毕设论文--加二二维激光加工机机械及控制系统设计.doc

摘要摘要 随着激光技术的进一步发展和市场的不断扩大，光制造技术将在所有制造领域内的许多方面取代传统的机械制造，激光微制造技术使微精密元件成为可能，并使微系统朝着多样化和智能化方向发展，最终在汽车、医疗和环保领域得到更广泛的应用，在国民经济和工业发展中起着日益重要的作用精密数控工作台采用滚珠丝杠副和滚动导轨副传动结构，具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、磨擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。数控精密工作台系列可选择步进电机驱动，交流伺服驱动。 密数控工作台可广泛应用于激光焊接机、插线机、打孔机、涂胶机、机械手、搬运、检测装置、断层射线扫描、小型数控机床及实用教学领域。我所设计的二加二维激光加工机正是基于2者的结合应用。众所周知，数控工作台在机械加工中已经有了不可替代的作用，因此，我们正是利用了它的种种优点，进行了设计，目的就是为了实现，伴随着工作台在四个方向的运动从而实现激光对工件的加工。关键词 数控工作台 激光加工 机械制造Title Extend continuously along with the laser technical further development and markets, the light manufacturing technique will replace the traditional machineAbstractExtend continuously along with the laser technical further development and markets, the light manufacturing technique will replace the traditional machine manufacturing in all manufacturing realms, the tiny manufacturing technique of laser makes tiny and precise component make possible, and make tiny system toward wear the diversification and intelligences to turn the direction development, end get the more extensive application in the automobile, medical treatment and the environmental protection realm, rise in national economy and industries develop the increasingly important function Nicety the number controls the work set adoption to roll the bead silk 杠 vice- and roll over to lead the track vice- spread to move the structure, have the accuracy high, the efficiency is high, the life span is long and wears away small, economize on energy low consume, the coefficient of friction is small, the structure tightly packed, in general use strong etc. characteristics. The number controls the near work pedestal series eligibility to choose to tread into the electrical engineering to drive, communicate servo drive. The number control the work pedestal and can be apply in the laser to weld the machine, patch cord machine, perforating machine, draw the gum machine, machine hand, transport, examine the device and break the layer to shoot the line to scan extensively, the small scaled number controls the tool machine and practical teaching realms Keywords The number controls the work set Nicety the number controls the work set The laser process27第一章 绪论目录摘要1第一章 绪论21.1 数控工作台现状及发展趋势21.2 工作内容和要求41.3 设计目的和任务5第二章 具体设计52.1设计分析52.2设计结果62.3 控制系统设计7第三章 进给传动系统设计83.1设计分析83.2设计结果93.3 进给系统机械结构设计10第四章 设计计算部分134.1 带传动设计134.2 蜗轮蜗杆设计164.3 滚珠丝杠的设计19总结23致谢24参考文献24第一章 绪论1.1 数控工作台现状及发展趋势 数控工作台自从70年代初期问世以来，至今已取得很大进展，并已成为机械加工自动化方面一个新的重要发展方向。它是随着电子技术、计算技术、自动控制、精密测量、机床结构设计与工艺的发展，综合应用这些新的技术成就而出现的高度自动化的数控工作台。数控工作台主要应用于数控机床以及大，中，小型加工中心，可以节省大量模板及其他工艺装备，缩短生产准备周期，改善劳动条件，提高生产率和保证产品质量。不过由于数控工作台在结构和技术上比较复杂，造价较高，所以，在实际应用时必须充分考虑其经济效果。与一般的机床工作台比较，数控机床工作台具有如下特点：1、 可以加工具有复杂型面的工件2、 加工精度高，尺寸一致性好3、 生产效率高4、 可以减轻工人劳动强度，实现一人多机操作5、 经济效益明显6、 可以精确计算成本和安排生产进度7、 数控加工是CAD/CAM技术和先进制造技术的基础目前数控工作台主要应用于数控车床，铣床，镗床，钻床以及各种加工中心，它集中了各种机床工作台的自动以及半自动化的优点，是目前生产数控机床的必不可少的部分之一。我国数控工作台从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床工作台制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例下面浅谈一下我国数控工作台在结构方面的现状及今后数控工作台的整体发展趋势。1.1.1 数控工作台的现状 1.常用的几种数控工作台（1）双坐标数控工作台 双坐标数控工作台采用滚珠丝杠副和滚动导轨副传动结构，具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、磨擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。数控精密工作台可广泛应用于测量、激光焊接、激光切割，涂胶、插件、射线扫描、机械手、搬运、机床改造、专机制造及实用教学等领域。双坐标数控工作台产品特点 WINDOWS平台，中文操作系统，使用简单方便； 最高速可达4MHz, 最大步长为268000000；独立轴驱动、脉冲输出、恒速控制、速度控制、非对称直线加减速驱动、S曲线加减速驱动、连续插补驱动、固定线速度控制、位置控制、比较寄存器和软件限制功能、线性插补驱动、圆弧插补驱动、位模式插补驱动、输入信号滤波器、外部信号驱动、搜寻原位输入；自动回原点功能,具有硬件限位功能； 可读回运动中实际位置（编码器输入）；为驱动电机提供脉冲、方向控制输出信号；可选择步进电机驱动，交流伺服驱动；除XY轴限位，零位以外，I/O口提供8路光隔离输入及16路输出； 双坐标工作台主要技术指标：单位mm（2）单坐标XY数控工作台单坐标数控工作台采用滚珠丝杠副和滚动导轨副传动结构，具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、磨擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。数控精密工作台可广泛应用于测量、激光焊接、激光切割，涂胶、插件、射线扫描、机械手、搬运、机床改造、专机制造及实用教学等领域。单坐标数控工作台产品特点 WINDOWS平台，中文操作系统，使用简单方便； 最高速可达4MHz, 最大步长为268000000 ； 可实现单轴运行，加减速可设定，可实现恒速控制、速度控制、非对称直线加减速驱动、S曲线加减速驱动、固定线速度控制、位置控制；自动回原点功能，具有硬件限位功能 ； 可读回运动中实际位置（编码器输入）；为驱动电机提供脉冲、方向控制输出信号；可选择步进电机驱动，交流伺服驱动；除XY轴限位，零位以外，I/O口提供8路光隔离输入及16路输出 单坐标精密工作台主要技术指标：单位mm（3）三坐标数控工作台三坐标精密数控工作台采用滚珠丝杠副和滚动导轨副传动结构，具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、磨擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。数控精密工作台系列可选择步进电机驱动，交流伺服驱动。1.1.2 数控工作台发展趋势当前数控工作台呈现以下发展趋势：1.高速、高精密化 高速、精密是机械制造发展永恒的目标。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机械制造正向高速，高精密的方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机械加工向高速、精密发展创造了条件。伴随着机械加工的告诉和高精密化，数控工作台的发展趋势也与此相同。2. 高可靠性 数控工作台的可靠性是数控工作台产品质量的一项关键性指标。数控工作台能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。3. 数控工作台设计CAD化、结构设计模块化 随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力4. 功能复合化 功能复合化的目的是进一步提高工作台的工作效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大工作台的使用范围、提高效率，实现一台多用、一台多能，即一台数控工作台通过换刀，既可以实现车削加工，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工5. 智能化、网络化、柔性化和集成化 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有智能诊断、智能监控等方面的内容。网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控工作台向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。1.2 工作内容和要求本设计是要求设计一激光加工机，要求工作台实现两个二维联动，设计要求如下：1、工作台运动范围：400mm*400mm2、移动速度0600mm/min;位移分辨率路1um；3、承载能力：2kN，压向；4、加载行程100mm； 5、工作过程按程序自动完成。1.3 设计目的和任务数控工作台的发展正渐趋完善，本设计参考了一些国内外专利，在对现有一些数控机床的工作台具体结构了解的基础上，给出了自己的设计方案。对于二维连动而言，二维连动主要是实现数控工作台在四个方向的运动。因为是二加二维，因此，在实现X，Y 轴运动的同时，必须要保证Z，轴和旋转方向的静止，这样才可以称为二加二，而我这个工作台的主要工作系统包括：主传动系统，纵向进给系统，横向进给 回转工作台，其中主传动系统又处于核心地位，所以本设计也以主传动系统的设计为核心展开。同时又选取了系统的横向进给传动系统进行完整设计。由于主传动系统所受的载荷较大因此是主要设计对象，但是具体的都是又滚珠丝杠，蜗轮蜗杆，以及皮带等传动零件组成的。由于实践经验的欠缺和知识的局限性，所设计机构的实际工作情况及可用性还有待与实践的检验。第二章 具体设计第二章 具体设计2.1设计分析数控工作台的传动系统一般与普通机床和加工中心的工作台没什么区别，它应具有一定的转速和一定的变速范围，以便采应用于不同种类的加工，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地进行开、停、变速、换向和制动等。2.1.1 对X，Y，Z，三个方向驱动的要求从经典数控机床上，我们可以清楚的发现，工作台实现横向、纵向进给的传动机构主要是通过滚珠丝杠来完成的，主要是由于滚珠丝杠拥有很多良好的性能，数控工作台的传递功率和动力特性，决定了数控工作台的的加工效率和加工工艺能力。进给的精度精度、刚度、抗振性和热变形，直接影响加工零件的尺寸、位置精度和表面质量，随着数控技术的不断发展，现代数控工作台进给驱动提出了更高的要求。 下边的的几点是激光加工机的数控工作台与传统工作台在驱动方面的一些区别与相同：（一）首先一点就是激光加工基本没有切削力，也就是说相比较与传动的机械加工，激光加工的切削力几乎为零，因此在考虑它的传动装置时，应首先考虑精度，而不同于以往的变速性能。（二）传统的机械加工工作台电机的选择是个叫人头疼的问题，由于切削力的存在就要求有较大的驱动功率或输出转矩在整个速度范围内均能提供切削所需的功率或转矩，特别是在强力切削时。并且有一定的过载能力和较硬的调速机械特性，即在负载变化的情况下，电机转速波动小。而激光加工在考虑电动机时就不需要考虑如此之多。（三）他们2者的共同之处都是要实现高精度，这就要求部件具有足够的刚度和抗振性，具有较好的热稳定性，即轴向和径向尺寸随温度变化较小。另外，要求传动的传动链要短。恒线速度切削功能2.1.2 驱动方式数控工作台的驱动及其控制方式主要有三种配置方式，如图1-1所示。（1）带有变速齿轮的主传动如图2-1（a）所示，通过少数几对齿轮降速，增大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸带动齿轮来实现。（2）通过带传动的主传动如图2-1（b）所示，电机与丝杠通过同步带传动，不用齿轮传动，可以避免齿轮传动引起的振动和噪声。它适用于高速、低转矩特性要求的地方。（3）用两个电机分别驱动 如图2-1（c）所示，高速时通过传动带直接驱动丝岗旋转；低速时，另一个电机通过齿轮传动驱动丝杠旋转，齿轮起降速和扩大变速范围的作用，这样使恒功率区增大，克服了低速时转矩不够且电机功率不能充分利用的缺陷。2.2设计结果确定驱动方式：考虑到滚珠丝杠运动速度较为平稳，从计算转速至最高转速为恒功率区，从计算转速至最低转速为恒转矩区，恒功率变速范围比恒转矩变速范围大24倍。一般应用于滚珠丝杠的驱动都采用交流伺服电动机。由于伺服电动机的转速变化可以有较大的范围，可以有效的减少减速装置的使用与设计，而且还可以满足功率要求。因此本设计采用交流伺服电动机。2.3 控制系统设计 2.3.1 控制对象的描述数控激光加工机工作台运动控制主要是工作台在X，Y，Z三轴方向的进给运动以及围绕Z轴的回转运动。由于设计要求是实现二维联动而不是同时运动，所以不能用传统的数控工作台的控制系统方式，但是传统控制系统 经过改造，就可以实现要求。为此我们采用的是由南京华兴数控设备有限公司设计的21D/21X/31D液晶显示车床数控系统。在确定了数控系统之后，我们选择伺服电动机的伺服驱动器，我们选择的是松下的MinasA4系列AC伺服驱动器。选择的原因有很多，具体就不再一一列举了。2.3.2总体控制方案的确定根据上述对控制对象的描述和具体的控制要求，该控制系统可采用同步式模块化控制结构，微机作为中央控制器，实现对X，Y轴进给运动的同步控制，当需要Z轴和回转工作台运动的时候则停止微机对另外2个方向的控制，这样则实现了2维联动。该系统的控制框图如下第三章 进给传动系统设计3.1设计分析 数控伺服进给传动系统的每一个运动都由单独的伺服电动机驱动，传动链大大缩短，传动件大大减少，这极有利于减少传动误差，提高传动精度。执行件之间的传动比关系，由数控系统（计算机）来保证。也即是说数控伺服进给传动系统是把彼此相关（复合）的运动分解为简单（外联系）的运动，再由计算机将各个运动复合起来，以形成工件的各种表面，特别是空间曲面。数控伺服进给传动系统的精度要求高，响应要求快，故多采用低摩擦、无间隙传动。3.1.1 对伺服系统的要求 数控机床的伺服系统由各坐标的驱动电机及其控制单元、机械传动部件、执行件和控制反馈环节组成。伺服系统是数控机床的关键环节，一般有下列要求。（1） 高精度为了保证加工质量的稳定性、一致性，解决空间复杂曲面零件的加工，对进给系统的定位精度和轮廓加工精度都有比较高的要求。同时，在速度控制中，要求有高的调速精度，比较强的抗负载扰动能力，即静态和动态精度要求都比较高。（2） 高稳定性稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能经短暂的调节过程之后，迅速达到新的或恢复到原来的平稳状态。（3） 高速响应响应是进给伺服系统动态性能的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。（4） 调速范围宽（5） 低速大转矩3.1.2 伺服驱动电动机的选择数控机床伺服系统的性能在很大程度上取决于伺服驱动电动机及其驱动技术的发展。数控机床发展的初期多采用步进电动机，加液压转矩放大器；70年代初期流行使用由步进电动机、伺服阀、液压马达组成的电液脉冲马达；70年代中后期，开始了永磁式宽调速直流伺服电动机时代；80年代交流伺服电动机逐渐取代了直流伺服电动机。第三章 进给传动设计3.2设计结果3.2.1 电动机的选择 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩3 、根据估算的功率选择电机SZJI系列交流伺服电动机是我国自行设计研法的产品。它同S系列相比具有体积小，质量小，伺服性好，力能指标高等特点。在自动控制系统中作执行元件，也可以做驱动元件。产品按激磁方式分为他激（并激），复激两种。在这里根据旋转工作台所需的功率选择110SZ04型号电机。其技术数据如下：电压（V）电流（A）功率（W）转速（r/min）转矩（Ncm）允许顺逆转差（r/min）电枢激磁电枢激磁2201.40.1360030001202003.3 进给系统机械结构设计数控机床进给系统的机械传动结构，包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条副、蜗轮蜗杆副、齿轮或齿链副及其支承部件等。数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终坐标位置精度和轮廓精度都与其传动结构的几何精度、传动精度、灵敏度和稳定性密切相关。为此，设计和选用机械传动结构时，须考虑以下问题。（1） 减少摩擦阻力。（2） 提高传动精度和刚度，消除传动间隙。进给传动系统的传动精度和刚度，主要取决于丝杠螺母副、及其支承机构的刚度。在传动链中设置减速齿轮，可以减小脉冲当量，从系统设计的角度来分析，可以提高传动精度。而加大丝杠直径，以及对丝杠螺母副、支承部件、丝杠本身施加预紧力，是提高传动刚度的有效措施。传动间隙主要来自传动齿轮副、丝杠螺母副及其支承部件之间，应施加预紧力或采取消除间隙的结构措施。（3） 减小运动惯量。3.2.1传动齿轮副设计为了使丝杠、工作台的惯量在系统中占有较小的比重；同时也为使高转速低转矩的伺服驱动装置的输出变为低转速大转矩，因而在所设计的进给系统中应用了齿轮减速装置。A. 设计传动齿轮副时考虑的问题除了考虑应满足强度要求之外，还考虑了其速度分配及传动级数对传动件的转动惯量和执行件的失动的影响。综合考虑之后，具体设计出齿轮减速装置为一级减速，传动比为1：2，齿轮模数，齿数分别为。B. 消除传动齿轮间隙的措施由于数控机床进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环系统中会造成进给运动的位移值滞后于指令值；反向时，会出现方向死区，影响加工精度。在闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量虽可得到补偿，但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。所以，在设计中加入了消除间隙的措施。通常，消除间隙的方法有下列几种。1)刚性调整法。刚性调整法调整后齿侧间隙不能自动补偿，常用方法有偏心轴调整法和轴向垫片调整法2)柔性调整法柔性调整法在调整之后齿侧间隙仍可自动补偿，这种方法一般都采用调整压力弹簧的压力来消除齿侧间隙，并在齿轮的齿厚和周节有变化的情况下，也能保持无间隙啮合，但这种结构较复杂。主要方法有轴向压簧调整法和周向弹簧调整法两种。这里选用了周向弹簧调整法。详见床鞍装配图。3.2.2丝杠螺母副设计在数控机床的进给运动链中，需要将旋转运动转换为直线运动，可选用的方法很多，比如齿轮赤条副、丝杠螺母副等。这里选用了滚珠丝杠螺母副。它具有如下特点。a)摩擦损失小，传动效率高，可达0.900.96。b)丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度。c)摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象。磨损小、寿命长、精度保持性好。d)不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转化为直线运动，又能将直线运动转化为旋转运动。A.滚珠丝杠螺母副的循环方式常用的循环方式有两种。滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的为内循环。本设计选用了外循环结构。B.滚珠丝杠螺母副的预紧方法预紧方法有三种，基本原理都是使两个螺母产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预紧力。1）调整垫片预紧法。这种结构简单可靠、刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中随意调整。2）调整螺母预紧法。这种结构既紧凑，工作又可靠，调整也方便。只是预紧力不能准确控制。3）齿差式调整机构。调整准确可靠，精度较高，但结构复杂，制造较困难。本设计选用了调整螺母预紧法。 3.2.3导轨设计1.对导轨的基本要求机床上的运动部件都是沿着其导轨而运动的，导轨的功用概括为起导向和支承作用。因此，导轨的制造精度及其精度保持性对机床加工精度有着重要的影响。导轨设计时须考虑以下问题。1）有一定的导向精度。2）有良好的精度保持性。精度保持性是指导轨能否长期保持原始精度，数控机床的精度保持性要求比较高。3）有足够的刚度。导轨的刚度主要决定于导轨类型、结构形式和尺寸大小、导轨与床身的连接方式，导轨材料和表面加工质量等。数控机床常采用加大导轨截面积的尺寸，或在主导轨外添加辅助导轨来提高刚度。4）有良好的摩擦特性。导轨结构工艺性要好，便于制造和装配，便于检验、调整和维修，而且须有合理的导轨防护和润滑措施。B.导轨间隙调整装置2.常采用镶条和压板，设计时一般要求如下：1）调整方便，保证刚度，接触良好。2）镶条应放在受力较小的一侧。3）选择燕尾导轨的镶条时，应考虑部件的装配方式，要便于装配。C. 导轨材料的要求和匹配导轨副应尽量由不同材料组成，如果选用相同材料也应采用不同的热处理或不同的硬度。通常，动导轨（短导轨）用较软耐磨性低的材料，固定导轨（长导轨）用较硬和耐磨材料制造。由于本产品的加工范围较小，工作台的工作范围为400*400mm，因此，从经济性的角度来考虑不易采用直线导轨，因此我选择了直线轴承。直线轴承的选取由于目前资料中的直线轴承与现有产品差距很大，在此不做介绍，选取是根据其他部件在网站选取。第四章 设计计算部分第四章 设计计算部分4.1 带传动设计已知，电动机额定功率=600，计算转速,传动比，二班制工作。1）确定设计功率查得2）选择带型号选用普通带，根据和，选取型带。3）选择带轮直径、型带应使。考虑小带轮转速不是很高，结构尺寸又无特别限制，故选。 验算带速：带速在525之间，也不过低。 当取至1250时，也符合要求。当转速再降低时，系统进入恒转矩传动阶段，拉力并不会增大，因而，选择合适。由于对转速误差要求严格，取4）确定中心距和带长设计条件对中心距没有限定，故可初选中心距，初选带长=2597取中心距的调整范围：5）验算小带轮包角得，合适。6）确定带根数查得查得 查得 代入求根数公式，得取，符合推荐轮槽数。7）确定初拉力查表得 8）计算作用在轴上的压力9）带轮结构设计A. 带轮设计的要求设计带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。B. 带轮的材料主要采用铸铁，这里选用。C. 结构尺寸带轮的典型结构有四种：实心式，腹板式，孔板式，椭圆剖面的轮辐本设计中，由于，故小带轮选用孔板式结构，而，所以大带轮采用了轮辐式结构。4.2 蜗轮蜗杆设计（一）夹紧机构设计已知：蜗杆输入转矩=2.32Nm，转速=250r/min，蜗轮转速= 3.05r/min。（1）选择传动的类型，精度等级和材料 考虑到传递的功率不大，转速较低，选用ZA蜗杆传动，精度8c GB-10089-1988。蜗杆用35CrMo，表面淬火，硬度为4550HRC；表面粗糙度Ra1.6m。（2）选择蜗杆、蜗轮的齿数=/2=78.62 传动比（参考机械设计手册第三卷的表16.5-5）=82，=1，=821=82（3）确定许用应力 =，查表16.5-14可得=250，=80，按照图16.5-2得=1.0；。轮齿应力循环次数=60=6051300108=7.2查图16.5-4得 =1.07，=1.0=2501.01.07=267.5=801.0=80（4）按照接触强度设计取载荷系数K=1.1，由上面计算过程可知=68.4Nm将上面的数据代入上式=1.168.4=35.185查表16.5-4，接近于=35.185的是35，相应m=1.25mm， =22.4mm查表16.5-5，按=82，m=1.25mm，d1=22.4mm，其a=63mm，=82，=1， =+0.44；蜗轮分度圆直径=1.2582=102.5mm导程角（5）求蜗轮的圆周速度，并校核效率 实际传动比 3.05r/min 蜗轮的圆周速度 =0.016m/s 滑动速度 =0.29m/s传动效率 =0.755 =1 =0.99所以=0.7551.00.99=0.75 与上面估计的效率相近，所以合适。（6）校核蜗轮齿面的接触强度 按表16.5-10，齿面接触强度验算公式为 = 式中 查表16.5-11得， =156查表16.5-12取=0.9；取=1.1； =0.29m/s3m/s。取=1.0蜗轮传递的实际扭矩=/2=2.32820.75/2=71.3Nm将上面的值带入验算公式= =156 =265.95=267.5(7)蜗轮齿根弯曲强度校核 按表16.5-10，齿根弯曲强度验算公式 =式中 按=82.13及 =+0.044查图16.5-18得=2.07 =1-=1-=0.973 =80 将上述诸值代入公式=32.99 40 所以齿根弯曲强度足够（8）几何尺寸计算（按表16.5-7） 已知：=82，m=1.25， =22.4mm，a=63mm，=82，=1， =+0.44，=102.5mm =+2m=（22.4+21.25）mm=24.9mm =-2m（1+0.2）=（22.4-21.251.2）mm=19.4mmb1（11+0.1Z2）m=（11+0.182）1.25=24mm取b1=30mm =+2m（）=102.5+21.25（1+0.44）=106.1mm +2m=（106.1+21.25）mm=108.1mm，取=108mm4.3 滚珠丝杠的设计1.选择浮动式内循环，双螺母垫片预紧，滚道截面形状选择双圆弧形 2.初选 =8mm按表12-1-14，选择=10mm。=3000r/min。则实际工作速度=3000r/min10mm=30m/min=0.5m/s，比设计要求的工作速度大，使工作台的工作效率更高 3.计算当量载荷 =558.41N4.计算当量转速 =3000r/min5.额定动载荷计算预计工作台工作寿命10年，每天8小时，则 =3000108=24000h则=60. =4.32109Y=10-2（Ln）1/3，其中为丝杠的额定动载荷载荷系数，由表12-1-21查取，取轻微冲击，=1.01.2，取=1.1=1.1558.41（4.32109）1/3， 即10004N=10.004KN由表12-1-17，可见有=6mm，型号为3210的丝杠满足并接近动载荷的要求，因此初步选择此类的丝杠。6.额定静载荷计算= 式中fd是丝杠的静载荷系数，由表12-1-22查取，按一般运动，取=2，则=2686N=1372N所以选择32103，其额定静载荷为49.5KN，额定动载荷为25.6KN。7.压杆稳定性的校核 本丝杠的安装方式为一端固定一端自由如图3.2F=686NF=686N图3.2丝杆的长度为1.33m，直径为18mm，即是丝杠的螺纹小径，由稳定校核公式可知=其中，是与安装方式有关系的一个常数，由于此杆用一端固定一端自由，所以取=2，l是杆件的支承间的距离，i=，为丝杠的转动惯量，A是杆横截面的面积，i是杆件的惯性半径，所以对于圆截面的杆来说，i=，d1是杆件的直径为25，所以i=6.25mm，则=2=425.6，当90时可用下列公式计算临界载荷。=11617.3N，=16.9 所以稳定性很可靠8.热变形计算丝杠的全长变形量 =t=13305=0.00798mm基本导程修正量=/ =610-5mm9.预拉力计算 =890N10.预紧转矩计算=其中是预紧力 =558.41=186.14N所以=24.21N按ZBJ316291选滚珠丝杠副的精度为4级 总 结总结经过一个学期的努力，终于完成了大学4年中最艰巨也是最重要的一项任务毕业设计。在设计过程中，我体会到了工业设计的整个过程，对所学的各门专业课，有了更深入的了解与把握。我发现实际的设计要比自己想的要复杂的多，要综合考虑多种因素，才能得到比较合理的设计。比如，我在设计的过程中，必须考虑到工艺性，经济性，有效性，适时控制性，安全性，外观等各种因素，才能得到现在的设计方案，这个方案也许有许多不合理的地方，但它毕竟是我真正走向工业设计的第一步。 毕业设计是对过去4年所学知识的一次全面的总结和检验，是对书本知识和工作实践的一次重要结合，更是对我的一次严峻考验。在完成工作的欣喜和兴奋中，我得到了些须体会，希望能和老师同学们分享。毕业设计巩固了我的所学知识，锻炼了我的实践动手能力，培养了解决问题的能力，看阔了眼界。设计过程我培养了我的计算机绘图能力，使用计算机辅助设计是机械设计发展不可阻挡的趋势，由于计算机辅助设计具有效率高工作量小，设计周期短，图纸清洁线条清晰等优点，所以掌握并灵活运用计算机辅助设计，是成为工程设计人员必须具备的能力。毕业设计使我看到了资料的重要性，作为只学过专业基础课程的学生而言，对于专业知识的理解还不够深入，真正可用的知识及能力储备都十分有限，在此种情况下，我们的目标更应侧重于边干边学，其中学会查阅和使用相关资料可为将来真正的自我学习打下良好的基础。讨论和研究这些字眼以前知识听人说的。在经历了这次的设计过程之后，我才明白，讨论和研究是知识创造的源泉，是灵感和智慧的碰撞，是成果诞生的必经过程。在本次设计中，和老师间的讨论，和同学间的讨论成为了决绝问题的捷径。旧的结束预示着新的开始，新的考验，新的挑战已经摆在面前，我将带着同样的热情投入到新的生活和工作中去。致谢感谢我的指导老师张学成老师。本次设计是在张老师的悉心指导下完成的，他渊博的知识和丰富的经验使我在毕业设计中学到了许多课本上学不到的知识，更重要的是，他平易近人、可亲可敬的人格魅力深深的打动着我。同时在我的设计过程中，贾老师孜孜不倦的对我的设计提出建议，并指出我设计中的错误，使我的毕业设计得以顺利完成。在次表示真挚的感谢与敬意。参考文献1机电一体化实用手册日三浦宏文 主编 科学出版社、OHM社2机械原理（第六版） 孙桓 陈作模 主编 高等教育出版社3机械设计 潭庆昌 赵宏志 曾平 主编 吉林科学技术出版社4材料力学 陈塑寰 聂毓琴 孟广伟 编著 吉林科学技术出版社5机电一体化