X、Y轴直线滑台设计【毕业设计说明书】.doc

1、编号： 毕业设计说明书题 目：X、Y 轴直线滑台设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 教授 题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发摘 要本设计主要是 X、Y 两个方向移动的滑台的设计，在生产和实践中具有很强的实用性。X、Y 直线滑台当前已普遍运用于测量、激光焊接、激光切割、涂胶机、打孔机、点胶机、小型数控机床、雕铣机及适用教育等场所。本设计 X、Y 工作台用于高能电子束焊机。X、Y 数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。

2、降低成本，是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了微机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步得到提高。由于具有很小的摩擦阻力，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动,滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。本设计主要包括四个部分内容：第一部分为设计方案的提出与确定;第二部分为结构设计和零部件的选择；第三部分为检验校核；第四部分为绘图。全部设计过程都是参照国家相关标准和具体要求设计。本次设计先对工作台进行结构设计，提出不同方案并进行比较选择，然后对零部件进行选择和检验校核，最后利用 Solidworks 软件对 XY 工作台进行三维建模、装配，利用 C

3、AD 绘制零件图和装配图。关键词：工作台；X-方向；Y-方向；选择；校核；电机AbstractThe major work of this design is to design two workbenchs, which can move along two directions X and Y, and this design is very practicality in production and practice. XY table has been widely used in the current measurement, laser welding, laser cutti

4、ng, gluing machine, drilling machine, dispenser, small CNC machine tools, engraving and milling machine and applicable education and other places. The design of XY table is used for the high-energy electron beam welding.Electrical system XY CNC table is an open loop control system, its structure is

5、simple. Easy to achieve but also to guarantee the accuracy. Cost reduction is the easiest applications microcomputer control technology. It takes full advantage of the computers software and hardware features to achieve the machines control; make the machining expand the scope, accuracy, and reliabi

6、lity is further improved. With little friction at high load conditions to achieve high precision linear motion,ball screws are widely used in various industrial equipment and precision instruments.There are four major part of this design: first, put forward and conform the design; second, chose the

7、frame and hardware; third, check up and test; forth, blueprint. During the design, all designs complied with the country standard and the requirement in detail.The design of the first on the bench for structural design, propose to compare different options and choose,then select and test checked par

8、ts, finally, Solidworks software for XY table for three-dimensional modeling, assembly, use CAD drawing parts and assembly drawings.Key words:workbench;X direction;Y- direction;chose;check up;motor目 录引言 .11 绪论 .21.1 滚动直线导轨 .21.1.2 国内外产品的现状 .21.1.3 滚动直线导轨的发展趋势 .21.2 滚珠丝杠 .31.2.1 国内外产品的现状 .31.2.2 滚珠丝杠

9、的发展趋势 .31.3 设计软件简介 .42 方案提出及论证 .42.1 方案一 .52.2 方案二 .52.3 方案三 .52.4 方案论证 .53 结构设计和零件选择 .73.1 工作台及导轨座的设计 .73.1.1 工作台的设计 .73.1.2 导轨座的设计 .93.2 导轨上移动部件的重量估算 .103.3 导轨的设计计算 .103.3.1 导轨简介 .103.3.2 导轨的选择 .113.3.3 导轨的计算 .112.4 滚珠丝杠和轴承的选择 .142.4.1 滑动丝杠简介 .142.4.2 滚动丝杠简介 .152.4.3 滚珠丝杠的设计计算 .183.4.4 滚珠丝杠的安装 .23

10、3.4.5 滚珠丝杠螺母副的间隙消除 .253.4.6 滚珠丝杠螺母副的防护 .263.5 步进电机的选择 .273.5.1 步进电机简介 .273.5.2 步进电机的计算选型 .283.6 联轴器的选择 .334 结论.34谢 辞.35参考文献.37引言本次毕业设计的目的是综合应用所学知识来解决具体的实际问题。与以前的课程设计不同的是，本次设计不是单纯的从某一方面进行设计，而是对整个系统的各个环节进行综合设计。以培养较强的独立工作能力和创新意识，为今后的工作打下坚实的基础。本次毕业设计题目是X、Y 轴直线滑台的设计，它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展

11、的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。本设计的 X、Y 工作台用于高能电子束焊机。本次毕业设计的要求：X、Y 方向运动行程分别为：2000mm，700mm，直线度 0.2/1000；要求工作台上下层能拆卸单独使用；工作台载重量 150kg；画出部分设计图。本设计主要包括四个部分内容：第一部分为设计方案的提出与确定;第二部分为结构设计和零部件的选择；第三部分为检验校核；第四部分为绘图。全部设计过程都是参照国家相关标准和具体要求设计。1 绪论随着我国国民经济的快速发展，数控机床的制造和

12、使用越来越广泛，因而，与之配套的数控机床功能部件的性能、品种及规格也发展迅猛。X、Y 直线滑台作为数控功能部件之一，我们队其提出了更高的要求。同时设计者和使用者也应该对其部件有更深刻的了解，以便在设计时方便选用。其中，X、 Y 工作台上的滚动部件滚珠丝杠和滚动直线导轨，是确保工作台精度的关键。1.1 滚动直线导轨1.1.2 国内外产品的现状世界上生产滚动直线导轨的著名厂商有日本的 THK 公司、NSK、IKO 轴承公司及德国的 REXROTH 公司、INA 公司、瑞士的 Schneerberger 等公司。这些公司的产品代表了世界最高水平。国外的产品做工精细，结构灵巧，运动速度高，设计严谨，精

13、度高，重载并有互换性。国内滚动直线导轨的发展已经走过 26 个年头，主要厂家有陕西汉江机床有限公司、南京工艺装备制造有限公司、济宁博特精工股份有限公司、广东高新凯特精密机械有限公司、大连高金数控集团有限公司等。国内产品具有以下特点和不足：(1)以钢球为滚动体的产品基本成熟，日、德产品逐步淡出。(2)应用于大型数控机床的滚柱导轨发展迅速,各主要厂家投入大量资源进行研发,并陆续进入批量化生产阶段。(3）绿色、环保产品受到了重视。大连高金数控集团推出了自润滑导轨,减少了润滑液带来的污染。(4)高速静音导轨不断推出。大连高金数控集团、南京工艺装备制造有限公司等厂家推出了带隔离链及减振结构的滚柱导轨,降

14、低了运动噪声,提高了润滑效果,运动速度达到 100m/min。大连高金数控集团的产品在重型卧式加工中心及龙门加工中心机床中得到了应用。(5)与国外相比,产品研发能力比较单薄,实验装置几近空白,院校结合的研究机制起步较晚。产品验证机制的薄弱直接影响了中高端产品的发展进程及推广速度。(6)与国外产品相比,在运动精度方面,尤其是关键精度,国内产品与国外产品不相上下,甚至高于国外。但受到原材料限制及系统的试验手段的不足,导致了产品性能指标难以提升,使得产品在噪声、稳定性等方面略显不足。(7)产品外观、倒角、粗加工面的处理水平较低,影响了国内产品的推广力度乃至经济效益,尤其是在出口方面。1.1.3 滚动

15、直线导轨的发展趋势（1）规格不断延伸；（2）承载能力不断加大；（3）运动速度不断提高；（4）静音导轨；（5）环保产品层出不穷。1.2 滚珠丝杠1.2.1 国内外产品的现状随着数控机床高速、精密、环保的发展需求，滚珠丝杠副得到了前所未有的发展，国内企业不断加大对滚珠丝杠副的研究力度，并取得了显著的成果。主要表现在以下方面：（1）高速丝杠 从近几年机床展上可以看到，很多企业研制的高速丝杠的速度是十几年前的 23 倍，如日本 NSK 的 BSS 系列的 DN 值达到 22 万，HMD 系列的 DN值达到 16 万；而加速度已经能达到 1.52g 的水平。（2）重载丝杠 NSK、THK、SHUTON、

16、REXROTH 采用新的工艺方法，将基本额定动载荷在原来的基础上提高了 25%。（3）大型丝杠 大型及超大型滚珠丝杠副近两年可谓屡见不鲜，西班牙 KORTA公司生产的直径 225mm 的滚珠丝杠副长度达 20m。（4）绿色环保丝杠 滚珠丝杠副的低噪声、长期免维护一直是业内人士追求的目标。在这方面有很多厂家推出了球保持器和自润滑装置。在使用了球保持器后，噪声可在原来基础上降低 810dB。自润滑装置可保证 10000km 直线行程的润滑。（5）双驱动丝杠 为了满足机床高刚性、高效率需求，NSK 采用特殊的工艺方法，制造出了双驱动滚珠丝杠副，螺纹长度为 1200mm 的两根丝杠，相互累计导程偏差不

17、超过 0.005mm。（6）个性化产品 针对各行各业不同的需求，特别是针对一些特殊行业，如化工机械、木工机械、航空航天、包装机械、机器人、铁路等，滚珠丝杠生产厂有针对性地开发了许多新产品。国内大陆地区的制造企业生产滚珠丝杠副经过 50 多年的发展，也取得了较大的成就，尤其最近 510 年，设计和制造工艺都有了突飞猛进的发展。国产高速滚珠丝杠副不断崭露头角。北京机床研究所开发的高速丝杠副 DN 值可达 12 万，加速度为 1g。南京工艺装备制造有限公司开发的 DK 系列滚珠丝杠副 DN 值达到 16 万。大连高金数控集团生产的三维管系列和端面返向系列的 DN 值达到 16 万，高速重载滚珠丝杠副

18、（型号：CW8016-10.5 ）DN 值达到 16 万，额定动载荷 Ca 可达460kN，静载荷 C0a 可达 1868kN。中国台湾地区的制造企业如 HIWIN 公司、ABBA 公司等具有相当先进的制造水平，其中 HIWIN 公司的重载丝杠的承载能力是普通丝杠的 23 倍。1.2.2 滚珠丝杠的发展趋势纵观各国滚珠丝杠副现状，可以判断出今后滚珠丝杠发展趋势如下：(1)高速、重载、低噪声、低温升、自润滑和可靠性是滚珠丝杠副发展的主要方向。(2)特殊行业用滚珠丝杠副，如在木工机械、医疗机械、食品机械、真空环境、核电、铁路、机器人等行业的应用是滚珠丝杠副发展的重要方面。(3)新工艺、新材料是滚珠

19、丝杠副进一步发展的保障，如丝杠的冷轧技术、材料的稳定性及材料热处理等。1.3 设计软件简介SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空

20、航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学生通过 SolidWorks 的培训课程。Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是 SolidWorks 的三大特点，使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大

21、的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的 Windows 系统的用户，基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks 独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。 SolidWorks资源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理CAD 文件。使用 SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在强大的设计功能和易学易用的操作（包括 Windows 风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用 SolidWorks ，整个产品设计是

22、可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。本次设计我采用 SolidWorks 对零件进行三维建模并装配，最后转化为工程图。2 方案提出及论证XY 工作台的运动由两个电机分别带动工作台在 X 和 Y 方向上做直线运动，这就需要把电机的旋转运动变为直线运动。在整体设计中各种运动部件的选择很重要，设计任务中要求各个构件的运动具有精度高，运动平稳等特点。如图 2-1 所示，部件的选择包括动力源、传动机构、执行构件等。由此经过考虑列出一下方案。图 2-1 X、Y 工作台的工作系统框图2.1 方案一 如图 2-2 所示，动力源选择电机，传动机构选择同步带和齿轮齿条传动。电机通过同步

23、带带动齿轮齿条传动，齿轮齿条带动工作台做直线运动。图 2-2 方案一工作原理2.2 方案二 如图 2-3 所示，动力源选择步进电机，传动机构选择滚珠丝杠副。步进电机与滚珠丝杠直联，带动在滚动直线导轨上的工作台做直线运动。图 2-3 方案二工作原理2.3 方案三动力源选择限压式变量叶片泵，传动机构选择换向阀和液压缸。2.4 方案论证方案一中同步带，承载力较大，负载再大就要加宽皮带，传动精度较高，传动长度不可太大，否则需要考虑较大的弹性变形和振动，传动距离大尤其不适合精确定位、连续性运动控制。优点：短距离传动速度可以很高，噪音低。典型用途:小型数控设备、某些打印机。齿轮齿条，承载力大，传动精度较高，可达 0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度可以很高，2m/s，缺点：若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。典型用途：大版面钢板、玻璃数控切割机，建筑施工升降机可达 30 层楼高。所以，方案一可能会造成噪声污染，并且使用寿命短，精度也达不到微米级。