毕业设计（论文）-轴类零件加工误差分析及检测装置的设计（全套图纸三维）.doc

轴类零件加工误差分析及检测装置设计说明书目 录摘要.2Abstract.3第一章绪论.51.1引言.51.2技术特点.51.3 非接触式测量及光电传感器的应用.51.4 轴类零件加工误差分析及检测装置的设计思路.7第二章传动机构和测量平台的设计.72.1导轨的选择.72.2导轨的确定.92.3丝杆的确定选择与计算102.4 齿轮选择计算与校核.202.5 同步带轮选择.222.6 步进电机选取与计算.25第三章光电传感器的选择.273.1光电传感器的选型.273.2 LS-7000系列测量头的选取.293.3.测量轴的应用.32第四章主轴数控车削加工工艺及编程设计.33第五章 轴类零件加工工艺设计.345.1 主轴零件的工艺分析.355.2 零件的尺寸标注分析.365.3 零件的几何要素分析.375.4 零件的技术要求分析.385.5毛坯及夹具的确定.39 5.5.1毛坯的确定.40 5.6刀具的选择.47 5.6.1刀具材料的选择.49 5.6.2常用的车刀的选用.50 5.6.2.1外圆、端面车刀的选用.515.7该零件加工所需用到的刀具.525.8工艺路线及其工艺卡片.535.9工艺卡片的确定.545.10主要加工程序清单.56结论.57致谢.59参考文献60摘要轴类零件加工误差分析及检测装置采用精密机械、光栅、微型计算机等技术，为满足汽车、摩托车发动机轴、汽车前后桥刹车轴等检测要求而特殊设计制造的新型测量装置，可测量轴的桃形型而误差、桃形对定位键槽的相位角误差、桃形间相位角误差、轴径的径向跳动及速度、加速度等测量项目。装置采用通用微机系统进行测量循环控制、测量数据采集处理以及测量误差评值和测量结果输出。最大轴测量长度可达1.5米。全套图纸，加153893706 非接触式测量是指不接触被测物体的前提下进行精准测量。其测量精度可以达到m，非接触式测量装置利用CCD采集变焦镜下样品的影像,再配合XYZ轴移动平台及自动变焦镜，运用影像分析原理，通过计算机处理影像信号，对科研生产零件进行精密的几何数据的测量，并可进行CPK数值的分析。关键词：轴；测量装置；非接触；光电传感器Abstract Camshaft measuring instrument with precision machinery, grating, micro-computer technology, to meet the automotive, motorcycle engine camshaft, cam brakes front and rear axles and other automotive testing requirements and special design and manufacture of new measuring instruments, to measure camshaft Peach Type of error, Peach keyway positioning error of the phase angle, phase angle error between Peach, and the cam shaft of the radial velocity, acceleration and other measurements. Equipment using a common computer system for measuring loop control, measurement data acquisition and processing, and measurement error evaluation and measurement results output. Camshaft measurements maximum length of up to 1.5 meters. Non-contact non-contact measurement is the premise of the measured object for accurate measurements. The measurement accuracy can be achieved m non-contact measuring microscope samples using CCD image acquisition zoom, coupled with the XYZ axes mobile platform and automatic zoom lens, the use of image analysis principle, through computer processing the image signal, on the research and production of precision parts Measurement geometry, and numerical analysis of the CPK.Keywords: Camshaft; measuring instrument; non-contact; photoelectric sensor.第1章绪 论1.1 引言 轴类零件加工误差分析及检测装置采用精密机械、光栅、微型计算机等技术，为满足汽车、摩托车发动机轴类零件、汽车前后桥刹车轴等检测要求而特殊设计制造的新型测量装置，可测量轴类零件的桃形型而误差、桃形对定位键槽的相位角误差、桃形间相位角误差、轴径的径向跳动和圆度及轴的速度、加速度等测量项目。装置采用通用微机系统进行测量循环控制、测量数据采集处理以及测量误差评值和测量结果输出。最大轴类零件的测量长度可达1.5米。1.2 轴类零件加工误差分析及检测装置的技术特点 普通接触性轴类零件测量装置的技术特点如下：1、机械主机采用被测轴类零件立式安装结构形式，整机由圆数控转台、垂直、径向数控导轨三个坐标轴及测头系统、机座、立柱等几部分组成： 2、采用圆向、径向及轴向光栅定位，以通用型微机进行测量控制、数据采集和误差处理。三个坐标轴均采用电机驱动； 3、全自动测量循环，轴类零件一次安装后，自动完成测量过程，并自动进行误差评值和输出测量结果； 4、通用测量软件：配备相应键槽等定位装置，一台装置满足多种轴类零件的检测的要求； 5、测量装置同时满足多种轴类零件的测量； 6、测量装置的测头部分可换（圆测头、直线测头、刀口测头及店测头）； 7、对轴类零件按实际键槽（或定位孔等）设计定位校正卡具。1.3 非接触式测量和光电检测的技术特点 非接触式测量是指不接触被测物体的前提下进行精准测量。其测量精度可以达到m非接触式测量装置利用CCD采集变焦镜下样品的影像,再配合XYZ轴移动平台及自动变焦镜，运用影像分析原理，通过计算机处理影像信号，对科研生产零件进行精密的几何数据的测量，并可进行CPK数值的分析。 目前常见的非接触测量有光学测量，红外线测量，超声波测量，电磁感应测量，视觉成像测量等等都是非接触式测量。 针对轴类零件的非接触式测量，则广泛采用光电传感器来测量，此类传感器应用于测量装置而用，在精密度上和准确性上很大的保证。 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。检测距离长 如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测。 对检测物体的限制少 由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。 响应时间短 光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。 分辨率高 能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 可实现非接触的检测 可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 可实现颜色判别 通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。 便于调整 在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。1.4 轴类零件加工误差分析及检测装置的内容 整个轴类零件固定在上下顶锥上面，由于轴类零件的表面是曲线面，此非接触性轴类零件加工误差分析及检测装置就是用来测量轴类零件表面的圆度和圆跳动公差值。本测量装置在测量时，轴类零件的参数是变化的，这样就引起了轴的外径不同，所以在本测量系统中，在测量不同的轴类零件时，机械装置应根据情况适当调整。 当直径变化时，可以通过步进电机来调整本系统工作台的位置，使光电传感器测头能在正确位置测量。还要调整激光测头的位置，来适应轴类零件的直径的变化。在本系统中测量轴类零件时，本系统中设计了采用对射型传感器，一个测量头负责发出红外光，一个测量头负责接收光源。1.5光电传感器的选择 本测量系统采用的是光穿透型光电传感器，这里我们采用的是基恩士的LS-7000系列：1.5.1 LS-7000 系列产品特性 LS-7000 系列产品是一款高速、高精度的数字测微计，无需接触目标物即可对其尺寸进行测量。该系列用途广泛，可应用于联机测量和脱机测量。每秒 2400 次的高速采样可以确保达到两倍于普通型号的采样速度。这样就可以对挤压制品进行连续测量以及对运动工件进行联机测量。重复精度为 0.15 m配备最新的光学系统，确保两倍于普通型号的重复精度，从而为高精度产品的制造提供了有力的支持。连接两个测量头进行双渠道同步测量结合使用两个测量头可对两个目标物进行同步测量。利用阈值更改功能对透明目标物进行稳定的检测DE 处理器支持阈值更改功能，这样就可以对透明目标物进行稳定的检测。1.5.2测量原则 高亮度 GaN 绿色 LED 辐射光能够通过专用的散射模组和准直装置镜头变成均匀的平行光，并照射到测量范围内的目标物上。然后目标物的影像即通过远心光学系统显示在HL-CCD (高速线性 CCD) 上。HL-CCD (高速线性) 的输出入射信号将由控制器中的DE (数字边缘检测) 处理器和 CPU 进行处理。因此，目标物的尺寸规格就可以被显示和输出。1.6 轴类零件圆度和圆跳动测量方法1.6.1轴类零件圆度测量方法 圆度公差带是在同一正截面上，半径差为公差值t的两同心圆之间的区域。例如，被测圆柱面任一正截面的圆周必须位于半径差为公差值0.03的两同心圆之间用光电传感器测量示意如下：光电传感器接收器轴光电传感器 发射器、 传感器发射器发出红外线光透过轴类零件，接收器接收发出的光源，在此时光源经过轴类零件的表面，得出此时轴类零件的轴径，轴径除以二便得半径值；轴类零件再旋转到另一位置时，又测出此时的轴径，便得出此处位置的半径值，依次下去当轴类零件转一周后，我们测量出轴类零件表面的多处半径值，得出的这些半径值上下波动在一定范围内，这样就得出轴类零件的圆度值。比如测量的几处半径值分别是15.032、15.028、15.034、15.029、15.030等，这样测量的几处半径值差值为0.006mm，即测得被测量的轴类零件该处圆度为0.006mm。1.6.2轴类零件圆跳动度测量方法 圆跳动公差，指的是径向圆跳动，公差带是在垂直于基准轴线的任一测量平面内半径差为公差值t，且圆心在基准轴线上的两个同心圆之间的区域，当被测要素围绕公共基准线AB(公共基准轴线)旋转一周时，在任一测量平面内的径向圆跳动量均不得大于0.1轴类零件光电传感器 发射器用光电传感器测量方法如下：光电传感器接收器 轴类零件两端靠图示两个箭头位置的两个顶尖定位，这样便确定测量此处的圆跳动的基准轴线为轴类零件的整个中心轴线，同样轴类零件绕着基准线转动一周，传感器按测量圆度的原理一样，分别测量出转动一周时多处的轴径值，即可得半径值，最大半径值和最小半径值的差即为该处段的圆跳动公差值。1.7 轴类零件加工误差分析及检测装置机械系统总体方案1.7.1 机械系统分析在深入了解测量装置的性质和特点，掌握轴类零件加工误差分析及检测装置的工作原理，提出系统的可行性分析。对非接触轴类零件参数化测量装置有多种形式，本装置采用Z轴方向为轴类零件的转动方向，两侧装光电传感器的，光电传感器可以在X轴方向上左右移动，同样整个两侧测量装置可以Y轴上下移动。Z轴轴类零件转动用步进电机驱动，X，Y两个方向用步进电机带动同步轮驱动滚珠丝杠副，轴类零件表面采用光投射型传感器，装在轴类零件的两侧。1.7.2 机械系统总体方案和布局1、测量装置总体布局的基本要求有以下几点：（1）首先必须满足如加工范围、工作精度、生产率和经济性等各种要求。确保实现既定工艺方法所要求的被测轴类零件和光电传感器的相对位置与相对运动。（2）在经济、合理的条件下，尽量采用简单的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。结构简单，合理可靠，便于测量和装配，便于防护和维修；体积小，重量轻，节约原材料，降低制造成本。在满足总体布局的基本要求的基础上，还应当考虑影响轴类零件测量装置布局的基本因素。2、测量装置基本布局形式采用以下方案，如下图：1.7.3 非接触圆柱直齿轮测量装置的系统构成 1、主轴传动装置上顶尖下顶尖轴类零件主轴齿轮啮合转动电机主轴传动装置为轴类零件转动装置，由转动电机带动齿轮传动主轴，轴类零件靠上下顶尖定位固定住。2、测量装置对射型光电传感器步进电机同步带轮机构同步带轮机构直线导轨+滑块步进电机两侧测量装置均采用步进电机带动滚珠丝杆上下移动，传感器的左右移动靠步进电机带动同步轮机构，整个测量装置装在直线导轨+滑块机构上，实现精确移动和定位。第2章机械系统的设计2.1 步进电机的选用2.1.1 测量装置步进电机的选用1、各参数设定滑块工作重量台w=60N 工作台上最大承受重量为200N滑块与导轨贴塑板间摩擦系数=0.08滑块进给速=11000毫米/分滚珠丝杆导程Lp=1.5毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）=12毫米丝杆总长=320毫米定位精度0.001毫米2、确定步进电动机的型号（1）脉冲当量的选择，脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离=0.01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）7。初选之相步进电动机的步距角0.60 /1.20 ，当三相六拍运行时，步距角=0.60 其每转的脉冲数S=600 p/r步进电动机与滚珠丝杆间的传动比i为1（2）等效负载转矩的计算71、空载时的摩擦转矩 得= =0.014N.M2、测量装置工作时的转矩 得=0.467N.M得电动机的最大静转矩为（0.30.5）TL=（0.11520.192）N.M（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量Js= Js=5.146x10-6 kgm22、滑块的运动惯量 得JW=3.419x10-7 kgm2换算到电动机轴上的总转动惯量 JL= 得JL=0.00035 kgm2（4） 初选步进电动机型号，根据TL=（0.11520.192）N.M和电动机总转动惯量=0.00035初步选定电动型号为85BYG3H358B反应式步进电动机。该电动机的最大静扭距Tmax=6.0N.M 查表选用两个85BYG3H358B型步进电机。 电机的有关参数见下表2.1：表2.1 测量装置步进电机参数型号主要技术数据外形尺寸（mm）重量(N)步距角最大静转矩最高空载启动频率（step/s）相数电压(V)电流(A)外径长度轴径85BYG3H358B0.6-1.26.05003605.8859712352.1.2 测量装置及上顶针Y轴移动步进电机的选用1、各参数设定滑块工作重量台w=90N 工作台上最大承受重量为400N滑块与导轨贴塑板间摩擦系数=0.08滑块进给速=11000毫米/分滚珠丝杆导程Lp=1.5毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）=12毫米丝杆总长=1000毫米定位精度0.001毫米2、 确定步进电动机的型号3、 （1）脉冲当量的选择，脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离=0.01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）7。初选之相步进电动机的步距角0.60 /1.2 ，当三相六拍运行时，步距角=0.60其每转的脉冲数S=4600 p/r步进电动机与滚珠丝杆间的传动比i为1（2）等效负载转矩的计算71、空载时的摩擦转矩 得= =0.025N.M2、测量装置工作时的转矩 得=0.56N.M得电动机的最大静转矩为（0.50.7）TL=（0.13520.232）N.M（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量Js= Js=1.6x10-5 kgm22、滑块的运动惯量 得JW=5.7x10-7 kgm2换算到电动机轴上的总转动惯量JL= 得JL=0.00035 kgm2（4） 初选步进电动机型号，根据TL=（0.13520.232）N.M和电动机总转动惯量=0.00035初步选定电动型号为110BYG3H525反应式步进电动机。该电动机的最大静扭距Tmax=8.0N.M 表2.2 Y轴步进电机参数型号主要技术数据外形尺寸（mm）重量(N)步距角最大静转矩最高空载启动频率（step/s）相数电压(V)电流(A)外径长度轴径110BYG3H5250.6-1.28.05003602.511012616502.1.3 主轴步进电机的选择1、设计参数主轴最大承受重量为200N；被测轴类零件直径为d=65mm，长度365mm传动两个齿轮的直径分别为222和123mm，厚度均为30mm定位精度0.001毫米；被测量轴类零件的转动惯量+me2Jg=4.99X10-2 kgm2传动齿轮1的惯量为J=1/8md2+me2=0.05 kgm2传动齿轮2的惯量为J=1/8md2+me2=0. 55 kgm2总的转动惯量为0.049+0.05+0.55=0.649 kgm2 可得电机的转动惯量为0.649，初步选定电动型号为110BYG3H525反应式步进电动机。 查表选用110BYG3H525型步进电机。表2.3 主轴电机参数型号主要技术数据外形尺寸（mm）重量N步距角最大静转矩最高空载启动频率（step/s）相数电压(V)电流(A)外径长度轴径110BYG3H5250.6/1.2124803603.511015020702.2齿轮选择计算与校核2.2.1齿轮的选择1）选择小齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 2） 精度等级选用7级精度； 3）小齿轮齿数z141，大齿轮齿数z274的； 4） 齿轮模数都为3的直齿轮 2.2.2按齿面接触强度设计 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选Kt1.6 （2）选取区域系数ZH2.433 （3）选取尺宽系数d1 （4）查得10.75，20.87，则121.62 （5）查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa （6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa； （7）计算应力循环次数 N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107 （8） 查得接触疲劳寿命系数KHN10.95； KHN20.98 （9） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S1，由得 H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa2.2.3齿轮的校核m=3,Z1=41,Z2=74,两齿轮材料均选用45,表面淬火，4855HRC。查得：预期齿轮寿命5年，每天工作12小时，工作载荷轻微冲击，则查机械设计基础图，得：(1) 验算齿面接触疲劳强度载荷系数，取K=1.5查得： 接触应力为：(2)验算齿根弯曲疲劳强度取 K=1.5查表：许用弯曲应力：弯曲疲劳强度的最小安全系数，取则：由上述计算可知，均满足要求。2.3 轴的设计2.3.1 主轴的设计 轴是组成精密机械的重要零件之一。一切作为回转运动的零件，都必须在轴上才能传递运动和动力。在本课题所使用的轴，承受的负荷比较小，尺寸也比较小，制造精度高，要求材料具有足够高的机械强度和良好的加工性能。因此，选用材料40Cr，热处理为对轴进行调质处理。 由于主轴转动电机轴径为20mm，连接的联轴器与输入轴的轴径也为20mm，传动的齿轮中间孔即为20mm，中间端轴径为25mm。此输入轴大致图形如下： 输出轴段的轴直接连接下顶尖顶住轴类零件，可以将下顶尖连同输出轴作为一个整体的输出轴，由于传动齿轮的中间孔为30mm，与齿轮连接的轴径为30mm，与下顶尖连接段的轴径为20mm，中间段为25mm。输入轴的大致图形如下：2.3.2 主轴的校核和轴承的选择1、轴的较核一般而言，轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，截面与电机连接处弯矩最大, 且截面尺寸也非最大, 属于危险截面；校核公式6： （2.13），圆角处的有效应力集中系数，；上式中，Z和Zp轴在截面的抗弯和抗截面模数；M、T轴在计算截面上的抗弯和抗扭截面系数；、有效应力集中系数；疲劳极限；s许用安全系数；表面粗糙度系数；表面状态系数；、绝对尺寸影响系数。D轴径；b键的宽度。查机械设计手册得：s=2.2；为275N/mm；T为7.84N/m； =2.45； =1 =0.91；=1.7；=0.89；t=1.8mm ；=2.5。=3605.4=1253.6=0.858=1.076M=0.418 N/m 机床允许的最大扭矩6。S=6.89SS 符合安全系数2、轴承的选择和校核由于输入轴端和输出端轴径均为20mm，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为5000h，所选择的轴承为6004，查手册可知道轴承6004的基本额定负载Cr=9.38kN,基本额定负载荷Cor=5.02kNFa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38，径向力 ；转速 ；基本额定动载荷 ；基本额定静载荷；极限转速 ；寿命系数。查表可得判断系数；轴向载荷系数,；载荷系数；当量动载荷轴承寿命。轴承寿命要求合格。2.4导轨的选择 导轨主要根据导轨副之间的摩擦情况，导轨分为：（1）滑动导轨 两导轨之间为滑动摩擦。结构简单，制造方便，刚度好，抗振性高，是机床上最广泛采用的。 特点：导向精度高，不会出现间隙，能自动补偿磨损。一般选取三角形顶角=90,重型机械采用大顶角=110120。当水平力大于垂直力，V形导轨两侧受力不均匀时，采用不对称V形导轨。直线导轨和圆导轨均可采用 承载能力大，制造方便。必须留有侧向间隙。不能补偿磨损。用镶条调整时，会降低导向精度。 需注意导轨的保护。直线导轨和圆导轨均可采用 尺寸紧凑，适用于要求高度小导轨层数多的场合。可构成闭式导轨。用一根镶条可以调整各面的间隙。刚度比平面导轨小。制造简单，弯曲刚度小，主要用于受轴向载荷的导轨。适用于同时作直线和旋转运动的场合。（2）滚动导轨滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再 进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。特点： 滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得： 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。能实现高定位精度和重复定位精度。 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。简化了机械结构的设计和制造。2.5导轨的确定 查机械设计手册3第二版选取直线滚动导轨副系列，又根据机床设计要求的特点，本设计初步选择: (1)直线滚动导轨副选取四方向等载荷型（GGB型），其特点是：垂直向上向下和左右水平额定载荷是等同的，额定载荷比较大，刚度高。 (2)尺寸规格初选45，其结构形式选择AA 型。 (3)每根导轨上的滑块数为2。 (6)查出全自动轴承磨床推荐的精度等级为3。 (7)导轨的材料为HT200. 初步确定直线滚动导轨的型号为GGB45AA1C123 选择用南京工艺设备制造厂的滚动直线导轨如图12.6丝杆的确定选择与计算2.6.1 确定滚珠丝杠副的导程因同步皮带轮直径相等，皮带轮与丝杠直联，i=1由表1查得V=8m/minn=1000r/min代入得，P1.516mm由于计算出的P值应取较大值圆整，因此P=1.5mm2.6.2 确定当量转速与当量载荷（1）各种切削方式下，丝杠转速 由表1查得V=0.6 V=0.8 V=1 V=8 代入得n=100 n=133 n=167 n=1333（2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷由表1查得 已知W=3000N W=5000N代入得（3）当量转速由表1查得代入得n267r/min（3）当量载荷代入得F=1380N2.6.3预期额定动载荷（1） 按预期工作时间估算按表9查得：轻微冲击取 fw=1.3按表7查得：13取 按表8查得：可靠性97%取fc=0.44已知：Lh=20000小时代入得C=27899N（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载Fmax计算：按表10查得：中预载取 Fe=4.5代入得取以上两种结果的最大值C=27899N2.6.4确定允许的最小螺纹底径（1） 估算丝杠允许的最大轴向变形量 （1/31/4）重复定位精度 （1/41/5）定位精度 : 最大轴向变形量 m已知：重复定位精度10m, 定位精度25m =3 =6取两种结果的小值 =3m(2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 (1.11.2)行程+（1014）已知：行程为1000mm, W=3000N ,=0.2代入得F=600ND=20.04mm2.6.5 确定滚珠丝杠副的规格代号（1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式（2）由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD4008-5P=8mmC=30700C=278992.6.6 确定滚珠丝杠副预紧力 其中2.6.7 行程补偿值与与拉伸力（1） 行程补偿值 式中：=（24）(2) 预拉伸力代入得2.6.8 滚珠丝杠副工作图设计(1) 丝杠螺纹长度Ls：Ls=Lu+2Le 由表二查得余程Le=40绘制工作图（2）两固定支承距离L1按样本查出螺母安装联接尺寸丝杠全长L（3）行程起点离固定支承距离L0由工作图得Ls=890L1=1000L=1000L0=30得KC=920 N/m2.6.9 刚度验算及精度选择（1）=N/m=N/mF0=已知W1=5000 N ， =0.2F0=1000 NF0 ： 静摩擦力 N：静摩擦系数W1 ：正压力N（2）验算传动系统刚度KminKmin ：传动系统刚度N已知反向差值或重复定位精度为10Kmin=222160（3）传动系统刚度变化引起的定位误差=1.7m（4）确定精度 V300p ：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言，V300p0.8定位精度-定位精度为20m/300V300p14.3m丝杠精度取为3级V300p=12m14.3(5)确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号：WWCM公称直径：12 导程：3螺纹长度：900丝杠全长：1000P类3级精度FFZD4010-3-P3 /141012902.6.10 验算临界压缩载荷 Fc：N丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。2.6.11 验算临界转速nc=f10nc:临界转速n/minf：与支承形式有关的系数：丝杠底径：临界转速计算长度mm由表14得f=21.9由样本得d2=34.3由工作图及表14得：Lc2= L1- L04310nmax=15002.6.12 验算：Dn=Dpw nmaxDpw ：滚珠丝杠副的节圆直径mmnmax :滚珠丝杠副最高转速n/minDpw41.4mm2.7同步带轮选择 2.7.1 轴类零件转动上下调整同步带和测量装置的同步带选择(1)传动名义功率P_=0.5kW(2)主动轮转速n1=1500rmin，从动轮 =350rmin(3)中心距a=100mm左右(4)工作情况， 24小时运转求设计功率P=K0 Pm=0.42= 0.8Kw，式中Ko为载荷修正系数由设计功率0.8Kw 和n =1500rmin，由查得带的型号为L型，对应节距P =9.525mm（1）选择小带轮齿数由小带轮转速n=1500r/min，L型带，查表得小带轮最小许用齿数 Z1=14，则大带轮齿数 Z2= i Z1，其中i= n1n2=1500350=4286Z2=428614=60取标准带轮齿敦=60（2）确定带轮节圆直径dI=Pb Z1/=42.736mmd2= Pb Z2/=182mm（3）确定同步带的节线长度L，L= 2acos +(d2+d1 )2+( d2-d1)180式中： =sin-1 (d2-d1)/2a =0218；126 (以a=100mm代入) 则L =150.54 选择最接近计算值的标准节线长(见表4)L=160.20mm（4）计算同步带齿数zZb=Lp/Pb=160.20/9.525=17（5）传动中心距n的计算a=Pb( Z2-Z1)2zcos式中： inV =314l6 inV=tg-用逐步逼近法计算，=1351 8(弧度)代入上式得出a=102.45与精确计算结果相似。最后测量装置同步带选用L型同步带P= 9.525mmZB=17， L,= 15020ram b= 25.4mm同步带轮： Z1=14，Z2=60，dI=Pb Z1/=42.736mmd2= Pb Z2/=182mm2.7.2 光电传感器移动同步带与带轮选择1)传动名义功率P_=0.25kW(2)主动轮转速n1=1500rmin，从动轮 =350rmin(3)中心距a=55mm左右(4)工作情况，24小时运转求设计功率P=K0 Pm=0.32= 0.6Kw，式中Ko为载荷修正系数由设计功率0.6Kw 和n =1500rmin，由查得带的型号为XL型，对应节距P =5.08mm（1）选择小带轮齿数由小带轮转速n=1500r/min，L型带，查表得小带轮最小许用齿数 Z1=12，则大带轮齿数 Z2= i Z1，其中i= n1n2=1500350=4286Z2=428612=51取标准带轮齿敦=50（2）确定带轮节圆直径dI=Pb Z1/=19.414mmd2= Pb Z2/=80.9mm（3）确定同步带的节线长度L，L= 2acos +(d2+d1 )2+( d2-d1)180式中： =sin-1 (d2-d1)/2a =0218；126 (以a=100mm代入) 则L =54.54 选择最接近计算值的标准节线长(见表4)L=55.20mm（4）计算同步带齿数zZb=Lp/Pb=55.20/5.08=11（5）传动中心距n的计算a=Pb( Z2-Z1)2zcos式中： inV =314l6 inV=tg-用逐步逼近法计算，=1351 8(弧度)代入上式得出a=102.45与精确计算结果相似。最后测量装置同步带选用XL型同步带P= 5.08mmZB=11， L,= 5520ram b= 9.5mm同步带轮： Z1=11，Z2=50，dI=Pb Z1/=19.4146mmd2= Pb Z2/=80.9mm2.8 键联接的设计与校核2.8.1键的选型 根据输入轴径和输出大小选取键，输入轴径为20mm，选取键尺寸6X6X45；输出轴径为30，选取键尺寸8X7X25。2.8.2键的校核材料选用：45钢；许用压强；键校核公式： 输入轴键的校核：；输出轴键的校核：； 本文以轴类零件的形位公差研究对象，针对如何精确测量轴类零件的圆度、同轴度、圆跳动进行研究，并选取光透过性传感器这种特殊应用于测量装置中。在此次设计过程中，对特殊的光透过性传感器的选型及应用有了特殊的了解，并对整个测量装置中的传动机构，以及精密滚珠丝杠传动有较深的认识，并熟练使用SOLIDWORKS三维设计软件，将测量装置的设计方案并最后出三维模型，并对三维模型进行仿真实验，使得自己收获颇大。由于条件和时间有限，本论文所做的研究和探索仅仅是初步的，要真正实现精密测量和实际应用，还需要作进一步的深入研究。第5章 轴类零件加工工艺设计5.1 主轴零件的工艺分析 如图所示的是轴类零件的三维图，还有零件是二维零件图，试制定出该轴的加工工艺方案，编制其数控加工程序，并对程序进行仿真加工。轴类零件的三维图5.2零件的尺寸标注分析零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。该零件图说标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。5.3零件的几何要素分析从图分析得知，该零件的结构主要由圆柱面、螺纹孔、键槽，外牙等特征组成，为了达到加工精度以及表面光洁度，这些特征在普通车床上难以完成，需要在数控车上加工。5.4零件的技术要求分析该零件的尺寸精度要求有：尺寸46 的尺寸精度等级为IT7级、尺寸35的尺寸精度等级为IT7级，其余未注尺寸精度公差按IT12进行控制。各轴段的位置精度有：54的精度为IT7级，20的精度等级为IT8-9级、其余等级按IT10等级进行控制。表面粗糙度要求有：46外圆、35外圆，表面粗糙度为0.8，其余未注表面粗糙度为Ra3.2um。综上所述，该零件的加工精度较高，应设计比较合理的加工方案，选择合适的刀具，合适的切削参数等等。5.5毛坯及夹具的确定5.5.1毛坯的确定5.5.1.1常见的毛坯种类(1) 铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压