【正文】 17 無效行程 mm 0 18 減速比 1 表 33 THK 絲杠的精度等級(jí) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 導(dǎo)程精度與軸向間隙（予壓）： 為了得出定位精度 177。從表中可得知 C3 級(jí)，運(yùn)行距離誤差∶ 。 為了滿足 0mm 無效行程的要求 ,必須選擇軸向間隙在 0 以下的滾珠絲杠。從上所述 ,選擇 THK 絲杠予壓為 G0、精度等級(jí) C3 的精密滾珠絲杠。所以根據(jù)行程長(zhǎng)度 170mm 決定的全長(zhǎng)。 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速 3000min最高速 1m/s 時(shí)，滾珠絲杠的導(dǎo)程如（ 31）式： mm53 0 0 0 601 0 0 ??? （ 31） 因此必須選擇 5mm 或 5mm 以上的導(dǎo)程。 外徑為1 14 的絲杠軸過細(xì)， 32 以上的絲杠軸過粗，所以絲杠軸外徑暫定為 20。因此此設(shè)備滾珠絲杠的支撐方法選擇固定 支撐的方式。 圖 33 DIK 結(jié)構(gòu) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 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(jì)算：初始條件如表 36。因此，滿足這些條件的滾珠絲杠在使用上沒有問題。 圖 34 容許軸向負(fù)荷線圖 由絲杠軸的危險(xiǎn)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(xiǎn)速度，螺母軸承間的安裝方法按固定 支撐，安裝間距 mmb 270l ? （推算），絲杠軸直徑 20mm,導(dǎo)程 5mm，絲杠軸溝 槽谷徑 ? 。 12 m 3 7 3D7 0 0 0 0N ??? 由上述可見，當(dāng)絲杠軸直徑為 20mm，到功成為 5mm時(shí)，能滿足危險(xiǎn)速度和 DN值。 容許軸向負(fù)荷的探討：對(duì)基本靜額定負(fù)荷（ C0a）最小的 DIK20206型 (C0a＝ kN)進(jìn)行容許軸向負(fù)荷的探討。 NKNf s 69 0 ???，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(hào)沒有問題。對(duì)于滾珠絲杠 ,基本靜額定負(fù)荷是以軸向負(fù)荷來定義的。 Nllllll lFalFalFa 158F6543216362321311m ?????? ?????? （ 39） Nllllll lFalFalFa 1 5 8F654321535434333m2 ?????? ?????? （ 310） 由式（ 3 310） 得 Fm1=Fm2 ,所以軸向平均負(fù)荷 Fm=Fm1=Fm2=158N。 表 310 負(fù)荷系數(shù) 振動(dòng)、沖擊 速度 Fw 微小 微速時(shí) V=～ 小 低速時(shí) V=1m/s ～ 中 中速時(shí) 1V=2m/s ～ 2 大 高速時(shí) V2m/s 2～ 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，1m in20205 1000522Nm ???????? Ph lsn 。 Km3 2 0 0 0 010PhLL 65 ???? ?。 型號(hào)確定：根據(jù)上述計(jì)算和論證，根據(jù) THK 絲杠公稱型號(hào)的構(gòu)成，如圖 35，選定絲杠型號(hào)為： DIK20206RRG0+370LC3Y。 ；行程長(zhǎng)度： 240mm；導(dǎo)軌總長(zhǎng) 460mm,要求壽命： 26280h（ 3 年 24 小時(shí)）；運(yùn)動(dòng)精度： 10μ m；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(rùn)滑和防塵等。 一般說來 , 考慮到往復(fù)運(yùn) 動(dòng)可能產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，如表 311 選擇負(fù)間隙（即施加予壓） ,就能對(duì)使用壽命和精度產(chǎn)生良好的影響。 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌承受負(fù)荷時(shí) ,滾動(dòng)體、 LM 滑塊和 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌等在容許負(fù)荷范圍內(nèi)產(chǎn)生彈性變形 ,這時(shí)的變位量與負(fù)荷之比率就是剛性值。）對(duì)于 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌來說，隨著予壓量的增加 ,剛性也隨之增加。剛性：m?? / ??? 。特別在起動(dòng)停止很激烈、或切削荷重作用的場(chǎng)合 , 及因懸臂負(fù)荷所引起的大力矩作用的情況下 , 可能會(huì)對(duì) LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌產(chǎn)生意想不到的大負(fù)荷。表 312表示了靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值。 表 314 接觸系數(shù) fc 表 315 負(fù)荷系數(shù) fw 計(jì)算額定壽命： LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌即使在相同條件下制造且處于相同的運(yùn)行條件下 ，其使用壽命也多少有些差異。額定壽命指的是一批相同的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在相同條件下分別運(yùn)行時(shí) , 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(dá)到的總運(yùn)行距離。 hnl s 20700 0006052402 10LL 661 6h ???? ?????? ?? （ 312） 式 312 中： Lh—— 工作壽命時(shí)間； ls—— 行程長(zhǎng)度； n1—— 每分鐘往返次數(shù)。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 導(dǎo)軌行走精度： 運(yùn)動(dòng)精度： 10μ m，由于導(dǎo)軌安裝和導(dǎo)軌安裝座的設(shè)計(jì)對(duì)最終的運(yùn)動(dòng)精度有很大影響，所以為了保證安全和保證運(yùn)動(dòng)精度，提高導(dǎo)軌的等級(jí)，選擇精密級(jí)導(dǎo)軌，如表 316，即 P 級(jí)。 圖 311 THK 導(dǎo)軌型號(hào)構(gòu)成例 電機(jī)計(jì)算與選型 在高精度機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置是核心，因此伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要， LED 芯片檢測(cè)機(jī)也不例外。 由于檢測(cè)機(jī)高精度二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軸有 2 個(gè)，而且都采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但是各軸電機(jī)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(gè)典型運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)的選擇過程做介 紹，其他類似。采用滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)，另外，在運(yùn)動(dòng)軸中它的負(fù)載最大，因此介紹其所配伺服電機(jī)的選擇華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 過程。而電機(jī)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(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。另外，針對(duì) LED 芯片檢測(cè)機(jī)的特殊性，其運(yùn)動(dòng)軸所配的伺服電機(jī)還需要能最大限度抑制機(jī)械振動(dòng)，并調(diào)試簡(jiǎn)單。 （三）伺服電機(jī)負(fù)載慣量的計(jì)算 圖 312 負(fù)載形式 檢測(cè)機(jī)高精度二維平移臺(tái) X 軸的負(fù)載慣量可分為旋轉(zhuǎn)負(fù)載和直線移動(dòng)負(fù)載慣量來計(jì)算，如圖 312。 表 317 X 軸的主要負(fù)載機(jī)規(guī)格 負(fù)載物質(zhì)量 /kg 25 絲桿導(dǎo)程 /mm 5 減速比 1： 1 絲桿長(zhǎng)度 /mm 370 絲桿直徑 /mm 20 絲桿材料密度 /（ kg/cm3） 直線移動(dòng)負(fù)載慣量 TJ 的計(jì)算如式（ 313）所示： 2()20T SJW ???? （ 313） 式中： W —— 直線移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量 /kg； S? —— 絲桿導(dǎo)程 /mm； 將表 313 中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（ 313）得： 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 2 2 252 5 ( ) 0 . 1 62 0 3 . 1 4TJ k g c m k g c m? ? ? ? ?? 旋轉(zhuǎn)負(fù)載（此處為絲桿）慣量的 RJ 的計(jì)算方法如式（ 314）所示： 432R LJD?????? （ 314） 式中： L —— 絲桿長(zhǎng)度 /cm D—— 絲桿直徑 /cm ?—— 絲桿材料密度 /（ 3kgcm ），此處絲桿密度取 10 kg cm?? 。 （四）加減速時(shí)間常數(shù)（短時(shí)間特性）的計(jì)算 由于分揀一個(gè)芯片的周期約為 ，所以在此平均分配其加速、勻速、減速 時(shí)間，故加減速時(shí)間約為 （ 62ms），將此值定為最大加減速時(shí)間常數(shù)。 其中 MJ 、 MAXT 可以通過選型手冊(cè)查詢到， UT 、 FT 可以由下列式（ 316）和公式（ 317）求得。而且由于沒有加減速，所以電機(jī)實(shí)際的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到 3000r/min，故加減速時(shí)間常數(shù)會(huì)更小。 由于螺母和絲桿之間是精密滾珠傳動(dòng)，表面質(zhì)量和潤(rùn)滑非常好，所以其摩擦可以忽略不計(jì)，因此電機(jī)平穩(wěn)工作時(shí)， 輸出扭矩主要克服負(fù)載在導(dǎo)軌的摩擦阻力。但是 GYS751DC2T2 體積大，安裝尺寸大，容易引起運(yùn)動(dòng)平臺(tái)過高，對(duì)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不利，而且成本也高一些，考慮到平臺(tái)在工作中不會(huì)有其他外加負(fù)載，所以在 滿足設(shè)計(jì)要求的情況下選擇 GYS401DC2T2。此處采用電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)和直線導(dǎo)軌承載工作臺(tái)的方式。這個(gè)工作臺(tái)在機(jī)器調(diào)整到最佳狀態(tài)后就會(huì)固定，不會(huì)再有其他動(dòng)作，所以它不會(huì)頻繁移動(dòng)。 圖 313 絲杠螺母的安裝示意圖 而導(dǎo)軌在絲桿軸的兩側(cè)各一根，通過平臺(tái)使導(dǎo)軌滑塊，絲杠螺母固定，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)絲桿螺母直線運(yùn)動(dòng)，絲杠保證了平臺(tái)的行走精度，而導(dǎo)軌可以起到支撐和導(dǎo)向的作用，從而保證上面平臺(tái)的水平移動(dòng)的平行度和控制徑向跳動(dòng)。因?yàn)榻z杠保證了平臺(tái)的行走誤 差，而導(dǎo)軌是要保證平臺(tái)行走平行度，所以導(dǎo)軌的安裝尤為重要，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了方便導(dǎo)軌安裝和保證其安裝平行度的的一些結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌夾華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 具中重點(diǎn)介紹。一、傳感器，低層平臺(tái)上在高層平臺(tái)的行程的前后極限位置安裝光學(xué)傳感器，高層平臺(tái)上裝有擋光片，當(dāng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)擋光片擋住傳感器光路，傳感器感應(yīng)到后控制設(shè)備停車報(bào)警或進(jìn)行其他處理，從而保證不超出行程；二、硬限位，為了進(jìn)一步保證安全，在行程極限位置之外加裝了硬限位裝置，即防撞塊，在安裝板上裝有 擋塊并有橡膠緩沖墊，防止零件損傷。 XY 移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意如圖 314 所示。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 XY 移動(dòng)平臺(tái)絲杠導(dǎo)軌安裝板的設(shè)計(jì) 圖 315 絲杠導(dǎo)軌安裝板主視圖（豎放） 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 316 絲杠導(dǎo)軌俯視圖 圖 317 絲杠導(dǎo)軌安裝板左視圖 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 如圖 315， 316， 317 絲杠導(dǎo)軌安裝板，由于要保證絲杠螺母和導(dǎo)軌滑塊的安裝平面在同一平面，所以總體機(jī)構(gòu)為 U 型結(jié)構(gòu)，重要平面包括導(dǎo)軌安裝平面（ 4），馬達(dá)托架安裝平面（ 1），和絲杠支撐座安裝平面（ 3）三個(gè)平面。導(dǎo)軌的平行度誤差要求為 10μ m，由于導(dǎo)軌本身誤差有 m，導(dǎo)軌和導(dǎo)軌安裝 面（導(dǎo)軌靠面）的累積平行度誤差應(yīng)小于 10μ m，即設(shè)計(jì)平行度誤差小于 10μ m。導(dǎo)軌靠面以底面（ C 面）和端面（ B 面）為基準(zhǔn)加工，要求Ⅰ處導(dǎo)軌靠面給以垂直度的要求。電機(jī)軸和絲杠軸由聯(lián)軸器連接，電機(jī)軸和絲杠軸要求同軸，馬達(dá)托架由銷釘進(jìn)行定位，用來保證馬達(dá)托架的位置。 馬達(dá)托架的設(shè)計(jì) 馬達(dá)托架，如圖 320 是把電機(jī)固定在絲杠導(dǎo)軌安裝板上的結(jié)構(gòu)，主要的功能要求是要保證電機(jī)軸和絲杠導(dǎo)軌軸的同軸度。在兩邊分別加筋板使零件的受力得到優(yōu)化。絲桿螺母和導(dǎo)軌滑塊是直接的運(yùn)動(dòng)傳遞部件，其精度（包括制造和安裝）直接決定整個(gè)平臺(tái)的精度，因此材料的選擇和加工工藝的設(shè)計(jì)要求很高，但決定平臺(tái)運(yùn)行精度的另一個(gè)關(guān)鍵因素是構(gòu)件的裝配精度。因此關(guān)鍵構(gòu) 件的高精裝配方法以及放置這些關(guān)鍵構(gòu)件的底座的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)是平臺(tái)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，對(duì)于 LED 芯片檢測(cè)機(jī)這種高速高精設(shè)備更是如此。 對(duì)于高精零部件，特別是位置精度要求較高的構(gòu)件，怎樣達(dá)到和保持精度是難點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)重點(diǎn)。加墊片在設(shè)備機(jī)械精度調(diào)整中使用比較普遍，無論是全尺寸調(diào)整還是局部調(diào)整，效果都較好，由于其厚度尺寸可以按需加工，因此從理論上講可以達(dá)到任何精度要求，但是墊片加工是一 個(gè)難題，特別對(duì)于較薄的墊片。銷定位一般用于平面接觸零件，其優(yōu)點(diǎn)是能夠長(zhǎng)時(shí)間保持定位精度，但缺點(diǎn)是要破壞零件，而且銷與銷孔有配合要求，銷孔加工精度要求較高，所以銷定位不適合于經(jīng)常拆卸的零件聯(lián)結(jié)。 導(dǎo)軌與滑塊的聯(lián)結(jié)形式有半圓柱和燕尾槽式，導(dǎo)軌安裝的好壞，直接影響滑塊在其上的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和平順性，進(jìn)而影響平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度。 通常專業(yè)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家已經(jīng)在導(dǎo)軌上加工了螺釘孔，所以導(dǎo)軌和底座平臺(tái)一般采用內(nèi)六角螺釘聯(lián)結(jié)。而螺釘不具備定位功能，因此如何保證或者修調(diào)導(dǎo)軌的直線度和兩導(dǎo)軌的平行度是難點(diǎn)。對(duì)于改進(jìn)安裝座的結(jié)構(gòu)，目前采用較多的方法是將導(dǎo)軌的安裝面設(shè)計(jì)為直角形，圖 321 所示，或者沉槽形式，設(shè)計(jì)時(shí)提高導(dǎo)軌靠面和安裝面的平面度和二者之間的垂直度要求，并提高兩根導(dǎo)軌安裝靠面的平行度要求。但是由于加工誤差和零件本身的工藝性問題，安裝座的導(dǎo)軌安裝面和靠面不可能整個(gè)尺寸范圍內(nèi)全部達(dá)標(biāo)，因此避免不了在導(dǎo)軌安裝時(shí)進(jìn)行小范圍內(nèi)修調(diào)，這就只能使用外在工具解決。對(duì)于導(dǎo)軌沿導(dǎo)軌靠面出現(xiàn)的安裝誤差或者導(dǎo)軌靠面的加工誤差，雖然也能通過刮研和添加墊片解決，但由于螺釘施加的是 Z 向的壓力，這個(gè)方向主要是摩擦力，相對(duì)較小，因螺釘和螺孔之間有較大間隙（相對(duì)于精度要求），當(dāng)滑塊帶動(dòng)平臺(tái)在導(dǎo)軌上反復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，易造成導(dǎo)軌側(cè)向移動(dòng)，使原來調(diào)整的精度丟失，因此必須找到一個(gè)能夠保持精度的方法。在安裝導(dǎo)軌時(shí)，可以一邊用千分表測(cè)量?jī)蓪?dǎo)軌的平行度， 一邊擰緊壓塊上的螺釘，直到達(dá)到平行度要求為止，螺釘最好加彈墊圈以防松動(dòng)，壓塊的間距可以根據(jù)實(shí)際確定。即使導(dǎo)軌使用后需要重調(diào)精度，也可以很