齒輪外齒去毛刺機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、三維圖】
齒輪外齒去毛刺機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、三維圖】,含CAD圖紙、三維圖,齒輪,外齒去,毛刺,設(shè)計(jì),CAD,圖紙,三維
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
齒輪外齒去毛刺機(jī)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
VI
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)去毛刺機(jī)的設(shè)計(jì)。在這里主要包括:傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、卡盤裝夾部位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、毛刷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過聯(lián)軸器將需要的動(dòng)力傳遞到絲桿上，絲桿帶動(dòng)絲桿螺母，從而帶動(dòng)整機(jī)運(yùn)動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 去毛刺機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 去毛刺機(jī)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 去毛刺機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：去毛刺機(jī)， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠
Abstract
This design is the design of deburring machine. Here mainly includes: the design of transmission system, chuck clamping part of the system design, the brush system design the graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create the conditions for general mechanical design.
The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, thereby driving the movement, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.
The research of this thesis:
(1) to the overall structure of deburring machine design.
(2) analysis of deburring machine performance.
(3) the choice of motor.
(4) the design of transmission system, execution parts deburring machine.
(5) the design of components for the design calculation and check.
(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.
Keywords: deburring machine, coupling, ball screw
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
1 緒論 1
1.1 課程的研究目的及意義 1
1.1.1 課程背景 1
1.1.2 意義 2
1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2.1 國(guó)內(nèi)去毛刺機(jī)的發(fā)展概況 2
1.2.2 國(guó)外去毛刺機(jī)的發(fā)展概況 3
1.2.3 去毛刺機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3 本課題研究的內(nèi)容及方法 4
1.3.1 主要的研究?jī)?nèi)容 4
1.3.2 設(shè)計(jì)要求 4
2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.1 設(shè)計(jì)概念 6
2.2 設(shè)計(jì)原理 6
3 水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7
3.1 水平進(jìn)給滾珠絲桿副的選擇 8
3.1.1 導(dǎo)程確定 8
3.1.2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 8
3.1.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重 8
3.1.4 確定絲桿的等效負(fù)載 8
3.1.5 確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷 9
3.1.6 精度的選擇 10
3.1.7 選擇滾珠絲桿型號(hào) 10
3.2 校核 10
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 11
3.2.2 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 12
3.2.3 絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 12
3.3 電機(jī)的選擇 13
3.3.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 13
3.3.2 電機(jī)扭矩計(jì)算 14
4 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 16
4.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì) 16
4.1.1 滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理 16
4.1.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn) 16
4.1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整 17
4.1.4 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法 18
4.2 滾珠絲杠的選擇 20
4.2.1 滾珠絲杠的精度 20
4.2.2 滾珠絲杠參數(shù)的計(jì)算 20
4.3 伺服電機(jī)的選擇 24
4.3.1 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 24
4.3.2 負(fù)載慣量的計(jì)算 24
4.3.3 空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 26
4.4 導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 26
4.5 聯(lián)軸器的選擇 27
4.6 軸承的選擇 28
4.7 滾珠絲杠副的安全使用 29
5 卡盤夾持機(jī)構(gòu)及主軸設(shè)計(jì)計(jì)算 31
5.1 電機(jī)的選擇 31
5.2 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 31
5.2.1 同步帶計(jì)算選型 31
5.2.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 34
5.2.3 同步帶的設(shè)計(jì) 36
5.2.4 同步帶輪的設(shè)計(jì) 37
5.3 卡盤的選型設(shè)計(jì) 38
5.4 主軸組件設(shè)計(jì)計(jì)算 39
5.4.1 主軸的材料與熱處理 39
5.4.2 主軸直徑的選擇 40
5.4.3 主軸前后軸承的選擇 41
5.4.4 軸承的選型及校核 42
5.4.5 主軸前端懸伸量 43
5.4.6 主軸支承跨距 44
5.4.7 主軸結(jié)構(gòu)圖 45
5.4.8 主軸的校核 45
5.4.9 軸承壽命校核 48
5.4.10 主軸組件中相關(guān)部件 48
6 毛刷工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 51
6.1 電機(jī)的選型 51
6.2 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 52
6.2.1 同步帶計(jì)算選型 52
6.2.2 同步帶的設(shè)計(jì) 55
6.3 毛刷主軸的設(shè)計(jì) 55
6.3.1 確定毛刷主軸最小直徑 55
6.3.2 求軸上的載荷 56
6.3.3 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 57
6.3.4 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 57
結(jié)論 61
致 謝 62
參考文獻(xiàn) 64
1 緒論
1.1 課程的研究目的及意義
1.1.1 課程背景
毛刺，是指在金屬（包括熱加工和冷加工）切割加工過程中在切削力作用下，產(chǎn)生晶粒剪切滑移、塑性變形使材料擠壓撕裂，導(dǎo)致工件表面過渡處出現(xiàn)各種尖角、毛邊等不規(guī)則的金屬部分。毛刺是金屬切削加工中產(chǎn)生的普遍現(xiàn)象之一，也是金屬切削理論研究中迄今為止尚未解決好的兩大難題（毛刺的生成與控制，切屑的處理與控制）之一。隨著工業(yè)化和自動(dòng)化程度的提高, 當(dāng)今毛刺向微型化、薄型化、復(fù)合化、模塊化和智能化等發(fā)展的趨勢(shì)，在毛刺的各個(gè)門類中都得到了充分的體現(xiàn)，在機(jī)械加工領(lǐng)域,特別是航空、航天、儀器儀表領(lǐng)域中,對(duì)機(jī)械零件制造精度要求的提高和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的微型化,毛刺的危害性尤為明顯,逐漸引起人們的普遍重視, 基于毛刺在日常生活與生產(chǎn)當(dāng)中起著舉足輕重的角色，因此對(duì)于毛刺的檢驗(yàn)也就成了一項(xiàng)很重要的工作，人們也開始對(duì)毛刺的生成機(jī)理及去除方法進(jìn)行研究。
目前,檢測(cè)毛刺及去毛刺技術(shù)已受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視,相繼成立了許多專門研究機(jī)構(gòu),進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。檢測(cè)毛刺去毛刺工藝已由手工作業(yè)向機(jī)械化、自動(dòng)化的方向發(fā)展,去毛刺的工藝方法也在逐年增加。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),1972 年,去除毛刺的方法僅有22種,1975 年增加到30種,1990 年則已達(dá)70 余種,已涉及機(jī)械加工的各個(gè)方面,并不斷有新的去毛刺研究成果問世。隨著中國(guó)加入WTO、改革開放進(jìn)程的加快,產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)會(huì)日益激烈。提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量、增加系統(tǒng)可靠性、降低成本是企業(yè)面臨的唯一選擇;另外,隨著國(guó)家機(jī)電產(chǎn)品出口比率的加大,也為去毛刺的研究和應(yīng)用帶來鍥機(jī)。有跡象表明,歐、美、日本、臺(tái)灣、香港等國(guó)家和地區(qū)的一些企業(yè),考慮或正在我國(guó)大陸設(shè)立光整設(shè)備生產(chǎn)基地和設(shè)置服務(wù)中心,以搶先占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)。國(guó)外已成功研制了用于CNC 數(shù)控機(jī)床上的去毛刺技術(shù),并已投入使用。該項(xiàng)技術(shù)的核心是一套按不同幾何形狀確定的刀具,由刀桿、去毛刺工具和特殊軸承結(jié)構(gòu)三部分組成,具有非常短暫的工作節(jié)拍和很高的去毛刺質(zhì)量。國(guó)內(nèi)研制的由PC控制一組輪刷作為切削工具的半自動(dòng)齒輪端面去毛刺機(jī)床已研制成功并投入使用。以德國(guó)Bosch 公司研制的柔性去毛刺系統(tǒng)FDS( Flexible Deburring) 和包括切屑處理、清洗在內(nèi)的柔性清整系統(tǒng)FFS(Flexible Finishing System) 為代表的高度自動(dòng)化的去毛刺技術(shù)已得到應(yīng)用,這標(biāo)志著去毛刺技術(shù)正向高新技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn)。在美國(guó)的SMC（生產(chǎn)加工工程師學(xué)會(huì)）和ASME（美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)）對(duì)這毛刺檢測(cè)有較深入的研究，但沒有制訂成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
1.1.2 意義
毛刺現(xiàn)象既是一個(gè)簡(jiǎn)單的又是一個(gè)復(fù)雜的問題，隨著工業(yè)化和自動(dòng)化程度的提高,機(jī)械加工領(lǐng)域,特別是航空、航天、儀器儀表領(lǐng)域中,對(duì)機(jī)械零件制造精度要求的提高和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的微型化,毛刺的危害日益明顯，因此，跟蹤世界毛刺科技發(fā)展新動(dòng)向，總結(jié)各國(guó)發(fā)展毛刺科技發(fā)展新舉措，科技發(fā)展新特點(diǎn)，密切關(guān)注毛刺領(lǐng)域的新材料等，對(duì)促進(jìn)我國(guó)毛刺科技的發(fā)展、工件整體水平、推動(dòng)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。在實(shí)際工作中，若去毛刺的方法適當(dāng)，它會(huì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本，否則，不但影響生產(chǎn)效率的提高、產(chǎn)品質(zhì)量好壞，還會(huì)影響產(chǎn)品的成本。具體說：有些產(chǎn)品要求較高，經(jīng)過認(rèn)真去毛刺后由于毛刺較牢固，如果不是經(jīng)過切削加工是很難脫落的；有些高精度產(chǎn)品，特別是安全性能要求特別高，價(jià)值極高的產(chǎn)品，如飛機(jī)、衛(wèi)星等產(chǎn)品就要求徹底消除毛刺，即使非常牢固的毛刺，需要經(jīng)過切削加工也要消除，否則萬一毛刺脫落就會(huì)造成不可估量的損失，隨著技術(shù)的發(fā)展，無論產(chǎn)品種類、規(guī)格、產(chǎn)能和產(chǎn)量、技術(shù)水平都得到很大提高。毛刺是電子科技的重要支撐，是電子設(shè)備、電子信息系統(tǒng)以及武器裝備控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。從的發(fā)展歷程可以看出，電子系統(tǒng)功能的每一次升級(jí)、半導(dǎo)體技術(shù)的每一次創(chuàng)新都會(huì)從產(chǎn)量和性能等方面對(duì)元件提出更高的要求。伴隨著信息化浪潮在世界范圍內(nèi)如火如荼地發(fā)展，毛刺的發(fā)展速度、技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模，不僅直接影響著電子技術(shù)的發(fā)展，而且對(duì)改造傳統(tǒng)行業(yè)，促進(jìn)科技進(jìn)步，提高裝備現(xiàn)代化水平都具有重大意義。因此，毛刺去除與毛刺檢測(cè)對(duì)整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品及機(jī)械工業(yè)有著重要意義。
1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 國(guó)內(nèi)去毛刺機(jī)的發(fā)展概況
目前，國(guó)外許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把數(shù)控去毛刺設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格相對(duì)也有所下降。在近幾年，微電子技術(shù)的快速發(fā)展帶動(dòng)了以PC機(jī)位代表的計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，去毛刺機(jī)設(shè)備也以建立以pc機(jī)為基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)為目標(biāo)，向開放的集成自動(dòng)化方向發(fā)展。為順應(yīng)這一趨勢(shì)，去毛刺數(shù)控系統(tǒng)也由專用的封閉數(shù)控系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展。有些進(jìn)口的去毛刺設(shè)備只需要操作者輸入去毛刺材料、厚度、坡口形式等去毛刺工藝條件他就可自動(dòng)生成去毛刺工藝，并且還可以隨著被焊材料、構(gòu)件的換代，實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程升級(jí)。他們的設(shè)備基本都提供了現(xiàn)場(chǎng)總線接口，是國(guó)外自動(dòng)化去毛刺系統(tǒng)的集成水平顯著提高。在歐美、日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，自動(dòng)化、機(jī)器人去毛刺設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術(shù)、設(shè)備和與之配套并不斷升級(jí)的去毛刺工藝。
1.2.2 國(guó)外去毛刺機(jī)的發(fā)展概況
去毛刺產(chǎn)品中有許多曲線的去毛刺，在我國(guó)一般采用手工去毛刺。手工操作具有一定的優(yōu)勢(shì)，但也，存在著人員管理難、工人培訓(xùn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、去毛刺質(zhì)量難以穩(wěn)定的保持、容易產(chǎn)生夾雜、氣孔等缺陷、去毛刺成本高、生產(chǎn)效率低一系列的問題等。為了克服上述種種弊端，去毛刺科技工作者研究出了多種自動(dòng)化去毛刺設(shè)備，如仿形去毛刺機(jī)，去毛刺機(jī)器人，三維數(shù)控去毛刺機(jī)等。近些年來我國(guó)去毛刺技術(shù)的整體發(fā)展水平比較好，尤其是逆變式焊機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成熟，正在全國(guó)推廣應(yīng)用。波控、智能及自動(dòng)、半自動(dòng)去毛刺技術(shù)快速發(fā)展?？墒潜M管如此，我國(guó)的去毛刺設(shè)備還是不能滿足國(guó)內(nèi)工業(yè)的生產(chǎn)需求。
1.2.3 去毛刺機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品去毛刺結(jié)構(gòu)的研究，20 多年來已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。去毛刺結(jié)構(gòu)已經(jīng)在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床等大型機(jī)床上應(yīng)用以焊代鑄以焊代鍛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)迅速發(fā)展。
在汽車制造工業(yè)方面，隨著我國(guó)汽車產(chǎn)量的不斷增加20世紀(jì)90年代開始從國(guó)外陸續(xù)引進(jìn)先進(jìn)的去毛刺設(shè)備。并在車轉(zhuǎn)動(dòng)軸、剎車蹄片、輪圈以及其他部件的制造過程中普遍采用各種先進(jìn)的去毛刺工藝，提高了去毛刺效率和產(chǎn)品質(zhì)量。去毛刺在船舶、汽車、鍋爐、壓力容器制造行業(yè)中也成為主要的生產(chǎn)工藝手段之一 。目 前，已有多種去毛刺工藝方法獲得各國(guó)船級(jí)社的認(rèn)可而被應(yīng)用于生產(chǎn)。自十一五期間開始進(jìn)行高效去毛刺技術(shù)的探索以來，至今已取得令人欣喜的成績(jī)。
近年來，我國(guó)在大型貯罐去毛刺、球形貯罐去毛刺、鋁鎂合金料倉去毛刺等領(lǐng)域中，已成功地開發(fā)應(yīng)用了自動(dòng)焊或半自動(dòng)焊工藝，如球罐全位置自動(dòng)焊工藝和裝備已在國(guó)內(nèi)開發(fā)成功，它將為進(jìn)一步推動(dòng)去毛刺自動(dòng)化發(fā)揮重要作用。
在當(dāng)前，數(shù)控去毛刺機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)絕大多數(shù)還是依據(jù)具體的情況來設(shè)計(jì)專用去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)數(shù)控去毛刺機(jī)，其運(yùn)動(dòng)特性使特定數(shù)控去毛刺機(jī)僅能適應(yīng)一定的范圍，花費(fèi)成本較大，不利于數(shù)控去毛刺機(jī)的發(fā)展。
很數(shù)移動(dòng)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)還有焊縫跟蹤的功能,其不足之處就是在焊前必須通過人為的方式,幫助數(shù)控去毛刺機(jī)找到合適的位置并且放好，通過人工將數(shù)控去毛刺機(jī)本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的狀態(tài) ,這里所設(shè)計(jì)的移動(dòng)數(shù)控去毛刺機(jī)是有軌移動(dòng)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)，只是現(xiàn)有的移動(dòng)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)技術(shù)在PCB板去毛刺中的應(yīng)用， 還不能滿足要求，而當(dāng)前的移動(dòng)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)技術(shù)有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。也就是說數(shù)控去毛刺機(jī)的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。
未來的發(fā)展趨勢(shì)可分為以下三個(gè)方面：[2]
1 選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤：因?yàn)榕c圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；
2 采用多傳感信息融合技術(shù)以面對(duì)更為復(fù)雜的去毛刺任務(wù)；
3 控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展：這也將是移動(dòng)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)的控制所采用。
1.3 本課題研究的內(nèi)容及方法
1.3.1 主要的研究?jī)?nèi)容
在查閱了國(guó)內(nèi)外大量的有關(guān)去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)設(shè)計(jì)理論及相關(guān)知識(shí)的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)的推廣應(yīng)用，分析確定使用三自由度關(guān)節(jié)型去毛刺數(shù)控去毛刺機(jī)配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化去毛刺的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下:
1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控去毛刺機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定數(shù)控去毛刺機(jī)整體設(shè)計(jì)方案。
2 確定數(shù)控去毛刺機(jī)的性能參數(shù)，對(duì)初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇電機(jī)。
3 從所要功能的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成數(shù)控去毛刺機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核。
1.3.2 設(shè)計(jì)要求
1 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出三維數(shù)控去毛刺機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案；
2 完成三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
3 通過相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成電機(jī)選型；
4 完成三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)的三維造型；繪制三維數(shù)控去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。
62
2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)概念
對(duì)于去毛刺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先我們應(yīng)該了解齒輪毛刺的特點(diǎn)：其次考慮觀察毛刺的設(shè)備，我們有很多種方法可以觀察毛刺，第一種方法是利用激光照射，激光橫掃貫穿孔可以掃描出貫穿齒輪毛刺的形貌；第二種方法是利用超聲波檢測(cè)，利用超聲波在物體中的多種傳播特性，例如反射與折射、衍射與散射、衰減、諧振以及聲速等的變化，可以測(cè)知許多物體的尺寸、表面與內(nèi)部缺陷、組織變化等等；第三種方法是利用攝像頭進(jìn)行拍攝，而利用波不易觀察，設(shè)備較為昂貴。找出它們的位置，以觀察毛刺是否全部去除通過X、Z向電機(jī)帶動(dòng)各向滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而使工作臺(tái)在各向?qū)к壣弦苿?dòng)以調(diào)節(jié)工作臺(tái)在空間的位置，由此可確定毛刺的位置。
本文采用的是利用主軸帶動(dòng)毛刷，通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行去毛刺操作
2.2 設(shè)計(jì)原理
數(shù)控去毛刺機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足一下幾個(gè)條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，為了使工件與去毛刺點(diǎn)保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)要求的去毛刺點(diǎn)，去選擇合適的定位機(jī)構(gòu)。再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度 除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到去毛刺槍在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可能會(huì)發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對(duì)于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍。
X軸和Z軸采用絲杠傳動(dòng)：X軸 電動(dòng)機(jī)—聯(lián)軸器—滾珠絲杠
Z軸 電動(dòng)機(jī)—聯(lián)軸器—滾珠絲杠
3 水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì)
表3.1 滾珠絲桿副支承
支承方式
簡(jiǎn)圖
特點(diǎn)
一端固定一端自由
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。
一端固定一端游動(dòng)
需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長(zhǎng)度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會(huì)受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高。可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的場(chǎng)合。
3.1 水平進(jìn)給滾珠絲桿副的選擇
滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個(gè)機(jī)構(gòu)。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動(dòng)體，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)滾珠滾動(dòng)。
設(shè)水平進(jìn)給最大行程為200mm, 兩側(cè)各留10mm的安全距離.最快進(jìn)給速度為18m/min, 絲杠等組件大概質(zhì)量為50kg,工作臺(tái)大概質(zhì)量為80kg,移動(dòng)部件大概質(zhì)量為30kg
3.1.1 導(dǎo)程確定
電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動(dòng)比i=1, 選擇電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為
取Ph=12mm
3.1.2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速
基本公式
最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
絲桿的等效轉(zhuǎn)速
式中取故
3.1.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重
絲杠等組件重量
工作臺(tái)重量
移動(dòng)部件重量
3.1.4 確定絲桿的等效負(fù)載
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，）
3.1.5 確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷
fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負(fù)載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計(jì)算得Car=17300N
表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw
3.1.6 精度的選擇
滾珠絲杠副的精度對(duì)電氣機(jī)床的定位精度會(huì)有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度是最明顯的。一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定絲杠的任意300行程變動(dòng)量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗(yàn)算中確定。選用滾珠絲杠的精度等級(jí)絲軸為1～3級(jí)（1級(jí)精度最高），考慮到本設(shè)計(jì)的定位精度要求及其經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸精度等級(jí)為3級(jí)
3.1.7 選擇滾珠絲桿型號(hào)
計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=12mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器，雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號(hào)為FFZD4010—3。
公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑d1=39.5mm 鋼球直徑dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數(shù)=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度kc=973N/μm
3.2 校核
滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動(dòng)固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計(jì)算而定。
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證
絲桿的支撐方式對(duì)絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負(fù)荷按下列計(jì)算：
式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2）
LO-------最大受壓長(zhǎng)度（m）
K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3
Fmax-------最大軸向工作負(fù)荷（N）
f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1
I=絲桿最小截面慣性距（m4）
式中do--------是絲桿公稱直徑（mm）
dw------------滾珠直徑（mm），
絲桿螺紋不封閉長(zhǎng)度Lu=工作臺(tái)最大行程+螺母長(zhǎng)度+兩端余量
Lu=300+148+20X2=488mm
支撐距離LO應(yīng)該大于絲桿螺紋部分長(zhǎng)度Lu，選取LO=620mm
代入上式計(jì)算得出Fca=5.8X108N
可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。
3.2.2 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證
滾珠絲杠副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速：
式中：A------絲桿最小截面：A=
-------絲杠內(nèi)徑，單位；
P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m)
--------臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm
----------安全系數(shù)，可取=0.8
fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡(jiǎn)支方式時(shí)取18.9
經(jīng)過計(jì)算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
3.2.3 絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率
絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計(jì)算公式
式中 A——絲杠最小橫截面，；
螺母座剛度KH=1000N/μm。
當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。
經(jīng)計(jì)算得：
式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；
KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm
Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)；
KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；
KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。
經(jīng)計(jì)算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。
3.3 電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無累計(jì)誤差、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，再者還要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。
3.3.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
a、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm
L—長(zhǎng)度=1m
P—鋼的密度=7800
經(jīng)計(jì)算得
b、水平進(jìn)給直線運(yùn)動(dòng)件向絲桿折算的慣量
上式中：M—質(zhì)量 水平進(jìn)給直線運(yùn)動(dòng)件M=160kg
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
經(jīng)計(jì)算得
c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
查表得
因此
3.3.2 電機(jī)扭矩計(jì)算
a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩
上式中：
J=0.0028kg/m2
ta—加速時(shí)間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s
經(jīng)計(jì)算得
b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩
上式中：F0—導(dǎo)軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0.02，F(xiàn)0=Mgf=32N
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
η—傳動(dòng)效率，η=0.90
I—傳動(dòng)比，I=1
經(jīng)計(jì)算得
c、折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩
上式中P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500N
η0—滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率為0.9
經(jīng)計(jì)算的T0=0.05N·M
則快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的最大扭矩
根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7。
4 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)
進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)工作臺(tái)絲杠傳動(dòng)。在數(shù)控工作臺(tái)上的絲杠傳動(dòng)，可以用普通的絲杠傳動(dòng)，也還有應(yīng)用滾珠絲杠來轉(zhuǎn)動(dòng)。原因是普通絲杠傳動(dòng)摩，但總是不太穩(wěn)定。
所以要擦系數(shù)大，效率低，傳動(dòng)中有間隙。雖然傳動(dòng)中的間隙可以用一些辦法來補(bǔ)償，修正采用滾珠絲杠傳動(dòng)。
滾珠絲杠傳動(dòng)都使用防護(hù)罩，以防止空氣中的塵土和其它雜物等進(jìn)入。
滾珠絲杠和滾珠螺母組成滾珠絲杠螺母副，它是把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)－角位移，變換成數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的的直線位移。
滾珠絲杠螺母副，也簡(jiǎn)稱為滾珠絲杠副，是一種新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是在絲杠和螺母的螺旋槽之間裝有滾珠，以此作為中間元件的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4.1.1 滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理
絲杠和螺母上都有圓弧形的螺旋槽,這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來就形成螺旋線的滾道,在滾道內(nèi)裝有許多滾珠.當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí),滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng),因此絲杠與螺母之間滾道的摩擦為滾動(dòng)摩擦.為防止?jié)L珠從螺母中吊出來,在螺母的螺旋槽兩端應(yīng)用擋住器擋住,并設(shè)有回路滾道是他的兩端連接起來.使?jié)L珠從滾道的一端滾出后,沿著這個(gè)回路滾道從新返回到滾道的另一端,可以循環(huán)進(jìn)行不斷地滾動(dòng)。
4.1.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn)
滾珠絲杠副的優(yōu)點(diǎn)是:傳動(dòng)效率高,因?yàn)樗菨L動(dòng)摩擦,傳動(dòng)效率可達(dá)0.92~0.96,比普通的絲杠傳動(dòng)提高3~4倍.由此帶來了一系列的優(yōu)點(diǎn),如功率損耗小,傳動(dòng)平穩(wěn),磨損小,無爬行現(xiàn)象等等.除此而外還有兩個(gè)特點(diǎn),一是:一般的絲杠傳動(dòng)總是有間隙,而滾珠絲杠可以消除間隙,所以當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)反向時(shí),可以沒有空程,提高了反向的定位精度,,也增強(qiáng)了傳動(dòng)剛度.二是:一般的絲杠傳動(dòng)只能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),而滾珠絲杠副由于傳動(dòng)的摩擦系數(shù)小,所以既能把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪\(yùn)動(dòng),具有傳動(dòng)的可逆性,因此可以作為主動(dòng)件,也可以作為從動(dòng)件.
它也有缺點(diǎn),主要是元件的精度要求高,光潔度要求也高,所以制造工藝很復(fù)雜,成本也高.對(duì)于絲杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困難,也限制了使用.
又由于傳動(dòng)的可逆性,所以不能自鎖,當(dāng)應(yīng)用在垂直傳動(dòng)裝置時(shí),由于自重和慣性的關(guān)系,在下降過程中不能立刻停止,因此還需要備有制動(dòng)裝置.
4.1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整
滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)盡管在形式上有很多類型，但其主要區(qū)別是在螺紋滾到的型面形狀，滾珠循環(huán)的方式，軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法等三個(gè)方面。
（1）螺紋滾道型面的形狀
螺紋滾道型面的形狀有很多種，目前國(guó)內(nèi)正式投產(chǎn)的，僅有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖所示。滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)法線與絲杠軸線的垂線之間的夾角，稱為接觸角（）。
（a）單圓弧 (b) 雙圓弧
圖4.1 滾珠絲杠副螺紋滾道型面的截形
（2）單圓弧型面
一般滾道的圓弧半徑要比滾柱的半徑稍大一些。對(duì)于單圓弧型面的螺紋滾道，接觸角是隨著軸向負(fù)載大小而變化的，當(dāng)軸向負(fù)載為零時(shí)，接觸角也為零；當(dāng)負(fù)載逐漸增大，接觸角也逐漸增大。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)接觸角增大時(shí)，傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力都隨之增大。
（3）雙圓弧型面
雙圓弧型面螺紋滾道的接觸角是不變的。在偏心距（e）決定后，滾珠與滾道的圓弧角接處，會(huì)有很小的空隙。這些空隙雖然能容納一些臟物，但不至于堵塞，反而對(duì)滾柱的滾動(dòng)有利。從傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力等要求出發(fā)，接觸角大一些好，但接觸角過大制造就會(huì)困難。一般接觸角為，滾道的圓弧半徑也同樣比滾柱的半徑稍大一些。
滾珠的循環(huán)方式
目前國(guó)內(nèi)常用的滾珠循環(huán)方式由外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。
（1）外循環(huán)方式
如圖所示為外循環(huán)方式，滾柱在循環(huán)過程中與絲杠脫離接觸，通過外面的循環(huán)回路稱為外循環(huán)（W系列）。這種外循環(huán)是直接在螺母的外圓上銑出螺旋槽，用擋珠器從螺母內(nèi)部切斷螺紋滾道，擋珠滾珠的去路，迫使?jié)L珠導(dǎo)入通向外圓螺旋槽中，構(gòu)成了外面的旋環(huán)回路。外循環(huán)的結(jié)構(gòu)和制造較為簡(jiǎn)單容易，因此應(yīng)用較廣，他可以制成單列或式雙列兩種的結(jié)構(gòu)形式。
（2）內(nèi)循環(huán)方式
滾柱在循環(huán)過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)（N系列），如圖所示。這種內(nèi)循環(huán)是在螺母外側(cè)孔中裝了一個(gè)接通相鄰滾道的反向器，借助這個(gè)反向器迫使?jié)L珠翻過絲杠的牙頂，而進(jìn)入相鄰的滾道。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副回路短，工作滾珠數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，流暢性好，摩擦磨損小，傳動(dòng)效率高，軸向剛度和承載能力都較高，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但制造困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不及外循環(huán)方式應(yīng)用的廣泛。
圖4.2 外循環(huán)的滾珠絲杠 圖4.3 內(nèi)循環(huán)的滾珠絲杠
4.1.4 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法
對(duì)于滾珠絲杠副，除了單一方向的進(jìn)給傳動(dòng)精度有一定的要求外，對(duì)它的軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證反向傳動(dòng)的精度。要把軸向間隙完全消除，也是相當(dāng)困難的。通常采用雙螺母，并加預(yù)緊力的方法來消除其軸向間隙。雙螺母經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后，能基本上消除軸向間隙。單螺母的滾珠絲杠副是不能調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊力的，其軸向間隙只能依靠滾珠絲杠副本的精度和安裝時(shí)絲杠和螺母的連接精度來保證。
雙螺母加預(yù)緊力消除軸向間隙必須注意兩點(diǎn)，一是：通過預(yù)緊后產(chǎn)生的力，可促使預(yù)拉變形，以減少?gòu)椥宰冃嗡鸬奈灰?。但預(yù)緊力不能太大，否則會(huì)使驅(qū)動(dòng)力矩增大，傳動(dòng)效率反而降低，使用壽命也隨之縮短。二是：軸向間隙的消除，不能忽視絲杠的安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的軸向間隙，應(yīng)同時(shí)調(diào)整是它減少到最小。目前常用的雙螺母預(yù)緊力調(diào)整方法有下面三種。
（1）墊片調(diào)隙式
如圖所示為墊片調(diào)隙式，一般用螺釘來連接滾珠絲杠上的兩個(gè)螺母的凸緣處，在中間加墊片。墊片的厚度是螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。
這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，裝拆方便。但缺點(diǎn)是調(diào)整很費(fèi)時(shí)，在工作狀態(tài)下不能隨意調(diào)整，因?yàn)橐鼡Q不同厚度的墊片才能消除間隙，所以是用于一般精度的機(jī)構(gòu)中使用。
（2）螺紋調(diào)隙式
如圖所示為螺紋調(diào)隙式。它是一個(gè)螺母的外端有凸緣，而另一個(gè)螺母的外端沒有凸緣，車有螺紋，它伸出在套筒外，并用兩個(gè)圓螺母調(diào)整好間隙后，再用一圓螺母鎖緊螺母鎖緊就可以了。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，所以應(yīng)用廣泛，但調(diào)整的位移量不太精確。
圖4.4 墊片調(diào)隙式 圖4.5螺紋調(diào)隙式
（3）齒差調(diào)隙式
如圖所示為齒差調(diào)隙式。它是在兩個(gè)螺母的凸緣上各有圓齒輪2，兩者的齒數(shù)值相差一個(gè)齒，裝入內(nèi)齒圓3中，內(nèi)齒圓3是用螺釘1和定位銷4固定在套筒5上的。調(diào)整是先取下內(nèi)齒圓3，轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱齒輪2，在兩個(gè)滾柱螺母相對(duì)于滾筒5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使兩個(gè)螺母相互產(chǎn)生角位移，這樣滾柱螺母對(duì)于滾珠絲杠的螺旋滾道也相對(duì)移動(dòng)是兩個(gè)螺母中的滾柱分別貼近在螺旋滾到的兩個(gè)相反的側(cè)面上。消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力后，把內(nèi)齒圓3套上用定位銷4固定。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是調(diào)整精確可靠，定位精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅在高精度的數(shù)控機(jī)床有所應(yīng)用。
1——螺釘； 2——圓柱齒輪； 3——內(nèi)齒圓；
4——定位銷； 5——套筒。
圖4-6 齒差調(diào)隙式
4.2 滾珠絲杠的選擇
4.2.1 滾珠絲杠的精度
查閱滾珠絲杠的樣本選擇絲杠精度為5級(jí)精度等級(jí)，有初步設(shè)計(jì)現(xiàn)設(shè)絲杠效行程350 mm，行程偏差允許達(dá)到30μm。
4.2.2 滾珠絲杠參數(shù)的計(jì)算
（1）最大工作載荷的計(jì)算
絲杠的最大載荷為工作時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。設(shè)最大進(jìn)給力=5000N，導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量約為500㎏，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.04，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）
（N） (4.1)
絲杠最大載荷是：
5000＋196＝5196（N） (4.2)
平均載荷是：
=×=≈3529（N） (4.3)
（2）當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算
滾珠絲杠副類型的選擇主要是根據(jù)導(dǎo)程和動(dòng)載荷兩個(gè)參數(shù),其選擇的原則為:①滾珠絲杠的靜載荷Coa不能大于額定靜載荷Coam,即Coa≤Coam;②滾珠絲杠的動(dòng)載荷Ca不能大于額定動(dòng)載荷Cam,即Ca≤Cam。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速2000 r/min
絲杠最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為0.5m/min，故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min，可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=1000r/min。絲杠使用壽命T=15000h，故絲杠的工作壽命
==675（r） (4.4)
當(dāng)量動(dòng)載荷值： (4.5)
式中： ——載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊取1-1.2，一般情況取1.2-1.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)取1.5-2.5；
——精度影響系數(shù)，對(duì)1、2、3級(jí)精度的滾珠絲杠取=1.0，對(duì)4、5級(jí)精度的絲杠取=0.9。
根據(jù)要求去=1.5，=0.9，代入數(shù)據(jù)得
≈51.59（KN） (4.6)
根據(jù)計(jì)算所得最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查滾珠絲杠樣本，選擇FF4010-5型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器雙螺母對(duì)旋預(yù)緊滾珠絲杠副，其公稱直徑為40mm，導(dǎo)程為10mm，循環(huán)滾珠為5圈×2列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為55600N，大于最大計(jì)算動(dòng)載荷=51590N，符合設(shè)計(jì)要求。
表4.1 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)
名 稱
符 號(hào)
計(jì)算公式和結(jié)果
公稱直徑（mm）
40
螺距(mm)
P
10
接觸角
鋼球直徑(mm)
7.144
螺紋滾道法面半徑(mm)
偏心距(mm)
0.009
螺紋升角(mm)
=
絲杠外徑(mm)
39.5
絲杠底徑(mm)
34.3
螺桿接觸直徑(mm)
32.87
（3）傳動(dòng)效率的計(jì)算
將公稱直徑=40mm，導(dǎo)程=10mm，代入λ=arctan[]，的絲杠螺旋升角λ=。將摩擦角，代入=，得傳動(dòng)效率=93.7%。
（4）剛度的驗(yàn)算
本傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。固定端采用一對(duì)面對(duì)面角接觸球軸承和一個(gè)角接觸球軸承，另一端也采用角接觸球軸承，這種安裝適應(yīng)于較高精度、中等載荷的絲杠。
滾珠絲杠螺母的剛度的驗(yàn)算可以用接觸量來校核。
a、滾珠絲杠滾道間的接觸變
根據(jù)公式Z=，求得單圈滾珠數(shù)Z=22，改型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為5×2，代入公式圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=220。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力=1732（N）。查相關(guān)公式得滾珠絲杠與螺紋滾道間接觸變形
(4.7)
式中=51590N。代入數(shù)據(jù)得；
==0.013(mm)
因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取=0.0065mm。
b、絲杠在工作載荷作用下的抗壓變形
絲杠采用的是兩端都為角接觸球軸承，軸承的中心距a=720mm，鋼的彈性模量E=,由表2.1中可知，滾珠直徑=7.144mm，絲杠底徑=34.3mm，則絲杠的截面積： =1540.6()
根據(jù)公式代入數(shù)據(jù)得：
=0.018(mm)
C、總的變形
==0.0065+0.018=0.0245mm,絲杠的有效行程為600， 絲杠在有效行程500—400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到30μm,，可見絲杠剛度足夠。
（5）穩(wěn)定性的驗(yàn)算
(4.8)
公式中取支撐系數(shù)=2，
由絲杠底徑=43.3mm求的截面慣性矩=188957.7()，壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝），滾珠螺母至軸向固定處的距離取最大值1200mm，代入公式得：
=181129.6(㎏)
則f=181129.6N大于=51590N，故不會(huì)失穩(wěn)，滿足使用要求。
（6）臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算
對(duì)于滾珠絲杠還有可能發(fā)生共振，需要驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，設(shè)不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速。
查資料得公式 ：
(4.9)
為絲杠支承方式系數(shù)（一端固定，一端游動(dòng)）
代入數(shù)據(jù)得：4397(r/min),臨界速度遠(yuǎn)大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會(huì)發(fā)生共振。
（7）滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定
由以上驗(yàn)算可以知道，絲杠型號(hào)為FF4010—5，完全符合所需要求，故確定選用該型號(hào)，安裝尺寸查表可知。
（8）絲杠支承的選擇
滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求。其兩端支承的配置情況為軸向固定方式。本次設(shè)計(jì)絲杠支承選用一端固定，另一端浮動(dòng)。
4.3 伺服電機(jī)的選擇
4.3.1 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)以下公式計(jì)算，即
(4.10)
從前面的計(jì)算可以知道，最大載荷N，絲杠導(dǎo)程=10mm=0.01m，預(yù)緊力=N，根據(jù)計(jì)算的滾珠螺母絲杠的機(jī)械效率=0.947，因?yàn)闈L珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩：
（N·m） (4.11)
查手冊(cè)得單個(gè)軸承的摩擦力矩為0.32N·m，故一對(duì)軸承的摩擦力矩=0.64N·m。簡(jiǎn)支端軸承步預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計(jì)。伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠直接相連，其傳動(dòng)比=1，則最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩：
(N·m)
所選的伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于此值。
4.3.2 負(fù)載慣量的計(jì)算
伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。
負(fù)載慣量可以按一下次序計(jì)算。立柱與主軸箱的質(zhì)量為500㎏，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量可按下式計(jì)算，
(kg·㎡) (3.14)
絲杠名義直徑=50mm=0.05m，長(zhǎng)度L=1.2m絲杠材料（鋼）的密度ρ=7.8㎏·。根據(jù)公式計(jì)算絲杠加在電動(dòng)機(jī)軸上的慣量
(㎏·㎡) (4.12)
聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊(cè)得到，即(㎏·㎡)
故負(fù)載總的慣量為
(㎏·㎡)
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。通常要求不小于，但也不是越大越好。因越大，總的慣量就越大，加速度性能受影響。為了保證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏的，將采用轉(zhuǎn)矩較大的伺服電動(dòng)機(jī)和它的伺服控制系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)資料的推薦，匹配條件為：
(4.13)
則所選交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.0092—0.036㎏·㎡范圍之內(nèi)。
根據(jù)上述計(jì)算可選用表3.2中的交流伺服電機(jī)α22/3000i型，其額定轉(zhuǎn)矩為22N·m，最高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.012㎏·㎡。
表4.2 FANUCα(HV)i系列交流伺服電機(jī)
型號(hào)
α1/ 5000i
α2/ 5000i
α4/ 4000i
α8/ 3000i
α12/ 3000i
α22/3000i
輸出功率/kw
0.5
0.75
1.4
1.6
3
4
額定轉(zhuǎn)矩(N·m)
1
2
4
8
12
22
最高轉(zhuǎn)速
5000
5000
4000
3000
3000
3000
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(㎏·㎡)
0.00031
0.00053
0.0014
0.0026
0.0026
0.012
質(zhì)量㎏
3
4
8
12
18
29
伺服放大器規(guī)格
20i
20i
20i
40i
80i
80i
4.3.3 空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算
當(dāng)執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動(dòng)（快速）速度時(shí)，所需要的空載加速轉(zhuǎn)矩按下式求，
(4.14)
空載加速時(shí)，主要克服的是慣性，選用的α22/3000i型交流伺服電動(dòng)機(jī),總慣量
0.0120+0.0092=0.0212(㎏·㎡)
加速度時(shí)間通常取的3~4倍，故=(3~4)=(3~4)×6=18~24(ms)，則
(N·m)
4.4 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
根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:
選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為:HJG-D25
基本參數(shù)如下:
表4.3 額定靜載荷初選導(dǎo)軌
額定載荷/N
靜態(tài)力矩/N*M
滑座重量
導(dǎo)軌重量
導(dǎo)軌長(zhǎng)度
動(dòng)載荷
靜載荷
L
(mm)
17500
26000
198
198
288
0.60
3.1
760
滑座個(gè)數(shù)
單向行程長(zhǎng)度
每分鐘往復(fù)次數(shù)
M
4
0.6
4
導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N
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)軌的工作壽命Ln：
額定行程長(zhǎng)度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
4.5 聯(lián)軸器的選擇
金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器是由各種片狀、圓柱狀、卷板狀等形狀的金屬?gòu)椈?，利用金屬?gòu)椈傻娜跣宰冃我赃_(dá)到補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移 和減振、緩沖功能，構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)、性能的撓性聯(lián)軸器。金屬?gòu)椥栽确墙饘購(gòu)椥栽?qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，傳遞載荷能力大，,適用于高溫工況，彈性模最大且穩(wěn)定。
如圖3.5所示膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片（不銹鋼薄板）用螺栓交錯(cuò)地與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸呂靠膜片的彈性變形來補(bǔ)償報(bào)聯(lián)兩軸的相對(duì)位移，是一種高性能的金屬弱性元件撓性聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)較緊湊，強(qiáng)度高，不用潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響，具有耐酸、耐堿、防腐蝕的特點(diǎn)，適用于高速、高溫、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動(dòng)，廣泛用于各種機(jī)械裝置的軸系傳動(dòng) 。
圖4.7 DJM5金屬膜片撓性聯(lián)軸器
4.6 軸承的選擇
滾珠絲杠中經(jīng)常使用的滾動(dòng)軸承有以下兩類。
（1）接觸角為的角接觸球軸承
這是目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的滾珠絲杠軸承，這種軸承可以組合配置。一種為面對(duì)面方式，另一種為背靠背組合方式。這兩種方式都可承受雙向軸向推力，還有一種是通向組合方式，其承受能力較高，但只承受一個(gè)方向的軸向力，同向組合時(shí)的額定動(dòng)載荷等于單個(gè)軸承的乘下列系數(shù)：2個(gè)為1.40;3個(gè)為2.16；4個(gè)為2.64。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，而且采用面對(duì)面組合方式時(shí)兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離a比背對(duì)背的小，故容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用的較多。
（2）滾針—推力圓柱滾子組合軸承
外圈與箱體固定不轉(zhuǎn)，內(nèi)圈和隔套內(nèi)圈隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滾針承受徑向載荷，圓柱滾子分別承受兩個(gè)方向的軸向載荷，修磨隔套內(nèi)圈的寬度可調(diào)整軸承的軸向預(yù)緊量。
本次設(shè)計(jì)選用角接觸球軸承，根據(jù)軸的直徑選用型號(hào)為表3.3中的7009 GB/T 292—1994。
表4.4 角接觸球軸承
4.7 滾珠絲杠副的安全使用
4.7.1 潤(rùn)滑
為使?jié)L珠絲杠副充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤(rùn)滑，潤(rùn)滑的方式主要有以下兩種：
1．潤(rùn)滑脂
潤(rùn)滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1／3，滾珠絲杠副出廠時(shí)在螺母內(nèi)部已經(jīng)加注GB7324—942#鋰基潤(rùn)滑脂。
2．潤(rùn)滑油
運(yùn)動(dòng)粘度28．5—74cst(400T)的潤(rùn)滑油，給油量隨使用條件等的不同而有所變化。
4.7.2 防塵
滾珠絲杠與滾動(dòng)軸承一樣，如果污物及
收藏