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数控自动送料机设计【全套15张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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关键词：: 数控自动送料机设计全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

本次设计是对数控自动送料机装置的设计。在这里主要包括:传动系统的设计、装夹部位系统的设计、系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。

整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本论文研究内容：

(1) 数控自动送料机装置总体结构设计。

(2) 数控自动送料机装置工作性能分析。

(3)电动机的选择。

(4) 数控自动送料机装置的传动系统、执行部件及机架设计。

(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。

(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。

关键词：数控自动送料机装置，联轴器，滚珠丝杠

Abstract

This design is the design of CNC automatic feeder device. Here mainly includes: transmission system design, the clamping part of the system design, system design of the graduation design to the design work in basic skills training, improve the ability to analyze and solve engineering problems, and create a condition for general mechanical design.

The whole machine structure is mainly produced by the motor power by coupling will need power is passed on to the lead screw, screw drive screw nut, thus promote the machine movement, improve labor productivity and production automation level. More shows its superiority, has a wide development future.

In this paper the research content:

(1) CNC automatic feeder device structure design as a whole.

(2) CNC automatic feeder device performance analysis.

(3) the choice of the motor.

(4) the numerical control automatic feeder device of the drive system and frame design, execution parts.

(5) the design and calculation analysis was carried out on the design of parts and check.

(6) to draw the whole machine assembly drawings and detail drawings of the parts assembly drawing and design.

Key words: CNC automatic feeder device, coupling, ball screw

摘要II

AbstractIII

1 绪论1

1.1 课题的背景1

1.2 课题的意义1

1.3本课题研究的内容及方法1

1.3.1主要的研究内容1

1.3.2设计要求2

1.3.3关键的技术问题2

2 数控自动送料机装置总体结构设计3

2.1设计的要求与数据3

2.2 机械传动系统图3

3 数控自动送料机X方向进给传动设计4

3.1 X向滚珠丝杆副的选择4

3.1.1导程确定4

3.1.2确定丝杆的等效转速5

3.1.3估计工作台质量及负重5

3.1.4确定丝杆的等效负载5

3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷5

3.1.6精度的选择6

3.1.7选择滚珠丝杆型号7

3.2校核7

3.2.1 临界压缩负荷验证7

3.2.2临界转速验证8

3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率8

3.3电机的选择9

3.3.1电机轴的转动惯量9

3.3.2电机扭矩计算10

4 数控自动送料机Y方向进给传动设计12

4.1 滚珠丝杠计算、选择12

4.2 步进电机惯性负载的计算14

4.3 Y轴滚导轨副的计算、选择17

5 机架的设计19

5.1对机架结构的基本要求19

5.2 机架的结构20

5.3横梁设计21

5.4 机架的基本尺寸的确定23

5.5 架子材料的选择确定23

5.6 主要梁的强度校核24

6 横纵向进给运动控制程序的编制26

6.1 控制系统硬件的基本组成26

6.2 接口程序初始化及步进电机控制程序27

6.3 直线圆弧插补程序设计31

参考文献39

结论40

致谢42

1 绪论

1.1 课题的背景

在我国和国外的生产和研究中，自动送料方式有很多种，但是在这些产品中，存在着一些问题。如日本的RF20SD-OR11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。RF20SD—OR11的结构由冲床上的曲轴输出轴．通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构役有将料夹紧，定位不正，增加废品率，使用也不安全。

装配图.png

X向进给机构.png

电气图.png

端盖.png

滚珠螺母座.png

滚珠丝杆.png

滚珠丝杠螺母.png

内隔套.png

内容简介：: I 编号：毕业设计 (论文 ) 题目：数控自动送料机设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日 nts II 摘要本次设计是对数控自动送料机装置的设计。在这里主要包括 :传动系统的设计、装夹部位系统的设计、系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容： (1) 数控自动送料机装置总体结构设计。 (2) 数控自动送料机装置工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 数控自动送料机装置的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词：数控自动送料机装置，联轴器，滚珠丝杠 nts III Abstract This design is the design of CNC automatic feeder device. Here mainly includes: transmission system design, the clamping part of the system design, system design of the graduation design to the design work in basic skills training, improve the ability to analyze and solve engineering problems, and create a condition for general mechanical design. The whole machine structure is mainly produced by the motor power by coupling will need power is passed on to the lead screw, screw drive screw nut, thus promote the machine movement, improve labor productivity and production automation level. More shows its superiority, has a wide development future. In this paper the research content: (1) CNC automatic feeder device structure design as a whole. (2) CNC automatic feeder device performance analysis. (3) the choice of the motor. (4) the numerical control automatic feeder device of the drive system and frame design, execution parts. (5) the design and calculation analysis was carried out on the design of parts and check. (6) to draw the whole machine assembly drawings and detail drawings of the parts assembly drawing and design. Key words: CNC automatic feeder device, coupling, ball screw nts IV 目录摘要 . II Abstract . III 1 绪论 . 1 1.1 课题的背景 . 1 1.2 课题的意义 . 1 1.3 本课题研究的内容及方法 . 1 1.3.1 主要的研究内容 . 1 1.3.2 设计要求 . 2 1.3.3 关键的技术问题 . 2 2 数控自动送料机装置总体结构设计 . 3 2.1 设计的要求与数据 . 3 2.2 机械传动系统图 . 3 3 数控自动送料机 X 方向进给传动设计 . 4 3.1 X 向滚珠丝杆副的选择 . 4 3.1.1 导程确定 . 4 3.1.2 确定丝杆的等效转速 . 5 3.1.3 估计工作台质量及负重 . 5 3.1.4 确定丝杆的等效负载 . 5 3.1.5 确定丝杆所受的最大动载荷 . 5 3.1.6 精度的选择 . 6 3.1.7 选择滚珠丝杆型号 . 7 3.2 校核 . 7 3.2.1 临界压缩负荷验证 . 7 3.2.2 临界转速验证 . 8 3.2.3 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 8 3.3 电机的选择 . 9 3.3.1 电机轴的转动惯量 . 9 3.3.2 电机扭矩计算 . 10 nts V 4 数控自动送料机 Y 方向进给传动设计 . 12 4.1 滚珠丝杠计算、选择 . 12 4.2 步进电机惯性负载的计算 . 14 4.3 Y 轴滚导轨副的计算、选择 . 17 5 机架的设计 . 19 5.1 对机架结构的基本要求 . 19 5.2 机架的结构 . 20 5.3 横梁设计 . 21 5.4 机架的基本尺寸的确定 . 23 5.5 架子材料的选择确定 . 23 5.6 主要梁的强度校核 . 24 6 横纵向进给运动控制程序的编制 . 26 6.1 控制系统硬件的基本组成 . 26 6.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 . 27 6.3 直线圆弧插补程序设计 . 31 参考文献 . 39 结论 . 40 致谢 . 42 nts 1 1 绪论 1.1 课题的背景在我国和国外的生产和研究中，自动送料方式有很多种，但是在这些产品中，存在着一些问题。如日本的 RF20SD-OR11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向 (侧面 )送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。 RF20SD OR11的结构由冲床上的曲轴输出轴通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构役有将料夹紧，定位不正，增加废品率，使用也不安全。 1.2 课题的意义本课题主要是贯穿着各种物料的流动和储运，物料给料输送机是机械制造系统的重要组成部分，它将制造系统中的物料（如毛坯、半成品、成品、工夹具等）及时准确地送到指定加工位置、仓库或装卸站。计。现在要求设计自动送料机构，实现自动送料，消除积累误差，同时可以减少劳动力成本。目前在生产中还是采用手工模式，即是一人看一台机器，人工送料，这种生产模式生产效率很低，既浪费劳动力也会让工人很疲倦，而且人工送料会产生累积误差。为了解决这些问题，减少生产成本，结合国内外送料机构的特点，采用伺服电机与送料机构为配合的主要装置。设计了具有推广意义的自动送料机。 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数控自动送料机设计理论及相关知识的资料和文献基nts 2 础上，综合考虑数控自动送料机结构特点、具体作业任务特点以及数控自动送料机的推广应用，分析确定使用数控自动送料机配合生产工序，实现自动化的目的。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自动送料机本身的结构特点，确定数控自动送料机整体设计方案。 2 确定数控自动送料机的性能参数，对初步进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成数控自动送料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，提出数控自动送料机的整体设计方案； 2 完成数控自动送料机结构的详细设计； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成数控自动送料机结构的设计；绘制数控自动送料机结构总装配图、主要零件图。 1.3.3 关键的技术问题 1 方案选择 2 整体的支撑架设计 3 机构设计 4 强度校核 nts 3 2 数控自动送料机装置总体结构设计 2.1 设计的要求与数据在自动化制造系统中，伴随着制造过程的进行，贯穿着各种物料的流动和储运，物料给料输送机是机械制造系统的重要组成部分，它将制造系统中的物料（如毛坯、半成品、成品、工夹具等）及时准确地送到指定加工位置、仓库或装卸站。在制造系统中，物料首先输入到物料流动与储运系统中，然后由物料输送系统送至指定位置。本课题设计的数控自动送料机具有可实现横纵向进给的工作台和机座组成，工作台面可附加气动夹具与零件、随行夹具进行装夹，与带式传送机、滚筒式输送机等输送装置组成自动化输送系统，对实现制造系统自动化具有重要意义。本设计主要完成自动给料机的机架结构、工作台结构设计、横纵向进给机构设计、工作台运动轨道设计，横纵向进给运动控制程序的编制。技术参数：工作台台面尺寸： 1230x970mm 工作台高度： 870mm 送料速度： 120pcs/min（步距 110mm）电机功率： 1Kw 2.2 机械传动系统图开环伺服系统步进电机驱动没有检测装置半闭环伺服系统交流或直流伺服电机驱动脉冲编码器速度反馈闭环伺服系统交流或直流伺服电机驱动位置检测装置位置反馈本设计采用开环步进电机驱动。、传动初步设计电动机联轴器滚珠丝杠工作台 nts 4 3 数控自动送料机 X 方向进给传动设计表 3-1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nts 5 转速 cmk g fMrn .2.2m i n ,/1 5 0 0m a xm a x 最大转矩，则丝杠的导程为 mmnVP H 121 5 0 0/1 8 0 0 0/ m a xm a x 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 m in )/(1 5 0 012/1 8 0 0 0/m a xm a x rPVn h 最小进给速度是丝杆的转速 m in )/(0 8 3.012/1/m i nm i n rPVn h 丝杆的等效转速 m in )/)(/()( 212m i n1m a x rtttntnn m 式中取 21 2tt 故 m i n )/(03.1 0 0 0)/()( 212m i n1m a x rtttntnn m 3.1.3 估计工作台质量及负重工作台重量 NXgmG 7848.98022 移动部件重量 NXgmG 2948.93033 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 2 1 5 52 2-)2 2(03.03.12 2-)2 2( 3y13323ym a x ）（）（）（0min F 其等效载荷按下式计算（式中取 21 tt ， 12 2n n ） Ntntn tnFtnFF m 1494)( 312211223m i n113m a x 3.1.5 确定丝杆所受的最大动载荷 316 mhkahtwm 1060 )nT(ffff fFC ar fw-负载性质系数，（查表：取 fw=1.2） ft-温度系数（查表：取 ft=1） nts 6 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 3-1-1各类机械预期工作时间 Lh 表 3-1-2精度系数 fa 表 3-1-3可靠性系数 fk 表 3-1-4负载性质系数 fw 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nts 7 量 300V 应小于目标设定定位精度值的 1/3 1/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级 X轴为 1 3级（ 1级精度最高）， Z轴为 2 5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 公称直径 Ph=12mm 则选择 FFZD 型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD4010 3。公称直径 d0=40mm 丝杆外径 d1=39.5mm 钢球直径 dw=7.144mm 丝杆底径d2=34.3mm 圈数 =3 圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度 kc=973N/ 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： NFKL EIfF cr m a x2021 1 式中 E-材料的弹性模量 E 钢 =2.1X1011（ 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（ m4） 442 )2.1_(6464 wo dddI 式中 do-是丝杆公称直径（ mm） nts 8 dw-滚珠直径（ mm），丝杆螺纹不封闭长度 Lu=工作台最大行程 +螺母长度 +两端余量 Lu=300+148+20X2=488mm 支撑距离 LO应该大于丝杆螺纹部分长度 Lu，选取 LO=620mm 代入上式计算得出 Fca=5.8X108N 可见 Fca Fmax，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crn，要求丝杠的最高转速： 22230 KPAEILfnCZcr式中： A-丝杆最小截面： A= 24-6-222 m10*9 . 210*3.34414.34 d2d -丝杠内径，单位 mm ； P-材料密度 p=7.85*103(Kg/m) cL- 临界转速计算长度，单位为 mm ，本设计中该值为cL=148/2+300+(620-488)/2=440mm 2K -安全系数，可取 2K =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 crn = 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 LAEKLAEKss /maxmin 式中 A 丝杠最小横截面， 222 ()4A d m m；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。 nts 9 经计算得： m in/1/12/1/1 sCHe KKKK sradmW eB /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)； 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 328md42 LdJR 上式中： d 直径 ,丝杆外径 d=39.5mm L 长度 =1m P 钢的密度 =7800 2kg/m 经计算得 2m0.002kg RJ b、 X向直线运动件向丝杆折算的惯量 22 PMJ L nts 10 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 2-810*4.09 mkgJ L c、联轴器的转动惯量查表得 20004kg /.0 mJW 因此 28- m0 . 0 0 2 8 k g0 0 0 4.010*09.40 0 2.0 WLR JJJJ3.3.2 电机扭矩计算 a、折算至电机轴上的最大加速力矩 atJnT602 m axm ax 上式中： min/1500m a x rn J=0.0028kg/m2 ta 加速时间 SK3ta KS 系统增量，取 15s-1,则 ta=0.2s 经计算得 mNT 2.2m axb、折算至电机轴上的摩擦力矩 IPFT20f 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 mNTf 75.0c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩 i2)-1( 2000 PPT 上式中 P0 滚珠丝杆预加载荷 1500N nts 11 0 滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 0.9 经计算的 T0=0.05N M 则快速空载启动时所需的最大扭矩 mNTTTT f 82.20m a x 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 6.7Nmg 。 nts 12 4 数控自动送料机 Y 方向进给传动设计 4.1 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： )( ,m a x yxzyx 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, 400ZF 则 : m a xm a xXF 0 . 5 0 . 5 2 0 0 0 1 0 0 00 . 6 0 . 6 2 0 0 0 1 2 0 01 . 1 5 1 0 0 0 0 . 0 0 4 ( 2 0 0 0 6 7 1 . 5 8 ) 1 0 4 5 . 6 8 61 . 1 5 1 2 0 0 0 . 0 0 4 ( 2 0 0 0 6 5 5 . 2 ) 1 2 5 2 . 6 2 1ZYZXYFNF F NFN 寿命值： 61060nTL ，其中丝杠转速 0maxlvn(r/min) m a x061500020004 0 0 / m i n56 0 4 0 0 1 5 0 0 036010ThvnrlL 最大动载荷： FffLQWH3式中： fW为载荷系数，中等冲击时为 1.21.5； fH为硬度系数， HRC 58时为 1.0。查表得中等冲击时 1 .2 , 1WHff则 : 333 6 0 1 . 2 1 1 0 4 5 . 6 8 6 7 0 7 9 . 5 83 6 0 1 . 2 1 1 2 5 2 . 6 2 1 1 0 6 8 6 . 5 4XYQN 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 : nts 13 其额定动载荷为 14205N yQ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0d 20mm 螺距 t mm 接触角 045 钢球直径bd 3.175mm 螺纹滚道法向半径 R 0.52 bRd 1.651mm 偏心距 e ( 2 ) s i nbe R d 0.04489mm 螺纹升角 0tarctg d 0433 螺杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) bd d d 19.365mm nts 14 螺杆内径1d1022d d e R 16.788mm 螺杆接触直径2d20 c o sbd d d 17.755mm 螺母螺纹外径 D 0 22D d e R 23.212mm 螺母内径（外循环）1D10 ( 0 . 2 0 . 2 5 5 ) bD d d20.7mm （ 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。 00 4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 . 9 6ggg gttt 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：ESFll 01 (cm) Y向所受牵引力大 ,故用 Y向参数计算 60622 2 21 . 6 5 1261 2 5 1 . 8 2 0 . 51 2 0 . 6 1 0 2 . 1 41 2 5 2 . 6 2 10 . 52 0 . 6 1 0 ( / )3 . 1 4 ( ) 2 . 1 46 . 1 2 1 0YFNl c mE N C MS R C ML C M 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 0641 0 0 1 0 01 0 . 56 . 1 2 1 0 1 2 . 2 4 1 0 1 2 . 2 4 lL u m E 级精度丝杠允许的螺距误差 =15 m/m。 4.2 步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，有： nts 15 （ 1）等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为： 2210 1 2 32( ) ( ) ( )180pqbzJ J J J J Mz 式中：qJ为折算到电机轴上的惯性负载；0J为步进电机轴的转动惯量；1J为齿轮的转动惯量； 2J为齿轮的转动惯量；3J为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算： 340 . 7 8 1 0J D L 式中 D 为圆柱零件直径， L 为圆柱零件的长度。所以有： 3 4 2 213 4 2 223 4 2 230 . 7 8 1 0 2 . 4 2 . 5 6 . 4 7 1 0 .0 . 7 8 1 0 5 . 0 3 . 0 1 4 6 . 2 5 1 0 .0 . 7 8 1 0 2 . 0 3 0 3 7 . 4 4 1 0 .J k g c mJ k g c mJ k g c m 电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有： 2 2 2 2 22 4 0 . 0 16 . 4 7 1 0 ( ) ( 1 4 6 . 2 5 3 7 . 4 4 ) 1 0 2 0 0 ( ) 0 . 7 7 9 3 .3 . 1 450 1 . 5180dJ k g c m 步进电机的选用 (）步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系： T P s 式中为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。若取b，则p，且 ()szP P G P 。所以： nts 16 3 6 ( ) 2p s zbP G PT 式中：sP为移动部件负载（ N）， G 为移动部件质量（ N），z P为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力（ N），为导轨摩擦系数，b为步进电机的步距角（ rad） ,T为电机轴负载力矩（ N.cm）。取 =0.3（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数）， .8，sP=HP=279.23。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此 1200，所以有： 3 6 0 . 0 1 1 2 5 1 . 8 2 0 . 0 3 ( 2 0 0 0 1 8 0 0 ) 2 3 . 1 4 1 . 5 0 . 8 6 5 . 2 5 .T n c m 考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩： 0 .3 0 .5Q TT 取系数为 .，则： 6 5 . 2 5 1 6 3 . 1 2 .0 . 4qT n c m对于工作方式为三相拍的步进电机： m a x1 6 3 . 1 20 . 8 6 6 0 . 8 6 6 1 8 8 . 3 6 .qTjT n c m (）步进电机的最高工作频率 m a xm a x 1000 16676 0 6 0 0 . 0 1pvf 电机功率： 1Kw 为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率 maxf ,同时电机最大静转矩要足够大 ,查表选择两个 90BF001型三相反应式步进电机 . 电机有关参数如下 : 型号主要技术参数相数步距角电压 (V) 相电流 (A) 最大静转矩maxjT空载启动频率空载运行频率分配方式 nts 17 (n.m) 90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4相 8拍外形尺寸 (mm) 重量 kg 转子转动惯量 Kg.m 外直径长度轴直径 90 145 9 4.5 1764 4.3 Y 轴滚导轨副的计算、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 4.0sLf ,0 . 5 ( )O S L X YX Y Z X YC f PP F Wx Z XY Z YO X S L XO Y S L YP = 0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 7 1 . 5 8 ) = 1 3 3 5 . 7 9 NP = 0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 5 5 . 2 ) = 1 3 2 7 . 6 NC = f P = 4 1 3 3 5 . 7 9 = 5 3 4 3 . 1 6 NC = f P = 4 1 3 2 7 . 6 = 5 3 1 0 . 4 N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 aC静载荷 oCATBTCTgK/gKmL (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 Sl n 4 0.6 4 nts 18 导轨的额定动载荷 17500aC N 依据使用速度 v（ m/min）和初选导轨的基本动额定载荷aC(kN)验算导轨的工作寿命 Ln：额定行程长度寿命 : ()H T C aWf f f CS fFTK 20004 500MFMF 1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50oT W C HRdf f f fK 33 1 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( ) 5 0 ( ) 1 4 2 4 0 9 . 5 8H T C aWf f f CS fFT K k m 导轨的额定工作时间寿命 : 3102S oTH lnT 3 31021 4

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