高精度零件切割加工专机设计[钢制金相制样]【16张CAD图纸和文档所见所得】【YC系列】
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钢制金相制样
16张CAD图纸和文档所见所得
YC系列
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金相
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YC
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编号： 毕业设计(论文)题 目：高精度零件切割加工专机设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日V摘 要本次设计是对高精度零件切割加工专机的设计。在这里主要包括:传动系统的设计、装夹部位系统的设计、切割片主轴部位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。整机电机通过联轴器连接着据刀片，工作台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) 高精度零件切割加工专机总体结构设计。(2) 高精度零件切割加工专机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 高精度零件切割加工专机的传动系统、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：高精度零件切割加工专机， 联轴器，滚珠丝杠 AbstractThis design is a high-precision cutting plane design. Here include: basic skills driveline design, site design clamping system design cutting blade spindle part of the system design graduate design work training to improve the analysis and the ability to solve engineering problems, and for general mechanical design to create a certain condition.Machine motor is connected through a coupling according to the blades, the table structure is mainly generated by an electric motor powered by the power coupling will need to pass to the screw, screw drive screw nut, thus boosting the overall campaign to raise labor productivity and production automation. More show its superiority, has a broad development prospects.This thesis research:(1) high-precision cutting plane overall structural design.(2) high-precision cutting plane performance analysis.(3) Select the motor.(4) high-precision cutting plane of the transmission system, the implementation of components and chassis designs.(5) for the design of parts to design computational analysis and verification.(6) to draw the whole assembly drawings and assembly drawings and designs important parts parts parts diagram.Keywords: high-precision cutting plane, couplings, ball目 录摘 要IIAbstractIII1 绪论11.1高精度零件切割加工专机的研究现状11.2高精度零件切割加工专机发展趋势21.3本课题研究的内容及方法41.3.1主要的研究内容和研究意义41.3.2设计要求41.3.3关键的技术问题52 高精度零件切割加工专机总体结构设计62.1设计的要求与数据62.2 锯刀片选型62.3 整机工作原理图73 钢制金相切割X方向进给传动设计73.1 X向滚珠丝杆副的选择83.1.1导程确定93.1.2确定丝杆的等效转速93.1.3估计工作台质量及负重93.1.4确定丝杆的等效负载93.1.5确定丝杆所受的最大动载荷103.1.6精度的选择113.1.7选择滚珠丝杆型号113.2校核123.2.1 临界压缩负荷验证123.2.2临界转速验证133.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率133.3电机的选择143.3.1电机轴的转动惯量143.3.2电机扭矩计算154 钢制金相切割Y方向进给传动设计184.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择184.2 滚珠丝杠计算、选择194.3 步进电机惯性负载的计算22第3章 夹持工件夹具的设计253.1 夹具结构253.2 工作原理25各组成部分的设计264.1 固定座的设计264.2 活动身的结构设计264.3 丝杠螺母的设计274.4 钳口板的结构设计274.5 固定钳口板用螺钉的结构设计284.6螺母的选择设计284.7销的选择设计294.8螺杆的结构设计294.9 螺杆的强度校核计算304.10垫片的选择设计30结论32参考文献33致 谢341 绪论1.1高精度零件切割加工专机的研究现状在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备，用来提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。当然，我们发现切割技术已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根据资料显示，割技术加工。我国每年的切割设备需求量金额超过50亿元。既然切割机能够这么普遍地应用在各个领域，它肯定具备了很大的市场竞争力。80年代初期，国际商业机器公司(IBM)首先提出的化学机械抛光引入集成电路进行平坦化的制程工作。主要是通过适当的制程参数设计，利用一个抛光平台，配合适当的化学溶液，将晶片表面高低起伏不一的轮廓加以磨平。安永畅男使用不锈钢环抛光钢制金相，发现钢制金相界面与不锈钢形成了结构松软的固相化学反应层，钢制金相表面具有镜面光泽，而且没有发现亚表面损伤的现象，并提出了机械化学抛光的概念。Namba和Tsuwa等人在进行钢制金相超抛光的实验中，利用二氧化硅水溶液搭配上锡盘当研磨盘，首次观察到钢制金相的残余表面粗糙度为1nm，对于使用SiO2当磨粒而言，因为其硬度比钢制金相的要低，理论上并不具有去除钢制金相表面的能力，但是实验结果却说明SiO2抛光液具有去除钢制金相表面材料的能力，利用此套仪器设备对钢制金相进行抛光可获得比较好的表面粗糙度并认为在超抛光中，抛光液中直径7nm的胶羽状SiO通过撞击移除了钢制金相表面原子，并提出了一种新的抛光方法，浮法抛光法。Gutsehe和Moody等人在其研究成果上提出假设，他们认为是由于单纯的化学反应SiO2才能移除钢制金相表面的原子，而来自抛光过程摩擦产生的热是化学反应能够进行的驱动力，并提出化学反应式为：反应后生成物为高岭土，并可利用抛光液的流动特性将高岭土移除。Prochnow和Edwards等人使用直接接触法搭配上沥青抛光盘对钢制金相进行超抛光，抛光结果均方根粗糙度值可达到0.20.3nm。 B.Hader和o.weis依据Prochnow和Edwards等人证实的直接接触的想法的基础上，提出了“热液磨耗”的理论模型。最近几年，国际上一些知名的半导体及光电子技术公司纷纷投入了大量的资金去研究钢制金相抛光，并取得了一定的成果，如美国、日本、德国以及俄罗斯等公司己经能产业化生产3英寸的单晶钢制金相，并且正在研发4英寸的技术。改革开放 20 多年来，国内金相加工工业经历了持续快速发展的过程，到了 2005 年我 国金相加工总量已达 3 亿吨，约占世界金相加工总量的 35%，主要的金相产品轮胎、 传送带等产量均居世界第一位。金相业依然是国内重要的支柱产业之一，在满足人民金相 产品消费，出口创汇，为其他产业提供支持，解决就业问题等方面发挥重要作用。 今年来随着金相行业结构调整和产业升级的升入，通过国内技术的改造和国外先进技 术的引进和吸收，金相行业的装备和技术水平大幅提高，企业自主创新能力也有所增强， 生产效率不断提高，品种范围迅速扩展，生产已从劳动密集型向科技型转换。淘汰落后装 备和工艺，光、机、电、气动、液压、传感、计算机技术的复合应用，为金相附加值提高 和新产品开发提供了强有力的保障，金相产品休闲化，个性化，高档化趋势日益明显，橡 胶产品出口以年均 19%的速度增长，出口成品自给率也提高到 70%，彻底扭转了金相进口 量高于出口量的局面，增强了行业的国际竞争力。但我国金相行业的整体水平与世界先进 国家相比仍有较大差距。应对整个金相领域的飞速发展有了一个总体认识，以期待找出与 国外差距和今后提高科技水平的方向。1.2高精度零件切割加工专机发展趋势我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品切割结构的研究，20 多年来已取得长足的进步。切割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。20 世纪90 年代发展起来的线切割技术的成熟应用，成功地满足了大片径、低损耗和相对较高表面质量的晶片切割需要。线切割晶圆技术刚开始是运用游离磨粒的方式，也就是利用线带动游离磨粒（如碳化硅等），传统的金属切割线如图1所示，使在工件和线中间的磨粒对工件进行磨切割。但是游离磨粒的缺点在于，因为磨粒和工件实际接触到的面积较小，造成材料移除率较小，所以需要较长的加工时间；而另外一个缺点在于，如须加工更硬、更难以切割的工件（如钢制金相、碳化硅），则游离磨粒的方式将难以对工件的表面达到预期的切割。为了改善上面的缺点，切割碳化硅、钢制金相等硬度大的材料，固定金刚石磨料线切割技术应运而生，这种加工技术通常是使用电镀的方法将金刚石磨料固定在钢丝表面（如图2 所示）,加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对硅材料进行磨削加工, 相比游离磨料多线锯的 三体加工,它属于 二体加工，其加工效率是游离磨料多线锯的数倍以上。金刚石单线切割机以其独特的优势成为第三代半导体硬脆材料和大直径材料切割中不可或缺的一部分。在当前，高精度零件切割加工专机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用切割高精度零件切割加工专机，称之为固定结构的传统高精度零件切割加工专机，其运动特性使特定高精度零件切割加工专机仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于高精度零件切割加工专机的发展。很数高精度零件切割加工专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,帮助高精度零件切割加工专机找到合适的位置并且放好，通过人工将高精度零件切割加工专机本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动高精度零件切割加工专机是有轨移动切割高精度零件切割加工专机，也就是说高精度零件切割加工专机的自主性还跟不上工业发展的脚步。金相切割机的发展前景:（1）复合化发展。随着金相机械技术的发展，机械复合技术和复合加工技术逐渐成熟， 在每一台机床上都可以符合多重任务完成各种生产要求。这样的复合生产将是新一轮的先进生产方式，金相切割行业的技术研究应该更加注重复合化发展，研究建造出可以完成多 重任务完成各种生产要求的金相切割机。 （2）实现金相切割的全面智能化。过去的人工控制切割已经不能满足金相机械管理的 发展需求。未来的控制需要通过计算机对切割机的操控，使我们的金相切割向智能化迈进， 在整个系统中，智能化也成为数控发展的又一大突破。 （3）现代高精度化。加紧技术研究，提高精密度。因为精度化更加迎合了现代高科技 产品的高要求，符合了新的时代发展要求。所以要适应时代新的发展要求必须加快精度研 究的步伐。 （4）趋向柔性化发展。引进柔性自动化技术，对于切割过程中复杂规格的金相件，保 证规格的高要求，准精度。这样的柔性技术能够满足市场对产品的高要求，改变市场供不 应求的现状。是一项先进的而有时效性的切割技术，它已经成为切割机发展的主流趋势。 （5）结合电子计算机实现网络化。网络的力量在 21 世纪已经无法阻挡，切割系统网 络化也是历史之必然。要加紧切割机与网络结合生产研发，结合网络优势综合开发新的切 割机项目。这样的发展一定会促进网络带动切割技术的新一代变革。未来的发展趋势可分为以下三个方面：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； 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的切割任务；3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动切割高精度零件切割加工专机的控制所采用。1.3本课题研究的内容及方法1.3.1主要的研究内容和研究意义在查阅了国内外大量的有关切割高精度零件切割加工专机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑切割高精度零件切割加工专机结构特点、具体作业任务特点以及切割高精度零件切割加工专机的推广应用，分析确定使用切割高精度零件切割加工专机配合生产工序，实现自动化切割的目的。在机械加工过程中，金相切割方法常用是手工切割、半自动切割及数控切割机切割。 手工切割灵活方便，但切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时 劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其 使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了 工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的切割。专业切割机相对手动方式 来说，可有效地提高金相切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。在我国的一些 中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割方式还较为普遍。 我国机械工业金相使用量已达到 3 亿吨以上，金相的切割量非常大；随着现代工业 的发展，对金相切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高。因而专业切割机的市 场潜力还是很大、市场前景比较乐观。 专业金相切割机的诞生，对于提高生产效率降低生产成本具有重要意义。此项研究也 是对大学四年所学课程的一次总复习，它将机械制图、机械设计和工艺分析，夹具设计等 机械设计制造主要专业课程紧密联系在一起，利用所学的机械与控制相关知识来解决实际 的生产问题，将理论设计与实际运用联系起来，需要考虑多方面的问题，如成本、定位方 案，加工精度的控制和机械设备使用寿命等等。 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高精度零件切割加工专机本身的结构特点，确定高精度零件切割加工专机整体设计方案。2 确定高精度零件切割加工专机的性能参数，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，完成高精度零件切割加工专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，提出高精度零件切割加工专机的整体设计方案；2 完成高精度零件切割加工专机结构的详细设计；3 通过相关设计计算，完成电机选型；4 完成高精度零件切割加工专机结构的设计；绘制高精度零件切割加工专机结构总装配图、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 352 高精度零件切割加工专机总体结构设计2.1设计的要求与数据要求：1) 所设计的高精度零件切割加工专机使用带锯进行切割2) 保证带锯行进与路线切向一致；3) 被切材料快速定心夹紧；4) 切削液回收。本文课题参数假定假设切割钢制金相直径为250电机功率为0.37 KW,本文选用减速电机作为带锯驱动装置。查SEW减速电机的规格表，选用如下减速电机。表3.2 选用的电机的详细参数电机额定功率Pm/kW输出转速na/r/min输出扭矩Ma/Nm减速机速比i输出轴许用径向载荷FRa/N使用系数SEW-fB减速机型号电机型号重量/kg0.37564722.528701.55DT71D4SF3714此型号的电机在一定程度上保证了驱动功率有一定的盈余，因数在电机起动时，若输送机床上有工件，则此时的起动功率会比平时工作时的功率要大，且减速电机本身还有一定的使用系数。2.2 锯刀片选型由于锯刀片没有国家标准，故从市场上使用的任意一种选择带锯，锯带尺寸：依据机床规格指定，但锯带厚度不得超过1.4mm，带锯直径取为250.2.3 整机工作原理图 电机通过联轴器带动据刀片，而工作台XY方向可以进给到合适的位置，上面的夹具装夹工件，通过调整距离来实现移动。3 钢制金相切割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。设X向最大行程为300mm,最快进给速度为18m/min,主轴箱大概质量为50kg,工作台大概质量为80kg,移动部件大概质量为30kg，工作台最大行程为300mm。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，则丝杠的导程为 取Ph=12mm3.1.2确定丝杆的等效转速基本公式 最大进给速度是丝杆的转速 最小进给速度是丝杆的转速 丝杆的等效转速 式中取故3.1.3估计工作台质量及负重 主轴箱重量 工作台重量 移动部件重量 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，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷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fw3.1.6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300行程变动量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FFZD40103。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/m3.2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：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=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：f1=15.1I=丝杆最小截面惯性距（m4）式中do-是丝杆公称直径（mm）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，要求丝杠的最高转速： 式中：A-丝杆最小截面：A=-丝杠内径，单位；P-材料密度p=7.85*103(Kg/m)-临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为=148/2+300+(620-488)/2=440mm-安全系数，可取=0.8fZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时取18.9经过计算，得出= 6.3*104，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的计算公式式中 A丝杠最小横截面，；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：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/mKc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上式中：d直径,丝杆外径d=39.5mmL长度=1mP钢的密度=7800经计算得b、X向直线运动件向丝杆折算的惯量上式中：M质量 X向直线运动件M=160kgP丝杆螺距（m）P=0.001m经计算得c、联轴器的转动惯量查表得 因此3.3.2电机扭矩计算a、折算至电机轴上的最大加速力矩上式中：J=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，取15s-1,则ta=0.2s经计算得b、折算至电机轴上的摩擦力矩上式中：F0导轨摩擦力，F0=Mf，而f=摩擦系数为0.02，F0=Mgf=32NP丝杆螺距（m）P=0.001m传动效率，=0.90I传动比，I=1经计算得c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为0.9经计算的T0=0.05NM则快速空载启动时所需的最大扭矩 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6.7。4 钢制金相切割Y方向进给传动设计4.1 Y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静载荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64导轨的额定动载荷N依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够.4.2 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：(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,则:寿命值：，其中丝杠转速(r/min)最大动载荷：式中：fW为载荷系数，中等冲击时为1.21.5；fH为硬度系数，HRC58时为1.0。查表得中等冲击时则: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:其额定动载荷为14205N 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20mm螺距mm接触角钢球直径3.175mm螺纹滚道法向半径1.651mm偏心距0.04489mm螺纹升角螺杆外径19.365mm螺杆内径16.788mm螺杆接触直径17.755mm螺母螺纹外径23.212mm螺母内径（外循环）20.7mm（1） 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：式中：=10，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。（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：(cm)Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算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E级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。4.3 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：（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：式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为齿轮的转动惯量；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：式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。所以有：电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有：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：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，则，且。所以：式中：为移动部件负载（N），G为移动部件质量（N），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，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，=279.23。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此1200，所以有：考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：取系数为.，则： 对于工作方式为三相拍的步进电机： (） 步进电机的最高工作频率为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,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(n.m)空载启动频率空载运行频率分配方式90BF00140.98073.92200080004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9014594.517645 夹持工件夹具的设计本设计中，充分考虑到夹具的功能需求和与系统的配合需求，在具体实现的过程中，以系统的可靠性与易用为准则，尽量把钳工用夹具设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的产品。5.1 夹具结构夹具主要由活动钳身、固定钳身、丝杆、手柄等可活动零件，以及螺钉、螺母等起固定作用的零件组成。5.2 工作原理夹具的固定钳身用螺栓固定于工作台边缘上，固定钳身装在固定钳身上，并能绕固定钳身轴心线绕一定角度转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧螺栓旋紧，使固定钳身固紧。活动钳身通过导轨与固定钳身的导轨配合。处于活动钳身上的丝杆可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合。当摇动手柄时，丝杠旋转，带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动，在钳口的作用下夹紧或放松物件。其次，在丝杆与活动钳身配合处有弹簧，其借助挡圈和开口销固定在丝杠上，当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。另外，在固定钳身和活动钳身上，各有用螺钉固定的钢制且制有交叉网纹的钳口，起夹紧、防滑的作用。5.3各组成部分的设计5.3.1 固定座的设计固定座属于机架、箱体类零件。该类零件特点是形状不规则，结构较复杂。固定钳身的总体组合方式为综合式，由圆柱台和若干凸台组成。其作用主要是固定连接，与桌面和台面连接紧固的；还有一部分是和其他零件配合连接；固定其他零件，为其他零件提供安装区域。根据固定钳座的零件图画出三维实体图，选取材料为HT1502。固定钳座的零件图（图2）：图2固定座的零件图 5.3.2 活动身的结构设计根据活动钳身的零件图画出三维实体图，选取材料为HT1502。活动钳身的零件图（图5）：图5活动钳身的零件图图6 活动钳5.3.3 丝杠螺母的设计根据杠螺母的零件图画出二维实体图，选取材料为HT150。根据杠螺母的二维图画出三维实体图。5.3.4 钳口板的结构设计根据钳口板的零件图画出三维实体图，选取材料为45 。钳口板的零件图（图11）：图11 钳口板零件图5.3.5 固定钳口板用螺钉的结构设计根据设计需求和夹具的使用性能要求，本设计中选取标准件螺钉GB/T 68，选取材料为Q235。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得钳口板用螺钉的三维实体图（图13）：图13 固定钳口板用螺钉5.3.6螺母的选择设计根据设计需求和夹具的使用性能要求，本设计中选取标准件螺母GB/T 61742000M1010，选取材料为35。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得螺母M10的三维实体图（图16）。图16 螺母M105.3.7销的选择设计根据设计需求和夹具的使用性能要求，本设计中选取标准件y圆锥销GB/T 913x14，选取材料为Q235。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得销的三维实体图（图17）。图17 销5.3.8螺杆的结构设计根据螺杆的零件图画出三维实体图，选取材料为45。螺杆的零件图（图18）：图18 螺杆（丝杠）的零件图螺杆的三维实体图（图19）：图19 螺杆（丝杠）5.3.9 螺杆的强度校核计算进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。本设计中，螺杆主要是扭矩，则应该按扭转强度条件计算。这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度，轴的扭转强度条件为： 式中：扭转切应力，Mpa；T轴所受的扭矩，N.mm； 轴的抗扭截面系数， n轴的转数，p轴传递的功率，d计算截面处轴的直径，mm；许用扭转切应力，Mpa。根据国家标准，选取许用扭转切应力为25-45Mpa. T=15 kN.m。截面处轴的直径为18mm。代入数据可算得实际扭转切应力为12.86 Mpa，与理论相比可知符合设计使用性能的要求。所以，和螺母配合处轴的尺寸选择合理。5.3.10垫片的选择设计为了使螺杆在固定钳身里能够较好的定位，特配备两个垫圈，一个用于和M10螺母的配合使用，另一个用在螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用。和M10螺母配合使用的弹簧垫圈（图20）选用标准件，按GB 9387，相关尺寸为：d=10.2，s=b=2.6，0m=1.3 材料为65 Mn、表面氧化。图20 垫圈螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用的垫圈选用标准件，按GB 9387，相关尺寸为：d=18.3，s=b=4.5 ，0m=2.25 材料选取为Q235。结论本课题结合目前国高精度零件切割加工专机的研究现状和发展方向，具体阐述了一种高精度零件切割加工专机开发过程。本文主要完成的工作如下：1、高精度零件切割加工专机结构方案的确定。分析了高精度零件切割加工专机的特点，确定了高精度零件切割加工专机基本结构，并确定其基本尺寸。2、确定了高精度零件切割加工专机技术指标及参数。对该高精度零件切割加工专机进行了计算。3、零件的刚度和寿命计算与校核。对各个已设计零件进行刚度和寿命计算，确保满足使用要求，使该高精度零件切割加工专机有足够的可靠性。通过本次毕业设计，不仅把大学所学到的理论知识很好的运用到毕业设计中，而且培养了自己认真思考的能力，在处理问题时有了新的认识和方法，并加强了和同学之间进行探讨和解决问题的能力。通过对专业知识的接触和深入学习，以及对相关信息的获取，我深切地认识到，就目前的发展而言，我国的工业还比较落后，与发达国家相比还存在很大的差距。尽管我们不断地在努力，但想在很短的时间内改变这种现状是很难的，尤其是对于我们这样一个国情的大国。所以，我们应该拥有的是一种民族意识，不断的追求创新。 本次毕业设计中，我做的是全自动自动物料分选装置整体设计部分，通过本次毕业设计，不仅锻炼了自己查阅资料的能力，而且能够熟练运用国家标准、机械类手册和图册等工具进行设计计算分析。这次毕业设计还让我体会到团体的力量，提高自己的团队意识，遇到问题时和小组成员进行讨论和分析或是请教老师，直到得到满意的结果。展望:希望能将这套设计应用到具体实践当中,通过实践来验证理论的正确性。通过理论知识与具体实践结合起来，才能真正把一门知识应用起来。参考文献1 张建民.机电一体化系统设计M.高等教育出版社，2001（2）：4549.2 冯开平，左宗义.画法几何与机械制图M.华南理工大学出版社，2005（3）：5160.3 顾崇衔.机械制造工艺学M.陕西科学技术出版社，1999（6）：11.4 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.高等教育出版社，2002（4）：7983.5 华东纺织工学院 哈尔滨工业大学 天津大学机床设计图册S上海科学技术出版社1979（5）：1521.6 机械设计手册编写组机械设计手册S机械工业出版社1986（6）：1218.7 邱宣怀机械设计M高等教育出版社2004（2）：4951.8 李华，李焕峰机械制造技术M机械工业出版社出版2003（5）：33379 叶伟昌 ，林岗副机械工程及自动化简明设计手册S机械工业出版社出版2008（2）：5662.10 姚立健.胡学同.周杏鹏.张军 水果机器视觉自动分选机同步控制系统设计期刊论文-农业机械学报 2008(11) 11 Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc. TCS230 PRO-G R A M M A B L E C O L O R L I G H T - T O - F R E Q U E N C YCONVERTER. 2003 1
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