1、 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 23 頁1緒 論1.1課題的背景及目的什么是數(shù)控機(jī)床？在介紹數(shù)控機(jī)床之前我們先了解一下普通機(jī)床。車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機(jī)械加工方法，所謂機(jī)械加工，就是把毛坯零件加工成所需要的形狀，它包含尺寸精度和幾何精度兩個方面，能完成以上功能的設(shè)備都稱為普通機(jī)床。所謂數(shù)控機(jī)床就是在普通機(jī)床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制，它是一種裝有計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)能夠處理加工程序，控制機(jī)床自動完成各種加工運(yùn)動和輔助運(yùn)動1。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日益提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生

2、產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動化要求。由于數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用了電子計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)成果，具有高柔性、高精度與高度自動化的特點(diǎn)，因此采用數(shù)控加工手段，解決了機(jī)械制造業(yè)中常規(guī)技術(shù)難以解決，甚至無法解決的單件、小批量，特別是復(fù)雜造型面零件的加工。應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命，特別是數(shù)控特種加工的發(fā)展，使機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了一個新的階段，提高了機(jī)械制造業(yè)的制造水平，為社會提供了高質(zhì)量、多品種及高可靠性的機(jī)械產(chǎn)品。同時它可以幫助人類完成很多危險、繁重、重復(fù)的體力勞動。人類文明的發(fā)展、科技的進(jìn)

3、步已和數(shù)控機(jī)床的研究、應(yīng)用產(chǎn)生了密不可分的關(guān)系。由于社會的需求，造就了一批從事設(shè)計、開發(fā)和使用數(shù)控加工機(jī)床的高級人才。經(jīng)過50多年的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、航空航天、商業(yè)、交通運(yùn)輸、旅游、醫(yī)藥衛(wèi)生、辦公自動化及生活服務(wù)等眾多領(lǐng)域獲得了越來越普遍的應(yīng)用，并已取得了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。數(shù)控技術(shù)，尤其是數(shù)控特種加工技術(shù)的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，使整個制造業(yè)乃至整個社會都發(fā)生了和正在發(fā)生著翻天覆地的變化。數(shù)控技術(shù)可以從某個角度折射出一個國家的科學(xué)水平和綜合國力12。從上述情況看出，數(shù)控技術(shù)，特種加工技術(shù)是今后機(jī)械加工發(fā)展的趨勢，數(shù)控特種加工的應(yīng)用會越來越廣泛，發(fā)展數(shù)控特種加工技術(shù)有著十分重要的意義。

4、1.2國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展的狀況數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。美、德、日三國是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國家。因其社會條件不同，各有特點(diǎn)。1.美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府重視機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機(jī)床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、19

5、87年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機(jī)床，其存在的教訓(xùn)是，偏重於基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì)80代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進(jìn)的日本超過，并大量進(jìn)口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱茫a(chǎn)量又逐漸上升3。2.德國的數(shù)控發(fā)展史 德國政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。于195

6、6年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，德國特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價實(shí)，出口遍及世界，尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件的先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司的數(shù)控系統(tǒng)為世界聞名，競相采用3。 3.日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法”、“機(jī)電法”、“機(jī)信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件

7、配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自1958年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀(jì)80年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過600人，月產(chǎn)能力7,000套，銷售額在世界市場上占5

8、0%，在國內(nèi)約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用3。 4.我國的現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明

9、顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力。究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠，制造水平依然落后，服務(wù)意識與能力欠缺，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。近幾年隨著中國制造的崛起，歐洲不少企業(yè)倒閉或者被兼并，如沈陽機(jī)床集團(tuán)收購了德國西思機(jī)床公司，意義很大，如果大力消化技術(shù)，可以縮短不少差距。大連機(jī)床公司也從德國引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)。上海一家企業(yè)購買日本著名的機(jī)床制造商池貝。另外隨著外國企業(yè)的進(jìn)入和民營企業(yè)的興起，我國的數(shù)控技術(shù)有了顯著的提高，但整體實(shí)力還相差較遠(yuǎn)。我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不

10、足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距123。1.3數(shù)控機(jī)床的分類及數(shù)控激光加工的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動機(jī)床，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件(工作臺、轉(zhuǎn)臺、滑板等)的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動；機(jī)床傳動系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動裝置；輔助系統(tǒng)種類

11、繁多，如固定循環(huán)(能進(jìn)行各種多次重復(fù)加工)、自動換刀(可交換指定刀具)、傳動間隙（補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差)等等。數(shù)控機(jī)床種類繁多，一般將數(shù)控機(jī)床分為16大類： 1、數(shù)控車床(含有銑削功能的車削中心) 。2、數(shù)控銑床(含銑削中心)。 3、數(shù)控鏗床。 4、以銑程削為主的加工中心。5、數(shù)控磨床(含磨削中心)。 6、數(shù)控鉆床(含鉆削中心)。 7、數(shù)控拉床。 8、數(shù)控刨床 。9、數(shù)控切斷機(jī)床。10、數(shù)控齒輪加工機(jī)床。11、數(shù)控激光加工機(jī)床。12、數(shù)控電火花線切割機(jī)床。13、數(shù)控電火花成型機(jī)床(含電加工中心)。14、數(shù)控板村成型加工機(jī)床。15、數(shù)控管料成型加工機(jī)床。16、其它數(shù)控機(jī)床123。激光是

12、一種經(jīng)受激輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光，它具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性四大綜合性能。通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后可得到柱狀或帶狀光束，而且光束的粗細(xì)可根據(jù)加工要求調(diào)整，當(dāng)激光照射在工件的加工部位時，工件材料迅速被熔化甚至氣化。隨著激光能量的不斷被吸收，材料凹坑內(nèi)的金屬蒸汽迅速膨脹，壓力突然增大，熔融物爆炸似地高速噴射出來，在工件內(nèi)部形成方向性很強(qiáng)的沖擊波。因此，激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合作用過程4。1.4激光加工及數(shù)控激光雕刻機(jī)的適用范圍激光加工的主要參數(shù)是激光的功率密度，激光的波長和輸出的脈寬，激光照在工件上的時間及工件對能量的吸收等。只要對主要參數(shù)進(jìn)行合理選用，激光可

13、以進(jìn)行多種類型的加工。如對材料的表面熱處理、焊接、切割、打孔、雕刻及微細(xì)加工等。而數(shù)控激光雕刻機(jī)的加工對象有機(jī)板、布料、紙、皮革、橡膠、厚紙板、密集版、發(fā)泡棉、美耐皿、玻璃、塑膠，以及其它非金屬。數(shù)控激光雕刻機(jī)加工技術(shù)已廣泛用于機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、國防和人民生活等許多領(lǐng)域34。2 總體方案設(shè)計 總體設(shè)計是數(shù)控激光雕刻機(jī)機(jī)架設(shè)計的基礎(chǔ)，是雕刻機(jī)機(jī)架具體內(nèi)容的總體設(shè)計是數(shù)控激光雕刻機(jī)機(jī)架設(shè)計的基礎(chǔ)，是雕刻機(jī)機(jī)架具體內(nèi)容的設(shè)計的指導(dǎo)思想。因此，在機(jī)架的詳細(xì)設(shè)計進(jìn)行之前，必須對機(jī)架進(jìn)行總體設(shè)計。機(jī)架的總體設(shè)計要遵循機(jī)架設(shè)計的準(zhǔn)則和要求。2.1機(jī)架設(shè)計的準(zhǔn)則與要求2.1.1 機(jī)架設(shè)計準(zhǔn)則機(jī)架是機(jī)器（或儀

14、表）中支撐或容納零部件的零件的統(tǒng)稱。如底座、機(jī)體、床身、車架、橋架、殼體等。機(jī)架設(shè)計的三個準(zhǔn)則是應(yīng)滿足剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性的要求5。2.1.2 機(jī)架設(shè)計的一般要求(1)在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕，成本低。(2)抗振性好，吧受迫振動振幅限制在允許的范圍內(nèi)，噪聲小。(3)溫度場布局合理，熱變形對精度影響小。(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工。(5)結(jié)構(gòu)力求便于安裝和調(diào)整，方便修理和更換零件。(6)有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。(7)造型好，使之既適用經(jīng)濟(jì)有美觀大方6。2.2機(jī)架的總體設(shè)計根據(jù)機(jī)架設(shè)計準(zhǔn)則、要求及其加工應(yīng)用特點(diǎn)和教師指導(dǎo)，初步擬定

15、激光雕刻機(jī)機(jī)架總體設(shè)計方案：該機(jī)架主要有三個直線導(dǎo)軌副、一個橫梁、兩個步進(jìn)電機(jī)及兩個同步帶系統(tǒng)組成。其中兩個直線導(dǎo)軌副相互平行，作為一組位于下面；另一導(dǎo)軌副在橫梁之上，橫梁架在兩平行的導(dǎo)軌副的滑塊上，由一個步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，從而控制X向運(yùn)動，另一步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動橫梁在平行導(dǎo)軌上運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)Y向運(yùn)動。運(yùn)動動力由同步帶傳遞。3 導(dǎo)軌副系統(tǒng)的設(shè)計3.1導(dǎo)軌支撐架的設(shè)計激光雕刻機(jī)加工過程中沒有顯著的機(jī)械力的作用，支撐架的受力僅來自導(dǎo)軌、橫梁及其上附件的重力，因此支撐架受力很小?？紤]減輕機(jī)架本身重量及抗振性的要求，選用鋁合金材料作為導(dǎo)軌支撐架。變形鋁合金塑性好，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，制造簡單成本低，故選用變形

16、鋁合金作為導(dǎo)軌支撐架較為合適689。根據(jù)五金手冊7，選擇牌號為IA99的矩 圖3.1 支撐架形支撐架，其尺寸為4030。支撐架截面形狀如圖3.1所示。 3.2導(dǎo)軌副的選擇導(dǎo)軌是數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其主要作用是導(dǎo)向和支撐。一副導(dǎo)軌主要由兩部分組成，在工作時一部分固定不動，成為支撐導(dǎo)軌（或動導(dǎo)軌），另一部分相對支撐導(dǎo)軌作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動，成為動導(dǎo)軌（或滑座）。根據(jù)導(dǎo)軌副之間的摩擦情況，導(dǎo)軌分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面之間為滾動摩擦，導(dǎo)向面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動回轉(zhuǎn)體來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌無滑動的相對運(yùn)動。這種導(dǎo)軌磨損小，壽命長，定位精度高，靈敏度高，運(yùn)動平穩(wěn)可靠。它適用于工作部件要求移動均勻

17、，動作靈敏以及定位精度高的場合，因此滾動導(dǎo)軌適用于精密的機(jī)電一體化產(chǎn)品中。滾動直線導(dǎo)軌是滾動導(dǎo)軌中常用的一種，其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦因數(shù)小，動靜摩擦因數(shù)差很小，因此，運(yùn)動輕便靈活，運(yùn)動所需功率小，摩擦發(fā)熱小、磨損小，精度保持性好，低速運(yùn)動平穩(wěn)性好，移動精度和定位精度高610。3.2.1 導(dǎo)軌設(shè)計的要求(1)幾何精度 就是通常所說的導(dǎo)向精度，即運(yùn)動的直線度或回轉(zhuǎn)精度。(2)運(yùn)動精度 它包括兩方面的內(nèi)容：一是運(yùn)動的平穩(wěn)性，二是定位精確度。(3)具有足夠的承載能力和剛度，使用壽命長。(4)結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，便于調(diào)整和維修。(5)具有良好的潤滑和防護(hù)裝置56。3.2.2 導(dǎo)軌副的選擇結(jié)合直線導(dǎo)軌設(shè)計要求和

18、直線導(dǎo)軌的特點(diǎn)，選用滾動直線導(dǎo)軌副，根據(jù)雕刻機(jī)設(shè)計要求選用GGB16AA型四方向等載荷滾動直線導(dǎo)軌副。其結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)6如下：結(jié)構(gòu)： 滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封蓋及擋板組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對運(yùn)動時，鋼球沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾道，在滑塊端部鋼球又通過返向器進(jìn)入反向孔后在進(jìn)入滾道，鋼球就這樣進(jìn)行周而復(fù)始的滾動運(yùn)動，返向器兩端裝有防塵密封裝置，可以有效的防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。特點(diǎn)：(1)動靜摩擦力之差很小、摩擦阻力小，隨動性好，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)于普通機(jī)械的十分之一。 (2)承載能力大，剛度高。 (3

19、)能實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動，其瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高10倍。 (4)采用滾動直線導(dǎo)軌副可以簡化設(shè)計、制造和裝配工作、保證質(zhì)量、縮短時間、降低成本。導(dǎo)軌副具有“誤差均化效應(yīng)”從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度，精銑或精刨即可滿足要求。3.3導(dǎo)軌材料與熱處理3.3.1 導(dǎo)軌的材料 導(dǎo)軌的材料應(yīng)具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)之差小，加工和使用時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)?？紤]以上因素，選用鑄鐵/鍍鉻鑄鐵作為導(dǎo)軌副材料，以提高使用受命。前者為滑塊材料，后者為導(dǎo)軌材料，二者均采用HT200。本設(shè)計中導(dǎo)軌長度小于2500mm，按表69.3-15對灰鑄鐵硬度進(jìn)行處理：190<HBS&

20、lt; 255,且硬度差不超過25。3.3.2 熱處理方法粗加工后進(jìn)行一次時效處理，半精加工后再進(jìn)行一次時效處理。中頻淬火，淬硬深度1-2mm，硬度220HBS89。3.4導(dǎo)軌額定壽命計算公式： （3.1） （3.2）式中 額定壽命（km）； 額定動載荷（kN）；查表69.3-51，=6.07KN； 受力最大滑塊所受的載荷（kN）； 指數(shù)，當(dāng)滾動體為滾珠時； 額定壽命單位（km），滾珠時，； 滾動硬度系數(shù)，通常?。?溫度系數(shù)，查表69.3-45，； 接觸系數(shù)，查表69.3-46，； 精度系數(shù)，查表69.3-47，； 載荷系數(shù)，查表69.3-48，； 滑塊的載荷計算方法見機(jī)械設(shè)計手冊表69.3-

21、49分析：當(dāng)橫梁上滑塊位于橫梁左端時，兩平行導(dǎo)軌受力基本上均等，取N；當(dāng)滑塊位于橫梁最右端時，右側(cè)的平行導(dǎo)軌承載大部分重量，<<,取N；所以=100N。將以上數(shù)據(jù)帶入公式 （3.1） =km=446491km按式9.3-16h式中 壽命時間（h）； 額定壽命（km）； 行程長度（m）, =0.35m; 每分鐘往復(fù)次數(shù)，=60。按年工作日360天，兩班制，每班8小時，開機(jī)率為90%，預(yù)計壽命年限為 理論計算壽命符合要求 4 同步帶系統(tǒng)的設(shè)計 同步帶利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運(yùn)動和動力。它兼具帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，能方便地實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)中心距的傳動，傳動過程無相對滑

22、動，平均傳動比較準(zhǔn)確，傳動精度高，且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可以用于低速及高速傳動;齒形帶無需特別張緊，作用在軸和軸承等處的載荷小，傳動效率高，因此在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等伺服傳動中的到廣泛應(yīng)用11。4.1同步帶的選擇64.1.1 估算同步帶傳遞的功率同步帶主要用于帶動橫梁或滑塊上的激光頭運(yùn)動。其能量主要消耗在克服導(dǎo)軌的摩擦上。由于橫梁下的平行導(dǎo)軌副受力大于橫梁上上導(dǎo)軌副受力，故設(shè)計時以平行導(dǎo)軌副為設(shè)計對象即可滿足全部同步帶的要求。根據(jù)總體設(shè)計初估平行導(dǎo)軌上所承受的重量為10Kg根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊公式 （4.1） 其中： 滾動摩擦系數(shù)：法向載荷（N）：密封件的阻力N，每個滑塊座（）所以

23、 N根據(jù)相關(guān)資料顯示，數(shù)控激光雕刻機(jī)的加工速度一般不高于1m/s，這里按 1m/s進(jìn)行設(shè)計。則 Kw雕刻機(jī)在工作過程中工作平穩(wěn)，查表614.1-55 取修正系數(shù)則 Kw根據(jù)選擇75BYG4501型混合式步進(jìn)電動機(jī)613型 號步距角相 數(shù)VA靜 轉(zhuǎn) 矩重 量頻 率75BYG45010.9°/1.8°2/45031.5KN1.51200/s 表4.1.1步進(jìn)電動機(jī)4.1.2 帶型和節(jié)距的選擇根據(jù)和由圖614.1-14確定選用XL型同步帶，根據(jù)表14.1-50選擇節(jié)距mm4.1.3 帶輪齒數(shù) Z根據(jù)帶型和帶輪轉(zhuǎn)速n，由表614.1-56查得，取4.1.4 帶輪直徑 （4.2）帶入

24、數(shù)據(jù)得mm查表614.1-61 取 mm由表614.1-60 查得mm 取mm4.1.5 從動輪齒數(shù)的確定本設(shè)計中采用1：1傳動，故4.1.6 大帶輪直徑 （4.3）帶入數(shù)據(jù)得mm4.1.7 帶速 （4.4）mm/s4.1.8 初定軸間距 取mm, mm, mm。4.1.9 帶長及齒數(shù) （4.5）mm查表614.1-51，應(yīng)選長代號為140的XL型同步帶，其節(jié)線長mmmm查表614.1-51，應(yīng)選長代號為420的XL型同步帶，其節(jié)線長mmmm查表614.1-51，應(yīng)選長代號為450的XL型同步帶，其節(jié)線長mm4.1.10 實(shí)際軸間距 （4.5）mmmmmm4.1.11 帶輪嚙合齒數(shù) （4.6）

25、4.1.12 基本額定功率 （4.7）由表614.1-58查得N,m=0.022kg/m,帶入上式得=kw>0.01kw4.1.13 所需帶寬 （4.8）由表614.1-57知，XL型同步帶mm,=mm由表614.1-52選擇帶寬代號為037的XL型同步帶，其基寬mm 圖4.1.2齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶表4.1.2標(biāo)準(zhǔn)同步帶齒形尺寸帶型節(jié) 距pb齒形角2齒根厚S齒高h(yuǎn)t帶高h(yuǎn)t齒根圓角半徑rr齒頂圓角半徑raXL5.080502.571.272.30.380.384.2帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸傳動帶型號為420XL037，小帶輪mm,mm查表614.1-62 同步帶輪最小寬度為10.4mm查表614.1-

26、63 同步帶輪擋圈厚度取為1.5mm 所以帶輪總寬mm 取為14mm。 圖4.2直邊齒帶輪其形狀如圖4.2所示，各項(xiàng)數(shù)值見表4.2。表4.2直邊齒帶輪的尺寸250.410.50818.94.915.64.3傳動帶系軸承的選擇該設(shè)計帶傳動系統(tǒng)無軸向載荷作用，軸承僅受徑向力的作用，并且軸承承載質(zhì)量很小。深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，也可同時承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)在所有軸承中最小，轉(zhuǎn)速高，價格低。根據(jù)以上條件選用深溝球軸承。根據(jù)傳動帶輪的大小，帶輪軸上軸承選用6205型深溝球軸承，末端小軸上選用6001型深溝球軸承1114。其基本參數(shù)見表4.3。表4.3溝球軸承基本參數(shù)軸 承代 號基本尺寸

27、基本額定動載荷基本額定靜載極限轉(zhuǎn)速r/mindDBkN6001122885.102.3819000620525521514.07.8812000 圖4.3溝球軸承4.4軸承壽命校核該設(shè)計中用到6001、6205兩種深溝球軸承，而二者是同步的，即每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)相同，但6001號軸承受力大于6205號軸承，所以對6001型軸承校核即可。公式： （4.9）軸承基本額定動載荷KN；軸承的當(dāng)量動載荷；軸承轉(zhuǎn)速=360r/min；所選軸承為球軸承，所以；計算 （4.10） 軸承所受徑向當(dāng)量動載荷； 軸承所受軸向當(dāng)量動載荷；徑向當(dāng)量動載荷系數(shù)；軸向當(dāng)量動載荷系數(shù)；經(jīng)驗(yàn)載荷系數(shù)；在該設(shè)計中軸承僅受同步帶的拉力，

28、即軸承只承受徑向載荷作用 所以 ，=10N，=1所以 =N=(h)又每年工作360天，每天18小時由上可以看出由于軸承受力極小，軸承理論壽命為無限長，軸承選用合理4.5末端軸承座的設(shè)計該軸承座位于連接運(yùn)動部件的三根同步帶的末端，在帶傳動中處于從動位置。該軸承座的設(shè)計要求是保證安裝后的同步帶上表面與橫梁的底面同高度（對于橫梁上的同步帶是同步帶的下面與滑塊上聯(lián)接板同高度）。已知帶寬=9.5mm，帶雙邊擋圈的帶輪最小寬度為=10.4 mm，6001型深溝球軸承寬度=8mm，mm,同步帶輪=18.9mm，=0.508mm。所以 mm，則軸承座上軸承孔中心的高度為 mm， 取=49 mm。同理可得橫梁上

29、軸承座上軸承孔中心的高度為=24+8+=32+9.704=41.704mm， 取=42mm。軸承座兩耳座寬度為11mm，一側(cè)在外部留有寬和高均為3 mm的環(huán)式軸承肩，另一側(cè)用一個孔用彈簧擋圈固定，兩耳座相鄰面的距離為12mm。該軸承座與機(jī)床采用內(nèi)六角螺釘聯(lián)接11。根據(jù)以上要求和條件設(shè)計軸承座形式如圖4.5所示，各項(xiàng)數(shù)值見表4.5。 圖4.5軸承座代號hh1h2h3ll1l2BB1B2d1d2軸承座16828491080309341182822軸承座26121421080309341182822表4.5端軸承座基本參數(shù)4.6帶輪軸軸承座的選擇本設(shè)計中的傳動軸位于電機(jī)與同步帶軸承座之間，需用兩個軸

30、承座固定在機(jī)床上，并且要求軸的中心線與5.1中軸承座軸承的中心在同一水平面內(nèi).本設(shè)計中與軸配合的軸承型號為6205型深溝球軸承，其d=25 mm，根據(jù)機(jī)械零件手冊表159-8，選用SN205型軸承座，其形狀如圖4.6所示，參數(shù)見表4.6。圖4.6 帶輪軸軸承座表4.6帶輪軸軸承座基本參數(shù)型號dd2DgAA1HH1LJSN1NSN2052530522366464020165130M121520由于高度要求，需在軸承座下增設(shè)墊塊以滿足要求，墊塊厚度為9 mm，寬46mm，長30mm，材料為20號鋼。4.7帶輪軸的設(shè)計本設(shè)計中的傳動軸位于電機(jī)與同步帶軸承座之間，用于傳遞電機(jī)動力到運(yùn)動執(zhí)行件。該軸比較

31、長，考慮提高抗彎強(qiáng)度，和軸承座的布局原理，將電機(jī)同步帶和從動同步帶布置載右端軸承座的兩側(cè)。有上知，與軸承配合處軸頸為D2=25，公差為6r16。根據(jù)SN205型軸承座的參數(shù)知，軸的中徑為D3=30,由于該軸軸承配合處離軸端距離較遠(yuǎn)，考慮到軸承的安裝方便，及減少帶輪的安裝，直接設(shè)計成帶輪軸，設(shè)定軸承的D1=23>22.5。根據(jù)總體設(shè)計，確定各部分的長度如圖4.7所示，帶輪軸參數(shù)如表4.7所示。圖4.7 帶輪軸代號d1d2d3d4d5ll2l3l423253025235715029550 表4.7 帶輪軸基本參數(shù)4.8帶輪擋圈的設(shè)計帶輪擋圈位于帶輪的兩側(cè)，對同步帶起限制導(dǎo)向作用，防止帶輪脫離

32、正確的運(yùn)動軌道。帶輪擋圈的設(shè)計要注意其容帶深度和其厚度等問題。參考機(jī)械設(shè)計手冊表614.1-63設(shè)計帶輪擋圈如下：mm，取mm，mm，取mm，取mm， mm，取mm, mm擋圈的形狀如圖4.8所示，參數(shù)如表4.8所示。表4.8帶輪擋圈基本參數(shù)代號d1d2L1L2L1216.4111234 4.9末端小軸的設(shè)計 圖4.8帶輪擋圈該軸位于三根二級同步帶的末端，是從動軸，僅其張緊作用，無需加工出帶輪，材料用45鋼。與該軸相配合的軸承是6001型深溝球軸承，其=12mm,故該軸兩端軸頸 =12 mm，該段軸長度取為10 mm。同步帶齒根圓直徑為 （4.11）查機(jī)械設(shè)計手冊表614.1-50 知XL型梯形齒同步帶齒高=1.27 mm，帶入式（4.11）得：= mm，即為軸的軸與同步帶接觸部分軸頸。有軸承座的設(shè)計知該段軸長度為12 mm。根據(jù)以上條件，設(shè)計出該軸。其形狀如圖4.9所示，參數(shù)如圖4.9所示。表4.9末端軸基本參數(shù)代號Kdadirtde1.518.919.50.61.522.520 圖4.9軸結(jié) 論 數(shù)控加工是現(xiàn)代機(jī)械制造發(fā)展的方向，特種加工技術(shù)又為機(jī)械加工提供了新的、高效的加工方