XY型数控铣床工作台的设计

1、毕业设计(论文)数控铣床x-y工作台的设计the design of x-y table in milling学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年05月19日 徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。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注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位

2、论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，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。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要x-y数控工作台是是指能分别沿着x 向和y向移动的工作台，是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的x-y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的x-y数控工作台，

3、通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在x、y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。关键词 x-y数控工作台；伺服电动机；数控车床abstractcnc xy table are mean to each along x and y to move to the table, electromechanical i

4、ntegration equipment, many basic components, such as vertical cnc lathe - lateral feed body,cnc milling and cnc drilling machine xy work taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. modular cnc xy table, usually by rail seat, move the slider, work,

5、 ball screw pair, and the servo motor and other component parts. one servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the x, y direction of the straight line movement. guideways, ball screw pair and servo motors etc., s

6、hall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.keywords xy table servo system cnc machine toolsi目 录1绪论11.1课

7、题的选择背景11.2设计目的及意义11.3总体方案的设计22交流伺服电动机的选型32.1交流伺服电动机的选型.3 2.1.1电机的选择依据.42.1.2电机的负载力矩和惯量的计算.52.2交流伺服电动机概述.62.2.1选择伺服电动机.73丝杠的选型73.1丝杠的介绍73.1.1丝杠螺母机构基本传动形式73.1.2滚珠丝杠副的组成及特点73.1.3滚珠丝杠副的典型结构形式83.1.4滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧93.1.5滚珠丝杠副的密封与润滑93.2丝杠螺母副的选择103.3丝杠的校核113.4滚珠丝杠支承的选择123.4.1支承方式的选择123.4.2轴承的选择133.5设计滚珠丝杠应注

8、意的问题154联轴器的选型174.1联轴器的介绍174.2选择联轴器的类型174.2.1初选联轴器的类型174.2.2初选联轴器184.3联轴器的校核194.3.1转矩的校核204.3.2销的抗剪强度的校核205导轨的选型及计算215.1 导轨的组成种类及其应满足的要求215.2导轨材料的选择及热处理215.2.1导轨材料的选择215.2.3导轨的热处理225.3导轨的选型及长度估算225.4导轨副的额定寿命计算235.5滚动导轨副的技术要求255.6导轨防护罩的设计255.6.1导轨防护罩的介绍256.6.2导轨防护罩的选择255.7导轨的注意事项266机座的设计276.1机座的作用及基本要

9、求276.2机座的设计276.2.1机座自身刚度276.2.2提高机座连接处的接触刚度286.3机座材料的选择28结论29致谢30参考文献31附录321绪论1.1课题的选择背景x y数控工作台是指能分别沿着x 向和y向移动的工作台。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等，尽管结构和功能各不相同，但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。在中小形企业中，由于产品更新换代频繁，且大都是一些适应市场的单件，小批零件，若由数控机床来解决这些零件的加工精度和自动化问题，因成本高，而不现实。为此，数控工作台，作为工装与通用机床（立铣

10、，立镗，钻等）陪用，以解决单件，小批。小尺寸复杂零件的孔，槽及凸轮等精度加工问题，具有一定的灵活性，通用性和经济性。x - y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、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，系统中不设置传感与检测设备，半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动，并在电机输出轴端设置传感与检测设备；闭环的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动，但检测与传感设备设置在工作台末端。数控交流伺服x-y工作台系统是由控制计算机部分、伺服驱动部分、机械传动部分及检测部分组成，采用闭环控制方式。1.2设计目的及意义机电一体化系统设计课程设计是培养学生设计能力的重要实践

11、性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。其目的是：1）能够正确运用机电一体化系统设计课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；2）通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；3）通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；4）通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在

12、科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。1.3总体方案的设计设计一台数控铣床xy工作台，采取plc控制，控制方式采用交流伺服、运动控制器和pc机（闭环控制）。x-y工作台的机械主体部分直线导轨和滚珠丝杠，联轴器，工作台面。电气部分的关联性及传动装置的保护性，x轴及y轴两端配有高质量的缓冲器，同时可选配在工作台的两端配有限位检测开关，部分工作台的配有原点检测开光，并提供光电编码装置以适于闭环控制，原点开关的位置可以打距离的调节。其具体参数如下： x方向行程:100mm y方向行程:160mm 工作台面的参考尺寸:240260mm 工作台和工件最大物重质量60kg 工作台表面滑动摩擦系数

13、为0.5 平均切削力:500n 快进进给速度:1000mm/min 最高运动速度:10000mm/min 脉冲当量0.001mm 定位精度: 0.02mm工作寿命:每天8小时，工作8年，250天/年（一）机械系统设计1）传动机构为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。丝杠的转速为中转速，精度要求为高精度。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。采用滚珠丝杠副，滚珠丝杠直接与联轴器连接。2）导向机构采用滚动直线导轨。滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。导轨的导向精度要求高。3）执行机构采用交流伺服电动机。（二）工作台外形尺寸及重量初步估算

14、工作台草图如下图1-1：图1-1工作台流程图根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算x向和y向工作台承载重量wx和wy。图1-2工作台简图2交流伺服电动机的选型2.1交流伺服电动机的选型2.1.1电机的选择依据一般电机要承受两种形式的力矩：恒定的负载力矩和切削力矩（包括摩擦力矩）；加/减速力矩。下面是选择电机时应满足的条件。1）机床无负载时，加在电动机上的力矩应小于电动机的连续额定力矩的50%一下。否则，在切削或加速/减速时电动机就可能过热。2）加/减速时间要短，须在电动机的允许范围内。通常，负载力矩帮助电动机的减速，因此如果加速在允许时间内完成的话，减速也可在相同时间内完成。这样我们只需计算

15、加速力矩，并在允许时间内核算力矩在电动机的机械特性的断续区内。3）频繁地定位和加/减速会使电动机发热，此时需要计算出电动机承受的力矩的均方根值trms，使其小于电动机的额定力矩tc。4）电动机以最大切削力矩运行的时间应在允许范围内。5）负载的惯量要小于电动机本身惯量的3倍。这里我们依据负载来选择电动机。2.1.2电机的负载力矩和惯量的计算加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出： 式（2.1）式中：加到电机轴上的负载力矩（nm） f 沿坐标轴移动一个部件所需的力（kgf） l 电机转一转机床的移动距离= 滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩 无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，f值取决于工作台

16、的重量，摩擦系数，f值还与平衡锤有关。对于水平工作台，f值可按下式计算:w工作台与工件重量=60kg滑动表面摩擦系数=0.05驱动系统的效率=0.9fg镶条锁紧力=5kgf反切削力=50kgf由切削力矩引起的滑动表面上工作台上收到的力=30kgf（设=2kgfcm=0.2nm）不切削时： 式（2.2） kgf 切削时： 式（2.3） 为满足运行条件，应根据数据选择电动机，其负载力矩在不切削时应大于0.1nm，最高转速应小于2000r。2.2交流伺服电动机概述同步型和感应型伺服电动机称为交流伺服电动机，其基本原理是检测sm（同步）型和im（感应）型的气隙磁场的大小和方向，用电力电子变换器代替整流

17、子和电刷，并通过与气隙磁场方向相同的磁化电流和气隙磁场方向垂直的有效电流来控制其主通磁量和转矩，广泛应用于机电一体化设备和自动控制系统中做执行元件。采用永久磁场的同步电动机不需要磁化电流控制，只需要检测磁铁转子即可，这种交流伺服电动机也叫做无刷直流伺服电动机（如sm伺服电动机）。由于它不要电流控制，故比im型伺服电动机容易控制。交流伺服电机的具体分类见表2-1。对交流伺服电机的一般性能要求是：1)在整个调速范围内，其负载转矩应该在电动机连续额定转矩的范围以内；2)工作负载与过载时间应该在规定的范围以内；3)应使加速度与希望的时间常数一样；表2-1交流伺服电动机的分类、特点及使用范围类型代号结构

18、特点性能特点使用范围笼型交流伺服电动机sl转子与定子结构与一般笼型异步电动机相似,但转子一般为两相,且细而长,笼可用铝、紫铜、黄铜制成励磁电流较小，体积较小，机械强度较高，低速运转时不够平滑，有抖动现象广泛运用于小功率自动控制系统、随动系统和计算装置中非磁性杯型交流伺服电动机skadp用非磁性金属铝、黄铜等制成杯形转子，杯的内外由内外定子构成磁路转动惯量小，运转平滑、无抖动现象，励磁电流和体积较大用于要求运行平滑的系统，如自动装置和计算装置等fanuc交流伺服电动机fanuc转矩大,转速低,机械特性线性度好,低速性能良好，可直接与丝杠连接用于数控机床驱动或其他驱动系统低速交流伺服电动机sdsa

19、nd转子、定子结构与笼型交流伺服电动机相同,另外机壳中装有齿轮减速装置体积小,重量轻,力能指标高,性能好，输出转速低,转矩大广泛应用于自动装置和计算技术装置中作驱动、执行或控制元件下表2-2为交流伺服电动机的特性实例：表2-2 交流伺服电动机特性举例 电动机特性sm型伺服电机im型伺服电机输出功率/w11001100峰值电流（a/相)11.714.4峰值电压（v/相）68.979.3功率因素/%99.878.6功率/%91.182.0电阻/0.2841.035感应电压常数/100100转动惯量/功率变化率/12162.2.1选择伺服电动机综上所述，选择fanuc系列交流伺服电动机，电动机的型号

20、为fanuc4-0该类型伺服电动机是由日本法纳克公司为满足cnc机床和工业机器人的需要开发的，这种伺服交流电动机都是永磁式同步型伺服电动机，其特点都是定子为三相绕组，转子为永久磁铁。其结构、性能特点是转矩大、转速低，机械特性线性度好低速性能良好，可直接与丝杠连接。我们选用的fanuc4-0，其数据见表2-3。其特点如下：1）具有独特的磁极形状，使转矩波动最小；2）外面没有机壳，定于铁心直接在空气中冷却，这种结构使电动机温升能减到最低；3）具有高的转矩/惯量比，能承受高的加减速；4）由于采用了集中磁力线机构，在保证高输出转矩的情况下，电动机体积小而且重量轻；5）由于采用高频脉宽调制控制，电动机只

21、有很低的噪声和振动。表2-3fanuc4-0的技术数据型号）输出功率（kw）额定转矩（nm）最大转矩(nm)最高转速(r/min)转动惯量(kg/)机械时间常数(ms)热时间常数(min)质量(kg)4-00.050.251.1300011151.23丝杠的选型3.1丝杠的介绍3.1.1丝杠螺母机构基本传动形式丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变为直线运动或将直线运动变为旋转运动，有以传递能量为主的（如螺旋压力机），也有以传递运动为主的（如工作台的进给丝杠）。丝杠螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能。但其摩擦阻力大，传动

22、效率低（30%40%）。滚动丝杠螺母机构虽然结构复杂制造成本高。但其最大优点是摩擦阻力小，传动效率高（92%98%），因此选用滚动丝杠螺母机构。根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式一共可分为四种类型，其类型如下：1）螺母固定、丝杆传动并移动。该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杆轴承可能产生的附加轴向窜动，结构比较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不已太长，刚性较差。因此只适合用于行程较小的场合。2）丝杆传动、螺母移动。该传动形式需要限制螺母的传动，故需导向装置。其特点是结构紧凑、丝杆刚性较好。适用于工作行程较大的场合。3）螺母传动、丝杆移动。该传动形式需要限制螺母移动

23、和丝杆的传动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。4）丝杆固定、螺母传动并移动。该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下，使用极不方便，故很少应用。根据工作台运动情况，应选择丝杠传动螺母移动的形式，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好，适用于工作行程较大的场合。3.1.2滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件滚珠。滚珠丝杠螺母机构由丝杠，螺母，滚珠，和反向器等四部分组成。当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环

24、返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比，除上述优点外，还具有轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长等优点。但由于不能自锁，具有传动的可逆性，在用做升降传动机构时，需要采取制动等措施。3.1.3滚珠丝杠副的典型结构形式滚珠丝杆副的结构类型可以从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式和消除轴向的调整方法进行区别。我国生产的滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧形和双圆弧形。滚道形面和滚珠接触点之法线与丝杆轴向之垂线的夹角被称为接触角，一般为45度。单圆弧形的螺纹滚道的接触角随轴向载荷大小的变化而变化，主要由轴向载荷所引起的接触变形的大小而定。接触角增大时，传动效率、轴向

25、刚度以及承载能力也随之增大。由于单圆弧形滚道加工用砂轮加工成型比较简单，故容易得到较高的加工精度。单圆弧形面的滚道圆弧半径r稍大于滚珠半径。双圆弧形的螺纹滚道的接触角在工作中基本保持不变。两圆弧相交处有一小空隙，可使滚道底部与滚珠不接触，并能储存一定的润滑油以减少摩擦磨损。由于加工其型面的砂轮修整和加工、检验均比较困难，故加工成本较高。滚珠丝杠副中的滚珠循环方式有内循环和外循环两种，区别见表3-1。表3-1滚珠的循环方式类别形式特点内循环优点:返回通道短,一个循环只有一圈钢球,流畅性好,摩擦损失小,效率高,径向尺寸小,刚性好缺点:返向器钢球返回通道的曲面加工复杂外循环端盖式优点:结构紧凑,工艺

26、性好缺点:循环回路长,流畅性差,钢球通过短槽时易卡住螺旋槽式优点:结构简单,制造方便,承载能力大缺点:钢球流畅性较差,挡珠器较易磨损插管式优点:结构简单,工艺性好,钢球的流畅性好,应用较广缺点:凸出式的插管凸出于螺母外部,径向尺寸较大3.1.4滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧滚珠丝杠副在负载时，其滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形。换向时，其轴向间隙会引起空回。这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的稳定性。单螺母丝杆螺母副的间隙消除相当困难。实际应用中，常采用以下几种调整预紧方法见表3-2。表3-2常用的调整预紧方法调整预紧方式特点双螺母螺纹预紧调整式结构简单、刚性好、预紧可调，使用中

27、调整方便，但不能精确定量地进行调整。双螺母齿差预紧调整式可实现定量调整即可进行精密微调，使用中调整方便。双螺母垫片调整预紧式结构简单刚度高、预紧可靠，但使用中调整不方便。弹簧式自动调整预紧式能消除使用过程中因磨损或弹性变形产生的间隙，但其结构复杂、轴向刚度低，适合用于轻载场合。单螺母变位倒程自顶预紧式和单螺母滚珠过赢预紧式结构简单紧凑，但在使用中不能调整，且制造困难。根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构形式。例如，当允许有间隙存在时可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；当必需有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好

28、的防尘条件，且只需要在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。考虑到设计的所设计的工作台有良好的防尘条件且只需要在装配时调整间隙及预紧力，故采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式。3.1.5滚珠丝杠副的密封与润滑滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套来防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副，使用润滑剂来提高其耐磨性及传动效率，从而维持其传动精度、延长其使用寿命。密封圈有接触式和非接触式两种，将其装在滚珠螺母两端即可。非接触式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其内孔螺纹表面与丝杠螺纹之间略有间隙，故又称迷宫式密封圈。接触式密封圈用具有弹性的耐油橡胶或尼龙等材料制成，因此有接触压力并产生一定

29、的摩擦力矩，但其防尘效果好。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在装配是放进滚珠螺母滚道内定期润滑，而使用润滑油时应注意经常通过注油孔注油。防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板。其材料有耐油塑料、人造革等。3.2丝杠螺母副的选择初选滚珠丝杠副数据见下表：公称直径/mm导程/mm余量/mm节距/mm255208根据丝杠的工作行程初选丝杠的工作长度：初选x方向丝杠的工作长度为410mm初选y方向丝杠的工作长度为460mm滚珠丝杠的工作载荷计算公式为： 式（3.1）由条件，查机电一体化系统设计取 =1.2，取 =1.2， 取d精度，取 =1.0，x方向丝杠工作载荷：=1.21.21

30、.0600=864ny方向丝杠工作载荷：=1.21.21.0600=864n额定动载荷值计算：导程初选为5mm，则 = =8645011n根据值选择滚珠丝杠副，假设选用按滚珠丝杠副的额定动载荷ca 等于或稍大于的原则，查表选以下型号规格：fc1-2505-2.5 ca=5011n公称直径d=25mm 导程p=5mm 螺旋角 滚珠直径计算可得： 滚道半径 r=0.52偏心距 丝杠内径3.3丝杠的校核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结构允许安全系数。丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷 其中 e=206gpa l=0.3m

31、取 则 安全系数查表可得 s=253.3 ss 丝杠是安全的,不会失稳2） 速长丝杠工作时可能发生共振，因此需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所以 所以丝杠不会发生共振3） 此外滚珠丝杠副还受dn值的限制，通常要求： dnmm/min dn=25 4)滚珠丝杠在工作负载f(n)和转矩t(nm)共同作用下引起每个导程的变形量为： 式（3.2）式中，a为丝杠截面积，a为丝杠的极惯性矩， g为丝杠切变模量，对钢g=83.3gp a;t(nm)为转矩， 式中 为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数； 为平均工作载荷.取摩擦系数为,则得按最不利的情况取(f=)通常要求丝杠的导程误差小于

32、其传动精度的1/2,即该丝杠的满足上式，所以其刚度可满足要求。5)效率验算：要求在90%-95%之间，所以该丝杠副合格.经上述计算验证，fc1-2505-2.5各项性能均符合题目要求，可选。3.4滚珠丝杠支承的选择3.4.1支承方式的选择滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷来自于丝杠的自重。因此，滚珠丝杠的轴向刚度和位移精度要求很高。滚珠丝杠的支承方式有以下几种：1） 固定固定，适用于高转速、高精度的丝杠；2） 固定游动，适用于中转速、高精度的丝杠；3） 固定自由适用于低转速、中精度、短轴向的丝杠。考虑到设计要求中转速、高精度，这里我们选择固定游动的支承方式。固定断采用轴承连接。3.4.2轴

33、承的选择3.4.2.1轴承的分类轴承可以分为标准滚动轴承、非标滚动轴承、静压轴承和磁悬浮轴承。滚珠丝杠一般配用标准滚动轴承。滚动轴承已标准化系列化，有向心轴承、向心推力轴承和推力轴承，共十种类型。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架（俗称四大件）组成。在轴承设计中应根据承载的大小、旋转精度、刚度、转速等要求选用合适的轴承类型。举例如下：1） 深沟球轴承。轴系用球轴承有单列向心球轴承和角接触轴承。前者一般不能承受轴向力，且间隙不能调整，常用于旋转精度和刚度要求不够的场合。后者既能承受径向载荷也能承受轴向载荷；并可以通过内外围之间的相对位移来调整其大小。因此在轻载时应用广泛。2） 双列向心短圆

34、柱滚子轴承。此类轴承一般分为两种一种是滚道开在内圈上，一种是滚道开在外圈上。这两种轴承的圆柱滚子数目多、密度大，分两列交叉排列，旋转时支承刚度变化小，内圈上均有1:12的锥孔与带锥度 的轴颈配合，内圈相对于轴颈作轴向移动时，内圈被涨大，从而可调整轴承的径向间隙或实现预紧；因此，其承载能力大、支承刚度高，但只能承受径向载荷，与其他推力轴承组合使用，可用于较大载荷、较高转速场合。3） 圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承由内圈、外圈、格圈和圆锥滚子组成。该轴承能承受较大载荷，用其代替短圆柱滚子轴承和推力轴承，则刚度提高，虽极限转速有所降低，但仍能达到高精度的要求。4） 推力轴承。推力轴承一般轴向承载能力很强

35、，支承刚度很大，但极限转速较低，运动造势较大。3.4.2.2轴承的选择考虑到轻载初选接触角推力角接触轴承代号7202ac型数据见下表：表3-3角接触轴承的数据d(mm)d(mm)b(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(kn)(kn)1532918.429.60.320.426.60.36.253.42该轴承是与滚珠丝杠专配的轴承其主要特点是：既能承受轴向载荷又能承受径向载荷，接触角大、钢球多、刚度高。3.4.2.3轴承的校核基本额定动载荷：取滚动轴承当量动载荷x的值：x=1，y=0.92则当量动载荷为：轴承寿命的计算：轴承的预期寿命取=25000h额定动载荷的计算：n998

36、0n所以选择的的轴承可以满足寿命和强度的的要求。3.4.2.4轴承的润滑与配合滚动轴承的润滑目的是减少轴承内部摩擦及摩损，防止烧粘、其润滑效用如下： 1）减少摩擦及摩损。在构成轴承的套圈、滚动体及保持器的相互接触部分，防止金属接触，减少摩擦、磨损。2）延长疲劳寿命。轴承的滚动疲劳寿命，在旋转中，滚动接触面润滑良好，则延长。相反地，油粘度低，润滑油膜厚度不好，则缩短。3）排出摩擦热、冷却。循环给油法等可以用油排出由摩擦发生的热，或由外部传来的热，冷却。防止轴承过热，防止润滑油自身老化。4）其他也有防止异物侵入轴承内部，或防止生锈、腐蚀之效果。轴承的润滑方法，分为脂润滑和油润滑。为了使轴承很好地发

37、挥机能，首先，要选择适合使用条件、使用目的的润滑方法。若只考虑润滑，油润滑的润滑性占优势。但是，脂润滑有可以简化轴承周围结构的特长，将脂润滑和油润滑的利弊比较。滚动轴承的套圈与轴和座孔之间应选择适当的配合，以保证轴的旋转精度和 轴承的周向固定。滚动轴承是标准零件，因此，轴承内圈与轴颈的配合采用基孔 制，轴承外圈与座孔的配合采用基轴制。为了防止轴颈与内圈在旋转时有相对运 动，轴承内圈与轴颈一般选用m5、m6、n6、p6、r6、js5等较紧的配合。轴承外圈 与座孔一般选用j7、k7、m7、h7等较松的配合。配合选择取决于载荷大小、方向和性质；轴承类型、尺寸和精度；轴承游隙以及其他因素。具体选用可参

38、考机械设计手册。3.4.2.5轴承使用注意事项与一般的机械零件相比，滚动轴承的精度较高，因此使用时也相应地应小心谨慎。1）保持轴承及其周边的清洁2）使用时仔细认真3）若使用时粗心大意给轴承以强烈冲击，会使轴承出现伤痕，压痕，断裂等损伤。4）注意轴承的防锈5）避免在潮湿的场所使用，而且为不使汗水沾上，应戴厚套。3.5设计滚珠丝杠应注意的问题 1）为提高滚珠丝杠副的使用寿命和精度，应使作用在螺母上的合力通过丝杠轴心，以保证滚珠受力均匀，避免倾覆力。 2）放逆转：滚珠丝杠副传动逆效率高，应考虑在电机停电后，因部件自重而产生螺旋副的逆传动（特别是在垂直方向上传动时），防止逆传动的方法可采用：停电自锁的

39、电机、蜗轮蜗杆机构、离合器等方式。 3）滚珠丝杠副在行程两端应有行程保护装置，以防止越程后滚珠丝杠副受撞击而影响精度、使用寿命甚至损坏。 4）防止热变形：热变形对精密螺旋传动的定位精度有着重要的影响。其热源不单是螺旋副的摩擦热，还有其他机械部件工作时产生的热，致使丝杠热膨胀而伸长。为此必须分析热源的各因素，采用措施控制热源，还可以采用预拉伸、强制冷却等减少热变形对丝杠的伸长的影响。 5）细长而又水平放置的丝杠，因自重使轴线产生弯曲变形，是影响导程累积误差的因素之一，还会使螺母受载不均。设计细长丝杠时，应考虑防止或减小自重弯曲变形的措施。 6）防护与密封：尘埃和杂质进入滚道会妨碍滚动体运动流畅，

40、会加速滚动体与滚道的磨损，使滚动螺旋副丧失精度。为此需要防尘措施。滚珠丝杠副在螺母两端已安装防尘圈，为避免丝杠外露，用户还需要为丝杠选择防护装置。 7）合理润滑是减小驱动转矩、提高传动效率、延长螺旋副使用寿命的重要环节。接触表面的油膜还有吸振、减小传动噪声和冲洗丝杠上的粉尘等杂物的作用。因此要注入润滑脂。在螺母上还有油孔，用户可旋入油嘴，再采用其他合适的润滑方式。 8）用内循环滚珠丝杠副，必须使丝杠螺纹两端中至少有一端的滚珠螺纹是通牙，并该端所有外圆尺寸均小于丝杠螺纹底径d2,否则无法装配螺母。 4联轴器的选型4.1联轴器的介绍联轴器是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

41、传递扭矩的机械传动件。其一般可分为8种，具体分类如下：1）联轴器可分为刚性联轴器、挠性联轴器、安全联轴器三种：2）刚性联轴器：刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。 3）挠性联轴器：具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，最大量随型号不同而异。 4）无弹性元件的挠性联轴器：承载能力大，但也不具有缓冲减震性能，在高速或转速不稳定或经常正、反转时，有冲击噪声。适用于低速、重载、转速平稳的场合。 5）非金属弹性元件的挠性联轴器 在转速不平稳时有很好的缓冲减震性

42、能；但由于非金属（橡胶、尼龙等）弹性元件强度低、寿命短、承载能力小、不耐高温和低温，故适用于高速、轻载和常温的场合 6）金属弹性元件的挠性联轴器：除了具有较好的缓冲减震性能外，承载能力较大，适用于速度和载荷变化较大及高温或低温场合。 7）安全联轴器 ：在结构上的特点是，存在一个保险环节（如销钉可动联接等），其只能承受限定载荷。当实际载荷超过事前限定的载荷时，保险环节就发生变化，截断运动和动力的传递，从而保护机器的其余部分不致损坏，即起安全保护作用。 8）起动安全联轴器：除了具有过载保护作用外，还有将机器电动机的带载起动转变为近似空载起动的作用。4.2选择联轴器的类型4.2.1初选联轴器的类型根

43、据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点：1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。3）两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大

44、时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器此较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。5）联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足便用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器(例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等)，由于具有良好的综合能力，广泛适用于一般的中、小功率传动。

45、4.2.2初选联轴器依据滚珠丝杠的轴径和来选择联轴器。有下表4-1所列的联轴器性能初选圆锥销套筒联轴器。表4-1联轴器性能类别联轴器名称转矩范围n.mm轴径范围mm最高转速r/min特点及应用说明固定式套筒联轴器圆锥销34000平键715000半圆键8450花键15012500410020100103525102一般小于等200250结构简单，制造容易，径向尺寸小，成本低。但装拆时需沿轴向移动较大的 距离。而且只能连接两轴直径相同的圆柱形，轴伸一般用于工作平稳的功率传动轴系。续表4-1类别联轴器名称转矩范围n.mm轴径范围mm最高转速r/min特点及应用说明刚性凸缘联轴器（gb/t584320

46、03）102000010180130002300结构简单，制造容易，工作可靠，装拆方便，刚性好，传递转矩大，但不能吸收冲击。当两轴对中精度较低时，将引起较大的附加载荷，适用于工作平稳的一般传动，高速传动时需要有高的对中和制造精度。套筒夹壳联轴器（hg52131965）85900030110900380装拆方便，不需沿轴向移动两轴，但平衡困难，而且两轴径必须是相同的圆柱形。仅适用于低速传动的水平或垂直轴系，以传递平稳载荷为宜。联轴器紧箍夹壳联轴器1801250030110900380其特点和使用性能与夹壳联轴器相似，但外形简单，平衡条件有所改善，夹紧力大，很适宜用于径向夹紧力大的场合。初选d=1

47、2mm的圆锥销套筒联轴器，其具体数据如下表4-2：表4-2 d=12mm的圆锥销套筒联轴器数据d公称转矩（nm）dllc圆锥销（2个）127.5224080.54.3联轴器的校核4.3.1转矩的校核联轴器转矩的计算公式如下： 式（4.1）式中：k工作情况系数 p输出功率（kw） t理论转矩n.m 计算转矩n.m n工作转速r/mi n则联轴器的转矩为(考虑动载荷及过载,取联轴器工作情况系数k=1.5)： =经计算可以确定选则的联轴器合适。4.3.2销的抗剪强度的校核销的抗剪强度的计算公式如下： 式（4.2）则销的抗剪强度为：经计算销的抗剪强度合适，材料为45号钢。5导轨的选型及计算5.1 导轨

48、的组成种类及其应满足的要求导轨副主要由承导件和运动件两大部分组成。运动方向为直线的被称为直线运动导轨副、为回转的被称为回转运动导轨副。常用的导轨副的种类很多，按其接触面的摩擦性质可分为滑动导轨副、滚动导轨副、流体介质摩擦导轨等。按其结构特点可分为开式导轨和闭式导轨。机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性高、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好。对精度要求高的直线运动导轨还要求导轨的承载面与导向面严格分开；当运动件较重时，必须设有卸荷装置，运动件的支承必须符合三点定位原理 。5.2导轨材料的选择及热处理5.2.1导轨材料的选择导轨常用的材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等

49、。常使用铸铁铸铁、铸铁刚的导轨。1）铸铁。铸铁具有耐磨性和减震性好，热稳定性高，易于铸造和切削加工，成本低等特点，因此在滑动导轨中被广泛应用。常用的铸铁有：灰铸铁，常用的是ht200（一级铸铁），硬度以180200hb较为适合。适当增加铸铁中含碳量和含磷量，减少含硅量，可以提高导轨的耐磨性。高磷铸铁，他是指含磷量为0.3%0.65%的灰口铸铁，其硬度为180220hb，耐磨性比灰铸铁ht200约高一倍。低合金铸铁，这类铸铁具有较好的耐磨性，且铸造性能优于高磷系铸铁。稀土铸铁，它具有强度高、韧性好的特点，耐磨性与高磷铸铁相近。但铸造性能和减震性较差，成本也较高。2）钢。为了提高导轨的耐磨性，可以

50、采用淬硬的钢导轨。淬火的钢导轨都是镶装或焊接上去的。淬硬的钢导轨的耐磨性比不淬硬的铸铁导轨高510倍。常用的钢有45钢、40cr、t8a、t10a、gcr15等。3）有色金属。常用的有色金属有黄铜hpb59-1，铝青铜zqa19-2，超硬铝lc4，铸铝z16等，其中以铝青铜较好。4）塑料。镶装塑料导轨具有较好的耐磨性，抗震性能好，工作适应范围广，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低等等特点。综上所诉，本次设计中我们选用灰铸铁ht2005.2.3导轨的热处理导轨热处理:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。常用导轨淬火方法有:1)中频淬火，淬硬层深度(12)mm。硬度(4550)hrc。2)接触加热自冷表面淬火，淬硬深度(0.20.25)mm,显微硬度600hm左右。这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。5.3导轨的选型及长度估算在本次设计中，我们选择滚动直线导轨副。导轨的运动条件是常温，平稳，无冲击和震动。选择