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机电综合课程设计摘要：本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计；完成交流电机启停的电气控制系统设计。
其硬件部分共包括键盘操作、单片机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。
设计的总体思路是准确安全的对工作台和电机进行控制。
位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。
关键词：键盘操作，单片机控制，数码管显示。
一．前言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。
机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。
本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。
采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。
此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。
因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。
本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。
其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。
它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。
本设计完成了如下要求：（1）单片机控制系统电路原理图的设计（2）控制系统电路印制版的绘制（3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动（4）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警（5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图（6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等）（7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机）此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。
一种双主轴数控机床控制电路设计双主轴数控机床是一种能够同时加工两个工件的机床，具有加工效率高、节省时间和成本的优势。
而双主轴数控机床的控制电路设计是其运行的重要组成部分，对机床的运行稳定性和加工精度起着关键作用。
本文将对双主轴数控机床控制电路设计进行详细介绍。
1. 双主轴数控机床控制电路的基本要求1）高稳定性：控制电路需要具有高稳定性，能够保证机床在长时间运行过程中不发生故障。
2）高精度：控制电路需要具有高精度，能够保证机床加工的工件具有一致的精度和质量。
3）高效率：控制电路需要具有高效率，能够实现对双主轴的精准控制和协调运行，提高加工效率。
双主轴数控机床控制电路设计的关键技术包括以下几个方面：1）双主轴同步控制技术：双主轴数控机床需要实现两个主轴的同步控制，需要采用先进的同步控制技术，确保两个主轴的运行速度和位置一致。
2）伺服系统设计：双主轴数控机床需要配备伺服系统，能够实现对主轴的精准控制，保证工件加工的精度和质量。
4）故障诊断技术：双主轴数控机床需要配备故障诊断技术，确保在出现故障时能够及时发现并解决问题，保证机床的稳定运行。
2）伺服系统设计：采用伺服系统控制主轴的转速和位置，实现对主轴的精准控制。
伺服系统采用高性能伺服电机和伺服驱动器，具有高定位精度和动态响应特性。
3）电机控制技术：采用先进的电机控制技术，如矢量控制技术、磁场定向控制技术等，实现对主轴的精准控制，提高加工效率。
双主轴数控机床控制电路设计的应用前景十分广阔，将在汽车、航空航天、军工等领域得到广泛应用。
双主轴数控机床能够实现对两个工件的同时加工，具有加工效率高、节省时间和成本的优势，将成为未来机械加工领域的主流设备。
在汽车制造领域，双主轴数控机床能够满足汽车发动机、变速器、车轮轴等部件的高效加工需求，提高生产效率和产品质量。
在军工领域，双主轴数控机床能够满足枪械、导弹、坦克等装备的高精度加工需求，提高武器装备的性能和可靠性。
一种双主轴数控机床控制电路设计双主轴数控机床是现代加工制造中常用的高精度、高效率的工具，其控制电路设计的优劣直接影响到机床的性能和精度。
在这篇文章中，我们将讨论一种双主轴数控机床控制电路的设计方案，希望能够为相关领域的工程师和研究人员提供一些参考和启发。
我们需要了解双主轴数控机床的基本结构和工作原理。
双主轴数控机床是在同一个工作台上配备有两个主轴，可以同时进行加工，提高了加工效率。
在控制电路设计中，我们需要考虑到两个主轴之间的协调运动、速度匹配以及加工过程中的自动切换等功能。
针对双主轴数控机床的特点，我们设计了一种基于PLC的控制电路。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制的设备，具有稳定可靠、灵活性高的特点。
在双主轴数控机床中，我们可以使用PLC来进行主轴的速度控制、运动协调和工艺流程控制。
控制电路的设计包括输入输出模块、运动控制模块和人机界面模块三个部分。
输入输出模块负责接收传感器和开关的信号，并输出控制执行器的指令。
运动控制模块通过PLC 编程实现主轴速度的控制和协调运动。
人机界面模块则提供了操作界面和监控功能，方便操作人员对机床的状态进行实时监控和调整。
在双主轴数控机床的控制电路设计中，我们需要考虑到以下几个关键技术点：1. 主轴的同步运动控制双主轴数控机床在加工过程中需要保持两个主轴的同步运动，以确保加工的质量和精度。
在控制电路设计中，我们需要采用闭环控制技术，通过编程实现两个主轴速度的匹配和同步运动。
4. 安全保护双主轴数控机床是一种高精度、高速度的设备，安全性是非常重要的。
在控制电路设计中，需要设计相应的安全保护装置，保障操作人员和设备的安全。
通过以上的控制电路设计方案，我们可以实现双主轴数控机床的高效稳定运行，提高加工效率和加工质量。
我们也可以根据实际需求对控制电路进行优化和改进，以适应不同的加工需求和工艺要求。
希望这篇文章能够为相关领域的工程师和研究人员提供一些有益的参考和启发。
二坐标数控工作台设计作为一种重要的机械设备，数控工作台在现代制造业中广泛应用。
它的设计涉及到多个方面，如结构设计、系统设计、控制设计等。
本文将通过详细讨论数控工作台的设计，从而深入了解该设备的特点和功能。
首先，数控工作台的结构设计是其设计过程中的核心内容之一、工作台的结构应考虑到操作人员的操作需求以及工作时的稳定性和安全性。
一般而言，工作台的结构包括基座、座台和立柱。
基座用于支撑整个工作台的重量，座台用于放置工件和工具，立柱则用于支撑座台、控制单元和操作面板。
其次，数控工作台的系统设计是数控工作台设计中的另一个重要方面。
系统设计包括运动系统、控制系统和传感系统。
运动系统负责使工作台能够进行各种形式的运动，如平移、旋转和倾斜等。
控制系统则负责监控和控制工作台的运动，以确保其按照预定的路径和速度进行。
传感系统则用于实时监测工作台的状态，如位置、速度和负载等。
此外，数控工作台的控制设计也是设计过程中的关键部分。
控制设计涉及到控制算法的选择、控制参数的设置以及编程界面的设计等。
为了提高工作台的精度和效率，需要选择合适的控制算法，如PID控制算法或最优控制算法。
同时，还需要根据实际情况设置合理的控制参数，以确保工作台的运动能够满足要求。
此外，编程界面的设计也是非常关键的，它应该简单易用、功能完善，以提高操作人员的工作效率。
最后，数控工作台还需要考虑安全性和可靠性等方面的设计。
安全性设计主要包括安全装置的设置和紧急停止按钮的设计。
安全装置可以防止不当操作或设备故障引起的事故。
紧急停止按钮可以在紧急情况下迅速停止工作台的运动，以保护操作人员的安全。
可靠性设计主要包括选用合适的材料和零部件，以及进行严格的质量控制。
综上所述，数控工作台设计涉及到结构设计、系统设计、控制设计以及安全性和可靠性等方面的内容。
只有综合考虑这些方面的要素，才能设计出性能优良、使用方便、安全可靠的数控工作台。
一种双主轴数控机床控制电路设计双主轴数控机床是一种具有两个主轴独立工作的机床，能够同时加工两个工件，提高生产效率。
为了实现对机床的精确控制，需要设计一种双主轴数控机床控制电路。
该控制电路需要能够实现对两个主轴的速度和位置的控制。
为了实现这个功能，可以采用两个独立的伺服控制系统，分别控制每个主轴的伺服电机。
每个伺服控制系统包括一个伺服电机、编码器、控制器和驱动器。
编码器用于反馈主轴的位置信息给控制器，控制器根据编码器的反馈信号调整伺服电机的转速，驱动器负责将控制器产生的电信号转换为电机的运动。
为了使两个主轴能够同步工作，需要设计一种同步控制电路。
同步控制电路可以通过监测两个主轴的速度差异来实现。
当两个主轴的速度差超过一定范围时，控制器会发送调整信号给其中一个主轴的驱动器，使其速度与另一个主轴保持同步。
为了方便操作人员对机床进行控制，还需要设计一个人机界面电路。
人机界面电路包括一个显示屏和一组操作按钮。
显示屏用于显示机床的运行状态和加工参数，操作按钮用于调整机床的工作模式和加工参数。
人机界面电路与控制器相连，通过接收操作按钮的信号，控制器可以根据人工设定的参数来调整机床的运行状态。
为了保证机床的安全性，还需要设计一种故障保护电路。
故障保护电路可以监测机床的电流和温度，并在异常情况下及时切断电源，以保护机床和操作人员的安全。
故障保护电路与控制器相连，当监测到异常情况时，控制器发送信号给故障保护电路，以触发相应的保护措施。
双主轴数控机床控制电路的设计需要包括速度和位置控制、同步控制、人机界面和故障保护等功能。
通过科学合理地设计这些电路，可以使双主轴数控机床能够实现高精度、高效率的加工。
目录1.课程设计目的 (1)2.课程设计任务 (1)2.1设计题目： (1)2.2技术数据 (1)2.3技术要求 (1)3.总体结构设计 (1)3.1滚珠丝杠设计 (2)3.2滚珠丝杠副的选取 (3)3.3稳定性运算 (4)3.4压杆稳定性计算 (5)4.滚动导轨 (6)4.1计算行程长度寿命 Ts (6)4.2计算动载荷C (6)j5. 步进电机的选择 (8)5.1步距角的确定 (9)5.2步进电机转矩校核 (10)5.3频率校核 (12)6.总结 (12)7.参考文献 (13)1.课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上,进行机电系统设计的初等训练,掌握手册、标准、规范等资料的使用方法,培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础.2.课程设计任务2.1设计题目：X-Y双坐标联动数控工作台设计2.2技术数据工作台长×宽（mm）：450×310工作台重量(N)：3300行程(mm)：ΔX=60－100；ΔY=50－100脉冲当量：0.05-0.08mm/p2.3技术要求（1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋结构（2）滚珠丝杠支撑方式：双锥-简支型（3）驱动电机为反应式步进电机（4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙3.总体结构设计数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台,工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联,它上面固定X向导轨,中拖板在下拖板的导轨上横向运动,其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动.X、Y导轨方向互相垂直。
.3.1滚珠丝杠设计滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类,其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。
原始数据：设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制，控制方式采用步进电动机开一、系统总体设计方案由设计任务书知，本次设计可采用如下方案：（一）机械系统1、传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。
2、导出机构采用滚动直线导轨。
3、执行机构采用步进电机。
（二）接口设计1、人机接口（1）采用键盘或BCD码盘作为输入。
（2）采用LED作为电源等指示标志。
（3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。
（4）采用数码管作为显示器。
2、机电接口采用光电耦合器作为微型机与步进电机驱动电路的接口，实现电气隔离。
（三）伺服系统设计本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。
（四）控制系统设计对整体设计方案的说明:机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（既高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足一下几方面：（1）转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。
否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。
所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。
（2）刚度大刚度是是弹性体产生单位变形量所需的作用力。
大刚度对机械系统而言是有利的:①伺服系统动力损失随之减小。
②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。
③增加闭环伺服系统的稳定性。
所以在设计时应选用大的刚度的机构。
（3）阻尼合适机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳定误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻尼要选择适当。
此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提高机构的稳定性）、间歇小（保证机构的传动精度），特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性相匹配。
开环控制原理图1、控制部分方案选择控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。
上图为“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈给控制部分，在经过比较放大的则为“半闭环控制”。
目录绪论 (4)第一章：总体方案设计 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 总体方案确定 (6)第二章：机械系统设计 (6)2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (7)2.2滚动导轨的参数确定 (8)2.3 滚珠丝杠的设计计算 (11)2.4 电机的选用 (14)2.5 伺服电机惯性负载的计算 (15)2.6 轴承的选用 (15)2.7 轴承的类型 (15)2.8 轴承调隙、配合及润滑 (15)2.9 滚动轴承的密封装置 (16)2.10 本章小结 (16)第三章控制系统硬件设计 (16)3.1 CPU板 (16)3.2 驱动系统 (19)3.3 传感器及软硬件设计 (20)第四章控制系统软件设计 (25)4.1 总体方案 (25)4.2 主流程图 (25)4.3 INT0中断服务流程图 (26)4.4 INT1中断服务流程图 (27)第五章参考文献 (20)任务书班级：学号：姓名：题目：双坐标数控工作台设计（200×200）时间：2009年11月6日至2009年12月25日共6周要求：设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。
（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机）具体任务：1、确定总体方案，绘制系统组成框图1张（A2）；2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件；3、机械部分装配图1张（A0）；4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图1张（A1或A0）；5、编写设计说明书1份（不少于8000字）。
班级：学生：指导教师：第一章、总体方案设计1.1 设计任务设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。
数控车床X-Z轴工作台机械结构设计及控制电路设计(总19页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章 滚珠丝杠副的选择滚珠丝杠副的特点1.传动效率高 效率高达90%~95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3。
2.运动具有可逆性 即可将回转运动变为直线运动,又可将直线运动变为回转运动,且逆传动效率几乎与正传动效率相同。
3.系统刚度好 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度,可满足各种机械传动要求,无爬行现象,始终保持运动的平稳性和灵敏性。
4.传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,丝杆副工作时温升和热变形小,容易获得较高的传动精度。
5.使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动,磨损极小,长期使用后仍能保持其精度,因而寿命长,且具有很高的可靠性。
其寿命一般比滑动丝杠高5~6倍。
6.不能自锁 特别是垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用下下滑，故常需设置制动装置。
7.制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。
由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价,因而已成为数控机床,精密机械,各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。
滚珠丝杠副的设计计算最大快速进给速度6m/min,最大加工速度min 。
设导程p=5，则()12005/61000max =⨯=n ()5005/5.21000min =⨯=n 摩擦当量05.0=g f ，则N f 1401028005.0=⨯⨯=μ假设机床加工工件时间占用使用时间的90%，快速进给占用10% 则()()N F m 6741.0570/12001409.0570/500640333=⨯⨯+⨯⨯=根据()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=w ka n t ma m n F F F F F F C n L 60/106 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=3.153.067412006010400006a C得N a C 23525='在()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=w ka n t ma m n F F F F F F C n L 60/106式中 t f 为温度系数，查表1-1得t f ＝1；h f 为硬度系数，查表1-2得 h f ＝； a f 为精度系数，查表1-3得a f ＝（丝杠精度为1～3级）； w f 为负荷性质系数，查表1-4得w f ＝；k f 为可靠性系数，查表1-5得k f ＝（可靠性为90%）。
一、前言随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造水平的重要标志。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。
用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
采用经济型数控系统对普通机床数控改造，尤其适合我国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。
《电气时代》、《机械工人》、《电气应用》等多家杂志为满足广大企业技术改造发展生产的需要，多次联合举办学习班，为企业提供权威、经济、可行、实用的技术指导，改造费用为新购置费用的四分之一到三分之一。
普通机床的数控改造有两方面的意义：1、微观看改造的意义从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
（1）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
（2）可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。
数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
（3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
（4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。
（5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
（6）由以上五条派生的好处。
如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
毕业论文（设计）任务书班级：姓名：设计题目：双坐标数控工作台机械伺服结构设计及控制电路设计(1)专题：有效行程400×250，实际工作时工件及夹具重最大120公斤，最大空运行速度Vmax≤5m/min，最大加工速度Vmax≤2.5m/min，定位精度±0.04mm/300mm，重复定位精度±0.02mm，脉冲当量δ=0.02mm，寿命20000 小时。
设计来源：教师自拟要求完成的内容：1）双坐标数控工作台机械伺服结构数字化三维建模；2）双坐标数控工作台机械伺服结构装配图(A1图)1张；3）工作台托板零件图(A3)1张；4）选做内容：运动控制电路原理图设计(A3)1张；5）设计计算说明书一份（1万字左右，20～25页）。
发题日期：2009年2月23日完成日期：2009年3月21日实习实训单位：地点：论文页数：25(约1万字) 页；图纸张数：A1图1张, A3图1张指导教师教研室主任：院长（系主任）：目录第一章滚珠丝杠副的选择 (2)1.1 滚珠丝杠副的支撑形式 (2)1.2 滚珠丝杠副的特点 (2)1.3 滚珠丝杠副的设计计算 (3)1.4 选择滚珠丝杠副 (5)1.5 稳定性验算 (6)1.6 刚度验算 (7)1.7 效率验算 (8)第二章导向机构的设计 (9)导轨的功用 (9)二、滚动直线导轨的选择程序三、直线运动滚动支承系统负荷的计算四、导轨的选择第三章步进电动机的选择 (12)3.1 步进电动机的工作原理 (12)3.2 选择电动机 (13)第四章滚动轴承的计算 (14)4.1 支撑方案的确定 (14)4.2 轴承的校核 (15)总结 (16)参考文献 (17)第一章滚珠丝杠副的选择1.1 滚珠丝杠副的支承形式支承应限制丝杠的轴向窜动.较短的丝杠或垂直安装的丝杠,可以一端固定,一端无支承.水平安装丝杠较长时, 可以一端固定,一端游动;对于精密和高精度机床的滚珠丝杠副,为了提高丝杠的拉压刚度,可以两端固定.为了补偿热膨胀和减少丝杠下垂,两端固定丝杠时还可以进行预拉伸。
一般情况下,应以固定端作为轴向定位基准,从固定端起计算丝杆杠副的长度误差.此外,应尽可能固定端作为驱动端。
考虑到本设计的结构与要求,我们决定采用一端固定一端游动(F-S)的支承形式, 如图1.1所示。
一端固定一端游动（F~S）。
固定端采用深沟球轴承2和双向推力球轴承4，可分别承受径向和轴向负载，螺母1、挡圈3、轴肩、支撑座5台肩、端盖7提供轴向限位，垫圈6可调节推力轴承4的轴向预紧力。
游动端需径向约束，轴向无约束。
采用深沟球轴承8，其内圈由挡圈9限位，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩。
图1.1 一端固定一端游动支承这种支承形势有以下一些特点：1.需保持螺母与两端支撑同轴,故结构较复杂,工艺较困难。
2.丝杠的轴向刚度较高。
3.压杆稳定性和临界转速较高。
4.丝杠有热膨胀的余地。
5.适用于较长的卧式安装丝杠。
1.2 滚珠丝杠副的特点1.传动效率高 效率高达90%~95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3。
2.运动具有可逆性 即可将回转运动变为直线运动,又可将直线运动变为回转运动,且逆传动效率几乎与正传动效率相同。
3.系统刚度好 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度,可满足各种机械传动要求,无爬行现象,始终保持运动的平稳性和灵敏性。
4.传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,丝杆副工作时温升和热变形小,容易获得较高的传动精度。
5.使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动,磨损极小,长期使用后仍能保持其精度,因而寿命长,且具有很高的可靠性。
其寿命一般比滑动丝杠高5~6倍。
6.不能自锁 特别是垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用下下滑，故常需设置制动装置。
7.制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。
由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价,因而已成为数控机床,精密机械,各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。
1.3 滚珠丝杠副的设计计算有效行程400*250，实际工作时工件及夹具重最大120公斤，最大空运行速度max 5/min V m ≤,最大加工速度min 2.5/min V m ≤定位精度0.04/300mm mm ±,重复定位精度0.02mm ±,脉冲当量0.02mm δ=,寿命20000小时（1）步距角 360kmz α︒=， 360p p i αδ︒=， 0.02p mm δ=，1i =。
先假设p=5mm 。
表1.1（2） 丝杠转速 快速点定位30%，加工70%。
1000*2.51000*5*70%*30%66291.67250541.67n n =+=+= （3） 当量转速加工 1000*2.5417/min6L n r ==点定位 1000*5834/min 6m n r == （4） 丝杠负荷当量载荷导轨摩擦力N F ,0.006*120*107.2F mg N μμ===。
精密加工a F =500N ， 加工时总载荷1a F =507.2N 快速点定位2a F =N F =7.2N（5） 当量负荷m F =411m F N == 1.4 选择滚珠丝杠副（1） *haj m n k C F k f ∑=20000h L =小时，由机电一体化系统设计手册表2.8-63，2.8-64，查得：h K ------寿命系数，113320000()() 3.4550500n h L K ===。
n K ------转速系数，113333.333.3()()0.39550n K n ===。
f ∑------ 综合系数， 1*1*1*0.530.4081.3t h a k w f f f f f f ∑=== 其中t f 为温度系数，查表1-2得t f ＝1； h f 为硬度系数，查表1-3得 h f ＝1.0；a f 为精度系数，查表1-4得a f ＝1.0（丝杠精度为1～3级）； w f 为负荷性质系数，查表1-5得w f ＝1.3；k f 为可靠性系数，查表1-6得k f ＝0.53（可靠性为90%）。
可得： 3.4*411*87820.39*0.408h aj m n k C F N k f ∑===。
表1-2 温度系数t f表1-3 硬度系数h f表1-4精度系数a f表1-5 负荷性质系数w f表1-6 可靠性系数k f（2）根据'a C 选择滚珠丝杠副1）假设选用FC1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca 等于或稍大于'a C 的原查教材表2-9选以下型号规格：FC1-2505-2.5 ，Ca=9610N由教材表2-9得丝杠副数据：公称直径 025D mm =导程 6P mm = 螺旋角 λ=422'o 滚珠直径 3.175o d mm =2）按教材表2-1中尺寸公式计算：滚道半径 00.520.52*3.175 1.651R d mm mm === 偏心距0 3.1750.707()0.707*(1.651)0.04522d e R mm =-=-= 丝杠直径1022252*0.0452*1.65121.788d D e R mm =+-=+-=1.5 稳定性验算1）由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S ，其值应大于丝杠副传动机构允许安全系数[]S （见表1.2）。
表1.2丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷()cr F N 按下式计算：22()acr EI F l πμ=式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于刚，E=206GPa ；l 为丝杠工作长度（m ）;a I 为丝杠危险截面的轴惯性矩4()m ；μ为长度系数，见表1.2。
依题意， 44441 3.14*(0.021788) 1.1*106464a d I m π-=== 取23μ=，则 29492(3.14)*206*10*1.1*10 3.2*102(*0.4)3cr F N N -==安全系数 853.5*107.8*10411cr m F S F ===。
查表1.2，[]S =2.5~3.3 。
[]S S > ， 丝杠是安全的，不会失稳。
2）高速丝杠工作时可能发生共振，因此需要验算其不会发生共振的最高转速——临界转速cr n 。
要求丝杠的最大转速max cr n n ≤。
临界转速cr n 可按下式计算2129910()c cr fd n l μ= 式中，c f 为临界转速系数，见表1.2。
取 3.927c f = ，23μ=，则 22(3.927)*0.0217889910*46898/min 2(*0.4)3cr n r ==max cr n n >=834r/min 。
所以丝杠工作时不会发生共振。
3）此外滚珠丝杠副还会受0n D 值的限制，通常要求407*10/min n D mm r <•。
44025*550/min 1.357*107*10/min n D mm r mm r =•=<•所以该丝杠副工作稳定。
1.6 刚度验算滚珠丝杠在工作负载()F N 和转矩()T N m •共同作用下引起每个导程的变形量0()L m ∆为20()2CPF P TL m EA GJ π∆=±±式中，A------为丝杠面积，2211()4A d m π=；c J ------为丝杠的极惯性距，421()32c Jd m π=；G------为丝杠的切变模量，对钢83.3G GPa =；()T N m •------为转矩。
tan()2mD T F λρ=+ 式中，ρ------为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；m F ------为平均工作负载。
取摩擦系数tan 0.0025ρ= '''840ρ=3'''25411*10*tan(422'840)0.42T N m -=+=•o 按最不利的情况取（其中m F F =）220224113320922942041624*6*10*41116*(6*10)*0.4()3.14*206*10*(0.021788)(3.14)*83.3*10*(0.021788)2.92*10C PF P T PF P T L EA GJ Ed Gd L L mπππμ---∆=+=+∆=+∆≈ 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为2033.2*100.4* 2.26*10L L l m m P μμ--∆∆===通常要求丝杠的导程误差L ∆应小于其传动精度的1/2，即 11*0.030.0151522L mm mσμ∆<=== 该丝杠的L ∆满足上式，所以其刚度可满足要求。
