導讀：
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圖3.11 Z軸滾珠絲杠副
3.3 步進電動機的選擇
3.3.1 步進電機的原理
步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度( 稱為“步距角”) ，其旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，達到調速的目的。步進電機作為一種控制用的特種電機利用其沒有積累誤差( 精度100％) 的特點，廣泛應用于各種開環控制。 常用的步進 電機有反應式步進電機( V R ) 、 永磁式步進電機( P M) 、 混合式步進電機( H
B)和單相式步進電機等。
3.3.2 步進電機相位控制原理
1.結構和轉矩。
一種反應式步進電動機的結構示意如圖3.12所示
圖3.12 步進電動機的結構示意
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圖3.12中電動機定子上有6個磁極：U1、U2、V1、V2、W1、W2，每個磁極上有5個均勻分布的矩形小齒。相連兩個磁極之間相隔 60 ，相對的兩個磁極組成 一相，磁極上繞有一相線圈。圖3.12為三相步進電動機( U1-U2相，V1-V2相，W1-W2相)。當某一相繞組有電流流過時，該繞組所在的兩個磁極形成N極和S極。轉子上沒有繞組，有40個齒均勻分布在圓周上，相鄰兩個小齒之間的夾角為9 ，與定子上小齒的齒距相等。
2.轉子轉動方向
按照U—V—W—U給繞組輪流通電，轉子順時針轉動。按照 U—W—V—U給繞組輪流通電，轉子逆時針轉動。步進電機的轉動方向取決于定子繞組通電的順序。
3.工作方式
三相步進電動機有三種工作方式：a．單三拍，通電方式為U—V—W—U—?；b．雙三拍，通電方式U V—VW—WU—UV—?；c．六拍，通電方式為 U—UW—W—W V—V—VU—U—? 。
3.3.3 步進電機的選擇及相關計算
步進電機的特點：
1) 進電動機的轉向可以通過改變通電順序來改變。步進電動機有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電動機就可以保持在該固定位置。
2）步進電機的功率小，輸出力矩小，適用于中小機電一體化系統。從電機是驅動電源，體積較小，伺服系統無需反饋元件，驅動裝置整體體積小。
3）控制性能好，可以精確控制轉子的轉角和轉速，有良好的緩沖定位能力。 步進電機是一種脈沖或數字控制的裝置，可與計算機和微處理器聯接，構成智能化系統。可以直接與微機的I／O接口，構成開環位置伺服系統。
4）微機控制時，硬件電路簡單。步進電機既是驅動元件又是脈沖—角位移變換元件。
步進電機具有調速性、靈活性和準確性好，體積小，不需要反饋傳感器等優點，是一種較好的驅動系統，適用于運動較復雜、要求高的中小型設備。 步進電機的相關計算：
因X-Y方向定位精度為0.05mm，切割速度為0~750mm/min，故Y、Z向根據X向的結果相同選用即可滿足要求。
1.電動機軸上總當量負載轉動慣量J???d4l
32 （式3-13）
式中是?材料密度，d是傳動件的等效直徑（m），l是傳動件軸向長度，其中齒
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輪等效直徑取分度圓直徑，絲杠等效直徑為?30mm。
Jz1???7.8?103?0.024?0.02
32Kg?m2?2.4?10?6Kg?m2
Jz2???7.8?103?0.054?0.02
32Kg?m2?9.57?10?5Kg?m2
Js???7.8?103?0.0484?0.42
32Kg?m2?17.06?10?4Kg?m2
將各傳動件慣量及工作臺質量折算到電動機軸上，得總當量負載轉動慣量 Jd?Jz1?(Jz2?Js)
?61p2?()mi22?i?4126?10?3
2?[2.4?10?(17.06?0.957)?10?()?()?200]Kg?m2 （式3-14） 2.52???2.5
?3.19?10?4Kg?m2
初選電機型號110BF003，其轉子轉動慣量為Jm?46.06?10?5Kg?m
2.慣量匹配驗算
由表中查得Jm?46.05?10?5Kg?m2
Jd3.19?10?4
??0.693 Jm46.06?10?5
滿足1Jd??1 （式3-15） 4Jm
說明慣量匹配合理。
3.步進電機負載能力校驗
步進電機上的總慣量
J?Jm?Jd?(3.19?10?4?46.06?10?5)Kg?m2?7.8?10?4Kg?m2 （式3-16）
空載啟動時，電動機軸上的慣性轉矩
TJ?J?max2?ivmax2??2.541?J?7.8?10?4???N?m?2.72N?m （式3-17） ?tp?t0.00650?10?360
電動機上當量摩擦轉矩
T??pp0.006F??mg???200?10?0.005N?m?0.005N?m 2??i2??i2??0.8?2.5
其中，伺服進給傳動鏈總效率取?=0.8。
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1設滾珠絲杠螺母副的預緊力為最大軸向載荷的，則因預緊力而引起的，折算到3
電動機軸上附加摩擦轉矩為
T0?ppFmax0.0062050F0(1??02)?(1??02)???(1?0.92)N?m?0.06N?m 2??i2??i32??0.8?2.53
工作臺上最大軸向載荷折算到電動機軸上的負載轉矩為
Tw?p
2??iFwmax?0.006?2050N?m?0.98N?m 2??0.8?2.5
空載啟動時，電動機上總負載轉矩為
Tq?TJ?T??T0?2.78N?m
最大外載荷下工作時，電動機軸上總負載轉矩為
T1?Tw?T??T0?1.05N?m
按表查得空載啟動時所需電機最大靜轉矩為
Ts1?Tq/0.5?N?m?5.56N?m 按Ts2?T1，可求得最大外載荷下工作時，所需電機最大靜轉矩 0.3~0.5
T11.05Ts2??N?m?2.1~3.5N?m 0.3~0.50.3~0.5
由于Ts?7.84N?m?Ts1?5.56N?m
所以電動機可以不失步地正常啟動。
4.最快空載移動時電機輸出轉矩核算 任務書給定工作臺最快空載移動速度vmax?4000脈沖。求得電動機運行頻率fmaxf?，脈沖當量?=0.01mm/4000Hz?1111Hz 60?0.06
查表知110BF003電動機運行頻率7000Hz可見沒有超出上限。
綜上所述，110BF003滿足設計要求。
5.頻率校核
步進電機的轉速與輸入的脈沖頻率成正比
n電動機max?n絲杠max?150r/min
??fn電動機??60f? （式3-18） 3606
式中n為電動機轉速（r/min），f為控制脈沖頻率（Hz），?為步距角 6?150?1200Hz<1500Hz 得f?0.75
頻率符合要求
故X、Y、Z向的步進電機均選用110BF
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目錄
第1章 緒論 ................................................................................................................ 1
1.1 切割機現狀 ......................................................................................................... 1
1.2 本文主要內容 ..................................................................................................... 2
第2章 切割機方案設計 .............................................................................................. 3
2.1 本設計針對切割機設計的主要技術參數 ......................................................... 3
2.2 常見的幾種機械傳動方式 ................................................................................. 3
2.3 各類機床導軌的比較及其分析 ......................................................................... 5
2.4 切割機的主體結構 ............................................................................................. 9
第3章 整體結構設計與計算 .................................................................................... 10
3.1 滾動直線導軌的選擇及計算 ........................................................................... 10
3.1.1 滾動直線導軌的特點 ................................................................................................. 10
3.1.2滾動直線導軌的選擇程序及預緊方式 ................................................................. 11
3.1.3 滾動直線導軌有關計算 ............................................................................................ 12
3.2 滾珠絲杠副的選擇 ........................................................................................... 16
3.2.1 滾珠絲杠副的特點和支承方式 .............................................................................. 16
3.2.2 滾珠絲杠副的計算...................................................................................................... 17
3.3 步進電動機的選擇 ........................................................................................... 24
3.3.1 步進電機的原理 .......................................................................................................... 24
3.3.2 步進電機相位控制原理 ............................................................................................ 24
3.3.3 步進電機的選擇及相關計算 .................................................................................. 25
第4章 總結 .............................................................................................................. 28
參考文獻 ...................................................................................................................... 28
附錄1 ........................................................................................................................... 29
致謝 .............................................................................................................................. 30
第1章 緒論
1.1 切割機現狀
在現代金屬切割技術中通常采用四種切割方法，薄板(一般8mm以下)切割采用激光切割；中厚板(一般10 mm-30mm)切割采用等離子切割；而30mm以上的厚碳鋼板切割通常采用火焰切割，而其它的非金屬厚板切割則采用水射流切割。氣割(氧-燃氣切割，俗稱火焰切割)是利用純氧在高溫中與金屬發生放熱反應進行分割或分離金屬的一種切割方法。它是利用氣體火焰的熱能將工件切割處預熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使金屬燃燒并放出熱量而實現切割的方法。切割過程有預熱、燃燒、融化與吹出三個部分。火焰切割機可以根據用戶編程來自 動切割任意形狀的零件，具有效率高、切割質量好、適用范圍廣、可靠性和穩定性高的特點，火焰切割機以 其在厚板切割上的優勢在造船、機車車輛制造等工業上得到廣泛應用。
火焰切割機是利用燃氣配氧氣或者汽油配氧氣進行金屬材料切割的一種切割設備。主要分為早期的手動切割和半自動切割機,仿形切割機和切割機,隨著社會的進步和科技的發展,越來越先進，切割功能也越來越強大。大致機型結構主要有:手動;仿形切割機,便攜式切割機,懸臂式切割機,龍門切割機,臺式切割機和專門用于鋼管相貫線切割的相貫線切割機，以上結構都可以利用火焰切割方式進行切割。其中根據金屬材料和切割金屬的厚度從工藝角度來說,一般5mm以上的碳鋼板推薦用火焰進行切割，因為此類鋼板產生的熱變形很小。不銹鋼和有色金屬不能用火焰進行切割，原因是不銹鋼在受熱后表面產生高密度氧化層，阻止熱量向下傳遞，從而影響板材的熔斷；銅鋁等有色金屬的散熱能力很強，導致割面的熱量快速散失，也影響到板材熔斷。
火焰切割機的發展大致經歷了手動切割、仿型切割和切割三個階段;而切割又經歷了簡易、專用系統和當今的開放式計算機系統。簡易系統如單扳機控制系統，專用系統如MESSER公司的KS20系統、ESAB公司的NCE520系統，開放式計算機系統如MESSER公司的OMINICOM50系統、
ESAB公司的NCE2000系統。切割系統經歷了從分離元件到集成元件和DSP技術的過程，由于計算機技術的不斷發展使切割控制系統更加趨于完善，功能越來越強大。現在國際上先進的切割控制系統已 經具備了高速度高精度化，多功能化、智能化，小型化、高可靠性，開放性和高通訊功能，使火焰切割機的應用更加廣泛。
火焰切割機在工業生產和加工過程中能切割各種形狀的零件,廣泛應用于機床制造、造船、壓力容器、工程機械、礦山機械、電力、橋梁建筑、鋼結構等行
1
業。具有效率高、切割精度高、操作方便等顯著優點,極大地改善勞動強度和勞動環境,廣泛適用于各大、中型企業的板材下料。
火焰切割機是一個復雜的系統工程,它綜合了計算機技術、精密機械制造、電機拖動、數字控制、焊接等多門學科,所以在設計、生產、調試、安裝、維護等各環節都會遇到許多問題。
與等離子切割比較：火焰切割時的溫度比等離子切割時溫度低，直接導致了其切割速率不及等離子，而且無法切割不銹鋼以及很多有色金屬。其優點在于，可以切割大厚度板材（我國已經掌握了切割2000mm厚度的火焰切斷技術），切割設備和切割成本相對低廉，污染較等離子切割機小。 與激光切割比較：火焰切割機在切割速度精度以及切割材質種類方面都遠不及激光切割機，但是在切割厚度和切割成本上都優于激光切割機。 與高壓水射流切割機比較：高壓水射流切割機的精度和切割材料的種類都優于火焰切割機，但是火焰切割機在切割速度和切割厚度上均大于水切割機，且設備成本和切割成本都相對低廉。
綜合比較后的結論：火焰切割機生產投入小，加工厚度大，適合精度要求不高的粗加工行業。
圖1.1為一龍門式火焰切割機
圖1.1 火焰切割機
1.2 本文主要內容
本文對火焰切割機進行了機械結構方面的設計，主要包括導動系統的選擇、傳動系統的選擇、伺服系統的選擇以及整體的三維建模，具體章節安排如下：1.總體方案設計確定； 2.總體結構的設計及計算，其中包括導軌、絲杠以及步進電機的選擇和計算。
2
第2章 切割機方案設計
2.1 本設計針對火焰切割機設計的主要技術參數
結構： 懸臂式
有效切割尺寸： 1.5m×1m
ｚ向行程： 200mm
定位精度： (x-y方向)0.005mm
切割速度： 0-750mm/min
2.2 常見的幾種機械傳動方式
傳動機構性能要求
機電一體化機械系統應具有良好的伺服性能（即精度高、快速響應性和穩定性好），從而要求傳動機構滿足以下幾個方面：
(1)轉動慣量小 在不影響機械系統剛度的前提下，傳動機構的質量和轉動慣量應盡量減小。否則，轉動慣量大會對系統造成不良影響，機械負載增大；系統響應速度降低，靈敏度下降；系統固有頻率減小，容易產生諧振。所以在設計傳動機構時應盡量減小轉動慣量。
(2)剛度大 剛度是使彈性體產生單位變形量所需的作用率。大剛度對機械系統而言是有利的：①伺服系統動力損失隨之減少。②機械固有頻率高，超出機構的頻帶寬度，使之不易產生共振。③增加閉環伺服系統的穩定性。所以在設計時應選用大剛度的機構。
(3)阻尼合適 機械系統產生振動時，系統的阻尼越大，其最大振幅就越小且衰減也越快，但大阻尼也會使系統的穩態誤差增大、精度降低。所以設計時，傳動機構的阻尼要選擇適當。
此外還要求摩擦小（提高機構的靈敏度）、抗振性好（提高機構的穩定性）、間隙小（保證機構的傳動精度），特別是其動態特性應與伺服電機等其他環節得動態特性相匹配。
機械傳動按傳力方式分，可分為摩擦傳動和嚙合傳動，摩擦傳動又分為摩擦輪傳動和帶傳動等，嚙合傳動可分為齒輪傳動、渦輪蝸桿傳動、鏈傳動等等；按傳動比又可分為定傳動比和變傳動比傳動。
1 皮帶傳動
皮帶傳動是由主動輪、從動輪和緊張在兩輪上的皮帶所組成。由于張緊，在皮帶和皮帶輪的接觸面間產生了壓緊力，當主動輪旋轉時，借摩擦力帶動從動輪旋轉，這樣就把主動軸的動力傳給從動軸。皮帶傳動分為平皮帶傳動和三角皮帶傳動，皮帶傳動的特點：可用于兩軸中心距離較大的傳動，皮帶具有彈性、可緩
3
沖和沖擊與振動，使傳動平穩、噪聲小，當過載時，皮帶在輪上打滑，可防止其它零件損壞，結構簡單、維護方便，由于皮帶在工作中有滑動，故不能保持精確的傳動比，外廓尺寸大，傳動效率低，皮帶壽命短。三角皮帶的斷面國家規定為O、A、B、C、D、E、F、T等8種，從O到T皮帶剖面的面積逐漸增大，傳動的功率也逐漸增大。傳動比是指主動輪的轉速n1與從動輪的轉速n2之比，用I表示：即I=n1/n2。由于皮帶傳動中存在“彈性滑動”現象，即在主動輪處，傳動帶沿帶輪的運動是一面繞進，一面向后收縮：在從動輪處，傳動帶沿帶輪的運動是一面繞進，一面向前伸展。
2 齒輪傳動
齒輪傳動是由分別安裝在主動軸及從動軸上的兩個齒輪相互嚙合而成。齒輪傳動是應用最多的一種傳動形式，它有如下特點：能保證傳動比穩定不變能傳遞很大的動力，結構緊湊、效率高，制造和安裝的精度要求較高，當兩軸間距較大時，采用齒輪傳動就比較笨重，齒輪的種類很多，按其外形可分為圓柱齒輪和圓錐齒輪兩大類，圓柱齒輪的外形呈圓柱形、牙齒分布在圓柱體的表面上，按照牙齒與齒輪軸的相對位置，圓柱齒輪又分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪，（現在出現了人字形齒輪），圓柱齒輪多用于外嚙合齒輪傳動，也可以用作內嚙合傳動和齒輪齒條傳動。在我們所用的許多轉動設備的減速器內部使用圓柱齒輪傳動結構。圓錐齒輪又叫傘齒輪，他的牙齒分布在圓錐體表面上。常用于相交軸之間的運動，軸線夾角可以是任意的，但最常見的是90度，一對齒輪的傳動比計算如下式：
I=n1/n2=z2/z1 （式2-1）
式中：n1、n2分別表示主動輪和從動輪轉速rpm，z1、z2分別表示主動輪和從動輪的牙齒數。
3 鏈傳動
鏈傳動是由兩個具有特殊齒形的的齒輪和一條閉合的鏈條所組成，工作時主動連輪的齒與鏈條的鏈節相嚙合帶動與鏈條相嚙合的從動鏈輪傳動。這就是我們常見的自行車鏈輪鏈條傳動原理。鏈傳動的特點如下：能保證較精確的傳動比（和皮帶傳動相比較），可以在兩軸中心距較遠的情況下傳遞動力（與齒輪傳動相比），只能用于平行軸間傳動，鏈條磨損后，鏈節變長，容易產生脫鏈現象。鏈條傳動主要用于傳動比要求較準確，且兩軸相距離較遠，而且不宜采用齒輪的地方。鏈傳動的傳動比計算與齒輪傳動相同。
4 蝸輪蝸桿傳動
蝸輪蝸桿傳動用于兩軸交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情況下，通常在蝸輪傳動中，蝸桿是主動件，而蝸輪是被動件。，蝸輪蝸桿傳動有如下特
4
點：結構緊湊、并能獲得很大的傳動比，一般傳動比為7-80。，工作平穩無噪音，傳動功率范圍大，可以自鎖，傳動效率低，蝸輪常需用有色金屬制造。蝸桿的螺旋有單頭與多頭之分。
5 螺旋傳動
螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現傳動要求的，主要用于將回轉運動變為直線運動，同時傳遞運動和動力。螺旋傳動的分類： 1）傳力螺旋：以傳遞動力為主，要求以較小的轉矩產生較大的軸向推力，用于克服工作阻力。如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，一般為簡寫工作，每次工作時間較短，工作速度也不高；2）傳導螺旋：以傳遞運動為主，有時也承受較大的軸向載荷。如機床進給機構的螺旋等。傳導螺旋主要在較長的時間內連續工作，工作速度較高，因此，要求具有較高的傳動精度；3）調整螺旋：以調整、固定零件的相對位置。如機床、儀器、及測試裝置中的微調機構的螺旋。調整螺旋不經常轉動，一般在空載下調整。螺旋傳動的特點：傳動精度高、工作平穩無噪音，易于自鎖，能傳遞較大的動力等特點。
經選擇，本設計采用滾珠絲杠副進行傳動。圖2.1為滾珠絲杠副
圖2.1 滾珠絲杠副
2.3 各類機床導軌的比較及其分析
1 導軌的功用：
機電一體化產品要求其機械系統的各運動機構必須得到安全的支承，并能準確的完成其特定方向和運動。這個任務就由導向機構來完成。機電一體化產品的導向機構是導軌其作用是支承和導向。
2 導軌的基本要求：
（1）導向精度 導向精度是指移動部件沿導軌運動時，在空載與負載情況下，都應保證移動軌跡的直線性及位置的精確性。各種機床對導軌的平面度、垂直度及等高、等距要求都有標準規定。
（2）耐磨性 導軌應在預定使用期限內，保持其導向精度，因此導軌應具有足夠的耐磨性。
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（3）疲勞和壓潰 導軌面由于過載或接觸應力不均勻而使導軌表面產生彈性變形，反復運動多次后就會形成疲勞點，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現凹坑。是滾動導軌失效的主要原因，為此應控制滾動導軌承受的最大載荷和受載的均勻性。
（4）剛度 導軌受力變形會影響導軌的導向精度及部件之間的相對位置，故導軌應有較高的剛度。因此選用合適的導軌類型、尺寸及其組合，選用可調整間隙和預緊的導軌可以提高剛度。
（5）低速運動的平穩性 低速運動時，作為運動部件的動導軌易產生爬行現象。
（6）工藝性 導軌要便于裝配、調整、測量、防塵、潤滑和維修保養，結構簡單，經濟性好。
3 鑲鋼導軌
機床上最常用的導軌形式是鑲鋼導軌，它的使用已有很長的歷史。鑲鋼導軌是導軌系統的固定元件，其截面為矩形。它可水平裝在機床的床身上，也可以與床身鑄成一體，分別被稱為鑲鋼式或整體式。鑲鋼式導軌是由鋼制成的，經淬硬和磨削。硬度在洛氏硬度60度以上、把鑲鋼導軌用螺釘或粘結劑（環氧樹脂）貼在機床床身或經刮研的立柱配合表面上，確保導軌獲得最佳的平面度。這種形式，維修更換方便、簡單，很受維修工人的歡迎。
整體導軌或鑄造導軌，即鋼導軌與底座鑄成一體，加工后再經精磨到要求的尺寸和光潔度。導軌必須經過火焰淬火提高表面硬度，以提高導軌的耐磨性。床身一般為球墨鑄鐵，當然球墨鑄鐵的硬度比不上鋼，整體導軌可以重新修理和淬硬，但更換它幾乎是不可能的。
為了實現上述的目的，機床制造者過去的通常做法是：鋼導軌的邊緣設計有鉤形的“耳朵”，在澆鑄底座前，把鋼導軌置于底座的鑄模內，再把鐵水澆入鑄模內，這樣便把鋼導軌與底座鑄成一體。
4 滑動導軌
傳統導軌的發展，首先表現在滑動元件和導軌形式上，滑動導軌的特點是導軌和滑動件之間使用了介質，形式的不同在于選擇不同的介質。
空氣也可以用于移動元件和導軌之間的介質，它也有兩種形式，氣動靜壓導軌和氣動動壓導軌，工作原理與液壓導軌相同。
平面導軌和移動元件之間的接觸面積比較大，移動元件要作快速微量進給．需要克服移動元件的慣量，因此將會產生爬行現象。當滾珠絲杠或其它驅動力推動移動元件移動時，產生一個輕微粘附阻力，移動元件開始運動時，由于移動元件處于被抓住的狀態，出現了輕微的跳動，導致產生爬行，這種現象對于大
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的移動影響不大，而對于微量移動，就成為一個問題。
可調性是平面導軌特有的優點，根據導軌的使用情況，平面導軌系統至少有一個或一個以上的可調邊。由于移動元件沿著直線導軌的側邊移動，保證移動元件與導軌側面緊密接觸是極為重要的。普遍使用調整的方法是斜鐵，斜鐵位于移動元件和導軌接觸面相對的側面之間。形狀為錐形條塊角鐵，可以精確地調整，以消除移動部件和導軌之間的間隙。如果滑動部件或導軌磨損，接觸表面之間的間隙加大，可調整斜鐵進行補償。
機床制造廠已發明了斜鐵自動調整的專利技術，它的基本原理是使斜鐵保持固定的彈簧壓力，一旦導軌系統被磨損，斜鐵能自動地消除移動部件與導軌之間的間隙。
5 直線導軌
新的導軌系統使機床可獲得快速進給速度，在主軸轉速相同的情況下，快速進給是直線導軌的特點。直線導軌與平面導軌一樣，有兩個基本元件；一個作為導向的為固定元件，另一個是移動元件。由于直線導軌是標準部件，對機床制造廠來說．唯一要做的只是加工一個安裝導軌的平面和校調導軌的平行度。當然，為了保證機床的精度，床身或立柱少量的刮研是必不可少的，在多數情況下，安裝是比較簡單的。
作為導向的導軌為淬硬鋼，經精磨后置于安裝平面上。與平面導軌比較，直線導軌橫截面的幾何形狀，比平面導軌復雜，復雜的原因是因為導軌上需要加工出溝槽，以利于滑動元件的移動，溝槽的形狀和數量，取決于機床要完成的功能。例如：一個既承受直線作用力，又承受顛覆力矩的導軌系統，與僅承受直線作用力的導軌相比．設計上有很大的不同。
直線導軌的移動元件和固定元件之間不用中間介質，而用滾動鋼球。因為滾動鋼球適應于高速運動、摩擦系數小、靈敏度高，滿足運動部件的工作要求，如機床的刀架，拖板等。直線導軌系統的固定元件(導軌)的基本功能如同軸承環，安裝鋼球的支架，形狀為“v”字形。支架包裹著導軌的頂部和兩側面。為了支撐機床的工作部件，一套直線導軌至少有四個支架。用于支撐大型的工作部件，支架的數量可以多于四個。
機床的工作部件移動時，鋼球就在支架溝槽中循環流動，把支架的磨損量分攤到各個鋼球上，從而延長直線導軌的使用壽命。為了消除支架與導軌之間的間隙，預加負載能提高導軌系統的穩定性，預加負荷的獲得．是在導軌和支架之間安裝超尺寸的鋼球。鋼球直徑公差為±20微米，以0.5微米為增量，將鋼球篩選分類，分別裝到導軌上，預加負載的大小，取決于作用在鋼球上的作用力。如果作用在鋼球上的作用力太大，鋼球經受預加負荷時間過長，導致支架運動阻力
7
增大。這里就有一個平衡作用問題；為了提高系統的靈敏度，減少運動阻力，相應地要減少預加負荷，而為了提高運動精度和精度的保持性，要求有足夠的預加負數，這是矛盾的兩方面。
工作時間過長，鋼球開始磨損，作用在鋼球上的預加負載開始減弱，導致機床工作部件運動精度的降低。如果要保持初始精度，必須更換導軌支架，甚至更換導軌。如果導軌系統已有預加負載作用。系統精度已喪失，唯一的方法是更換滾動元件。
導軌系統的設計，力求固定元件和移動元件之間有最大的接觸面積，這不但能提高系統的承載能力，而且系統能承受間歇切削或重力切削產生的沖擊力，把作用力廣泛擴散，擴大承受力的面積。為了實現這一點，導軌系統的溝槽形狀有多種多樣，具有代表性的有兩種，一種稱為哥待式(尖拱式)，形狀是半園的延伸，接觸點為頂點；另一種為園弧形，同樣能起相同的作用。無論哪一種結構形式，目的只有一個，力求更多的滾動鋼球半徑與導軌接觸(固定元件)。決定系統性能特點的因素是：滾動元件怎樣與導軌接觸，這是問題的關鍵。
6 直線滾柱導軌
直線滾柱導軌系統是平面導軌與直線滾柱導軌的組合，用滾柱安裝在平行導軌上，用滾柱代鋼球承載機床的運動部件。優點是接觸面積大、承載負荷大、靈敏度高。從床身尾部看，支架與滾柱置于平面導軌的頂面和側面，為了獲得高精度，在機床工作部件和支架內面之間，設置一塊楔板，使預加負載作用于支架的側面。楔板的工作原理與斜鐵相似，工作部件的重量作用于支架的頂面。由于作用在導軌系統上的預加負荷是可調的，為此楔板的損失得到補償，這一特點被廣泛用于中型或大型機床上，因為它對CNC指令反應靈敏，承受負荷大，直線滾柱導軌系統比傳統的平面導機能經受高速運轉，改善機床的性能。
7 其它形式的導軌
機床上常用的另一種導軌形式是燕尾槽導軌，一般用于機床運動部件的定位。例如：車削中心的尾架，導軌系統可以使尾架在上面移動或者移到要求的位置去支承被加工零件，然后迅速夾緊。機床很多附件，如定位工作臺、回轉工作臺或旋轉軸等，也采用燕尾槽導軌作為定位元件。然后夾緊在要求的位置上。如果機床往復行程較長，則采用V型導軟，如平面磨床和刨床等。優點是V型導軌系統導向性好，能承受重力切削。有的采用V型導軌和平面導軌相結合的形式，V型導軌作為導向，平面導軌作為支承體。
為了保證導軌系統的壽命。維修是很關鍵的。導軌是機床的精密部件之一，不可能100%有防塵保護，灰塵污染大。因此、用戶要定期檢查、維護。液壓平面導軌一般為自身潤滑，介質本身就是潤滑劑。直線導軌和直線滾柱導柱則要求
8
定期潤滑，很多直線導軌系統的鋼球和滾柱部分都安裝有油脂接頭與支架相連接。有的用導管連接，使油脂潤滑更方便，有的備有自動潤滑附件。無論采用什么形式的導軌系統，保持滾動元件的良好潤滑，能減少導軌系統的磨損，延長機床精度的保持時間。
經選擇，本設計采用直線滾動導軌。圖3.2為直線導軌副。
圖3.2 直線導軌副
2.4 切割機的主體結構
機械部分整體機架采用懸臂式結構,箱形橫梁固定在縱向車架上,隨車架在導軌上做縱向進給運動,即縱向切割。橫梁上面有2條高精度的線性導軌,通過滑塊,柔性連接裝有割炬和升降機構的連接裝置。與線性導軌平行方向用螺栓固定傳動,由電機控制步進的大小,通過絲杠螺母副的傳動,帶動連接裝置,沿著線性導軌橫向運動,因此火焰割炬和升降機構隨同連接裝置同步運動,即割炬進行橫向切割。而升降機構內又有自動控制和手動控制系統,主要由絲杠螺旋傳動,控制升降機構做上下調節垂直運動。
1. 橫梁的設計
橫梁采用消除內應力的箱式結構，并經精密加工。在設計當中，擬定結構，計算重量，再通過降低重量，去修改結構，反反復復，既保證剛性，又要重量輕，這是一個既矛盾又對立的統一問題，經反復的計算后，在下部及側面挖有較大的減重孔，循環修改設計結構和技術參數，獲得了最大的剛性與最輕的重量相統一的設計結果。
2. 橫梁的工藝加工要求
橫梁裝有橫向驅動裝置和割炬升降運動裝置，以及氣路的滑動固定支架，是主機的重要部分之一，為保證整機較高的運行精度，均采用焊后加工有效工作面，焊前鋁合金做調平處理，所有焊縫均為斷續焊，以減少變形。鋁合金下料尺寸合理，機加工基準面、平面度、平行度、垂直度要求明確。各部件組合連接的形狀和位置公差要求嚴格，也是保證整機縱向運動的關鍵因素。并要求做高溫時效處
9
理，以保持機體永久不變形。主要工作平面磨削而成。其他各焊接體均進行除應力處理，保證了整機足夠的剛性、強度和良好的動態平衡性，可靠度高，壽命長。
3. 升降機構
割炬配備升降機構，有自動高度調整和手動高度調整，升降機構的驅動由減速控制,采用以傳動運動為主，精度要求較高的傳動螺旋，其螺桿固定，螺母作直線運動，通過電機運轉，割炬上的主軸隨螺母做上下直線運動。調節范圍一般在200mm左右。操作者可根據板料的平整狀態，方便地選擇割炬的最佳位置。
4. 驅動結構設計
縱向、橫向、垂直方向均采用步進電機、絲杠螺母副，通過絲杠螺母副的傳動而形成了3個方向的運動
5. XY工作臺部件進給系統受力分析
因切割機床為火焰切割加工,其切割頭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軌副相聯,以保證相對運動精度。設下底座的傳動系統為橫向傳動系統，即X向，上導軌為縱向傳動系統，即Y向。
一般來說,切割機床的滾動直線導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、預緊措施,其產生的負載波動應控制在很小的范圍。
第3章 整體結構設計與計算
3.1 滾動直線導軌的選擇及計算
3.1.1 滾動直線導軌的特點
滾動直線導軌的特點：
（1）承載能力大 其滾道采用圓弧形式，增大了滾動體與圓弧滾道接觸面積，從而大大的提高了導軌的承載能力，可達到平面導軌形式的13倍。
（2）剛性強 在該導軌制作時，常需要預加載荷，這使導軌系統剛度得以提高。所以滾動直線導軌在工作時能承受較大的沖擊和振動。
（3）壽命長 由于是純滾動，摩擦系數為滑動導軌的1/50左右，磨損小，因而壽命長，功耗低，便于機械小型化。
（4）傳動平穩可靠 由于摩擦力小，動作輕便，因而定位精度高，微量移動靈活準確。
（5）具有結構自我調整能力 裝配調整容易，因此降低了對配件加工精度要求。
10
3.1.2滾動直線導軌的選擇程序及預緊方式
1.滾動直線導軌的選擇程序：
在設計選用滾動直線導軌時，除應對其使用條件，包括工作載荷、精度要求、速度、工作行程、預期工作壽命進行研究外，還須對其剛度、摩擦特性及誤差平均、阻尼特性等綜合考慮，從而達到正確合理的選用，以滿足主機技術性能的要求。
2.滾動直線導軌的預緊方式：
滾動導軌通常在下列情況下應該預緊：對承受較大顛覆力矩的滾動導軌，為防止導軌翻轉需要預緊；對高精度機床，為提高接觸剛度和消除間隙需要預緊；對立式滾動導軌，為防止滾動體脫落和歪斜需要預緊；對重量較輕的滾動導軌，為防止在外力的作用下導軌面與滾動體脫開和獲得必要的剛度及移動精度需要預緊。
預緊導軌比未預緊導軌的剛度可提高三倍左右。常用的預緊方法有兩種：滾動體在動、靜導軌之間過盈配合預緊；采用調節螺釘預緊，分別如圖3.1和圖3.2所示。
滾動直線導軌如圖3.3所示
圖3.1滾動導軌的過盈預緊
圖3.2滾動導軌的調節螺釘預緊
11
圖3.3 滾動直線導軌
3.1.3 滾動直線導軌有關計算
表3-1 硬度系數
表3-3 接觸系數
12
1.X軸導軌
因作用在滑座上的載荷F??100N，滑座個數M?4，速度v?750min，每天開機8h，1年按300個工作日計，壽命為10年以上 則該導軌的額定工作時間壽命Th為
Th?8?300?10h?24000h
Ts?103
由 Th? （式3-1）
2lsn得：Ts?2Thlsn3?2?24000?0.75?km?2160km
因滑座數M=4，所以每根導軌上使用1個滑座，由表3-1~3-4確定fc=0.81，fH=1，
fT=1.0，fW=2。
?fffC?a則由式 Ts?K?HTC? （式3-2）
F??fW
3
得
Ca?其中
F?
HTC
F?100
?N?25N M4
Ca?N?433.1N
若選用漢江機床廠的HJG-D系列滾動直線導軌，查附錄1，其中傳動效率高 運動具有可逆性 系統剛度好 傳動精度高 使用壽命長 不能自鎖
制造工藝復雜
型號的導軌的Ca值為17500N，能夠滿足10年的使用要求，所以可選用HJG-D25型號的滾動直線導軌。 2.Y軸導軌
因作用在滑座上的載荷F??100N，滑座個數M?2，速度v?750min，每天開機8h，1年按300個工作日計，壽命為10年以上 則該導軌的額定工作時間壽命Th為
13
Th?8?300?10h?24000h
Ts?103
由 Th?
2lsn得：Ts?2Thlsn3?2?24000?0.75?km?2160km
因滑座數M=2，所以每根導軌上使用1個滑座，由表3-1~3-4確定fc=1，fH=1，
fT=1.0，fW=2。
?fffC?a
則由式 Ts?K?HTC?
F??fW
3
得
Ca?其中 F?
HTC
F?100
?N?
50N M2
Ca?N?350.8N
若選用漢江機床廠的HJG-D系列滾動直線導軌，查表附錄1，其中HJG-D25型號的導軌的Ca值為17500N，能夠滿足10年的使用要求，所以可選用HJG-D25型號的滾動直線導軌。 3.Z軸導軌
因作用在滑座上的載荷F??100N，滑座個數M?2，速度v?750min，每天開機8h，1年按300個工作日計，壽命為10年以上 則該導軌的額定工作時間壽命Th為
Th?8?300?10h?24000h
Ts?103
由 Th?
2lsn得：Ts?2Thlsn3?2?24000?0.75?km?2160km
因滑座數M=2，所以每根導軌上使用1個滑座，由表3-1~3-4確定fc=1，fH=1，
fT=1.0，fW=2。
14
?fffC?a
則由式 Ts?K?HTC?
fFW??
3
得
Ca?其中 F?
HTC
F?100?N?
50N M2
Ca?N?350.8N
若選用漢江機床廠的HJG-D系列滾動直線導軌，查附錄1，其中HJG-D25型號的導軌的Ca值為17500N，能夠滿足10年的使用要求，所以可選用HJG-D25型號的滾動直線導軌。
圖3.4 - 3.5分別為X、Y、Z軸所選滾動直線導軌一部分：
圖3.4 X軸滾動直線導軌部分示意圖
圖3.5 Y軸滾動直線導軌部分示意圖
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圖3.6 Z軸滾動直線導軌部分示意圖
3.2 滾珠絲杠副的選擇
3.2.1 滾珠絲杠副的特點和支承方式
1.滾珠絲杠副的特點：
(1)傳動效率高 效率高達90%~95%，耗費的能量僅為滑動絲杠的1/3。 (2)運動具有可逆性 即可將回轉運動變為直線運動，又可將直線運動變為回轉運動，且逆傳動效率幾乎與正傳動效率相同。
(3)系統剛度好 通過給螺母組件內施加預壓來獲得較高的系統剛度，可滿足各種機械傳動要求，無爬行現象，始終保持運動的平穩性和靈敏性。 (4)傳動精度高 經過淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠本身就具有很高的制造精度，又由于摩擦小，絲杠工作時溫升和熱變形小，容易獲得較高的傳動精度。
(5)使用壽命長 滾珠是在淬硬的滾道上做滾動運動，磨損極小，長期使用后仍能保持其精度，因而壽命長，且具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動絲杠要高5~6倍。
(6)不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠，當運動停止后，螺母將在重力作用下下滑，故常需設置制動裝置。
(7)制造工藝復雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。
2.滾珠絲杠副的支承形式：
支承應限制絲杠的軸向竄動.較短的絲杠或垂直安裝的絲杠,可以一端固
16
定,一端無支承.水平安裝絲杠較長時, 可以一端固定,一端游動;對于精密和高精度機床的滾珠絲杠副,為了提高絲杠的拉壓剛度,可以兩端固定.為了補償熱膨脹和減少絲杠下垂,兩端固定絲杠時還可以進行預拉伸。
一般情況下,應以固定端作為軸向定位基準,從固定端起計算絲桿杠副的長度誤差.此外,應盡可能固定端作為驅動端。
考慮到本設計的結構與要求,我們決定采用一端固定一端游動(F-S) 和兩端固定（F-F）的支承形式如圖3.7和圖3.8所示。
圖3.7 一端固定一端游動支承
這種支承形式有以下一些特點：
①需保持螺母與兩端支撐同軸,故結構較復雜,工藝較困難。 ②絲杠的軸向剛度較高。 ③壓桿穩定性和臨界轉速較高。 ④絲杠有熱膨脹的余地。 ⑤適用于較長的臥式安裝絲杠。
圖3.8 兩端固定
這種支承形式有以下一些特點： ①同F-S的l；
②只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍；
③絲杠一般不會受壓，無壓桿穩定問題，固有頻率比一端固定要高； ④可以預拉伸，預拉伸后可以減少絲杠自重的下垂和熱補償膨脹，但需一套預拉伸機構，結構及工藝都比較困難；
⑤要進行預拉伸的絲杠，其目標行程應略小于公稱行程，減少量等于拉伸量； ⑥適用于對剛度和位移精度要求高的場合
3.2.2 滾珠絲杠副的計算
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表3-6 硬度系數
表3-6 精度系數
因平均工作載荷Fm?100N，每天開機工作8小時每年300個工作日，滾道硬度為60HRC，絲杠傳動精度為?0.05mm，有效切割尺寸為1.5m?1m，絲杠導程
Ph?5mm
因切割速度v=0～750mm/min，故絲杠平均轉速nm?v/Ph?100r/min（取v=500mm/min），絲杠壽命L'n=10?300?8h?24000h
1. X軸絲杠 設滾珠絲杠采用一端固定一端游動方式 (1) 計算載荷Fc
選D級精度絲杠，查表3-5、4-2、4-3，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0
（式3-3） Fc=KFKHKAFm=100?1.2?1.0?1.0N?120N (2) 計算額定動載荷
C?F ?120?1142.2N （式3-4）'
a
18
(3) 初選絲杠
考慮各種因素選用FC1?2005?2.5，由表3-7得
D0=32mm，P=5mm，d0=3.175mm，??2?51'，R=0.52d0=1.651mm，e?0.707（R-0.5d0）=0.0449mm，d1=D0+2e-2R=28.788mm，絲杠長度取2300mm (4) 穩定性驗算
①由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發生失穩，所以在設計時應驗算其安全系數S，其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數[S]（見表3-8）。 絲杠不會發生失穩的最大載荷稱為臨界載荷Fcr(N)按下式計算
?2EIa
（式3-5） Fcr?
(?l)2
式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于剛，E=206GPa；l為絲杠工作長度（m）；；?為長度系數，見表3-8。 Ia為絲杠危險截面的軸慣性矩（m4）
3.14?(0.028788)4
Ia???3.37?10?8m4 依題意，（式3-6）
6464
?d14
(3.14)2?206?109?3.37?10?83
取??2/3，則 Fcr??6.16?10N 2
((2/3)?0.5)
Fcr6.16?103
安全系數S???61.6。查表3-8，[S]=2.5 ~3.3。S>[S]，絲杠是
Fm100安全的，不會失穩。
②高速長絲杠工作時可能發生共振，因此需驗算其不會發生共振的最高轉速——臨界轉速ncr。要求絲杠的最大轉速nmax?ncr。
fc2d1
臨界轉速ncr(r/min）可按下式計算： ncr?9110 （式3-7） 2
(?l)式中，fc為臨界轉速系數，見表3-8。本題取fc=3.927，?=2/3，則
3.9272?0.028788
ncr?9110??36399r/min 2
((2/3)?0.5)
ncr?nmax?10000r/min。所以絲杠工作時不會發生共振。 此外滾珠絲杠副還受D0n的限制，通常要求D0n?7?104mm?r/min.
D0n?32?600?1.92?104mm?r/min?7?104mm?r/min
19
所以該絲杠副穩定。
(5)剛度檢驗
PFP2T （式3-8） ?L0???EA2?GJC
根據式4-6計算：
11其中截面積 A??d12??(28.788?10?3)2?6.51?10?4m2 （式3-9） 44
極慣性矩 Jc??d14
32??
32?(28.788?10?3)4?6.74?10?8m4 （式3-10）
轉矩計算：G為絲杠切變模量，對于鋼G=83.3GPa
?為摩擦角，取摩擦系數為tan??0.003則??10'20'' D00.032tan(???)?100??tan(2?51'?10'20'')?0.084N?m （式3-11） 22
取最不利情況 T?Fm?
PFP2T5?10?3?100(5?10?3)2?0.168?L0?????3.8?10?9m?0.0038?m 9?49?9EA2?GJC206?10?6.51?102??83.3?10?6.74?10
L2.27811??L0??0.0035?1.658?m????50?25?m P5?10?322
故該絲杠剛度滿足要求
(6) 效率檢驗 因?L?
??tan?tan2?51'??0.942?94.2% （式3-12） tan(???)tan(2?51'?10'20'')
?要求在90%~95~之間，所以該絲杠合格
經上述計算驗證FC1?3205?3各項性能均符合要求，可以選用
2. Y軸絲杠
設滾珠絲杠采用一端固定一端游動方式
(1) 計算載荷Fc
選D級精度絲杠，查表3-5、4-2、4-3，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0
Fc=KFKHKAFm=50?1.2?1.0?1.0N?60N
(2) 計算額定動載荷
C?F?60?571.1N '
a
(3) 初選絲杠
20
考慮各種因素選用FC1?2505?3，由表3-7得
D0=25mm，P=5mm，d0=3.175mm，??3?38'，R=0.52d0=1.651mm，e?0.707
（R-0.5d0）=0.0449mm，d1=D0+2e-2R=23.112mm，絲杠長度取2000mm
(4) 穩定性驗算
①由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發生失穩，所以在設計時應驗算其安全系數S，其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數[S]（見表3-8）。 絲杠不會發生失穩的最大載荷稱為臨界載荷Fcr(N)按下式計算
?2EIa Fcr?(?l)2
式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于剛，E=206GPa；l為絲杠工作長度（m）；
；?為長度系數，見表3-8。 Ia為絲杠危險截面的軸慣性矩（m4）
3.14?(0.01679)4
??3.9?10?9m4 依題意，Ia?6464?d14
(3.14)2?206?109?3.9?10?9
4 取??2/3，則 Fcr??7.13?10N 2((2/3)?0.5)
Fcr7.13?104
安全系數S???713。查表3-8，[S]=2.5 ~3.3。S>[S]，絲杠是Fm100
安全的，不會失穩。
②高速長絲杠工作時可能發生共振，因此需驗算其不會發生共振的最高轉速——臨界轉速ncr。要求絲杠的最大轉速nmax?ncr。
fc2d1 臨界轉速ncr(r/min）可按下式計算： ncr?9110 2(?l)
式中，fc為臨界轉速系數，見表3-8。本題取fc=3.927，?=2/3，則
3.9272?0.01679ncr?9110??21229r/min ((2/3)?0.5)2
ncr?nmax?10000r/min。所以絲杠工作時不會發生共振。
a) 此外滾珠絲杠副還受D0n的限制，通常要求D0n?7?104mm?r/min.
D0n?25?600?1.5?104mm?r/min?7?104mm?r/min
所以該絲杠副穩定。
21
(5)剛度檢驗
PFP2T ?L0???EA2?GJC
根據式4-6計算：
11其中截面積 A??d12??(23.112?10?3)2?4.19?10?4m2 44
極慣性矩 Jc??d14
32??
32?(23.112?10?3)4?2.8?10?8m4
轉矩計算：G為絲杠切變模量，對于鋼G=83.3GPa
?為摩擦角，取摩擦系數為tan??0.004則??15' D00.025tan(???)?100??tan(3?38'?15')?0.085N?m 22
取最不利情況 T?Fm?
PFP2T5?10?3?50(5?10?3)2?0.085?L0?????1.3?10?9m?0.0013?m 9?49?9EA2?GJC206?10?4.19?102??83.3?10?0.28?10
L2.27811??L0??0.0035?1.658?m????50?25?m P5?10?322
故該絲杠剛度滿足要求
(6) 效率檢驗 因?L?
??tan?tan3?38'??0.936?93.6% tan(???)tan(3?38'?10'20'')
?要求在90%~95~之間，所以該絲杠合格
經上述計算驗證FC1?2505?3各項性能均符合要求，可以選用
3. Z軸絲杠
設滾珠絲杠采用兩端固定方式
(1) 計算載荷Fc
選D級精度絲杠，查表3-5、4-2、4-3，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0
Fc=KFKHKAFm=20?1.2?1.0?1.0N?24N
(2) 計算額定動載荷
C?F?24?228.44N '
a
(3) 初選絲杠
考慮各種因素選用FC1?2005?2.5，由表3-7得
22
D0=20mm，P=5mm，d0=3.175mm，??4?33'，R=0.52d0=1.651mm，e?0.707
（R-0.5d0）=0.0449mm，d1=D0+2e-2R=16.79mm，絲杠長度取400mm
(4) 剛度檢驗
PFP2T ?L0???EA2?GJC
根據式4-6計算：
11其中截面積 A??d12??(16.79?10?3)2?2.21?10?4m2 44
極慣性矩 Jc??d14
32??
32?(16.79?10?3)4?7.8?10?9m4
轉矩計算：G為絲杠切變模量，對于鋼G=83.3GPa
?為摩擦角，取摩擦系數為tan??0.004則??15' D00.020tan(???)?100??tan(4?33'?15')?0.083N?m 22
取最不利情況 T?Fm?
PFP2T5?10?3?100(5?10?3)2?0.083?L0?????1.15?10?8m?0.000115?m9?49?9EA2?GJC206?10?2.21?102??83.3?10?7.8?10
L2.27811??L0??0.00115?0.658?m????50?25?m P5?10?322
故該絲杠剛度滿足要求
(5) 效率檢驗 因?L?
??tan?tan4?33'??0.947?94.7% tan(???)tan(4?33'?10'20'')
?要求在90%~95~之間，所以該絲杠合格
經上述計算驗證FC1?2500?2.5各項性能均符合要求，可以選用
最終選擇X、Y、Z向滾珠絲杠如圖3.9 - 3.10所示
圖3.9 X軸滾珠絲杠副
圖3.10 Y軸滾珠絲杠副
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新疆大學畢業論文（設計）
步進電動機示意圖如圖3.13所示
圖3.13 步進電動機110BF
第4章 總結
本設計通過對切割技術及切割機的國內外研究現狀的分析，對切割機的總體結構進行了設計，整體采用懸臂式結構，縱向、橫向和垂直三個方向進給運動均選用步進電動機帶動滾珠絲杠傳動的開環控制系統。其次，利用CAD2010完成了切割機三視圖，驗證了設計的合理性。
參考文獻
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附錄1
新疆大學畢業論文（設計）
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新疆大學畢業論文（設計）
致謝
本學位論文是在導師烏日開西教授的悉心指導和鼓勵下完成的。烏日開西老師嚴謹的治學作風深深地影響著我，他的言傳身教將使我受益終身，而日常生活中，他所給予我的各種關懷、鼓勵和對做人處事的教導同樣令我難以忘懷。謹在此向烏日開西老師表示由衷的感謝并致以誠摯的敬意。
同樣，對在我的學業和研究上給予大力支持和無私幫助的同學表示衷心的感謝。
我希望能以此文作為對自己一段寶貴人生經歷的總結，和對所有關愛我，幫助我的人們的回報。
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