第一章 工作臺的機械設計部分
設計要求是切削力是15千克，工作臺的重量是10千克，伺服系統的執行元件為直流伺服電機，伺服系統為閉環伺服系統，單座標，脈寬調速系統，工作臺的行程為300毫米，工作臺傳動精度為±0.03毫米,檢測元件為光柵，其每個計數脈衝代表的位移量是0.005毫米。
1.1選擇滾珠絲槓副
1.1.1 滾珠絲槓副傳動機構的工作原理
絲槓和螺母的螺紋軌道間置有滾珠，當絲槓或螺母轉動時，滾珠沿螺紋滾到滾動，則絲槓與螺紋之間相對運動時產生滾動摩擦，為防止滾珠從滾到中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置反向器和擋珠器，它們與螺紋滾道形成迴圈迴路，使滾珠在螺母滾道內迴圈。
1.1.2 滾珠絲槓副的特點
傳動效率高 效率高達90％～95％，耗費的能量僅為滑動絲槓的1/3。
運動具有可逆性 及可將回轉運動變成直線運動，又可將直線運動變成迴轉運動，且逆傳動效率幾乎與正傳動效率相同。
系統剛度好 通過給螺母元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。
傳動精度高 經過淬硬並精磨螺紋滾道後的滾珠絲槓副本身就具有很高的製造精度，又由於摩擦小，絲槓副工作時溫升和熱變形小，容易獲得較高的傳動精度。
使用壽命長 滾珠是在淬硬的滾道上作滾動運動，磨損極小，長期使用後仍能保持其精度，因而壽命長，具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動絲槓要高5～6倍。
不能自鎖 特別是垂直安裝的絲槓，當運動停止後，螺母將在重力作用下下滑，故常需設計制動裝置。
製造工藝複雜 滾珠絲槓和螺母等零件加工精度、表面粗燥度要求高，製造成本高。
1.1.3 滾珠絲槓副的安裝
支承方式的選擇
為了保證滾珠絲槓副傳動的剛度和精度，應選擇合適的支承方式，選用高剛度、小摩擦力矩、高運轉精度的軸承，並保證支承座有足夠的剛度。
滾珠絲槓副的支承按其限制絲槓軸的軸向竄動情況，分為三種形式：一端固定，一端自由；一端固定，一端遊動；兩端固定。本文絲槓選擇第三種方式兩端固定。這種方式的特點是：
只要軸承無間隙，絲槓的軸香港毒為一端固定的4倍；
絲槓一般不會受壓，無壓桿穩定問題，固有頻率比一端固定要高；
可以預拉伸，預拉伸後可減少絲槓自重的下垂和熱補償膨脹，但需一套預拉伸機構，結構及工藝都比較複雜；
要進行預拉伸的絲槓，其目標行程應略小於公稱行程，減少量等於拉伸量；
適用於對剛度和位移精度要求高的場合。
潤滑和密封
潤滑
潤滑劑可提高滾珠絲槓副的耐磨性和傳動效率。潤滑劑分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑油可通過螺母上的油孔將其注入螺紋滾道；潤滑脂可採用鋰基油脂，它加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內。
密封
為防止雜質和水進入絲槓（否則會增加摩擦或造成損壞），對於預計會進入雜質處使用波紋管或伸縮罩，以完全蓋住絲槓軸。對於螺母，應在其兩端進行密封。密封防護材料必須具有防腐蝕和耐油效能。
1.1.4 根據已知條件設計滾珠絲槓副
已知平均工作載荷是Fm=150N,絲槓工作長度l=1.2m，平均轉速nm=100r/min,最大轉速nmax=10000r/min,使用壽命Lh=15000h左右,選擇絲槓材料為CrWMn鋼,滾道硬度為58～62HRC,傳動精度要求σ=±0.03mm。
⒈求計算載荷Fc
Fc=KFKHKAFm =1.2×1.0×1.0×150N=180N
⒉計算額定動載荷計算值C＇a
C＇a=Fc(nmLh/1.67×104)1/3=180×(100×15000／1.67×104)1／3=806N
⒊根據C＇a選擇滾珠絲槓副
假設選用FC1型號，按滾珠絲槓副的額定動載荷Ca等於或稍大於
C＇a的原則，查表[文獻1]選擇FC1-2004-2.5,Ca=5393N.
查表得絲槓副資料[文獻1]:
公稱直徑D0 =20mm 導程p =4 mm
螺旋角λ=3°38′ 滾珠直徑d0=2.381 mm
滾道半徑R=0.52d0=0.52×2.381=1.238 mm
偏心距 e=0.07×(R-d0／2)=0.07×(1.238-2.381/2 )=3.33×10-3 mm
絲槓內徑d1=D0+2e-2R=20+2×3.33×10-3-2×1.238=17.53 mm
⒋穩定性驗算
由於一端軸向固定的長絲槓在工作時可能會發生失穩，所以在設計時應驗算其安全係數S，其值應大於絲槓副傳動結構允許安全係數[S]。
絲槓不會發生失穩的最大載荷稱為臨界載荷Fcr(N)按下式計算：
Fcr =π2EIa／(μl)2
式中，E為絲槓材料的彈性模量，對於鋼，E=206GPa；l為絲槓工作長度(m)；Ia為絲槓危險截面的軸慣性矩(m4)；μ為長度係數。
依題意，Ia=πd14/64=3.14×(0.01753m)4／64=4.63×10-7m4
取μ=2/3，則
Fcr=3.142×206×109×4.63×10-7／(2/3×0.3)2=2.35×107N
安全係數S=Fcr/Fm=2.35×107/180=130555。查表得[S]=2.5～3.3，S>[S],絲槓是安全的，不會失穩。
高速長絲槓工作時可能會發生共振，因此需驗算其不會發生共振的最高轉速——臨界轉速ncr。要求絲槓的最大轉速nmax<ncr.
臨界轉速ncr (r/min)可按下式計算：
ncr=9910fc2d1/(μl)2
式中，fc為臨界轉速係數，查表所得[文獻1] 。本設計取fc =3.927, μ=2/3，則
ncr=9910fc2d1/(μl)2=9910×3.9272×0.01753／(2/3×0.3)2r/min
≈66975r/min
ncr >nmax =10000r/min, 所以絲槓不會發生共振。
此外，滾珠絲槓副還受D0n值的限制，通常要求D0n<7×104mm·r/min。
D0n=20×100mm·r/min=2×103mm·r/min<7×104mm·r/min.
所以該絲槓副工作穩定。
⒌剛度驗算
滾珠絲槓在工作負載F(N)和轉矩T(N·m)共同作用下引起每個導程的變形量L0(m)為
△L0 =±pF