【正文】 電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 FANUC40該類(lèi)型伺服電動(dòng)機(jī)是由日本法納克公司為滿(mǎn)足 CNC 機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的需要開(kāi)發(fā)的，這種伺服交流電動(dòng)機(jī)都 是永磁式同步型伺服電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)都是定子為三相繞組，轉(zhuǎn)子為永久磁鐵。 同步型和感應(yīng)型伺服電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為交流伺服電動(dòng)機(jī)，其基本原理是檢測(cè) SM（同步）型和 IM（感應(yīng)）型的氣隙磁場(chǎng)的大小和方向，用電力電子變換器代替整流子和電刷，并通過(guò)與氣隙磁場(chǎng)方向相同的磁化電 流和氣隙磁場(chǎng)方向垂直的有效電流來(lái)控制其主通磁量和轉(zhuǎn)矩，廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)中做執(zhí)行元件。 5）負(fù)載的慣量要小于電動(dòng)機(jī)本身慣量的 3倍。通常，負(fù)載力矩幫助電動(dòng)機(jī)的減速，因此如果加速在允許時(shí)間內(nèi)完成的話(huà)，減速也可在相同時(shí)間內(nèi)完成。下面是選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的條件。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 XY 工作臺(tái)的機(jī)械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺(tái)面。數(shù)控交流伺服 XY 工作臺(tái)系統(tǒng)是由控制計(jì)算機(jī)部分、伺服驅(qū)動(dòng)部分、機(jī)械傳動(dòng)部分及檢測(cè)部分組成，采用閉環(huán)控制方式。為此，數(shù)控工作臺(tái)，作為工裝與通用機(jī)床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 X – Y數(shù)控工作臺(tái)是指能分別沿著 X 向 和 Y向移動(dòng)的工作臺(tái)。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)。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)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。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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(xué)位論文。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(zhuān)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。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)的平面移動(dòng)系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但基本原理相同。小尺寸復(fù)雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問(wèn)題，具有一定的靈活性，通用性和經(jīng)濟(jì)性。 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所 學(xué)過(guò)的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識(shí)進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動(dòng)裝置的保護(hù)性， X軸及 Y軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時(shí)可選配在工作臺(tái)的兩端配有限位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，部分工作臺(tái)的配有原點(diǎn)檢測(cè)開(kāi)光，并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制，原點(diǎn)開(kāi)關(guān)的位置可以打距離的 調(diào)節(jié)。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。 3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)。 1）機(jī)床無(wú)負(fù)載時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的力矩應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定力矩的 50%一下。這樣我們只需計(jì)算加速力矩，并在允許時(shí)間內(nèi)核算力矩在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi)。 這里我們依據(jù)負(fù)載來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)。采用永久磁場(chǎng)的同步電動(dòng)機(jī)不需要磁化電流控制，只需要檢測(cè)磁鐵轉(zhuǎn)子即可，這種交流伺服電動(dòng)機(jī)也叫做無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)（如 SM伺服電動(dòng)機(jī)）。其結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低，機(jī)械特性線性度好低速性能良好，可直接與絲杠連接。它主要用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機(jī)），也有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的（如工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠）。滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高。但其軸向尺寸不已太長(zhǎng)，剛性較差。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。 4）絲桿固定、螺母?jìng)鲃?dòng)并移動(dòng)。 滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件 — 滾珠。但由于不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，在用做升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要采取制動(dòng)等措施。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。 雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變。 表 31滾珠的循環(huán)方式 類(lèi)別 形式 特點(diǎn) 內(nèi)循環(huán) 優(yōu)點(diǎn) :返回通道短 ,一個(gè)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(diǎn) :返向器鋼球返回通道的曲面加工復(fù)雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)緊湊 ,工藝性好 缺點(diǎn) :循環(huán)回路長(zhǎng) ,流暢性差 ,鋼球通過(guò)短槽時(shí)易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,制造方便 ,承載能力大 缺點(diǎn) :鋼球流暢性較差 ,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,工藝性好 ,鋼球的流暢性好 ,應(yīng)用較廣 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 缺點(diǎn) :凸出式的插管凸出于螺母外部 ,徑向尺寸較大 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 滾珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾 珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。實(shí)際應(yīng)用中，常采用以下幾種調(diào)整預(yù)緊方法見(jiàn)表 32。 彈簧式自動(dòng)調(diào) 整預(yù)緊式 能消除使用過(guò)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(chǎng)合。 考慮到設(shè)計(jì)的所設(shè)計(jì)的工作臺(tái)有良好的防塵條件且只需要在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力，故采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式。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。其材料有耐油塑料、人造革等。T(N ? m)為轉(zhuǎn)矩，0 tan( )2mDTF ???? 式中 ? 為摩擦角 ，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)； mF 為平均工作載荷 .取摩擦系數(shù)為 tan ??,則得84? ? ?? ? ? mNmNT ??????????? 3 。tan tan338 ( ) tan(338 840)?? ?? ?? ? ?? ??? ? ? 要求在 90%95%之間，所以該絲杠副合格 . 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， 各項(xiàng)性能均符合題目要求，可選。 考慮到設(shè)計(jì)要求中轉(zhuǎn)速、高精度，這里我們選擇固定 — 游動(dòng)的支承方式。 滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化系列化，有向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，共十種類(lèi)型。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。 2） 雙列向心短圓柱滾子軸承。圓錐滾子軸承由內(nèi)圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。 軸承的選擇 考慮到輕載初選 。 在構(gòu)成軸承的套圈、滾動(dòng)體及保持器的相互接觸部分， 防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。 3） 排出摩擦熱、冷卻。 軸承的潤(rùn)滑方法，分為脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑。 滾動(dòng)軸承的套圈與軸和座孔之間應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)呐浜?，以保證軸的旋轉(zhuǎn)精度和 軸承的周向固定。配合選擇取決于載荷大小、方向和性質(zhì)；軸承類(lèi)型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。 4）注意軸承的防銹 5）避免在潮濕的場(chǎng)所使用，而且為不使汗水沾上，應(yīng)戴厚套。 4）防止熱變形：熱變形對(duì)精密螺旋傳動(dòng)的定位精度有著重要的影響。設(shè)計(jì)細(xì)長(zhǎng)絲杠時(shí)，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 7）合理潤(rùn)滑是減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、提高傳動(dòng)效率、延長(zhǎng)螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)。 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(wú)法裝配螺母。 3） 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對(duì)偏移的能力，最大量隨型號(hào)不同而異。 7） 安全聯(lián)軸器 ：在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷(xiāo)釘可動(dòng)聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 1） 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求。 3） 兩軸相對(duì)位移的大小和方向。通常由金屬元件制成的不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤(rùn)滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動(dòng)軸。 表 41聯(lián)軸器性能 類(lèi)別 聯(lián)軸器名稱(chēng) 轉(zhuǎn)矩范圍 軸徑范圍 mm 最高轉(zhuǎn)速r/min 特點(diǎn)及應(yīng)用說(shuō)明 固定式 套筒聯(lián)軸器 圓錐銷(xiāo) 3~4000 平鍵 71~5000 半圓鍵 8~450 花鍵 150~12500 4~100 20~100 10~35 25~102 一般小于等200~250 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。當(dāng)兩軸對(duì)中精度較低時(shí)，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動(dòng)，高速傳動(dòng)時(shí)需要有高的對(duì)中和制造精度。 初選 d=12mm 的圓錐銷(xiāo)套筒聯(lián)軸器，其具體數(shù)據(jù)如下表 42： 表 42 d=12mm的圓錐銷(xiāo)套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù) d 公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩（ N?m） D L l C 圓錐銷(xiāo) （ 2個(gè)） 12 22 40 8 224? 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 轉(zhuǎn)矩的校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式如下： n9550 PKTKT AAC ???? 式（ ） 式中： K—— 工作情況系數(shù) P—— 輸出功率（ kw） T—— 理論轉(zhuǎn)矩 CT —— 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 N—— 工作轉(zhuǎn)速 r/mi n 則聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩為 (考慮動(dòng)載荷及過(guò)載 ,取聯(lián)軸器工作情況系數(shù) K=)： n9550 PKTKT AAC ???? = ??? NnT? 經(jīng)計(jì)算可以確定選則的 聯(lián)軸器合適。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 5 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 導(dǎo)軌的組成種類(lèi)及其應(yīng)滿(mǎn)足的要求 導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性高、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好。 1）鑄鐵。 高磷鑄鐵，他是指含磷量為 %~%的灰口鑄鐵，其硬度為 180~220HB，耐磨性比灰鑄鐵 HT200 約高一倍。 2）鋼。常用的鋼有 45 鋼、 40Cr、 T8A、 T10A、 GCr15 等。鑲裝塑料導(dǎo)軌具有較好的耐磨性，抗震性能好，工作適應(yīng)范圍廣，抗撕傷能力強(qiáng)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降 低低速運(yùn)動(dòng)的臨界速度，加工徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 性和化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡(jiǎn)單，成本低等等特點(diǎn)。 2)接觸加熱自冷表面淬火，淬硬深度 (～ )mm,顯微硬度 600HM 左右。選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的理由如下： 1）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。 3）能實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動(dòng)，起瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高 10 倍。但板面仍需要有間隙調(diào)整裝置。 4） 圓形導(dǎo)軌：該導(dǎo)軌制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔經(jīng)過(guò)研磨，可以達(dá)到精密配合，但磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。 導(dǎo)軌的長(zhǎng)度：由于導(dǎo)軌長(zhǎng)度影響工作臺(tái)的工作精度和高度，一般可根據(jù)滑塊徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 導(dǎo)向部分的長(zhǎng)度來(lái)確定導(dǎo)軌長(zhǎng)度。 G=60 10N=600N F1=F2=F3=F4=1/4(G+F)=200N 滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式為： L=（ hf cf af aC /wf cP ） ? ?K 式中： L—— 額定壽命（ km）； aC —— 額定動(dòng)載荷（ KN）； P—— 當(dāng)量動(dòng)載荷（ KN）； maxF —— 受力最大滑塊所受的載荷（ KN）； Z—— 導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)； ? —— 指數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌體為滾珠時(shí)，ε =3；當(dāng)為滾柱時(shí) =10/3； K—— 額定壽命單位（ KM），滾珠時(shí)， K=50km；滾柱時(shí)， K=100km； hf —— 硬度系數(shù)； 由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于 58HRC，故通?？扇?hf =1 tf —— 溫度系數(shù)，查表 51,得 tf =1 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 表 51溫度系數(shù) 工作溫度/C0 100? 100~150 150~200 200~250 tf 1 0． 90 0． 73 0． 60 cf —— 接觸系數(shù)，查表 52；得 cf = 表 52接觸系數(shù) 每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 cf 1． 00 0． 81 0． 72 0． 66 0． 61 af —— 精度系數(shù)，查表 53；取 af =1 表 53精度系數(shù) 工作條件 af 無(wú)外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，速度小于 15m/min 1~ 無(wú)明顯沖擊或振動(dòng)的場(chǎng)合，速度為 15~60m/min ~2 有外部沖擊或高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，速度大于 60m/min 2~ wf —— 載荷系數(shù)，查表 54；得 wf =1 表 54載荷系數(shù) 精度等級(jí) 2 3 4 5 wf 1． 0 1．