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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻(xiàn)翻譯 第 18 頁 非正交主軸與工作臺型五軸工具機后處理程序開發(fā) 黃昭堂.佘振華摘要：后處理程序是將刀具位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成加工操作所需數(shù)據(jù)的重要接口，其對五軸工具機來說是非常復(fù)雜的，因為在五軸工具機中線性軸和旋轉(zhuǎn)軸是同動的。以前大部分的五軸后處理方法研究只局限于正交的工具機構(gòu)型，本論文針對主軸型與工作臺型及工作臺/主軸型有非正交旋轉(zhuǎn)軸的五軸工具機開發(fā)其后處理算法，這種構(gòu)型的工具機具有從立式加工轉(zhuǎn)換為臥式加工的優(yōu)點。本文以齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，利用運動學(xué)的前向轉(zhuǎn)換，求得五軸工具機的形狀創(chuàng)成函數(shù)矩陣，再由逆向轉(zhuǎn)換，解出工具機各軸運動的解析方程。后處理程序中的線性算法是為了保證加工的精確性而開發(fā)的。五軸后處理程序接口是利用Borland C++、Builder與OpenGL開發(fā)，以產(chǎn)生三種構(gòu)型的NC碼，經(jīng)由商業(yè)實體切削仿真軟件VERICUT驗證及試加工實驗，證實所提出的后處理方法論的可行性。 關(guān)鍵詞：后處理、五軸加工、形狀創(chuàng)成函數(shù)、非正交旋轉(zhuǎn)軸 1、引言 五軸工具機被越來越多地的用戶所使用的，特別是用于加工復(fù)雜自由曲面。傳統(tǒng)的五軸工具機有三個正交的線性軸和旋轉(zhuǎn)軸。這里所說的旋轉(zhuǎn)軸通常是指與相互正交的中心線平行的線性軸。各國的機械工具制造商，如Makino，Ingersol和Deckel Maho，將非正交旋轉(zhuǎn)軸或工作臺進(jìn)行改進(jìn)使機器具有更好的多功能性和靈活性。“非正交”是指軸旋轉(zhuǎn)體的振蕩運動，這類似與一張桌子上的硬幣的緩慢旋轉(zhuǎn)。五軸工具機有一個旋轉(zhuǎn)軸的傾斜面[1]，而不同于平行的直線軸，它提供的優(yōu)勢可使切削刀具在一個半球內(nèi)指向任意角度[2，3]。這種機器可以在連續(xù)的水平和垂直位置移動。非正交旋轉(zhuǎn)軸為生產(chǎn)航空部件及汽車頭部提供了便利。運動經(jīng)電機主軸傳遞給空心軸和齒輪[4]。由于線性和旋轉(zhuǎn)運動同時作用在五軸數(shù)控機床上，導(dǎo)致了五軸數(shù)控程序比三軸數(shù)控程序更加的復(fù)雜。后處理程序必須利用刀具位置（CL）將數(shù)據(jù)從凸輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為機器控制數(shù)據(jù)。盡管先進(jìn)的控制器可以接受實時的數(shù)據(jù)，而不需要后處理，但他們是相當(dāng)昂貴的[5]。該方法主要可以分為三類：圖形[ 6]，[7 ]和坐標(biāo)數(shù)值迭代[8-10]。由坐標(biāo)變換方法解析方程，產(chǎn)生的數(shù)控數(shù)據(jù)最有效，它已被廣泛采用在最近的研究中。然而，幾乎所有的這些方法包括后處理方法均采用正交旋轉(zhuǎn)軸五軸工具機。研究解決非正交配置的相對較少。例如，有為主軸傾斜式發(fā)展的非正交旋轉(zhuǎn)軸五軸機床后處理程式[11]。最近，Sorby [ 12]發(fā)表了一篇關(guān)于封閉形式五軸工具機的非正交旋轉(zhuǎn)工作臺論文。然而，該解決方案具有一定的局限性。例如，工件原點的偏移向量和二次主旋轉(zhuǎn)不明確，及角度傾斜45度的非正交軸的固定。 本研究開發(fā)一種后置的雙主軸和工作臺五軸工具機?；邶R次坐標(biāo)變換矩陣的解析方程，確定方程的一般形式；偏移向量定義為從工件的起始位置回轉(zhuǎn)至工作臺，偏移向量在非正交軸中是可變的。此外還包括線性化算法的后處理開發(fā)，保證加工精度。 一個基于后處理是開發(fā)和圖形界面動態(tài)顯示的表面模型議案的提出幫助用戶輸入相關(guān)參數(shù)正確。此外，生成的NC數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，使用商業(yè)實體切削仿真軟件VERICUT [13]進(jìn)行五軸加工實驗工具機的非正交旋轉(zhuǎn)工作臺的后處理方法確認(rèn)。 2、五軸工具機的配置與類型 大多數(shù)五軸工具機有兩個旋轉(zhuǎn)軸作為常規(guī)X軸，X軸和Z軸。五軸機床可分為三種類型：主軸型，工作臺型和工作臺/主軸型。商業(yè)方面用正交配置，如圖1所示三種類型。圖1（a）為非正交旋轉(zhuǎn)主軸型。圖1（b）為非正交旋轉(zhuǎn)工作臺型，如Deckel Maho DMU 70改進(jìn)型[ 15]，其在工作臺上具有兩個旋轉(zhuǎn)軸，和一個平行與Z軸而與非正交旋轉(zhuǎn)軸存在一定的傾斜角度的旋轉(zhuǎn)軸（C軸）。圖1（c）為工作臺\主軸型，如Deckel Maho 200P [ 15]，其中一個旋轉(zhuǎn)工作臺（c）是以在工作臺上的非正交旋轉(zhuǎn)軸（B軸）為主軸。由于作者已經(jīng)提出過主軸型非正交旋轉(zhuǎn)主軸的后處理程序，本研究著重于發(fā)展與其他兩種配置的后處理。 五軸機床可以看作是平動與旋轉(zhuǎn)運動組合的機床。正向運動學(xué)方程必須建立數(shù)學(xué)模型來描述刀具相對于工件的切削運動?；镜淖鴺?biāo)變換矩陣，包括Trans矩陣和Rot矩陣 [ 16 ]。Trans矩陣式可以表示如下： Trans（a，b，c）表示矢量a i+b j+c k 一般Rot矩陣用來描述旋轉(zhuǎn)的主軸單元。本坐標(biāo)系設(shè)定；則Rot矩陣可以表示為： 其“C”和“S” 分別為余弦和正弦函數(shù)，且 圖1五軸工具類型：a.主軸型 b.工作臺型 c.工作臺\主軸型 3、后處理程序 3.1工作臺傾斜型 圖2描繪了相關(guān)的坐標(biāo)系配置。工件坐標(biāo)系為而為刀具坐標(biāo)系。由于這兩個旋轉(zhuǎn)軸并不相交，則必存在一條公法線垂直于兩軸。公法線分別與C軸和B軸相交于RC和RB點。偏移向量為從原點至RC，而偏移向量為從RC至RB。 圖2傾斜型坐標(biāo)系 組成機床的結(jié)構(gòu)有：回轉(zhuǎn)工作臺C，回轉(zhuǎn)工作臺B，機床床身， X軸方向工作臺，Y軸方向工作臺，Z軸方向工作臺，主軸和刀具。根據(jù)刀具與工件的相對位置和方向，將從工件開始至刀具完成的過程稱為形式塑造功能，[17]。這種機床的形式塑造過程，用數(shù)學(xué)矩陣形式表示如下： 其中Px，Py和Pz分別表示X，Y和Z軸的相對距離。和分別為與C軸和B軸的旋轉(zhuǎn)角度。采用右手螺旋定則判定+C和+B。方程（3）表示的函數(shù)矩陣，結(jié)合機床參數(shù)Px，Py，Px，和。第一步是計算刀具所需的旋轉(zhuǎn)角度，二是根據(jù)已知的旋轉(zhuǎn)角中心位置的直線計算所需的位置關(guān)系。 當(dāng)?shù)毒呶恢煤偷毒叩姆较蛳蛄看_定后，CL數(shù)據(jù)可用矩陣形式表示如下： 由于方程（3）和（4）都表示相同的刀具和工件之間的關(guān)系，聯(lián)立這兩個矩陣，確定所需的參數(shù)。結(jié)合兩個矩陣得到下列公式： 首先可以確定，的值。代入式（5）得： 值得注意的是，在范圍內(nèi)的表達(dá)方式如下： 如果范圍在–π到0之間，方程應(yīng)修改為式（8）所示。另一方面，如果同時滿足以上兩種情況，則以最小的旋轉(zhuǎn)角選擇算法。 此外，將式（5）對應(yīng)的第一值第二值聯(lián)立求解線性方程組得到： 由于方程（9）和（10）分母是相同的，總是正的，C軸轉(zhuǎn)角可以確定如下： 其中arctan2（y，x）是在范圍內(nèi)的函數(shù)返回值，表示y和x的夾角[16]。 此外，結(jié)合矩陣（6）式兩邊的相應(yīng)參數(shù)，產(chǎn)生三個未知數(shù)Px，Py和Pz。聯(lián)立方程組，設(shè)定程序坐標(biāo)系為工件坐標(biāo)系。因此，可以得到所需的NC數(shù)據(jù)（記為x，y和z），考慮兩個偏移向量和，并表示為如下： 3.2工作臺/主軸傾斜型 工作臺/主軸傾斜型有一個旋轉(zhuǎn)主軸和一個旋轉(zhuǎn)軸的工作臺。圖3分別顯示了C軸和B軸上的兩個交點RC和RB。交點RC位于C軸上任意點，交點B為非正交旋轉(zhuǎn)B軸和刀具的交點。偏移向量是按從原點到交點RC，有效刀具長度代表交點RB和刀尖中心之間的距離，。由其造型函數(shù)矩陣可以得到坐標(biāo)變換矩陣如下： 圖 圖3工作臺/主軸傾斜型坐標(biāo)系統(tǒng) 等值式（14）式（15）聯(lián)立得： 結(jié)合參數(shù)，可以采用同工作臺傾斜型的計算過程。但要注意的是， NC參考點，在此假設(shè)為交點RB。這個定義是根據(jù)主軸傾斜和工作臺/主軸傾斜型得來，而且使用的是相同的商業(yè)后處理器程序的軟件包。完整的NC數(shù)據(jù)的分析方程可以表示為： 3.3線性問題 從理論上講， CAD / CAM系統(tǒng)生成的CL數(shù)據(jù)是以假設(shè)刀具在連續(xù)兩個點之間的線性移動為基礎(chǔ)。然而，實際的刀具與工件的運動軌跡并不是直線和旋轉(zhuǎn)軸移動同時進(jìn)行。彎曲的路徑偏離線性插值的連續(xù)路徑點之間的直線路徑被稱為線性問題。以下算法可以解決這個問題。 假設(shè)，在圖4中 為三個相鄰的CL數(shù)據(jù)點。矢量Pn的矩陣形式可表示為，其中和組成刀尖的中心位置，和組成刀具的方向。 相應(yīng)的機床數(shù)控代碼Pn為。由于五軸同時從當(dāng)前位置Pn移動到隨后的位置的Pn+1，每個軸之間移動假定為線性的[18]。因此，實際的曲線路徑的每個點可以表示如下： 其中t是一個虛擬的時間坐標(biāo)。其中CL數(shù)據(jù)和為正值。例如，工作臺傾斜型的式（5）、（6）和工作臺/主軸傾斜型的式（16）、（17）。此外，在理想的線性刀具路徑下每個點可以決定如下： 理想的線性刀具路徑 實際曲面刀具路徑 內(nèi)插刀具路徑 圖4多軸加工線性問題 圖5后處理程式對話框：a工作臺傾斜型 b工作臺/主軸傾斜型 圖6工作臺傾斜型生成NC數(shù)據(jù)對話框 之間的距離為偏差。如果最大偏差超過規(guī)定的公差，應(yīng)將插入到原CL數(shù)據(jù)。理論上，必須采取數(shù)值迭代方法計算。實際上，中間點，t=0.5，常被選為候選點[10]。將中間點插入后，即可以生成相應(yīng)的數(shù)控代碼。 4、討論 1．非正交旋轉(zhuǎn)軸的主要特征是在同一臺機床上水平位置和垂直位置之間的連續(xù)運動。在當(dāng)前商業(yè)工具機的配置中，可以由以上方程得出非正交旋轉(zhuǎn)軸傾斜45度?？梢阅霉ぷ髋_型傾斜是用來作為一個例子，方程（5）表示刀具相對于工件的方向。在初始位置，工作臺水平，可以確定。非正交旋轉(zhuǎn)軸假定繞x軸旋轉(zhuǎn)θ角使矢量及。將以上條件代入式（5）且，，產(chǎn)生了如下方程： 解得，。因此，當(dāng)工作臺轉(zhuǎn)動角度π，非正交旋轉(zhuǎn)軸B軸轉(zhuǎn)動π/4時工作臺的處于垂直位置。 圖7工作臺/主軸傾斜型生成NC數(shù)據(jù)對話框 2、非正交坐標(biāo)系的采用提高了五軸工具機床靈活性。然而，在CL數(shù)據(jù)方面是有限制的。只有在方程（7）顯示的條件滿足時方能使用。當(dāng)非正交軸設(shè)置在45度角時，的取值范圍在。所以，為負(fù)值時，通過CAD / CAM軟件生成的CL數(shù)據(jù)無法進(jìn)行加工。 3、生成的NC數(shù)據(jù)是一個普遍的形式，它可以運用到正交配置中。工作臺傾斜型就是一個例子。如果向量W是在X軸方向，且Wx =1 Wy=Wz= 0就是CA工作臺傾斜性的配置。分析方程中的NC數(shù)據(jù)，例如Y軸的值，與文獻(xiàn)[8]中的一致，可以表示如下： 注意，在所列舉的例子中，假設(shè)兩個旋轉(zhuǎn)軸相交且偏移向量用于推導(dǎo)上述方程。 4、基于和，刀具解可能通過，，且[12, 18]未知的點。該點發(fā)生在且C軸平行于刀具軸時。正如在圖4所示，如果當(dāng)Pn+1是該點時， 在理論上可以是任意的值，因為Pn+2是未知的。Pn+2應(yīng)進(jìn)一步確定，以確保的值是在該連續(xù)兩個點之間的線性變化。 的值可定義為Pn到Pn+2之間的距離。 5、在實際的多軸加工中進(jìn)給速度控制是一個重要的問題。大多數(shù)控制器，如FANUC公司和Cincinnati Milacron公司采用字符（FRN）和G93代碼來控制進(jìn)給速度。FRN由工件的進(jìn)給率的所決定。當(dāng)兩個或兩個以上線性軸旋轉(zhuǎn)運動時，路徑長度的確定變得非常復(fù)雜。在大多數(shù)情況下，實際的路徑長度可以充分接理論的線性位移[19]。 5執(zhí)行和核查 5.1軟件實現(xiàn) 在Windows XP環(huán)境中使用BorlandC ++ 、Builder編程語言和OpenGL圖形庫。采用一個半徑為35mm、的半球進(jìn)行加工說明。 CL數(shù)據(jù)通過商業(yè)CAD / CAM軟件與PowerMILL[20]產(chǎn)生。機床采用工作臺傾斜型與工作臺/主軸傾斜型的二種形式的工具機，進(jìn)行了測試。圖5（a）所示工作臺傾斜型配置后處理器開發(fā)軟件對話框。用戶可以用鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)放大機床表面模型。當(dāng)用戶輸入相關(guān)參數(shù)，如偏移向量從C軸中心點開始時，系統(tǒng)會顯示數(shù)字，以幫助用戶輸入正確的參數(shù)，如圖6所示。最后，點擊“文件”菜單打開CL數(shù)據(jù)，生成NC代碼。圖5（b）和圖7顯示的是工作臺/主軸傾斜型啟動和實施環(huán)節(jié)的對話框，。值得注意的是，設(shè)值長度是從壓刀尖中心到工作臺表面。 5.2實體切削仿真 實體切削仿真軟件VERICUT是用來生成數(shù)控加工數(shù)據(jù)。軟件中有可供選擇的原材料，刀具的規(guī)格尺寸，數(shù)控數(shù)據(jù)，控制器的類型，及物理性能不同的數(shù)控加工工具，它可以用數(shù)控數(shù)據(jù)來模擬材料去除過程。工作臺傾斜型工具機用產(chǎn)品仿真和成品加工進(jìn)行驗證，如圖8所示。相關(guān)參數(shù)如圖6所示。 圖8 工作臺傾斜型的VERICUT軟件模擬 圖9工作臺/主軸傾斜類型的VERICUT軟件模擬 圖9所示工作臺/主軸傾斜類型的VERICUT軟件模擬。如前所述，根據(jù)圖7，應(yīng)設(shè)置相關(guān)參數(shù)。B軸的向量為。偏移向量從程序原點到旋轉(zhuǎn)刀具軸。 5.3實驗驗證 生成的五軸聯(lián)動數(shù)控數(shù)據(jù)要進(jìn)一步驗證。工作臺傾斜型五軸加工中心（DECKEL MAHO DMU70改進(jìn)型）配備Heidenhain iTNC530用于半球形工件加工。這項實驗是在下列條件下進(jìn)行： （1）兩個球頭直徑為10毫米和4毫米的刀具分別用于粗加工和精加工 （2）主軸轉(zhuǎn)速5000r\min,進(jìn)給速度為1000mm/min （3）工作臺采用7075鋁合金材料制造。 應(yīng)該注意的是，本機床C軸的正方向是刀具沿著Z軸的負(fù)方向。C軸的實際數(shù)控數(shù)值再式（11）中為負(fù)值。圖10顯示了實際的加工過程，揭示正確的后處理程式，能成功生成NC數(shù)據(jù)。 圖10 DECKEL MAHO DMU1070改進(jìn)型機床的實際加工實驗 a.粗加工 b.精加工 六、結(jié)論 非正交工作臺和主軸型五軸工具機床的后處理程序有了一定的發(fā)展。一般的NC數(shù)據(jù)是由齊次坐標(biāo)變換矩陣，正向和逆向運動學(xué)的分析來確定的。生成的NC數(shù)據(jù)對那些旋轉(zhuǎn)軸需要相互交叉和非正交軸的傾斜角度為變量的這類機床是有用的。產(chǎn)生的可變傾斜角能增加派生方程的有效性，從而NC數(shù)據(jù)可降低正交型的配置。該種算法也可以應(yīng)用到線性軸和旋轉(zhuǎn)軸非正交的多功能磨/轉(zhuǎn)機床中[21]，目前這項工作正在進(jìn)行。 致謝 對中華人民共和國理事會NSC95-2221-E-150-101的財政資助深表感謝。同時也對金屬工業(yè)研究發(fā)展中心提供五軸設(shè)備，及對在臺灣Delcam公司的Bacchus Yu先生提出的有效建議意見表示感謝。 參考文獻(xiàn) 1.Goode KF, Rockford IL (1983) Tool head having nutating spindle,US Patent No. 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OKUMA MULTUS, URL: http://www.okuma.co.jp/english/ 畢業(yè)設(shè)計(論文) 二維交流伺服數(shù)控控制工作臺機械系統(tǒng)設(shè)計 THE MECHANICAL SYSTEM DESIGN OF TWO-DIMENSIONAL EXCHANGE SERVO NUMERICAL CONTROL CONTROL WORK TABLE 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 機電工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 　　 　　日期： 　　 年 　月　 　日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 　　 導(dǎo)師簽名： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 陳飛 　　日期： 2008 年 6月1日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 　　 導(dǎo)師簽名： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，以提高產(chǎn)品加工的生產(chǎn)效率為主的高度自動化和以提高ch產(chǎn)品的質(zhì)量為主的精密化成為現(xiàn)代機械加工技術(shù)發(fā)展的兩個主要方向。人們對航空機、數(shù)控機床、精密儀器和儀表以及各種精密機械設(shè)備提出了越來越高的精度要求，X-Y作臺是這些設(shè)備實現(xiàn)高精密加工的核心部件，對于提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量起著尤為重要作用。 本設(shè)計通過伺服系統(tǒng)控制伺服電機經(jīng)過數(shù)控機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)包括絲杠螺母副及其支承部件等,即將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動傳遞為工作臺或刀架的進(jìn)給運動的整個機械傳動鏈。對整個機械傳動鏈進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計,涉及到伺服電機的選型,滾珠絲杠副的選型、強度校核及其生產(chǎn)設(shè)計中應(yīng)注意的問題，連接伺服電機和滾珠絲杠副的聯(lián)軸器的選型與校核，支承件軸承的設(shè)計，導(dǎo)軌及機架的設(shè)計。通過對工作臺機械傳動鏈的系統(tǒng)設(shè)計以期滿足機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度。滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。進(jìn)給傳動機構(gòu)時必須滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。進(jìn)給傳動機構(gòu)時必須滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。進(jìn)給傳動機構(gòu)時必須滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。進(jìn)給傳動機構(gòu)時必須滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。如何保證工作臺在超高速和超低速工作狀態(tài)下具有極高的定位和跟蹤精度，是電傳動伺服系統(tǒng)的一項重要研究課題. X-Y工作臺伺服系統(tǒng)的作用是將伺服驅(qū)動裝置的運動和動力傳給執(zhí)行件，實現(xiàn)進(jìn)給切削運動。目前加工制造業(yè)普遍采用的數(shù)控機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)包括齒輪傳動副，絲杠螺母副及其支承部件等，即將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動傳遞為工作臺或刀架的進(jìn)給運動的整個機械傳動鏈。通常設(shè)計進(jìn)給傳動機構(gòu)時必須滿足一定的要求，才能保證機床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能，從而確保機床的加工精度，一般要求機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小，傳動剛度高，運動部件慣性小和傳動間隙小等特點。X-Y工作臺作為一種平面定位機械系統(tǒng)，它的控制方法也已經(jīng)趨于成熟. 關(guān)鍵詞X-Y工作臺；伺服系統(tǒng)；數(shù)控機床 Abstract With the development of modern information techniques, the high automation with the main purpose of improving the production efficiency of product process and the accuracy with the accuracy with the main aim of improving the quality of product have been becoming the two major directions of the modern technique of mechanical process. People on the air machines, CNC machine tools, precision instruments and meters and all kinds of sophisticated machinery and equipment raised higher and higher precision, XY for Taiwan is that these high-precision machining equipment to achieve the core components, for improving the quality of processed products play Is particularly important role. The servo system designed to control the servo motor to the transmission system into the NC machine tools, including screw and nut bearing components such as vice, is about to servo motor for the transfer of rotating turret of the table or feed the entire campaign mechanical transmission chain. The entire mechanical transmission chain for the system design, servo motor related to the selection, the selection of ball screws, checking strength and production design should pay attention to the problem of connecting the servo motor and the ball screw of the axis The Selection and Verification, bearing pieces bearing the design, rail and rack design. Through the table mechanical transmission chain system design to meet the machine into the system to the positioning accuracy and static and dynamic performance, so as to ensure the accuracy of processing machine. Keywords XY table; servo system; CNC machine tools VI 目 錄 1 緒論 1 1.1數(shù)控工作臺概述 1 1.1.1概念 1 1.1.2數(shù)控工作臺分類 1 1.1.3數(shù)控工作臺組成 1 1.2課題的背景 2 1.3總體方案設(shè)計 2 2交流伺服電動機 4 2.1交流伺服電動機概述 4 2.2交流伺服電動機的選型 6 3絲杠的選型及計算 8 3.1絲杠的介紹 8 3.1.1絲杠螺母機構(gòu)基本傳動形式 8 3.1.2滾珠絲杠副的組成及特點 8 3.1.3滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式 8 3.2絲杠的選型 10 3.3絲杠的校核 10 3.4絲杠設(shè)計中應(yīng)注意的問題 12 4聯(lián)軸器的選擇 14 4.1聯(lián)軸器的初步計算 14 4.1.1選擇聯(lián)軸器 14 4.1.2聯(lián)軸器較核 15 5軸承的選用及潤滑 17 5.1滾動軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 5.1.1精度 17 5.1.2配合 17 5.1.3 軸承材料選擇 18 5.2軸承的型號選擇： 18 5.2.1深溝球軸承的選擇與計算 18 5.2.2角接觸球軸承的選擇 19 5.3軸承的潤滑 20 6 導(dǎo)軌的選型及計算 21 6.1 初選導(dǎo)軌型號及估算導(dǎo)軌長度 21 6.2 計算滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命 22 6.3導(dǎo)軌材料與熱處理 24 6.4導(dǎo)軌的技術(shù)要求 25 6.4.1表面粗糙度 25 6.4.2幾何精度 25 6.5導(dǎo)軌設(shè)計和使用注意事項 26 7機架的設(shè)計 27 7.1機架設(shè)計的技術(shù)要求 27 7.2機架設(shè)計的一般要求 28 7.3機架材料的選擇 28 8伺服驅(qū)動部分 30 8.1接口 30 8.1.1人機接口 30 8.1.2機電接口 30 8.2伺服系統(tǒng) 30 8.2.1伺服系統(tǒng)的特點 30 8.2.2伺服系統(tǒng)的組成 31 8.2.3變頻器 31 8.3控制系統(tǒng) 31 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 II 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 1.1數(shù)控工作臺概述 1.1.1概念 X – Y數(shù)控工作臺是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺。數(shù)控機床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機的平面移動系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等,盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同,但基本原理相同。機電一體化系統(tǒng)是將機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個有機整體。在中小形企業(yè)中，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，且大都是一些適應(yīng)市場的單件，小批零件，若由數(shù)控機床來解決這些零件的加工精度和自動化問題，因成本高，而不現(xiàn)實。為此，數(shù)控工作臺，作為工裝與通用機床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復(fù)雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經(jīng)濟(jì)性。 1.1.2數(shù)控工作臺分類 X - Y工作臺的機電一體化系統(tǒng)可以設(shè)計為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機驅(qū)動,系統(tǒng)中不設(shè)置傳感與檢測設(shè)備,半閉環(huán)的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機驅(qū)動,并在電機輸出軸端設(shè)置傳感與檢測設(shè)備;閉環(huán)的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機驅(qū)動,但檢測與傳感設(shè)備設(shè)置在工作臺末端。 1.1.3數(shù)控工作臺組成 數(shù)控交流伺服X-Y工作臺系統(tǒng)是由控制計算機部分、伺服驅(qū)動部分、機械傳動部分及檢測部分組成,采用閉環(huán)控制方式,其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。 圖1-1 檢測系統(tǒng) 本系統(tǒng)控制計算機為PC486機型,主要處理以下事務(wù):鍵盤分析,輸入數(shù)控指令，完成數(shù)據(jù)處理工作，將處理后的有效指令輸送到伺服驅(qū)動部分,接收并處理來自光電編碼器的反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制算法的運算工作，動態(tài)顯示機械工作臺運動狀況。 伺服驅(qū)動部分主要由數(shù)字伺服控制板(一塊)、伺服驅(qū)動電路(兩套)及交流伺服電機(兩個)組成。與電機同軸裝有測速發(fā)電機和光電編碼器，傳動執(zhí)行機構(gòu)(進(jìn)給系統(tǒng))由聯(lián)軸器、滾珠絲杠螺母副和數(shù)控工作臺組成,由交流伺服電機驅(qū)動。 1.2課題的背景 X-Y工作臺的機械主體部份直線導(dǎo)軌和滾珠絲桿，聯(lián)軸器,工作臺面。電氣部份的關(guān)聯(lián)性及傳動裝置的保護(hù)性,X軸及Y軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關(guān),部份工作臺的配有原點檢測開,并可提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制，原點開關(guān)的位置可以大距離的調(diào)節(jié)。工作臺可廣泛用于焊接，點膠，打孔，包裝，取料等各類精密位置控制設(shè)備的應(yīng)用，開發(fā)，以及高等院校相關(guān)專業(yè)的機電傳動控制、機械工程控制基礎(chǔ)以及數(shù)控技術(shù)等課程的教學(xué)實踐。 1.3總體方案設(shè)計 設(shè)計一臺微機控制XY兩坐標(biāo)工作臺，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、運動控制器和PC機（閉環(huán)控制）。 X-Y工作臺的機械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺面。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動裝置的保護(hù)性，X軸及Y軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關(guān)，部分工作臺的配有原點檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制，原點開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。工作臺可廣泛用于焊接，點膠，打孔，包裝，取料等各類精密位置控制設(shè)備的應(yīng)用。 其他參數(shù)見表1-1 表1-1 設(shè)計參數(shù) 脈沖當(dāng)量mm/step 定位精度 Mm 最大移動速度m/s 工作臺尺寸mm 進(jìn)給抗力N 工作臺行程mm 臺面最大物重質(zhì)量kg X Y 0.001 0.005 0.1 300*350 800 420 500 100 （一）機械系統(tǒng)設(shè)計 1）傳動機構(gòu)采用滾珠絲杠副 ； 2）導(dǎo)向機構(gòu)采用滾動直線導(dǎo)軌； 3）執(zhí)行機構(gòu)采用交流伺服電動機。 （二）伺服驅(qū)動部分設(shè)計 1）接口設(shè)計 2）伺服系統(tǒng)設(shè)計 3）控制系統(tǒng)設(shè)計 2交流伺服電動機 2.1交流伺服電動機概述 交流伺服電動機廣泛用于機電一體化設(shè)備及自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件,用于將輸入的交流控制信號快速的轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。對交流伺服電動機的一般性能要求是: 1)良好的可控性,單向供電時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象； 2)運行穩(wěn)定性好,在較寬的速度范圍內(nèi)均勻穩(wěn)定運行； 3)響應(yīng)速度快，控制信號發(fā)生時，電動機能快速跟隨變化。 交流伺服電動機的分類、特點及使用范圍見下表2-14.8-651 表2-14.8-651 交流伺服電動機的分類、特點及使用范圍 類型 代號 結(jié)構(gòu)特點 性能特點 使用范圍 籠型交流伺服電動機 SL 轉(zhuǎn)子與定子結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動機相似,但轉(zhuǎn)子一般為兩相,且細(xì)而長,籠可用鋁、紫銅、黃銅制成 勵磁電流較小，體積較小，機械強度較高，低速運轉(zhuǎn)時不夠平滑，有抖動現(xiàn)象 廣泛運用于小功率自動控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和計算裝置中 非磁性杯型交流伺服電動機 SK ADP 用非磁性金屬鋁、黃銅等制成杯形轉(zhuǎn)子，杯的內(nèi)外由內(nèi)外定子構(gòu)成磁路 轉(zhuǎn)動慣量小，運轉(zhuǎn)平滑、無抖動現(xiàn)象，勵磁電流和體積較大 用于要求運行平滑的系統(tǒng)，如自動裝置和計算裝置等 FANUC交流伺服電動機 FANUC 轉(zhuǎn)矩大,轉(zhuǎn)速低,機械特性線性度好,低速性能良好，可直接與絲杠連接 用于數(shù)控機床驅(qū)動或其他驅(qū)動系統(tǒng) 低速交流伺服電動機 SD SA ND 轉(zhuǎn)子、定子結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動機相同,另外機殼中裝有齒輪減速裝置 體積小,重量輕,力能指標(biāo)高,性能好，輸出轉(zhuǎn)速低,轉(zhuǎn)矩大 廣泛應(yīng)用于自動裝置和計算技術(shù)裝置中作驅(qū)動、執(zhí)行或控制元件 兩相交流伺服電動機的主要特性見下表2-14.8-662 表14.8-662-2 兩相交流伺服電動機的主要特性 特性 含義 特性 含義 空載始動電壓Uso 在額定勵磁電壓下，使轉(zhuǎn)子在任意位置開始空載連續(xù)轉(zhuǎn)動的最小控制電壓。以額定控制電壓的百分比表示。Uso越小，系統(tǒng)的不靈敏區(qū)域越小 堵轉(zhuǎn)特性非線性度kd 在額定勵磁電壓下，實際堵轉(zhuǎn)特性的最大轉(zhuǎn)矩偏差(△Tdn)max與αr=1時的堵轉(zhuǎn)矩Tdo之比值的百分?jǐn)?shù) 機械特性非線性度km 在額定勵磁電壓下，任意控制電壓是的實際機械與線性機械特性在T=Td／2時的轉(zhuǎn)速差與空載轉(zhuǎn)速n0之比的百分?jǐn)?shù)。Km和本表以下兩欄中的kc、kd越小,伺服電動機的性能越接近線性，系統(tǒng)的動態(tài)誤差就越小. 機電時間常數(shù)τj 在空載和額定電壓下,加以階躍的額定控制電壓,電動機由靜止上升到空載轉(zhuǎn)速的63.2%時所需時間(以上略去了相對來說比較小的電磁時間常數(shù))。τj越小,對信號響應(yīng)越快 調(diào)節(jié)特性非線性度kv 在額定勵磁電壓下,當(dāng)αe=0.7時,實際調(diào)節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的轉(zhuǎn)速偏差與空載轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù) 表2-14.8-683 伺服電動機的額定值 額定值 符號 單位 說明 額定勵磁電壓 Uj V 額定運行時勵磁繞組上所加的電壓 額定電壓 Uk V 額定運行時控制繞組上所加的電壓 額定頻率 Hz 電動機所用電源的頻率 堵轉(zhuǎn)勵磁電流 Ij A 定子繞組加上額定電壓,輸出轉(zhuǎn)速為零時的勵磁繞組電流 堵轉(zhuǎn)控制電流 Ik A 定子繞組加上額定電壓,輸出轉(zhuǎn)速為零時的控制繞組電流。 空載轉(zhuǎn)速 n0 r／min 定子繞組加上額定電壓后，電動機不帶任何負(fù)載時的轉(zhuǎn)速 續(xù)表2-3 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 Td N.m 定子繞組加上額定電壓,輸出轉(zhuǎn)速為零時的輸出轉(zhuǎn)矩 額定輸出功率 P2 W 最大輸出功率 2.2交流伺服電動機的選型 影響交流伺服電動機使用性能的因素見表2-414.8-72 表2-14.8-724 影響交流伺服電動機使用性能的因素 影響使用性能的因素 對性能的影響 電源頻率和電壓波動 頻率升高時,定,轉(zhuǎn)子漏抗增加,勵磁電抗增加，堵轉(zhuǎn)下降，機械特性的線性度變壞,頻率增高過多時,還可能出現(xiàn)內(nèi)阻尼顯著變小和產(chǎn)生單相供電自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。電壓下降時,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和輸出功率會顯著下降，加速時間增長 放大器內(nèi)阻抗 伺服放大器的內(nèi)阻抗大，將使兩相交流伺服電動機的機械特性線性度變壞甚至引起單相供電自轉(zhuǎn)，所以一般伺服放大器都采用副反饋方法來降低內(nèi)阻抗 不同控制方式 控制方式 km kv 輸出功率 效率 控制功率 e選擇 溫升 線路 幅值,相位,電容 一般,好 不好 不好,一般,好 中,小,大 高,低,中 小,大,小 受限,受限,靈活 低,高,中 一般,復(fù)雜,簡單 不同有效信號系數(shù) 制造廠提供的是兩相交流伺服電動機的兩相對稱狀態(tài)機械特性(有效信號系數(shù)αe=1)。但是,系統(tǒng)設(shè)計時往往需要不對稱狀態(tài)的機械特性。求不對稱的機械特性的方法是:按圖示方法求?。?時線性機械特性和對稱狀態(tài)機械特性的轉(zhuǎn)矩差值H;再求出A=4H／和B=Td－4H／;再將A,B和所需要的有效特性系數(shù)αe帶入下式即可求得不同轉(zhuǎn)速n下的轉(zhuǎn)矩T,得到T=f(n)機械特性 綜上所述，選擇FANUC系列交流伺服電動機，其特點是轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低，機械特性線性度好、 低速性能良好，可直接與絲杠連接。選擇FANUC2-0，其技術(shù)數(shù)據(jù)見下表2-5 表2-5 FANUC的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號） 輸出功率（KW） 額定轉(zhuǎn)矩（Nm） 最大轉(zhuǎn)矩(Nm) 最高轉(zhuǎn)速(r/min) 轉(zhuǎn)動慣量(kg/) 機械時間常數(shù)(ms) 熱時間常數(shù)(min) 質(zhì)量(kg) 2-0 0.2 1.0 7.8 2000 6.0 9 15 3 3絲杠的選型及計算 3.1絲杠的介紹 3.1.1絲杠螺母機構(gòu)基本傳動形式： 絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，有以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機），也有以傳遞運動為主的（如工作臺的進(jìn)給絲杠）。 絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分?；瑒咏z杠螺母機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能。但其摩擦阻力大，傳動效率低（30%~40%）。滾動絲杠螺母機構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高。但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小，傳動效率高（92%~98%），因此選用滾動絲杠螺母機構(gòu)。 根據(jù)工作臺運動情況，應(yīng)選擇絲杠傳動螺母移動的形式，該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，故需導(dǎo)向裝置。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好，適用于工作行程較大的場合。 3.1.2滾珠絲杠副的組成及特點: 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動元件—滾珠。滾珠絲杠螺母機構(gòu)由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分組成。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合通路。 滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比，除上述優(yōu)點外，還具有軸向剛度高，運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長等優(yōu)點。但由于不能自鎖，具有傳動的可逆性，在用做升降傳動機構(gòu)時，需要采取制動等措施。 3.1.3滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式 按照用途和制造工藝的不同,滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式很多。一般,根據(jù)鋼球的循環(huán)形式,消除軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊的方法以及螺紋滾道法向截面形狀的不同,將其區(qū)分成不同的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究。 1)鋼球循環(huán)方式 按鋼球返回時是否脫離絲杠表面可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩大類，見表3-1[1]。若鋼球在循環(huán)過程中，始終與絲杠表面保持接觸，稱內(nèi)循環(huán)；否則，稱外循環(huán)。通常，把在同一螺母上所具有的循環(huán)回路的數(shù)目，稱為鋼球的列數(shù)，常用的有2~4列。而把每一循環(huán)回路中鋼球所經(jīng)過的螺紋滾道圈數(shù)（導(dǎo)程數(shù)）稱為工作圈。 表3-1 鋼球的循環(huán)方式 類別 形式 特點 內(nèi)循環(huán) 優(yōu)點:返回通道短,一個循環(huán)只有一圈鋼球,流暢性好,摩擦損失小,效率高,徑向尺寸小,剛性好 缺點:返向器鋼球返回通道的曲面加工復(fù)雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊,工藝性好 缺點:循環(huán)回路長,流暢性差,鋼球通過短槽時易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,承載能力大 缺點:鋼球流暢性較差,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,工藝性好,鋼球的流暢性好,應(yīng)用較廣 缺點:凸出式的插管凸出于螺母外部,徑向尺寸較大 2)消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方式 滾珠絲杠副中的間隙對傳動精度影響較大。當(dāng)精度要求不高時，可采用單螺母，并對絲杠和螺母進(jìn)行選配，或進(jìn)行預(yù)緊以減小配合間隙。當(dāng)精度要求較高時，常采用雙螺母，通過調(diào)整兩個螺母間的軸向位置，以消除軸向間隙，并進(jìn)行預(yù)緊，提高傳動的定位精度、重復(fù)定位精度及軸向剛度。預(yù)緊力一般約取最大軸向載荷的1/3。表3-2為幾種常用的消除間隙和調(diào)整預(yù)緊的方式。 表3-2 消除間隙和調(diào)整預(yù)緊的方式 類型 特點 墊片式 結(jié)構(gòu)簡單,裝拆方便,剛度高,但不易實現(xiàn)精確調(diào)整,螺紋滾道有磨損時,不能隨時消除間隙和預(yù)緊。適用于重載傳動和一般精度要求的場合 圓螺母式 結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠,調(diào)整方便。但容易松動,不夠準(zhǔn)確。一般用于剛度要求不高及需要隨時調(diào)整預(yù)緊力的場合 齒差式 調(diào)整精度較高,要求較小時,所需齒數(shù)較多,結(jié)構(gòu)尺寸較大,且齒圈的模數(shù)m較小,聯(lián)接剛度較差,適用于高精度傳動場合 3)螺紋滾道法向截型 螺紋滾道法向截型（或稱滾道型面），是指通過滾珠中心的螺旋線的法向平面與絲杠或螺母滾道型面的交線的形狀。 3.2絲杠的選型 初步選取絲杠數(shù)據(jù)見表3-3 表3-3 所選絲杠參數(shù)初取滾珠絲杠： 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 20 5 滾珠絲杠的工作長度計算： L= X方向絲杠的的工作長度計算： Y方向絲杠的工作長度： 、 X方向絲杠的工作載荷: Y方向絲杠的工作載荷： 由于兩方向絲杠的公況為，每天開機六小時，每年300個工作日。工作八年以上，依工作要求和工作條件，初選外循環(huán)插管式，預(yù)緊采用雙螺母型，圓螺母調(diào)隙，導(dǎo)珠管凸出式，3級精度，定位滾珠副，絲杠材料：鋼； 滾道硬度為58~62HRC，螺紋右旋，型號為CLT-2004-3.5-P3，。 絲杠的傳動精度為 =14400h 絲杠的轉(zhuǎn)速： 絲杠的工作載荷： F=800N 3.3絲杠的校核 壽命計算： 5810.4<8850 滿足壽命要求。 式中 F――軸向載荷（Ｎ）軸向載荷，取FＦ＝8８00N; ――壽命系數(shù)壽命系數(shù), ――工作壽命,取=15000 ――載荷系數(shù),取=1.2 ――動載荷硬度影響系數(shù),取=1.0 ――短行程系數(shù),取=1.0 ――轉(zhuǎn)速系數(shù),取=0.5107 靜載荷條件計算: 滿足條件 螺母長度72mm, , 余程為 10mm X方向螺紋長度 取支撐跨矩 絲杠全長最大為780mm Y方向螺紋長度: L=500+350+20=870mm 取支撐跨矩: 絲杠全長最大為910mm F—F 支撐方式的絲杠不受壓縮力作用，不校核壓桿穩(wěn)定性 絲杠彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速: 查表 ， =0.01714m =600mm=0.6m 預(yù)拉深量：取溫升 螺紋深長量: =6.6045um 絲杠的全長深長量： 取預(yù)拉伸量： 預(yù)拉伸力： 所選絲杠預(yù)拉伸力滿足要求。 3.4絲杠設(shè)計中應(yīng)注意的問題 絲杠由于其精度要求高,制造比較復(fù)雜,所以在設(shè)計過程中應(yīng)注意如下問題: 1)受力合理 為了保證定位精度，除考慮絲杠剛度外，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)布置上盡可能使螺母和絲杠同樣受拉或受壓,以使兩者軸向變形方向一致,減少螺母與絲杠之間的導(dǎo)程變形量之差。此外,滾珠螺旋傳動應(yīng)盡量避免承受徑向載荷,以免使絲杠彎曲,若絲杠上有齒輪等產(chǎn)生徑向載荷的元件,則應(yīng)使其盡可能靠近絲杠,螺母所受的傾覆力矩,力求部件移動阻力的合力通過絲杠軸線。 2)防止逆轉(zhuǎn) 滾珠螺旋傳動反行程不能自鎖,為了使螺旋傳動受軸向力后 不發(fā)生逆轉(zhuǎn),應(yīng)設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置: ①采用本身不能逆?zhèn)鲃拥碾娨好}沖馬達(dá)或步進(jìn)電動機等驅(qū)動元件。 ②采用可自鎖的蝸桿傳動等作中間傳動機構(gòu)。 ③采用電磁或液壓制動器，或選用本身帶制動器的電動機。 ④采用能鎖住某一方向傳動的超越離合器。 3)安全裝置 垂直安裝的滾珠螺旋傳動，容易發(fā)生螺母從絲杠螺紋滾道上脫出而造成事故，因此，在設(shè)計時應(yīng)考慮設(shè)置防止螺母脫出的安全裝置，如限位擋塊或安全制動器等。 4)控制升溫 設(shè)計時應(yīng)注意時滾珠絲杠傳動遠(yuǎn)離熱源，并采用油浴,氣冷等方法減小溫升,以減少絲杠的熱變形；或在安裝時對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸,以抵消運行時因發(fā)熱后引起的絲杠伸長。 5)密封與潤滑 為防止塵埃和污物進(jìn)入螺紋滾道,妨礙鋼球運轉(zhuǎn)的流暢性并且加速鋼球與滾道的磨損,設(shè)計中必須考慮防護(hù)設(shè)施與密封。如在螺母兩端加密封圈或采用伸縮套,防塵罩等。此外,還應(yīng)注意合理潤滑,以延長滾珠螺旋傳動的使用壽命,保持起優(yōu)良的傳動性能。一般可用抗高壓的高粘度潤滑劑進(jìn)行脂潤滑或滴油,浸油,飛濺潤滑。要求高的某些數(shù)控機床或特高速運轉(zhuǎn)情況,可用噴霧潤滑。當(dāng)在高溫或其它惡劣條件下時,可用固體潤滑劑潤滑。 4聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是聯(lián)結(jié)兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件,在傳遞運動和動力過程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開的一種裝置。此外,聯(lián)軸器還可能具有補償兩軸相對位移,緩沖和減振以及安全防護(hù)等功能。 4.1聯(lián)軸器的初步計算 4.1.1選擇聯(lián)軸器 在選擇標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件,如承載能力,轉(zhuǎn)速,兩軸相對位移,緩沖吸振以及裝拆,維修更換易損元件等綜合分析來確定。具體選擇時可順序考慮以下幾點。 1)原動機和工作機的機械特性。原動機的類型不同,其載荷性質(zhì)差異很大,有的平穩(wěn),有的沖擊甚至強烈沖擊或振動。這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇,是選型的首要依據(jù)之一。對于載荷平穩(wěn)的,則可選用剛性聯(lián)軸器,否則宜選用彈性聯(lián)軸器。 2)聯(lián)軸器連接的軸系及其運轉(zhuǎn)情況。對于聯(lián)接軸系的質(zhì)量大,轉(zhuǎn)動慣量大,而又經(jīng)常起動,變速或反轉(zhuǎn)的,則應(yīng)考慮選用能承受較大瞬時過載,并能緩沖吸振的彈性聯(lián)軸器。 3)工作機的轉(zhuǎn)速高低,對于需告訴運轉(zhuǎn)的兩軸連接,應(yīng)考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平衡精度特性,以消除離心力而產(chǎn)生的振動和躁聲,增加相關(guān)元件的磨損和發(fā)熱而降低傳動質(zhì)量和使用壽命。其中膜片聯(lián)軸器對高速運轉(zhuǎn)適應(yīng)性較大。 4)聯(lián)軸器的對中和對中保持程度,保持良好的對中是使運轉(zhuǎn)正常的前提,防止產(chǎn)生過大附加載荷及其他不良工況。 5)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及工作特性,聯(lián)軸器的外形尺寸,安裝,拆卸所需的空間大小和難易程度以及對維護(hù)的要求等都應(yīng)與連接機組的具體配置位置和要求相適應(yīng)。 6)聯(lián)軸器的可靠性,使用壽命和工作環(huán)境。 7)聯(lián)軸器的制造,安裝和維護(hù)的成本,在滿足使用要求的條件下,應(yīng)使選擇的聯(lián)軸器成本低,不需維護(hù)以降低經(jīng)常費用。 由絲杠的軸徑和Tc選取聯(lián)軸器:由下表4-1[1]聯(lián)軸器的性能比較后選用圓錐銷套筒聯(lián)軸器： 表4-1 聯(lián)軸器的性能比較 類別 聯(lián)軸器名稱 轉(zhuǎn)矩范圍N.mm 軸徑范圍mm 最高轉(zhuǎn)速r/min 特點及應(yīng)用說明 固定式 套筒聯(lián)軸器（見圖） 圓錐銷 3~4000 平鍵 71~5000 半圓鍵 8~450 花鍵 150~12500 4~100 20~100 10~35 25~102 一般小于等200~250 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時需沿軸向移動較大的 距離。而且只能連接兩軸直徑相同的圓柱形，軸伸一般用于工作平穩(wěn)的功率傳動軸系。 剛性 凸緣聯(lián)軸器（GB/T5843—2003） 10~20000 10~180 13000~2300 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)矩大，但不能吸收沖擊。當(dāng)兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動時需要有高的對中和制造精度。 套筒 夾殼聯(lián)軸器 （HG5—213—1965） 85~9000 30~110 900~380 裝拆方便，不需沿軸向移動兩軸，但平衡困難，而且兩軸徑必須是相同的圓柱形。僅適用于低速傳動的水平或垂直軸系，以傳遞平穩(wěn)載荷為宜。 聯(lián)軸器 緊箍夾殼聯(lián)軸器 180~12500 30~110 900~380 其特點和使用性能與夾殼聯(lián)軸器相似，但外形簡單，平衡條件有所改善，夾緊力大，很適宜用于徑向夾緊力大的場合。 由絲杠的軸徑和Tc選取聯(lián)軸器: 表4-2初取d=12mm的圓錐銷套筒聯(lián)軸器 (mm) d 公稱轉(zhuǎn)矩（N.m） D L l C 圓錐銷（2個） 12 7.5 22 40 8 0.5 5 4.1.2聯(lián)軸器較核 考慮動載荷及過載,取聯(lián)軸器工作情況系數(shù)K=1.5 計算轉(zhuǎn)矩Tc=KT K—工作情況系數(shù) P—輸出功率（kw） T—理論轉(zhuǎn)矩N.m Tc—計算轉(zhuǎn)矩N.m n—工作轉(zhuǎn)速r/min 計算轉(zhuǎn)矩; Tc=1.5=5.73N.m 所選聯(lián)軸器合適。 銷的抗剪強度計算： 〈 成立，銷材料為45號鋼 5軸承的選用及潤滑 選擇滾動軸承類型時應(yīng)考慮多種因素的影響，如軸承所受負(fù)荷的大小，方向及性質(zhì)：軸向固定形式，調(diào)心性能要求，剛度要求，轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境，經(jīng)濟(jì)性和其他要求。概括起來有以下選擇原則： 1)轉(zhuǎn)速較高，負(fù)荷不大，而旋轉(zhuǎn)精度要求較高時，宜用球軸承。如000，6000型； 2)轉(zhuǎn)速較低，負(fù)荷較大或有沖擊負(fù)荷時，宜用角接觸球軸承。如2000型，3000型； 3)當(dāng)徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷都比較大時，宜用角接觸球軸承。如36000型，46000型，66000型。 5.1滾動軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計[2]： 5.1.1精度 各種機電一體化機械的滾動軸系的精度一般根據(jù)該機械的功能要求和檢驗標(biāo)準(zhǔn)有所規(guī)定，如精密級加工中心主軸軸系的端部徑向跳動和軸向竄動，據(jù)此來選擇主軸和軸承的精度。 滾動軸承的精度分B，C，D，E，G五級。B級最高，G級為普通級。選擇精度時主要根據(jù)載荷方向 。僅受徑向載荷的深溝球軸承，主要根據(jù)內(nèi)外圈的徑向跳動然后考慮其他因素的影響。 5.1.2配合 滾動軸承內(nèi)外圈往往是薄壁件，受相配的軸徑箱體孔的精度和配合性質(zhì)影響很大。配合性質(zhì)和配合面的精度合適，不致影響軸承精度；反之則旋轉(zhuǎn)精度下降，引起振動和噪聲配合性質(zhì)和配合面的精度合適不致影響軸承精度；反之則旋轉(zhuǎn)精度下降，引起振動和噪聲。配合性質(zhì)和配合面的精度還影響軸承的承載能力和預(yù)緊狀態(tài)。 滾動軸承外圈和箱體孔的配合采用基軸制。內(nèi)圈孔與軸徑的配合采用基孔制，但作為基準(zhǔn)的軸承孔的公差帶位于以公稱直徑為零線的下方。這樣在采用相同配合的情況下，軸承孔與軸徑的配合更緊些。 滾動軸承的配合的選擇參照GB-275-93，《滾動軸承與軸和外殼的配合》國家標(biāo)準(zhǔn)。對于G，E級精度軸承配合的鋼，鑄鐵制軸的軸徑規(guī)定17種公差帶；對鋼，鑄鐵制箱體孔規(guī)定16種公差帶。 軸承配合性質(zhì)的選擇，要考慮下列工作條件： 1)負(fù)荷類型：承受始終在軸承套圈滾道的某一局部，作用的局部負(fù)荷的套圈，配合應(yīng)相對松些。承受依次在軸承套圈的整個滾道上作用的循環(huán)負(fù)荷的套圈，配合應(yīng)相對緊些。負(fù)荷越大，配合的過盈量應(yīng)大寫些。承受沖擊振動負(fù)荷比承受平穩(wěn)負(fù)荷的配合應(yīng)更緊些。 2)轉(zhuǎn)速 一般轉(zhuǎn)速越高，發(fā)熱越大，軸承與運動件的配合應(yīng)緊些，與靜止件的配合可松些。 3)軸承的游隙和預(yù)緊 軸承具有基本游隙，配合的過盈量應(yīng)適中。軸承預(yù)緊，配合的過盈量應(yīng)減小。 軸承的軸向限位分無軸向負(fù)荷，單軸向負(fù)荷，雙軸向負(fù)荷。深溝球軸承只要把軸承內(nèi)圈用軸用擋圈或軸肩螺母限位在軸上即可。雙向短圓柱滾子軸承的內(nèi)外圈雙向定位，內(nèi)圈小端單向定位。 5.1.3 軸承材料選擇 不銹鋼軸承用鋼9Cr18,9Cr18Mo 用于耐蝕，耐高、低溫及微型的和在水蒸氣、海水、蒸餾水及硝酸等腐蝕介質(zhì)中使用的軸承，如潛水泵部件中軸承、石油、化工機械的軸承以及腐蝕性能有很大影響的測量儀器的微型軸承；用于特殊條件下的軸承，例如化工工業(yè)、食品工業(yè)、船舶工業(yè)等要求耐蝕環(huán)境下的工作軸承；主要由馬氏體型高碳鋼不銹鋼9Cr18，耐高溫下不銹鋼軸承Cr14M04，耐腐蝕性要求較高是采用奧氏體性不銹鋼1Cr18Ni9Ti這類鋼沒有軸承專用標(biāo)準(zhǔn)，選擇時要注意軸承的性能要求，可參考GB3086-82高碳鉻不銹軸承鋼耐腐蝕軸承。 無內(nèi)圈和外圈時，軸和外殼的滾道表面應(yīng)淬火處理（硬度HRC58-64，淬硬層深度0.6-1mm），表面粗糙度Ra0.32 m，（一般精度、高精度的Ra≤0.20mm）,滾道公差參照GB5846-86，一般孔為G6，軸徑為h5（對d≤80mm）或g5（對d﹥80mm）。 5.2軸承的型號選擇： 5.2.1深溝球軸承的選擇與計算 初選：采用深溝球軸承（單列） 代號60000型，型號為6202,型號見表5-1[3] 表5-1 深溝球軸承的數(shù)據(jù) d(mm) D(mm) B (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (kN) (Kn) 15 28 11 20 32 0.6 21.6 29.4 0.6 7.65 3.72 對所選軸承進(jìn)行校核 當(dāng)量動載荷: 式中 ——沖擊載荷系數(shù)，取=1.2 ——徑向載荷 軸承的基本額定壽命 式中 ——壽命指數(shù)，球軸承；滾子軸承 軸承的預(yù)期使用壽命： 取=25000h[3] 計算額定動載荷 故選用6202深溝球軸承可以滿足壽命的要求 。 5.2.2角接觸球軸承的選擇 初選角接觸球軸承（單列） 代號7202AC型數(shù)據(jù)見表5-2[4] 表5-2 角接觸球軸承的數(shù)據(jù) d(mm) D(mm) B(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (kN) (kN) 15 32 9 17.4 29.6 0.3 20.4 26.6 0.3 6.25 3.42 這里的角接觸球成對安裝，其特點可以承受徑向為主的較大徑向、軸向聯(lián)合載荷。 對所選軸承進(jìn)行校核 基本額定動載荷: 取滾動軸承當(dāng)量動載荷X的值：X=1，Y=0.92 當(dāng)量動載荷 軸承組壽命： 軸承的預(yù)期壽命取 計算額定動載荷 故所選軸承滿足壽命及強度要求。 5.3軸承的潤滑 為使軸承正常運轉(zhuǎn)，避免零件表面直接接觸，減少軸承內(nèi)部的摩擦及磨損，提高軸承性能，延長軸承的使用壽命，必須對軸承進(jìn)行潤滑。軸承使用中，選擇合適的潤滑方式十分重要，軸承的潤滑分為脂潤滑，油潤滑和固體潤滑。 脂潤滑的優(yōu)點是軸承座，密封結(jié)構(gòu)及潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)施簡單，維護(hù)保養(yǎng)容易，潤滑不易泄露，有一定的防水、氣、灰塵和其它有害雜質(zhì)浸入軸承的能力，本機構(gòu)轉(zhuǎn)速不高，故選用潤滑脂, 型號為鈣基潤滑脂（GB491-1987）。 6 導(dǎo)軌的選型及計算 按結(jié)構(gòu)特點和摩擦特性劃分的導(dǎo)軌類型見表6-1[5]9.3—1,各類導(dǎo)軌的主要特點及應(yīng)用列于表中。 表6-19.3—1 導(dǎo)軌類型特點及應(yīng)用 導(dǎo)軌類型 主要特點 應(yīng)用 導(dǎo)軌類型 主要特點 應(yīng)用 滑動導(dǎo)軌 1, 結(jié)構(gòu)簡單,使用維修方便。2,未形成完全液體摩擦?xí)r低速易爬行 3,磨損大壽命低,運動精度不穩(wěn)定 普通機床,冶金設(shè)備上應(yīng)用普遍 滾動導(dǎo)軌 1,運動靈敏度高,低速運動平穩(wěn)性好,定位精度高。2,精度保持性好,磨損少,壽命長。3,剛性和抗振性差,結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高,要求良好的保護(hù) 廣泛用于各類精密機床,數(shù)控機床,紡織機械等 塑料導(dǎo)軌 1,動導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶等與鑄鐵 或鋼導(dǎo)軌搭配,摩擦系數(shù)小,且動靜摩擦系數(shù)搭配,不易爬行,抗摩擦性能好。2,貼塑工藝簡單。3,剛度較低,耐熱性差容易蠕變 主要應(yīng)用與中大型機床壓強不大的導(dǎo)軌應(yīng)用日益廣泛 動壓導(dǎo)軌 1,速度高(90m/min~600m/min),形成液體摩擦2,阻尼大,抗陣性好 3,結(jié)構(gòu)簡單,不需復(fù)雜供油系統(tǒng),使用維護(hù)方便4,油膜厚度隨載荷與速度而變化。影響加工精度,低速重載易出現(xiàn)導(dǎo)軌面接觸 主要用語速度高,精度要求一般的機床主運動導(dǎo)軌 鑲鋼,鑲金屬導(dǎo)軌 1,在支撐導(dǎo)軌上鑲裝有一定硬度的不鋼板或鋼帶,提高導(dǎo)軌耐磨性,改善摩擦或滿足焊接床身結(jié)構(gòu)需要。2,在動導(dǎo)軌上鑲有青銅只類的金屬防止咬合磨損,提高耐磨性,運動平穩(wěn)精度高 鑲鋼導(dǎo)軌工藝復(fù)雜,成本高。常用于重型機床如立車,龍門銑床的導(dǎo)軌上 靜壓導(dǎo)軌 1,摩擦系數(shù)很小,驅(qū)動力小。2,低速運動平穩(wěn)性好 3,承載能力大,剛性,吸陣性好4,需要一套液壓裝置,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)整困難 各種大型,重型機床,精密機床,數(shù)控機床的工作臺 6.1 初選導(dǎo)軌型號及估算導(dǎo)軌長度 X方向初選導(dǎo)軌型號為 [6]具體數(shù)據(jù)見《機械設(shè)計手冊》9-149 Y方向初選導(dǎo)軌型號為 導(dǎo)軌的運動條件為常溫，平穩(wěn)，無沖擊和震動 為何選用滾動直線導(dǎo)軌副： 1）滾動直線導(dǎo)軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。有利于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。驅(qū)動功率小，只相當(dāng)普通機械的十分之一。 2）承載能力大，剛度高。 3）能實現(xiàn)高速直線運動，起瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高10倍。 4）采用滾動直線導(dǎo)軌副可簡化設(shè)計，制造和裝配工作，保證質(zhì)量，縮短時間，降低成本。 導(dǎo)軌的長度： 由于導(dǎo)軌長度影響工作臺的工作精度和高度，一般可根據(jù)滑塊導(dǎo)向部分的長度來確定導(dǎo)軌長度。 其公式為： L=H+S+△l-S1-S2 由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm 其中L—導(dǎo)軌長度 H—滑塊的導(dǎo)向面長度 S—滑塊行程 △l—封閉高度調(diào)節(jié)量 S1—滑塊到上死點時，滑塊露出導(dǎo)軌部分的長度 S2—滑塊到下死點時，滑塊露出導(dǎo)軌部分的長度 6.2 計算滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命 X方向的導(dǎo)軌計算 X方向初選導(dǎo)軌型號為，查表9.3-73[1]得，這種導(dǎo)軌的額定動，靜載荷分別為Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。 4個滑塊的載荷按表9.3-48序號1的載荷計算式計算。 其中工作臺的最大重量為: G=100×9.8=980N F1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N 1)滾動導(dǎo)軌的額定壽命計算公式[6]為： L=（fh ft fc fa Ca/ fwPc）K=27166km 式中 L——額定壽命（km）； Ca——額定動載荷（KN）； P——當(dāng)量動載荷（KN）； Fmax———-受力最大滑塊所受的載荷（KN）； Z——導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)； ——指數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌體為滾珠時，=3；當(dāng)為滾柱時=10/3； K——額定壽命單位（KM），滾珠時，K=50KM；滾柱時，K=100KM； fh ——硬度系數(shù)； fh ――（滾道實際硬度（HRC））。 由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇h =1 ft ——溫度系數(shù)，查表6-2[7]9。3-45, 得=1 表6-2 溫度系數(shù) 工作溫度/ 》100~150 》150~200 》200~250 1 0．90 0．73 0．60 fc——接觸系數(shù)，查表9。3-466-3；得=1 表6-3 接觸系數(shù) 每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 1．00 0．81 0．72 0．66 0．61 fa——精度系數(shù)，查表9。3-476-4；取=1.5 表6-4 精度系數(shù) 工作條件 無外部沖擊或振動的低速運動的場合，速度小于15m/min 1~1.5 無明顯沖擊或振動的場合，速度為15~60m/min 1.5~2 有外部沖擊或高速運動的場合，速度大于60m/min 2~3.5 fw——載荷系數(shù)，查表6-59。3-48；得=1 表6-5 載荷系數(shù) 精度等級 2 3 4 5 1．0 1．0 0．9 0．9 則L=27166Km 2)壽命時間的計算 當(dāng)行程長度一定，以h為單位的額定壽命為： 式中 ——壽命時間（h） 　　L——額定壽命（km） 　　 La——行程長度（m） 　　 n2——每分鐘往返次數(shù) 則 L h =30592.3h 工況為：每天開機6個小時，每年300個工作日，則預(yù)計壽命年限為： LhL h=30592.3/300×6=16.9年 同理求出Y方向滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命： L=26340.1km Lh=25230h=14年 6.3導(dǎo)軌材料與熱處理; 2.4導(dǎo)軌材料與熱處理 2.4.1導(dǎo)軌材料的要求和匹配 用于導(dǎo)軌的材料應(yīng)具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小和動靜摩擦系數(shù)差小。加工和使用時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定性好等性能。 表9.3-14 導(dǎo)軌材料匹配及其相對壽命 導(dǎo)軌材料與熱處理 相對壽命 導(dǎo)軌材料及熱處理 相對壽命 鑄鐵/鑄鐵 1 淬火鑄鐵/淬火鑄鐵 4~5 鑄鐵/淬火鑄鐵 2~3 鑄鐵/鍍鉻 3~4 鑄鐵/淬火鋼 >2 塑料/鑄鐵 8 注:導(dǎo)軌材料前邊為動導(dǎo)軌后邊為固定導(dǎo)軌 導(dǎo)軌副應(yīng)盡量由不同材料組成，如果選用相同材料，也應(yīng)采用不同的熱處理或不同的硬度。通常動導(dǎo)軌（短導(dǎo)軌）用較軟耐磨性低的材料，固定導(dǎo)軌（長導(dǎo)軌）用較硬和耐磨材料制造，材料匹配對耐磨性影響見表9.3-14 2.4.2導(dǎo)軌材料與熱處理 機床滑動導(dǎo)軌常用材料主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵。 灰鑄鐵通常以HT200或HT300做固定導(dǎo)軌，以HT150或HT200做動導(dǎo)軌。 JB/T3997-1994標(biāo)準(zhǔn)對普通灰鑄鐵導(dǎo)軌的硬度要求如表9.3-15所示 表9.3-15 灰鑄鐵導(dǎo)軌硬度要求 硬度要求(HBS) 硬度不均勻性(HBS) 導(dǎo)軌長度/mm 導(dǎo)軌鑄件重量/t 不低于 不高于 導(dǎo)軌長度/mm 硬度差不超過 ≤2500 - 190 255 ≤2500 25 >2500 >3 180 241 >2500 35 >5 175 241 由幾何件連接的導(dǎo)軌 45 >10 165 241 常用耐磨鑄鐵與普通鑄鐵耐磨性比較見表9.3-16 表9.3-16 常用耐磨鑄鐵 耐磨鑄鐵名稱 耐磨性高于普通鑄鐵倍數(shù) 磷銅鈦耐磨鑄鐵 1.5～2 高磷耐磨鑄鐵 1 釩鈦耐磨鑄鐵 1～2 稀土鑄鐵 1 鉻鉬耐磨鑄鐵 1 導(dǎo)軌熱處理:一般重要的導(dǎo)軌，鑄件粗加工后進(jìn)行一次時效處理，高精度導(dǎo)軌鑄件半精加工后還需進(jìn)行第二次