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买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985I沈阳理工大学毕业设计论文齿轮外齿去毛刺机设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985II摘要本次设计是对去毛刺机的设计。在这里主要包括传动系统的设计、卡盘装夹部位系统的设计、毛刷系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容1去毛刺机总体结构设计。2去毛刺机工作性能分析。3电动机的选择。4去毛刺机的传动系统、执行部件设计。5对设计零件进行设计计算分析和校核。6绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词去毛刺机，联轴器，滚珠丝杠买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985IIIABSTRACTTHISDESIGNISTHEDESIGNOFDEBURRINGMACHINEHEREMAINLYINCLUDESTHEDESIGNOFTRANSMISSIONSYSTEM,CHUCKCLAMPINGPARTOFTHESYSTEMDESIGN,THEBRUSHSYSTEMDESIGNTHEGRADUATIONDESIGNONTHEDESIGNOFTHEBASICSKILLSTRAINING,ENHANCINGTHEANALYSISANDTOSOLVEENGINEERINGPROBLEMS,ANDCREATETHECONDITIONSFORGENERALMECHANICALDESIGNTHESTRUCTUREISMAINLYPRODUCEDBYTHEMOTORPOWERTHROUGHTHECOUPLINGWILLNEEDTOTRANSFERTHEPOWERTOTHESCREWROD,THESCREWRODDRIVESTHESCREWRODNUT,THEREBYDRIVINGTHEMOVEMENT,IMPROVELABORPRODUCTIVITYANDAUTOMATIONLEVELOFPRODUCTIONBUTALSOSHOWITSSUPERIORITY,THEREAREBROADPROSPECTSFORTHEDEVELOPMENTTHERESEARCHOFTHISTHESIS1TOTHEOVERALLSTRUCTUREOFDEBURRINGMACHINEDESIGN2ANALYSISOFDEBURRINGMACHINEPERFORMANCE3THECHOICEOFMOTOR4THEDESIGNOFTRANSMISSIONSYSTEM,EXECUTIONPARTSDEBURRINGMACHINE5THEDESIGNOFCOMPONENTSFORTHEDESIGNCALCULATIONANDCHECK6TODRAWTHEASSEMBLYDRAWINGANDPARTSASSEMBLYDIAGRAMANDPARTSDIAGRAMDESIGNKEYWORDSDEBURRINGMACHINE,COUPLING,BALLSCREW买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851目录摘要IIABSTRACTIII目录IV1绪论111课程的研究目的及意义1111课程背景1112意义212研究现状及发展趋势2121国内去毛刺机的发展概况2122国外去毛刺机的发展概况3123去毛刺机在我国的应用及发展趋势313本课题研究的内容及方法4131主要的研究内容4132设计要求42总体方案机构设计621设计概念622设计原理63水平进给机构结构及传动设计731水平进给滚珠丝杆副的选择8311导程确定8312确定丝杆的等效转速8313估计工作台质量及负重8314确定丝杆的等效负载8315确定丝杆所受的最大动载荷9316精度的选择10317选择滚珠丝杆型号10沈阳理工大学学士学位论文232校核10321临界压缩负荷验证11322临界转速验证12323丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率1233电机的选择13331电机轴的转动惯量13332电机扭矩计算144垂直进给机构设计计算1641滚珠丝杠螺母副的选用设计16411滚珠丝杠副的传动原理16412滚珠丝杠副的传动特点16413滚珠丝杠副的结构与调整17414轴向间隙的调整和加预紧力的方法1842滚珠丝杠的选择20421滚珠丝杠的精度20422滚珠丝杠参数的计算2043伺服电机的选择24431最大负载转矩的计算24432负载惯量的计算24433空载加速转矩计算2644导轨副的计算、选择2645联轴器的选择2746轴承的选择2847滚珠丝杠副的安全使用295卡盘夹持机构及主轴设计计算3151电机的选择3152同步带传动计算31521同步带计算选型31522同步带的主要参数（结构部分）34523同步带的设计36沈阳理工大学学士学位论文3524同步带轮的设计3753卡盘的选型设计3854主轴组件设计计算39541主轴的材料与热处理39542主轴直径的选择40543主轴前后轴承的选择41544轴承的选型及校核42545主轴前端悬伸量43546主轴支承跨距44547主轴结构图45548主轴的校核45549轴承寿命校核485410主轴组件中相关部件486毛刷工作机构设计5161电机的选型5162同步带传动计算52621同步带计算选型52622同步带的设计5563毛刷主轴的设计55631确定毛刷主轴最小直径55632求轴上的载荷56633按弯曲扭转合成应力校核轴的强度57634精确校核轴的疲劳强度57结论61致谢62参考文献64沈阳理工大学学士学位论文4沈阳理工大学学士学位论文5沈阳理工大学学士学位论文6沈阳理工大学学士学位论文7沈阳理工大学学士学位论文8沈阳理工大学学士学位论文91绪论11课程的研究目的及意义111课程背景毛刺，是指在金属（包括热加工和冷加工）切割加工过程中在切削力作用下，产生晶粒剪切滑移、塑性变形使材料挤压撕裂，导致工件表面过渡处出现各种尖角、毛边等不规则的金属部分。毛刺是金属切削加工中产生的普遍现象之一，也是金属切削理论研究中迄今为止尚未解决好的两大难题（毛刺的生成与控制，切屑的处理与控制）之一。随着工业化和自动化程度的提高,当今毛刺向微型化、薄型化、复合化、模块化和智能化等发展的趋势，在毛刺的各个门类中都得到了充分的体现，在机械加工领域,特别是航空、航天、仪器仪表领域中,对机械零件制造精度要求的提高和机构设计的微型化,毛刺的危害性尤为明显,逐渐引起人们的普遍重视,基于毛刺在日常生活与生产当中起着举足轻重的角色，因此对于毛刺的检验也就成了一项很重要的工作，人们也开始对毛刺的生成机理及去除方法进行研究。目前,检测毛刺及去毛刺技术已受到各工业发达国家的普遍重视,相继成立了许多专门研究机构,进行了大量实验研究。检测毛刺去毛刺工艺已由手工作业向机械化、自动化的方向发展,去毛刺的工艺方法也在逐年增加。据粗略统计,1972年,去除毛刺的方法仅有22种,1975年增加到30种,1990年则已达70余种,已涉及机械加工的各个方面,并不断有新的去毛刺研究成果问世。随着中国加入WTO、改革开放进程的加快,产品竞争会日益激烈。提高产品内在质量、增加系统可靠性、降低成本是企业面临的唯一选择另外,随着国家机电产品出口比率的加大,也为去毛刺的研究和应用带来锲机。有迹象表明,欧、美、日本、台湾、香港等国家和地区的一些企业,考虑或正在我国大陆设立光整设备生产基地和设置服务中心,以抢先占领中国市场。国外已成功研制了用于CNC数控机床上的去毛刺技术,并已投入使用。该项技术的核心是一套按不同几何形状确定的刀具,由刀杆、去毛刺工具和特殊轴承结构三部分组成,具有非常短暂的工作节拍和很高的去毛刺质量。国内研制的由PC控制一组轮刷作为切削工具的半自动齿轮端面去毛刺机床已研制成功并投入使用。以德国BOSCH公司研制的柔性去毛刺系统FDSFLEXIBLEDEBURRING和包括切屑处理、清洗在内的柔性清整系统FFSFLEXIBLEFINISHINGSYSTEM为代表的高度自动化的去毛刺技术已得到应用,这标志着去毛刺技术正向高新技术领域迈进。在美国的SMC（生产加工工程师学会）和ASME（美国机械工程师学会）对这沈阳理工大学学士学位论文10毛刺检测有较深入的研究，但没有制订成国家标准。112意义毛刺现象既是一个简单的又是一个复杂的问题，随着工业化和自动化程度的提高,机械加工领域,特别是航空、航天、仪器仪表领域中,对机械零件制造精度要求的提高和机构设计的微型化,毛刺的危害日益明显，因此，跟踪世界毛刺科技发展新动向，总结各国发展毛刺科技发展新举措，科技发展新特点，密切关注毛刺领域的新材料等，对促进我国毛刺科技的发展、工件整体水平、推动电子信息产业发展，都具有重要的理论和现实意义。在实际工作中，若去毛刺的方法适当，它会提高产品的质量、降低成本，否则，不但影响生产效率的提高、产品质量好坏，还会影响产品的成本。具体说有些产品要求较高，经过认真去毛刺后由于毛刺较牢固，如果不是经过切削加工是很难脱落的；有些高精度产品，特别是安全性能要求特别高，价值极高的产品，如飞机、卫星等产品就要求彻底消除毛刺，即使非常牢固的毛刺，需要经过切削加工也要消除，否则万一毛刺脱落就会造成不可估量的损失，随着技术的发展，无论产品种类、规格、产能和产量、技术水平都得到很大提高。毛刺是电子科技的重要支撑，是电子设备、电子信息系统以及武器装备控制系统的重要基础。从的发展历程可以看出，电子系统功能的每一次升级、半导体技术的每一次创新都会从产量和性能等方面对元件提出更高的要求。伴随着信息化浪潮在世界范围内如火如荼地发展，毛刺的发展速度、技术水平和生产规模，不仅直接影响着电子技术的发展，而且对改造传统行业，促进科技进步，提高装备现代化水平都具有重大意义。因此，毛刺去除与毛刺检测对整个机械产品及机械工业有着重要意义。12研究现状及发展趋势121国内去毛刺机的发展概况目前，国外许多工业发达国家已经把数控去毛刺设备的生产标准化、产业化，价格相对也有所下降。在近几年，微电子技术的快速发展带动了以PC机位代表的计算机软硬件的发展，去毛刺机设备也以建立以PC机为基础的制造系统为目标，向开放的集成自动化方向发展。为顺应这一趋势，去毛刺数控系统也由专用的封闭数控系统向基于PC机的开放数控系统发展。有些进口的去毛刺设备只需要操作者输入去毛刺材料、厚度、坡口形式等去毛刺工艺条件他就可自动生成去毛刺工艺，并且还可以随着被焊沈阳理工大学学士学位论文11材料、构件的换代，实现在线远程升级。他们的设备基本都提供了现场总线接口，是国外自动化去毛刺系统的集成水平显著提高。在欧美、日本等技术发达国家，自动化、机器人去毛刺设备的应用非常普遍，特别是在批量化、大规模和有害作业环境中使用率更高，已形成了成熟的技术、设备和与之配套并不断升级的去毛刺工艺。122国外去毛刺机的发展概况去毛刺产品中有许多曲线的去毛刺，在我国一般采用手工去毛刺。手工操作具有一定的优势，但也，存在着人员管理难、工人培训周期长、生产环境恶劣、劳动强度大、去毛刺质量难以稳定的保持、容易产生夹杂、气孔等缺陷、去毛刺成本高、生产效率低一系列的问题等。为了克服上述种种弊端，去毛刺科技工作者研究出了多种自动化去毛刺设备，如仿形去毛刺机，去毛刺机器人，三维数控去毛刺机等。近些年来我国去毛刺技术的整体发展水平比较好，尤其是逆变式焊机技术现已成熟，正在全国推广应用。波控、智能及自动、半自动去毛刺技术快速发展。可是尽管如此，我国的去毛刺设备还是不能满足国内工业的生产需求。123去毛刺机在我国的应用及发展趋势我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品去毛刺结构的研究，20多年来已取得长足的进步。去毛刺结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加20世纪90年代开始从国外陆续引进先进的去毛刺设备。并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的去毛刺工艺，提高了去毛刺效率和产品质量。去毛刺在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一。目前，已有多种去毛刺工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。自十一五期间开始进行高效去毛刺技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。近年来，我国在大型贮罐去毛刺、球形贮罐去毛刺、铝镁合金料仓去毛刺等领域中，已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺，如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开发成功，它将为进一步推动去毛刺自动化发挥重要作用。在当前，数控去毛刺机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用去毛刺数控去毛刺机，称之为固定结构的传统数控去毛刺机，其运动特性使特定数控去毛刺机仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于数控去毛刺机的发展。沈阳理工大学学士学位论文12很数移动去毛刺数控去毛刺机还有焊缝跟踪的功能,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式,帮助数控去毛刺机找到合适的位置并且放好，通过人工将数控去毛刺机本体、十字滑块等调整到合适的状态,这里所设计的移动数控去毛刺机是有轨移动去毛刺数控去毛刺机，只是现有的移动去毛刺数控去毛刺机技术在PCB板去毛刺中的应用，还不能满足要求，而当前的移动去毛刺数控去毛刺机技术有相当的发展。也就是说数控去毛刺机的自主性还跟不上工业发展的脚步。未来的发展趋势可分为以下三个方面21选择视觉传感器来进行传感跟踪因为与图象处理方面相关的技术得到发展；2采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的去毛刺任务；3控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展这也将是移动去毛刺数控去毛刺机的控制所采用。13本课题研究的内容及方法131主要的研究内容在查阅了国内外大量的有关去毛刺数控去毛刺机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑去毛刺数控去毛刺机结构特点、具体作业任务特点以及去毛刺数控去毛刺机的推广应用，分析确定使用三自由度关节型去毛刺数控去毛刺机配合生产工序，实现自动化去毛刺的目的。为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下1根据现场作业的环境要求和数控去毛刺机本身的结构特点，确定数控去毛刺机整体设计方案。2确定数控去毛刺机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。3从所要功能的实现出发，完成数控去毛刺机各零部件的结构设计；4完成主要零部件强度与刚度校核。132设计要求1根据所要实现的功能，提出三维数控去毛刺机的整体设计方案；2完成三维数控去毛刺机结构的详细设计；3通过相关设计计算，完成电机选型；沈阳理工大学学士学位论文134完成三维数控去毛刺机结构的三维造型；绘制三维数控去毛刺机结构总装配图、主要零件图。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985142总体方案机构设计21设计概念对于去毛刺的结构设计，首先我们应该了解齿轮毛刺的特点其次考虑观察毛刺的设备，我们有很多种方法可以观察毛刺，第一种方法是利用激光照射，激光横扫贯穿孔可以扫描出贯穿齿轮毛刺的形貌；第二种方法是利用超声波检测，利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等；第三种方法是利用摄像头进行拍摄，而利用波不易观察，设备较为昂贵。找出它们的位置，以观察毛刺是否全部去除通过X、Z向电机带动各向滚珠丝杠转动，继而使工作台在各向导轨上移动以调节工作台在空间的位置，由此可确定毛刺的位置。本文采用的是利用主轴带动毛刷，通过进给机构进行去毛刺操作22设计原理数控去毛刺机的设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性，为了使工件与去毛刺点保持准确的相对位置，必须根据要求的去毛刺点，去选择合适的定位机构。再者就是要有足够的强度和刚度除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到去毛刺枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是非常必要的。最后要尽可能做到具有一定的通用性如果可以，应考虑到产品零件变换的问题。为适应不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。X轴和Z轴采用丝杠传动X轴电动机联轴器滚珠丝杠Z轴电动机联轴器滚珠丝杠买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985153水平进给机构结构及传动设计表31滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。沈阳理工大学学士学位论文1631水平进给滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设水平进给最大行程为200MM,两侧各留10MM的安全距离最快进给速度为18M/MIN,丝杠等组件大概质量为50KG,工作台大概质量为80KG,移动部件大概质量为30KG311导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比I1,选择电动机的最高转速，则丝杠的导程为CMKGFMRN2MIN,/150MAXMAX最大转矩取PH12MMNVPH1250/18/EE312确定丝杆的等效转速基本公式IN/RPVH最大进给速度是丝杆的转速MIN/1502/8MAXRN最小进给速度是丝杆的转速I/3/INIH丝杆的等效转速212MI1AXRTTTM式中取故21TIN/0/2IN1AXTNM313估计工作台质量及负重丝杠等组件重量NXGG196801工作台重量742移动部件重量M233314确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为003，K为颠覆力矩影响系数，一般取1115，本课题中取13，则丝杆所受的力为NGFGFGFKFZX21520331223Y12YMA）（）（）（沈阳理工大学学士学位论文170MINF其等效载荷按下式计算（式中取，）21T1NNTNFM49321MI3AX315确定丝杆所受的最大动载荷316MHKAHTWM10NTFFCARFW负载性质系数，（查表取FW12）FT温度系数（查表取FT1）FH硬度系数（查表取FH1）FA精度系数（查表取FA1）FK可靠性系数（查表取FK1）FM等效负载NZ等效转速TH工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000H由上式计算得CAR17300N表311各类机械预期工作时间LH表312精度系数FA沈阳理工大学学士学位论文18表313可靠性系数FK表314负载性质系数FW316精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变M动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。选用滚珠丝30V杠的精度等级丝轴为13级（1级精度最高），考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴精度等级为3级317选择滚珠丝杆型号计算得出CACAR173KN,则COA23FM（346519）KN公称直径PH12MM则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。公称直径D040MM丝杆外径D1395MM钢球直径DW7144MM丝杆底径D2343MM圈数3圈CA30KNCOA663KN刚度KC973N/M32校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度KA，螺母座的刚度沈阳理工大学学士学位论文19KN，按不同支撑组合方式计算而定。321临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算NFKLEIFFCRMAX201E式中E材料的弹性模量E钢21X1011（N/M2）LO最大受压长度（M）K1安全系数，取K113FMAX最大轴向工作负荷（N）F1丝杆支撑方式系数F1151I丝杆最小截面惯性距（M4）4221_6WODDI式中DO是丝杆公称直径（MM）DW滚珠直径（MM），丝杆螺纹不封闭长度LU工作台最大行程螺母长度两端余量LU30014820X2488MM支撑距离LO应该大于丝杆螺纹部分长度LU，选取LO620MM代入上式计算得出FCA58X108N可见FCAFMAX，临界压缩负荷满足要求。沈阳理工大学学士学位论文20322临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最CRN高转速2230KPAEILFNCZCR式中A丝杆最小截面A2462M1093414D丝杠内径，单位；2DMP材料密度P785103KG/M临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为CL148/2300620488/2440MMC安全系数，可取082K2KFZ丝杠支承系数，双推简支方式时取189经过计算，得出63104，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。CRNMIN/R323丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率丝杠系统的轴向拉压系统刚度KE的计算公式LAES/MAXIN式中A丝杠最小横截面，；24DM螺母座刚度KH1000N/M。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750MM和100MM。经计算得MIN/1/2/1/SCHEKKSRADMWB/K式中KE滚珠丝杠副的拉压系统刚度N/M；沈阳理工大学学士学位论文21KH螺母座的刚度N/M；KH1000N/MKC丝杠副内滚道的接触刚度N/M；KS丝杠本身的拉压刚度N/M；KB轴承的接触刚度N/M。经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500R/MIN，能满足要求。33电机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。331电机轴的转动惯量A、回转运动件的转动惯量328MD42LJR上式中D直径,丝杆外径D395MML长度1MP钢的密度78002KG/M经计算得20RJB、水平进给直线运动件向丝杆折算的惯量2PMJL上式中M质量水平进给直线运动件M160KG沈阳理工大学学士学位论文22P丝杆螺距（M）P0001M经计算得281049KGJLC、联轴器的转动惯量查表得204KG/MJW因此28M08KG4109LR332电机扭矩计算A、折算至电机轴上的最大加速力矩ATJNT602MXAX上式中IN/15RJ00028KG/M2TA加速时间KS系统增量，取15S1,则TA02S3TA经计算得MNT2MXB、折算至电机轴上的摩擦力矩IPF20F上式中F0导轨摩擦力，F0MF，而F摩擦系数为002，F0MGF32NP丝杆螺距（M）P0001M传动效率，090I传动比，I1经计算得MNTF750沈阳理工大学学士学位论文23C、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩I212000PT上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为09经计算的T0005NM则快速空载启动时所需的最大扭矩MNF820MAX根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为SIEMENS的IFT5066，其额定转矩为67。N买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985244垂直进给机构设计计算41滚珠丝杠螺母副的选用设计进给机构的进给运动，由进电机的转动，然后带动工作台丝杠传动。在数控工作台上的丝杠传动，可以用普通的丝杠传动，也还有应用滚珠丝杠来转动。原因是普通丝杠传动摩，但总是不太稳定。所以要擦系数大，效率低，传动中有间隙。虽然传动中的间隙可以用一些办法来补偿，修正采用滚珠丝杠传动。滚珠丝杠传动都使用防护罩，以防止空气中的尘土和其它杂物等进入。滚珠丝杠和滚珠螺母组成滚珠丝杠螺母副，它是把步进电机的转动角位移，变换成数控工作台进给机构的的直线位移。滚珠丝杠螺母副，也简称为滚珠丝杠副，是一种新的传动机构，它是在丝杠和螺母的螺旋槽之间装有滚珠，以此作为中间元件的一种传动机构。411滚珠丝杠副的传动原理丝杠和螺母上都有圆弧形的螺旋槽,这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线的滚道,在滚道内装有许多滚珠当丝杠旋转时,滚珠相对于螺母上的滚道滚动,因此丝杠与螺母之间滚道的摩擦为滚动摩擦为防止滚珠从螺母中吊出来,在螺母的螺旋槽两端应用挡住器挡住,并设有回路滚道是他的两端连接起来使滚珠从滚道的一端滚出后,沿着这个回路滚道从新返回到滚道的另一端,可以循环进行不断地滚动。412滚珠丝杠副的传动特点滚珠丝杠副的优点是传动效率高,因为它是滚动摩擦,传动效率可达092096,比普通的丝杠传动提高34倍由此带来了一系列的优点,如功率损耗小,传动平稳,磨损小,无爬行现象等等除此而外还有两个特点,一是一般的丝杠传动总是有间隙,而滚珠丝杠可以消除间隙,所以当丝杠转动反向时,可以没有空程,提高了反向的定位精度,也增强了传动刚度二是一般的丝杠传动只能使旋转运动转变为直线运动,而滚珠丝杠副由于传动的摩擦系数小,所以既能把旋转运动转变为直线运动,也可以从直线运动转变为螺旋运动,具有传动的可逆性,因此可以作为主动件,也可以作为从动件它也有缺点,主要是元件的精度要求高,光洁度要求也高,所以制造工艺很复杂,成本也高对于丝杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困难,也限制了使用沈阳理工大学学士学位论文25又由于传动的可逆性,所以不能自锁,当应用在垂直传动装置时,由于自重和惯性的关系,在下降过程中不能立刻停止,因此还需要备有制动装置413滚珠丝杠副的结构与调整滚珠丝杠副的结构尽管在形式上有很多类型，但其主要区别是在螺纹滚到的型面形状，滚珠循环的方式，轴向间隙的调整和加预紧力的方法等三个方面。（1）螺纹滚道型面的形状螺纹滚道型面的形状有很多种，目前国内正式投产的，仅有单圆弧型面和双圆弧型面两种，如图所示。滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂线之间的夹角，称为接触角（）。（A）单圆弧B双圆弧图41滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截形（2）单圆弧型面一般滚道的圆弧半径要比滚柱的半径稍大一些。对于单圆弧型面的螺纹滚道，接触角是随着轴向负载大小而变化的，当轴向负载为零时，接触角也为零；当负载逐渐增大，接触角也逐渐增大。实验证明当接触角增大时，传动效率，轴向刚度，承载能力都随之增大。（3）双圆弧型面双圆弧型面螺纹滚道的接触角是不变的。在偏心距（E）决定后，滚珠与滚道的圆弧角接处，会有很小的空隙。这些空隙虽然能容纳一些脏物，但不至于堵塞，反而对滚柱的滚动有利。从传动效率，轴向刚度，承载能力等要求出发，接触角大一些好，但接触角过大制造就会困难。一般接触角为，滚道的圆弧半径也同样比滚柱的半径45稍大一些。滚珠的循环方式目前国内常用的滚珠循环方式由外循环和内循环两种。（1）外循环方式沈阳理工大学学士学位论文26如图所示为外循环方式，滚柱在循环过程中与丝杠脱离接触，通过外面的循环回路称为外循环（W系列）。这种外循环是直接在螺母的外圆上铣出螺旋槽，用挡珠器从螺母内部切断螺纹滚道，挡珠滚珠的去路，迫使滚珠导入通向外圆螺旋槽中，构成了外面的旋环回路。外循环的结构和制造较为简单容易，因此应用较广，他可以制成单列或式双列两种的结构形式。（2）内循环方式滚柱在循环过程中与丝杠始终保持接触的称为内循环（N系列），如图所示。这种内循环是在螺母外侧孔中装了一个接通相邻滚道的反向器，借助这个反向器迫使滚珠翻过丝杠的牙顶，而进入相邻的滚道。内循环滚珠丝杠副回路短，工作滚珠数目少，结构尺寸紧凑，流畅性好，摩擦磨损小，传动效率高，轴向刚度和承载能力都较高，具有一系列优点，但制造困难，结构复杂，所以不及外循环方式应用的广泛。图42外循环的滚珠丝杠图43内循环的滚珠丝杠414轴向间隙的调整和加预紧力的方法对于滚珠丝杠副，除了单一方向的进给传动精度有一定的要求外，对它的轴向间隙也有严格的要求，以保证反向传动的精度。要把轴向间隙完全消除，也是相当困难的。通常采用双螺母，并加预紧力的方法来消除其轴向间隙。双螺母经加预紧力调整后，能基本上消除轴向间隙。单螺母的滚珠丝杠副是不能调整轴向间隙和预紧力的，其轴向间隙只能依靠滚珠丝杠副本的精度和安装时丝杠和螺母的连接精度来保证。双螺母加预紧力消除轴向间隙必须注意两点，一是通过预紧后产生的力，可促使预拉变形，以减少弹性变形所引起的位移。但预紧力不能太大，否则会使驱动力矩增大，传动效率反而降低，使用寿命也随之缩短。二是轴向间隙的消除，不能忽视丝杠的安装部分和驱动部分的轴向间隙，应同时调整是它减少到最小。目前常用的双螺母预紧力调整方法有下面三种。（1）垫片调隙式如图所示为垫片调隙式，一般用螺钉来连接滚珠丝杠上的两个螺母的凸缘处，在中间沈阳理工大学学士学位论文27加垫片。垫片的厚度是螺母间产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的。这种结构特点是结构简单，可靠，装拆方便。但缺点是调整很费时，在工作状态下不能随意调整，因为要更换不同厚度的垫片才能消除间隙，所以是用于一般精度的机构中使用。（2）螺纹调隙式如图所示为螺纹调隙式。它是一个螺母的外端有凸缘，而另一个螺母的外端没有凸缘，车有螺纹，它伸出在套筒外，并用两个圆螺母调整好间隙后，再用一圆螺母锁紧螺母锁紧就可以了。这种结构的特点是结构紧凑，调整方便，所以应用广泛，但调整的位移量不太精确。图44垫片调隙式图45螺纹调隙式（3）齿差调隙式如图所示为齿差调隙式。它是在两个螺母的凸缘上各有圆齿轮2，两者的齿数值相差一个齿，装入内齿圆3中，内齿圆3是用螺钉1和定位销4固定在套筒5上的。调整是先取下内齿圆3，转动圆柱齿轮2，在两个滚柱螺母相对于滚筒5转动时，可以使两个螺母相互产生角位移，这样滚柱螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道也相对移动是两个螺母中的滚柱分别贴近在螺旋滚到的两个相反的侧面上。消除间隙并产生预紧力后，把内齿圆3套上用定位销4固定。这种结构的特点是调整精确可靠，定位精度高，但结构复杂，仅在高精度的数控机床有所应用。沈阳理工大学学士学位论文281螺钉；2圆柱齿轮；3内齿圆；4定位销；5套筒。图46齿差调隙式42滚珠丝杠的选择421滚珠丝杠的精度查阅滚珠丝杠的样本选择丝杠精度为5级精度等级，有初步设计现设丝杠效行程350MM，行程偏差允许达到30M。422滚珠丝杠参数的计算（1）最大工作载荷的计算丝杠的最大载荷为工作时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。设最大进给力5000N，导轨上面移动部件的重量约为500，导轨的摩擦系数为004，FF故丝杠的最小载荷（即摩擦力）（N）411968504MINFG丝杠最大载荷是50001965196（N）42FAX平均载荷是3529（N）43MINAX231319652（2）当量动载荷的计算沈阳理工大学学士学位论文29滚珠丝杠副类型的选择主要是根据导程和动载荷两个参数,其选择的原则为滚珠丝杠的静载荷COA不能大于额定静载荷COAM,即COACOAM滚珠丝杠的动载荷CA不能大于额定动载荷CAM,即CACAM。驱动电机最高转速2000R/MIN丝杠最高转速为2000R/MIN，工作台最小进给速度为05M/MIN，故丝杠的最低转速为01R/MIN，可取为0，则平均转速N1000R/MIN。丝杠使用寿命T15000H，故丝杠的工作寿命675（R）44106NTL1065106当量动载荷值45KALPFMC3式中载荷性质系数，无冲击取112，一般情况取1215，有较大冲击振KP动时取1525；精度影响系数，对1、2、3级精度的滚珠丝杠取10，对4、5级AKA精度的丝杠取09。KA根据要求去15，09，代入数据得P5159（KN）4690367512CM根据计算所得最大动载荷和初选的丝杠导程，查滚珠丝杠样本，选择FF40105型内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副，其公称直径为40MM，导程为10MM，循环滚珠为5圈2列，精度等级取5级，额定动载荷为55600N，大于最大计算动载荷51590N，符合设计要求。CM表41滚珠丝杠螺母副的几何参数名称符号计算公式和结果公称直径（MM）0D40螺距MMP10接触角630钢球直径MMWD7144沈阳理工大学学士学位论文30螺纹滚道法面半径MMR7153520DW偏心距MME0009螺纹升角MMPHARCTG60丝杠外径MM1D395丝杠底径MM2343螺杆接触直径MMZ3287（3）传动效率的计算将公称直径40MM，导程10MM，代入ARCTAN，的丝杠螺旋升角D0PDP0。将摩擦角，代入，得传动效率937。601TAN（4）刚度的验算本传动系统的丝杠采用一端轴向固定，一端浮动的结构形式。固定端采用一对面对面角接触球轴承和一个角接触球轴承，另一端也采用角接触球轴承，这种安装适应于较高精度、中等载荷的丝杠。滚珠丝杠螺母的刚度的验算可以用接触量来校核。A、滚珠丝杠滚道间的接触变1根据公式Z，求得单圈滚珠数Z22，改型号丝杠为双螺母，滚珠的圈DW0数列数为52，代入公式圈数列数，得滚珠总数量220。丝杠预紧ZZ时，取轴向预紧力1732（N）。查相关公式得滚珠丝杠与螺纹滚道间接3MAXFY触变形47301ZFYDWPA式中51590N。代入数据得；PACM0013MM301ZFYD332017451900因为丝杠有预紧力，且为轴向负载，所以实际变形量可以减少一半，取00065MM。1B、丝杠在工作载荷作用下的抗压变形MAX2沈阳理工大学学士学位论文31丝杠采用的是两端都为角接触球轴承，轴承的中心距A720MM，钢的弹性模量E,由表21中可知，滚珠直径7144MM，丝杠底径343MM，则1052PAMDWD2丝杠的截面积1540642SM2根据公式代入数据得EFEQ20018MM6154029C、总的变形总00065001800245MM,丝杠的有效行程为600，丝杠在有效行程总21500400MM时，行程偏差允许达到30M,，可见丝杠刚度足够。（5）稳定性的验算48KLEIFKPA2公式中取支撑系数2，FK由丝杠底径433MM求的截面惯性矩1889577，压杆稳定D2642DIM4安全系数K取3（丝杠卧式水平安装），滚珠螺母至轴向固定处的距离取最大值AL1200MM，代入公式得18112963120789543PA则F1811296N大于51590N，故不会失稳，满足使用要求。CM（6）临界转速的验算对于滚珠丝杠还有可能发生共振，需要验算其临界转速，设不会发生共振的最高转速为临界转速。NC查资料得公式沈阳理工大学学士学位论文3249LCDFNC2910为丝杠支承方式系数（一端固定，一端游动）F273F代入数据得4397R/MIN,临界速度远大于丝杠所需转速，故不会发生共振。C（7）滚珠丝杠选型和安装尺寸的确定由以上验算可以知道，丝杠型号为FF40105，完全符合所需要求，故确定选用该型号，安装尺寸查表可知。（8）丝杠支承的选择滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求。其两端支承的配置情况为轴向固定方式。本次设计丝杠支承选用一端固定，另一端浮动。43伺服电机的选择431最大负载转矩的计算所选伺服电机的额定转矩应大于最大切削负载转矩。最大切削负载转矩T可根据以下公式计算，即410ITFPPHFT02MAX从前面的计算可以知道，最大载荷N，丝杠导程10MM001M，预紧5196PH力N，根据计算的滚珠螺母丝杠的机械效率0947，因CAFP41139056为滚珠丝杠预加载荷引起的附加摩擦力矩（NM）41174829010PHFTP查手册得单个轴承的摩擦力矩为032NM，故一对轴承的摩擦力矩064NM。简支端轴承步预紧，其摩擦力矩可忽略不计。伺服电动机与丝杠直TF0接相连，其传动比1，则最大切削负载转矩INM7146094702156T沈阳理工大学学士学位论文33所选的伺服电机额定转矩应该大于此值。432负载惯量的计算伺服电机的转动惯量应与负载惯量相匹配。JMJL负载惯量可以按一下次序计算。立柱与主轴箱的质量为500，折算到电动机轴上的惯量可按下式计算，J1KG02518021PHMVJ314丝杠名义直径50MM005M，长度L12M丝杠材料（钢）的密度D078。根据公式计算丝杠加在电动机轴上的惯量13M41205732410874032DLJ联轴器加上锁紧螺母等的惯量可直接查手册得到，即J013J故负载总的惯量为92015702313J电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配。通常要求不小于，但MJLJMJL也不是越大越好。因越大，总的惯量就越大，加速度性能受影响。为了保JM证足够的角加速度，以满足系统反应的灵敏的，将采用转矩较大的伺服电动机和它的伺服控制系统。根据有关资料的推荐，匹配条件为41341JL则所选交流伺服电动机的转子惯量应在000920036范围之内。M根据上述计算可选用表32中的交流伺服电机22/3000I型，其额定转矩为22NM，最高，转动惯量J0012。MIN30AXRN表42FANUCHVI系列交流伺服电机型号1/5000I2/5000I4/4000I8/3000I12/3000I22/3000I沈阳理工大学学士学位论文34输出功率/KW05075141634额定转矩NM12481222最高转速MIN1500050004000300030003000转动惯量0000310000530001400026000260012质量348121829伺服放大器规格20I20I20I40I80I80I433空载加速转矩计算当执行件从静止以阶跃指令加速到最大移动（快速）速度时，所需要的空载加速转矩按下式求，TA414TACNJT60MX2空载加速时，主要克服的是惯性，选用的22/3000I型交流伺服电动机,总惯量001200009200212LM加速度时间通常取的34倍，故343461824MS，则TACTTTMNM1730601543210TACT44导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷FZ和估算的WX和WY计算导轨的静安全系数FSLC0/P，式中C0为导轨的基本静额定载荷，KN；工作载荷P05FZW；FSL1030一般运行状况，3050（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨因系统受中等冲击,因此取40SLF,05OSLXYZFPF沈阳理工大学学士学位论文35XZXYYOSLP05FW05267183579N26CF41394根据计算额定静载荷初选导轨选择汉机江机床厂HJGD系列滚动直线导轨,其型号为HJGD25基本参数如下表43额定静载荷初选导轨额定载荷/N静态力矩/NM滑座重量导轨重量导轨长度动载荷AC静载荷OATBCTGK/GMLMM175002600019819828806031760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数MSLN4064导轨的额定动载荷N1750AC依据使用速度V（M/MIN）和初选导轨的基本动额定载荷KN验算导轨的工作寿AC命LN额定行程长度寿命HTCAWFFSFTK2045MF1,81,OTWCHRDFFFFK导轨的额33108175025420958HTCAWFFSFKM定工作时间寿命3102SOTHLN沈阳理工大学学士学位论文36331024958104971506SOTHLNHTH导轨的工作寿命足够45联轴器的选择金属弹性元件挠性联轴器是由各种片状、圆柱状、卷板状等形状的金属弹簧，利用金属弹簧的弱性变形以达到补偿两轴相对偏移和减振、缓冲功能，构成不同结构、性能的挠性联轴器。金属弹性元件比非金属弹性元件强度高，使用寿命长，传递载荷能力大，,适用于高温工况，弹性模最大且稳定。如图35所示膜片联轴器是由几组膜片（不锈钢薄板）用螺栓交错地与两半联轴器联接，每组膜片由数片叠集而成，膜片分为连杆式和不同形状的整片式。膜片联轴吕靠膜片的弹性变形来补偿报联两轴的相对位移，是一种高性能的金属弱性元件挠性联轴器，结构较紧凑，强度高，不用润滑，使用寿命长，无旋转间隙，不受温度和油污影响，具有耐酸、耐碱、防腐蚀的特点，适用于高速、高温、有腐蚀介质工况环境的轴系传动，广泛用于各种机械装置的轴系传动。图47DJM5金属膜片挠性联轴器46轴承的选择滚珠丝杠中经常使用的滚动轴承有以下两类。（1）接触角为的角接触球轴承60这是目前国内外广泛采用的滚珠丝杠轴承，这种轴承可以组合配置。一种为面对面方式，另一种为背靠背组合方式。这两种方式都可承受双向轴向推力，还有一种是通向组合方式，其承受能力较高，但只承受一个方向的轴向力，同向组合时的额定动沈阳理工大学学士学位论文37载荷等于单个轴承的乘下列系数2个为1403个为216；4个为264。由于螺CACA母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中难免有误差，而且采用面对面组合方式时两接触线与轴线交点间的距离A比背对背的小，故容易实现自动调整。因此在进给传动中面对面组合用的较多。（2）滚针推力圆柱滚子组合轴承外圈与箱体固定不转，内圈和隔套内圈随轴转动，滚针承受径向载荷，圆柱滚子分别承受两个方向的轴向载荷，修磨隔套内圈的宽度可调整轴承的轴向预紧量。本次设计选用角接触球轴承，根据轴的直径选用型号为表33中的7009GB/T2921994。表44角接触球轴承47滚珠丝杠副的安全使用471润滑为使滚珠丝杠副充分发挥机能，在其工作状态下，必须润滑，润滑的方式主要有以下两种1润滑脂润滑脂的给脂量一般是
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