[CAD圖紙全套]大口徑非球面銑磨機(jī)Z軸精密進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 1. 緒論 課題的背景和來源 “大口徑光學(xué)非球面超精密數(shù)控銑磨機(jī)”的開發(fā)研制隸屬于“國(guó)家 863 計(jì)劃”攻關(guān)項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目由北京微納精密機(jī)械有限公司承接。該公司是進(jìn)行精密制造技術(shù)方面產(chǎn)品制造和技術(shù)研究開發(fā)的制造實(shí)體， 由一批國(guó)內(nèi)知名專家領(lǐng)隊(duì)和年富力強(qiáng)的中青年 技術(shù)人員 組成，具有很強(qiáng)的科學(xué)研究和技術(shù)攻關(guān)能力 。 為了響應(yīng)教育部的號(hào)召，實(shí)施大學(xué)本科教改計(jì)劃，北京微納精密機(jī)械有限公司與中原工學(xué)院聯(lián)合實(shí)施“卓越工程師”的培養(yǎng)計(jì)劃。具體施行方法就是由該公司接收中原工學(xué)院大四學(xué)生來公司實(shí)習(xí)并完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，為學(xué)生走上工 作崗位提供一個(gè)鍛煉自己的平臺(tái)。 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 研究的目的和意義 非球面光學(xué) 元件 是一種非常重要的光學(xué)零件， 因其 在光學(xué)系統(tǒng)中能夠很好的矯正多種像差，改善成像質(zhì)量，提高系統(tǒng)鑒別能力， 且 能以一個(gè)或幾個(gè)非球面零件代替多個(gè)球面零件，從而簡(jiǎn)化儀器結(jié)構(gòu)，降低成本并有效的減輕儀器重量 而得到重要應(yīng)用。其加工質(zhì)量的好壞與非球面加工機(jī)床的制造水平息息相關(guān)，因此，進(jìn)一步提高我國(guó)非球面超精密機(jī)床的制造水平勢(shì)在必行。 為了提高非球面超精密機(jī)床的整體性能，其主要構(gòu)件 Z 軸的結(jié)構(gòu)特性也至關(guān)重要。為此 開展了對(duì)于大口徑非球面超精密光學(xué)銑磨機(jī) Z 軸結(jié)構(gòu)特性的分析和優(yōu)化。以期通過對(duì)該梁的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)橫梁的結(jié)構(gòu)做出優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善其靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，從而保證機(jī)床的 Z 軸的精密進(jìn)給，最終實(shí)現(xiàn)該銑磨機(jī)整體使用性能。 研制出加工口徑達(dá) 900光學(xué)非球曲面加工機(jī)床及成套應(yīng)用工藝，可以滿足國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)的重大需求，部分解決禁運(yùn)和替代進(jìn)口問題，提升我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。 打破國(guó)外的技術(shù)封鎖，使我國(guó)的非球面曲面光學(xué)零件的超精密加工水平 提升 一個(gè)大的臺(tái)階，從整體上縮短與世界最先進(jìn) 水平的差距 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著國(guó)防工業(yè)、航空、民用光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種高精度的非球面光學(xué)元件越來越多地應(yīng)用于高性能要求的光學(xué)系統(tǒng)中。光學(xué)元件因其具有 矯正多種像差，改善成像買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 質(zhì)量，提高系統(tǒng)鑒別能力 等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前，高精度非球面光學(xué)元件的使用受到其加工精度、表面質(zhì)量和制造成本的限制，但是市場(chǎng)上對(duì)光學(xué)元件的需求促使各個(gè)國(guó)家致力于高精度非球面光學(xué)元件加工的技術(shù)研究。 國(guó)外非 球面零件超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀 80 年代以來， 國(guó)外 出現(xiàn)了許多種新的非球面超精密加工技術(shù)，主要有： （ 1） 計(jì)算 機(jī) 數(shù)控單 點(diǎn)金剛石車削技術(shù) 計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)是由美國(guó)國(guó)防科研機(jī)構(gòu)于 60 年代率先開發(fā)、 80年代得以推廣應(yīng)用的非球面光學(xué)零件加工技術(shù)。它是在超精密數(shù)控車床上，采用天然單晶金剛石刀具，在對(duì)機(jī)床和加工環(huán)境進(jìn)行精確控制條件下，直接利用金剛石刀具單點(diǎn)車削加工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的非球面光學(xué)零件。該技術(shù)主要用于加工中小尺寸、中等批量的紅外晶體和金屬材料的光學(xué)零件，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、加工精度高、重復(fù)性好、適合批量生產(chǎn)、加工成本比傳統(tǒng)的加工技術(shù)明顯降低。采用該項(xiàng)金剛石車削技術(shù)加工出來的直徑 120下的光學(xué)零件，面形精度 達(dá) l/2 1l，表面粗糙度的均方根值為 前采用金剛石車削技術(shù)可以加工的材料有：有色金屬、鍺、塑料、紅外光學(xué)晶體（碲鎘汞、銻化鎘、多晶硅、硫化鋅、硒化鋅、氯化納、氯化鉀、氯化鍶、氟化鎂、氟化鈣、鈮酸鋰、 體）無電鎳、鈹銅、鍺基硫族化合物玻璃等。 （ 2） 計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù) 計(jì) 算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)控制的精密機(jī)床將工件表面磨削成所需要的面形，然后用柔性拋光模拋光，使工件在不改變精磨面形精度的條件下達(dá)到鏡面光潔度的光學(xué)零件制造技術(shù)。該技術(shù)主要用來加工中、大尺寸的非球 面光學(xué)零件。工件加工精度主要取決于測(cè)量精度和所采用的誤差校正方法。非球面光學(xué)零件的精密研磨拋光比較普遍采用的一種技術(shù)是：小型磨床修正研磨拋光法。 小型磨床最早是由美國(guó)研究開發(fā)的，其磨頭直徑不超過工件的 1/3，由計(jì)算機(jī)計(jì)算去除量，加工精度比較高?？梢愿呔鹊丶庸ぶ睆?1500 1800大口徑非球面。目前，美國(guó)亞里桑那大學(xué)的光學(xué)中心，已基本上用計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光加工技術(shù)取代了傳統(tǒng)的手工研磨拋光加工非球面光學(xué)零件。 80 年代末，日本研制出了的超精密數(shù)控范成法研磨機(jī)，使用該研磨機(jī)加工出的光學(xué)零件，其面形精度達(dá)到 了 表面粗糙度的均方根值為 用瀝青拋光模進(jìn)行加工，表面粗糙度的均方 根值能達(dá)到 近，日本采用門型機(jī)械加工中心，使用 4000# 8000#鑄鐵絲結(jié)合金剛石砂輪，利用 線電解修正法）磨削法，磨削 學(xué)玻璃，所獲得的非球面的面形精度為 1m ，表面粗糙度為 43 德國(guó)的計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光技術(shù) 也 很快。 司生產(chǎn)的 120 研磨拋買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 光機(jī)，不僅可以粗、精磨球面光學(xué)零件，而且還可以粗、精磨非球面光學(xué)零件。施耐德（ 學(xué)機(jī)械公司 90 年代末制造的 計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面磨床和計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面拋光機(jī)，可以高效率地進(jìn)行非球面光學(xué)零件的生產(chǎn)。 （ 3） 計(jì)算機(jī)數(shù)控離子束成形技術(shù) 日本大阪大學(xué)工學(xué)部森勇正教授提出了一種用化學(xué)氣體加工的新的加工工藝方法，稱為等離子 ，這是一種利用原子化學(xué)反應(yīng)，獲得超精密表面的一種技術(shù)，其加工原理和等離子體刻蝕一樣，在等離子體中，被激活的游離基和工件表面原子起反應(yīng)，將之變成揮發(fā)性分子，并通過氣體蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)加工的，在高壓力下所產(chǎn)生的等離子體，能夠生成密度非常高的游離基，所以這種加工方法能達(dá)到與 機(jī)械加工方法相匹敵的加工速度。在高壓力下，由于氣體分子的平均自由行程極小，等離子體局限在電極附近。所以可以通過電極掃描，加工出 度的任意形狀的零件，另外可以以 50m 速度加工 單晶硅 平面，加工工件的表面粗糙度可達(dá) （ 4） 非球面 零件 復(fù) 制 技術(shù) 用控制除去厚度的拋光 (研磨 )方法能夠制造出高精度的非球面零件，但和一般的光學(xué)零件加工方法相比，這種方法的加工效率很低，解決這個(gè)問題的方法之一有復(fù)制技術(shù)，即塑料注射成形和玻璃的模壓成形技術(shù)，這種技術(shù)能夠制造一部分非球面透鏡。 近年來， 國(guó) 外許多公司己將超精密車削、磨削、研磨以及拋光加工集成為一體，并且研制出超精密復(fù)合加工系統(tǒng)，如 司生產(chǎn)的 制的 本的 D 、 100A(H)都具有復(fù)合加工功能，這樣可以 使 非球面零件的加工更加靈活。 國(guó)內(nèi)非球面零件超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀 我國(guó)從 80 年代初才開始超精密加工技術(shù)的研究，比國(guó)外整整落后了 20 年。 80 年代中期，我國(guó)出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。如 北京機(jī)床研究所、 中國(guó)航空精密機(jī)械研究所、 中國(guó)科技大學(xué)、 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所應(yīng)用光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等 單位都在該領(lǐng)域取得了階段性的成果。 北京高華精密機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 液體靜壓超精密數(shù)控非球面磨床，通過 軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)非球面透鏡的高效率、高精度磨削； 上海第三機(jī)床廠生產(chǎn)的 用西班牙 司的 中二軸為插補(bǔ)控制軸，分別控制機(jī)床工作臺(tái)的縱、橫向進(jìn)給，另二軸控制磨頭滑座的縱、橫向進(jìn)給，可以加工任意曲面； 我國(guó)九五期間 在中國(guó)航空精密機(jī)械研究所首先 建立 的 國(guó)內(nèi)第一個(gè)從事超精密加工技術(shù)研究的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成功地研制出了 球面超精密復(fù)合加工系統(tǒng)； 長(zhǎng)春光機(jī)所于 1992 年成功研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)實(shí)用型非球面數(shù)控光學(xué)加工中心買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 2002 年，國(guó)防科技大學(xué)研制了一臺(tái)集銑磨成形、研磨、拋光于一體的光學(xué)非球面復(fù)合加工機(jī)床。 由我國(guó)數(shù)控光學(xué)非球面加工第一人 蘇州大學(xué)研究員余景池與其創(chuàng)辦的蘇州大學(xué)明世光學(xué)有限公司，生產(chǎn)國(guó)際一流水平的非球面眼鏡模具，并廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、可視電話、計(jì)算機(jī)光驅(qū)、非球面透鏡等領(lǐng)域。它是國(guó)內(nèi)第一家從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工到生產(chǎn) 都由自己完成的公司，用完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品代替了國(guó)外產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。 最近，中國(guó)科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所率先研制成功 520產(chǎn)碳化硅非球面鏡光學(xué)系統(tǒng)，并通過了專家組的驗(yàn)收，這標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域邁上了新的臺(tái)階。但是對(duì)于大口徑高精度非球面光學(xué)零件的加工，如果再加上數(shù)字化控制的要求，在國(guó)內(nèi)就是一個(gè)挑戰(zhàn)性的課題了。因此，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平與國(guó)際生產(chǎn)水平仍有差距。 為此，國(guó)家該 863 項(xiàng)目提出，在經(jīng)典高精度光學(xué)經(jīng)典加工工藝研究基礎(chǔ)上，吸收國(guó)際上先進(jìn)的加工工藝研究成果，研究?jī)?yōu)化的高精度數(shù)字化光學(xué)非球面元件加工工 藝。 本文研究的主要內(nèi)容 本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下： （ 1） 了解大口徑光學(xué)非 球曲面零件的加工方法及應(yīng)用背景。 （ 2） 了解國(guó)內(nèi)外超精密加工機(jī)床發(fā)展水平及特點(diǎn)。 （ 3） 學(xué)習(xí)超精密加工技術(shù)的基本理論知識(shí)。 （ 4） 大口徑非球面磨床 Z 軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （ 5） 大口徑非球面磨床 Z 軸部件驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)元件設(shè)計(jì)計(jì)算。 （ 6） Z 軸部件主要零件有限元仿真分析。 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 2. Z 軸部件設(shè)計(jì) Z 軸部件技術(shù)方案設(shè)計(jì) 大口徑光學(xué)非球曲面磨床的 Z 軸部件是機(jī)床的關(guān)鍵部件，其性能的高低直接影響到被加工零件的質(zhì)量。 Z 軸部件的技術(shù)方案設(shè)計(jì)主要包括進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)量反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及 Z 軸部件平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 Z 軸部件的技術(shù)指標(biāo)如表 2示： 表 2Z 軸部件技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng) 目 數(shù) 值 Z 軸行程 400位精度 1m 重復(fù)定位精度 線度 00軌剛度 1000N/m 最小進(jìn)給量 削進(jìn)給速度 3m/速移動(dòng)速度 6m/ 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 精密超精密機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)主要有滾珠絲杠副、靜壓絲杠副、摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線電機(jī)等。 1）精密滾珠絲 杠副 精密滾珠絲杠副是精密超精密機(jī)床目前采用的主要進(jìn)給方式。精密滾珠絲杠副具有較高的分辨率和動(dòng)、靜態(tài)剛度，目前被廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工和精密測(cè)量等領(lǐng)域。隨著加工工藝的發(fā)展，滾珠絲杠副各項(xiàng)性能也在進(jìn)一步提高，它仍是超精密加工設(shè)備中主要的驅(qū)動(dòng)方式之一。超精密加工機(jī)床的滾珠絲杠副一般的精度等級(jí)為 ，在高精度閉環(huán)控制和高等級(jí)滾珠絲杠副的配合下，可以獲得 定位精度 13。 2）靜壓絲杠副 靜壓絲杠副包括兩種方式：空氣靜壓絲杠副和液體靜壓絲杠副。靜壓絲杠利用高壓介質(zhì)使絲杠和螺母不直接接觸，由于介質(zhì)膜的均化 作用，螺紋的積累誤差可以大幅買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 度地減小，可以獲得很高的進(jìn)給精度。目前這兩種靜壓絲杠副的最小分辨率都可以達(dá)到 空氣靜壓絲杠副的剛度較小，只適用于輕載荷的場(chǎng)合。 液體靜壓絲杠副需要輔助設(shè)備，調(diào)試和維修較復(fù)雜且價(jià)格較貴，一般精密和超精密機(jī)床應(yīng)用較少。 3）摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用摩擦力把伺服電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。在摩擦驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的等效導(dǎo)程等于主動(dòng)摩擦輪的周長(zhǎng)，進(jìn)給分辨率則取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)回轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)數(shù)。摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無反向間隙等特點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn) 單，因而彈性變形因素大為減少，所以一直被認(rèn)為是一種非常適合超精密機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。一般應(yīng)用于輕載、超低速和高分辨率的超精密機(jī)床和測(cè)量機(jī)構(gòu)中。 4）直線電機(jī) 直線電機(jī)可以直接輸出直線運(yùn)動(dòng)，無需中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，從而減少了因傳動(dòng)鏈而引入的誤差。直線電機(jī)適合于高速和高精度驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。因?yàn)檫M(jìn)給和定位精度高，在超精密測(cè)量裝置及高精度的特種加工裝置中被廣泛地使用。但直線電機(jī)具有強(qiáng)磁板磁場(chǎng)、裝配和拆卸不方便，易吸引鐵屑和其他金屬碎屑，線圈發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重，直接驅(qū)動(dòng)易引入振動(dòng)而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能變差等不足。平板直線電機(jī)具有齒槽效 應(yīng)，直接影響加工質(zhì)量的高低。 Z 軸部件的特點(diǎn)是豎直軸，承受較大載荷，要求具有高的定位精度 和剛度 。綜上各種進(jìn) 給方式的特 點(diǎn)， 而目前直線電機(jī)在豎直軸上的應(yīng)用還不夠成熟，摩擦驅(qū)動(dòng)主要用于輕載的場(chǎng)合，空氣靜壓絲杠剛度較小，液體靜壓絲杠較復(fù)雜。 Z 軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用全閉環(huán)反饋控制，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分辨率可以做得很高，從而降低對(duì)滾珠絲杠的軸向綜合精度的要求。而且滾珠絲杠由專業(yè)廠家進(jìn)行生產(chǎn)和系列化，其標(biāo)準(zhǔn)化程度高，性能穩(wěn)定，價(jià)格相對(duì)低廉。綜合上述情況，選用精密滾珠絲杠副進(jìn)給系統(tǒng)。這樣，既能滿足設(shè)計(jì)精度要求，又使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，并且大大降 低了成木。 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) （ 1）導(dǎo)軌的功用 導(dǎo)軌主要用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。機(jī)床上兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合面組成一對(duì)導(dǎo)軌副，在導(dǎo)軌副（如工作臺(tái)和床身導(dǎo)軌）中，運(yùn)動(dòng)的一方（如工作臺(tái)導(dǎo)軌）叫做動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌 14251。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌只能做一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，以保證單一方向的導(dǎo)向性。通常動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌只能作直線運(yùn)動(dòng)或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 機(jī)床導(dǎo)軌的基本要求 1）導(dǎo)軌精度 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 導(dǎo)向精度是指動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確度，它是保證導(dǎo)軌工作質(zhì)量的前提。主要影響因素有：導(dǎo)軌的 結(jié)構(gòu)類型；導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度。導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度；導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度；導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的熱變形等。 2）精度保持性 精度保持性主要是由導(dǎo)軌耐磨性決定的，它與導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌材料、工藝方法以及受力情況有關(guān)。另外，導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件上的殘余應(yīng)力，也會(huì)使導(dǎo)軌變形而影響導(dǎo)軌的精度保持性。 3）低速運(yùn)動(dòng)的平衡性 導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，就是要保證導(dǎo)軌在低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)不出現(xiàn) 爬行現(xiàn)象。低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)的差值，以及導(dǎo)軌的剛度等有關(guān)。 4）剛度 導(dǎo)軌的剛度指導(dǎo)軌在外載荷的作用下，抵 抗受力變形的能力。導(dǎo)軌受力后變形會(huì)影響部件之間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度。因此要求導(dǎo)軌具有足夠的剛度。導(dǎo)軌的變形主要有導(dǎo)軌受力后的接觸變形、扭轉(zhuǎn)彎曲變形以及由于導(dǎo)軌支承件的變形引起的導(dǎo)軌變形。導(dǎo)軌變形主要取決于導(dǎo)軌的形狀、尺寸及與支承的連接方式、受力情況等。 5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好 設(shè)計(jì)時(shí)要注意使得制造、維修方便，刮研勞動(dòng)量少，如果是鑲裝導(dǎo)軌則應(yīng)盡量做到容易更換。 （ 2）導(dǎo)軌的分類及特點(diǎn) （ 1）滑動(dòng)導(dǎo)軌 滑動(dòng)導(dǎo)軌主要包括普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌三類。 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌 普通 滑動(dòng)導(dǎo)軌是基本導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌面間 的摩擦性質(zhì)是滑動(dòng)摩擦，大多處于邊界摩擦或混合摩擦的狀態(tài)。其它類型的導(dǎo)軌都是以它為基礎(chǔ)而發(fā)展起來，普通滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，便于保證精度、剛度，滑動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是摩擦因數(shù)大、磨損快、使用壽命短、低速易產(chǎn)生爬行等缺點(diǎn)，故應(yīng)用于對(duì)低速均勻性和定位精度要求不高的機(jī)床中。 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌是一種新型的滑動(dòng)導(dǎo)軌。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌分為注塑導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌兩種，導(dǎo)軌上的塑料常用環(huán)氧樹脂耐磨涂料和聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌常用在導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，與之相配的金屬導(dǎo)軌采用鑄鐵或鋼質(zhì)材料。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌具有耐磨性好 ，自潤(rùn)滑功能；動(dòng)、靜摩擦因數(shù)??；減振性好，具有良好的阻尼性；加工性好，工藝簡(jiǎn)單，化學(xué)性能好，維修方便，成本低等優(yōu)點(diǎn) 15202。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 是耐熱性差、導(dǎo)熱率低、熱膨脹系數(shù)比金屬大、在外力作用下易產(chǎn)生變形、剛性差、吸濕性大、影響尺寸穩(wěn)定性。 靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌分為氣體靜壓導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌兩種，由于靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)越性，廣泛應(yīng)用于精密超精密及重型加工機(jī)床。 a) 氣體靜壓導(dǎo)軌 氣體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的空氣經(jīng)過節(jié)流孔射入導(dǎo)軌間隙，在導(dǎo)軌間隙內(nèi)形成厚度為微米量級(jí)且基本保持恒定的潤(rùn)滑氣膜，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)單元 在潤(rùn)滑氣膜的支撐下懸浮在固定單元上方，是一種純空氣摩擦 的滑動(dòng)導(dǎo)軌 17。 由于氣體具有誤差均化效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)很高的運(yùn)動(dòng)精度。氣體靜壓導(dǎo)軌摩擦力極小，又可以帶走部分熱量，適用于高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合 。氣體靜壓導(dǎo)軌工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔環(huán)保。氣體靜壓導(dǎo)軌的主要缺點(diǎn)是剛度和阻尼較小，還還產(chǎn)生氣振，不適合在重載荷和大沖擊負(fù)載的場(chǎng)合使用。 b) 液體靜壓導(dǎo)軌 液體靜壓導(dǎo)軌是在兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面之間通入壓力油，使運(yùn)動(dòng)件浮起，工作過程中油膜壓力隨外載荷變化而變化，在不同速度下都能保證導(dǎo)軌面間在液體摩擦狀態(tài)下工作 18243。 液體靜壓導(dǎo)軌的主要優(yōu)點(diǎn)如下： 摩擦系數(shù)小，一般為 5203，減小拖動(dòng)功率 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行 特優(yōu)的抗振效果 油膜具有誤差均化作用，可提高運(yùn)動(dòng)精度 速度變化和載荷變化對(duì)油膜剛度影響小，工作穩(wěn)定 油膜承載能力大，剛度高 幾乎不造成磨損，運(yùn)動(dòng)副壽命長(zhǎng)，能長(zhǎng)期保持制造精度 液體靜壓導(dǎo)軌的主要缺點(diǎn)如下： 液體靜壓導(dǎo)軌使用油作為介質(zhì)，需要一套液壓供油系統(tǒng) 溫度對(duì)介質(zhì)油的性能影響較大，需要高精度的冷卻裝置 液壓系統(tǒng)成本較高 液壓油膜厚度控制難度較大 液體靜壓導(dǎo)軌須滿足導(dǎo)軌精度、耐磨性、 剛度和運(yùn)動(dòng)均勻性的要求，即： 導(dǎo)軌精度是運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)的直線性以及與其他機(jī)件或基面之間相 對(duì)位置的準(zhǔn)確性；要求導(dǎo)軌的平直度、扭曲度和平行度的總和應(yīng)小于導(dǎo)軌間隙 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 耐磨性決定導(dǎo)軌的磨損壽命，耐磨性是保持導(dǎo)軌工作質(zhì)量的關(guān)鍵 剛度是導(dǎo)軌工作質(zhì)量的主要指標(biāo)；導(dǎo)軌間隙不能過大，否則影響油膜剛度，對(duì)開式導(dǎo)軌還容易產(chǎn)生漂移 運(yùn)動(dòng)的均勻性要求能準(zhǔn)確定位，即在低速或重載時(shí)，不發(fā)生不均運(yùn)的跳躍式運(yùn)動(dòng)（爬行） 液體靜壓導(dǎo)軌按所承受的載荷不同，可以分為開式液體靜壓導(dǎo)軌和閉式液體靜壓導(dǎo)軌 18243。 開式液體靜壓導(dǎo)軌如圖 2-1(a)所示，依靠運(yùn)動(dòng)件自重及外載荷來保持運(yùn)動(dòng)件不從床身上分離，開式液體靜壓導(dǎo)軌只能承受單向載荷 18244。開式液體靜壓導(dǎo)軌往往只在導(dǎo)軌的一個(gè)方向上開有油腔，只能水平或傾斜一個(gè)較小的角度放置。 開式液體靜壓導(dǎo)軌，承受正向載荷能力大；承受偏載荷及顛覆力矩的能力較差，不能承受反向力；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造調(diào)整容易。開式液體靜壓導(dǎo)軌主要用在載荷分布均勻、偏載小、顛覆力矩小的水平放置或僅有較小傾角的場(chǎng)合。 閉式液體靜壓導(dǎo)軌如圖 2-1(b)所示，夠防止工作臺(tái)與床身分離的導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌不僅能夠承受各個(gè)方向的載荷，而且具有承受很 大傾覆力矩的能力。在上、下或左、右各個(gè)方向上，閉式液體靜壓導(dǎo)軌都開有對(duì)置油腔。閉式液體靜壓導(dǎo)軌能夠承受正、反方向的載荷，油膜剛度高，承受偏載及顛覆力矩的能力較高。但閉式液體靜壓導(dǎo)軌加工制造及油膜調(diào)整較為復(fù)雜，對(duì)導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)剛度要求較高，尤其副導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)剛度要求較高。閉式液體導(dǎo)軌主要應(yīng)用于載荷分布不均勻、偏載大及有正、反方向載荷或立式導(dǎo)軌等場(chǎng)合。 圖 2液體靜壓導(dǎo)軌 （ 2）滾動(dòng)導(dǎo)軌 (b) 閉式液體靜壓導(dǎo)軌 (a) 開式液體靜壓導(dǎo)軌 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 滾動(dòng)導(dǎo)軌是指在兩導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面之間的摩擦具有滾動(dòng)摩擦性質(zhì) 。滾動(dòng)導(dǎo)軌 的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)?。?動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近 16243。滾動(dòng)導(dǎo)軌的主要優(yōu)點(diǎn)，是運(yùn)動(dòng)靈敏度高，磨損小，精度保持性好，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，無爬行現(xiàn)象，潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維修方便。但其抗振性較差，防護(hù)要求高。滾動(dòng)體直徑的不一致或?qū)к壝娌黄?，都?huì)使運(yùn)動(dòng)部件傾斜或高度發(fā)生變化，導(dǎo)向精度低。滾動(dòng)導(dǎo)軌與普通滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。目前，滾動(dòng)導(dǎo)軌主要用于實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給、精密定位和對(duì)運(yùn)動(dòng)靈敏度要求高的機(jī)床。 綜上各種導(dǎo)軌的特點(diǎn)，由于 Z 軸部件對(duì)導(dǎo)軌要求具有高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度， Z 軸部件導(dǎo) 軌采用閉式液體靜壓導(dǎo)軌副，在保證導(dǎo)軌副本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的條件下，通過調(diào)節(jié)閉式液體靜壓導(dǎo)軌副的油膜厚度，使 Z 軸導(dǎo)軌副具有高精度、低速平穩(wěn)和高剛度的性能。同時(shí)，由于液體靜壓導(dǎo)軌副具有優(yōu)越的性能，可以有效地減小大口徑光學(xué)非球面零件磨削加工的亞表面損傷層深度，提高零件的加工質(zhì)量和效率。 測(cè)量反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)是對(duì)數(shù)控機(jī)床執(zhí)行件的實(shí)際位置進(jìn)行測(cè)量，不斷地將工作臺(tái)的位置量檢測(cè)出來并反饋給數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，將計(jì)算理論值與實(shí)際反饋的位置進(jìn)行比較，以判斷進(jìn)給定位的正確與否，同時(shí)輔助伺 服系統(tǒng)達(dá)到更精確的進(jìn)給定位，實(shí)現(xiàn)高精度控制。實(shí)際反饋位置的采集是由位置檢測(cè)裝置來實(shí)現(xiàn)的。常用的位置檢測(cè)裝置有感應(yīng)同步器、光柵位置檢測(cè)裝置、光電脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁尺位置檢測(cè)裝置等。 對(duì)機(jī)床的直線位移采用直線型檢測(cè)裝置測(cè)量，即為直接測(cè)量。 Z 軸部件行程400用高精度直線光柵尺進(jìn)行位置測(cè)量，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 光柵是利用光的投射、衍射現(xiàn)象形成的莫爾條紋而制成的光電檢測(cè)裝置，它將機(jī)械位移量或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖 15153， 具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。 光柵主要有標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分 組 成。 光柵檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu) 主要有 由光源、聚透鏡、指示光柵、光電元件及調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成 ，如圖 2示 。 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 圖 2光柵檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖 光柵的工作原理 15153 都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的。當(dāng)指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來 越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng)，只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域透過光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)暗帶 。這些與光柵線紋幾乎垂直，相間出現(xiàn)的亮、暗帶就是莫爾條紋。 當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí)，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會(huì)產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動(dòng)，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把對(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)莫爾條紋個(gè)數(shù)的測(cè)量。 經(jīng)過后續(xù)電路和數(shù)據(jù)處理，就可以進(jìn)行位移大小、位移方向和速度的檢測(cè)。 Z 軸部件進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) Z 軸部件的技術(shù)方案是采用伺服電機(jī)通過高負(fù)荷精密滾珠絲杠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 導(dǎo)軌采用閉式液體靜壓導(dǎo)軌副，并通過高精度直線光柵尺的進(jìn)行閉環(huán)控制，最終實(shí)現(xiàn) Z 軸部件高精度、高剛度和高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。 滾珠絲杠副選型計(jì)算 Z 軸滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng) Z 軸運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量估計(jì)大約 550保證進(jìn)給系統(tǒng)具有高精度和足夠的剛性，初步選擇日本 司的帶球保持器的 負(fù)荷精密滾珠絲杠。 帶球保持器的 負(fù)荷精密滾珠絲杠結(jié)構(gòu)如圖 2示，主要由絲杠、螺母、滾珠、球保持器和回球器組成。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，在此運(yùn)動(dòng)過程中，滾珠不但繞絲杠公轉(zhuǎn)，其自身還在自轉(zhuǎn)。所以滾 珠不但與絲杠、螺母間產(chǎn)生摩擦，而且相互間也產(chǎn)生摩擦。為了減小鋼球之間的摩擦，帶球保持器型滾珠絲杠使用球保持器，消除鋼球之間的碰撞和相互摩擦并提高潤(rùn)滑脂的保持性，因而實(shí)現(xiàn)了低噪音、低扭矩變動(dòng)以及長(zhǎng)期運(yùn)行而免維護(hù)的優(yōu)越性能 20 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 圖 2司帶球保持器的 負(fù)荷精密滾珠絲杠 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)使得滾珠沿螺旋滾道滾動(dòng)，帶動(dòng)螺母軸向移動(dòng)，具有較小的摩擦力，相近的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)，削弱了局部爬行現(xiàn)象，經(jīng)過預(yù)緊可以消除軸向移 動(dòng)產(chǎn)生的間隙，從而提高 了傳動(dòng)精度和傳動(dòng)機(jī)械效率。經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的實(shí)踐應(yīng)用，“旋轉(zhuǎn)電機(jī) +滾珠絲杠”驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)成為傳統(tǒng)的精密驅(qū)動(dòng)方式，性價(jià)比高，動(dòng)、靜剛度高，傳動(dòng)精度好，控制技術(shù)成熟 21。 珠絲杠副選型計(jì)算 20程如下： 1）選擇條件 運(yùn) 動(dòng)部件質(zhì)量 （運(yùn)動(dòng)部件 總 質(zhì)量 550衡系統(tǒng) 平衡 Z 軸運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 500 行程長(zhǎng)度 400l 最大速度 m V m s 50m 文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 加速時(shí)間 1 減速時(shí)間 3 每分鐘往返次數(shù) 110 定位精度 1 m 重復(fù)定位精度 0.5 m 最小進(jìn)給量 0 脈 沖 工作壽命時(shí)間 20000h 服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 3000體靜壓導(dǎo)軌面上的摩擦系數(shù) 22向面的阻力 20（無負(fù)荷，液體靜壓摩擦系數(shù) ，阻力較小） 2）選擇項(xiàng)目 絲杠軸直徑 導(dǎo)程 螺母型號(hào) 軸向間隙 絲杠軸支撐方式 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3) 導(dǎo)程精度與軸向間隙（予壓）的選擇 （ 1） 導(dǎo)程精度的選擇 為實(shí)現(xiàn)定位精度 1 m ，行程為 400有 ，參照 文獻(xiàn) 20 上表 1， 只能選擇 度等級(jí) 。 （ 2） 軸向間隙 由于絲杠垂直使用，軸向負(fù)荷常作用與一個(gè)方向，不論軸向間隙多 大，使用時(shí)都不會(huì)有間隙，因此選用軸向無予壓絲杠。 4）絲杠軸的選擇 超精密磨床 Z 軸選擇帶球保持器的 負(fù)荷 精密滾珠絲杠，其額定負(fù)荷是傳統(tǒng)絲杠的 2 倍以上。 （ 1） 假定絲杠軸長(zhǎng)度 假定螺母全長(zhǎng)為 100杠軸末端長(zhǎng)度為 100 所以根據(jù)行程長(zhǎng)度 400定全長(zhǎng)： 400+200=600絲杠軸長(zhǎng)度假定為 600 2） 導(dǎo)程的選擇 因伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是 3000高進(jìn)給速度是 m a x 0 V m s ，滾珠絲杠的導(dǎo)程如下： 1 00買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 0 0 1 0 0 因此，必須選擇 2 2上的導(dǎo)程。 為滿足最小進(jìn)給量 0 脈 沖 ，伺服電機(jī)分辨率應(yīng)符合如下： 導(dǎo)程 2 20000p/ 60000p/ 80000p/0 100000p/慮到絲杠 2 誤差的影響，選用較大導(dǎo)程，以減小 2 ，但會(huì)增加伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器指令的脈沖數(shù)至 100000p/ （ 3） 絲杠軸直徑的選擇 考慮到 Z 軸較高的定位精 度和重復(fù)定位精度，選擇精密滾珠絲杠，參照 文獻(xiàn) 20693頁 上表 16，滿足導(dǎo)程 10滾珠絲杠軸外徑如下： 8， 10， 15， 18， 20， 25， 32， 36，40， 50超精密機(jī)床的特點(diǎn)是保證每個(gè)環(huán)節(jié)具有足夠高的剛性，每個(gè)元件處于性能最好的狀態(tài)，從而保證機(jī)床的高精度。 根據(jù)上述條件選擇滾珠絲杠直徑為 40程為 10 (1) 絲杠軸支撐方法的選擇 滾珠絲杠垂直使用，行程長(zhǎng)度 400短，并設(shè)計(jì)采用高精度光柵尺作為測(cè)量反饋裝置，為減小絲杠在工作過程中的熱伸長(zhǎng)， 以及絲杠螺母的安裝調(diào)節(jié)方便， 支撐方法選擇固定 自由方式。 (2) 容許軸向負(fù)荷的探討 a）最大軸向負(fù)荷的計(jì)算 導(dǎo)向面的阻力 2 0 ( )無 負(fù) 荷 時(shí) 運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量 50m 最大速度 m V m s 加速時(shí)間 1 則有：加速度21m a x /.0 上升加速時(shí) 1 5 0 9 . 8 2 0 5 0 0 . 5 5 3 5F a m g f m a N 上升等速時(shí) 2 5 0 9 . 8 2 0 5 1 0F a m g f N 上升 減速時(shí) 3 5 0 9 . 8 2 0 5 0 0 . 5 4 8 5F a m g f m a N 下降加速時(shí) 4 5 0 9 . 8 2 0 5 0 0 . 5 4 4 5F a m g f m a N 下降等速時(shí) 5 5 0 9 . 8 2 0 4 7 0F a m g f N 下降減速時(shí) 6 5 0 9 . 8 2 0 5 0 0 . 5 4 9 5F a m g f m a N 作用在滾珠絲杠上的最大軸向負(fù)荷： m a x 1 535F a F a N 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 b）絲杠軸的挫曲栽荷的計(jì)算 參照 文獻(xiàn) 20 ，為考慮挫曲因素，螺母和軸承之間的安裝方法按固定 固定方式。 與安裝方法相關(guān)的系數(shù) 2 20 安裝距離 600al （估算） 絲杠軸溝槽谷徑 1 34d 4 444112 22341 0 2 0 1 0 7 4 2 . 4600 c）絲杠軸的容許拉伸壓縮負(fù)荷 22211 1 6 1 1 6 3 4 1 3 4 0 9 6 1 3 4 . 1P d K N 由此可見，1 2 m a F a， 絲杠軸的挫曲載荷和容許拉伸壓縮負(fù)荷大于最大軸向負(fù)荷，滿足滾珠絲杠的使用要求。 (1) 容許轉(zhuǎn)速的計(jì)算 a）最高轉(zhuǎn)速 絲杠軸直徑： 40程： 10大速 度 m V m s 導(dǎo)程 10Ph 3 3m a xm a 1 0 0 . 1 6 0 1 0 60010VN r p b）由絲杠軸的危險(xiǎn)速度所決定的容許轉(zhuǎn)速 參照 文獻(xiàn) 20 ，為考慮危險(xiǎn)速度，螺母和軸承間的安裝方法按固定 支撐。 與安裝方法相關(guān)的系數(shù) 2 安裝間距 600bl （估算） 危險(xiǎn)速度77112 22 341 0 1 5 . 1 1 0 1 4 2 6 1 . 1600r p c）由 所 決定的容許轉(zhuǎn)速 鋼球中心直徑： D 42考 文獻(xiàn) 20 ， 容許轉(zhuǎn)速 r p 95421 3 00 0 02 由上述可見，絲杠最大轉(zhuǎn)速都小于絲杠軸的危險(xiǎn)速度和 ，滿足使用要求 （ 2）螺母的選擇 a）螺母型號(hào)的選擇 選擇絲杠軸直徑為 40程為 10高負(fù)荷 精密滾珠絲杠： 36, 。 b）容許軸向負(fù)荷計(jì)算 參考 文獻(xiàn) 20 上表 18，因加速、減速時(shí)有沖擊負(fù)荷的作用，故靜態(tài)安全系買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 數(shù) 2 與最大軸向負(fù)荷 35相比，得到的容許軸向負(fù)荷較大，因而該絲杠型號(hào)可以使用。 （ 3）工作壽命計(jì)算 a）運(yùn)行距離的計(jì)算 最大速度 加速時(shí)間 減速時(shí)間 加速時(shí)的運(yùn)行距離 0102 31m a 減速時(shí)的運(yùn)行距離 0102 31m a 等速時(shí)的運(yùn)行距離 8 010104 0 0312 等速時(shí)間 sV 根據(jù)以上條件，軸向負(fù)荷與運(yùn)行距離的關(guān)系如表 2示： 表 3向負(fù)荷與運(yùn)行距離的關(guān)系 動(dòng) 作 軸向負(fù)荷 () 運(yùn)行距離 ()Nl 升加速時(shí) 535 10 升等速時(shí) 510 380 升減速時(shí) 485 10 降加速時(shí) 445 10 降等速時(shí) 470 380 降減速時(shí) 495 10 b) 軸向平均負(fù)荷 賽 c) 額定壽命 682336m a x 0495380470104451048538051010535(40021)(213 3333333336235134333232131買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 動(dòng)額定負(fù)荷 a K N 參照 文獻(xiàn) 20的表 19， 負(fù)荷系數(shù) 平均負(fù)荷 m N 額定壽命 L（ 3 6 3 6 1 31 6 2 . 6 1 0 0 0( ) 1 0 ( ) 1 0 2 . 1 1 01 . 2 4 9 0 . 8 8r e m c ) 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù) 每分鐘往返次數(shù) 110 行程 400l 導(dǎo)程 10Ph d )根據(jù)額定壽命計(jì)算工作壽命時(shí)間 額定壽命 132 0L r e v 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù) 18 0 0 m 13 82 . 1 1 0 4 . 3 8 1 06 0 6 0 8 0 0LL h e ) 根據(jù)額定壽命計(jì)算運(yùn)行距離壽命 額定壽命 132 0L r e v 導(dǎo)程 10Ph 6 1 3 6 71 0 2 . 1 1 0 1 0 1 0 2 . 1 1 0L s L P h k m 由上述計(jì)算可知， 能滿足希望壽命時(shí)間 20000 小時(shí)。 （ 6）定位精度分析 1）導(dǎo)程精度 選擇絲杠導(dǎo)程精度等級(jí)為 ，代表運(yùn)行距離誤差 6m，變動(dòng) /300 值為 4m 2）軸向間隙 因?yàn)闈L珠絲杠是垂直使用，軸向負(fù)荷總是朝一個(gè)方向，沒有軸向間隙。 3）軸向剛性 a）絲杠的軸向剛性 安裝方式：固定 自由 考 文獻(xiàn) 20 剛性探討，絲杠的軸向剛性為 ： 1000 （ 2 式中： A：絲杠軸的斷面面積 1m 001022 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 E： 楊氏模量（ 522 1 0 /N m m ） L：安裝間距（ 10000 2 2 21 3 4 9 0 7 . 9 244A d m m 當(dāng) 100L 時(shí)， 519 0 7 . 9 2 2 . 0 6 1 0 1 8 7 0 . 3 2 /1 0 0 0 1 0 0K s N m 當(dāng) 500L 時(shí)， 529 0 7 . 9 2 2 . 0 6 1 0 3 7 4 . 0 5 /1 0 0 0 5 0 0K s N m b) 絲杠軸的軸向剛性引起的軸向變位量 當(dāng) 100L 時(shí)，1 1535 0 . 2 91 8 7 0 . 3 2Fa 當(dāng) 500L 時(shí)，2 2535 1 . 4 33 7 4 . 0 5Fa c) 進(jìn)給絲杠軸向剛性引起的定位誤差 定位精度 m 因此由進(jìn)給絲杠軸向剛性而產(chǎn)生的定位誤差是 m。 選擇高負(fù)荷 密滾珠絲杠，軸向剛性為 1910 m，具有足夠大的剛性，通過高精度直線光柵尺進(jìn)行閉環(huán)反饋控制， Z 軸部件可以實(shí)現(xiàn) Z 軸部件 定位精度 的要求 。 4） 因發(fā)熱而引起的熱變形計(jì)算 如果在運(yùn)轉(zhuǎn)中絲杠軸的溫度上升，絲杠軸因熱 而伸長(zhǎng)，會(huì)影響定位精度。因發(fā)熱而引起的絲杠軸伸縮量： l t l （ 2 式中： l ：絲杠軸的軸向伸縮量 ：熱膨脹系數(shù) t ：絲杠軸的溫度改變 l ：螺紋部分有效長(zhǎng)度（ 620 當(dāng)溫度上升 1 時(shí)，絲杠軸伸長(zhǎng) 61 2 1 0 1 6 2 0 7 . 4 4l t l m 因此滾珠絲杠的使用時(shí)，一方面采取相應(yīng)措施控制絲杠溫升，另一方面通過高精度光柵尺進(jìn)行測(cè)量反饋，保證精度要求。 （ 7 ) 旋轉(zhuǎn)扭矩計(jì)算 1）由外部 負(fù)荷引起的摩擦扭矩 上升等速時(shí)21 5 1 0 1 0 8 5 4 . 4 42 2 0 . 9 5F a P m m 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 下降等速時(shí)52 4 7 0 1 0 7 8 7 . 8 02 2 0 . 9 5F a P m m 2）有滾珠絲杠予壓引起的扭矩 對(duì)絲杠沒有施加予壓 3）加速時(shí)所需的扭矩 慣性力矩 (轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )： 查文獻(xiàn) 20的 尺寸表 ，每 單位長(zhǎng)度的絲杠軸慣性力矩為 ： 221 . 9 7 1 0 /k g c m m m，則絲杠軸全長(zhǎng) 732慣性力矩如下： 2 2 3 21 . 9 7 1 0 7 3 2 1 4 . 4 2 1 . 4 4 1 0J s k g c m k g m 絲杠負(fù)載慣性力矩 2 2 6 2( ) 1 02m i J s i （ 3 式中： 1i ， 2 2 6 2 2 2 6 3 2 3 210( ) 1 0 5 0 ( ) 1 1 0 1 . 4 4 1 0 1 1 . 5 7 1 022m i J s i k g m 角加速度：2112 m a x 2 6 0 0 3 1 4 . 1 5 /6 0 6 0 0 . 2N r a d 根據(jù)上述計(jì)算，加速所需要的扭矩如下： 33 1 . 5 7 1 0 3 1 4 . 1 5 0 . 4 9 4 9 0T J N m N m m 因此，所需扭矩如下 ： 上升加速時(shí)：1 1 3 8 5 4 . 4 4 4 9 0 1 3 4 4 . 4 4 T N m m 上升等速時(shí)：21 8 5 4 . 4 4 N m m 上升減速時(shí)：3 1 3 8 5 4 . 4 4 4 9 0 3 6 4 . 4 4 T N m m 下降加速時(shí)：4 2 3 7 8 7 . 8 0 4 9 0 2 9 7 . 8 0 T N m m 下降等速時(shí)：52 7 8 7 . 8 0 N m m 下降減速時(shí)：6 2 3 7 8 7 . 8 0 4 9 0 1 2 7 7 . 8 0 T N m m （ 8）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的初步計(jì)算 1）旋轉(zhuǎn)速度 滾珠絲杠的導(dǎo)程根據(jù)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇，絲杠最高使用轉(zhuǎn)速 600電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 3000 2）最小進(jìn)給量 最小進(jìn)給量與電機(jī)角度測(cè)試儀的分辨率有關(guān)，計(jì)算得電機(jī)角度分辨率為：100000p/ 3）電機(jī)扭矩 計(jì)算加速時(shí)所產(chǎn)生的扭矩為所需的最大扭矩 ： 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 1m a x 1 3 4 4 . 4 4 1 . 3 4 4 N m m N m 4）電機(jī)扭矩有效值 電機(jī)扭矩的有效值為： 2 2 2 2 2 2 21 1 2 2 3 3 4 1 5 2 6 31 2 3 1 2 3t t t t t tr m s T t T t T t T t T t T tT t t t t t t 8 3 5 N m m 即電機(jī)的額定扭矩必須大于 m m 5）慣性力矩 作用在電機(jī)上的慣性力矩 為： 321 . 5 7 1 0J k g m ，通常電機(jī)有必要具有作用在電機(jī)上慣性力矩的 1/10