軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD+SOLIDWORKS】
軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD+SOLIDWORKS】,說(shuō)明書(shū)+CAD+SOLIDWORKS,零件,加工,誤差,分析,檢測(cè),裝置,設(shè)計(jì),說(shuō)明書(shū),仿單,cad,solidworks
四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
（指導(dǎo)教師填寫(xiě)）
論文（設(shè)計(jì)）題目
軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)
系
機(jī)械工程系
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)電
年 級(jí)
2011
題目來(lái)源
教師科研課題
縱向課題（?。?
題目類(lèi)型
理論研究（ ）
注：請(qǐng)直接在所屬項(xiàng)目括號(hào)內(nèi)打“√”
橫向課題（√）
教師自擬課題（ ）
應(yīng)用研究（√）
學(xué)生自擬課題（ ）
技術(shù)開(kāi)發(fā)（?。?
論文（設(shè)計(jì)）選題目的、工作任務(wù)：
軸類(lèi)零件的幾何形狀和相互位置精度是互配件能滿(mǎn)足配合的基本要求，由于在加工中存在機(jī)械零件的加工誤差，因此，要進(jìn)行測(cè)量。本題目主要對(duì)軸類(lèi)零件加工誤差進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)軸類(lèi)零件幾何精度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。主要工作：
1、收集資料，軸類(lèi)零件加工誤差進(jìn)行分析。完成綜述報(bào)告。
2、外文文獻(xiàn)資料翻譯一篇（5000字）；
3、完成檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)；
4、對(duì)軸類(lèi)零件的加工工進(jìn)行藝分析；
5、論文（設(shè)計(jì)）書(shū)一份（2.5w字的論文）設(shè)計(jì)圖（折合算兩張0號(hào)圖）
目前資料收集情況（含指定參考資料）：
[1]王玉編.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù).北京；國(guó)防工業(yè)出版社；2005
[2]黃長(zhǎng)藝編.機(jī)械工程測(cè)量與實(shí)驗(yàn)技術(shù).北京；機(jī)械工業(yè)出版社；2000..
[3]“Spindie Evalution”,《Selected Paper on Precision Machine and Gaging》 ，vol.l.1972
論文（設(shè)計(jì)）完成計(jì)劃（含時(shí)間進(jìn)度）：
1 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）動(dòng)員工作，下達(dá)課題任務(wù)書(shū)。 2014.9.6
2 資料查閱（要有3-5篇外文文獻(xiàn)，10篇以上中文文獻(xiàn)）、提交文獻(xiàn)綜述報(bào)告 2014.9.10
3 完成外文資料翻譯，提交外文資料翻譯。 2014.9.16
4 提交開(kāi)題報(bào)告書(shū)，組織開(kāi)題報(bào)告會(huì)，。 2014.9.30
5 完成設(shè)計(jì)的計(jì)算工作量，提交中期進(jìn)度報(bào)告 2014.10.14
6 完成設(shè)計(jì)中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的選型與圖紙的繪制 2014.10.28
7 完成論文初稿并提交指導(dǎo)教師審閱。 2014.11.20
8 在實(shí)習(xí)、整理完善審查畢業(yè)設(shè)計(jì) 2014.12—2015.3
9 論文修改，打印論文及圖紙，提交專(zhuān)家評(píng)閱。 2014.4.20
10 修改論文， 制作ppt, 準(zhǔn)備答辯。 2015.5.5-- 2014.5.15
接受任務(wù)日期：2014年 9 月 6 日
要求完成日期：2015年4月20日
學(xué)生接受任務(wù)（簽名）：杜穎
指 導(dǎo) 教 師 （簽名）：
系負(fù)責(zé)人審定（簽名）：
軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
目 錄
摘要..............................................................................2
Abstract.....................................................................................3
第一章緒論................................................5
1.1引言.....................................................5
1.2技術(shù)特點(diǎn).................................................5
1.3 非接觸式測(cè)量及光電傳感器的應(yīng)用...........................5
1.4 軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)思路.................7
第二章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì).......................7
2.1導(dǎo)軌的選擇...............................................7
2.2導(dǎo)軌的確定...............................................9
2.3絲桿的確定選擇與計(jì)算………………………………………………10
2.4 齒輪選擇計(jì)算與校核......................................20
2.5 同步帶輪選擇............................................22
2.6 步進(jìn)電機(jī)選取與計(jì)算......................................25
第三章光電傳感器的選擇................................27
3.1光電傳感器的選型........................................27
3.2 LS-7000系列測(cè)量頭的選取.................................29
3.3.測(cè)量軸的應(yīng)用............................................32
第四章主軸數(shù)控車(chē)削加工工藝及編程設(shè)計(jì)...............33
第五章 軸類(lèi)零件加工工藝設(shè)計(jì)..........................34
5.1 主軸零件的工藝分析......................................35
5.2 零件的尺寸標(biāo)注分析......................................36
5.3 零件的幾何要素分析......................................37
5.4 零件的技術(shù)要求分析......................................38
5.5毛坯及夾具的確定........................................39
5.5.1毛坯的確定..........................................40
5.6刀具的選擇.............................................47
5.6.1刀具材料的選擇.....................................49
5.6.2常用的車(chē)刀的選用...................................50
5.6.2.1外圓、端面車(chē)刀的選用.............................51
5.7該零件加工所需用到的刀具................................52
5.8工藝路線(xiàn)及其工藝卡片....................................53
5.9工藝卡片的確定..........................................54
5.10主要加工程序清單.......................................56結(jié)論.......................................................57
致謝………………………………………………………………………..59
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………60
摘要
軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置采用精密機(jī)械、光柵、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)，為滿(mǎn)足汽車(chē)、摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)軸、汽車(chē)前后橋剎車(chē)軸等檢測(cè)要求而特殊設(shè)計(jì)制造的新型測(cè)量裝置，可測(cè)量軸的桃形型而誤差、桃形對(duì)定位鍵槽的相位角誤差、桃形間相位角誤差、軸徑的徑向跳動(dòng)及速度、加速度等測(cè)量項(xiàng)目。裝置采用通用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量循環(huán)控制、測(cè)量數(shù)據(jù)采集處理以及測(cè)量誤差評(píng)值和測(cè)量結(jié)果輸出。最大軸測(cè)量長(zhǎng)度可達(dá)1.5米。
非接觸式測(cè)量是指不接觸被測(cè)物體的前提下進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。其測(cè)量精度可以達(dá)到μm，非接觸式測(cè)量裝置利用CCD采集變焦鏡下樣品的影像,再配合XYZ軸移動(dòng)平臺(tái)及自動(dòng)變焦鏡，運(yùn)用影像分析原理，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理影像信號(hào)，對(duì)科研生產(chǎn)零件進(jìn)行精密的幾何數(shù)據(jù)的測(cè)量，并可進(jìn)行CPK數(shù)值的分析。
關(guān)鍵詞：軸；測(cè)量裝置；非接觸；光電傳感器
Abstract
Camshaft measuring instrument with precision machinery, grating, micro-computer technology, to meet the automotive, motorcycle engine camshaft, cam brakes front and rear axles and other automotive testing requirements and special design and manufacture of new measuring instruments, to measure camshaft Peach Type of error, Peach keyway positioning error of the phase angle, phase angle error between Peach, and the cam shaft of the radial velocity, acceleration and other measurements. Equipment using a common computer system for measuring loop control, measurement data acquisition and processing, and measurement error evaluation and measurement results output. Camshaft measurements maximum length of up to 1.5 meters.
Non-contact non-contact measurement is the premise of the measured object for accurate measurements. The measurement accuracy can be achieved μm non-contact measuring microscope samples using CCD image acquisition zoom, coupled with the XYZ axes mobile platform and automatic zoom lens, the use of image analysis principle, through computer processing the image signal, on the research and production of precision parts Measurement geometry, and numerical analysis of the CPK.
Keywords: Camshaft; measuring instrument; non-contact; photoelectric sensor.
第1章 緒 論
1.1 引言
軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置采用精密機(jī)械、光柵、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)，為滿(mǎn)足汽車(chē)、摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)軸類(lèi)零件、汽車(chē)前后橋剎車(chē)軸等檢測(cè)要求而特殊設(shè)計(jì)制造的新型測(cè)量裝置，可測(cè)量軸類(lèi)零件的桃形型而誤差、桃形對(duì)定位鍵槽的相位角誤差、桃形間相位角誤差、軸徑的徑向跳動(dòng)和圓度及軸的速度、加速度等測(cè)量項(xiàng)目。裝置采用通用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量循環(huán)控制、測(cè)量數(shù)據(jù)采集處理以及測(cè)量誤差評(píng)值和測(cè)量結(jié)果輸出。最大軸類(lèi)零件的測(cè)量長(zhǎng)度可達(dá)1.5米。
1.2 軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置的技術(shù)特點(diǎn)
普通接觸性軸類(lèi)零件測(cè)量裝置的技術(shù)特點(diǎn)如下：
1、機(jī)械主機(jī)采用被測(cè)軸類(lèi)零件立式安裝結(jié)構(gòu)形式，整機(jī)由圓數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直、徑向數(shù)控導(dǎo)軌三個(gè)坐標(biāo)軸及測(cè)頭系統(tǒng)、機(jī)座、立柱等幾部分組成：
2、采用圓向、徑向及軸向光柵定位，以通用型微機(jī)進(jìn)行測(cè)量控制、數(shù)據(jù)采集和誤差處理。三個(gè)坐標(biāo)軸均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
3、全自動(dòng)測(cè)量循環(huán)，軸類(lèi)零件一次安裝后，自動(dòng)完成測(cè)量過(guò)程，并自動(dòng)進(jìn)行誤差評(píng)值和輸出測(cè)量結(jié)果；
4、通用測(cè)量軟件：配備相應(yīng)鍵槽等定位裝置，一臺(tái)裝置滿(mǎn)足多種軸類(lèi)零件的檢測(cè)的要求；
5、測(cè)量裝置同時(shí)滿(mǎn)足多種軸類(lèi)零件的測(cè)量；
6、測(cè)量裝置的測(cè)頭部分可換（圓測(cè)頭、直線(xiàn)測(cè)頭、刀口測(cè)頭及店測(cè)頭）；
7、對(duì)軸類(lèi)零件按實(shí)際鍵槽（或定位孔等）設(shè)計(jì)定位校正卡具。
1.3 非接觸式測(cè)量和光電檢測(cè)的技術(shù)特點(diǎn)
非接觸式測(cè)量是指不接觸被測(cè)物體的前提下進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。其測(cè)量精度可以達(dá)到μm非接觸式測(cè)量裝置利用CCD采集變焦鏡下樣品的影像,再配合XYZ軸移動(dòng)平臺(tái)及自動(dòng)變焦鏡，運(yùn)用影像分析原理，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理影像信號(hào)，對(duì)科研生產(chǎn)零件進(jìn)行精密的幾何數(shù)據(jù)的測(cè)量，并可進(jìn)行CPK數(shù)值的分析。
目前常見(jiàn)的非接觸測(cè)量有光學(xué)測(cè)量，紅外線(xiàn)測(cè)量，超聲波測(cè)量，電磁感應(yīng)測(cè)量，視覺(jué)成像測(cè)量等等都是非接觸式測(cè)量。
針對(duì)軸類(lèi)零件的非接觸式測(cè)量，則廣泛采用光電傳感器來(lái)測(cè)量，此類(lèi)傳感器應(yīng)用于測(cè)量裝置而用，在精密度上和準(zhǔn)確性上很大的保證。
光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。
光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見(jiàn)及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。
①檢測(cè)距離長(zhǎng)
如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測(cè)距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段（磁性、超聲波等） 無(wú)法離檢測(cè)。
?、趯?duì)檢測(cè)物體的限制少
由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物體限定 在金屬，它可對(duì)玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。
?、垌憫?yīng)時(shí)間短
光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。
?、芊直媛矢?
能通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。
?、菘蓪?shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)
可以無(wú)須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(zhǎng)期使用。
?、蘅蓪?shí)現(xiàn)顏色判別
通過(guò)檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線(xiàn)波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。
?、弑阌谡{(diào)整
在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。
1.4 軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置的內(nèi)容
整個(gè)軸類(lèi)零件固定在上下頂錐上面，由于軸類(lèi)零件的表面是曲線(xiàn)面，此非接觸性軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置就是用來(lái)測(cè)量軸類(lèi)零件表面的圓度和圓跳動(dòng)公差值。
本測(cè)量裝置在測(cè)量時(shí)，軸類(lèi)零件的參數(shù)是變化的，這樣就引起了軸的外徑不同，所以在本測(cè)量系統(tǒng)中，在測(cè)量不同的軸類(lèi)零件時(shí)，機(jī)械裝置應(yīng)根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。
當(dāng)直徑變化時(shí)，可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)整本系統(tǒng)工作臺(tái)的位置，使光電傳感器測(cè)頭能在正確位置測(cè)量。還要調(diào)整激光測(cè)頭的位置，來(lái)適應(yīng)軸類(lèi)零件的直徑的變化。在本系統(tǒng)中測(cè)量軸類(lèi)零件時(shí)，本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了采用對(duì)射型傳感器，一個(gè)測(cè)量頭負(fù)責(zé)發(fā)出紅外光，一個(gè)測(cè)量頭負(fù)責(zé)接收光源。
1.5光電傳感器的選擇
本測(cè)量系統(tǒng)采用的是光穿透型光電傳感器，這里我們采用的是基恩士的LS-7000系列：
1.5.1 LS-7000 系列產(chǎn)品特性
LS-7000 系列產(chǎn)品是一款高速、高精度的數(shù)字測(cè)微計(jì)，無(wú)需接觸目標(biāo)物即可對(duì)其尺寸進(jìn)行測(cè)量。該系列用途廣泛，可應(yīng)用于聯(lián)機(jī)測(cè)量和脫機(jī)測(cè)量。每秒 2400 次的高速采樣可以確保達(dá)到兩倍于普通型號(hào)的采樣速度。這樣就可以對(duì)擠壓制品進(jìn)行連續(xù)測(cè)量以及對(duì)運(yùn)動(dòng)工件進(jìn)行聯(lián)機(jī)測(cè)量。重復(fù)精度為 ±0.15 μm配備最新的光學(xué)系統(tǒng)，確保兩倍于普通型號(hào)的重復(fù)精度，從而為高精度產(chǎn)品的制造提供了有力的支持。連接兩個(gè)測(cè)量頭進(jìn)行雙渠道同步測(cè)量結(jié)合使用兩個(gè)測(cè)量頭可對(duì)兩個(gè)目標(biāo)物進(jìn)行同步測(cè)量。利用閾值更改功能對(duì)透明目標(biāo)物進(jìn)行穩(wěn)定的檢測(cè)DE 處理器支持閾值更改功能，這樣就可以對(duì)透明目標(biāo)物進(jìn)行穩(wěn)定的檢測(cè)。
1.5.2測(cè)量原則
高亮度 GaN 綠色 LED 輻射光能夠通過(guò)專(zhuān)用的散射模組和準(zhǔn)直裝置鏡頭變成均勻的平行光，并照射到測(cè)量范圍內(nèi)的目標(biāo)物上。然后目標(biāo)物的影像即通過(guò)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)顯示在HL-CCD (高速線(xiàn)性 CCD) 上。HL-CCD (高速線(xiàn)性) 的輸出入射信號(hào)將由控制器中的DE (數(shù)字邊緣檢測(cè)) 處理器和 CPU 進(jìn)行處理。因此，目標(biāo)物的尺寸規(guī)格就可以被顯示和輸出。
1.6 軸類(lèi)零件圓度和圓跳動(dòng)測(cè)量方法
1.6.1軸類(lèi)零件圓度測(cè)量方法
圓度公差帶是在同一正截面上，半徑差為公差值t的兩同心圓之間的區(qū)域。
例如，被測(cè)圓柱面任一正截面的圓周必須位于半徑差為公差值0.03的兩同心圓之間
用光電傳感器測(cè)量示意如下：
光電傳感器
接收器
軸
光電傳感器 發(fā)射器、
傳感器發(fā)射器發(fā)出紅外線(xiàn)光透過(guò)軸類(lèi)零件，接收器接收發(fā)出的光源，在此時(shí)光源經(jīng)過(guò)軸類(lèi)零件的表面，得出此時(shí)軸類(lèi)零件的軸徑，軸徑除以二便得半徑值；軸類(lèi)零件再旋轉(zhuǎn)到另一位置時(shí)，又測(cè)出此時(shí)的軸徑，便得出此處位置的半徑值，依次下去當(dāng)軸類(lèi)零件轉(zhuǎn)一周后，我們測(cè)量出軸類(lèi)零件表面的多處半徑值，得出的這些半徑值上下波動(dòng)在一定范圍內(nèi)，這樣就得出軸類(lèi)零件的圓度值。比如測(cè)量的幾處半徑值分別是15.032、15.028、15.034、15.029、15.030等，這樣測(cè)量的幾處半徑值差值為0.006mm，即測(cè)得被測(cè)量的軸類(lèi)零件該處圓度為0.006mm。
1.6.2軸類(lèi)零件圓跳動(dòng)度測(cè)量方法
圓跳動(dòng)公差，指的是徑向圓跳動(dòng)，公差帶是在垂直于基準(zhǔn)軸線(xiàn)的任一測(cè)量平面內(nèi)半徑差為公差值t，且圓心在基準(zhǔn)軸線(xiàn)上的兩個(gè)同心圓之間的區(qū)域，當(dāng)被測(cè)要素圍繞公共基準(zhǔn)線(xiàn)A—B(公共基準(zhǔn)軸線(xiàn))旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，在任一測(cè)量平面內(nèi)的徑向圓跳動(dòng)量均不得大于0.1
軸類(lèi)零件
光電傳感器 發(fā)射器
用光電傳感器測(cè)量方法如下：
光電傳感器
接收器
軸類(lèi)零件兩端靠圖示兩個(gè)箭頭位置的兩個(gè)頂尖定位，這樣便確定測(cè)量此處的圓跳動(dòng)的基準(zhǔn)軸線(xiàn)為軸類(lèi)零件的整個(gè)中心軸線(xiàn)，同樣軸類(lèi)零件繞著基準(zhǔn)線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，傳感器按測(cè)量圓度的原理一樣，分別測(cè)量出轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)多處的軸徑值，即可得半徑值，最大半徑值和最小半徑值的差即為該處段的圓跳動(dòng)公差值。
1.7 軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置機(jī)械系統(tǒng)總體方案
1.7.1 機(jī)械系統(tǒng)分析
在深入了解測(cè)量裝置的性質(zhì)和特點(diǎn)，掌握軸類(lèi)零件加工誤差分析及檢測(cè)裝置的工作原理，提出系統(tǒng)的可行性分析。對(duì)非接觸軸類(lèi)零件參數(shù)化測(cè)量裝置有多種形式，本裝置采用Z軸方向?yàn)檩S類(lèi)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，兩側(cè)裝光電傳感器的，光電傳感器可以在X軸方向上左右移動(dòng)，同樣整個(gè)兩側(cè)測(cè)量裝置可以Y軸上下移動(dòng)。Z軸軸類(lèi)零件轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，X，Y兩個(gè)方向用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)同步輪驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副，軸類(lèi)零件表面采用光投射型傳感器，裝在軸類(lèi)零件的兩側(cè)。
1.7.2 機(jī)械系統(tǒng)總體方案和布局
1、測(cè)量裝置總體布局的基本要求有以下幾點(diǎn)：
（1）首先必須滿(mǎn)足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等各種要求。確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的被測(cè)軸類(lèi)零件和光電傳感器的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
（2）在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用簡(jiǎn)單的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于測(cè)量和裝配，便于防護(hù)和維修；體積小，重量輕，節(jié)約原材料，降低制造成本。在滿(mǎn)足總體布局的基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)考慮影響軸類(lèi)零件測(cè)量裝置布局的基本因素。
2、測(cè)量裝置基本布局形式采用以下方案，如下圖：
1.7.3 非接觸圓柱直齒輪測(cè)量裝置的系統(tǒng)構(gòu)成
1、主軸傳動(dòng)裝置
上頂尖
下頂尖
軸類(lèi)零件
主軸
齒輪嚙合
轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)
主軸傳動(dòng)裝置為軸類(lèi)零件轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)主軸，軸類(lèi)零件靠上下頂尖定位固定住。
2、測(cè)量裝置
對(duì)射型光電傳感器
步進(jìn)電機(jī)同步帶輪機(jī)構(gòu)
同步帶輪機(jī)構(gòu)
直線(xiàn)導(dǎo)軌+滑塊
步進(jìn)電機(jī)
兩側(cè)測(cè)量裝置均采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿上下移動(dòng)，傳感器的左右移動(dòng)靠步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)同步輪機(jī)構(gòu)，整個(gè)測(cè)量裝置裝在直線(xiàn)導(dǎo)軌+滑塊機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)精確移動(dòng)和定位。
第2章 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 步進(jìn)電機(jī)的選用
2.1.1 測(cè)量裝置步進(jìn)電機(jī)的選用
1、各參數(shù)設(shè)定
滑塊工作重量臺(tái)w=60N 工作臺(tái)上最大承受重量為200N
滑塊與導(dǎo)軌貼塑板間摩擦系數(shù)=0.08
滑塊進(jìn)給速=1～1000毫米/分
滾珠絲桿導(dǎo)程Lp=1.5毫米
滾珠絲桿節(jié)圓直徑（名義直徑）=12毫米
絲桿總長(zhǎng)=320毫米
定位精度0.001毫米
2、確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
（1）脈沖當(dāng)量的選擇，脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離=0.01mm/p（輸入一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)0.01毫米）[7]。
初選之相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.60 /1.20 ，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角￡=0.60 其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S==600 p/r
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比i為1
（2）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算[7]
1、空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩
得= =0.014N.M
2、測(cè)量裝置工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩
得=0.467N.M
得電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為（0.3～0.5）TL=（0.1152～0.192）N.M
（3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
1、滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
Js=
Js=5.146x10-6 kgm2
2、滑塊的運(yùn)動(dòng)慣量
得JW=3.419x10-7 kgm2
換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
JL=
得JL=0.00035 kgm2
（4） 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)，根據(jù)TL=（0.1152～0.192）N.M和電動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.00035初步選定電動(dòng)型號(hào)為85BYG3H358B反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的最大靜扭距Tmax=6.0N.M
查表選用兩個(gè)85BYG3H358B型步進(jìn)電機(jī)。 電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表2.1：
表2.1 測(cè)量裝置步進(jìn)電機(jī)參數(shù)
型號(hào)
主要技術(shù)數(shù)據(jù)
外形尺寸（mm）
重量
(N)
步距角
最大靜轉(zhuǎn)矩
最高空載啟動(dòng)頻率
（step/s）
相數(shù)
電壓
(V)
電流
(A)
外徑
長(zhǎng)度
軸徑
85BYG3H358B
0.6-1.2
6.0
500
3
60
5.8
85
97
12
35
2.1.2 測(cè)量裝置及上頂針Y軸移動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的選用
1、各參數(shù)設(shè)定
滑塊工作重量臺(tái)w=90N 工作臺(tái)上最大承受重量為400N
滑塊與導(dǎo)軌貼塑板間摩擦系數(shù)=0.08
滑塊進(jìn)給速=1～1000毫米/分
滾珠絲桿導(dǎo)程Lp=1.5毫米
滾珠絲桿節(jié)圓直徑（名義直徑）=12毫米
絲桿總長(zhǎng)=1000毫米
定位精度0.001毫米
2、 確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
3、 （1）脈沖當(dāng)量的選擇，脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離=0.01mm/p（輸入一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)0.01毫米）[7]。
初選之相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.60 /1.2 ，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角￡=0.60其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S==4600 p/r
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比i為1
（2）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算[7]
1、空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩
得= =0.025N.M
2、測(cè)量裝置工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩
得=0.56N.M
得電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為（0.5～0.7）TL=（0.1352～0.232）N.M
（3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
1、滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
Js=
Js=1.6x10-5 kgm2
2、滑塊的運(yùn)動(dòng)慣量
得JW=5.7x10-7 kgm2
換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
JL=
得JL=0.00035 kgm2
（4） 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)，根據(jù)TL=（0.1352～0.232）N.M和電動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.00035初步選定電動(dòng)型號(hào)為110BYG3H525反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的最大靜扭距Tmax=8.0N.M
表2.2 Y軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)
型號(hào)
主要技術(shù)數(shù)據(jù)
外形尺寸（mm）
重量
(N)
步距角
最大靜轉(zhuǎn)矩
最高空載啟動(dòng)頻率
（step/s）
相數(shù)
電壓
(V)
電流
(A)
外徑
長(zhǎng)度
軸徑
110BYG3H525
0.6-1.2
8.0
500
3
60
2.5
110
126
16
50
2.1.3 主軸步進(jìn)電機(jī)的選擇
1、設(shè)計(jì)參數(shù)
主軸最大承受重量為200N；
被測(cè)軸類(lèi)零件直徑為d=65mm，長(zhǎng)度365mm
傳動(dòng)兩個(gè)齒輪的直徑分別為222和123mm，厚度均為30mm
定位精度0.001毫米；
被測(cè)量軸類(lèi)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
+me2
Jg=4.99X10-2 kgm2
傳動(dòng)齒輪1的慣量為J=1/8md2+me2=0.05 kgm2
傳動(dòng)齒輪2的慣量為J=1/8md2+me2=0. 55 kgm2
總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.049+0.05+0.55=0.649 kgm2
可得電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.649，初步選定電動(dòng)型號(hào)為110BYG3H525反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 查表選用110BYG3H525型步進(jìn)電機(jī)。
表2.3 主軸電機(jī)參數(shù)
型號(hào)
主要技術(shù)數(shù)據(jù)
外形尺寸（mm）
重量
N
步距角
最大靜轉(zhuǎn)矩
最高空載啟動(dòng)頻率
（step/s）
相數(shù)
電壓
(V)
電流
(A)
外徑
長(zhǎng)度
軸徑
110BYG3H525
0.6/1.2
12
480
3
60
3.5
110
150
20
70
2.2齒輪選擇計(jì)算與校核
2.2.1齒輪的選擇
1）選擇小齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
2） 精度等級(jí)選用7級(jí)精度；
3）小齒輪齒數(shù)z1＝41，大齒輪齒數(shù)z2＝74的；
4） 齒輪模數(shù)都為3的直齒輪
2.2.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算
1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（1） 試選Kt＝1.6 （2）選取區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433
（3）選取尺寬系數(shù)φd＝1
（4）查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62
（5）查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa
（6）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝550MPa；
（7）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1＝60n1jLh＝60×192×1×（2×8×300×5）＝3.32×10e8 N2＝N1/5＝6.64×107
（8） 查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.95； KHN2＝0.98
（9） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由得
[σH]1＝＝0.95×600MPa＝570MPa [σH]2＝＝0.98×550MPa＝539MPa
[σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa
2.2.3齒輪的校核
m=3,Z1=41,Z2=74,
兩齒輪材料均選用45,表面淬火，48~55HRC。
查得：
預(yù)期齒輪壽命5年，每天工作12小時(shí)，工作載荷輕微沖擊，則
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖，得：
(1) 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度
載荷系數(shù)，取K=1.5
查得： 接觸應(yīng)力為：
(2)驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
取 K=1.5
查表：許用彎曲應(yīng)力：
彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取
則：
由上述計(jì)算可知，均滿(mǎn)足要求。
2.3 軸的設(shè)計(jì)
2.3.1 主軸的設(shè)計(jì)
軸是組成精密機(jī)械的重要零件之一。一切作為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，都必須在軸上才能傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。在本課題所使用的軸，承受的負(fù)荷比較小，尺寸也比較小，制造精度高，要求材料具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的加工性能。因此，選用材料40Cr，熱處理為對(duì)軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
由于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸徑為20mm，連接的聯(lián)軸器與輸入軸的軸徑也為20mm，傳動(dòng)的齒輪中間孔即為20mm，中間端軸徑為25mm。
此輸入軸大致圖形如下：
輸出軸段的軸直接連接下頂尖頂住軸類(lèi)零件，可以將下頂尖連同輸出軸作為一個(gè)整體的輸出軸，由于傳動(dòng)齒輪的中間孔為30mm，與齒輪連接的軸徑為30mm，與下頂尖連接段的軸徑為20mm，中間段為25mm。輸入軸的大致圖形如下：
2.3.2 主軸的校核和軸承的選擇
1、軸的較核
一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求只需對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核即可，而軸的危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知，截面與電機(jī)連接處彎矩最大, 且截面尺寸也非最大, 屬于危險(xiǎn)截面；校核公式[6]：
（2.13）
，圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)，
，
，
；
上式中，Z和Zp—軸在截面的抗彎和抗截面模數(shù)；
M、T—軸在計(jì)算截面上的抗彎和抗扭截面系數(shù)；
、—有效應(yīng)力集中系數(shù)；
—疲勞極限；
[s]—許用安全系數(shù)；
—表面粗糙度系數(shù)；
—表面狀態(tài)系數(shù)；
、—絕對(duì)尺寸影響系數(shù)。
D—軸徑；b—鍵的寬度。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：
[s]=2.2；為275N/mm2；T為7.84N/m； =2.45； =1 =0.91；=1.7 ；=0.89；t=1.8mm ；=2.5。==3605.4
==1253.6
==0.858
==1.076
M=0.418 N/m 機(jī)床允許的最大扭矩[6]。
S==6.89
S≥[S] 符合安全系數(shù)
2、軸承的選擇和校核
由于輸入軸端和輸出端軸徑均為20mm，工作時(shí)為輕度沖擊，正常工作溫度，預(yù)期壽命為5000h，所選擇的軸承為6004，查手冊(cè)可知道軸承6004的基本額定負(fù)載Cr=9.38kN,基本額定負(fù)載荷Cor=5.02kN
Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38，徑向力 ；轉(zhuǎn)速 ；基本額定動(dòng)載荷 ；基本額定靜載荷；極限轉(zhuǎn)速 ；壽命系數(shù)。
查表可得判斷系數(shù)；軸向載荷系數(shù),；載荷系數(shù)；
當(dāng)量動(dòng)載荷
軸承壽命。
軸承壽命要求合格。
2.4導(dǎo)軌的選擇
導(dǎo)軌主要根據(jù)導(dǎo)軌副之間的摩擦情況，導(dǎo)軌分為：
（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌
兩導(dǎo)軌之間為滑動(dòng)摩擦。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛度好，抗振性高，是機(jī)床上最廣泛采用的。
特點(diǎn)：導(dǎo)向精度高，不會(huì)出現(xiàn)間隙，能自動(dòng)補(bǔ)償磨損。一般選取三角形頂角γ=90°,重型機(jī)械采用大頂角γ=110°～120°。當(dāng)水平力大于垂直力，V形導(dǎo)軌兩側(cè)受力不均勻時(shí)，采用不對(duì)稱(chēng)V形導(dǎo)軌。直線(xiàn)導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌均可采用 承載能力大，制造方便。必須留有側(cè)向間隙。不能補(bǔ)償磨損。用鑲條調(diào)整時(shí)，會(huì)降低導(dǎo)向精度。 需注意導(dǎo)軌的保護(hù)。直線(xiàn)導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌均可采用 尺寸緊湊，適用于要求高度小﹑導(dǎo)軌層數(shù)多的場(chǎng)合?？蓸?gòu)成閉式導(dǎo)軌。用一根鑲條可以調(diào)整各面的間隙。剛度比平面導(dǎo)軌小。制造簡(jiǎn)單，彎曲剛度小，主要用于受軸向載荷的導(dǎo)軌。適用于同時(shí)作直線(xiàn)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。
（2）滾動(dòng)導(dǎo)軌
滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過(guò)返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再 進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。
特點(diǎn)： 滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍够瑝K與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得： 動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。
驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。
適應(yīng)高速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。
成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。
導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。
2.5導(dǎo)軌的確定
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3》第二版選取直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副系列，又根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)初步選擇:
(1)直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副選取四方向等載荷型（GGB型），其特點(diǎn)是：垂直向上向下和左右水平額定載荷是等同的，額定載荷比較大，剛度高。
(2)尺寸規(guī)格初選45，其結(jié)構(gòu)形式選擇AA 型。
(3)每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)為2。
(6)查出全自動(dòng)軸承磨床推薦的精度等級(jí)為3。
(7)導(dǎo)軌的材料為HT200.
初步確定直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的型號(hào)為GGB45AA1C123
選擇用南京工藝設(shè)備制造廠(chǎng)的滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌如圖1
2.6絲桿的確定選擇與計(jì)算
2.6.1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程
因同步皮帶輪直徑相等，皮帶輪與絲杠直聯(lián)，i=1
由表1查得
V=8m/min
n=1000r/min
代入得，
P≈1.516mm
由于計(jì)算出的P值應(yīng)取較大值圓整，因此
?P=1.5mm
2.6.2 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷
（1）?各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速
由表1查得V=0.6 V=0.8 V=1 V=8
代入得n=100 n=133 n=167 n=1333
（2）各種切削方式下，絲杠軸向載荷
由表1查得
????
已知W=3000N W=5000N
代入得
（3）當(dāng)量轉(zhuǎn)速
由表1查得
代入得
n≈267r/min
（3）當(dāng)量載荷
代入得
F=1380N
2.6.3預(yù)期額定動(dòng)載荷
（1） 按預(yù)期工作時(shí)間估算
按表9查得：輕微沖擊取 fw=1.3
按表7查得：1～3取
按表8查得：可靠性97%取fc=0.44
已知：Lh=20000小時(shí)代入得C=27899N
（2）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載Fmax計(jì)算：
按表10查得：中預(yù)載取 Fe=4.5
代入得
取以上兩種結(jié)果的最大值
C=27899N
2.6.4確定允許的最小螺紋底徑
（1） 估算絲杠允許的最大軸向變形量
?① ≤（1/3～1/4）重復(fù)定位精度
?② ≤（1/4～1/5）定位精度
? : 最大軸向變形量?? μm
已知：重復(fù)定位精度10μm, 定位精度25μm
?? ① =3
?? ② =6
取兩種結(jié)果的小值 =3μm
(2）估算最小螺紋底徑
? 絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式
? (1.1～1.2)行程+（10～14）
已知：行程為1000mm, W=3000N ,μ=0.2
代入得
F=600N
D=20.04mm
2.6.5 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)
（1）選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒雙螺母型墊片預(yù)形式
（2）?由計(jì)算出的在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副
FFZD4008-5
P=8mm
C=30700﹥C=27899
2.6.6 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力
??
其中
2.6.7 行程補(bǔ)償值與與拉伸力
（1） 行程補(bǔ)償值
式中：
=（2～4）
(2) 預(yù)拉伸力
代入得
2.6.8 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)
(1) 絲杠螺紋長(zhǎng)度Ls：
Ls=Lu+2Le? 由表二查得余程Le=40
繪制工作圖
（2）兩固定支承距離L1
按樣本查出螺母安裝聯(lián)接尺寸
絲杠全長(zhǎng)L
（3）行程起點(diǎn)離固定支承距離L0
由工作圖得
Ls=890
L1=1000
L=1000
L0=30
得KC=920?? N/m
2.6.9? 剛度驗(yàn)算及精度選擇
（1）
=
=
N/m
=
?N/m
F0
=
已知W1=5000? N ，? =0.2
F0=1000? N
F0?? ：? 靜摩擦力???? N
?：靜摩擦系數(shù)
W1? ：正壓力N
（2）驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度
Kmin
Kmin ：傳動(dòng)系統(tǒng)剛度N
已知反向差值或重復(fù)定位精度為10
Kmin=222＞160
（3）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差
=1.7m
（4）確定精度?
V300p? ：任意300mm內(nèi)的行程變動(dòng)量對(duì)半閉環(huán)系統(tǒng)言，
?V300p≤0.8×定位精度-
定位精度為20m/300
V300p＜14.3m
絲杠精度取為3級(jí)
V300p=12m＜14.3
(5)?確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)
已確定的型號(hào)：WWCM
公稱(chēng)直徑：12? 導(dǎo)程：3
螺紋長(zhǎng)度：900
絲杠全長(zhǎng)：1000
P類(lèi)3級(jí)精度
FFZD4010-3-P3? /1410×1290
2.6.10? 驗(yàn)算臨界壓縮載荷??
Fc：N
絲杠所受最大軸向載荷Fmax小于絲杠預(yù)拉伸力F不用驗(yàn)算。
2.6.11 驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速
nc=f×10
nc:臨界轉(zhuǎn)速??n/min
f：與支承形式有關(guān)的系數(shù)
：絲杠底徑
：臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度mm
由表14得f=21.9
由樣本得d2=34.3
由工作圖及表14得：Lc2= L1- L0
4310＞nmax=1500
2.6.12 驗(yàn)算：
Dn=Dpw nmax
D?pw ：滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑mm
nmax :滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速n/min
Dpw≈41.4mm
2.7同步帶輪選擇
2.7.1 軸類(lèi)零件轉(zhuǎn)動(dòng)上下調(diào)整同步帶和測(cè)量裝置的同步帶選擇
(1)傳動(dòng)名義功率P_=0.5kW
(2)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1=1500r／min，從動(dòng)輪 =350r／min
(3)中心距a=100mm左右
(4)工作情況， 24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)．
求設(shè)計(jì)功率P=K0 Pm=0.4×2= 0.8Kw，式中Ko為載荷修正系數(shù)
由設(shè)計(jì)功率0.8Kw 和n =1500r／min，由查得帶的型號(hào)為L(zhǎng)型，對(duì)應(yīng)節(jié)距P =9.525mm
（1）選擇小帶輪齒數(shù)
由小帶輪轉(zhuǎn)速n=1500r/min，L型帶，查表得小帶輪最小許用齒數(shù) Z1=14，則大帶輪齒數(shù) Z2= i Z1，其中i= n1／n2=1500／350=4．286
Z2=4．286×14=60取標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒敦==60
（2）確定帶輪節(jié)圓直徑
dI==Pb Z1/π=42.736mm
d2= Pb Z2/π=182mm
（3）確定同步帶的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度L，
L= 2acosψ +π(d2+d1 )／2+πψ( d2-d1)／180
式中：ψ =sin-1 (d2-d1)/2a =0．218；12．6 (以a=100mm代入) 則L =150.54 選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)
節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)(見(jiàn)表4)L=160.20mm
（4）計(jì)算同步帶齒數(shù)z
Zb=Lp/Pb=160.20/9.525=17
（5）傳動(dòng)中心距n的計(jì)算
a=Pb( Z2-Z1)／2zcosθ
式中： inV =3．14l6 inVθ=tgθ-θ用逐步逼近法計(jì)算，θ=1．351 8(弧度)代入上式
得出a=102.45與精確計(jì)算結(jié)果相似。
最后測(cè)量裝置同步帶選用L型同步帶P= 9.525mm
ZB=17， L,= 150．20ram b．= 25.4mm
同步帶輪： Z1=14，Z2=60，dI==Pb Z1/π=42.736mm
d2= Pb Z2/π=182mm
2.7.2 光電傳感器移動(dòng)同步帶與帶輪選擇
1)傳動(dòng)名義功率P_=0.25kW
(2)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1=1500r／min，從動(dòng)輪 =350r／min
(3)中心距a=55mm左右
(4)工作情況，24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)．
求設(shè)計(jì)功率P=K0 Pm=0.3×2= 0.6Kw，式中Ko為載荷修正系數(shù)
由設(shè)計(jì)功率0.6Kw 和n =1500r／min，由查得帶的型號(hào)為XL型，對(duì)應(yīng)節(jié)距P =5.08mm
（1）選擇小帶輪齒數(shù)
由小帶輪轉(zhuǎn)速n=1500r/min，L型帶，查表得小帶輪最小許用齒數(shù) Z1=12，則大帶輪齒數(shù) Z2= i Z1，其中i= n1／n2=1500／350=4．286
Z2=4．286×12=51取標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒敦==50
（2）確定帶輪節(jié)圓直徑
dI==Pb Z1/π=19.414mm
d2= Pb Z2/π=80.9mm
（3）確定同步帶的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度L，
L= 2acosψ +π(d2+d1 )／2+πψ( d2-d1)／180
式中：ψ =sin-1 (d2-d1)/2a =0．218；12．6 (以a=100mm代入) 則L =54.54 選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)
節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)(見(jiàn)表4)L=55.20mm
（4）計(jì)算同步帶齒數(shù)z
Zb=Lp/Pb=55.20/5.08=11
（5）傳動(dòng)中心距n的計(jì)算
a=Pb( Z2-Z1)／2zcosθ
式中： inV =3．14l6 inVθ=tgθ-θ用逐步逼近法計(jì)算，θ=1．351 8(弧度)代入上式
得出a=102.45與精確計(jì)算結(jié)果相似。
最后測(cè)量裝置同步帶選用XL型同步帶P= 5.08mm
ZB=11， L,= 55．20ram b．= 9.5mm
同步帶輪： Z1=11，Z2=50，dI==Pb Z1/π=19.4146mm
d2= Pb Z2/π=80.9mm
2.8 鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì)與校核
2.8.1鍵的選型
根據(jù)輸入軸徑和輸出大小選取鍵，輸入軸徑為20mm，選取鍵尺寸6X6X45；輸出軸徑為30，選取鍵尺寸8X7X25。
2.8.2鍵的校核
材料選用：45鋼；許用壓強(qiáng)；；
鍵校核公式：
輸入軸鍵的校核：；
；
輸出軸鍵的校核：；
；
本文以軸類(lèi)零件的形位公差研究對(duì)象，針對(duì)如何精確測(cè)量軸類(lèi)零件的圓度、同軸度、圓跳動(dòng)進(jìn)行研究，并選取光透過(guò)性傳感器這種特殊應(yīng)用于測(cè)量裝置中。
在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)特殊的光透過(guò)性傳感器的選型及應(yīng)用有了特殊的了解，并對(duì)整個(gè)測(cè)量裝置中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及精密滾珠絲杠傳動(dòng)有較深的認(rèn)識(shí)，并熟練使用SOLIDWORKS三維設(shè)計(jì)軟件，將測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)方案并最后出三維模型，并對(duì)三維模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，使得自己收獲頗大。
由于條件和時(shí)間有限，本論文所做的研究和探索僅僅是初步的，要真正實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量和實(shí)際應(yīng)用，還需要作進(jìn)一步的深入研究。
第5章 軸類(lèi)零件加工工藝設(shè)計(jì)
5.1 主軸零件的工藝分析
如圖所示的是軸類(lèi)零件的三維圖，還有零件是二維零件圖，試制定出該軸的加工工藝方案，編制其數(shù)控加工程序，并對(duì)程序進(jìn)行仿真加工。
軸類(lèi)零件的三維圖
5.2零件的尺寸標(biāo)注分析
零件圖上的尺寸是制造、檢驗(yàn)零件的重要依據(jù)，生產(chǎn)中要求零件圖中的尺寸不允許有任何差錯(cuò)。在零件圖上標(biāo)注尺寸，除要求正確、完整和清晰外，還應(yīng)考慮合理性，既要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，又要便于加工、測(cè)量。
關(guān)于尺寸標(biāo)注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公稱(chēng)尺寸、基本尺寸、參考尺寸、重復(fù)尺寸等等。
該零件圖說(shuō)標(biāo)注的尺寸均完整，符合國(guó)家要求，位置準(zhǔn)確，表達(dá)清楚。
5.3零件的幾何要素分析
從圖分析得知，該零件的結(jié)構(gòu)主要由圓柱面、螺紋孔、鍵槽，外牙等特征組成，為了達(dá)到加工精度以及表面光潔度，這些特征在普通車(chē)床上難以完成，需要在數(shù)控車(chē)上加工。
5.4零件的技術(shù)要求分析
該零件的尺寸精度要求有：尺寸Ф46 的尺寸精度等級(jí)為IT7級(jí)、尺寸Ф35的尺寸精度等級(jí)為IT7級(jí)，其余未注尺寸精度公差按IT12進(jìn)行控制。
各軸段的位置精度有：54的精度為IT7級(jí)，20的精度等級(jí)為IT8-9級(jí)、其余等級(jí)按IT10等級(jí)進(jìn)行控制。
表面粗糙度要求有：Ф46外圓、Ф35外圓，表面粗糙度為0.8，其余未注表面粗糙度為Ra3.2um。
綜上所述，該零件的加工精度較高，應(yīng)設(shè)計(jì)比較合理的加工方案，選擇合適的刀具，合適的切削參數(shù)等等。
5.5毛坯及夾具的確定
5.5.1毛坯的確定
5.5.1.1常見(jiàn)的毛坯種類(lèi)
(1) 鑄件
鑄件適用于形狀較復(fù)雜的零件毛坯。其鑄造方法有砂型鑄造、精密鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造等。
(2) 鍛件
鍛件適用于強(qiáng)度要求高、形狀比較簡(jiǎn)單的零件毛坯。其鍛造方法有自由鍛和模鍛兩種。
(3) 型材
型材有熱軋和冷拉兩種。熱軋適用于尺寸較大、精度較低的毛坯；冷拉適用于尺寸較小、精度較高的毛坯。
(4) 焊接件
焊接件是根據(jù)需要將型材或鋼板等焊接而成的毛坯件。
(5) 冷沖壓件
冷沖壓件毛坯可以非常接近成品要求，在小型機(jī)械、儀表、輕工電子產(chǎn)品方面應(yīng)用廣泛。
5.5.1.2毛坯選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素
(1) 零件的材料及機(jī)械性能要求
零件材料的工藝特性和力學(xué)性能大致決定了毛坯的種類(lèi)。
(2) 零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸
(3) 生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小
(4) 現(xiàn)有生產(chǎn)條件
(5) 充分利用新工藝、新材料
為節(jié)約材料和能源，提高機(jī)械加工生產(chǎn)率，應(yīng)充分考慮精密鑄造、精鍛、冷軋、冷擠壓、粉末冶金、異型鋼材及工程塑料等在機(jī)械中的應(yīng)用。
5.5.1.3毛坯的確定
綜合考慮，根據(jù)以上因素及零件的技術(shù)要求，確定該零件的毛坯為棒料，其尺寸為Ф135×425mm，材料為45鋼。
5.6.刀具的選擇
數(shù)控車(chē)床一般采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，所用的刀具，要求有可靠的斷屑性能，足夠的耐用，刀片轉(zhuǎn)位后有精確的重復(fù)定位精度，刀片要有足夠的夾緊可靠性，此外，由于數(shù)控車(chē)床功率比較大，剛性強(qiáng)，要求刀具壽命較長(zhǎng)，質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，因此，對(duì)刀片材料的要求高，以保證刀具壽命，一般情況下大多使用涂層刀片。
5.6.1刀具材料的選擇
刀片材料要根據(jù)零件材料及熱處理后的材料性能合理選用。對(duì)與一般低碳鋼，低碳低合金鋼的加工刀片材料可以選擇普通硬質(zhì)合金或超微粒子硬質(zhì)合金材料，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中（ISO），硬質(zhì)合金通常分為三大類(lèi)，即K、P、M分別相當(dāng)與我國(guó)國(guó)標(biāo)中的YG、YT YW類(lèi)。通常情況下又分別在K、P、M三種代號(hào)后附加上01、05、20、40、50等數(shù)字進(jìn)行更進(jìn)一步細(xì)分。一般來(lái)講數(shù)字越小者硬度更高，但 韌性降低，數(shù)字越大韌性高但硬度降低。一般情況下K類(lèi)主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料；P類(lèi)主要用于加工普通鋼；M類(lèi)主要用于加工難加工鋼，鑄鐵及有色金屬。超微粒子硬質(zhì)合金適合加工不銹鋼、高錳高及耐熱鋼，選用時(shí)可結(jié)合具體加工工藝參數(shù)合理選擇。在數(shù)控車(chē)削中，為提高刀具壽命，實(shí)際應(yīng)用中大多使用涂層刀具材料。涂層刀具是在韌性較好的工具表面涂上一層耐磨損，耐溶著、耐反應(yīng)的物質(zhì)，使刀具在切削中同時(shí)具有硬而不易破損的性能。涂層的方法分為兩大類(lèi)，一為物質(zhì)涂層PVD，另為化學(xué)涂層CVD，一般來(lái)說(shuō)，物理涂層是在550℃以下將金屬和氣體離子化后噴涂在工具表面；而化學(xué)涂層則是將各種化合物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉積在工具上形成表面皮膜，一般普遍采用中溫涂層，溫度控制在800℃左右。用于涂層常見(jiàn)的材料有Tic、TiN、TiCN、AI2O3等陶瓷材料，涂層厚度為5?15um。由于這些陶瓷材料都具有耐磨損（硬度高），耐化學(xué)反應(yīng)等性能。所以涂層刀具是數(shù)控機(jī)床最為廣泛使用的刀具類(lèi)型，從非金屬、鋁合金、到鑄鐵鋼以及高強(qiáng)度鋼、高硬度鋼和耐熱合金、鈦合金等難加工材料的切削中均可使用，比普通較硬質(zhì)合金的性能要好，性能價(jià)格比較高，是數(shù)控機(jī)床用刀具材料的首選。對(duì)于普通鋼材，優(yōu)先選擇涂層刀片，高速連續(xù)切削選用涂層厚度為5—15um多為CVD法制造刀片。沖擊較強(qiáng)的斷續(xù)切削時(shí)，要求涂膜的附著強(qiáng)度以及涂層對(duì)工具的韌性不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，所以選擇涂層厚度為2?3um左右采用PVD涂層的刀片。對(duì)于普通灰鑄鐵加工來(lái)講，線(xiàn)速度小于300m/min以下宜采用涂層硬質(zhì)合金，線(xiàn)速度300?500m/min以?xún)?nèi)可采用陶瓷刀具。
5.6.2常用的車(chē)刀選用
5.6.2.1外圓、端面車(chē)刀的選用
加工外圓及臺(tái)階是刀片的形狀有刀尖角為80°菱形刀片，55°菱形刀片，圓形刀片，方形刀片，等邊三角形刀片和35°菱形刀片，其標(biāo)準(zhǔn)后角通常有0°、7°、11°、25°、30°等幾種規(guī)格。主偏角主要有45°、50°、60°、75°、85°、90°、93°、95°等形式。一般情況下加工臺(tái)階軸類(lèi)零件宜采用裝有80°菱形刀片的95°車(chē)刀，這種車(chē)刀的特點(diǎn)是前角和副偏
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