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中文譯文 一個激光束加工（LBM方法）數(shù)據(jù)庫的切割瓷磚 摘要 本文介紹了使用CO2laser切割機(jī)市售瓷磚切割，以期產(chǎn)生的激光束加工（LBM方法）數(shù)據(jù)庫，其中包含其成功的關(guān)鍵參數(shù)信息對象處理。各種激光切割參數(shù)進(jìn)行了研究，將產(chǎn)生一個瓷磚切割這需要最小的后處理。各種屏蔽氣體多通切割和水下切割。 關(guān)鍵詞：二氧化碳，激光切割，陶瓷材料，先進(jìn)制造工藝 1.介紹和背景 瓷磚切割手工方法非常類似于玻璃，即劃線用鎢硬質(zhì)合金刀具材料的傾斜，由一個彎矩沿劃線應(yīng)用控制破裂之后開始。然而，手工技術(shù)僅限于直線切割和較大半徑的削減。內(nèi)部和削弱型材生產(chǎn)幾乎是不可能單獨(dú)與得分（與內(nèi)部圈子可能例外），更復(fù)雜的方法將適用于有實(shí)現(xiàn)這些配置文件。傳統(tǒng)上，金剛石鋸片，流體力學(xué)（水射流）或超聲波加工用于制造形狀復(fù)雜的陶瓷磚，但這些過程是非常耗時和昂貴。例如，典型的鉆石鋸切割速度在20 mm每分最小 [1]的順序，而氧化鋁超聲波鉆孔每孔30 s需要[2]。 最關(guān)鍵的因子是二氧化碳激光切割瓷磚的使用所產(chǎn)生的裂縫損傷，基本上是在陶瓷基片內(nèi)造成一個高溫度梯度在切割過程。這些裂縫的強(qiáng)度，并減少對臨界裂紋增長，這可能會導(dǎo)致部分或完全的瓷磚基板[3]故障源。因此,一個過程,減少誘發(fā)裂紋的形成是為現(xiàn)實(shí)的商業(yè)利用激光切割瓷磚最重要的。 2 激光切割參數(shù) 任何材料激光加工都是是一個復(fù)雜的過程，涉及許多不同的參數(shù)，這都需要在配偶工作，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的加工操作[4]，參數(shù)，如：（一）激光電源輸入;（二）的重點(diǎn)設(shè)置;（三）協(xié)助氣體種類和壓力;（四）噴頭配置;（五）工件厚度;（六）運(yùn)動物理屬性。在作者的部門此前的研究[1,5,6]也證明了在有效的激光切割上述參數(shù)臨界。 2.1激光功率 激光功率取決于激光的類型。對于本文的工作報告，一費(fèi)倫蒂數(shù)控激光切割機(jī)MF400受雇于，在400瓦特額定輸出功率，但由于升級，束功率達(dá)到最大520和530間W的連續(xù)波（CW）切割模式。激光也有工作能力，在脈沖模式（PM）和超脈沖模式（SPM的，圖1。）。為了確定在操作等效功率脈沖輸出，脈沖功率圖是在配合使用的下列基本方程： 圖1 切割方法 雖然激光切割機(jī)可經(jīng)營50間和5000赫茲，500赫茲的頻率被推薦的價值在以往的工作[1,5]。由于此設(shè)置被證明是成功的，只有到其他頻率進(jìn)行了有限度的調(diào)查（250赫茲，750和100赫茲）。 2.2 切割速度 工作上用的數(shù)控激光切割機(jī)的費(fèi)倫蒂M(fèi)F400使用了10000mm每分鐘最大進(jìn)給速度。以前的工作[6]如上所述，飼料率6000mm每分鐘一被證明是不穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)化測試。最佳切割速度與功率設(shè)置，更重要的變化，隨著工件的厚度。 2.3 保護(hù)氣體種類和壓力 壓縮空氣，氬氣，氮?dú)夂脱鯕獗挥脕碜鳛閾跫茪怏w切割過程中，與P最大約等于4條。不同的屏蔽氣體被用來檢測處理后其對切割質(zhì)量的影響，因?yàn)椴粌H保護(hù)氣體冷卻和切割邊緣并移除熔融材料，但也產(chǎn)生與基體材料的化學(xué)反應(yīng)[7]。這個化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果不同的保護(hù)氣體為每個使用的類型。對于不同的測試目的磷含量在0.5至2.5巴的步驟，然后在步驟由2.6至0.2巴最大達(dá)到氣體的壓力。 2.4 噴嘴配置 噴嘴直徑直接有助于達(dá)到的最大氣體壓力，從而對氣體的質(zhì)量流速為切割經(jīng)濟(jì)學(xué)的重要，特別是使用氬氣和氮?dú)怃撈?。噴嘴出口的只有圓形剖面可用（0.6 毫米≤Ns≤20毫米），但這個統(tǒng)一的噴管的幾何形狀允許在任何方向切割。 2.5 噴嘴高度和重點(diǎn)定位 在成立該噴嘴高度應(yīng)依該聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的地位激光切割機(jī)的費(fèi)倫蒂M(fèi)F400僅擁有（升級前原本是一個短46毫米焦距可）一個110毫米長焦距的長度，這可能是由正負(fù)5毫米改變。如果噴嘴高度被錯誤地設(shè)置梁將'夾'的噴嘴，減少功率輸出相當(dāng)于工件。對于大部分的檢驗(yàn)重點(diǎn)高度設(shè)置，以便重點(diǎn)是'在工作'，即工件的頂面。這種情況顯然管轄上述工件噴嘴的位置。 3 實(shí)驗(yàn)過程 六硅類型：氧化鋁基陶瓷磚進(jìn)行了研究（表1），從不同的countries.Note的是，各種瓷磚組成，厚度一樣起源，但都具有一個表面釉在7.5的情況下，8.6和9.2毫米西班牙瓷磚的釉層雙層。 3.1 設(shè)置程序 由于是一個標(biāo)準(zhǔn)的測試條件的需要，實(shí)施下列程序測試開始前的：（一）驗(yàn)證，束功率為規(guī)范，即520-530 W于滿功率（連續(xù)）開發(fā)的，雖然這下降到50瓦約1小時的測試;（二）噴嘴和焦鏡頭被檢查，以確保其處于良好狀態(tài)的，即清潔，完好;（三）保護(hù)氣體的壓力調(diào)節(jié)器和保護(hù)氣體坦克被打開為了防止損壞的焦點(diǎn)鏡頭;（四）激光束中心內(nèi)使用的噴嘴下午一'廣場測試'，以較低的能源投入被用于切割低碳鋼上，閃著火花的密度，從一個正方形切割產(chǎn)生被檢查，看它是否是同樣關(guān)注的淘汰線分布;及（五）的焦點(diǎn)是確定其所需的定位，即'在工作'。 表1 使用瓷磚的類型 3.2 測試 直線測試（SLT）的被用于評估全面通過切割（FTC）的激光參數(shù)的變量。角切割配置為探討如何在緊張的幾何材料切割反應(yīng)。圓方檢定測試和設(shè)計，確定了從切割各種幾何形狀的影響造成的。為兩個獨(dú)立的參數(shù)對一試件允許這個工作隊的聯(lián)合試驗(yàn)完成后，結(jié)果在場自動在'切割矩陣'中所形成的削減形式。 P和V是最重要的激光參數(shù)，因?yàn)樗鼈儧Q定了每單位的能源投入量的切割長度，因此他們對這個工作隊配對，因?yàn)槭荘和Ns的管轄之盾氣體的質(zhì)量流量。 對于光伏測試運(yùn)行時，功率保持不變，而切削速度增加沿切割恒定的切削長度切割速度，必須有足夠的規(guī)模，以適應(yīng)加速或減速的變化之間的數(shù)控表減速：以前的工作[6]指出，50毫米是足夠的。解釋結(jié)果是比較容易，因?yàn)樗鼈儽砀裥问?，與'切割矩陣'清楚顯示任何趨勢或模式發(fā)生由于參數(shù)設(shè)置的變化。這個工作隊還允許大量的削減進(jìn)行了很短的時間框架了。這證明有利，因?yàn)榧す馔S時間的漂移，從它的初始設(shè)置。必須采取預(yù)防措施，避免定位于從連續(xù)加熱接近切割瓷磚作為一個瓦體溫度的變化，由此產(chǎn)生的任何數(shù)據(jù)將無效。最初，削減20毫米之間，采用分離，這足以證明。為了研究如何關(guān)閉削減可能作出相互之間的切割分離，減少了2毫米遞增，從最初的20毫米間距。在這個工作隊的其他激光參數(shù)都必須保持不變[6]。對于P與五，f被500赫茲舉行與NS1.2毫米和P三欄。光束焦點(diǎn)仍然在工作。從P結(jié)果：第V切割矩陣確定了切割速度固定值為后續(xù)SLT和脈沖設(shè)置。對于Ns：切割矩陣，沿噴嘴尺寸保持不變在X軸（參考圖。2（一）），而P的增加0.2桿2桿的步驟，在Y軸（切分離常數(shù)保持在20毫米）。新矩陣其后創(chuàng)建每個噴嘴的大小。角測試（圖2（b））被用來研究如何切料反應(yīng)持續(xù)曝光從期間的'緊'加工的激光束幾何（即有幾個削減在接近接近的除外）。測試中提到的接近為普通話機(jī)決定如何關(guān)閉平行線可切割給對方，而角測試是用來確定效果如何切割銳角切割質(zhì)量。從一個角度切工件減少從45°?10°，對應(yīng)的表面光潔度質(zhì)量（SFQ）指出。 有兩個原因進(jìn)行平方和循環(huán)測試（圖2（c）和（d））：第一，確定對激光束引入優(yōu)化方法內(nèi)部切割型材;其次，以確定是否有是任何維度的大小限制方形或孔切。如果不能正確介紹，激光光束會導(dǎo)致內(nèi)部切剖面在失敗點(diǎn)介紹，由于短暫的，但過度從切削熱梯度（即熱誘導(dǎo)休克）。因此，利用光束介紹的方法，如穿孔，復(fù)雜到一個配置文件中啟用幾何形狀進(jìn)行調(diào)查。什么也成為明顯的是在測試過程中的重要性梁位置提取輪廓和切割梁出發(fā)點(diǎn)的相對位置幾何，即無論是在一個角落里或在直邊。 圖2 測試配置 ：（a）；直線測試（b）；角測試（c）；循環(huán)測試（d）; 方檢定 3.3 多通和水下切割 多道切割是一個低功率（P=100瓦）的激光束開始。在第一階段產(chǎn)生了良好的基體中定義的盲縫，接著由第二通過削減更深，等等。這個過程重復(fù)直到切口約20毫米深，然后激光功率為500瓦和切換到做最后的聯(lián)邦貿(mào)易委員會。多通采伐的目的是要減少能源使用的投入少，每單位長度的熱過載。在這個測試中使用的參數(shù)列于表2。 表2 多道切削參數(shù) 水下切割與目標(biāo)進(jìn)行降低周圍地區(qū)的熱切割的影響并還審議了關(guān)于通過切割質(zhì)量的影響加快散熱使用水[8]。陶瓷瓦劃歸水和噴嘴還浸在水中，防止保護(hù)氣體壓力任何進(jìn)入水射流噴嘴室。 4 切割質(zhì)量 材料特性，激光參數(shù)和工件幾何均對最終結(jié)果產(chǎn)生重大影響激光切割工藝。本質(zhì)特征是切割質(zhì)量表面粗糙度和糟粕的高度，而裂紋長度決定了強(qiáng)度降低襯底（圖3）。在整體SFQ釉表面被列為按規(guī)模分級列于表3。因此，對切割質(zhì)量表面和邊緣進(jìn)行測量與尊重的：（一）表面粗糙度;（二）表面光潔度和;（三）糟粕堅持。 圖3 用于激光切割瓷磚的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 圖4 Ra的測量切面 4.1 表面粗糙度 重要的是要測量表面粗糙度為這使切割質(zhì)量的同時要衡量從以往的工作中獲取的值[1]和價值觀其他錄得制造工藝。由于大量的削減正使得有必要減少裁員數(shù)量進(jìn)行分析。因此，與SFQ小于2沒有測量被削減。 砍掉了邊緣表面粗糙度的特點(diǎn)由條紋線形成的左側(cè)切削過程Ra值測定從中心線的切緣（圖4）。測量結(jié)果接管了12.5毫米的手寫筆與導(dǎo)線截止2.5毫米，即價值采取了五種讀在穿越，這保證了手寫筆走超過合理數(shù)量的紋線。 4.2 殘渣 堅持渣直接影響了Ra值削減和能力，消除內(nèi)部切割的幾何形狀。一微米是用來衡量在其糟粕高度三沿切節(jié)間隔。糟粕高度一直相當(dāng)穩(wěn)定（約1毫米）與所有類型的切割。由于此值被認(rèn)為是沒有實(shí)際意義，它不是記錄在數(shù)據(jù)庫。 5 結(jié)果 表4包含目前雷射加工切割數(shù)據(jù)庫這是從結(jié)果匯編瓷磚工作本文報道。第一部分表包含襯底參數(shù)和結(jié)果大氣中削減，而水下的結(jié)果切列在第二部分。 5.1 參數(shù)影響 5.1.1 切割速度 對于較薄的磚（ts<7毫米）的P：第V切割矩陣顯示與SFQ一聯(lián)邦貿(mào)易委員會廣泛的地區(qū)。在巴西的瓷磚案（3.7毫米的TS）聯(lián)邦貿(mào)易委員會是獲得的切割高達(dá)2200毫米的速度1分鐠上下0.5（與減少的速度）在f500赫茲。這個地區(qū)在減少與增加瓷磚厚度，并與身體的顏色發(fā)紅（一般的厚磚體顏色較深）。圖5顯示了最大切割速度為聯(lián)邦貿(mào)易委員會隨徘徊。在'指數(shù)'的關(guān)系得到同意與以前的工作[6]不同材料如鋼材，木材和有機(jī)玻璃。切割矩陣還表明，一旦切割速度超過價值觀為達(dá)到美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會，劃線或盲目切割效果。 圖5 Vmax隨Ts的變化 5.1.2 脈沖 脈沖為所有，但厚厚的西班牙瓷磚的激光是不是必須的，因?yàn)檫B續(xù)設(shè)置產(chǎn)生切斷與一個良好的SFQ分級。在成功獲得美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會公關(guān)]巴西0.4瓦，但是如此之低的，在實(shí)際意義上，設(shè)置是不可行的。論梁厚脈沖西班牙瓷磚是必需的，連續(xù)引起了釉裂。這可能是由于輸入的能量單位的切割長度超過熱膨脹引起的熱沖擊率不同的釉料充分從父項瓦。由于激光脈沖的能量輸入的減少約25瓦，每下降0.1在箴在f500赫茲，表面釉裂幾乎消失在公關(guān)0.6和最佳的切割速度，雖然微小在切邊仍然裂縫（的0.5毫米寬的順序排列）仍然存在。 5.1.3 氣體壓力 此參數(shù)對質(zhì)量有很大影響，削減的速度，可以作出成功。以前的工作[2]已經(jīng)表明，高瓦斯壓力被要求實(shí)現(xiàn)厚基板（聯(lián)邦貿(mào)易委員會的TS\7毫米）。這證明了取得的成果在P：南北切割矩陣。高品質(zhì)被削減在薄磚（tsB6毫米）實(shí)現(xiàn)在氣體壓力2個酒吧，但在雙層玻璃，厚磚值SFQB3沒有實(shí)現(xiàn)，除非p\ 3吧。在低壓力（pB2.5欄），最大切割速度為聯(lián)邦貿(mào)易委員會的大幅下降，當(dāng)氣體中的角色失敗糟粕清晰。在連續(xù)下跌巴西瓷磚的Vmax從2200 mm最小的酒吧在P1到3.8分鐘一1500毫米在P3條。在表面釉裂也增加成為在低氣壓明顯。導(dǎo)致這結(jié)論是，保護(hù)氣體為冷卻劑的作用從而有助于最大限度地減少大熱梯度創(chuàng)建的光束。 5.1.4 氣體種類 壓縮空氣為前面的推薦工作[1]證明了在適當(dāng)?shù)娜廴诓牧先コ浞艧嵝阅懿皇苋魏尾焕挠绊懸陨系拇纱u厚度齊全。切割使用惰性氣體氬氣和氮?dú)猱a(chǎn)生更好的結(jié)果，尤其是后者，因?yàn)樗洚?dāng)高效冷卻劑[9]。與SFQ1高品質(zhì)的削減生產(chǎn)了較厚的瓷磚在最佳的360毫米分鐘1切削速度在CW模式。然而，當(dāng)使用所需的高瓦斯壓力，一缸氮?dú)饣驓鍤馐怯脕硌杆佟? 5.1.5 噴嘴尺寸 這個參數(shù)直接關(guān)系到P（即噴嘴尺寸越小越高的索取壓力）。表5顯示了最大的實(shí)現(xiàn)盾與相應(yīng)的噴嘴氣體壓力的大小當(dāng)使用壓縮空氣。噴嘴直徑大于1.5 mm的漠視Pmax的不足。直徑較小的噴嘴產(chǎn)生更好削減較高的切削速度。 5.1.6 聯(lián)絡(luò)點(diǎn)定位 在測試過程中梁的焦點(diǎn)仍在工作中，即表面上。切斷與充足SFQ分級取得了與此設(shè)置。調(diào)查顯示，通過降低進(jìn)入的焦點(diǎn)工作的'殘渣'殘留降低，在提高焦點(diǎn)距離為失去工作的美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會梁德為重點(diǎn)。因此，基于實(shí)際理由，焦點(diǎn)仍然在工作。 5.1.7 多道切割 厚瓦片被切斷成功的多通法無切割質(zhì)量退化。由于低功率激光束，溫度梯度在瓦大大減少，從而物質(zhì)損失減少到最低限度。這種方法也可以用來處理有任何骨折較厚的陶瓷。然而，多道切割已成為一個明顯的劣勢非常耗時的過程，并會證明不符合經(jīng)濟(jì)原則在商業(yè)基礎(chǔ)上。 5.2 實(shí)質(zhì)影響 較深的體密度和瓷磚的重，他們保留在切割時比白人身體更熱瓷磚。分析如何實(shí)施的切割是不可能的，因?yàn)榇纱u的厚度也增加身體的顏色變暗，在厚度增加掩蓋對材料的成分任何效果。在瓷磚的材料組成部分并不相同。這是否是由于特定的瓷磚制造工藝是未知的，但結(jié)果削減聯(lián)邦貿(mào)易委員會是一個損失的，即使在最佳切削速度。 釉損害是在評估減少的重要因素質(zhì)量。在所有，但厚釉磚損傷即使在最小的貧困參數(shù)設(shè)置。例如，用7.5毫米為最西班牙瓷磚SFQ53用壓縮空氣削減，雖然氮生產(chǎn)更好的價值。與此問題是后一種類型瓷磚有雙層釉。沒有出現(xiàn)開裂在較低的白色釉（類似于其他瓦），但上明確釉分裂和片狀如在瓦能量輸入或保暖性太高，巴貝羅，考夫曼和Idelsohn[10]所示釉的表面通常擁有不同的線性膨脹率到基礎(chǔ)基板。因此，大溫度梯度引起的激光光束會導(dǎo)致較低的基材，以擴(kuò)大在不同的率，導(dǎo)致釉開裂。 表3 最大壓力（壓縮空氣）的不同噴嘴尺寸 另一個重要的因素是數(shù)量控制能量輸入，并從削減散熱。該參數(shù)設(shè)置效果不佳要么損失ofFTC（這是很容易地更正），或熱休克瓷磚或表面釉（即在釉裂）。激光切割過程中容易推廣熱在切割沖擊，因此這是至關(guān)重要的控制效應(yīng)參數(shù)的正確選擇。該瓷磚的熱性質(zhì)主要是造成這個問題的，一般有一個貧窮的瓦導(dǎo)熱系數(shù)（0.9 W mk的15k51 W馬可福音1）和相對較低的共同擴(kuò)張效率（2 10 6K表15a5510 6 K表1）。 玻薄膜（或渣），涵蓋的切緣增厚，在增加和減少瓷磚基板在切割速度。在糟粕增加，因?yàn)橥吆穸仁秋@而易見的：更多的瓷磚融化，因此更糟粕的結(jié)果。該影片還厚度的糟粕通過多種多樣的削減。有兩個明顯的原因這一點(diǎn)。 首先，梁寬分道揚(yáng)鑣后聯(lián)絡(luò)點(diǎn)（即在工作了），造成了外的平坦度的削減而導(dǎo)致在一個更大的縫寬度在底部。因此，更多的家長瓦降低材料熔化切割下來。根據(jù)對激光焦距和焦點(diǎn)定位點(diǎn)，切縫寬度不等的焦點(diǎn)尺寸（約0.1毫米）到2毫米。 第二，有能力或屏蔽氣無力繼續(xù)通過削減集中噴射也出于對切緣的糟粕格局。在頂削減那里的氣體壓力仍高，氣還是針對流動，很少或沒有糟粕的黏附顯而易見，但由于切削深度增加氣流變得更加動蕩，減少壓力，因此允許更多殘渣切緣。 1 摘 要 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)是指能分別沿著X 向和Y向做進(jìn)給運(yùn)動的系統(tǒng) 是許多機(jī)電一體化 設(shè)備的基本部件 如數(shù)控車床的縱 橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X Y工作臺 激光加工設(shè)備的工作臺 電子元件表面貼裝設(shè)備等 模塊化的X Y數(shù)控工作臺 通常由導(dǎo) 軌座 移動滑塊 工作 滾珠絲杠螺母副 以及伺服電動機(jī)等部件構(gòu)成 其中伺服電動 機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠 滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)動 完 成工作臺在X Y方向的直線移動 導(dǎo)軌副 滾珠絲杠螺母副和伺服電動機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化 由專門廠家生產(chǎn) 設(shè)計時只需根據(jù)工作載荷選取即可 控制系統(tǒng)根據(jù)需要 可以選取用 標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計算機(jī) 也可以設(shè)計專用的微機(jī)控制系統(tǒng) 該設(shè)計從確定小型數(shù)控車床的方案入手 設(shè)計進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖和主要零件圖 確定 數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)后 詳細(xì)論述進(jìn)給傳動系統(tǒng)各組成部分 以及各部分的計算和選用 關(guān)鍵詞 數(shù)控車床 進(jìn)給系統(tǒng) 裝配圖 零件圖 2 Abstract The design starts with identifying the program of small CNC lathe and begins to design the system assembly drawing and the main part drawing After identifying CNC lathe system discuss the various components of the feed drive system in detail as well as part of the calculation and selection The design uses a top down design method starting from the overall structure then the components of the design In the design full use of standardization serialization universal increase interoperability easy for maintenance And improve production efficiency to meet the needs of different users Control systems for small CNC lathes which the project develops and designs with small size small footprint compact technically advanced high productivity and strong practicability It is suitable for small batch processing of small parts small enterprises electronic components manufacturing enterprises and individual enterprises the ideal processing equipment It can also be used for high secondary school technical school of electrical and mechanical specialty CNC practice experimental teaching Keywords CNC Lathe Feeding System Assembly Drawing Parts Drawing 3 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 序言 1 1 2 設(shè)計主要任務(wù) 2 2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 3 2 1 總體方案設(shè)計 3 2 1 1 概述 3 2 1 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 3 2 2 伺服電機(jī)設(shè)計 5 2 2 1 伺服電機(jī)概述 5 2 2 2 伺服電機(jī)選擇 6 2 3 滾珠絲杠副介紹 10 2 3 1 滾珠絲杠副概述 10 2 3 2 滾珠絲杠副特點(diǎn) 11 2 3 3 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 11 2 4 滾珠絲杠副設(shè)計 12 2 4 1 設(shè)計滾珠絲杠副原理 12 2 4 2 滾珠絲杠副選擇 13 2 4 3 滾珠絲杠副預(yù)緊 14 2 4 4 滾珠絲杠副校核 15 2 5 滾珠絲杠副密封與潤滑 17 2 6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用 18 2 6 1 支撐方式選擇 18 2 6 2 軸承選擇 19 2 6 3 軸承配合與潤滑 20 2 7 聯(lián)軸器簡介 20 2 8 聯(lián)軸器基本要求 21 2 9 聯(lián)軸器選擇 22 2 10 聯(lián)軸器校核 23 2 10 1 轉(zhuǎn)矩校核 23 2 10 2 銷抗剪強(qiáng)度校核 24 3 導(dǎo)軌設(shè)計 25 3 1 導(dǎo)軌概述 25 3 2 導(dǎo)軌分類 25 3 3 導(dǎo)軌選型與長度計算 25 3 4 導(dǎo)軌副技術(shù)要求 26 3 5 導(dǎo)軌的間隙調(diào)整 27 4 防護(hù)罩設(shè)計 29 4 1 基本要求 29 4 4 2 選擇設(shè)計 29 4 3 其他設(shè)計 30 4 3 1 基本要求 30 4 3 2 支撐架設(shè)計 31 總 結(jié) 32 致 謝 33 參考文獻(xiàn) 34 圖書分類號 密 級 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 MECANICAL STRUCTURE DESIGN OF CNC LATHE FEED DERIVE SYSTEM 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 院 名 稱 專 業(yè) 名 稱 指 導(dǎo) 教 師 20 年 5 月 27 日 I 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行 研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外 本論文不含 任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果 對本文的研究做出重 要貢獻(xiàn)的個人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)注 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 論文作者簽名 日期 年 月 日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集 保存 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有 徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件 和電子文檔拷貝 允許論文被查閱和借閱 徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文 的全部或部分內(nèi)容 可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫 進(jìn)行發(fā)布和檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位 論文 論文作者簽名 導(dǎo)師簽名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 I 摘 要 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)是指能分別沿著X 向和Y向做進(jìn)給運(yùn)動的系統(tǒng) 是許多機(jī)電一體化 設(shè)備的基本部件 如數(shù)控車床的縱 橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X Y工作臺 激光加工設(shè)備的工作臺 電子元件表面貼裝設(shè)備等 模塊化的X Y數(shù)控工作臺 通常由導(dǎo) 軌座 移動滑塊 工作 滾珠絲杠螺母副 以及伺服電動機(jī)等部件構(gòu)成 其中伺服電動 機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠 滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)動 完 成工作臺在X Y方向的直線移動 導(dǎo)軌副 滾珠絲杠螺母副和伺服電動機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化 由專門廠家生產(chǎn) 設(shè)計時只需根據(jù)工作載荷選取即可 控制系統(tǒng)根據(jù)需要 可以選取用 標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計算機(jī) 也可以設(shè)計專用的微機(jī)控制系統(tǒng) 該設(shè)計從確定小型數(shù)控車床的方案入手 設(shè)計進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖和主要零件圖 確定 數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)后 詳細(xì)論述進(jìn)給傳動系統(tǒng)各組成部分 以及各部分的計算和選用 關(guān)鍵詞 數(shù)控車床 進(jìn)給系統(tǒng) 裝配圖 零件圖 II Abstract The design starts with identifying the program of small CNC lathe and begins to design the system assembly drawing and the main part drawing After identifying CNC lathe system discuss the various components of the feed drive system in detail as well as part of the calculation and selection The design uses a top down design method starting from the overall structure then the components of the design In the design full use of standardization serialization universal increase interoperability easy for maintenance And improve production efficiency to meet the needs of different users Control systems for small CNC lathes which the project develops and designs with small size small footprint compact technically advanced high productivity and strong practicability It is suitable for small batch processing of small parts small enterprises electronic components manufacturing enterprises and individual enterprises the ideal processing equipment It can also be used for high secondary school technical school of electrical and mechanical specialty CNC practice experimental teaching Keywords CNC Lathe Feeding System Assembly Drawing Parts Drawing III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 序言 1 1 2 設(shè)計主要任務(wù) 2 2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 3 2 1 總體方案設(shè)計 3 2 1 1 概述 3 2 1 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 3 2 2 伺服電機(jī)設(shè)計 5 2 2 1 伺服電機(jī)概述 5 2 2 2 伺服電機(jī)選擇 6 2 3 滾珠絲杠副介紹 10 2 3 1 滾珠絲杠副概述 10 2 3 2 滾珠絲杠副特點(diǎn) 11 2 3 3 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 11 2 4 滾珠絲杠副設(shè)計 12 2 4 1 設(shè)計滾珠絲杠副原理 12 2 4 2 滾珠絲杠副選擇 13 2 4 3 滾珠絲杠副預(yù)緊 14 2 4 4 滾珠絲杠副校核 15 2 5 滾珠絲杠副密封與潤滑 17 2 6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用 18 2 6 1 支撐方式選擇 18 2 6 2 軸承選擇 19 2 6 3 軸承配合與潤滑 20 2 7 聯(lián)軸器簡介 20 2 8 聯(lián)軸器基本要求 21 2 9 聯(lián)軸器選擇 22 2 10 聯(lián)軸器校核 23 2 10 1 轉(zhuǎn)矩校核 23 2 10 2 銷抗剪強(qiáng)度校核 24 3 導(dǎo)軌設(shè)計 25 3 1 導(dǎo)軌概述 25 3 2 導(dǎo)軌分類 25 3 3 導(dǎo)軌選型與長度計算 25 3 4 導(dǎo)軌副技術(shù)要求 26 3 5 導(dǎo)軌的間隙調(diào)整 27 4 防護(hù)罩設(shè)計 29 4 1 基本要求 29 IV 4 2 選擇設(shè)計 29 4 3 其他設(shè)計 30 4 3 1 基本要求 30 4 3 2 支撐架設(shè)計 31 總 結(jié) 32 致 謝 33 參考文獻(xiàn) 34 1 1 緒論 1 1 序言 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) 是現(xiàn)代化工 業(yè)生產(chǎn) 中一門新型的 發(fā)展十分迅速的高新技術(shù) 數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表 的新技術(shù)對傳 統(tǒng)制造業(yè)和新型制造業(yè)的滲透 形成的一種機(jī)電一體化技術(shù) 這一 技術(shù)使生產(chǎn)過程中的 生產(chǎn)效率 產(chǎn)品成本及工人勞動強(qiáng)度等方面問題得以明顯改 善 特別是針對對市場化生 產(chǎn)的小批量 多品種特點(diǎn) 有無可比擬的優(yōu)勢 數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床 即能按照程序邏輯 一步步處理生產(chǎn)過程的機(jī)床 數(shù)控技術(shù)也叫計算機(jī)數(shù)控技術(shù) 目 前它是采用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù) 這種技術(shù)用計算機(jī)按事先存貯的控制程 序來執(zhí)行對設(shè)備的運(yùn)動軌跡和外設(shè)的操作時序邏輯控制功能 由于采用計算機(jī)替代原 先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置 使輸入操作指令的存貯 處理 運(yùn)算 邏輯判斷 等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn) 均可通過計算機(jī)軟件來完成 處理生成的微觀指令傳送給伺 服驅(qū)動裝置驅(qū)動電機(jī)或液壓執(zhí)行元件帶動設(shè)備運(yùn)行 制造業(yè)是作為衡量一個國家經(jīng)濟(jì)的重要指標(biāo) 體現(xiàn)了一個國家或一個民族的科技 實(shí)力 是一個時代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最明顯的突出體現(xiàn) 尤其是在最近幾十年了 發(fā)達(dá)的 資本主義國際憑借其先進(jìn)的制造技術(shù) 利用其強(qiáng)大的科技和財政實(shí)力獲得了巨大的經(jīng) 濟(jì)利益 我國的制造業(yè)起步晚 基礎(chǔ)差 但近二十年來 我國投入了巨大的人力物力 并取得了驕人的成績 但同時也要看到 我們國家的制造業(yè)和西方發(fā)達(dá)資本主義國家 的制造業(yè)還有差距 而且在某種層度上說 差距還很大 這就要求我們國家還要付出 更大的努力去提高我國的制造業(yè)在世界制造業(yè)中的地位 使我國的制造業(yè)對我國的經(jīng) 濟(jì)發(fā)展能夠發(fā)揮更大的作用 為人民和人類帶來更大的幫助 數(shù)控車床 車削中心 是一種高精度 高效率的自動化機(jī)床 配備多工位刀塔或 動力刀塔 機(jī)床就具有廣泛的加工藝性能 可加工直線圓柱 斜線圓柱 圓弧和各種 螺紋 槽 蝸桿等復(fù)雜工件 可咨詢 寧波眾鑫數(shù)控機(jī)床廠 具有直線插補(bǔ) 圓弧插 補(bǔ)各種補(bǔ)償功能 并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟(jì)效果 傳統(tǒng)的機(jī)械加 工都是用手工操作普通機(jī)床作業(yè)的 加工時用手搖動機(jī)械刀具切削金屬 靠眼睛用卡 尺等工具測量產(chǎn)品的精度的 現(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機(jī)床進(jìn)行作業(yè)了 數(shù)控機(jī)床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動對任何產(chǎn)品和零部件直接進(jìn)行加工了 數(shù)控加工廣泛應(yīng)用在所有機(jī)械加工的任何領(lǐng)域 更是模具加工的發(fā)展趨勢和重要和必 要的技術(shù)手段 數(shù)控車床又稱為 CNC 車床 即計算機(jī)數(shù)字控制車床 是目前國內(nèi)使用量最大 覆蓋 面最廣的一種數(shù)控機(jī)床 約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的 25 數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械 電氣 液壓 氣 動 微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品 是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度 高效率 高自動化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī) 控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切 削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平 的重要標(biāo)志之一 數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一 它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要 2 的位置 幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展 1 2 設(shè)計主要任務(wù) 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的主要組成部分 主要由傳動機(jī)構(gòu) 運(yùn)動變 換機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 執(zhí)行件組成 它是實(shí)現(xiàn)成形加工運(yùn)動所需的運(yùn)動及動力的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動是數(shù)字控制的直接對象 被加工工件的最終位置精度和輪廓精 度都與進(jìn)給運(yùn)動的傳動精度 靈敏度和穩(wěn)定性有關(guān) 進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 是數(shù)字控制的直接對象 被加工工件的最終坐標(biāo)位置精度和輪廓精度都與傳動結(jié)構(gòu)有關(guān) 脈沖當(dāng)量是 0 001mm 快進(jìn)速度是 1000mm min X 軸行程 100mm Y 軸行程 150mm 合理設(shè)計進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 完成進(jìn)給部件 包含滾珠絲杠螺母副 燕尾槽導(dǎo)軌 導(dǎo)軌防 護(hù)罩等 的結(jié)構(gòu)設(shè)計及總圖和零件圖 完成主傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 完成二萬字的畢業(yè) 論文及 5000 字的譯文 3 2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 2 1 總體方案設(shè)計 2 1 1 概述 主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度 沒有定值 通常是靠經(jīng)驗(yàn)值來設(shè)置 主要根據(jù)刀具和工件材 料來選擇 進(jìn)給率的增加可以提高生產(chǎn)效率 在加工過程中 進(jìn)給率也可通過機(jī)床控制 面板上的修調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整 數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào) 倍率 開關(guān) 可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整 但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度 和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制 刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容 刀具的種類及特點(diǎn) 刀具耐用度 穩(wěn)定性 材料的種類 是必須考慮的 通常還要考慮 下切步距 刀具路徑的行距 主軸轉(zhuǎn)速 加工精度等 設(shè)計一臺數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動部分的設(shè)計 綜合各方面的因素 采取 PLC 控 制 控制方式采用交流伺服 運(yùn)動控制器并采用閉環(huán)控制方案 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī) 械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠 聯(lián)軸器 工作臺面 電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動裝置的 保護(hù)性 X 軸及 Y 軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器 同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢 測開關(guān) 部分工作臺的配有原點(diǎn)檢測開光 并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制 原點(diǎn) 開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié) 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的具體參數(shù)如下 X 方向行程 100mm Y 方向行程 1500mm 工作臺面的參考尺寸 240 260mm 工作臺和工件最大物重質(zhì)量 60kg 工作臺表面滑動摩擦系數(shù)為 0 5 平均切削力 500N 快進(jìn)進(jìn)給速度 1000mm min 最高運(yùn)動速度 10000mm min 脈沖當(dāng)量 0 001mm 定位精度 0 02mm 工作壽命 每天 8 小時 工作 8 年 250 天 年 2 1 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床 主要用于加工軸 盤 套和 4 其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件 在車床上還可用鉆頭 擴(kuò)孔鉆 鉸刀 絲錐 板牙和滾花工 具等進(jìn)行相應(yīng)的加工 它是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床 銑床和鉆床等 旋轉(zhuǎn)加工的機(jī)械都是從車床引伸出來的 普通機(jī)床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史 隨著電子 技術(shù) 計算機(jī)技術(shù)及自動化 精密機(jī)械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用 生產(chǎn)了機(jī)電一 體化的新型機(jī)床一一數(shù)控機(jī)床 普 通 車 床 是 車 床 中 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 一 種 約 占 車 床 類 總 數(shù) 的 65 因 其 主 軸 以 水 平 方 式 放 置 故 稱 為 臥 式 車 床 普 通 車 床 的 主 要 組 成 部 件 有 主 軸 箱 進(jìn) 給 箱 溜 板 箱 刀 架 尾 架 光 杠 絲 杠 和 床 身 按 其 實(shí) 現(xiàn) 系 統(tǒng) 功 能 角 度 看 主 要 包 括 動 力 系 統(tǒng) 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 操 縱 和 控 制 系 統(tǒng) 傳 動 系 統(tǒng) 此 設(shè) 計 的 具 體 要 求 如 下 1 傳動機(jī)構(gòu)為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊 采用滾珠絲杠螺母 傳動副 絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速 精度要求為高精度 為提高傳動剛度和消除間隙 采用 有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu) 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動 所以能 得 到 較 高 的 運(yùn) 動 效 率 與 過 去 的 滑 動 絲 杠 副 相 比 驅(qū) 動 力 矩 達(dá) 到 1 3 以 下 即 達(dá) 到 同 樣 運(yùn) 動 結(jié) 果 所 需 的 動 力 為 使 用 滾 動 絲 杠 副 的 1 3 在 省 電 方 面 很 有 幫 助 采 用 滾 珠 絲 杠 副 滾 珠 絲 杠 直 接 與 聯(lián) 軸 器 連 接 2 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 采 用 滾 動 直 線 導(dǎo) 軌 直 線 導(dǎo) 軌 一 般 為 二 種 一 種 是 滾 動 式 一 種 是 滑 動 式 滾 動 直 線 滑 軌 是 一 種 滾 動 導(dǎo) 引 它 由 鋼 珠 在 滑 塊 與 滑 軌 之 間 作 無 限 滾 動 循 環(huán) 使 得 負(fù) 載 平 臺 能 沿 著 滑 軌 輕 易 的 以 高 精 度 作 線 性 運(yùn) 動 其 摩 擦 系 數(shù) 可 降 至 傳 統(tǒng) 滑 動 導(dǎo) 引 的 1 50 使 之 能 輕 易 地 達(dá) 到 1 m 級 的 定 位 精 度 現(xiàn) 在 滑 塊 與 滑 軌 間 的 末 制 單 元 設(shè) 計 使 得 線 形 滑 軌 可 同 時 承 受 上 下 左 右 等 各 方 向 的 負(fù) 荷 專 利 的 回 流 系 統(tǒng) 及 精 簡 化 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 使 線 性 滑 軌 有 更 平 順 且 低 噪 音 的 運(yùn) 動 滾 動 直 線 導(dǎo) 軌 副 動 靜 摩 擦 力 之 差 很 小 摩 擦 阻 力 小 隨 動 性 極 好 導(dǎo) 軌 的 導(dǎo) 向 精 度 要 求 高 圖 2 1 工作臺草圖 5 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動機(jī) 交流伺服電動機(jī) 是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一 種機(jī)器 交流伺服電動機(jī)主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一 個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成 電動機(jī)利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的 交流 伺服電動機(jī)主要由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成 其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本 相同 在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組 其中一組為激磁繞組 另一組為控制繞組 交流伺服電動機(jī)控制精度高 矩頻特性好 具有過載能力 多應(yīng)用 于物料計量 橫封裝置和定長裁切機(jī)上 工作臺草圖如上圖 2 1 2 2 伺服電機(jī)設(shè)計 2 2 1 伺服電機(jī)概述 交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分 即定子部分和轉(zhuǎn)子部分 其中定子的結(jié) 構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同 在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞 組 其中一組為激磁繞組 另一組為控制繞組 交流伺服電動機(jī)一種兩相的交流電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)使用時 激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓 Uf 控制繞組兩端施加控制 電壓 Uk 當(dāng)定子繞組加上電壓后 伺服電動機(jī)很快就會轉(zhuǎn)動起來 通入勵磁繞組及控制 繞組的電流在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向 當(dāng)任意一 個繞組上所加的電壓反相時 旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變 電機(jī)的方向也發(fā)生改變 表 2 1 交流伺服電動機(jī)的分類 特點(diǎn)及使用范圍 類型 代號 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 性能特點(diǎn) 使用范圍 籠型交流伺服電 動機(jī) SL 轉(zhuǎn)子與定子結(jié)構(gòu)與一 般籠型異步電動機(jī)相 似 但轉(zhuǎn)子一般為兩 相 且細(xì)而長 籠可用 鋁 紫銅 黃銅制成 勵磁電流較小 體積較小 機(jī)械 強(qiáng)度較高 低速 運(yùn)轉(zhuǎn)時不夠平滑 有抖動現(xiàn)象 廣泛運(yùn)用于小功率自 動控制系統(tǒng) 隨動系 統(tǒng)和計算裝置中 非磁性杯型交流 伺服電動機(jī) SK ADP 用非磁性金屬鋁 黃 銅等制成杯形轉(zhuǎn)子 杯的內(nèi)外由內(nèi)外定子 構(gòu)成磁路 轉(zhuǎn)動慣量小 運(yùn) 轉(zhuǎn)平滑 無抖動 現(xiàn)象 勵磁電流 和體積較大 用于要求運(yùn)行平滑的 系統(tǒng) 如自動裝置和 計算裝置等 FANUC 交流伺 服電動機(jī) FANUC 轉(zhuǎn)矩大 轉(zhuǎn)速低 機(jī)械特性線性度 好 低速性能良 好 可直接與絲 杠連接 用于數(shù)控機(jī)床驅(qū)動或 其他驅(qū)動系統(tǒng) 低速交流伺服電 動機(jī) SD SA ND 轉(zhuǎn)子 定子結(jié)構(gòu)與籠 型交流伺服電動機(jī)相 同 另外機(jī)殼中裝有 齒輪減速裝置 體積小 重量輕 力能指標(biāo)高 性 能好 輸出轉(zhuǎn)速 低 轉(zhuǎn)矩大 廣泛應(yīng)用于自動裝置 和計算技術(shù)裝置中作 驅(qū)動 執(zhí)行或控制元 件 6 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置 它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系 在目前 國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛 隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn) 交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中 為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢 運(yùn) 動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī) 雖然兩者在 控制方式上相似 脈沖串和方向信號 但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異 現(xiàn)就二者的使用性能作一比較 1 在整個調(diào)速范圍內(nèi) 其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)該在電動機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩的范圍以內(nèi) 2 工作負(fù)載與過載時間應(yīng)該在規(guī)定的范圍以內(nèi) 3 應(yīng)使加速度與希望的時間常數(shù)一樣 下表 2 2 為交流伺服電動機(jī)的特性實(shí)例 表 2 2 交流伺服電動機(jī)特性舉例 電動機(jī) 特性 SM 型伺服電機(jī) IM 型伺服電機(jī) 輸出功率 W 1100 1100 峰值電流 A 相 11 7 14 4 峰值電壓 V 相 68 9 79 3 功率因素 99 8 78 6 功率 91 1 82 0 電阻 0 284 1 035 感應(yīng)電壓常數(shù) min 1 rV 100 100 轉(zhuǎn)動慣量 2kg 4108 4108 6 功率變化率 s1 W 12 16 2 2 2 伺服電機(jī)選擇 2 2 2 1 伺服電機(jī)選擇原則 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置 它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系 在目前 國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛 隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn) 交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中 為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢 運(yùn) 動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī) 雖然兩者在 控制方式上相似 脈沖串和方向信號 但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異 現(xiàn)就二者的使用性能作一比較 一般電機(jī)要承受兩種形式的力矩 恒定的負(fù)載力矩和切 7 削力矩 包括摩擦力矩 加 減速力矩 步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象 振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān) 一般認(rèn)為振動頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半 這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低 頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時 一般應(yīng)采用阻尼 技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象 比如在電機(jī)上加阻尼器 或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等 交流 伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn) 即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象 交流伺服系統(tǒng)具有共振抑 制功能 可涵蓋機(jī)械的剛性不足 并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能 FFT 可檢測出機(jī) 械的共振點(diǎn) 便于系統(tǒng)調(diào)整 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制 啟動頻率過高或負(fù)載過大易 出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象 停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象 所以為保證其控制精度 應(yīng)處理好升 降速問題 交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制 驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反 饋信號進(jìn)行采樣 內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán) 一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn) 象 控制性能更為可靠 下面是選擇電機(jī)時應(yīng)滿足的條件 1 機(jī)床無負(fù)載時 加在電動機(jī)上的力矩應(yīng)小于電動機(jī)的連續(xù)額定力矩的 50 一下 否則 在切削或加速 減速時電動機(jī)就可能過熱 2 加 減速時間要短 須在電動機(jī)的允許范圍內(nèi) 通常 負(fù)載力矩幫助電動機(jī)的減 速 因此如果加速在允許時間內(nèi)完成的話 減速也可在相同時間內(nèi)完成 這樣我們只需 計算加速力矩 并在允許時間內(nèi)核算力矩在電動機(jī)的機(jī)械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi) 3 頻繁地定位和加 減速會使電動機(jī)發(fā)熱 此時需要計算出電動機(jī)承受的力矩的均 方根值 Trms 使其小于電動機(jī)的額定力矩 Tc 4 電動機(jī)以最大切削力矩運(yùn)行的時間應(yīng)在允許范圍內(nèi) 5 負(fù)載的慣量要小于電動機(jī)本身慣量的 3 倍 這里我們依據(jù)負(fù)載來選擇電動機(jī) 2 2 2 2 伺服電機(jī)設(shè)計計算 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力 交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力 以松下交流伺 服系統(tǒng)為例 它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力 其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍 可用于 克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩 步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力 在選型時為了 克服這種慣性力矩 往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī) 而機(jī)器在正常工作期間又不需要那 么大的轉(zhuǎn)矩 便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象 加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩通常由下式算出見式 2 1 式 2 1 f2mTLF 其中 加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩 Nm mT 8 F 沿坐標(biāo)軸移動一個部件所需的力 kgf L 電機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)機(jī)床的移動距離 21 ZP 滾珠絲杠螺母或軸承加到電機(jī)軸上的摩擦力矩 fT 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速 一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn) 需要 200 400 毫秒 交流 伺服系統(tǒng)的加速性能較好 以松下 MSMA 400W 交流伺服電機(jī)為例 從靜止加速到其額 定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒 可用于要求快速啟停的控制場合 無論是否在切削 是垂 直軸還是水平軸 F 值取決于工作臺的重量 摩擦系數(shù) F 值還與平衡錘有關(guān) 對于水平 工作臺 F 值可按下式計算 W 工作臺與工件重量 60kg 滑動表面摩擦系數(shù) 0 05 驅(qū)動系統(tǒng)的效率 0 9 Fg 鑲條鎖緊力 5kgf 反切削力 50kgfCF 由切削力矩引起的滑動表面上工作臺上收到的力 30kgfcf 設(shè) 2kgf cm 0 2N m fT 不切削時見式 2 2 式 2 2 fg WF kgf5 065 92 8 m T 1Nckgf98 0 切削時見式 2 3 式 2 3 cfCFWF 3056 0 5 kgf7 29 8 mc T 1f0 N 為滿足運(yùn)行條件 應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)選擇電動機(jī) 其負(fù)載力矩在不切削時應(yīng)大于 0 1N m 最高 轉(zhuǎn)速應(yīng)小于 2000r 交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī) 但在一些要求 1 in 不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動機(jī) 所以 在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合 9 考慮控制要求 成本等多方面的因素 選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī) 2 2 2 3 伺服電機(jī)選擇 綜上所述 選擇 FANUC 系列交流伺服電動機(jī) 電動機(jī)的型號為 FANUC4 0 該類型 伺服電動機(jī)是由日本法納克公司為滿足 CNC 機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的需要開發(fā)的 這種伺服 交流電動機(jī)都是永磁式同步型伺服電動機(jī) 其特點(diǎn)都是定子為三相繞組 轉(zhuǎn)子為永久磁 鐵 其結(jié)構(gòu) 性能特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩大 轉(zhuǎn)速低 機(jī)械特性線性度好低速性能良好 可直接與 絲杠連接 我們選用的 FANUC4 0 其數(shù)據(jù)見表 2 3 其特點(diǎn)如下 1 具有獨(dú)特的磁極形狀 使轉(zhuǎn)矩波動最小 2 外面沒有機(jī)殼 定于鐵心直接在空氣中冷卻 這種結(jié)構(gòu)使電動機(jī)溫升能減到最低 3 具有高的轉(zhuǎn)矩 慣量比 能承受高的加減速 4 由于采用了集中磁力線機(jī)構(gòu) 在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下 電動機(jī)體積小而且重量輕 5 由于采用高頻脈寬調(diào)制控制 電動機(jī)只有很低的噪聲和振動 表 2 3FANUC4 0 的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 輸出功率 KW 額定轉(zhuǎn)矩 Nm 最大轉(zhuǎn)矩 Nm 最高轉(zhuǎn)速 r min 轉(zhuǎn)動慣量 kg 2m 機(jī)械時間 常數(shù) ms 熱時間 常數(shù) min 質(zhì)量 kg 4 0 0 05 0 25 1 1 3000 5 107 3 11 15 1 2 2 3 滾珠絲杠副介紹 2 3 1 滾珠絲杠副概述 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動 或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想的產(chǎn) 品 滾珠絲杠由螺桿 螺母和滾珠組成 它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動 這是 滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展 這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動 作 由于具有很小的摩擦阻力 滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器 滾珠 絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件 其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性 運(yùn)動 或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力 同時兼具高精度 可逆性和高效率的特點(diǎn) 常用的循環(huán)方式有兩種 外循環(huán)和內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸 的稱為外循環(huán) 始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán) 滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列 每個 滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù) 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有 2 列 3 列 4 列 5 列等幾種 每列只有一圈 外循環(huán)每列有 1 5 圈 2 5 圈和 3 5 圈等幾種 1 外循環(huán)外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回 10 絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán) 外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時的返回方式主要有端蓋 式 插管式和螺旋槽式 2 內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠 內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán) 反向器有兩種 類型 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分 滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 加工方便 制造成本低 具有自鎖功能 但其摩擦阻力大 傳動效率低 滾動絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié) 構(gòu)復(fù)雜制造成本高 但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小 傳動效率高 因此選用滾動絲杠螺母 機(jī)構(gòu) 根據(jù)絲杠和螺母相對運(yùn)動的組合情況 其基本傳動形式一共可分為四種類型 其類型如 下 1 螺母固定 絲桿傳動并移動 該傳動形式因螺母本身起著支承作用 消除了絲 桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動 結(jié)構(gòu)比較簡單 可獲得較高的傳動精度 但其軸向尺 寸不已太長 剛性較差 因此只適合用于行程較小的場合 2 絲桿傳動 螺母移動 該傳動形式需要限制螺母的傳動 故需導(dǎo)向裝置 其特 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 絲桿剛性較好 適用于工作行程較大的場合 3 螺母傳動 絲桿移動 該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的傳動 由于結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜且占用軸向空間較大 故應(yīng)用較少 4 絲桿固定 螺母傳動并移動 該傳動方式結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 但在多數(shù)情況下 使用極不方便 故很少應(yīng)用 根據(jù)工作臺運(yùn)動情況 應(yīng)選擇絲杠傳動螺母移動的形式 該傳動形式需要限制螺母 的轉(zhuǎn)動 故需導(dǎo)向裝置 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 絲杠剛性較好 適用于工作行程較大的場 合 2 3 2 滾珠絲杠副特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機(jī)構(gòu) 其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳 動元件 滾珠 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)由絲杠 螺母 滾珠 和反向器等四部分組成 當(dāng)絲 杠轉(zhuǎn)動時 帶動滾珠沿螺紋滾道滾動 為防止?jié)L珠從滾道端面掉出 在螺母的螺旋槽兩 端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道 從而形成滾珠流動的閉合通路 其 主要有如下特點(diǎn) 1 與滑動絲杠 副相比驅(qū)動力矩為 1 3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很 多滾珠在做滾動運(yùn)動 所以能得到較高的運(yùn)動效率 與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá) 到 1 3 以下 即達(dá)到同樣運(yùn)動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1 3 在省電方面很有幫 助 2 高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出 11 來的 特別是在研削 組裝 檢查各工序的工廠環(huán)境方面 對溫度 濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控 制 由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證 3 微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動 所以啟動力矩極小 不會出現(xiàn)滑動運(yùn) 動那樣的爬行現(xiàn)象 能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給 4 無側(cè)隙 剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓 由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值 進(jìn)而 得到較高的剛性 滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時 由于滾珠的斥 力可使絲母部的剛性增強(qiáng) 5 高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動效率高 發(fā)熱小 所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給 運(yùn)動 2 3 3 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 表 2 4 滾珠的循環(huán)方式 類別 形式 特點(diǎn) 內(nèi)循環(huán) 優(yōu)點(diǎn) 返回通道短 一個循環(huán)只有一 圈鋼球 流暢性好 摩擦損失小 效率高 徑 向尺寸小 剛性好 缺點(diǎn) 返向器鋼球返回通道的曲面 加工復(fù)雜 端蓋式 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 工藝性好 缺點(diǎn) 循環(huán)回路長 流暢性差 鋼球通 過短槽時易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 承載能力 大 缺點(diǎn) 鋼球流暢性較差 擋珠器較易 磨損 外循環(huán) 插管式 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 工藝性好 鋼球的流 暢性好 應(yīng)用較廣 缺點(diǎn) 凸出式的插管凸出于螺母外 部 徑向尺寸較大 12 外循環(huán) 內(nèi)循環(huán) 圖 2 2 滾珠絲杠副循環(huán)方式 滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀 滾珠的循環(huán)方式和消除軸向的 調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別 我國生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形 滾道形 面和滾珠接觸點(diǎn)之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角 一般為 45 度 單圓弧形 的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化 主要由軸向載荷所引起的接觸變形 的大小而定 接觸角增大時 傳動效率 軸向剛度以及承載能力也隨之增大 由于單圓 弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡單 故容易得到較高的加工精度 單圓弧形面的滾 道圓弧半徑 R 稍大于滾珠半徑 雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變 兩圓弧相交處有一小空隙 可使?jié)L道底部與滾珠不接觸 并能儲存一定的潤滑油以減少 摩擦磨損 由于加工其型面的砂輪修整和加工 檢驗(yàn)均比較困難 故加工成本較高 2 4 滾珠絲杠副設(shè)計 2 4 1 設(shè)計滾珠絲杠副原理 1 為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度 應(yīng)使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心 以保證滾珠受力均勻 避免傾覆力 2 放逆轉(zhuǎn) 滾珠絲杠副傳動逆效率高 應(yīng)考慮在電機(jī)停電后 因部件自重而產(chǎn)生 螺旋副的逆?zhèn)鲃?特別是在垂直方向上傳動時 防止逆?zhèn)鲃拥姆椒刹捎?停電自鎖的 電機(jī) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 離合器等方式 3 滾珠絲杠副在行程兩端應(yīng)有行程保護(hù)裝置 以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而 影響精度 使用壽命甚至損壞 4 防止熱變形 熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響 其熱源不單 是螺旋副的摩擦熱 還有其他機(jī)械部件工作時產(chǎn)生的熱 致使絲杠熱膨脹而伸長 為此 必須分析熱源的各因素 采用措施控制熱源 還可以采用預(yù)拉伸 強(qiáng)制冷卻等減少熱變 形對絲杠的伸長的影響 5 細(xì)長而又水平放置的絲杠 因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形 是影響導(dǎo)程累積誤差 13 的因素之一 還會使螺母受載不均 設(shè)計細(xì)長絲杠時 應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形 的措施 6 防護(hù)與密封 塵埃和雜質(zhì)進(jìn)入滾道會妨礙滾動體運(yùn)動流暢 會加速滾動體與滾 道的磨損 使?jié)L動螺旋副喪失精度 為此需要防塵措施 滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝 防塵圈 為避免絲杠外露 用戶還需要為絲杠選擇防護(hù)裝置 7 合理潤滑是減小驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 提高傳動效率 延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié) 接觸表面的油膜還有吸振 減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用 因此要注 入潤滑脂 在螺母上還有油孔 用戶可旋入油嘴 再采用其他合適的潤滑方式 8 用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副 必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙 并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 d2 否則無法裝配螺母 2 4 2 滾珠絲杠副選擇 初選滾珠絲杠副數(shù)據(jù)見下表 表 2 5 初選滾珠絲桿副參數(shù) 公稱直徑 mm 導(dǎo)程 mm 余量 mm 節(jié)距 mm 25 5 20 8 根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度 初選 X 方向絲杠的工作長度為 410mm 初選 Y 方向絲杠的工作長度為 460mm 滾珠絲杠的工作載荷計算公式見式 2 4 式 2 4 MAHFCK 由條件 取 1 2 取 1 2 取 D 精度 取 1 0 FKAK X 方向絲杠工作載荷 1 2 1 2 1 0 600 864NXF Y 方向絲杠工作載荷 1 2 1 2 1 0 600 864NY 額定動載荷值 計算見式 2 5 Ca 導(dǎo)程初選為 5mm 則 min r205 1nm i rax 14 864 5011N 式 2 5 Ca 34hm1067 nF L 341067 2 根據(jù) 值選擇滾珠絲杠副 假設(shè)選用按滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca 等于或稍大于 的原則 查表選以下型號規(guī)格 a FC1 2505 2 5 Ca 5011N 公稱直徑 D 25mm 導(dǎo)程 P 5mm 螺旋角 滾珠直徑83 m175 3d0 計算可得 滾道半徑 R 0 52 651 7 520 dR 偏心距 7 42e 絲杠內(nèi)徑 100 6512 7DeRm 2 4 3 滾珠絲杠副預(yù)緊 滾珠絲杠副在負(fù)載時 其滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形 換向時 其軸向 間隙會引起空回 這種空回是非連續(xù)的 既影響傳動精度 又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性 單螺 母絲桿螺母副的間隙消除相當(dāng)困難 實(shí)際應(yīng)用中 常采用以下幾種調(diào)整預(yù)緊方法見表 2 5 表 2 6 常用的調(diào)整預(yù)緊方法 調(diào)整預(yù)緊方式 特點(diǎn) 雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式 結(jié)構(gòu)簡單 剛性好 預(yù)緊可調(diào) 使用中 調(diào)整方便 但不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整 雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微調(diào) 使 用中調(diào)整方便 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡單剛度高 預(yù)緊可靠 但使用中 調(diào)整不方便 彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式 能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn) 生的間隙 但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜 軸向剛度低 適 合用于輕載場合 單螺母變位倒程自頂預(yù)緊式和單螺母滾珠過 贏預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡單緊湊 但在使用中不能調(diào)整 且制造困難 15 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求 可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式 例如 當(dāng)允許 有間隙存在時可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副 當(dāng)必需有預(yù)緊或在使 用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時 應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu) 當(dāng)具備 良好的防塵條件 且只需要在裝配時調(diào)整間隙及預(yù)緊力時 可采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊 片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu) 考慮到設(shè)計的所設(shè)計的工作臺有良好的防塵條件且只需要在裝配時 調(diào)整間隙及預(yù)緊力 故采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 2 4 4 滾珠絲杠副校核 1 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn) 所以在設(shè)計時應(yīng)驗(yàn)算其安 全系數(shù) S 其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù) 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 2 acrEIFl 式 2 6 其中 E 206Gpa L 0 3m 448410 271 906adI m 式 2 7 取 23 則 29852 3 03 crFN 安全系數(shù) 53 168 90crmSF 式 2 8 由 S 253 3 顯然 S S 成立 故絲杠是安全的 不會失穩(wěn) 2 速長絲杠工作時可能發(fā)生共振 因此需驗(yàn)算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 臨界 轉(zhuǎn)速 要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速crncrn max 式 2 9 min r4193528 032897 501uldf2cr 所以 所以絲杠不會發(fā)生共振 crn max 3 此外滾珠絲杠副還受 Dn 值的限制 通常要求 Dn mm min4107 Dn 25 min 5in m203 in 1074 4 滾珠絲杠在工作負(fù)載 F N 和轉(zhuǎn)矩 T N m 共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量為見 16 式 2 10 20CpFTLEAGJ 式 2 10 式中 A 為絲杠截面積見式 2 11 A 式 2 11 21md4 為絲杠的極慣性矩見式 2 12 CJ 式 2 12 41d32CJ G 為絲杠切變模量 對鋼 G 83 3GP a T N m 為轉(zhuǎn)矩見式 2 13 0tan 2mDTF 式 2 13 式中 為摩擦角 其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù) 為平均工作載荷 取摩擦系數(shù)為mFtan0 25 則得 840 mNT 5 3t16 按最不利的情況取 F mFuGTEFJEALC 2412120 08 6dp4p m 058 63pl3 0 L 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的 1 2 即1 2 1 該絲杠的 L滿足上式 所以其剛度可滿足要求 5 效率驗(yàn)算見式 2 14 tantan380 947 式 2 14 要求在 90 95 之間 所以該絲杠副合格 經(jīng)上述計算驗(yàn)證 FC1 2505 2 5 各項性能均符合設(shè)計要求 可選 17 2 5 滾珠絲杠副密封與潤滑 密封是防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等 侵入機(jī)器設(shè)備內(nèi)部的零部件或措施 密封可分為靜密封和動密封兩大類 靜密封主要有 墊密封 密封膠密封和直接接觸密封三大類 根據(jù)工作壓力 靜密封又可分為中低壓靜 密封和高壓靜密封 中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟寬度較寬的墊密封 高壓靜密封則用材 質(zhì)較硬接觸寬度很窄的金屬墊片 動密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型 按密封件與其作相對運(yùn)動的零部件是否接觸 可分為接觸式密封和非接觸式密封 按密 封件和接觸位置又可分為圓周密封和端面密封 端面密封又稱為機(jī)械密封 動密封中的 離心密封和螺旋密封 是借助機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時給介質(zhì)以動力得到密封 故有時稱為動力密封 根據(jù)摩擦副之間摩擦狀態(tài)的不同 潤滑分為 流體摩擦潤滑 用流體 厚度在 1 5 2 微米以上 將摩擦表面隔開的潤滑方式 根據(jù)潤滑膜壓力的產(chǎn)生方式不同又可分 為流體動壓潤滑 靠摩擦表面的幾何形狀和相對運(yùn)動由粘性流體的動力作用產(chǎn)生壓力平 衡外載荷 和流體靜壓潤滑 由外部將一定壓力的流體送入摩擦表面間 靠流體的靜壓平 衡外載荷 兩種 邊界摩擦潤滑 摩擦表面間存在一層薄膜 邊界膜 時的潤滑狀態(tài) 它可 分為吸附膜 潤滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面所形成的膜 包括物理吸附膜和化學(xué) 吸附膜 和化學(xué)反應(yīng)膜 潤滑油中的添加劑與金屬表面起化學(xué)作用生成能承受較大載荷 的表面膜 兩類 潤滑可以延長機(jī)器設(shè)備的壽命 提高精度 節(jié)約能源 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護(hù)套來防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副 使用潤滑 劑來提高其耐磨性及傳動效率 從而維持其傳動精度 延長其使用壽命 密封圈有接觸 式和非接觸式兩種 將其裝在滾珠螺母兩端即可 非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑 料制成 其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙 故又稱迷宮式密封圈 接觸式密封 圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成 因此有接觸壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩 但其防塵效果好 常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類 潤滑脂一般在裝配是放進(jìn)滾珠 螺母滾道內(nèi)定期潤滑 而使用潤滑油時應(yīng)注意經(jīng)常通過注油孔注油 防護(hù)套的形式有折 疊式密封套 伸縮套管和伸縮擋板 2 6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用 2 6 1 支撐方式選擇 在機(jī)械設(shè)計中 構(gòu)件的固定和支撐有很多種 各種又各有各的特點(diǎn) 在該畢業(yè)設(shè)計 18 中 要綜合各方面的因素 和實(shí)際工作情況 并結(jié)合生產(chǎn)一線的反饋信息 對滾珠絲杠 副的支撐方式進(jìn)行選擇 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷 徑向載荷來自于絲杠的自重 因此 滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高 滾珠絲杠的支承方式有以下幾種 圖 2 3 支撐方式 a 一端裝推力軸承 這種安裝方式適用于短絲杠 它的承載能力小 軸向剛度低 一 般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的垂直方向 b 一端裝推力軸承 另一端裝深溝球軸承 此種方式用于絲杠較長的情況 當(dāng)熱變形 造成絲杠伸長時 其一端固定 另一端能作微量的軸向浮動 安裝時應(yīng)注意使推力軸承端 遠(yuǎn)離熱源及絲杠的常用段 以減少絲杠熱變形的影響 c 兩端裝推力軸承 把推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端 并施加預(yù)緊拉力 可以提高軸 向剛度 但這種安裝方法對絲杠的熱變形較為敏感 d 兩端裝推力軸承及深溝球軸承 它的兩端均采用雙重支撐并施加預(yù)緊 使絲桿具有 較大的剛度 這種方式還可使絲杠的溫度變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力 但設(shè)計時要求提 高推力軸承的承載能力和支撐剛度 一端軸向固定一端自由的支承配置方式 通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠 一端固定 一端浮動的方式 常用于較長的臥式安裝絲杠 以及兩端固定的安裝方式 常用于長絲杠 或高轉(zhuǎn)速 高剛度 高精度的絲杠 這種配置方式可對絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸 因此在此課題中 采用兩端固定的方式 以實(shí)現(xiàn)高剛度 高精度以及對絲杠進(jìn)行拉伸 2 6 2 軸承選擇 軸承可以分為標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承 非標(biāo)滾動軸承 靜壓軸承和磁懸浮軸承 滾珠絲杠一 般配用標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承 滾動軸承已標(biāo)準(zhǔn)化系列化 有向心軸承 向心推力軸承和推力軸 承 共十種類型 滾動軸承一般由內(nèi)圈 外圈 滾動體和保持架組成 在軸承設(shè)計中應(yīng) 根據(jù)承載的大小 旋轉(zhuǎn)精度 剛度 轉(zhuǎn)速等要求選用合適的軸承類型 舉例如下 1 深溝球軸承 軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承 前者一般不能承 19 受軸向力 且間隙不能調(diào)整 常用于旋轉(zhuǎn)精度和剛度要求不夠的場合 后者既能承受徑 向載荷也能承受軸向載荷 并可以通過內(nèi)外圍之間的相對位移來調(diào)整其大小 因此在輕 載時應(yīng)用廣泛 2 雙列向心短圓柱滾子軸承 此類軸承一般分為兩種一種是滾道開在內(nèi)圈上 一 種是滾道開在外圈上 這兩種軸承的圓柱滾子數(shù)目多 密度大 分兩列交叉排列 旋轉(zhuǎn) 時支承剛度變化小 內(nèi)圈上均有 1 12 的錐孔與帶錐度 的軸頸配合 內(nèi)圈相對于軸頸作軸 向移動時 內(nèi)圈被漲大 從而可調(diào)整軸承的徑向間隙或?qū)崿F(xiàn)預(yù)緊 因此 其承載能力大 支承剛度高 但只能承受徑向載荷 與其他推力軸承組合使用 可用于較大載荷 較高 轉(zhuǎn)速場合 3 圓錐滾子軸承 圓錐滾子軸承由內(nèi)圈 外圈 格圈和圓錐滾子組成 該軸承能 承受較大載荷 用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承 則剛度提高 雖極限轉(zhuǎn)速有所降 低 但仍能達(dá)到高精度的要求 4 推力軸承 推力軸承一般軸向承載能力很強(qiáng) 支承剛度很大 但極限轉(zhuǎn)速較低 運(yùn)動造勢較大 考慮到輕載 初選 接觸角推力角接觸軸承 代號 7202AC 型 該軸承是與滾珠絲 60 杠專配的軸承其主要特點(diǎn)是 既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷 接觸角大 鋼球多 剛度高 該軸承的數(shù)據(jù)表 2 10 表 2 7 角接觸軸承的數(shù)據(jù) d mm D mm B mm mina d mm axD mm mar mm 2d mm 2D mm minr mm rC kN or kN 15 32 9 18 4 29 6 0 3 20 4 26 6 0 3 6 25 3 42 2 6 3 軸承配合與潤滑 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損 防止燒粘 其潤滑效用如下 1 減少摩擦及摩損 在構(gòu)成軸承的套圈 滾動體及保持器的相互接觸部分 防止 金屬接觸 減少摩擦 磨損 2 延長疲勞壽命 軸承的滾動疲勞壽命 在旋轉(zhuǎn)中 滾動接觸面潤滑良好 則延 長 相反地 油粘度低 潤滑油膜厚度不好 則縮短 3 排出摩擦熱 冷卻 循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱 或由外部傳 來的熱 冷卻 防止軸承過熱 防止?jié)櫥妥陨砝匣?20 4 也有防止異物侵入軸承內(nèi)部 或防止生銹 腐蝕之效果 軸承的潤滑方法 分為脂潤滑和油潤滑 為了使軸承很好地發(fā)揮機(jī)能 首先 要選 擇適合使用條件 使用目的的潤滑方法 若只考慮潤滑 油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢 但是 脂潤滑有可以簡化軸承周圍結(jié)構(gòu)的特長 將脂潤滑和油潤滑的利弊比較 滾動軸承的套圈與軸和座孔之間應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)呐浜?以保證軸的旋轉(zhuǎn)精度和 軸承的 周向固定 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)零件 因此 軸承內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制 軸承外圈 與座孔的配合采用基軸制 為了防止軸頸與內(nèi)圈在旋轉(zhuǎn)時有相對運(yùn)動 軸承內(nèi)圈與軸頸 一般選用 m5 m6 n6 p6 r6 js5 等較緊的配合 軸承外圈 與座孔一般選用 J7 K7 M7 H7 等較松的配合 配合選擇取決于載荷大小 方向和性質(zhì) 軸承類型 尺 寸和精度 軸承游隙以及其他因素 2 7 聯(lián)軸器簡介 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸 主動軸和從動軸 使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭 矩的機(jī)械零件 在高速重載的動力傳動中 有些聯(lián)軸器還有緩沖 減振和提高軸系動態(tài) 性能的作用 聯(lián)軸器由兩半部分組成 分別與主動軸和從動軸聯(lián)接 一般動力機(jī)大都借 助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸 主動軸和從動軸 使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械傳動件 聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器 撓性聯(lián)軸器 安全 聯(lián)軸器三種 其一般可分為 7 種 具體分類如下 1 剛性聯(lián)軸器 剛性聯(lián)軸器不具有補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力 也不具有 緩沖減震性能 但結(jié)構(gòu)簡單 價格便宜 只有在載荷平穩(wěn) 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 能保證被聯(lián)兩軸 軸線相對偏移極小的情況下 才可選用剛性聯(lián)軸器 2 撓性聯(lián)軸器 具有一定的補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力 最大量隨型號不 同而異 3 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器 承載能力大 但也不具有緩沖減震性能 在高速或 轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正 反轉(zhuǎn)時 有沖擊噪聲 適用于低速 重載 轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合 4 非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器 在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時有很好的緩沖減震性能 但由 于非金屬 橡膠 尼龍等 彈性元件強(qiáng)度低 壽命短 承載能力小 不耐高溫和低溫 故適用于高速 輕載和常溫的場合 5 金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器 除了具有較好的緩沖減震性能外 承載能力較大 適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場合 6 安全聯(lián)軸器 在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是 存在一個保險環(huán)節(jié) 如銷釘可動聯(lián)接等 其只能承受限定載荷 當(dāng)實(shí)際載荷超過事前限定的載荷時 保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化 截斷 運(yùn)動和動力的傳遞 從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞 即起安全保護(hù)作用 7 起動安全聯(lián)軸器 除了具有過載保護(hù)作用外 還有將機(jī)器電動機(jī)的帶載起動轉(zhuǎn) 21 變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用 2 8 聯(lián)軸器基本要求 在選擇標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件 如承載能力 轉(zhuǎn)速 兩軸相對位移 緩 沖吸振以及裝拆 維修更換易損元件等綜合分析來確定 具體選擇時可順序考慮以下幾點(diǎn) 1 原動機(jī)和工作機(jī)的機(jī)械特性 原動機(jī)的類型不同 其載荷性質(zhì)差異很大 有的平穩(wěn) 有 的沖擊甚至強(qiáng)烈沖擊或振動 這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇 是選型的首要依據(jù)之一 對于載荷平穩(wěn)的 則可選用剛性聯(lián)軸器 否則宜選用彈性聯(lián)軸器 2 聯(lián)軸器連接的軸系及其運(yùn)轉(zhuǎn)情況 對于聯(lián)接軸系的質(zhì)量大 轉(zhuǎn)動慣量大 而又經(jīng)常起 動 變速或反轉(zhuǎn)的 則應(yīng)考慮選用能承受較大瞬時過載 并能緩沖吸振的彈性聯(lián)軸器 3 工作機(jī)的轉(zhuǎn)速高低 對于需告訴運(yùn)轉(zhuǎn)的兩軸連接 應(yīng)考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平 衡精度特性 以消除離心力而產(chǎn)生的振動和躁聲 增加相關(guān)元件的磨損和發(fā)熱而降低傳動質(zhì) 量和使用壽命 其中膜片聯(lián)軸器對高速運(yùn)轉(zhuǎn)適應(yīng)性較大 4 聯(lián)軸器的對中和對中保持程度 保持良好的對中是使運(yùn)轉(zhuǎn)正常的前提 防止產(chǎn)生過大 附加載荷及其他不良工況 5 聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及工作特性 聯(lián)軸器的外形尺寸 安裝 拆卸所需的空間大小和難易程度 以及對維護(hù)的要求等都應(yīng)與連接機(jī)組的具體配置位置和要求相適應(yīng) 6 聯(lián)軸器的可靠性 使用壽命和工作環(huán)境 7 聯(lián)軸器的制造 安裝和維護(hù)的成本 在滿足使用要求的條件下 應(yīng)使選擇的聯(lián)軸器成本 低 不需維護(hù)以降低經(jīng)常費(fèi)用 由絲杠的軸徑和 Tc 選取聯(lián)軸器 由表 聯(lián)軸器的性能比較后選用圓錐銷套筒聯(lián)軸器 2 9 聯(lián)軸器選擇 聯(lián)軸器品種 型式 規(guī)格很多 在正確理解品種 型式 規(guī)格各自概念的基礎(chǔ)上 根據(jù)傳動系統(tǒng)的需要來選擇聯(lián)軸器 首先從已經(jīng)制訂為標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器中選擇 目前我國 制訂為國標(biāo)和行標(biāo)的有十幾種 這些標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器絕大多數(shù)是通用聯(lián)軸器 每一種聯(lián)軸器 都有各自的特點(diǎn)和適用范圍 基本能夠滿足多種工況的需要 一般情況下設(shè)計人員無需 自行設(shè)計聯(lián)軸器 只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器不能滿足需要時才需自行設(shè)計聯(lián)軸器 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián) 軸器選購方便 價格比自行設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器要便宜很多 在眾多的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器中 正確選擇適合自己需要的最佳聯(lián)軸器 關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品軸系傳