毕业设计（论文）-直线电机驱动数控锡膏喷印机结构设计

沈阳理工大学学士学位论文毕业设计(论文)直线电机驱动数控锡膏喷印机结构设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日VI摘 要本次设计是对MY-500锡膏喷印机的设计。在这里主要包括:X轴丝杠传动系统的设计、Y轴丝杠传动系统的设计、Z轴丝杠传动系统系统的设计、真空卡盘夹具设计的设计。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，设计喷印面积在250x250mm可以和30,000cph速度的贴片机匹配的用于电路板制造的锡膏喷印机。锡膏喷印机更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 锡膏喷印机总体结构设计。(2) 锡膏喷印机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 锡膏喷印机的传动系统、执行部件设计。(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：锡膏喷印机， 联轴器，滚珠丝杠全套图纸加扣 3012250582AbstractThis design is the design of MY-500 solder paste printing. Here mainly includes: X axis screw drive system design, Y axis screw drive system design, Z axis screw transmission system design of the system, the vacuum chuck fixture design. The graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, which drives the motion, design printing area matching machine in 250x250mm and 30000cph can be used for solder paste printing speed of circuit board manufacturing. Solder paste printing more show its superiority, there are broad prospects for the development.The research of this thesis:(1) the overall structure design of solder paste printing.(2) analysis of solder paste printing performance.(3) the choice of motor.(4) the design of transmission system, executive member of solder paste printing.(5) the design of components for the design calculation and check.(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.Keywords: solder paste printing, coupling, ball screw目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV1 绪论11.1 课程的研究目的及意义11.2 锡膏喷印机技术及其发展趋势11.2.1 影响锡膏喷印质量的几个因素11.2.2 元器件小型化和BGA导致的微小焊盘对锡膏喷印机的要求11.2.3 SMT节拍速度提高对锡膏喷印机的要求21.2.4 凹型PC锡膏喷印对锡膏喷印机的要求21.2.5 锡膏喷印品质监控要求对锡膏喷印机的要求21.3 本课题研究的内容及方法21.3.1 主要的研究内容21.3.2 设计要求32 总体方案机构设计42.1 设计内容及要求:42.2 设计方案43 X向进给机构结构及传动设计63.1 确定脉冲当量63.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型63.2.1 精度的选择63.2.2 丝杠导程的确定63.2.3 最大工作载荷的计算63.2.4 最大动载荷的计算73.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型73.2.6 滚珠丝杠副的支承方式83.2.7 传动效率的计算83.2.8 刚度的验算93.2.9 稳定性校核103.2.10 临界转速的验证103.3 步进电动机的选择113.4 丝杠轴的校核133.5 键的校核143.6 轴承的校核153.7 导轨的特点及设计163.8 直线滚动导轨副的计算、选择174 Y向进给机构设计计算204.1 滚珠丝杠的选择204.1.1 滚珠丝杠的精度204.1.2 滚珠丝杠参数的计算204.2 伺服电机的选择244.2.1 最大负载转矩的计算244.2.2 负载惯量的计算244.2.3 空载加速转矩计算264.2.4 轴向间隙的调整和加预紧力的方法264.3 导轨副的计算、选择274.4 联轴器的选择294.5 轴承的选择295 Z向进给伺服进给结构设计315.1 滚珠丝杠螺母副的计算和选型315.1.1 最大工作载荷的计算315.1.2 最大动载荷的计算315.1.3 滚珠丝杠螺母副的选型315.1.4 滚珠丝杠副的支承方式325.1.5 传动效率的计算325.1.6 刚度的验算325.1.7 稳定性校核335.1.8 临界转速的验证335.2 步进直线电机的计算和选用345.2.1 转动惯量的计算345.2.2 电机力矩的计算355.3 步进直线电机的选择376 真空夹具设计396.1 真空夹具的介绍396.2 真空夹具的工作原理及组成396.3 真空夹具的应用回路406.3.1 “U”回路406.3.2 “P一U”回路406.3.3 “U一P”和“P-U一P”回路416.4 关于夹具的两个重要参数416.4.1 夹持力416.4.2 真空到达时间426.5 设计、使用中应注意的几个问题426.6 小结43结论44致 谢45参考文献461 绪论1.1 课程的研究目的及意义在PCB表面贴装装配中，锡膏用于表面贴装元件的引脚或端子与焊盘之间的连接。有许多变量，如锡膏、喷印机、锡膏应用方法和喷印工艺过程，会影响最终的焊接质量。在喷印锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准，采用丝网或者模板进行锡膏喷印。随着SMT制造节拍速度的提高和贴装元件的尺度越来越小，对锡膏喷印工艺以及锡膏喷印机的要求越来越高。1.2 锡膏喷印机技术及其发展趋势1.2.1 影响锡膏喷印质量的几个因素在锡膏喷印过程中，喷印机是达到所希望的喷印品质的关键。而影响锡膏喷印品质的主要因素包括喷印刮板相关的技术参数、模板的技术参数、锡膏质量及型号选择和锡膏喷印机本体装置及工艺等。虽然客户在购买合适的锡膏喷印机后，可以通过锡膏与模板技术参数控制来改善锡膏喷印质量，锡膏喷印机的、质量和技术特点仍是保证锡膏喷印质量与喷印效率的关系因素。1.2.2 元器件小型化和BGA导致的微小焊盘对锡膏喷印机的要求日益缩小的I/O间距和连接件的间距，标准表面安装器件（SMD）的尺寸已从0201缩小到01005。近来人们分析了0.3毫米间距的芯片级封装（CSP）和尺寸为01005 EIA的SMD电阻器对喷印工艺的影响，包括对喷印机的设置、模板设计和焊膏的影响。0.3毫米CSP的问世是SMT技术的一大进步。这种元件要求按以前“半导体”所要求的间距和体积进行大指喷印焊膏。主要的问题是在表面贴装生产中进行一次喷印的时间不足七秒，在SMT中常常会用到又薄又不平的电路板，以及典型组装操作的标准工作环境。这些元器件微型华对锡膏喷印机的要求集中起来就是：1）锡膏喷印机的定位精度至少要求达到微小焊盘尺寸的1/3，对于01005电阻和电容（长400微米、宽200微米）来说，定位精度要求达到30微米。高精度的锡膏喷印可以确保后期贴片产生一定误差时在焊接时仍保持一定自动修正作用。有文献实验表明，在对01005器件在45微米的轻微贴片误差，回流焊可完全自动对准焊盘位置。2）由于器件尺寸的缩小及BGA芯片的大量采用，拓印至PCB焊盘上的锡膏量越来越少，这表现在PCB焊盘上锡膏面积减小和高度减小，这对锡膏通过模板拓印到焊盘上各种技术参数优化提出了新的要求，同时也带来了对锡膏拓印的方式提出了新的挑战。这些喷印技术参数包括喷印速度、刮刀压力、分离速度等，也就是说必须对这些参数进行优化，以应对器件尺寸缩小、BGA焊盘小而导致的锡膏喷印技术瓶颈。1.2.3 SMT节拍速度提高对锡膏喷印机的要求随着SMT生产节拍的不断提高，贴片机的速度是越来越快，这反过来对锡膏喷印机的喷印周期提出了挑战。为了应对这个速度的挑战，锡膏喷印机的供应商已采用了多种技术措施，包括三段式送板结构以及并行喷印技术等。通过这些措施可明显提高锡膏喷印机制节拍速度。1.2.4 凹型PC锡膏喷印对锡膏喷印机的要求普通PCB表面是一平面，喷印模板可以紧密地与PCB接触，可以获得比较好的锡膏喷印质量。但对凹型PCB采用普通模板喷印由于模板与基板间存在间隙（0.20.5mm），模板拓印的结果将是印后的形状、尺寸等会出现异常，严重影响后续的贴装与焊接。对此可采用占状喷射技术，实现锡膏柔性喷印，但锡膏喷印效率令人怀疑。不能满足大批量SMT生产线节拍要求。另一种方式采用电铸模板，此电铸模板不是平面型的，而是立体结构。此结构保证了模板与凹型PCB焊盘的紧密接触，保证了拓印质量。1.2.5 锡膏喷印品质监控要求对锡膏喷印机的要求在锡膏喷印这一环节，会出现各种各样的印后锡膏缺陷（桥连、过高、不平等），在SMT前导环节进行锡膏质量监控，能有效进行SMT制程品质控制。可在SMT线上加入SPI进行锡膏自动检测，是一种低成本的替代解决方案，是锡膏喷印机多功能化的重要表现。总之，随着PCB板贴装器件的小型化和BGA芯片的大量采用，电子贴装密度越来越高，SMT节拍越来越快，这奠定了锡膏喷印机在定位精度、模板拓印方式与工艺参数优化、喷印机调整化结构、检测一体多功能化的技术发展趋势。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锡膏喷印机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑数控锡膏喷印机结构特点、具体作业任务特点以及数控锡膏喷印机的推广应用，分析确定使用数控锡膏喷印机配合生产工序，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锡膏喷印机本身的结构特点，确定数控锡膏喷印机整体设计方案。2 确定数控锡膏喷印机的性能参数，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，完成数控锡膏喷印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，提出三维数控锡膏喷印机的整体设计方案；2 完成三维数控锡膏喷印机结构的详细设计；3 通过相关设计计算，完成电机选型；4 完成三维数控锡膏喷印机结构的三维造型；绘制三维数控锡膏喷印机结构总装配图、主要零件图。432 总体方案机构设计2.1 设计内容及要求:设计一台喷印面积在250x250mm，可以和30,000cph速度的贴片机匹配的用于电路板制造的锡膏喷印机。要求绘制总装图、典型部件和零件图，图量为4-5张零号图。按市面上MYDATA公司的my-500做就行，只涉及传动装置，不设计喷印头和数控装置。要求:1总体装配图和典型部件图等,共计图纸4-5张; 2 编写设计计算说明书1份,满足设计大纲规范,页数在4565页; 3 翻译外文文献一篇.内容和字数满足设计大纲要求;4 写开题报告1 份.2.2 设计方案数控锡膏喷印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，为了使工件与点保持准确的相对位置，必须根据要求的点，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。X轴，Y轴和Z轴采用丝杠传动：X轴 电动机联轴器滚珠丝杠Y轴 电动机联轴器滚珠丝杠Z轴 电动机联轴器滚珠丝杠图2.1 数控喷印机传动系统图3 X向进给机构结构及传动设计3.1 确定脉冲当量一个进给脉冲，使锡膏喷印机运动部件产生位移量，也称为锡膏喷印机的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控锡膏喷印机加工精度的一个基本技术参数。经济型数控机床常采用的脉冲当量是0.010.005mm/脉冲。根据锡膏喷印机精度要求确定脉冲当量0.01mm/脉冲。3.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 滚珠丝杠副的作用是将旋转运动转变为直线运动，其螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。3.2.1 精度的选择滚珠丝杠副的精度直接影响数控锡膏喷印机的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对锡膏喷印机定位精度最明显。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。对于车床，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和改造的经济性，选择X轴精度等级为3级，Z轴为4级。3.2.2 丝杠导程的确定选择导程跟所需要的运动速度、系统等有关，通常在：4、5、6、8、10、12、20中选择，规格较大，导程一般也可选择较大（主要考虑承载牙厚）。在速度满足的情况下，一般选择较小导程（利于提高控制精度），本设计中初选纵向丝杠导程为8，横向丝杠导程为5。3.2.3 最大工作载荷的计算最大工作载荷是指滚珠丝杠螺母副在驱动工作台时所承受的最大轴向力，也叫进给牵引力,其实验计算公式如表3-1所示。表3-1 实验计算公式及参考系数导轨类型实验公式矩形导轨1.10.15燕尾导轨1.40.2综合或三角导轨1.150.15-0.18表中为考虑颠覆力矩影响时的实验系数；为滑动导轨摩擦系数；为移动部件总重量。G=1000 N查表3-1选择综合导轨，取1.15,取0.18,为1000；算得=1.151197+0.18（3420+1000） =2171.55 (3.1)3.2.4 最大动载荷的计算载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。比如起重机以等速度吊起重物，重物对吊索的作用为静载，起重机以加速度吊起重物，重物对吊索的作用为动载。对于滚珠丝杠螺母副的最大动载荷计算公式如下： (3.2)式中：滚珠丝杠副的寿命系数，单位为r，（T为使用寿命，普通锡膏喷印机T取5000-10000h，数控锡膏喷印机T取15000h；n为丝杠每分钟转速）； 载荷系数，一般取1.21.5，本设计取1.2； 硬度系数（HRC58时取1.0；等于55时取1.11；等于52.5时取1.35；等于50时取1.56；等于45时取2.40）； 滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N。本设计中车床纵向承受最大切削力条件下最快的进给速度,初选丝杠基本导程，则丝杠转速。取滚珠丝杠使用寿命，带入得=90；取，代入，求得 ：=17390N。3.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型初选滚珠丝杆副时应使其额定动载荷, 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷。根据计算出的最大动载荷,选择江苏启东润泽锡膏喷印机附件有限公司生产的FL4008-3型内循环式滚珠丝杠副，采用双螺母螺纹式预紧，精度等级为4级，其参数如表3-2所示。图3-1 滚珠丝杠螺母副表3-2 FL4008-3型滚珠丝杠相关参数公称直径/导程/钢球直径/丝杠外径/丝杠底径/额定载荷/接触刚度/ 18974084.76338.635.2466313.2.6 滚珠丝杠副的支承方式滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合。考虑到纵向丝杠长度较大，本设计纵向丝杠采用双推简支支承方式，该方式临界转速、压杆稳定性高，有热膨胀的余地。3.2.7 传动效率的计算滚珠丝杠的传动效率一般在0.80.9之间，其计算公式如下： = (3.3)式中：螺距升角，根据,可得=291； 摩擦角，一般取=10。算得： =96.67% (3.4)3.2.8 刚度的验算滚珠丝杠副工作时受轴向力和转矩的作用，引起导程的变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形、丝杠与螺母间滚道的接触变形、支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形。因转矩和丝杠-螺母滚道接触对丝杠产生的导程变化很小，所以、可以忽略不计，所以丝杠的拉伸或压缩变形量为：=（“+”号代表拉伸，“-”代表压缩）式中：丝杠的最大工作载荷，单位为； 丝杠纵向最大有效行程，单位为； 丝杠材料的弹性模量，钢； 丝杠的横截面面积，单位按丝杠螺纹的底径确定。根据前面的设计，为3234.36，取1665，为45.24，算得： =0.01597=15.97 (3.5)查表3-3可知，,所以刚度足够。表3-3 有效行程内的目标行程公差和行程变动量有效行程精度等级12345大于至31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665513.2.9 稳定性校核由于滚珠丝杠本身比较细长又受轴向力的作用，若轴向负载过大，则会产生失稳现象，不失稳时的临界载荷Fk应该满足： = (3.6)式中：丝杠支承系数，双推-简支方式时，取2，其他方式如表3-4所示； 滚珠丝杠稳定安全系数，一般取2.54，垂直安装时取最小值，本设计取4； 滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为，本设计中该值为2000；（其中长度为1400，取2000，留600的两端余量） 按丝杠底径确定的截面惯性矩（，单位为）,本设中将代入算出=205513.36。 由以上数据可以算出：= (3.7) 临界载荷远大于工作载荷（3234.36N），故丝杠不会失稳。表3-4 丝杠支承系数支承方式双推-双推双推-简支单推-单推双推-自由取值4210.253.2.10 临界转速的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： (3.8)式中：丝杠支承系数，双推-简支方式时，取值如表3-5所示；临界转速计算长度，单位为；丝杠内径，单位；安全系数，可取=0.8表3-5 丝杠支承系数支承方式双推-双推双推-简支单推-单推双推-自由取值27.418.912.14.3经过计算，得出=1293，由已知，可以算出，该值小于丝杠临界转速，所以满足要求。3.3 步进电动机的选择（1）工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量 (3.9)式中 滚珠丝杠的公称直径； 丝杠长度。则齿轮的转动惯量 (3.10) (3.11)电机的转动惯量很小可忽略。因此，总转动惯量 (3.12)（2）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩 (3.13)最大切削负载时所需力矩 (3.14)快速进给时所需力矩 (3.15)式中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的摩擦力矩；由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；切削时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的切削负载力矩。 (3.16)当时 (3.17) (3.18)当时 (3.19) (3.20) (3.21)当时， 时 (3.22) (3.23)当时预加载荷，则 (3.24) (3.25)所以，快速空载启动所需力矩 (3.26)切削时所需力矩 (3.27)快速进给时所需力矩 (3.28)由上分析计算可知，所需最大力矩发生在快速启动时： (3.29)（3）纵向进给系统步进直线电机的确定 (3.30)为了满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知 (3.31)所以，步进直线电机最大静转距为 (3.32)步进直线电机最高工作频率 (3.33)综合考虑，查表选用110BF003型直流步进电动机，能满足要求7-12。3.4 丝杠轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。通过受力分析， (3.34)最大挠度： (3.35) (3.36)查【1】表3-12许用挠度； 。3.5 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得 (3.37)可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：3.6 轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。轴传递的转矩 (3.38) (3.39)受力 (3.40)根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面： (3.41)在水平面： (3.42) (3.43)因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： (3.44)轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 (3.45)故该轴承6206能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。3.7 导轨的特点及设计滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。 滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。1铸铁 铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有：（1）灰铸铁 一般选择HT200，用于手工刮研、中等精度和运动速度较低的导轨，硬度在HB180以上； （2）孕育铸铁 把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐磨性高于灰铸铁； （3）合金铸铁 包括：含磷量高于0.3的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁一倍以上；磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上；各种稀土合金铸铁，有很高的耐磨性和机械性能；铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火，淬硬层为0.150.2mm。硬度可达HRC55。中高频感应淬火， 淬硬层为23mm，硬度可达HRC4855，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时淬火需要相应的设备。2钢 镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为5258HRC；20Cr、20CrMnTi、15等渗碳淬火，渗碳淬硬至5662HRC；38C rMoAlA等采用氮化处理。3有色金属 常用的有色金属有黄铜HPb59-l，锡青铜ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜ZQAl9-2和锌合金ZZn-Al10-5，超硬铝LC4、铸铝ZL106等，其中以铝青铜较好。4塑料 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜)，抗振性能好，工作温度适应范围广(-200+260)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类锡膏喷印机的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法、以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有：采用镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗糙度、采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力(即比压)等。3.8 直线滚动导轨副的计算、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：（1）选BR直线滚动导轨导轨,E级精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,f=1,fw=1.（2）工作寿命每天8小时，连续工作5年，250/年,额定寿命为:Lh=52508=10000 h,每分钟往复次数nz=8L=(2lsnz60Lh)/(103)=(20.3186038400)/ (103)=11428Km (3.46)计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为4000N计算需要的动载荷CP=110/4=27.5N (3.47)C=( fwP)(fh ft fc f)(L/50)1/3=208N由机械电子工程专业课程设计指导书表3-20中选用LY15AL直线滚动导轨副,其C=606N, C0=745N.基本参数如下: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: (3.48) (3.49) (3.50) (3.51)导轨的额定工作时间寿命: (3.52) (3.53)导轨的工作寿命足够.（3）滚动导轨间隙调整预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量。（4）润滑与防护润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘。防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命。防护方式用盖板式。4 Y向进给机构设计计算4.1 滚珠丝杠的选择4.1.1 滚珠丝杠的精度查阅滚珠丝杠的样本选择丝杠精度为5级精度等级，有初步设计现设丝杠效行程350 mm，行程偏差允许达到30m。4.1.2 滚珠丝杠参数的计算（1）最大工作载荷的计算丝杠的最大载荷为工作时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。设最大进给力=5000N，导轨上面移动部件的重量约为500，导轨的摩擦系数为0.04，故丝杠的最小载荷（即摩擦力） （N） (4.1)丝杠最大载荷是： 50001965196（N） (4.2)平均载荷是：=3529（N） (4.3)（2）当量动载荷的计算 滚珠丝杠副类型的选择主要是根据导程和动载荷两个参数,其选择的原则为:滚珠丝杠的静载荷Coa不能大于额定静载荷Coam,即CoaCoam;滚珠丝杠的动载荷Ca不能大于额定动载荷Cam,即CaCam。驱动电机最高转速2000 r/min丝杠最高转速为2000r/min，工作台最小进给速度为0.5m/min，故丝杠的最低转速为0.1r/min，可取为0，则平均转速n=1000r/min。丝杠使用寿命T=15000h，故丝杠的工作寿命=675（r） (4.4)当量动载荷值： (4.5)式中： 载荷性质系数，无冲击取1-1.2，一般情况取1.2-1.5，有较大冲击振动时取1.5-2.5； 精度影响系数，对1、2、3级精度的滚珠丝杠取=1.0，对4、5级精度的丝杠取=0.9。 根据要求去=1.5，=0.9，代入数据得 51.59（KN） (4.6)根据计算所得最大动载荷和初选的丝杠导程，查滚珠丝杠样本，选择FF4010-5型内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副，其公称直径为40mm，导程为10mm，循环滚珠为5圈2列，精度等级取5级，额定动载荷为55600N，大于最大计算动载荷=51590N，符合设计要求。表4.1 滚珠丝杠螺母副的几何参数名 称符 号计算公式和结果公称直径（mm）40螺距(mm)P10接触角钢球直径(mm)7.144螺纹滚道法面半径(mm)偏心距(mm)0.009螺纹升角(mm)=丝杠外径(mm)39.5丝杠底径(mm)34.3螺杆接触直径(mm)32.87（3）传动效率的计算将公称直径=40mm，导程=10mm，代入=arctan，的丝杠螺旋升角=。将摩擦角，代入=，得传动效率=93.7%。（4）刚度的验算本传动系统的丝杠采用一端轴向固定，一端浮动的结构形式。固定端采用一对面对面角接触球轴承和一个角接触球轴承，另一端也采用角接触球轴承，这种安装适应于较高精度、中等载荷的丝杠。滚珠丝杠螺母的刚度的验算可以用接触量来校核。a、滚珠丝杠滚道间的接触变根据公式Z=，求得单圈滚珠数Z=22，改型号丝杠为双螺母，滚珠的圈数列数为52，代入公式圈数列数，得滚珠总数量=220。丝杠预紧时，取轴向预紧力=1732（N）。查相关公式得滚珠丝杠与螺纹滚道间接触变形 (4.7)式中=51590N。代入数据得；=0.013(mm)因为丝杠有预紧力，且为轴向负载，所以实际变形量可以减少一半，取=0.0065mm。 b、丝杠在工作载荷作用下的抗压变形 丝杠采用的是两端都为角接触球轴承，轴承的中心距a=720mm，钢的弹性模量E=,由表2.1中可知，滚珠直径=7.144mm，丝杠底径=34.3mm，则 丝杠的截面积： =1540.6()根据公式代入数据得：=0.018(mm)C、总的变形=0.0065+0.018=0.0245mm,丝杠的有效行程为600，丝杠在有效行程500400mm时，行程偏差允许达到30m,，可见丝杠刚度足够。（5）稳定性的验算 (4.8)公式中取支撑系数=2，由丝杠底径=43.3mm求的截面惯性矩=188957.7()，压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装），滚珠螺母至轴向固定处的距离取最大值1200mm，代入公式得：=181129.6()则f=181129.6N大于=51590N，故不会失稳，满足使用要求。 （6）临界转速的验算 对于滚珠丝杠还有可能发生共振，需要验算其临界转速，设不会发生共振的最高转速为临界转速。查资料得公式 ： (4.9)为丝杠支承方式系数（一端固定，一端游动）代入数据得：4397(r/min),临界速度远大于丝杠所需转速，故不会发生共振。（7）滚珠丝杠选型和安装尺寸的确定由以上验算可以知道，丝杠型号为FF4010-5完全符合所需要求，故确定选用该型号，安装尺寸查表可知。（8）丝杠支承的选择滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求。其两端支承的配置情况为轴向固定方式。本次设计丝杠支承选用一端固定，另一端浮动。 4.2 伺服电机的选择4.2.1 最大负载转矩的计算所选伺服电机的额定转矩应大于最大切削负载转矩。最大切削负载转矩T可根据以下公式计算，即 (4.10)从前面的计算可以知道，最大载荷N，丝杠导程=10mm=0.01m，预紧力=N，根据计算的滚珠螺母丝杠的机械效率=0.947，因为滚珠丝杠预加载荷引起的附加摩擦力矩： （Nm） (4.11)查手册得单个轴承的摩擦力矩为0.32Nm，故一对轴承的摩擦力矩=0.64Nm。简支端轴承步预紧，其摩擦力矩可忽略不计。伺服电动机与丝杠直接相连，其传动比=1，则最大切削负载转矩：(Nm)所选的伺服电机额定转矩应该大于此值。4.2.2 负载惯量的计算伺服电机的转动惯量应与负载惯量相匹配。负载惯量可以按一下次序计算。立柱与主轴箱的质量为500，折算到电动机轴上的惯量可按下式计算， (kg) (3.14)丝杠名义直径=50mm=0.05m，长度L=1.2m丝杠材料（钢）的密度=7.8。根据公式计算丝杠加在电动机轴上的惯量 () (4.12)联轴器加上锁紧螺母等的惯量可直接查手册得到，即()故负载总的惯量为()电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配。通常要求不小于，但也不是越大越好。因越大，总的惯量就越大，加速度性能受影响。为了保证足够的角加速度，以满足系统反应的灵敏的，将采用转矩较大的伺服电动机和它的伺服控制系统。根据有关资料的推荐，匹配条件为： (4.13)则所选交流伺服电动机的转子惯量应在0.00920.036范围之内。根据上述计算可选用表3.2中的交流伺服电机22/3000i型，其额定转矩为22Nm，最高，转动惯量J=0.012。表4.2 FANUC(HV)i系列交流伺服电机型号1/ 5000i2/ 5000i4/ 4000i8/ 3000i12/ 3000i22/3000i输出功率/kw0.5 0.751.41.634额定转矩(Nm)1 2481222最高转速500050004000300030003000转动惯量()0.00