【文章內(nèi)容簡介】 方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且部件精度和組裝精度要求高。因此此設(shè)備滾珠絲杠的支撐方法選擇固定支撐的方式。螺母的型號選定為THK循環(huán)器式，包括DK、DKN、JPF和DIR型如圖33，這些型號是最小型的螺母，通過循環(huán)去改變鋼球行進的方向，越過絲杠軸外徑回到原位，做無限循環(huán)運動由于尺寸大小等原因，為DIK型。圖33 DIK結(jié)構(gòu)表35 THK精密滾珠絲杠軸外徑與導(dǎo)程的標(biāo)準(zhǔn)組合（單位：mm）容許軸向負(fù)荷的探討：最大軸向負(fù)荷的計算：初始條件如表36。 表36 初始條件導(dǎo)向面的阻力工作臺質(zhì)量+工件質(zhì)量（m1+m2）25Kg導(dǎo)向面上的摩擦力最大速度重力加速度10m/s2加速時間由此可知，所需數(shù)據(jù)如下 （32） （33） （34） （35） （36） （37） （38）其中：a——加速度； Fa1——去路加速時； Fa2——去路等速時； Fa3——去路減速時； Fa4——來路加速時； Fa5——來路等速時； Fa6——來路減速時；作用在滾珠絲杠上的最大軸向負(fù)荷為Famax=Fa1=255N；表37 安裝方法相關(guān)系數(shù)安裝方法12固定自由固定支撐210固定固定420絲杠軸的挫曲載荷：與安裝方法相關(guān)的系數(shù)參照表37，螺母和軸承之間的安裝方法按固定支撐方式，安裝間距（推算），絲杠軸溝槽谷徑絲杠軸的容許拉伸壓縮負(fù)荷：由此可見，絲杠軸的挫曲載荷和容許拉伸壓縮負(fù)荷大于等于最大軸向負(fù)荷，如圖34。因此，滿足這些條件的滾珠絲杠在使用上沒有問題。容許轉(zhuǎn)速的探討：電機轉(zhuǎn)速：式中：Vmax=——最大速度；Ph=5——導(dǎo)程。圖34 容許軸向負(fù)荷線圖由絲杠軸的危險速度所決定的容許轉(zhuǎn)速：與安裝方法相關(guān)的系數(shù)（參照表），為考慮危險速度，螺母軸承間的安裝方法按固定支撐，安裝間距（推算），絲杠軸直徑20mm,導(dǎo)程5mm，絲杠軸溝槽谷徑。由DN值所決定的容許轉(zhuǎn)速：鋼球中心直徑D=。由上述可見，當(dāng)絲杠軸直徑為20mm，到功成為5mm時，能滿足危險速度和DN值。螺母選擇：使用精密滾珠絲杠，絲杠軸直徑20mm、導(dǎo)程5mm的螺母為小導(dǎo)程絲杠DIK型，因此可選擇：DIK20056（Ca=，C0a=）。容許軸向負(fù)荷的探討：對基本靜額定負(fù)荷（C0a）最小的DIK20056型(C0a＝ kN)進行容許軸向負(fù)荷的探討。假定此型號用于高速搬送裝置以及加速、減速時作用沖擊負(fù)荷,故靜態(tài)安全系數(shù)(fS)，參照表38。，與最大軸向負(fù)荷255N相比，得出容許軸向負(fù)荷大，因而此型號沒有問題。表38 靜態(tài)安全系數(shù)(fS)使用機械負(fù)荷條件fS的下限一般工業(yè)機械無振動或沖擊時1～有振動或沖擊時2～3工具機無振動或沖擊使1～有振動或沖擊時～7所謂基本靜額定負(fù)荷(C0a),就是在承受最大應(yīng)力的接觸部分,大小和方向都一定的靜止負(fù)荷。對于滾珠絲杠,基本靜額定負(fù)荷是以軸向負(fù)荷來定義的。表39 軸向負(fù)荷與運行距離的關(guān)系動作軸向負(fù)荷（N）運行距離（lm）Fa1去路加速時(s=)255Fa2去路等速時(s=vt)585mmFa3去路減速時(s=)245Fa4返程加速時(s=)255Fa5返程等速時(s=vt)585mmFa6返程減速時(s=)245軸向平均負(fù)荷：因為負(fù)荷方向不同，按Fa6為正方向的軸向平均負(fù)荷，F(xiàn)a5 為負(fù)方向的軸向平均負(fù)荷，其中軸向負(fù)荷與運行距離的關(guān)系如表39。 （39） （310）由式（3310） 得Fm1=Fm2 ,所以軸向平均負(fù)荷Fm=Fm1=Fm2=158N。額定壽命： rev，其中，負(fù)荷系數(shù)fw=，參照表310。表310 負(fù)荷系數(shù)振動、沖擊速度Fw微小微速時V=1～小V=1m/s～中中速時1V=2m/s～2大高速時V2m/s2～平均每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)：每分鐘往返次數(shù)n=8min1 ,行程ls=170mm，導(dǎo)程Ph=5mm。圖35 THK絲杠公稱型號構(gòu)成例根據(jù)額定壽命計算工作壽命時間：額定壽命L= rev，每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)Nm=400min1 ,；根據(jù)額定壽命計算運行距離壽命：導(dǎo)程Ph=5mm。由上可知，能滿足希望壽命時間30000小時。型號確定：根據(jù)上述計算和論證，根據(jù)THK絲杠公稱型號的構(gòu)成，如圖35，選定絲杠型號為：DIK20056RRG0+370LC3Y。 導(dǎo)軌設(shè)計與選型圖36 徑向方向需要高剛性時使用的2軸場合 圖37 外加負(fù)荷計算方法使用條件：根據(jù)本機器的要求設(shè)定導(dǎo)軌滑塊的使用條件：軌道截面中的空間尺寸（跨距、LM滑塊個數(shù)2個/根、LM軌道根數(shù)2根和推力25N）（軸數(shù)標(biāo)記：Ⅱ）；安裝方式：水平使用（H），如圖36；作用負(fù)荷的大小250N、方向向下；操作頻率：8Hz；速度：。 ；行程長度：240mm；導(dǎo)軌總長460mm,要求壽命： 26280h（3年24小時）；運動精度：10μm；使用環(huán)境：無塵；在特殊環(huán)境中（真空、無塵室、高溫、受污染環(huán)境等），有必要考慮材質(zhì)、表面處理、潤滑和防塵等。表311 徑向予壓的種類導(dǎo)軌滑塊選擇與計算：根據(jù)使用條件和尺寸初選SSRXV型；如圖37計算外加負(fù)荷，式中m=25Kg；g=；得出P1P4(max)=；P1P4(min)=0N；作用等價負(fù)荷大小250N；由于LM滾動導(dǎo)軌的徑向間隙能夠極大地影響LM滾動導(dǎo)軌的行走精度、負(fù)荷承載能力和剛性,因而根據(jù)用途選擇適當(dāng)?shù)拈g隙就十分重要。一般說來, 考慮到往復(fù)運動可能產(chǎn)生的振動和沖擊，如表311選擇負(fù)間隙（即施加予壓）,就能對使用壽命和精度產(chǎn)生良好的影響。選擇徑向間隙（予壓）：C1間隙（輕予壓）；考慮予壓時的使用壽命：（輕予壓時不考慮）。LM滾動導(dǎo)軌承受負(fù)荷時,滾動體、LM滑塊和LM滾動導(dǎo)軌等在容許負(fù)荷范圍內(nèi)產(chǎn)生彈性變形,這時的變位量與負(fù)荷之比率就是剛性值。（剛性值可以用以下算式求得。）對于LM 滾動導(dǎo)軌來說，隨著予壓量的增加,剛性也隨之增加。圖38中表示了在4方向等負(fù)荷情況下，普通間隙與C1間隙、CO間隙時剛性值的差異。剛性：。圖38 剛性數(shù)據(jù)計算作用在LM 滾動導(dǎo)軌上的負(fù)荷時, 首先要求出計算壽命時所需的平均負(fù)荷與計算靜態(tài)安全系數(shù)時所需的最大負(fù)荷。特別在起動停止很激烈、或切削荷重作用的場合, 及因懸臂負(fù)荷所引起的大力矩作用的情況下, 可能會對LM 滾動導(dǎo)軌產(chǎn)生意想不到的大負(fù)荷。在選擇型號時, 請確認(rèn)其最大負(fù)荷（不管是起動還是停止）是否適合。表312表示了靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值。表312 靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值 表313 探討方法根據(jù)表313， 圖39 溫度系數(shù)fT 圖310 硬度系數(shù)fH其中，C0=，查SSR導(dǎo)軌；硬度系數(shù)fH=，如圖310；溫度系數(shù)fT=，如圖39；接觸系數(shù)fc=，如表314；徑向負(fù)荷計算值PR=。表314接觸系數(shù)fc 表315 負(fù)荷系數(shù)fw 計算額定壽命：LM滾動導(dǎo)軌即使在相同條件下制造且處于相同的運行條件下，其使用壽命也多少有些差異。因此,作為計算LM 滾動導(dǎo)軌的使用壽命的參考，使用以下規(guī)定的額定壽命。額定壽命指的是一批相同的直線運動系統(tǒng)在相同條件下分別運行時, 其中的90% 不產(chǎn)生表面剝落（金屬表面的鱗片狀剝落）所能達到的總運行距離。 （311） 式311中：L——額定壽命；C——基本動額定負(fù)荷；Pc——負(fù)荷計算值；fH——溫度系數(shù)（圖310）；fT——溫度系數(shù)（圖39）；fc——接觸系數(shù)（表314）；fw——負(fù)荷系數(shù)（表315）。 （312）式312中：Lh——工作壽命時間；ls——行程長度；n1——每分鐘往返次數(shù)。從式312看出壽命時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計壽命時間，符合設(shè)計要求。導(dǎo)軌行走精度：運動精度： 10μm，由于導(dǎo)軌安裝和導(dǎo)軌安裝座的設(shè)計對最終的運動精度有很大影響，所以為了保證安全和保證運動精度，提高導(dǎo)軌的等級，選擇精密級導(dǎo)軌，如表316，即P級。表316 導(dǎo)軌的行走平行度綜合，型號確定為：SSR20XV2UUC1+460LPⅡ（導(dǎo)軌的型號組成如圖311）。圖311 THK導(dǎo)軌型號構(gòu)成例 電機計算與選型在高精度機械設(shè)備的運動系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動裝置是核心，因此伺服電機的選擇就變得尤為重要，LED芯片檢測機也不例外。確定了伺服電機之后，其相應(yīng)的伺服驅(qū)動器就可以很方便的確定。由于檢測機高精度二維運動平臺的運動軸有2個，而且都采用伺服電機驅(qū)動，但是各軸電機負(fù)載形式相同，因此選擇依據(jù)和過程一樣，所以在此只選取一個典型運動軸的電機的選擇過程做介紹，其他類似。通過分析檢測機二維運動平臺的2個運動軸，可以發(fā)現(xiàn)最具代表性是下部的X軸。采用滾珠絲桿驅(qū)動，另外，在運動軸中它的負(fù)載最大，因此介紹其所配伺服電機的選擇過程。（一）電機選型依據(jù)為了達到芯片的高精度定位、快速檢測，檢測機要具有非常好的快速響應(yīng)能力，急停和急啟動，因此加在電機軸上的負(fù)載慣量的大小將直接影響電機的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度，所以檢測機伺服電機的設(shè)計選擇是根據(jù)負(fù)載來定。而電機軸上的負(fù)載主要有兩種：阻尼轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量，其中阻尼轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩。而為了滿足設(shè)備各部件運動軸的快停快啟動等快速響應(yīng)要求，電機還應(yīng)有較小的堵轉(zhuǎn)扭矩和轉(zhuǎn)動慣量，并具有盡可能小的啟動電壓和時間常數(shù)，同時，還要有較長時間的過載能力，以承受頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)和制動。另外，針對LED芯片檢測機的特殊性，其運動軸所配的伺服電機還需要能最大限度抑制機械振動，并調(diào)試簡單。（二）伺服電機品牌系列的確定對比了國內(nèi)外幾個主要的專業(yè)伺服電機品牌及其產(chǎn)品，如：安川、西門子、富士、三菱等，并對LED芯片行業(yè)設(shè)備通用電機品牌做了調(diào)研之后，結(jié)合本LED檢測機要求和結(jié)構(gòu)尺寸空間，最終在綜合考慮性能和價格的基礎(chǔ)上選擇了富士FALDicW系列小慣量GYS型交流伺服電機（富士電機選型手冊），其額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，這種電機具有調(diào)試簡單、慣量小、并能最大限度抑制機械振動等優(yōu)點。（三）伺服電機負(fù)載慣量的計算圖312 負(fù)載形式檢測機高精度二維平移臺X軸的負(fù)載慣量可分為旋轉(zhuǎn)負(fù)載和直線移動負(fù)載慣量來計算，如圖312。X軸的主要負(fù)載機規(guī)格見下表317所示。表317 X軸的主要負(fù)載機規(guī)格負(fù)載物質(zhì)量/kg25絲桿導(dǎo)程/mm5減速比1：1絲桿長度/mm370絲桿直徑/mm20絲桿材料密度/（kg/cm3）直線移動負(fù)載慣量的計算如式（313）所示： （313）式中：——直線移動負(fù)載質(zhì)量/kg； ——絲桿導(dǎo)程/mm；將表313中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（313）得： 旋轉(zhuǎn)負(fù)載（此處為絲桿）慣量的的計算方法如式（314）所示： （314）式中：——絲桿長度/cm ——絲桿直徑/cm ——絲桿材料密度/（），此處絲桿密度取。將表1數(shù)據(jù)代入公式（314）中可得： 故U軸的負(fù)載慣量為： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查詢富士FALDicW系列GYS型交流伺服電機選型手冊，負(fù)載慣量倍率應(yīng)為推薦負(fù)載慣量比的20倍以內(nèi)（部分型號30倍以內(nèi)，但是一般情況負(fù)載慣量比越小越好），可以選擇GYS201DC2TGYS401DC2T2和GYS751DC2T2。（四）加減速時間常數(shù)（短時間特性）的計算，所以在此平均分配其加速、勻速、減速時間，（62ms），將此值定為最大加減速時間常數(shù)。利用下列式（315）計算加減速時間常數(shù)： （315）式中：——電機慣量/（）； ——電機設(shè)定轉(zhuǎn)速（r/min），此處為3000r/min； ——電機最大轉(zhuǎn)矩（）， ——非平衡扭矩（）， ——摩擦扭矩（）。其中、可以通過選型手冊查詢到，、可以由下列式（316）和公式（317）求得。 （316） （317）式中：——負(fù)載質(zhì)量/kg ——配重質(zhì)量/kg，此處為0. ——重力加速度， ——驅(qū)動系統(tǒng)效率，取1 ——摩擦系數(shù)，將已知數(shù)據(jù)代入公式（316）和（317）得：非平衡力矩： 摩擦力矩： 將算得的數(shù)據(jù)代入（315）式得：