【導(dǎo)讀】展，成為了一門多學(xué)科交叉的系統(tǒng)技術(shù)。而數(shù)控工作臺(tái)正是這一技術(shù)的典型應(yīng)用。以一維數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)為例，清晰闡述了此類工作臺(tái)的一般設(shè)計(jì)方法。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。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)。算進(jìn)行了計(jì)算選型，同時(shí)對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了校核。最后運(yùn)用Pro\Engineer三維造型。圖及工作臺(tái)裝配圖的二維圖設(shè)計(jì)。到要求，為下一步進(jìn)行更精確的精度分析奠定了基礎(chǔ)。

　　

【正文】 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁(yè) =36N （ 6）額定壽命 Ln 根據(jù)軌道的額定壽命計(jì)算公式（假定 fw=） ， ， 綜上所述，在前面所述的使用條件的導(dǎo)軌的壽命為 LM 滑塊 的 837444km 。 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)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。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓 等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合 。 無(wú)刷電機(jī)體積小 、 重量輕 、 出力大 、 響應(yīng)快 、 速度高 、 慣量小 、 轉(zhuǎn)動(dòng)平滑 、 力矩穩(wěn)定 、 控制復(fù)雜 ， 容易實(shí)現(xiàn)智能化，適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。 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。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)選型原則和方法 現(xiàn)代機(jī)電行業(yè)中經(jīng)常會(huì)碰到一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)電機(jī)的動(dòng)力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動(dòng)裝置是許多機(jī)電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)，然后再?gòu)闹邪磧r(jià)格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇最適合的電機(jī)。 （ 1）傳統(tǒng)的選擇方法 這里只考慮電機(jī)的動(dòng)力問題，對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)用速度 v（ t)、加速度 a（ t）和所需外力 F（ t）表示，對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用角速度 ω（ t），加速度 α（ t）和所需扭矩 T（ t）表示，它們均可以表示為時(shí)間的函數(shù)，與其他因素?zé)o關(guān)。很顯然，電機(jī)的最大功率 P 電機(jī)最大 應(yīng)大于工作負(fù)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(shí)際的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中它們是受限制的。用 ω 峰值 ， T 峰值 表示最大值或者峰值，電機(jī)的最大速度決定了減速器減速比的上限， n 上限 =ω 峰值，最大 /ω 峰值 ，同樣，電機(jī)的最大扭矩決定了減速比的下 限，即 n 下限 =T 峰值 /T 電機(jī)，最大 ，如果 n 下限 大于 n 上限 ，選擇的電機(jī)是不合適的。反之，則可以通過對(duì)每種電機(jī)的廣泛類比來(lái)確定上下限之間可行的傳動(dòng)比范圍。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]。 （ 2）新的選擇方法 一種新的選擇原則是將電機(jī)特性與負(fù)載特性分離開，并用圖解的形式表示，這種表示方法使得驅(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。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；有關(guān)動(dòng)力的各個(gè)參數(shù)均可用圖解的形式 表示并且適用于各種電機(jī)。因此，不再需要用大量的類比來(lái)檢查電機(jī)是否能夠驅(qū)動(dòng)某個(gè)特定的負(fù)載 在電機(jī)和負(fù)載之間的傳動(dòng)比會(huì)改變電機(jī)提供的動(dòng)力荷載參數(shù)。通常，應(yīng)用有如下兩種方法可以找到這個(gè)傳動(dòng)比 n，它會(huì)把電機(jī)與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來(lái)。一是從電機(jī)得到的最大速度小于電機(jī)自身的最大速度ω 電機(jī)，最大 ；二是電機(jī)任意時(shí)刻的標(biāo)準(zhǔn)扭矩小于電機(jī)額定扭矩 M 額定 [13]。 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（ Nm） （ ） 滾珠絲杠副預(yù)加載荷 FP產(chǎn)生的摩擦力矩 TP（ Nm） （ ） ① 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 TF （ a）空載起動(dòng)時(shí)， F=μWg= 100 = （ b）加速運(yùn)動(dòng)時(shí)， F=μWg+ Wa= 100 +100 = ②滾珠絲杠副預(yù)加載荷 FP產(chǎn)生的摩擦力矩 TP （ 2）負(fù)荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JL（ kgm2）及傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 L（ kgm2）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。 （ ） 得出： （ 4）電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tr 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 38 頁(yè) （ ） 得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 5）電機(jī)連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩 （ ） 得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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=m Tr= Nm 額定轉(zhuǎn)矩： Tm0= Nm Tm= N 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)。在此選用增量式編碼器。 聯(lián)軸器 根據(jù)其特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用彈性膜片聯(lián)軸器。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 。 ② 相對(duì)于其他形式伺服馬 達(dá)聯(lián)軸器，剛性更高 。 ② 具有較好的 隔熱性能。 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(dòng)慣量。 潤(rùn)滑及密封 （ 1）潤(rùn)滑 在高速旋轉(zhuǎn)和磁場(chǎng)環(huán)境下，可以使用潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑。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。為此，在這種情況下，請(qǐng)使用固體潤(rùn)滑劑。固體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性能因使用條件不同而會(huì)發(fā)生很大的差異，所以在使用時(shí)，需要選擇最合適的固體潤(rùn)滑劑。 為使?jié)L珠絲杠副能充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式主要有兩種，即潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油。 ①潤(rùn)滑劑的 補(bǔ)充方法 不使用專 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。在補(bǔ)充潤(rùn)滑劑前，請(qǐng)事前將舊 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 40 頁(yè) 潤(rùn)滑劑以及周圍的臟物等擦拭干凈，然后再補(bǔ)充新的潤(rùn)滑劑。沒有附帶潤(rùn)滑劑注入口時(shí)，可以直接將潤(rùn)滑劑涂在導(dǎo)軌上或者螺桿的軌道內(nèi)。為了使?jié)櫥瑒┻M(jìn)入滑塊或者螺母內(nèi)部，盡可能卸下密封蓋等，并請(qǐng)?jiān)谛谐谭秶瑒?dòng)幾次，使?jié)櫥瑒┓植季鶆颉? ②潤(rùn)滑劑的補(bǔ)充量 補(bǔ)充一次潤(rùn)滑劑后，通常可以保持使用很長(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。具備專用的補(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。這樣就可以不浪費(fèi)潤(rùn)滑劑 ， 并保證直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠高效地潤(rùn)滑。 （ 2）密封 滾珠絲杠副與滾動(dòng)軸承一樣，如果污物及異物進(jìn)入就很快使它磨損，成為破損的原因。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)。 另外，如沒有異物，但有浮塵時(shí)可在滾珠螺母兩端增加防塵圈。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 41 頁(yè) 結(jié) 論 本 文 根據(jù)設(shè)計(jì)要求及各部件參數(shù)對(duì)一維數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及校核及部件選型，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)條件。 數(shù)控工作 臺(tái)設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)計(jì)算過程遵循此類零部件的一般選型計(jì)算方法及步驟，對(duì)其中的主要參數(shù)都進(jìn)行了計(jì)算校核。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，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。 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)。最后本設(shè)計(jì)運(yùn)用 Pro/ENGINEER 進(jìn)行了進(jìn)給系統(tǒng)加減速運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)分析，系統(tǒng)速度等參數(shù)符合設(shè)計(jì)條件。 本設(shè)計(jì)只對(duì)各部件參數(shù)進(jìn)行了初步的計(jì)算，而在實(shí)際運(yùn)用過程中會(huì)有其他影響工作臺(tái)系統(tǒng)精度的因素如機(jī)械振動(dòng)、熱交換等，因此今后要運(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。 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。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神以及精益求精的工作作風(fēng)深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予 我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 在此我還要感謝我的同學(xué)， 從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有很多可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友都給了我無(wú)言的幫助，正是由于他們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。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。 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)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 43 頁(yè) 參考 文獻(xiàn) [1] 王淑坤 .滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)定位精度分析 [D].大連：大連理工大學(xué)， 2021. [2] 田振亞，高東強(qiáng) .二維 數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) .機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 [J]， 2021，第 2 期： 179180. [3] 王林鴻 .數(shù)控工作臺(tái)的組成與混合模型 .南陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào) [J]， 2021，第 3 卷第 2期： 3435. [4] 戴蓉，謝鐵邦 .新型一維位移工作臺(tái)的設(shè)計(jì)及特性分析 .光學(xué)精密工程 [J]， 2021，第 14 卷第 3 期： 428429. [5] 胡秋 .數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .機(jī)床與液壓 [J]， 2021，第 6 期： 5556. [6] 南京工藝裝備公司精密滾珠絲杠副參數(shù)樣本 . [7] 張慶濤，逄玲 .淺談滾珠絲杠的設(shè)計(jì) .研究與探索 [J]， 2021 第 1 期： 178. [8] FGA 角接觸推力球軸承參數(shù)樣本 [9] NSK 直線導(dǎo)軌參數(shù)樣本 . [10] 劉曙光 .滾柱直線導(dǎo)軌副的力學(xué)性能分析 [D].武漢：華中科技大學(xué)， 2021. [11] 耿寶龍 .滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副摩擦分析及試驗(yàn)方法研究 [D].武漢：華中科技大學(xué)，2021. [12] 肖劍，馬自勤 .機(jī)床伺服電機(jī)的選型方法分析 .機(jī)械研究與應(yīng)用 [J]， 2021， 0048（ 02）： 48. [13] 孫穎 .淺談在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中伺服電機(jī)的選取 .民營(yíng)科技 [J].2021 年第 9 期： 22. [14] 三菱電機(jī)參數(shù)樣本 .