水泵轴承座自动焊接装置

水泵轴承座自动焊接装置26摘要在大型水泵中，考虑到 ，需要通过焊接的方式将轴承座与基底连接起来。而人工焊接的方法存在一定的误差很难达到要求的焊缝均匀表面粗糙度稳定等条件，所以本文设计出一种自动焊的装置以便实现这一功能。本文的设计主要在于实现焊枪的三维运动而且要保证焊缝的稳定。在选择方面可以有焊条与焊丝，焊枪的运动可以利用直线导轨或者丝杆来实现。自动化焊接装置不但可以节省人力而且可以保证焊缝的均匀和焊缝表面的光洁。关键词 ：轴承座；自动化；焊接 AbstractIn the large water pump, We need to connect bearing seat and the base By means of welding, Because Bearing seat and the basal connection need good tightness and strength requirements. But manual welding method has certain error is difficult to meet the requirements of uniform weld surface roughness stability conditions. So, This paper designed a kind of automatic welding equipment in order to achieve this function. In this paper, the design of the main is to achieve the three-dimensional movement of the welding torch and to ensure the stability of the weld. We can choose welding rod or welding wire, the movement of the welding torch can be done using the linear guide rail or screw. Automatic welding device can not only save manpower but also to ensure that the weld and weld surface bright and clean.Keywords: bearing seat , automation , welding 目录摘要I1绪论11.1 焊接的发展11.2 选题背景及意义21.3自动焊接设备32自动焊接装置的总体设计42.1设计原理42.2总体结构42.3系统沿着纵向的运动52.4系统的横向运动53传动装置的总体设计63.1 传动方案拟定63.2 电动机的选择74零件的设计计算84.1导轨的设计84.1.1 导轨的导向精度、刚度与耐磨性84.1.2导轨的形式94.1.3提高导轨耐磨性的措施94.1.4导轨的其他要求104.2丝杆的设计计算104.2.1零件的分析104.2.2工艺规程设计124.2.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定144.2.4.确定切削用量164.3连接块的设计174.4焊枪运动机构的设计184.5斜齿轮的设计195齿轮强度计算与校核205.1齿轮的损坏原因及形式205.2轮齿弯曲强度计算205.3轮齿接触应力计算21结论23致谢24参考文献25附录26表一：螺栓的规格26 1绪论1.1 焊接的发展焊接也称作熔接，它是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。 焊接通过熔焊、压焊和钎焊的途径途径达成接合的目的。所谓熔焊是加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助。压焊是指焊接过程必须对焊件施加压力。钎焊采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。19世纪末之前，唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在19世纪末，先是弧焊和氧燃气焊，稍后出现了电阻焊。20世纪早期，第一次世界大战和第二次世界大战中对军用设备的需求量很大，与之相应的廉价可靠的金属连接工艺受到重视，进而促进了焊接技术的发展。战后，先后出现了几种现代焊接技术，包括目前最流行的手工电弧焊、以及诸如熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊(潜弧焊)、药芯焊丝电弧焊和电渣焊这样的自动或半自动焊接技术。20世纪下半叶，焊接技术的发展日新月异，激光焊接和电子束焊接被开发出来。今天，焊接机器人在工业生产中得到了广泛的应用。研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，并进一步提高焊接质量。金属连接的历史可以追溯到数千年前，早期的焊接技术见于青铜时代和铁器时代的欧洲和中东。数千年前的古巴比伦两河文明已开始使用软钎焊技术。前340年，在制造重达5.4吨的古印度德里铁柱时，人们就采用了焊接技术 。中世纪的铁匠通过不断锻打红热状态的金属使其连接，该工艺被称为锻焊。维纳重比林格塞奥于1540年出版的火焰学一书记述了锻焊技术。欧洲文艺复兴时期的工匠已经很好地掌握了锻焊，接下来的几个世纪中，锻焊技术不断改进。到19世纪时，焊接技术的发展突飞猛进，其风貌大为改观。1800年，汉弗里戴维爵士发现了电弧；稍后随着俄国科学家尼库莱斯拉夫耶诺夫与美国科学家CL哥芬（C. L. Coffin）发明的金属电极推动了电弧焊工艺的成型。电弧焊与后来开发的采用碳质电极的碳弧焊，在工业生产上得到广泛应用。1900年左右，AP斯特罗加诺夫在英国开发出可以提供更稳定电弧的金属包敷层碳电极；1919年，CJ霍尔斯拉格（C. J. Holslag）首次将交流电用于焊接，但这一技术直到十年后才得到广泛应用。 图 1-1 焊接1.2 选题背景及意义1920年代，焊接技术获得重大突破。1920年出现了自动焊接，通过自动送丝装置来保证电弧的连贯性。保护气体在这一时期得到了广泛的重视。因为在焊接过程中，处于高温状态下的金属会与大气中的氧气和氮气发生化学反应，因此产生的空泡和化合物将影响接头的强度。解决方法是，使用氢气、氩气、氦气来隔绝熔池和大气。接下来的10年中，焊接技术的进一步发展使得诸如铝和镁这样的活性金属也能焊接。1930年代至第二次世界大战期间，自动焊、交流电和活性剂的引入大大促进了弧焊的发展。自动焊接技术就是应用单片机编程控制技术自动实现焊接的目的。在现代焊接技术中积极使用和推广焊接技术对提高产品质量、减轻工人劳动强度、加速焊接技术机械化等方面具有重要的作用。因此大力提高焊接技术具有重大的意义，也是目前焊接工作者研究的主要课题。在大型水泵中，考虑到轴承座和基底联接密封性和强度要求，需要通过焊接的方式将轴承座与基底联接。为此需要焊缝比较均匀，表面粗糙度稳定，使用人工焊接很难达到这种要求。毕业设计的课题与机械设计及其自动化有比较全面的相关知识体系。实现焊接技术自动化是生产高科技产品的保障，离开了它就不能开发研制出先进的产品和保障产品质量，不能提高生产率、降低成本和缩短生产周期，加之通过毕业设计实习调研，完成该课题可对我们大学四年所学的知识进行一次比较全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用所学过的知识去解决实际生产中出现的问题，增强从事本专业的实际所需的研究开发能力，为我们以后走上工作岗位打下良好的基础。1.3自动焊接设备近20年来，随着数字化，自动化，计算机，机械设计技术的发展，以及对焊接质量的高度重视，自动焊接已发展成为一种先进的制造技术，自动焊接设备在各工业的应用中所发挥的作用越来越大，应用范围正在迅速扩大。在现代工业生产中，焊接生产过程的机械化和自动化是焊接机构制造工业现代化发展的必然趋势自动焊接设备可按照自动化程度的不同分为三类：一、刚性自动化焊接设备刚性自动化焊接设备亦可称为初级自动化焊接设备，其大多数是按照开环控制的原理设计的。虽然整个焊接过程由焊接设备自动完成，但对焊接过程中焊接参数的波动不能进行闭环的反馈系统，不能随机纠正可能出现的偏差。2、自适应控制自动化焊接设备自适应控制的焊接设备是一种自动化程度较高的焊接设备，它配用传感器和电子检测线路，对焊缝轨迹自动导向和跟踪，并对主要的焊接参数进行实行闭环的反馈控制。整个焊接过程将按预先设定的程序和工艺参数自动完成3、智能化自动焊接设备它利用各种高级的传感元件，如视觉传感器，触觉传感器，听觉传感器和激光扫描器等，并借助计算机软件系统，数据库和专家系统具有识别、判断、实时检测，运算、自动编程、焊接参数存储和自动生成焊接记录文件的功能。自动化焊接设备包含焊接电源、送丝机及其控制与调速系统、焊接机头用其移动机构、焊件移动或变位机构、焊件夹紧机构、主控制器、计算机软件、焊头导向或跟踪机构、辅助装置等。 2自动焊接装置的总体设计2.1设计原理专用焊接机主要有两部分组成：第一部分是机械运动系统的控制部分。控制部分组要由单片机控制伺服电机来实现运动的准确性。由于伺服电机可实现闭环的反馈控制，电机通过联轴器带动减速器，通过减速器使得电机的转速降低，同时获得较大的转矩，减速器带动丝杠实现承载焊头装置的横向和纵向运动，焊头的旋转通过气动的方式控制。在伺服电机上安装光电码盘，以检测电机的转速，若是电机的转速不能满足所需的要求，则可以通过光电码盘检测到，再返回到单片机的控制单元中。同时把单片机与液晶显示器接通，用此来反映电机的具体位置，这种位置是通过在工作平面上建立的坐标平面来确立的。由于专用焊接机运动系统在工作的时候要求焊头的运转要具有平稳性，这样才不至于因为焊头的运动不平稳性导致焊接的不精确。现代的焊接技术 要求具有很高的焊接技术要求，所以这些很重要2.2总体结构焊接机的总体结构如图2-1 图2-1自动焊接机将焊接机的上面传动部分和需要焊接的基底固定在焊接机底板上，轴承座需要先用螺栓固定在轴承座安装板上进行预定位，焊机固定在上面工作平台上，通过控制平台的运动控制焊接机的XY轴方向运动。焊枪采用自动送丝焊枪以保证焊接连续高效准确的进行。焊枪的纵向运动需要另一部分传动装置来带动，焊枪还需要两个小电机的控制以进行旋转从而进行不同方位的焊接。2.3系统沿着纵向的运动图2-2为焊接机纵向运动简图 图2-2纵向运动该运动在竖直方向上仅有一个运动，因此在设计上较为简单，在纵向运动的方向安置一个电机，该电机控制着齿条的纵向传动，该部分的运动具体情况是：电机通过带动齿轮的转动从而带动齿条的转动，纵向齿条再通过连接块与下面小电机连接，通过两个小电机带动焊枪的三维运动。2.4系统的横向运动图2-3为焊接机横向运动简图图2-3 横向运动专用焊接机在纵向和横向上运动控制起来是比较复杂的，也是本次毕业设计所要重点设计的，但是本次设计主要是设计该运动系统的机械传动方面，而对具体的电气控制方面的设计涉及的不多。横向机械传动方面的设计主要如下：X轴方向：通过斜齿轮与斜齿条的传动带动整个焊接装置的运动，通过四个滑块安装在两个平行的导轨上以保证焊接装置的平稳。该装置对导轨的安装精度要求比较高。Y轴方向：电动机通过联轴器与丝杠连接，通过丝杠的旋转将旋转运动变为Y轴方向的运动，这里需要一个连接块来实现丝杠带动焊接机的底板运动，从而实现专用焊接机在Y轴方向的运动。本次毕业设计的原理大致就是这样，下面将要着重介绍一些常用零件的设计与计算。由于本次设计要用到一级减速器。因此要大致介绍一下。3传动装置的总体设计3.1 传动方案拟定由题目专用焊接机系统的机械设计所知，在传动过程中要用到导轨、电机、联轴器、轴承和丝杠。本传动机构的特点是：传动力矩小，要求传动精度高。所以对电机就要求具有闭环控制的能力，同时导轨表面的平整度也有很高的要求，为了使得该运动系统具有一定的寿命，要求导轨和丝杠表面具有一定的耐磨度，从而使得即使在长时间工作后仍具有较高的运动精度和传动精度。按设计要求及工作条件选用Y系列三相异步电动机，卧式封闭结构，电压380V.3.2 电动机的选择按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，Y型。电动机所需工作功率按进行计算由电动机至传送带的总效率为式中分别为下底板联轴器、下底板丝杠、上底板联轴器、上底板丝杠的传动效率。取=0.96，=0.98，=0.97，=0.99 则=0.79则=0.253KW丝杠工作转速为综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量、价格和带传动、减速器的传动比，查表可知第二种方案比较合适。因此选定电动机型号为Y132S-6,则电动机满载转速为=960r/min.其主要性能如下表：表3-1 电动机主要性能型号额定功率KW满载时额定电流额定转矩最大转矩转速r/min电流（380v时）效率功率因数Y132S-639607.2 840.776.52.02电动机安装尺寸如下表：表3-2 电动机安装尺寸中心高H外形尺寸L (AC/2+AD) HD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴外伸尺寸DE装键部位尺寸FGD132475350 3152161401236801041 4零件的设计计算4.1导轨的设计4.1.1 导轨的导向精度、刚度与耐磨性导轨的导向精度是指执行元件沿着导轨运动的直线性或真圆性，以及执行件沿导轨的运动同其他有关运动之间有关基面之间的相互位置的准确性。导轨的刚度是导轨工作质量的重要指标，它表示导轨受载荷后抵抗变形的能力。导轨如果变形过大，则刚性很差，不仅严重的破坏导向精度，而且使工作条件恶化，使导轨上的比压分布不均，加剧导轨磨损。导轨的变形有两部分组成，一部分是导轨本身的变形，即导轨表面受压后的接触变形，和导轨受力后的扭转与弯曲变形，另一种是因床身的变形而引起的导轨变形。导轨的耐磨性在一般情况下是导轨工作质量的关键。当执行件沿着导轨运动时，要求导轨具有足够的导向精度，但执行件的运动又引起导轨的磨损，从而破坏导轨的导向精度。一方面要求具有足够的导向精度，另一方面要求具有足够的导向精度，这就构成了长期保证导轨运动精确性的矛盾。磨损的不断加剧，可使导轨最后达到必须修复甚至报废。据统计，修复导轨导向精度的工作量约占机床维修工作量的3050%。导轨磨损的快慢取决于导轨材料的耐磨性能、加工热处理方法以及影响导轨接触面的其他因素。例如，摩擦性质、比压大小，相对滑动速度的大小、润滑方式、防护状况以及导轨表面的初始状态等。4.1.2导轨的形式直线导轨为了使运动方向只沿着一个方向运动，导轨必须限制运动部件只能有一个方向的自由度。常用的导轨形式为矩形、三角形、燕尾形、圆形四大类，每一种类型又分为凹凸两种类型。当导轨水平布置时，凸导轨的特点是不易积存铁屑及赃物，也不易存油，故润滑性能差，只适宜用于低速移动；凹形导轨的特点恰与之相反，它可用于高速移动，但必须有较好的防护，以免落入铁屑及赃物。矩形导轨：从制造、检修及修理方面看，以矩形及圆形导轨最为方便。矩形导轨两个方向各有自己的导轨面，两个方向的误差不会相互影响，同时，两个方向的导轨面可各按载荷的性质及大小设计，承载能力大，刚度高。但矩形导轨磨损后不能自动补偿，调整间隙麻烦，一般用于载荷大，刚度高的地方。三角形导轨：三角形导轨靠三角形两个侧面导向，当侧面有了磨损，工作台会自动磨损，工作台会自动下沉，不会出现侧隙，可保持原有的导向精度。但其水平和重量两个方向上的误差相互影响，会使得制造、检验及修理带来较大的困难。燕尾槽导轨：燕尾槽导轨调整间隙方便，其高度较小，结构紧凑，特别用于多层运动件的地方或要求高度小而速度低的地方，但其制造、检验及修理比较负载，刚度比较差，摩擦力较大。4.1.3提高导轨耐磨性的措施机床滑动导轨磨损的基本形式是磨粒磨损和接触破损。这两种损坏一般都是同时进行，两者相互联系又相互影响。但由于影响磨损程度的因素变化，有时其中一种可能是主要形式，而另一种则是伴随的。对于专用焊接机，其磨损形式主要是磨粒磨损，应以导轨的防护为主。选择导轨材料主要应从保证它的耐磨性来考虑。铸铁导轨硬度通常为HB180240，铸铁导轨硬度高，耐磨性也高，满足专用焊接机使用要求。如果偶合导轨的硬度相同，则磨损最激烈，因此，通常宜使底座导轨的硬度稍高，因为它直接影响工作部件的精度，同时它的维修也比较复杂困难。对铸铁导轨热处理方法：接触自冷淬火。优点：设备简单，投资少，成本低，变形小，操作容易，淬火后耐磨性可提高13倍。采用此法淬火，导轨表面有微量变形，对导轨精度影响不大；淬火深度同电流大小、滚轮移动的速度、滚轮数目有关，电流越大，速度越慢，滚轮数目越少，淬硬深度就越大。4.1.4导轨的其他要求为了保证在导轨上移动部件的运动精度，消除存在于导轨结合面之间的间隙，防止在运动时发生颤动和偏倾，必须在机床上采用间隙调整装置。这样不仅可以放宽导轨的制造公差，使部件装配容易，同时，更可补偿在长期使用过程中偶合导轨之间的产生的间隙，保持导轨上移动部件的运动精度。为了提高导轨耐磨性，必须限制导轨面上的平均压力。如果导轨支撑面设计过小，而负载很大，其结合会使得导轨表面因油膜破坏而加速磨损。为避免此种情况，在设计时就需要保证导轨面上的平均压力保持在一定数值内。由于专用焊接机的运动速度低，许用平均比压一般为812公斤每平方厘米。导轨的防护装置可保持其工作精度，它主要用于防止切屑、磨粒粉末、尘土、水分等进入导轨的工作表面，以减少其对导轨的磨损和腐蚀。保护导轨工作表面可靠的润滑对保持导轨的工作精度也很重要。导轨工作表面之间形成的油膜厚度最好能保证导轨的液体摩擦润滑。图4-1导轨的零件图 图4-1导轨4.2丝杆的设计计算4.2.1零件的分析零件的作用：丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件，它被用来完成机床的进给运动。机床丝杠不仅要能传递准确的运动，而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐磨性各个方面，都有一定的要求。其功用为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔。零件的工艺分析：丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比往往很大，一般都在2050左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟槽，因此，在加工过程中，很容易产生变形。这是丝杠加工中影响精度的一个主要矛盾。主要技术要求：1、尺寸精度轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6IT9，精密轴颈可达IT5。2、几何形状精度轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。3、位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.0010.005mm，而一般精度轴为0.010.03mm。此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。4表面粗糙度根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.160.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.632.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。轴类零件加工的主要问题：轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。具体指标有：（1）单个螺距允差（2）中径圆度允差；（3）外径相等性允差；（4）外径跳动允差；（5）牙形半角允差；（6）中径为尺寸公差；（7）外径为尺寸公差；（8）内径为尺寸公差。4.2.2工艺规程设计确定毛坯的制造形式：题目给定的零件是丝杠，轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。轴类零件的材料和毛坯,合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。1、轴类零件的材料一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。2、轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。因而结合题目给定车床丝杠零件的作用及工作要求，材料可选用GCr15，毛坯应采用锻件，以保证机械性能。基面的选择：基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。（1）粗基准的选择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，以外圆为粗基准是完全合理的。（2）精基准的选择。主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，以工件端面中心孔为精基准。制定工艺路线：工艺路线方案一毛坯（热处理）校直车端面打中心孔外圆粗加工校直热处理重打中心孔（修正）外圆半精加工加工螺纹校直、低温时效修正中心孔外圆、螺纹精加工。工序 毛坯（热处理）工序 校直工序 车端面打中心孔工序 外圆粗加工工序 校直热处理工序 重打中心孔（修正）工序 外圆半精加工工序 加工螺纹工序 校直、低温时效工序 修正中心孔工序 外圆、螺纹精加工工艺路线方案二工序 锻造（弯曲度不超过5mm）工序 球面退火工序 车端面打中心孔工序 车外圆工序V 粗车梯形螺纹槽工序VI 半精车外圆工序VII 粗磨外圆工序VIII 车梯形螺纹工序IX 半精磨外圆工序X 精车螺纹工序XI 研磨外圆工序XII 终磨外圆工艺方案的比较与分析1、丝杠的校直及热处理： 丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的目的是为了减少工件的弯曲度，使机械加工余量均匀。时效热处理以消除工件的残余应力，保证工件加工精度的稳定性。一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效，它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它们分别安排在螺纹的粗加工及半精加工以后。2、定位基准面的加工： 丝杠两端的中心孔是定位基准面，在安排工艺路线时，应一首先将它加工出来，中心孔的精度对加工质量有很大影响，丝杠多选用带有120。保护锥的中心孔。此外，在热处理后，最后精车螺纹以前，还应适当修整中心孔以保持其精度。丝杠加工的定位基准面除中心孔外，还要用丝杠外圆表面作为辅助基准面，以便在加工中采用跟刀架，增加刚度。3、螺纹的粗、精加工 粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以后，半精车及精车螺纹工序则分别安排在粗磨及精磨外圆以后。不淬硬丝杠一般采用车削工艺，经多次加工，逐渐减少切削力和内应力；对于淬硬丝杠，则采用“先车后磨”或“全磨”两种不同的工艺。后者是从淬硬后的光杠上直接用单线或多线砂轮粗磨出螺纹，然后用单线砂轮精磨螺纹。4、重钻中心孔：工件热处理后，会产生变形。其外圆面需要增加的加工余量，为减少其加工余量，而采用重钻中心孔的方法。在重钻中心孔之前，先找出工件上径向圆跳动为最大值的一半的两点，以这两点后作为定位基准面，用车端面的方法切去原来的中心孔，重新钻中心孔。当使用新的中心孔定位时，工件所必须切会的额外的加工余量将减少到原有值。由于该丝杠为批量生产，故加工工艺过程按照工序划分阶段的原则，将整个工艺过程分为五个阶段：准备和预先热处理阶段，粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段，终加工阶段。为了消除残余应力，整个工艺过程安排了四次消除残余应力的热处理，并严格规定机械加工和热处理后不准冷校直，以防止产生残余应力。为了消除加工过程中的变形，每次加工后工件应垂直吊放，并采用留加工余量分层加工的方法，经过多道工序逐步消除加工过程中引起的变形。所以选择方案二为最佳方案。4.2.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定工序号工种工序内容设备1备料热轧圆钢40mm850mm2热处理球化退火3车车削试样，车削后应保证零件总长为830mm车床CA6204磨在平面磨床上磨试样两平面（磨出即可）,表面粗糙度为Ra3.2um平面磨床M8205检验检验试样，待试样合格后方可转入下道工序6热处理调质，校直7粗车粗车外圆，均保留加工余量2mm车床CA6208热处理时效处理，除应力，要求全长弯曲小于1.5mm9车1. 车端面取总长828mm修正两端面中心孔2. 车外圆，车35外圆，留余量0.5-0.6，车30外圆及28x1.1的槽完成倒角。3. 车螺纹Tr354-7H中径，留余量0.3-0.4；4. 车倒角，螺纹处圆跳动为0.05mm；车床CA62010粗磨粗磨螺纹大径，磨其它各外圆，均留磨量1.11.2um；万能磨床M1432A11热处理中温回火，冰冷处理，全长弯度小于0.05mm；12检验检验硬度，磁性探伤，去磁；13研研磨两端中心孔，表面粗糙度Ra为3.2um；14粗磨磨外圆，磨螺纹大经，均留磨量为0.650.75um万能磨床M1432A15半精磨半精磨螺纹，留精磨余量（使用三针测量仪），齿形用样板透光检查，丝杆磨床S743216热处理低温回火，消除磨削应力，要求全长弯曲小于0.10mm，不得冷校直；17研修研两端中心孔，表面粗糙度Ra为0.32um；车床CA614018半精磨磨35以及30外圆至图样要求，要求圆跳动小于0.05mm，磨其余外圆以及端面；万能磨床M1432A19精磨精磨梯形螺纹Tr354-7H至图样要求，齿间锥度为1520，齿形按样板透光检查；丝杆磨床S743220终磨终磨各外圆至图样要求，并涂防锈油；万能外圆磨床M1432A4.2.4.确定切削用量工序一：粗车外圆(1)确定背吃刀量粗车外圆，加工余量为2mm，一次走刀。Asp=2/2=1mm.(2) 确定进给量 刀杆尺寸20*30，as6,工件直径为35mm，则f=0.40.5。由简明手册表4.23查取f =0.45mm/r。根据切削用量简明手册表1.11查取：VC=1.44(由182199HBS、asp=1、f =0.45mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则VC =VC*60V = VC*K*K*K*K*KSV*K = 1.44*60*1.0*1.0*0.73*1.0*0.85*1.0=53.6n = 853.5r/min按CA6140车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与853.5r/min相近似的机床转速n =853.5r/min,则实际切削速度V = n /1000=3.14*100*853.5/1000=268m/min。综上，此工步的切削用量为：a =1mm，f =0.45, n =853.5r/min, V =268m/min。工序二： 精车外圆左端确定背吃刀量粗车外圆，加工余量为1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm.(2) 确定进给量 刀杆尺寸20*30，as 1.1,工件直径为20mm，则f=0.20.4。由简明手册表4.23查取f =0.26mm。根据切削用量简明手册表1.11查取：VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则VC =VC*60V = VC*K*K*K*K*KSV*K = 1.33*60*1.0*1.0*0.73*1.0*0.85 1.0=49.5n = 157.6r/min按CA620车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与157.5r/min相近似的机床转速n =183r/min,则实际切削速度V = n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。综上，此工步的切削用量为：a =2.5mm，f =0.26, n =183r/min, V =57.5m/min。工序三： 精车外圆右端确定背吃刀量粗车外圆，加工余量为1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm.(2) 确定进给量 刀杆尺寸20*30，as 1.1,工件直径为55mm，则f=0.20.4。由简明手册表4.23查取f =0.26mm。根据切削用量简明手册表1.11查取：VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则VC =VC*60V = VC*K*K*K*K*KSV*K = 1.33*60*1.0*1.0*0.73*1.0*0.85 1.0=49.5n=157.6r/min按CA6140车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与157.5r/min相近似的机床转速n =183r/min,则实际切削速度V = n /1000=3.14*100*183/1000=57.5m/min。综上，此工步的切削用量为：a =1.1mm，f =0.26, n =183r/min, V =57.5m/min。4.3连接块的设计连接块是用于连接丝杠与运动底板的零件，它把由电机传递到丝杠的运动转换为底板的运动，在此次设计的专用焊接机运动系统的机械装置部分共有两处用到连接块，它们的结构形式相同，作用都是用于把电机产生的转动转换成底板的直线运动。由于丝杠采取的是T型螺纹，直径为35mm，为了与丝杠配合连接，连接块的内螺纹直径也采取T35。材料选取为45钢，由于所需传动的转矩小，满足传动要求，不需进行强度校核计算。图4-2连接块零件图 图4-2连接块4.4焊枪运动机构的设计对于所设计的专用焊接机运动系统来说，当底部运动系统已经设定好之后，还需要控制焊头运动的机构来实现焊头的转动。由于轴承座需要焊接的方位不同，此处，需要运用两个电机的运动来满足这个要求。电机1与固定在齿条上的支撑板连接，同时在电机的底端添加一个连接块，电机2于此连接块配合连接，电机2的末端安装焊枪夹来固定，当两个电机转动时，带动焊枪相应的运动。 图4-3焊枪运动机构4.5斜齿轮的设计齿轮传动的特点1，瞬时传动比恒定。非圆齿轮传动的瞬时传动比能按需要的变化规律来设计。2，传动比范围大，可用于减速或增速。3，速度（指节圆圆周速度）和传递功率的范围大，可用于高速（v40m/s），中速和低速（v2m/s，缺点：若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。典型用途：大版面钢板、玻璃数控切割机，建筑施工升降机可达30层楼高。同步带，承载力较大，负载再大就要加宽皮带，传动精度较高，传动长度不可太大，否则需要考虑较大的弹性变形和振动，传动距离大尤其不适合精确定位、连续性运动控制，如大版面数控设备XY轴，但是可用于伺服电机到传动齿轮或伺服电机到丝杠的短距离传动。优点：短距离传动速度可以很高，噪音低。典型用途:小型数控设备、某些打印机丝杠，（1）普通梯形丝杠可以自锁，这是最大优点，但是传动效率低下，比上述二者低许多，所以不适合高速往返传动。缺点是时间久了传动间隙大，回程精度差，用在垂直传动较合适。（2）滚珠丝杠不能自锁，传动效率高，精度高，噪音低，适合高速往返传动，但是水平传动时跨距大了要考虑极限转速和自重下垂变形，所以传动长度不可太大，要么改用丝母旋转丝杠不动，但还是不能太长，要么就用齿轮齿条。典型用途：数控机床，小版面数控切割机 5齿轮强度计算与校核5.1齿轮的损坏原因及形式(1)齿轮的损坏形式齿轮主要损坏方式包括：轮齿的折断、齿轮齿面的疲劳剥落(点蚀)、换档过程中齿轮在其端部的磨损和齿面间的胶合。(2)轮齿强度计算整体齿轮的材料、加工方法、对精度的要求及使用条件大致相同。齿轮精度要求不得小于7级。5.2轮齿弯曲强度计算A斜齿轮弯曲应力w简化为式（5.1） w=F1KbtyK 式（5.1）式中：F1圆周力(N)，F1=2Tg/d，其中Tg为计算载荷(Nmm)，d为节圆直径(mm)，mn为法面模数(mm)，则d=mnz/cos，z为齿数, 为斜齿轮的螺旋角()； K为应力集中系数，K15； b为齿面宽(mm)； t法面齿距(mm)，tmn； K重合度影响系数，K2。 y齿形系数，见图51。 图 51 齿形系数 由公式，齿轮的节圆值径dmz，把相关参数代进式(5.1)后得（5.2） w=2TgKcoszmn3yKcK 式（5.2） 工作时，产生扭矩，： T=232500Nm故由F=2T/D可得出F；再将数据代入（5.2）得 y取0.115得=22325001.5cos303.14202.530.11582=334.56MPa；齿轮许用应力取400一500MPa。 5.3轮齿接触应力计算 轮齿的接触应力公式（4.7）： j=0.418FEb(1z+1b) 式（4.7）式中：j接触应力(MPa)；F法向力(N), F=F1/(coscos),F1为圆周力(N)，F12Tg/d，Tg为计算载荷(Nmm)，d为节圆直径(mm)； E制造齿轮材料的弹性模量，E=190103(MPa)；b齿轮接触的实际宽(mm)； z，b主、从动齿轮位于节点上曲率半径(mm)，其中直齿轮z=rzsin、b=rbsin，斜齿轮z=rzsin/cos2，b=rbsin/cos2，rz、rb为主、从动齿轮节圆半径(mm), 是节点处压力角()，是斜齿轮的螺旋角()。通常情况都用渗碳合