自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)

1、自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)1.自動(dòng)化設(shè)備的概況和組成2.液壓和氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)3.機(jī)械傳動(dòng)方式簡介4.伺服電機(jī)選型一、自動(dòng)化設(shè)備的概況和組成自動(dòng)化設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)1.提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量 2.節(jié)約能源及材料消耗 3.提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率 4.改善勞動(dòng)條件和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度5.能使企業(yè)擺脫員工對(duì)產(chǎn)品熟練程度的依賴性自動(dòng)化設(shè)備在實(shí)際生活中的應(yīng)用1.用機(jī)械來代替人工做動(dòng)力的自動(dòng)化技術(shù) 2.在生產(chǎn)過程及業(yè)務(wù)處理過程中由檢測,控制,計(jì)算等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的大量信息處理的自動(dòng)化技術(shù). 自動(dòng)化設(shè)備的組成一、機(jī)械部分1. 原動(dòng)機(jī) 主要包括電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等. 2. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 要包括機(jī)械傳動(dòng)(帶傳動(dòng),鏈傳動(dòng),齒輪傳動(dòng)等),氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng).

2、在實(shí)際的自動(dòng)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，是它們中兩者或三者的結(jié)合.氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)在工業(yè)特別在輕工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，它是接下來要重點(diǎn)討論的一個(gè)課題。3. 定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu) 它能使工件在設(shè)備上的位置實(shí)現(xiàn)唯一性,使裝配件與被裝配件之間的自由度得到合理的控制,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和裝配. 它也是接下來要重點(diǎn)討論的一個(gè)課題。4. 控制和調(diào)節(jié)裝置 這里談的控制與接下來電器中的控制是不一樣的,這里主要是一些液壓和氣壓控制回路，速度控制回路及方向控制回路 5. 執(zhí)行元件 主要包括氣缸,馬達(dá),油缸,真空吸盤及機(jī)械手等 6. 輔助裝置 它們主要包括一些油箱,過濾器,蓄能器,消聲器和油霧器,管路和管接頭等.二、電氣部分

3、1. 自動(dòng)控制系統(tǒng)-匯編語言,單片機(jī)及PLC程序 2. 自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的的檢測和執(zhí)行元器件 檢測元件主要有傳感器,接近開關(guān),行程開關(guān),編碼器及磁感應(yīng)開關(guān)等 . 執(zhí)行元器件主要包括步進(jìn)電機(jī),伺服電機(jī),真空發(fā)生器及磁粉離合器等。二、液壓和氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)一.液壓和氣壓傳動(dòng)的現(xiàn)狀及應(yīng)用 1.液壓傳動(dòng)有很多突出的特點(diǎn),因此它的應(yīng)用非常廣泛,如一般工業(yè)的塑料加工機(jī)械,壓力機(jī)械,機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械,農(nóng)業(yè)機(jī)械,汽車等；鋼鐵工業(yè)中的冶金機(jī)械,提升裝置,軋輥調(diào)整裝置等.2.氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用也相當(dāng)普遍,許多機(jī)器設(shè)備中都有氣壓傳動(dòng)系統(tǒng),在工業(yè)各領(lǐng)域,如機(jī)械,電子.鋼鐵,運(yùn)輸車輛及制造,橡膠,紡織,化工,

4、食品,包裝,印刷和煙草等領(lǐng)域氣壓傳動(dòng)技術(shù)已成為基本組成部分.液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1. 與電動(dòng)機(jī)相比,在同等體積下,液壓裝置能產(chǎn)生更大的動(dòng)力,也就是說在同等的功率下,液壓裝置的體積小,重量輕.2. 液壓裝置工作平穩(wěn),換向沖擊小,便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向.3. 液壓裝置很容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù),能實(shí)現(xiàn)自潤滑,使用壽命長.4. 液壓裝置容易作到對(duì)速度的無級(jí)調(diào)節(jié),并且對(duì)速度的調(diào)節(jié)還可以在工作中進(jìn)行.5. 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,很方便對(duì)液體的流動(dòng)方向,壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,并能很容易地和電氣,電子控制和氣壓控制結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)和操作.6. 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化,標(biāo)準(zhǔn)化和通用化,便于設(shè)計(jì),制造和推廣使用7.

5、由于液壓傳動(dòng)中的泄露和液體的可壓縮性使這種傳動(dòng)無法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比.8. 液壓傳動(dòng)有很多的能量損失(泄露損失,沿程壓力損失,局部壓力損失等),因此傳動(dòng)效率相對(duì)很低.9. 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感,不宜在較高或較低的溫度下工作.10.液壓傳動(dòng)在出現(xiàn)故障時(shí)不易診斷.氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1.氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是空氣,它取之不盡用之不竭,用后的空氣可以排到大氣中去,不會(huì)污染環(huán)境.2.氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)粘度很低,所以流動(dòng)阻力很小,壓力損失小,可以便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送.3.氣壓傳動(dòng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好,在易燃,易爆,多塵埃,強(qiáng)輻射,振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境下仍能可靠地工作.4.氣壓傳動(dòng)動(dòng)作速度及反應(yīng)快.液壓油在管

6、道中的流動(dòng)速度一般為15m/s,而氣體流速可以大于10 m/s,甚至接近聲速,因此在0.020.03s內(nèi)即可以達(dá)到所要求的工作壓力和速度.5.氣壓傳動(dòng)有較好的自保持能力.即使壓縮機(jī)停止工作,氣閥關(guān)閉,氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)仍能維持一個(gè)穩(wěn)定的氣壓.而液壓傳動(dòng)要維持一定的壓力,需要能源裝置或在系統(tǒng)中增加蓄能器.6.氣壓傳動(dòng)在一定的超負(fù)載工況下也能保證系統(tǒng)安全工作,不易發(fā)生過熱現(xiàn)象7.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力低.工作氣壓一般在0.2-1Mpa之間,比較常用的0.4Mpa左右.8.由于空氣的可壓縮性大,因此氣壓傳動(dòng)的速度穩(wěn)定性差,很難控制系統(tǒng)的位置精度.9.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲大,尤其是排氣時(shí),需加銷聲器.10.

7、氣壓傳動(dòng)工作介質(zhì)本身沒有潤滑性,需加油霧器進(jìn)行潤滑.二.液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)的基本組成1.液壓系統(tǒng)的基本組成 它由油箱,過濾器,液壓泵,溢流閥,開停閥, 節(jié)流閥,換向閥和液壓缸組成. 2.氣壓系統(tǒng)的基本組成 它由空氣壓縮機(jī),后冷卻器,除油器,干燥氣,儲(chǔ)氣罐,過濾器,減壓閥,壓力表,油霧器,換向閥和氣缸組成. 在實(shí)際的應(yīng)用中, 除油器,減壓閥和油霧器做成一個(gè)整體, 稱為氣源處理三聯(lián)件. AIRTAC氣動(dòng)產(chǎn)品里的代號(hào)為AFR三.液壓和氣壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件1.液壓傳動(dòng)中的執(zhí)行元件是油缸,氣壓傳動(dòng)中的執(zhí)行元件是氣缸. 2.油缸和氣缸的品牌 進(jìn)口的: AIRTAC(臺(tái)灣亞德克),SMC(日本),英國的諾冠,美國

8、的派克等 國產(chǎn)的:佛山的實(shí)用, 肇慶的方大等3.油缸和汽缸的基本參數(shù) 結(jié)構(gòu)型式缸徑行程安裝方式 雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸 單軸彈簧壓出型氣缸 氣缸的工作條件如上圖 氣缸常用的缸徑和行程如上圖四.液壓和氣壓傳動(dòng)的控制調(diào)節(jié)元件1.方向控制閥 單向閥 分為普通單向閥,液控單向閥,梭閥和雙壓閥.換向閥復(fù)動(dòng)氣缸常采用兩位五通電磁換向閥,單動(dòng)氣缸常采用兩位三通電磁換向閥,油缸的換向閥常采用三位五通閥,油缸的換向閥需要有中位功能.2.壓力控制閥主要有溢流閥,減壓閥,順序閥和壓力繼電器3.流量控制閥主要有節(jié)流閥和調(diào)速閥等.調(diào)速閥實(shí)際上是一個(gè)節(jié)流閥和等差減壓閥的組合體五.液壓和氣壓傳動(dòng)的輔助元件1.蓄能器和儲(chǔ)氣罐 液壓傳

9、動(dòng)系統(tǒng)一般采用蓄能器,氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用儲(chǔ)氣罐.2.過濾器主要分為粗過濾器,普通過濾器和精過濾器三種.3.油箱,熱交換器,壓力表,油霧器和銷聲器.六.液壓和氣壓傳動(dòng)回路1.方向控制回路 它主要分為一般方向控制回路和復(fù)雜方向控制回路.一般方向控制回路:一個(gè)換向閥控制一個(gè)汽缸或油缸.復(fù)雜方向控制回路:時(shí)間控制制動(dòng)式和行程控制制動(dòng)式兩種2.壓力控制回路.它主要分為調(diào)壓回路,減壓回路,增壓回路,保壓回路,卸荷回路,平衡回路和釋壓回路等組成.3.速度控制回路它主要有節(jié)流式調(diào)速回路,調(diào)速閥式調(diào)速回路,容積式調(diào)速回路,容積節(jié)流式調(diào)速回路,快速回路和速度換接回路.速度換接回路在后面的章節(jié)中介紹.4.多缸運(yùn)動(dòng)

10、控制回路它主要包括順序運(yùn)動(dòng)回路,同步運(yùn)動(dòng)回路和運(yùn)動(dòng)互不干擾回路.順序運(yùn)動(dòng)回路在后面的章節(jié)中介紹.5.其他控制回路主要有氣壓延時(shí)回路和氣壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)回路.氣壓延時(shí)回路是一個(gè)兩位三通氣控閥和一個(gè)單向節(jié)流閥組成.氣壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)回路在后面的章節(jié)中介紹.七.典型的氣壓回路案例分析1.行程閥控制的單往復(fù)回路系統(tǒng)原理圖見右圖.功能簡介: 按下手動(dòng)換向1的手柄，氣控?fù)Q向閥3切換，氣缸右行，當(dāng)撞塊碰下行程閥2，氣控?fù)Q向閥3復(fù)位，氣缸自動(dòng)退回.2.行程閥控制的連續(xù)往復(fù)動(dòng)作回路系統(tǒng)原理圖見右圖功能簡介:當(dāng)按下手動(dòng)換向閥1的手柄,氣控?fù)Q向閥4切換,氣缸右行,此時(shí)由于二位二通機(jī)動(dòng)換向閥3復(fù)位而將控制氣路斷開, 氣控?fù)Q向閥4

11、不能復(fù)位.當(dāng)活塞繼續(xù)前行到終點(diǎn),撞塊碰下二位二通機(jī)動(dòng)換向閥2時(shí),氣控?fù)Q向閥4中的空氣經(jīng)閥排出, 氣控?fù)Q向閥4在彈簧的作用下復(fù)位,氣缸自動(dòng)返回.當(dāng)活塞返回到終點(diǎn)時(shí),壓下機(jī)動(dòng)換向閥3, 氣控?fù)Q向閥4再次切換,重復(fù)上述循環(huán)動(dòng)作,只有斷開手動(dòng)換向閥1,方可使連續(xù)往復(fù)動(dòng)作的的活塞返回到原位置時(shí)停止.3.行程開關(guān)和電磁閥控制的順序運(yùn)動(dòng)回路系統(tǒng)原理圖如上圖功能簡介: 電磁換向閥7通電后,左氣缸按箭頭的方向右行,當(dāng)它右行到預(yù)定的位置時(shí),擋塊壓下行程開關(guān)2,發(fā)出信號(hào)使電磁閥8的電磁鐵通電,右氣缸按箭頭的方向右行.當(dāng)它右行到預(yù)定的位置時(shí),擋塊壓下行程開關(guān)4,發(fā)出信號(hào)使電磁閥7的電磁鐵斷電,左氣缸按箭頭的方向左行,

12、當(dāng)它左行到原位時(shí),擋塊壓下行程開關(guān)1,發(fā)出信號(hào)使電磁閥8的電磁鐵斷電,左氣缸按箭頭的方向左行,當(dāng)它左行到原位時(shí),擋塊壓下行程開關(guān)3,發(fā)出信號(hào)表明整個(gè)工作循環(huán)結(jié)束. 包括引導(dǎo)和支承執(zhí)行部件的導(dǎo)軌、絲杠螺母副、齒輪齒條副、蝸桿蝸輪副、鏈輪鏈條副、皮帶傳動(dòng)副及其支承部件等。設(shè)計(jì)和選用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮以下問題： (1) 減少摩擦阻力 如采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。 (2) 提高傳動(dòng)精度和剛度、消除傳動(dòng)間隙 傳動(dòng)精度和剛度主要取決于絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副及其支承結(jié)構(gòu)的剛度。傳動(dòng)間隙主要來自傳動(dòng)齒輪副、蝸桿副、絲杠螺母副等。 (3) 減小運(yùn)動(dòng)慣量 傳動(dòng)元件的慣

13、量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響。在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小執(zhí)行部件的慣量。 三、機(jī)械傳動(dòng)方式簡介傳動(dòng)齒輪副一、設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪副應(yīng)考慮的問題 進(jìn)給系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)裝置，是為了使絲杠、工作臺(tái)的慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重；還可使高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服驅(qū)動(dòng)裝置的輸出變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大扭矩，以適應(yīng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件的需要。 在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)考慮的問題： 1. 應(yīng)又足夠的強(qiáng)度和精度； 2. 應(yīng)綜合考慮其速比分配及傳動(dòng)級(jí)數(shù)對(duì)傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和執(zhí)行件的轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。增加傳動(dòng)級(jí)數(shù)，可以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。但級(jí)數(shù)增加，使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了傳動(dòng)效率，增大了噪聲；同時(shí)也加大了傳動(dòng)間隙和摩擦損失，對(duì)伺服系統(tǒng)不利。

14、二、消除傳動(dòng)齒輪間隙的措施 (一) 存在間隙的危害： 1. 在開環(huán)系統(tǒng)中會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位移值滯后于指令值；反向時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反向死區(qū)，影響加工精度。 2. 在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋?zhàn)饔茫瑴罅靠傻玫窖a(bǔ)償，但反向時(shí)會(huì)使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。 (二) 調(diào)整方法 1. 剛性調(diào)整法 剛性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法。因此，齒輪的周節(jié)公差及齒厚要嚴(yán)格控制，否則影響傳動(dòng)的靈活性。這種調(diào)整方法結(jié)構(gòu)比較簡單，且有較好的傳動(dòng)剛度。(1) 偏心軸調(diào)整法 通過調(diào)整偏心套來改變齒輪1和齒輪2之間的中心距，從而消除了齒側(cè)間隙。偏心調(diào)整法的原理圖齒輪1齒輪2偏心套 (2) 軸向墊片調(diào)整法齒輪1齒輪2墊片軸

15、向墊片調(diào)整法的原理圖 要改變墊片的厚度就能改變齒輪2和齒輪1的軸向相對(duì)位置，從而消除了齒側(cè)間隙。 2. 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法 (1)軸向壓簧調(diào)整法 用螺母來調(diào)節(jié)彈簧的軸向壓力，使齒輪1和2的左、右齒面分別與寬斜齒輪齒槽的左右側(cè)面貼緊。彈簧力需調(diào)整適當(dāng)，過松消除不了間隙，過緊則齒輪磨損過快。薄斜齒輪1薄斜齒輪2彈簧鍵螺母軸寬斜齒輪軸向壓簧調(diào)整法 該法是調(diào)整之后齒側(cè)間隙仍可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法。一般采用調(diào)整壓力彈簧的壓力來消除齒側(cè)間隙，但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大、傳動(dòng)剛度低，傳動(dòng)平穩(wěn)性也差。(2)周向壓簧調(diào)整法 轉(zhuǎn)動(dòng)螺母調(diào)整彈簧的拉力可以使薄片齒輪錯(cuò)位，即兩片薄齒輪1、2的左、右齒面分別與寬齒輪齒槽

16、的右、左貼緊，消除了齒側(cè)間隙。凸耳 彈簧凸耳螺釘螺母薄齒輪2薄齒輪1周向壓簧調(diào)整法滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置。一、 工作原理與特點(diǎn)絲杠滾珠螺母滾珠回路滾珠絲杠工作原理圖 在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副特點(diǎn)： 1. 摩擦小，效率高，發(fā)熱少； 2. 絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度； 3. 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象； 4. 磨損小、壽命長、精度保持性好； 5. 不能自鎖，有可逆

17、性，絲杠立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。二、滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。1外循環(huán)插管式回珠器插管式回珠器外循環(huán)方式 每一列鋼珠轉(zhuǎn)幾圈后經(jīng)插管回珠器返回。插管式回珠器位于螺母之外，稱為外循環(huán)。 外循環(huán)結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，其滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動(dòng)的平穩(wěn)性，甚至發(fā)生卡珠現(xiàn)象，噪聲也較大。DCBA反向回珠器內(nèi)循環(huán)方式DACB 鋼珠從A點(diǎn)走向B點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)然后經(jīng)返向回珠器4從螺紋的頂上回到A點(diǎn)。螺紋每一圈形成一個(gè)鋼珠的循環(huán)閉路?；刂槠魈幱诼菽钢畠?nèi)，稱為內(nèi)循環(huán)。2. 內(nèi)循環(huán) 其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛

18、性好，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，不能用于多頭螺紋。三、滾珠絲杠螺母副的選用 目前我國滾珠絲杠螺母副的精度標(biāo)準(zhǔn)為四級(jí)：普通級(jí)P、標(biāo)準(zhǔn)級(jí)B、精密級(jí)J和超精密級(jí)C。普通數(shù)控機(jī)床可選用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)B，精密數(shù)控機(jī)床可選精密級(jí)J或超精密級(jí)C。 在設(shè)計(jì)和選用滾珠絲杠螺母副時(shí)，首先要確定螺距t、名義直徑D0、滾珠直徑d0等主要參數(shù)。 D0愈大，絲杠承載能力和剛度愈大。為了滿足傳動(dòng)剛度和穩(wěn)定性的要求，通常D0應(yīng)大于絲杠長度的1/301/35，根據(jù)D0值選取盡量較大的螺距t。 滾珠直徑d0對(duì)承載能力有直接影響，應(yīng)盡可能取較大的數(shù)值。一般d0 0.6t，其最后尺寸按滾珠標(biāo)準(zhǔn)選用。(三) 滾

19、珠絲杠螺母副的支承形式和制動(dòng)方式1. 支承形式 (1) 一端裝止推軸承一端裝止推軸承 這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。( 2) 一端裝止推軸承，另一端裝向心球軸承 滾珠絲杠較長時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一自由端裝向心球軸承。為了減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源(如液壓馬達(dá))及絲杠上的常用段。一端裝止推軸承，另一端裝向心球軸承兩端裝止推軸承(3) 兩端裝止推軸承 將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度。但這種安裝方式對(duì)熱伸長較為敏感。(4) 兩端裝止推軸承及向心袖軸承兩端裝止推軸

20、承及向心袖軸承 為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和向心球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高止推軸承的承載能力和支架剛度。2. 制動(dòng)方式 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)效率很高，但不能自鎖，用在垂直傳動(dòng)或水平放置的高速大慣量傳動(dòng)中，必須裝有制動(dòng)裝置。常用的制動(dòng)方法有超越離合器、電磁摩擦離合器或者使用具有制動(dòng)裝置的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 滾珠絲杠必須采用潤滑油或鋰基油脂進(jìn)行潤滑，同時(shí)要采用防塵密封裝置。如用接觸式或非接觸密封圈，螺旋式彈簧鋼帶，或折疊式塑性人造革防護(hù)罩，以防塵土及硬性雜質(zhì)進(jìn)入絲杠。導(dǎo)軌 一、對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 導(dǎo)軌的功用概括為起導(dǎo)向

21、和支承作用，在設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)考慮以下問題： 1. 有一定的導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是指機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線性(對(duì)直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌)或真圓性(對(duì)圓運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌)及它與有關(guān)基面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。 2. 有良好的精度保持性 精度保持性是指導(dǎo)軌能否長期保持原始精度，喪失精度保持性的主要因素是由于導(dǎo)軌的磨損、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式及支承件材料的穩(wěn)定性有關(guān)。數(shù)控機(jī)床常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌。 3. 有足夠的剛度 導(dǎo)軌的剛度主要決定于其類型、結(jié)構(gòu)形式和尺寸大小點(diǎn)軌與床身的聯(lián)接方式，導(dǎo)軌材料和表面加工質(zhì)量等。數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌截面積的尺寸，或在主導(dǎo)軌外添加輔助導(dǎo)軌來提高剛度。 4. 有良好的摩擦特性

22、導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要小，而且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)應(yīng)盡量接近，以減小摩擦阻力和導(dǎo)軌熱變形，使運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)，低速無爬行，這對(duì)數(shù)控機(jī)床特別重要。 5. 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)工藝性要好，便于制造和裝配，便于檢驗(yàn)、調(diào)整和維修，有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑措施等。二、滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌工作面間安裝滾動(dòng)件，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。其優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小、摩擦發(fā)熱小、運(yùn)動(dòng)靈活、精度保持性好、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。缺點(diǎn)是滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，抗震性差。 滾動(dòng)導(dǎo)軌常用的滾動(dòng)體有滾珠、滾柱、滾針，特點(diǎn)是： 滾珠導(dǎo)軌的承載能力小，剛度低，適用于運(yùn)動(dòng)部件重量不大，顛覆力矩較小的設(shè)備。 滾柱導(dǎo)軌的承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，適用于載荷較大的設(shè)

23、備。 滾針導(dǎo)軌的特點(diǎn)是滾針尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于導(dǎo)軌尺寸受到限制的設(shè)備。1. 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊(一) 工作原理支承導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌擋板擋板滾子移動(dòng)件移動(dòng)件螺釘支承塊滾子滾動(dòng)導(dǎo)軌塊 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的特點(diǎn)是剛度高、承載能力大、便于裝拆。2. 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 導(dǎo)軌條安裝在床身上，滑塊連同工作臺(tái)沿導(dǎo)軌條作直線運(yùn)動(dòng)；滑塊中有四組滾珠，在導(dǎo)軌條和滑塊的直線滾道內(nèi)滾動(dòng)。當(dāng)滾珠滾到滑塊的端點(diǎn)(圖b為左端)，就經(jīng)端面擋板和滑塊中的回珠孔回到另一端，經(jīng)另一端面擋塊再進(jìn)入循環(huán)。四組滾珠各有自己的回珠孔；分別處于滑塊的四角。導(dǎo)軌條密封墊密封墊 擋板滑塊回珠孔回珠孔滾珠導(dǎo)軌條滑塊直線導(dǎo)軌副(a)(b)(二) 配置與固定 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌

24、副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分。導(dǎo)軌條通常為兩根，裝在支承件上，見圖下圖。每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件上。如移動(dòng)件較長，也可在一根導(dǎo)軌條上裝3個(gè)或3個(gè)以上的滑塊。如移動(dòng)件較寬，也可用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。直線導(dǎo)軌副的配置支承件基準(zhǔn)面A螺釘1基準(zhǔn)面B螺釘2防塵蓋移動(dòng)件直線導(dǎo)軌副的配置與固定 上圖兩條導(dǎo)軌條中，一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌(右導(dǎo)軌)，上有基準(zhǔn)面A。它的滑塊上有基準(zhǔn)面B。另一條為從動(dòng)導(dǎo)軌(左導(dǎo)軌)。裝配時(shí)，將基準(zhǔn)導(dǎo)軌的基準(zhǔn)面A靠在支承件的定位面上，用螺釘1頂靠后固定?；瑝K則頂靠在移動(dòng)件的定位面上。(三) 精度和預(yù)緊 直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)支承的精度分為1、2、3、4、5、6級(jí)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)采用1或2級(jí)。不

25、同精度和規(guī)格的導(dǎo)軌支承，對(duì)安裝基面均有相應(yīng)的形位公差要求。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意查樣本手冊(cè)。1. 精度2. 預(yù)緊 導(dǎo)軌支承的工作間隙，直接影響它的運(yùn)動(dòng)精度、承載能力和剛度。間隙分為普通間隙和負(fù)間隙(過盈，即預(yù)緊)兩類，在負(fù)間隙中又有輕預(yù)緊和中預(yù)緊兩種情況。 (1) 普通間隙通常用于對(duì)精度無要求和要求盡量減小滑塊移動(dòng)阻力的場合，如輔助導(dǎo)軌，機(jī)械手等； (2) 輕預(yù)緊用于精度要求較高但載荷較輕的場合，例如磨床的進(jìn)給導(dǎo)軌和工業(yè)機(jī)器人等； (3) 中預(yù)緊用于對(duì)精度和剛度均要求較高具有沖擊、振動(dòng)和進(jìn)行重切削的場合，例如加工中心、數(shù)控機(jī)床、磨床的砂輪架導(dǎo)軌等。導(dǎo)軌副的預(yù)緊方式 (a) (b) (c)調(diào)整螺釘調(diào)整墊塊

26、調(diào)整偏心銷導(dǎo)軌副的預(yù)緊方式 (d) (e)調(diào)整螺釘楔鐵潤滑油入孔滾子調(diào)整螺釘和楔鐵預(yù)緊 圖d中按規(guī)定要求用力矩扳手扭緊，中間螺釘按要求施力，兩端的略輕些為中間施力的90效果較好。四、導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù)（一）導(dǎo)軌的潤滑 1. 潤滑的目的、要求與方式 潤滑的目的是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫度和防止生銹。 潤滑要求供給導(dǎo)軌清潔的潤滑油。油量可以調(diào)節(jié)。盡量采取自動(dòng)和強(qiáng)制潤滑。潤滑元件要可靠。要有安全裝置。例如靜壓導(dǎo)軌在未形成油膜之前不能開車和潤滑不正常有報(bào)警信號(hào)等。 導(dǎo)軌的潤滑方式有：人工定期向?qū)к壝鏉灿汀⒃谶\(yùn)動(dòng)部件上裝油杯使油沿油孔流或滴向?qū)к壝?、在運(yùn)動(dòng)部件上裝潤滑電磁泵等。 2潤滑油的選擇 導(dǎo)

27、軌常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂，滑動(dòng)導(dǎo)軌用潤滑油。 滾動(dòng)導(dǎo)軌支承多用潤滑脂潤滑。它的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)泄漏，不需經(jīng)常加油；缺點(diǎn)是塵屑進(jìn)入后易磨損導(dǎo)軌，因此對(duì)防護(hù)要求較高。易被污染又難以防護(hù)的地方，可用潤滑油潤滑。 (二) 導(dǎo)軌的防護(hù) 防止或減少導(dǎo)軌副磨損的重要方法之一，就是對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行防護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有可靠防護(hù)裝置的導(dǎo)軌，比外露導(dǎo)軌的磨損量可減少60左右。常用的防護(hù)方式有以下幾種：1刮板式金屬刮板毛氈刮板金屬刮板毛氈刮板(a)(b)(c)刮板式防護(hù)裝置 圖a的耐熱能力好，但只能排除較大的硬粒。 圖b除可去除細(xì)小的塵屑之外，還具有良好的吸油能力。 圖c是的耐熱能力好、防護(hù)能力強(qiáng)并有良好的潤滑性。雖結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜

28、，應(yīng)用仍很多。(a)(b)伸縮式導(dǎo)軌保護(hù)裝置 2伸縮式 圖a軟式皮腔式防護(hù)裝置，一般用皮革、帆布或人造革制成，結(jié)構(gòu)簡單，可用于高速導(dǎo)軌。缺點(diǎn)是不耐熱。這種防護(hù)裝置多用于磨床和精密機(jī)床，如導(dǎo)軌磨床等。但不能用于車床銑床等有紅熱切屑的機(jī)床。 圖b層式的各層蓋板均由鋼板制成，耐熱性好，強(qiáng)度高、剛性好，使用壽命長。該防護(hù)裝置多用于大型和精密機(jī)床，如龍門式機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和坐標(biāo)鏜床等。 五、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施 從設(shè)計(jì)角度提高耐磨性的基本思路是：盡量爭取無磨損；在無法避免磨損時(shí)盡量爭取少磨損、均勻磨損以及磨損后能夠補(bǔ)償，以便提高使用期限。 (一) 爭取無磨損 磨損的原因是配合面在一定的壓強(qiáng)作用下直接接觸并

29、作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此不磨損的條件是配合面在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)不直接接觸，接觸時(shí)則無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其辦法之一是使?jié)櫥瑒┌涯Σ撩嫱耆指糸_。如靜壓導(dǎo)軌、靜壓軸承或其它的靜壓副。 (二) 爭取少磨損 爭取無磨損只能在少數(shù)和特殊情況下才能做到。多數(shù)情況只能爭取少磨損以延長工作期限。 1降低壓強(qiáng) 采用加大導(dǎo)軌的接觸面和減輕負(fù)荷的辦法來降低壓強(qiáng)。提高導(dǎo)軌面的直線度和細(xì)化表面粗糙度，均可增加實(shí)際接觸面積。采用卸荷導(dǎo)軌是減輕導(dǎo)軌負(fù)荷，降低壓強(qiáng)的好辦法。 2改變摩擦性質(zhì) 用滾動(dòng)副代替滑動(dòng)副，可以減少磨損。在滑動(dòng)摩擦副中保證充分潤滑避免出現(xiàn)干摩擦或半干摩擦，也可降低磨損。 3正確選擇摩擦副的材料和熱處理 適當(dāng)選擇摩擦副的材料和

30、熱處理可提高抗磨損的能力。例如，支承導(dǎo)軌淬硬，動(dòng)導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶。 4加強(qiáng)防護(hù) 加強(qiáng)防護(hù)，可避免灰塵、切屑、砂輪屑等進(jìn)入摩擦副，是提高導(dǎo)軌耐磨性的有效措施。 (三) 爭取均勻磨損 磨損是否均勻?qū)α悴考墓ぷ髌谙抻绊懞艽?。例如床身?dǎo)軌，如果磨損是均勻的，對(duì)機(jī)床加工精度一般影響不大，而且可以補(bǔ)償。磨損不均勻的原因主要有兩個(gè)：在摩擦面上壓強(qiáng)分布不均；各個(gè)部分的使用機(jī)會(huì)不同。爭取均勻磨損有如下措施： 1. 力求使摩擦面上壓強(qiáng)均勻分布，例如導(dǎo)軌的形狀和尺寸要盡可能對(duì)集中載荷對(duì)稱； 2. 盡量減小扭轉(zhuǎn)力矩和傾覆力矩；保證工作臺(tái)、溜板等支承件有足夠的剛度； 3. 摩擦副中全長上使用機(jī)會(huì)不均的那一件硬度應(yīng)高

31、些，例如車床床身導(dǎo)軌的硬度應(yīng)比床鞍導(dǎo)軌硬度高。 (四) 磨損后應(yīng)能補(bǔ)償磨損量 磨損后間隙變大了，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在構(gòu)造上能補(bǔ)償這個(gè)間隙。補(bǔ)償方法可以是自動(dòng)的連續(xù)補(bǔ)償，也可以是定期的人工補(bǔ)償。自動(dòng)連續(xù)補(bǔ)償可以靠自重，例如三角形導(dǎo)軌。定期的人工補(bǔ)償，如矩形和燕尾形導(dǎo)軌靠調(diào)整鑲條，閉式導(dǎo)軌還要調(diào)整壓板等。伺服電機(jī)選型原則 連續(xù)工作扭矩 伺服電機(jī)額定扭矩 瞬時(shí)最大扭矩 伺服電機(jī)最大扭矩 (加速時(shí)) 負(fù)載慣量 3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 連續(xù)工作速度 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速F= 扭矩計(jì)算1/RTT電機(jī)轉(zhuǎn)矩T （N.m）滑輪半徑r （m）提升力F （N） T經(jīng)過減速機(jī)后的提升力F= RrFFrrrT扭矩計(jì)算F1/RPBFPBTT

32、電機(jī)轉(zhuǎn)矩T （N.m）螺桿導(dǎo)程PB （m）推力F （N） PB2F=T 經(jīng)過減速機(jī)后的推力F=T R2PB慣量計(jì)算一、負(fù)載旋轉(zhuǎn)時(shí)慣量計(jì)算 JL（ ） （以電機(jī)軸心為基準(zhǔn)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）實(shí)心圓柱空心圓柱L（m）D（m）L（m）D1（m）JK MK （D02 D12）81經(jīng)過減速機(jī)之后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JLRJKJK MK D811/RD0（m）慣量計(jì)算M1/RPB直線運(yùn)動(dòng)部分JKM （ ）2PB經(jīng)過減速機(jī)之后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JLRJK二、負(fù)載直線運(yùn)動(dòng)時(shí)慣量計(jì)算 JL（ ） （以電機(jī)軸心為基準(zhǔn)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）慣量計(jì)算三、皮帶類傳動(dòng)時(shí)慣量計(jì)算 JL（ ） （以電機(jī)軸心為基準(zhǔn)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）M3M2M1r1r2電機(jī)轉(zhuǎn)矩T

33、 （N.m）小輪1質(zhì)量M1(kg)小輪1半徑r1(m)小輪2質(zhì)量M2(kg)小輪2半徑r2(m)重物質(zhì)量M3(kg)減速比r1/r2=1/RJL=1/2*M1*r12 + (1/2*M2*r22)/R2 + M3*r12JL=1/2*M1*r12 + 1/2*M2*r12 + M3*r12舉例計(jì)算1已知：圓盤質(zhì)量M=50kg，圓盤直徑D=500mm，圓盤最高轉(zhuǎn)速60rpm，請(qǐng)選擇伺服電機(jī)及減速機(jī)。舉例計(jì)算1計(jì)算圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL = MD2/ 8 = 50 * 2500 / 8 = 15625 kg.cm2假設(shè)減速機(jī)減速比1：R，則折算到伺服電機(jī)軸上負(fù)載慣量為15625 / R2。按照負(fù)載慣量

34、3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JM的原則如果選擇400W電機(jī)，JM = 0.277kg.cm2，則15625 / R2 18803，R 137輸出轉(zhuǎn)速=3000/137=22 rpm，不能滿足要求。如果選擇500W電機(jī)，JM = 8.17kg.cm2，則15625 / R2 637，R 25輸出轉(zhuǎn)速=2000/25=80 rpm，滿足要求。這種傳動(dòng)方式阻力很小，忽略扭矩計(jì)算。舉例計(jì)算1這種傳動(dòng)方式與前一種傳動(dòng)方式相同，選型時(shí)主要考慮負(fù)載慣量的計(jì)算，計(jì)算公式也與前面相同?？偨Y(jié)：轉(zhuǎn)動(dòng)型負(fù)載主要考慮慣量計(jì)算。舉例計(jì)算2M1:R1已知：負(fù)載重量M=50kg，同步帶輪直徑D=120mm，減速比R1=10，R2=2，負(fù)

35、載與機(jī)臺(tái)摩擦系數(shù)=0.6，負(fù)載最高運(yùn)動(dòng)速度30m/min，負(fù)載從靜止加速到最高速度時(shí)間200ms，忽略各傳送帶輪重量，驅(qū)動(dòng)這樣的負(fù)載最少需要多大功率電機(jī)？D1:R2舉例計(jì)算21. 計(jì)算折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量JL = M * D2 / 4 / R12 = 50 * 144 / 4 / 100 = 18 kg.cm2按照負(fù)載慣量 6 kg.cm22. 計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩Tf = M * g * * (D / 2) / R2 / R1 = 50 * 9.8 * 0.6 * 0.06 / 2 / 10 = 0.882 N.m加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩Ta = M * a * (D / 2) / R2 / R1 = 50 * (30 / 60 / 0.2) * 0.06 / 2 / 10 = 0.375 N.m伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 Tf ，最大扭矩 Tf + Ta舉例計(jì)算23. 計(jì)算電機(jī)所需要轉(zhuǎn)速N = v / (D) * R1 = 30 / (3.14 * 0.12) * 10 = 796 rpm根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，最小可以選擇ECMA-G31306ES電機(jī)。舉例計(jì)算3已知：負(fù)載重量M=2