毕业设计论文两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAD

1、两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAD北京信息科技大学 毕业设计（论文）题 目：两坐标移动运动平台的设计及其滚珠 丝杠副的CAD 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名：刘攀 班级/学号 机械1004/2010010107指导老师/督导老师： 王科社 起止时间：2014 年 2 月24 日 至2014 年 6 月 8 日 毕业设计(论文)任务书学院 ：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：学生情况指导教师情况题目类型姓 名学 号姓 名职 称单 位理工专业文、管、经专业理论研究 理论研究 刘攀2010010107王科社教授科研开发 应用研究 工程设

2、计 调查研究 题目两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAD是否实物型毕设是 否主要内容以及目标(毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标)CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 。简称cad。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。本课题主要是作滚珠丝杠副的CAD。同时完成用滚珠丝杠副驱动的两坐标移动运动平台的设计。设计内容包括：（1）两坐标移动运动平台的机械结构设计；（2）两坐标移动运动平台的的运动与动力学分析计算；（3）关键零部件的工作能力计算；（4）滚珠丝

3、杠副计算机辅助设计。通过毕业设计，设计出的可以两个坐标运动的工作平台；对滚珠丝杠副及其零部件进行参数化设计和绘图。成果形式（毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式）两坐标运动平台的装配图，所用滚珠丝杠副的零件图，用到的滚珠丝杠副及其零部件进行参数化设计软件编制；(以上图量不小于3A0)；设计说明书约两万字；外文翻译不小于5千汉字；写一篇论文，题目自定；调研报告（2000字左右）；文献综述报告（40008000字）（参考文献15篇（包括至少2篇外文资料）以上）；开题报告。基本要求（对完成设计任务方面的具体要求：对理工专业应提出设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备等）X方向行程:300m

4、m，Y方向行程:200mm工作台面的参考尺寸:500X300mm；平均切削力:1500N；平均切削进给速度:600mm/min；最高运动速度:60m/min；定位精度: ±0.02mm；工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年；滚珠丝杠副及其零部件参数化设计用AUTOLISP语言。实习调研要求（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体内容要求；文、管、经专业提出对论文论点有关论据、数据和素材的搜集要求）调研场地：资料室、图书馆、情报所、专利局、研究所、书店、工厂、设备的应用场所等。调研目的：了解本课题的国内外技术现状和水平，以便正确估计

5、自己的项目，同时也使所做的项目具有一定的先进性。调研提纲：1) 了解两坐标运动平台和滚珠丝杠的结构原理及其使用性能，通过现场观察和阅读图纸、说明书等技术资料，对其主要技术性能指标、总体布局、传动原理、结构原理及主要装配结构关系有详尽的了解。2) 了解两坐标运动平台和滚珠丝杠的装配全过程。装配是机械生产的最后一环，决定产品的性能与质量，要着重掌握和了解装配工艺过程及其特点，同类产品的装配要求，工装夹具，装配、检验、调整的方法和手段。3) 了解两坐标运动平台和滚珠丝杠需要工装设备的设计原理及其应用。不但要了解工装设备的现状及生产手段要能从设计的观点和原则来分析，寻求可行的设计思路和改进方法。4)

6、了解两坐标运动平台和滚珠丝杠国内外同类设备。参观先进设备，收集同类产品的资料屯掌握同类产品科技发展的前沿信息，以使设计有超前意识，并收集产品图纸、设计资料等主要参考资料。5) 对设计课题进行初步探讨，或进行适当可行的试验或验证，自学有关参考资料。主要参考文献（指导教师提供有关参考资料、工具书、期刊论文等）1 王爱玲 主编.现代数控机床结构与设计.北京：兵器工业出版社，1999.2 现代实用机床设计手册编写组编. 现代实用机床设计手册(第一册，第二册).北京： 机械工业出版社，2006.3 范克东,龚邦明. 数控机床滚珠丝杠的计算机辅助设计J. 机械制造与研究, 2002.4 张帆, 等. Au

7、 toCAD VBA 二次开发教程M . 北京: 清华大学出版社, 2006. 5 张晋西.Visual basic与AutoCAD二次开发M.北京：清华大学出版社，2002.6 谢进，万朝燕，杜立杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2004.7 张帆, 郑立楷, 王华杰. Au toCAD VBA 开发精彩实例教程M . 北京: 清华大 学出版社, 2004. 8 王科社，童亮.高速滚珠丝杠加载跑合寿命试验机研制报告2011-05-05.9 赵松年，张奇鹏主编.机电一体化机械系统设计.北京：机械工业出版社，1998.10 机电一体化技术手册编委会.机电一体化技术手册，上册，下册.北京：机械

8、工业出版社，1994.11 徐灏主编.新编机械设计师手册(下册).北京：机械工业出版社，1995主要仪器设备或开发环境（根据毕业设计题目情况需要，各学院统一填写要求）毕业设计（论文）开始日期2014-02-24毕业设计（论文）完成日期2014-06-15毕业设计（论文）进度计划（起止时间、工作内容）（指导教师对毕业设计（论文）的进度计划提出要求,至少详细到前期、中期和答辩阶段）周次计 划 完 成 工 作11. 了解设计题目，接受设计任务；2. 借设计手册和资料；阅读老师提供的资料；阅读毕业设计工作手册，初步了解其内容，以后各部分按其规定的执行；3. 拟定调研计划（调研方法、对象、内容、路线、测

9、试题或调查问卷或访谈提纲的设计、文献调研等）及调研；21 调研实习；确定设计题目涉及的关键词（keyword）(包括中文和英文的)；查阅文献资料（校园网、图书馆、情报所、专利局、研究所、书店、工厂、公司、学校等）；特别是在校园网下述网站下载需要的资料：http：/；http：/5；http：/08:85；http：/；http：//tools/en/gsearch.html。2 阅读资料；开始外文翻译（5000汉字以上）； PRO/E等软件的学习; 31 编写调研报告（2000字左右）；撰写文献综述报告（40008000

10、字,参阅文献资料不少于15篇，其中最少两篇外文资料）；2 设计对象的功能分析，确定出合适的功能参数；3 分析研究同类设备的技术方案与功能原理，拟订多种可能的设计方案（原理图或机构运动简图），并进行分析比较，确定初步设计方案。 41 写开题报告；拟定第513周的工作进度计划初稿，经与老师讨论定稿后，写在下面计划完成工作栏中（下面栏的工作计划作为参考，要根据自己的设计题目补充和完善，必要具体化列出相应的工作），并严格执行；完成外文资料翻译（5000汉字以上）；2 作开题报告。51 根据做开题报告时老师提出的修改意见，对设计方案进行修改完善；2 设备的运动学设计：根据确定的结构方案，确定原动件的参数

11、（功率、转速、线速度等），通过运动学计算，确定各运动构件的运动参数（转速，速度，加速度等）。3 动力学计算：结合各部分的结构和运动参数，计算各主要零件所受的载荷的大小及特性。4 设计对象的的机构设计，运动和运动关系设计，关键零件的强度校核。61 零件的工作能力设计；2 部件装配草图的设计。3 总装配草图的设计。71 滚珠丝杠副及其零部件进行参数化设计软件编制。81 滚珠丝杠副及其零部件进行参数化设计软件编制。91 滚珠丝杠副及其零部件进行参数化设计软件编制。101 编写设计说明书的提纲；毕业设计小论文的构思与选题，拟定初步题纲；2 整理前期的设计工作，接受学校与系的期中检查。 111 滚珠丝杠

12、副及其零部件进行参数化设计软件编制。121 滚珠丝杠副及其零部件进行参数化设计软件编制。131 完成毕业设计要求的小论文的撰写；141 检查并完善设计图并打印；整理设计说明书并装订。151 毕业设计总结；必要的资料和成果刻光盘存档；答辨准备，写答辩提纲；2 在小组内进行预答辨。161 答辩；2 归还学校和老师提供的图书资料。指导教师（签字）： 2014年02月24日督导教师（签字）： 年 月 日学院毕业设计（论文）领导小组审查意见：组长（签字）： 年 月 日 摘 要近二十年来，我国的数控机床飞速发展，产量上有了一个日新月异的飞跃，2003年数控金切机床产量达44830台，是2000年14053

13、台的3.19倍。但是我国的机床非常速度却没有西方国家快，差距正在逐渐扩大。这一实际情况为我国机床的迅速发展扑上了一层阴影，影响工业部门的飞速发展。为此，在2004年，国务院领导宣布关于加快发展国产数控机床发展的要求，而对于数控机床的关键核心传动部件滚珠丝杠副的发展，也相应提上了重要日程。本设计所设计的X-Y数控工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的滚珠丝杠，使X-Y工作台实现了数控控制，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。同时开发滚珠丝杠的计算机辅助设计平台，也就是CAD的二次开发。使设计人员可以通过输入丝杠的结构以及参数就可以绘图，保存新丝杠的数据，直接根据数据库中储存的数

14、据绘图等，从而大量减轻设计人员的绘图工作，提高工作效率，缩短开发周期。随着制造业信息化的深入，AutoCAD 的二次开发越来越多的受到人们广泛的应用。目前国内的工程制图软件基本以AutoCAD支撑平台，然后进行二次开发。本次课题以AutoCAD为工具，利用AutoLISP语言进行绘图。本次课题只要以滚珠丝杠副的零件图为研究对象，学习编程基本方法与语句。使很复杂的图形得以用程序来编出，更加快捷，方便。关键词：滚珠丝杠副 X-Y数控工作台 CAD二次开发 AutoLISPI AbstractThe past two decades, the rapid development of China&#

15、39;s CNC machine tools, with a rapid leap on production, 2003 CNC metal cutting machine tool production reached 44,830 units in 2000, 14,053 units of 3.19 times. But the speed of the machine is very fast but not Western countries, the gap is gradually expanding. The actual situation of China's m

16、achine tool for the rapid development of a shadow pounced affect the rapid development of the industrial sector. To this end, in 2004, the State Council on Accelerating the Development announced the development of domestic CNC machine tool requirements, and CNC machine tools for key core transmissio

17、n components - development of ball screw, accordingly put on the important agenda.This design is designed XY CNC table with a low-friction linear motion guide and precision ball screw, the XY table to achieve a numerical control, automation table can greatly reduce labor intensity, improve labor pro

18、ductivity. Ball also developed computer-aided design platform, which is the secondary development of CAD. So that designers can enter the structure and parameters of the screw can be a drawing, save the new screw data directly from the data stored in the database, such as drawing, thus drawing a lar

19、ge number of designers working to alleviate, improve work efficiency, shorten the development cycle.With the deepening of manufacturing information, AutoCAD secondary development of more and more widely used by people. At present, the basic engineering drawings to AutoCAD software support platform,

20、then secondary development. The topics in AutoCAD as a tool to use AutoLISP language drawing. The issue as long as the ball screw parts Pictured object of study, learning basic programming methods and statements. Make very complex graphics to be used to compile the program, faster and more convenien

21、t.Keywords: Ball screw X-Y NC Worktable CAD secondary development AutoLISPII目录摘 要IAbstractII目录III第一章 概 述11.1 X-Y工作台的发展趋势及产业化的现状11.2 滚珠丝杠副的发展现状11.3 CAD(Computer Aided Design,计算机辅助设计)3第二章 X-Y数控工作台设计52.1 设计参数确定52.2 系统总体方案设计52.3 机械系统的设计52.4 初选步进电动机，丝杠和联轴器6第三章 机械系统的设计计算73.1 传动系统等效转动惯量计算73.2 滚珠丝杠的选型与计算83.

22、3 滚动直线导轨的选型与计算103.4 电机的选择11第四章 滚珠丝杠副的二次开发144.1 CAD二次开发研究现状144.2 Auto lisp 语言简介154.3 课题研究的目的和意义154.4 滚珠丝杠164.5 丝杠轴段程序编写184.5.1 粗糙度184.5.2 四方轴段194.5.3 六方轴段234.5.4 单平键槽264.5.5 紧固螺纹带退刀槽轴段314.5.6 程序需要注意的问题344.6 滚珠丝杠整体图纸34结束语36参考文献37III第一章 概 述根据中央关于“重组”,转移模式”的战略和机床行业十二五的发展规划, 在不久的将来开发高档数控机床是机床行业的焦点。现在机床工业

23、的发展是朝着自动化、电机、高速、灵活、智能的方向,随着技术水平的不断提高,要求配套的特性也必须迅速提高效率。X - Y数控工作台的设计使用低摩擦直线导轨和精密滚珠螺杆,实现了自动控制。自动化程度可以大大降低劳动强度,提高工厂的劳动生产率。作为一个主要的滚珠丝杠副传动部位,有50多年的历史的发展,但它是近20年来大规模的应用。随着机器性能和数控程度的要求越来越多,中高档滚动特性来进一步提高混合率已成为产业发展的必然趋势,国内高档滚动功能面临巨大的发展机遇。机遇和挑战。因此,抓住当前的发展机遇,加强中国的滚动特性技术创新水平,工业规模水平,全面迎接挑战,已成为一个滚动功能产业发展面临的首要问题。1

24、.1 X-Y工作台的发展趋势及产业化的现状数控技术是先进制造业的核心技术、生产自动化、网络化,这些都是基础。随着科学技术的发展,数控技术的发展将会越来越快,这也意味着它需要考虑和处理技术和非技术问题越来越多。中国数控系统已经历了40多年的发展。数控技术的发展计划应根据我国的实际情况而定,根据情况的总体发展战略,数控技术朝着高可靠、稳定、高速度、精度高、智能自动化、数控编程和网络方向发展。作为数控机床的重要组成部分,工作台是影响加工精度是一个重要环节。从一开始就为了满足线性运动的过程简单和部分设计的X-Y工作台,到目前为止以达到加工和制造业的工作台。为了满足现代制造业的发展,但也对环境的要求,从

25、原始机械传动驱动为液压传动,现在多采用气动设备,是为了更好的保护环境,节约资源。由于工作台是一台机器的关键配件,所以必须学习世界上所有先进的国家,我国在工作台的研究和开发也取得了很大的进步。有许多类型的工作台,传统的工作台只能安装在一个特定的机器,随着科技与时俱进其功能也从传统的单一向现代多功能性的方向发展,现在一些工作台,它不仅可以安装在钻床上,也可以安装在铣床和镗床工具,现在的一部分工作台也可以用作机床的第四个回转轴,大大提高机床的性能。如可倾式回转工作台,它可用于数控机床和加工中心机床上,充分利用原来机床的两个控制坐标控制转台旋转和倾斜,也可直接用于转台配套的数控装置与机器来完成所需的工

26、作循环。它可以在任何角度的孔和槽,平面机械加工的类型，凸轮和其他处理,可以达到高精度。也可用于数控钻孔、铣、镗床、平等和不平等的角度划分独立工作。外国工作台功能和基本功能的国内生产工作台是相似的,但其准确性而言,外国公司生产工作台是略高于工作台。所以我国和国外相比,仍有一定的差距,所以工作台的设计具有十分重要的意义,与时代的步伐,我们必须与时俱进,开拓创新,成为中国综合实力的领先技术。1.2 滚珠丝杠副的发展现状 滚珠丝杆的组成是螺杆、螺母和滚珠。它的功能是将旋转运动转换成直线运动,这是滚珠丝杠的进一步延伸和发展,发展的意义是滑动轴承滚动行动转换为滑动行动。因为它具有2很小的摩擦阻力,滚珠丝杠

27、被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。在1940年,美国开始批量生产用于汽车转向机构的滚珠丝杆副。开始于1943年的飞机。精密螺纹的外表使滚珠丝杠副精度和性能的大大提升,随着数控机床的发展和各种自动化设备的进步,促进了滚珠丝杆副的研究和生产。从50年代开始,在工业发达国家,滚珠丝杆副制造商如雨后春笋般迅速崛起,如:美国华纳-海狸,通用汽车-萨吉诺;英国ROTAX公司;日本NSK等公司。我们的国家开始开发早在50年代末用于程控滚珠丝杆副机床的数控机床。40多年来,由于滚珠丝杠副的特点是效率高、精度高、刚度高,广泛应用于机械、航空航天、航空、核工业等领域。现在,滚珠丝杆副已成为首选的机械传动部分。滚

28、珠丝杆副的使用领域不断扩大,越来越多的要求滚珠丝杆副,滚珠丝杠副的共同规范已远远不能满足使用要求,如航空航天领域,小型精密测试设备,电子仪器,半导体器件基本需要d0公称直径为12毫米或更少,导程Ph = 0.5 - 2.5毫米的微型滚珠丝杠副。日本某公司已经开发了一个公称直径d0 = 4 mm,最低领导世界上微型滚珠丝杠副。半导体器件,小型机器人和其他插件需要微型大导程滚珠丝杆副,以满足高速运转的要求。随着机械产品发展的方向高速、高效、自动化的方向延伸、工业机器人、数控锻压机械、加工中心和机电一体化自动机械，大导程滚珠丝杆副出现,满足高速的要求迅速。近年来,中国的数控机床开发。生产有一个很大的

29、飞跃,数控金属切削机床有了很大产量的发展。然而,机床行业的整体发展水平还不和西方发达国家,不但没有缩小差距,但有进一步扩大的趋势。这种情况已经严重影响和限制中国重要工业领域的快速发展。出于这个原因,在2004年初,国务院领导指示关于加快发展的要求发展的国产数控机床为数控机床关键核心传动部件,滚珠丝杆副的发展被提到了重要议程。自1964年以来,由中国自己研发的第一套滚珠丝杆副,产品的应用范围和制造水平逐步提高,滚珠丝杆副制造技术主要是通过以下的发展阶段:起步标准行业的制定（1964-1982年）发展部颁标准的形成（1982-1991年）成熟国家标准的制定（1991-1998年）赶超世界潮流（19

30、98年-今）当然，国内滚珠丝杠副发展还不是特别的成熟。目前国内高速滚珠丝杠副驱动时的主要问题是:噪音、温升和精度。解决上述问题,要从滚珠丝杠副的结构设计中找问题。另一方面,该解决方案的过程中,通过合理的工艺流程,提高产品的内在质量。选择适当的滚珠丝杠副的预紧力矩,降低滚珠丝杆副的预紧转矩变化。改善滚珠丝杆滚珠螺母结构，以满足高速运转的要求。总之,未来向高精度滚珠丝杆副发展。滚珠丝杠副的发展及其在各方面的创新可以实现高速机械转动,机电一体化技术的发展提供了便利的条件。在21世纪,机电一体化技术将成为机械行业的主导作用,能带来显著的经济效益和社会效益。结论:随着社会的不断发展,用户越来越严格的要求

31、滚珠丝杠副,要求多样化,对滚珠丝杆副的优化提出更严峻考验,促使许多国内滚珠丝杆工厂不断提高产品质量,开发新品种,提高产业发展水平,以满足人们的需求。1.3 CAD(Computer Aided Design,计算机辅助设计)计算机辅助设计(CAD)技术开始于1950年代。在开发的早期阶段,CAD是计算机辅助绘制简单的图形。在60年代,随着计算机硬件和软件技术的发展,CAD技术已迅速发展。它经历了从二维模型,三维线框模型、表面模型、实体模型、产品模型、功能模型和最新的生物模型,从静态设计模型基于动态参数特性设计开发过程。CAD技术是先进制造技术的重要组成部分,提高设计水平,缩短开发周期,提高竞争

32、能力的一个关键技术。采用CAD技术改善产品设计不仅可以使设计师“扔掉图版”,更新传统的设计理念,实现设计自动化,还可以使企业由原串行式作业变为并行作业,建立新管理机制的 设计和生产技术。现在世界的航空、航天和汽车制造巨头不仅广泛应用于CAD产品设计、技术,花费了大量人力和资本的CAD软件的发展,是为了保持技术优势在国际市场上的领先地位。研究CAD技术在中国始于上世纪70年代。于80年代中期，一些大，中型企业和科研院所开始采用CAD技术。到目前为止，CAD技术已经在许多企业实施，特别是在90年代，个人电脑价格性能比显著增加，小型和中型的企业开始引进CAD系统。从国内使用的情况来看，尽管一些可喜的

33、成绩已经作出，但也不容乐观。目前的国内 CAD 的应用主要有以下问题和不足：1）将 CAD 作为辅助绘图工具。目前许多企业的图形 CAD 系统只能将设计过程的最后阶段绘图阶段搬到计算机上，设计过程仍在设计师的头脑中完成，没真正发挥出 CAD 的功能。2）产品和零部件的标准化不足。由于没注重零部件的标准化工作，越来越多的零件流入生产流程，造成零件数量的无限制增长。3）集成化程度不高。CAD/CAM/CAE 的集成度不高，模型信息、设计信息和加工信息之间的共享程度低。4）缺乏完善的数据管理系统和过程管理系统。由于缺乏完善的数据管理和过程管理，企业的大量数据和设计过程得不到有效的控制和管理，使得设计

34、任务间的等待时间长，各部门之间的信息传递速度缓慢，数据一致性差，安全性差。据抽样调查，国内先后引进了高效率的CAD系统，效益好单位只有约20% 。据统计，在工程制图工作的只占18%的整体设计作品，设计师花费在信息检索和设计思维能量的设计上时间很多。如果我们能在初始基础上，引入了原始的CAD系统，根据企业或行业或工程设计，设计说明书，计算各种数据以及典型结构的制造，计算的实际需要的常规产品方法和配方，产品标准和技术要求，零部件，原材料，样本，说明书，对企业或行业的产品，经验数据，工装及其他信息典型结构，数据，图形等，有机地与现有的CAD系统相结合，使从繁重的重复性工作的设计人员，实现数据共享;更

35、进一步，对企业或行业多年设计的经验总结，从而形成一个独特的设计规范，设计方法，典型的结构，标准，通用的组件，功能模块，并相应地在CAD系统内建立数据库，图形库，方法库，知识库和其应用，充分发挥CAD系统的实用性和优越性。 CAD二次开发，不仅在于提高设计效率，是提高产品设计质量的重要途径，是提升的CAD应用水平的重要手段之一。CAD二次开发，是提供相关的编程软件用户使用AutoCAD中，可以根据自己的需要，通过编程的方式，结合一些相对简单的或基本的命令，使之成为一个相对复杂的简单的命令组成的“设置”命令。通过运行命令“集合”，可实现快速自动映射，从而节约施工时间，提高了绘图效率。 AutoLI

36、SP语言是一种编程语言，Visual LISP编程的目的是加快AutoLISP的程序开发软件开发工具，是一个完整的集成开发环境，Visual LISP编程环境可以很容易地和高效地开发的AutoLISP程序，采用AutoLISP语言可以承接各种工作分析和计算，自动绘制复杂的图形，驱动对话框，控制菜单中，定义一个新的命令，智能化，参数化功能为AutoCAD扩展。 第二章 X-Y数控工作台设计2.1 设计参数确定X方向行程:300mm Y方向行程:200mm 工作台面的参考尺寸:500X300mm 平均切削力:1500N 平均切削进给速度:600mm/min 最高运动速度:60m/min 定位精度:

37、 工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年2.2 系统总体方案设计为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。因为工作台的运动部件重量和工作载荷不大，采用滚珠丝杠螺母传动副。故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。 考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率0.02mm的要求，以及考虑步进电机负载匹配，简化结构，直接将电动机与丝杠相连。2.3 机械系统的设计 （1）传动机构采用滚珠丝杠副（2）导向机构采用滚动直线导轨（3）执行机构采用步进电机2.4 初选步进电动机，丝杠和联轴器 当传动比i=1时，可用联轴器直

38、接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度。由 传动比公式i=，b为步进电机步距角、Lo为滚珠丝杠导程、为系统脉冲当量。工作台的脉冲当量=0.01mm/脉冲。初选步进电机75BF001, = 初选丝杠规格为M12*4其导程为4mm。 由传动比公式得 故可用联轴器将电机与丝杠直接连接。选用夹紧螺丝固定微型刚性联轴器。 在丝杠行程端安装断电保护装置。第三章 机械系统的设计计算3.1 传动系统等效转动惯量计算 1.由电机转子转动惯量查电机手册得=2.丝杠的转动惯量由公式得3.工作台转动惯量 根据给定的工作台加工范围，设计出工作台的尺寸和托板尺寸等，估算其重量。 X向托板（上托板）的尺寸：长

39、×宽×高 500×300×10X向托板（上托板）的重量：重量=体积×材料比重 Y向托板（下托板）的尺寸：长×宽×高 400×200×10重量=体积×材料比重 上导轨座的重量： 夹具及工件重量： X-Y工作台运动部分重量： 工作台转动惯量 ： 4传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量3.2 滚珠丝杠的选型与计算由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm,工作寿命,传动精度要求设导程P=5 mm ,则(1) 求计算载荷由条件,查机电一体化系统设计表2-6取=1.2, 查表2-6取

40、=1.2, 表2-4取D精度, 查表2-6取=1.0(2) 计算额定动载荷计算值Ca由式(2-4)(3) 根据选择滚珠丝杠副 假设选用FC1型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca 等于或稍大于的原则,查表2-9选以下型号规格FC1-2505-2.5 Ca=9610公称直径 导程 螺旋角 滚珠直径按表2-1中尺寸计算滚道半径 R=0.52=0.523.175=1.651mm偏心距丝杠内径(4)稳定性验算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 取

41、 则安全系数查表2-10 S=2.5-3.3 S>S 丝杠是安全的,不会失稳2 高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 所以丝杠不会发生共振3 此外滚珠丝杠副还受值的限制,通常要求(5) 刚度验算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=)则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为通常要求丝

42、杠的导程误差小于其传动精度的1/2,即该丝杠的满足上式,所以其刚度可满足要求.(6)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,可选用.3.3 滚动直线导轨的选型与计算Y方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为由 得因滑座数M=4,所以每根导轨上使用2个滑座,由表2-15-2-18确定则由式2-9, 得 X方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为由 得因滑座数M=4,所以每根导轨上使用2个滑座,由表2-15-2-18确定则由式2-9, 得 选用汉江机床厂的HJG-D系列滚动直线导轨,查表2-13,其中HJG-D26

43、型号的导轨的Ca值为17600,能满足八年的使用要求.3.4 电机的选择1. 电机类型选择在开环控制的中小型伺服系统中,可以采用步进电机。减速器传动比计算选各传动齿轮齿数分别为=20, =40,模数m=2mm,齿宽b=20mm.。大齿轮采用双圆柱薄片齿轮错齿调整。强度强度检验略。2. 电动机轴上总当量负载转动惯量计算初选步进电机75BF001, =将各传动惯量及工作台质量折算到电动机轴上，得总当量负载转动惯量。3.惯量匹配验算，满足要求。4步进电机负载能力校验步进电动机轴上得总惯量：空载启动时，电动机轴上得惯性转矩：电动机轴上得当量摩擦转矩：设滚动丝杠螺母副得预紧力为最大轴向载荷得,则因预紧力

44、而引起的、折算到电动机轴上的附加摩擦转矩为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于是空载启动时电动机轴上的总负载转矩为在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为按表5-5查得空载启动时所需电动机最大静转矩为按式5-39可求得在最大外载荷下工作时所需电动机最大静转矩为第四章 滚珠丝杠副的二次开发4.1 CAD二次开发研究现状2000年，中国的制造业产值达35000亿元，制造业在国内生产总值（GDP ）的增加值占年保持在40%左右的比例;在中国1980年至1980年，为9.94%，国内生产总值年均增长速度，以12.65%在制造业的年均增长率相比，制造业成为经济增长的“发动机” 。设

45、计是制造业的重要组成部分，据统计，80%的制造企业在使用CAD软件的。近年来，随着制造业在我国的产业升级，在设计制造中的地位日益突出。这是一个制造商设计软件非常大的蛋糕。CAD软件市场将会占非常大份额在中国，而且会越来越大。因此也就不难理解了国际领先的数字化设计软件制造商Autodesk将销售预测在中国的200万元/年调整，2006年800万元/年。另一巨头Micro Station也宣布大进入中国市场。国产CAD联盟是建立健康，安全，和谐的CAD生态系统。自5月成立，去年，各成员一道，终于有重大突破的基础上，寻找在国内的研究和钢结构建筑，鸿业给排水，鸿业暖通，超电子，探险结构等系列的开发CA

46、D平台专业应用软件已面向市场的需求，这意味着国产CAD的一个质的飞跃，国内用户终于可以通过上一步的CAD平台软件的步骤摆脱束缚，彻底解决问题授权更改底层平台的软件。 CAD技术在设计和相关部门，应用最广泛的技术革命在设计领域驱动几乎所有的一个领域的现代信息技术。经过十多年的发展，目前我国机械，电子，航空航天，船舶，轻工，纺织，建筑，冶金，煤炭，水电等行业， CAD技术的应用已经非常普遍，而且达到了相当高的水平，通过查看CAD等在国内二维CAD软件支撑平台为代表占据了较大的市场份额。但在软件的二次开发，国外的CAD作为的情况开发平台并没有改变。中望CAD 和斯维尔、鸿业、博超、探索者等国内一流专

47、业应用软件厂商的结盟，终于在近期打破了国外软件多年的技术藩篱。 CAD二次开发，是提供相关的编程软件用户使用AutoCAD中，可以根据自己的需要，通过编程的方式，结合一些相对简单的或基本的命令，使之成为一个相对复杂的简单的命令组成的“设置”命令。通过运行命令“集合” ，可实现快速自动映射，从而节约工作时间，提高了绘图效率。基本的AutoCAD系统的二次开发有两种模式，一种是交流的授权业务的发展，二是制定“民间” 。经过多年的积累和成熟，前者如天得到蓬勃发展，而后者则是随着用户成“非法”的陷阱，很难说。正式的开发人员，因为急于追求市场利润，软件是粗，更新慢。与写程序的人不懂专业，因此很多二次开发

48、的局限性。私人发展商，是一家专业设计，自己做的，效果非常好。但非常缺乏市场运作和金钱，事情在手，和别人不一样。弱和软件工程概念，程序和数据结构是不合理的，这是很难继续提高。其实，很多现在的二次开发，增加了简单的功能没有出路的，不过，专业发展的功能应该是一个不错的未来。专家系统的社会越来越流行了，但目前的形势并不乐观。 AutoLISP语言是一种编程语言， Visual LISP编程的目的是加快AutoLISP的程序开发软件开发工具，是一个完整的集成开发环境， Visual LISP编程环境可以很容易地和高效地开发的AutoLISP程序，采用AutoLISP语言可以承接各种工作分析和计算，自动绘

49、制复杂的图形，驱动对话框，控制菜单中，定义一个新的命令，智能化，参数化功能为AutoCAD扩展。4.2 Auto lisp 语言简介广大用户在使用AutoCAD ，大多数只使用它的二维图形，实际上它不是。 AutoCAD中还可以绘制复杂曲线和曲面的三维建模。 AutoCAD中不提供这些功能，而不是技术未经许可，而是由两个限制。首先，欧特克AutoCAD是用于基本功能的开发提供了一个软件平台，可以再次进行，应该在不同的行业，包括机械，如建筑，土木工程，服装，电子，装饰等使用如果每个行业需要任何特殊的功能，由用户开发的;二， AutoCAD软件在计算机上的应用程序运行的软件，运行速度快，占用太多计

50、算机资源，开展绘制复杂的图形效率的任务并不高。因此，AutoCAD将不提供这些功能，但提供了一个工具来开发这些功能。AutoLISP语言是AutoCAD的二次开发中的一个，是一种扩展和自定义AutoCAD的功能， 以LISP编程语言的基础上。 LISP本身出现于上世纪50年代，是一种善于处理串行文本属于第四代 AI（人工智能） 的计算机语言。它能够绘制各种曲线和曲面的，为了满足工程设计人员的要求。AutoLISP语言是最经典的应用程序实现参数化绘图程序设计，包括驱动程序，鼠标拖动程序，鼠标拖动程序等尺寸驱动是通过改变实体标注值的大小来实现图形的自动修改;鼠标是使用的AutoLISP语言来拖动提

51、供（ GRREAD <跟踪> ）功能，让用户直接读取AutoCAD的输入设备，如鼠标，跟踪光标选项存在，并为真 ，通过鼠标光标，调整参数值和自动改变屏幕上的图形的尺寸和形状。打开AutoCAD 软件，在菜单中选择”工具”AutoLISP”Visual LISP 编辑器”。 4.3 课题研究的目的和意义本课题选用数控加工中心滚珠丝杠螺母副的零件图和装配图作为研究对象，通过AutoLISP 编程，对部分轴颈进行编程绘图，最后把程序拼装在一起，就能生成滚珠丝杠副的整体图。通过模块化的编程，快捷方便，实现图形参数化及智能化，分析计算与绘图一体化，提高产品的自动化，研究对AutoCAD 的二

52、次开发。开发滚珠丝杠的计算机辅助设计平台，使设计人员可以通过输入丝杠的结构以及参数就可以绘图，保存新丝杠的数据，直接根据数据库中储存的数据绘图等，从而大量减轻设计人员的绘图工作，提高工作效率，缩短开发周期。编程是一个系统的过程，需要开发人员的逻辑设计，使结构优化，滚珠丝杠零件图参数可以根据用户自行设定，调用AutoCAD 本身具有的工具命令，同时在定位零件图的点线中加入参数，使计算机完成自动计算数据，生成有带参数化的完整零件图，用户可自行改变各视图中图形尺寸，实现制图的自动化。4.4 滚珠丝杠滚珠丝杠由螺纹滚道和轴颈组成。螺纹滚道已标准化、系列化，而轴颈变化多端，它随着主机产品结构的变化而变化

53、，不同的产品，轴颈的连接形式不同，丝杠的结构形式也就不同。因此，要进行滚珠丝杠的CAD就必须对轴颈进行分析研究。由于每根丝杠的结构都是一个或多个轴颈与滚珠螺纹连接而成，虽然轴颈结构变化多端，但是，轴颈连接结构是有规律的，轴颈的种类也是有规律的，因此若将每个轴颈做成图块，再将每个图块与滚珠螺纹拼接起来，就成为一个丝杠图。因此要进行滚珠丝杠的CAD就必须做轴颈图库。通过对近十年来生产的丝杠图纸进行分析，基本上能反映丝杠图的设计规律与轴颈的变化形式。现将丝杠轴颈的多数使用形式归纳如下图，虽不能全部反映丝杠轴颈的变化形式，但能反映98%以上。图对于不符合上述分类的轴颈，可按上述相近的类型进行参数输入，

54、然后在AutoCAD环境中进行图形编辑。通过以上分类，再寻找其共同特点，在编程时进行系列化，模块化，充分利用模块特点，以便减少编程长度，是程序结构紧凑。由于轴颈各种变化都是在圆柱题的基础上变化而来的，因此圆柱体是各种轴颈的基础。而圆柱体是有三部分组成：左倒角部分、中部、右倒角部分。4.5 丝杠轴段程序编写4.5.1 粗糙度 (defun ccdbz (pt_dw ccd_sz / v1 v2 v3 p00 p01 p02 p03 p04 h h1 al alf alf1) (setq v1 (getvar "cmdecho") (setq v2 (getvar "

55、blipmode") (setq v3 (getvar "osmode") (setvar "cmdecho" 0) (setvar "blipmode" 0) (setvar "osmode" 0) (command "layer" "m" "细实线" "c" 3 "" "") ;设置粗糙度数值格式 (setq ccd_sz (rtos ccd_sz 2 2);设置为小数点后面两位的数值 (setq p00