电火花机工作台的设计

毕业设计说明书D7132电火花机工作台的设计 第 41 页 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它1 绪 论1.1 我国数控机床的发展中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服已过时阶段，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种总是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。 为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子走，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列 1。1.2 研究本课题的目的意义数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业2。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将成为数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务3 。 为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，通过本次设计是想从中掌握两维数控工作台的设计，设计出能够应用于社会生产的两维数控工作台，并且从中更好的掌握大量所学的知识，理论联系实际，更好第锻炼自己。1.3 本设计的指导思想和主要问题本设计是我机械设计制造及其自动化专业知识的一次较全面的机电一体化设计训练，其只要思想是运用数控和机电一体化知识，进行机械设计，是数控技术和机电一体化设计基础课程重要的综合性与实践性环节。通过本课程的设计，能综合运用机械设计课程和数控技术及其他有关先的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。学习机电一体化设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置和简单工作台运动控制的设计原理和控制过程。进行机电一体化设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）4。考虑如何设计出满足要求的两维数控工作台，对导轨、丝杠传动分析，以及轴承、机架等。2 总体方案设计机床在加工过程中，需要一个工作平台作为一个载体，完成机械加工过程的，并且通过平台上的加紧、固定装置，对机床加工工件进行加紧。而且合理的工作台设计，能够非常有效的保证和提高机床的加工精度，以及保证其加工成品率。2.1 D7132电火花机工作台的组成及工作原理该工作台为十字工作台，在X、Y方向各有电机驱动，能够实现二维方向的运转。从工作台的整体上来看，工作台面与滚动导轨副的四个滑块固定在一起，随滑块在在导轨上运动，导轨下面用螺钉使其连接固定在机架上。工作台的动力装置选用交流伺服电机，在X、Y方向分别有一个电机做动力装置，来实现在其方向上的进给与往复运动，工作台的传动装置选用滚珠丝杠螺母副，并且用固定块把工作台面与螺母连接在一起，电机运转时，通过丝杠的进给，带动工作台面的运动，实现机床的机械加工运动。、图2.1 D7132电火花机效果图2.2 本次设计任务D7132电火花机工作台是数控加工中不可缺少的重要部分，在电火花加工等数控加工中，实现两维运动是靠该部分来实现的，本部分是由步进或伺服电机，在单片机或PLC的程序驱动下，带动滚珠丝杠实现进给运动。本课题要求设计出一个两维工作台，其行程在250320之间，负荷200kg，工作平稳灵活。3 直线滚动导轨副的设计3.1 直线滚动导轨副的结构与特点直线滚动导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得： 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。 能实现高定位精度和重复定位精度。 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。 成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。 导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低5。 导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。 简化了机械结构的设计和制造4。 用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。 是用于约束机构运动轨迹的，能将部件严格控制在某直线轨迹上，其基件（滑轨）与动件（滑块）间多能承受前后、左右两方向的扭矩及侧边、顶面两方向的正压力，具有导向平滑，垂直负载大，直线轨迹精准等特点6。3. 2 直线滚动导轨副的选材及热处理要求该设计为两维数控工作台的设计，导轨的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小、动静摩擦系数之差小，加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好等特点。考虑以上因素，选用G20CrMo作为导轨副材料，以提高使用受命。前者为滑块材料，后者为导轨材料，二者均采用G20CrMo。本设计中导轨长度小于2500mm，根据手册4，对G20CrMo硬度进行处理：200HBS 229,且硬度差不超过25.热处理方法 粗加工后进行一次时效处理，半精加工后再进行一次时效处理。中频淬火，淬硬深度1-2mm，硬度220HBS。3.3 直线滚动导轨副的选用其要求为行程250320，载荷200,选用GGB型直线滚动导轨副能满足要求，依其要求；上面X方向为GGB30AAL2P21012 下面Y方向为GGB16AAL2P21012导轨尺寸L=1012 H1=26 B4=28 d=9 D=14 h=12 F=80 Lmax=3000滑块尺寸B1=90 B2=5 B3=72 K=35 T=10 T1=18 M1=M5 L1=95.2 L2=70 L3=52 油杯尺寸L4=11 G=6 N=6 额定动载11.5C/KN 额定静载13.6C/KN3.4 额定寿命的计算X方向部分导轨副的使用条件是：水平安装，卧式导轨，滑块座移动，工作台质量均匀分布，重心在中间，G为质量重。因外力较小（10），所以认为外力F的作用点与工作台重心重合，匀速运动或静止 Fmax=0.27 由计算载荷计算式 Fc= F1=(609.8) 查表得4； C=11.5KN C0=13.6KNL=()K P=Fmax式中 额定寿命（Km） 额定动载荷(Kn) 当量动载荷 受力最大的滑块所受的载荷（N） 导轨上的滑块数 指数，当滚动体为滚珠时，=3；当滚动体为滚柱时，=10/3额定寿命单位（Km），滚珠时，=50Km；滚柱时=100Km,硬度系数 =由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC4，故常取fh=1. 温度系数 接触系数 精度系数 载荷系数表3.1 温度系数工作温度/c10010015015020020025010.900.730.60表3.2接触系数每根导轨上滑块数1 2 3 4 5 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61表3.3精度系数精度等级 2 3 4 5 1.0 1.0 0.9 0.9表3.4载荷系数 工作条件 无外部冲击或振动的低速运动场合，速度小于15m/min 11.5无明显冲击或振动的中速运动场合，速度为1560m/min 1.52有外部冲击或振动的高速运动场合，速度大于60m/min 23.5查表1表4 各项系数确定；=1, =1, =0.66, =1, =1.2L=()K =93043Km 以有效行程=0.3m，每分钟往复次数=4，移动速速15m/min，移动条件；常温，平稳无冲击以及振动。=646131h式中寿命时间（h）;额定寿命（Km），见式（9.315）;行程长度（m）;每分钟往复数。安工作日为300d，三班工作制，每班8小时，hy=646131/(300*24)89年而方向部分滚动直线导轨副的工作状态与X方向基本一致，只是所受载荷较大些，因此也采用表9.3-48序号的情况计算=1.0045kn (由表9.3-51及表9.3-4447)得=12810.9km =88964h12年对于数控机床，估计12年的寿命已满足要求4。3.5 确定润滑和密封滚动直线导轨副常用钠基润滑脂润滑，如果使用润滑油进行润滑，应尽可能采用高粘度的润滑油。如果与其他机构统一供油，需要附加滤油器，在油进入导轨前再经过一道精细的过滤7。为了防止由异物侵入，以及防止润滑剂泄出，产品出厂时滑块两端均装有耐油橡胶封垫，有条件的地方可施加风箱式密封装置，也可选用伸缩式防护等，将导轨轴承遮盖起来。4 滚珠丝杠螺母副的选用滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点7。4.1 滚珠丝杠副的特点（1）与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。（2）高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。（3）微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。（4）无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。（5）高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。4.2 滚珠丝杠的主要技术参数滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦，高精度，高效率的机构。它的机构效率（= 0.92-0.96）比滑动丝杠（= 0.20-0.40）高3-4倍。滚珠丝杠螺母副的动（静）摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。滚珠丝杠螺母副可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度，且反向无空程死区，反向定位精度高8。滚珠丝杠螺母摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动。滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分内循环和外循环两种。（1）名义直径滚珠丝杠的名义直径是指滚珠中心圆的直径。值越大，丝杠的承载能力和刚度越大。用于数控机床进给驱动中的滚珠丝杠，取= 20mm100mm。选择值应大于丝杠长度的1/351/30。（2）基本导程导程应根据机床的脉冲指令要求和负载情况来选择。当名义直径确定后，Ph值大，可使螺纹的升角变大。一般2，通常取3.5。（3）滚珠直径一般取 = 0.6。滚珠的工作圈数j和工作滚珠总数N，工作圈数j一般取2.5-3.5圈，而工作滚珠总数N以不大于150个为宜。（4）列数要求工作圈数较多的场合，可采用双列或多列式螺母的结构形式。4.3 滚珠丝杠副的选材及热处理要求该设计为两维数控工作台的设计，滚珠丝杠的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小、动静摩擦系数之差小，加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好等特点。考虑以上因素，选用G20CrMo钢作为滚珠丝杠材料，以提高使用受命。本设计中丝杠长度小于300mm，按手册对G20CrMo钢硬度进行处理；200HBS 229,且硬度差不超过25.热处理方法 粗加工后进行一次时效处理，半精加工后再进行一次时效处理。中频淬火，淬硬深度1-2mm，硬度220HBS。4.4 滚珠丝杠副疲劳强度计算滚珠丝杠应根据其额定动载荷选用。滚珠丝杠的当量动载荷 = 3L (N)式中-轴向工作载荷（N），当载荷按单调式规律变化，各种转速使用机会相同时，=；， -丝杠最大，最小轴向载荷（N）；L-工作寿命，以10的6次方转为1单位，L = 60nT/1000000n-丝杠转速(r/min)；T-使用寿命（H），对数控机床可取T = 15000h。4.5 滚珠丝杠的静载强度计算 低速运转时的滚珠丝杠副，应按最大轴向工作载荷，即按计算静载荷Cj为选择依据。其计算公式为： = 式中；-最大轴向工作载荷（N）； -载荷性质系数，数值同上；-硬度影响系数，HRC58取Kr = 2.0-1.2。图4.1滚珠丝杠幅结构图公称直径和导程现取X方向部分=12 =2.5Y方向部分=12 =2.54.6 滚珠丝杠副的基本尺寸确定X方向滚动螺旋副型号：CD.M1202.5X方向滚动螺旋副代号：FF1202.5-3Y方向滚动螺旋副型号：CD.M1202.5Y方向滚动螺旋副代号：FF1202.5-3该滚动螺旋副的几何尺寸：公称直径=12公称导程=2.5丝杠外径=11.7钢球直径=2丝杠底径=10.2循环圈数3基本额定负荷：动载荷=3.2kn 静载荷=5.6kn螺母安装连接尺寸:=20 =40 L=33 =29 B=8 h=4.5 =4.5 =8 F=25H=36 M=2.5(1)、对X方向滚动丝杠螺旋副的几何尺寸如下：=12 =2.5接触角a=45,由上可知钢球直径Dw=2螺纹滚道曲率半径rs(rw)=0.54Dw=1.08偏心距e=(1.08-1)0.707=0.057螺纹开角=arctg()=4.55螺杆大径d=d-0.2Dw=12-0.22.5=11.95螺杆小径d1=d0+2e-2rs=9.954螺杆接触点直径dk=d0-Dwcosa=10.2325螺母螺纹大径D=d0-2e+2rn=12-20.057+21.62=13.126mm螺母螺纹小径D1=d0+(0.20.25)Dw=12.5mm(2)、对Y方向部分滚动丝杠螺旋副的几何尺寸如下d0=12 Ph=2.5接触角a=45o,由上可知钢球直径Dw=2螺纹滚道曲率半径rs(rw)=0.54Dw=1.08偏心距e=(rs-)sin=(1.08-1)0.707=0.057螺纹开角=arctg()=4.55o螺杆大径d=d0-0.2Dw=12-0.22.5=11.95螺杆小径d1=d0+2e-2rs=9.954螺杆接触点直径dk=d0-Dwcosa=10.2325螺母螺纹大径D=d0-2e+2rn=12-20.057+21.62=13.126mm螺母螺纹小径D1=d0+(0.20.25)Dw=12.5mm表4.1 FF1202.5-3型滚珠丝杠副基本尺寸4.7 滚珠丝杠副的承载能力以及寿命计算对一组 do=12 ph=2.5 =4.55 Ca=10000, 12650二组 do=12 ph=2.5 =4.55 Ca=10000, 12650基本寿命计算； 一组相同参数的滚动螺旋副，在相同的条件下，90%不会发生疲劳剥伤的特定转数，并规定10000000转为基本额定寿命。L=(Ca/f)3式中L-额定寿命10000000转Ca-基本额定动载荷（N）F-轴向载荷由于伺服电机的输出功率通常为0.1100W，故选X方向部分的功率为60W，以平均转速2000r/min计算，由=TW=T2n 得方向电机输出转矩T1=3.183n.mm,若选y方向部分的功率为60W，以平均转速2000r/min计算，由=TW=T2n 得方向电机输出转矩T1=3.183n.mm,由式T=FDo/2tg(+)可得到其所受载荷（轴向）X方向所受载荷F1=3.88N4NY方向所受载荷F2=3.88N4N取F=4N由L=（Ca/F）3=(10000/4) 3=15625000000m可得 =10000000L/60n=25720164610h故可知，当取电机功率60W时，根据其最大所受载荷可得到其形成为156250000m,而Lh此时为25720164610h，满足要求。4.8 效率计算为使螺旋传动由高的承载能力和一定的工作寿命，满足工作性能的要求，螺旋副元件应具有足够的接触强度和耐磨性，其工作表面必须有一定的硬度，通常螺纹滚道表面硬度应达到58-60HRC,钢球表面达到62-64HRC。对X方向进行效率计算；1= 式中； tg=0.0025 tg=0.0795 =4.549865 =0.143239 tg()=0.0820938 计算得 1=0.968497% 对Y 方向进行效率计算2= tg=0.397887 =2.2785247 =0.143239 tg(+)=0.0422929 代入计算得2=0.946794%图4.2 滚珠丝杠副5 滚动轴承的设计结构简易，使用维护方便。主要用来承受径向负荷、也可承受一定的轴向负荷，当轴承的径向游隙加大时，具有角接触球轴承的性能，可承受较大的轴向负荷。该类轴承摩擦系数小，极限转速高，尺寸范围与形式变化多样。坚实耐用，通用性强及低噪音运行，可在高速下运转和易于安装。单列深沟球轴承另有密封型设计，可以无须再润滑和无需保养4。5.1 滚动轴承的基本结构 以滑动轴承为基础发展起来的滚动轴承，其工作原理是以滚动摩擦代替滑动摩擦，一般由两个套圈，一组滚动体和一个保持架所组成的通用性很强、标准化、系列化程度很高的机械基础件。由于各种机械有着不同的工作条件，对滚动轴承在负荷能力、结构和使用性能等方面都提出了各种不同要求。为此，滚动轴承需有各式各样的结构。但是，最基本的结构是由内圈、外圈、滚动体和保持架所组成9。各种零件在轴承中的作用分别是： 对于向心轴承，内圈通常与轴紧配合，并与轴一起运转，外圈通常与轴承座或机械壳体孔成过渡配合，起支承作用。但是，在某些场合下，也有外圈运转，内圈固定起支承作用或者内圈、外圈都同时运转的。对于推力轴承，与轴紧配合并一起运动的称轴圈，与轴承座或机械壳体孔成过渡配合并起支承作用的称座圈。滚动体（钢球、滚子或滚针）在轴承内通常借助保持架均匀地排列在两个套圈之间作滚动运动，它的形状、大小和数量直接影响轴承的负荷能力和使用性能。保持架除能将滚动体均匀地分隔开以外，还能起引导滚动体旋转及改善轴承内部润滑性能等作用11。5.2 滚动轴承的特点 (1)、滚动轴承与滑动轴承相比,具有下列优点: 滚动轴承的摩擦系数比滑动轴承小,传动效率高。一般滑动轴承的摩擦系数为0.08-0.12,而滚动轴承的摩擦系数仅为0.001-0.005; 滚动轴承已实现标准化、系列化、通用化,适于大批量生产和供应，使用和维修十分方便； 滚动轴承用轴承钢制造,并经过热处理,因此,滚动轴承不仅具有较高的机械性能和较长的使用寿命,而且可以节省制造滑动轴承所用的价格较为昂贵的有色金属; 滚动轴承内部间隙很小,各零件的加工精度较高,因此,运转精度较高。同时,可以通过预加负荷的方法使轴承的刚性增加。这对于精密机械是非常重要的; 某些滚动轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷,因此,可以简化轴承支座的结构; 由于滚动轴承传动效率高,发热量少,因此,可以减少润滑油的消耗,润滑维护较为省事; 滚动轴承可以方便地应用于空间任何方位的铀上。(2)、但是,一切事物都是一分为二的,滚动轴承也有一定的缺点,主要是： 滚动轴承承受负荷的能力比同样体积的滑动轴承小得多,因此,滚动轴承的径向尺寸大。所以,在承受大负荷的场合和要求径向尺寸小、结构要求紧凑的场合如内燃机曲轴轴承),多采用滑动轴承滚动轴承振动和噪声较大,特别是在使用后期尤为显著,因此,对精密度要求很高、又不许有振动的场合,滚动轴承难于胜任,一般选用滑动轴承的效果更佳 滚动轴承对金属屑等异物特别敏感,轴承内一旦进入异物,就会产生断续地较大振动和噪声,亦会引起早期损坏。此外,滚动轴承因金属夹杂质等也易发生早期损坏的可能性。即使不发生早期损坏,滚动轴承的寿命也有一定的限度。总之,滚动轴承的寿命较滑动轴承短些。 可是,滚动轴承与滑动轴承相比较,各有优缺点,各占有一定的适用场合,因此,两者不能完全互相取代,并且各自向一定的方向发展,扩大自己的领域。但是,由于滚动轴承的突出优点,颇有后来者居上的趋势。目前,滚动轴承已发展成为机械的主要支承型式,应用愈来愈广泛5.3 滚动轴承的选定深沟球轴承(6000型) 深沟球轴承是应用范围最为广泛、最具代表性的滚动轴承。此类轴承内外圈滚道都呈圆弧状深沟，可承受径向、轴向及合成负荷12。结构简单，容易得到高精度，适合高速旋转。 深沟球轴承一般采用钢板冲压保持架，但尺寸较大不易冲压成型或用于高速旋转的，则采用车削成型保持架。此类轴承通常会有带防尘盖、带密封圈、非接触胶盖、接触胶盖或止动环轴承。本设计就是采用载荷比较小，工作行程也属于微型的，故我选取最常用的普通轴承深沟球轴承。因为载荷较小，选用6000型号的轴承就可以满足设计要求。基本尺寸如下4d=10 D=26 B=8 rs=0.3 da=12.4 =23.6 =0.3基本动载Cr=4.58基本静载C0r=1.98极限转速200006 联轴器的选用6.1 联轴器的作用及工作原理用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为：固定式联轴器。主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。可移式联轴器。主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式联轴器利用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移）、链条联轴器（允许有径向位移）等，弹性可移式联轴器（简称弹性联轴器）利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能，如蛇形弹簧联轴器、径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。联轴器有些已经标准化。选择时先应根据工作要求选定合适的类型，然后按照轴的直径计算扭矩和转速，再从有关手册中查出适用的型号，最后对某些关键零件作必要的验算13。 6.2 联轴器的功能及类别1、联轴器功能 用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。 2、联轴器的类型 联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差，承载后的变形以及温度变化的影响等，会引起两轴相对位置的变化，往往不能保证严格的对中。根据联轴器有无弹性元件、对各种相对位移有无补偿能力，即能否在发生相对位移条件下保持联接功能以及联轴器的用途等，联轴器可分为刚性联轴器，挠性联轴器和安全联轴器。联轴器的主要类型、特点及其在作用类别在传动系统中的作用备注； 刚性联轴器 只能传递运动和转矩，不具备其他功能 包括凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。 挠性联轴器 无弹性元件的挠性联轴器，不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能 包括齿式联轴器、万向联轴器、链条联轴器、滑块联轴器等。 有弹性元件的挠性联轴器，能传递运动和转矩；具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能；还具有不同程度的减振、缓冲作用，改善传动系统的工作性能 包括各种非金属弹性元件挠性联轴器和金属弹性元件挠性联轴器，各种弹性联轴器的结构不同，差异较大，在传动系统中的作用亦不尽相同 安全联轴器 传递运动和转矩，过载安全保护。挠性安全联轴器还具有不同程度的补偿性能 包括销钉式、摩擦式、磁粉式、离心式、液压式等安全联轴器。6.3 联轴器的选定该设计载荷为小载荷(10kg)，而且丝杠长度不超过500mm，径向力较小，纵向力也可以不予考虑，故在选择联轴器时，根据要求选择联轴器弹性波纹管联轴器，其型号为ML7C201010，该型号联轴器为弹性波纹管联轴器，结构简单，装配方便，具有很好的减振、缓冲作用13。附图；ML7C201010联轴器1、弹性波纹管联轴器特点；该型号联轴器为微型波纹管联轴器，其特点是；无齿隙，连接可靠，高灵敏度，重量轻，体积小巧；顺时针和逆时针回转特性完全相同；可吸收振动，补偿径向和角向偏差，零回转间隙；免维修，抗油污和耐腐蚀； 图6.1弹性波纹管联轴器效果图采用不锈钢波管弹性体；主体采用阳极表面处理； 适用于编码器，丝杠传动，测量，控制，资讯系统；机床平台等产业机械。2、具体尺寸的确定；图6.2联轴器结构简图 表6.1技术参数表6.2外型尺寸根据要求，该联轴器可连接轴颈为10的丝杠。从上表可确定ML7-20-1010联轴器具体尺寸如下；D=20 L=29 L1=8.5 L2=8.5 M=M3 d1=10 d2=10 7 伺服电机7.1 伺服电机的定义、作用及分类定义: 在伺服系统中控制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速装置。作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象分类：直流伺服电机和交流伺服电机。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用14。根据配合要求选择电机为伺服电机，为交流伺服电机，以便于工作台的往复运动。7.2 伺服电机的选定根据技术要求，工作台需要进行X、Y方向的往复运动，故选择交流电机，行程要求为250320，故选择Q3HB64MA交流电机，能满足其技术要求14。 图7.1 Q3HB64MA交流电机成品图样表7.1技术指标具体装配尺寸如图7.2所示。L=40.5 d=10 d2=21 h=57 图7.2电机装配简图8 工作台面的设计工作台面，顾名思义是机床加工工件的工作区，机械加工过程中，我们把工件放在工作台上，来加工各种工件。工作台面的性质与作用确定了它的基本参数15，因为在工作台上进行的是电火花加工，因此不存在切削力作用，故选用一般性能的Q235钢作为工作台材料即可以满足要求。 由于该设计要求行程为250320 ，台面尺寸为320x500，工作载荷为200,确定该台面为矩形形台面，根据要求该台面尺寸为320x500x40。台面上有5个T型槽，槽宽12，槽间距离63。台面下部与导轨滑块联接，正中心有螺纹孔与滚珠丝杠螺母副上的固定块联接。具体尺寸如图所示。图8.1工作台面示意图9 导轨机架的设计9.1 机架设计的一般要求(1)在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻，成本低。(2)抗振性好，吧受迫振动振幅限制在允许的范围内。(3)噪声小。(4)温度场布局合理，热变形对精度影响小。(5)结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。(6)结构力求便于安装和调整，方便修理和更换零件。(7)有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。(8)造型好，使之既适用经济有美观大方。9.2 机架的设计该机架主要有两组直线导轨副和两个伺服电机组成。其中每组两个直线导轨副相互平行，导轨副在横梁之上，工作台面架在两组平行的导轨副的滑块上，由一个步进电动机驱动，从而控制X向运动，另一伺服电动机驱动横梁在平行导轨上运动，从而实现Y向运动。运动动力由丝杠传递4。机架的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小、动静摩擦系数之差小，加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好等特点。考虑以上因素，选用Q235钢作为机架的材料，以提高使用受命。本设计中，按表手册4对Q235钢硬度进行处理；200HBS 229,且硬度差不超过25。9.3 限位开关位置确定限位开关的位置确定，在电机进行丝杠传动时，根据行程要求250320mm，已知导轨总长1012mm，丝杠螺母33mm，挡板厚度5mm，其最大行程为；10123325=969mm，开关的放在里机架左右边缘10mm处，其本身长10mm，可得出工作台最大行程为；969220=929mm,满足任务要求。10 轴承座轴承座，多为铸造成型，内嵌外球面轴承。在我看来，因为在很多情况下，在零部件上单独设计一个安置轴承的地方会比较麻烦，而直接把轴承座和轴承连在一起，配合好后安装在零部件上16，由于铸铁的铸造性能好，价格低廉和吸振能力强，所以铸铁是首选材料，又因为工作台底座的受载及工作条件，选择材料为45钢。该轴承座位于连接运动部件的丝杠的末端，在带传动中处于从动位置。该轴承座的设计要求是保证安装后的丝杠的中心线，应大于导轨底线到工作台面距离的1/2，以便于配合4。已知丝杠公称直径d=10，带双边挡圈的带轮最小宽度为=10.4 mm，6000型深沟球轴承宽度为=8mm，d=26mm,丝杠d=10mm，所以导轨底端到工作台面底面的距离为h=H1+T1=11+15=26mm。因为轴承座上轴承孔中心线到工作台面底线的距离为大于其一半，滚珠丝杠螺母副的大经为40mm,另外，套在螺母副上的固定块的高度要于螺母副半径，以便于固定块与工作台面的联接固定，则轴承座上轴承孔中心到工作台面的高度为30mm，轴承座两耳座宽度为14mm，两侧在外部留有宽和高均为12.5 mm的轴承肩，两耳座相邻面的距离为30mm。该轴承座与机床采用内六角螺钉联接。11 电机丝杠连接架11.1 电机丝杠连接架的作用电机丝杠连接架是用来固定丝杠右端轴承，以及固定伺服电机，能够最大限度的减小丝杠在传动过程中出现震动、位移，而造成较大误差，影响加工精度。另外，在机床进行加工过程中，肯定会产生工业切屑，若其进入轴承、联轴器以及电机与丝杠、光杆的连接部分，肯定会造成加工误差，这样就降低了加工精度，以及降低成品率，所以在设计过程中，把丝杠右端轴承、联轴器以及电机，用丝杠电机连接架密封起来，就是说，在连接架上覆盖一层薄板，起到密封、防切屑的作用16。11.2 连接架的材料与尺寸的确定连接架的材料应具有良好的耐磨性、刚度、硬度及疲劳强度，加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好等特点。考虑以上因素，选用45钢作为连接架的材料，以提高使用受命，确保加工精度，连接架采用45钢。在设计连接架过程中，考虑到联轴器的固定与夹紧，在机架体左端留有能与6000号联轴器相配合的深孔，右端有与电机配合的孔，中间为腔体，联轴器连接丝杠与电机后在中间腔体悬空不与连接架接触。如下图所示；连接架的中心线与滚动丝杠副的中心重合，上面右端有两个M3螺纹孔，是为了固定密封盖，下面有四个M4螺纹孔，能够很好的使其与机架固定在一起，右面有四个M4螺纹孔，可以有效的把电机和连接架固定在一起。具体位置尺寸如图11.1所示。 图11.1 电机丝杠连接架 结 论本文主要设计了数控机床的工作台部分。该部分为数控机床进行机械加工的带动工件运动的重要部分，该设计包括：放待加工工件的工作台面，它能够使工件在加工过程中实现X、Y方向的两维运动，在台面上的螺纹孔能够很好的对工件进行加紧固定，以保证加工精度；本文对台面进行传动运动的滚珠丝杠螺母副、直线导轨副进行选择，丝杠能够非常有效的进给传动，保证加工效率；滚动直线导轨副它能有效的、很好的保证台面的做直线运动；还对动力装置伺服电机，以及连接伺服电机和滚珠丝杠的联轴器进行选择。另外对支撑件也作了设计，例如联轴器的支座、电机丝杠连接架、导轨架等等，它们在整个设计中有着非常重要的位置。通过本次设计，我对机床加工中的工作台部分增加了很多认识，对机械传动设计能够做出正确的分析和理解，另外，对材料的选择也有了更进一步的了解。致 谢在整个毕业设计过程中，指导老师杨汉嵩付出了很大的心血，从开始制定设计日程表到设计结束，从图纸的绘制到说明书的整理，都在杨汉嵩老师的指导下进行。感谢杨汉嵩老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直将是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢同班同学对我的帮助和指点。没有他们的帮助，我将在设计过程中走很多的弯路，是他们给了我设计的经验和教训。尤其感谢学校对毕业生的关怀，在设计过程中，为我们提供大量参考书籍，为我们提供一切能提供的便利。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！参考文献1 孙增圻智能控制理论与技术M北京：清华大学出版社，19972 陈卫福开放式数控系统及SERCOS接口应用技术M北京：机械工业出版社，20033 王责明数控实用技术M北京；机械工业出版社，20024 机械设计手册编委会.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,2004.5 王爱玲现代数控原理及数控系统M北京：国防工业出版社，20026 毕承恩，丁乃建等编.现代数控机床M.北京：机械工业出版社，19917 林奕鸿.机床数控技术及其应用M.北京：机械工业出版社，19948 彭炎午.计算机数控系统M.西安：西北工业大学出版社，19889 廖效果.数字控制机床M.武汉：华中理工大学出版社，199210 11 Kenneth G Budinshi,Michael K.Budinshi. Engineering Materials Properties and Selection.Pearson Education Ltd,London.2002.12 Donald R.Askeland ,Pradeep P.Phule.The Science and Engineering of Materials.Brooks/Cole-Thomson Learning .2003.13 14 15 吴祖育，秦鹏飞主编.数控机床M.上海：上海科学技术出版社，190016 YusufAltintas数控技术与制造自动化M北京：化学工业出版社，2002