盤絲車床切入進給機構(gòu)機構(gòu)設(shè)計

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寧XX大學 畢業(yè)設(shè)計(論文) 盤絲車床切入進給機構(gòu)機構(gòu)設(shè)計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 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(shè)計主要設(shè)計的切入進給機構(gòu)機構(gòu)，該進給機構(gòu)主要用于上面。切入進給機構(gòu)機構(gòu)設(shè)計中需滿足，可帶動上拖板作切入運動，切入運動結(jié)束時絲杠須停轉(zhuǎn)，當?shù)竭_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(gòu)總體設(shè)計方案, 進給機構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，帶動活塞運動，通過齒條，帶動齒輪，使絲杠轉(zhuǎn)動，通過絲杠螺母副，把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為直線運動，實現(xiàn)進給。對主要的零件設(shè)計進行設(shè)計計算,如齒輪齒條機構(gòu)、滾珠絲杠機構(gòu)、棘輪棘爪、搖桿、箱體等零部件的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：盤絲車床，盤絲，平面車削 33 Abstract Threading 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 turning 目 錄 摘 要 3 Abstract 4 目 錄 5 第1章 緒論 7 1.1車床簡介 7 1.2 數(shù)控車床的概念 7 1.3車床的組成與各部件的安裝注意事項 8 1.4 盤絲車床 9 1.5 本文主要研究內(nèi)容和任務(wù) 10 第2章 切入進給機構(gòu)總體設(shè)計 10 2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計 11 2.1.1液壓傳動部分設(shè)計 11 2.2盤絲車床的切入進給機構(gòu)方案設(shè)計 11 2.2.1 切入進給機構(gòu)方案設(shè)計 11 2.2.2切入進給機構(gòu)方案擬定 12 第3章 切入進給機構(gòu)工作原理 13 第4章 切入進給機構(gòu)各零件設(shè)計 14 4.1 齒條和齒輪設(shè)計計算 14 4.2 蝸輪蝸桿副的設(shè)計計算 16 4.3 滾珠絲杠副的設(shè)計 20 4.3.1滾珠絲杠的特點 21 4.3.2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 22 4.3.3滾珠絲杠副的種類 22 4.3.4滾珠絲杠副精度 23 4.3.5 滾珠絲杠副性能 23 4.3.6 導軌副設(shè)計與計算 25 4.3.7滾珠絲杠副設(shè)計與計算 26 4.3.8 棘輪機構(gòu)設(shè)計 29 4.3.9 棘爪零件設(shè)計 30 4.3.10 手動進給搖桿的設(shè)計 30 4.3.11 進給箱體的設(shè)計 31 總 結(jié) 32 參考文獻 33 致 謝 34 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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)控車床的概念 機床是人類進行生產(chǎn)勞動的重要工具，也是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。 普通機床經(jīng)歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)及自動化，精密機械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應用，生產(chǎn)了機電一體化的新型機床一一數(shù)控機床。數(shù)控機床一經(jīng)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(shù)控機床是一種通過數(shù)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(jīng)過半個世紀的發(fā)展，數(shù)控機床已是現(xiàn)代制造業(yè)的重要標志之一，在我國制造業(yè)中，數(shù)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(xiàn)。 數(shù)控車床是數(shù)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(nèi)使用量最大，覆蓋面 最廣的一種數(shù)控機床。要學好數(shù)控車床理論和操作，就必須勤學苦練，從平面幾何，三角函數(shù)，機械制圖，普通車床的工藝和操作等方面打好基礎(chǔ)。 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(zhuǎn)移到數(shù)字控制方面來，另一方面，若沒有學好有關(guān)數(shù)學、電工學、公差與配合及機械制造等深內(nèi)容，要學好數(shù)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。由于數(shù)控機床加工的特殊性，要求數(shù)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(shù)人員的某些素質(zhì)，因此，操作者必須熟悉被加工零件的各項工藝（技術(shù)）要求，如加工路線，刀具及其幾何參數(shù)，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(xiàn)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(shù)控車床的刀具 （1）對刀具的要求 數(shù)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(shù)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(shè)定原則是以該批刀片中耐用度最低的刀片作為依據(jù) 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(shù)控車床的刀具 數(shù)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(gòu)成，如90?內(nèi)、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(nèi)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(shù)控加工用車刀。其特征是，構(gòu)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?。辉搱A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(guān)，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(nèi)、 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。數(shù)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(shù)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(shù)控機床自動化加工的需要(如刀具的對刀或預調(diào)、自動換刀或轉(zhuǎn)刀、自動檢測及管理工作等)，并不斷提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)省刀具費用， 應多使用模塊化和標準化刀具。 2. 數(shù)控車床的卡盤 液壓卡盤是數(shù)控車削加工時夾緊工件的重要附件，對一般回轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)控車床的刀架 刀架是數(shù)控車床非常重要的部件。數(shù)控車床根據(jù)其功能，刀架上可安裝的刀具數(shù)量—般為8把、10 把、12把或16把，有些數(shù)控車床可以安裝更多的刀具。 刀架的結(jié)構(gòu)形式一般為回轉(zhuǎn)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(shù)數(shù)控 車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。 托輥數(shù)控車床可以配備兩種刀架： （1）專用刀架 由車床生產(chǎn)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(jù)一定的通用標準而生產(chǎn)的刀架，數(shù)控車床生產(chǎn)廠商可以根據(jù)數(shù)控車床的功能要求進行選擇配置。 5. 數(shù)控車床的銑削動力頭 托輥數(shù)控車床刀架上安裝銑削動力頭可以大大擴展數(shù)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。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(nèi)容和任務(wù) 1、切入進給機構(gòu)機構(gòu)設(shè)計中需滿足，可帶動上拖板作切入運動，切入運動結(jié)束時絲杠須停轉(zhuǎn)，當?shù)竭_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(gòu)總體設(shè)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(nóng)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(diào)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(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)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(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉(zhuǎn)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(xiàn)的；切入運動由油缸中活塞齒條，進扇形齒輪和棘輪機構(gòu)，傳動絲杠獲得，使絲杠復位靠油缸驅(qū)動。 機床進給系統(tǒng)總示意圖： 圖 2-1 進給系統(tǒng)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(jié)構(gòu)直接影響到車床的切削性能和切削效率。而切入進給機構(gòu)機構(gòu)正是實現(xiàn)刀架前進后退的重要組成部分. 2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計 液壓系統(tǒng)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(chǎn)率，優(yōu)化自動化生產(chǎn)，液壓系統(tǒng)成為了自動化的重要組成部分。 2.1.1液壓傳動部分設(shè)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： 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(xiàn)的；切入運動由油缸中活塞齒條，進扇形齒輪和棘輪機構(gòu)，傳動絲杠獲得，使絲杠復位靠油缸驅(qū)動。 液壓閥控制油缸，驅(qū)動活塞齒條運動，通過齒輪齒條機構(gòu)，將活塞的直線運動轉(zhuǎn)換為齒輪的旋轉(zhuǎn)運動，該機構(gòu)中，將齒輪設(shè)計成扇形齒輪，目的是帶動后面的棘輪棘爪機構(gòu)，使絲杠獲得間隙的傳動，最后通過絲杠螺母副，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，實現(xiàn)刀架的進給。 當?shù)都苓M給到其終點的時候，通過觸動微電開關(guān)，控制液壓閥，驅(qū)動活塞齒條運動，通過齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)快速退刀。 2.2盤絲車床的切入進給機構(gòu)方案設(shè)計 2.2.1 切入進給機構(gòu)方案設(shè)計 一般來說，機床的切入進給機構(gòu)主要有以下幾種： 1，液壓（或氣動）驅(qū)動的活塞齒條齒輪切入進給機構(gòu) 這種由液動機驅(qū)動的切入進給機構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應用較廣泛。而轉(zhuǎn)位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來調(diào)整。也有采用氣動的，氣動的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，速度可調(diào)，但運動不平穩(wěn)，有沖擊，結(jié)構(gòu)尺寸大，驅(qū)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(gòu)中。 2，圓柱凸輪步進式切入進給機構(gòu) 這種切入進給機構(gòu)依靠凸輪輪廓強制作轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤（相當于體）端面有多個柱銷，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。當圓柱凸輪按固定的旋轉(zhuǎn)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(qū)動回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)盤也不會轉(zhuǎn)動，即完成了一次刀盤分度轉(zhuǎn)位動作。如此反復下去，就能實現(xiàn)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(zhuǎn)進均可帶動刀盤正反兩個方向的旋轉(zhuǎn)。這種切入進給機構(gòu)轉(zhuǎn)位速度高、精度較低，運動特性可以自由設(shè)計選取但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。這種切入進給機構(gòu)可以通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PC程序來自動選擇回轉(zhuǎn)方向，以縮短轉(zhuǎn)位輔助時間。 3，伺服電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)位 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可以采用直流（或交流）伺服電機驅(qū)動蝸桿、蝸輪（消除間隙）實現(xiàn)轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)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(xiàn)，因而這種切入進給機構(gòu)轉(zhuǎn)位速度可以進行精確控制、精度高，結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)容易。所以在現(xiàn)代數(shù)控機床中被廣泛采用[6]。 2.2.2切入進給機構(gòu)方案擬定 為了把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，常采用絲杠螺母機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)、蝸桿齒條機構(gòu)以及凸輪杠桿機構(gòu)等。在需要周期進給時，常采用棘輪棘爪機構(gòu)。 進給機構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，帶動活塞運動，通過齒條，帶動齒輪，使絲杠轉(zhuǎn)動，通過絲杠螺母副，把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為直線運動，實現(xiàn)進給。 第3章 切入進給機構(gòu)工作原理 該部分設(shè)計參考切入進給機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。 圖 4-3 進給機構(gòu)機構(gòu)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(gòu)，帶動裝有棘爪的扇形齒輪旋轉(zhuǎn)，則由棘爪、棘輪。使絲杠旋轉(zhuǎn)，則絲杠通過絲杠螺母機構(gòu)帶動上拖板作切入運動。切入運動結(jié)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(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)動旋鈕，經(jīng)蝸桿副轉(zhuǎn)動護板，則可改變活塞左移一次時棘輪轉(zhuǎn)動的角度，從而調(diào)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(zhuǎn)動手柄，使絲杠旋轉(zhuǎn)，刀架得到手動進給。 絲杠順時針轉(zhuǎn)動時，擋鐵由固定擋板限位；逆時針轉(zhuǎn)動時，由活動擋塊限位。調(diào)整擋塊的位置，便可改變絲杠的轉(zhuǎn)角而調(diào)整切入行程。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動手柄，就可調(diào)整切入行程終點的位置。調(diào)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(guān)，壓力油進入復位油缸，帶齒條的活塞向右移動，經(jīng)齒輪使齒輪使絲杠反轉(zhuǎn)，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(jīng)活塞剛帶動讓刀滑板右移。由滑板上的曲線槽經(jīng)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。 第4章 切入進給機構(gòu)各零件設(shè)計 4.1 齒條和齒輪設(shè)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(zhuǎn)運動，齒條作直線運動，齒條可以看作一個齒數(shù)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(zhuǎn)速之間的關(guān)系為 式中 d——齒輪分度圓直徑，； ——齒輪轉(zhuǎn)速，。 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(cè)直線的垂直距離，即。 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之間的長度。 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(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值 轉(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值 齒輪齒數(shù) 48 32 模數(shù) 2 2 螺旋角 基本齒廓 壓力角 齒頂高系數(shù) 1 1 頂隙系數(shù) 0.25 0.25 齒輪變位系數(shù) 0.418 0.418 尺寬 齒輪 10 10 齒條 30 30 齒條長度 75 300 主要幾何參數(shù)計算 項目名稱 計算公式及代號 轉(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值 轉(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值 齒輪分度圓直徑 96 64 齒頂高 齒輪 2.836 2.836 齒條 2 2 齒根高 齒輪 1.664 1.664 齒條 2.5 2.5 齒高 齒輪 4.5 4.5 齒條 齒輪中心到齒條中心距 4.5 4.5 齒距 6.238 6.238 齒條齒數(shù) 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(shù)。 （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(shè)計計算 設(shè)計的普通圓柱蝸桿傳動比為，傳動反向，工作載荷穩(wěn)定，但有不大的沖擊，要求設(shè)計壽命為。 對蝸輪蝸桿的設(shè)計計算如下； (1).選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)的推薦，采用漸開線蝸桿（）。 (2).選擇材料 根據(jù)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(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。 1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 按，估取效率，則 === 2) 確定載荷系數(shù) 因為工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)為；由西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編著的《機械設(shè)計》教材表11-5選取使用系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)；則 = 3) 確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫青銅輪和鋼蝸桿相配，故。 4) 確定接觸系數(shù) 先假設(shè)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=。 5) 確定許用接觸應力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC， 可從表11-7中查得蝸輪的基本許用應力為。 應力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 6) 計算中心距 取中心距a=80mm，因故從表11-2中取模數(shù)為m=2mm，蝸桿分度圓直徑。這時，從圖11-18中可查得接觸系數(shù)，因為，因此以上計算的結(jié)果可用。 (2) 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1) 蝸桿 軸向齒距 直徑系數(shù) 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導程角 蝸桿軸向齒厚 圖2.3 蝸桿的結(jié)構(gòu)圖 1) 蝸輪 蝸輪齒數(shù) ；變位系數(shù) 驗算傳動比，這時傳動比誤差為，是允許的。 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直 蝸輪咽喉母圓半徑 圖2.4 蝸輪的結(jié)構(gòu)圖 (4) 校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數(shù) 根據(jù)，，從圖11-19中可查得齒形系數(shù)。 螺旋角系數(shù) 許用彎曲應力 從表11-8中查得由制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 壽命系數(shù) 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(shè)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(cè)隙種類為f，標注為8f GB/T10089—1988。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略[9]。 4.3 滾珠絲杠副的設(shè)計 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)向機構(gòu)上。1940年，美國開始成批生產(chǎn)用于汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)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(xiàn)使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生了較大的飛躍，隨著數(shù)控機床和各種自動化設(shè)備的發(fā)展，促進了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)。從50年代開始，在工業(yè)發(fā)達的國家中，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)，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(shù)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(lǐng)域?，F(xiàn)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(lǐng)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(lǐng)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(qū)動要求。 隨著機械產(chǎn)品向高速、高效、自動化方向發(fā)展，工業(yè)機器人、數(shù)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(qū)動速度不斷提高，大導程滾珠絲杠副的出現(xiàn)，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(qū)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(qū)動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結(jié)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(diào)整得很小，也能輕便地傳動。若加入適當?shù)念A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(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。 3、 無側(cè)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(nèi)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(xiàn)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(tǒng)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(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)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(jié)構(gòu) 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)分為內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)(以插管為代表)兩種。這兩種結(jié)構(gòu)也是最常用的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)性能沒有本質(zhì)區(qū)別，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸?。煌庋h(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)已有10多種，但比較常用的主要有：內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)；外循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu)。 內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，最好的反向器結(jié)構(gòu)為橢圓形內(nèi)通道結(jié)構(gòu)，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環(huán)結(jié)構(gòu)，因此，消除了絲杠齒頂?shù)菇钦`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(jié)構(gòu)的推廣。 4.3.3滾珠絲杠副的種類 現(xiàn)國內(nèi)外文獻上對滾珠絲杠副還沒有統(tǒng)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?qū)С蘢0≤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(xiàn)，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(chǎn)成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過數(shù)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(shù)的不斷發(fā)展，人們掌握了數(shù)控補償技術(shù)，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(shù)控補償技術(shù)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(nèi)行程變動量、任意300mm行程內(nèi)行程變動量、2π弧度內(nèi)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(shù)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(shù)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(chǎn)品能實現(xiàn)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(zhuǎn)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)矩的變動量，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運動的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預緊轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為100r/min時，滾珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長上是不恒定的，這直接影響驅(qū)動系統(tǒng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)在也開始重視滾珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩測量儀。應用現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhì)量，提供了可靠的檢測手段。 隨著數(shù)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(qū)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(tǒng)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(xiàn)在高速驅(qū)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(qū)動目的，設(shè)計時在提高電動機轉(zhuǎn)速(電動機最高轉(zhuǎn)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(qū)動時主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產(chǎn)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(chǎn)生的。要解決上述問題首先應從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計開始，對存在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理的工藝流程，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量；選取適當?shù)臐L珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)矩；減小滾珠絲杠副的預緊轉(zhuǎn)矩的變動量，使?jié)L珠絲杠副適應高速驅(qū)動的要求。 世界主要滾珠絲杠生產(chǎn)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(shè)計與計算 根據(jù)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(shù)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(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據(jù)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(shù)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 靜載荷 L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 4.1 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復次數(shù) M 4 0.6 4 導軌的額定動載荷N 依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽命Ln： 額定行程長度壽命: 導軌的額定工作時間壽命: 導軌的工作壽命足夠. 4.3.7滾珠絲杠副設(shè)計與計算 初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm （1） 強度計算 絲杠軸向力：(N) 其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。 查表得中等沖擊時則: 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)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(shù)如下: 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,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結(jié)果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 4.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內(nèi)徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 24.212mm 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 20.7mm （2） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （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。 （4） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算 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級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 4.3.8 棘輪機構(gòu)設(shè)計 在許多機器中，除廣泛采用常用機構(gòu)外，還經(jīng)常用到其他類型的一些機構(gòu)，如各類間歇運動機構(gòu)。本次設(shè)計中選用棘輪機構(gòu)來實現(xiàn)絲杠的間歇運動實現(xiàn)進給。 棘輪機構(gòu)的設(shè)計： 棘輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運動可靠；而且棘輪軸每次轉(zhuǎn)過角度的大小可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，這些都是它的優(yōu)點。 棘輪機構(gòu)常用于各種設(shè)備中，以實現(xiàn)進給、轉(zhuǎn)位或分度的功能。本課題中，選擇棘輪機構(gòu)，來使得絲杠做間歇轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)橫向間歇進給。 通過改變棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度的大小，可以改變絲杠轉(zhuǎn)動的速度，從而改變進給量。 棘輪機構(gòu)的設(shè)計要點： 在設(shè)計棘輪機構(gòu)時，為了保證棘輪機構(gòu)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(shè)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(shè)計 圖 3-5 棘爪 4.3.10 手動進給搖桿的設(shè)計 本課題任務(wù)中，進給機構(gòu)需能夠?qū)崿F(xiàn)手動進給，故設(shè)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(shè)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(shè)計如下圖所示： 圖3-7 箱體 總 結(jié) 本次課題是盤絲車床切入進給機構(gòu)進行的設(shè)計，在設(shè)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(shè)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(chǔ)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(shè)計中我們小組緊密配合，雖是共同設(shè)計一臺數(shù)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(tǒng)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(shè)置符合高等院校辦學精神，同時也符合現(xiàn)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(guān)鍵的一步。相信經(jīng)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。 參考文獻 [1]馮辛安主編.機械制造裝備設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，19991.0 [2]盛伯浩主編.機床的現(xiàn)狀與發(fā)展.北京：機械工業(yè)出版社，2005.1. 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