【正文】 電動機，電動機的型號為 FANUC40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。 同步型和感應(yīng)型伺服電動機稱為交流伺服電動機，其基本原理是檢測 SM（同步）型和 IM（感應(yīng)）型的氣隙磁場的大小和方向，用電力電子變換器代替整流子和電刷，并通過與氣隙磁場方向相同的磁化電 流和氣隙磁場方向垂直的有效電流來控制其主通磁量和轉(zhuǎn)矩，廣泛應(yīng)用于機電一體化設(shè)備和自動控制系統(tǒng)中做執(zhí)行元件。 5）負載的慣量要小于電動機本身慣量的 3倍。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。下面是選擇電機時應(yīng)滿足的條件。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。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)。 XY 工作臺的機械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺面。數(shù)控交流伺服 XY 工作臺系統(tǒng)是由控制計算機部分、伺服驅(qū)動部分、機械傳動部分及檢測部分組成，采用閉環(huán)控制方式。為此，數(shù)控工作臺，作為工裝與通用機床（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 (論文 ) 1 1 緒論 X – Y數(shù)控工作臺是指能分別沿著 X 向 和 Y向移動的工作臺。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(dǎo)軌上運動，完成工作臺在 X、 Y方向的直線移動。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(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(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(xué)位論文。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標(biāo)準(zhǔn)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。數(shù)控機床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機的平面移動系統(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題，具有一定的靈活性，通用性和經(jīng)濟性。 《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所 學(xué)過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設(shè)計訓(xùn)練。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)。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。 3）執(zhí)行機構(gòu)采用交流伺服電動機。 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。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)。 這里我們依據(jù)負載來選擇電動機。采用永久磁場的同步電動機不需要磁化電流控制，只需要檢測磁鐵轉(zhuǎn)子即可，這種交流伺服電動機也叫做無刷直流伺服電動機（如 SM伺服電動機）。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。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，有以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機），也有以傳遞運動為主的（如工作臺的進給絲杠）。滾動絲杠螺母機構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高。但其軸向尺寸不已太長，剛性較差。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。 4）絲桿固定、螺母傳動并移動。 滾珠絲杠副的組成及特點 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。但由于不能自鎖，具有傳動的可逆性，在用做升降傳動機構(gòu)時，需要采取制動等措施。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 外循環(huán) 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 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 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 缺點 :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 滾珠絲杠副在負載時，其滾 珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形。實際應(yīng)用中，常采用以下幾種調(diào)整預(yù)緊方法見表 32。 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。 考慮到設(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。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)上述計算驗證， 各項性能均符合題目要求，可選。 考慮到設(shè)計要求中轉(zhuǎn)速、高精度，這里我們選擇固定 — 游動的支承方式。 滾動軸承已標(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。 軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。 滾動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：熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響。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。 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)。 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。 3） 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。 7） 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。具體選擇時可考慮以下幾點： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 1） 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。 3） 兩軸相對位移的大小和方向。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。 表 41聯(lián)軸器性能 類別 聯(lián)軸器名稱 轉(zhuǎn)矩范圍 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 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)簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。當(dāng)兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動時需要有高的對中和制造精度。 初選 d=12mm 的圓錐銷套筒聯(lián)軸器，其具體數(shù)據(jù)如下表 42： 表 42 d=12mm的圓錐銷套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù) d 公稱轉(zhuǎn)矩（ N?m） D L l C 圓錐銷 （ 2個） 12 22 40 8 224? 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 轉(zhuǎn)矩的校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計算公式如下： 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 (考慮動載荷及過載 ,取聯(lián)軸器工作情況系數(shù) K=)： n9550 PKTKT AAC ???? = ??? NnT? 經(jīng)計算可以確定選則的 聯(lián)軸器合適。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 22 5 導(dǎo)軌的選型及計算 導(dǎo)軌的組成種類及其應(yīng)滿足的要求 導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運動件兩大部分組成。機電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性高、運動輕便平穩(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，動、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降 低低速運動的臨界速度，加工徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 性和化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低等等特點。 2)接觸加熱自冷表面淬火，淬硬深度 (～ )mm,顯微硬度 600HM 左右。選擇滾動直線導(dǎo)軌的理由如下： 1）滾動直線導(dǎo)軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。 3）能實現(xiàn)高速直線運動，起瞬時速度比滑動導(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)過研磨，可以達到精密配合，但磨損后很難調(diào)整和補償間隙。 導(dǎo)軌的長度：由于導(dǎo)軌長度影響工作臺的工作精度和高度，一般可根據(jù)滑塊徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 24 導(dǎo)向部分的長度來確定導(dǎo)軌長度。 G=60 10N=600N F1=F2=F3=F4=1/4(G+F)=200N 滾動導(dǎo)軌的額定壽命計算公式為： L=（ hf cf af aC /wf cP ） ? ?K 式中： L—— 額定壽命（ km）； aC —— 額定動載荷（ KN）； P—— 當(dāng)量動載荷（ 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，ε =3；當(dāng)為滾柱時 =10/3； K—— 額定壽命單位（ KM），滾珠時， K=50km；滾柱時， 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 (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 無外部沖擊或振動的低速運動的場合，速度小于 15m/min 1~ 無明顯沖擊或振動的場合，速度為 15~60m/min ~2 有外部沖擊或高速運動的場合，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 2 3 4 5 wf 1． 0 1．