六自由度滑塊式并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要并聯(lián)機(jī)床（又被稱為虛擬軸機(jī)床）是一種多自由度的加工機(jī)床，其自由度多、功能靈活性強(qiáng)、加工精度高、加工速度快、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)讓它成為了近幾年機(jī)床研究的主要方向。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的可能性進(jìn)行分析，本文所設(shè)計(jì)的6-HRTT型滑塊式并聯(lián)機(jī)床是本次設(shè)計(jì)的機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式，它由固定的上平臺(tái)、豎直放置的滾珠絲杠、通過虎克鉸與滾珠絲杠螺母副聯(lián)接的連桿以及與連桿連接的加工平臺(tái)組成。主要對(duì)所涉及的6-HRTT型滑塊式并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行分析以及對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。其內(nèi)容包括：并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的歷史及研究和發(fā)展方向的了解，并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的確定，總體結(jié)構(gòu)方案的確認(rèn)，滾珠絲杠螺母副、滾動(dòng)軸承、交流伺服電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型，使用CAXACAD電子圖版繪圖軟件繪制裝配圖以及各非標(biāo)準(zhǔn)件的部件圖。關(guān)鍵詞：滑塊結(jié)構(gòu)；并聯(lián)機(jī)床；伺服電動(dòng)機(jī)；滾珠絲杠螺母副。目錄TOC\o"1-3"\h\u10885引言 引言隨著現(xiàn)如今社會(huì)的不斷發(fā)展，應(yīng)用較為普遍的傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)床已經(jīng)越來越無法滿足用戶的需求。雖然傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)床的工作范圍廣、加工靈活性好，但是其加工精度較低、剛性較差的缺點(diǎn)，越來越無法適應(yīng)現(xiàn)在新型工作人群數(shù)量逐漸增加的情況。而并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)床不同的是其自由度多、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多功能靈活性強(qiáng)、加工精度高、加工速度快、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)往往能滿足各種用戶的加工要求，因此全球的機(jī)器加工制造行業(yè)都開始深入研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)床根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同，大致可分為滑塊式、剪式、伸縮式以及Dola型等。而這些結(jié)構(gòu)類型的不同會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的工作的空間大小和運(yùn)動(dòng)的靈活性有特別大的不同。因此，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要多方面考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)指導(dǎo)老師對(duì)加工的要求來設(shè)計(jì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)做的是六自由度滑塊式并聯(lián)機(jī)床。伺服電動(dòng)和滾珠絲杠豎直放置在機(jī)架的六根支撐架上，滾珠絲杠螺母副上設(shè)置有虎克鉸，虎克鉸連接著一個(gè)連桿，連桿的末端通過虎克鉸固定在加工平臺(tái)上，從而使主軸部分具有六個(gè)自由度。總體方案的確定課題的研究背景為了適應(yīng)機(jī)械機(jī)床市場(chǎng)對(duì)加工制造設(shè)備的需求，近年來，制造設(shè)備和系統(tǒng)的創(chuàng)新制造得到了迅速發(fā)展。加工裝備制造業(yè)正在努力探索和創(chuàng)新，研究適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的加工機(jī)床。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展是近年來機(jī)床制造技術(shù)的突破。并聯(lián)機(jī)床離工業(yè)機(jī)器人更近了。在其設(shè)計(jì)過程中，需要解決空間機(jī)構(gòu)的一些參數(shù)和結(jié)構(gòu)位置，這給傳統(tǒng)機(jī)床制造企業(yè)的設(shè)計(jì)和制造工作帶來了困難。隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，六自由度并聯(lián)機(jī)床發(fā)展為一種新型的數(shù)控機(jī)床。它不僅可以取代普通銑床的工作臺(tái)，而且可以形成一種具有五軸加工能力的新型銑床，即可以形成一種具有空間任意曲面零件加工能力的新型銑床，還可以作為運(yùn)動(dòng)模擬器REF_Ref23304\r\h[1]。并聯(lián)機(jī)床是一個(gè)集龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算和新結(jié)構(gòu)于一體的密集機(jī)構(gòu)。與大部分廠商使用的傳統(tǒng)系列機(jī)床相比，并聯(lián)機(jī)床具有以下突出的優(yōu)勢(shì)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉并聯(lián)機(jī)構(gòu)的零件比串聯(lián)式機(jī)構(gòu)的零件少很多，因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成包括滾珠絲杠、伺服電機(jī)、虎克鉸等標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件一些桿件等非標(biāo)準(zhǔn)件，而標(biāo)準(zhǔn)件更容易生產(chǎn)使用，因此并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作成本比擁有同種功能的傳統(tǒng)串聯(lián)式機(jī)床低很多。（2）加工速度快在加工構(gòu)件所承受的力容易改變方向的情況下，只受兩種力的構(gòu)件就是最經(jīng)濟(jì)和最簡(jiǎn)單直接的結(jié)構(gòu)，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)就能滿足這種構(gòu)件的要求。其移動(dòng)部件的重量能縮減至最小值，且同時(shí)因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)床的每個(gè)構(gòu)件由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，所以并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床很容易實(shí)現(xiàn)高速加工的特點(diǎn)。（3）加工精度高傳統(tǒng)的串聯(lián)式機(jī)床會(huì)由于幾何誤差累積的原因而出現(xiàn)加工精度降低的問題。而并聯(lián)機(jī)床由多個(gè)傳動(dòng)軸并聯(lián)組成，每根連接到加工平臺(tái)的桿件都單獨(dú)對(duì)刀具平臺(tái)的位置起調(diào)節(jié)控制作用REF_Ref24208\r\h[2]。因此不存在這種問題，甚至還有調(diào)節(jié)作用的效果，使得加工精度變高。（4）變換坐標(biāo)系方便因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)構(gòu)沒有像串聯(lián)機(jī)構(gòu)那樣的實(shí)體坐標(biāo)系，所以并聯(lián)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)系全部由軟件設(shè)置，這便于工件的加工。D.Stewart在20世紀(jì)60年代首次提出了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在飛機(jī)模擬器中的應(yīng)用。他對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論研究奠定了他在并聯(lián)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域中的基礎(chǔ)地位REF_Ref25554\r\h[3]。上世紀(jì)90年代，德州一家科技公司成功研制出一種多功能并聯(lián)加工機(jī)械手，可以進(jìn)行銑削、磨削、鉆孔、鏜孔等工序。這些新的機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)生標(biāo)志著并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)入到了一個(gè)新的階段。并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)入高速發(fā)展和研發(fā)的契機(jī)是上世紀(jì)90年代中期的美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)。當(dāng)時(shí)吉丁劉易斯公司和Geodetics公司展出的展品震驚了整個(gè)加工制造設(shè)備行業(yè)。同時(shí)，美國(guó)一家新公司成立，主要從事研究、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售并聯(lián)機(jī)構(gòu)的各種零部件。隨后，美國(guó)建立了5個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)專項(xiàng)研究基地，確保并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研發(fā)能夠保持世界領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究也開始慢慢步入正軌。二十世紀(jì)末，在國(guó)內(nèi)機(jī)床展覽會(huì)上，我國(guó)自主生產(chǎn)的五軸數(shù)控機(jī)床也一一亮相，之后五軸數(shù)控機(jī)床的種類和產(chǎn)量直線上升REF_Ref25766\r\h[4]。目前，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展主要集中在機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括加工空間和工作位置的設(shè)計(jì)，以及機(jī)構(gòu)的性能、動(dòng)力和傳動(dòng)的研究。一般來說，傳統(tǒng)的系列化機(jī)床由于其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和越來越不足以滿足現(xiàn)代制造業(yè)精度高、剛度高的優(yōu)點(diǎn)，逐漸被社會(huì)淘汰。開發(fā)新的機(jī)床是比繼續(xù)生產(chǎn)傳統(tǒng)機(jī)床更好的選擇。并聯(lián)機(jī)床具有成本低、結(jié)構(gòu)剛度高、加工速度快、加工精度高、承載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代加工制造業(yè)中無疑可以取代傳統(tǒng)的系列機(jī)床REF_Ref25919\r\h[5]。因此，并聯(lián)機(jī)構(gòu)逐漸被各個(gè)國(guó)家所廣泛關(guān)注。課題研究意義并聯(lián)機(jī)床作為一種現(xiàn)代化的新型加工設(shè)備，是機(jī)械加工制造中最主要且以后最重要的研究方向。它具有多自由度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多功能柔性、加工精度高、加工速度快、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，為機(jī)械加工裝備制造業(yè)注入了新的動(dòng)力。然而，整個(gè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析需要大量的數(shù)學(xué)計(jì)算去維持，因此必要采用矢量法求解其受力和位置，并計(jì)算其解析表達(dá)式REF_Ref26021\r\h[6]。當(dāng)前，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力不足、裝備升級(jí)緩慢的問題日益突出。制造業(yè)需要研究開發(fā)高性能、高精度、高柔性的加工設(shè)備，以滿足制造業(yè)日益增長(zhǎng)的需求。中國(guó)國(guó)防工業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)了這一問題，積極呼吁各單位研發(fā)以并聯(lián)機(jī)床為代表的新一代先進(jìn)制造裝備和技術(shù)，這些措施對(duì)于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有特殊意義國(guó)防研究和國(guó)家生產(chǎn)REF_Ref26582\r\h[7]。高校學(xué)科建設(shè)也要跟上步伐。并行技術(shù)是新時(shí)代的關(guān)鍵。學(xué)生和教師能夠更好地應(yīng)用學(xué)科專業(yè)知識(shí)，推動(dòng)設(shè)計(jì)與分析技術(shù)、控制技術(shù)、過程技術(shù)、信息集成技術(shù)等一系列技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)學(xué)科間的交叉融合，培養(yǎng)更全面的新時(shí)代大學(xué)生。目前，全球范圍內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究還處于研究、試驗(yàn)階段。在制造精度、運(yùn)動(dòng)精度與控制和有效工作面積的計(jì)算設(shè)計(jì)方面，對(duì)并聯(lián)機(jī)床的理論研究、設(shè)計(jì)與應(yīng)用都存在較大困難REF_Ref26625\r\h[8]。作為二十一世紀(jì)的大學(xué)生，理應(yīng)應(yīng)用自己在學(xué)校所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，研究和發(fā)展新的機(jī)械設(shè)備，為機(jī)械行業(yè)做出自己的貢獻(xiàn)。并聯(lián)機(jī)床的研究就可以作為我們獻(xiàn)出自己的能力的機(jī)構(gòu)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我不但能夠?qū)W習(xí)到很多的新知識(shí)，也對(duì)加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及創(chuàng)新能力有著極大的幫助。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度高，承載能力大，加工速度快，工藝精度高，機(jī)床構(gòu)件重量輕，機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造成本低等優(yōu)缺點(diǎn)。理論上，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較高的重量比，較強(qiáng)的承載力和較高的運(yùn)動(dòng)精度。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)中很難達(dá)到理論精度和剛度，因?yàn)樵跈C(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)部分設(shè)計(jì)中很難到達(dá)理想的高精鍛煉關(guān)節(jié)。而并聯(lián)機(jī)床大部分設(shè)計(jì)采用的是倒并聯(lián)機(jī)構(gòu)形式，這就導(dǎo)致機(jī)床的體積就增加許多，這將引起很多超出理論的問題。并聯(lián)機(jī)構(gòu)未來展望并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展還存在很多困難，而且隨并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究的不斷增加，將來的問題會(huì)變更多，需要更多的解決方案。但作為一種新型機(jī)床在不斷發(fā)展的過程中，在解決了不同的問題后，并聯(lián)機(jī)床將更適合現(xiàn)代加工REF_Ref26693\r\h[9]。未來可能新的技術(shù)也將對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生很好的幫助。并聯(lián)機(jī)構(gòu)難以進(jìn)一步推廣的原因是其運(yùn)動(dòng)原理與傳統(tǒng)機(jī)床有很大的區(qū)別，給后期加工階段的編程帶來了一定的困難。但是，它不僅能取代普通銑床的工作臺(tái)，還能形成一種具有五坐標(biāo)加工能力的新型銑床，既能成為具有在空間加工任意曲面零件能力的新型銑床，還能作為鍛煉模擬器，所以該機(jī)構(gòu)未來可期。課題研究方案的確定課題的研究步驟設(shè)計(jì)過程需要做的步驟有：第一步，通過搜集有關(guān)的資料，了解滑塊式并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)及工作原理，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出滿足設(shè)計(jì)要求的整體構(gòu)造。第二步，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算。第三步，完成傳動(dòng)部件和各零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算、選型。第四步，利用CAXACAD繪圖軟件繪制裝配圖和零部件圖。并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)選定滑塊式并聯(lián)機(jī)床有多種結(jié)構(gòu)類型，其類型大都根據(jù)滾珠絲杠所在的位置而定。本次設(shè)計(jì)根據(jù)指導(dǎo)老師所提供的基本要求及自己所查的資料選定6-HRTT型滑塊式并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)。6-HRTT型滑塊式并聯(lián)機(jī)床是將滾珠絲杠固定在機(jī)架支撐柱上豎直放置，每個(gè)電動(dòng)機(jī)連接一套絲杠，絲杠連接連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的另一端與刀具平臺(tái)相連接。由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母副做上下平移運(yùn)動(dòng)，使安裝在絲杠螺母副上的虎克鉸帶動(dòng)連桿做傾斜方向的運(yùn)動(dòng)，以此控制刀具平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。刀具平臺(tái)和固定平臺(tái)之間有六個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，刀具平臺(tái)通過這獨(dú)立的六個(gè)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以該機(jī)構(gòu)具有6個(gè)自由度。本次設(shè)計(jì)的滑塊式并聯(lián)機(jī)構(gòu)所擁有的主要的零部件有：伺服電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、絲杠螺母副、軸承、鉸鏈、連桿、加工平臺(tái)、底座、支柱、頂蓋等。則需要計(jì)算和選型的內(nèi)容有：1、滾珠絲杠的計(jì)算及選型；2、滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型；3、交流伺服電動(dòng)機(jī)的計(jì)算及選型；4、聯(lián)軸器的計(jì)算及選型；5、其他零部件的設(shè)計(jì)選型。并聯(lián)機(jī)床零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算2.16-HRTT滑塊式并聯(lián)機(jī)床位置計(jì)算與解析本次設(shè)計(jì)所做的并聯(lián)機(jī)構(gòu)是六自由度滑塊式并聯(lián)機(jī)構(gòu)，選用了6-HRTT型結(jié)構(gòu)，坐標(biāo)系如圖2-1所示。圖2-1以滾珠絲杠與電機(jī)的連接點(diǎn)為A點(diǎn)，以鉸鏈上端的中心為點(diǎn)P，以鉸鏈下端的中心為點(diǎn)B。以六個(gè)上鉸鏈的中心o點(diǎn)為靜坐標(biāo)原點(diǎn)建立靜坐標(biāo)系oxyz。初設(shè)滾珠絲杠與電機(jī)連接處和下鉸鏈之間豎直方向的距離為500mm，∠A1OA6=40°，∠A2OA3=40°，∠A1(239.41，-657.78，0)A2(689.37，121.55，0)A3(449.95，536.23，0)A4(-449.45，536.23，0)A5(-689.37，121.55，0)A6(-239.41，-637.78，0)下鉸鏈的幾何中心點(diǎn)為：B1(160.70，-191.51，-500)B2(246.20，-43.41，-500)B3(85.51，234.92，-500)B4(-85.51，234.92，-500)B5(-246.20，-43.41，-500)B6(-160.70，-191.51，-500)根據(jù)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)及查閱資料，初始選取滾珠絲杠的有效行程為400mm，連桿的長(zhǎng)度為560mm。任務(wù)書要求所設(shè)計(jì)的加工范圍為x×y×z=100mm×100mm×100mm。圖2-2加工范圍如圖所示：以立方體的底面中心為加工原點(diǎn)，則立方體的頂點(diǎn)為工藝要求的極限行程。因?yàn)榛瑝K式并聯(lián)機(jī)床關(guān)于yz平面對(duì)稱，所以當(dāng)機(jī)床滿足1、2、3、4四個(gè)極限位置的同時(shí)也能滿足5、6、7、8四個(gè)極限位置，這里計(jì)算時(shí)選用1、2、3、4四個(gè)極限位置進(jìn)行計(jì)算來驗(yàn)證初選的滾珠絲杠和連桿長(zhǎng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)加工點(diǎn)位移動(dòng)到頂點(diǎn)1位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3的螺母副最有可能達(dá)到極限位置，則分別求兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺紋長(zhǎng)度是否滿足要求。已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)1位置時(shí)的驗(yàn)算為:B21P21=(689.37,121.55,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則500+n解得：n21滿足要求已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)1位置時(shí)的驗(yàn)算為:B31=(35.51,184.92P31=(449.95,536.23,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則500+n解得：n31=-364.27滿足要求當(dāng)加工點(diǎn)位移動(dòng)到頂點(diǎn)2位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6的螺母副最有可能達(dá)到極限位置，則分別求兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺紋長(zhǎng)度是否滿足要求。已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)2位置時(shí)的驗(yàn)算為:B52=(-296.20,-93.41,-40P52=(-689.37,121.55,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則400+n解得：n52=-64.13mm<0滿足要求已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)2位置時(shí)的驗(yàn)算為:B62=(-210.70,-241.51,-400P62=(-239.41,-637.78,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則400+n解得：n62=-5.46mm<0滿足要求當(dāng)加工點(diǎn)位移動(dòng)到頂點(diǎn)3位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5的螺母副最有可能達(dá)到極限位置，則分別求兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺紋長(zhǎng)度是否滿足要求。已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)3位置時(shí)的驗(yàn)算為:B43=(-135.51,284.92,-4P43=(-449.95,536.23,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則400+n解得：n43=-10.68mm>0滿足要求已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)3位置時(shí)的驗(yàn)算為:B53=(-296.20,-93.41,-4P53=(-689.37,121.55,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則400+n解得：n53=-64.13mm<滿足要求當(dāng)加工點(diǎn)位移動(dòng)到頂點(diǎn)4位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的螺母副最有可能達(dá)到極限位置，則分別求兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺紋長(zhǎng)度是否滿足要求。已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)4位置時(shí)的驗(yàn)算為:B14=(110.70,-151.51,-500P14=(239.41,-657.78,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則500+n解得：n14=-298.20mm>-400滿足要求已知驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的鉸鏈幾何中心對(duì)頂點(diǎn)4位置時(shí)的驗(yàn)算為:B24=(196.20,6.59,-500P24=(689.37,121.55,n因連桿長(zhǎng)為560mm，則500+n解得：n24=-260.90mm>-400滿足要求2.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型2.2.1最大工作載荷的計(jì)算滾珠絲杠螺母副的最大工作載荷是指絲杠螺母副在被控制運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的軸向力的最大值，這個(gè)力也被稱為進(jìn)給牽引力。這個(gè)數(shù)值是整個(gè)運(yùn)動(dòng)件的所受到的重力和絲杠螺母副的進(jìn)給力及在導(dǎo)軌上的分力所產(chǎn)生的摩擦力的總和。切削分力為極限位置時(shí)的FX，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的滑塊式并聯(lián)機(jī)床的滾珠絲杠螺母副為豎直放置，因此采用的綜合導(dǎo)軌的計(jì)算公式REF_Ref26795\r\h[10]：FmFx=式中：K系數(shù)，在這里取K=1.15；Fz絲杠在垂直方向上G可動(dòng)部件上的總重量（N）；μ隨導(dǎo)軌型式而不同；滾動(dòng)導(dǎo)軌μ=0.003；FZ解得：F2.2.2計(jì)算最大動(dòng)載荷我們選取滾珠絲杠副的直徑時(shí)，首先需要保證在軸向載荷作用的情況下，絲杠可以在規(guī)定使用周期內(nèi)，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象REF_Ref27281\r\h[11]。絲杠所承受的軸向負(fù)載的最大值稱為滾珠絲杠的最大動(dòng)載載荷，用下式計(jì)算選擇：（2-11）L0=

n=1000vs式中壽命，以10轉(zhuǎn)為一單位硬度系數(shù)，取=1為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)；有一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)=1-1.5取1.2絲杠轉(zhuǎn)速，，用下式計(jì)算為最大切削力時(shí)的進(jìn)給速度，絲杠導(dǎo)程，；為機(jī)床的使用壽命，，對(duì)于數(shù)控機(jī)床??；初選絲杠導(dǎo)程=5，由任務(wù)書可知最大切削力下的速度v=20m/min，則/min,代入公式可計(jì)算得n=L2.2.3滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)FQ=17037選取絲杠螺母副，型號(hào)為CM系列的3205-5型絲杠，其主要的參數(shù)如表格2-1、表2-2所示：表2-1CM系列的3205-5型滾珠絲杠尺寸參數(shù)表規(guī)格代號(hào)公稱直徑導(dǎo)程滾珠直徑絲杠底徑絲杠外徑循環(huán)列數(shù)額定載荷/N剛度dPDddCMCCG3205-53253.17528.231.52×2.51799854896532表2-2CM系列的3205-5型絲杠螺母副尺寸參數(shù)表螺母安裝尺寸油杯DDDLBh??M60907562137712M6滾珠絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸如圖2-3所示：圖2-3滾珠絲杠螺母副外形尺寸該型號(hào)的絲杠螺母副的Ca=17998N>FQ=15086N，滿足額定載荷的要求。2.2.4傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率REF_Ref27213\r\h[12]：

η=tanλtan式中絲杠螺旋升角；絲杠的摩擦角，其摩擦角的大小約等于。將公稱直徑=32mm，導(dǎo)程為=5mm，代入，得絲杠螺旋升角=8°52'。將摩擦角=，代入η=2.2.5剛度驗(yàn)算查閱絲杠的支撐方式，決定使用雙推—雙推的形式安裝絲杠。絲杠的軸向失效的主要形式有絲杠的拉伸或者壓縮、以及螺母和絲杠間的滾道的變形。這種變形會(huì)導(dǎo)致絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，在影響加深后甚至?xí)?dǎo)致定位精度降低。 GJML圖2-4滾珠絲杠副支承形式（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量（2-16）式中絲杠所承受的工作載荷的最大值，單位為N；絲杠兩端固定支撐間的距離，單位為mm；絲杠所用材料的彈性模量，；絲杠由底徑確定的圓的截面積，單位為；絲杠的轉(zhuǎn)矩，單位為；絲杠由底徑確定的圓截面的慣性矩（），單位為。所選絲杠的裝配長(zhǎng)度為100mm，選取余程為20mm，初步計(jì)算螺紋長(zhǎng)度（2-17）取支承跨距為a取a=530mm,將數(shù)據(jù)，帶入式2-16中計(jì)算得。（2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量有預(yù)緊時(shí)（2-17）式中絲杠上滾珠的直徑，單位為；絲杠上滾珠的總數(shù)量，；單圈滾珠數(shù)，預(yù)緊力，單位為N。當(dāng)滾珠絲杠副承受預(yù)緊力時(shí)，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的，值可減少二分之一左右。將公稱直徑，滾珠直徑，代入，得單圈滾珠數(shù)Z=31，代入，得滾珠數(shù)總量ZΣ=158，預(yù)緊力=273.42N，絲杠的最大工作載荷=820.26N，代入式2-17，計(jì)算得。，計(jì)算得=0.004731mm<0.05mm綜上可知，滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.6壓桿穩(wěn)定性校核≥（2-18）式中：——絲杠的臨界載荷，單位為N；——絲杠的支撐系數(shù)，??；——材料的彈性模數(shù)，對(duì)鋼E=21MPaK——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.5～4，垂直安裝取K=3；a——絲杠兩端固定支承間的距離（mm），a=630mm；I——滾珠絲桿橫截面慣性矩單位，按底徑計(jì)算；雙推-雙推方式，故可見FK遠(yuǎn)大于Fm，則所選的絲杠的穩(wěn)定性能夠滿足設(shè)計(jì)的工藝性要求。故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。2.3滾動(dòng)軸承的選用2.3.1基本額定載荷REF_Ref27771\r\h[13]Cr=式中：——速度系數(shù)，取=0.37；——壽命系數(shù)，取=3.11；——當(dāng)量動(dòng)載荷，取Pa=代入得

C2.3.2滾動(dòng)軸承的選用絲杠的d0=32mm，Cr=6894.62N，根據(jù)以上條件選擇軸承為：7004AC型角接觸球軸承，具體參數(shù)如表2-3所示：表2-3滾動(dòng)軸承尺寸參數(shù)表軸承代號(hào)基本尺寸安裝尺寸dDBrrdD7205AC25521510.33146安裝尺寸a基本額定極限轉(zhuǎn)速/(r/min)原軸承代號(hào)r動(dòng)載荷靜載荷脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑116.415.89.88110001600036205462057205AC型角接觸球軸承的聯(lián)接安裝尺寸如圖2-4所示圖2-4角接觸球軸承的聯(lián)接安裝尺寸2.3.3軸承的校核（1）壽命校核L?=106式中：——額定動(dòng)載荷，=15800N——工作轉(zhuǎn)速，n=4000r/min——當(dāng)量動(dòng)載荷，=820.26NL遠(yuǎn)大于一般機(jī)床所規(guī)定的時(shí)間，所以滿足要求。（2）額定靜載荷校核Cor≥SoPoa式中：——基本額定靜載荷（N）——當(dāng)量靜載荷，查表得Poa——安全系數(shù)，查表得=2C遠(yuǎn)大于計(jì)算結(jié)果，所以滿足要求。2.4伺服電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型2.4.1初選交流伺服電動(dòng)機(jī)由于交流伺服電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作工作在變負(fù)載之下，故按方均根載矩進(jìn)行初選伺服電動(dòng)機(jī)，工作循環(huán)圖如下：圖2-5工作循環(huán)圖（2-22）換算到電動(dòng)機(jī)軸上得的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩(1)切削負(fù)載力矩：（2-23）為最大工作載荷：,為滾珠絲杠的導(dǎo)程：，為滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率：%，帶入得。（2）摩擦負(fù)載力矩T:(2-24)式中F為角接觸球軸承的摩擦力：,其中為摩擦系數(shù)，，W為移動(dòng)部件的總重量為700N,故F=14N,D為所選角接觸球軸承的直徑：D=52mm，所以代入得T=0.364（3）預(yù)緊力矩：(2-25)式中為預(yù)緊力，,為滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率：%,所以=0.084所以=0.665+0.364+0.084=1.113取根據(jù)式(2-26)可估算所需的交流伺服電動(dòng)機(jī)功率傳動(dòng)效率90%，則：根據(jù)算出的P范圍初選交流伺服電動(dòng)機(jī)為臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的伺服電機(jī)，具體型號(hào)為ASMT07L250BK型。具體技術(shù)參數(shù)如表2-4、表2-5所示：表2-4伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)表型號(hào)額定功率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速慣性矩ASMT07L250BK0.75KW2.4N7.16N3000r/min1.81J2-5ASMT07L250BK2-5圖2-62.4.2電動(dòng)機(jī)慣量匹配原則換算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)體:(2-27)式中m為移動(dòng)體的的質(zhì)量，平均分配到每根軸上為3Kg；為滾珠絲杠的導(dǎo)程：。將其帶入得。換算到電動(dòng)機(jī)軸上的傳動(dòng)系統(tǒng):(2-28)式中為滾珠絲杠的公稱直徑：；l為滾珠絲杠的長(zhǎng)度；l=700mm；為滾珠絲杠的密度：.代入得所以，所以滿足慣量匹配原則。2.4.3交流伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校核滿足發(fā)熱校核，需滿足：(2-29)K1安全系數(shù)，取KK2轉(zhuǎn)矩波型系數(shù)，取K2.15>1.26所以滿足發(fā)熱校核綜上計(jì)算，所選的交流伺服電動(dòng)機(jī)符合設(shè)計(jì)要求。2.5導(dǎo)軌的選用選用導(dǎo)軌是為了使運(yùn)動(dòng)部件按一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，在本次設(shè)計(jì)中即為了保證滾珠絲杠螺母副在一定的徑向力的作用下仍能保持豎直運(yùn)動(dòng)不受徑向力的影響。本次設(shè)計(jì)選用直線滾動(dòng)式導(dǎo)軌副，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)輕便、靈活，所需驅(qū)動(dòng)功率小，摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持性好；低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因而定位精度高，所以選用滾動(dòng)導(dǎo)軌REF_Ref28078\r\h[14]。2.5.1工作載荷的計(jì)算導(dǎo)軌的選用首先需要對(duì)導(dǎo)軌副的工作載荷進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)槠鋵?duì)使用壽命有很大影響，可由以下公式進(jìn)行計(jì)算：Fc式中：FVFHFF代入得：F根據(jù)工作載荷FC=394.66N，初選JSA-KL型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，型號(hào)為JSA-LG15型，Ca=7.94KN，Coa=9.5KN。根據(jù)對(duì)絲杠的計(jì)算可得絲杠長(zhǎng)為700mm，則可以選取的導(dǎo)軌長(zhǎng)為2.5.2額定壽命計(jì)算滾動(dòng)體為球時(shí)，其計(jì)算公式如下：(2-31)式中距離額定壽命；額定動(dòng)載荷，；滑塊所承受的工作載荷,單位為；溫度系數(shù),；接觸系數(shù),；載荷系數(shù)，硬度系數(shù)，滾道硬度不得低于HRC58故通常取精度系數(shù)，精度等級(jí)4級(jí)，=0.9代入公式計(jì)算得：==46738.10故距離額定壽命滿足要求。JSA-LG15型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌技術(shù)參數(shù)如表2-6所示：表2-6JSA-LG15型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌尺寸參數(shù)表型號(hào)裝配后組合尺寸滑塊尺寸HWBKTTJSA-LG152415.54719.4711導(dǎo)軌尺寸BHIFLd1615206015004.5×7.5×5.3JSA-LG15型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的聯(lián)接安裝尺寸如圖2-6所示：圖2-7JSA-LG15型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的聯(lián)接安裝尺寸圖2.6聯(lián)軸器的選用2.6.1聯(lián)軸器選擇根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)的電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，以及滾珠絲杠的直徑等，選取剛性套筒聯(lián)軸器。具體尺寸參數(shù)如表2-7所示：表2-7剛性套筒聯(lián)軸器尺寸參數(shù)表軸孔直徑DL193560表2-8鍵的尺寸型號(hào)寬度b高度h鍵長(zhǎng)LGB/T1096-20036612許用轉(zhuǎn)矩50N圖2-8聯(lián)軸器裝配尺寸圖2.6.2聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)軸上的公稱轉(zhuǎn)矩T可用下式計(jì)算： (2-32)式中：P傳遞的功率（KW）軸的轉(zhuǎn)速（r/min）計(jì)算得:T=1.79NT=1.79N?m<50故滿足要求。2.7防塵罩的選用在選用了滾珠絲杠之后，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)防護(hù)罩，保護(hù)滾珠絲杠不受損傷也避免滾珠絲杠運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)誤傷工作人員。螺旋鋼帶防護(hù)罩的規(guī)格可以根據(jù)下式算得：D1式中：D1dmax帶入計(jì)算得：D螺紋長(zhǎng)度502mm，選用45-550-50型螺紋鋼帶防護(hù)罩，Lmax=550mm，D1=45mm，并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1桿件設(shè)計(jì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的連桿部件是連接著螺母副和刀具平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)元件。所以連桿部件的設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)床功能和精度有著舉足輕重的作用。桿件設(shè)計(jì)的主要影響因素：①桿件與刀具平臺(tái)的連接方式；②桿件自身的長(zhǎng)度問題；③桿件與絲杠螺母副的連接方式。桿件作為并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)主要元件，可以分類為固定桿長(zhǎng)的桿件和可變桿長(zhǎng)的桿件兩類。本次設(shè)計(jì)選擇了固定長(zhǎng)度的桿件，而桿件的兩端分別通過虎克鉸固定在滾珠絲杠螺母副和加工平臺(tái)上。3.2虎克鉸設(shè)計(jì)鉸鏈?zhǔn)怯脕砜刂茥U件與刀具平臺(tái)、滾珠絲杠螺母副之間相互運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，它的作用就是為刀具平臺(tái)提供可以繞運(yùn)動(dòng)中心不斷運(yùn)動(dòng)而需要的動(dòng)力。因此，鉸鏈需要由旋轉(zhuǎn)的自由度，且旋轉(zhuǎn)軸可以通過相同位置的點(diǎn)。因?yàn)殂q鏈?zhǔn)遣⒙?lián)機(jī)床的關(guān)鍵部件，所以它直接影響機(jī)床的精度，也因此需要較高的制作精度。所以我選用的是標(biāo)準(zhǔn)的十字軸承設(shè)計(jì)虎克鉸，可以滿足要求，而與之連接的配件就按實(shí)際安裝的需求來定制。結(jié)論通過以上的整體分析及計(jì)算，歸納為以下一些結(jié)論：并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)床相比較有著更好的發(fā)展前景，在現(xiàn)代化的制造業(yè)中，串聯(lián)機(jī)構(gòu)已經(jīng)越來越無法滿足現(xiàn)在加工所要求的精度等工藝，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)則可以滿足。并聯(lián)機(jī)構(gòu)當(dāng)下急需處理的問題就是其工作空間過大的問題，因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的特殊性，其工作空