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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 宁 XX 大学 毕业设计(论文) 贯穿孔毛刺的识别设备结构设计贯穿孔毛刺的识别设备结构设计 分 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一二一三三年年 月月 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘要 随着科学技术的发展，结构件的应用也显得越来越频繁，先进去毛刺技术的发展总是 不断地从新科技的成果中获得新的起点。目前，毛刺技术在电子科技、计算机技术及机器 人的制造中都起着重要的作用。无论在什么情况下，数控毛刺要适应变化才能提高水平和 质量。我们只有将数控机技术和跟踪技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展，因此 贯穿孔毛刺的识别设备的设计对于解决这一难题至关重要。 关键词：关键词： 贯穿孔毛刺的识别设备，机构设计 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 Abstract With the development of science and technology, the application of structure becomes more and more frequent, the development of advanced deburring technology constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, the burr technology plays an important role in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot. In any case, NC burr should adapt to the change in order to improve the level and quality of. We will only CNC machine technology and the tracking technology must be combined effectively in order to better promote the development of new technology, so the through hole glitch recognition equipment design is very important for solving this problem. Keywords: through hole glitch recognition equipment, mechanism design 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目 录 摘要2 Abstract 3 目 录4 第 1 章 绪论6 1.1 课程的研究目的及意义 6 1.1.1 课程背景.6 1.1.2 意义.6 1.2 研究现状及发展趋势 7 1.2.2 国内去毛刺机的发展概况 7 1.2.3 国外去毛刺机的发展概况.7 1.2.4 去毛刺机在我国的应用及发展趋势.8 1.3 本课题研究的内容及方法 9 1.3.1 主要的研究内容.9 1.3.2 设计要求.9 第 2 章 总体方案机构设计10 2.1 设计概念 10 2.2 设计原理.11 2.3 方案讨论 12 第 3 章 数控去毛刺机 X 结构及传动设计 .12 3.1 X 向滚珠丝杆副的选择 13 3.1.1 导程确定.13 3.1.2 确定丝杆的等效转速.13 3.1.3 估计工作台质量及负重.13 3.1.4 确定丝杆的等效负载.14 3.1.5 确定丝杆所受的最大动载荷.14 3.1.6 精度的选择.15 3.1.7 选择滚珠丝杆型号.15 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.2 校核 17 3.2.1 临界压缩负荷验证18 3.2.2 临界转速验证.18 3.2.3 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率.19 3.3 电机的选择 20 3.3.1 电机轴的转动惯量.20 3.3.2 电机扭矩计算.21 第 4 章 Y 向结构设计 23 4.1 设计要求 23 4.2 传动计算. 23 4.3 电机的选择 25 4.3.1 电机的分类.25 4.3.2 步进电机的选择.26 第 5 章 Z 向结构设计 28 5.1 Z 轴滚动导轨副的计算、选择 28 5.2 滚珠丝杠计算、选择. 29 5.3 步进电机惯性负载的计算. 31 第 6 章 CCD 镜头机构 .34 6.1 机构设计工作原理 34 6.2 结构设计 34 6.3 电动机的选型. 34 第 7 章 机架的设计35 7.1 机架的基本尺寸的确定. 35 7.2 架子材料的选择确定. 35 7.3 主要梁的强度校核. 35 总结38 参考文献39 致 谢40 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 1 章 绪论 1.1 课程的研究目的及意义 1.1.1 课程背景 毛刺，是指在金属（包括热加工和冷加工）切割加工过程中在切削力作用下，产生晶 粒剪切滑移、塑性变形使材料挤压撕裂，导致工件表面过渡处出现各种尖角、毛边等不规 则的金属部分。毛刺是金属切削加工中产生的普遍现象之一，也是金属切削理论研究中迄 今为止尚未解决好的两大难题（毛刺的生成与控制，切屑的处理与控制）之一。随着工业 化和自动化程度的提高, 当今毛刺向微型化、薄型化、复合化、模块化和智能化等发展的 趋势，在毛刺的各个门类中都得到了充分的体现，在机械加工领域,特别是航空、航天、仪 器仪表领域中,对机械零件制造精度要求的提高和机构设计的微型化,毛刺的危害性尤为明 显,逐渐引起人们的普遍重视, 基于毛刺在日常生活与生产当中起着举足轻重的角色， 因此 对于毛刺的检验也就成了一项很重要的工作，人们也开始对毛刺的生成机理及去除方法进 行研究。 目前,检测毛刺及去毛刺技术已受到各工业发达国家的普遍重视,相继成立了许多专门 研究机构,进行了大量实验研究。检测毛刺去毛刺工艺已由手工作业向机械化、自动化的方 向发展,去毛刺的工艺方法也在逐年增加。据粗略统计,1972 年,去除毛刺的方法仅有 22 种,1975 年增加到30种,1990 年则已达70 余种,已涉及机械加工的各个方面,并不断有新的 去毛刺研究成果问世。随着中国加入 WTO、改革开放进程的加快,产品竞争会日益激烈。 提高产品内在质量、增加系统可靠性、降低成本是企业面临的唯一选择;另外,随着国家机 电产品出口比率的加大,也为去毛刺的研究和应用带来锲机。有迹象表明,欧、美、日本、台 湾、 香港等国家和地区的一些企业,考虑或正在我国大陆设立光整设备生产基地和设置服务 中心,以抢先占领中国市场。 国外已成功研制了用于 CNC 数控机床上的去毛刺技术,并已投 入使用。该项技术的核心是一套按不同几何形状确定的刀具,由刀杆、去毛刺工具和特殊轴 承结构三部分组成,具有非常短暂的工作节拍和很高的去毛刺质量。国内研制的由 PC 控制 一组轮刷作为切削工具的半自动齿轮端面去毛刺机床已研制成功并投入使用。以德国 Bosch 公司研制的柔性去毛刺系统 FDS( Flexible Deburring) 和包括切屑处理、清洗在内的 柔性清整系统 FFS(Flexible Finishing System) 为代表的高度自动化的去毛刺技术已得到应 用,这标志着去毛刺技术正向高新技术领域迈进。在美国的 SMC（生产加工工程师学会） 和 ASME（美国机械工程师学会）对这毛刺检测有较深入的研究，但没有制订成国家标准。 1.1.2 意义 毛刺现象既是一个简单的又是一个复杂的问题， 随着工业化和自动化程度的提高,机械 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 加工领域,特别是航空、 航天、 仪器仪表领域中,对机械零件制造精度要求的提高和机构设计 的微型化,毛刺的危害日益明显，因此，跟踪世界毛刺科技发展新动向，总结各国发展毛刺 科技发展新举措，科技发展新特点，密切关注毛刺领域的新材料等，对促进我国毛刺科技 的发展、工件整体水平、推动电子信息产业发展，都具有重要的理论和现实意义。在实际 工作中，若去毛刺的方法适当，它会提高产品的质量、降低成本，否则，不但影响生产效 率的提高、产品质量好坏，还会影响产品的成本。具体说：有些产品要求较高，经过认真 去毛刺后由于毛刺较牢固，如果不是经过切削加工是很难脱落的；有些高精度产品，特别 是安全性能要求特别高，价值极高的产品，如飞机、卫星等产品就要求彻底消除毛刺，即 使非常牢固的毛刺，需要经过切削加工也要消除，否则万一毛刺脱落就会造成不可估量的 损失，随着技术的发展，无论产品种类、规格、产能和产量、技术水平都得到很大提高。 毛刺是电子科技的重要支撑，是电子设备、电子信息系统以及武器装备控制系统的重要基 础。从的发展历程可以看出，电子系统功能的每一次升级、半导体技术的每一次创新都会 从产量和性能等方面对元件提出更高的要求。伴随着信息化浪潮在世界范围内如火如荼地 发展，毛刺的发展速度、技术水平和生产规模，不仅直接影响着电子技术的发展，而且对 改造传统行业，促进科技进步，提高装备现代化水平都具有重大意义。因此，毛刺去除与 毛刺检测对整个机械产品及机械工业有着重要意义。 1.2 研究现状及发展趋势 1.2.2 国内去毛刺机的发展概况 目前，国外许多工业发达国家已经把数控去毛刺设备的生产标准化、产业化，价格相 对也有所下降。在近几年，微电子技术的快速发展带动了以 PC 机位代表的计算机软硬件 的发展， 去毛刺机设备也以建立以 pc 机为基础的制造系统为目标， 向开放的集成自动化方 向发展。为顺应这一趋势，去毛刺数控系统也由专用的封闭数控系统向基于 PC 机的开放 数控系统发展。有些进口的去毛刺设备只需要操作者输入去毛刺材料、厚度、坡口形式等 去毛刺工艺条件他就可自动生成去毛刺工艺，并且还可以随着被焊材料、构件的换代，实 现在线远程升级。他们的设备基本都提供了现场总线接口，是国外自动化去毛刺系统的集 成水平显著提高。在欧美、日本等技术发达国家，自动化、机器人去毛刺设备的应用非常 普遍，特别是在批量化、大规模和有害作业环境中使用率更高，已形成了成熟的技术、设 备和与之配套并不断升级的去毛刺工艺。 1.2.3 国外去毛刺机的发展概况 去毛刺产品中有许多曲线的去毛刺，在我国一般采用手工去毛刺。手工操作具有一定 的优势，但也，存在着人员管理难、工人培训周期长、生产环境恶劣、劳动强度大、去毛 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 刺质量难以稳定的保持、容易产生夹杂、气孔等缺陷、去毛刺成本高、生产效率低一系列 的问题等。为了克服上述种种弊端，去毛刺科技工作者研究出了多种自动化去毛刺设备， 如仿形去毛刺机，去毛刺机器人，三维数控去毛刺机等。近些年来我国去毛刺技术的整体 发展水平比较好，尤其是逆变式焊机技术现已成熟，正在全国推广应用。波控、智能及自 动、半自动去毛刺技术快速发展。可是尽管如此，我国的去毛刺设备还是不能满足国内工 业的生产需求。 1.2.4 去毛刺机在我国的应用及发展趋势 我国从 20 世纪 80 年代开始进行大型机床等机械产品去毛刺结构的研究， 20 多年来已 取得长足的进步。去毛刺结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代 锻的结构设计和制造技术迅速发展。 在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加 20 世纪 90 年代开始从国外陆续 引进先进的去毛刺设备。并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍 采用各种先进的去毛刺工艺，提高了去毛刺效率和产品质量。去毛刺在船舶、汽车、锅炉、 压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一 。目 前，已有多种去毛刺工艺方法 获得各国船级社的认可而被应用于生产。自十一五期间开始进行高效去毛刺技术的探索以 来，至今已取得令人欣喜的成绩。 近年来，我国在大型贮罐去毛刺、球形贮罐去毛刺、铝镁合金料仓去毛刺等领域中， 已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺，如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开 发成功，它将为进一步推动去毛刺自动化发挥重要作用。 在当前，数控去毛刺机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用去毛刺数 控去毛刺机，称之为固定结构的传统数控去毛刺机，其运动特性使特定数控去毛刺机仅能 适应一定的范围，花费成本较大，不利于数控去毛刺机的发展。 很数移动去毛刺数控去毛刺机还有焊缝跟踪的功能,其不足之处就是在焊前必须通过 人为的方式,帮助数控去毛刺机找到合适的位置并且放好，通过人工将数控去毛刺机本体、 十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动数控去毛刺机是有轨移动去毛刺数控去 毛刺机，只是现有的移动去毛刺数控去毛刺机技术在 PCB 板去毛刺中的应用， 还不能满 足要求，而当前的移动去毛刺数控去毛刺机技术有相当的发展。也就是说数控去毛刺机的 自主性还跟不上工业发展的脚步。 未来的发展趋势可分为以下三个方面：2 1 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相关的技术得到发展； 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的去毛刺任务； 3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动去毛刺数控去毛刺机的 控制所采用。 1.3 本课题研究的内容及方法 1.3.1 主要的研究内容 在查阅了国内外大量的有关去毛刺数控去毛刺机设计理论及相关知识的资料和文献基 础上，综合考虑去毛刺数控去毛刺机结构特点、具体作业任务特点以及去毛刺数控去毛刺 机的推广应用，分析确定使用三自由度关节型去毛刺数控去毛刺机配合生产工序，实现自 动化去毛刺的目的。 为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下: 1 根据现场作业的环境要求和数控去毛刺机本身的结构特点，确定数控去毛刺机整体设 计方案。 2 确定数控去毛刺机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成数控去毛刺机各零部件的结构设计； 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 1.3.2 设计要求 1 根据所要实现的功能，提出三维数控去毛刺机的整体设计方案； 2 完成三维数控去毛刺机结构的详细设计； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成三维数控去毛刺机结构的三维造型；绘制三维数控去毛刺机结构总装配图、主要 零件图。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 2 章 总体方案机构设计 2.1 设计概念 对于贯穿孔毛刺的识别设备的结构设计，首先我们应该了解贯穿孔及贯穿孔毛刺的特 点：贯穿孔是通孔，可以由孔底部观察到孔内壁的形貌，贴服在贯穿孔内壁的毛刺也凸出 的比较明显，因此贯穿孔毛刺更易于观察。其次考虑观察毛刺的设备，我们有很多种方法 可以观察毛刺，第一种方法是利用激光照射，激光横扫贯穿孔可以扫描出贯穿孔以及孔内 毛刺的形貌；第二种方法是利用超声波检测，利用超声波在物体中的多种传播特性，例如 反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表 面与内部缺陷、组织变化等等；第三种方法是利用摄像头进行拍摄，可以看到孔及其内壁 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 毛刺的轮廓。对于以上三种方法，激光扫描只能扫描孔表面以及孔表面附近的毛刺，对于 深入贯穿孔内的毛刺无法进行扫描。而利用波不易观察，设备较为昂贵。而利用摄像头进 行拍摄，既能观察到贯穿孔内的毛刺形貌，又不昂贵，故可作为观察贯穿孔毛刺的设备。 选用 CCD 镜头观察贯穿孔内毛刺的原理是：CCD 是一种半导体装置，能够把光学影像转化 为数字信号，因为孔内的毛刺都是粘附在孔的内壁并有凸出，通过调节 CCD 镜头的放大倍 数来拍摄孔内毛刺并进行在线观测，然后通过软件系统来确定它们的坐标，找出它们的位 置，确定毛刺的位置后可直接用毛刺去除设别进行去毛刺并对去毛刺后的贯穿孔使用 CCD 镜头进行拍摄，以观察毛刺是否全部去除，为了更为清楚准确的拍摄孔内毛刺，可以在被 检测工件下面加一光板。 确定使用 CCD 镜头作为毛刺观测的设备后就可以设计毛刺识别的整体结构了。设计的 贯穿孔毛刺识别设备结构图如下： 设备的运动机理： 通过 X、Y、Z 向电机带动各向滚珠丝杠转动，继而使工作台在各向导轨上移动以调 节工作台在空间的位置即贯穿孔的位置，当调节到 CCD 镜头下适当位置时进行拍摄记下 此时的坐标，由此可确定毛刺的位置。 2.2 设计原理 数控去毛刺机的设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性， 为了使工件与去毛刺点保持准确的相对位置，必须根据要求的去毛刺点，去选择合适的定 位机构。再者就是要有足够的强度和刚度 除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的 重量，还受到去毛刺枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度 可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是非常必要的。 最后要尽可能做到具有一定的通用性 如果可以，应考虑到产品零件变换的问题。为适应 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及 附件来扩大机构的使用范围。 Y 轴和 Z 轴采用丝杠传动：Y 轴 电动机联轴器滚珠丝杠 Z 轴 电动机联轴器大托板 X 轴采用丝杠加导轨形式：横向电动机联轴器横向滚珠丝杠（导轨）-横滑板 2.3 方案讨论 悬臂梁在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在实际工程分析中，大部分实 际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。龙门结构制作方便，承受负载大，结构稳定，工程 上广泛应用。考虑到上述问题该课题的整体结构采用龙门结构。 第 3 章 数控去毛刺机 X 结构及传动设计 表表 3 3- -1 1 滚珠丝杆副支承滚珠丝杆副支承 支承 方式 简图 特点 一 端 固 定 一 端 自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速 都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装 方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用 于短丝杆。 一 端 固 定 一 端 游动 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂， 工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同， 压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝 杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆 较长，转速较高的场合，在受力较大时还得 增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 两 端 固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固 定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不 存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要 高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重 的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较 困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要 求较高的场合。 3.1 X 向滚珠丝杆副的选择 滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和 直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。 3.1.1 导程确定 电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比 i=1, 选择电机 Y 系列异步电动机的最高转 速cmkgfMrn.2 . 2min,/1500 maxmax 最大转矩，则丝杠的导程为 mmnVPH121500/18000/ maxmax 取 Ph=12mm 3.1.2 确定丝杆的等效转速 基本公式 min)/(/rPVn h 最大进给速度是丝杆的转速 min)/(150012/18000/ maxmax rPVn h 最小进给速度是丝杆的转速 min)/(083. 012/1/ minmin rPVn h 丝杆的等效转速 min)/)(/()( 212min1max rtttntnnm 式中 取 21 2tt 故 min)/(03.1000)/()( 212min1max rtttntnnm 3.1.3 估计工作台质量及负重 主轴箱重量 NXgmG19608 . 9200 11 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 工作台重量 NXgmG7848 . 980 22 移动部件重量 NXgmG2948 . 930 33 3.1.4 确定丝杆的等效负载 工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引 力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 0.03，K 为颠覆力矩影响系数， 一般取 1.11.5，本课题中取 1.3，则丝杆所受的力为 NGFGGGGGFFGfKFF Zx 2155 2 2 -) 2 2 (03. 03 . 1 2 2 -) 2 2 ( 3y13323ymax ）（）（）（ 0 min F 其等效载荷按下式计算（式中取 21 tt ， 12 2nn） N tntn tnFtnF Fm1494)( 3 1 2211 22 3 min11 3 max 3.1.5 确定丝杆所受的最大动载荷 3 1 6 mh kaht wm 10 60 ) nT ( ffff fF Car fw-负载性质系数， （查表：取 fw=1.2） ft-温度系数（查表：取 ft=1） fh-硬度系数（查表：取 fh =1） fa-精度系数（查表：取 fa =1） fk-可靠性系数（ （查表：取 fk =1） Fm-等效负载 nz-等效转速 Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 Car=17300N 表表 3 3- -1 1- -1 1 各类机械预期工作时间各类机械预期工作时间 LhLh 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 表表 3 3- -1 1- -2 2 精度系数精度系数 fafa 表表 3 3- -1 1- -3 3 可靠性系数可靠性系数 fkfk 表表 3 3- -1 1- -4 4 负载性质系数负载性质系数 f fw w 3.1.6 精度的选择 滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误 差对机床定位精度是最明显的。 一般在初步设计时设定丝杠的任意 300mm行程变动量 300 V 应小于目标设定定位精度值的 1/31/2,在最后精度验算中确定。 ， 选用滚珠丝杠的精度等 级 X 轴为 13 级（1 级精度最高） ，Z 轴为 25 级，考虑到本设计的定位精度要求及其经 济性，选择 X 轴 Y 轴精度等级为 3 级，Z 轴为 4 级。 3.1.7 选择滚珠丝杆型号 计算得出 Ca=Car=17.3KN, 则 Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN 根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式， 并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠 的型号为: CM 系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。 其基本参数如下: 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 其额定动载荷为 14205N y Q足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹预紧 形式. 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 公称直径 0 d 20mm 螺距t mm 接触角 0 45 钢球直径 b d 4.175mm 螺纹滚道法向半径R 0.52 b Rd 1.651mm 偏心距e (2)sin b eRd 0.04489mm 螺纹升角 0 t arctg d 0 4 33 螺杆外径d 0 (0.2 0.25) b ddd 19.365mm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 螺杆内径 1 d 10 22ddeR 16.788mm 螺杆接触直径 2 d 20 cos b ddd 17.755mm 螺母螺纹外径D 0 22DdeR 24.212mm 螺母内径（外循环） 1 D 10 (0.2 0.255) b Ddd 20.7mm （1） 传动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为： )( tg tg 式中： =10，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 0 0 4 33 () (4 3310 ) 0.96 gg g g tt t t （2） 稳定性验算 丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 （3） 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为： ES Fl l 0 1 (cm) Y 向所受牵引力大,故用 Y 向参数计算 6 0 62 222 1.651 2 6 1251.82 0.5 1 20.6 102.14 1252.621 0.5 20.6 10 (/) 3.14()2.14 6.12 10 Y FN lcm EN CM SRCM LCM 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 0 64 100100 10.5 6.12 1012.24 1012.24 l Lum E 级精度丝 杠允许的螺距误差 =15 m/m。 3.2 校核 滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚 度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度 KO有丝杆本身的拉压刚 度 KS，丝杆副内滚道的接触刚度 KC，轴承的接触刚度 Ka，螺母座的刚度 Kn，按不同支撑组 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 合方式计算而定。 3.2.1 临界压缩负荷验证 丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负 荷按下列计算： NFK L EIf Fcr max 2 0 2 1 1 式中 E-材料的弹性模量 E钢=2.1X10 11（N/m2） LO-最大受压长度（m） K1-安全系数，取 K1=1.3 Fmax-最大轴向工作负荷（N） f1-丝杆支撑方式系数：f1=15.1 I=丝杆最小截面惯性距（m 4） 4 4 2 )2 . 1_( 6464 wo dddI 式中 do-是丝杆公称直径（mm） dw-滚珠直径（mm） ， 代入上式计算得出 Fca=5.8X10 8N 可见 FcaFmax，临界压缩负荷满足要求。 3.2.2 临界转速验证 滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速 cr n，要求丝杠的最高转 速： 2 2 2 30 K PA EI L f n C Z cr 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 式中：A-丝杆最小截面：A= 24-6-2 2 2 m10*9.210*3 .34 4 14. 3 4 d 2 d-丝杠内径，单位mm； P-材料密度 p=7.85*10 3(Kg/m) c L- 临 界 转 速 计 算 长 度 ， 单 位 为mm， 本 设 计 中 该 值 为 c L=148/2+300+(620-488)/2=440mm 2 K-安全系数，可取 2 K=0.8 fZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时取 18.9 经过计算，得出 cr n = 6.3*104 min/r ，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。 3.2.3 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度 Ke的计算公式 LAEK LAEK s s / / max min 式中 A丝杠最小横截面， 22 2( ) 4 Admm ； 螺母座刚度 KH=1000N/ m。 当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L 植分别为 750mm 和 100mm。 经计算得： min /1/12/1/1 sCHe KKKK srad m W e B / k 式中 Ke 滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/ m)； KH螺母座的刚度(N/ m)；KH=1000 N/ m Kc丝杠副内滚道的接触刚度(N/ m)； KS丝杠本身的拉压刚度(N/ m)； 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 KB轴承的接触刚度(N/ m)。 经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于 1500r/min，能满足要求。 3.3 电机的选择 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输 入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的 转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单 等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出 功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。 3.3.1 电机轴的转动惯量 a、回转运动件的转动惯量 328 md 42 Ld JR 上式中：d直径,丝杆外径 d=39.5mm L长度=1m P钢的密度=7800 2 kg/m 经计算得 2 m0.002kg R J b、X 向直线运动件向丝杆折算的惯量 2 2 P MJL 上式中：M质量 X 向直线运动件 M=160kg P丝杆螺距（m）P=0.001m 经计算得 2-8 10*4.09mkgJL c、联轴器的转动惯量 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 查表得 2 0004kg/. 0mJW 因此 28 - m0.0028kg0004. 010*09. 4002. 0 WLR JJJJ 3.3.2 电机扭矩计算 a、折算至电机轴上的最大加速力矩 a t Jn T 60 2 max max 上式中： min/1500 max rn J=0.0028kg/m 2 ta加速时间 S K 3 ta KS系统增量，取 15s -1,则 ta=0.2s 经计算得mNT2 . 2 max b、折算至电机轴上的摩擦力矩 I P FT 2 0f 上式中：F0导轨摩擦力，F0=Mf，而 f=摩擦系数为 0.02，F0=Mgf=32N P丝杆螺距（m）P=0.001m 传动效率， =0.90 I传动比，I=1 经计算得mNTf75 . 0 c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩 i2 )-1( 2 00 0 PP T 上式中 P0滚珠丝杆预加载荷1500N 0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 0.9 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 经计算的 T0=0.05NM 则快速空载启动时所需的最大扭矩 mNTTTT f 82. 2 0max 根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为 SIEMENS 的 IFT5066，其额定转矩为 6.7N m。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 4 章 Y 向结构设计 4.1 设计要求 Y 向是通过滑轨上下移动，带动装置可以旋转的机构 4.2 传动计算 根据给定的工作载荷 Fz和估算的 Wx和 Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为 导轨的基本静额定载荷， kN； 工作载荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)， 3.05.0 （运动时受冲击、振动） 。根据计算结果查有关资料初选导轨： 因系统受中等冲击,因此取4.0 sL f , , 0.5() OSLX Y X YZX Y Cf P PFW 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 xZX YZY OXSLX OYSLY P =0.5(F +W )=0.5(2000+671.58)=1335.79N P =0.5(F +W )=0.5(2000+655.2)=1327.6N C=f P =4 1335.79=5343.16N C=f P =4 1327.6=5310.4N 根据计算额定静载荷初选导轨: 选择汉机江机床厂 HJG-D 系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25 基本参数如下: 额定载荷/N 静态力矩/N*M 滑 座 重 量 导 轨 重 量 导轨长度 动载荷 a C 静载荷 o C A T B T C T g K / g Km L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M S l n 4 0.6 4 导轨的额定动载荷17500 a C N 依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 a C (kN)验算导轨的工作寿命 Ln： 额定行程长度寿命: () HTCa W ff fC SfF TK 2000 4 500 M F M F 1,2,0.81,1, 50 o TWCH R d ffff K 33 1 1 0.81 17500 2500 ()50()142409.58 HTCa W ff fC SfF TKkm 导轨的额定 工作时间寿命: 3 10 2 S o T Hl n T 3 3 10 2 142409.58 10 49447715000 2 0.6 4 60 S o T Hl n ThTh 导轨的工作寿命足够. 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.3 电机的选择 4.3.1 电机的分类 1按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交 流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、 单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两 用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机 可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励 直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电 动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 3 按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、 电容盍式电 动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 4按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电 动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、 照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、 小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5 按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机 （旧标准称为鼠笼型异步 电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机） 。 6按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速 电动机。 低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动 机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM 变频调速电动机和开关磁阻调速 电动机。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.3.2 步进电机的选择 由于步进电机具有控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化的优点。根据设 计要求及实际情况我们选择步进电机，选择参数为:额定电压、输出扭矩和电机转速等。拟 采用的 57 系列两相混和式步进电机使用 24V 电压， 本系统提供的 24V 直流电源可以满足步 进电机的工作需要。输出扭矩与传送带和支撑板的摩擦力有关，主要由物料的重量和传送 带的摩擦系数来确定，此外，还与传送带与滚轮之间的滑动摩擦力的作用有关，但由于滑 动摩擦系数很小， 虽然传送带与滚轮之间的张紧力很大， 因此而带来的滑动摩擦力却很小， 故忽略不计。计算过程如下: F=mngM=FL 其中，F 为传送带须提供的牵引力，m 为物料的质量，为物料与传送带 的摩擦系数，传送带的材料为高强低伸化纤材料，由表查得=0.8。传送带最多可以 放置 10 个物料，则 n=10，每个物料的质量约为.03kg，可得：Fmax=23.52N L 为牵引力作用在电机轴上得力臂，L=0.02m; 则有: M=FL=nmg=0.4704 转速与传送带的速度和轮的直径有关， 工作时传送带的速度约为:V=3.5m/min， 轮直径 为 D=400mm， 则根据公式计算得: n=nD V =30r/min 步进电机的频矩特性曲线如图 4-3 所示： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 则由曲线可得:当 n=30r/min 时，f=100HZ。 根据计算结果我们选择电机型号为：57BYJ250C 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 5 章 Z 向结构设计 5.1 Z 轴滚动导轨副的计算、选择 根据给定的工作载荷 Fz和估算的 Wx和 Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为 导轨的基本静额定载荷， kN； 工作载荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)， 3.05.0 （运动时受冲击、振动） 。根据计算结果查有关资料初选导轨： 因系统受中等冲击,因此取4.0 sL f , , 0.5() OSLX Y X YZX Y Cf P PFW xZX YZY OXSLX OYSLY P =0.5(F +W )=0.5(2000+671.58)=1335.79N P =0.5(F +W )=0.5(2000+655.2)=1327.6N C=f P =4 1335.79=5343.16N C=f P =4 1327.6=5310.4N 根据计算额定静载荷初选导轨: 选择汉机江机床厂 HJG-D 系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25 基本参数如下: 额定载荷/N 静态力矩/N*M 滑 座 重 量 导 轨 重 量 导轨长度 动载荷 a C 静载荷 o C A T B T C T g K / g Km L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M S l n 4 0.6 4 导轨的额定动载荷17500 a C N 依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 a C (kN)验算导轨的工作寿命 Ln： 额定行程长度寿命: () HTCa W ff fC SfF TK 2000 4 500 M F M F 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1,2,0.81,1, 50 o TWCH R d ffff K 33 1 1 0.81 17500 2500 ()50()142409.58 HTCa W ff fC SfF TKkm 导轨的额定 工作时间寿命: 3 10 2 S o T Hl n T 3 3 10 2 142409.58 10 49447715000 2 0.6 4 60 S o T Hl n ThTh 导轨的工作寿命足够. 5.2 滚珠丝杠计算、选择 初选丝杠材质：CrWMn 钢，HRC5860，导程：l0=5mm 强度计算 丝杠轴向力： )( ,maxyxzyx WFfKFF (N) 其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数 f=0.0030005；在车床车削外圆时：Fx=(0.10.6)Fz， Fy=(0.150.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz 计算。 取 f=0.004, 400 Z F 则: max max X F0.50.5 20001000 0.