〔大学论文〕CD-YAG AC200400500激光切割机工作台（含word文档） .pdf

目录目录 摘要1 前言3 1 总体设计方案 4 11 设计任务4 12 机构要求4 13 设计方向确定5 131 工作台条件的确定 6 2滚珠丝杠的选用6 21 选定编号6 22 计算选定编号9 3滚动导轨的设计计算 13 4轴承的选用 15 5升降机的选用 15 6电机的选用 20 61 确定脉冲当量，初选步进电机20 62 计算系统转动惯量20 63 电机机轴上的转动惯量21 64 惯量匹配验算23 7零部件设计 24 71 上导轨座设计24 72 u 型连接块设计26 73 轴承座的设计27 8主要零件的加工工艺规程 29 81 零件的分析29 811 零件的作用 29 812 零件的工艺分析 29 82 工艺规程设计30 821 确定毛坯的制造形式,加工余量及形状30 82.2、选择定位基准31 82.3 制定工艺路线31 82.4、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定32 83 确定切削用量和时间定额33 总结 39 致谢 40 参与文献 41 摘要摘要 激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工 时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料。 本工作台专为光大 cd-yag ac200/400/500 激光切割机所设计。激光切割机 在工作过程中仅为 y-y 方向移动则可，可切割小于 3mm 厚的金属片，打孔， 等。其切割路线由 cad 图纸直接传输，可切割一些不规则的路线。 由于激光切割为特种加工技术，在切割过程中并无切割力的作用，因些 在工作台设计方面，可以不考虑切削力的影响。 机械系统应具备良好的伺服性能（即高精度、快速响应性和稳定性好） 从而要求本次设计传动机构满足以下几方面： （1）转动惯量小 （2）刚度大 （3）阻尼合适 此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度） 、共振性好（提高机构的稳定性）、 间隙小（保证机构的传动精度） ，特别是其动态特性应与伺服电动机等其它 环节的动态特性相匹配。 设计过程中主要对工作台的丝杠，导轨，电机，以及升降机的参数进入 选择设计，以及工件的联接设计等。同时绘制各主要工件的零件图和工作台 装配总图，设计其中重要工件的加工工艺规程。 关键字:工作台机械设计激光技术切割机 a a a abstractbstractbstractbstract laser cutting technology widely used in metal and non-metallic materials processing, can greatly reduce the processing time, lower processing costs and improve the quality of the workpiece. pulsed laser applied to metal materials.the table for the china everbright cd-yag ac200/400/500 laser cutting machine designed. laser cutting machine in the course of their work can be moved only yy, cutting less than 3 mm thick metal sheets, punching, and so on. its cutting line directly from cad drawings transmission, cutting some irregular routes. since laser cutting for special processing technologies, in the process of cutting no role in cutting edge, the more the design of the table, you can not consider the impact of cutting force. mechanical systems should have a good servo performance (that is, high-precision, rapid response and stability) to request the transmission mechanism, designed to meet the following: (1) small moment of inertia (2) the stiffness (3) suitable dampingfriction also require small (increase the sensitivity), the resonance of good (improve the stability of institutions), the small space (the transmission ensure accuracy), in particular its dynamic characteristics with the servo motor and other links to the dynamic nature of match .the process of designing the main table of the screw, rails, the electrical and lift the parameters into the choice of design, and parts of the link design. at the same time drawing all the major parts of the assembly parts map and the map table, one of the major parts of the design of processing a point of order. keywords: table mechanical design laser technology cutting machine 前言前言 1 1激光原理激光原理: : 激光英文全名为 light amplification by stimulated emission of radiation (laser)。 于 1960 年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。 科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的 物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静 的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被 放出的光子又会撞击其它原子， 激发更多的原子产生光子， 引发一连串的 连 锁反应 ，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光； 因此强的激光甚至可用作切割钢板！ 2 2激光加工技术激光加工技术: : 激光是 20 世纪 60 年代的新光源。由于激光具有方向性好、亮度高、单 色性好等特点而得到广泛应用.激光加工是激光应用最有发展前途的领域之 一，现在已开发出 20 多种激光加工技术。 激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机 的控制下， 通过脉冲使激光器放电， 从而输出受控的重复高频率的脉冲激光， 形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过 聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上， 形成一个个细微的、 高能量密度光斑， 焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量 的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光 加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把 物体加工成想要的形状。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔 化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生 热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面， 减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用)。 一、总体设计方案一、总体设计方案 1 11 1 设计任务设计任务: : x 方向行程:300mm y 方向行程:300mm 工作台面的参考尺寸:300x300mm 最高运动速度:1400mm/min 定位精度:0.02mm + 工作寿命:每天 8 小时,工作 8 年,300 天/年 1 12 2机构要求机构要求 机械系统应具备良好的伺服性能（即高精度、快速响应性和稳定性好） 从而要求本次设计传动机构满足以下几方面： （1）转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质 量和转动惯量应尽量减小。否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械 负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生 谐振。所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。 （2）刚度大刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚 度对机械系统而言是有利的：伺服系统动力损失随之减小。机构固有频 率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。增加闭环伺服系统的稳 定性。所以在设计时应选用大的刚度的机构。 （3）阻尼合适机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振 幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳态误差增大，精度降低，所 以设计时，传动机构的阻尼要选着适当。 此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度） 、共振性好（提高机构的稳定 性） 、间隙小（保证机构的传动精度） ，特别是其动态特性应与伺服电动机等 其它环节的动态特性相匹配。 总体设计如图 1.2.1 所示： 方向传动机构 方向传动机构 电机 步进电机 步进电机 微 机 控 制 图 1.2.1 1.31.3 设计方向确定设计方向确定 x-y 工作台系统可以设计分为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环 的伺服系统采用步进电机驱动, 系统没有检测装置; 半闭环的伺服系统中 一般采用交流或直流伺服电机驱动, 并在电机输出轴安装脉冲编码器, 将 速度反馈信号传给控制单元; 闭环的伺服系统也是采用交流或直流伺服电 机驱动, 位置检测装置安装在工作台末端, 将位置反馈信号传给控制单元。 闭环和半闭环伺服系统价格昂贵，结构复杂，同时其可控分辨率也很高，但 在本次设计中，其位置精度（0.02mm）要求不高，考虑到成本低，维修方 便，工作稳定等条件。选用步进电机伺服系统就可以满足要求。其通过微机 机控制步进电机的驱动, 直接带动工作台运动。 工作台系统总体框图如图 1.3.1 所示:： 图 1.3.1 1.41.4、工作台条件的确定、工作台条件的确定 对于 gdyagac200/400/500 激光切割机而言，工作均为较轻的 工件，最大质量不超过去 50kg ，划片范围为 300mm x 200mm。工作过程中 的震动不步进电机拉动工作台时由于惯性引起的震动。所以我选工作台厚度 为 30mm，材料选 ht200 灰铸铁，因为其有良好的铸造性能，减磨性，耐磨性 好，加上其熔化配料简单，成本低，耐腐蚀及抗震性好等。 二、滚珠丝杠的选用二、滚珠丝杠的选用 （1）滚珠丝杠副有如下特点：传动效率高系统刚性好传动精度 高使用寿命长运动具有可逆性（既可将回转运动转变为直线运动，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相同不会自锁 可进行预紧和调隙 初步选定用优励聂夫（南京）科技有限公司的丝杠，以下将由该公司所 提供的计算方式 （出自 /jmgz4.asp） 进行以下计 算： 2 21 1 选定编号选定编号 丝杠支承和受力位置如下图 2.1.1 所示 固定 支承 危险转速 危险轴向载荷 固定轴承到螺母间距离 轴承到螺母间距离 图 2.1.1 优励聂夫（南京）科技有限公司所提供的滚珠丝杠直径、导程、长度和精度 系数如下表 2.1.2 所示： 表 2.1.2 直径/导程及长度的选择 丝杠直径和导程 公称直 径(do) 导 程 pho 456810121620 16 20 25 32 40 50 63 80 100 磨制丝杠 轧制丝杠 丝杠长度 表 2.1.2 选取的滚珠丝杠转动系统为： 磨制丝杠(右旋)轴承到螺母间距离(临界长度) ln = 380mm 固定端轴承到螺 母间距离 lk = 380mm 设计后丝杠总长 = 500mm 最大行程 =380mm 工作台最 高移动速度 vman = 1.4（m/min）寿命定为 lh = 19200 工作小时。= 0.1 （摩擦系数）电机最高转速 nmax = 350 （r/min）定位精度：最大行程 内行程误差 = 0.035mm300mm 行程内行程误差 = 0.02mm失位量 = 0.045mm 支承方式为(固定支承)w 50kg （工作台重量+工件重量） g=9.8m/sec2(重力加速度)i=1 (电机至丝杠的传动比)fw=w g = 0.1 509.8 50 n(摩擦阻力) 运转方式轴向载荷 fa=f+fw （n） 进 给 速 度 (mm/min) 工作时间比 例 所有运转f1=50v1=14000q1=100 fa - 轴向载荷 （n） f - 切削阻力 （n） fw - 摩擦阻力 （n） 从已知条件得丝杠编号：此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以 螺母选形为：fdg（法兰式双螺磨制丝杠）从定位精度得出精度精度不 得小于 p5 级丝杠fdg 20x4r-3-p5-500x380 2 22 2 计算选定编号计算选定编号 导程 max max 1400/3504 ho v p ni mm = 运转方式进给速度(mm/min)进给转速(r/min) 所有运转v1=1400n1=350 平均转速 100 350350 /min 100100 m q nnr= 平均载荷 33 3 3 1 350 5050 350 m m n ffn n = 时间寿命与回转寿命 m 60 60 19200 350 60 403200000 hhm l llln n l = = =转次 额定动载荷以普通运动时确定 fw 取 1.4 3 6 3 6 10 403200000 50 1.4 10 517.14 amw l cff n = = 得：额定动载荷 ca517.14n 以 ca 值从 fdg 系列及（丝杠直径和导程、丝 杠长度表 /jmgz6_2.htm）表 2.2.1 表 2.2.1 中查出适合的类型为：公称直径： d0=20mm 丝杠底径： d0=17.5mm 导程： pho=4mm 循环圈数：3 额定动载荷为：517.14n。丝杠编号： fdg 20 4r - p5 - 3 - 500 380预紧载荷 fao = ca=0.05517.14 25.86 n 丝杠螺纹长度 lu=l1-2lel1=lu+2le =300+220=340mm 丝杠螺纹长度不得小于 340mm 加上螺母总长一半 37mm(从系列表中查出螺母 总长 74mm)。得丝杠螺纹长度 377m。在此取丝杠螺纹长度 l1=380mm 则 轴承之间的距离 ls=380mm 丝杠编号： fdg20 - 4r - p5 - 3 - 500 380 丝杠公称直径公称直径由允许工作转速与工作容许轴向载荷来推算得出。 由 /jmgz3_5.asp 临界转速及允许工作转速： nkper0.8nknk nkper/0.8 以安装形式确定 fnk 取 18.9。 7 2 2 27 2 7 10 10 350 400 0.3( / min) 18.9 10 kn knk nnk nld nfd lf r = = 可知丝杠螺母底径大于 0.3当 pho=4(mm)、最高转速达到 350（r/min） 时，系列表中适合的公称直径 d012mm 。上述由额定动载荷 ca 求得 的公称直径 d0=20mm12 ，满足条件，否则公称直径还应加大。丝杠编号： fdg 20 4r p5 - 3 - 500 380 滚珠丝杠传动系统刚度初始条件：失位量 = 0.045mm。滚珠丝杠系 统之间各元部件（丝杠、螺母、支承轴承） ，在此设为：0.04mm。此时滚珠 丝杠系统各元部件单边弹性变形量为：0.02mm。 此时运动的轴向载荷 1000n。丝杠刚度当 ls1=lk，rs 为最小，一般情况下计算最小刚度 值。 由 /jmgz3_7.asp 2 0 1 2 (0.707) 165 (200.707 2.381) 165138/ 400 w s s dd r l nm = = / 1000/1387.25 as fr m = = 螺母刚度在此预紧载荷为额定动载荷的 10%，螺母刚度从表中查出 r=613n/m从表中查出额定动载荷 ca=6201n,在此取 0.1 1 3 1 3 0.8() 25.86 0.8 613 () 0.1 517.4 180.63/ ao nu a f rr c nm = = = / 1000/180.635.54 nuaun fr m = = 支承刚度支承轴承刚度 ral 可从轴承生产厂产品样本中的查出。在此 ral=1020n/m ral=fa/ral=fa/alal al=fa/ralal=fa/ral = = 1000/10201000/1020 1 1m m 轴向总刚度 1/rtot1/rtot = = 1/rs1/rs + + 1/rnu1/rnu + + 1/ral1/ral =1/138=1/138 + + 1/180.631/180.63 + + 1/10201/1020 rtotrtot72.6672.66 n/n/m m 总弹性变形量(单边) tottot = = s s + + nunu + + alal =7.25+5.54+1=7.25+5.54+1 =13.79=13.79m m 2020m m 检验合格。 从丝杠轴向总刚度的问题上来讲，丝杠的刚度有时比螺母的刚度重要， 最佳提升刚性的方法是提高丝杠的刚度，而不是在螺母上施加太重的预紧载 荷(预紧载荷最高为额定动载荷的 10%)。 三、滚动导轨的设计计算三、滚动导轨的设计计算 滚动直线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。 与 v 型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力 可下降约 40 倍。 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。 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运动灵敏读高定位精度高牵引力 小、移动轻便精度保持性好润滑系统简单、维修方便摩擦系数 小、动摩擦系数很接近、不产生爬行现象。 已知作用在导轨副上的压力 m总 g509.8=490n 导轨工作寿命： h t 83008=19200h 单向行程长度： s l 0.4m 往复次数取：n=3 次分 导轨行程长度系数： s t h t s l n 3 10 192000.4360/ 3 10 =2764.8 因活座数 m=4 所以每根导轨上使用个活座 4 m = 490 4 =122.5n 根据公式 s t 6.25 3 a c f 得： a c = 3 3 6.25 s ft = 3 3 122.52764.8 6.25 =933.39n 根据 /html/gund/g2.htm.图 3.1 图 3.1 选取 gge15 ba 型号的导轨的 a c =7.19kn,能满足 8 年的使用要求。 其具体参数如下: h24w9.5b134b226 b34k18t5m1l0m47 l154.5l238.5l326gm6 b415h114.5ddh3.56.55f60 单根最大长度 lmax600 额定动载荷 c (kn)7.19 额定静载荷 c0(kn)10.5 额定力矩(n*m)ma76.1 mb76.1 mc88.4 四、轴承的选用四、轴承的选用 丝杠轴上的轴承受两方面的力，轴向力有直向力。轴承的选择主要由轴 径的大小和所受的载荷和决定，由丝杠选取过程中计算得出，丝杠所受的额 定动载荷为 517.14n,而丝杠在轴承处的直径为 17mm，在些选用角接触轴承， 查机械零件手册 ，选用 7203c。 五、升降机的选用五、升降机的选用 因为工作台必要的时候需要在 z 轴上作一定的运动，所以相当有必要 在 xy 工作台下方安装一个升降机，并且为手机操作和电机带动并用。选 用的升降机要求如下： 提升重量为 xy 工作台及工件的总重量。 n=mg=5010=500 （n） 其 中 g=10 提升速度为 1m/min。 计划选用优励聂夫（南京）科技有限公司的 cs 系列蜗轮丝杠升降机。 通过比较，选用 cs 系列方型蜗轮丝杠 b 型结构。其结构图如下图 5.1： （出 自 /wlgg4.htm） 图 5.1 现选用具体型号为 cs25，由 /cs25.htm,表 5.2 cs25cs25，梯形丝杠，梯形丝杠 30306 6 转速 rpm 提升速度 f=15(kn)f=10(kn)f=5(kn)f=2.5(kn)f=1(kn) nlnlnlnlnl nlnmkwnmkwnmkwnmkwnmkwnmkwnmkwnmkwnmkwnmkw 1500 1.50 0.375 8.8 1.39 3.1 0.49 5.9 0.93 2.1 0.33 2.9 0.46 1.0 0.2 1.5 0.2 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 1000 1.00 0.250 8.8 0.93 3.1 0.33 5.9 0.62 2.1 0.22 2.9 0.31 1.0 0.1 1.5 0.2 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 750 0.75 0.188 8.8 0.69 3.1 0.25 5.9 0.46 2.1 0.16 2.9 0.23 1.0 0.1 1.5 0.1 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 6000.6 0.150 8.8 0.56 3.1 0.20 5.9 0.37 2.1 0.13 2.9 0.19 1.0 0.1 1.5 0.1 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 5000.5 0.125 8.8 0.46 3.1 0.16 5.9 0.31 2.1 0.11 2.9 0.15 1.0 0.1 1.5 0.1 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 3000.3 0.075 8.8 0.28 3.1 0.1 5.9 0.19 2.1 0.1 2.9 0.1 1.0 0.1 1.5 0.1 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 1000.1 0.025 8.8 0.1 3.1 0.1 5.9 0.1 2.1 0.1 2.9 0.1 1.0 0.1 1.5 0.1 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 500.05 0.013 8.8 0.1 3.1 0.1 5.9 0.1 2.1 0.1 2.9 0.1 1.0 0.1 1.5 0.1 0.5 0.1 0.6 0.1 0.2 0.1 表 5.2 选用数据如下： 转速：1000rpm 提升速度：n 1.00l 0.25 f=2.5 (kn) 由 /wlgg4.htm 表 5.3 表 5.3 型号 cs cs2.5cs5cs10cs25cs50cs150cs250 丝杠tr144tr184tr204tr306tr407tr609 tr8010 c253137.54158.58082.5 d6080100130180200240 e486078106150166190 f507285105145165220 g38526381115131170 hm6m8m8m10m12m20m30 jk69101416202530 k120253245637180 k216212942636675 l223140547883100 l12022.522.543456565 l212131515163045 n92120140195240300355 nllift+60lift+68lift+74lift+86 lift+123 lift+149 lift+160 p627493105149200205 q3314 3318 5520 5536 6636 8756 8756 t12121823324040 w263040467085120 裕度 x 10121520252525 y50627582117160165 z2432.535445570- z1m6m8m8m8m10m10- z261012121515- 运动螺母 a404444467399110 b10121214162030 ch9242832426385105 d4448556695125190 e3438455478105150 f567791117 丝杠接头类型 1 h12152025304575 ik68121520254060 表 5.3 续表 得到如下数据： 丝杠tr306 c41 d130 e106 f105 g81 hm10 jk616 k145 k242 l54 l143 l215 n195 nllift+86 p105 q5536 t23 w46 裕度 x20 y82 z44 z1m8 z212 运动螺母 a46 b14 ch942 d66 e54 f7 h25 ik620 六、电机的选用六、电机的选用 6.16.1、确定脉冲当量，初选步进电机、确定脉冲当量，初选步进电机 脉冲当量根据系统精度来确定，对于开环系统一般为 p=0.005 0.01mm。如取得太大，无法满足系统精度要求；如取得太小，或者机械系统 难以实现，或者对其精度和动态特性能提出更高的要求，是经济性降低。本 次设计的工作台的精度为0.02mm，所以根据经验公式得脉冲当量= 1 3 0.04=0.0125mm .又知道是用联轴器连接电机主轴和丝杠，所以传动比 i=1。 根据公式得步距角=360i/p= 0 0.9 6.26.2、计算系统转动惯量、计算系统转动惯量 计算转动惯量的目的是选着步进电机的动力参数及进行系统动态特性 与设计。丝杠的转动惯量的计算 1 j = 4 32 d l = 34 3.14 7.8 100.01750.5 32 =3.2=3.2 5 10 kgkg 2 m 其中是丝杠密度 （kg/ 3 m ） ， 取 7.8 3 10 kg/ 3 m ； d 是丝杠的等效直径(m), 取 0.017m; l 是丝杠的长度 0.5m。 沿直线轴移动物体的惯量工作台、工件等折算到电动机轴 上的转动惯量，可由下述公式达到： 2 j = 2 2 v n m 6 10 = 2 1400 2350 50 6 10 =2.03 2 10 kg 2 m m工作台（包括工件）的质量，kg v工作台快进速度，mm/min n丝杠转速,r/min 所以折算到电机上的总转动惯量 j总 = 1 j 2 j =0.08713 2 10 kg 2 m 6.36.3、 电动机轴上的惯性转矩：电动机轴上的惯性转矩： j t = j总 2i p max v t =0.08713 2 10 21 0.005 1.4 60 0.1 =25.2nm 电动机轴上的当量摩擦转矩 t = 2 p i m f = 2 p i mg= 0.005 20.99 1 509.80.004=0.002nm 其中， t 为电机加速时间：t=0.1o 秒 伺服传动链的总效率取为=0.99 max v 为工作台快进速度 max v =1.4m/min 设滚动丝杠螺母副的预紧力为最大轴向载荷的 1/3，则因预紧力而引起的、 折算到电动机轴上的附加摩擦转矩为： 0 t = 2 p i 3 ao f （1 2 0 ）= 0.005 20.99 1 25.86 3 （1 2 0.9 ）= 3 1.32 10 nm 0 是滚珠丝杠螺母副未预紧时的传动效率。 0 =0.9 工作台上的最大轴向载荷折算到电动机轴上的负载转矩为： w t = 2 p i ao f = 0.005 20.99 1 25.86=0.02 nm 在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩： l t = w t t 0 t =0.020.002 3 1.32 10 = 0.023nm 根据下列公式计算正常运转时所需步进电动机的最大静转矩 1s t 1s t =0.3 0.5 l t = 0.023 0.3 0.5=0.0460.077 nm 于是启动时电动机轴上的最大静转矩为： q t = j t t 0 t =25.20.002 3 1.32 10 =25.2003 nm 我初步选定电机为三相双六拍的电机，根据 q t 与选取启动时所需步进电动 机的最大静转矩 s t 的关系： s t =0.866 p t = 25.2003 0.866 =29.1 nm 所以根据： /product/stepmotor/350/130byg.html 图 6.3.1 图 6.3.1 选定 130byg3502 具体参数如下： 步距角：0.6 度 相数：3 静转矩：35nm 转动惯量：30kg 2 cm =0.3 2 10 kg 2 m 尺寸图如图 6.3.2： 图 6.3.2 6.46.4、惯量匹配验算、惯量匹配验算 电机轴上的总当量负载转动惯量 j总 和电机轴自身转动惯量 m t 的比 值应控制在一定范围内，既不应太大，也不应太小。如果太大，则伺服系统 的动态特性主要取决于负载特性，由于工作条件（如工作台位置）的变化而 引起的负载质量，刚度，阻尼等的变化，将导致系统动态特性也随之产生较 大的变化，使伺服系统综合性能变差，或给控制系统设计造成困难。如果该 比值太小，说明电动机选或传动系统设计不太合理，经济性较差。为了系统 惯量达到较合理的匹配，一般应将该比值控制在下式所规定的范围内： 1 4m j t 总 1 1 4m j t 总 = 2 2 0.08713 10 0.3 10 =0.291 说明惯量匹配合理。 七、零部件设计七、零部件设计 工作台各零部件的结构设计，应符合以下方面的要求： （1） 零件的尽量少，能用一个零件的，尽量只用一个零件。这样，可以最 大程度的减小在连接方面产生的误差，并且在装配方面也可以大大地减少工 作台，有利于降低成本，提高生产效率。 （2） 零件结构方面必需合理设计，能出模，能加工，且方便加工。结构应 尽量简单。 （3） 零件应达到一定的刚度，精度要求。 7.17.1上导轨座设计上导轨座设计 对于上导轨座设计，首先要检查所选滚珠丝杠的活动螺母以及其连接部 件的尺寸的结构尺寸，本工件为丝杠螺母和导轨以及两坐标轴箱体的连接件 相连的部件，必需结合这三方面的结构尺寸。 a丝杠螺母结构尺寸如图 7.1.1 所示： 图 7.1.1 b上导轨的结构尺寸图 3.1 所示, 具体结构参数如下: h24w9.5b134 b226 b34k18t5 m1xl0m4x7 l154.5l23.5l326 gm6 n4.5b415h114.5dxdxh 3.5x6.5x5 f60 c两坐标轴间联接件： 初定不厚度为 5mm 的钢块。在本处对其结构不作要求，其具体结构设计 将在以下零件设计。 联接方式： 丝杠螺母为法兰盘式联接，在此也应设计法兰盘式与之对应的联接。双 工件通过螺钉锁紧。如图 7.1.2 所示： 图 7.1.2 本工件与上导轨及两坐标轴间联接件的联接亦使用螺钉联接，因导轨为标准 件，所以导轨上的螺钉位置，尺寸都已固定。三都的联接方式设计如下图 7.1.3 所示： 图 7.1.3 由于本零件所受的力仅为丝杠的轴向载荷力，由丝杠设计里可以得到此力为 50n。由于此力较小，于是本零件结构设计如下图 7.1.4 所示： 图 7.1.4 7.27.2u u 型连接块设计型连接块设计 对于两坐标轴间的联接，要首先考虑到上方坐标轴上的导轨上的防尘盖 设计。初定防尘盖为 0.8 mm 的钢板。而两坐标轴间的联接必须通过娈曲的 过渡进行联接，从而达到防尘的作用。具体结构设计如下图 7.2.1： 图 7.2.1 7.37.3轴承座的设计轴承座的设计 a固定端轴承座设计 本零件主要有两个作用。第一，作用轴承座对丝杠的轴承起支撑作用；第 二，对电机起定位和固定作用。 轴承座与坐标轴座的定位和固定用螺钉来负责，如图 7.3.1 所示： 图 7.3.1 轴承的定位与固定 （1）轴承座上不设计定位固定设置，轴 承外圈的固定由轴承端盖负责。其结构如图 7.3.2 所示： 图 7.3.2 （2）轴承在轴上的定位固定可以用定位卡簧决定。其结构如图 7.3.3 所示： 图 7.3.3 b支承端的轴承定位 （1）轴承外圈的定位固定和固定端结构一致 （2）轴承支座上设计轴承内圈的定位设置，如图 7.3.4 所示： 图 7.3.4 八、主要零件的加工工艺规程八、主要零件的加工工艺规程 现书写上导轨座的机械加工工艺规程 8.18.1、零件的分析、零件的分析 8.11 零件的作用 本零件是 gd-yag-ac200/400/500 激光机 x-y 工作台的上导轨座。它安装 在工作台丝杠的活动螺母上，通知丝杠螺母的移动带动上一工作台的移动。 零件上法兰部分与丝杠活动螺母相连，另一端平面上下两面分别与两坐标轴 联接钢块和上导轨相连。 8.12 零件的工艺分析 拨叉共有三组加工表面,它们之间有一定的位置要求.现分述如下: a.以5mm 孔为中心的孔。 这一组加工表面包括:16 个5 的孔. b.以36mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：上平面两个 35x120 的平面，下平面两个 35x120 的平面，6 个5mm 的螺孔。 这一组加工表的位置要求如下为： 所有加工平面与孔中心平行度为 0.04mm 36mm 的跳动：0.025mm c.以法兰平面为中心的加工表面 这一组加工表面包括: 62mm 平面。 由以上分析可知,对于这三组加工表面而言,可以先加工其中一组表面, 然后借助于专用夹具加工另一组表面,并且保证它们之间的位置精度要求. 8 82 2工艺规程设计工艺规程设计 82.1、确定毛坯的制造形式,加工余量及形状： 零件材料为 ht200。考虑零件在工作运行过程中所受冲击不大，零件结构又 比较简单，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械 制造工艺设计简明手册第 41 页表 2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为 ct-11， 并查表 2.2-4 确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及 加工余量，如下图 及表 所示： 图 加工面代号基本尺寸加工余量说明 d15252钻孔 d2363.52孔降一级双侧加工 d3412052单侧加工 t1144单侧加工 t2144单侧加工 t3344单侧加工 表 82.2、选择定位基准： 1 粗基准的选择：以 t2 面为主要的定位粗基准，并以 t2 侧面为辅助基 准。 2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据 “基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的平面为主要的定位精 基准，以 t2 加工后侧面为定位精基准。 82.3 制定工艺路线: 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法 所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机 床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考 虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册 第 20 页表 1.4-7、1.4-8、1.4-11，经反复比较，设计零件的加工方法及工 艺路线方案如下： 工序 01以 t2 为定位粗基准，粗铣 t1 平面。 工序 02以 t1 为基准,粗铣 t2 平面。 工序 03以 t1 为基准,粗铣 t3 平面 工序 04以 t1 及 t1 侧面为定位基准，粗镗36 孔。 工序 05以 t2 为定位精基准，精铣 t1 平面。 工序 06以 t1 为基准,精铣 t2 平面。 工序 07以 t1 及36 孔为基准，钻5 通孔。 工序 08以 t1 和5 孔为基准，精镗36 孔。 工序 09以 t1 和5 孔为基准，精铣 t3 平面。 工序 10以 t1 和5 孔为基准，钻 m5 螺纹底孔。 工序 11以 t1 和5 孔为基准，攻 m5 螺纹。 工序 12去毛刺。 82.4、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加 工工序的加工余量如下表 ： 工序 号 工序 内容 加工 余量 基本 尺寸 经济 精度 工 序 尺 寸偏差 工序余量 最小最大 铸件 4.0ct11 2 01 粗铣t1平 面 1.015.012 0.18 0 + 11.18 02 粗铣t2平 面 1.012.012 0.18 0 + 11.18 03 粗铣t3平 面 1.031.012 0.25 0 + 11.25 04 粗镗36 孔。 1.034.012 0 0.2511.25 05 精铣t1平 面 0118 0.013 0.013 + -0.013-0.013 06 精铣t2平 面 0108 0.013 0.013 + 0.013-0.013 07 钻 5 通 孔 058 0.005 0 + 01.005 08 精镗36 孔 0367 0 0.010-.01 09精铣t3平 面0308 0.019 0.019 + 0.019-0.019 10钻m5螺纹 底孔 05 11 攻m5螺纹 05 表 8 83 3、确定切削用量及时间定额：、确定切削用量及时间定额： 工序工序 0101以 t2 为定位粗基准，粗铣 t1 平面。 1. 加工条件 工件材料： ht200,b =170240mpa， 铸造;工件尺寸： aemax=139mm， l=120mm; 加工要求：粗铣 t1 平面，加工余量 3mm; 机床：x51 立式铣床； 刀具：yg6 硬质合金端铣刀。铣削宽度 ae90,深度 ap6,齿数 z=12,故根 据机械制造工艺设计简明手册 （后简称简明手册 ）表 3.1，取刀 具直径 d0=125mm。 根据 切削用量手册 （后简称 切削手册 ） 表 3.16， 选择刀具前角00后角08，副后角0=10，刃倾角： s=10,主偏角 kr=60,过渡刃 kr=30,副偏角 kr=5。 2. 切削用量 1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap=3mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量 fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对 称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表 3.5，使用 yg6 硬质合金