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編號：
畢業(yè)設計(論文)
題 目：高精度零件切割加工專機設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
V
摘 要
本次設計是對高精度零件切割加工專機的設計。在這里主要包括:傳動系統(tǒng)的設計、裝夾部位系統(tǒng)的設計、切割片主軸部位系統(tǒng)的設計這次畢業(yè)設計對設計工作的基本技能的訓練，提高了分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造了一定條件。
整機電機通過聯(lián)軸器連接著據(jù)刀片，工作臺結(jié)構主要由電動機產(chǎn)生動力通過聯(lián)軸器將需要的動力傳遞到絲桿上，絲桿帶動絲桿螺母，從而帶動整機運動，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本論文研究內(nèi)容：
(1) 高精度零件切割加工專機總體結(jié)構設計。
(2) 高精度零件切割加工專機工作性能分析。
(3)電動機的選擇。
(4) 高精度零件切割加工專機的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機架設計。
(5)對設計零件進行設計計算分析和校核。
(6)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖。
關鍵詞：高精度零件切割加工專機， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠
Abstract
This 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 錄
摘 要 II
Abstract III
1 緒論 1
1.1高精度零件切割加工專機的研究現(xiàn)狀 1
1.2高精度零件切割加工專機發(fā)展趨勢 2
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 4
1.3.1主要的研究內(nèi)容和研究意義 4
1.3.2設計要求 4
1.3.3關鍵的技術問題 5
2 高精度零件切割加工專機總體結(jié)構設計 6
2.1設計的要求與數(shù)據(jù) 6
2.2 鋸刀片選型 6
2.3 整機工作原理圖 7
3 鋼制金相切割X方向進給傳動設計 8
3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 9
3.1.1導程確定 9
3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 9
3.1.3估計工作臺質(zhì)量及負重 9
3.1.4確定絲桿的等效負載 9
3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 10
3.1.6精度的選擇 11
3.1.7選擇滾珠絲桿型號 11
3.2校核 12
3.2.1 臨界壓縮負荷驗證 12
3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗證 13
3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 14
3.3電機的選擇 14
3.3.1電機軸的轉(zhuǎn)動慣量 15
3.3.2電機扭矩計算 16
4 鋼制金相切割Y方向進給傳動設計 18
4.1 Y軸滾動導軌副的計算、選擇 18
4.2 滾珠絲杠計算、選擇 19
4.3 步進電機慣性負載的計算 22
5 夾持工件夾具的設計 25
5.1 夾具結(jié)構 25
5.2 工作原理 25
5.3各組成部分的設計 26
5.3.1 固定座的設計 26
5.3.2 活動身的結(jié)構設計 26
5.3.3 絲杠螺母的設計 27
5.3.4 鉗口板的結(jié)構設計 27
5.3.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計 28
5.3.6螺母的選擇設計 28
5.3.7銷的選擇設計 29
5.3.8螺桿的結(jié)構設計 29
5.3.9 螺桿的強度校核計算 30
5.3.10墊片的選擇設計 30
結(jié)論 32
參考文獻 33
致 謝 34
1 緒論
1.1高精度零件切割加工專機的研究現(xiàn)狀
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化已經(jīng)成為一個占主導地位的主題。提高自動化產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代加工車間的水平，通常配有自動化生產(chǎn)設備，以提高生產(chǎn)效率，完成困難或危險的工作人員來完成。該課程的切割技術，我們發(fā)現(xiàn)滲透各個領域，并得到廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，削減加工技術。中國對切割設備50余十億人民幣金額的年需求量。由于切割機可以普遍地在各個領域得到應用，它肯定有很多的市場競爭力。
20世紀80年代早期，IBM（IBM）率先提出引進集成電路化學機械研磨拋光工作過程。主要通過工藝參數(shù)通過使用研磨盤，用適當?shù)幕瘜W溶液適當?shù)脑O計，晶片的凹凸表面被研磨可變輪廓。安永伸環(huán)拋光不銹鋼組織，發(fā)現(xiàn)與不銹鋼的金相結(jié)構形成固相化學的軟質(zhì)層的界面，使鋼的顯微組織具有光澤的鏡面的，但沒有發(fā)現(xiàn)損壞的表面和化學機械拋光的概念的現(xiàn)象。難波等人和Tsuwa實施方式的超經(jīng)驗金相拋光鋼，使用二氧化硅與鍍錫鋼板時的砂輪，先在的顯微觀察的1納米的殘余的表面粗糙度的水溶液鋼，使用SiO 2作為磨粒和詞語，因為它的硬度比鋼的顯微組織下，在理論上已經(jīng)沒有能力以去除鋼的顯微組織的表面上，但二氧化硅所描述的實驗結(jié)果要去除具有鋼材的表面微觀結(jié)構的拋光液的能力，使用這種設備為鋼拋光的整個微觀結(jié)構有一個良好的表面粗糙度和相信超拋光，拋光液膠羽直徑7納米的二氧化硅代碳鋼表面冶金取出，并提出了一種新的方法種拋光浮法拋光的方法。在他們的研究假設Gutsehe和Moody等人，他們認為是由于以除去金屬表面上，并通過拋光工藝的摩擦產(chǎn)生的熱量的簡單鋼二氧化硅的化學反應的原子是化學反應的驅(qū)動力可以做，并提出了化學反應如下：
高嶺土的反應產(chǎn)物之后，并利用高嶺土淤漿的流動特性將被刪除。
普羅赫諾和愛德華茲，誰使用與瀝青拋光盤冶金鋼鐵超級拋光的直接接觸，拋光效果均方根粗糙度可達到0.2?0.3納米。 B.Hader和o.weis證據(jù)基礎普羅赫諾和愛德華茲，誰證實，對所提出的理論模型直接接觸的想法“穿”熱液。近年來，一些半導體公司和光電子技術國際知名的投入了大量的資金來研究鋼鐵拋光的微觀結(jié)構，并取得了成果，如美國美國，日本，德國和俄羅斯，該公司才得以3英寸的鋼制工業(yè)化生產(chǎn)單晶微觀結(jié)構，4英寸技術的發(fā)展。
20多年的改革開放，國家冶金加工行業(yè)經(jīng)歷了持續(xù)快速發(fā)展的過程中，共有2005年達到3億噸冶金加工，占世界總量的冶煉加工約35％，大多數(shù)金屬產(chǎn)品 - 輪胎，輸送帶等產(chǎn)量均居世界第一位。冶金行業(yè)仍然是重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，起著人口的冶金產(chǎn)品出口，對其他行業(yè)的支持，消費具有重要作用，解決就業(yè)問題等。今年以來，隨著結(jié)構調(diào)整和產(chǎn)業(yè)冶金等行業(yè)的現(xiàn)代化通過引進國內(nèi)技術和吸收國外先進技術，并在金屬行業(yè)大幅增加，設備的改造和提升技術，自主創(chuàng)新能力也得到了提高，生產(chǎn)效率提高，品種范圍的迅速擴大，生產(chǎn)的勞動力為基礎的轉(zhuǎn)換技術。淘汰落后的設備和技術，光學，機械，電氣，氣動，液壓，檢測，計算機技術，復合材料應用，提高價值的冶金產(chǎn)品的開發(fā)和背部提供安全固體，休閑冶金產(chǎn)品，個性化，高檔化更清晰，橡膠制品遠銷19％的年均增長速度，成品自給率的出口增長70％，徹底扭轉(zhuǎn)進口冶金產(chǎn)品出口量的局面，提高行業(yè)的國際競爭力。但是冶金行業(yè)在中國的整體水平，相比世界發(fā)達國家仍然是一個很大的差距。面對組織的快速發(fā)展具有領域的一個大致的了解一下國外尋找差距，提高技術和未來發(fā)展方向的水平。
1.2高精度零件切割加工專機發(fā)展趨勢
1980年中國留學的機械產(chǎn)品開始切削機床等大尺度結(jié)構，超過20年取得了長足的進步。切削結(jié)構已用于焊接鑄鐵鍛焊結(jié)構產(chǎn)生的設計和制造技術在現(xiàn)代數(shù)控機床和其它大型機床上的快速發(fā)展。
1990年開發(fā)的技術的成熟線切割應用，已經(jīng)取得了成功大口徑，低損失的晶圓切割面的需求比較高的質(zhì)量。連接基板的目前正在使用的磨粒散裝的技術，即松散磨粒線性驅(qū)動器（例如碳化硅等），示出傳統(tǒng)的金屬切割線在圖1中，使工件和磨粒在研磨線從工件的切削的中間。然而，缺點是游離磨粒，由于較小的磨粒和工件在實際的接觸面積，這會導致材料的去除率低，處理需要很長的時間，而另一個缺點是，在較困難的處理，難以自由地切割一工件（例如，鋼的顯微組織，碳化硅）磨粒將難以到達工件的所需切削的表面上。為了改善上述缺點，碳化物切削，鋼或等于材料的硬度較大，固定無線技術切割磨料金剛石出現(xiàn)，這種加工技術通常被電鍍法使用金??剛石磨料固定于焊絲表面（圖2），直接在金屬絲的加工鋸，以獲得一定的速度和研磨硅材料的壓力，自由磨料相對于該多線鋸“三體治療”，屬于“兩體改造”，其有效性是免費的磨料多線鋸的過程幾次。單根導線切割鉆石以其獨特的優(yōu)勢，成為第三代脆弱的半導體材料和大直徑的切削部分的材料。目前，高精度的刀體設計方面是基于特殊設計精密切割切割面的具體情況占絕大多數(shù)，所謂的傳統(tǒng)的高精密零件在地圖的固定結(jié)構切，其運動的特定的高精度切斷面特性只能容納一定范圍內(nèi)，它的成本大，不利于高精度加工切削平面零件的開發(fā)。
極少數(shù)高精密切削平面和焊縫跟蹤，它的缺點是需要人工焊接前指，以幫助高精密切削平面找到合適的位置，并存儲人工精密切割飛機機身，奧爾德姆和其他調(diào)整到合適的狀態(tài)，其中移動高精度零件剖面導軌的設計精密移動切割平面切割，即高精度切削平面零件自治還留著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。
金相切割機的發(fā)展前景:
（1）復合發(fā)展。隨著技術，冶金機械，機械和復合技術成熟度復合加工技術的發(fā)展，每臺機器可以適應不同的任務來完成生產(chǎn)的各種要求。這樣一個復雜的生產(chǎn)將成為新一輪的先進的生產(chǎn)方法，金屬切削行業(yè)研究技術應該更注重復雜的發(fā)展，給出了一個完整的多任務的建設可以補充多種金相切割機生產(chǎn)要求。
（2）為一個完整的冶金智能切割。手動控制切無法滿足冶金機械管理的發(fā)展需要。未來由計算機控制的切割機控制，切割，使我們在整個??系統(tǒng)中冶金智能化的推進，智能數(shù)控也成為又一重大發(fā)展的突破。
（3）現(xiàn)代化的高精度。加大技術研究，提高準確性。因為更多的準確性，以滿足現(xiàn)代高科技產(chǎn)品發(fā)展的新要求，高要求，符合。因此，為了滿足發(fā)展的新要求，應加快搜索精度的步伐。
（4）傾向于發(fā)展靈活。的靈活的自動化技術規(guī)格金屬切削過程的復雜零件的引入確保了高規(guī)格的要求，記錄信息的準確性。這種靈活的技術，以滿足市場的高需求產(chǎn)品，改變供不應求的市場狀態(tài)。它是一種先進的，快速的切割技術，它已成為切削發(fā)展的主導趨勢。
（5）結(jié)合網(wǎng)絡計算機。網(wǎng)絡能源已經(jīng)無法阻止在21世紀，切割系統(tǒng)網(wǎng)絡是不可避免的歷史。加大切割機和網(wǎng)絡相結(jié)合的研究和生產(chǎn)的發(fā)展，再加上一個集成的網(wǎng)絡優(yōu)勢，大力發(fā)展切割機的新項目。這樣的發(fā)展將促進新一代切割技術不斷變化的網(wǎng)絡驅(qū)動器。
未來趨勢可分為以下三個方面：
選擇一個視覺傳感器，用于檢測磁跡：因為涉及到開發(fā)的圖像處理的技術;
2多傳感器融合技術信息處理切割的更復雜的任務;
3經(jīng)典控制的控制技術智能控制技術：它也將移動精密切割切割用的控制平面。
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法
1.3.1主要的研究內(nèi)容和研究意義
在高切的審查的基礎上，大量的飛機設計和信息和文件的知識精密彎刀理論國內(nèi)外訪問某些部件的精密切割平面結(jié)構特征，特定任務的特點和切割精度切割推廣使用的飛機，該分析確定以高精度切割平面相交的生產(chǎn)過程中，自動切割的目的。
在加工過程中，所用的金屬切削方法是手工切割，半自動切割和數(shù)控切割機。手切的靈活性，但切割的質(zhì)量差，尺寸錯誤，偉大的廢料，后續(xù)處理工作量，而惡劣的工作條件和生產(chǎn)效率低。半自動切割機切割輪廓時，片的更好的切割質(zhì)量，由于使用的切割模具的，是不適合于單件，大型和小型切割工件。雖然其它類型的半自動切??割機降低了勞動強度，但其功能簡單，更經(jīng)常的切割形狀的僅一部分。專業(yè)切割機手動相對來說，可以有效地提高冶金切割效率，切割質(zhì)量，降低運營商的基礎工作力度。在我們的一些中小企業(yè)使用同一只手砍了一些大公司也較常見。中國機械工業(yè)使用微額已達到300多萬噸，減少大量的金屬量;隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，同時降低冶金改進。因此市場潛力還是相當高的專業(yè)切割機，對后市較為樂觀。專業(yè)的出生冶金切割機，以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本是重要的。這項研究也是在全面檢討前四的大學時光，這將是機械設計，機械設計和工藝分析，設計，機械設計與制造緊固件的主要課程密切相關的使用機械知識和校視察解決實際生產(chǎn)問題，聯(lián)系到需要考慮一系列問題，如成本，定位解決方案，控制理論和實際設計中的應用的精度和機械設備的壽命，并依此類推。
為了實現(xiàn)這些目標，研究文章要進行如下：
1根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境和高精度切割自己的部分平面結(jié)構特點的要求，高精度切割平面來確定的整體設計。
2高精度切削平面來確定初始靜態(tài)分析模型的性能參數(shù)，根據(jù)實際情況選擇引擎。
3，從開始達到所需的功能來完成的各種組件的零件精密切割計劃設計;
4填充的主要阻力成分和硬度檢查。
1.3.2設計要求
1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，提出高精度零件切割加工專機的整體設計方案；
2 完成高精度零件切割加工專機結(jié)構的詳細設計；
3 通過相關設計計算，完成電機選型；
4 完成高精度零件切割加工專機結(jié)構的設計；繪制高精度零件切割加工專機結(jié)構總裝配圖、主要零件圖。
1.3.3關鍵的技術問題
1 方案選擇
2整體的支撐架設計
3機構設計
4 強度校核
35
2 高精度零件切割加工專機總體結(jié)構設計
2.1設計的要求與數(shù)據(jù)
要求：
1）使用帶高精度切割方案設計鋸切割
2）確保帶鋸行進按照切線;
3）材料迅速切斷定心夾緊;
4）切削液回收。
本文課題參數(shù)假定
假設切割鋼制金相直徑為?250
輸出功率為0.37千瓦，當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速的選擇會導致帶鋸。發(fā)動機轉(zhuǎn)速查爾斯SEW規(guī)格，使用下面的調(diào)速電機。。
表3.2 選用的電機的詳細參數(shù)
電機額定功率Pm/kW
輸出轉(zhuǎn)速
na/[r/min]
輸出扭矩
Ma/N·m
減速機
速比i
輸出軸許用徑向載荷FRa/N
使用系數(shù)
SEW-fB
減速機
型號
電機
型號
重量/kg
0.37
56
47
22.5
2870
1.55
DT71D4
SF37
14
此型號的電機在一定程度上保證了驅(qū)動功率有一定的盈余，因數(shù)在電機起動時，若輸送機床上有工件，則此時的起動功率會比平時工作時的功率要大，且減速電機本身還有一定的使用系數(shù)。
2.2 鋸刀片選型
由于鋸刀片沒有國家標準，故從市場上使用的任意一種選擇帶鋸，鋸帶尺寸：依據(jù)機床規(guī)格指定，但鋸帶厚度不得超過1.4mm，帶鋸直徑取為?250.
2.3 整機工作原理圖
電機通過聯(lián)軸器帶動據(jù)刀片，而工作臺XY方向可以進給到合適的位置，上面的夾具裝夾工件，
通過調(diào)整距離來實現(xiàn)移動。
3 鋼制金相切割X方向進給傳動設計
表 3-1滾珠絲桿副支承
支承方式
簡圖
特點
一端固定一端自由
簡單的結(jié)構，盡可能通過拉伸和穩(wěn)定性相對于臨界速度是較低的支柱設計。這種植物的負載容量小，端部的軸向剛度，僅適用于短螺釘。
一端固定一端游動
以固定螺母，并在同軸電纜的兩端支承，有必要以使結(jié)構更復雜，更困難的，并且所述螺釘桿的軸向剛性的在上部臨界速度和穩(wěn)定性的兩端螺桿的長度，存在的擴展空間，此安裝方法一般用在一個較長的螺釘，的場合的速度，該力將不得不增加的大球軸承的數(shù)量角接觸，利用高速的不是更經(jīng)濟的推力球軸承，代替角接觸球軸承。
兩端固定
只穿著無間隙，軸向剛度螺旋一端固定四倍。在一般情況下，壓縮螺旋不是，沒有條的穩(wěn)定性，固有頻率是比固定端更高。可以預拉伸可以通過預拉伸和熱膨脹的問題，結(jié)構和程序后松動螺釘減輕重量都比較困難，這樣的設備適合于剛性和換檔精度的情況。
3.1 X向滾珠絲桿副的選擇
滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機構。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)和直線運動進行相互轉(zhuǎn)換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉(zhuǎn)動時帶動滾珠滾動。
設X向最大行程為300mm,最快進給速度為18m/min,主軸箱大概質(zhì)量為50kg,工作臺大概質(zhì)量為80kg,移動部件大概質(zhì)量為30kg，工作臺最大行程為300mm。
3.1.1導程確定
電機與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動比i=1, 選擇電機Y系列異步電動機的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導程為
取Ph=12mm
3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速
基本公式
最大進給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
最小進給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
絲桿的等效轉(zhuǎn)速 式中取故
3.1.3估計工作臺質(zhì)量及負重
主軸箱重量
工作臺重量
移動部件重量
3.1.4確定絲桿的等效負載
工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進給牽引力的實驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計算（式中取，）
3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷
fw-------負載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計算得Car=17300N
表3-1-1各類機械預期工作時間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負載性質(zhì)系數(shù)fw
3.1.6精度的選擇
滾珠絲杠副的精度對電氣機床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導程誤差對機床定位精度是最明顯的。一般在初步設計時設定絲杠的任意300行程變動量應小于目標設定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設計的定位精度要求及其經(jīng)濟性，選擇X軸Y軸精度等級為3級，Z軸為4級。
3.1.7選擇滾珠絲桿型號
計算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=12mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動返向器，雙螺母墊片預緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。
公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑d1=39.5mm 鋼球直徑dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數(shù)=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度kc=973N/μm
3.2校核
滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。
3.2.1 臨界壓縮負荷驗證
絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負荷按下列計算：
式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2）
LO-------最大受壓長度（m）
K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3
Fmax-------最大軸向工作負荷（N）
f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1
I=絲桿最小截面慣性距（m4）
式中do--------是絲桿公稱直徑（mm）
dw------------滾珠直徑（mm），
絲桿螺紋不封閉長度Lu=工作臺最大行程+螺母長度+兩端余量
Lu=300+148+20X2=488mm
支撐距離LO應該大于絲桿螺紋部分長度Lu，選取LO=620mm
代入上式計算得出Fca=5.8X108N
可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負荷滿足要求。
3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗證
滾珠絲杠副高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速：
式中：A------絲桿最小截面：A=
-------絲杠內(nèi)徑，單位；
P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m)
--------臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為，本設計中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm
----------安全系數(shù)，可取=0.8
fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時取18.9
經(jīng)過計算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率
絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式
式中 A——絲杠最小橫截面，；
螺母座剛度KH=1000N/μm。
當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。
經(jīng)計算得：
式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；
KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm
Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)；
KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；
KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。
經(jīng)計算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于1500r/min，能滿足要求。
3.3電機的選擇
步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進電機具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點，所以廣泛用于機電一體化產(chǎn)品中。選擇步進電動機時首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，再者還要考慮轉(zhuǎn)動慣量、負載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。
3.3.1電機軸的轉(zhuǎn)動慣量
a、回轉(zhuǎn)運動件的轉(zhuǎn)動慣量
上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm
L—長度=1m
P—鋼的密度=7800
經(jīng)計算得
b、X向直線運動件向絲桿折算的慣量
上式中：M—質(zhì)量 X向直線運動件M=160kg
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
經(jīng)計算得
c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量
查表得
因此
3.3.2電機扭矩計算
a、折算至電機軸上的最大加速力矩
上式中：
J=0.0028kg/m2
ta—加速時間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s
經(jīng)計算得
b、折算至電機軸上的摩擦力矩
上式中：F0—導軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0.02，F(xiàn)0=Mgf=32N
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
η—傳動效率，η=0.90
I—傳動比，I=1
經(jīng)計算得
c、折算至電機軸上的由絲桿預緊引起的附加摩擦力矩
上式中P0—滾珠絲桿預加載荷≈1500N
η0—滾珠絲桿未預緊時的傳動效率為0.9
經(jīng)計算的T0=0.05N·M
則快速空載啟動時所需的最大扭矩
根據(jù)以上計算的扭矩及轉(zhuǎn)動慣量，選擇電機型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7。
4 鋼制金相切割Y方向進給傳動設計
4.1 Y軸滾動導軌副的計算、選擇
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結(jié)果查有關資料初選導軌：
因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取
根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌:
選擇漢機江機床廠HJG-D系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25
基本參數(shù)如下:
額定載荷/N
靜態(tài)力矩/N*M
滑座重量
導軌重量
導軌長度
動載荷
靜載荷
L
(mm)
17500
26000
198
198
288
0.60
3.1
760
滑座個數(shù)
單向行程長度
每分鐘往復次數(shù)
M
4
0.6
4
導軌的額定動載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽命Ln：
額定行程長度壽命:
導軌的額定工作時間壽命:
導軌的工作壽命足夠.
4.2 滾珠絲杠計算、選擇
初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm
強度計算
絲杠軸向力：(N)
其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。
取f=0.004,則:
壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)
最大動載荷：
式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。
查表得中等沖擊時則:
根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。
其基本參數(shù)如下:
其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式.
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表
名稱
計算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
20mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
3.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
19.365mm
螺桿內(nèi)徑
16.788mm
螺桿接觸直徑
17.755mm
螺母螺紋外徑
23.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
20.7mm
（1） 傳動效率計算
絲杠螺母副的傳動效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
（2） 穩(wěn)定性驗算
絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。
（3） 剛度驗算
滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算
絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差Δ為
E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
4.3 步進電機慣性負載的計算
根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，有：
（1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算
折算到步進電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量為：
式中：為折算到電機軸上的慣性負載；為步進電機軸的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪１的轉(zhuǎn)動慣量；
為齒輪２的轉(zhuǎn)動慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；Ｍ為移動部件的質(zhì)量。
對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算：
式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。
所以有：
電機軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有：
步進電機的選用
(１）步進電機啟動力矩的計算
設步進電機的等效負載力矩為Ｔ，負載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機所做的功與負載力所做的功有如下的關系：
式中為電機轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應位移，為機械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：
式中：為移動部件負載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負載力（N），為導軌摩擦系數(shù)，為步進電機的步距角（rad）,T為電機軸負載力矩（N.cm）。
取=0.3（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數(shù)），＝０.8，==279.23Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機負載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：
考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩：
取系數(shù)為０.３，則：
對于工作方式為三相６拍的步進電機：
(２） 步進電機的最高工作頻率
為使電機不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率,同時電機最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應式步進電機.
電機有關參數(shù)如下:
型號
主要技術參數(shù)
相數(shù)
步距角
電壓
(V)
相電流
(A)
最大靜轉(zhuǎn)矩
(n.m)
空載啟動頻率
空載運行頻率
分配方式
90BF001
4
0.9
80
7
3.92
2000
8000
4相8拍
外形尺寸(mm)
重量
kg
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量
Kg.m
外直徑
長度
軸直徑
90
145
9
4.5
1764
5 夾持工件夾具的設計
本設計中，充分考慮到夾具的功能需求和與系統(tǒng)的配合需求，在具體實現(xiàn)的過程中，以系統(tǒng)的可靠性與易用為準則，盡量把鉗工用夾具設計成為一個功能齊全、可靠性高且易于使用的產(chǎn)品。
5.1 夾具結(jié)構
夾具主要由活動鉗身、固定鉗身、絲桿、手柄等可活動零件，以及螺釘、螺母等起固定作用的零件組成。
5.2 工作原理
夾具的固定鉗身用螺栓固定于工作臺邊緣上，固定鉗身裝在固定鉗身上，并能繞固定鉗身軸心線繞一定角度轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到要求的方向時，扳動夾緊手柄使夾緊螺栓旋緊，使固定鉗身固緊。
活動鉗身通過導軌與固定鉗身的導軌配合。處于活動鉗身上的絲桿可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當搖動手柄時，絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動活動鉗身相對于固定鉗身作軸向移動，在鉗口的作用下夾緊或放松物件。
其次，在絲桿與活動鉗身配合處有彈簧，其借助擋圈和開口銷固定在絲杠上，當放松絲杠時，可使活動鉗身及時地退出。
另外，在固定鉗身和活動鉗身上，各有用螺釘固定的鋼制且制有交叉網(wǎng)紋的鉗口，起夾緊、防滑的作用。
5.3各組成部分的設計
5.3.1 固定座的設計
固定座屬于機架、箱體類零件。該類零件特點是形狀不規(guī)則，結(jié)構較復雜。固定鉗身的總體組合方式為綜合式，由圓柱臺和若干凸臺組成。其作用主要是固定連接，與桌面和臺面連接緊固的；還有一部分是和其他零件配合連接；固定其他零件，為其他零件提供安裝區(qū)域。
根據(jù)固定鉗座的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為HT150[2]。固定鉗座的零件圖（圖2）：
圖2固定座的零件圖
5.3.2 活動身的結(jié)構設計
根據(jù)活動鉗身的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為HT150[2]。
活動鉗身的零件圖（圖5）：
圖5活動鉗身的零件圖
圖6 活動鉗
5.3.3 絲杠螺母的設計
根據(jù)杠螺母的零件圖畫出二維實體圖，選取材料為HT150。
根據(jù)杠螺母的二維圖畫出三維實體圖。
5.3.4 鉗口板的結(jié)構設計
根據(jù)鉗口板的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為45 。
鉗口板的零件圖（圖11）：
圖11 鉗口板零件圖
5.3.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計
根據(jù)設計需求和夾具的使用性能要求，本設計中選取標準件螺釘——GB/T 68，選取材料為Q235。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得鉗口板用螺釘?shù)娜S實體圖（圖13）：
圖13 固定鉗口板用螺釘
5.3.6螺母的選擇設計
根據(jù)設計需求和夾具的使用性能要求，本設計中選取標準件螺母——GB/T 6174—2000—M10[10]，選取材料為35。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得螺母M10的三維實體圖（圖16）。
圖16 螺母M10
5.3.7銷的選擇設計
根據(jù)設計需求和夾具的使用性能要求，本設計中選取標準件y圓錐銷——GB/T 91—3x14，選取材料為Q235。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得銷的三維實體圖（圖17）。
圖17 銷
5.3.8螺桿的結(jié)構設計
根據(jù)螺桿的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為45。
螺桿的零件圖（圖18）：
圖18 螺桿（絲杠）的零件圖
螺桿的三維實體圖（圖19）：
圖19 螺桿（絲杠）
5.3.9 螺桿的強度校核計算
進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。本設計中，螺桿主要是扭矩，則應該按扭轉(zhuǎn)強度條件計算。
這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：
式中：——扭轉(zhuǎn)切應力，Mpa；T——軸所受的扭矩，N.mm；
· ——軸的抗扭截面系數(shù)， n——軸的轉(zhuǎn)數(shù)，p——軸傳遞的功率，d——計算截面處軸的直徑，mm；——許用扭轉(zhuǎn)切應力，Mpa。
根據(jù)國家標準，選取許用扭轉(zhuǎn)切應力為25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。代入數(shù)據(jù)可算得實際扭轉(zhuǎn)切應力為12.86 Mpa，與理論相比可知符合設計使用性能的要求。所以，和螺母配合處軸的尺寸選擇合理。
5.3.10墊片的選擇設計
為了使螺桿在固定鉗身里能夠較好的定位，特配備兩個墊圈，一個用于和M10螺母的配合使用，另一個用在螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用。
和M10螺母配合使用的彈簧墊圈（圖20）選用標準件，按GB 93—87，相關尺寸為：d=10.2，s=b=2.6，0
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