【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)控設(shè)備、某些打印機(jī)。齒輪齒條，承載力大，傳動(dòng)精度較高，可達(dá) ，可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)速度可以很高， 2m/s，缺點(diǎn)：若加工安裝精度差，傳動(dòng)噪音大，磨損大。典型用途：大版面鋼板、玻璃數(shù)控切割機(jī)，建筑施工升降機(jī)可達(dá) 30 層樓高。所以，方案一可能會(huì)造成噪聲污染，并且使用壽命短，精度也達(dá)不到微米級(jí)。 與方案一相比較，方案二具有方案一中所有優(yōu)點(diǎn)，并且滾珠絲杠副傳動(dòng)精度比齒輪齒條高很多，結(jié)構(gòu)緊湊， 傳動(dòng)效率高，定位精度高。缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，成 本較高，但是使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè) 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： 1）定位精度高 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的 1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少 90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。 2）降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力 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。 3）可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率 20～ 30% 4）可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú)法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小．滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂 潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。 方案三中使用了液壓系統(tǒng)。與機(jī)械傳動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)相比，液壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中各部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性。 (2)可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)極調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá) 2021:1. (3)液壓傳動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。 (4)操作控制方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)程距離控制、過(guò)載保護(hù)。與電氣控制、電子控制相結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng) 過(guò)載保護(hù)。 (5)液壓元件屬機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度高，有利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)、制造周期和降低制造成本。 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)： (1)在傳動(dòng)過(guò)程中，能量需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)效率偏低。 (2)由于傳動(dòng)介質(zhì)的可壓縮性和泄漏等因素的影響，不能嚴(yán)格保證定比傳動(dòng)。 (3)液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感，不能在高溫下工作，采用石油基液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)還需注意防火問(wèn)題。 (4)液壓元件制造精度高，系統(tǒng)工作過(guò)程中發(fā)生故障不易診斷。 以上三個(gè)方案，從原理上來(lái)說(shuō)，都能完成任務(wù)書提出的要求，但考慮使用條件，由于隨著科技的發(fā) 展，現(xiàn)代機(jī)床要求的精度越來(lái)越高，因?yàn)榇藱C(jī)構(gòu)以傳遞運(yùn)動(dòng)為主 , 要桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁(yè) 共 37 頁(yè) 求有較高的傳動(dòng)精度 , 又要求結(jié)構(gòu)緊湊。方案一中能會(huì)造成噪聲污染，并且使用壽命短，精度也達(dá)不到微米級(jí)，所以不采用。方案三傳動(dòng)效率偏低，精度得不到保證，維護(hù)困難，所以不采用。方案二雖然成本比較高，但是傳動(dòng)精度和定位精度達(dá)到了要求，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，符合科技發(fā)展的要求。 所以根據(jù)以上三種方案的論證，采用方案二比較合適。 圖 24 方案二結(jié)構(gòu)原理 方案二如圖 24 所示，步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源與滾珠絲杠直聯(lián)，滾珠絲杠將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的直線 運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)在滾動(dòng)導(dǎo)軌上做直線運(yùn)動(dòng)， X、 Y 方向分別用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件選擇 工作臺(tái)及導(dǎo)軌座的設(shè)計(jì) 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 在工作臺(tái)上設(shè)計(jì) T 型槽，主要用來(lái)固定工件，是鉗工用來(lái)調(diào)試、裝配、維修設(shè)備的基礎(chǔ)工作平臺(tái)， T 型槽平臺(tái)（ T 型槽平板）也可用于動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的裝配及調(diào)試； T 型槽平臺(tái)（ T 型槽平板）的工作面采用刮研工藝，對(duì)于 3 級(jí)以下的平板工作面也可以采用刨銑工藝； T 型槽平（ T 型槽平板臺(tái)）的材質(zhì)為 HT200300，硬度為 HB170240；規(guī)格為 200*200mm3000*6000mm,大于此規(guī)格或特殊規(guī)格可以定做，也可以按圖紙制造。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁(yè) 共 37 頁(yè) T 形槽的尺寸標(biāo)準(zhǔn)如表 31 和表 32 所示。 表 31 T 形槽尺寸標(biāo)準(zhǔn) T形槽 A B C H E F G 基本 尺寸 最小 尺寸 最大 尺寸 最小 尺寸 最大 尺寸 最小 尺寸 最大 尺寸 最大 尺寸 最大 尺寸 最大 尺寸 12 19 21 8 9 20 25 1 1 表 32 T 型槽的尺寸標(biāo)準(zhǔn) T 形槽寬度 A T 形槽間距 p 12 (40) 50 63 80 按照 上述 標(biāo)準(zhǔn)，我們選擇 A=12， B=19， C=8， H=20， E=1， F=， G=1，間距 p=80。 工作臺(tái)的外型如圖 31 所示 ： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 31 工作臺(tái) 其中長(zhǎng)寬高分別為 1000mm， 500mm， 50mm。 導(dǎo)軌座的設(shè)計(jì) 由于 X、 Y 工作臺(tái)沿 X、 Y 兩個(gè)方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，所以有兩個(gè)導(dǎo)軌座，用來(lái)支撐兩個(gè)方向的導(dǎo)軌。 設(shè)計(jì) Y 向?qū)к壸谏蠈樱?Y 方向的行程為 700mm，所以設(shè)計(jì) Y 向?qū)к壸鶇?shù)為1000150020mm，其外型如圖 32 所示： 圖 32 X 向?qū)к壸? 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 共 37 頁(yè) X向?qū)к壸O(shè)置在下層，工作臺(tái)在 X方向的行程為 2021mm，所以設(shè)計(jì) X導(dǎo)軌座的參數(shù)為 300080020。 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算 導(dǎo)軌上的移動(dòng)部件包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等。為了計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副的負(fù)載，必須把這些移動(dòng)部件的重量一一計(jì)算出來(lái)。 工作臺(tái)材料為灰鑄鐵 HT350 密度 ，工作臺(tái)尺寸： 100050050mm， 則 G1=100050050103102=1850N，由于工作臺(tái)并不是實(shí)心體，而是設(shè)有 T型 槽的，所以取 G1=1500N。 Y 向?qū)к壸叽纾?1000150020。 則 G2=1000150020103102=2220N。 工作臺(tái)載重量： 150KG，則 G3=1500N。 按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算，包括工件、夾具、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠螺母副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、上層導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為 G=6000N。 導(dǎo)軌由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件組成，其功用是導(dǎo)向和承載，即保證運(yùn)動(dòng)件按給定的方向獲得精確的直線位移或角位移。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的零 (部 )件叫動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的叫支承導(dǎo)軌。常用的導(dǎo)軌，按其接觸面的摩擦性質(zhì)，分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌三大類；按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為力封式和自封式兩類。力封式又稱開(kāi)式，必須借助外力 (例如重力或彈簧力 )才能保證運(yùn)動(dòng)件相承導(dǎo)面間的接觸，從而保證運(yùn)動(dòng)件按給定的方向作直線運(yùn)動(dòng)。自封式又稱閉式，無(wú)需借助外力，而靠導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)形狀便朗保證運(yùn)動(dòng)件部承導(dǎo)面間的接觸。 本設(shè)計(jì)中采用的便是直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的作用是支承工作臺(tái)并且引導(dǎo)工作臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌要保證工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的直線度。 導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求： （ 1） 導(dǎo)向精度高 （ 2） 剛性好 （ 3） 精 度的保持性 （ 4） 運(yùn)動(dòng)的靈活性和低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 （ 5） 對(duì)溫度的敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性 表 33 是對(duì)不同種類性能的比較： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁(yè) 共 37 頁(yè) 表 33 導(dǎo)軌性能的比較 XY 工作臺(tái)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，導(dǎo)向精度高，不能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時(shí)采取以下幾項(xiàng)措施： （ 1）采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等； （ 2）在普通導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油； （ 3）用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動(dòng)鏈、減少傳動(dòng)副等方法來(lái)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。 導(dǎo)軌的選擇 由于靜壓導(dǎo)軌成本比較高，滑動(dòng)導(dǎo)軌精度不高而且容易出現(xiàn)爬 行現(xiàn)象，而滾動(dòng)導(dǎo)軌也能滿足本設(shè)計(jì)的要求，所以決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌式在運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件之間放置滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾動(dòng)軸承等），使導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)處于滾動(dòng)摩擦狀態(tài)，與滑動(dòng)導(dǎo)軌比較，它具有的特點(diǎn)是： （ 1）摩擦系數(shù)小，并且靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差很小，故運(yùn)動(dòng)方便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的 1/50，由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少 90%，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率 20～ 30%。 （ 2）定位精度高，一 般滾動(dòng)導(dǎo)軌的重復(fù)定位誤差約為 ~，而滑動(dòng)導(dǎo)軌定位誤差一般為 10~20μm。因此，當(dāng)要求運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生精確微量的移動(dòng)時(shí)，通常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌； （ 3）磨損較小，壽命長(zhǎng)，潤(rùn)滑簡(jiǎn)便； （ 4）結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困難，成本較高； （ 5）對(duì)臟物及導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。 X、 Y 方向使用型號(hào)相同的導(dǎo)軌，其中 X 向?qū)к夐L(zhǎng)度為 1500mm， Y 方向?qū)к墳?000mm。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 共 37 頁(yè) 初選漢江機(jī)床廠生產(chǎn)的 HJGDA 系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副（矩型滑塊），型號(hào)為 DA65C。其 外形如圖 33 所示， 參數(shù)如 表 34 所示 ： 圖 33 滾動(dòng)導(dǎo)軌外形圖 表 34 DA65C 導(dǎo)軌的參數(shù) 型號(hào) 組件尺寸 滑塊尺寸 導(dǎo)軌尺寸 H W A B B1 K C L1 L N E M1 W1 h1 dDh F DA65C 90 126 76 25 76 70 147 198 16 16 M1620 63 53 182622 150 基本額定載荷 (kN) 允許靜力矩 (Nm) 重量 動(dòng)載 C 靜載 C0 MA MB MC 滑塊 (kg) 導(dǎo)軌 (kg/m) 3876 3876 6090 HJGDA 系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副采用四列圓弧接觸型結(jié)構(gòu)，具有差動(dòng)滑移量小、自調(diào)整性高、承載大等特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)每個(gè)導(dǎo)軌座上采用兩根導(dǎo)軌，四個(gè)滑塊的安裝方法，如圖 34 所示： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 34 導(dǎo)軌的安裝形式 下面對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行校核 （ 1）滑塊承受工作載荷 Fmax 的計(jì)算 工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。 XY 工作臺(tái)采用水平布置，利用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方 向載荷為： FGF ?? 4max （ 31） 其中，移動(dòng)部件重量 G=4500N，外加載荷 F=1500N，代入式 21 得最大工作載荷 導(dǎo)軌的額定壽命的計(jì)算： 503m a x?????????? FCf ffffL aWRCTH （ 32） 式中， L 為額定壽命（ km）； Ca 為基本額定動(dòng)載荷（ kN），從樣本中查取； Fmax為最大工作載荷 ； fH 為硬度系數(shù)； fT 為溫度系數(shù)； fC 為接觸系數(shù)； fR 為精度系數(shù)； fW 為載荷系數(shù)。 表 35 硬度系數(shù) fH 滾道硬度（ HRC） 50 55 58~64 fH 表 36 溫度系數(shù) fT 工作溫度 /℃ 100 100~150 150~200 200~250 fT 表 37 接觸系數(shù) fC 每根導(dǎo)軌滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 fC m a x 4500 15 00 26 25 2. 62 544GF F N k N? ? ? ? ? ?桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 14 頁(yè) 共 37 頁(yè) 表 38 精度系數(shù) fR 精度等級(jí) 2 3 4 5 fR 表 39 載荷系數(shù) fW 工況 無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的低速場(chǎng)合，速度小于15m/min 無(wú)明顯沖擊或振動(dòng)的中速場(chǎng)合，速度為 15～60m/min 有外部沖擊或振動(dòng)的