【正文】 設計第五章 送料工作臺數(shù)控部分的設計步進電機驅動器電源步進電機運動控制卡PC機數(shù)控送料系統(tǒng)是有步進電機帶動滾珠絲杠組成。X方向可以根據(jù)X方向的滾珠絲杠的極限位置確定，Y方向通過定位擋塊限定，通過極限開關設定定位擋塊的Y方向零點。這樣就達到了夾緊的作用。夾具設計的基本要求一是應該具備足夠的強度和剛度；二是夾緊的可靠性，既不能過緊損壞工件又不能允許工件松動滑移；三是設計要保持良好的工藝性。因為工作臺的尺寸為10002000mm2，一個夾具達不到定位的目的，故此設計三套氣動夾具來夾緊定位工件，使工件受力平衡，滿足精度要求?？諝鈮嚎s機主要技術參數(shù)選定的經驗原則：額定壓力的選定。所以，Qmax=（+）/（1/2）=（L/min）（2）平均耗氣量是指氣缸內部容積和氣缸每分鐘的往復次數(shù)算出的耗氣量平均值，其計算公式如下： （418）式中，N——氣缸每分鐘的往復次數(shù)。同樣，氣缸運動過程所有出現(xiàn)的摩擦力（能）、重力（能）等的影響，都已反映在活塞運動的速度上，也就是說，氣缸運動的速度決定于作用在活塞兩側的壓力差Δp產生的氣壓作用力克服了摩擦力（總阻力）的大小。將p2/p1=5，空氣k=（337）得， （416）式（414）是緩沖氣缸緩沖裝置所能吸收的緩沖能量的計算公式。為了達到緩沖作用，緩沖腔室內空氣絕熱壓縮所能吸收的壓縮能Ep必須大于活塞等運動部件所具有的動能Ed，即Ep=Ed。由于節(jié)流閥流通面積很小，環(huán)形室內的空氣背壓升高形成氣墊作用，迫使活塞迅速減速，最后停下來。氣缸的緩沖裝置由緩沖柱塞、節(jié)流閥和緩沖腔室等構成，（工作原理圖51頁）。因為氣缸的行程25mm，垂直水平面放置無需進行彎曲強度和撓度校核。d=10mm；m=2；k=d/4=；L=85mm；A=102π/4=；L/k=3485(m)1/2=120所以用（48）公式進行計算：安全系數(shù)nk取5，由得，24033776/5=6755N?；钊麠U的彎曲強度和撓度（1）彎曲強度本次設計中，盡管氣缸的行程不是很大，但是設計中桿伸出的長度較長，在活塞桿上承受的推力負載達到極限之后，活塞桿就會出現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象，發(fā)生彎曲變形。由計算的缸徑再圓整到標準缸徑。根據(jù)實際工作情況，β=.（3）、。負載將產生慣性力的，負載率β的取值為：β= 氣缸作低速運動，u100mm/sβ= 氣缸作中速運動，u=100~500mm/sβ= 氣缸作高速運動，u500mm/s缸徑計算由氣缸帶動的負載、運動狀態(tài)及工作壓力，就可以進行氣缸缸徑的計算和選用。于是，在研究氣缸的性能和選擇確定氣缸缸徑時，常用到負載率β的概念。摩擦力在汽缸的理論輸出力中所占的比例明顯地減少了，即效率提高了。空壓機必須是壓力可調節(jié)的工業(yè)用空氣壓縮機；；機器安裝前空壓機要先安裝完好；空壓機要提供清潔、干燥的壓縮空氣，在空氣非常濕的地區(qū)，必須再加空氣干燥機。 氣動傳動系統(tǒng)示意圖Fig. Sketch of pneumatictransmission system其中，1是空氣壓縮機：壓縮空氣，增加系統(tǒng)壓力達到預定值；2是儲氣罐：儲氣罐和空氣壓縮機配套使用，用來儲存氣體；3是壓力繼電器：當管道內的氣體壓力突然下降時，關閉氣動回路；4是空氣過濾器：作用是去除空氣中的水分和雜質；5是減壓閥：保證氣體的壓力滿足氣動系統(tǒng)的要求，輸出穩(wěn)定的氣體；6是油霧器：將潤滑油霧化后混入壓縮空氣提供給氣動裝置；7是單向閥：作用是使氣體沿一個方向通過，防止氣體倒流；8是兩位三通電磁換向閥：通過控制閥的方位實現(xiàn)對氣體的控制；9為活塞式氣缸，提供夾具所需要的驅動力；10為消聲器，消除壓縮空氣尾氣產生的噪音。安裝與防護潤滑（1）基礎件上安裝導軌副的安裝平面的精度要求：因為在同一平面內使用兩根導軌副時，其安裝精度可低于導軌副運行精度（2）導軌副連接基準面的結構形式選擇螺釘連接。滾動導軌水平安裝、滑塊座移動，工作臺的質量分布均勻，中心在中間，G為重量；外力F的作用點和工作臺重心重合，勻速運動或者靜止。 滾動導軌的設計選用滾動導軌副的額定壽命（1）額定壽命的計算：滾動直線導軌副的壽命的計算公式為： （323）式中，L——額定壽命； C——額定動載荷； Fc——計算載荷； ft——溫度系數(shù)； fc——接觸系數(shù)； fa——精度系數(shù)； fw——載荷系數(shù)； fh——硬度系數(shù)，fh=（滾道實際硬度58HRC），由于產品的技術要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇h=1.各系數(shù)取值為：ft= fc= fa= fw=（2）壽命時間的計算：當行程的長度已定，以小時為單位的額定壽命為。因此，選擇步進電機的靜力矩應比計算力矩M大2~3倍。由結構模型計算得到，Z向重量約為20kg，忽略摩擦，按重力加速度為10計算。因已選定絲杠導程為5mm。直接起動時（一般由低速）二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。（五相電機）、（二、四相電機）、（三相電機）等。步進電機由步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉矩、及電流三大要素組成。這一線性關系的存在,加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點使得在速度!位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。目前，無論低精度還是高精度的測量設備進給控制系統(tǒng)主要采用變勻速進給加觸發(fā)方式，現(xiàn)有的大部分坐標測量機都采用這種結構。一般加工機床有明確的進給量指示，如需要進給100mm，則只要通過數(shù)控指令發(fā)送進給位移量和檢測裝置來反饋控制進給機構達到100mm的進給量即可。滾珠絲杠本身的最小拉壓剛度RsminRsmin=πd22E102/4Lz= d22102/Lz=302102/41050=141（N/μm）Lz——絲杠兩軸承間距離1050mmE——105MpaRsmin=141（N/μm）則軸向剛度Rs引起的正反向間隙δxδx=2F/Rsmin=2壓桿穩(wěn)定校核當Z軸絲杠傳動采取一端固定，一端自由安裝方式（上端固定,下端懸空）時，雖然容易失穩(wěn)，但此時絲杠并不受壓，無論測頭上升還是下降，都因測桿測頭的重力作用而受拉，所以不需要穩(wěn)定性校核。絲杠主要起傳動定位作用，測量時電機轉速較慢，按最大載荷和電機最高轉速的1/2計算絲杠額定載荷，由公式（36）（37）計算出額定動載荷為211N，額定動載荷比較小，綜合考慮剛度及加工工藝要求，選擇內循環(huán)滾動螺旋副，絲杠公徑為32。其次軸承樣本上規(guī)定的預緊力應大于軸承的最大載荷FBmax的1/3。一般固定支承采用60度角接觸球軸承。接著再確定公稱直徑。(3)、當λs40時，,可以不必進行穩(wěn)定性校核。λs=μL/i，此處，μ為螺桿的長度系數(shù)，見表45所示；L為螺桿的工作長度，單位mm，若螺桿兩端支承時，取兩支點間的距離作為工作長度L。F0=μ0w(μ0為靜摩擦系數(shù))L——滾珠螺母至滾珠絲杠固定端支承的最大距離(mm)L≈行程+安全行程+余程+螺母長度一半+支承長度的一半≈行程+(24)Ph+4Ph+(46)Ph+(1/201/10)行程≈()行程+(1014)Phd2m=（950/）1/2=螺桿的穩(wěn)定性校核對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向壓力Q大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。移動部件在Kmin處起動和返回時，由于F0方向變化將產生誤差2F0/Rmin(又稱摩擦死區(qū)誤差)。Ru——滾珠絲杠副螺紋滾道與鋼珠在軸向的接觸剛度（N/mm）通過計算和查表得出：Ru=1150N/μmDc=32~Rs=322105103/（4950）=178N/μmRt=1781150/（178+1150）=估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量δm當滾珠絲杠副軸向有工作載荷作用時，傳動系統(tǒng)中便產生彈性變形δ，且δ=F/K。滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的計算從理論上說，滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度與絲杠剛度，絲杠副螺紋滾道與鋼球在軸向接觸剛度、螺母座、軸承座剛度以及支承軸承剛度等多種因素有關。fw—負荷系數(shù)。由初定的精度等級取fa=1。（這時導軌摩擦力是由工作臺、工件、夾具三者總的重量共同引起的）。 ?。?3）當電機與滾珠絲杠副直聯(lián)時i=1。b）絲杠的最高轉速應小于臨界轉速，防止發(fā)生共振。如下圖所示： 第三章 雙螺旋攪拌摩擦焊焊機送料工作臺結構設計與校核第三章 雙螺旋攪拌摩擦焊焊機送料工作臺結構設計校核 滾珠絲杠副的設計與校核滾珠絲杠副作為精密、高效的傳動元件在精密機床、數(shù)控機床得到廣泛應用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產品等各個領域應用得很普遍，可用作精密定位自動控制、動力傳遞和運動轉換。（7）應用廣泛，用于各類精密機床、數(shù)控機床紡織機械等。（3）成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。c、與V形十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。下傳動機構和上面的有些類似，螺母的運動帶動滾動導軌上滑塊的運動，而滑塊與上支承板連接，帶動工作臺上的整體移動。一是附帶夾具體的滑槽所在的導軌，這個導軌選用矩形導軌；矩形導軌可以消除摩擦。 傳動機構上傳動機構主要由步進電機、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副和卡槽、滑動導軌等零件組成。焊接接頭的形式主要有：對接接頭、十字接頭、T形接頭、搭接接頭和角焊接頭等。在機床設計中，很多地方都用到了焊接件，在焊接接頭的選用上，對結構本身的剛度和強度上都有很大的影響，所以關于焊接接頭的選擇至關重要。 支承臺支承臺采用雙層鋼板加肋結構，是在上下面板之間有序地焊上一段沖壓鋼板構成對角線肋網(wǎng)而形成支承臺，雙層壁結構是一種具有剛度、重量輕，抗振性好的高性能結構，適用于大型、精密機架?？刂撇糠质峭ㄟ^計算機控制步進電機和氣動電磁閥，進而控制滾珠絲杠副和氣動夾具的運動。78 第二章 雙螺旋攪拌摩擦焊焊機送料工作臺結構組成第二章 雙螺旋攪拌摩擦焊焊機送料工作臺結構組成為了保證鋁合金摩擦攪拌焊點焊時的位置精度，以直線導軌為支撐，采用步進電機和滾珠絲杠副的組合來保證工作部件的平穩(wěn)運行。但是鑒于飛機結構輕量化的需要,以及FSW技術在焊接輕合金（如鋁合金、鎂合金等）方面的獨特優(yōu)勢，將FSW技術用于飛機結構的制造已是大勢所趨。與攪拌摩擦焊相適應的焊接新裝備和攪拌工具的發(fā)展也非常快，為實施攪拌摩擦焊工藝方案及提高各類材料接頭的質量，各種類別的新型攪拌摩擦焊接設備、自動化裝置及機器人攪拌摩擦焊機等相繼問世。、發(fā)展動態(tài)鋁合金摩擦攪拌焊（FSW）是英國焊接研究所于1991年發(fā)明的一種焊接技術。現(xiàn)代數(shù)控機床技術的發(fā)展已形成一個自動化、網(wǎng)絡化、柔性化、集成化的趨勢。中國攪拌摩擦焊中心的成立標志著攪拌摩擦焊技術正式登陸中國。雙螺旋攪拌摩擦焊焊機送料工作臺的設計與控制結構設計第一章 緒論攪拌摩擦焊技術發(fā)明至今17年以來，無論在國外還是在國內，已經成功跨出試驗研究階段，發(fā)展成為在鋁合金結構制造中可以替代熔焊技術的工業(yè)化實用的固相連接技術；這項新型的焊接技術在航空航天飛行器、高速艦船快艇、高速軌道列車、汽車等輕型化結構以及各種鋁合金型材拼焊結構制造中，已經展示出顯著的技術和經濟效益，諸如：根除了熔焊所固有的焊接缺陷、提高了接頭和結構的連接質量、降低了焊接變形等。北京航空制造工程研究所于2002年成立了中國攪拌摩擦焊中心。為了開啟中國市場的攪拌摩擦焊技術的研究開發(fā)以及大規(guī)模工業(yè)化應用，特別設計鋁合金摩擦攪拌焊數(shù)控機床，其中本次題目是鋁合金摩擦攪拌焊數(shù)控工作臺部分的設計與控制。為今后研究點焊以及點焊陣列提供優(yōu)越的實驗條件；更為今后攪拌摩擦焊機床的規(guī)?；a奠定了基礎。攪拌摩擦焊作為一種輕合金材料連接的優(yōu)選焊接技術，已經從技術研究，邁向高層次的工程化和工業(yè)化應用階段,形成了一個新的產業(yè): 攪拌摩擦焊設備的制造、北歐的船舶制造工業(yè)、日本的高速列車制造等制造領域，攪拌摩擦焊得到了廣泛的應用,均已形成新興產業(yè)。FSW技術在這一領域的擴大應用可能需要較長的時間（510年）?？梢?攪拌摩擦焊接技術在我國軌道車輛、快速艦船等領域的大規(guī)模工程化應用前景也非常廣闊。傳動部分是通過直線導軌限位、通過滾珠絲杠副控制運送精度，兩個滾珠絲杠副分別控制X、Y方向的位移移動，通過氣動夾具把被加工工件送到攪拌頭下的指定位置進行加工。Y軸也是由步進電機帶動，電機通過聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠聯(lián)結，絲杠在裝配時進行預緊，保證無間隙的傳動。 焊接支承件因為本次設計是一個實際的工程項目，單件生產適合焊接結構。在焊接結構中焊接接頭起兩方面的作用，第一是連接作用，即把兩焊件連接成一個整體；第二是傳力作用，即傳遞焊件所承受的載荷。由于對接接頭的疲勞強度在很大范圍內變化，搭接接頭的疲勞強度是很低，根據(jù)實際設計的焊接結構，多采用角焊焊接、T形焊接方法。在這個傳動機構中，需要兩個滑動導軌。材料選為鑄鐵對鑄鐵導軌。b、驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的1/10。（2）能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。（6）簡化了機械結構的設計和性能。輔助工作臺不但易于拆卸，而且對于焊機的整體外形的完善起到了很大的作用。設計滾珠絲杠還應考慮如下一些約束條件：a）臨界壓縮載荷應大于軸