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1、 - 0 -新 疆 大 学毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书班 级： 姓 名： 设 计 题 目 ：双坐标数控工作台机械伺服结构设计及控制电路设计(1)专 题： 有效行程 400250，实际工作时工件及夹具重最大 120 公斤，最大空运行速度 Vmax4m/min，最大加工速度 Vmax2m/min，定位精度0.02mm/300mm，重复定位精度0.01mm，脉冲当量 =0.01mm，寿命 40000 小时。设 计 来 源 ： 教师自拟 要求完成的内容： 1）双坐标数控工作台机械伺服结构数字化三维建模；2）双坐标数控工作台机械伺服结构装配图(A1 图)1 张；3）工作台托板零件图(A3
2、)1 张； 4）选做内容选做内容：运动控制电路原理图设计(A3)1 张； 5）设计计算说明书一份（1 万字左右，2025 页） 。 发题日期：2009 年 2 月 23 日 完成日期：2009 年 3 月 21 日实习实训单位： 地点： 论文页数： 25(约 1 万字) 页；图纸张数： A1 图 1 张, A3 图 1 张 指导教师 ： 教研室主任： 院长（系主任 ）： - 1 -目目 录录第一章第一章 滚珠丝杠副的选择滚珠丝杠副的选择 3 1.1 滚珠丝杠副的支撑形式 31.2 滚珠丝杠副的特点 31.3 滚珠丝杠副的设计计算 41.4 选择滚珠丝杠副 51.5 稳定性验算 71.6 刚度验
3、算 81.7 效率验算 9第二章第二章 导向机构的设计导向机构的设计102.1 导轨的功用102.2、 滚动直线导轨的选择程序102.2、 直线运动滚动支承系统负荷的计算 10第三章第三章 步进电动机的选择步进电动机的选择 123.1 步进电动机的工作原理123.2 选择电动机 13第四章 滚动轴承的计算 144.1 支撑方案的确定 144.2 轴承的校核 15总 结 16参考文献17- 2 -第一章第一章 滚珠丝杠副的选择滚珠丝杠副的选择1.1 滚珠丝杠副的支承形式滚珠丝杠副的支承形式支承应限制丝杠的轴向窜动.较短的丝杠或垂直安装的丝杠,可以一端固定, 一端无支承.水平安装丝杠较长时, 可以
4、一端固定,一端游动;对于精密和高精度 机床的滚珠丝杠副,为了提高丝杠的拉压刚度,可以两端固定.为了补偿热膨胀和 减少丝杠下垂,两端固定丝杠时还可以进行预拉伸。 一般情况下,应以固定端作为轴向定位基准,从固定端起计算丝杆杠副的长 度误差.此外,应尽可能固定端作为驱动端。 考虑到本设计的结构与要求,我们决定采用一端固定一端游动(F-S)的支承 形式, 如图 1.1 所示。 一端固定一端游动（FS） 。固定端采用深沟球轴承 2 和双向推力球轴承 4，可分别承受径向和轴向负载，螺母 1、挡圈 3、轴肩、支撑座 5 台肩、端盖 7 提供轴向限位，垫圈 6 可调节推力轴承 4 的轴向预紧力。游动端需径向约
5、束， 轴向无约束。采用深沟球轴承 8，其内圈由挡圈 9 限位，外圈不限位，以保证 丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩。图图 1.11.1 一端固定一端游动支承一端固定一端游动支承 这种支承形势有以下一些特点： 1.需保持螺母与两端支撑同轴,故结构较复杂,工艺较困难。 2.丝杠的轴向刚度较高。 3.压杆稳定性和临界转速较高。 4.丝杠有热膨胀的余地。 5.适用于较长的卧式安装丝杠。1.2 滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副的特点1.传动效率高 效率高达 90%95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3。2.运动具有可逆性 即可将回转运动变为直线运动,又可将直线运动变为回 转运动,且逆传动效率几乎与正传动效率
6、相同。- 3 -3.系统刚度好 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度,可满足 各种机械传动要求,无爬行现象,始终保持运动的平稳性和灵敏性。 4.传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有和高 的制造精度,又由于摩擦小,丝杆副工作时温升和热变形小,容易获得较高的传动 精度。 5.使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动,磨损极小,长期使用后 仍能保持其精度,因而寿命长,且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠高56 倍。6.不能自锁 特别是垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用 下下滑，故常需设置制动装置。 7.制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗
7、糙度要求高，制 造成本高。 由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价,因而已成为数控机床,精密机械, 各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。 1.3 滚珠丝杠副的设计计算滚珠丝杠副的设计计算有效行程 400*250，实际工作时工件及夹具重最大 120 公斤，最大空运行速度,最大加工速度定位精度,重max4/ minVmmin2/ minVm0.02/300mmmm复定位精度,脉冲当量,寿命 40000 小时0.01mm0.01mm（1）步距角 ， ， ，。360 kmz 360ppi 0.02pmm1i 先假设 p=。5mm 表表 1.11.1切削力/aFN速度/ minm
8、V时间比q正常铣削5002.570% 快速点定位0530%（2） 丝杠转速 快速点定位 30%，加工 70%。 1000*21000*4*70%*30%66 233.33200433.33nn （3） 当量转速加工 1000*2333 / min6Lnr点定位 1000*4667 / min6mnr（4） 丝杠负荷当量载荷导轨摩擦力,。 NF0.006*120*107.2FmgN- 4 -精密加工=500N，aF加工时总载荷=507.2N 1aF快速点定位= =7.2N2aFNF（5） 当量负荷33312*70%*30%lM maannFFFnn333333667(507.2)*70%(7.2
9、)*30%381550550mFN1.4 选择滚珠丝杠副选择滚珠丝杠副（1） *h ajm nkCFk f小时，由机电一体化系统设计手册表 2.8-63，2.8-64，40000hL 查得：-寿命系数，。hK11 3340000()()4.3550500n hLK -转速系数，。nK11 3333.333.3()()0.39550nKn- 综合系数， f1*1*1*0.530.4081.3thakwf f f fff其中为温度系数，查表 1-2 得1；tftf为硬度系数，查表1-3 得 1.0；hfhf为精度系数，查表 1-4 得1.0（丝杠精度为 13 级） ；afaf为负荷性质系数，查表
10、1-5 得1.3；wfwf为可靠性系数，查表 1-6 得0.53（可靠性为 90%） 。kfkf可得： 。4.3*411*111070.39*0.408h ajm nkCFNk f- 5 -表表 1-21-2 温度系数温度系数tf工作温度C125150175200225250300tf0.950.900.850.800.750.700.60表表 1-31-3 硬度系数硬度系数hf硬度（HRC）585552.55047.54540动负荷硬度影响系数hf1.01.111.351.561.922.43.85静负荷硬度影响系数 hf1.01.111.401.672.12.654.5表表 1-41-4
11、精度系数精度系数af精度等级1、2、34、5710af 1.00.90.80.7表表 1-51-5 负荷性质系数负荷性质系数wf负荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运动wf11.21.21.51.52.5表表 1-61-6 可靠性系数可靠性系数kf可靠度(%)909596979899kf1.000.620.53.44.330.21（2）根据选择滚珠丝杠副 aC1）假设选用 FC1 型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca 等于或稍大于的 aC原 查教材表 2-9 选以下型号规格： FC1-2505-2.5 ，Ca=9610N 由教材表 2-9 得丝杠副数据：公称直径 025Dmm导程 6Pm
12、m- 6 -螺旋角 =4 22o滚珠直径 3.175odmm2）按教材表 2-1 中尺寸公式计算：滚道半径 00.520.52*3.1751.651Rdmmmm偏心距03.1750.707()0.707*(1.651)0.04522deRmm丝杠直径1022252*0.0452*1.65121.788dDeRmm1.5 稳定性验算稳定性验算1）由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数 S，其值应大于丝杠副传动机构允许安全系数（见表 1.2） 。 S表表 1.71.7支撑方式有关系数 一端固定一端自由 （F-O）一端固定一端游动 （F-S）两端固定 （F-F）
13、 S342.53.322/3cf1.8753.9274.730丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷按下式计算：()crFN22()a crEIFl 式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于刚，E=206GPa； 为丝杠工作长度l（m）; 为丝杠危险截面的轴惯性矩；为长度系数，见表 1.2。 aI4()m依题意， 44 4413.14*(0.021788)1.1*106464adIm取，则2 3294 92(3.14) *206*10 *1.1*103.2*102( *0.4)3crFNN - 7 -安全系数 。查表 1.2，=2.53.3 。 ， 9 63.2*108.3*10381crmFSF S SS丝杠是安全的，不会失稳。2）高速丝杠工作时可能发生共振，因此需要验算其不会发生共振的最高转速临界转速。要求丝杠的最大转速。crnmaxcrnn临界转速可按下式计算crn2 1 29910()c crf dnl式中，为临界转速系数，见表 1.2。取 ，则cf3.927cf 2 322(3.927) *0.0217889910*46898 / min2( *0.4)3crnr=834r/min。 所以丝杠工作时不会发生共振。maxcrnn3）此外滚珠丝杠副还会受
