雕刻機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)--小型簡易雕刻機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　小型簡易雕刻機(jī)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控雕刻機(jī)是一種用于雕刻加工的機(jī)電一體化機(jī)床，它能加工的材料的范圍非常廣，既可以加工銅、鋁等金屬材料，又可以加工塑料、陶瓷、石材等非金屬材料，因此被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，具有非常廣闊的市場前景。數(shù)控雕刻機(jī)的使用大大提高了雕刻加

2、工的效率，給制造業(yè)的發(fā)展提供了動(dòng)力。</p><p>　　數(shù)控雕刻機(jī)通過其控制系統(tǒng)來控制步進(jìn)電機(jī)和電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)再通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠再帶動(dòng)絲杠螺母及與其固定的各部件做直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)電主軸再帶動(dòng)刀具回轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)雕刻機(jī)在X、Y、Z三個(gè)方向上的雕刻加工。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)作為各向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，較伺服電機(jī)其控制更簡單，成本更低。采用滾珠絲杠螺母副和

3、彈性聯(lián)軸器作為主要傳動(dòng)部件，較齒輪傳動(dòng)其平穩(wěn)性更好、結(jié)構(gòu)更緊湊，加工精度更容易保證。采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌作為導(dǎo)向部件，較真線滑動(dòng)導(dǎo)軌其摩擦系數(shù)更小、定位精度更高、壽命更長且不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的預(yù)期目的是通過設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)基于單片機(jī)控制的數(shù)控雕刻機(jī)進(jìn)行三軸聯(lián)動(dòng)控制，通過對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)主要零部件的設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終使所設(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)能夠完成在X、Y、Z三個(gè)

4、方向上的雕刻加工，達(dá)到了預(yù)期目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雕刻機(jī)；數(shù)控機(jī)床 ；設(shè)計(jì)</p><p>　　The Design Of Small Simple Engraving Machine</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　CNC engraving machine is

5、 a mechatronics machine tool used for carving processing, it can be processed materials range is very wide, can be processing copper, aluminum and other metal materials, and processing non-metallic materials such as plas

6、tic, ceramic, stone, therefore they are widely used in all walks of life, has very broad market prospects. The use of CNC engraving machine greatly improve the efficiency of the carving process, provided the impetus to t

7、he development of manufacturing indu</p><p>　　CNC engraving machine, through its control system to control the step motor and electric spindle, stepper motor through coupling drive screw rotation, again lead

8、 screw drive screw nut and its fixed parts do linear feed movement, motorized spindle drive tool rotary again at the same time, so as to realize engraving machine in X, Y, Z three directions of carving processing. </p

9、><p>　　This design adopts stepper motor to feed movement as the drive motor, servo motor control is more simple, the cost is lower. The ball screw nut pair and elastic coupling as the main transmission parts, g

10、ear drive its better stability, structure is more compact, more easy to guarantee machining accuracy. With linear rolling guide as guide parts, truer line slide guide its smaller friction coefficient, positioning accurac

11、y is higher, longer life and not easy to appear the crawling phenomenon. </p><p>　　The expected purpose of this design is implemented through the design of CNC engraving machine based on single chip microcom

12、puter control the three axes linkage control, based on the general design of the CNC engraving machine mechanical system, the design of the main components of mechanical system and the design of the control system, final

13、ly make the design of the CNC engraving machine can complete in X, Y, Z three directions of carving processing, to achieve the intended purpose. </p><p>　　Key words: engraving machine; CNC machine tools; des

14、ig</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　AbstractⅡ</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1. 1 數(shù)控雕刻機(jī)綜述1</p&g

15、t;<p>　　1.2 研制雕刻機(jī)的目的和意義1</p><p>　　1.3 數(shù)控雕刻機(jī)的特點(diǎn)2</p><p>　　1.4 數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用2</p><p>　　1.5 我國數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　第2章 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4&

16、lt;/p><p>　　2.1.1 總體布局的基本要求4</p><p>　　2.1.2 雕刻機(jī)總體布局的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1.3 雕刻機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)選擇5</p><p>　　2.1.4 雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2 進(jìn)給系統(tǒng)6</p><p>　　2.3

17、主傳動(dòng)系統(tǒng)6</p><p>　　第3章 機(jī)械系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 主要技術(shù)參數(shù)7</p><p>　　3.2 主要零件的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2.1 主軸電機(jī)的選擇7</p><p>　　3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇8</p><p>　　3.2

18、.3 X軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇9</p><p>　　3.2.4 Y軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇14</p><p>　　3.2.5 Z軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇17</p><p>　　3.2.6 導(dǎo)軌副——直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選擇20</p><p>　　3.2.7 聯(lián)軸器的選擇22</p&

19、gt;<p>　　3.2.8 滾珠絲杠的校核23</p><p>　　3.2.9 步進(jìn)電機(jī)的校核26</p><p>　　第4章 數(shù)控系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.1 確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案29</p><p>　　4.2 主要芯片配置30</p><p>　　4.2.1 單片機(jī)

20、芯片選擇30</p><p>　　4.2.2 8031單片機(jī)的主要特性及引腳30</p><p>　　4.2.3 RAM的選用31</p><p>　　4.2.4 EPROM的選用31</p><p>　　4.2.5 8031單片機(jī)I/O口擴(kuò)展 31</p><p>　　4.3 鍵盤設(shè)計(jì)32</p

21、><p>　　4.4 顯示器設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.4.1顯示器顯示方式的選用33</p><p>　　4.4.2顯示器接口33</p><p>　　4.5 越界報(bào)警電路34</p><p>　　4.6步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng)34</p><p>　　4.7 部分程序35<

22、/p><p><b>　　總 結(jié)37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p>　　附錄1 外文翻譯-原文部分39</p><p>　　附錄2 外文翻譯-中文部分45</p><p><b>　　致 謝51</b>

23、;</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1. 1 數(shù)控雕刻機(jī)綜述</p><p>　　數(shù)控雕刻機(jī)是一種采用數(shù)控技術(shù)的專用機(jī)床，它通過控制系統(tǒng)來識(shí)別程序代碼并把程序代碼轉(zhuǎn)化為能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的帶有功率的信號(hào)來控制電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雕刻加工的控制。它較傳統(tǒng)的手動(dòng)雕刻加工具有高效率、高精準(zhǔn)性、高成品率等優(yōu)點(diǎn)，因此受到許

24、多企業(yè)的歡迎并最終成為雕刻機(jī)發(fā)展的主流。</p><p>　　數(shù)控雕刻機(jī)可以分成很多很多種，有用來加工木料的，有用來加工石材的，有用來加工玻璃的，有用來加工金屬的，有用來加工陶瓷的，有用來加工塑料的，總之?dāng)?shù)控雕刻機(jī)可以根據(jù)其加工對(duì)象的不同分成非常多的類型。另外不同的雕刻機(jī)其采用的原理可能也不一樣，有的是利用激光技術(shù)，有的是利用等離子技術(shù)，還有的是利用刀具的切削加工技術(shù)。除此之外不同的雕刻機(jī)根據(jù)其結(jié)構(gòu)上或原理上的特

25、點(diǎn)，其加工的產(chǎn)品也不盡相同，有專門用來刻印章的，有專門用來做模具的，有專門用來做工藝品加工的，總之根據(jù)其加工產(chǎn)品的不同也可以分成很多不同的類型。</p><p>　　數(shù)控雕刻機(jī)可以看作是一臺(tái)數(shù)控鉆銑床，它能夠完成鉆、銑等工藝，它的刀具包括各種鉆頭及銑刀等，根據(jù)其加工材料的不同，其所用刀具也有一定的差異。下圖為一些木工雕刻機(jī)常用的刀具。</p><p>　　圖1-1 木工雕刻機(jī)的刀具<

26、/p><p>　　1.2 研制雕刻機(jī)的目的和意義</p><p>　　機(jī)電一體化技術(shù)讓制造加工變得越來越方便，越來越快速準(zhǔn)確，也越來越智能。在許多國家，他們都會(huì)投入很多的資金用于機(jī)電一體化技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用，他們的制造業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品在機(jī)電一體化技術(shù)的影響下變得越來越精細(xì)，生產(chǎn)效率也越來越高，因此作為機(jī)電一體化機(jī)床的數(shù)控雕刻機(jī)也非常有必要進(jìn)行深入的研究。</p><p>　　我

27、國的雕刻技術(shù)的發(fā)展時(shí)間比較短，產(chǎn)品開發(fā)能力和生產(chǎn)技術(shù)水平還比較低，因此我們國家還需要花更多的時(shí)間進(jìn)行雕刻技術(shù)的學(xué)習(xí)。另外我國數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)水平不強(qiáng)，許多數(shù)控系統(tǒng)的核心還不夠好，需要從國外進(jìn)口，因此加緊開發(fā)屬于我們國家自己的雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是非常重要的。</p><p>　　1.3 數(shù)控雕刻機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　?。?）加工精準(zhǔn)，雕刻機(jī)雕刻過程是由控制系統(tǒng)控制完成的，在控制系統(tǒng)的控制作用下

28、，雕刻機(jī)的雕刻加工變得更加精細(xì)和準(zhǔn)確。</p><p>　?。?）加工過程穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。</p><p>　?。?）加工范圍非常廣。</p><p>　?。?）操作簡便，略微懂一點(diǎn)電腦的人就能熟練使用。</p><p>　　（6）價(jià)格便宜。其價(jià)格比其它機(jī)床要便宜很多。

29、</p><p>　　1.4 數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用</p><p>　　數(shù)控雕刻機(jī)既可以加工木料，又可以加工石料，還可以加工金屬、陶瓷等材料，因此數(shù)控雕刻機(jī)可以加工得到的產(chǎn)品非常多，有一些是我們生活中常見的，像市面上見到的各種各樣的玉佩、玉墜、玉鐲等裝飾品，還有公司單位用的印章都可以用雕刻機(jī)來加工。另外在許多行業(yè)也常用數(shù)控雕刻機(jī)來加工他們的產(chǎn)品，像建筑行業(yè)用的建筑模型，模具制造行業(yè)生產(chǎn)的各式各

30、樣的模具，廣告行業(yè)制作的三維廣告牌都會(huì)用到數(shù)控雕刻機(jī)來加工。幾種其加工的產(chǎn)品如下圖。</p><p>　　浮雕 裝飾品 建筑模型</p><p>　　印章 工藝品 模具&l

31、t;/p><p>　　圖1-2 幾種雕刻機(jī)加工的產(chǎn)品</p><p>　　1.5 我國數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　建國以來，我國一直努力發(fā)展制造業(yè)，也取得了一些進(jìn)步，但是仍存在一些制造工藝還達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的問題，所以許多設(shè)備或核心部件常常需要進(jìn)口，另外我國的技術(shù)創(chuàng)新能力還不夠強(qiáng)，常常是仿造多過創(chuàng)造。在雕刻領(lǐng)域，我國與一些發(fā)達(dá)國家相比要遜色很多，許多雕刻產(chǎn)

32、品還不能達(dá)到精度的標(biāo)準(zhǔn)，因此還需要進(jìn)一步提高自身的雕刻加工工藝水平。這些年來，我國的數(shù)控雕刻技術(shù)取得了一定的進(jìn)步，生產(chǎn)出了一系列的自主研發(fā)的數(shù)控雕刻機(jī)，這些數(shù)控雕刻機(jī)也被廣泛應(yīng)用各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，但是總體來說我國的數(shù)控雕刻機(jī)的制造水平還不夠強(qiáng)，許多數(shù)控雕刻機(jī)的加工精度還達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，因此我國需要大力提高數(shù)控雕刻機(jī)的制造水平，同時(shí)我們還應(yīng)該投入更多的資金用于數(shù)控雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)，把更多的精神用到數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的自主創(chuàng)新和數(shù)控系統(tǒng)的自主研

33、發(fā)中去，努力提高我們自己生產(chǎn)的雕刻機(jī)的質(zhì)量。</p><p>　　第2章 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1 總體布局的基本要求</p><p>　?。?）確保加工的精準(zhǔn)度。</p><p>　?。?）確保雕刻機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作，不會(huì)相互干擾</p>

34、<p>　　（3）確保能夠完成預(yù)定的進(jìn)給長度</p><p>　　（4）確保能夠完成各種相關(guān)工藝。</p><p>　?。?）便于同時(shí)操作和觀察數(shù)控機(jī)床的操作</p><p>　?。?）機(jī)床結(jié)構(gòu)布局便于排屑</p><p>　?。?）機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，各部分便于拆卸組裝</p><p>　　2.1.2 雕刻機(jī)總體

35、布局的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)雕刻機(jī)布局的要求，選擇采用龍門立式布局，按龍門架的移動(dòng)和固定被分為兩種結(jié)構(gòu)形式，這兩種結(jié)構(gòu)如圖2-1。對(duì)比兩種布局，龍門移動(dòng)式布局可以承受較大載荷，一般用于加工較重的工件，但加工精度比較低。而龍門固定式布局由于工作臺(tái)移動(dòng)，雕刻頭減少了一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，因而其運(yùn)動(dòng)精度較高，但由于工作臺(tái)可以移動(dòng)，所以只能承受較小載荷，適合加工較輕的工件。綜合考慮選擇龍門固定式布局，工作臺(tái)完成一個(gè)方向

36、的運(yùn)動(dòng)，雕刻頭完成其它兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖2-1 雕刻機(jī)的兩種結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.3 雕刻機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)選擇</p><p>　　根據(jù)右手法則確定雕刻機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)，首先選擇雕刻頭上下運(yùn)動(dòng)的方向作為Z軸方向，以雕刻頭向上運(yùn)動(dòng)的方向方正方向，由右手法則知，以工作臺(tái)在底坐上的移動(dòng)的方向作為Y軸方向，工作臺(tái)靠近龍門架向前移動(dòng)是正方向，反之則是

37、負(fù)方向；以雕刻頭在橫梁上的移動(dòng)的方向作為X軸方向，面對(duì)龍門加右移為正方向，左移為負(fù)方向。右手坐標(biāo)系統(tǒng)如圖2-2。</p><p>　　圖2-2右手坐標(biāo)系統(tǒng)</p><p>　　2.1.4 雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?）底座部分</b></p><p>　　作為整個(gè)雕刻機(jī)的基礎(chǔ)，起到支撐雕刻機(jī)的作用，

38、雕刻機(jī)所有的重量都作用到它上面，所以它必須要有一定的剛度，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形。</p><p><b>　?。?）工作臺(tái)部分</b></p><p>　　工作臺(tái)部分包括導(dǎo)軌、Y軸方向的絲杠以及上面的工作臺(tái)這幾部分。工作臺(tái)的作用是支撐雕刻物體，通常把工作臺(tái)設(shè)計(jì)為表面有T形溝槽的平臺(tái)，它在絲杠的帶動(dòng)和導(dǎo)軌的導(dǎo)向下做直線運(yùn)動(dòng)。</p><p><

39、b>　?。?）橫梁部分</b></p><p>　　這部分結(jié)構(gòu)由X軸絲杠與其兩側(cè)的導(dǎo)軌，以及支撐橫梁的支架組成。橫梁起到支撐Z軸部件的作用。</p><p><b>　?。?）機(jī)頭部分</b></p><p>　　這部分結(jié)構(gòu)由主軸組件、絲杠、支架、導(dǎo)軌組成，該機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)雕刻機(jī)Z向的雕刻。</p><p

40、><b>　　2.2 進(jìn)給系統(tǒng)</b></p><p>　　該數(shù)控雕刻機(jī)具有三個(gè)不同方向的進(jìn)給，每個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是其進(jìn)給系統(tǒng)的一部分，這幾部分加起來就組成了雕刻機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)。其各向的傳動(dòng)過程為：驅(qū)動(dòng)電路控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，最終把動(dòng)力傳遞給執(zhí)行部件，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的進(jìn)給。</p><p>　　選用步進(jìn)電機(jī)作為各向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其具有以下

41、優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）在外界因素影響下，其步距角變化不大。</p><p>　?。?）不會(huì)長期累加之前的誤差，其運(yùn)轉(zhuǎn)一圈不會(huì)有誤差留下。</p><p>　?。?）控制性能好，啟動(dòng)、停止、翻轉(zhuǎn)都比較容易控制。</p><p>　　選擇滾珠絲螺母副作為各軸進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它較齒輪傳動(dòng)具有更好的傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且結(jié)構(gòu)上也較為緊湊，能

42、夠確保加工時(shí)的精度。</p><p>　　采用聯(lián)軸器來聯(lián)接電機(jī)和絲杠，這種設(shè)計(jì)可以減少誤差，提高加工精度，所以選擇利用聯(lián)軸器使步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠直接相連。此時(shí)傳動(dòng)比為1，誤差最小。</p><p>　　因此各軸進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)過程為：首先利用聯(lián)軸器把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給絲杠，然后絲杠再把轉(zhuǎn)矩傳遞給螺母及與其固定的各部件，螺母及與其固定的各部件在絲杠的作用下做沿直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p&g

43、t;<p><b>　　2.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)由主軸電機(jī)、主軸組件和刀具給成，數(shù)控雕刻機(jī)常采用的主傳動(dòng)的方式有兩種，第一種是利用專用雕刻頭來直接進(jìn)行雕刻加工，第二種是采用直流電機(jī)把轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸及其連接的刀具進(jìn)行加工。專用雕刻頭價(jià)格比較貴，不太適合小型的簡易雕刻機(jī)。</p><p>　　如果采用第二種方法，那就需要選擇

44、直流電機(jī)來帶動(dòng)主軸，直流電機(jī)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）速度可調(diào)節(jié)的范圍比較大：直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，比較容易調(diào)節(jié)、選擇合適的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　（2）轉(zhuǎn)速的機(jī)械特性的線性度良好，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制電壓和轉(zhuǎn)矩都是線性關(guān)系。</p><p>　　（3）反應(yīng)速度比較快：轉(zhuǎn)子一接收到控制信號(hào)就能立即反應(yīng)。</p>

45、<p>　　經(jīng)綜合考慮決定選用第二種方式作為主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式，本設(shè)計(jì)選擇電主軸作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。</p><p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)過程是：電主軸直接通過聯(lián)接裝置與刀具相連，從而傳遞轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)刀具的回轉(zhuǎn)。</p><p>　　第3章 機(jī)械系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　該數(shù)控雕刻

46、機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表3-1所示：</p><p>　　表3-1 主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.2 主要零件的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 主軸電機(jī)的選擇 </p><p>　　由表3-1可知，所選的電主軸應(yīng)滿足：轉(zhuǎn)速n＞4500 r/min，功率P＞1KW。查閱相關(guān)資料初選主軸電機(jī)的型號(hào)為SDK62-60Z/1.5，參數(shù)如表3

47、-2所示，外形如圖3-1所示：</p><p>　　表3-2 電主軸的參數(shù)</p><p><b>　　圖3-1 電主軸</b></p><p>　　3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)滿足以下公式：</p><p><b>　　(3-1)</b><

48、/p><p>　　由任務(wù)書上的設(shè)計(jì)參數(shù)可知，脈沖當(dāng)量=0.01mm，步進(jìn)電機(jī)與絲杠通過聯(lián)軸器直接相連，則有傳動(dòng)比i=1，查閱雕刻機(jī)的相關(guān)資料可知：一般雕刻機(jī)的導(dǎo)程可以選擇為Ph=5mm，把已知相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-1中可得步進(jìn)電機(jī)的步距角α=0.72°。</p><p>　　根據(jù)表3-1中所給的參數(shù)可知，這三個(gè)方向上的步進(jìn)電機(jī)的最大額定扭矩是5 N·m，因此這里要選用的步進(jìn)電機(jī)

49、的保持轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于5 N·m。根據(jù)步距角及保持轉(zhuǎn)矩的值可以初步確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為90BYG550C—0301。具體參數(shù)如表3-3，外形如圖3-2。</p><p>　　表3-3 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p><b>　　圖3-2 步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　3.2.3 X軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇</p&

50、gt;<p>　　首先需要分析一下雕刻機(jī)的X軸方向的絲杠的受力情況，得到X軸絲杠的當(dāng)量軸向載荷，再分別計(jì)算得到絲杠的預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑，然后根據(jù)預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑確定各絲杠的型號(hào)及尺寸，最后根據(jù)所選的滾珠絲杠螺母副選擇合適的支承方式以及支承所用的滾動(dòng)軸承。</p><p>　?。?）確定絲杠的當(dāng)量載荷</p><p>　　當(dāng)?shù)窨虣C(jī)空載時(shí)，X軸絲

51、杠所受到的軸向載荷來自于導(dǎo)軌的摩擦力。當(dāng)?shù)窨虣C(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)， X軸絲杠所受到的軸向載荷來自于導(dǎo)軌的摩擦力和刀具沿X軸方向的切削抗力。</p><p>　　1）計(jì)算X軸導(dǎo)軌的摩擦力</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》知：X軸方向的導(dǎo)軌的受力情況如圖3-3，其所受摩擦力的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　對(duì)X軸導(dǎo)軌有：</b>

52、;</p><p>　　雕刻機(jī)空載時(shí)有以下公式：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)有以下公式：</p><p>　　（3-3） 設(shè)a=115mm，b=200mm，c=c1=0，l0=185mm，l=140mm，W2=100N，

53、取動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1。</p><p>　　圖3-3 X軸導(dǎo)軌的受力簡圖</p><p>　　2）計(jì)算X軸絲杠所受的切削抗力</p><p>　　查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》知：銑削的主切削力計(jì)算公式如下：</p><p>　　FZ＝103 （3-4） </p&

54、gt;<p>　　另外有FL =0.3～0.4 FZ，F(xiàn)V =0.5～0.55FZ，取FL =0.4FZ， FV =0.55 FZ 。其中v為主軸傳遞全部功率時(shí)的切削速度其計(jì)算公式如下：</p><p>　　V＝ （3-5）</p><p>　　設(shè)刀具直徑D為6mm，由任務(wù)書參數(shù)知n=4500r

55、/min，將D和n的值代入式3-5中得v=1.413m/s。又有主軸電機(jī)功率PE=1kw，ηm取0.8，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-4中經(jīng)計(jì)算得：FZ= 566N，F(xiàn)L =226.4N， FV =311.3N。X軸絲杠所受的切削抗力與所對(duì)應(yīng)的切削分力大小相同，方向相反，所以X軸所受的切削抗力 ，。</p><p>　　3）計(jì)算絲杠的軸向載荷</p><p><b>　　對(duì)X軸絲杠有：&l

56、t;/b></p><p>　　雕刻機(jī)空載時(shí)有以下公式：</p><p><b>　　（3-6） </b></p><p>　　雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)有以下公式：</p><p>　?。?-7）將相關(guān)數(shù)據(jù)代入到式3-6、3-7中經(jīng)計(jì)算得： =17.2N，=271.1N。</p><p&g

57、t;　　4）計(jì)算X軸滾珠絲杠螺母副的當(dāng)量載何</p><p>　　當(dāng)絲杠所受載荷的大小與其轉(zhuǎn)速的變化接近正比時(shí)，其轉(zhuǎn)速為各值的可能性相同，這時(shí)可以利用以下公式進(jìn)行計(jì)算：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-8中計(jì)算得：=186.5N。</p><p>　?。?）確定滾珠

58、絲杠螺母副的預(yù)期額定動(dòng)載荷 </p><p>　　按照其預(yù)期需要達(dá)到的運(yùn)行距離Ls來求，其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　如果該絲杠加載了預(yù)加負(fù)荷，這時(shí)其的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-10）</b></p>&l

59、t;p><b>　　其中： </b></p><p>　　精度等級(jí)，按7級(jí)精度來取值，其應(yīng)取0.8；</p><p>　　可靠系數(shù)，按95%，取0.62；</p><p>　　負(fù)荷系數(shù)，輕微沖擊，取1.2；</p><p>　　把的值代入到公式3-9、3-10中，比較兩式的計(jì)算結(jié)果，取較大值作為預(yù)期額定動(dòng)載荷，所以

60、= 1662.3N 。 </p><p>　　（3）確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p><p>　　1）估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量</p><p>　　查閱相關(guān)資料可知：在一般情況下定位精度，且有定位精度 脈沖當(dāng)量。已知脈沖當(dāng)量為0.01，所以此處定位精度可取0.02，則有≤0.004～0.005mm，這里取δm=0.002mm。</p&

61、gt;<p>　　2）計(jì)算滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p><p>　　絲杠采用兩端固定的安裝方式，因此其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　-導(dǎo)軌的靜摩力</b>

62、</p><p>　　-最大允許的軸向變形量</p><p>　　-兩個(gè)固定支承之間的距離（mm）</p><p>　　≈（1.1～1.2）行程+（10～14）Ph</p><p>　　對(duì)X軸絲杠有：L≈452mm， F0=34.4N，δm=2μm，將這些數(shù)據(jù)代入到求最小螺紋底徑的計(jì)算公式3-11中，經(jīng)計(jì)算得：=3.44mm。 </

63、p><p>　?。?）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)及尺寸</p><p>　　所選絲杠應(yīng)滿足：，，但不宜過大。</p><p>　　對(duì)X軸絲杠有：=3.44mm，=1662.3N </p><p>　　根據(jù)以上條件，初選X軸的滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為G2505—3，參數(shù)如表3-4所示，外形簡圖如圖3-4所示：</p><p&

64、gt;　　表3-4 滾珠絲杠螺母副的參數(shù)</p><p>　　圖3-4 滾珠絲杠及螺母簡圖</p><p>　　絲杠螺紋長度滿足以下公式：</p><p>　　Ls=Lu+2Le （3-12）</p><p>　　該式中Lu是絲杠的行程，Le是余程，查閱相關(guān)資料得：當(dāng)Ph=5mm時(shí)其余程Le=

65、20mm。</p><p>　　所以對(duì)X軸絲杠有：Ls=400+2×20=440mm。</p><p>　?。?）選擇X軸滾珠絲杠螺母副支撐所用的軸承規(guī)格代號(hào)</p><p>　　1）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 </p><p>　　X軸滾珠絲杠采用兩端固定的支承方式，因此要計(jì)算預(yù)拉伸力，其計(jì)算公式如下：</p>&

66、lt;p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　其中溫差△t=2.5℃，代入式3-13中得：Ft=2191N。</p><p>　　軸承所承受的最大軸向載荷的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　（3-14）</b></p><p>　　將Fmax 及Ft值代入到式3-1

67、4中得：=2462N。</p><p><b>　　2）確定軸承類型</b></p><p>　　選擇兩對(duì)25°角的角接觸球軸承分別放在絲杠的兩側(cè)，每側(cè)以背對(duì)背的方式布置兩個(gè)該滾動(dòng)軸承，這種滾動(dòng)軸承不僅可以對(duì)絲杠進(jìn)行軸向和徑向的雙向固定，而且還可以對(duì)絲杠兩端進(jìn)行軸向的雙向固定。</p><p><b>　　3）確定軸承直徑&

68、lt;/b></p><p>　　軸承直徑應(yīng)滿足：d≤d2，預(yù)加負(fù)載荷≥FBP，F(xiàn)BP =1/3 FBmax。所以選擇d=20mm的角接觸球軸承，其滿足直徑d=20mm≤21.2mm且預(yù)加負(fù)載荷為970N＞821N。</p><p><b>　　4）確定軸承型號(hào)</b></p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)教程》選取角接觸球軸承型號(hào)為7204

69、AC，它的參數(shù)如表3-5所示，其外形如圖3-5所示：</p><p>　　表3-5 角接觸球軸承的參數(shù)</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　圖3-5 角接觸球軸承</p><p>　　3.2.4 Y軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇</p><p>　　首先需要分析一下雕

70、刻機(jī)的Y軸方向的絲杠的受力情況，得到Y(jié)軸絲杠的當(dāng)量軸向載荷，再分別計(jì)算得到絲杠的預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑，然后根據(jù)預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑確定各絲杠的型號(hào)及尺寸，最后根據(jù)所選的滾珠絲杠螺母副選擇合適的支承方式以及支承所用的滾動(dòng)軸承。</p><p>　?。?）確定絲杠的當(dāng)量載荷</p><p>　　當(dāng)?shù)窨虣C(jī)空載時(shí)，Y軸絲杠所受到的軸向載荷來自于導(dǎo)軌的摩擦力。當(dāng)?shù)窨虣C(jī)以刀

71、具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)， Y軸絲杠所受到的軸向載荷來自于導(dǎo)軌的摩擦力和刀具沿Y軸方向的切削力。</p><p>　　1）計(jì)算Y軸導(dǎo)軌的摩擦力</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》知：Y軸方向的導(dǎo)軌的受力情況如圖3-6，其所受摩擦力的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　對(duì)Y軸導(dǎo)軌有：</b></p><p>　　雕刻

72、機(jī)空載時(shí)有以下公式：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)有以下公式：</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　設(shè)W1=600N，取動(dòng)摩擦因素μ=0.1。</p><p>　　圖3-6

73、 Y軸導(dǎo)軌的受力簡圖</p><p>　　2）計(jì)算Y軸絲杠所受的切削力</p><p>　　查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》知：銑削的主切削力計(jì)算公式如下：</p><p>　　FZ＝103 （3-17） </p><p>　　另外有FL =0.3～0.4 FZ，F(xiàn)V =0.

74、5～0.55FZ，取FL =0.4FZ， FV =0.55 FZ 。其中v為主軸傳遞全部功率時(shí)的切削速度其計(jì)算公式如下：</p><p>　　V＝ （3-18）</p><p>　　設(shè)刀具直徑D為6mm，由任務(wù)書參數(shù)知n=4500r/min，將D和n的值代入式3-5中得v=1.413m/s。又有主軸電機(jī)功率PE

75、=1kw，ηm取0.8，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-18中經(jīng)計(jì)算得：FZ= 566N，F(xiàn)L =226.4N， FV =311.3N。</p><p>　　3）計(jì)算絲杠的軸向載荷</p><p><b>　　對(duì)Y軸絲杠有：</b></p><p>　　雕刻機(jī)空載時(shí)有以下公式：</p><p><b>　?。?-19）&l

76、t;/b></p><p>　　雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)有以下計(jì)算公式：</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　將相關(guān)數(shù)據(jù)代入到式3-19、3-20中經(jīng)計(jì)算得：60N，317.5N。</p><p>　　4）計(jì)算絲杠的當(dāng)量載何</p><p>　　當(dāng)絲杠所

77、受載荷的大小與其轉(zhuǎn)速的變化接近正比時(shí)，其轉(zhuǎn)速為各值的可能性相同，這時(shí)可以利用以下公式進(jìn)行計(jì)算：</p><p><b>　　（3-21）</b></p><p>　　將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-21中計(jì)算得：對(duì)Y軸絲杠有：=231.7N。</p><p>　　（2）確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)期額定動(dòng)載荷</p><p>　　按照其預(yù)

78、期需要達(dá)到的運(yùn)行距離Ls來求，其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　如果該絲杠加載了預(yù)加負(fù)荷，這時(shí)其的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p><b>　　其中：</b></p>

79、;<p>　　精度等級(jí)，按7級(jí)精度來取值，其應(yīng)取0.8；</p><p>　　可靠系數(shù)，按95%，取0.62；</p><p>　　負(fù)荷系數(shù)，輕微沖擊，取1.2；</p><p>　　把的值代入到公式3-22、3-23中，比較兩式的計(jì)算結(jié)果，取較大值作為預(yù)期額定動(dòng)載荷，所以=2065.1N </p><p>　?。?

80、）確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p><p>　　1）估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量</p><p>　　查閱相關(guān)資料可知：在一般情況下定位精度，且有定位精度 脈沖當(dāng)量。已知脈沖當(dāng)量為0.01，所以此處定位精度可取0.02，則有≤0.004～0.005mm，這里取δm=0.002mm。</p><p>　　2）計(jì)算滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p>

81、<p>　　絲杠采用兩端固定的安裝方式，因此其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　-導(dǎo)軌的靜摩力</b></p><p>　　-最大允許的軸向變形量</p&g

82、t;<p>　　-兩個(gè)固定支承之間的距離（mm）</p><p>　　≈（1.1～1.2）行程+（10～14）Ph</p><p>　　對(duì)Y軸絲杠有：L≈490mm，F(xiàn)0=120N，δm=2μm，將這些數(shù)據(jù)代入到式3-24中，經(jīng)計(jì)算得：=6.69mm。 </p><p>　?。?）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)及尺寸</p><p&

83、gt;　　所選絲杠應(yīng)滿足：，，但不宜過大。</p><p>　　對(duì)Y軸絲杠有：=6.69mm，=2065.1N</p><p>　　根據(jù)以上條件，初選Y軸的滾珠絲杠螺母副的型號(hào)與X軸的滾珠絲杠相同，均為G2505—3，其參數(shù)如表3-4。</p><p>　　滾珠絲杠的螺紋長度滿足以下公式：</p><p>　　Ls=Lu+2Le

84、 （3-25）</p><p>　　其中Lu為絲杠的行程，Le為余程，查閱相關(guān)資料得：當(dāng)絲杠導(dǎo)程Ph=5mm時(shí)其余程為Le=20mm。</p><p>　　所以對(duì)Y軸絲杠有：Ls=350+2×20=390mm。</p><p>　　（5）選擇X軸滾珠絲杠螺母副支撐所用的軸承規(guī)格代號(hào)</p><p>

85、;　　1）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 </p><p>　　X軸滾珠絲杠采用兩端固定的支承方式，因此要計(jì)算預(yù)拉伸力，其計(jì)算公式如下： （3-26）</p><p>　　其中溫差△t=2.5℃，代入式3-26中得：Ft=2191N。</p><p>　　軸承

86、所承受的最大軸向載荷的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p>　　將Fmax 及Ft值代入到式3-27中得：=2508.5N 。 </p><p><b>　　2）確定軸承類型</b></p><p>　　選擇兩對(duì)25°角的角接觸球軸承分別放在絲

87、杠的兩側(cè)，每側(cè)以背對(duì)背的方式布置兩個(gè)該滾動(dòng)軸承，這種滾動(dòng)軸承不僅可以對(duì)絲杠進(jìn)行軸向和徑向的雙向固定，而且還可以對(duì)絲杠兩端進(jìn)行軸向的雙向固定。</p><p><b>　　3）確定軸承直徑</b></p><p>　　軸承直徑應(yīng)滿足：d≤d2，預(yù)加負(fù)載荷≥FBP，F(xiàn)BP =1/3 FBmax。所以選擇d=20mm的角接觸球軸承，其滿足直徑d=20mm≤21.2mm且預(yù)加

88、負(fù)載荷為970N＞836.2N。</p><p><b>　　4）確定軸承型號(hào)</b></p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)教程》選取角接觸球軸承型號(hào)為7204AC，與X軸所選的滾動(dòng)軸承相同，其參數(shù)如表3-5。</p><p>　　3.2.5 Z軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇</p><p>　?。?）確定絲杠的當(dāng)量載

89、荷 </p><p>　　當(dāng)?shù)窨虣C(jī)空載時(shí)，Z軸絲杠所受到的軸向載荷來自于導(dǎo)軌的摩擦力。當(dāng)?shù)窨虣C(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)， Z軸絲杠所受到的軸向載荷來自于導(dǎo)軌的摩擦力和刀具沿Z軸方向的切削抗力。</p><p>　　1）計(jì)算Z軸導(dǎo)軌的摩擦力</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》知：Z軸方向的導(dǎo)軌的受力情況如圖3-6，其所受摩擦力的計(jì)算公式如下：</p>

90、<p><b>　　對(duì)Z軸導(dǎo)軌有：</b></p><p>　　雕刻機(jī)空載時(shí)有以下公式：</p><p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)有以下公式：</p><p><b>　?。?-29）</b></p>

91、;<p>　　設(shè)d=64mm， l1=80mm，l2=85mm，W3=50N，取動(dòng)摩擦因素μ=0.1。</p><p>　　圖3-7 Z軸導(dǎo)軌的受力簡圖</p><p>　　2）計(jì)算Z軸絲杠所受的沿Z軸方向的切削抗力</p><p>　　查《切削用量簡明手冊》知鉆頭的軸向力的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　

92、（3-30）</b></p><p>　　設(shè)刀具為直徑d=6mm的高速鋼鉆頭，根據(jù)鉆頭查表得f=0.18mm/r，CF=600，Z F=1，yF=0.7，KF=1，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-30中計(jì)算得：=600×6×0.180.7×1=1084N。Z軸絲杠所受的沿Z軸方向的切削抗力與軸向力大小相等，方向相反，因此Z軸所受到的沿軸向的切削抗力為=1084N。</p>

93、<p>　　3）計(jì)算絲杠的軸向載荷</p><p><b>　　對(duì)Z軸絲杠有：</b></p><p>　　雕刻機(jī)空載時(shí)計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　　雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)其計(jì)算公式如下：</p><p&

94、gt;　?。?-32）將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-31、3-32中經(jīng)計(jì)算得： F1=37.5N，F(xiàn)2=1309.4N。</p><p>　　4）計(jì)算絲杠的當(dāng)量載何</p><p>　　當(dāng)絲杠所受載荷的大小與其轉(zhuǎn)速的變化接近正比時(shí)，其轉(zhuǎn)速為各值的可能性相同，這時(shí)可以利用以下公式進(jìn)行計(jì)算：</p><p><b>　?。?-33）</b></p>

95、;<p>　　將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-33中計(jì)算得：對(duì)Z軸絲杠有：=885.4N</p><p>　?。?）確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)期額定動(dòng)載荷</p><p>　　按照其預(yù)期需要達(dá)到的運(yùn)行距離Ls來求，其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　（3-34）</b></p><p>　　如果該絲杠加載了預(yù)加負(fù)

96、荷，這時(shí)其的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-35）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　精度等級(jí)，按7級(jí)精度來取值，其應(yīng)取0.8；</p><p>　　可靠系數(shù)，按95%，取0.62；</p><p>　　負(fù)荷系數(shù)，輕微沖

97、擊，取1.2；</p><p>　　把的值代入到公式3-34、3-35中，比較兩式的計(jì)算結(jié)果，取較大值作為預(yù)期額定動(dòng)載荷，所以=7891.6N</p><p>　　（3）確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p><p>　　1）估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量</p><p>　　查閱相關(guān)資料可知：在一般情況下定位精度，且有定位精度 脈沖當(dāng)量

98、。已知脈沖當(dāng)量為0.01，所以此處定位精度可取0.02，則有≤0.004～0.005mm，這里取δm=0.002mm。</p><p>　　2）計(jì)算滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p><p>　　絲杠采用兩端固定的安裝方式，因此其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　（3-36）</b></p><p><b&g

99、t;　　式中：</b></p><p><b>　　-導(dǎo)軌的靜摩力</b></p><p>　　-最大允許的軸向變形量</p><p>　　-兩個(gè)固定支承之間的距離（mm）</p><p>　　≈（1.1～1.2）行程+（10～14）Ph</p><p>　　對(duì)Z軸絲杠有：L≈270m

100、m， F0=25N，δm=2μm，將這些數(shù)據(jù)代入到式3-36中，經(jīng)計(jì)算得：=2.26mm</p><p>　　（4）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)及尺寸</p><p>　　所選絲杠應(yīng)滿足：，，但不宜過大。 </p><p>　　對(duì)Z軸絲杠有：=2.26mm，=7891.6N</p><p>　　根據(jù)以上條件，初選Z軸的滾珠絲杠螺母副的型號(hào)均為G

101、2505—3，與X軸與Y軸的絲杠相同，其參數(shù)如表3-4。</p><p>　　滾珠絲杠的螺紋長度滿足以下公式：</p><p>　　Ls=Lu+2Le （3-37）</p><p>　　其中Lu為絲杠的行程，Le為余程，查閱相關(guān)資料得：當(dāng)絲杠導(dǎo)程Ph=5mm時(shí)其余程為Le=20mm。</p><p

102、>　　所以對(duì)Z軸絲杠有：Ls=80+2×20=120mm。</p><p>　　（5）選擇Z軸滾珠絲杠螺母副支撐所用的軸承規(guī)格代號(hào)</p><p>　　1）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 </p><p>　　Z軸滾珠絲杠采用兩端固定的支承方式，因此要計(jì)算預(yù)拉伸力，其計(jì)算公式如下：

103、 （3-38）</p><p>　　其中溫差△t=2.5℃，代入式3-38中得：Ft=2191N。</p><p>　　軸承所承受的最大軸向載荷的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　（3-39）</b></p><p>　　將Fmax 及Ft值代入到式3-39中得：=2700

104、N。</p><p><b>　　2）確定軸承類型</b></p><p>　　選擇兩對(duì)25°角的角接觸球軸承分別放在絲杠的兩側(cè)，每側(cè)以背對(duì)背的方式布置兩個(gè)該滾動(dòng)軸承，這種滾動(dòng)軸承不僅可以對(duì)絲杠進(jìn)行軸向和徑向的雙向固定，而且還可以對(duì)絲杠兩端進(jìn)行軸向的雙向固定。</p><p><b>　　3）確定軸承直徑</b>

105、</p><p>　　軸承直徑應(yīng)滿足：d≤d2，預(yù)加負(fù)載荷≥FBP，F(xiàn)BP =1/3 FBmax。采用d=20mm的角接觸球軸承，其滿足直徑d=20mm≤21.2mm且預(yù)加負(fù)載荷為970N＞900N。</p><p><b>　　4）確定軸承型號(hào)</b></p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)教程》選取角接觸球軸承型號(hào)為7204AC，與X軸和Y軸所用

106、滾動(dòng)軸承相同，其參數(shù)如表3-5。</p><p>　　3.2.6 導(dǎo)軌副——直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選擇</p><p>　　初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為TRS20VN，導(dǎo)軌數(shù)為2，滑塊總數(shù)為4，其參數(shù)如表3-6所示，外形如圖3-8所示：</p><p>　　表3-6 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的參數(shù)</p><p>　　圖3-8 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌</p&g

107、t;<p>　?。?）校核額定動(dòng)載荷</p><p>　　各軸導(dǎo)軌應(yīng)滿足：額定動(dòng)載荷></p><p><b>　　對(duì)于X軸導(dǎo)軌有：</b></p><p>　　= =111.75N<=12010N，滿足要求。</p><p>　　對(duì)于Y軸導(dǎo)軌有：==227.8N<=12010N，滿足要求

108、。</p><p>　　對(duì)于Z軸導(dǎo)軌有：==831.5N<=12010N，滿足要求。</p><p>　?。?）校核額定靜載荷</p><p>　　各軸導(dǎo)軌應(yīng)滿足：額定動(dòng)載荷></p><p>　　對(duì)于X軸導(dǎo)軌有：==43N<=22190N，滿足要求。</p><p>　　對(duì)于Y軸導(dǎo)軌有：==150N

109、<=22190N，滿足要求。</p><p>　　對(duì)于Z軸導(dǎo)軌有：==31.25N<=22190N，滿足要求。</p><p>　?。?）額定行程長度壽命</p><p>　　導(dǎo)軌的額定行程長度壽命的計(jì)算公式如下：</p><p>　　= （3-40） </p><p&

110、gt;　　其中K為壽命系數(shù)，一般取K=50km；F為滑座工作載荷（N）；為硬度系數(shù)，可按表3-7選??；為溫度系數(shù)，按表3-8選取；為接觸系數(shù)，按表3-9選??；為負(fù)荷系數(shù)，按表3-10選?。粸轭~定動(dòng)載荷，取硬度系數(shù)=1，溫度系數(shù)=1，接觸系數(shù)=0.81，負(fù)荷系數(shù)=1.5，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-40中經(jīng)計(jì)算得：</p><p>　　對(duì)于X軸導(dǎo)軌有：=12010N，F(xiàn)=111.75N，代入Ts的計(jì)算公式中得：</p

111、><p>　　Ts=9773220Km</p><p>　　對(duì)于Y軸導(dǎo)軌有：=12010N，F(xiàn)=227.8N，代入Ts的計(jì)算公式中得：Ts=1153770Km</p><p>　　對(duì)于Z軸導(dǎo)軌有：=12010N，F(xiàn)=831.5N，代入Ts的計(jì)算公式中得：Ts=23724Km</p><p>　　導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命的公式如下： </p&g

112、t;<p>　　= （3-41） </p><p>　　其中工作單行程長度=0.6m，每秒往復(fù)次數(shù)=4。分別把各軸導(dǎo)軌的Ts值代入到式</p><p>　　3-41中，經(jīng)計(jì)算得：</p><p>　　對(duì)于X軸導(dǎo)軌有：Th=2036087500h>15000h，滿足壽命要求。</p>

113、<p>　　對(duì)于Y軸導(dǎo)軌有：Th=240368750h>15000h，滿足壽命要求。</p><p>　　對(duì)于Z軸導(dǎo)軌有：Th=4942500h>15000h，滿足壽命要求。</p><p><b>　　表3-7硬度系數(shù)</b></p><p><b>　　表3-8溫度系數(shù)</b></p&

114、gt;<p><b>　　表3-9接觸系數(shù)</b></p><p><b>　　表3-10負(fù)荷系數(shù)</b></p><p>　　3.2.7 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用彈性聯(lián)軸器，其特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）一體成型的金屬彈性體</p>&l

115、t;p>　?。?）零回轉(zhuǎn)間隙、可同步運(yùn)轉(zhuǎn)</p><p>　　（3）能夠補(bǔ)償軸在各個(gè)方向的偏差</p><p>　?。?）順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)沒有什么區(qū)別</p><p>　　（6）不需要保養(yǎng)，抗油能力強(qiáng)，耐腐蝕性能良好</p><p>　?。?）它由鋁合金或不銹鋼制成</p><p>　　（8）采用頂絲或夾緊來固定<

116、;/p><p>　　各軸絲杠與步進(jìn)電機(jī)聯(lián)接處選擇型號(hào)為BFB55-16 16的彈性聯(lián)軸器，其參數(shù)如表3-11所示，外形如圖3-9所示：</p><p>　　表3-11 彈性聯(lián)軸器的參數(shù)</p><p><b>　　圖3-9彈性聯(lián)軸器</b></p><p>　　3.2.8 滾珠絲杠的校核</p><p&g

117、t;　　各軸滾珠絲杠采用兩端固定的支承方式，如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 絲杠兩端固定的支承形式</p><p>　?。?）傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算</p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)剛度校核可采用下列公式：</p><p><b>　　（3-42）</b></p><p>　　其中為滾

118、珠絲杠螺母副的抗壓剛度，為支承滾珠絲杠的軸承的軸向剛度，為滾珠絲杠的滾珠與滾道的接觸剛度</p><p>　　1）滾珠絲杠螺母副的抗壓剛度</p><p>　　對(duì)于絲杠支撐形式為兩端固定，抗壓剛度Ks計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-43）</b></p><p>　　最大抗壓剛度的計(jì)算公式如下：<

119、/p><p>　?。?-44）最小抗壓剛度計(jì)算公式如下： </p><p><b>　?。?-45）</b></p><p>　　其中L為兩個(gè)固定支承之間的距離，L0為固定支承與行程起點(diǎn)之間的距離。</p><p>　　對(duì)于X軸絲杠有：L=452mm，L0=26mm，3026.3 656.3</p><p

120、>　　對(duì)于Y軸絲杠有：L=490mm，L0=70mm，1236 605.4</p><p>　　對(duì)于Z軸絲杠有：L=240mm，L0=80mm，1390.5 1236</p><p>　　2）絲杠支承副的剛度</p><p>　　Kb=2× （3-46）</p><p>　　其中滾動(dòng)體直

121、徑dQ=6.75，滾子數(shù)Z=8，軸承接觸角β=25。，，把X、Y、Z軸絲杠支承副的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-46中得：，，。</p><p>　　3）絲杠滾珠和滾道的接觸剛度</p><p>　　絲杠滾珠和滾道的接觸剛度的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-47）</b></p><p>　　其中Ca為絲杠額定動(dòng)載