【正文】 后要運(yùn)用有限元分析等工具對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的精度分析。 最后感謝我的母校 大學(xué) 四年來(lái)對(duì)我的栽培 ，感謝母校給了我們一個(gè)實(shí)現(xiàn)價(jià)值的平臺(tái)。 因此在以后的工作中可以根據(jù)此計(jì)算選型步驟設(shè)計(jì)一款關(guān)于滾珠絲杠工作臺(tái)類(lèi)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(dòng)匹配相應(yīng)的零部件型號(hào)。具備專(zhuān)用的補(bǔ)充器械，能對(duì)潤(rùn)滑劑吐出量 進(jìn)行控制時(shí)，以直線導(dǎo)軌滑塊以及滾珠絲杠螺母空間容積 約 50%的潤(rùn)滑劑量為尺度進(jìn)行一次性補(bǔ)充。為此，在這種情況下，請(qǐng)使用固體潤(rùn)滑劑。在此選用增量式編碼器。m2）的計(jì)算 （ ） （ ） 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 37 頁(yè) ①滾珠絲杠的慣性矩 J1 ②移動(dòng)物體的慣性矩 J2 （ ） ③電機(jī)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(jī)從靜止升速至 錯(cuò)誤 !未找到引用源。m） （ ） 滾珠絲杠副預(yù)加載荷 FP產(chǎn)生的摩擦力矩 TP（ N只用峰值功率作為選擇電機(jī)的原則是不充分的，而且傳動(dòng)比的準(zhǔn)確計(jì)算非常繁瑣 [12]。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。 （ 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(wàn)分之一時(shí)的靜負(fù)荷。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁(yè) （ 7）維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便 （ 8）機(jī)械設(shè)計(jì)高效率化 因滾動(dòng)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(jī)械加工成本 [10]。 （ 2）總成本低，降低 機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力，節(jié)省能源效果大 采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) 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(jì)（論文） 第 24 頁(yè) 4 導(dǎo)軌單元設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 直線導(dǎo)軌概述 直線導(dǎo)軌 （圖 ） 是 1932 年法國(guó)專(zhuān)利局公布的一項(xiàng)專(zhuān)利。 （ 15） Dn 值驗(yàn)算 （ ） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 g （ ） F0：靜摩擦力 ， μ0：靜摩擦系數(shù) ， W：工作臺(tái)及工件總質(zhì)量 已知： W=100kg， μ0=， F0=196N a）驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 （ ） 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：滾珠和滾道接觸剛度 N/μm 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：滾珠數(shù) 錯(cuò)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(hào)、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(lèi)型 兩端固定的支撐形式，選背對(duì)背 60176。 （ 5）滾珠絲杠系統(tǒng)的剛性 為提高數(shù)控設(shè)備及精密機(jī)械進(jìn)給絲杠系統(tǒng)的定位精度和相對(duì)于刀具切削的剛性，必須考慮進(jìn)給系統(tǒng)各組成組件的剛性 [7]。 在計(jì)算選用滾珠絲杠時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)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。在低扭矩區(qū)域的扭矩性能良好。 B．力的放大：將小的旋轉(zhuǎn)力（扭矩）放大成為大的推力。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(dòng)摩擦代替了傳統(tǒng)絲杠的滑動(dòng)摩擦，使?jié)L珠絲杠副傳動(dòng)效率達(dá) 90%以上，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力減少至滑動(dòng)絲杠的 1/3 左右，發(fā)熱效率也因此得以大幅降低（如圖 ） [6]。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng) 。采用上位 PC 機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令到運(yùn)動(dòng)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡接受運(yùn)動(dòng)指令經(jīng)處理后 發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過(guò)改變發(fā)出脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)的速度， 通過(guò) 改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來(lái)控制電機(jī)的位置 ，其 脈沖輸出模式包括脈沖 /方向、脈沖 /脈沖方式。這時(shí)則要求考慮采用全閉環(huán)的方式進(jìn)行伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但其設(shè)計(jì)和調(diào)整技術(shù)難度較大，只有在大型、精密數(shù)控機(jī)床中采用。通過(guò)微機(jī)控制技術(shù)的簡(jiǎn)單的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制，使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大，精度和可靠性進(jìn)一步提高。由于工作臺(tái)是一臺(tái)機(jī)床的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國(guó)都有對(duì)其進(jìn)行研究，我國(guó) 在 工作 臺(tái) 的研究開(kāi)發(fā)方面 也 取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步 。 專(zhuān)用型數(shù)控工作 臺(tái)，例如用做三維雕刻工作臺(tái)， 其 工作行程： 505050 mm 600600150 mm。數(shù)控工作臺(tái)可 廣泛應(yīng)用于激光焊接機(jī)、插線機(jī)、打孔機(jī)、涂膠機(jī)、機(jī)械手、搬運(yùn)、檢測(cè)裝置、斷層射線掃描、小型數(shù)控機(jī)床及實(shí)用教學(xué)領(lǐng)域。其次根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)工作臺(tái)總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括物理模型方案和驅(qū)動(dòng)控制方案的比較設(shè)計(jì)。 首先 介 紹了數(shù)控工作臺(tái) 的發(fā)展及 目前的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀。 設(shè)計(jì)上采用滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有精度高、效率高、壽命長(zhǎng)、磨損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。 小型數(shù)控工作臺(tái)由單坐標(biāo)工作臺(tái)和雙坐標(biāo)工作臺(tái)疊加組合而成， 其 工作行程：505050 mm 600600150 mm。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，一作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置從原來(lái)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)變?yōu)橐簤候?qū)動(dòng)，現(xiàn)在更多的采用了氣動(dòng)裝置，更好的保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了資源。本設(shè)計(jì)的數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè) 閉 環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便而且能保證一定的精度。對(duì)定位精度特別高的加工中心來(lái)說(shuō)，由于螺距誤差補(bǔ)償受絲杠溫度變化的影響以及反向間隙補(bǔ)償受工件重量變化的影響，半閉環(huán)方式已不能滿足其精度要求。 圖 數(shù)控工作臺(tái)的物理模型 圖 數(shù)控工作臺(tái)工作簡(jiǎn)圖 圖 數(shù)控工作臺(tái)各部分連接關(guān)系 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 工作臺(tái)控制結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì) 工作臺(tái)控制結(jié)構(gòu)如圖 所示 [4]。 圖 滾珠絲杠副三維模型 滾珠絲桿由螺桿 螺母 滾珠 3 和滾珠循環(huán)返回 裝置 4（圖 ） 組成。 （ 1) 傳動(dòng)效率高 在滾珠絲杠中，自由滾動(dòng)的滾珠將力與運(yùn)動(dòng)在絲杠與螺母之間傳遞。此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的功能如下所述： A．運(yùn)動(dòng)的變換：由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)（正運(yùn)轉(zhuǎn)）和將直線運(yùn)動(dòng)高效率的變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（反運(yùn)轉(zhuǎn)）。 螺母總長(zhǎng) 長(zhǎng) 中 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 預(yù)緊方式 超規(guī)滾珠預(yù)緊（ P） 彈簧式雙螺母預(yù)緊（ J） 結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)容 插入比軌道空間略大的滾珠（超大滾珠），使?jié)L珠 4 點(diǎn)接觸然后施加預(yù)緊。絲杠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性也要進(jìn)行校驗(yàn)。 （ 4）壽命 滾珠絲杠的壽命是指一批相同的滾珠絲杠在基本額定動(dòng)載荷的作一用下， 90 % 達(dá)到 l 少轉(zhuǎn)時(shí)的總回轉(zhuǎn)數(shù)。 tLu 103 （ ） Lu=Lx+Ln+2La （ ） Lx=500mm Ln=L1=83mm（樣本數(shù)據(jù)） La=（ 2~4） Ph=20 得 Lu≈ 630 Δ t 溫差取 ℃ 得 C≈ 20μm b）預(yù)拉伸力 Ft=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：滾珠直徑 mm 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Kb= 1264N/μm 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 圖 支撐軸承剛度 ③滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 （ ） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 W 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度 mm 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 圖 壓桿 穩(wěn)定性校驗(yàn) 由 圖 查得 f=， 由樣本得 d2= 由工作圖及 圖 得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 滾珠絲杠副三維圖如圖 ?；瑝K與導(dǎo)軌間的末制單元設(shè)計(jì)，使得線形導(dǎo)軌可同時(shí)承受上下左右等各方向的負(fù)荷，專(zhuān)利的回流系統(tǒng)及精簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)讓線性導(dǎo)軌有更平順且低噪音的運(yùn)動(dòng)。 （ 6）容許負(fù)荷大 滑塊和導(dǎo)軌緊密配合成一整體，剛性大，四方向等負(fù)荷，因此具有較大的負(fù)荷承載能力。 （ 2）基本動(dòng)額定負(fù)荷（ C）：所謂基本動(dòng)額定負(fù)荷是指一批相同規(guī)格的直線導(dǎo)軌副，在負(fù)荷方向和大小均等的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)運(yùn)行 50km 后， 90%的直線導(dǎo)軌其滾道表面不產(chǎn)生疲勞損壞（剝離或點(diǎn)蝕）時(shí)的最高負(fù)荷。 底座、絲杠、導(dǎo)軌及工作平臺(tái)裝配圖如圖 所示 圖 導(dǎo)軌滑塊裝配圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34 頁(yè) 5 伺服電機(jī)及其他部件計(jì)算選用 伺服電機(jī)計(jì)算選型 伺服電機(jī)性能特點(diǎn) 伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器三維模型如圖 所示 圖 伺服電機(jī) 及驅(qū)動(dòng)器三維模型 伺服電機(jī)（ servo motor）是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。 伺服電機(jī)內(nèi) 部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的 UVW 三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁(yè) 此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。反之，則可以通過(guò)對(duì)每種電機(jī)的廣泛類(lèi)比來(lái)確定上下限之間可行的傳動(dòng)比范圍。 伺服電機(jī)選型計(jì)算 （ 1）作用在滾珠絲杠副上的各種轉(zhuǎn)矩計(jì)算 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 36 頁(yè) 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 TF（ Nm2）及傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 L（ kg m，且 Tm 在電機(jī)的連續(xù)工作區(qū)間 對(duì)應(yīng)伺服放大器型號(hào) MRJ3 40A(1)/B(1)(RJ006)/T(1)[14] 伺服電機(jī)及托架三維模型如圖 圖 伺服電機(jī)及托架三維模型 其他部件設(shè)計(jì)選用 位置檢測(cè)裝置 位置檢測(cè)裝置是閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是檢測(cè)工作臺(tái)的位移、 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 39 頁(yè) 伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)。但在真空、高溫、低溫等特殊環(huán)境下，潤(rùn)滑劑將會(huì)蒸發(fā)或固化，難以使用。 ②潤(rùn)滑劑的補(bǔ)充量 補(bǔ)充一次潤(rùn)滑劑后，通?？梢员３质褂煤荛L(zhǎng)的時(shí)間，不需要經(jīng)常補(bǔ)充，但根據(jù)使用條件可設(shè)定相應(yīng)的補(bǔ)充間隔。其中滾珠絲杠副參數(shù)采用了正向計(jì)算與逆向校核的方式確保了各零部件及系統(tǒng)的可靠性；直線導(dǎo)軌模擬設(shè)計(jì)條件要求的實(shí)際條件進(jìn)行了計(jì)算校核；伺服電機(jī)計(jì)算選型采用了一種新的選型方式，即 將電機(jī)特性與負(fù)載特性分離開(kāi)，并用圖解的形式表示 的方式， 使得驅(qū)動(dòng)裝置的可行性檢查和不同系統(tǒng)間的比較更方便 ，另外還 提供了傳動(dòng)比的一個(gè)可能范圍。在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！同時(shí)感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 42 頁(yè) 致 謝 本畢業(yè)論文是在我的導(dǎo)師 XX 副教授的 親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。因此，考慮有污物異物進(jìn)入時(shí)，就必須采用防塵裝置（折皺保護(hù)罩、絲杠護(hù)套等），將絲杠軸完全保護(hù)起來(lái)。 ①潤(rùn)滑劑的 補(bǔ)充方法 不使用專(zhuān) 用的潤(rùn)滑劑補(bǔ)充器械時(shí)使用潤(rùn)滑槍 （ 泵）從直線導(dǎo)軌滑塊或者滾珠絲杠螺母、定位承載裝置滑塊的潤(rùn)滑劑注入口，補(bǔ)充必要的量。 ② 相對(duì)于其他形式伺服馬 達(dá)聯(lián)軸器，剛性更高 。 Tm=（ N ?m） 根據(jù)以上計(jì)算，臨時(shí)選定 HFKP43（ B） 額定轉(zhuǎn)速： Nmax3000r/min= nmax=3000r/min 最大扭矩： Tr0=g= 100 = （ b）加速運(yùn)動(dòng)時(shí)， F=μ這種方法的優(yōu)點(diǎn)：適用于各種負(fù)載情況；將負(fù)載和電機(jī)的特性分離開(kāi)；有關(guān)動(dòng)力的各個(gè)參數(shù)均可