D7132电火花机工作台的设计

单位代码 02 学 号_ 050105086 分 类 号_ TH6 _密 级_ 秘密 _ 毕 业 设 计 说 明 书D7132 电火花机工作台的设计院 （ 系 ） 名 称 工 学 院 机 械 系 专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 刘 明 慧 指 导 教 师 杨 汉 嵩 2009 年 5 月 2 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页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，世界上各工黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页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。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页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。、黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页图 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。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页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。中频黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页淬火，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 ()4FG由计算载荷计算式 Fc= F1=(6098) 查表得 4； C=11.5KN C0=13.6KNL=( ) K P=FmaxfhtcfaCwP式中 额定寿命（Km）L额定动载荷(Kn)a当量动载荷p黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页受力最大的滑块所受的载荷（N ）maxF导轨上的滑块数Z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,KKK硬度系数 =hf hf 3.658HRC滚 道 实 际 硬 度 （ ）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tf接触系数c精度系数af载荷系数w表 3.1 温度系数工作温度/c 100 100150 150200 200250tf1 0.90 0.73 0.60表 3.2 接触系数每根导轨上滑块数 1 2 3 4 5cf1.00 0.81 0.72 0.66 0.61表 3.3 精度系数精度等级 2 3 4 5af 1.0 1.0 0.9 0.9表 3.4 载荷系数工作条件 wf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黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页查表 1表 4 各项系数确定；=1, =1, =0.66, =1, =1.2hftfcfafwfL=( ) K = =93043Km aCfwP 310.6.7()502A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，aLzn0V平稳无冲击以及振动。= =646131hh31026Lanz28.an式中寿命时间（h）;额定寿命（Km） ，见式（9.315）;L行程长度（m）;每分钟往复数。2n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)maxF得 =12810.9kmL=88964hh12 年y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黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页过一道精细的过滤 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。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页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)。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页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 0D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0 0D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0D大于丝杠长度 的 1/351/30。0L（2）基本导程 hP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，Ph0D值大，可使螺纹的升角 变大。一般 2，通常取 3.5 。（3）滚珠直径 0d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 2.5-3.5hP圈，而工作滚珠总数 N 以不大于 150 个为宜。（4）列数 K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,且硬度差不超黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页过 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)mCF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，= ；m2axin3， -丝杠最大，最小轴向载荷（N） ；axFinL-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：= jCpKrmaxF式中； -最大轴向工作载荷（N） ；ax-载荷性质系数，数值同上；p-硬度影响系数，HRC58 取 Kr = 2.0-1.2。rK黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页图 4.1 滚珠丝杠幅结构图公称直径 和导程0dhP现取 X 方向部分 =12 =2.50hY 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 =120D公称导程 =2.5hP丝杠外径 =11.71d钢球直径 =2w丝杠底径 =10.22循环圈数 3基本额定负荷：动载荷 =3.2knaC静载荷 =5.6kno螺母安装连接尺寸:=20 =40 L=33 =29 B=8 h=4.5 =4.5 =8 F=251D2L3D4D5H=36 M=2.5(1)、对 X 方向滚动丝杠螺旋副的几何尺寸如下：=12 =2.50dhP黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页接触角 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()sin2Dwr螺纹开角 =arctg( )=4.550hPd螺杆大径 d=d -0.2Dw=12-0.2 2.5=11.950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=12-2 0.057+2 1.62=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=0.0572Dw螺纹开角 =arctg( )=4.55 o0Phd螺杆大径 d=d0-0.2Dw=12-0.2 2.5=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=12-2 0.057+2 1.62=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黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页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=T2 n 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=T2 n 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黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 18 页可得 =10000000L/60n=25720164610hhL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= ()tg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= ()tgtg=0397887 =2.2785247 =0.143239 tg(+)=0.0422929 代入计算得2=0.946794%黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 19 页图 4.2 滚珠丝杠副黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 20 页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,黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 21 页因此,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 4黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 22 页d=10 D=26 B=8 rs=0.3 da=12.4 =23.6 =0.3maxDmaxrs基本动载 Cr=4.58基本静载 C0r=1.98极限转速 20000黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 23 页6 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黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 24 页等，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黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 25 页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 联轴器具黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 26 页体尺寸如下；D=20 L=29 L1=8.5 L2=8.5 M=M3 d1=10 d2=10 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 27 页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 交流电机成品图样黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 28 页表 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 电机装配简图黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 29 页