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圆筒激光切割机
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圆筒激光切割机主轴系统设计,圆筒激光切割机
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摘要激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料。本设计为激光切割机主轴系统设计，其中包括主轴箱设计，滚珠丝杠螺母副设计，夹具设计等。涉及主轴的设计和校核，带传动，齿轮传动和电动机的选取。由于激光切割为特种加工技术，在切割过程中并无切割力的作用，因些在工作台设计方面，可以不考虑切削力的影响。机械系统应具备良好的伺服性能（即高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足以下几方面：（1）转动惯量小（2）刚度大（3）阻尼合适 此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提高机构的稳定性）、间隙小（保证机构的传动精度），特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性相匹配。设计过程中主要对工作台的丝杠，导轨，电机，以及升降机的参数进入选择设计，以及工件的联接设计等。同时绘制各主要工件的零件图和工作台装配总图，设计其中重要工件的加工工艺规程。 关键词：机关切割技术; 主轴设计; 滚珠丝杠设计AbstractLaser cutting technology is widely used in the processing of metal and non-metal materials, which can greatly reduce processing time, reduce processing costs and improve workpiece quality. Pulsed lasers are suitable for metal materials.This design is designed for the laser cutting machine spindle system, including the spindle box design, ball screw nut pair design, fixture design and so on. Design and calibration of the spindle, belt drive, gear drive and motor selectionSince laser cutting is a special processing technology, there is no cutting force in the cutting process, so in the design of the table, the influence of the cutting force can be ignored.The mechanical system should have good servo performance (ie high precision, fast response and good stability), which requires the design of the transmission to meet the following aspects:(1) Small moment of inertia(2) Large stiffness(3) Suitable dampingIn addition, it requires small friction (improving the sensitivity of the mechanism), good resonance (improving the stability of the mechanism), small clearance (guaranteeing the transmission accuracy of the mechanism), and especially its dynamic characteristics should match the dynamic characteristics of other parts such as the servo motor. .In the design process, the parameters of the lead screw, guide rail, motor, and elevator of the workbench are selected and selected, as well as the joint design of the workpiece. At the same time, draw the part drawing of each main workpiece and the assembly drawing of the workbench, and design the processing procedure of the important workpiece.Keywords : mechanism cutting technology ;spindle design ;ball screw design目 录第1章 绪论11.1 课程设计的目的11.2课程设计的内容11.2.1 理论分析与设计计算11.2.2 图样技术设计11.2.3编制技术文件11.3 课程设计题目和技术要求1第2章 主轴参数的拟定22.1主轴主参数和基本参数22.2拟定参数的步骤和方法22.2.1 极限切削速度Vmax、Vmin22.2.2主轴的极限转速22.2.3 主电机功率动力参数的确定22.2.4确定结构式22.2.5确定结构网32.2.6绘制转速图和传动系统图31-2轴最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)32.3 确定各变速组齿轮传动副齿数32.4 核算主轴转速误差5第3章 传动件的计算63.1 带传动设计63.1.1计算设计功率Pd63.1.2选择带型63.1.3确定带轮的基准直径并验证带速73.1.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角83.1.5确定带的根数z93.1.6确定带轮的结构和尺寸93.1.7确定带的张紧装置93.1.8计算压轴力93.2 转速的计算11(2). 传动轴的计算转速113.3 齿轮模数计算及验算11Z1计算齿轮的齿数，一般取转动中最小齿轮的齿数：123.4 传动轴最小轴径的初定163、轴径设计及键的选取163.5 主轴跨度计算171.主轴前后轴颈直径的选择：172.主轴内孔直径的确定：173.主轴前端伸长量a:174.支撑跨距L:17第4章 传动系统的设计184.1 XY工作台的设计184.1.1 主要设计参数及依据184.1.2 XY进给系统的受力分析184.1.3 初步确定工作台尺寸及估算质量184.2 滚珠丝杆副设计计算184.2.1 滚珠丝杠的特点184.2.2 主要参数194.2.3 导程计算204.2.4 确定当量转速与当量载荷214.2.5 初选滚珠丝杠副214.2.6 确定允许的最小螺纹底径224.2.7 确定滚珠丝杠副的规格代号224.2.8 确定滚珠丝杠副预紧力224.2.9 行程补偿值与拉伸力234.2.10 确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号，规格234.2.11 滚珠丝杠副工作图设计234.2.12 传动系统刚度244.2.13 刚度验算及精度选择254.2.14 验算临界压缩载荷264.2.15 验算临界转速264.2.16 效率验算26第5章 导轨的选定285.1 主要要求及种类285.1.1 对导轨的基本要求285.1.2 导轨的技术要求285.1.3 分类及特点285.2 导轨的选用29（1）定位精度高29（2）降低机床造价并大幅度节约电力29（3）可提高机床的运动速度29（4）可长期维持机床的高精度29第6章 步进电机及其传动机构的确定316.1 步进电机的选用316.1.1 脉冲当量和步距角316.1.2 步进电机上起动力矩的近似计算316.1.3 确定步进电机最高工作频率326.2 齿轮传动机构的确定326.2.1 传动比的确定326.2.2 齿轮结构主要参数的确定326.3 步进电机惯性负载的计算32第7章 夹具设计34第8章 传动系统刚度分析368.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度36（1） 丝杆拉压变形36（2） 扭转变形36（3） 丝杆和螺母的螺纹接触变形及螺母座的变形36（4） 轴承和轴承座的变形368.2 根据微量进给的灵敏度来确定传动系统的刚度36第9章 动力设计379.1 传动轴的直径估算37a.轴的设计计算:37b. 轴的设计计算:37c. 轴的设计计算:379.2 轴的校核389.2.1 I轴的设计389.2.2 II轴的设计409.2.3 III轴的设计439.3 主轴抗震性的验算45（1）支撑刚度，包括轴承的弹性变形和坐圈接触变形。45（2）量主要支撑的刚度折算到切削点的变形46（3）主轴本身引起的切削点的变形46（4） 主轴部件刚度47（5） 验算抗振性479.4 齿轮校验47（1）接触应力公式：47（2）弯曲应力：489.5 轴承的校验48第10章 结构设计及说明5010.1 结构设计的内容、技术要求和方案5010.2 展开图及其布置5010.3 I轴（输入轴）的设计5010.4 齿轮块设计5110.5 传动轴的设计5210.6 主轴组件设计5310.6.1 各部分尺寸的选择5310.6.2 主轴轴承5410.6.3 主轴与齿轮的连接5510.6.4 润滑与密封5510.6.5 其他问题55参考文献57致 谢58引言1 激光原理: 激光英文全名为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。 于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。 科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的连锁反应，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光；因此强的激光甚至可用作切割钢板！2 激光加工技术: 激光是20世纪60年代的新光源。由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好等特点而得到广泛应用.激光加工是激光应用最有发展前途的领域之一，现在已开发出20多种激光加工技术。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用)。82第1章 绪论1.1 课程设计的目的课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计。1.2课程设计的内容课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。1.2.1 理论分析与设计计算（1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。（2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。（3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。1.2.2 图样技术设计（1）选择系统中的主要机件。（2）工程技术图样的设计与绘制。1.2.3编制技术文件（1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。（2）编制设计计算说明书。1.3 课程设计题目和技术要求题目：圆筒激光切割机主轴系设计技术要求：（1）设计出机械结构，绘制出装配图，对主轴进行强度与刚度校核。（2）工作范围水平移动1-500mm，垂直360度任意可到位。山西工程技术学院毕业设计说明书第2章 主轴参数的拟定2.1主轴主参数和基本参数主轴的主参数（规格尺寸）和基本参数如下：电机功率3KW，电机转速1450，主轴最低转速40，公比1.26，转速级数Z=82.2拟定参数的步骤和方法2.2.1 极限切削速度Vmax、Vmin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑2.2.2主轴的极限转速计算主轴极限转速时的加工直径，则主轴极限转速应为：在中考虑车螺纹和铰孔时，其加工的最大直径应根据实际加工情况选取0.1Dmm左右。即=40r/min，取依据题目要求选级数Z=8， =1.26=1.064考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动。各级转速数列可直接从标准的数列表中查出，按标准转速数列为：40，50，63，80，100，125，160，2002.2.3 主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率N，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。根据题设条件电机功率为3KW可选取电机为：额定功率为3KW，满载转速为1450r/min.2.2.4确定结构式已知Z=x3ba、b为正整数，即Z应可以分解为2和3的因子，以便用2、3联滑移齿轮实现变速。取Z=8级 则Z=22对于Z=8可分解为：Z=212224。综合上述可得：主传动部件的运动参数 =40 Z=8 =1.262.2.5确定结构网根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,结构紧凑的原则,选取传动方案 Z=212224,易知第二扩大组的变速范围r=(P3-1)x=1.264=2.528 满足要求，其结构网如图2-1。图2-1结构网 图2-1结构网 Z=2122242.2.6绘制转速图和传动系统图（1）选择电动机：采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（2）绘制转速图：（3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图2-3：1-2轴最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)轴最小齿数和:Szmin(Zmax+2+D/m)2.3 确定各变速组齿轮传动副齿数(1)Sz100-120,中型机床Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮Zmin18-20,m4(3)确定各变速组内齿轮齿数由以上确定的各个传动比，根据参考文献1表5-2，有： a变速组， 时，=，58，60，62，64，66，68，70，72，74，76，时，=，56，59，61，63，65，66，68，70，72，74，可知，=86是共同适用的，可取=86。再由参考文献1表5-2查出各对齿轮副中小齿轮的齿数为：33、29。则：； b变速组， 时，=，58，60，62，64，66，68，70，72，74，76，时，=，56，59，61，63，65，66，68，70，72，74，可取=86，查出齿轮齿数为：33和29。； c变速组， 时，=，80，84，88，95，96，99，100，104，105， 时，=88，92，93，95，96，98，99，101，102，104，可取=88，查出齿轮齿数为：25和44。则： ；齿轮齿数的确定各齿轮齿数如表2-2。 表2-2 齿轮齿数传动比基本组第一扩大组第二扩大组1:1.581:21:1.581:21：11：2.5代号ZZZZZZZZZ5Z5ZZ齿数33532957 33532957 44442563 图2-3 主传动系统图2.4 核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过10(-1),即10(-1)=2.6经过计算都能满足各级转速误差因此满足要求。第3章 传动件的计算3.1 带传动设计输出功率P=3KW,转速n1=1450r/min,n2=500r/min3.1.1计算设计功率Pd表4 工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；轻型运输机1.01.21.3载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，取KA1.1。即3.1.2选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图1311选取。根据算出的Pd3.3KW及小带轮转速n11450r/min ，查图得：d d=80100可知应选取A型V带。3.1.3确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100mm则取dd1= 100mm ddmin.=75 mm（dd1根据P295表13-4查得）表3. V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=280mm 误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。3.1.7确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.1.8计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F0138.58N，上面已得到=153.62o，z=3，则对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表 普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92） 项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式： （1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时)，如图7 -6a。 （2） 腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时)，如图7-6b。 （3） 孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时)，如图7 -6c 。 （4） 椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时)，如图7-6d。（a） （b） （c） （d）图7-6 带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择腹板带轮，如图（b）3.2 转速的计算（1）主轴的计算转速nj，由公式n=n得，主轴的计算转速nj=58.79r/min，取63r/min。(2). 传动轴的计算转速 轴3=100 r/min，轴2=250r/min，轴1=500r/min。（2）确定各传动轴的计算转速。表3-1 各轴计算转速轴 号 轴 轴 轴计算转速 r/min 5002501003.3 齿轮模数计算及验算（1）模数计算。一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即mj=16338可得各组的模数，如表3-3所示。根据和计算齿轮模数，根据其中较大值取相近的标准模数：=16338=16338mm齿轮的最低转速r/min；顶定的齿轮工作期限，中型机床推存：=1520转速变化系数； 功率利用系数；材料强化系数。 （寿命系数）的极值齿轮等转动件在接取和弯曲交边载荷下的疲劳曲线指数m和基准顺环次数C0工作情况系数。中等中级的主运动： 动载荷系数；齿向载荷分布系数；齿形系数； 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： 式中：N计算齿轮转动递的额定功率N= 计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/min 齿宽系数, Z1计算齿轮的齿数，一般取转动中最小齿轮的齿数： 大齿轮与小齿轮的齿数比，=；（+）用于外啮合，（-）号用于内啮合： 命系数； ：工作期限 ， =； =3.49 =1.8=0.84 =0.58 =0.90 =0.55 =0.72 =3.49 0.84 0.58 0.55=0.94=1.80.84 0.90 0.72=0.99 时，取=，当时，取=；=0.85 =1.5； =1.2 =1 =0.378 许用弯曲应力，接触应力，() =354 =1750 6级材料的直齿轮材料选；20热处理S-C59根据标准齿轮模=16338mm数系数选用模数为: 基本组齿轮模数为3，第一扩大组齿轮模数m=3，第二扩大组齿轮模数m=3.5; 表3-3 模数组号基本组第一扩大组第二扩大组模数 mm 333.5（2）基本组齿轮计算。 基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1Z2Z2齿数33532957分度圆直径9915987171齿顶圆直径10516593177齿根圆直径91.5151.579.5163.5 齿宽20172017按基本组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算如下： 齿面接触疲劳强度计算： 接触应力验算公式为 弯曲应力验算公式为： 式中 N-传递的额定功率（kW），这里取N为电动机功率 -计算转速（r/min） m-初算的齿轮模数（mm） B-齿宽（mm） z-小齿轮齿数 u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比 -寿命系数； = -工作期限系数； T-齿轮工作期限，这里取T=15000h.; -齿轮的最低转速（r/min）, =500（r/min） -基准循环次数，接触载荷取=，弯曲载荷取= m-疲劳曲线指数，接触载荷取m=3；弯曲载荷取m=6; -转速变化系数，查【5】2上，取=0.60 -功率利用系数，查【5】2上，取=0.78 -材料强化系数，查【5】2上， =0.60 -工作状况系数，取=1.1 -动载荷系数，查【5】2上，取=1 -齿向载荷分布系数，查【5】2上，=1 Y-齿形系数，查【5】2上，Y=0.386；-许用接触应力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；-许用弯曲应力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；根据上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa =78 Mpa（3）第一扩大组齿轮计算。 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮Z3Z3Z4Z4齿数33532957分度圆直径9915987171齿顶圆直径10516593177齿根圆直径91.5151.579.5163.5齿宽20172017（4）第二扩大组齿轮计算。 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮Z5Z5Z6Z6齿数44442563分度圆直径15415487.5220.5齿顶圆直径16116194.5227.5齿根圆直径145.25145.2578.75211.75齿宽24242424按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。同理根据基本组的计算，3.4 传动轴最小轴径的初定取各传动件效率如下：带传动效率：轴承传动效率：齿轮传动效率：当轴上有键槽时，d值应相应增大45%;当轴为花键轴时，可将估算的d值减小7%为花键轴的小径;空心轴时，d需乘以计算系数b，b值见机械设计手册表7-12。轴有键槽，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴,有键槽并且轴为空心轴.根据以上原则各轴的直径取值： 3、轴径设计及键的选取轴一：，取带入公式： 有，,圆整取轴二：，取带入公式： 有，,圆整取 选花键：轴三：取带入公式： 有，,圆整取选花键：3.5 主轴跨度计算主轴上的结构尺寸虽然很多，但起决定作用的尺寸是：外径D、孔径d、悬伸量a和支撑跨距L。1.主轴前后轴颈直径的选择：主轴的外径尺寸，关键是主轴前轴颈直径。一般按照机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径，参考表3-7选取。假设最大回转直径400mm车床，P=3KW查机械制造装备设计表3-7，前轴颈应,初选,后轴颈取。2.主轴内孔直径的确定：很多机床的主轴是空心的，为了不过多的削主轴刚度，一般应保证d/D 4.2.11 滚珠丝杠副工作图设计（1）丝杆螺纹长度 （4.11）由表查得余程（2）两固定支承距离，丝杆（3）行程起点离固定支承距离 4.2.12 传动系统刚度（1） 丝杆抗压刚度丝杆最小抗压刚度 （4.12） ：丝杆底径 ：固定支承距离代入数据得： 丝杆最大抗压刚度 （4.13）代入数据得： （2) 支承轴承组合刚度一对预紧轴承的组合刚度 （4.14） :滚珠直径mm ：滚珠数 ：最大轴向工作载荷轴承接触角由机械设计手册查得3306轴承是预加载荷的三倍 支承轴承组合刚度 滚珠丝杆副滚珠和滚道的接触刚度 （4.15） 代入数据得： 4.2.13 刚度验算及精度选择 (1) （4.16）代入前面所得的数据得 代入前面所得数据得 已知 ：静摩擦力 ：静摩擦系数 ：正压力（2） 验算转动系统的刚度 已知反向差值和重复定位精度为10 （3） 传动系统刚度变化引起的定位误差 （4.17）代入得：（4） 确定精度 :任意360mm内行程变动量对系统而言 定位精度为 ，丝杆精度取3级 （5） 确定滚珠丝杆副的规格代号 已确定型号： 公称直径：40 导程：5 螺纹长度380，丝杆长度510 P类精度3级 所选规格型号： 4.2.14 验算临界压缩载荷 丝杠所受大轴向载荷小于丝杠预拉伸力不用验算。4.2.15 验算临界转速 ：临界转速 ：与支承有关的系数 ：丝杆底径 ：临界转速计算长度mm由机械设计手册得： 可得4.2.16 效率验算表4.2 当量摩擦系数f和当量摩擦角表格齿圈材料锡 青 铜无锡青铜灰铸铁齿面硬度HRC45其它HRC45HRC45其它相对速度 s m/s0.010.001.01.52.02.53.04581015240.1100.0900.0800.0650.0550.0450.0400.0350.0300.0280.0240.0220.0180.0160.0140.0136175094343433092352172001431361221161020550480450.1200.1000.900.0750.0650.0550.050.0450.0400.0350.0310.0290.0260.0240.0206515435094173433092522352172001471401291221090.1800.1400.1300.1000.0900.0700.0650.0550.050.0450.0400.0350.0310127587245435094003433092522352172001430.1800.1400.1300.1000.0900.0700.0650.0551027587245435094003433090.1900.1600.1400.1200.1000.0900.0800.0701045905758651549509434400 滚珠丝杠副的传动效率为: （4.18） 式中滚珠丝杠的螺纹升角 当量摩擦角 根据当量摩擦系数和当量摩擦角关系，前面已经定v=1m/s，材料选择灰铸铁HRC45。所以：=405，=0.0024 ；因为 式中: 导程，5mm d-丝杠公称直径，40mm则根据式（3.3）： 则根据式（3.2）得： 0.942。第5章 导轨的选定5.1 主要要求及种类5.1.1 对导轨的基本要求（1） 导轨精度高 导轨精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线和它与有关基面之间的 相互位置的准确性。无论在空载或切削工件时导轨都应有足够的导轨精度，这是对导轨的基本要求。（2） 耐磨性能好导轨的耐磨性是指导轨在长期使用过程中保持一定导向精度的能力。因导轨在工作过程中难免磨损，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。（3） 足够的刚度导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，因此要求轨道应有足够的刚度。（4） 低速运动平稳性要使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。（5） 结构简单，公益性好 导轨的制造和维修要方便，在使用时便于调整和维护。5.1.2 导轨的技术要求（1) 导轨的精度要求滑动导轨，不管是V-平型还是平-平型，导轨面的平面度通常取0.010.015mm,长度方面的直线度通常取0.0050.01mm；侧导向面的直线度取0.010.015mm,侧导向面之间的平行度取0.010.015mm,侧导向面对导轨地面的垂直度取0.0050.01mm。（2） 导轨热处理数控机床的开动率普遍都很高，这就要求导轨具有较高的耐磨性，以提高其精度保持性。为此，导轨大多需要淬火处理。导轨淬火的方式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中用的较多的是前两种方式。5.1.3 分类及特点 导轨按运动轨迹可分为直线运动导轨和圆运动导轨；按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨；按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等三大类。（1） 滑动导轨：是一种做滑动摩擦的普通导轨。滑动导轨的优点是结构简单，使用维护方便，缺点是未形成完全液体摩擦时低速易爬行，磨损大，寿命短，运动精度不稳定。滑动导轨一般用于普通机床和冶金设备上。（2） 滚动导轨的特点是：摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现爬行现象，故运动均匀平稳。缺点是：导轨面和滚动体是点接触或线接触，抗振性差，接触应力大，故对导轨的表面硬度要求高；对导轨的形状精度和滚动体的尺寸精度要求高。因此，滚动导轨在要求微量移动和精确定位的设备上，获得日益广泛的运用。（3） 静压导轨是利用液压力让导轨和滑块之间形成油膜，使滑块有0.02-0.03mm的浮起，从而大大减小了滑块和导轨之间的摩擦系数，但其依然属于滑动导轨副。缺点是结构复杂，且需备置一套专门的供油系统。5.2 导轨的选用直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点：（1）定位精度高直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。（2）降低机床造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。（3）可提高机床的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率2030%。（4）可长期维持机床的高精度对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。所以在结构上选用：开式直线滚动导轨。参照南京工艺装备厂的产品系列。型号：选用GGB型四方向等载荷型滚动直线导轨副，如图5.1。具体型号：X向选用Y向选用图5.1 导轨第6章 步进电机及其传动机构的确定6.1 步进电机的选用6.1.1 脉冲当量和步距角已知脉冲当量为，而步距角越小，则加工精度越高。初选为（二倍细分）。6.1.2 步进电机上起动力矩的近似计算电机起动力矩： （6.1）式中：为滚珠丝杆所受总扭矩 为外部负载所产生的摩擦力矩，有; （6.2） 为内部预紧所产生的摩擦扭矩，有： （6.3）式中：K-预紧时的摩擦系数，0.1-0.3 -导程，5cm -预紧力有：取为轴承预紧力,轴承型号6004轻系列,预紧力为。故根据 （6.3） 齿轮传动比公式为:,故步进电机输出轴生起动矩近似的可估计为； = （6.4）式中：； 根据式（6.4）： 因。（因电机5相运行）则步进电机最大静转矩。6.1.3 确定步进电机最高工作频率参考有关数控激光切割机床的资料，可以知道步进电机的最高工作频率不会超过1000Hz。根据以上讨论并参考样本，确定选取M56853S步进电机，该电机最大的静止转矩为，转动惯量为6.2 齿轮传动机构的确定6.2.1 传动比的确定要实现脉冲当量的设计要求，必须通过齿轮机构进行分度，其传动比为： （6.5）式中：-滚珠丝杆导程 -步距角 -脉冲当量根据前面选定的参数，有式（6.4）得： 根据结构要求，选用6.2.2 齿轮结构主要参数的确定（1） 齿轮类型：选择直齿轮加工方便。（2） 模数选择:本工作台负载相当轻，参考同类型的机床后，选择m=1的齿轮传动。（3） 中心距的计算： （6.6） 齿顶高为1mm，齿根高为1.25mm，齿宽为20mm（4） 齿轮材料及热处理： 小齿轮采用，齿面高频淬火; 大齿轮采用45钢，调质处理。6.3 步进电机惯性负载的计算由资料知，激光切割机的负载可以认为是惯性负载。机械机构的惯量对运动特性有直接的影响。不但对加速能力、加速时驱动力矩及动态的快速反应有关，在开环系统中对运动的平稳性也有很大的影响，因此要计算惯性负载。限于篇幅，在此仅对进给系统的负载进行计算。 惯性负载可有以下公式进行计算： （6.7）式中：为整个传动系统折算到电机轴上的惯性负载。 为步进电机转子轴的转动惯量e 为齿轮的转动惯量 为齿轮的转动惯量 为齿轮的转动惯量 为系统工作台质量 为工作台的最大移动速度 为折算成单轴系统电机角速度 各项计算如下： 已知：忽略不计 齿轮惯性转矩计算公式： （6.8）其中：为回转半径 G为转件重量滚珠丝杆的惯性矩计算公式： （6.9)最后可计算得： 故惯性负载根据式（6.7）可得： 此值为近似值，故小于所选电动机的转动惯量。第7章 夹具设计 图1所示，薄壁圆筒塑件是在模具加工中碰到的塑料产品(中间镶有轴承)。由于塑料模具精度有限，成型后其外圆存在拔模斜度，但其外圆部分需要与其他零件配合使用，有配合精度和同轴度要求，必须进行二次加工。为达到要求，薄壁圆筒的二次加工需设计必要的车床夹具。 7.1.圆筒的主要技术要求及工艺分析 图2a、b为二次加工前后薄壁圆简简图，对外圆的几何尺寸、公差要求及同轴度都有较高要求。 圆筒材料为ABS塑料，壁薄，刚性差，车削加工过程中容易产生变形，不易保证尺寸精度和位置精度，必须设计专用夹具，才能达到客户要求,加工出合格的产品。7.2.夹具设计及工作原理(1)夹具结构组成及工作原理(见图3、图4)该夹具包括左、右心轴，其中左边心轴装在车床卡盘上，右边部分装在尾座顶尖的圆柱上,加工时将顶尖顶住圆筒。车削时，将圆筒装在左边心轴上,并通过定位螺栓头卡住圆筒的加强肋，使圆筒与心轴-起绕机床主轴转动;左心轴的A端面定位限制圆筒的轴向移动、绕X向的转动和Y向的转动3个自由度，左心轴圆柱面50mm与圆筒的轴承内圈配合来限制圆筒X向、Y向的移动2个自由度，共限制5个自由度，满足定位要求。右心轴就是起到夹紧和支撑作用，保证车削时圆筒不发生变形。 (2)定位误差计算定位元件 左心轴与圆筒轴承内孔是间隙配合，其中其配合公差为H6/g6。定位误差:D= Dmax- dmin= (50+0.003) - (50-0.04) =0.043 (mm)。因为D /3=0.15/3=0.05 (mm),所以满足加工精度要求。第8章 传动系统刚度分析激光切割机XY工作台其实是一进给传动系统，其传动系统的刚度可以根据不出现摩擦振动或保证微量进给灵敏度的条件来确定。8.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度 传动系统中的当量刚度K或当扭转刚度C主要由最后传动件的刚度或决定的，在估算时，取对滚珠丝杆传动，其变形主要包括：（1） 丝杆拉压变形（2） 扭转变形（3） 丝杆和螺母的螺纹接触变形及螺母座的变形（4） 轴承和轴承座的变形 在工程设计和近似计算时，一般将丝杆的拉压变形刚度的三分之一作为滚珠丝杆副的传动刚度，根据支承形式可得： （7.1）式中： 则根据式（7.1）得： 传动系统刚度较大,可以满足需要。8.2 根据微量进给的灵敏度来确定传动系统的刚度此时传动系统应当满足： (7.2)式中： -传动系统当量刚度 -部件运动时的静摩擦力 -正压力 -静摩擦系数，取0.003-0.004 -部件调整时，所需的最小进给量则： 即满足微量进给要求的传动系统刚度为： 综合上述传动系统刚度的讨论可知满足微量进给灵敏度所需要的刚度较小，可以达到精度要求。第9章 动力设计9.1 传动轴的直径估算当轴上有键槽时，d值应相应增大45%;当轴为花键轴时，可将估算的d值减小7%为花键轴的小径;空心轴时，d需乘以计算系数b，b值见机械设计手册表7-12。轴有键槽，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴,有键槽并且轴为空心轴.根据以上原则各轴的直径取值： a.轴的设计计算:（1）选择轴的材料由文献1中的表11-1和表11-3选用45号钢，调质处理，硬度，。（2）按扭矩初算轴径 根据文献1中式（11-2），并查表11-2，取C=115，则 考虑有键槽和轴承，轴加大5%, I轴直径改成:25mm 所以取d=25mmb. 轴的设计计算:（1）选择轴的材料由文献1中的表11-1和表11-3选用45号钢，调质处理，硬度，。（2）按扭矩初算轴径根据文献1中式（11-2），并查表11-2，取C=115，则 考虑有键槽，轴加大5%： 所以取最小d=30mmc. 轴的设计计算:（1）选择轴的材料由文献1中的表11-1和表11-3选用45号钢，调质处理，硬度，。(2）按扭矩初算轴径 根据文献1中式（11-2），并查表11-2，取C=115，则 有键槽和轴承，轴加大5%； 取d=35mm9.2 轴的校核9.2.1 I轴的设计计算小齿轮受力。 圆周力 径向力 （3）计算支承反力水平面支反力 竖直面支反力 （4）画弯矩图水平面：垂直面：合成弯矩 （5）画转矩图转矩图如图： （6）许用应力由，查表9-4得，则折合系数为： （7）画当量弯矩图当量转矩当量弯矩在小齿轮中间截面处 （8）校核轴径小齿轮所在的截面对应的当量弯矩最大，且有较大应力集中，故危险截面为小齿轮所在中间截面。该截面抗扭截面模量为则故轴的尺寸满足要求。9.2.2 II轴的设计（2）计算小圆柱齿轮受力。圆周力 径向力 （3）计算支承反力水平面支反力 竖直面支反力（4）画弯矩图水平面：垂直面：合成弯矩（5）画转矩图转矩图如图：（6）许用应力由，查表9-4得，则折合系数为：（7）画当量弯矩图当量转矩当量弯矩在大齿轮中间截面处当量弯矩在小齿轮中间截面处（8）校核轴径小齿轮所在的截面对应的当量弯矩最大，且有较大应力集中，危险截面为小齿轮所在中间截面。该截面抗扭截面模量为则故轴的尺寸满足要求。9.2.3 III轴的设计（2）计算齿轮受力。圆周力 径向力 （3）计算支承反力水平面支反力 竖直面支反力（4）画弯矩图水平面：垂直面：合成弯矩（5）画转矩图转矩图如图：（6）许用应力由，查表9-4得，则折合系数为：（7）画当量弯矩图当量转矩当量弯矩在大齿轮中间截面处（8）校核轴径大齿轮所在的截面对应的当量弯矩最大，且有较大应力集中，危险截面为大齿轮所在中间截面。该截面有键槽，抗扭截面模量为其中，b=20mm,t=7.5mm则故轴的尺寸满足要求。9.3 主轴抗震性的验算（1）支撑刚度，包括轴承的弹性变形和坐圈接触变形。向心推力球轴承：=（0.70.002）d圆锥孔双列向力短圆柱滚子轴承：=（mm）前轴承处d=100，R=5400kgf，所以：=0.0108mm=0.0251mm坐圆外变形：对于向心球轴承：D=150，d=100，b=60，取k=0.01所以：对于短圆柱滚子轴承：D=150，d=100，b=37，取k=0.01，R=12500kgf所以：所以轴承的径向变形：=+=0.05+0.053=0.103mm支撑径向刚度：k=（2）量主要支撑的刚度折算到切削点的变形其中L=419mm，KA=121359.2kg/mm所以：（3）主轴本身引起的切削点的变形其中：P=2940N，a=125mm，L=419mm，E=2107N/cm，D=91mmI=0.05（D4-d4）=0.05（914-464）=3163377.25mm2所以：（4） 主轴部件刚度（5） 验算抗振性则：所以：所以主轴抗振性满足要求。9.4 齿轮校验 在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮2，齿轮7，齿轮12这三个齿轮。（1）接触应力公式： u-大齿轮齿数与小齿轮齿数之比； -齿向载荷分布系数；-动载荷系数；-工况系数；-寿命系数查机械零件设计表及图得假定齿轮工作寿命是48000h，故应力循环次数为查机械零件设计图10-18得，所以：（2）弯曲应力： 查金属切削手册有Y=0.378，代入公式求得：=158.5Mpa 查机械设计图10-21e,齿轮的材产选，大齿轮、小齿轮的硬度为60HRC，故有，从图10-21e读出。因为：，9.5 轴承的校验轴对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。 轴传递的转矩 Nm 齿轮受力 N 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为 N N 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，按机械设计表10-5查得为1.2到1.8，取，则有： N N轴承的寿命 因为，所以按轴承1的受力大小计算： h故该轴承能满足要求。第10章 结构设计及说明10.1 结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制，一般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是：布置传动件及选择结构方案。检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。10.2 展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，是制动尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。10.3 I轴（输入轴）的设计将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴部受带的拉力（采用卸荷装置）。I轴上装有摩擦离合器，由于组成离合器的零件很多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好I轴在整体装入箱内。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换向频率较高。实现政反转的变换方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行，常采用片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。在确定轴向尺寸时，摩擦片不压紧时，应留有0.20.4的间隙，间隙应能调整。离合器及其压紧装置中有三点值得注意：摩擦片的轴向定位：由两个带花键孔的圆盘实现。其中一个圆盘装在花键上，另一个装在花键轴上的一个环形沟槽里，并转过一个花键齿，和轴上的花键对正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接在一起。这样就限制了轴向和周向德两个自由度，起了定位作用。摩擦片的压紧由加力环的轴向移动实现，在轴系上形成了弹性力的封闭系统，不增加轴承轴向复合。结构设计时应使加力环推动摆杆和钢球的运动是不可逆的，即操纵力撤消后，有自锁作用。I轴上装有摩擦离合器，两端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时才和轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴回转方向是相反的，二者的相对转速很高（约为两倍左右）。结构设计时应考虑这点。齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。滑动轴承在一些性能和维修上不如滚动轴承，但它的径向尺寸小。空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。10.4 齿轮块设计齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素：是固定齿轮还是滑移齿轮；移动滑移齿轮的方法；齿轮精度和加工方法；变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差要大，所以这两项精度应选高一级。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都是用766，圆周速度很低的，才选877。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选655。当精度从766提高到655时，制造费用将显著提高。不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的7级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度高于7，或者淬火后在衍齿。6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到6级。机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。其他问题滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。齿轮磨齿时，要求有较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成整体的，一般都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮在轴向位置由操纵机构中的定位槽、定位孔或其他方式保证，一般在装配时最后调整确定。10.5 传动轴的设计机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大；两轴中心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。传动轴可以是光轴也可以是花键轴。成批生产中，有专门加工花键的铣床和磨床，工艺上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。轴的部分长度上的花键，在终端有一段不是全高，不能和花键空配合。这是加工时的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径为6585。机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升、空载功率和噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较高。因此球轴承用的更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型号和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。同一轴心线的箱体支撑直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几种镗孔方式：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比较短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同时加工各孔；对中间孔径比两端大的箱体，镗中间孔必须在箱内调刀，设计时应尽可能避免。既要满足承载能力的要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列轴承来达到支撑孔直径的安排要求。两孔间的最小壁厚，不得小于510，以免加工时孔变形。花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径。一般传动轴上轴承选用级精度。传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置正确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴，其轴向定位就更重要。回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意：轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。轴承的间隙是否需要调整。整个轴的轴向位置是否需要调整。在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。加工和装配的工艺性等。10.6 主轴组件设计主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（铣床、钻床等）的主轴参予切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面考虑。10.6.1 各部分尺寸的选择主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。内孔直径车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆，必须是空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。轴颈直径前支撑的直径是主轴上一主要的尺寸，设计时，一般先估算或拟定一个尺寸，结构确定后再进行核算。前锥孔直径前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。支撑跨距及悬伸长度为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外伸长度。选择适当的支撑跨距，一般推荐取： =35，跨距小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，应选大值，轴刚度差时，则取小值。跨距的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。10.6.2 主轴轴承1）轴承类型选择主轴前轴承有两种常用的类型：双列短圆柱滚子轴承。承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比较简单，但允许的极限转速低一些。与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种：600角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载的机床。2）轴承的配置大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚度也有用三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约0.030.07），只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。在配置轴承时，应注意以下几点：每个支撑点都要能承受经向力。两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支撑件承受。3）轴承的精度和配合主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。普通精度级机床的主轴，前轴承的选或级，后轴承选或级。选择轴承的精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。轴承间隙的调整为了提高主轴的回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙，形成一定的预负载，回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确地控制，但调整机构的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于1：12的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意：调整落幕的端面与螺纹中心线的垂直度，隔套两个端面的平行度都由较高要求，否则，调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。10.6.3 主轴与齿轮的连接 齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度一般取1：15左右）。锥面配合对中性好，但加工较难。平键一般用一个或者两个（相隔180度布置），两国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。10.6.4 润滑与密封 主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种： 1）堵加密封装置防止油外流。 主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0.10.3的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或形），效果比上一种好些。在轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。 在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。 2）疏导在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。10.6.5 其他问题主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。当后支承采用推力轴承时，推力轴承承受着前向后的轴向力，推力轴承紧靠在孔的内端面，所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上，内端面加工有一定难度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面与孔德垂直度。主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用或其他合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为5055。其他部分处理后，调整硬度为220250。English literatureA novel and simple, low-cost four-degree-of-freedom angle index calibration precision turntable technologyW. Jywe a, C.J. Chenb, W.H. Hsieha, P.D. Linb, H.H. Jwoa, T.Y. YangaAbstract: Calibration of an angular rotary table, whether it is a high-precision standard or related optical laser interferometer, is generally very expensive. This paper establishes a novel, simple, low-cost technique to calibrate a 4 degree-degree of freedom (degree of freedom) error by using a reference rotary table that can rotate a full circle of 360 (triangular position error and a linear position error) , a 1D (1D) grating and two 2D (2D) position sensing detectors (PSD). With this technique, a highly accurate reference turntable is not used, but the test is well reproducible. After two large circle tests, both the four-degree-of-freedom error of the target turntable and the reference turntable can be measured. System calibration, stability testing, system test verification and complete round testing are completed. The system has an angular stability of less than 2 arc seconds and a displacement stability of less than 1.2 mm. 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.Key words: rotating table calibration, full cycle test; grating; position sensing detector; 4 degrees of freedom measurement; error separation1 Introduction Rotary tables are machine tools, coordinate measuring machines and assembly lines that are often used in industrial production. Therefore, turntable calibration is very important. The turntable calibration requires an angle measuring instrument, and the conventional instrument is a rotary encoder, and the laser interferometer self-collimator measures the accuracy. A rotary encoder is a commonly used indexing measurement tool, such as a one-to-many rotary table machine, a robot joint, a machine spindle tool, and a ball screw index. However, rotary encoders only measure the error appropriately. Laser interferometers are often used to measure a small angle, but it can only obtain an index error during the test. A self-collimator is often used to measure small angles. It can be applied to two two-dimensional (planar) angles (pitch error and elevation error), but its measurement range is small, and it requires a standard polygon mirror. The rotary table has 6 degrees of freedom error (trilinear position error and 3 angular position errors), but conventional instruments can only measure either one dimensional (1D) error or 2D error. The complete calibration process for this turntable requires a large circle of 360 degrees of freedom measurement, but most measurement systems range from this measurement technique to less than 10. Therefore, the measurement range of the laser measurement range interferometer and autocollimator is not enough, and they are very expensive. The traditional calibration technique requires a complete 360 reference turntable for turntable calibration, which must have high accuracy and high repeatability. The error relative measurement results of the authors reference to the rotating table can be ignored. The instrument is usually recorded once, when the target turntable rotates clockwise, the rotating reference dial rotates counterclockwise. In general, a rotating 360 meter requires a total of 36 calibration records, that is, the measurement system has a sampling period of 10. If a more complete test is implemented, the calibration process will take longer.In general, the rotation table includes errors, wobble errors, and eccentricities. However, conventional rotary table calibration techniques (laser interferometers or autocollimators) only calibrate index error and wobble index error. However, high precision rotating tables must be calibrated for more detail. With a complete rotary table calibration, the error of the rotary table can be compensated. In this paper, the six degrees of freedom of error in the rotation table are defined, namely three linear position errors and three angular position errors.In recent years, angle measuring technology has been the focus of interference methods. In 1992, Huang et al. A small angle measurement system was built which is based on the reflection effect of a glass interior boundary and Fresnels law. In the yellow system, the resolution is 0.2 arc seconds and the measurement range is 3 arc seconds. In 1996, Xiaoli and others. A two-dimensional small rotation angle measurement system was established, using two different parallel interference modes (Picture in Picture), these orthogonal counterparts. The standard deviation of the system for Xiaoli is 0.6 arc seconds. In the following year, Xiaoli et al. Improve their system so that its resolution is 0.2 arc seconds and the measurement range is 30 arc minutes. In 1997, Qiu et al. An improved angular measurement technique with a resolution of 0.333 arc seconds was established with a measurement range of 5.6. At its best performance, the system has a resolution of 0.288 arc seconds. In 1998, Zhou, Cai 8 established an angle measurement technique based on the 09th total internal reflection effect and heterodyne interference in 2005. The resolution of the system is better than 0.3 arc seconds depending on the selected index refraction. In 1998, still, and so on. The internal reflection effect of the angle-measuring method is established, that is, a right-angle prism is used. They show that the angle measurement is 500 arc minutes and the nonlinear error is 0.1%, while the 0.1 arc second resolution can be achieved at any time. In 1999, Guo et al. developed an optical small-angle measurement method based on surface plasmon resonance (SPR) and measurement resolution of 0.2 arc seconds, which was tested. In 2003, Ge and Mike developed a fringe phase measurement profile based on this angular measurement technique analysis. The measurement range is 2160 arc seconds and the linear deviation is better than 0.02 arc seconds. In 2004, Qiu et al. A small angle measurement was developed using multiple total heterodyne interference internal analysis, while the angular resolution was better than 0.454 arc seconds in the measurement range -1.12 = 2.12 to be within 20.Most angle measurement techniques focus on 1D angle measurement, interference angle measurement and 2D interferometry. However, expensive and complicated interference systems cannot be widely used in industry. Therefore, the cost is low and the multi-degree of freedom measurement system is very important when the turntable is calibrated. The position sensing detector (position sensing detector) can be used to measure the rotational part error, the speed of the rotating part, the angular position of the rotating wheel and the error. Jywe et al. The performance of the turret is tested with two position sensors and a reflective grating, but the measurement range is very small (11). There is no complete round test to provide the entire circle measurement. However, a 360 full circle test for general turntable calibration is necessary. These two documents describe the construction of a 4-DOF measurement system and establish a new technical turn-around test. The four-degree-of-freedom system is proposed in this paper to include a one-dimensional reflective grating, a laser diode, four position sensors, and a reference rotary table.Interferometers and autocollimators are commonly used turntable measurement systems. However, during the turntable calibration process, the laser interferometer and the autocollimator require a high-accuracy reference turntable and a multi-prism, respectively. Therefore, it is expensive to calibrate a rotary table using a laser interferometer or a self-collimator. Also, in the proposed method, there is no highly accurate reference dial,But having good repeatability is necessary. Even if the index error and geometric error reference dial are large, they will get the proposed method.2. Four degree of freedom measurement systemIn this document, the four-degree-of-freedom measurement system includes a reference rotary table, a one-dimensional grating, a laser diode, a sensor, a reflective grating and two processors, an A/D card and a personal computer (PC). Figure 1 shows the circuit diagram. The reference carousel is placed in the target rotation, and then the table is mounted on the one-dimensional grating by the jig. The laser diode and position sensor are placed near the grating. From a laser beam, a laser diode is a one-dimensional grating projected onto a one-dimensional grating, and then a number of diffracted beams are produced. In this document, +1 and -1 diffracted beams are used and two sensors are used to detect the diffracted beam. Generally speaking, the six geometric errors defined in the turntable are three linear position errors and three angular position errors. In addition, there is a turntable between the grating and the eccentric shaft, which is defined by Dx and Dy.3. The model should be fully testedMost instruments have a measurement range of less than 10, so a complete calibration turntable requires a special method. In normal turntable calibration, the autocollimator uses a polygonal mirror and laser interferometer and uses a reference rotary table. In this test, the technique also requires a reference rotation table, but the reference turntable requires that the error of the test reference rotary table must be repeatable. In 1994, Lin established a turntable calibration technique that measured a full-turn rotary table with an index error of 360. However, this technique can only measure errors in a single pass. Therefore, an improved method is established in this section. When the rotation error reference table is considered, the geometric error table for the rotation isWhere z is the difference between the target indices of the rotation table and the reference table, and is accumulated in different calibration procedures. This x, y, x, y and z do not accumulate. Since a full circle test requires two tests, the repeatability of the target turntable and the reference turntable must be done, otherwise the measurement results will not be repeated.The basic requirement of this calibration technique is that the target can be calibrated to rotate the table as a reference to rotate the same step in different directions, ie for clockwise and counterclockwise comparisons. Each department makes a comparison with each department based on the test table to establish the first set of data. For example, there is a turntable that has been tested, with a 360 angular position around 12 oclock (ie 03060,., 330), which is the equidistant target turntable and reference dial split. At the same time, the first target turntable and the reference turntable after the start of the test are respectively set to 0, and the first set of data is extracted by the personal computer. Then, the target rotary table rotates 30 clockwise and the reference rotary table rotates 30 counterclockwise. The second set of data is extracted by the personal computer. From the above experimental process, the following relationship can be drawn:Where z1n is the first set of angular readings and N is more than 360 increments. The zt1 subscript t symbolizes the target carousel, and the subscript r refers to the error of the reference carousel.In one revolution of the second test, the target turntable and reference dial are again set to a 0 reference rotary table (eg 30). After the reference rotary rotary table, the first set of samples taken. Then, the target rotary table rotates 30 clockwise and the reference rotary table rotates 30 counterclockwise to sample again. From the above experiment, the results of the second test were satisfactory. Then, by sorting the relationship of rotation, you can get:Where z2n is the second set of angular readings and N is an increment of more than 360. Measuring two sets of data can be rearranged4. Experimental results and discussionIn this document, the calibration system for 4 degrees of freedom, system stability, system verification and full circle testing are completed.The system photo is shown in the picture. 2 is shown. Component diagram. 2 does not show the signal attached to the position sensing detector through the desktop PCProcessor A / D card. The specifications of this component are listed in Table 1.4.1. System calibrationSystem calibration is the first experiment. In this experiment, a reference was provided using the auto-collimator baud angle position. The measurement range is 410 arc seconds with a resolution of 0.02 arc seconds and an accuracy of 0.5 arc seconds. Figure. 3 (a) gives the calibration results, figure. The standard deviation of the system uncertainty is given in 3(b). Throughout the calibration process, it is clear that a good z linear sum z uncertainty is about 1.5 arc seconds. The 4-degree-of-freedom measurement of the angular position (z) measures approximately 1 because almost all measurement positions are applied to the range of the sensing detector.4.2. Stability test of the system The system stability test is the second experiment. The system allows stability to be evaluated by normal equilibrium conditions under system laboratory conditions (ie, no special temperature or vibration isolation) and is then continuously recorded as a 4000 second output signal map. 4 indicates that the prototype system is basically stable and reasonable, that is, there is no special isolation or filtering still at 1.2 mm, x, y and z within 4,000 arcs in 4000s.4.3. System verification System verification is the third experiment, and the autocollimator was also used to verify the 4-DOF measurement system because it can measure x and y simultaneously. Set the autocollimator on the back of the grating. When the full cycle test implementation and the error separation method are not used, the autocollimator records the sum of the error of the target carousel and the reference carousel. The 4-degree-of-freedom autocollimator measurement system records once, when the target carousel rotates clockwise, and again tests the degree to which the reference carousel rotates counterclockwise. Figure. 5 shows the verification results of the system. The results are similar for the measurement system of the 4-DOF autocollimator, so the 4-DOF mathematical model measurement system is correct.4.4. Full cycle testThe complete cycle test is the final experiment and is described in clause 3. The measurement range of the 4-DOF measuring system is about 1. To complete a full lap test, if a unique position sensing detector (2 position sensing detector) is required. Only one set of position sensing detectors is required to record at least 720 points in the first and second tests. Therefore, four position sensing detectors are used to build the system. When the position sensing detectors A and B are set to 1 order diffracted light in the sense of the position sensing detector, the reference turret angle position is 0. Then, the position-sensing detectors C and D are set to 1 order diffracted light in the sense of position-sensing detectors, and the reference turret angle position is at 5. In the full circle test, one of the position sensing detector C and the position sensing detector B was used for the first test, and the position sensing detectors C and D were used for the second test. Therefore, a complete loop test only needs to record 72 points in the first and second tests.After two years of testing, the above method is used to isolate the error of the target turntable and the reference turntable in Section 3. The test results are shown in the figure. 6(1) - (d) and (6) - (H) are the error of the target and reference turntable rotary table, respectively. The position error at the reference turntable angle is higher than the target turntable. However, the errors are similar. The target turntables have y, x, y, and z of about 2.85 mm, 330, 620, and 270 arc seconds, respectively. The y, x, y, and z turntables were 2.90 mm, 210, 500, and 250 arc seconds, respectively.The reason why y is large is because the surface of the reflection grating between the two and the center axis of the turntable are large. To adjust the turntable between the targets, the turntable reference eccentricity is easy. However, it is difficult to adjust the eccentric rotary table between the gratings because the grating and the rotating table are different geometries.5 Conclusion This paper establishes a novel, simple, low-cost calibration technique with a 360 full-circle rotation table (triangular position error and linearity of position error) with 4 degrees of freedom error. With this technique, there is no highly accurate reference turntable, but good repeatability is necessary. After a full cycle test, the four-degree-of-freedom error of the target and reference turntable rotary table may be determined. System calibration, stability testing, system verification and testing have been completed. From the calibration of the entire system, the measurement uncertainty angle system (slaughter) is less than 1.5 arc seconds. The system has an angular stability of less than 2 arc seconds and a displacement stability of less than 1.2 mm.中文文献一种新颖简单，成本低四自由度角索引校准的精密转台技术W. Jywe a, C.J. Chenb , W.H. Hsieha , P.D. Linb , H.H. Jwoa , T.Y. Yanga摘要：标定一个角旋转工作台，无论是高精度的标准还是相关的光学激光干涉仪一般使用成本都非常高。本文建立了一个新颖，简单，低成本的技术来校准4度-的自由度（自由度）误差 由使用一个可以旋转一整圈360（三角位置误差和一个线性位置误差）一个参考回转工作台，一个1维（1D）光栅和两个2二维（2D）的位置感应探测器（PSD）的。利用这种技术，没有使用高度准确参考转盘，但是测试是具有良好的重复性。经过两个大圈的测试，无论是目标转台的四自由度误差和参考转盘可以测得。系统校准，稳定性测试，系统测试验证和完整圆的测试的完成。该系统的角度稳定性小于2弧秒，而位移稳定性小于1.2毫米。 2007埃尔塞维尔有限公司保留所有权利。关键词：旋转表校准，全循环试验;光栅;位置传感探测器; 4自由度测量;误差分离1.简介回转工作台是经常用于有关工业生产的机床，三坐标测量机和组装线。 因此，转盘校准非常重要。该转盘校准要求角度测量仪，与传统仪器是旋转编码器，激光干涉仪的自准直仪测量精确程度。一个旋转编码器是常用的索引中测量工具，例如：一对多轴转台机床，机器人的关节，机器主轴工具和滚珠丝杠索引。然而，旋转编码器只对误差的测量适当。激光干涉仪经常被用来衡量一个小角，但它只能测试过程中获取一个索引误差。一个自准直仪是经常用于测量小角度，它可以应用到两个二维（平面）测角（俯仰误差和仰角误差），但其测量范围小，而且它要求有一个标准的多棱镜。旋转台有6个自由度误差（三线性位置误差和3个角位置 误差），但是传统仪器只能测量任一维（1D）误差或2D的误差。该一个转盘完整的校准过程需要360自由度测量一大圈，但此测量技术测量时大多数测量系统范围小于 10。因此，激光测量范围干涉仪和自准直仪的测量范围时不够的，而且他们非常昂贵。传统的校准技术在转盘校准时需要一个完整的圆360一个参考转盘，它必须具有较高的准确度和高重复性。作者引用旋转表的误差相对测量结果便可以被忽略。 该仪器通常被记录一次，当目标转盘顺时针旋转，旋转的参考转盘逆时针旋转。一般来说，一个旋转360表一整圈校准记录需要36此，即测量系统采样周期10。如果经过一个更完整的测试实施，那么校准过程将需要更长的时间。一般来说，旋转表包括的误差，摆动误差和偏心率。但是传统的旋转表校准技术（激光干涉仪或自动准直器）只校准索引误差和摆动指数误差。然而，高精确度旋转表必须校准的更多细节。通过完整的旋转表校准，旋转台的误差可以补偿。在本文中，旋转表中的误差六自由度定义，即三个线性位置误差和三个角位置误差。 近年来，测角技术已是重点的干涉方法。 1992年，黄 等。建立了小角度测量系统这是基于在一个玻璃内部边界反射效果和菲涅耳定律。在黄的制度，分辨率为0.2弧秒，测量范围为 3弧秒。1996年，小丽等人。建立了一个二维小旋转角度测量系统，使用两种不同并行干扰模式（画中画），这些正交对方。对小丽的体系标准偏差为 0.6弧秒。在接下来的一年小丽等。改进他们的系统，以便其分辨率为0.2弧秒，测量范围为30弧分。1997年，邱等人。建立了一种改进的角测量技术与分辨率0.333弧秒，测量范围为5.6。 在其最佳性能，系统的分辨率 0.288弧秒。 1998年，周，蔡8建立了一个角度测量技术，它是根据2005年第09全内反射效应和外差干涉。系统的分辨率优于0.3弧秒这取决于所选指数折射。 1998年，还，等。建立了测角基法在内部的反射效果，即使用了一个直角棱镜。他们表明，角度测量与500弧分范围，非线性误差 0.1，而0.1弧秒分辨率可随时实现。 1999年，郭等人开发了一种光学小角度测量方法的基础上表面等离子体共振（SPR）和测量分辨率0.2弧秒，达到了实验。 2003年，葛 和麦克开发了一种在此角度测量技术分析的基础上的条纹相位测量轮廓。测量范围为2160弧秒 并从线性偏差优于0.02 弧秒。 2004年，邱等人。开发了一种小角度测量使用多个总外差干涉内部分析，而角分辨率优于0.454弧秒在测量范围-1.12=2.12得以在20以内的数值。大多数角度测量技术的研究重点在1D角度测量，干涉角度测量和2D干涉测量技术。但是，昂贵而复杂的干涉系统，不能被广泛用于工业。因此，成本低，多自由度测量系统在转台校准时是非常重要的。位置传感探测器（位置感应探测器）可用于测量旋转部分误差，回转体零件的速度，旋转方向扶轮的一部分角位置和误差。 Jywe等。采用两种位置传感器和一个反射光栅测试转台的性能，但其测量范围非常小（11）没有完整的圆试验来提供整个圆的测量。然而，对于一般转盘校准的360整圈的测试是必要的。这两个文件描述了一个4自由度测量系统的建设并建立一种新的技术转盘一圈测试。四自由度系统，本文提出包括一维反射光栅，一个激光二极管，四个位置传感器及一个参考回转工作台。 干涉仪和自准直仪是常用的转台测量系统。然而，在转台校准过程中，激光干涉仪和自准直仪分别需要高精确度参考转盘和一个多棱镜。因此，使用激光干涉仪或自准直仪进行校准回转工作台是昂贵的。此外，在提出的方法，没有高准确的参考转盘， 但具有良好的重复性是必要的。即使索引误差和几何误差参考转盘大，他们将获得所提出的方法。 2.四自由度测量系统 在这个文件中，四自由度测量系统包括一个参考回转工作台，一维光栅，一个激光二极管，传感器，反射光栅和两个处理器，一个A / D卡和一台个人电脑（PC）。图 1给出了电路图。该参考转盘被放置在目标旋转，然后一维光栅上由夹具回转工作台安装表。激光二极管和位置传感器被放在光栅的附近。从激光束激光二极管是一维光栅投影到一维光栅，然后产生了许多衍射光束。在这个文件中，+1和-1级衍射光束被使用，两个传感器被用来检测衍射光束。一般来说定义在转台的六几何误差，即三个线性位置误差和三个角位置误差。在此外，还有之间的光栅和偏心轴的转盘，这是因为Dx和Dy定义。 3.应全面圈测试模型大多数仪器的测量范围为小于10，所以一个完整的校准转盘需要一种特殊的方法。在正常转台校准，自准直仪使用一个多边形镜子和激光干涉仪并且使用一个参考回转工作台。在这试验中，该技术还需要一个参考旋转表，但参考转盘要求测试参考旋转台的误差必须可重复的。1994年，林建立了一个转盘校准技术，它可以测量索引误差为360的整圈回转工作台。然而，该技术只能单次测量误差。因此，一个改良的方法是成立于本节。当旋转的误差参考表进行了审议，对旋转的几何误差表是其中z是目标指数之间的差异旋转表和参考表，并累计在不同的校准程序。这x，y，x，y 和z不累积。因为一整圈测试需要两个试验中，目标转盘和参
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