【正文】 ................. 錯誤 !未定義書簽。數(shù)控工作臺可 廣泛應(yīng)用于激光焊接機、插線機、打孔機、涂膠機、機械手、搬運、檢測裝置、斷層射線掃描、小型數(shù)控機床及實用教學(xué)領(lǐng)域。 （ 1）一維數(shù)控工作臺 圖 一維數(shù)控工作臺 （ 2）二維 數(shù)控工作 臺 雙坐標(biāo)工作臺分別是由兩臺型號一致、工作行程相同或不同的單坐標(biāo)工作臺疊加組 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 合而成。 專用型數(shù)控工作 臺，例如用做三維雕刻工作臺， 其 工作行程： 505050 mm 600600150 mm。新一代的 CNC 系統(tǒng)這類典型機電一體化產(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 [1]。由于工作臺是一臺機床的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國都有對其進行研究，我國 在 工作 臺 的研究開發(fā)方面 也 取得了長足的進步 。因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此工作臺的設(shè)計具有重要意義，我們要借助時 代的步伐，與時俱進，開拓創(chuàng)新，使我國成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強國。通過微機控制技術(shù)的簡單的應(yīng)用，實現(xiàn)對機床的控制，使機床的加工范圍擴大，精度和可靠性進一步提高。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 2 工作臺總體方案設(shè)計 工作臺基本原理 滾珠絲杠進給系統(tǒng) 伺服控制方式 用于數(shù)控工作臺的伺服機構(gòu)有開環(huán)（圖 ）、半閉環(huán)（圖 ）、閉環(huán)（圖 ）和混合伺服幾種方式。這時則要求考慮采用全閉環(huán)的方式進行伺服系統(tǒng)的設(shè)計，但其設(shè)計和調(diào)整技術(shù)難度較大，只有在大型、精密數(shù)控機床中采用。 圖 開環(huán)控制系統(tǒng) 圖 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 圖 閉環(huán)控制系統(tǒng) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 工作臺總體設(shè)計 工作臺物理模型初步設(shè)計 滾珠絲杠驅(qū)動的數(shù)控工作臺的物理模型如圖 所示，其工作簡圖如圖 所示，相應(yīng)的連接關(guān)系如圖 所示。采用上位 PC 機或數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送運動指令到運動控制卡，運動控制卡接受運動指令經(jīng)處理后 發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機的速度， 通過 改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來控制電機的位置 ，其 脈沖輸出模式包括脈沖 /方向、脈沖 /脈沖方式。將運動傳遞給絲杠螺母副，帶動工作臺實現(xiàn)相應(yīng)的運動 [5]。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動 。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 滾珠絲杠副特點 滾珠絲杠副有很多優(yōu)點，主要為傳動效率高，約為 92%~96%,可消除軸向移動產(chǎn)生的間隙，定 位精度高，剛度好，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。這一傳遞方式取代了傳統(tǒng)的螺紋絲杠副的絲杠與螺母間直接作用方式，因而以最小滾動摩擦代替了傳統(tǒng)絲杠的滑動摩擦，使?jié)L珠絲杠副傳動效率達 90%以上，整個傳動副的驅(qū)動力減少至滑動絲杠的 1/3 左右，發(fā)熱效率也因此得以大幅降低（如圖 ） [6]。 （ 5）同步性能好 由于滾珠絲杠副運轉(zhuǎn)順滑、消除 軸向間隙以及制造的一直性，采用多套滾珠絲杠副方案驅(qū)動同一套裝置或多個相同部件時，可獲得很好的同步工作。 B．力的放大：將小的旋轉(zhuǎn)力（扭矩）放大成為大的推力。 對于螺母中央附件的導(dǎo)程只增加α的預(yù)緊量進行預(yù)緊。在低扭矩區(qū)域的扭矩性能良好。滾珠絲杠副有如下選用原則： （ 1） 在高速或較高速和定工作載荷的情況下選用滾珠絲杠副； （ 2） 在變工作載荷和變轉(zhuǎn)速的情況下選用滾珠絲杠副； （ 3） 在承受動載荷的情況下選用滾珠絲杠副； （ 4） 按額定靜載荷選用滾珠絲杠副。 在計算選用滾珠絲杠時，應(yīng)從以下幾個方面考慮： （ 1）滾珠絲杠的安裝方式 一端固定一端自由的安裝方式適用于轉(zhuǎn)速較低滾珠絲杠較短的情況。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 （ 2）絲杠的最小底徑尺寸 滾珠絲杠在正常使用時，須保證在軸向方向上被施加的最大壓縮負(fù)荷不能使絲杠發(fā)生彈性變形，這就確定了絲杠的最小底徑尺寸。 （ 5）滾珠絲杠系統(tǒng)的剛性 為提高數(shù)控設(shè)備及精密機械進給絲杠系統(tǒng)的定位精度和相對于刀具切削的剛性，必須考慮進給系統(tǒng)各組成組件的剛性 [7]。 =290（ N） ② 恒速時 軸向負(fù)載 錯誤 !未找到引用源。 （ ） 代入得 Ft≈ 1393N （ 8）確定滾珠絲杠支撐用的軸承代號、規(guī)格 a）軸承所承受的最大軸向載荷 FBmax=Ft+Fmax （ ） 代入得 FBmax=1683N b）軸承類型 兩端固定的支撐形式，選背對背 60176。 ：最大抗壓剛度 N/μm 得 錯誤 !未找到引用源。 ：滾珠數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 =13， β=60176。 ：滾珠和滾道接觸剛度 N/μm 錯誤 !未找到引用源。 = 9100N 錯誤 !未找到引用源。 g （ ） F0：靜摩擦力 ， μ0：靜摩擦系數(shù) ， W：工作臺及工件總質(zhì)量 已知： W=100kg， μ0=， F0=196N a）驗算傳動系統(tǒng)剛度 （ ） 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 錯誤 !未找到引用源。 ：臨界轉(zhuǎn)速 r/min 錯誤 !未找到引用源。 （ 15） Dn 值驗算 （ ） 錯誤 !未找到引用源。 ：滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)度 r/min 錯誤 !未找到引用源。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 圖 滾珠絲杠副三維圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 4 導(dǎo)軌單元設(shè)計計算及選型 直線導(dǎo)軌概述 直線導(dǎo)軌 （圖 ） 是 1932 年法國專利局公布的一項專利。 圖 直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 依按摩擦性質(zhì)而定，直線運動導(dǎo)軌可以分為滑動摩擦導(dǎo)軌、滾動摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類。 （ 2）總成本低，降低 機床造價并大幅度節(jié)約電力，節(jié)省能源效果大 采用直線滾動導(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進行起動、停止的往復(fù)運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小．滾動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 （ 7）維護保養(yǎng)簡便 （ 8）機械設(shè)計高效率化 因滾動直線導(dǎo)軌里的鋼珠產(chǎn)生彈性變形而吸收安裝面誤差從而可以降低導(dǎo)軌安裝基礎(chǔ)面的平整度要求，降低機械加工成本 [10]。但由于直線導(dǎo)軌的壽命分散性較大，為了便于選用直線導(dǎo)軌副，必須先清楚以下幾個重要概念。 （ 3）基本靜額定負(fù)荷 (Co)：所謂基本靜額定負(fù)荷是指在負(fù)荷方向和大小均等的狀態(tài)下，在受到最大應(yīng)力的接觸面處，鋼珠與滾道表面的總永久變形量恰為鋼珠直徑萬分之一時的靜負(fù)荷。按照預(yù)壓力的大小可以分為不同的預(yù)壓等級 [11]。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 （ 1）傳統(tǒng)的選擇方法 這里只考慮電機的動力問題，對于直線運動用速度 v（ t)、加速度 a（ t）和所需外力 F（ t）表示，對于旋轉(zhuǎn)運動用角速度 ω（ t），加速度 α（ t）和所需扭矩 T（ t）表示，它們均可以表示為時間的函數(shù)，與其他因素?zé)o關(guān)。只用峰值功率作為選擇電機的原則是不充分的，而且傳動比的準(zhǔn)確計算非常繁瑣 [12]。因此，不再需要用大量的類比來檢查電機是否能夠驅(qū)動某個特定的負(fù)載 在電機和負(fù)載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數(shù)。m） （ ） 滾珠絲杠副預(yù)加載荷 FP產(chǎn)生的摩擦力矩 TP（ NWm2）的計算 （ ） （ ） 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 37 頁 ①滾珠絲杠的慣性矩 J1 ②移動物體的慣性矩 J2 （ ） ③電機軸換算的全負(fù)載慣性矩 J3 （ 3）最大加速轉(zhuǎn)矩 Tam 當(dāng)電機從靜止升速至 錯誤 !未找到引用源。m Tr= N在此選用增量式編碼器。 ② 具有較好的 隔熱性能。為此，在這種情況下，請使用固體潤滑劑。在補充潤滑劑前，請事前將舊 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 40 頁 潤滑劑以及周圍的臟物等擦拭干凈，然后再補充新的潤滑劑。具備專用的補充器械，能對潤滑劑吐出量 進行控制時，以直線導(dǎo)軌滑塊以及滾珠絲杠螺母空間容積 約 50%的潤滑劑量為尺度進行一次性補充。 另外，如沒有異物，但有浮塵時可在滾珠螺母兩端增加防塵圈。 因此在以后的工作中可以根據(jù)此計算選型步驟設(shè)計一款關(guān)于滾珠絲杠工作臺類系統(tǒng)的零部件選用程序，用戶 確定相關(guān)參數(shù)后可自動匹配相應(yīng)的零部件型號。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神以及精益求精的工作作風(fēng)深深地感染和激勵著我。 最后感謝我的母校 大學(xué) 四年來對我的栽培 ，感謝母校給了我們一個實現(xiàn)價值的平臺。 在此我還要感謝我的同學(xué)， 從開始進入課題到論文的順利完成，有很多可敬的師長、同學(xué)、朋友都給了我無言的幫助，正是由于他們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 本設(shè)計只對各部件參數(shù)進行了初步的計算，而在實際運用過程中會有其他影響工作臺系統(tǒng)精度的因素如機械振動、熱交換等，因此今后要運用有限元分析等工具對其進行更進一步的精度分析。 數(shù)控工作 臺設(shè)計采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，設(shè)計計算過程遵循此類零部件的一般選型計算方法及步驟，對其中的主要參數(shù)都進行了計算校核。 （ 2）密封 滾珠絲杠副與滾動軸承一樣，如果污物及異物進入就很快使它磨損，成為破損的原因。為了使?jié)櫥瑒┻M入滑塊或者螺母內(nèi)部，盡可能卸下密封蓋等，并請在行程范圍滑動幾次，使?jié)櫥瑒┓植季鶆颉? 為使?jié)L珠絲杠副能充分發(fā)揮機能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑，潤滑方式主要有兩種，即潤滑脂和潤滑油。 潤滑及密封 （ 1）潤滑 在高速旋轉(zhuǎn)和磁場環(huán)境下，可以使用潤滑劑進行潤滑。其三維模型如圖 所示 圖 聯(lián)軸器三維 模型 膜片式滾珠絲杠用聯(lián)軸器 特定及性能 ① 分單膜片結(jié)構(gòu)以及雙膜片結(jié)構(gòu)，其中雙膜片的柔性更大 。m Tm= N （ 5）電機連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩 （ ） 得 錯誤 !未找到引用源。a= 100 +100 = ②滾珠絲杠副預(yù)加載荷 FP產(chǎn)生的摩擦力矩 TP （ 2）負(fù)荷轉(zhuǎn)動慣量 JL（ kgW一是從電機得到的最大速度小于電機自身的最大速度ω 電機，最大 ；二是電機任意時刻的標(biāo)準(zhǔn)扭矩小于電機額定扭矩 M 額定 [13]。另外，還提供了傳動比的一個可能范圍。用 ω 峰值 ， T 峰值 表示最大值或者峰值，電機的最大速度決定了減速器減速比的上限， n 上限 =ω 峰值，最大 /ω 峰值 ，同樣，電機的最大扭矩決定了減速比的下 限，即 n 下限 =T 峰值 /T 電機，最大 ，如果 n 下限 大于 n 上限 ，選擇的電機是不合適的。伺服驅(qū)動裝置是許多機電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。 無刷電機體積小 、 重量輕 、 出力大 、 響應(yīng)快 、 速度高 、 慣量小 、 轉(zhuǎn)動平滑 、 力矩穩(wěn)定 、 控制復(fù)雜 ， 容易實現(xiàn)智能化，適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 （ ） （ 5）平均負(fù)荷 計算每個滑塊上所作用的平均負(fù)荷 （ ） =210N （ ） =370N （ ） =214N （ ） 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第