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CD-YAG AC200400500激光切割机工作台【13张图纸】【word+CAD图纸全套】【优秀】

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10导柱座A3.dwg
11底座箱体A2.dwg
12装配图7.dwg
13电机座A3.dwg
1工作台A3.dwg
2固定端轴承座单A3.dwg
3支承端轴承座A3.dwg
4两坐标连接件A4.dwg
5丝杠螺母连接件A4.dwg
6坐标轴手柄A4.dwg
7坐标轴箱体A2.dwg
8垫板A4.dwg
9升降法兰A4.dwg
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cd yag ac200400500 激光 切割机 工作台 13 图纸 word cad 全套 优秀 优良
资源描述：

目录

摘要………………………………………………………………………………1

前言………………………………………………………………………………3

1．总体设计方案……………………………………………………………… 4

1．1设计任务…………………………………………………………………4

1．2机构要求…………………………………………………………………4

1．3设计方向确定……………………………………………………………5

1．3．1工作台条件的确定………………………………………………… 6

2．滚珠丝杠的选用………………………………………………………………6

 2．1选定编号…………………………………………………………………6

 2．2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

 6．1确定脉冲当量，初选步进电机…………………………………………20

 6．2计算系统转动惯量………………………………………………………20

 6．3电机机轴上的转动惯量…………………………………………………21

 6．4惯量匹配验算……………………………………………………………23

7．零部件设计 …………………………………………………………………24

 7．1上导轨座设计……………………………………………………………24

 7．2 U型连接块设计…………………………………………………………26

 7．3轴承座的设计……………………………………………………………27

8．主要零件的加工工艺规程 …………………………………………………29

 8．1零件的分析………………………………………………………………29

8．1．1零件的作用……………………………………………………… 29

8．1．2零件的工艺分析………………………………………………… 29

 8．2工艺规程设计……………………………………………………………30

8．2．1确定毛坯的制造形式,加工余量及形状…………………………30

8．2.2、选择定位基准……………………………………………………31

8．2.3制定工艺路线………………………………………………………31

8．2.4、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定………………………32

 8．3确定切削用量和时间定额………………………………………………33

总结…………………………………………………………………………… 39

致谢…………………………………………………………………………… 40

参与文献……………………………………………………………………… 41


内容简介：
1 二 OO 九年 六 月 一 日 目录 nts 2 摘要 1 前言 3 1 总体设计方案 4 1 1 设计任务 4 1 2 机构要求 4 1 3 设计方向确定 5 1 3 1 工作台条件的确定 6 2滚珠丝杠的选用 6 2 1 选定编号 6 2 2 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 6 1 确定脉冲当量，初选步进电机 20 6 2 计算系统转动惯量 20 6 3 电机机轴上的转动惯量 21 6 4 惯量匹配验算 23 7零部件设计 24 7 1 上导轨座设计 24 7 2 U 型连接块设计 26 7 3 轴承座的设计 27 8主要零件的加工工艺规程 29 8 1 零件的分析 29 8 1 1 零件的作用 29 8 1 2 零件的工艺分析 29 8 2 工艺规程设计 30 8 2 1 确定毛坯 的制造形式 ,加工余量及形状 30 8 2.2、 选择定位基准 31 8 2.3制定工艺路线 31 8 2.4、 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 32 8 3 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 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nts 3 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 ABSTRACT nts 4 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 damping Friction 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 1 激光原理 : nts 5 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 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 1 1 设计任务 : nts 6 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 2 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： nts 7 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 1.3 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 :： nts 8 图 1.3.1 1.4、工作台条件的确定 对于 GD YAG AC200/400/500 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 （ 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 1 选定编号 丝杠支承和受力位置如下图 2.1.1 所示 nts 9 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 4 5 6 8 10 12 16 20 16 20 25 32 40 50 63 80 100 磨制丝杠 轧制丝杠 nts 10 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 = 0.035mm 300mm 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 50 9.8 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=50 V1=14000 q1=100 Fa - 轴向载荷 （ N） F - 切削阻力 （ N） Fw - 摩擦阻力 （ N） nts 11 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 2 计算选定编号 导程 m a xm a x1 4 0 0 / 3 5 0 4hoVPnImm运转方式 进 给速度 (mm/min) 进给转速 (r/min) 所有运转 V1=1400 n1=350 平均转速 100 3 5 0 3 5 0 / m i n1 0 0 1 0 0mqn n r 平均载荷 33 3313505 0 5 0350m mnF F Nn 时间寿命与回转寿命 m60601 9 2 0 0 3 5 0 6 0403200000h h mLL L L nnL 转 次额定动载荷 以普通运动时确定 fw取 1.4 nts 12 3636104032000005 0 1 . 4105 1 7 . 1 4a m wLc F fN 得：额定动载荷 Ca 517.14N 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 nts 13 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=0.05 517.14 25.86 N 丝杠螺纹长度 Lu=L1-2Le L1=Lu+2Le =300+2 20=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： nkper 0.8 nk nk nkper/0.8 以安装形式确定 fnk 取 18.9。 722272710103 5 0 4 0 00 . 3 ( / m i n )1 8 . 9 1 0knk n kn n knLdn f dLfr 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 d0 12mm 。 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。 nts 14 由 /jmgz3_7.asp 2012( 0 . 7 0 7 )165( 2 0 0 . 7 0 7 2 . 3 8 1 )1 6 5 1 3 8 /400wsSdDRLNm /1 0 0 0 / 1 3 8 7 . 2 5asFRm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 13130 . 8 ( )2 5 . 8 60 . 8 6 1 3 ( )0 . 1 5 1 7 . 41 8 0 . 6 3 /aonuaFRRCNm /1 0 0 0 / 1 8 0 . 6 3 5 . 5 4n u a u nFRm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/ aL aL=Fa/RaL = 1000/1020 1 m 轴向总刚度 1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL =1/138 + 1/180.63 + 1/1020 Rtot 72.66 N/ m 总弹性变形量 (单边 ) nts 15 tot = s + nu + aL =7.25+5.54+1 =13.79 m 20 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 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 g 50 9.8=490N 导轨工作寿 命： hT 8 300 8=19200h nts 16 单向行程长度： sl 0.4m 往复次数取： n=3次分 导轨行程长度系数： sT hT sl n 310 19200 0.4 3 60/ 310 =2764.8 因活座数 m=4 所以每根导轨上使用个活座 4M = 4904 =122.5N 根据公式 ST 6.253aCF 得： aC =33 6.25SFT = 33 1 2 2 .5 2 7 6 4 .86 .2 5 =933.39N 根据 /html/gund/g2.htm.图 3.1 图 3.1 选取 GGE15 BA 型号的导轨的 aC =7.19KN,能满足 8年的使用要求。 其具体参数如下 : H 24 W 9.5 B1 34 B2 26 B3 4 K 18 T 5 M1 L0 M4 7 nts 17 L1 54.5 L2 38.5 L3 26 G M6 B4 15 H1 14.5 d D h 3.5 6.5 5 F 60 单根最大长度 Lmax 600 额定动载荷 C (KN) 7.19 额定静载 荷 C0 (KN) 10.5 额定力矩 (N*m) MA 76.1 MB 76.1 MC 88.4 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 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 X Y 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 X Y工作台及工件的总重量。 N=mg=50 10=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） nts 18 图 5.1 现选用具体型号为 CS25，由 /CS25.htm,表 5.2 nts 19 CS25，梯形丝杠 306 转速rpm 提升速度 F=15(KN) F=10(KN) F=5(KN) F=2.5(KN) F=1(KN) N L N L N L N L N L N L Nm KW Nm KW Nm KW Nm KW Nm KW Nm KW Nm KW Nm KW Nm KW Nm KW 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 0.1 600 0.6 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 0.1 500 0.5 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 0.1 300 0.3 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 0.1 100 0.1 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 50 0.05 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： 1000 rpm 提升速度： N 1.00 L 0.25 F=2.5 (KN) 由 /wlgg4.htm 表 5.3 表 5.3 型号CS CS2.5 CS5 CS10 CS25 CS50 CS150 CS250 丝杠 Tr144 Tr184 Tr204 Tr306 Tr407 Tr609 Tr8010 C 25 31 37.5 41 58.5 80 82.5 D 60 80 100 130 180 200 240 E 48 60 78 106 150 166 190 F 50 72 85 105 145 165 220 G 38 52 63 81 115 131 170 H M6 M8 M8 M10 M12 M20 M30 nts 20 Jk6 9 10 14 16 20 25 30 K1 20 25 32 45 63 71 80 K2 16 21 29 42 63 66 75 L 22 31 40 54 78 83 100 L1 20 22.5 22.5 43 45 65 65 L2 12 13 15 15 16 30 45 N 92 120 140 195 240 300 355 NL Lift+60 Lift+68 Lift+74 Lift+86 Lift+123 Lift+149 Lift+160 P 62 74 93 105 149 200 205 Q 3314 3 318 5520 5536 6636 8756 8756 T 12 12 18 23 32 40 40 W 26 30 40 46 70 85 120 裕度X 10 12 15 20 25 25 25 Y 50 62 75 82 117 160 165 Z 24 32.5 35 44 55 70 - Z1 M6 M8 M8 M8 M10 M10 - Z2 6 10 12 12 15 15 - 运动螺母 a 40 44 44 46 73 99 110 b 10 12 12 14 16 20 30 ch9 24 28 32 42 63 85 105 d 44 48 55 66 95 125 190 e 34 38 45 54 78 105 150 f 5 6 7 7 9 11 17 丝杠接头类型 1 h 12 15 20 25 30 45 75 ik6 8 12 15 20 25 40 60 表 5.3 续表 得到如下数据： 丝杠 Tr30 6 nts 21 C 41 D 130 E 106 F 105 G 81 H M10 Jk6 16 K1 45 K2 42 L 54 L1 43 L2 15 N 195 NL Lift+86 P 105 Q 5 5 36 T 23 w 46 裕度 X 20 Y 82 Z 44 Z1 M8 Z2 12 运动螺母 a 46 b 14 ch9 42 d 66 e 54 f 7 nts 22 h 25 ik6 20 六 、电机的选用 6.1、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=0.0050.01mm。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 =13 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= 00.9 6.2、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 1j =432dl=343 . 1 4 7 . 8 1 0 0 . 0 1 7 5 0 . 532 =3.2510 kg 2m 其中是丝杠密度（ kg/ 3m ），取 7.8 310 kg/ 3m ； 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： 2j =22vnM 610 =214002 350 50 610 =2.03 210 kg 2m 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 nts 23 所以折算到电机上的总转动惯量 J总 = 1j 2j =0.08713 210 kg 2m 6.3、 电动机轴上的惯性转矩： jT =J总2ip maxVt =0.08713 210 210.005 1.460 0.1 =25.2N m 电动机轴上的当量摩擦转矩 T =2pi mF =2pi mg = 0.0052 0.99 1 50 9.8 0.004=0.002N m 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 maxV 为工作台快进速度 maxV =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： 0T =2pi 3aoF （ 1 20 ） = 0.0052 0.99 1 25.863 （ 1 20.9 ） = 31.32 10N m 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： wT =2pi aoF = 0.0052 0.99 1 25.86=0.02 N m 在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩： lT = wT T 0T =0.02 0.002 31.32 10 = 0.023N m 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 1ST 1ST = 0.3 0.5lT = 0.0230.3 0.5 =0.0460.077 N m nts 24 于是启动时电动机轴上的最大静转矩为： qT = jT T 0T =25.2 0.002 31.32 10 =25.2003 N m 我初步选定电机为三相双六拍的电机，根据 qT 与选取启动时所需步进电动机的最大静转矩 ST 的关系： ST =0.866pT = 25.20030.866 =29.1 N m 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： 35N m nts 25 转动惯量 ： 30kg 2cm =0.3 210 kg 2m 尺寸图如图 6.3.2： 图 6.3.2 6.4、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 mT 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： 14 mJT总 1 14 mJT总 =220 .0 8 7 1 3 1 00 .3 1 0 =0.29 1 说明惯量匹配合理。 nts 26 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。 7.1 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 : H 24 W 9.5 B1 34 nts 27 B2 26 B3 4 K 18 T 5 M1XL0 M4X7 L1 54.5 L2 3.5 L3 26 G M6 N 4.5 B4 15 H1 14.5 dXDXh 3.5X6.5X5 F 60 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 ： nts 28 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 7.2 U 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： nts 29 图 7.2.1 7.3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 nts 30 （ 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： nts 31 图 7.3.4 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 8.1、零件的分析 8.1 1零件的作用 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。 8.1 2零件的工艺分析 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 nts 32 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 2 工艺规程设计 8 2.1、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 nts 33 加工面代号 基本尺寸 加工余量 说明 D1 5 2 5 2 钻孔 D2 36 3.5 2 孔降一级双侧加工 D3 4 1 2 05 2 单侧加工 T1 14 4 单侧加工 T2 14 4 单侧加工 T3 34 4 单侧加工 表 8 2.2、 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。 8 2.3制定工艺路线 : 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精
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