【正文】 .5 8 3 7 4 1 0 0 .0 0 5? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?1 滾珠絲杠的剛度一般要求其總變形量小于定位精度的一半，通過以上驗(yàn)算，此絲杠剛度符合要求。 39。 39。10?? 式中： 39。 單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊 ： 將螺母的內(nèi)螺紋滾道在中部的一圈上產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)程突變 ， 從而使左右端的滾珠在裝配后產(chǎn)生軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊 [11]。 雙螺母齒差式預(yù)緊：①調(diào)整方法： 在兩個(gè)螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)差為 1 的齒輪，兩個(gè)齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒 兩邊的下螺母的凸緣上有外齒，分別與緊固的螺母座 4 的內(nèi)齒圈，兩個(gè)螺母向相同方向旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，調(diào)整軸向位移。 調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。②調(diào)整方法：調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。但是，預(yù)緊載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大，通常，滾珠絲桿在出廠時(shí)，就已經(jīng)由制 造商調(diào)好預(yù)加載荷，并且預(yù)加載荷往往與絲桿副的額定動(dòng)載荷有一定的比例關(guān)系。 螺桿外徑 d 0 ( ~ ) bd d d?? 螺桿內(nèi)徑 1d 1022d d e R? ? ? 16 螺桿接觸直徑 2d 20 cosbd d d ??? 螺母螺紋外徑 D 0 22D d e R? ? ? 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D 10 ( ~ 55 ) bD d d?? 滾珠絲桿副的預(yù)緊方式 為了消除間隙和提高滾珠絲桿副的剛度，可以預(yù)加載荷，使它在過盈的條件下工作，常用的預(yù)緊方式有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊等。 表 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù) 名稱 計(jì)算公式 結(jié)果 公稱直徑 0d ―― 25mm 螺距 t ―― 4mm 接觸角 ? ―― 45176。根據(jù)以上條件初選滾珠絲杠的規(guī)格代號(hào)為 CLM2504—— 5 系列，其額定動(dòng)載荷為 10140N aC 足夠用 。 ? 15 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 最大動(dòng)載荷 QK 的計(jì)算公式如下： 3 0Q W H mF L f f F? 式中的 0L 為滾珠絲杠副的壽命，單位為 610r ， 60 60 /10L nT? 其中 T=15000h， n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算如下： 6 6 60 6 0 / 1 0 6 0 4 5 0 0 1 5 0 0 0 / 1 0 4 0 5 0 1 0L n T r? ? ? ? ? 3 63 0 4 0 5 0 1 0 1 .5 1 .0 3 .3 8 4 8 0 9 1 .0 8Q W H mF L f f F r? ? ? ? ? ? 初選滾珠絲杠副的規(guī)格時(shí)，應(yīng)使其額定動(dòng)載荷 aQCF? 。 39。對(duì)于本次的絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，計(jì)算如下； 39。 ()m L V CF K F f F F G? ? ? ? 其中 LF 、 VF 、 CF 分別為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷、垂直載荷和橫向載荷（ N）； G 為移動(dòng)部件的重力； K 和 39。通過以上導(dǎo)軌的距離額定壽命和額定小時(shí)壽命的校核，該導(dǎo)軌完全滿足設(shè)計(jì)的要求。滾珠的距離額定壽命計(jì)算公式如下： 3( ) 5 0H T C R aWf f f f CL fF? ? ? 其中查表得： ? 、 ? 、 ? 、 ? 、 ? aC = F= 33 7 . 6( ) 5 0 ( ) 5 0 5 0 9 1 . 5 21 . 0 8 5 1 . 5H T C R aWf f f f CL k mfF? ? ? ? ? ?? 小時(shí)額定壽命的計(jì)算 ， 可以通過公式： 3102 60h LL nS?? ? 其中 S 為移動(dòng)件行程長度，單位為 m， n 為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)。 激光焊接時(shí)滾珠所受的負(fù)荷只有其工件的重力，因此較小可以按最大受力情況驗(yàn)算，如下： 12 ()22ZGH GPPP ??? X方向?qū)к壍淖畲筘?fù)荷： a x ???XP Y方向?qū)к壍淖畲筘?fù)荷： 108 a x ???YP 許用負(fù)荷 2[]p kd ?? 查表得 260 /k N cm? ，考慮到制造精度，且導(dǎo)軌短， k 可提高 50%，即 k取 290 /N cm ，查表得： [ ] ? max []XPp? max []YPp? 故導(dǎo)軌滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)系統(tǒng)工作臺(tái)的使用情況，初選滾珠直徑 d=6mm，數(shù)目由 d?決定 [2]。而且整個(gè)工作臺(tái)材料采用鑄造件進(jìn)行加工以及工作臺(tái)上所用的標(biāo)準(zhǔn)件，如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。 考慮到本次設(shè)計(jì)所采用的步進(jìn)電 機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到定位精度為 的要求，所以采用齒輪降速傳動(dòng)，并通過齒輪消隙的方式來降低傳動(dòng)誤差。 由于系統(tǒng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量不大，因此選用由預(yù)加載荷的雙 V形直線滾珠導(dǎo)軌副。而控制系統(tǒng)由鍵盤及顯示器、步進(jìn)電機(jī)功率放 大器、 I/O 接口及光電隔離電路、微機(jī)部分等組成、系統(tǒng)的控制指令和加工程序則通過鍵盤來操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)信息。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)選用 MCS51 系列中的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。而我們有如下的伺服系統(tǒng)控制方式： 圖 數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制框圖 9 圖 數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制框圖 開環(huán)伺服系統(tǒng)在不大的載荷情況下一般采用的伺服電機(jī)是功率步進(jìn)電機(jī)，它并不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng) 我們所設(shè)計(jì)的這個(gè)數(shù)控工作臺(tái)要能夠廣泛應(yīng)用與各種復(fù)雜形狀的工件的焊接（切割）加工，并且噴嘴的運(yùn)動(dòng)形式受到了一些限制。并且導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。模塊化的 XY 數(shù)控工作臺(tái)，通常由移動(dòng)滑塊、導(dǎo)軌座、滾珠絲杠螺母副、伺服電動(dòng)機(jī)以及等部件構(gòu)成。這為以后我們?cè)跈C(jī)電一化行業(yè)的發(fā)展起到很好的基礎(chǔ)作用。這能夠使我們?nèi)跁?huì)貫通好理論水平和操作技能。這有利于掌握各種理論知識(shí)，直觀而深刻的理解理論的具體含義和重大意義。 本設(shè)計(jì)的意義及目的 機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)是體現(xiàn)我們大學(xué)生大學(xué)里學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力的一次很好的綜合檢驗(yàn)。能夠方便快捷的獲得信息聯(lián)系和產(chǎn)品。 高一體化：機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)和數(shù)控系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)。 高柔性化：我們說的柔性指的是機(jī)床來適應(yīng)加工產(chǎn)品變化的能力。 高可靠性：這個(gè)指標(biāo)非常的關(guān)鍵。 高速化：通過高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通訊技術(shù)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn) 。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化需求的增強(qiáng)，產(chǎn)品跟新?lián)Q代加快，這使得數(shù)控加工在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并不斷的發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。其中 伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在 X、 Y 方向的直線移動(dòng)。 激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高 [1]。這是因?yàn)榧す饩劢购蠊獍叱叽缧?，焊縫 比較 窄，為加填充金屬材料。 激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。 可進(jìn)行微型焊接 ，無機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械形變。 可焊接 高熔點(diǎn)、難熔金屑或兩種不同金屑材料 如鈦、石英等 ， 并能對(duì)異性材料施焊，效果良好 。 它 與其它焊接技術(shù)相比 而來 主要優(yōu)點(diǎn) 是： 6 變形小、深度大、速度快 。這充分體現(xiàn) 了激光焊接的先進(jìn)性。 我國激光焊接技術(shù)經(jīng)過了十余年的研究，已開始應(yīng)用于電機(jī)中的定子轉(zhuǎn)子、食品罐頭盒罐身熱軋硅鋼片、多聯(lián)齒輪、顯像管陰極、金剛石鋸片等。材料利用率可以由 40％～ 60％提升到 70％～ 80％，而且減輕了重量，提高了綜合性能。用激光將不同厚度，不同材質(zhì)，不同性能的多塊小坯料拼焊起來，再?zèng)_壓成形。這種類型的應(yīng)用也非常的廣泛了。我們可以使用激光，將其透過眼球來焊接眼球和它后面的視網(wǎng)膜。另外，我們考慮把這種 方法利用到醫(yī)學(xué)治療里面， 將其應(yīng)用于視網(wǎng)膜脫落上。 激光焊接是這些年發(fā)展起來的一種高能量的焊接方法，由于用的是激光，所以它具有通透性，即能夠通過一定的介質(zhì)。激光焊接的厚度已從零點(diǎn)幾毫米提高到 50mm，已應(yīng)用于汽車、電氣電子、航空、原子能、鋼鐵等重要工 l 部門。激光焊接的應(yīng)用開始于 1964 年，但早期 僅限于用小功率脈沖固體激光器來進(jìn)行薄小零件的焊接。隨著科技水平的不斷提高，國外在這方面的探索正在不斷的展開和深化，他們?cè)诓粩嗟奶岣咔懈钛b置的切割速度以及能夠切割鋼板的厚度值，所以國內(nèi)對(duì)這方面的探索和研究室非常有必要的。由于這種加工沒有加工時(shí)刀具損失部分的成本費(fèi) 5 用 ，所以激光切割設(shè)備可以應(yīng)用于生產(chǎn)小批量的原本不適宜加工的尺寸的部件。 激光切割設(shè)備的價(jià)格非常的貴。它對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化、科技化、智能化、高效率和環(huán)?；鸬搅酥匾淖饔?，這是材料加工領(lǐng)域的一次革命性的進(jìn)步。激光技術(shù)的產(chǎn)生讓很多的行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣，在機(jī)械加工方面的重要性越來越得到人們 的廣泛認(rèn)可。充分發(fā)揮高等院校的作用，選擇若干個(gè)重點(diǎn)院校，加強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)學(xué)科的建設(shè)。 （三）國家加大科技投入力度，加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)研發(fā)和人才建設(shè) 以高檔數(shù) 控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專項(xiàng)為平臺(tái)，利用重大專項(xiàng)資金，重點(diǎn)支持高檔數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)共性技術(shù)，以及高檔數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究。 ，扶優(yōu)扶強(qiáng)，支持骨干數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造。 ，按數(shù)控系統(tǒng)同等稅率征收進(jìn)口關(guān)稅。 ，對(duì)能夠提升國產(chǎn)中高檔數(shù) 控系統(tǒng)核心競(jìng)爭(zhēng)力和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的技改項(xiàng)目給予重點(diǎn)支持和投入。通過應(yīng)用示范，增強(qiáng)用戶選用國產(chǎn)品牌的信心。 發(fā)展國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的政策建議 ： 發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)這種關(guān)鍵功能部件，光靠企業(yè)自身很難解決，必須有國 家政策扶持或保護(hù)，并采取多方面的措施，支持我國數(shù)控系統(tǒng)自主化建設(shè)。為數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)和使用的廣大企業(yè)，大量培訓(xùn)操作使用、工藝編程、維護(hù)維修人員。 （二）以增大國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)占有份額為目的，由數(shù)控企業(yè)開發(fā)機(jī)床或成立主機(jī)廠。 針對(duì)以上的一些問題，我們逐漸開始 探索 出了 開拓國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)的途徑 ： （一）國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)主動(dòng)與整機(jī)廠合作結(jié)盟。 （四）標(biāo)準(zhǔn)問題 近年來，外國公司 試圖 將 其生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng) 變成國際標(biāo)準(zhǔn)， 將其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在占領(lǐng)市場(chǎng)份額上 。 還有一個(gè)特殊的原因，應(yīng)用進(jìn)口高端數(shù)控系統(tǒng)的企 業(yè)，可有機(jī)會(huì)出國培訓(xùn)，銷售“ 西門子系 ” 的企業(yè)技術(shù)人員待遇高還有銷售提成。 （三）品牌管理與營銷問題 國產(chǎn)品牌管理與營銷策略較之國外 的一些 知名品牌也有差距。 （二）產(chǎn)業(yè)化問題 由于以往歷次的攻關(guān)主要是從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)的問題，而不是從系統(tǒng)工程的角度去綜合考慮 影響數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的諸多 個(gè) 因素，導(dǎo)致數(shù)控技術(shù) 的 研究、開發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)脫節(jié)；數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠與主機(jī)生產(chǎn)廠脫節(jié)。究其原因，主要存在以下幾方面的問題： （一）技術(shù)問題 多年來，由于我國數(shù)控軟硬件研究開發(fā)的基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)積累少，研發(fā)隊(duì)伍的實(shí)力較弱，研發(fā)的投入力度不夠，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在質(zhì)量與穩(wěn)定性上與國外的差距較大。目前，普及型數(shù)控系統(tǒng)外國品牌仍然占據(jù)了我國 80%的市場(chǎng)份額。 與其同時(shí)我國 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) 同樣具有一定 的優(yōu)勢(shì) ： （一）價(jià)格優(yōu)勢(shì) 我國國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床比國外便宜了很多。這些企 業(yè)的發(fā)展， 使得我國的數(shù)控技術(shù)有了全面的普及 ，使我國具備了與國外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。 （一）奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 從技術(shù)水平上 來 比較，國產(chǎn)普及型數(shù)控系統(tǒng)的 性能和 國外 相 比 差不多 ， 并且 價(jià)格和服務(wù)方面 的優(yōu)勢(shì)明顯 ，可靠性 方面我們和 國 外 系統(tǒng) 的差別正在不斷的縮小?？v觀我國數(shù)控技術(shù) 50 多 年的發(fā)展歷程 ， 特別是經(jīng)過 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān) ， 總體來看取得的成績還是不小。在此階段 ， 由于改革開放和國家的重視 ， 以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ， 我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。在此階段 ， 由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的 限 制 ， 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。人工智能和數(shù)控技術(shù)的結(jié)合是今后的一大趨勢(shì)。 機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用對(duì)于數(shù)控領(lǐng)域的發(fā)展起了重要的作用。我們強(qiáng)調(diào)的工藝復(fù)合加工使工件在機(jī)床上進(jìn)行一次裝夾后，通過主軸的旋轉(zhuǎn)和刀具的自動(dòng)換刀來完成多種工序以及多個(gè)表面的復(fù)合加工。 (2) 多軸化和工藝復(fù)合加工機(jī)床的快速發(fā)展。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面： (1) 性能發(fā)展方向。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用可以說是人類進(jìn)入現(xiàn)代化以后的一次產(chǎn)業(yè)化革命。我們現(xiàn)代的機(jī)械產(chǎn)品的關(guān)鍵零部件，往往都精密復(fù)雜，加工批量小，這種不 適合 在普通的專業(yè)機(jī)床和組合機(jī)床上加工，影響產(chǎn)品的加工精度和加工 效率。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn) 。 the control system 主要符號(hào)表 III 目 錄 第 1 章 緒論 ............................................. 1 數(shù)控裝備技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ........................... 1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ......................