毕业设计（论文）-多功能数控车床的进给系统设计

多功能数控车床的进给系统设计Designoffeedsystemofmulti-functionCNClathe摘要对于生产类型的行业来说，其产品质量的五大控制手段分为：人、机、料、法、环。而作为其中的重要一环，设备的好坏也直接影响着产品的最终形态。对于车床行业而言，发展数控车床是重中之重，而这其中，发展多功能数控机床——即斜床身卧式数控车床尤为关键。斜床身数控车床因其独特的优点，它在数控车床行业中占有非常重要的位置。斜床身卧式数控车床的主要特点在于：1、可配备多工位刀塔或者动力刀塔，可以用于各类复杂零件的加工；2、具备直线插补、圆弧插补的各项补偿功能，加工精度高。本课题设计的多功能数控车床的进给系统，它作为承载需加工零件的重要部分，它的精度等级也影响着产品成型后的尺寸。因此需要对其运行环境进行综合考量，查阅相关资料，在对其关键部件进行计算校核。本设计首先对多功能数控车床的进给系统包含的零部件进行了明确，然后对相关参数进行了确定，选择了合适的滚珠丝杠和伺服电机，再对联轴器进行选择，最后对轴承进行选型和校核。本设计在对各部件的合理的计算，保证了进给系统的稳定性和高精度，完成了对多功能数控机床进给系统的设计，以期为相关设计提供了设计参考。关键词多功能数控车床；进给系统；关键部件全套图纸加V信153893706或扣3346389411徐州工程学院毕业设计说明书AbstractFortheproductiontypeoftheindustry,itsproductqualitycontrolmeansisdividedintofive:people,machine,material,law,ring.Andasoneoftheimportantlinks,thequalityofequipmentalsodirectlyaffectsthefinalformoftheproduct.FortheLatheIndustry,thedevelopmentofnumericalcontrollatheisthemostimportant,andamongthem,thedevelopmentofmulti-functionalnumericalcontrolmachinetool——Thehorizontalnumericalcontrollathewithinclinedbedisthekey.Becauseofitsuniqueadvantages,CNClathewithinclinedbedoccupiesaveryimportantpositioninCNClatheindustry.ThemainfeaturesofthehorizontalCNClathewithslantingbedare:1.Itcanbeequippedwithmulti-positiontooltowersorpowertooltowers,whichcanbeusedformachiningvariouscomplicatedparts;2.Ithasthecompensationfunctionsoflinearinterpolationandcircularinterpolation,highmachiningaccuracy.Themulti-functionalCNClathefeedsystemdesignedinthispaper,asanimportantpartofbearingpartstobeprocessed,itsaccuracylevelalsoaffectsthesizeoftheproductafterforming.Therefore,itisnecessarytocarryonthecomprehensiveconsiderationtoitsoperatingenvironment,consulttherelevantdata,andcarryonthecalculationchecktoitskeycomponents.Thisdesignfirstclarifiedthepartsincludedinthefeedsystemofthemulti-functionCNClathe,thendeterminedtherelevantparameters,selectedtheappropriateballscrewandservomotor,thenselectedthecoupling,andfinallycarriedoutthebearingSelectionandverification.Inthisdesign,thereasonablecalculationofeachcomponentensuresthestabilityandhighprecisionofthefeedsystem,andcompletesthedesignofthemulti-functionCNCmachinetoolfeedsystem,inordertoprovideadesignreferencefortherelevantdesign.Keywordsmulti-functionCNClathefeedsystemcoupling目录摘要 IAbstract II1绪论 11.1研究意义 11.2数控车床进给系统的研究现状 21.2.1数控机床的组成和分类 21.2.2伺服控制系统的分类 21.2.3伺服进给系统的发展和应用 31.2.4数控车床对伺服进给系统的要求 41.3本设计的研究内容 52多功能数控车床进给系统的方案设计 62.1多功能数控车床进给系统的工作机理 62.2多功能数控车床进给系统设计方案确定 72.3有关参数的确定 73进给系统的计算与设计 83.1X轴进给系统和Z轴进给系统的导轨选用 93.1.1X轴向滚珠丝杠的计算 113.1.2Z轴向滚珠丝杠的计算 143.2伺服电机的计算和选型 164联轴器 215轴承的选择 28结论 31致谢 32参考文献 33绪论研究意义作为机械制造行业的支柱产业，机床产业的发展是及其重要的。从国民经济的角度来讲，机床产业的发展影响着国民经济的发展与提升，也意味着综合国力也得到了提升，因此发展高新产业都有着深远的意义。顶尖机床的发展思路是精度高、生产效率高、柔性化生产、智能制造以及自动生产。与国外工业大国相比较，我国的机床行业整体的设计制造水平还有很大的差距，主要表现得方面在设计方法和思路落后、设计标准低，与国外先进的技术指标相比较无法同步接轨。在机械加工行业中，由于复杂工件加工的特殊性，因此一般的加工机床已经无法满足实际的使用需求，由此衍生出数控机床，用来加工复杂的工件，因此得到了飞速的发展。多功能数控机床因其独特的优点，成为数控车床中比较优秀的床种，是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。车床，是属于金属加工行业内常见的一类机床，其历史悠久。作为现代车床雏形出现的车床，自1797年被发明以来，距今已有223年，因此其发展极为成熟。而数控车床，则是在普通车床的基础上进一步发展得来的。在普通机床的基础上，数控机床引入了数字指令操控的概念。而数控机床一般都是采用由计算机控制，执行计算机编译完成的机床操控指令，因此也成为CNC。日前，数控车床已经发展到可以使用专业的三维制图软件，设计完成要加工部件的三维模型，设定该部件加工的各项参数：如对刀点、主轴转速、切削量等；然后用三维软件对设定好的参数进行编译，最后生成加工程序，将加工程序导入数控机床后，有数控机床内嵌的加工软件依据加工程序进行加工，完成三维模型的加工。目前国内外数控机床的差距主要体现在数控系统上，国际知名的数控系统主要有FANUC、SIMENS等。目前主流的数控机床有多种，其中以经济型数控机床和多功能数控机床最具代表性。经济型数控车床主要特征体现在：具有针对性的加工功能的机床，其功能简单，价格低廉；多功能数控机床——即斜床身卧式数控车床，斜床身数控车床因其独特的优点，它在数控车床行业中占有非常重要的位置。斜床身卧式数控车床的主要特点在于：1、可配备多工位刀塔或者动力刀塔，可以用于各类复杂零件的加工；2、具备直线插补、圆弧插补的各项补偿功能，加工精度高。数控机床加工精度高低的影响主要体现在以下多个方面：1、数控车床刀具几何参数的误差带来的影响；2、加工线路带来的影响；3、加工现场带来的影响、4、编程数据处理带来的影响。其中与编程数据处理的影响直接关联的则是数控车床的伺服系统。数控车床的伺服系统的驱动误差，主要体现在伺服系统的延迟、参数变化、等问题项上。本设计研究的多功能数控车床进给系统，它的工作台是由X轴和Z轴两部分的滚珠丝杠完成进给运动的，其滚珠丝杠的驱动装置则是伺服电机。因此，当伺服系统内的伺服电机在驱动滚珠丝杠时，工作台的位移差量直接影响到数控车床的定位精度，而这最终就会导致零部件加工精度的下降。数控车床进给系统的研究现状数控机床的组成和分类数控机床的整体构造主要由如下多个部分组成：数控装置、包含伺服电机、用于后台监测的伺服系统以及机床本体的结构。数控装置是整个数控机床自动控制的核心所在，它可以实时读取零件的加工程序、处理、自我计算，以及加工过程中的实时后台控制等功能。机床本体指的是数控机床的整体机械构造实体。伺服系统则是数控装置与机床本体之间相互联系的枢纽。目前市面上的数控机床的种类有很多种，规格大有不同，因此可以进行一个简单的划分：(1)按照数控机床的运动轨迹进行分类可分为：点控制、直线控制以及连续不断控制；(2)按照伺服控制系统的控制方式可分类为：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统；(3)按照机床实际可以控制的运动坐标的数量可以分成：二轴数控机床、三轴数控机床、四轴数控机床以及五轴数控机床。伺服控制系统的分类作为影响数控机床加工精度的重要部分，伺服控制系统它是以位置作为实际的自动控制对象的。对于移动位置的控制的前提则是速度的实时控制，而在其中，针对伺服电机以及其配置的速度控制模块只是整个伺服控制中的一小部分。数控机床的进给控制伺服系统的组成包括了：伺服电路、机械驱动系统、传动系统以及命令执行元件。它的作用在于：由数控系统给出指定的进给指令以及位移指令，经过伺服驱动电路一定的转换放大之后，再经过伺服系统驱动系统和传动系统，驱动数控机床的工作台、主轴等执行部件进行运转。伺服控制系统进行划分的话，可以分为以下几类：(1)依据驱动系统来划分，可以分为：步进电机驱动系统、直流伺服电机驱动系统、交流伺服电机驱动系统；(2)按照系统的组成的元器件特性可分为：电气伺服控制系统、液压伺服控制系统以及电液控制伺服系统等；(3)依照实际的信号处理的方式的不同，可以划分为模拟信号控制系统和数字信号控制系统这两大类；(4)按照信号反馈的比较方式进行分类，可以分为：脉冲数字信号比较伺服控制系统、相位信号比较伺服控制系统、幅值比较伺服控制系统和全数字信号比较伺服控制系统；(5)从伺服控制系统的控制方式来看，主要有三种结构类型：开环伺服控制系统、半闭环伺服控制系统、闭环伺服控制系统。不同类的伺服控制系统也会直接影响了数控机床的加工精度。对于数控机床而言，它主流采用的控制系统只有闭环控制系统和半闭环控制系统。半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服系统中引入了角位移的检测装置，原理是通过监测滚珠丝杠的实时转角，间接反应了工作台的位移量，最后反馈到控制器内的比较器中，与原给定的位移参数进行比对，使用比对后确认的位移差值进行控制，对工作台的位移误差进行补偿。由于半闭环控制系统没有将滚珠丝杠中螺母的位移误差引入控制系统内，因此滚珠丝杠中螺母的位移误差也会影响数控机床的加工精度。闭环控制系统与之不一样的关键点在于，将数控车床中所有能影响加工精度的位移误差都导入至控制器内部的比较器，根据给定的位移参数进行比对，以此来控制位移的差值，补偿相应地误差。因此合理的设计数控车床工作台的进给系统以及进给系统的反馈信号措施，按需选择控制系统中滚珠丝杠的型号，降低安装误差对数控车床加工精度的影响，对提升车床的加工精度，有着举足轻重的意义。伺服进给系统的发展和应用作为自动控制系统中的一种，伺服控制系统是伴随着电的广泛应用，并且有着良好的发展前景。伺服控制系统的使用范围非常的广泛，在各行各业都有广泛的应用，如机械制造业、运输业等。向大的场景追溯的话可以在雷达天线的转动系统上进行应用，用于及时的追踪人造卫星的位置；向小的应用场景的追溯的话可以在放像机上的激光头上见到它的存在。有很多行业需要人工操作，但人工操作往往不够精确，而伺服控制系统的应用就可以解决这一问题，它有着绝对的优势。伺服控制系统应用最多的领域在机械制造行业，在该行业中，很多数控机床的运转速度的控制、部件运动轨迹的控制、位置的控制等，都少不了伺服控制系统的助力。它们不仅仅可以完成常规的控制，还能通过多套的伺服控制系统的配合使用，完成对于空间特殊形状的加工，如多自由度的机器手的运动控制等等。伴随着如电子技术、机械自动化、计算机技术和精密测试技术等带动数控技术的发展，发展高性能、高效率的伺服控制系统已经成为了未来的趋势。从上个世纪五十年代伊始，伺服控制系统经历了从无到有，从简单的液压伺服控制系统到开环步进电机的进给系统再到直流伺服电机的进给系统的发展历程。近几年，随着高转动惯量数值、性能优异的交流伺服电机作为驱动元件所驱动的伺服控制进给系统得到了广泛的应用。从直流到交流，使得伺服控制进给系统的各环节：位置环节、速度环节、电流环节逐渐数字信号，得以实现在无载荷影响的情况下的高响应速度的伺服控制进给系统。而且，通过使用先进又高效的控制理论：例如可以减少系统误差的前反馈补偿技术、适量误差控制理论、直接转矩控制理论等。为了加快伺服控制系统的响应过程，还可以使用非线性的控制补偿功能来对驱动机械摩擦和粘性阻力值带来的误差的变化。伺服系统指的是控制对象为机械位置或者角度的自动化控制系统。在数控机床中，伺服控制系统指的是标定各坐标轴驱动后所在的位置。伺服系统可以接收数控系统发出的进给脉冲以及位移量信息，经过伺服驱动电路一定的信号转换和电压、功率的放大之后，再由伺服电机带动传动机构，最后转化为数控机床的工作台相对于刀具的直线位移或回转位移。通过多个坐标轴的联合运动，来完成对复杂零件的表面加工。伺服系统中的进给系统则是数控装置与数控车床工作台的中间联系环节，它是整机的重要组成部分。它包含了机械、电子、电机等多专业的部件，并且其中还涉及到了强弱电的控制，整个系统比较复杂。要使整个进给系统能够统一协调的动作，并且技术性能指标还得满足要求，这是相当复杂的一个任务。在目前行业已有的技术条件下，CNC的装置性能已经非常优异，并且技术还在不断地发展，也有相应的提高，并且数控车床内的最高运动速度、定位精度、表面加工精度等技术指标的优异与否，其依靠于伺服系统的动态性能和静态性能的好坏。常规数控车床常见的故障点在于伺服控制系统上，因此提高伺服系统下进给系统的技术性能和可靠性，对于数控车床的技术发展有着极其重要的意义。数控机床的发展代表着现代机械制造行业的科学技术发展的方向和水平，与传统零部件加工机械相比较，数控机床有着得天独道的优势。它能够精准、高效的解决各类复杂零部件的加工，而且也有利于柔性制造系统和计算机集成制造系统的搭建。数控车床对伺服进给系统的要求伺服进给系统的被控量是机械参数，它所需的基本要求则是系统要能够迅速准确地相应数控系统给出的指令的变化，基本要求主要有以下几点：1)高的稳定性稳定性指的是面对外界或者系统给定的输入条件产生的干扰作用是否会对产品的加工精度产生影响，该系统是否能在短暂的自我调节后回归到干扰前的平衡状态。2)高的精度高的精度指的是输出量于输入量之间的精确程度。作为精密加工的数控车床而言，要求的定位精度或者轮廓加工精度比较高。3)快速响应性好作为评判伺服进给系统好坏的依据之一，快速响应性能越好，说明跟踪指令信号的响应速度也快，其过渡过程的时间越短。4)灵敏度，对于参数的变化，系统的灵敏度要小，不会因为参数的变化而造成很大的影响。而且系统也要有很好的抗干扰性，能够抵御外部负载的干扰和高频噪音干扰的能力。5)对传动系统的要求：为了保证数控车床进给系统的传动精度和工作平稳性，因此在对机械传动装置进行设计时，提出下列的要求：(1)高的传动精度与定位精度：数控车床的进给系统的传动精度和定位精度直接影响着零件最后成型的精度。无论是哪类控制系统，其考核标准都是传动精度和定位精度是否达到使用需求。(2)响应速度要快：工作台能在规定的速度范围内灵敏地正确的跟随操作指令，进行准确的单步或者多步移动，在工作中不能出现指令缺失的情况。(3)无间隙传动：在进给系统中，存在一个反向间隙，即反向死区的误差，它存在于整个传动链中各个运动副中，直接会影响到数控车床的加工精度。因此，对于传动间隙，应当尽可能的消除，减少反向死区误差带来的影响。(4)稳定性好、寿命长：稳定性是进给系统能够安稳运行的正常条件，尤其是在低速条件下的爬行，并且不会和外部的负载影响产生共振。而进给系统的寿命则是指高传动精度于定位精度能保持的时间的长短。(5)使用维护方便：数控车床的进给系统的结构设计应当便于维护保养，而且最大程度的削减维护的工作量，以提高机床的利用率。本设计的研究内容本设计旨在根据数控车床的工作环境，对进给系统进行合理的设计，明确各部件的型号与其的精度等级，了解相应的部件的安装误差的产生原因，并对安装方法进行合理的解决，以期为进给系统的设计提供一定的技术参考。（1）通过电机的计算和选型、轴承的计算和选型、滚珠丝杠的计算和合理的选型等，来提高多功能数控车床进给系统的传动效率和精度，达到设备运行最优化。（2）确定多功能数控车床进给系统的总体结构设计方案，提高进给系统的运动平稳性、定位精度及速度的精确性。（3）对X轴、Z轴选用的滚珠丝杠进行有效的校核，确定滚珠丝杠在运行时的受力情况，保证其能够稳定、高精度的运行。（4）对数控车床进给系统的轴承进行选择，并对其进行相应的载荷的校核，来保证进给系统的稳定和高的精度。多功能数控车床进给系统的方案设计多功能数控车床进给系统的工作机理多功能数控机床进给系统的工作机理如下所示：由数控机床内部的数控装置在识别用户发出的指令后，读取工作台所要位移的位移量。数控装置控制伺服电机转动，伺服电机通过联轴器将转动的方向和圈数传递给滚珠丝杠，由滚珠丝杠将其本身的旋转运动转换为工作台的直线移动。在这里，工作台位移的位移量是有限制的、工作台的位移量的大小是由滚珠丝杠的导程决定的，即与螺栓类似，丝杠每转动一圈，导程量就有多少，工作台就位移一个导程量的距离。因此，在进行进给系统的总体方案设计前，充分考虑本进给系统适用的零部件加工范围，将数控车床刀塔的运动范围进行充分考虑后，确定本设计的总体设计方案涉及的部件如下：1、伺服电机：它的作用是在数控装置的控制下，输出运动方向与动力；2、联轴器：它的作用是连接伺服电机与滚珠丝杠，作为动力传递和运动方向传递的重要部位，它的性能的好坏也影响着数控车床的加工精度；3、滚珠丝杠：它的作用是带动工作台运动，在本进给系统中分成两个部分，X轴方向上的进给系统和Z轴方向上的进给系统。在螺旋传动中，有多种螺纹方式可以选择，例如矩形螺纹、梯形螺纹或者滚珠螺旋。而在其中考虑到螺纹和螺母之间摩擦系数以及螺旋效率的影响，因此最终选择了成本昂贵的滚珠丝杠。使用滚珠丝杠的好处在于可以显著的减少螺纹与螺母之间的摩擦，其两者之间可以近似的看做是点接触的接触形式。当然，由于螺纹被加工成适合滚珠体滚珠的弯弧状，因此其热处理的方式比较复杂，需要淬火+高温回火，以提高它的硬度和耐磨性，并且经过打磨的工序，因此整体的成本会比较高。当然其摩擦系数也与滚珠轴承类似，可以做的比较低，而带来的就是传动效率的提高。因为滚珠螺旋的特殊性，它的摩擦系数比较低，同时也带来了一个问题，就是它无法实现自锁的功能，依据使用的情况则需要决定是否增加制动器。当然，滚珠丝杠还有个好处就是承载能力大，它的载荷传递能力与上述的另外两种螺旋传动相比较要高，而且连接件之间也不会存在粘滑的问题。滚珠丝杠的因其精度高，能够满足各方面的需求，因此在精度要求高的机床设备中有广泛的应用。而滚珠丝杠有以下的一些特性。1）驱动力矩低滚珠丝杠的驱动力矩与传统的螺旋传动的方式相比较的话，它的驱动力矩仅仅达到传统方式的，因此使用较小的驱动力矩就能获得同样好的效果。2）微进给由于滚珠丝杠与其他螺旋传动的方式不一样，因此它可以实现工作台的微进给，避免出现爬行等特殊情况，保证了传动的平稳性。4、轴承：轴承在进给系统中起的作用是支承作用，它是安装在滚珠丝杠两端的，用来支承滚珠丝杠，保障工作台平稳的直线移动。多功能数控车床进给系统设计方案确定数控车床进给系统的设计方案如下：X轴方向上动力装置选择伺服电机，与其同一轴线上的部件有联轴器、轴承、滚珠丝杠、工作台、工作台导轨和其他紧固用结构件和标准件；Z轴方向上动力装置选择伺服电机，与其同一轴线上的部件有联轴器、轴承、滚珠丝杠、工作台导轨和其他紧固用结构件和标准件。如下图2-1（a）（b）所示为X轴、Z轴的进给系统：（a）X轴向进给系统（b）Z轴向进给系统图2-1X轴和Z轴的进给系统有关参数的确定（1）移动对象：工作台；（2）进给系统特性：X轴坐标进给速度：，Z轴坐标进给速度，定位精度X/Z轴，重复定位精度。进给系统的计算与设计在开始对进给系统的各部分进行计算前，首先需要明确本次设计的进给系统的部件排布形式。本进给系统的各部件是沿着伺服电机电机轴的轴线进行一次排布的。与其同一排布的位置上还有联轴器、轴承、滚珠丝杠、工作台等。在进行前，需要考虑到进给系统上的工作台的运动范围和工作台上的导向槽的选型，这是至关重要的。明确了适用的工件的尺寸范围，才能够保证好的车削效果。本进给系统分成两大块：X轴方向的进给系统和Z轴方向的进给系统，因此本文的所有涉及均是围绕这两块内容进行延伸设计和关键部件的选型的。图3-1X轴进给系统总体方案示意图如图3-1所示，X轴的进给系统的结构布置从左往右分别为：1——伺服电机、2——进给系统内的联轴器、3——轴承、4——滚珠丝杠、5——导轨、6——工作台。如图3-2所示，Z轴的进给系统的结构布置从左往右分别为：1——伺服电机、2——进给系统内的联轴器、3——轴承、4——滚珠丝杠、5——导轨、6——工作台。图3-2Z轴进给系统的总体方案设计图X轴进给系统和Z轴进给系统的导轨选用除了滚珠丝杠以外，工作台还需要直线导轨来进行导向。因此，本设计的进给系统需要对直线导轨进行选用。直线导轨能够适用在往复直线移动的场合，可以在高负载的情况下传递高精度的运动，直线导轨如下所示为各类型导轨的不同之处：滚轮直线导轨：这类直线导轨的显著特点就是速度快，传递的运动准确可靠，并且根据实际的要求可以对导轨进行拼接，以获得长的行程；也可以对导轨进行二次加工，以期演变成一体式带齿条导轨，更加方便使用者的使用，满足特殊的需求。滚轮直线导轨的优缺点如下：1、运行速度高但是产生的噪音少滚轮直线导轨内部是滚轮式的轴承结构，它的接触是线接触，因此接触处的摩擦力很小，滑动时很流畅，噪音也很低，能够实现高的运行速度。2、抗腐蚀能力很强不容易产生锈痕滚轮直线导轨的制造材料是铝合金，而且表面经过相应的处理工艺，保证有高的耐腐蚀性，而且不容易生锈。3、更换维护容易由于滚轮直线导轨内部的滚轮轴承在出厂前已经经过了密封处理，内部含有大量的润滑油脂，因此在日常的使用中无需在进行润滑油脂的加注操作，使用维护也极其的方便，而且滑块和导轨都能够单独进行购买更换，降低了维护成本。4、工作误差小，有较高的运动精度滚轮直线导轨的工作误差很小，能够在的误差范围内进行控制，而且直线度也能在的误差范围内进行控制，所以精度高。5、承载能力低滚轮直线导轨一般用于轻负载的场合，不适合承受运用在大型机床上，只适合负载在一百公斤以内的场合，因此这也是滚轮直线导轨的缺点之一。6、最高的精度值不够虽然滚轮直线导轨的精度也比较高，但是它的极限精度还是不够的好，也就是说，在精度要求特别高的场合，它并不能够很好的适用，比如精度要求低至以下的。7、能够应用的范围还需要不断地扩展因为主流的机床设备上应用的都是滚珠直线导轨，滚轮直线导轨反而很少使用。所以实际的互换性并不高。圆柱直线导轨：1、圆柱直线导轨能适应特殊用途的场合。即使滚珠导轨的技术层次比较高，而且导轨的运动精度也很高，但是在特殊的场合，圆柱直线导轨还是占了一定的市场地位。由于某些特性的独特性以及相应的应用的合理性，所以圆柱直线导轨还是使用很广泛的。2、具备一定的调心功能。由于圆柱直线导轨上包含了很多部件，其中包括了含有滚珠的衬套直线轴承，它可以适用在各类的工作环境下。由于本身的轴是圆柱状的，所以在围绕轴进行滚珠的过程中滚珠衬套能自由的旋转。因此两个相近的导轨的安装高度可以有一定的误差，如果两根导轨之间的相隔距离超过左右的话，允许的高度落差为。并且，大多数的滚珠衬套的轴承座的圈的设计允许的倾斜处的偏滑角在二分之一度左右，能够适应对中的误差。3、价格低廉。圆柱直线导轨它的构造相对而言是很简单的，技术要求比较低，所以制造成本不是很大，与另外两种相比，售价是最低的。4、精度低。圆柱直线导轨它的自身基本的精度相对而言低，主要使用在精准定位要求不高的场合。滚珠直线导轨：1、精度高因为在机床的使用中，直线导轨起的作用是线性的引导，因此它能够将直线导轨的接触形式由面接触变为线接触，带来的显著特点就是摩擦变为了滚珠摩擦。所以相应地摩擦系数也就有了显著的降低，能够降低至原先的，所以动摩擦力与静摩擦力之间的数值差距也可以进一步的缩小。而且，在运行时，不会出现打滑的现象，其定位精度可以达到级，而且，由于在实际的使用时的摩擦非常的小，因此良好维护条件下的话寿命长。2、承重能力比较高与滚轮直线导轨不一样的是，滚珠直线导轨的导轨制造材料通常都是采用高碳钢，因此本身的硬度比较高、而且能够耐得住磨损，所以它能够很好地满足实际的应用需求，比如需要高的刚度和载荷；当然，也能够使用在有预加的载荷的情况，各种轻载荷或者重的载荷都能够适用。而且，因为它的精度高，能够很好地在高的精度要求的仪器或者机床设备中使用，如数控机床。3、方向上都有高的刚性因为使用了四列的等45度的接触的角度，因此内部的钢珠有理想状态下的接触构造，也能够承受各个方向上施加的载荷，而且可以在必要的情况下施加相应的预加的压力来提升相应的刚性。4、抗细微物体干扰能力差由于滚珠直线导轨内部的滚珠与导轨是直接进行接触的，因此粉尘等细微干扰物的抵抗能力很差，易被直接带进入轴承中，造成相应的滑块的卡顿、滑动不畅等问题。因此，滚珠直线导轨需要配备相应的防尘罩进行使用，来保证滚珠直线导轨的使用寿命。5、使用成本很高滚珠直线导轨本身的机械构造很复杂，对于安装的要求也比较的高，所以在使用环境下的保养要求也比较高、维护难度也大，所以整体的使用成本也比上述的两种直线导轨要高。综上所述，在本设计中，结合本设计使用的场景，选择了滚珠直线导轨作为X轴、Z轴的导轨。在导轨的生产厂商选择了南京工艺，依据该公司的技术手册，选择的型号如下：其中X轴的导轨选用的型号为，Z轴的导轨选用的型号为。X轴向滚珠丝杠的计算在滚珠丝杠中，首先需要确定的是进给时的牵引力：（3-1）式中——数控机床的进给系统在运动中所受到得切削力（N）；——滚珠丝杠在运转过程中所需拖动的部件的重量（N）；——考虑到滚珠丝杠中的作用力所带来的一定的影响的系数，在本设计中，考虑到实际的工作情况，；——在直线导轨上的摩擦系数，在本设计中，摩擦系数的取值。将所有的数据进行导入后，得到：（3-2）对滚珠丝杠上的最大的动载荷进行相应的计算，滚珠丝杠承载的最大动载荷为：（3-3）式中——代表的是滚珠丝杠的使用寿命，计算公式如下所示：（3-4）式中——代表的时滚珠丝杠的运转转速，计算公式如下所示：（3-5）式中——代表的是最大的切削力下工作台的进给速度，在本设计中，进给速度的取值为0.6；——滚珠丝杠本身的导程，（导程：指的是螺纹旋转一周，物体沿轴向方向所移动的举例，单位：），本设计中，；——数控车床的实际的使用寿命，数值单位按照小时来计，因此本设计中；——滚珠丝杠的运行时的运转系数，考虑到本设计的实际使用情况，因此根据相应的机械设计资料——《机械设计手册》，对该值选取为1.3。将上述的参数进行带入后，可以对滚珠丝杠的转速进行计算明确：（3-6）所以可以求得滚珠丝杠的实际工作寿命：（3-7）此时，滚珠丝杠所承受的最大的动载荷如下所示：（3-8）在查询了相应的选型资料后，选择了外循环螺纹预紧的双螺母的滚珠丝杠，该型号的滚珠丝杠可以承受的额定的动载荷为，丝杆的公称直径，它的精度等级为3级。对滚珠丝杠的传动效率进行相应的计算：（3-9）式中——代表的是滚珠丝杠的螺旋升角，本设计所选型的滚珠丝杠的；——代表的是滚珠丝杠的摩擦角，又因为本设计中，滚珠丝杆的滚筒摩擦系数，因此摩擦角的话。在对已有的数据进行带入后可以得到：（3-10）对滚珠丝杠的刚度有效性进行核验：1、滚珠丝杠在受力状态下的拉伸形变量或者压缩形变量在查的相关的机械设计资料——《机械设计手册》内的表，在根据，滚珠丝杠的公称直径，可以得到：那么：（3-11）式中：代表的是滚珠丝杠的长度。因为本设计X轴滚珠丝杠的两端应用了角接触球轴承和深沟球轴承，所以针对滚珠丝杠的螺母进行了拉伸处理，刚度也相应地提高了近四倍，而滚珠丝杠的形变量则相应地缩小为：（3-12）2、滚珠丝杠内的滚珠与丝杠上的螺纹滚道上存在的接触形变量在查得相应的机械设计资料——《机械设计手册》内的表后，明确了本设计所选型的滚珠丝杠的接触形变量，因为对其进行预紧，所以。3、轴承在支撑状态下的轴向接触形变量在本设计中，X轴方向的轴承选用了角接触球轴承，轴承代号，它的轴承内径，内部的滚珠体——钢球的直径，其数量为18个，因此（3-13）因为存在了相应的预紧方式，所以由于预紧的存在，。根据上述所计算的数据，可以得到最终的滚珠丝杠的形变量为：（3-14）因此，本设计选用的型滚珠丝杠符合实际的使用要求。Z轴向滚珠丝杠的计算对Z轴方向运动所需要的牵引力：（3-15）对Z轴的滚珠丝杠所能承受的最大的负荷进行核算在本设计中，滚珠丝杠的运转转速为：（3-16）使用寿命为：（3-17）因此所能承受的最大负载为：（3-18）依据所求出的数值，根据X轴的条件查询方法，对其进行查询可得：在滚珠丝杠的型号的选择上选择了，该滚珠丝杠所能承受的额定的动载荷为，该滚珠丝杠的公称直径，精度等级达到3级。对滚珠丝杠的传动效率进行计算：传动效率为：（3-19）式中——代表的是滚珠丝杠的螺旋升角，本设计所选型的滚珠丝杠的；——代表的是滚珠丝杠的摩擦角，摩擦角的话。所以：（3-20）本设计的Z轴方向的进给系统的支承方式如图3-3所示：图3-3Z轴进给系统的支承方式因为本设计中的最大的牵引力在上述计算中为，本身所需支承的距离，而且滚珠丝杠的跨度距离比较长，所以要增加螺母与轴承对于进行预紧。1、滚珠丝杠在受力状态下的拉伸变形量或者压缩变形量在查得相应的表后，根据，，得到相应的：，那么：（3-21）2、滚珠丝杠内的滚珠与丝杠上的螺纹滚道上存在的接触形变量在查得相应的机械设计资料——《机械设计手册》内的表后，明确了本设计所选型的滚珠丝杠的接触形变量，因为对其进行预紧，所以。3、轴承在支撑状态下的轴向接触形变量在本设计中，X轴方向的轴承选用了角接触球轴承，轴承代号，它的轴承内径，内部的滚珠体——钢球的直径，其数量为12个，因此：（3-22）因为存在了相应的预紧方式，所以由于预紧的存在，。根据上述所计算的数据，可以得到最终的滚珠丝杠的形变量为：（3-23）（3-24）因此，本设计选用的型滚珠丝杠符合实际的使用要求。对滚珠丝杠运行的稳定性进行核验，首先对产生失去稳定性的状态的临界点的负载进行计算：（3-25）式中——表示的是滚珠丝杠的材料的弹性模量，此处为；——表示的是滚珠丝杠的截面上的惯性矩，计算公式如下所示：（3-26）式中——表示的是滚珠丝杠所制成的距离；——表示的是滚珠丝杠所支撑的长度支撑系数，在本设计中滚珠丝杠是两端固定，。所以滚珠丝杠的截面惯性矩为：（3-27）接近临界点的负载力为：（3-28）其中，临界点的最大负载力与最大的负载力之间的比值指的是稳定性的安全系数，如果计算的比值超过许用值的话，则滚珠丝杠运行时的稳定性无法进行保证。一般情况下，该比值的取值范围在2.5-4之间。在进行计算后，本设计的稳定性系数比值为2.83，在许用的范围内，因此本设计选用这种滚珠丝杠不会失去运行时的稳定性。伺服电机的计算和选型作为各类机电设备中常用到的一种装置，电机的主要作用是将电能转换为机械能，满足各类设备的需要，保障设备的运行。对于电机而言，如果按照它的供能电源来进行区分的话可以分为直流电机和交流电机两种。按照机床类设备的使用场景来进行区分的话常用的可以分为两种：步进电机、伺服电机，而这两者的区别主要在控制原理上有所不同：图3-4伺服电机如图3-4所示，步进电机的控制原理是通过将控制系统给出的电脉冲信号来进行执行转变，实现相应的角位移或者直线位移的装置。在收到控制系统发出的一个脉冲信号后，电机便会随之按既定的方向而转动一个相应的角度（称之为步距角）。假设步进电机运转时所处的情况是不超载的状况，那么相应的步进电机的旋转是一步一步进行运动的，它能够通过控制电脉冲发送的个数来对电机的角位移量进行一定的控制，从而能够保证准确的定位。并且，能够对相应的电脉冲信号的频率进行控制，从而能够对电机的转动速度和加速度进行进一步的控制，完成对步进电机的调速。伺服电机整体不仅仅只有一个电机系统，其内部也包含了其他的部件，如伺服马达，伺服控制器以及相应的编码器（编码器主要是安装在伺服电机上，作用是用来检测伺服电机运行时的电机磁极所在的位置以及电机的转角和转速）。当然，为了达到能够对伺服电机进行精准的控制，因此伺服电机内有三个闭环反馈组成的调节系统。这三个系统从内而外进行区分的话分别是电流环、速度环以及位置环。其中电流环的主要作用是用来检测伺服电机工作时，电路系统内流入的电流的阈值是否许用，因为在伺服电机运转，输出动力的时候，会驱动并产生相应的扭矩，导致伺服电机内部的电流不断地增大。如果流入的电流过大的话，极容易导致电机的烧毁。该电流环的运行完全是在伺服驱动器内完成的，主要依靠在每相上安装的霍尔传感器来监测，然后进行相应的PID调节。速度环的主要作用是用来监测伺服电机运转时的转速是否符合指令给定的转速，通过监测编码器内相应的信号来对负反馈进行调节，该环的输出环节就是对电流环的控制；位置环的主要作用是监测在控制系统输出了相应的控制指令后，是否达到了指定的位置，它的构建位置主要是在伺服电机的驱动器与编码器之间，该环的输出控制则是速度环。伺服电机内置的控制方式有三种，分别是扭矩模式、速度模式以及位置模式。在这其中，速度模式和扭矩模式的控制是依靠模拟量来进行完成的，位置模式则是通过控制系统发出的脉冲量来进行控制，依靠外部所输入的脉冲的频率来对伺服电机转动速度的大小进行确定，脉冲的个数则是决定了伺服电机所需要转动的角度。位置模式主要是靠的定位控制，它能够严格的控制伺服电机的速度和位置，在其行业内部使用非常广泛。而这种模式在系统计算发出脉冲前，先根据相应的机械结构条件，综合考量了所需的精度与速度要求，对伺服电机的电子齿数比进行设定。以控制滚珠丝杠运动为例，在应用前首先需要对伺服电机的电子齿数比进行设定，然后按照实际的需求发送脉冲至伺服电机当滚珠丝杠所驱动的工作台位移了，在对脉冲的个数与频率进行计算。如果每分钟发送1000个脉冲至伺服电机，那么整个工作台的移动速度就为；此时，要想工作台能够位移的话，就需要给伺服电机发送5000个脉冲。并且，伺服电机的编码器也能够收到相应的5000个反馈脉冲，来达到精准的闭环环节控制。伺服电机与步进电机之间的性能比较：步进电机这种装置是以离散运动的方式存在的，它的本质联系则是现代的数字控制技术。实际上，在很多设备的数字控制系统中，都能够见到它的身影。伴随着伺服控制系统的出现，伺服电机的使用也越来越广泛。未能跟随发展的趋势，因此执行电机一般是步进电机或者伺服电机。两者在控制方式上有着相似的存在（都是依靠脉冲信号或者方向信号进行控制的），但在实际的性能使用以及场合应用上还是有着很大的差异。（1）控制精度的不同：一般两相的混合式的步进电机它本身的步距角通常有、；五相的混合式的步进电机的步距角一般有、。当然，还有些性能更好的步进电机，它的步距角能够更小。例如，有公司生产的用于慢走丝的数控机床的步进电机，该电机的步距角能够达到；而德国的生产的步进电机，可以实现如下的多个档位的步距角的切换：含括了多个步进电机的步距角。在伺服电机当中，区分为直流伺服电机和交流伺服电机。交流伺服电机的控制精度的保障来源主要是依靠位于电机轴端的旋转编码器。以松下公司生产的全数字式交流伺服电机为例，整机附带了标准的2500线的编码器，因为驱动器内部涵盖了四倍频的技术，那么整机的脉冲当量就可以达到。（2）低频环境下的特性不同步进电机在低速状态下运行时，容易出现低频振动的现象。而它的振动的频率与负载的状况以及驱动器的性能息息相关，一般来说振动频率为电机空载状态下的起跳频率的，而这种由于步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对机床的运转会产生不利的状况。一般克服这类现象有效的措施是运用阻尼技术，比如在电机上增设阻尼器等。与之对比的话交流伺服电机就相对而言比较平稳，即使处于低速的运转状态也不会出现振动的现象。交流伺服系统本身就具备了共振抑制的特性，能够保证在设备的刚性不足的状态下，系统内部具有相应的频率解析的功能，便于系统的自我调整。（3）矩频特性的不同在步进电机中，输出力矩会随着转速的升高而减弱，并且会在较高转速的情况下急剧下降，适宜的工作转速在。（4）受载能力的不同步进电机本身不具备很好的过载能力，而交流伺服电机则不一样，它的过载能力很强。以松下公司生产的交流伺服系统为例，它具备了速度过载与扭矩过载的能力。其最大扭矩值能够达到额定扭矩的3倍，能够克服惯性负载的情况下，系统启动瞬间的惯性力矩；而步进电机则没有这种过载能力，因此在进行步进电机选型时需要对惯性力矩进行考虑，需要选择大扭矩的电机。在机床稳定运行的过程中，又不需要这么多的扭矩，因此产生了浪费的现象。（5）运转时性能的区别因为步进电机本身的控制为开环控制，如果电机启动时的频率过高或者本身的负载过大的情况下极易造成丢步或者堵转的现象，并且在其停止转动前转速过高的话会产生过冲的现象，在为了保证控制精度的情况下，需要对升、降速的问题进行处理解决。交流伺服电机则是闭环控制，因此对于电机的编码器所反馈的信号能够进行直接的采集，并且在其内部搭建相应的位置环和速度环，也不会出现步进电机所出现的类似状况，运行时更加稳定可靠。（6）系统响应的性能区别步进电机在从静止的状态短时间内加速至所需的工作转速的状态下的话，所需要的加速时间一般为。而与之对比的话，交流伺服系统的加速性能就很好，本身所需的加速时间就很低，从静止状态到额定的的情况下只需要几毫秒的时间，能够用在需要快速进行启停的场合。综上所示，伺服电机与步进电机相比较的话有很多优势，因此在本设计中，选用伺服电机作为进给系统的动力输出装置。等效状态下的伺服电机的计算：伺服电机的电机轴所需经过的总的转动惯量，能够依据公式进行计算：（3-29）式中——表示的是齿轮在运行时的转动惯量，由于本设计中的伺服电机输出轴与滚珠丝杠通过联轴器进行相连，因此两齿轮的比值为1；——表示的是伺服电机内部转子所需要的转动惯量；——表示的是滚珠丝杠的转动惯量。在数控车床的不同的使用状态下，其所需要的转矩也有很大的不同，因此需要依据不同的阶段进行计算。首先是X轴向进给系统的快速空启动阶段：（3-30）（3-31）因此：（3-32）现将上述内容中求得的数据进行导入，得：（3-33）伺服电机启动的加速时间，得：（3-34）所以求得伺服电机的电机轴上的摩擦力矩：（3-35）还有附加摩擦力矩为：（3-36）如上所示：（3-37）而在快速移动阶段所需要的力矩为：（3-38）完成切削的最大的负载时所需要的力矩：（3-39）通过上述的计算可以得出，在上述的三种情况下，快速启动阶段所需要的力矩最大，能够作为伺服电机选型的重要依据。在查得相关的资料——《机械设计手册》表，伺服电机为：（3-40）（3-41）此时，最大的静力矩为：（3-42）依据此数据，对伺服电机进行选型，选择的型号为，该电机许用的最大的静力矩为，空载情况下最高的许用频率为，允许的运行频率为，满足实际的使用需求。同理，对Z轴的伺服电机进行选型，型号为，该电机许用的最大的静力矩为，空载情况下最高的许用频率为，允许的运行频率为。联轴器作为用来连接主动轴与从动轴，传递相应的转矩的重要装置，联轴器在机械设备的运转过程中起着极其重要的作用。它的主要功能是用来传递运动方向和扭矩，而部分联轴器还起到保护的作用。如果机械设备内部存在过载的情况，那么就会影响到动力装置的运转，如果联轴器不具备相应的保护能力的话，可能会导致电机的损毁，造成很大的经济损失。按有无弹性来进行区分的话可以分成刚性联轴器和弹性联轴器，刚性联轴器不具备弹性，也没有相应的安装误差的补偿能力，因此对于安装精度的要求比较高，而且只适用于振动比较低的场合；弹性联轴器具备相应的弹性，也能对设备的安装误差进行相应的补偿，还不会影响实际的运动和扭矩的传递，并且能够对系统的综合的动态性能作有效的提升，缓冲吸振。接下来对两种联轴器进行一个简单的介绍，并对本设计所用到的联轴器进行选型。刚性联轴器：这是一种刚性的传递扭矩的联轴器。在其传动时，主动轴和从动轴必须有好的安装精度，如果安装误差比较大的话，会在不断地使用过程中导致轴、支承轴承或者联轴器产生相应的磨损而损坏，也就意味着该种联轴器无法运用在高速的环境下，无法对高速的运转所产生的轴向位移。刚性联轴器主要有套筒式、凸缘式、夹壳联轴器这几种。图4-1凸缘式联轴器凸缘式联轴器如图4-1所示，主要是通过将两半的凸缘联轴器联接在一起，用于对于运动方向和转矩的传递。凸缘式联轴器的材料主要是以灰铸铁或者碳钢为主。因为凸缘式联轴器属于刚性联轴器，因此相连两轴需要相对的安装误差时无法进行补偿，因此对于安装时的对中性要求非常的高。它的优点在于：联轴器本身的机械构造简单、生产制造的成本低、传递的扭矩比较大，因此在传递的转速低、运行时无冲击、轴的刚性大的情况下适用。套筒式联轴器如图4-2所示，是通过主动轴与从动轴共用一个套筒，通过使用销、键等刚性的零部件对其进行连接，来实现两轴之间的连接。当使用键连接时可以传递较大的扭矩，不过需要对键进行轴向固定；当使用销时只能传递较小的扭矩。图4-2套筒式联轴器夹壳联轴器，如图4-3所示这类联轴器的结构是有两个沿着轴向方向进行剖分的夹壳，当需要安装时就通过两块夹壳对向安装，并通过紧固螺栓进行加紧。依靠联轴器表面的摩擦力来对扭矩实现传递，并且使用平键做辅助连接。在对夹壳联轴器进行安装和拆解时，不需要对两连接轴进行轴向移动，因此装拆很方便。当然，夹壳联轴器的缺点在于，主动轴与从动轴的对中性要求比较高，其结构比较复杂，因此相应的制造精度等比较低，只能适用在低速而且负载平稳的场合。一般来说，它的外缘的线速度不得超过。如果超过的话，就需要对其进行相关的平衡校验。图4-3夹壳式联轴器弹性联轴器指的是能够补偿两轴间相对位移的联轴器的统称。决定联轴器整体性能的主要部件就是联轴器内部的弹性元件，弹性元件存在着一定的弹性和阻尼，因为弹性性能的存在，所以它能够允许主动轴与从动轴之间存在着一定的误差，其对中性允许有所偏移，而它所能够补偿的参数包括：中心线方向上的轴向位移误差补偿、轴直径方向上的位移误差补偿、角度方向上的位移误差补偿、弯曲的位移误差补偿和复合型的误差补偿，满足了主从轴在不同的环境因素的影响下，有效的传递运动方向和扭矩，而且还能够对系统内的有害振动进行吸振，防止其对系统产生相应的干扰，提高系统的稳定性。弹性联轴器按照其弹性元件的材料可以进一步的细分，可分为金属类弹性联轴器和非金属类弹性联轴器。金属类弹性联轴器的优点在于其本身的强度高、能够传递的载荷大、并且循环的使用寿命也比较长，受环境内的温度影响较少，但是该类联轴器的生产和制造成本比较高，而且本身的阻尼比较小，日常维护保养也很困难。非金属类的弹性联轴器的优点在于其内部的摩擦比较大、整体的质量比较轻、阻尼性能也更好，但是缺点同样存在，联轴器本身的强度比较低、容易老化，受到温度的影响比较大、且无法很好地耐油污的腐蚀。因此在不同的工作环境下选取合适的弹性联轴器是十分重要的。该类联轴器可以依据内部有无弹性元件进行相应的区分，如下所示：1、无弹性元件的弹性联轴器这种弹性联轴器内部虽然无弹性元件，但是仍是具备部分弹性的，可以对两轴间的相对位移进行补偿，但是无法进行缓冲吸振，主要有以下的几种：（1）十字滑块联轴器如图4-4所示，这类联轴器是由两个在端面处开有凹槽的半联轴器以及一个两面都开有凸牙的中间盘组成。由于凸牙能够在凹槽之间进行滑动，因此能对两轴间的相对位移进行一定的补偿。这类联轴器在材料的选择上可以选择45钢，为了提高表面的硬度可以对其采用热处理的方式。当然如果需求较低的话也可以选择Q275钢，不进行热处理。为了使联轴器在长时间的使用中不产生磨损，因此需要在中间盘的油孔中注入润滑油，使其能够进行润滑。由于半联轴器与中间盘之间有相对的移动，形成了移动副，会存在一定的相对移动，因此主动轴与从动轴之间的角速度应当相等。但是在相对位移的情况下运行时，容易产生很大的离心力，导致联轴器的动载荷的增大，并且会对联轴器产生一定的磨损，因此，在选用此类联轴器时，工作转速不得超过给定的规定值。图4-4十字滑块联轴器（2）滑块联轴器如图4-5所示，这类联轴器的结构与上述的十字滑块联轴器类似，只是位于两半联轴器上的沟槽非常的宽，并且将原先的中间盘改形，使其成为两面不带突出垭口的方形滑块，而且一般是由胶木等材料制成。由于胶木这些材料比较轻，因此联轴器能够具备高的极限转动速度。当然，这类联轴器的中间滑块材质也可以使用尼龙，并在尼龙中添加少量的石墨等材料，方便其自我进行润滑。这类联轴器的主要优点在于：机械构造简单，整体的尺寸十分紧凑，适合运用在传动系统功率小、转速高且载荷冲击不强烈的地方。图4-5滑块联轴器（3）十字轴式万向联轴器如图4-6所示，这类联轴器它允许需传递动力的两轴之间存在一定的夹角，并且，如果在其运行时，主动轴与从动轴之间的夹角发生改变的话，仍然可以实现正常的传动。不过，当夹角变动过大的话，容易导致传动效率的明显降低。这类联轴器的缺点在于：如果主动轴的角速度属于常数的话，从动轴的角速度与其不一致，会在一定的范围内变动，因此会在传动中产生附加的载荷。为了改善这种状况，在实际的使用中这类联轴器需要成对的使用。这类联轴器结构紧凑，维护方便，在汽车等传动系统中广泛的使用。并且，小型的十字轴式万向联轴器已经形成了标准化，可以按照标准进行选用。图4-6十字轴万向联轴器（4）齿式联轴器如图4-7所示，这类联轴器本身能够传递的扭矩比较大，而且安装误差允许的偏移量比较大，因此对于安装精度的要求也不是很高。但是缺点也存在，联轴器本身的质量比较大，使用成本也很高，主要使用在重型机械上。图4-7齿式联轴器2、有弹性元件的弹性联轴器这类联轴器由于内部安装有弹性的元件，所以能够对两轴间的相对的位移进行补偿，还具备了一定的缓冲吸振能力。并且，当其内部所储存的能量也愈多时，整个联轴器的缓冲吸振的能力也越强。（1）弹性套柱销联轴器如图4-8所示这类联轴器的内部构造与凸缘式的联轴器差不多，只是将安装有弹性套的柱销作为联接螺栓的替代品。由于弹性套能够传递扭矩，因此能够缓冲吸振。这类联轴器制造简单成本低，容易装拆，但是本身弹性套容易磨损，因此寿命较短。主要适用于载荷平稳、需频繁启动的中小扭矩的场合。图4-8弹性套柱销联轴器（2）弹性柱销联轴器如图4-9所示，这类联轴器的机构与弹性套柱销联轴器相类似，但是本身能传递扭矩很大，而且结构相比弹性套柱销联轴器来的更加简单，安装、制造也更加的方便，使用寿命长，本身也具备了一定的缓冲和吸振的能力，而连接的两轴能够有一定的位移偏差，能够很好地适用在轴向传动大、频繁启动或者正反转变化的场合。图4-9弹性柱销联轴器（3）梅花形弹性联轴器如图4-10所示这类联轴器的半联轴器与主动轴或者从动轴的配合孔可以加工为圆柱形或者圆锥形，当需要进行装配时，先将梅花状的弹性元件的花瓣部分加紧在联轴器的端面凸齿交错的空间内，方便在联轴器的工作中缓冲吸振。图4-10梅花形弹性联轴器综上所述，在本设计中，参考已有的设计资料，结合本设计使用的场景，选择了波纹管胀套联轴器，如图4-11所示。这类联轴器的材质使用的是不锈钢，传递的扭矩值可以很高，而且能有很好地综合偏差补偿性能，所需的安装空间小，并且安装也很方便。图4-11波纹管胀套联轴器它的优点主要在于：联轴器之间无间隙、两轴之间连接可靠，耐腐蚀，也能够经受住高温的影响；不需要维护，不受油污的影响，其上的波纹管结构能对径向偏差、角向偏差、轴向偏差进行相应的补偿，即便存在相应的偏差也能够很好地传动；传递扭矩大；能够在精度或者稳定性要求高的系统内使用。接下来，对联轴器进行选型计算。因为在进给系统的工作过程中，有可能会出现过载的状况，因此需要按照系统传递的扭矩作为联轴器计算选型的重要指标。计算公式为：（4-1）式中——联轴器的计算选型的转矩；——系统传递的公称转矩；——联轴器的工作情况对应的系数。考虑到本设计的X轴上的联轴器是直接与伺服电机连接的，且系统稳定，转矩的变化比较小。因此。工作转矩为：（4-2）（4-3）通过计算后的扭矩，所需要连接的两轴的轴径，在联轴器的型号选择上选择了：。考虑到本设计的Z轴上的联轴器是直接与伺服电机连接的，且系统稳定，转矩的变化比较小。因此。工作转矩为：（4-4）（4-5）通过计算后的扭矩，所需要连接的两轴的轴径，在联轴器的型号选择上选择了：。轴承的选择轴承，是一种能够将机械系统中在运转的轴与轴座之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦的零部件，它的作用是减少机械系统的摩擦损失。轴承主要有四部分组成，包括内圈、外圈、滚珠体和保持架。内圈的作用是与轴进行配合，然后一起旋转；外圈的作用是与轴座相配合，起到支撑的作用。滚珠体是依靠保持架按距离分布固定在内圈和外圈之间，轴承的实际使用性能和使用寿命是由滚动体直接影响的，而保持架的作用是使滚动体均匀分布，并起到润滑的作用。对于轴承而言，它按照内部的滚动体和本身的机械结构可以做出如下的区分：深沟球轴承，滚针轴承，角接触轴承，调心球轴承，调心滚子轴承，推力球轴承，推力滚子轴承，圆柱滚子轴承，圆锥滚子轴承等等。各类轴承的区别如下所示：（1）深沟球轴承作为结构最简单，使用方便且批量生产数最大的一类轴承，它的实际用途也非常的广泛。对于深沟球轴承而言，它主要是用来承受轴直径方向的载荷，一定条件下也可以承受一定的轴线方向的载荷。当轴承内部的径向间隙增大时，也能兼具角接触球轴承的共轭能，承受较大的轴向载荷。（2）滚针轴承顾名思义，滚针轴承即内部的滚珠体为针状（一般来说，滚针的长度为它的直径的3-10倍，而它的直径一般情况下不会超过），因此滚针轴承的径向尺寸相对而言比较小，在内径尺寸等条件相同的情况下，滚针轴承的外径尺寸远比其他轴承来的小，特别适合各类径向尺寸受限制的支承构造。滚针轴承只能承受径向的载荷。（3）角接触球轴承对于角接触球轴承而言，它的极限转速比较高，而且能够同时承受径向载荷和轴向载荷，当然也可以只承受轴向载荷，它的载荷的承受能力由它的接触角来进行决定，接触角越大，承载能力越大。（4）调心球轴承调心球轴承内部具有两列的钢球，也就意味着它的内圈和外圈都具备了两列滚道，其中外圈的滚道为内球面型，因此它具备了自动调心的功能。对于它而言，能够对轴的弯曲或者壳体的变形而导致的同轴度的误差进行补偿，适用于轴承孔不能严格保证同轴度的部位上。这类轴承主要承受的载荷是径向载荷，也能够承受一定的轴向载荷，通常在纯轴向载荷上不会应用，只有其中的一列钢球受