毕业设计（论文）-普通冲床送料装置的自动化改造.doc

全套图纸加扣 3012250582 编号： 毕业设计毕业设计(论文论文)说明书说明书 题 目： 普通冲床送料装置的自动化改造 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 副 教 授 题目类型 ：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2012 年 05 月 28 日 全套图纸加扣 3012250582 摘 要 冲压形成的冲压件具有重量轻、厚度薄、刚性好和质量稳定等优点，冲压设备被 广泛使用。本文在总结了普通冲床的送料装置系统和电源数字化的研究的基础上，对 冲床的送料装置进行了自动化的改造，并对该设计过程进行了论述。 本设计主要包括自动送料装置的设计及其控制系统的设计。控制系统设计主要是 利用单片机 AT89C52 通过程序控制 X-Y 方向的两个步进电机来带动滚珠丝杠机构和工 作台的协调工作，从而达到自动送料的目的，并借助于键盘和液晶显示来完成运动的 启动、停止和速度的选择等控制操作。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位 移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号 的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一 个步矩角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特 点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常简单。自动送料装置的 设计主要是：导轨的设计、选择与验算，滚珠丝杠的设计、选择与验算，电机的选择 和验算。X-Y 工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作台、滚珠丝杠螺母副以及步进电 机等部件构成。其中步进电机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块 和工作台在导轨上运动，完成工作台在 X、Y 方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母 副和步进电机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。 通过该设计来完成系统的机械传动以及工作套在 X-Y 方向的移动，而自动送料装置的 设计与该控制系统的设计的相互结合，就完成了普通冲床的自动送料装置的自动化改 造。 关键词：单片机控制； 自动送料装置； 冲床改造； X-Y 工作台 全套图纸加扣 3012250582 Abstract Stamping parts stamping formation has the advantages of light weight, thin, good rigidity and stable quality stamping equipment is widely used. On the basis of summed up the general press feeding equipment and systems for power digital punch feeders automated transformation of the design process are discussed in the article. Control system design is the use of SCM AT89C52 through the program control XY direction two stepper motor driven ball screw agencies and the table coordination, so as to achieve the purpose of automatic feeding, and by means of keyboard and LCD to complete the start movement , stop and speed of the chose and other control operations.The stepper motor is the electrical pulses into angular displacement or linear displacement of the open- loop control components in the case of non-overload, the motor speed, the stop position depends only on the frequency and number of pulses of the pulse signal,without the impact of load changes ,a pulse signal to the motor plus ,the motor is turned one step angle.The existence of this linear relationship, And the stepper motor are only have periodic error without accumulated error characteristics, making in the speed , position etc control field use the stepper motor is becoming very simple.Automatic feeding device design is:rail design,selecting and checking;design, choice and checking of the ball screw; selection and checking of the motor.X-Y table:usually constitute by the rail seat, move the slider, table, the ball screw nut and the stepper motor and other components.The stepper motor as the actuator used to drive the ball screw, ball screw driven the movement of the slider and the table on the rail, to complete the linear movement of the table in the X, Y directions.The guideway, ball screw nut and stepper motors have been standardized.Production by specialized manufacturers,you can only need to according to select by the working load when in the design.Through the design to complete the system of mechanical transmission, as well as table moves in the XY direction,the design of the automatic feeding device and the control system design combined with each other to complete the automated transformation of the automatic feeding device in the general press. Keywords: MCU control；Automatic feeding device； Punch transformation； X-Y table 全套图纸加扣 3012250582 目目 录录 1 绪论1 1.1 问题提出的背景、目的和意义1 1.2 自动送料技术国内发展概况及发展趋势1 2 系统的总体设计2 2.1 系统的组成2 2.2 方案的确定2 2.2.1 专用数控系统2 2.2.2 继电接触器控制2 2.2.3PLC 控制方式3 2.2.4 单片机控制3 3 机械部分设计3 3.1 确定系统脉冲当量4 3.2 工作台外形尺寸及重量初步计算4 3.3 滚动导轨副的计算、选择5 3.3.1 导轨的组成种类及应满足的要求5 3.3.2 导轨材料的选择与热处理6 3.3.3 滚动导轨副的计算、选型7 3.4 滚珠丝杠计算、选择9 3.4.1 丝杠的介绍9 3.4.2 滚珠丝杠副的计算13 3.5 步进电机的计算选择18 3.5.1 步进电机驱动器的原理与参数的设定18 3.5.2 步进电机启动转矩的计算820 3.5.3 步进电机的控制方式22 4 硬件系统的详细设计24 4.1 驱动器的连接与参数的设定24 4.2 AT89C52 单片机的工作原理24 4.2.1AT89C52 单片机概述25 4.2.2 引脚说明25 4.2.3 时钟电路27 4.2.4 复位电路28 4.2.5 步进电机的驱动电路设计1629 4.3 显示电路及控制按键的设计30 全套图纸加扣 3012250582 4.3.1 显示电路30 4.3.2 键盘模块的设计31 4.4 单片机软件设计33 4.4.1 系统软件设计的基本原则33 4.4.2 主程序的设计33 4.4.3 显示子程序的设计35 （2）LCD1602 液晶显示流程36 4.4.4 键盘子程序的设计36 4.4.5 驱动程序流程图37 4.4.6 调速程序流程图38 系统原理图40 5 结论41 谢 辞42 参考文献43 附 录 I44 程序44 全套图纸加扣 3012250582 第 1 页 共 44 页 1 绪论 1.1 问题提出的背景、目的和意义 冲压成形是一种塑性加工方法，因冲压件具有重量轻、厚度薄、刚性好和质量稳 定等优点，所以冲压设备被广泛使用。冲压件无论在汽车制造业、农业机械、动力机 械、建筑机械、化工机械、精密机械等等各个门类行业，都具有举足轻重的地位1。 冲床是属于点位控制机床，在中间行程中不进行加工，由于一般加工产品单一， 模具不经常进行更换，所以在传统的冲床控制中一般采用继电气控制，送料一般采用 手工送料，但是这种方式存在着效率低、速度慢、精度不能保证、安全存在隐患等方 面的一系列问题。而在我国存在着一部分的小微企业由于受到资金管理等方面的限制， 大多数还在使用那些比较简单那的普通冲床，送料基本是人工送料，而且缺乏保护的 装置，所以这些厂总是存在着“效率低、劳动强度大”的特点。而且这些厂中的员工 基本上都是不经过正规的培训便直接上岗，因此给操作者带来了较大的安全隐患。 冲床送料装置自动化改造的目的就是尽可能的减少在生产过程中会发生的安全隐 患，同时有效的提高生产效率、产品精度等等，而且又可以减少购买设备的成本，这 样便可以为那一部分的小微企业带来既减少成本而又同时挺高了他们的生产效率等等 有利的条件。送料装置自动化就是材料的供给、制品、冲床的调整和运转、冲压过程 的异常状况的监视等作业过程的自动化。 自动送料机构作为冲压加工生产地基本要求，它的自动化程度的高低直接影响着 冲压的生产效率、生产的节拍。 1.2 自动送料技术国内发展概况及发展趋势 随着社会经济的发展，特别是中国还将会在较长时间内处于制造业大国阶段，这 个形式的发展对于我国的生产效率的要求越来越高，所以国内的许多机械设备均需要 信息化改造来提高其生产效率，在数控设备引进后，特别是国内的设备出现了信息化 改造成功之后，便出现了一个改造的热潮。同时，这也是我国近期设备发展的一个趋 势，因为通过改造对于引进新的设备或是直接研发一款新的设备来说会节约更多的成 本，而同时改造后的设备的性价比也会相对的提高很多。 为了提高部分小微企业的生产能力及其其在国内的竞争力，拥有送 料装置改造的冲床设备是其一个有力的条件。而且当代残品对精度的要求 越来越高，很多精密零件的误差范围要求在微米以内，而自动送料装置的 全套图纸加扣 3012250582 第 2 页 共 44 页 精度是直接影响产品的精度，追求自动送料装置的高精度化是永恒的主题， 着主要表现在定位和进给量上2。 2 系统的总体设计 2.1 系统的组成 自动送料装置的的系统控制部分主要包括两个步进电机、单片机、步进电机驱动 动器等。机械部分主要是自动送料机构的设计。 该系统的工作原理是由两个步进电机 互相配合带动螺母丝杆并带动工作台来完成送料的自动进给的。此工作过程由单片机 发动控制信号来控制，单片机通过发出脉冲数目的多少与频率的高低，步进电机转过 的角度与频率，从而控制送料量的长度与速率。其中，单片机产生的脉冲是靠高速脉 冲指令来完成的，为了在高速进料中不至于使步进电机失步，采用了带上升沿和下降 沿的脉冲指令。同时为了保证进料的精度，工作台与原料之间应无相对滑动，它们之 间具有一定的夹紧力。 2.2 方案的确定 本次改造是自动送料装置的设计，目前所采用的控制方式有专用的数控系统，传 统的继电器、接触方式，PLC 控制方式，单片机控制方式等1。 2.2.1 专用数控系统 专用的数控系统具有控制精度高，编程能力强，系统可靠性高，待开发的功能等 优点，但对于冲床来说由于它是属于点位控制，控制相对简单，如果选用造价昂贵的 专用系统无疑是资源上的一种浪费，况且对于具有特定意义的送料装置其控制不一定 具优势，因此，专用系统将不予以此次改造的考虑之列。 2.2.2 继电接触器控制 继电器逻辑控制器的显著特点是造价低廉，在逻辑控制上采用硬接线连接逻辑， 利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑。在现 代化生产设备中，往往有大量的开关量、数字量、脉冲量以及模拟量的控制装置，例 如电机的启停、电磁阀的开闭、产品的计数等等。此种控制方案其连线多而复杂、体 积大、功耗大，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难；另外继电器触点数 全套图纸加扣 3012250582 第 3 页 共 44 页 目有限，因此灵活性和扩展性都很差；其次在控制速度上，继电控制逻辑依靠触点的 机械动作实现控制，工作频率低，自然控制速度就很慢，另外机械触点还会出现抖动 现象，工作不稳定。早期的逻辑控制主要是用继电器或分立电子线路来实现，但是随 着生产的飞速发展，人们对这些自控装置提出了更通用、易变、易修、可靠、控制能 力更强的要求。此种固定接线式的老装置显然不能够适应这种要求，因此，继电器接 触器的控制方案本次设计也不予采用。 2.2.3PLC 控制方式 PLC 是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易 于设备的扩展，便于维护，开发周期短。但是其成本相对单片机要高！而对于本次设 计来说是应用于较低成本的设计，所以本次设计不予采用。 2.2.4 单片机控制 单片机具有结构简单、使用方便、价格便宜等优点，它更善长于数据计算与数据 处理，一般更广泛的被应用于数据采集和中央控制室控制，本次设计主要是送料装置 进行自动化改造，本着成本低与控制相对简单的原则，本次设计采用单片机控制。系 统控制方案如图 2-1 所示。 2-1 系统控制结构示意图 AT89C52 ULN2003A 驱动器 ULN2003A 驱动器 LCD 液晶显 外部输入控 制电路 步进电机 1 步进电机 2 全套图纸加扣 3012250582 第 4 页 共 44 页 3 机械部分设计 机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选着步进电 机及导向元件的设计、计算与选着，绘制机械部分装配图等。 （1）传动机构为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺 母传动副。丝杠的转速为中转速，精度要求为高精度，采用滚珠丝杠副，滚珠丝杠直 接与联轴器相连。 （2）导向机构采用滚动直线导轨。滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻 力小，随动性极好。导轨的导向精度要求高。 （3）执行机构采用步进电机。 已知条件：定位精度：mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h，中等冲05 . 0 击；X 方向有效行程，最大进给速度；Y 方向的有效mmLx550min/9000 max mmVx 行程，最大进给速度；承受工作载荷13069N，电mmLy550min/9000 max mmVy z F 机最高转速。min/1500 max rn 3.1 确定系统脉冲当量 脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度， b p 由于定位精度为mm，因此选着脉冲当量为mm。05 . 0 01 . 0 3.2 工作台外形尺寸及重量初步计算 根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算 X 方向和 Y 方向工作台承载重量 和 14。 Wx Wy 取 X 方向的导轨支撑钢球的中心距为 500mm，Y 方向导轨支撑钢球的中心距为 550mm。设计工作台简图如图 3-1 所示15 图 3-1 工作台简图 全套图纸加扣 3012250582 第 5 页 共 44 页 X 方向托板（上托板）尺寸为： 长*宽*高=700*300*50 (3.21) 重量：按重量=体积*材料比重姑估算为： N Wx 819108 . 71050300700 23 Y 方向托板（下托板）尺寸为： 长*宽*高=700*350*50 重量NWy 5 . 955108 . 71050350700 23 上导轨（含电机）重量为 N89.526108 . 710)9535700210300700( 23 夹具及工件重量：约 98.61N XY 工作台运动部分总重量为： (3.22) NW240061.985.95581989.526 3.3 滚动导轨副的计算、选择 3.3.1 导轨的组成种类及应满足的要求 导轨副主要由承导件和运动件两大部分组成。运动方向为直线的被称为直线运动 导轨副、为回转的被称为回转运动导轨副。常用的导轨副的种类很多，按其接触面的 摩擦性质可分为滑动导轨副、滚动导轨副、流体介质摩擦导轨等。按其结构特点可分 为开式导轨和闭式导轨。机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性高、 运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好。对精度要求高的直线 运动导轨还要求导轨的承载面与导向面严格分开；当运动件较重时，必须设有卸荷装 置，运动件的支承必须符合三点定位原理3。 （1）导向精度 导向精度是指动导轨按给定方向作直线运动的准确程度。导向 精度的高低，主要取决于导轨的类型；导轨的几何精度和接触精度；导轨的配合间隙； 油膜厚度和油膜刚度；导轨和基础件的刚度和热变形等。 直线运动导轨的几何精度，一般有下列几项规定： 导轨在垂直平面内的直线度（即导轨纵向直线度） 导轨在水平平面内的直线度（即导轨横向直线度） 两导轨面间的平行度，也称扭曲 （2）刚度 导轨的刚度就是抵抗载荷的能力。抵抗恒定载荷的能力成为静刚度； 抵抗交变载荷的能力成为动刚度。为了保证导轨副的刚度，导轨副应有一定的接触精 度。 （3）运动的灵活性于平稳性 一般专用设备和计算机等的精度和运动速度都比较 全套图纸加扣 3012250582 第 6 页 共 44 页 高，因此，其导轨应具有较好的灵活性和平稳性，工作时应轻便省力，速度均匀，低 速运动或微量位移时不出现爬行现象；高速运动时应无振动。 影响导轨运动灵活性和平稳性的主要因素是：导轨的配合间隙，配合表面几何形 状误差，动、静摩擦系数的差值，驱动导轨运动的传动系统的刚度和精度，导轨的表 面粗糙度和润滑等。 （4）耐磨性 导轨的耐磨性是指导轨长期使用后，应能保证一定的导向精度。导 轨的耐磨性主要取决于导轨的结构、材料、摩擦性质、表面粗糙度、表面润滑及受力 情况等。 （5）对温度变化的敏感性 导轨在环境温度变化的情况下，应能正常工作，既不 “卡死” ，亦不影响设备的运动精度。导轨对温度变化的敏感性，主要取决于导轨材料 和导轨配合间隙的选择。 （6）结构工艺性 导轨在保证设配正常工作的条件下，应力求结构简单，制造容 易，装拆、调整、维修及检验方便，从而最大限度的降低成本。 3.3.2 导轨材料的选择与热处理 (1)导轨材料的选择 导轨常用的材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。常使用铸铁铸铁、铸铁 钢的导轨。 铸铁：铸铁具有耐磨性和减震性好、热稳定性高，易于铸造和切削加工， 成本低等特点，因此在滑动导轨中被广泛应用。常用的铸铁有： 灰铸铁，常用的是 HT200（一级铸铁） ，硬度以 180200HB 较为合适。适当增加 铸铁中含碳量和含磷量，减少含硅量，可以提高导轨的耐磨性。 高磷铸铁：它是指含磷量为 0.3%0.65%的灰口铸铁，其硬度为 180220HB，耐 磨性比 HT200 约高一倍。 低合金铸铁：这类铸铁具有较好的耐磨性，且铸造性能优于高磷系铸铁。 稀土铸铁：它具有强度高、韧性好的特点，耐磨性与高磷铸铁相似，但铸造性能 和减震性较差，成本也较高。 钢：为了提高导轨的耐磨性，可以采用淬硬的钢导轨。淬火的钢导轨都是焊接或 镶装上去的，淬硬的钢导轨的耐磨性比不淬硬的铸铁导轨高 510 倍。常用的钢有 45 钢=40Cr，T8A、T10A、GCr15 等。 有色金属：常用的有色金属有黄铜 HPb591，铝青铜 ZQA192，超硬铝 LC4， 铸铝 Z16 等，其中以铝青铜较好。 塑料：镶装塑料导轨具有较好的耐磨性，抗震性能好，工作适应范围广，抗撕伤 能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳 全套图纸加扣 3012250582 第 7 页 共 44 页 定性好，工艺简单，成本低等特点。 （2）滚动导轨的特点： 在相配的两导轨之间，放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体，使导轨运动为滚动摩擦， 就成滚动导轨。 滚动导轨的优点：摩擦系数小，动、静摩擦系数差别小，低速运动时不易出现 “爬行”现象；运动灵敏轻便，所需功率小；移动精度和定位精度高；钢制淬硬导轨 具有极高的耐磨性，精度保持性好；对温度变化的敏感性较低；润滑简单，维修方便； 高速运动时不会像滑动导轨那样因动压效应而使动导轨浮起。 滚动导轨的缺点：导轨面于滚动体为点接触或线接触，所以抗震性较差，接触应 力大；对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体的尺寸精度要求高，若滚动体的直 径不一致，导轨表面有高低，回会使运动部件倾斜，产生振动，影响运动精度；结构 复杂，制造困难，成本较高；对赃物比较敏感，必须有良好的防护装置。 3.3.3 滚动导轨副的计算、选型 根据给定的工作载荷和估算的和计算导轨的静安全系数,式中： z F x W y WPCfSL/ 0 为导轨的基本静载荷，kN;工作载荷；（一般运行状况） 0 C)(5 . 0WFP x 0 . 30 . 1 SL f ，3.05.0（运动时受冲击、振动） 。根据计算结果查有关资料楚轩导轨： 因系统受中等冲击，因此0 . 4 SL f (3.31) yxSLP fC ,0 式中： 导轨的基本静载荷 0 C 导轨的静安全系数 SL f P工作载荷 (3.32)(5 . 0 ,yxzyx WFP 式中： 承受工作载荷 z F 托板重量 x W NWFP xzx 6944)81913069(5 . 0)(5 . 0 NWFP yzy 25.7012) 5 . 95513069(5 . 0)(5 . 0 NPfC xSLx 2777669444 0 NPfC ySLy 2804925.70124 0 根据计算额定静载荷初选导轨： 选择 HGWHA 系列直线导轨，其型号为：HGW25HA4 全套图纸加扣 3012250582 第 8 页 共 44 页 基本参数如表 3-3-1 所示： 表 3-3-1 导轨参数 组装尺寸型号规格 HH1N HGW25HA365.523.5 滑块尺寸（mm） WBB1CL1LGMTT1H2H3 70576.54578.6104. 6 12M881469 导轨尺寸 （mm） R W R H DhdPE 导轨的 固定螺 栓尺寸 （mm ） 232211976020M6 20 容许静力矩重量基本动额 定负荷 C（KN） 基本静额 定负荷 C0(KN) Mr (KN*m) Mp (KN*m) My (KN*m) 滑块 (kg) 导轨 （kg/m） 32.7576.000.870.880.880.883.21 滑座个数单向行程长度每分钟往复次数 M1Sn 40.4200.75 导轨的额定动载荷 C=32750N 根据使用速度 v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 C（KN）验算导轨的工作 寿命 Ln： 根据德国工业标准 DIN636 第 2 部分56，微型滚动直线导轨的额定寿命可由下式 计算： （3.33） 53 10)/(PCL （3.34）)60*2/()10)/( 53 nSPCLh 式中： L按行程计算的额定寿命，m 全套图纸加扣 3012250582 第 9 页 共 44 页 按时间计算的额定寿命，hr Lh C额定动负荷，N P等效负荷，N S单一行程长度，m n往复行程频率，次/min 等效合成负荷 P： 简单计算时，等效合成负荷按下式计算： (3.35)/(*MoCoMFP 式中： P等效合成负荷，N M微型滚动直线导轨承受的静扭矩，N*m Co微型滚动直线导轨的额定静负荷，N Mo微型滚动直线导轨的额定静扭矩，N*m （3.36）NMWF6004/24001/ F每一个滑块承受的重力 W工作台运动部分总重量 M1滑座的个数 根据德国工业标准 DIN 第 2 部分，P 值不能超过 0.5C，C 为微型滚动直线导轨的 额定动负荷，F=600N，M=0.036N*m，Co=76KN,Mo=0.88KN*m 代入对应数据到公式（3.35）得： NMoCoMFP09.370910*)88 . 0 /76(*036 . 0 600)/(* 3 NC1637510*75.32*5 . 05 . 0 3 因为CP5 . 0 而 P=3709.09NT=15000h h L 导轨的工作寿命足够。 全套图纸加扣 3012250582 第 10 页 共 44 页 3.4 滚珠丝杠计算、选择 3.4.1 丝杠的介绍 （1）丝杠螺母机构又称螺旋传动机构，它主要用来将旋转运动变为直线运动或将 直线运动变为螺旋运动，有以传递能量为主的（如螺旋压力机） ，也有以传递运动为主 的（如工作台的进给丝杠）3。 丝杠螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分。滑动丝杠螺母机构简单，加工方便， 制造成本低，具有自锁功能。但其摩擦阻力大，传动效率低（30%40%） 。滚动丝杠螺 母机构虽然结构复杂制造成本高，但其最大优点是摩擦阻力小，传动效率高（92%98%） ， 因此选用滚珠丝杠螺母机构。 根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式一般分为四种类型，其类 型如下： 螺母固定、丝杠传动并移动。该传动形式因螺母本身起有支承作用，消除了丝 杠轴承可能产生的附加轴向滑动，结构比较简单，可获得较高的传动精度，但其轴向 尺寸不宜太长，刚性较差。因此只适合用于较小的场合。 丝杆传动、螺母移动。该传动形式需要限制螺母的传动，固需要导向装置。其 特点是结构紧凑、丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。 螺母传动、丝杆移动。该移动形式需要限制螺母移动和丝杠的传动。由于结构 较复杂且占用轴向空间较大，固应用较少。 丝杠固定、螺母传动并移动。该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下， 使用极不方便，固很少应用。 根据工作台应用情况，应选择丝杠传动螺母移动的形式，该传动形式需要限制螺 母的转动，固需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好，适用于工作行程较大 的场合。 （2）滚珠丝杠副的组成及特点 滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间 传动元件滚珠。滚珠丝杠螺母机构由丝杠、螺母、滚珠和反相器等四部分组成。 当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺 旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合 回路。 滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比，除上诉有优点外，还具有轴向刚度高，运动平稳， 不易磨损，使用寿命长凳优点。但由于不能自锁，具有传功的可逆性，在用作升降传 动机构时，需要采取制动等措施。 全套图纸加扣 3012250582 第 11 页 共 44 页 （3）滚珠丝杠副的典型结构形式 滚珠丝杠副的结构类型可以从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式和消除轴向 的调整方法进行区别。 我国生产的滚珠丝杠副的螺纹滚道有单元弧形和双圆弧型，滚道型面和滚珠接触 点的法线与丝杠轴向的垂线的夹角被称为接触角，一般为 45 度。单圆弧形的螺纹滚道 的接触角随轴向载荷大小的变化而变化，重要由轴向载荷所引起的接触变形的大小而 定。接触角增大时，传动效率、轴向刚度以及承载能力也随之增大。由于单元弧形滚 道加工用砂轮加工成型比较简单，固容易得到较高的加工精度，单元弧形面的滚道圆 弧半径 R 稍大于滚珠半径。 双圆弧形的螺纹滚道的接触角在工作中基本保持不变。两圆弧相交处有一小空隙， 可使滚道底部与滚珠不接触，并能储存一定的润滑油以减少摩擦磨损。由于加工其型 面的砂轮修整和加工，检验均比较困难，固加工成本较高。 滚珠丝杠副中的滚珠循环方式有内循环和外循环两种，区别见表 3-4-1 表 3-4-1 滚珠的循环方式 类别形式特点 内循环 优点：返回通道短，一个循环只有一圈钢珠，流畅性 好，摩擦损失小，效率高，径向尺寸小，刚性好 缺点：反相器钢球返回通道的曲面加工复杂 端盖式 优点：结构紧凑，工艺性好 缺点：循环回路长，流畅性差，钢球通过短槽时易卡 住 螺旋槽 式 优点：结构简单，制造方便，承载能力大 缺点：钢球流畅性较差，挡珠器较易磨损 外循环 插管式优点：结构简单，工艺性好，钢球的流畅性好，应用 较广 缺点：突出式的插管突出于螺母外部，径向尺寸较大 （4）滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧 滚珠丝杠副在负载时，其滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形。换向时，其轴 向间隙会引起空回。这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的稳定性。 单螺母丝杆螺母副的间隙消除相当困难。实际应用中，常采用以下几种调整预紧方法 见表 3-4-2. 全套图纸加扣 3012250582 第 12 页 共 44 页 表 3-4-2 常用的调整预紧方法 调整预紧方式特点 双螺母螺纹预紧调整式 结构简单、刚性好，预紧可调， 使用调整方便，但不能精确定量地进 行调整 双螺母齿差预紧调整式 可实