濟南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文論文題目數(shù)控激光切割機設(shè)計姓名仇立志學(xué)號專業(yè)數(shù)控技術(shù)班級09級數(shù)控2班指導(dǎo)老師李尚波完成時間2012年5月8號摘要激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性材料以及精密細小和形狀復(fù)雜的零件，因而數(shù)控激光切割在我國制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。本文設(shè)計了一臺單片機控制的數(shù)控激光切割機床，主要完成了：機床整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，Z軸、XY軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、滾珠絲杠、直線滾動導(dǎo)軌的選擇及其強度分析；以步進電機為進給驅(qū)動的驅(qū)動系統(tǒng)及其傳動機構(gòu)的分析設(shè)計計算；以89C51為主控芯片的數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、系統(tǒng)初始化設(shè)計及系統(tǒng)軟件方案設(shè)計和步進電機的控制程序設(shè)計。關(guān)鍵詞CNC，激光切割機床，結(jié)構(gòu)，設(shè)計ABSTRACTLasercuttingmachinetoolwasusuallyusedforthehard-cuttingmaterial,suchashigh-strengthmaterial,highprecisionductilematerials,andsmartandcomplicatedcomponents.So,CNClasercuttinghasbeenplayinganimportantroleinChina'smanufacturingindustry.ThispaperdescribesthedesignofaSCM-controlledCNClasercuttingmachinetools.Moreattentionwaspaidontheoverallmachinedesign,Zaxis,XYaxisinthedesign,ball-screwandthechoiceoflinearmotionguideandintensityanalysis;thedrivesystemintowhichsteppermotorwasputandtheanalysisofthedrivesystemdesign;89C51chipwasmainlyusedforthedesignofhardwarecircuit,thedesignofsysteminitializationandthedesignofstecontrollingprogram.KeywordsCNC,lasercuttingmachinetools,architecture,design目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論1.1課題背景1.2現(xiàn)實意義1.3設(shè)計任務(wù)1.4總體設(shè)計方案分析第二章機械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1XYH作臺的設(shè)計2.1.1主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析5\o"CurrentDocument"2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量5\o"CurrentDocument"Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計6\o"CurrentDocument"第三章滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算7\o"CurrentDocument"3.1強度計算7\o"CurrentDocument"3.2滾珠絲杠副的傳動效率7\o"CurrentDocument"第四章直線滾動導(dǎo)軌的選型9\o"CurrentDocument"第五章步進電機及其傳動機構(gòu)的確定105.1步進電機的選用5.1.1脈沖當(dāng)量和步距角5.1.2步進電機上起動力矩的近似計算5.1.3確定步進電機最高工作頻率5.2齒輪傳動機構(gòu)的確定TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"5.2.1傳動比的確定11\o"CurrentDocument"5.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定11\o"CurrentDocument"5.3步進電機慣性負載的計算12\o"CurrentDocument"第六章傳動系統(tǒng)剛度的分析146.1根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度…….…14\o"CurrentDocument"6.2根據(jù)微量進給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度14\o"CurrentDocument"第七章消隙方法與預(yù)緊16\o"CurrentDocument"7.1消隙方法16\o"CurrentDocument"7.1.1偏心軸套調(diào)整法16\o"CurrentDocument"7.1.2錐度齒輪調(diào)整法17\o"CurrentDocument"7.1.3雙片齒輪錯齒調(diào)整法17\o"CurrentDocument"7.2預(yù)緊18\o"CurrentDocument"結(jié)論19\o"CurrentDocument"參考文獻20致謝21第一章緒論1.1課題背景激光被譽為二十世紀最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學(xué)家的高度重視。1971年11月，美國通用汽車公司率先使用一臺250WCO2激光器進行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗研究，并于1974年成功地完成了汽車轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來，世界各國投入了大量資金和人力進行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對材料學(xué)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。如今在中國，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國家也將其列為“九五”攻關(guān)重點項目之一?！笆濉钡闹饕ぷ魇谴龠M激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20%的平均增長率，實現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化和綜合化把激光器與計算機數(shù)控技術(shù)、先進的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。1.2現(xiàn)實意義激光切割機是光、機、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機加工相比，激光切割機的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負擔(dān)，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術(shù)革命。激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計數(shù)控激光切割有很強的現(xiàn)實意義。微機控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。1.3設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一臺單片機（89C51主控芯片）控制激光切割機床，主要設(shè)計對象是XY工作臺部件及89C51單片機控制原理圖。而對激光切割機其他部件如冷水機、激光器等不作為設(shè)計內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機對XY工作臺的縱、橫向進給脈沖當(dāng)量0.001mm/pluse。工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、步進電機、工作臺等。設(shè)計時應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。1.4總體設(shè)計方案分析參考數(shù)控激光切割機的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出控制信號給驅(qū)動器，來驅(qū)動步進電機，經(jīng)齒輪機構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)進給。其原理示意圖1.1。圖1.1系統(tǒng)總體原理圖微機控制線路圖參考MCS-51系列單片機控制XY工作臺線路圖。步進電機參照RORZE株式會社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運行精度，同時驅(qū)動器也選用RORZE的配套驅(qū)動器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計參照了漢江機床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副。本設(shè)計棄用Z80，而選用單片機。單片機體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價比大大超過了Z80。比較后選用89C51為主芯片。在使用過程中89C51雖有4K的FLASH（E矛ROM），但考慮實際情況需配備EPROM和RAM，并要求時序配備。選晶體頻率為6MHz，89C51讀取時間約為3t，則t=480ns,常用EPROM讀取時間約為200~450ns。89C51的讀取時間應(yīng)大于ROM要求的讀取時間。89C51的讀寫時間約為4T，則TR=660ns，TW=800ns，常用RAM讀寫時間為200ns左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴展I/O接口8155，因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡化電路采用LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強電干擾，采用光電隔離電路。第二章機械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1XY工作臺的設(shè)計2.1.1主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù)本設(shè)計的XYH作臺的參數(shù)定為：工作臺行程：橫向320mm，縱向450mm工作臺最大尺寸(長X寬X高)：1100X900X300mm工作臺最大承載重量：120Kg脈沖當(dāng)量：0.001mm/pluse進給速度：60平方毫米/min表面粗糙度：0.8?1.6設(shè)計壽命：15年2.1.2XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析因激光切割機床為激光加工，其激光器與工件之間不直接接觸，因此可以認為在加工過程中沒有外力負載作用。其切削力為零。XY工作臺部件由工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成，各自之間均以滾動直線導(dǎo)軌副相聯(lián)，以保證相對運動精度。設(shè)下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動系統(tǒng)，即Y向。一般來說，數(shù)控切割機床的滾動直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計，但滾珠絲杠副，以及齒輪之間的滑動摩擦不能忽略，這些摩擦力矩會影響電機的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預(yù)緊措施,其產(chǎn)生的負載波動應(yīng)控制在很小的范圍。2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量初定工作臺尺寸(長X寬X高度)為：1200X950X70mm，材料為HT200，估重為625N(W1)。設(shè)中托座尺寸(長X寬X高度)為:1200X520X220mm，材料為HT200，估重為250N(W2)。另外估計其他零件的重量約為250N(W3)。加上工件最大重量約為120Kg(1176N)(G)。則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負載W為:W=W1+W2+W3+G=665+250+250+1176=2301N2.2Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計激光切割機對z軸隨動機構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時檢測和控制切割表面的不平度，通過伺服電機和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度，以保證激光聚焦后的焦點在切割板材的表面位置。由于激光焦點至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì)量，因此，要求Z軸的檢測精度高于0.010mm:同時，隨動速度應(yīng)大于5m/min。隨動速度太快會造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目前。對加工板材的檢測主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和電阻式屬于傳感器，激光、紅外及電容式屬于非接觸式傳感器。電容式傳感器在運動檢測過程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場合的切割加工（如強磁場、強干擾環(huán)境）。所以在選擇傳感器時，應(yīng)注意檢測精度和對切割材料的適應(yīng)性，同時安裝時還需要注意采取抗干擾措施。割頭具有多種先進的智能和附加功能，如自動調(diào)整激光噴嘴距離、自動清潔噴嘴、同軸噴水機構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動、切割嘴擺動等。這些功能機構(gòu)的增加，不可避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動態(tài)性能不好，隨動機構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來說，普通數(shù)控激光切割機Z軸拖動重量在5kg以上時，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機的Z軸拖動重量在2kg以上就必須施加重力平衡設(shè)施，特別是在高速飛行光路設(shè)計中，這一點尤為重要。目前Z軸上的重力平衡設(shè)施使用較多的是采用氣缸托動方式（圖2.1）。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。圖2.1Z軸隨動機構(gòu)第三章滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算（一）根據(jù)機床的受力情況及結(jié)構(gòu)尺寸，參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列，選用FFZD內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿，具體型號如下：X向：FFZD2504-3/490X500Y向：FFZD2504-3/500X1100（二）因X向的滾珠絲桿比Y向的滾珠絲桿所受的負載大，現(xiàn)只計算X向絲桿的相關(guān)數(shù)據(jù)，Y向根據(jù)X向的結(jié)果相同選用即可滿足要求。（三）具體計算如下。3.1強度計算軸向負荷計算公式：FjF+UW式（3.1）式中F_切削力，F(xiàn)=0叩__工件重量加工作臺重量W=2301NU__滾動導(dǎo)軌上的滾動摩擦系數(shù)（約為0.003-0.004），取U=0.004則根據(jù)式（3.1）：F=0.004X2301=92N激光切割機滾珠絲杠是在低速條件下工作的。故本處的Go=（0.2-0.3），F(xiàn)二18.4-27.6N。對照樣本參數(shù),這里的G「E常小，選定導(dǎo)程為4的滾珠絲杠副?！?.2滾珠絲杠副的傳動效率滾珠絲杠副的傳動效率為:、門=tg^/tg（W+P'）式（3.2）式中W一滾珠絲杠的螺紋升角P’一當(dāng)量摩擦角根據(jù)當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角關(guān)系（見表3.1），前面已經(jīng)定v=1m/s，材料選擇灰鑄鐵HRCN45。所以：P，=4°00'，tgP，=0.0025；因為W=arctg（P/nd）式（3.3）式中：Ph—導(dǎo)程，4mmd絲杠公稱直徑，25mm則根據(jù)式（3.3）：

則根據(jù)式（3.2）得：n=0.953。表3.1當(dāng)量摩擦系數(shù)f和當(dāng)量摩擦角p‘齒圈材料錫青銅無錫青銅灰鑄鐵齒面硬度HRCN45其它HRCN45HRCN45其它相對速度UsfP，fP，fP，fP，fP，m/s0.010.1106°17z0.1206°51z0.18010°12z0.18010°2Z0.19010°450.050.0905°09‘0.1005°43z0.1407°58z0.1407°58z0.1609°050.100.0804°34‘0.905°09‘0.1307°24‘0.1307°24‘0.1407°58z0.250.0653°43，0.0754°17，0.1005°43z0.1005°43z0.1206°51z0.500.0553°09‘0.0653°43z0.0905°09‘0.0905°09‘0.1005°49‘1.00.0452°35‘0.0553°09‘0.0704°00‘0.0704°00‘0.0905°09‘1.50.0402。17，0.052°52z0.0653°43z0.0653°43z0.0804°34‘2.00.0352°00‘0.0452°35‘0.0553°09‘0.0553°09‘0.0704°00‘2.50.0301°43，0.0402°17z0.052°52z3.00.0281°36，0.0352°00‘0.0452°35‘40.0241°22，0.0311°47z0.0402°17z50.0221°16，0.0291°40‘0.0352°00‘80.0181°02，0.0261°29z0.031°43z100.0160°55，0.0241°22z150.0140°48‘0.0201°09‘240.0130°45‘第四章直線滾動導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌主要分為滾動導(dǎo)軌和滑動導(dǎo)軌兩種，直線滾動導(dǎo)軌在數(shù)控機床中有廣泛的應(yīng)用。相對普通機床所用的滑動導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點：定位精度高直線滾動導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導(dǎo)軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運動靈活，可使驅(qū)動扭矩減少90%，因此，可將機床定位精度設(shè)定到超微米級。降低機床造價并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動導(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進行起動、停止的往復(fù)運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果?？商岣邫C床的運動速度直線滾動導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20?30%?？砷L期維持機床的高精度對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小.滾動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開式直線滾動導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。如圖4.1。具體型號：X向選用GGB20BA2P，2500-4Y向選用GGB20AB2P，21100-4圖4.1直線滾動導(dǎo)軌第五章步進電機及其傳動機構(gòu)的確定5.1步進電機的選用5.1.1脈沖當(dāng)量和步距角已知脈沖當(dāng)量為1um/STEP,而步距角越小，則加工精度越高。初選為0.36o/STEP（二倍細分）。5.1.2步進電機上起動力矩的近似計算電機起動力矩：M=M1+M2式（5.1）式中：M為滾珠絲杠所受總扭矩M］為外部負載產(chǎn)生的摩擦扭矩，有：M1=Fxd/2xtg（w+P'）式（5.2）=92X0.025/2Xtg（2.91+0.14）=0.062N-mM2%內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩，有：M2=KxFxp/2兀式（5.3）式中：K一預(yù)緊時的摩擦系數(shù)，0.1—0.3Ph一導(dǎo)程，4cmFao——預(yù)緊力，有：Fao=Fao+Fao12取Fao=0.04XCa=0.04X1600=640N1Fao2為軸承的預(yù)緊力，軸承型號為6004輕系列，預(yù)緊力為Fao2=130N。故根據(jù)式（5.3）：M=0.098N-m2齒輪傳動比公式為：i=6XPh/（360X5p），故步進電機輸出軸上起動矩近似地可估算為："'T=M/協(xié)式（5.4）=360XMX5/6XnXPh式中：5=lpm/STEP=0.0001cm/STEP；M=M1+M2=0.16N6=0.36o/STEPq=0.85Ph=0.4cmn=0.953則根據(jù)式（5.4）：Tq=360X0.16X0.0001/（3.6X0.85X0.4）=0.4N-m因Tq/TJM=0.866（因為電機為五相運行）。則步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩TJM=Tq/0.866=0.46N?m5.1.3確定步進電機最高工作頻率參考有關(guān)數(shù)控激光切割機床的資料，可以知道步進電機最高工作頻率不超過1000Hz。根據(jù)以上討論并參照樣本，確定選取M56853S型步進電機，該電機的最大靜止轉(zhuǎn)矩為0.8N?m，轉(zhuǎn)動慣量為235g/cm25.2齒輪傳動機構(gòu)的確定5.2.1傳動比的確定要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量lum/STEP的設(shè)計要求，必須通過齒輪機構(gòu)進行分度，其傳動比為：i=8xP/（360x5）式（5.5）式中：Ph—為滾珠絲杠導(dǎo)程6—為步距角3一為脈沖當(dāng)量根據(jù)前面選定的幾個參數(shù)，由式（5.4）得：i=0.36X4/360X0.001=4:1=Z/Z根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，選用Z1^30，勺為1205.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定齒輪類型：選擇直齒加工方便。模數(shù)選擇：本工作臺負載相當(dāng)輕,參考同類型的機床后，選擇m=1齒輪傳動側(cè)隙的消除。中心距的計算：A=mX（Z1+Z2）式（5.6）=1X（30+120）/2=75mm齒頂高為1mm，齒根高為125mm，齒寬為20mm。齒輪材料及熱處理：小齒輪Z］采用40Cr，齒面高頻淬火；大齒輪Z；采用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。5.3步進電機慣性負載的計算由資料知，激光切割機的負載可以認為是慣性負載。機械機構(gòu)的慣量對運動特性有直接的影響。不但對加速能力、加速時驅(qū)動力矩及動態(tài)的快速反應(yīng)有關(guān)，在開環(huán)系統(tǒng)中對運動的平穩(wěn)性也有很大的影響，因此要計算慣性負載。限于篇幅，在此僅對進給系統(tǒng)的負載進行計算。慣性負載可由以下公式進行計算：J=J+J+(Z/Z)(J+J)+J(V如)2Xm式(5.7)DQ112234mDn式中：JD為整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的慣性負載。J0為步進電機轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量e^為齒輪％的轉(zhuǎn)動慣量"為齒輪匕的轉(zhuǎn)動慣量以為齒輪Z3的轉(zhuǎn)動慣量m：為系統(tǒng)工作臺質(zhì)量Vm為工作臺的最大移動速率3d為折算成單軸系統(tǒng)電動機軸角速度各項計算如下：已知：Jo=0忽略不計，m：=112.5Kg齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計算公式：J=p2m=p2G/g式(5.8)其中：P為回轉(zhuǎn)半徑G為轉(zhuǎn)件的重量滾珠絲杠的慣性矩計算公式：JfRLD/32式(5.9)最后計算可得：J1=0.1X10-3Kg.m2J2=1.32X10-3Kg.m2J3=2.98X10-4Kg.m2J4=1.14X10-5Kg.m2Vm=12m/s3d=2nrad/s故慣性負載根據(jù)式(5.7)得：J=J+J+(Z/Z)(J+J)+J(Vm/?)2XmD01l2234Dn=17.3Kg.cm2此值為近似值故此值小于所選電機的轉(zhuǎn)動慣量。第六章傳動系統(tǒng)剛度的分析激光切割機XY工作臺其實為一進給傳動系統(tǒng)，其傳動系統(tǒng)的剛度可根據(jù)不出現(xiàn)摩擦自振或保證微量進給靈敏度的條件來確定。6.1根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度傳動系統(tǒng)中的當(dāng)量剛度K或當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度C主要由最后傳動件的剛度K0或C0決定的，在估算時，取K=K0，C=C0對滾珠絲杠傳動，其變形主要包括：絲杠拉壓變形扭轉(zhuǎn)變形絲杠和螺母的螺紋接觸變形及螺母座的變形。軸承和軸承座的變形。在工程設(shè)計和近似計算時，一般將絲杠的拉壓變形剛度的三分之一作為滾珠絲杠副的傳動剛度K0，根據(jù)支承形式可得：K=EF/3L*10-3（Kgf/mm）式（61）式中：E=2.06X10-4（Kgf/mm2）F=754.8mm2L=Ls=250mm則根據(jù)式（6.1）得：K0=203.2N/mm傳動系統(tǒng)剛度較大，可以滿足要求。6.2根據(jù)微量進給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度此時傳動系統(tǒng)的剛度應(yīng)滿足：KA^F0/A式（6.2）式中：K△一傳動系統(tǒng)當(dāng)量剛度F0一部件運動時的靜摩擦力N一正壓力，N=W/g=230kgfF一靜摩擦系數(shù)，取0.003-0.004一部件調(diào)整時，所需的最小進給量則：F0=230X0.004=0.92KGFA=0.55p=0.5um/STEP即滿足微量進給要求的傳動系統(tǒng)剛度為：KA^F0/A=0.92/0.5=1.84Kgf/mm結(jié)合上述傳動系統(tǒng)剛度的討論可知滿足微量進給靈敏度所需要的剛度較小，可以達到精度要求。第七章消隙方法與預(yù)緊7.1消隙方法數(shù)控機床的機械進給裝置中常采用齒輪傳動副來達到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達到理想齒面的要求，因此一對嚙合的齒輪，總應(yīng)有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。齒側(cè)間隙會造成進給系統(tǒng)的反向動作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用各種消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法針對不同類型的齒輪傳動副有不同的方法。7.1.1偏心軸套調(diào)整法如圖7.1，齒輪1裝在電動機軸上，調(diào)整偏心軸套2可以改變齒輪1和3之間的中心距，從而消除齒側(cè)間隙。1-齒輪2-偏心套3-齒輪圖7.1偏心軸套調(diào)整法

7.1.2錐度齒輪調(diào)整法如圖7.2所示將一對齒輪1和2的輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調(diào)整時改變墊片3的厚度就能改變齒輪1和2的軸向相對位置，從而消除齒側(cè)間隙。圖7.2錐度齒輪調(diào)整法7.1.3雙片齒輪錯齒調(diào)整法圖7.3是另一種雙片齒輪周向彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)，兩片薄齒輪1和2套裝一起，每片齒輪各開有兩條周向通槽，在齒輪的端面上裝有短柱3,用來安裝彈簧4。裝配時使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。對比三種方案：第一種需要經(jīng)常的調(diào)整，對于本身就以提高效率為目標的數(shù)控機床而言肯定不合適。第二種是很不錯的方案，但在切割機上并不實用。第三種方案相比較而言在數(shù)控切割機上適用，而且不需要人為經(jīng)常調(diào)整，很適合數(shù)控機床的需要。本設(shè)計方案選用第三種方法。

圖7.3雙片齒輪錯齒調(diào)整法7.2預(yù)緊滾珠絲杠副在工作臺上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設(shè)計選用兩端支承形式中的“雙支點各單向固定”的支承方式。該形式夾緊一對圓錐滾子軸承的外圈而預(yù)緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機器工作時軸承的振動。結(jié)論通過