3233 盤絲車床切入進給機構機構設計

3233 盤絲車床切入進給機構機構設計,車床,切入,進給,機構,設計 寧XX 大學畢 業(yè) 設 計 (論 文 )盤絲車床切入進給機構機構設計 所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日2摘 要盤絲車床用于加工三爪自定心卡盤的零件-盤絲,包括車平面螺紋、端面和鏜孔等。該機床采用床身長度方向與主軸軸心線垂直的布局，有兩個刀架。本文設計主要設計的切入進給機構機構，該進給機構主要用于上面。切入進給機構機構設計中需滿足，可帶動上拖板作切入運動，切入運動結束時絲杠須停轉，當到達切入行程終點時，上拖板應退回原位。本文主要完成確定了切入進給機構總體設計方案, 進給機構由液壓系統控制，帶動活塞運動，通過齒條，帶動齒輪，使絲杠轉動，通過絲杠螺母副，把旋轉運動轉為直線運動，實現進給。對主要的零件設計進行設計計算,如齒輪齒條機構、滾珠絲杠機構、棘輪棘爪、搖桿、箱體等零部件的設計。關鍵詞：盤絲車床，盤絲，平面車削3AbstractThreading lathe used for processing of three claw chuck parts - plate wire, including car plane thread, facing and boring. The machine adopts the bed length direction and the axis of spindle vertical layout, with two knife.In this paper the design of the main design entry feeding mechanism, the feeding mechanism is mainly used for the turret top. Design of cutting feed mechanism design needs to meet, can drive the upper carriage for cutting motion, starting at the end of the screw motion must stop, when arriving at the entry end of stroke, upper carriage should return in situ.This paper mainly completes the identified entry feed mechanism design, feeding mechanism is controlled by a hydraulic system, drive the piston, through the rack drives the gear, screw rod to rotate, so that, through the leading screw nut pair, the rotary motion into linear motion, realized the feed. On the main parts design calculation, such as gear and rack mechanism, the ball screw mechanism, a ratchet pawl, rocker, box and other parts of the design.Key Words: Threading lathe，plate wire，flat turning4目 錄摘 要.........................................................................................................................................3Abstract.......................................................................................................................................4目 錄.........................................................................................................................................5第 1 章 緒論...............................................................................................................................71.1 車床簡介 .......................................................................................................................71.2 數控車床的概念 ..........................................................................................................71.3 車床的組成與各部件的安裝注意事項 .......................................................................81.4 盤絲車床 ......................................................................................................................91.5 本文主要研究內容和任務 ........................................................................................10第 2 章 切入進給機構總體設計.............................................................................................102.1 液壓系統設計 ............................................................................................................112.1.1 液壓傳動部分設計 ..........................................................................................112.2 盤絲車床的切入進給機構方案設計 .........................................................................112.2.1 切入進給機構方案設計 .................................................................................112.2.2 切入進給機構方案擬定 ..................................................................................12第 3 章 切入進給機構工作原理.............................................................................................13第 4 章 切入進給機構各零件設計.........................................................................................144.1 齒條和齒輪設計計算 ................................................................................................144.2 蝸輪蝸桿副的設計計算 ............................................................................................164.3 滾珠絲杠副的設計 ....................................................................................................204.3.1 滾珠絲杠的特點 ..............................................................................................214.3.2 滾珠絲杠副結構 .............................................................................................224.3.3 滾珠絲杠副的種類 ..........................................................................................224.3.4 滾珠絲杠副精度 ..............................................................................................234.3.5 滾珠絲杠副性能 .............................................................................................234.3.6 導軌副設計與計算 .........................................................................................254.3.7 滾珠絲杠副設計與計算 ..................................................................................2654.3.8 棘輪機構設計 .................................................................................................294.3.9 棘爪零件設計 .................................................................................................304.3.10 手動進給搖桿的設計 ...................................................................................304.3.11 進給箱體的設計 ...........................................................................................31總 結.........................................................................................................................................32參考文獻...................................................................................................................................33致 謝.....................................................................................................................................346第 1 章 緒論1.1 車床簡介車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。銑床和鉆床等旋轉加工的機械都是從車床引伸出來的。在我國香港等地也有人叫旋床。1.2 數控車床的概念機床是人類進行生產勞動的重要工具，也是社會生產力發(fā)展水平的重要標志。 普通機床經歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術、計算機技術及自動化，精密機械與測量等技術的發(fā)展與綜合應用，生產了機電一體化的新型機床一一數控機床。數控機床一經使用就顯示出了它獨特的優(yōu)越性和強大生命力，使原來不能解決的許多問題，找到了科學解決的途徑。 數控機床是一種通過數字信息，控制機床按給定的運動軌跡， 進行自動加工的機電一體化的加工裝備，經過半個世紀的發(fā)展，數控機床已是現代制造業(yè)的重要標志之一，在我國制造業(yè)中，數控機床的應用也越來越廣泛，是一個 企業(yè)綜合實力的體現。 數控車床是數字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的萬能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點于一身，是國內使用量最大，覆蓋面 最廣的一種數控機床。要學好數控車床理論和操作，就必須勤學苦練，從平面幾何，三角函數，機械制圖，普通車床的工藝和操作等方面打好基礎。 因此，必須首先具有普通車工工藝學知識然后才能從掌握人工控制轉移到數字控制方面來，另一方面，若沒有學好有關數學、電工學、公差與配合及機械制造等深內容，要學好數控原 理和程序編制等，也會感到十分困難。熟悉零件工藝要求，正確處理工藝問題。7由于數控機床加工的特殊性，要求數控機床加工工人既是操作者，又是程序員，同時 具備初級技術人員的某些素質，因此，操作者必須熟悉被加工零件的各項工藝（技術）要求，如加工路線，刀具及其幾何參數，切削用量，尺寸及形狀位置公差。只 有熟悉了各項工藝要求，并對出現的問題正確進行處理后，才能減少工作盲目性，保證整個加工工作圓滿完成。1.3 車床的組成與各部件的安裝注意事項1. 數控車床的刀具 （1）對刀具的要求 數控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削深度、較大進給速度地加工，要求粗車刀具強 度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時間和方便對刀，應可能多地采用機夾刀。 數控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。在使用刀具壽命管理時，刀片耐用度的設定原則是以該批刀片中耐用度最低的刀片作為依據 的。在這種情況下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均壽命更重要。 （2）數控車床的刀具 數控車削用的車刀一般分為三類，即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。以直線形切削刃為特征的車 刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖 (同時也為其刀位點)由直線形的主、副切削刃構成，如 90?內、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽(斷)車刀及刀尖倒棱 很小的各種外圓和內孔車刀。用這類車刀加工零件時，其零件的輪廓形狀主要由一個獨立的刀尖或一條直線型主切削刃位移后得到，它與另兩類車刀加工時所得到零 件輪廓形狀的原理是截然不同的。 圓弧形車刀是較為特殊的數控加工用車刀。其特征是，構成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪 廓度誤差很小的圓弧；該圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上；車刀圓弧半徑理論上與被加工零件的形狀無關，并 可按需要靈活確定或測定后確認。當某些尖形車刀或成型車刀 (如螺紋車刀) 的刀尖具有一定的圓弧形狀時，也可作為這類車刀使用。圓弧形車刀可以用于車削內、 外表面，特別適宜于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。 成型車刀俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。8數控車削加工 中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀，當確有必要選用時則應在工藝準備文件或加工程 序單上進行詳細說明。 為了適應數控機床自動化加工的需要 (如刀具的對刀或預調、自動換刀或轉刀、自動檢測及管理工作等)，并不斷提高產品的加工質量和生產效率，節(jié)省刀具費用， 應多使用模塊化和標準化刀具。 2. 數控車床的卡盤 液壓卡盤是數控車削加工時夾緊工件的重要附件，對一般回轉類零件可采用普通液壓卡盤；對零件被夾持部位不是圓柱形的零件，則需要采用專用卡盤；用棒料直接加工零件時需要采用彈簧卡盤。 4. 數控車床的尾座 對軸向尺寸和徑向尺寸的比值較大的零件，需要采用安裝在液壓尾架上的活頂尖對零件尾端進行支撐，才能保證對零件進行正確的加工。尾架有普通液壓尾架和可編程液壓尾座。 4. 數控車床的刀架 刀架是數控車床非常重要的部件。數控車床根據其功能，刀架上可安裝的刀具數量—般為 8 把、10 把、12 把或 16 把，有些數控車床可以安裝更多的刀具。 刀架的結構形式一般為回轉式，刀具沿圓周方向安裝在刀架上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鉆頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數數控 車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。 托輥數控車床可以配備兩種刀架： （1）專用刀架 由車床生產廠商自己開發(fā)，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的優(yōu)點是制造成本低，但缺乏通用性。 （2）通用刀架 根據一定的通用標準而生產的刀架，數控車床生產廠商可以根據數控車床的功能要求進行選擇配置。 5. 數控車床的銑削動力頭 托輥數控車床刀架上安裝銑削動力頭可以大大擴展數控車床的加工能力。1.4 盤絲車床盤絲車床用于加工三爪自定心卡盤的零件-盤絲,包括車平面螺紋、端面和鏜孔等。9該機床采用床身長度方向與主軸軸心線垂直的布局，有兩個刀架。其中左刀架為車絲刀架，右刀架為鏜孔、車端面刀架。工件用液壓卡盤夾緊；車絲刀架運動循環(huán)由液壓控制。1.5 本文主要研究內容和任務1、切入進給機構機構設計中需滿足，可帶動上拖板作切入運動，切入運動結束時絲杠須停轉，當到達切入行程終點時，上拖板應退回原位。2、刀架還應具備手動進給功能。第 2 章 切入進給機構總體設計液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車） 、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。該機床的車絲刀架的運動循環(huán)是由液壓控制的。車絲刀架橫向讓刀和進刀運動是用油缸傳動帶曲線槽的滑板及從動滾子實現的；切入運動由油缸中活塞齒條，進扇形齒輪和棘輪機構，傳動絲杠獲得，使絲杠復位靠油缸驅動。機床進給系統總示意圖：10圖 2-1 進給系統示意圖刀架是車床的重要組成部分，用于夾持切削用的刀具，因此其結構直接影響到車床的切削性能和切削效率。而切入進給機構機構正是實現刀架前進后退的重要組成部分.2.1 液壓系統設計液壓系統成功而又廣泛使用的秘密在于它的通用性和易操作性，液壓動力傳遞不會像機械運動那樣受機械幾何形體的制約，為提高生產率，優(yōu)化自動化生產，液壓系統成為了自動化的重要組成部分。2.1.1 液壓傳動部分設計機床的液壓傳動機床的車絲刀架的運動循環(huán)是由液壓控制的。如圖所示：11圖 2-2 液壓控制示意圖車絲刀架橫向讓刀和進刀運動是用油缸傳動帶曲線槽的滑板及從動滾子實現的；切入運動由油缸中活塞齒條，進扇形齒輪和棘輪機構，傳動絲杠獲得，使絲杠復位靠油缸驅動。液壓閥控制油缸，驅動活塞齒條運動，通過齒輪齒條機構，將活塞的直線運動轉換為齒輪的旋轉運動，該機構中，將齒輪設計成扇形齒輪，目的是帶動后面的棘輪棘爪機構，使絲杠獲得間隙的傳動，最后通過絲杠螺母副，將旋轉運動轉換為直線運動，實現刀架的進給。當刀架進給到其終點的時候，通過觸動微電開關，控制液壓閥，驅動活塞齒條運動，通過齒輪齒條機構實現快速退刀。2.2 盤絲車床的切入進給機構方案設計2.2.1 切入進給機構方案設計一般來說，機床的切入進給機構主要有以下幾種：1，液壓（或氣動）驅動的活塞齒條齒輪切入進給機構這種由液動機驅動的切入進給機構調速范圍大、緩沖制動容易，轉位速度可調，運動平穩(wěn)，結構尺寸較小，制造容易，因而應用較廣泛。而轉位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來調整。也有采用氣動的，氣動的優(yōu)點是結構簡單，速度可調，但運動不平穩(wěn)，有沖擊，結構尺寸大，驅動力小。故一般多用于非金屬切削的自動化機械和自動線的切入進給機構中。2，圓柱凸輪步進式切入進給機構這種切入進給機構依靠凸輪輪廓強制作轉位運動，運動規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起=輪廓，從動回轉盤（相當于體）端面有多個柱銷，銷子數量與工位數相等。當圓柱凸輪按固定的旋轉方向運動時，有的柱銷會進入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開始驅動回轉盤轉位，與此同時有的圓柱銷會與凸輪輪廓脫離，當柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段時，即使凸輪繼續(xù)旋轉，回轉盤也不會轉動，即完成了一次刀盤分度轉位動作。如此反復下去，就能實現多次的換刀操作。由于凸輪是一個兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以當凸輪正反轉進均可帶動刀盤正反兩個方向的旋轉。這種切入進給機構轉位速度高、精度較低，運動特性可以自由設計選取但制造較困難、成本較高、結構尺寸較大。這種切入進給12機構可以通過控制系統中的邏輯電路或 PC 程序來自動選擇回轉方向，以縮短轉位輔助時間。3，伺服電機驅動的轉位隨著現代技術的發(fā)展，可以采用直流（或交流）伺服電機驅動蝸桿、蝸輪（消除間隙）實現轉位，轉位的速度和角位移均可通過半閉環(huán)反饋進行精確控制加以實現，因而這種切入進給機構轉位速度可以進行精確控制、精度高，結構簡單、實現容易。所以在現代數控機床中被廣泛采用[6]。2.2.2 切入進給機構方案擬定為了把旋轉運動變?yōu)橹本€運動，常采用絲杠螺母機構、齒輪齒條機構、蝸桿齒條機構以及凸輪杠桿機構等。在需要周期進給時，常采用棘輪棘爪機構。進給機構由液壓系統控制，帶動活塞運動，通過齒條，帶動齒輪，使絲杠轉動，通過絲杠螺母副，把旋轉運動轉為直線運動，實現進給。第 3 章 切入進給機構工作原理該部分設計參考切入進給機構結構圖。13圖 4-3 進給機構機構圖當壓力油接通油缸時，活塞齒條向左移動，通過齒輪齒條機構，帶動裝有棘爪的扇形齒輪旋轉，則由棘爪、棘輪。使絲杠旋轉，則絲杠通過絲杠螺母機構帶動上拖板作切入運動。切入運動結束時，油缸接油箱，活塞在彈簧作用下，使扇形齒輪復位，棘爪在棘輪上打滑，絲杠停轉。轉動旋鈕，經蝸桿副轉動護板，則可改變活塞左移一次時棘輪轉動的角度，從而調整切入量。按下按鈕，壓下杠桿，使棘爪抬起和棘輪脫開，然后再轉動手柄，使絲杠旋轉，刀架得到手動進給。絲杠順時針轉動時，擋鐵由固定擋板限位；逆時針轉動時，由活動擋塊限位。調整擋塊的位置，便可改變絲杠的轉角而調整切入行程。轉動螺母，細齒牙嵌式離合器在套中的彈簧作用下而脫開，再轉動手柄，就可調整切入行程終點的位置。調整完畢，擰緊螺母，使細齒牙嵌式離合器接合。切入行程終點時，擋鐵碰微動開關，壓力油進入復位油缸，帶齒條的活塞向右移動，經齒輪使齒輪使絲杠反轉，則上拖板退回原為，以便加工下一個工件。當車絲刀架縱向走刀完畢時，壓力油進入油缸的左腔推動活塞，經活塞剛帶動讓刀滑板右移。由滑板上的曲線槽經滾子、銷子帶動上拖板作橫向讓刀運動。讓刀行程為 10 毫米。彈簧用于消除絲杠與螺母之間的間隙。刀架上一次安裝精車、半精車、次粗車、粗車、倒角等五把車刀，相鄰兩車刀的中心距離等于被加工的螺距；精車刀切削刃寬度等于被加工螺紋槽寬減去磨削余量。14第 4 章 切入進給機構各零件設計4.1 齒條和齒輪設計計算齒輪齒條的傳動計算齒輪與齒條傳動特點齒輪作回轉運動，齒條作直線運動，齒條可以看作一個齒數無窮多的齒輪的一部分，這時齒輪的各圓均變?yōu)橹本€，作為齒廓曲線的漸開線也變?yōu)橹本€。齒條直線的速度與齒輪分度圓直徑 、轉速 之間的關系為vdnv=(/)60ms?式中 d——齒輪分度圓直徑， ；——齒輪轉速， 。ninr其嚙合線 與齒輪的基圓相切 ，由于齒條的基圓為無窮大，所以嚙合線與齒條基12N1N圓的切點 在無窮遠處。齒輪與齒條嚙合時，不論是否標準安裝（齒輪與齒條標準安裝即為齒輪的分度圓與齒條的分度圓相切） ，其嚙合角 恒等于齒輪分度圓壓力角 ，也等于齒條的齒形角；齒'??輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合。只是在非標準安裝時，齒條的節(jié)線與分度線不再重合。齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等，齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側直線的垂直距離，即 。cossbPm??齒輪與齒條的實際嚙合線為 ，即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線 的交點 及12B12N2B之間的長度。1B15齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算齒輪與齒條傳動的尺寸計算見表表 齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算項目名稱 計算公式及代號 轉 齒輪齒條數90?值轉 齒輪齒條數180?值齒輪齒數 1z48 32模數 m2m2m螺旋角 ?0? 0?壓力角 ?齒頂高系數*ah1 1基本齒廓頂隙系數*C0.25 0.25齒輪變位系數 1x0.418 0.418齒輪 b10m10m尺寬齒條 230 30齒條長度 L75 300主要幾何參數計算項目名稱 計算公式及代號 轉齒輪齒條數值 轉齒輪齒條數值齒輪分度圓直徑 1cosdmz??96m64m16齒輪 ??*11ahxm??2.836 2.836 m齒頂高齒條 22 2齒輪 *1()fac?1.664 1.664齒根高齒條 2fh??2.5 2.5齒輪齒高齒條af 4.5m4.5 m齒輪中心到齒條中心距12dHx??4.5 4.5齒距 npm?6.238 6.238 m齒條齒數 20.5nLz??12 32齒條的主要特點：（1） 由于齒條齒廓為直線，所以齒廓上各點具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾斜角，此角稱為齒形角，標準值為 20°。（2） 與齒頂線平行的任一條直線上具有相同的齒距和模數。（3） 與齒頂線平行且齒厚等于齒槽寬的直線稱為分度線（中線），它是計算齒條尺寸的基準線。4.2 蝸輪蝸桿副的設計計算設計的普通圓柱蝸桿傳動比為 ，傳動反向，工作載荷穩(wěn)定，但有不大的沖1260i?擊，要求設計壽命為 。0hL?對蝸輪蝸桿的設計計算如下；(1).選擇蝸桿傳動類型根據 的推薦，采用漸開線蝸桿（ ） 。/1089GBT?ZI(2).選擇材料根據庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 40-45 HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒10ZCuSnP17圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。(3).按齒面接觸疲勞強度進行設計根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。??232EHZaKT?????????1) 確定作用在蝸輪上的轉矩按 ，估取效率 ，則1Z?0.8??= = =2T6129.5/Pni?60.389.514/Nm?A936.1m?2) 確定載荷系數 K因為工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數為 ；由西北工業(yè)大學機械原理K??及機械零件教研室編著的《機械設計》教材表 11-5 選取使用系數 ；由于轉速1.5A?不高，沖擊不大，可取動載系數 ；則1.05V?=AK??.2??3) 確定彈性影響系數 EZ因選用的是鑄錫青銅輪和鋼蝸桿相配，故 。1260EaZMP?4) 確定接觸系數 ?先假設蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 a 的比值 ，從圖 11-18 中可查得1d1/.35d= 。Z?2.95) 確定許用接觸應力 ??H?根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度10ZCuSnP45HRC，?可從表 11-7 中查得蝸輪的基本許用應力為 。??'268HaMP??應力循環(huán)次數 72140601.0hNjnL???壽命系數 78.91.HK?則 ???'0.426850.NHaMP???A186) 計算中心距23160.91.298.73.58a m??????????取中心距 a=80mm，因 故從表 11-2 中取模數為 m=2mm，蝸桿分度圓直徑60,i?。這時 ，從圖 11-18 中可查得接觸系數 ，因135.dm?1/5./.4d?'2.70Z??為 ，因此以上計算的結果可用。'270Z???(2) 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸1) 蝸桿 軸向齒距 3.1426.8apmm????直徑系數 1/5/7qd齒頂圓直徑 *2.39.5aah??齒根圓直徑 1()21f c?????分度圓導程角 1 0tn/tn(/7.).zq??蝸桿軸向齒厚 3.42asmm??圖 2.3 蝸桿的結構圖1) 蝸輪 蝸輪齒數 ；變位系數 26z?20.15x?驗算傳動比 ，這時傳動比誤差為 ，是允許的。12i 6.3.%??蝸輪分度圓直徑 214dmzm?蝸輪喉圓直徑 *2()(10.25)8.aahxm??????蝸輪齒根圓直 *2 15.f c???蝸輪咽喉母圓半徑 2180.57gard19圖 2.4 蝸輪的結構圖(4) 校核齒根彎曲疲勞強度??21.53FFaFKTYdm?????當量齒數 23362.9cos.vzr?根據 ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數 。20.15x?26.9z 2.5FaY?螺旋角系數 0.10.741Y???許用彎曲應力 ??'FFNK?A從表 11-8 中查得由 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力1ZCuSnP??'56FaMP??壽命系數 6970.5.FN????531.4aMP?1.2869.25076.5F aP??彎曲強度滿足要求。(6) 精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從 GB/T10089—1988 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級精度，側隙種類為 f，標注為 8f GB/T10089—1988。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略 [9]。204.3 滾珠絲杠副的設計滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。早在 19 世紀末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但很長一段時間未能實際應用，因制造難度太大。世界上第一個使用滾珠絲杠副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉向機構上。1940 年，美國開始成批生產用于汽車轉向機構的滾珠絲杠副，1943 年，滾珠絲杠副開始用于飛機上。精密螺紋磨床的出現使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產生了較大的飛躍，隨著數控機床和各種自動化設備的發(fā)展，促進了滾珠絲杠副的研究和生產。從 50 年代開始，在工業(yè)發(fā)達的國家中，滾珠絲杠副生產廠家如雨后春筍般迅速出現，例如：美國的 WARNER-BEAVER 公司、GM-SAGINAW 公司；英國的 ROTAX 公司；日本的 NSK 公司、TSUBAKI 公司等。我國早在 50 年代末期開始研制用于程控機床、數控機床的滾珠絲杠副。40 多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點，被廣泛應用于機械、航天、航空、核工業(yè)等領域?，F在，滾珠絲杠副已成為機械傳動與定位的首選部件。由于滾珠絲杠副的使用不斷普及，使用領域不斷擴大，對滾珠絲杠副的要求也越來越多，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠遠滿足不了使用要求，如航天航空領域、小型精密測試裝置、電子儀器以及半導體裝置等基本上都需要公稱直徑 d0≤12mm，導程Ph=0.5～2.5 mm 的微型滾珠絲杠副。日本 NSK 公司已開發(fā)出公稱直徑 d0=4mm，導21程 Ph=0.5mm 的世界最小導程微型滾珠絲杠副。半導體插件裝置、小型機器人等需要微型大導程滾珠絲杠副，以滿足高速驅動要求。隨著機械產品向高速、高效、自動化方向發(fā)展，工業(yè)機器人、數控鍛壓機械、加工中心以及機電一體化自動機械等，其進給驅動速度不斷提高，大導程滾珠絲杠副的出現，滿足了高速化的要求。日本 NSK 公司已開發(fā)出公稱直徑×導程為：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm 、25mm×80mm 超大導程滾珠絲杠副，快速進給速度達 180m/min。4.3.1 滾珠絲杠的特點1、與滑動絲杠副相比驅動力矩為 1/3由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下，即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。2、高精度的保證采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、軸向間隙可調整得很小，也能輕便地傳動。若加入適當的預緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更佳的剛性，在承載時減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達到更高的精度。3、微進給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現滑動運動那樣的爬行現象，能保證實現精確的微進給。3、 無側隙、剛性高滾珠絲杠副可以加予壓，由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性（滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母22部的剛性增強）。5、高速進給可能滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現高速進給(運動)。6、高可靠性與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。7、高耐用性鋼球滾動接觸處均經硬化（HRC58 ～63）處理，并經精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。4.3.2 滾珠絲杠副結構滾珠絲杠副的結構傳統分為內循環(huán)結構(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結構( 以插管為代表) 兩種。這兩種結構也是最常用的結構。這兩種結構性能沒有本質區(qū)別，只是內循環(huán)結構安裝連接尺寸??；外循環(huán)結構安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結構已有 10 多種，但比較常用的主要有：內循環(huán)結構；外循環(huán)結構；端蓋結構；蓋板結構。內循環(huán)結構反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結構?，F在，最好的反向器結構為橢圓形內通道結構，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環(huán)結構，因此，消除了絲杠齒頂倒角誤差給滾珠反向帶來的影響。但由于制造工藝較復雜，影響了這種結構的推廣。234.3.3 滾珠絲杠副的種類現國內外文獻上對滾珠絲杠副還沒有統一的分類，但各國一般是按以下原則進行分類的：普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑 d0=16～100mm，導程 Ph=4～20mm，螺旋升角 φ＜9°。微型滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≤12mm 的滾珠絲杠副。對于導程 Ph≤3mm 的滾珠絲杠副稱為微型小導程滾珠絲杠副，螺旋升角 φ＞9°的滾珠絲杠副稱為微型大導程滾珠絲杠副。大導程滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥16mm，螺旋升角 17°≥φ＞9 °或導程d0≤Ph ≤d0 的滾珠絲杠副，對于螺旋升角 φ＞17°稱為超大導程滾珠絲杠副。重型滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥125mm 的滾珠絲杠副。4.3.4 滾珠絲杠副精度過去，為了獲得高的定位精度，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來實現，因此，對滾珠絲杠的導程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來困難，使?jié)L珠絲杠副的生產成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過數控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達到。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們掌握了數控補償技術，因而，不需要很高精度的滾珠絲杠副，也能獲得高的定位精度。為了適應數控補償技術的要求，國際標準 ISO3408-3-1992 以及部頒標準 JB3162.2-92 都對滾珠絲杠副的行程變動量作了要求，如有效行程內行程變動量、任意 300mm 行程內行程變動量、2π 弧度內行程變動量。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化。為數控誤差補償創(chuàng)造條件。4.3.5 滾珠絲杠副性能隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機械產品能實現高的定位精度且能平穩(wěn)運行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運轉平穩(wěn)，無阻滯現象。滾珠絲杠副運轉是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預緊轉矩的變動量，不同轉速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運動的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預24緊轉矩也不相同。國際標準 ISO3408－3－1992 以及部頒標準 JB3162.2－92 規(guī)定了在轉速為 100r/min 時，滾珠絲杠副預緊轉矩的允差。由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長不一致，絲杠、螺母的導程誤差，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動態(tài)預緊轉矩在絲杠螺紋全長上是不恒定的，這直接影響驅動系統的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預緊轉矩變動量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標。近幾年來，人們對滾珠絲杠副的預緊轉矩變動量的大小開始重視起來，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線，現在也開始重視滾珠絲杠副預緊轉矩的曲線。因為有了這兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來。為了滿足上述要求，北京機床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測量儀和預緊轉矩測量儀。應用現代化的測量手段和高精度的傳感器，在測量過程中能實時顯示行程誤差曲線和預緊轉矩曲線，并打印出完整的測量報告，為衡量滾珠絲杠副的總成質量，提供了可靠的檢測手段。隨著數控機床的發(fā)展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標，對于高速驅動與定位部件，國外已有直線電動機問世，開始用于加工中心，快速進給速度達到 160m/min以上，加速度達 4g 以上，向滾珠絲杠副提出嚴峻的挑戰(zhàn)。但由于直線電動機存在價格昂貴、控制系統復雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強磁對人身危害以及發(fā)熱等缺點，在近一段時間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現在高速驅動的最優(yōu)先選擇，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達到高速驅動目的，設計時在提高電動機轉速(電動機最高轉速可達 4000r/min)的同時，使用大導程滾珠絲杠副，導程可達 32mm。如日本馬扎克公司在 FF660 機床上使用滾珠絲杠副，機床快速移動速度達90m/min，加速度達 1.5g。 滾珠絲杠副在高速驅動時主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產生的。要解決上述問題首先應從滾珠絲杠副的結構設計開始，對存25在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理的工藝流程，提高產品的內在質量；選取適當的滾珠絲杠副預緊轉矩；減小滾珠絲杠副的預緊轉矩的變動量，使?jié)L珠絲杠副適應高速驅動的要求。世界主要滾珠絲杠生產制造商：日本黑田精工(KURODA)滾珠絲杠，日本 THK 滾珠絲杠、臺灣上銀 HIWIN 滾珠絲杠、臺灣 ABBA 滾珠絲杠、韓國 SBC 滾珠絲杠、日本 NSK 滾珠絲杠等。4.3.6 導軌副設計與計算根據給定的工作載荷 Fz 和估算的 Wx 和 Wy 計算導軌的靜安全系數 fSL=C0/P，式中：C0 為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~4.0(一般運行狀況)，4.0~5.0（運動時受沖擊、振動） 。根據計算結果查有關資料初選導軌：因系統受中等沖擊,因此取 4.0sLf?,, ,0.5()OSLXYZfPFW??xYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26CfP413.94.?根據計算額定靜載荷初選導軌:選擇漢機江機床廠 HJG-D 系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25基本參數如下:額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量導軌重量導軌長度動載荷 aC靜載荷 oATBCTgK/gmL(mm)17500 26000 198 198 288 0.60 4.1 760滑座個數 單向行程長度 每分鐘往復次數M Sl n4 0.6 426導軌的額定動載荷 N1750aC?依據使用速度 v（m/min ）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽aC命 Ln：額定行程長度壽命:()HTCaWffSFTK?2045MF1,,.81,,oTWCHRdffffK??3 310.817502()5()4209.58HTCaWffSF km??導軌的額定工作時間壽命: 3102SoTHln??3 310249.58104971506SoTln hTh? ????導軌的工作壽命足夠.4.3.7 滾珠絲杠副設計與計算初選絲杠材質：CrWMn 鋼，HRC58~60，導程： l0=5mm（1） 強度計算絲杠軸向力： (N))(,,maxyxzyxWFfKF??其中： K=1.15，滾動導軌摩擦系數 f=0.003~0005；在車床車削外圓時：F x=(0.1~0.6)Fz，F y=(0.15~0.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，F y=0.6Fz計算。取 f=0.004, 則:40Z?maxX.5.21061..(67.58)104.642YZNF N????27壽命值： ，其中絲杠轉速 (r/min)610nTL?0maxlvn?max06524/i103hvnrlL???最大動載荷： FfLQWH3式中： fW為載荷系數，中等沖擊時為 1.2~1.5； fH為硬度系數，HRC≥58 時為 1.0。查表得中等沖擊時 則:1.2,ff?360.4568709.5.4XY NQ??根據使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據最大動載荷的數值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM 系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。其基本參數如下:28其額定動載荷為 14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙yQ螺母螺紋預緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數的計算如下表名稱 計算公式 結果公稱直徑 0d―― 20mm螺距 t ―― ５mm接觸角 ?―― 045鋼球直徑 bd―― 4.175mm螺紋滾道法向半徑 R0.52bd?1.651mm偏心距 e()sine???0.04489mm螺紋升角 ?0tarcgd??0'43螺桿外徑 d0(.2~5)bd?19.365mm螺桿內徑 11eR??16.788mm螺桿接觸直徑 220cosb?17.755mm螺母螺紋外徑 Dd?24.212mm螺母內徑（外循環(huán)） 10(.~5)bd?20.7mm（2） 傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為： )(?????tg式中： φ =10’，為摩擦角； γ 為絲杠螺旋升角。 0'''43()(1)0.96ggt tt????????（3） 穩(wěn)定性驗算絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。29（4） 剛度驗算滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為： (cm)ESFll01???Y 向所受牽引力大,故用 Y 向參數計算60622 21.5615.80.241.5.(/)3.40FNlcmECMSRL????????絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差 Δ 為E 級精06 4110.5. 2.102.[]l um????????度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。304.3.8 棘輪機構設計在許多機器中，除廣泛采用常用機構外，還經常用到其他類型的一些機構，如各類間歇運動機構。本次設計中選用棘輪機構來實現絲杠的間歇運動實現進給。棘輪機構的設計： 棘輪機構的結構簡單、制造方便、運動可靠；而且棘輪軸每次轉過角度的大小可以在較大的范圍內調節(jié)，這些都是它的優(yōu)點。棘輪機構常用于各種設備中，以實現進給、轉位或分度的功能。本課題中，選擇棘輪機構，來使得絲杠做間歇轉動，從而實現橫向間歇進給。通過改變棘輪每次轉過的角度的大小，可以改變絲杠轉動的速度，從而改變進給量。棘輪機構的設計要點：在設計棘輪機構時，為了保證棘輪機構工作的可靠性，在工作行程，棘爪應能順利地滑入齒底。即棘齒的切斜角應大于摩擦角。本次設計的棘輪零件圖，如圖 3-4 所示：圖 3-4 棘輪4.3.9 棘爪零件設計圖 3-5 棘爪314.3.10 手動進給搖桿的設計本課題任務中，進給機構需能夠實現手動進給，故設計了手動進給搖桿，搖桿與手柄間采用螺紋連接。如圖：圖 3-6 進給搖桿4.3.11 進給箱體的設計初步定下箱體長 380mm，寬 300mm，高 400mm。具有齒輪齒條部分，箱體需要有通孔。具體設計如下圖所示：32圖 3-7 箱體總 結本次課題是盤絲車床切入進給機構進行的設計，在設計中得到老師耐心的指導和同學的熱心幫助才使得這次畢業(yè)設計能夠完滿完成，同時也鞏固了我所學的知識，作為大學四年的最后的一次作業(yè)，自始至終我都用心的去完成，并從中學到了不少的知識。在能力培養(yǎng)方面也基本達到了預期的目的，即不但培養(yǎng)了我綜合應用專業(yè)基礎知識來解決實際工程問題的能力，而且還使我初步樹立了很強的工作責任感。在設計中我們小組緊密配合，雖是共同設計一臺數控車床，但各有分工。這就為我們的創(chuàng)新思維留足了廣闊的自由空間，在追求統一的前提下充分發(fā)揮自己的想象力。講求團隊合作精神，這一課題的設置符合高等院校辦學精神，同時也符合現代企業(yè)的擇人準則。獨立思考、廣泛討論是獲取新知識的有效捷徑這一思想正在被越來越多的人所接受,必盡這是我們邁向工程實際的第一步，也是最為關鍵的一步。相信經過這次訓練后，無論是在以后的工作還是學習中，必定能使我們少走彎路。33參考文獻[1]馮辛安主編.機械制造裝備設計.北京：機械工業(yè)出版社，19991.0[2]盛伯浩主編.機床的現狀與發(fā)展.北京：機械工業(yè)出版社，2005.1.[3]王愛玲，白恩遠等編著.現代數控機床.北京：國防工業(yè)出版社，2004.4[4]關穎主編，數控車床.沈陽：遼寧科學技術出版社，2005.1[5] 盛曉敏，鄧朝暉.先進制造技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002[6] 謝紅.數控機床機器人機械系統設計指導[M].上海：同濟大學出版社，2004，8[7]高葉玲主編.數控機床的結構與傳動.北京：國防工業(yè)出版社，1977.7[8]孫恒，陳作模主編.機械原理.北京：高等教育出版社，2000.8[