1、 毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 0 页装订线目 录1. 绪 论 .11.1 概述 11.2 快速成形的原理 11.3 快速成形的特性 21.4 快速成形的历史和发展 32. 总体方案 52.1 机械结构传动传动装置设计 52.2 电机的选型 .63. LOM 型快速成型机传动系统设计 73.1 概述 73.2 传动系统的机械零件设计和计算 .103.2.1 X-Y 向滚珠丝杠的选择 .103.2.2 伺服电机的选择 153.2.3 Y 向滚珠丝杠的选择 183.2.4 伺服电机的选择： 213.2.5 联轴器的选择 213.2.6 运动导轨的设计 233.3 可升降工作台的实际和计算
2、 243.3.1 Z 向滚珠丝杠及伺服电机的选择 243.3.2 Z 向运动导轨的设计 294. 快速成形的效益和应用 .35结 论 37致 谢 38主要参考文献 39全套图纸，加 153893706毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 1 页装订线绪 论1.1 概述众所周知，制造业是一个国家的立国之本。20 世纪下半叶以来，随着科学技术迅速发展，制造业正在经历一场深刻的革命。产品的竞争越来越激烈，产品更新周期越来越短。空前激烈的市场竞争迫使制造业必须以更快的速度设计、制造出性能价格比高并能满足人们要求的产品。因此，产品快速开发的技术和手段成为了企业的核心竞争力。在这种形式下，传统的大批量、
3、刚性的生产方式及其制造技术已不再适应要求，于是先进制造技术就成为世界范围内的研究热点，涌现出了计算机集成制造、敏捷制造、并行工程、智能制造等先进的生产管理模式和净近成形、激光加工、快速成形等先进的成形概念和技术。产生于 20 世纪 80 年代的快速成形技术是先进制造技术的重要组成部分。该技术是基于离散堆积成形原理，集成了计算机、数控、激光、新材料等技术发展起来的，与 60 年代的数控技术一样对制造业产生了巨大的影响。快速成形经过十多年的发展，目前已有几十种工艺及相应的商品化设备。在这一领域，美国一直处于领先地位，各种新工艺大都在美国最新出现，研究、开发的工艺种类也最多。其次在欧洲、日本发展规律
4、也很快。国内在该领域的研究起步较晚，20 世纪 90 年代初开始涉足，经过几年的努力，在快速成形工艺研究、成形设备开发、数据处理及控制软件、新材料的研发等方面都做了大量卓有成效的工作，赶上了世界发展的步伐，并有新的创新 1。1.2 快速成形的原理快速成形是 80 年代末期开始商品化的一种高新造技术它有不同的英文名称，如Rapid Prototyping（快速原型制造、快速成型、快速成形） 、Freeform Manufacturing（自由形式制造） 、Additive Fabrication（添加式制造）等，常常简称为 RP。快速成形将计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM） 、
5、计算机数字控制（CNC） 、激光、精密伺服驱动系统和新材料等先进技术集于一体。快速成形技术是由 CAD 模型直接驱动，快速制造任意复杂形状的三位物理实体的技术。其核心是由 CAD 模型直接驱动。首先由 CAD 软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型，即数字模型或电子模型；然后根据工艺要求，按照一定的规则将模型离散为一系列有序的单元，通常在向将其按一定厚度进行离散（习惯称之为分层或切片） ，把三维电子模型变成一系列的二维层片；再根据每个层片的轮廓信息，进行工艺规划，选择合适的加工参数自动生成数控代码；最后由成形机接受控制指令制造一系列层片并自动将它们联接起来，最终得到一个三维物理实体。这
6、种将一个复杂物理实体所需的三维加工离散成一系列二维层片的加工，是一种降毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 2 页装订线维制造的思想，大大降低了加工的难度，并且成形过程的难度与待成形的物理实体的形状和结构的复杂程度无关。快速成形由以下五个部分组成：1) CAD 模型设计 主要是解决零件的几何造型，因此需有较强的实体造型或曲面造型功能，并与后续的软件具有良好的数据接口。目前，大多数 CAD 商业软件配有 STL 数据接口，如Pro/Engineer，UG，CADKEY，Strim100，SolidWorks ，AutoCAD 系列等。2) 向离散化 这是一个分层过程，它将 CAD 模型在向上分
7、解成一系列具有一定厚度的薄层，厚度通常在 之间。 离散化破坏了零件在0.5.3m向上的连续性，使之在向上产生了“台阶” 。但从理论上讲，只要将分层厚度定得合理，就能满足零件的加工精度要求。3) 层面信息处理 为控制成形机对层面的加工轨迹，必须把层面的几何形状信息转化成控制成形机运动的数控代码。4) 层面加工与粘接 成形机根据控制指令进行二维扫描。同时进行层与层的粘接。5) 层层堆积 当一层制造完毕后，成形机工作台面下降一个层厚的距离，再加工新的一层，如此反复进行直至整个原型加工完成。对完成的原型进行后处理，如深度固化、去除支撑、修磨、着色等，使之达到要求。快速成形彻底的摆脱了传统的“去除”加工
8、法部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件，而采用全新的增长加工方法用一层层的小毛坯逐层叠加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合，因此，它不必采用传统的加工机床和模具，只需传统加工方法 1030的工时和 2035的成本，就能直接制造出产品样品和模型。由于快速成形具有上述突出的优势，所以近些年来发展规律迅速，已成为现代制造技术中的一项支柱技术，是实现并行工程（Concurrent Engineering，简称 CE）的必不可少的手段 2，3 。1.3 快速成形的特性快速成形在成形概念上以离散堆积成形为知道思想；在控制上以计算机和数控为基础，以最大柔性为目标。因此，只有在计算机技术
9、和数控技术高度发展的今天，才有可能产生快速成形技术。CAD 技术实现了零件的曲面和实体造型，能够进行精确的离散运算和复杂的数据转换。先进的数控技术为高速精确的二维扫描提供了必要的基础，这是精确高效堆积材料的前提。而材料科学的发展则为快速成形技术奠定了坚实的基础，材料技术的每一项技术带来新的发展机遇。目前快速成形技术中材料的转移形式是自由添加、去除、添加和去除相结合等多种形式，构成三维物理实体的每一层片，一般为 2.5 维层片，即侧壁为直壁的层片，目前也出现了由三维层片构成的实体工艺,相信在不久的将来,这种技术将形成规模应用。快速成形技术的重要特征是：毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 3
10、页装订线1) 高度柔性，成形过程无需专用工具和夹具，可以制造任何复杂形状的三维实体；2) CAD 模型直接驱动，CAD/CAM 一体化，无须人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；3) 成形过程中信息过程和材料过程的一体化，适合成形材料为非均质并具有功能梯度或空隙度要求的原型；4) 成形的快速性，适合现代激烈竞争的产品市场；5) 技术的高度集成性，快速成形是计算机、数控、激光、新材料等技术的高度集成 3。1.4 快速成形的历史和发展从历史上看，很早以前就有“增长”制造原理，例如，1892 年，J.E.Blanther 在他的美国专利（473901）中，曾建议用分层制造法制成地形图。这种方法
11、的原理是，将地形图的轮廓线压印在一系列的蜡片上,然后按轮廓线切割蜡片并将其粘接在一起，熨平表面，从而得到三维的地形图。1902 年，Carlo Baese 在他的美国专利（774549）中，提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理，这是现代第一种快速成形技术“立体平板印刷术” （StereLithography）的初始设想。1940 年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘接成三维地形图的方法。50 年代之后，出现了几百个有关快速成形技术的专利。其中，Zang(1964)、Richard Meyer(1970)和 Gaskin(1973) 等又提出了用一系列轮廓片形成三维地形图模
12、型的新方法。Paul Dimatteo 在他的 1976 年的美国专利（3932923）中，进一步明确提出，先用轮廓跟踪器将三维物体转换成许多二维轮廓薄片，然后用激光切割使这些薄片成形，再用螺钉、销钉等将一系列薄片连接成三维物体，这些设想与现代另一种快速成形技术物体分层制造（Laminated Object Manufacturing）的原理极为相似。1979 年，日本东京大学的 Nakagawa 教授开始采用分层制造技术制作实际的模具，如落料模、压力机成形模和注塑模。上述早期的专利虽然提出了一些快速成形的基本原理，但还很不完善，更没有实现快速成形机械及其使用原材料的商品化。80 年代末之后，
13、快速成形技术有了根本的发展，出现的专利更多，仅在 1986-1998 年期间，注册的美国专利就有 274 个。这首先是 Charles W Hull 在他 1986 年的美国专利（ #4575330）中，提出了一个用激光照射液态光敏树脂，从而分层制造三维体的现代快速成形机的方案。随后，美国的 3D Systems 公司据此专利，于 1988 年生产出了第一台现代快速成形机SLA-250(液态光敏树脂选择性固化成形机)，开创了快速成形技术发展的新纪元。在此后的 10 年内，涌现了 10 多种不同形式的快速成形技术和相应的快速成形机，如薄形材料选择性切割（LOM） 、丝状材料选择性熔覆（ FDM）
14、和粉末材料选择性烧结（SLS ）等，并且在工业、医疗及其它领域得到了普遍的应用。到 1980 年为止，全世界已拥有快速成形机 4259 台快速成形制造公司约 27 个，用快速成形机对外服务毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 4 页装订线的机构 331 个。不仅如此，还派生出一个全新的领域快速模具制造（Rapid Tooling）,从而使快速成形技术为现代制造业必不可少的支柱技术。我国自 90 年代以来也展开了相应的快速成形技术的研究和应用。有几家公司引进了国外的 RPM 系统。清华大学、华中理工大学、西安交通大学、南京航空航天大学等几所高等院校及北京隆源自动化有限公司均开展了快速成形技术的
15、研究和开发，并开始有产品问世。例如，现已研制出的样机或系统有：华中理工大学基于分层制造方法（LOM）HRP 的系统、隆源公司基于选择性激光烧结（SLS ）RPS 的系统。1995 年 11 月召开了中国第一届快速成形技术（RPM）学术及技术展示会，1997 国家科委专门召集了国内有关 RPM 研究和应用单位，共同探讨了在我国推广 RPM 应用的战略。由于各国十分重视快速成形技术，每年都有一批研究成果问世，十分复杂的零部件已能用快速成形技术制造出来，企业应用该技术所取得的效益十分明显。RPM设备的需求量日益增大 1,4。毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 5 页装订线1.总体方案机械传动部分
16、的设计主要包括电机的选型和机械结构 X-Y 水平运动传动装置和Z 轴上下移动升降装置。2.1 机械结构传动传动装置设计机械传动系统简图X 轴与 Y 轴的传动系统简图如图 2-1 所示：图 2-1 传动系统简图传动装置是大多数机床的主要组成部分。实践证明，传动装置在整台机床的质量和成本都占很大的比例。机器的工作性能和运转费用也在很大的程度上决定于传动装置的优劣。因此传动方案的选择是机械设计的重点。在这次成型机的设计中电机到执行部件的传动装置可采取的几种方案:齿轮传动、普通 V 带传动、同步带传动、链传动、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆传动。下面将以上几种传动方案进行比较：齿轮传动的承载能力和速度范围大，传
17、动比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，寿命长，制造安装精度要求高，噪声大，成本较高。齿轮齿条传动常用于行程较大的大型机床上，可以得到较大的传动比，易得到高速直线运动，刚度及机械效率也高，但传动不够平稳，传动精度不高。普通 V 带传动的承载能力较小，传递相同转矩时结构尺寸较其他传动形式大，但传动平稳，能缓冲振动，噪声小，经济性好。同步带传动可保证准确的传动比，优点是传动适用的速度范围广，传动比大，效率高（可达 98%） ，预紧力较小，轴和轴承上受的载荷较小，单位长度质量小，故允许较高的线速度，但制造和安装精度要求较高，中心距要求严格。链传动属于带有中间挠性件的啮合传动。在两根平行轴间只能用于同
18、向回转的传动；运动是不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。丝杠螺母副传动中，滚珠丝杠螺母副中是滚动摩擦，摩擦损失小，传动效率高，伺服电机毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 6 页装订线可达 0.90-0.96；丝杠与螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度；摩擦阻力小，几乎与速度无关。能保证运动平稳，不易发生低速爬行现象；不能自锁，有可逆性。蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，由于蜗杆的齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐推出啮合的，同时啮合的齿对有较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。
19、综合比较几种传动方案最后选择丝杠螺母副传动适合并能满足伺服电机和工作台的连接需要，因此传动装置选择丝杠螺母副传动。机床的整体布局设计要根据设计要求中能成型的最大空间、负重的载荷以及传动关系，位移，速度，加速度，时间等一系列参数进行设计，最后得到一个能满足设计要求并且成型机各个部件间相对位置关系协调合理的结果造型。机械结构的主要组成有机架、工作平台、导轨。2.2 电机的选型步进电机和伺服电机性能比较如下： 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式伺服系统的出现，伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了
20、适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同： 两相混合式步进电机步距角一般为 3.6、 1.8 ，五相混合式步进电机步距角一般为 0.72 、 0.36。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为 0.09；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072
21、、0.036 ，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准 2500 线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为 360/10000=0.036。对于带 17 位编码器的电机而言，驱动器每接收 217=131072 个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为 360/131072=9.89 秒。是步距角为 1.8的步进电机的脉冲当量的 1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机
22、的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。伺服系统具有共毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 7 页装订线振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在 300600RPM。伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为 2000RPM 或 3000
23、RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。伺服电机具有较强的过载能力。以松下伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。伺服驱动系统为闭环控制，
24、驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要 200400 毫秒。伺服系统的加速性能较好，以松下 MSMA 400W 伺服电机为例，从静止加速到其额定转速 3000RPM 仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述，伺服电机在许多性能方面都优于步进电机。而且本次 LOM 快速成型机的设计属于精密车床系列。所以，本次设计传动控制系统中选择伺服电机。 毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 8 页装订线3. LOM 型快速成型机传动
25、系统设计3.1 概述目前所研制的快速成型系统的系统的原理和工作方法均有很大不同，而且分类的方法亦有多种。现在，已有多种商品化的快速成形技术和快速成形机，其中最典型的有如下几种：（1） 液态光敏聚合物选择性固化（StereoLithography Apparat , 简称为 SLA 或 SL，直译名为“立体平板印刷设备” ） ；（2） 薄形材料选择性切割（Laminated Object Manufacturing，简称为 LOM，直译名为“分层物体制造” ） ；（3） 丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling，简称为 FDM，直译名为“熔积成形” ） ；（4）粉末
26、材料选择性烧结（Selected Laser sintering，简称 SLS，直译名为“选择性激光烧结” ） ；（5） 粉末性材料选择性粘结；（6）喷墨式三维打印等。其差别主要在于薄片所采用的原材料类型，由原材料构成截面轮廓的方式，以及截面层与层之间的连接方式。分层实体制造（LOM）工艺又称叠层实体制造或薄形材料选择性切割，由美国的Helisys 公司的 Michael Feygin 于 1986 年研制成功，并推出产品化的机器。LOM 工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，用二氧化碳激光器（或刀）在计算机控制下切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与下面
27、已成形的工件粘接，从而堆积成型。LOM 型快速成形机是由计算机、原材料、热碾压机构、激光切割系统、可升降工作台、机架和数控系统等组成。其中计算机用于接受和存储工件的三维模型，沿模型的高度方向提取一系列的横截面轮廓线，发出控制指令。原材料存储及送进机构将存于其中的原材料（如底面有热熔胶和添加剂的纸） ，逐步送至工作台的上方。热粘压机构将一层层材料粘合在一起。激光切割系统按照计算机提供的横截面轮廓线，逐一在工作台上方的材料上切割出轮廓线，并将无轮廓线区切割成小方网格，这是为了在成形之后能剔除废料。网格的大小据被成形件的形状复杂程度选定，网格愈小，愈容易剔除废料，但花费的时间较长，否则反之。可升降工
28、作台支撑正在成形的工件，并在每层成形之后，降低一个材料厚度（通常为 0.10.2mm） ，以便送进、粘合和切割新的一层材料。数控系统执行计算机发出的指令，使一段段的材料逐步送至工作台的上方，然后粘合、切割，最终形成三维工件。机架是整个机器的支撑。其系统见图 3-1 所示：毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 9 页装订线图 3-1 快速成形机原理图在 LOM 快速成形机上，截面轮廓被切割和叠合后所成的制品如图 3-2 所示。其中，所需的工件被废料小方格包围，剔除这些小方格之后，便可得到三维工件。毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 10 页装订线图 3-2 成型产品LOM 工艺中的成型材料
29、涉及三个方面的问题， 即纸、热熔胶、和涂布工艺。纸材料的选取、热熔胶的配置即涂布工艺的研究均要从保证最终成形零件的质量出发，同时要考虑成本 5。3.2 传动系统的机械零件设计和计算激光切割系统是由 激光器、外光路、切割头、XY 工作台、直流伺服电机2co等组成。其中，激光器的输出功率为 ；发射波长为 ；输入功率为W50m106；冷却方式为空气冷却；激光头尺寸： 电源尺寸：kW6.03 ;58c。外光路由 2 个反光镜和 1 个聚焦镜组成，它能保证焦距稳定，切割cm2光斑的直径为 。配上激光切割速度与切割功率的自动匹配控制后，光束.01能恰好切透正在成形的一层材料，而不会损伤已成形的下一层截面轮
30、廓。激光切割头由两台直流伺服电机驱动，能在 XY 平面上作高速、精密扫描运动。XY 工作台由精密滚珠丝杠传动，用精密直线导轨导向，重复定位精度为 1。m10主要技术参数：成形空间： m405激光头最大切割速度： s/激光头定位精度： 1.3.2.1 X-Y向滚珠丝杠的选择由于电动机布局等的考虑，将 X 向滚珠丝杠放在 Y 向滚珠丝杠之下，而且丝杠所受到的载荷主要是滚珠丝杠副所受的摩擦力（重力由导轨部分来抵消，其它力暂时忽略不计）。由于 X 方向的丝杠带动的部件重量较 Y 向大，故所选用的丝杠型号以 X 向为基准。Y 向丝杠的选用过程同 X 向。毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 11 页装
31、订线计算 X 向滚珠丝杠的有关数据：经初步估算，上拖板、Y 向滚珠丝杠及螺母副、直线导轨轴和激光头及安装座等的重量约为 。kg15工作台滚动导轨摩擦系数为 ，工作台最高移动速度 ，相当于05. min/30，显然滑动导轨不能符合要求，因为它只适合速度相对不高（导轨移动的sm/50相对速度 ）的情况；同时，静压导轨（不管是液体静压导轨，还是气in/0V体静压导轨）的结构复杂，需要多加一部分管路和沟槽以及动力设备，会大大增加机床的复杂程度，同时增大了产品的成本；采用滚动导轨，摩擦系数小，而且几乎与运动速度无关，中等尺寸部件的摩擦力一般为 ，而且低速无爬行，精度kgf52满足要求，且寿命长（10 年
32、），精度保持性高。类比用于坐标镗床工作台的滚动导轨，数控机床等高精度机床中，这种导轨副的摩擦系数如下表：表 3.1 摩擦系数导轨材料 摩擦系数 kf淬火钢 cm01.铸铁 25为提高 X、Y 向传动系统的刚度，丝杠两端采用固定支承（F-F），每个轴承座内安装一个滚针和一对推力组合轴承（详见6）。由于本机床要求的定位精度为 ，且工作台的最大行程为 ，u30/2 m50移动最大速度为 ；同时，设丝杠寿命 ，工作可靠）（ min/30/5s hL/20性 ；滚珠丝杠副的传动效率可达 7，传动可逆性好，效率与正传动%96 %985几乎相同。依据以上的这些设计参数，可得：1丝杠载荷 6：对于采用三角形或
33、综合导轨的机床，滚珠丝杠副的轴向载荷可以近似使用以下公式计算 )(NGFKZXa（2-1）（考虑颠覆力矩影响的实验系数）；15.（导轨上的摩擦系数）；8.0（移动部件的重量）mgG1479,的 切 削 分 力 为ZX所以， NFa 46.2)0(.5. 导轨摩擦力 g735.8910.快速移动载荷为 4N导轨摩擦力丝杠移动部件轴向载荷总载荷F.2735.6.2 以上为丝杠副的轴向载荷计算。毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 12 页装订线工作台最大速度： 2.电.min/30i/3065/0maxsV机转速最大 2500r/min2.丝杠导程 hP滚珠丝杠导程：工作台最大速度 in/30m
34、axmPh12503.初选滚珠丝杠（1）计算动负荷 anhajFfKC（2-2）其中：寿命系数: 31)50(hL（2-3）Lh242.)(31 K转速系数: 31(n（2-4）27.0)53.(1n查表，选用两端固定（F-F）, 可提高X、Y向传动系统的刚度，每个轴承座内安装一个滚针和一对推力组合轴承。适用于高速、高精度、高刚度的丝杠。影响滚珠丝杠副寿命的综合系数(电P829)（2） wKahtff （2-5）当滚珠丝杠副在较高转速（一般转速 ）下工作时，应按其使用min/10rn寿命选择基本尺寸，并校核其承载能力是否超过额定动负荷。由表查得温度系数 （工作温度小于 ）1tf硬度系数 （P7
35、31）)6258(HRCh精度系数 （精度等级4级）（P749）0.af可靠性系数 3K负荷性质系数 （P827）1Wf 53.01.f滚珠丝杠副的轴向负荷 （P829）95.27 Fa毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 13 页装订线 NCaj 42.7053.2.0194以上是在较高速和定工作负荷的情况下，滚珠丝杠副的运用方法。（3）确定允许的最小螺纹底径 （计算步骤参见12第五版第三卷12章）md2估算丝杠允许的最大轴向变形量 由表12-1-40中式（8）重复定位精度)413(m (2-6)重复定位精度=10um重复定位精度)( um5.23由表12-1-40中式（9）定位精度 )5
36、14(m (2-7)定位精度=20um定位精度)( um0.45取两结果最小值 m.2按表12-1-40中式（11）WuF0(2-7)（按无工件空载启动检验精度）N735.08915.行程 )21(LhP)4( (2-8)行程. m78601620取700mm丝杠要求预拉伸，取两端固定支撑形式a=0.039代入表12-1-40中式（10）mFad02(2-9)mL56.0.27309.02 4.确定滚珠丝杠副的规格代号由 GB/T 17587.2-1998 试初选需用型内循环大导程预紧滚珠丝杠，型号为102CT查表得md0mdd56.09.1522 NCNaaj42.7014Dw96.3NCo
37、a348uKC/3毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 14 页装订线同时查的螺母长 同时选定 JB/T3162 推荐的固定轴端形式: ,ml68 md20采用一对 DF 型 760202 角接触球轴承，从表可查的一个支撑长为 505.临界转速校核 in)/(9102rLdfncc(2-10)高速运转的丝杠有可能发生共振，需要校核临界转速，不发生共振的最高转速称为临界转速，以 表示。c丝杠支承方式系数 730.42f丝杠螺纹底径： md915临界转速计算长度 mLu64828c26850936.015734912cnaxn所以，非常符合要求。6.压杆稳定性校核：两端固定支承，丝杠不受压缩，因
38、而不必校核稳定性。7.预拉伸计算（设温升为 ，工作前均衡温度场）5.3（1）温升引起的伸长量 ttutl. (2-11)线膨胀系数 Clt /106丝杠温升 ，一般取t53螺纹有纹长度 mlu648mt 2549810（2）丝杠全长伸长量 tZt 7026.75.36（3）预拉力 tFuttlAE(2-12)195.27759610.2648.015127 mutt FNl8.定位精度校核（1）丝杠在拉压载荷下的最大弹性位移毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 15 页装订线6max104AEFls(2-13)（2）丝杠与mFs 1065.10.2054.)976(6螺母间的接触变形 cK(
39、2-14)由表，查得大导程CT1012滚珠丝杠副的接触刚度 mNKc/305所以，快移时接触变形量 Fc892.1.27由于采用的是组合轴承，故轴承的接触变形可忽略不计。（3）丝杠系列的总位移 csmax(2-15)m1957.082.1065.由于 发生在螺母处于丝杠中部处，而 与螺母位置无关。所以，以上求得axs c的位移均为 。3/97.（4）定位精度 查表，取丝杠等级为2级的丝杠任意 行程内行程公差为 。加上快移时30m8的总位移为 ，可以满足点位控制精度 的要求。m1597.0 30/2.总结：根据计算结果可选用丝杠副型号为 ，两端支承为57/10CT型的支承方式，轴承选用型号为 型
40、组合轴承。FE、 VP7623.2.2 伺服电机的选择参数：估算工作台重量为 ；工作台移动速度 ；摩擦系kgM0sm/50ax数为 ；联轴器效率为 ；进给丝杠长为 ；进给丝杠直径为05. %9L70；丝杠导程 。mD2mP121 8计算丝杠转速 VnLax(2-16)in/25016.0mrP2折算到电动机上的转动惯量毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 16 页装订线设电动机额定转速 ，传动比为 ，则min/250rnM1i工作台的 ：2GD21LLV(2-17)2362221 .108.104.308.94 MNnM 进给丝杠的 2GD12427.LgJL(2-18) 23124 08.
41、072.08904 联轴器的 2 23 155. NL 总的 232048.6MGDML负载转矩 28.9hLuMPT(2-19)N31020.9.1432205负载运行功率 6020LMTNP(2-20)W6.06021.314.2计算所需的加速功率 3.21056aMLatnGDP(2-21)tta93.10561048.3. 其中： snLSMa .)(322计算稳定运行力矩 LMLnmV22-22)mN3102.%902514.30试初选用小惯量直流伺服电机其主要参数为6表3.2 SZ系列电磁式直流伺服电机主要技术参数毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 17 页装订线型号 转矩 m
42、N310转速 in)/(r功率(W电压 )V最大电流 )(A总长 )(m外径55SZ01 64.48 3000 20 24 1.55/0.43 112 533选用另一种方法验证：负载功率 WsNVFpaL 598.13/.0195.27 设选用联轴器的传递效率为90，则MP%90所需电机功率为 WM.15又 LT电机转速 sradrn/26min/60254.32电机转矩 MNNPML 3107.7.1又 TM37.5所列参数如下 m10.in/25rnM综上，选择小惯量直流伺服电机其主要参数如下：SZ系列电磁式直流伺服电机主要技术参数型号 转矩 mN310转速 i)/(r功率(W电压 )V最
43、大电流 )(A总长 )(m外径 )(55SZ01 64.68 3000 20 24 1.55/0.43 112 53SZ系列电磁式直流伺服电动机，具有体积小，重量轻，伺服性能好，力学指标高等优点，广泛用于自动控制系统中作执行元件，亦可作驱动元件。SZ系列电动机是数控机床和其它数控装置伺服系统的执行元件。具有体积小，重量轻，承受过载能力强，起动转矩大，反应快等优点。检测元件可采用脉冲编码器或测速发电机。同时，所选用的伺服电机应满足以下条件：2MLGD23电 动 机 额 定 输 出 功 率)21(0Pa W59.16.93满足条件，试选电机合适。WP毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 18 页
44、装订线3.2.3 Y向滚珠丝杠的选择因为 X 向滚珠丝杠在 Y 向丝杠之下，而且丝杠受到的力主要是滚珠丝杠副所受的摩擦力，故所选的丝杠以 X 向丝杠为计算机基准。Y 向滚珠丝杠基本设计参数：载荷重量 G： 152kg工作台最大行程： 400mm工作台导轨摩擦系数：动摩擦系数： =0.005;静摩擦系数： =0.0050要求寿命： 20000 小时（两班制工作十年）丝杆切割转速： 2000 工作时间百分比：90%/minr丝杆快速进给转速： 2500 工作时间百分比：10%定位精度： 20 300mm重复定位精度： 10工作台最高移动速度： 30 /i计算步骤同 X 方向滚珠丝杠相同 6，1.
45、载荷丝杠对于采用三角形或综合导轨的机床，滚珠丝杠副的轴向载荷可以近似使用以下公式计算（考虑颠覆力矩影响的实验系数）；15.K（导轨上的摩擦系数）；8.0（移动部件的重量）NmgG6.1492,的 切 削 分 力 为ZXF所以， a 128.).(.导轨摩擦力 g4.791520.导轨摩擦力丝杠移动部件轴向载荷总载荷 NFa 6.48.7.26以上为丝杠副的轴向载荷计算。工作台最大速度： 2.电.min/30i/3065/0maxsV机转速最大 2500r/min2.丝杠导程 hP滚珠丝杠导程：工作台最大速度 in/30maxmPh1250)(GFZXa毕业设计（论文）说明书共 39 页 第 1
46、9 页装订线3.初选滚珠丝杠（1）计算动负荷 anhajFfKC其中 42.3 hK70n5.f6aF3.4275.6030ajCN（3）确定允许的最小螺纹底径 12md2估算丝杠允许的最大轴向变形量 由表12-1-40中式（8）重复定位精度=10um重复定位精度)413(m u5.23由表12-1-40中式（9）定位精度=20um定位精度 )5(m m0.4取两结果最小值 um5.2按表12-1-40中式（11）（按无工件空载启动检验精度）NWuF8.7910.0行程 )1(L mPh 648501240)4( 取620mm丝杠要求预拉伸，取两端固定支撑形式a=0.039代入表12-1-40中式（10） mFadm67
