【正文】 從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予 我細心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 41 頁 結(jié) 論 本 文 根據(jù)設(shè)計要求及各部件參數(shù)對一維數(shù)控工作臺進行了設(shè)計及校核及部件選型，結(jié)果滿足設(shè)計條件。沒有附帶潤滑劑注入口時，可以直接將潤滑劑涂在導(dǎo)軌上或者螺桿的軌道內(nèi)。 ③ 孔形式分為夾緊式和脹套式兩種，其中脹套式可承受較大的轉(zhuǎn)動慣量。m 額定轉(zhuǎn)矩： Tm0= Ng+ W通常，應(yīng)用有如下兩種方法可以找到這個傳動比 n，它會把電機與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來。很顯然，電機的最大功率 P 電機最大 應(yīng)大于工作負載所需的峰值功率 P 峰值 ，但僅僅如此是不夠的，物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分，但在實際的傳動機構(gòu)中它們是受限制的。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合 。 選型流程 直線導(dǎo)軌的基本選用程序如流程圖 （ a）、（ b） 所示 圖 直線導(dǎo)軌選型流程 （ a） 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 圖 直線導(dǎo)軌選型流程 （ b） 直線導(dǎo)軌選型計算 （ 1）初始使用條件 使用型號： SHS15C （基本額定動負荷： C＝ ， 基本額定動載荷： C0＝ ） 質(zhì)量： m1=95kg， m2=5kg， 速度： V=時間： t1=t3=， t2= 加速度： a1=a2=行程： Lx=500mm 距離： L0=200mm， L1=180mm， L2=40mm， L3=30mm， L4=150mm， L5=250mm 重力加速度： g=直線導(dǎo)軌裝配三維模型如圖 所示 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 圖 直線導(dǎo)軌副裝配三維模型 根據(jù)導(dǎo)軌副安裝尺寸及使用條件簡化得出其使用條件計算圖如圖 所示 圖 直線導(dǎo)軌使用條件 計算圖 （ 2）滑塊負荷大小 計算每個滑塊負荷的大小 ①等速時，徑向負荷大小 Pn 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 ②左行加速時徑向負荷大小 Plan ， ， 橫向負荷大小 Ptlan ， ， ③ 左行減速時徑向負荷大小 Pldn ， ， 橫向負載大小 Ptldn ， ， ④右行加速時，徑向負載大小 Prna ， ， 橫向負載大小 Ptran ， 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31 頁 ， ⑤右行減速時，徑向負荷大小 Prdn ， ， 橫向負荷大小 Ptrdn ， ， （ 3）合成負荷 ①等速時 ， ， ②左行加速時 ， ， ③左行減速時 ， ， ④右行加速時 ， ， ⑤右行減速時 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 32 頁 ， ， （ 4）靜的安全系數(shù) 如前所述，軌道上所作用的最大負荷是滑塊 左行加速（或右行減速）時產(chǎn)生，故靜的安全系數(shù)（ fs）如下所示。 （ 1）額定壽命：所謂額定壽命是指一批相同的產(chǎn)品，在相同的條件及額定負荷下，有 90%未曾發(fā)生表面剝離現(xiàn)象而達到的運行距離。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變得非常容易了。 直線導(dǎo)軌的特點 （ 1）定位精度高，容易獲得高度的行走精度 直線滾動導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導(dǎo)軌的 1/50。 =20+= 錯誤 !未找到引用源。 ：與支撐形式有關(guān)的系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 ：滾珠絲杠副預(yù)緊力 97N 得 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 b）支撐 軸承組合剛度 ①一對預(yù)緊軸承的組合剛度 （ ） 錯誤 !未找到引用源。 =40（ N） ③減速時 軸向負載 錯誤 !未找到引用源。 （ 3）允許轉(zhuǎn)速 隨 著滾珠絲杠轉(zhuǎn)速的提高，會逐漸接近絲杠的固有振動頻率，進而會發(fā)生共振以至不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 滾珠絲杠副由于精度要求高，制造比較復(fù)雜，所以一般均由專業(yè)廠生產(chǎn)，使用者在設(shè)計一般以校驗為主。采用單螺母，其預(yù)緊方式與 D預(yù)緊方式相同。 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) （ 1）滾珠絲杠的循環(huán)方式 在絲杠軸和螺母之間裝如滾珠而進行轉(zhuǎn)動的單元就是滾珠絲杠。再次，旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，絲杠與螺母都可作為主動件，磨損小，使用壽命長。 圖 工作臺控制結(jié)構(gòu)圖 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 3 滾珠絲杠單元設(shè)計計算選型 滾珠絲杠副特點及其結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠（目前已基本取代梯形絲桿，已俗稱絲桿） ， 是用來將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動 、 或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件 。 由圖 可以看出 ： 它是由驅(qū)動電機、電機支承、聯(lián)軸器、前端軸承、前端軸承座、滾珠絲杠、滾珠螺母、后端軸承、后端軸承座、導(dǎo)軌和工作臺等組成，是一個復(fù)雜的動力學系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)主要多用在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)或老設(shè)備的數(shù)控改造；混合伺服方式只有在大型機床中使用。 一維數(shù)控工作臺設(shè)計的意義及設(shè)計內(nèi)容 本設(shè)計所設(shè)計的一維工作臺采用了低摩擦的直線滾動導(dǎo)軌和精密的絲杠，它的工作原理是通過運動控制卡來控制 伺服 電機，使工作臺實現(xiàn)了數(shù)控控制。 工作臺作為數(shù)控機床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。雙坐標工作臺組成原則是上層工作臺行程一定要小于等于下層工作臺行程。 附錄 A .................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。而數(shù)控工作臺正是這一技術(shù)的典型應(yīng)用 。 最后運用 Pro\Engineer 三維造型軟件完成了模型的建立及裝配，并對進給系統(tǒng)進行了加減速運動仿真，完成了部分零件圖及工作臺裝配圖的二維圖設(shè)計。 數(shù)控工作臺產(chǎn)品基礎(chǔ)構(gòu)件可以采用優(yōu)質(zhì)鋁合金、鑄鐵、鋼材及大理石等材料，傳動結(jié)構(gòu)可以采用直線導(dǎo)軌、直線圓導(dǎo)軌、滾珠絲杠、同步帶及氣缸等多種組合形式，滿足各種行業(yè)、不同場合的需要。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。并且目前部分工作臺還可以作為機床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提高了機床的性能。 通過對工作臺的設(shè)計，能夠正確運用機床數(shù)控系統(tǒng)等課程的基本理論個有關(guān)知識，學會設(shè)備數(shù)控化改造方案的擬定、比較、分析及進行必要的計算；通過對設(shè)備改造的機械部分設(shè)計，掌握數(shù)控設(shè)備典型零件的計算方法和步驟以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；通過設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計，掌握簡單的數(shù)控系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計的基本方法；通過課程設(shè)計，初步樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)自己分析問題和解決問題的能力；提高自己應(yīng)用手冊、標準 以及編寫文件等資料的能力。半閉環(huán)是被最廣泛使用的伺服方式。數(shù)字輸入 /輸出點可用于 語 限位、原點開關(guān)等。 圖 滾珠絲杠副組成 滾珠絲杠副是將螺母與絲杠分別加工成凹半圓弧形成螺紋，在螺紋之間放入滾珠形成的。 （ 3）傳動可逆性 滾珠絲杠副沒有滑動絲杠粘滯摩擦，消除了在傳動過程中可能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，滾珠絲杠副能實現(xiàn)兩種傳動方式 — 將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動并傳遞動力。 其循環(huán)方式（ NSK）主要有以下幾種 ：如表 表 滾珠絲杠循環(huán)方式 （ a） 端部導(dǎo)流方式 管循環(huán)式 構(gòu)造 ： 此方式的構(gòu)造是在螺母端部沿絲杠螺紋槽接線方向平滑地將滾珠拉起，并通過設(shè)在螺母內(nèi)部的貫通孔循環(huán) ， 把在落幕的中央拉起滾珠的方式稱為中部導(dǎo)流式 特點 ： （ 1） 螺母外徑小，可進行微型設(shè)計 （ 2） 無噪音告訴傳送 構(gòu)造： 在適合滾珠大小的管道內(nèi)使?jié)L珠通過始點、終點間往復(fù)循環(huán)的方式 特點 ： （ 1） 規(guī)格（軸徑、導(dǎo)程）的適應(yīng)范圍廣 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 表 滾珠絲杠循環(huán)方式 （ b） 內(nèi)循環(huán)式 端蓋式 構(gòu) 造 ： 在相鄰的間距（導(dǎo)程）間，通過馬蹄狀導(dǎo)流孔循環(huán)的方式 特點 ： 適合導(dǎo)程小的物件 ， 螺母外徑小，可進行微型設(shè)計 構(gòu)造 ： 在螺母端部配置拉升滾珠的端蓋，在螺母內(nèi)設(shè)置的貫通孔循環(huán)的方式 特點 ： 適合導(dǎo)程大的物件 ， 滾珠循環(huán)部的構(gòu)造復(fù)雜，缺乏通用性 （ 2）滾珠絲杠的預(yù)緊方式 滾珠絲杠副有 4 種適用于不同用途的預(yù)緊方式 表 32 滾珠絲杠預(yù)緊方式 預(yù)緊方式 雙螺母墊片預(yù)緊（ D） 偏移預(yù)緊（ Z） 結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)容 使用 2 個螺母在其中插入墊圈施加預(yù)緊，適合于重預(yù)緊。由于載重的方向不同而剛度有所不同，需要考慮。一端固定一端游動則適用于中等轉(zhuǎn)速需要高精度運行的場合。 滾珠絲杠副選型計算 初始條件： 工作臺及其所承載的重量 W=100kg， 工作臺最大行程 Lx=500mm 工作臺最高移動速度 Vmax =15m/min， 電動機最高轉(zhuǎn)速 nmax=3000r/min 工作臺導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)：動摩擦系數(shù) μ=（滾動導(dǎo)軌） ， 靜摩擦系數(shù) μ0= 加減速時間常數(shù) t=， 要求壽命 15000 小時 定位精度 20μm/300mm，全行程 25μm 重復(fù)定位精度 10μm （ 1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 （ ） Ph：滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Vmax：工作臺最高移動速度 15m/min nmax：電動機最高轉(zhuǎn)速 3000r/min i：傳動比，因電機與絲杠通過聯(lián)軸器直接相連，故 i=1 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 代入得 Ph=5mm， 取 Ph=5mm （ 2）確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷 （ a）絲杠轉(zhuǎn)速 （ ） ni： 絲杠轉(zhuǎn)速 r/min i=1， 2， 3 Vi：進給速度 m/min i=1， 2， 3 V1=， V2=5， V3=15 代入得 n1=100， n2=1000， n3=3000 （ b）絲杠的軸向載荷 ① 加速時 加速度 α=錯誤 !未找到引用源。 ：最小抗壓剛度 N/μm d2：絲杠底徑 L1：兩固定支撐距離 得 錯誤 !未找到引用源。 是預(yù)加載荷的 3 倍 錯誤 !未找到引用源。 536N/μm 錯誤 !未找到引用源。 =197＞ b）傳動系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差 （ ） c）確定精度 V300p：任意 300mm 內(nèi)的行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)而言 V300p≤ 定位精度 錯誤 !未找到引用源。節(jié)圓直徑 DPW 有公差帶，可一為小數(shù)，在工程計算上起參數(shù)作用。 圖 直線導(dǎo)軌 三維模型 直線導(dǎo)軌又稱精密滾動直線導(dǎo)軌副、滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌、滾動導(dǎo)軌，用于需要精確控制工作臺行走平行度的直線往復(fù)運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。 （ 4）可長期維持機床的高精度 對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法避免的。因此采用直線導(dǎo)軌可以大大提高機械設(shè)計的效率。一般直線導(dǎo)軌副的精度分為普通級、高級、精密級、超精密級和超高精密級五種。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當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。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。另外，還提供了傳動比的一個可能范圍。W （ 5）電機連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩 （ ） 得 錯誤 !未找到引用源。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 。 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。 （ 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。 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