壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 論文 作 者 學(xué) 號(hào) 系 專(zhuān) 業(yè) 題 目 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者 姓 名 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 評(píng)閱者 姓 名 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 年 月 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 論 文 中 文 摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的研究概況以及發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì) 并以 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為題 主要進(jìn)行絲 杠 測(cè) 量 儀 工作臺(tái)及測(cè)量架的結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 和計(jì)算 本次設(shè)計(jì)過(guò)程中首先 通過(guò)對(duì)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析 在此分析基 礎(chǔ)上提出了絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)方案 然后 對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè) 計(jì)與校核 最后 通過(guò) AutoCAD 制圖軟件繪制了其裝配圖及主要零部件圖 通過(guò)構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)布局 并對(duì)零部件采用 AutoCAD 進(jìn)行繪制 等環(huán)節(jié) 培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì) 計(jì)算 制圖能力 通過(guò)比較完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程 以 提高我的獨(dú)立分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力 關(guān)鍵詞 絲杠測(cè)量?jī)x 滾珠絲杠 工作臺(tái) 測(cè)量架 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 論 文 外 文 摘 要 Title The Structural Design of Screw Gauge Table Abstract This paper describes the research before screw gauge table and the status and trends of and screw gauge table design in the title the main structural design screw gauge table and measurement and calculation of frame The design process first through the analysis of ball screw structure and principle on the basis of this analysis the overall structure of the program proposed screw gauge table then for each of the main components were designed and Verification Finally AutoCAD drawing software to draw their main components and assembly drawings FIG By way of the idea of body movement and transmission structure and layout and the use of AutoCAD drawing parts and other sectors cultivated my design computing graphics capability through a more complete system design process to improve my independent analysis and solving engineering capacity issues Keywords Screw gauges Ball Table Goniometer I 目 錄 1 緒 論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 滾珠絲杠螺母副介紹 1 1 3 滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用 2 1 3 1 滾珠絲杠副的特點(diǎn) 2 1 3 2 滾珠絲杠副的應(yīng)用范圍 2 1 4 國(guó)內(nèi)外滾珠絲杠的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 3 1 4 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1 4 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 4 2 總體方案設(shè)計(jì) 5 2 1 設(shè)計(jì)要求 5 2 2 方案選擇 5 2 2 1 測(cè)量方法選擇 5 2 2 2 總體結(jié)構(gòu)方案 6 2 3 總體方案確定 8 3 總體參數(shù)計(jì)算與選擇 9 3 1 橫向移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 9 3 1 1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型 9 3 1 2 選擇電動(dòng)機(jī)的功率 9 3 1 3 選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 11 3 2 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇 12 3 3 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 13 3 3 1 傳動(dòng)比計(jì)算 13 3 3 2 各軸的轉(zhuǎn)速 13 3 3 3 各軸的輸入功率 14 3 3 4 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 14 4 主要零部件的設(shè)計(jì) 15 4 1 渦輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 15 4 1 1 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型 15 4 1 2 選擇材料 15 4 1 3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 15 4 1 4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 16 II 4 1 5 校核彎曲疲勞強(qiáng)度 17 4 2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 4 2 1 軸的材料的選擇 18 4 2 2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 18 4 2 3 軸的校核計(jì)算 以軸 為例 20 4 3 軸承的選擇與校核 21 4 4 鍵的選擇與校核 21 4 5 聯(lián)軸器的選用 22 4 6 傳動(dòng)滾珠絲桿的選定 22 4 6 1 滾珠絲杠型號(hào)確定 22 4 6 2 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算 23 4 6 3 滾珠絲杠剛度驗(yàn)算 24 4 6 4 滾珠絲杠效率驗(yàn)算 25 4 7 導(dǎo)軌的選型與計(jì)算 25 4 7 1 導(dǎo)軌的選型 25 4 7 2 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算 選擇 26 4 8 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 4 8 1 底座設(shè)計(jì) 28 4 8 2 測(cè)量支架設(shè)計(jì) 29 4 8 3 平臺(tái)設(shè)計(jì) 29 4 8 4 夾緊裝置設(shè)計(jì) 30 結(jié) 論 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 1 1 研究背景及意義 由于滾珠絲杠副具有高效率 高精度 高剛度等特點(diǎn) 被廣泛應(yīng)用于機(jī)械 航 空 核工業(yè)等領(lǐng)域 現(xiàn)在 滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件 隨著機(jī) 械產(chǎn)品向高速 高效 自動(dòng)化方向發(fā)展 對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越多 普通規(guī) 格的滾珠絲杠副已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了使用要求 工業(yè)機(jī)器人 加工中心及機(jī)電一體化 自動(dòng)機(jī)械的出現(xiàn) 使其進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度不斷提高 但是大導(dǎo)程滾珠絲杠副的出現(xiàn) 滿(mǎn) 足了高速驅(qū)動(dòng)的要求 3 長(zhǎng)期以來(lái) 我國(guó)過(guò)于追求對(duì)滾珠絲杠副精度的研究 而在滾珠絲杠副綜合性能 的研究上相對(duì)滯后 致使產(chǎn)品在性能上與國(guó)際先進(jìn)水平存在較大的差距 這也是制 約我國(guó)數(shù)控機(jī)床向更高檔次發(fā)展的主要原因之一 本課題主要進(jìn)行絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)及測(cè)量架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 要求結(jié)構(gòu)緊湊 可靠 以提高絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)及測(cè)量架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能和精度 通過(guò)系統(tǒng)的分 析 設(shè)計(jì)與計(jì)算等過(guò)程 完成絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)及測(cè)量架系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 2 滾珠絲杠螺母副介紹 滾珠絲杠副主要是由螺桿 螺母循環(huán)系統(tǒng)和滾珠組成 如圖 1 1 所示 圖 1 1 滾珠絲杠副 滾珠絲杠副是機(jī)床和 IT 光電 半導(dǎo)體 醫(yī)療等精密設(shè)備上最常用的傳動(dòng)元件 它的主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性運(yùn)動(dòng) 或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換為軸線(xiàn)反覆作用力 同 時(shí)具有高精度 可逆性和高效率的特點(diǎn) 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 1 3 滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用 1 3 1 滾珠絲杠副的特點(diǎn) 滾珠絲杠副在使用上有很多的優(yōu)點(diǎn) 下列詳述了滾珠絲杠副的的各項(xiàng)特點(diǎn) 1 1 高效率及可逆性 由于滾珠絲杠的螺桿軸和螺帽都是點(diǎn)接觸的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) 所以其效率可以達(dá)到 90 以 上 所以其傳動(dòng)扭矩只有傳統(tǒng)絲杠的 1 3 2 零背隙及高剛度 數(shù)控機(jī)床 半導(dǎo)體設(shè)備等對(duì)于傳動(dòng)絲杠的要求為零背隙 最小彈性變形及高順 暢感 滾珠絲杠采用施加預(yù)壓力 來(lái)達(dá)到數(shù)控機(jī)床的重現(xiàn)性及全行程的高剛度 3 高精度 滾珠絲杠采用了哥德式的溝槽形狀 可以使軸向精度調(diào)整得很小 也能輕松的 傳動(dòng) 如果消除軸向間隙 可以使絲杠具有更好的剛度 減少絲杠 螺母和滾珠在 承載時(shí)的彈性變形 可以達(dá)到更高的精度 4 低起動(dòng)扭矩及順暢度 傳統(tǒng)絲杠因?yàn)槭墙饘倥c金屬間的面接觸 所以為了克服起動(dòng)摩擦力 則必須采 用較高的起動(dòng)扭矩 然而滾珠絲杠是由鋼珠滾動(dòng)接觸 只需很小的起動(dòng)扭矩就可以 克服摩擦力 5 靜音及壽命長(zhǎng) 高精度的設(shè)備在快速進(jìn)給及重負(fù)載操作下 必須要求低噪音和有較長(zhǎng)的使用壽 命 滾珠絲杠的絲杠 螺母和滾珠都經(jīng)過(guò)表面精密加工 在滾動(dòng)摩擦?xí)r產(chǎn)生的磨損 極小 保證了低噪音的效果和較長(zhǎng)的使用壽命 6 優(yōu)于氣 液壓制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) 如果制動(dòng)器中采用滾珠絲杠取代傳統(tǒng)的氣壓或液壓起動(dòng)可以得到許多的優(yōu)點(diǎn) 比如 不會(huì)滲漏 不須過(guò)濾 省能源及重現(xiàn)性高 1 3 2 滾珠絲杠副的應(yīng)用范圍 滾珠絲杠的應(yīng)用很廣泛 滾珠絲杠的應(yīng)用已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面 在 我們周?chē)芏嘣O(shè)備都離不開(kāi)滾珠絲杠 下面列出了一些滾珠絲杠的應(yīng)用范圍 1 CNC 機(jī)械 CNC 加工中心 CNC 車(chē)床 CNC 銑床 CNC 放電加工機(jī) CNC 磨床 CNC 線(xiàn)切割機(jī)等等 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 2 精密工具機(jī) 銑床 磨床 道具磨床 齒輪加工機(jī) 車(chē)銑復(fù)合機(jī) 3 產(chǎn)業(yè)機(jī)械 印刷機(jī) 造紙機(jī) 自動(dòng)化機(jī)械 紡織機(jī) 繪圖機(jī) 射出成型 機(jī) 4 電子機(jī)械 量測(cè)儀器 X Y 平臺(tái) 醫(yī)療設(shè)備 工廠(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備 IC 封裝 機(jī) 半導(dǎo)體設(shè)備等等 5 輸送機(jī)械 材料搬送設(shè)備 核能反應(yīng)器 高度制動(dòng)器等等 6 航天航空工業(yè) 飛機(jī)襟翼 機(jī)場(chǎng)負(fù)載設(shè)備 尾翼制動(dòng)器等等 7 其他 如天線(xiàn)使用的制動(dòng)器 閥門(mén)開(kāi)關(guān)裝置 太陽(yáng)能板伸縮機(jī)構(gòu) 電子 顯微鏡對(duì)焦機(jī)構(gòu)等等 1 4 國(guó)內(nèi)外滾珠絲杠的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 滾珠絲杠副早在 19 世紀(jì)末就發(fā)明的 但是因?yàn)橹圃祀y度過(guò)大 很長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi) 能投入實(shí)際使用 美國(guó)通用汽車(chē)公司是第一個(gè)使用滾珠絲杠副的企業(yè) 它將滾珠絲 杠副用于汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上 隨后滾珠絲杠副被逐漸大量使用在汽車(chē) 飛機(jī)等行業(yè) 相比起國(guó)外 我國(guó)研究滾珠絲杠副只有不到 50 年的歷史 我國(guó)與國(guó)外在絲杠發(fā)展水 平上還是有較大的差距 不過(guò)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和我國(guó)的不斷努力 我國(guó)在絲杠 行業(yè)與國(guó)外正在逐漸縮小差距 有些研究領(lǐng)域已經(jīng)趕超國(guó)外先進(jìn)潮流 1 4 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)在 1960 成功試制了程控龍門(mén)銑床插管式滾珠絲杠副 在 1976 年成功研制 出 JCS 014 型激光絲杠導(dǎo)程誤差動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x 并批量生產(chǎn) 1984 年第二代滾珠絲杠 測(cè)量?jī)x研制成功 1992 年我國(guó)研制成功了第三代 3 米滾珠絲杠副動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x 2000 年 我國(guó)成功研制出了 48m min 高速滾珠絲杠副 并在加工中心上得到成功應(yīng)用 我國(guó)在 40 多年的滾珠絲杠副發(fā)展史中 涌現(xiàn)出了不少著名研究單位和企業(yè) 比 如北京機(jī)床研究所 南京工藝裝備制造有限公司 山東博特精工股份有限公司等 2 目前 國(guó)內(nèi)的不少絲杠生產(chǎn)廠(chǎng)家已經(jīng)制造出了高精度的滾珠絲杠副 不再依賴(lài) 與國(guó)外進(jìn)口 比如北京機(jī)床研究所研制出的 GCBM4016 高速滾珠絲杠副 線(xiàn)速度超 過(guò)了 48m min 北京機(jī)床研究所的絲杠測(cè)量?jī)x如圖 1 2 所示 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 圖 1 2 絲杠測(cè)量?jī)x 我國(guó)在滾珠絲杠行業(yè)不斷走以科技為先導(dǎo)的發(fā)展道路 已經(jīng)取得了不少的成就 但是在國(guó)際知名度方面還不夠響亮 今后我國(guó)絲杠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在不斷追求精益求精 的同時(shí) 更要在國(guó)際舞臺(tái)上打響知名度 發(fā)展自己的民族品牌 1 4 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展 促進(jìn)了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn) 國(guó) 外出現(xiàn)了不少滾珠絲杠副生產(chǎn)廠(chǎng)家 世界上比較知名的滾珠絲杠副生產(chǎn)制造商有 日本的黑田精工 KURODA 公司 THK 公司 NSK 公司 韓國(guó)的 SBC 公司 美國(guó) 的 SM SAGINAW 公司 英國(guó)的 POTAX 公司等 日本的 NSK 公司已開(kāi)發(fā)出公稱(chēng)直徑 導(dǎo)程為 20mm 60mm 25mm 80mm 超大導(dǎo)程滾珠絲杠副 快速進(jìn)給速度達(dá)到了 180m min 隨著現(xiàn)在制造技術(shù)的發(fā)展 測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步 國(guó)際上對(duì)滾珠絲杠副產(chǎn)品的質(zhì)量 和多樣化的要求越來(lái)越強(qiáng)烈 絲杠測(cè)量?jī)x的研究也向著智能化 高速化 高精度化 多功能化 開(kāi)放化 模塊化的方向發(fā)展 計(jì)算機(jī)技術(shù) 機(jī)電一體化技術(shù) 機(jī)器人技 術(shù)等也被廣泛地應(yīng)用到了滾珠絲杠副產(chǎn)業(yè) 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 設(shè)計(jì)要求 測(cè)量?jī)x的主要技術(shù)性能及參數(shù)指標(biāo) 工作臺(tái)及測(cè)量架的設(shè)計(jì)要求如下 測(cè)量對(duì)象 雙圓弧形滾珠絲杠 測(cè)量長(zhǎng)度 2000mm 可測(cè)直徑 16 80mm 被測(cè)滾珠絲杠導(dǎo)程范圍 2 40mm 被測(cè)工件重量 140kg 測(cè)量范圍及精度 長(zhǎng)度 2000mm 長(zhǎng)徑比 40 1 的 1 級(jí)精度滾珠絲杠 工作臺(tái)及測(cè)量架的外形結(jié)構(gòu)尺寸 300mm 450mm 450mm 長(zhǎng) 寬 髙 采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 設(shè)計(jì)和計(jì)算工作臺(tái)及測(cè)量架部件及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng) 測(cè)量工作時(shí)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度為 3mm s 電機(jī)在 0 0 5s 內(nèi)達(dá)到最大工 作速度 2 2 方案選擇 2 2 1 測(cè)量方法選擇 圖 2 1 相比法測(cè)量原理示意圖 絲杠動(dòng)態(tài)測(cè)量中運(yùn)用較多的是比相法 基本原理見(jiàn)圖 2 1 絲杠的作用是將角位 移轉(zhuǎn)化為軸向直線(xiàn)位移 因此對(duì)絲杠的測(cè)量都是基于圓分度的長(zhǎng)度測(cè)量 測(cè)量絲杠 角度位移的基準(zhǔn)件有圓光柵 圓磁柵等 測(cè)量軸向長(zhǎng)度位移的基準(zhǔn)件有磁柵尺 光 柵尺 激光光波波長(zhǎng)等 比相法測(cè)量時(shí)將絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周基準(zhǔn)信號(hào)和軸向直線(xiàn)位移 基準(zhǔn)信號(hào)分別進(jìn)行不同的分頻 使兩路信號(hào)在系統(tǒng)勻速運(yùn)行和絲杠誤差為零的條件 下成為同頻率信號(hào) 將分頻后的兩路信號(hào)的時(shí)間間隔作為采樣周期 兩信號(hào)相位差 應(yīng)保持不變 實(shí)際相位差對(duì)應(yīng)于初始相位差的誤差反映了被測(cè)絲杠的導(dǎo)程誤差 傳 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 統(tǒng)的比相方法采用分立元件比相器進(jìn)行模擬式比相 存在可靠性差 分辨率受到限 制 信號(hào)難以保持的缺點(diǎn) 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使數(shù)字比相代替模擬比相 取消了分頻器 比相器 積分器 采樣及保持電路 實(shí)現(xiàn)了大量程 高分辨率的測(cè)量 并得到高精 度的結(jié)果 2 2 2 總體結(jié)構(gòu)方案 1 系統(tǒng)中應(yīng)有提供被測(cè)絲杠與傳感器運(yùn)動(dòng)的裝置 且此裝置的設(shè)計(jì)能夠利于 控制被測(cè)絲杠與傳感器相對(duì)運(yùn)動(dòng)的距離 這樣做 一方面可以方便工作論文人員的 測(cè)量 一般對(duì)滾珠絲杠的測(cè)量 我們都是要對(duì)絲杠的某一段長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量 如任意 100mm 行程內(nèi)的行程變動(dòng)量 任意 250mm 行程內(nèi)的行程變動(dòng)量等等 若我們采用 能夠根據(jù)已知的測(cè)量長(zhǎng)度進(jìn)行控制的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 就可以避免工作人員對(duì)測(cè)量距離的 目測(cè) 從而減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度 另一方面 可以準(zhǔn)確的把握已測(cè)量的距離 避免少測(cè)量或多測(cè)量一段距離 造成測(cè)量的失效或冗余數(shù)據(jù)的產(chǎn)生 例如 我們要 測(cè)量滾珠絲杠 100mm 行程內(nèi)的行程變動(dòng)量 若只測(cè)量了 90mm 的行程運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)便停 止工作 勢(shì)必引起測(cè)量數(shù)據(jù)的不足 造成本次測(cè)量的失敗 如果測(cè)量了 150mm 的行 程 便會(huì)產(chǎn)生多余的測(cè)量數(shù)據(jù) 不但加大了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理量 而且也增加了測(cè)量 過(guò)程的時(shí)間 不利于測(cè)量效率的提高 2 系統(tǒng)應(yīng)盡量滿(mǎn)足阿貝原則 在緒論中我們已經(jīng)提出過(guò)阿貝原則 即測(cè)工件 與標(biāo)準(zhǔn)尺必須處在測(cè)量方向的同一直線(xiàn)上 采用阿貝原則能避免一次誤差 得到較 高的測(cè)量精度 如果系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不能完全滿(mǎn)足阿貝原則的要求 為了減小阿貝誤差 我們可以對(duì)阿貝原則進(jìn)行擴(kuò)展 即在測(cè)量過(guò)程中 使測(cè)量線(xiàn)和基準(zhǔn)線(xiàn)盡量靠近 并 保證沒(méi)有角運(yùn)動(dòng) 即保證兩條線(xiàn)平行 11 這樣 我們就應(yīng)該在設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的時(shí) 候使其盡量滿(mǎn)足阿貝原則 根據(jù)以上分析 我們確定以下的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案 如圖 2 2 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 圖 2 2 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 在此系統(tǒng)中 伺服電機(jī)用來(lái)控制傳動(dòng)絲杠的旋轉(zhuǎn) 從而控制移動(dòng)機(jī)架帶著被測(cè) 絲杠移動(dòng) 移動(dòng)機(jī)架下固定著橫向位移傳感器的移動(dòng)端 當(dāng)固定機(jī)架移動(dòng)時(shí) 橫向 位移傳感器也隨之移動(dòng) 測(cè)量出被測(cè)絲杠的軸向位移 另外 在被測(cè)絲杠的正上方 在絲杠的軸向橫截面內(nèi) 相對(duì)機(jī)架固定不動(dòng)的位置安裝一個(gè)縱向位移傳感器 可 以測(cè)量絲杠牙型輪廓縱向的坐標(biāo) 由于可能產(chǎn)生測(cè)量頭的自鎖問(wèn)題 具體的縱向位 移傳感器機(jī)構(gòu)將在本文后面的敘述中給出 夾具采用兩塊 V 型鐵 用上下兩塊鋼板 并配以 m10 的螺栓加以固定 這樣的夾具可以做到對(duì)滾珠絲杠的夾持固定 有較好 的定位效果 夾具示意圖如圖 2 3 圖 2 3 夾具示意圖 由于滾珠絲杠的牙型為圓弧狀 所以 如果電感測(cè)量頭相對(duì)于被測(cè)滾珠絲杠運(yùn) 動(dòng)時(shí) 就會(huì)產(chǎn)生自鎖 影響滾珠絲杠測(cè)量?jī)x的自動(dòng)測(cè)量 這樣 我們就需要找到一 種辦法來(lái)解決自鎖問(wèn)題 我們采用凸輪作為解決自鎖問(wèn)題的主要工具 如圖 2 4 所 示 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 圖 2 4 凸輪與電感位移傳感器測(cè)量頭的位置 a 圖為被測(cè)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí) 凸輪與電感位移傳感器的相對(duì)位置圖 凸輪將電 感位移傳感器的測(cè)量頭頂起 使其不與被測(cè)絲杠接觸 從而不影響被測(cè)絲杠的運(yùn)動(dòng) b 圖為被測(cè)絲杠停止運(yùn)動(dòng) 傳感器進(jìn)行采樣測(cè)量時(shí) 凸輪與電感位移傳感器的相對(duì) 位置圖 此時(shí) 凸輪旋轉(zhuǎn)到與測(cè)量頭不接觸的位置 依靠電感位移傳感器的彈簧使 測(cè)量頭接觸被測(cè)絲杠的輪廓 由于凸輪每轉(zhuǎn) 180 度要有一個(gè)停頓 這里我們就再次 選用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力部件 當(dāng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)給進(jìn)一個(gè)步距以后 凸輪步進(jìn)電機(jī)帶 動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn) 180 度 使測(cè)量頭接觸被測(cè)絲杠 測(cè)量結(jié)束后 凸輪步進(jìn)電機(jī)再旋轉(zhuǎn) 180 度 電感位移傳感器測(cè)量頭被頂起 系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)給進(jìn) 以此循環(huán) 凸輪 步進(jìn)電機(jī)控制 驅(qū)動(dòng)電路與系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)相同 這里不在復(fù)述 圖 2 5 為凸輪系統(tǒng) 的側(cè)視圖 圖 2 5 凸輪系統(tǒng)側(cè)視圖 2 3 總體方案確定 匯總上述各裝置得到絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的總體方案如下圖 2 6 所示 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 圖 2 6 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)總體方案 3 總體參數(shù)計(jì)算與選擇 3 1 橫向移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 原動(dòng)機(jī)的種類(lèi) 無(wú)特殊需要 均選用交流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)作為系列 化產(chǎn)品 機(jī)械設(shè)計(jì)中僅需根據(jù)工作機(jī)的工作情況 合理選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 結(jié)構(gòu)形式 容量和轉(zhuǎn)速 提出具體的電動(dòng)機(jī)型號(hào) 3 1 1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型 由于絲杠測(cè)量?jī)x的負(fù)載比較平穩(wěn) 對(duì)啟動(dòng) 制動(dòng)無(wú)特殊要求 任務(wù)書(shū)中要求采 用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 一般可以選用 Y 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī) Y 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有高效 節(jié)能 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高 噪聲小 可靠性高 壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) 安裝尺寸和功率等級(jí)也完全符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn) 一般用于無(wú)特殊要求的 機(jī)械設(shè)備 4 3 1 2 選擇電動(dòng)機(jī)的功率 電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適 對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響 功率選 得過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高 能力又得不到充分發(fā)揮 而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不在滿(mǎn)載 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 下運(yùn)轉(zhuǎn) 其效率和功率因素都較低而造成能源的浪費(fèi) 對(duì)于載荷比較穩(wěn)定 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械 通常只需使電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或稍 大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率 即 而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 dPde 所需電動(dòng)機(jī)工作功率為 3 1 awd 式中 工作機(jī)所需功率 即輸入工作機(jī)軸的功率 wP 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置的總效率 a 工作機(jī)所需功率 可由工作的工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得 其計(jì)算公式為 w 3 2 w950 TnP 式中 工作機(jī)的阻力矩 T 工作機(jī)轉(zhuǎn)速 wn 工作機(jī)的效率 對(duì)于勻速運(yùn)行 非精確計(jì)算求 可以套用以下公式 T 3 3 1n2a IF 式中 軸向負(fù)載 aF 絲杠導(dǎo)程 I n1 進(jìn)給絲杠的正效率 軸向負(fù)載 的計(jì)算公式為aF 3 4 mgF a 式中 絲杠的軸向切削力 導(dǎo)向件的綜合摩擦系數(shù) 移動(dòng)物體重量 m 重力加速度 g 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 設(shè)軸向切削力不考慮 綜合摩擦系數(shù) 任務(wù)書(shū)中要求被測(cè)工件重量1 0 140kg 取 140kg 由式 3 4 可求出 m 0 1 140 9 8N 137 2NaF 若取工作臺(tái)傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程為 4mm 即 4mm 設(shè)進(jìn)給絲杠的正效率 n1 為I 0 92 由式 3 3 可算得 137 2 4 2 3 14 0 92 94 99N mmT 任務(wù)書(shū)中要求測(cè)量工作時(shí)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度為 3mm s 上述已選定取工作臺(tái) 傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程為 4mm 則 min 45i 360wrrn 而工作機(jī)效率 為 0 98 由式 3 2 可算得工作機(jī)所需功率 w wP kW457 098 509w TP 由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率 可按下式計(jì)算 a 3 5 63421a 聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 0 99 蝸桿 0 8 每對(duì)軸承效率 0 99 由式 3 5 12 3 可算得總效率 76 09 80 2a 知道了工作機(jī)所需功率 和總效率 根據(jù)式 3 1 可求得電動(dòng)機(jī)工作功率 wPakW589 076 4ad 由于電動(dòng)機(jī)的額定功率 略大于 即可 所以選擇電動(dòng)機(jī)額定功率 為edPd edP 0 75kW 3 1 3 選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 額定功率相同的同類(lèi)型電動(dòng)機(jī) 可能有不同的轉(zhuǎn)速 Y 系列三相交流異步電動(dòng) 機(jī)有四種常用的同步轉(zhuǎn)速 即 3000r min 1500r min 1000r min 750r min 低 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)多 外廓尺寸及重量都比較大 價(jià)格高 但可使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng) 比及尺寸較小 高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反 因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí) 應(yīng)進(jìn)行分析比較 以確定合理的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 一般來(lái)說(shuō) 如果沒(méi)有特殊要求通常選擇同步轉(zhuǎn)速為 1500r min 或 1000r min 的電動(dòng)機(jī) 5 為了設(shè)計(jì)出合理的傳動(dòng)裝置 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇范圍可以通過(guò)各個(gè)傳動(dòng)副的傳 動(dòng)比范圍和工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求來(lái)推算出 即 3 6 wadni 式中 電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍 dn 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍 ai 工作機(jī)轉(zhuǎn)速 w 蝸桿傳動(dòng)推薦的傳動(dòng)比范圍 8 60 上述已算得傳動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)速 45r min 由式wn 3 6 可算得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 8 60 45 360r min 2700r mindn 符合這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有 1500r min 1000r min 750r min 三種 由于 之前已算得電動(dòng)機(jī)的額定功率為 0 75kW 符合這一轉(zhuǎn)速范圍的同步轉(zhuǎn)速只有 1500r min 1000r min 兩種 以?xún)煞N方案作比較 結(jié)果如表 2 1 所示 表 2 1 電動(dòng)機(jī)方案表 方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)重量 總傳動(dòng)比 1 Y80M2 4 0 75 1500 1390 18 139 2 Y90S 6 0 75 1000 910 21 91 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸 重量 傳動(dòng)比等因素 第 2 種方案比較合 適 選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y90S 6 其主要技術(shù)參數(shù)列于表 2 2 表 2 2 Y90S 6 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 滿(mǎn)載時(shí)電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額的功率 kW 轉(zhuǎn)速 r min 電流 A 效率 功率因素 Y90S 6 0 75 910 4 77 5 0 74 Y90S 6 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸和安裝尺寸如下圖 2 3 所示 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 圖 2 3 電動(dòng)機(jī)外形 安裝尺寸簡(jiǎn)圖 按圖 2 3 所示 Y90S 6 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸和安裝尺寸如下表 2 3 所示 表 2 3 Y90S 6 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸和安裝尺寸 H A B C D E F G K AA AC AB AD HD L 90 140 100 56 24 50 8 20 10 62 195 180 155 250 320 3 2 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇 依據(jù)文獻(xiàn) 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 上 有 1 對(duì)于在最大工作條件下工作時(shí)所需要電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 5 0 31max切Mj 18 37 618Ncm 2 對(duì)于空載起動(dòng)時(shí)所需要的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 951 02max起j 61 c 由 1 和 2 可知 以計(jì)算得 恒大于 所以就以 作為選max1jM2maxj 1maxjM 取步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù) 而初選的步進(jìn)電機(jī)為 110BF003 它的最大靜轉(zhuǎn)矩 為 max1689jNcM 所以初選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)符合要求 3 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)載荷矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 由 數(shù)控技術(shù) 得 動(dòng)矩頻特性 4167HzP Vf 601maxax 2 501 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 運(yùn)行矩頻特性 P SeVf 601 其中 最大工作條件下的進(jìn)給速度 可取最高進(jìn)給速度 e min 的 現(xiàn)取中間值 即 max2 5inV 3 1 2ax71 462SV 所以 2431ef 0 46 Hz 由步進(jìn)電機(jī) 110BF004 的矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在 起動(dòng)時(shí)力矩是滿(mǎn)足要求的 所以最終就確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為 110BF004 反應(yīng)式步 進(jìn)電動(dòng)機(jī) 3 3 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 3 3 1 傳動(dòng)比計(jì)算 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 故總傳動(dòng)比為 min 910rnm 5 2 45 取wi 3 3 2 各軸的轉(zhuǎn)速 1 軸 in 9101rnm 2 軸 mi 3 45 22i 3 3 3 各軸的輸入功率 1 軸 kwP583 09 8 0101 2 軸 462 53322 3 3 4 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電機(jī)軸 mNnPT 18 905 900 1 軸 2 6183 5511 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 2 軸 mNnPT 39 46209595022 整理列表 軸名 功率 kwP 轉(zhuǎn)矩 T 轉(zhuǎn)速 in r傳動(dòng)比 電機(jī)軸 0 589 6 18 910 1 軸 0 583 6 12 910 1 2 軸 0 462 99 39 44 39 20 5 4 主要零部件的設(shè)計(jì) 4 1 渦輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 4 1 1 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型 因?yàn)槲佪單仐U傳動(dòng)的特點(diǎn) 并考慮到傳動(dòng)系統(tǒng)空間的布置 和嚙合等特點(diǎn)選擇 為圓柱蝸桿傳動(dòng) 并根據(jù) GB T 10085 1998 的推薦 在此傳動(dòng)系統(tǒng)中采用漸開(kāi)線(xiàn)蝸 桿 ZI 蝸桿 4 1 2 選擇材料 因?yàn)榭紤]到蝸桿傳動(dòng)的功率不大 速度只是中等 所以蝸桿用 45 鋼 又因希望 效率高些 耐磨性好些 所以蝸桿螺旋齒面要求淬火 硬度選為 45 55 HRC 蝸輪 用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1 用金屬模鑄造 并且為了節(jié)約貴重的有色金屬 僅齒圈 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 用青銅制造 但輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造 4 1 3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 從根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 首先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 再校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 中式 11 12 傳動(dòng)中心距為 4 1 232 HPEZKTa 1 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T1 上述計(jì)算可知 T1 99 39N m 2 確定載荷系數(shù) K 因?yàn)楣ぷ鬏d荷較穩(wěn)定 故載荷分布不均勻系數(shù) K 1 由表 11 5 選取使用系數(shù) K 1 15 由于轉(zhuǎn)速一般不高 沖擊載荷也不大 可取動(dòng)載荷系數(shù) Kv 1 05 則 K K K Kv 1 05 1 15 1 1 21 3 確定彈性影響系數(shù) ZE 因?yàn)檫x用的蝸輪材料是鑄錫磷青銅 蝸桿材料是 45 號(hào)鋼 因此彈性影響系數(shù) ZE 160MPa1 2 4 確定接觸系數(shù) Zp 我們先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動(dòng)中心距 a 的比值為 d1 a 0 35 因此我們 可以從 機(jī)械設(shè)計(jì) 圖 11 18 中可查到 Zp 2 9 5 確定許用接觸應(yīng)力 H 因?yàn)楦鶕?jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1 采用金屬模制造 蝸桿螺旋齒面 硬度 45HRC 因此我們可以從 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 11 7 中查到蝸輪的基本許用應(yīng)力是 H 268MPA 6 計(jì)算循環(huán)次數(shù) N 60jn1Lh 60 1 910 20 5 12000 3 2 107 7 壽命系數(shù) KHN 0 865 87102 3 則 H KHN H 0 865 268MPa 231 8MPa 8 計(jì)算中心距 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 78 4mm 232 HPEZKTa 3 238 19609 1 考慮到本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)系統(tǒng)的空間布局 渦輪轉(zhuǎn)速較低 所需功率較低的特殊 性 因此為了設(shè)計(jì)的合理性選取中心距 a 100 因?yàn)閭鲃?dòng)比為 i 20 5 因此我們 可以從 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 11 2 中取模數(shù) m 4 蝸桿分度圓直徑 d1 40mm 這時(shí) d1 a 0 4 從 機(jī)械設(shè)計(jì) 圖 11 18 中可查得接觸系數(shù) Z p 2 74 所以 Z p S 絲杠是安全的 不會(huì)失穩(wěn) 高速絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振 因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 臨街轉(zhuǎn)速 要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速 crncrn max 臨街轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算 21 90ldfccr 式中 為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù) 見(jiàn)表 2 10 本題取 cf 927 3 cf3 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 2 5 03 987 91 crn min 10 34r in 6maxr 即 所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振 axncr 此外滾珠絲杠副還受 值的限制 通常要求D0 min 107 40rnD mi 17min 140430 rrD 4 6 3 滾珠絲杠剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠在工作負(fù)載 F N 和轉(zhuǎn)矩 T 共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量N m 為 0L cGJTpEAF 20 式中 A 絲杠截面積 為絲杠的極慣性矩 G 為絲杠 214d cJ4132dJc 切變模量 對(duì)鋼 T 為轉(zhuǎn)矩 Pa3 8 tan 20 DFTm 式中 為摩擦角 其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù) 衛(wèi)平均工作載荷mFN 54 2 0 34tan 1024763 按最不利的情況取 其中 mF412120 6GdTpEJTpEAFLc 492 23293 08 1 8 3 5 08 2614 37 m 079 則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 mpLl 85 4107 95320 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差 小于其傳動(dòng)精度的 1 2 即L 21 該絲杠的 滿(mǎn)足上式 所以其剛度可以滿(mǎn)足要求 L 4 6 4 滾珠絲杠效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 為 947 0 2 34tan tan 要求在 90 95 之間 所以該絲杠副合格 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算 FC1 4010 2 5 各項(xiàng)性能均符合題目要求 所以合格 4 7 導(dǎo)軌的選型與計(jì)算 4 7 1 導(dǎo)軌的選型 導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的 應(yīng)用 相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言 它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn) 定位精度高 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的 1 50 由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù) 相差很小 運(yùn)動(dòng)靈活 可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少 90 因此 可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超 微米級(jí) 降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力 采用直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小 特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng) 停止的 往復(fù)運(yùn)動(dòng) 可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化 減輕了重量 使機(jī)床所需電 力降低 90 具有大幅度節(jié)能的效果 可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小 因此發(fā)熱少 可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng) 提高機(jī) 床的工作效率 20 30 可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑 由于油膜的浮動(dòng) 產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú)法 避免的 在絕大多數(shù)情況下 流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域 由金屬接觸而產(chǎn)生的直接 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 摩擦是無(wú)法避免的 在這種摩擦中 大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了 與之相反 滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小 滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少 故能使直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌系 統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài) 同時(shí) 由于使用潤(rùn)滑油也很少 大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑 就足夠了 這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了 所以 在結(jié)構(gòu)上選用 開(kāi)式直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌 參照南京工藝裝備廠(chǎng)的產(chǎn)品系列 4 7 2 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算 選擇 根據(jù)給定的工作載荷 Fz 和估算的 Wx 和 Wy 計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) fSL C0 P 式中 C0 為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷 kN 工作載荷 P 0 5 Fz W fSL 1 0 3 0 一 般運(yùn)行狀況 3 0 5 0 運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊 振動(dòng) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌 因系統(tǒng)受中等沖擊 因此取 4 0sLf 0 5 OSLXYZCfPFW xYYOXSL 20 671 58 3 79N 26fP413 94 C 根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌 選擇漢江機(jī)床廠(chǎng) BGX 系列滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌 其型號(hào)為 BGXH25BE 基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 N1750aC 依據(jù)使用速度 v m min 和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 kN 驗(yàn)算導(dǎo)軌的工aC 作壽命 Ln 額定行程長(zhǎng)度壽命 HTCaWfSFK 2045MF1 81 oTCHRdffff 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽 3310 8752 14209 58HTCaWfSFKkm 命 3102SoTHln 3 310249 5849715060SoTln hTh 導(dǎo)軌的工作壽命足夠 導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 04 2163SLCfP 靜安全系數(shù) 基本靜額定負(fù)載 工作載荷Sf 0CP 導(dǎo)軌壽命計(jì)算 3 5748htwcfLKmP 4 8 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 8 1 底座設(shè)計(jì) 底座具體尺寸根據(jù)其他結(jié)構(gòu)匹配得到 詳細(xì)尺寸見(jiàn) CAD 圖紙 1 材料的選擇 毛坯材料的確定一般應(yīng)考慮零件在整個(gè)機(jī)器中的作用 零件的形狀 大小 生 產(chǎn)綱領(lǐng)以及工作環(huán)境 零件材料應(yīng)具備主要機(jī)械性能指標(biāo) 此外 還有材料的工藝 性 經(jīng)濟(jì)性 也是該零件選擇材料時(shí)要考慮的因素 支座殼起著支承 聯(lián)接的作用 因而對(duì)強(qiáng)度 塑性 任性要求較高 故選擇鑄鐵材料 考慮到鑄鐵材料的工藝性和 經(jīng)濟(jì)性 因而選用目前廣泛使用的球墨鑄鐵 5 7 球墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度 其抗 拉強(qiáng)度也大大超過(guò)灰口鑄鐵 球墨鑄鐵具有良好的鑄造性 減摩性 切削性和低的 缺口敏感性 其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便 成本低廉 可選用 QT420 10 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性要求 砂型造型鑄件設(shè)計(jì) 不僅要考慮工作功能和力學(xué)性能的要求 還必須考慮合金 鑄造性能 鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理 對(duì)鑄件質(zhì)量 生 產(chǎn)率和制造成本都有很大影響 鑄件的結(jié)構(gòu) 假如不能滿(mǎn)意合金鑄造性能的要求 將可能產(chǎn)生澆不到 冷隔 縮孔 縮松 液孔 裂紋和變形等缺陷 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 流動(dòng)性好的合金 充型能力強(qiáng) 鑄造時(shí)就不易產(chǎn)生澆不到 冷隔等缺陷 而且 能鑄出鑄件的最小壁厚也小 不同的合金 在一定的鑄造條件下能鑄出的最小壁厚 也不同 設(shè)計(jì)鑄件的壁厚時(shí) 一定要大寸 該合金的 最小答應(yīng)壁厚 以保證鑄件 質(zhì)量 鑄件的 最小允許壁厚 主要取決于合金種類(lèi) 鑄造方法和鑄件的大小等 表 5 1 為鑄件最小允許壁厚值 但是 鑄件壁也不宜太厚 厚壁鑄件晶粒粗大 組 織疏松 易產(chǎn)生縮孔和縮松 力學(xué)性能下降 鑄件艱載能力并不是隨截面積增大成 比例地增加 設(shè)計(jì)過(guò)厚的鑄件壁 將會(huì)造成金屬浪費(fèi) 為了提高鑄件承載能力而不 增加壁厚 鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)選用合理的截面形狀 此外 鑄件內(nèi)部的筋或壁 散熱條件比外壁差 冷卻速度慢 為防止內(nèi)壁的晶 粒變粗和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 一般內(nèi)壁的厚度應(yīng)小于外壁 表 5 2 為鑄鐵件外壁 內(nèi)壁和 加強(qiáng)筋的最大臨界壁厚 鑄件各部分壁厚若相差過(guò)大 厚壁處會(huì)產(chǎn)生金屬局部積聚 形成熱節(jié) 凝固收縮時(shí)在熱節(jié)處易形成縮孔 縮松等缺陷 此外 各部分冷卻速度 不同 易形成熱應(yīng)力 致使鑄件薄壁與厚壁連接處產(chǎn)生裂紋 因此在設(shè)計(jì)鑄件時(shí) 應(yīng)盡可能使壁厚均勻 以防止上述缺陷產(chǎn)生 檢查鑄件壁厚是否均勻時(shí) 應(yīng)將鑄件的加工余量考慮在內(nèi) 如果零件圖上各處 壁厚是均勻的 加上加工余量后 加工面上的鑄造厚度將增加 鑄件熱節(jié)卻很大 4 8 2 測(cè)量支架設(shè)計(jì) 測(cè)量支架采用 Q235 線(xiàn)切割后機(jī)加工而成 其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)總體結(jié)構(gòu)配匹得到 結(jié)果如下圖示 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 4 8 3 平臺(tái)設(shè)計(jì) 測(cè)量支架采用 HT150 鑄造后機(jī)加工而成 其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)總體結(jié)構(gòu)配匹得到 結(jié)果如下圖示 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 4 8 4 夾緊裝置設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的夾緊裝置采用雙 V 型塊結(jié)構(gòu) 最終設(shè)計(jì)的結(jié)果如下圖示 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33 結(jié) 論 滾珠絲杠副在高速度的基礎(chǔ)上具有高的精度穩(wěn)定性 達(dá)到高剛度 高負(fù)載等性 能 這就要求能夠承受較大載荷 因此滾珠絲杠副生產(chǎn)過(guò)程中需要測(cè)試其極限承載 能力 首先 通過(guò)對(duì)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析 在此分析基礎(chǔ)上提出了絲杠 測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)方案 然后 對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核 最后 通過(guò) AutoCAD 制圖軟件繪制了其裝配圖及主要零部件圖 通過(guò)這次對(duì)絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合 鍛煉了我的綜合 運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí) 解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力 同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料 設(shè) 計(jì)手冊(cè) 設(shè)計(jì)規(guī)范能力以及其他專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平 而且通過(guò)對(duì)整體的掌控 對(duì)局部的 取舍 以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理 都使我的能力得到了鍛煉 經(jīng)驗(yàn)得到了豐富 并且 意志品質(zhì)力 抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升 當(dāng)然 由于缺乏實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn) 該設(shè)計(jì)還有許多的不足之處 還去老師指教 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 參考文獻(xiàn) 1 黃玉美 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) M 北京 高等教育出版社 2008 2 李圣怡等 精密和超精密機(jī)床設(shè)計(jì)理論與方法 M 長(zhǎng)沙 國(guó)防科技大學(xué)出版社 2009 3 陳建國(guó) 張純亮 電機(jī)與控制 M 西安 西北工業(yè)大學(xué)出版社 2006 4 肖正義 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)與功能發(fā)展動(dòng)態(tài) J 功能部件 2001 9 100 102 5 梅景登 焦杰 滾珠絲杠副綜合導(dǎo)程的微機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)量 J 機(jī)床 1993 12 23 25 6 張曉晶 絲杠滾道型面誤差測(cè)量?jī)x機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 D 南京 南京理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 2009 7 陳非凡 儀器設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ) M 北京 清華大學(xué)出版社 2007 8 王志民 張西勇 歷勇 滾珠絲杠傳動(dòng)使用與發(fā)展 J 機(jī)電工程技術(shù) 2004 33 88 89 9 浦玿邦 王寶光 測(cè)控儀器設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 10 Rober B Northrop 測(cè)量?jī)x表與測(cè)量技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 11 倪育才 幾何量測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)的不確定度評(píng)定 M 北京 中國(guó)計(jì)量出版社 2006 12 杜朝水 絲杠摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 D 南京 南京理工大學(xué)碩士學(xué) 位論文 2007 13 權(quán)義魯?shù)?現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 14 秦樹(shù)人 機(jī)械工程測(cè)試原理與技術(shù) M 重慶 重慶大學(xué)出版社 2002 15 程光仁 施祖康 滾珠螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1987 16 馮虎田等 滾珠絲杠副綜合性能測(cè)量方法與技術(shù) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2011 絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 致 謝 在本文即將結(jié)束之際 請(qǐng)?jiān)试S我對(duì)在這四年的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中給予我支持和鼓 勵(lì)的各位老師和同學(xué)致以深深的感謝 首先 我要感謝我的指導(dǎo)老師 感謝他在我的研究和學(xué)習(xí)過(guò)程中給予我的指導(dǎo) 和幫助 老師深厚的理論素養(yǎng) 淵博的學(xué)識(shí)和誨人不倦的精神使我受益非淺 更重 要的是 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范和對(duì)學(xué)術(shù)問(wèn)題的概括與抽象能力在潛移默化中影響著 我 教育著我 在大學(xué)生活中 老師對(duì)我的言傳身教以及給予我許多無(wú)私的關(guān)心和 幫助 所有這些不僅是我得以順利地完成本文 而且更是使我終身受益 我還要感 謝系里的各位老師 他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)提出諸多良好的建議以及努力方向 使我 得以較快地完成設(shè)計(jì) 其次 我還要特別感謝我的母校 為我提供了一個(gè)先進(jìn)的學(xué)習(xí) 工作環(huán)境 能 讓我順利完成自學(xué)考試的各個(gè)課程 最后 請(qǐng)讓我將這篇學(xué)士學(xué)位論文獻(xiàn)給我的父母親 感謝他們的養(yǎng)育之恩 感 謝他們使我成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人 他們的關(guān)懷 支持和鼓勵(lì)是我所有信念的力 量源泉