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买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985本科生毕业设计设计题目： 数控铣床用光学对刀仪设计 系 部：专 业：学 生 姓 名：班 级：指导教师姓名：最终评定成绩买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985- 1 -本科生毕业设计说明书数控铣床用机外对刀仪设计系 部：专 业：学 生 姓 名：班 级：指导教师姓名：最终评定成绩买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985摘 要本课题是数控铣床用机外光学对刀仪的设计。本文在研究分析国内外产品以及查阅大量技术资料的基础上提出了自己的设计方案，主要进行了三部分工作。首先对国内外对刀仪产品进行分析，明确了对刀仪的工作任务和性能要求。然后进行对刀仪机械系统的方案论证，并设计出对刀仪的机械部分内容。本设计采用手动方式，通过手轮的转动带动蜗轮蜗杆的传动，进而带动滚珠丝杆的旋转，推动工作台上下左右运动，利用光栅尺进行精确测量，从而实现准确测量刀具的目的。此外对主轴系统也进行了分析设计。主轴由定位系统和旋转系统组成，同样通过手轮带动蜗轮蜗杆来实现主轴旋转。通过主轴与编码器的连接实现角度的精确定位。关键词：机外对刀仪，滚珠丝杆，蜗轮蜗杆，主轴系统。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985IABSTRACTThis topic is the design of NC milling machine with machine optical tool setting instrument. In this paper, based on domestic and foreign products and access to a large number of technical information and brought forward the design scheme of its own in the research analysis, mainly for the three part of the work. The author analyzed the domestic and foreign Micro set products, clear requirements of tasks and performance of tool detection. Then the scheme demonstration tool of mechanical system, and designs the mechanical part of tool detection. This design uses the manual way, through the rotation to drive the worm wheel, and then drive the ball screw rotation, promoting the work up and down motion, accurate measurement by grating ruler, in order to achieve accurate measurement tool to. In addition to the spindle system is analyzed and designed. The main positioning system and rotation system, also by the hand wheel to drive the worm to realize the spindle rotation.Through the connection can achieve precise positioning angle of the spindle and the encoder.Keywords: machine tool setting gauge, ball screw, worm gear,shaft system.买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985II目 录摘 要 IABSTRACTII第 1 章 绪 论 .11.1 课题背景 .11.2 对刀仪的国内外发展现状 .1第 2 章 对刀仪的整体设计方案 .42.1 总体技术方案 .42.1.1 对刀仪测量原理 42.1.2 对刀仪组成 42.1.3 仪器测量过程 .52.2 驱动方式的选择 .52.3 机械位移检测系统 .62.3.1 传动方式的选择 .62.3.2 导轨系统选择 .62.3.3 手轮与丝杆的连接 .72.3.4 测量装置 .82.4 主轴系统 .82.4.1 主轴定位系统 .82.4.2 主轴旋转系统 .82.4.3 测量装置 .92.6 光学系统 92.6.1 照明方式的选择 92.6.2 成像系统 92.6.3 光源选择 9第 3 章 机械位移传动系统 .103.1 工作台结构设计及其相关计算 .103.1.1 XZ 工作台部件进给系统受力分析 .103.1.2 确定 XZ 工作台基本参数 103.2 横向滚珠丝杆副的计算与选型 113.2.1 确定横向滚珠丝杠副的导程 113.2.2 丝杆当量转速与当量载荷的确定 113.2.3 允许的最小螺纹底径 113.2.4 滚珠丝杠副的类型及规格的确定 123.2.5 确定滚珠丝杠副预紧力 12买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985III3.2.6 行程补偿值与与拉伸力 123.2.7 确定滚珠丝杠副支承用的轴承 133.2.8 滚珠丝杠副具体结构尺寸设计 133.3 纵向滚珠珠丝杆副的计算与选型 143.3.1 确定纵向滚珠丝杠副的导程 143.3.2 丝杆的当量转速与当量载荷 143.3.3 允许的最小螺纹底径 153.3.4 确定滚珠丝杠副的规格代号 153.3.5 确定滚珠丝杠副预紧力 153.3.6 行程补偿值与与拉伸力 163.3.7 确定滚珠丝杠副支承用轴承形式 163.3.8 滚珠丝杠副工作图设计 163.4 直线导轨的设计计算与选型 173.4.1 预选滚动直线导轨副的型号，规格，进行初步设计 173.4.2 计算导轨的寿命 173.5 蜗轮蜗杆设计 183.5.1 传动机构选用蜗轮蜗杆 183.5.2 蜗轮蜗杆的材料的选用 183.5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 183.5.4 蜗轮与蜗杆的主要参数 193.5.5 校核齿根弯曲疲劳强度 203.5.6 轴承的选用 203.6 光栅尺的选型与安装 213.6.1 光栅尺的结构与工作原理 213.6.2 光栅尺的选型 213.6.3 光栅尺的安装方式 21第 4 章 主轴系统分析设计 .224.1 主轴传动机构的设计 224.1.1 蜗杆传动的选用 224.1.2 蜗轮蜗杆的材料的选用 224.1.3 按齿面接触疲劳强度设计蜗杆 224.1.4 蜗轮与蜗杆的主要参数 234.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度 244.2 轴承的选用 244.3 轴的设计 254.3.1 确定主轴的功率 P，转速 n 和转矩 T .254.3.2 确定轴的最小直径 254.3.3 轴的结构设计 254.4 编码器的选型 264.4.1 编码器的工作原理 .264.4.2 编码器的选型 264.4.3 编码器的安装 .26买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985IV第 5 章 基础件的设计 .275.1 底座的设计 275.1.1 底座材料的选择 275.1.2 底座结构设计 275.2 Z 向导轨座的设计 275.2.1 Z 向导轨座材料的选择 275.2.2 Z 向导轨座的结构设计 275.3 Z 向滑座的设计 285.3.1 滑座材料选择 .285.3.2 滑座的结构设计 .285.4 主轴箱体的设计 295.4.1 主轴箱体材料选择 295.4.2 主轴箱体结构设计 295.5 光学系统臂架设计 295.5.1 臂架材料选择 .295.5.2 臂架的结构设计 .29第 6 章 使用维护说明书 .316.1 仪器用途 .316.2 仪器组成及各部分作用 .316.3 对刀仪的安装说明 .316.4 使用方法 .316.4 对刀仪日常维护 .326.5 对刀仪的故障处理 .32结 论 .33参考文献 .34致 谢 .35买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985V买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985VI买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709850第 1 章 绪 论1.1 课题背景对刀仪是数控机床及加工中心的必要设备。对刀仪用于测量数控设备、加工中心数控刀具刀尖位置相对于设定原点的坐标尺寸。其作用是快速测量出数控机床或者加工中心的刀库中刀具的尺寸参数数据，从而进行刀具补偿，这样在加工过程中随时控制调整刀具的运动轨迹，达到较高精度的加工。能否迅速准确地确定数控机床以及加工中心的刀具的尺寸参数，直接影响到机床生产工件的周期以及加工精度。刀具通过刀柄固定到机床主轴上，接着将机床定位到指定好的位置，控制刀具恰好触碰到一已知的平面，于是操作者就可以算出刀具实际尺寸。通常情况下，采用这种方式获得的数据可信度较高，但浪费大量时间，造成生产效率低下。对刀仪是为节省数控机床的对刀时间而设计的一种测量工具，是检测刀具具体尺寸参数的精密测量设备，是现代加工制造所必备的检测仪器，其作用就是准确的测量出刀具的参数以便在加工中精确控制刀具的运动轨迹，实现高精度加工。对刀仪的使用可避免机上测量的缺点，从而提高了刀具预调和测量的速度 。1目前国外的一些企业看准中国机床工业壮大的市场，许多外国对刀仪制造商迅速抢占国内的市场。国外对刀仪虽有速度快、精度高等诸多优点，但其价格非常昂贵。国内对刀仪普遍存在技术含量较低，使用不方便，测量参数少等缺点，在与国外产品竞争中难有胜算。因此，面对市场上的竞争劣势，为使我国从制造业大国发展为制造强国，我们有必要研制出国产的高品质对刀仪。1.2 对刀仪的国内外发展现状对刀仪可大致分为机械式，光学投影式和图像式三种类型。一、接触式接触式对刀仪是利用测量仪表的测头接触刀具，再通过光栅尺测量此时的位置所得的数据，其测量精度很低且操作过程较为繁杂，但是价格较低。图 1.1 所示是台湾安威公司接触式对刀仪。二、光学投影式光学投影式对刀仪是通过发光源将刀尖轮廓投影到固定的投影屏上，通过光学投影屏的刻线对刀具进行精确对准，从而完成刀具尺寸参数的测量。操作者要瞄准刀具刀尖会引起主观误差，影响测量精度。 光学投影式对刀仪目前依旧是国内市场上的主要产品，但随着技术的进步其市场占有率将会越来越低。图 1.2 为天津天门公司生产买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851的光的光学投影式对刀仪 。图 1.1 台湾安威 AW-H300 型接触式 图 1.2 天门光学投影式 DTJ II 1540 型三电子摄像式对刀仪电子摄像式的对刀仪充分结合了图像采集技术、计算机软件处理技术，机械传动装置，电路电子技术和光学技术等先进技术。图像式对刀仪利用图像传感器来得到的刀具刀尖的图像，并在计算机系统中进行图像处理，获得刀具的轮廓外形尺寸。现在随着 CCD 传感器技术的快速进步，图像采集的准确性明显提高，为对刀仪提供了十分准确的图像分析数据，从而提高了测量精度。现在国外的电子摄像式对刀仪精度可买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709852以达到 0.001mm 。图 1.3 为美国 PARLEC 公司电子摄像式对刀仪。2图 1.3 PARLEC 电子摄像式国内生产的对刀仪产品大部分是机械光学式的，对刀仪的光学系统将刀具刀尖轮廓的图像照射到投影屏上，通过光栅尺测得数据传送到数显箱输出结果。光学投影式对刀仪是目前国内市场上的主流产品，但由于面临着国外先进产品的激烈竞争而市场占有率逐年下降。 综上可知国外厂商对刀仪有对刀速度快、精度高等诸多优点，但是价格十分昂贵。因此我们有必要加强对刀仪研究的投入，以促进机床生产制造业的快速发展，从而提升我国制造业的竞争力和影响力。第 2 章 对刀仪的整体设计方案2.1 总体技术方案本章进行刀具预调测量仪的总体设计方案的研究，下面依据技术指标和设计的原理对各组成部分进行具体分析设计。机械位移传动系统、主轴测量系统、计算机测量软件和电路是构成对刀仪系统的主要部分。其中机械位移检测系统和计算机测量软件是最重要部分，直接决定精度的高低 。32.1.1 对刀仪测量原理对刀仪是一种测量刀具参数的仪器，其功能是测量刀具径向和轴向的长度。如图2.1，即用对刀仪主轴系统来仿照数控机床或者加工中心的主轴，使对刀仪的坐标系买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709853与加工设备的坐标系等效，所以在对刀仪主轴上测得刀具的尺寸参数也就相应的得到了数控机床上刀具的坐标值，只要将测得的数据直接输入机床即可 。对刀仪测量原4理如图 2.1 所示。图 2.1 对刀仪测量原理图2.1.2 对刀仪组成对刀仪是测量刀具尺寸的一种工具。操作方式可用手动或者电动式。在外力作用下，横向和纵向的滚珠丝杆旋转，从而带动 X 向和 Z 向滑板的滑动，光学系统就固定在立柱的滑板上，这样就可以使光学系统上下左右移动，使刀具对准光源投影到屏幕上，得到刀具的图像。通过光栅尺测量位移，将光栅尺的脉冲输入计算机获取刀具尺寸数据。测量时，视觉系统沿着导轨移动瞄准测量，运动由手轮带动滑座的运动从而使视觉系统进行上下左右移动，实现瞄准测量。对刀仪的基本结构的组成原理如图 2.2 所示。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098541-X 向导轨 2-Z 向导轨 3-视觉系统 4-主轴系统 图 2.2 对刀仪的测量原理图2.1.3 仪器测量过程将刀柄固定在对应型号的刀套中，再把刀套插入对刀仪的主轴锥孔中，利用锥形定心，用紧顶螺钉固定好。系统开始工作后，仪器的软件系统中选择要测量刀具的类型以及输入要所需要获取的参数，通过手柄的转动带动 X 轴左右移动以及 Z 轴上下运动。这样便能让刀具对准光源从而投影到屏幕上，得到刀具的图像。通过光栅尺测量位移以获取刀具尺寸数据。2.2 驱动方式的选择对刀仪常用的驱动方式为手动驱动和电机驱动。手动驱动相对于电机驱动具有操作灵活简便，结构简单，经济，可以进行微动手调，精确度较高等优点。由于手动驱动可以满足本课题的基本要求，考虑到手动方式结构更简单，经济性更高，本文采用手动驱动。2.3 机械位移检测系统2.3.1 传动方式的选择传动方式有很多种，适用于本设计的传动主要有齿轮齿条，蜗轮蜗杆等传动方式。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709855下面有两种方案。方案一：滚珠丝杆螺母副丝杠是现代机床及其他精密传动装置上最常使用的传动系统，以滚珠作为滚动体在丝杆和螺母之中反复循环运转的装置。滚珠丝杆的基本功能就是将旋转运动转换成线性运动。主要特点有： 移动速度轻快平稳，安装结构尺寸大，定位精度高 ，结构比较复杂，成本较高等 。5方案二：齿轮齿条传动齿轮齿条传动要求传动的距离比较长，安装的空间也比较大。齿轮齿条运动传动刚性很高，但精度较低。如果使用齿轮齿条传动，一定要消除齿侧间隙以减少误差。主要特点有：承载能力大，移动速度中等，安装要求较高，需要预留间隙， 需补偿磨损，成本较低，容易制造等。对比以上两种方案可知，滚珠丝杆拥有定位精度高，移动速度快，传动效率高等明显优点，本人采取第一种方案。滚珠丝杆的设计图 2.3 所示。图 2.3 滚珠丝杆图2.3.2 导轨系统选择导轨是支撑滑座的关键部位。导轨上下左右运动带动滑座运动，通过滑座上的光栅尺测量出视觉系统的位移量，其测量所得的数据通过光栅数据采集卡输入到计算机中。对刀仪属于精密测量仪器，测量精度要求很高。所以安装在对刀仪上的导轨必须有足够高的精度，粗糙度要控制在 0.8，要有良好的导向性，刚度也要达到要求，滑台的滑动要十分平稳。导轨主要有滚动导轨和滑动导轨两种。方案一：滚动导轨滚动直线滑轨副是直线运动滚动支承中的一类，通过滚珠在滑块与轨道之间不断买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709856循环往复的运动，使得滑块在轨道上平稳地做直线运动。其特点主要有：摩擦因素小，运动十分灵敏，动静摩擦因素相差很小，起动阻力小不易产生爬行，可通过预紧来提升刚度。维修、润滑比较方便，提高机械效率，节省了能源，降低造价 。6方案二：滑动导轨滑动导轨是一种传统的导向方式，用的地方很广。多数使用金属对塑料型，称为贴塑导轨。其特点有：摩擦系数比较小但高于滚动式，制造比较简单，容易装配，刚性差等。对比以上两种方案可知，滚动导轨相对滑动导轨而言有定位精度高，摩擦阻力小，运动快速平稳等优点。本人采取第一种方案。滚动导轨的设计如图 2.4 所示。图 2.4 滚动导轨图2.3.3 手轮与丝杆的连接根据设计需要，手轮的转向与滚珠丝杆的螺旋方向成 90 度夹角，因此手轮与丝杆的连接可采用锥齿轮，蜗轮蜗杆等结构。方案一：锥齿轮本设计可采用一对正交的锥齿轮来连接手轮与丝杆的连接。锥齿轮通过轴与手轮连接，另一个锥齿轮与丝杆连接。锥齿轮传动精确度很高，可转变运动的角度，但是不能自锁。方案二：蜗轮蜗杆本设计也可采用蜗轮蜗杆传动来连接丝杆与手轮。蜗杆反向自锁的特性符合本设计的需要。 由于滚珠丝杆不能自锁，如果用锥齿轮连接则需要设计一个丝杆制动装置，较为复杂，而蜗轮蜗杆传动可以自锁，能起到丝杆制动的作用。对比以上两种方案，选用蜗轮蜗杆为手轮与丝杆的连接方式。2.3.4 测量装置选用光栅尺作为对刀仪的位移检测装置，光栅尺经常作为高精度数控机床的位置检测装置，可以用来检测线位移，精度高。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098572.4 主轴系统2.4.1 主轴定位系统数控机床上的刀具以锥形孔槽定位。同样，本设计利用锥度的定心作用来实现对刀仪主轴系统对刀具的定位。即主轴上端做一锥孔，将固定刀柄的锥形刀套放在主轴锥孔中实现锥向定位。主轴系统除了要对刀具进行定位外，还应具有主轴旋转装置。图 2-5 主轴系统结构图2.4.2 主轴旋转系统测量刀具的径向尺寸需要使刀柄旋转，所以放置刀柄的主轴要有旋转系统。本设计的主轴旋转系统用蜗杆传动带动主轴转动。刀柄装在刀套上，刀套放置于主轴锥孔中，用螺钉紧固。这样就能成功的实现主轴旋转，从而使刀柄随之转动。2.4.3 测量装置本设计用编码器来测量主轴旋转的角位移。2.6 光学系统2.6.1 照明方式的选择对刀仪的光学系统对测量结果及测量精度有很大影响。一般而言，光学系统常用买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709858两种照明方式，即临界照明和柯拉照明方式。临界照明：临界照明法相当于在物体平面上放置光源，这种方式结构简单，但光源表面的亮度不均匀。柯勒照明：柯勒照明能克服照明不均匀。光学系统的应用中，由于柯勒照明方式相对于前者有明显的优势，主要应用于对光学测量要求较高的装置中。本系统采用柯勒照明方式。2.6.2 成像系统可将滤光片放置在成像系统中，如此可以大大减少外来光源对系统的干扰，从而提高成像质量。2.6.3 光源选择对刀仪等测量仪器可用冷、热两种光源。热光源在发光时会产生较大的热量，而产生的热量又会导致仪器和工件发生热变形从而影响到测量精度。冷光源则避免了热变形的缺陷，具有强度高，成像质量好的特点。本设计可供选择的光源有：白炽灯，闪光灯，LED 等。综合比较上述几种光源，本设计选用 LED 发光二级管作为视觉系统的照明光源 。7第 3 章 机械位移传动系统3.1 工作台结构设计及其相关计算3.1.1 XZ 工作台部件进给系统受力分析因对刀仪视觉瞄准器不与被测刀具直接接触,因此在测量过程中没有外力负载作用。XZ 工作台部件由滚珠丝杆、直线导轨、支撑座、蜗轮蜗杆和底座等零部件组成,买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709859各零件之间都通过滚动直线导轨副连接,从而确保相对运动的精度。底座的传动系统由横向和纵向两部分组成。3.1.2 确定 XZ 工作台基本参数设定工作台基本参数：长宽高度=810350240mm，材料为 HT200，估重400N。设立柱尺寸为：长宽高度=266350800mm，材料为 HT200，估重为 400N。另外估计其他零件的重量约为 200N。则工作台总重为 W=400+400+200=1000N。则底座导轨副所承受的最大负载 G=400+200=600N。XZ 工作台设计如图 3.1 所示。图 3.1 工作台结构设计图3.2 横向滚珠丝杆副的计算与选型3.2.1 确定横向滚珠丝杠副的导程maxhniVP（3.1） 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098510Ph：丝杆副的导程 mm Vmax：丝杆最高移动速度 m/min nmax: 手轮最高转速 r/mini:传动比 因手轮与蜗轮蜗杆连接再与丝杠直联，i=82 Vmax=0.5m/minnmax=100r/min代入得 Ph=5mm，即丝杆导程为 5mm。3.2.2 丝杆当量转速与当量载荷的确定导轨上面部分的重量，包括工作台、立柱，导轨座等，是丝杆的主要受力来源，其重量大概在 500N 左右。即滚珠丝杆副承受的力为 Fm=500N。按预期工作时间估算cawhmfLnC1063（3.2）：预期额定动载荷 N按文献13表 6.2-90 查得：轻微冲击取 f w=1.3表 6.2-88 查得：13 取 fa=1表 6.2-89 查得：可靠性 97%取 fc=0.44表 6.2-87 查得：L n=20000 小时代入公式 3.2 得:C am=7287N（2）滚珠丝杠副采用预紧方式消隙，根据最大载荷 Fmax计算：maxFfCe由文献13根据表 6.2-91 查得：轻载荷取 F e=6.7计算得 Cam=3350N取以上两种结果的最大值 Cam=7287N3.2.3 允许的最小螺纹底径（1）估算丝杠轴向变形量 m重复定位精度的（1/31/4）min0kF一般估算 定位精度的（1/41/5）查得重复定位精度为 10m, 定位精度为 25m。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098511由以上两种方法估算出最小值 =3m。m(2）估算丝杆螺纹底径由于滚珠丝杠要求预拉伸，故本设计采用一端固定，一端游动的安装方式，通过轴向预紧的作用来消除丝杆的轴向间隙，可以消除因温升导致的热变形，此种安装方式被广泛采用于精密传动装置中 。8m0m0239.1LFEd: 最小螺纹底径m2(1.11.2) 行程+（1014）P h静摩擦力 10WF行程为 300mm,W1=1000N, 0=0.2 代入得 d2m=6.5mm，L=420mm，F 0=200N 。3.2.4 滚珠丝杠副的类型及规格的确定（1）选用双螺母垫片作为丝杆的预紧方式。（2）根据计算所得 d2m Cam Ph数据取相应的滚珠丝杠副。FFZD3205-3 Ph=5mmCa=13000C am=7287N d2=30.5d 2m=6.5 3.2.5 确定滚珠丝杠副预紧力max31FP其中 Fmax=500N，E p=167N3.2.6 行程补偿值与与拉伸力（1）行程补偿值3108.tLuC(3.3 )式中： ank2uLk=300mm，L n=90mmLa=（24）P h=15mmLu420mm温差取 2.5tC12m买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098512(2) 预拉伸力 2t95.1tdF代入得 Ft=4535N3.2.7 确定滚珠丝杠副支承用的轴承（1）所承受的轴向力为maxaxtB得 Fbmax=5035N（2）轴承类型采用一端固定，一端游动的安装方式，游动端选用型号为 6005 的深沟球轴承，固定端选用型号为 51205 的推力球轴承。（3） 轴承内径d 略小于 d2=30.5 ，F BP=1/3FBmax取 d=30mm 代入得 FBP=1678N（4）轴承预载预紧力应大于 FBP（5）轴承型号规格当 d=30mm 预加载荷应不小于 FBP故选用双向推力球轴承d=30mm预加负荷为 2900F BP=1678N3.2.8 滚珠丝杠副具体结构尺寸设计(1) 丝杠螺纹长度 Ls：Ls=Lu+2Le ，其中取 Le=40（2）两固定支承距离 L1滚珠丝杆副螺母安装联接尺寸可查样本（3）行程起点离固定支承距离 L0由丝杆设计尺寸有Ls=420，L 1=460，L=720，L 0=30。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985133.3 纵向滚珠珠丝杆副的计算与选型3.3.1 确定纵向滚珠丝杠副的导程maxhniVP（3.4） Ph：纵向丝杆副的导程 mm Vmax：纵向移动速度 m/min nmax: 手轮最高转速 r/mini:传动比 因手轮与丝杠直联，i=1 Vmax=0.5m/minnmax=100r/min代入得,P h=5mm按第 2 页表，取 Ph=5mm3.3.2 丝杆的当量转速与当量载荷导轨侧面部分的重量，包括滑座，瞄准器，导轨座等,是纵向丝杆承重的主要来源，估计重量约为 300N。即滚珠丝杆副所受到的载荷 Fm=300N。根据预期载荷计算公式cawhmfLnC1063（3.5）：预期额定动载荷 N按文献13表 6.2-90 查得：轻微冲击取 f w=1.3表 6.2-88 查得：13 取 fa=1表 6.2-89 查得：可靠性 97%取 fc=0.44Lh=25016100.5=20000h代入得:C am=7287N（2）滚珠丝杠副采用预紧方式，按最大载荷 Fmax计算：maxFfCe按文献13表 6.2-91 可知轻预载取 F e=6.7则有 Cam=3350N显然，上述计算中最大值为 Cam=7287N买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985143.3.3 允许的最小螺纹底径（1）估算丝杠轴向变形量 m重复定位精度的（1/31/4）min0kF一般估算 定位精度的 1/41/5: 最大允许轴向变形量，单位 m重复定位精度为 10m, 定位精度为 25m，可得：（1） =3m（2） =6取其最小值 =3m。(2）估算最小螺纹底径滚珠丝杆采用一端固定，一端游动的安装方式，消除滚珠丝杆的轴向间隙，免除温度高可能导致的热变形，此为常用的安装方式。 m0m0239.1LFEd: 最小螺纹底径(1.11.2) 行程+（1014）P h静摩擦力 10W已知：行程为 300mm,W1=1000N, 0=0.2 代入得 L=420mm，F 0=200N ，d 2m=6.5mm3.3.4 确定滚珠丝杠副的规格代号（1）以双螺母垫片作为丝杆的预紧方式。（2） 根据计算结果 选取符合条件的滚珠丝杠副madCP2h,FFZD3205-3 Ph=5mmCa=13000C am=7287N d2=30.5d 2m=6.5 3.3.5 确定滚珠丝杠副预紧力(3.6)max31FP其中 Fmax=500N，Ep=167N买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985153.3.6 行程补偿值与与拉伸力（1）行程补偿值 3108.tLuC式中： ank2Lk=300mm，L n=90mmLa=（24）P h=15mmLu420mm温差取 2.5tC12m(2) 预拉伸力 2t9.1tdF代入得 Ft=4535N3.3.7 确定滚珠丝杠副支承用轴承形式（1） 轴承所承受的最大轴向载荷maxaxtB代入得 Fbmax=5035N（2）轴承类型采用一端固定，一端游动的安装方式，游动端选用型号为 6005 的深沟球轴承，固定端选用型号为 51205 的推力球轴承。（3） 轴承内径d 略小于 d2=30.5 ，F BP=1/3FBmax取 d=30mm 代入得 FBP=1678N（4）轴承预紧力预加负荷F BP（5）按样本选轴承型号规格当 d=30mm 预加负荷为：F BP所以选 7602030TVP 轴承d=30mm预加负荷为 2900F BP=1678N3.3.8 滚珠丝杠副工作图设计(1) 丝杠螺纹长度 Ls：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098516Ls=Lu+2Le ，由表二查得余程 Le=40（2）两固定支承距离 L1滚珠丝杆副螺母安装联接尺寸可查样本（3）行程起点离固定支承距离 L0由纵向丝杆设计尺寸有Ls=390，L 1=430，L=690，L 0=30。3.4 直线导轨的设计计算与选型3.4.1 预选滚动直线导轨副的型号，规格，进行初步设计查参考文献13表 6.3-15，选用 GGB 型滚动直线导轨。导轨的受力在各个方向均相等。按表 6.3-11，选择导轨精度等级为 4 级。考虑精度及平衡性，基座上应采用双导轨的形式，而导轨上均安装两个滑块。选用导轨型号的规格为 30。选用型号为 GGB30BA 型导轨 。9选择导轨的预加载荷为普通载荷，则有 P=690N。导轨是承受力的主要部件。本设计的横向和纵向导轨均采用两边对称导轨支撑，一条导轨安装两个滑块。则在一般情况下有：FG4max本设计移动部件重量500N，预紧力为 F=690N，得最大工作载荷=815N=0.815kN。maxF初选直线滚动导轨副的型号为 GGB30BA 型，其额定动载荷 Ca=17.7KN，额定静载荷 C0=22.6KN。查表选取导轨的长度为 810mm。3.4.2 计算导轨的寿命（3.7）50)(3cwtFfL式中：f t：温度系数。查参考文献13由表 6.3-3，取 ft=1fc：接触系数。查表 6.3-4，f c=0.81fw：载荷系数。查表 6.3-5，f w=1.2寿命 kmFCfLccwt 1.20945)7.2416.801(5)( 33 根据要求所知其寿命要在 10 年以上，一年 300 天，一天 8 小时；假设每分钟走1 个行程，则 kmh 56104.60833买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098517由以上计算可知选用导轨的寿命大于设计要求的寿命，故符合要求。3.5 蜗轮蜗杆设计3.5.1 传动机构选用蜗轮蜗杆由第二章方案论证选用蜗杆传动作为手轮与滚珠丝杆之间连接的传动形式。本设计选用两轴线交角为 90的蜗轮传动。根据反向自锁的作要求，选用渐开线蜗杆（ZI 型） 。3.5.2 蜗轮蜗杆的材料的选用蜗杆：由于蜗杆转动带动主轴的旋转，只需很小的传动功率，速度也比较低，所以蜗杆选用 45 钢：同时为了是蜗杆的传动效率高些，耐磨性好些，需对蜗杆螺旋齿面进行淬火处理 。10蜗轮：蜗轮的材料选用铸造锡磷青铜 ZCuSn10P1。3.5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计在齿面接触疲劳强度设计的基础上校核齿根弯曲疲劳强度。由参考文献11查得蜗杆传动中心距的计算公式：a （3.8）32HEZKT（1）确定作用在蜗轮上的转矩 T2蜗杆齿数为 Z1=1，设蜗杆传动效率 =0.8，则有T2=9.55106P2/n2=100N.mm（2）确定载荷系数 K因蜗杆受力较稳定，故载荷分布不均系数 K取为 1，由文献11表 11-5，载荷均匀选取使用系数 KA=1，由于设计中的蜗杆转速较低，取动载系数 KV=1.05，则K=KKAKV=1.05（3）确定弹性影响系数 ZE当铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配时，Z E=160MPa（4）确定接触系数 Z设蜗杆的参数 d1 与传动中心距 a 之比为 d1/a=7/20=0.35，由参考文献11图11-8 可查得 Z =2.95。（5）确定许用接触应力 H买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098518根据蜗轮材料采用青铜合金 ZCuSn10P1，蜗杆螺旋齿面硬度应大于 45HRC，由参考文献11表 11-7 中查得蜗轮的基本许用应力 H=268MPa应力循环次数 N=60jn 2Lh=6011450/2012000=5.22107寿命系数 K HN= =0.8134870.51 H= KHN H =0.8134 268=218MPa。（6）计算中心距a =8.5mm32189.6021. 取中心距 a=63，蜗杆分度圆直径为 22.4，蜗杆的模数 m=1.25，d1/a=0.35,从参考文献11图 11-18 中可查得接触系数 Z =2.9，Z Z ,因此以上计算满足要求。3.5.4 蜗轮与蜗杆的主要参数（1）蜗杆蜗杆的基本尺寸查参考资料表 3-6-6（GB/T10085-1988）选有合适的数值。尺寸参数如下：模数 m=1.25；齿顶圆直径 da1=24.9；轴向齿距 Pa=3.927；分度圆直径 d1=22.4；蜗杆头数 Z1=1；齿根圆直径 df1=19.4；直径系数 q=17.92；分度圆柱导程角 =31138；加工精度为 7 级。（2）蜗轮由参考文献11表 3-6-5 查得圆柱蜗杆和蜗轮相匹配的参数（GB/T10085-1988）蜗杆与蜗轮的数值如下：中心距 a=63；传动比 i=82；模数 m=1.25；蜗轮齿数 Z2=82；蜗轮变位系数 X2=+0.440；买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098519蜗轮分度圆直径 d2=mz2=1.2582=102.5；蜗轮喉圆直径 da2=d2+2ha2=102.5+2m(ha*+x2)=102.5+21.25(1+0.440)=106.1；蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=102.5-2m（ha *-x2+c*）=102.5-21.25（1-0.125+0.2）=99.81；蜗轮咽喉母圆半径 rg2=a-0.5da2=63-53=10。3.5.5 校核齿根弯曲疲劳强度由参考文献11 查得公式（11-13）F= 2a2153.FYmdKT当量齿数 ZV2=Z2/COS3=82/0.995=85.86。根据 x2=0.440，Z V2=85.86，可查得齿形系数 YFa2=2.18。螺旋角系数 Y =1-/140=0.977许用弯曲应力 F= F KFN查得本设计蜗轮的基本许用弯曲应力 F=56MPa寿命系数 KFN = =0.644976102.5 F=560.644=36.08MPa F = 0.33MPa92.8643.1即有 F F弯曲强度完全满足强度要求。3.5.6 轴承的选用蜗杆传动带动滚珠丝杆运动，在这个运动过程中，蜗杆受到一定的轴向力。本设计采用角接触球轴承，以面对面的形式组合。蜗杆轴系结构如图 3.1 所示。前端选用深沟球轴承，代号 6004；厚度 B=12，外径 D=42，内径 d=20。后端选用一组面对面的角接触球轴承，代号为 7004C；外径 D=42，内径 d=20，厚度 B=12。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098520图 3.1 蜗杆轴系结构图3.6 光栅尺的选型与安装3.6.1 光栅尺的结构与工作原理光栅尺是一种广泛应用的位移传感器。其测量输出的数据具有误差很小，测量精度很高，反应十分灵敏的优点。光栅尺的结构主要有两个组成部分，即主尺和读数头。一般情况下两者应安装在相对运动的物体上。通过两者产生的相对运动来进行位移测量。在光源照射下，由光的衍射作用产生莫尔条纹。这样，检测莫尔条纹移动的变化就可测量出光栅水平方向移动的微小距离。3.6.2 光栅尺的选型1准确度等级的选择根据对刀仪设计精度的要求选择准确度等级为 0.01mm 的光栅尺。2光栅尺型号的选择选用型号为 SCR3923 的光栅尺。3.6.3 光栅尺的安装方式 光栅主尺应安装在读数头上方，以避免读数头受到外部环境的影响。光栅主尺及读数头分别安装在对刀仪机座相对运动的两个部件上。光栅主尺固定在底座内壁上，而光栅读数头则通过支架用螺钉连接到滚珠丝杆螺母座上，随着丝杆的运动而移动。
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