，可直接與絲杠連接。我們選用的 FANUC4-0，其數(shù)據(jù)見表 2-3。其特點如下：1）具有獨特的磁極形狀，使轉(zhuǎn)矩波動最小；2）外面沒有機殼，定于鐵心直接在空氣中冷卻，這種結(jié)構(gòu)使電動機溫升能減到最低；3）具有高的轉(zhuǎn)矩/慣量比，能承受高的加減速；4）由于采用了集中磁力線機構(gòu)，在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，電動機體積小而且重量輕；5）由于采用高頻脈寬調(diào)制控制，電動機只有很低的噪聲和振動。表 2-3FANUC4-0 的技術(shù)數(shù)據(jù)型號）輸出功率（KW）額定轉(zhuǎn)矩（Nm）最大轉(zhuǎn)矩(Nm)最高轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)動慣量(kg/)2m機械時間常數(shù)(ms)熱時間常數(shù)(min)質(zhì)量(kg)4-00.050.251.130005-107 . 311151.22.3 滾珠絲杠副介紹2.3.1 滾珠絲杠副概述滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點常用的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列，每個滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有 2 列、3 列、4 列、5 列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有 1.5 圈、2.5 圈和 3.5 圈等幾種。（1） 外循環(huán)外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回 10絲杠螺母間重新進入循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。（2） 內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。 絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分?；瑒咏z杠螺母機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能。但其摩擦阻力大，傳動效率低。滾動絲杠螺母機構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高。但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小，傳動效率高，因此選用滾動絲杠螺母機構(gòu)。根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，其基本傳動形式一共可分為四種類型，其類型如下：（1）螺母固定、絲桿傳動并移動。該傳動形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動，結(jié)構(gòu)比較簡單，可獲得較高的傳動精度。但其軸向尺寸不已太長，剛性較差。因此只適合用于行程較小的場合。（2）絲桿傳動、螺母移動。該傳動形式需要限制螺母的傳動，故需導向裝置。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。適用于工作行程較大的場合。（3）螺母傳動、絲桿移動。該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的傳動，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，故應(yīng)用較少。（4）絲桿固定、螺母傳動并移動。該傳動方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但在多數(shù)情況下，使用極不方便，故很少應(yīng)用。根據(jù)工作臺運動情況，應(yīng)選擇絲杠傳動螺母移動的形式，該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，故需導向裝置。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好，適用于工作行程較大的場合。2.3.2 滾珠絲杠副特點滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動元件滾珠。滾珠絲杠螺母機構(gòu)由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分組成。當絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合通路。其主要有如下特點：(1)與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為 1/3。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。(2)高精度的保證。滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出 11來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。(3)微進給可能。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。(4)無側(cè)隙、剛性高。滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。(5)高速進給可能。滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動)。2.3.3 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)表 2-4 滾珠的循環(huán)方式類別形式特點內(nèi)循環(huán)優(yōu)點:返回通道短,一個循環(huán)只有一圈鋼球,流暢性好,摩擦損失小,效率高,徑向尺寸小,剛性好缺點:返向器鋼球返回通道的曲面加工復(fù)雜端蓋式優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊,工藝性好缺點:循環(huán)回路長,流暢性差,鋼球通過短槽時易卡住螺旋槽式優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,承載能力大缺點:鋼球流暢性較差,擋珠器較易磨損外循環(huán)插管式優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,工藝性好,鋼球的流暢性好,應(yīng)用較廣缺點:凸出式的插管凸出于螺母外部,徑向尺寸較大 12 外循環(huán) 內(nèi)循環(huán) 圖 2-2 滾珠絲杠副循環(huán)方式滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向的調(diào)整方法進行區(qū)別。我國生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道形面和滾珠接觸點之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角，一般為 45 度。單圓弧形的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，主要由軸向載荷所引起的接觸變形的大小而定。接觸角增大時，傳動效率、軸向剛度以及承載能力也隨之增大。由于單圓弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡單，故容易得到較高的加工精度。單圓弧形面的滾道圓弧半徑 R 稍大于滾珠半徑。雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變。兩圓弧相交處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能儲存一定的潤滑油以減少摩擦磨損。由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗均比較困難，故加工成本較高。2.4 滾珠絲杠副設(shè)計2.4.1 設(shè)計滾珠絲杠副原理（1）為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應(yīng)使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。 （2）放逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動逆效率高，應(yīng)考慮在電機停電后，因部件自重而產(chǎn)生螺旋副的逆?zhèn)鲃樱ㄌ貏e是在垂直方向上傳動時） ，防止逆?zhèn)鲃拥姆椒刹捎茫和ｋ娮枣i的電機、蝸輪蝸桿機構(gòu)、離合器等方式。 （3）滾珠絲杠副在行程兩端應(yīng)有行程保護裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。 （4）防止熱變形：熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機械部件工作時產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預(yù)拉伸、強制冷卻等減少熱變形對絲杠的伸長的影響。 （5）細長而又水平放置的絲杠，因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形，是影響導程累積誤差 13的因素之一，還會使螺母受載不均。設(shè)計細長絲杠時，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 （6）防護與密封：塵埃和雜質(zhì)進入滾道會妨礙滾動體運動流暢，會加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為避免絲杠外露，用戶還需要為絲杠選擇防護裝置。 （7）合理潤滑是減小驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、提高傳動效率、延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)。接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此要注入潤滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他合適的潤滑方式。 （8）用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 d2,否則無法裝配螺母。2.4.2 滾珠絲杠副選擇初選滾珠絲杠副數(shù)據(jù)見下表：表 2-5 初選滾珠絲桿副參數(shù)公稱直徑/mm導程/mm余量/mm節(jié)距/mm255208根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度：初選 X 方向絲杠的工作長度為 410mm初選 Y 方向絲杠的工作長度為 460mm滾珠絲杠的工作載荷計算公式見式(2.4)： 式（2.4）MAHFCKKKKF 由條件，取 =1.2，取 =1.2， 取 D 精度，取 =1.0，F(xiàn)KHKAKX 方向絲杠工作載荷：=1.21.21.0600=864NXFY 方向絲杠工作載荷：=1.21.21.0600=864NYF額定動載荷值計算見式(2.5)：Ca導程初選為 5mm，則 min/ r2005/1000nmmin/ r20005/10000nmax 14 = =8645011N 式（2.5）Ca34hmC1067. 1nFL341067. 116000200根據(jù)值選擇滾珠絲杠副，假設(shè)選用按滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca 等于或稍大于Ca的原則，查表選以下型號規(guī)格：CaFC1-2505-2.5 Ca=5011N公稱直徑 D=25mm 導程 P=5mm 螺旋角 滾珠直徑833。mm175. 3d0計算可得： 滾道半徑 R=0.52651. 1175. 352. 052. 00dR偏心距03.1750.07()0.07(1.651)0.004422deRmm 絲杠內(nèi)徑1022252 0.00442 1.65121.71dDeRmm 2.4.3 滾珠絲杠副預(yù)緊滾珠絲杠副在負載時，其滾珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲桿螺母副的間隙消除相當困難。實際應(yīng)用中，常采用以下幾種調(diào)整預(yù)緊方法見表 2-5。表 2-6 常用的調(diào)整預(yù)緊方法調(diào)整預(yù)緊方式特點雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可調(diào)，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進行調(diào)整。雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式可實現(xiàn)定量調(diào)整即可進行精密微調(diào)，使用中調(diào)整方便。雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)簡單剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。單螺母變位倒程自頂預(yù)緊式和單螺母滾珠過贏預(yù)緊式結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但在使用中不能調(diào)整，且制造困難。 15根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，當允許有間隙存在時可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當必需有預(yù)緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當具備良好的防塵條件，且只需要在裝配時調(diào)整間隙及預(yù)緊力時，可采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)?？紤]到設(shè)計的所設(shè)計的工作臺有良好的防塵條件且只需要在裝配時調(diào)整間隙及預(yù)緊力，故采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式。2.4.4滾珠絲杠副校核（1）由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn),所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù) S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)。絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 22()acrEIFl 式（2.6） 其中 E=206Gpa L=0.3m 448410.021711.09 106464adIm 式（2.7） 取23 則29852206 101.09 105.53 102(0.3)3crFN 安全系數(shù)535.53 10368.981.5 10crmFSF 式（2.8）由 S=253.3，顯然 SS成立，故絲杠是安全的,不會失穩(wěn)（2）速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速crncrnmaxn 式（2.9） min/ r41935283 . 03202821. 0927. 35011uldf5011n22212ccr所以 所以絲杠不會發(fā)生共振。crnmaxn（3）此外滾珠絲杠副還受 Dn 值的限制，通常要求： Dnmm/min4107 Dn=25 min/mm105min/mm2003min/mm1074(4)滾珠絲杠在工作負載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(Nm)共同作用下引起每個導程的變形量為見 16式(2.10)： 202CpFp TLEAGJ 式（2.10）式中，A 為絲杠截面積見式(2.11)：A 式（2.11） ；221md41為絲杠的極慣性矩見式(2.12)： CJ 式（2.12） ；441md321CJG 為絲杠切變模量，對鋼 G=83.3GP a;T(N m)為轉(zhuǎn)矩見式(2.13)：0tan()2mDTF 式（2.13） 式中 為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)； 為平均工作載荷.取摩擦系數(shù)為mFtan0.0025,則得8 40mNmNT 5 . 0048833tan102256003-。按最不利的情況取(F=)mFumGTEFGJTEAFLC2412221201084. 6dp16dp42ppum1 . 41051084. 63 . 0pl3-2-0LL通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的 1/2,即110.020.011022Lmmm 該絲杠的L滿足上式，所以其剛度可滿足要求。(5)效率驗算見式(2.14)：tantan3 380.947tan()tan(3 388 40 ) 式（2.14）要求在 90%-95%之間，所以該絲杠副合格.經(jīng)上述計算驗證，F(xiàn)C1-2505-2.5 各項性能均符合設(shè)計要求，可選。 172.5 滾珠絲杠副密封與潤滑密封是防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機器設(shè)備內(nèi)部的零部件或措施。密封可分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質(zhì)較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。按密封件與其作相對運動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱為機械密封。動密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機器運轉(zhuǎn)時給介質(zhì)以動力得到密封，故有時稱為動力密封。根據(jù)摩擦副之間摩擦狀態(tài)的不同，潤滑分為： 流體摩擦潤滑，用流體( 厚度在1.52 微米以上 )將摩擦表面隔開的潤滑方式。根據(jù)潤滑膜壓力的產(chǎn)生方式不同又可分為流體動壓潤滑（靠摩擦表面的幾何形狀和相對運動由粘性流體的動力作用產(chǎn)生壓力平衡外載荷)和流體靜壓潤滑(由外部將一定壓力的流體送入摩擦表面間 ， 靠流體的靜壓平衡外載荷）兩種；邊界摩擦潤滑，摩擦表面間存在一層薄膜(邊界膜)時的潤滑狀態(tài)；它可分為吸附膜（潤滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面所形成的膜，包括物理吸附膜和化學吸附膜）和化學反應(yīng)膜（潤滑油中的添加劑與金屬表面起化學作用生成能承受較大載荷的表面膜）兩類。潤滑可以延長機器設(shè)備的壽命，提高精度、節(jié)約能源。滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套來防止灰塵及雜質(zhì)進入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率，從而維持其傳動精度、延長其使用壽命。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，將其裝在滾珠螺母兩端即可。非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，故又稱迷宮式密封圈。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成，因此有接觸壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑脂一般在裝配是放進滾珠螺母滾道內(nèi)定期潤滑，而使用潤滑油時應(yīng)注意經(jīng)常通過注油孔注油。防護套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。2.6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用2.6.1 支撐方式選擇在機械設(shè)計中，構(gòu)件的固定和支撐有很多種，各種又各有各的特點。在該畢業(yè)設(shè)計 18中，要綜合各方面的因素，和實際工作情況，并結(jié)合生產(chǎn)一線的反饋信息，對滾珠絲杠副的支撐方式進行選擇。滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來自于絲杠的自重。因此，滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： 圖 2-3 支撐方式(a)一端裝推力軸承。這種安裝方式適用于短絲杠，它的承載能力小，軸向剛度低，一般用于數(shù)控機床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的垂直方向。(b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承。此種方式用于絲杠較長的情況，當熱變形造成絲杠伸長時，其一端固定，另一端能作微量的軸向浮動，安裝時應(yīng)注意使推力軸承端遠離熱源及絲杠的常用段，以減少絲杠熱變形的影響。(c)兩端裝推力軸承。把推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，可以提高軸向剛度，但這種安裝方法對絲杠的熱變形較為敏感。(d)兩端裝推力軸承及深溝球軸承。它的兩端均采用雙重支撐并施加預(yù)緊，使絲桿具有較大的剛度，這種方式還可使絲杠的溫度變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計時要求提高推力軸承的承載能力和支撐剛度。一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進行拉伸。2.6.2 軸承選擇軸承可以分為標準滾動軸承、非標滾動軸承、靜壓軸承和磁懸浮軸承。滾珠絲杠一般配用標準滾動軸承。滾動軸承已標準化系列化，有向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，共十種類型。滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成。在軸承設(shè)計中應(yīng)根據(jù)承載的大小、旋轉(zhuǎn)精度、剛度、轉(zhuǎn)速等要求選用合適的軸承類型。舉例如下：（1）深溝球軸承。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。前者一般不能承 19受軸向力，且間隙不能調(diào)整，常用于旋轉(zhuǎn)精度和剛度要求不夠的場合。后者既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷；并可以通過內(nèi)外圍之間的相對位移來調(diào)整其大小。因此在輕載時應(yīng)用廣泛。（2）雙列向心短圓柱滾子軸承。此類軸承一般分為兩種一種是滾道開在內(nèi)圈上，一種是滾道開在外圈上。這兩種軸承的圓柱滾子數(shù)目多、密度大，分兩列交叉排列，旋轉(zhuǎn)時支承剛度變化小，內(nèi)圈上均有 1:12 的錐孔與帶錐度 的軸頸配合，內(nèi)圈相對于軸頸作軸向移動時，內(nèi)圈被漲大，從而可調(diào)整軸承的徑向間隙或?qū)崿F(xiàn)預(yù)緊；因此，其承載能力大、支承剛度高，但只能承受徑向載荷，與其他推力軸承組合使用，可用于較大載荷、較高轉(zhuǎn)速場合。（3）圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承由內(nèi)圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。該軸承能承受較大載荷，用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承，則剛度提高，雖極限轉(zhuǎn)速有所降低，但仍能達到高精度的要求。（4）推力軸承。推力軸承一般軸向承載能力很強，支承剛度很大，但極限轉(zhuǎn)速較低，運動造勢較大。考慮到輕載，初選接觸角推力角接觸軸承，代號 7202AC 型。該軸承是與滾珠絲。60杠專配的軸承其主要特點是：既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷，接觸角大、鋼球多、剛度高。該軸承的數(shù)據(jù)表 2-10：表 2-7 角接觸軸承的數(shù)據(jù)d(mm)D(mm)B(mm)minad(mm)maxaD(mm)maxar(mm)2d(mm)2D(mm)minr(mm)rC(kN)orC(kN)1532918.429.60.320.426.60.36.253.422.6.3 軸承配合與潤滑滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下： （1）減少摩擦及摩損。在構(gòu)成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。（2）延長疲勞壽命。軸承的滾動疲勞壽命，在旋轉(zhuǎn)中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。（3）排出摩擦熱、冷卻。循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱，或由外部傳來的熱，冷卻。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?20（4）也有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹、腐蝕之效果。軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢。但是，脂潤滑有可以簡化軸承周圍結(jié)構(gòu)的特長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。滾動軸承的套圈與軸和座孔之間應(yīng)選擇適當?shù)呐浜?，以保證軸的旋轉(zhuǎn)精度和 軸承的周向固定。滾動軸承是標準零件，因此，軸承內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。為了防止軸頸與內(nèi)圈在旋轉(zhuǎn)時有相對運動，軸承內(nèi)圈與軸頸一般選用 m5、m6、n6、p6、r6、js5 等較緊的配合。軸承外圈 與座孔一般選用J7、K7、M7、H7 等較松的配合。配合選擇取決于載荷大小、方向和性質(zhì)；軸承類型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。2.7 聯(lián)軸器簡介聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械傳動件。聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器三種，其一般可分為 7 種，具體分類如下：（1）剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。 （2）撓性聯(lián)軸器：具有一定的補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。 （3）無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)時，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合。 （4）非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器 在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場合 （5）金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場合。 （6）安全聯(lián)軸器 ：在結(jié)構(gòu)上的特點是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯(lián)接等） ，其只能承受限定載荷。當實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，從而保護機器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護作用。 （7）起動安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護作用外，還有將機器電動機的帶載起動轉(zhuǎn) 21變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。2.8 聯(lián)軸器基本要求在選擇標準聯(lián)軸器時應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件,如承載能力,轉(zhuǎn)速,兩軸相對位移,緩沖吸振以及裝拆,維修更換易損元件等綜合分析來確定。具體選擇時可順序考慮以下幾點。(1)原動機和工作機的機械特性。原動機的類型不同,其載荷性質(zhì)差異很大,有的平穩(wěn),有的沖擊甚至強烈沖擊或振動。這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇,是選型的首要依據(jù)之一。對于載荷平穩(wěn)的,則可選用剛性聯(lián)軸器,否則宜選用彈性聯(lián)軸器。(2)聯(lián)軸器連接的軸系及其運轉(zhuǎn)情況。對于聯(lián)接軸系的質(zhì)量大,轉(zhuǎn)動慣量大,而又經(jīng)常起動,變速或反轉(zhuǎn)的,則應(yīng)考慮選用能承受較大瞬時過載,并能緩沖吸振的彈性聯(lián)軸器。(3)工作機的轉(zhuǎn)速高低,對于需告訴運轉(zhuǎn)的兩軸連接,應(yīng)考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平衡精度特性,以消除離心力而產(chǎn)生的振動和躁聲,增加相關(guān)元件的磨損和發(fā)熱而降低傳動質(zhì)量和使用壽命。其中膜片聯(lián)軸器對高速運轉(zhuǎn)適應(yīng)性較大。(4)聯(lián)軸器的對中和對中保持程度,保持良好的對中是使運轉(zhuǎn)正常的前提,防止產(chǎn)生過大附加載荷及其他不良工況。(5)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及工作特性,聯(lián)軸器的外形尺寸,安裝,拆卸所需的空間大小和難易程度以及對維護的要求等都應(yīng)與連接機組的具體配置位置和要求相適應(yīng)。(6)聯(lián)軸器的可靠性,使用壽命和工作環(huán)境。(7)聯(lián)軸器的制造,安裝和維護的成本,在滿足使用要求的條件下,應(yīng)使選擇的聯(lián)軸器成本低,不需維護以降低經(jīng)常費用。由絲杠的軸徑和 Tc 選取聯(lián)軸器:由表聯(lián)軸器的性能比較后選用圓錐銷套筒聯(lián)軸器。2.9 聯(lián)軸器選擇聯(lián)軸器品種、型式、規(guī)格很多，在正確理解品種、型式、規(guī)格各自概念的基礎(chǔ)上，根據(jù)傳動系統(tǒng)的需要來選擇聯(lián)軸器，首先從已經(jīng)制訂為標準的聯(lián)軸器中選擇，目前我國制訂為國標和行標的有十幾種，這些標準聯(lián)軸器絕大多數(shù)是通用聯(lián)軸器，每一種聯(lián)軸器都有各自的特點和適用范圍，基本能夠滿足多種工況的需要，一般情況下設(shè)計人員無需自行設(shè)計聯(lián)軸器，只有在現(xiàn)有標準聯(lián)軸器不能滿足需要時才需自行設(shè)計聯(lián)軸器。標準聯(lián)軸器選購方便，價格比自行設(shè)計的非標準聯(lián)軸器要便宜很多。在眾多的標準聯(lián)軸器中，正確選擇適合自己需要的最佳聯(lián)軸器，關(guān)系到機械產(chǎn)品軸系傳動的工作性能、可靠性、使用壽命、振動、噪聲、節(jié)能、傳動效率、傳動精度、經(jīng)濟性等一系列問題，也關(guān)系到機械產(chǎn)品的質(zhì)量。 22設(shè)計人員在選用聯(lián)軸器時應(yīng)立足于從軸系傳動系統(tǒng)的角度需要來選擇聯(lián)軸器，應(yīng)避免單純的只考慮主、從動端聯(lián)接選擇聯(lián)軸器。依據(jù)滾珠絲杠的軸徑和來選擇聯(lián)軸器，有下表 2-8 所列的聯(lián)軸器性能初選圓錐銷CT套筒聯(lián)軸器。表 2-8 聯(lián)軸器性能類別聯(lián)軸器名稱轉(zhuǎn)矩范圍N.mm軸徑范圍 mm最高轉(zhuǎn)速r/min特點及應(yīng)用說明固定式套筒聯(lián)軸器圓錐銷34000平鍵715000半圓鍵8450花鍵15012500410020100103525102一般小于等200250結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時需沿軸向移動較大的 距離。而且只能連接兩軸直徑相同的圓柱形，軸伸一般用于工作平穩(wěn)的功率傳動軸系。剛性凸緣聯(lián)軸器（GB/T584