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目 錄 摘 要 I ABSTRACT.II 第 1章 緒 論 1 1.1 課題分析 .1 第 2章 齒 輪 滾 刀 概 述 .3 2.1 齒 輪 刀 具 的 主 要 類 型 、 工 作 原 理 和 選 用 3 2.2 齒 輪 滾 刀 基 本 蝸 桿 .4 2.3 齒 輪 滾 刀 的 原 理 誤 差 .5 2.4 齒 輪 滾 刀 的 重 磨 誤 差 .8 第 3章 課 題 分 析 與 檢 測(cè) 裝 置 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 11 3.1 檢 測(cè) 裝 置 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) .11 3.1.1系 統(tǒng) 運(yùn) 動(dòng) 方 式 的 確 定 .11 3.1.2伺 服 系 統(tǒng) 的 選 擇 11 3.1.5設(shè) 計(jì) 方 案 的 可 行 性 分 析 .13 第 四 章 機(jī) 械 部 分 設(shè) 計(jì) .14 4.1 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 .14 4.1.1 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 計(jì) 算 14 4.1.2步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 14 4.2 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 設(shè) 計(jì) 與 尺 寸 確 定 .15 4.2.1 滾 珠 導(dǎo) 軌 的 選 擇 .16 4.2.2.滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 預(yù) 緊 .18 4.2.3.額 定 壽 命 的 計(jì) 算 .18 4.2.4.載 荷 計(jì) 算 19 4.2.5.滾 動(dòng) 體 確 定 20 4.2.6 許 用 負(fù) 荷 驗(yàn) 算 .20 4.2.7.滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 材 料 和 熱 處 理 .21 4.3 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 與 尺 寸 確 定 21 4.3.1滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 用 .22 4.3.2滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 計(jì) 算 .23 4.3.3 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 驗(yàn) 算 .26 4.4變 速 機(jī) 構(gòu) 中 齒 輪 的 設(shè) 計(jì) 28 4.4.1 齒 輪 參 數(shù) 計(jì) 算 29 結(jié) 論 .34 致 謝 .35 參 考 文 獻(xiàn) .36 附 錄 138 附 錄 243 摘要 在 工 業(yè) 化 發(fā) 展 的 今 天 ， 各 種 機(jī) 械 產(chǎn) 品 層 出 不 窮 ， 精 度 要 求 不 斷 提 高 。 齒 輪 傳 動(dòng) 作 為 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 重 要 組 成 部 分 ， 其 精 度 高 低 直 接 影 響 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 。 因 此 ， 提 高 齒 輪 傳 動(dòng) 精 度 成 為 了 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 的 一 種 方 法 。 齒 輪 傳 動(dòng) 精 度 的 高 低 主 要 受 裝 配 精 度 、 齒 輪 制 造 精 度 兩 方 面 的 影 響 齒 輪 制 造 精 度 是 由 加 工 刀 具 來(lái) 保 證 。 而齒 輪 滾 刀 是 加 工 齒 輪 的 重 要 刀 具 ， 尤 其 是 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 在 加 工 各 種 齒 輪 的 過(guò) 程 中 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 所 以 ， 對(duì) 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 精 度 的 分 析 檢 測(cè) 是 非 常 有 必 要 的 。 本 設(shè) 計(jì) 主 要 任 務(wù) 是 對(duì) 零 前 角 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 的 齒 形 誤 差 進(jìn) 行 檢 測(cè) 。 主 要 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 包 括 ： 檢 測(cè) 裝 置 總 裝 配 圖 ， 縱 向 進(jìn) 給 裝 配 圖 ， 箱 體 零 件 圖 ， 橫 向 進(jìn) 給 工 作 臺(tái) 零 件 圖 ， 立 柱 導(dǎo) 軌 零 件 圖 。 關(guān) 鍵 詞 齒 輪 滾 刀 齒 形 誤 差 檢 查 儀 齒 輪 Abstract In industrialized development today, endless variety of mechanical products, the accuracy improved. Gear drive as a major component of its accuracy will directly affect the quality of products. Therefore, improving the precision gear drive into improving the quality of products of a rational design. Precision Gear mainly by the level of two aspects : the assembly of precision, the gear manufacturing precision. Gear manufacturing precision machining tool is to be guaranteed. And Hob processing gear is an important tool, Archimedes is particularly Hob in the processing of various gear the process to be widely used. Therefore, Archimedes Hob accuracy of detection is very necessary. The design is in this particular period of birth, Its main task is to zero angle before the Archimedes Hob profile error was detected. Keywords Hob profile error Tester Gear 第 1 章 緒論 隨 著 國(guó) 內(nèi) 工 業(yè) 化 的 飛 速 發(fā) 展 ， 如 汽 車 制 造 業(yè) ， 航 空 航 天 工 業(yè) 、 造 船 業(yè)、 機(jī) 械 裝 備 制 造 業(yè) 以 及 IT行 業(yè) 等 的 飛 速 發(fā) 展 ， 對(duì) 各 種 工 業(yè) 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 特 別 是 各 行 業(yè) 生 產(chǎn) 設(shè) 備 。 而 衡 量 這 些 生 產(chǎn) 設(shè) 備 的 質(zhì) 量 的 好 壞 最 重 要 的 一 點(diǎn) 就 是 其 性 能 。 性 能 的 好 壞 主 要 又 是 由 構(gòu) 成 設(shè) 備 的 零 部 件 精 度 決 定 的 。 所 以 ， 對(duì) 零 部 件 精 度 的 掌 握 在 一 定 程 度 上 就 體 現(xiàn) 出 了 公 司 對(duì) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 把 握 ， 決 定 了 公 司 的 效 益 。 齒 輪 作 為 機(jī) 械 產(chǎn) 品 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 重 要 組 成 部 分 ， 對(duì) 機(jī) 械 產(chǎn) 品 的 性 能 有 很 重 要 的 影 響 。 所 以 ， 各 大 齒 輪 制 造 商 在 擴(kuò) 大 齒 輪 產(chǎn) 量 、 增 加 齒 輪 品 種 的 同 時(shí) ， 更 加 注 重 提 高 齒 輪 質(zhì) 量 。 影 響 齒 輪 質(zhì) 量 的 因 數(shù) 很 多 ， 最 直 接 的 因 數(shù) 就 是 齒 輪 的 加 工 刀 具。 齒 輪 滾 刀 是 加 工 齒 輪 的 重 要 刀 具 ， 尤 其 是 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 在 加 工 各 種 齒 輪 的 過(guò) 程 中 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 因 此 ， 研 究 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 的 測(cè) 量 技 術(shù) 和 研 制 相 應(yīng) 的 檢 測(cè) 儀 器 是 非 常 必 要 的 。 在 早 期 的 生 產(chǎn) 中 ， 檢 測(cè) 齒 輪 加 工 刀 具 是 否 達(dá) 到 自 己 所 希 望 的 精 度 ， 通 常 用 的 是 手 動(dòng) 測(cè) 量 裝 置 。 不 僅 檢 測(cè) 精 度 很 難 保 證 ， 而 且 工 作 效 率 低 ， 越 來(lái) 越 難 滿 足 人 們 生 產(chǎn) 需 要 。 隨 著 機(jī) 械 工 業(yè) 和 電 子 信 息 技 術(shù) 的 發(fā) 展 與 融 合 ， 我 們 把 傳 感 器 、 脈 沖 電 機(jī) 等 電 子 設(shè) 備 與 機(jī) 械 機(jī) 構(gòu) 相 結(jié) 合 得 到 了 檢 測(cè) 更 精 確 ， 工 作 效 率 更 高 的 齒 輪 加 工 刀 具 誤 差 測(cè) 量 儀 。 本 設(shè) 計(jì) 主 要 是 對(duì) 零 前 角 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 的 齒 形 誤 差 進(jìn) 行 檢 測(cè) 。 由 于 在 設(shè) 計(jì) 中 采 用 了 先 進(jìn) 的 機(jī) 械 電 子 技 術(shù) ， 提 高 了 設(shè) 備 檢 測(cè) 精 度 與 生 產(chǎn) 效 率 。 所 以 ， 我 們 相 信 本 設(shè) 計(jì) 的 產(chǎn) 品 一 定 會(huì) 比 早 期 的 產(chǎn) 品 更 適 合 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) 。 1.1 課題分析 1.1.1設(shè) 計(jì) 目 標(biāo) 研 制 、 改 進(jìn) 一 臺(tái) 齒 輪 滾 刀 檢 測(cè) 裝 置 。 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) ： 模 數(shù) m6、 齒 形 角 a20°、 前 角 0°、 加 工 齒 輪 精 度 8級(jí) 1.1.2擬 解 決 的 關(guān) 鍵 問(wèn) 題 1、 拆 裝 方 便 、 靈 活 ； 2、 精 度 高 ， 從 簡(jiǎn) 化 結(jié) 構(gòu) 方 面 提 高 精 度 。 1.1.3研 究 內(nèi) 容 1、 檢 測(cè) 裝 置 的 橫 向 和 縱 向 運(yùn) 動(dòng) 的 實(shí) 現(xiàn) ； 2、 檢 測(cè) 裝 置 精 度 如 何 保 證 ； 3、 被 測(cè) 滾 刀 定 位 夾 緊 裝 置 的 確 定 。 第 2 章 齒 輪 滾 刀 概 述 2.1 齒 輪 刀 具 的 主 要 類 型 、 工 作 原 理 和 選 用 齒 輪 刀 具 是 用 于 加 工 齒 輪 齒 形 的 刀 具 。 由 于 齒 輪 的 種 類 很 多 ， 其 生 產(chǎn) 批 量 和 質(zhì) 量 的 要 求 以 及 加 工 方 法 有 各 不 相 同 ， 所 以 齒 輪 刀 具 的 種 類 也 很 多 ， 通 常 按 下 列 的 方 法 來(lái) 分 類 ： 2.1.1按 被 加 工 的 齒 輪 類 型 分 ， 有 三 類 刀 具 ： 1、 圓 柱 齒 輪 刀 具 （ 1） 漸 開(kāi) 線 圓 柱 齒 輪 滾 刀 如 盤 形 齒 輪 銑 刀 、 指 形 齒 輪 銑 刀 、 齒 輪 拉 刀 、 插 齒 刀 盤 、 齒 輪 滾 刀 、 插 齒 刀 、 梳 齒 刀 和 剃 齒 刀 等 （ 2） 非 漸 開(kāi) 線 圓 柱 齒 輪 刀 具 如 圓 弧 齒 輪 滾 刀 、 擺 線 齒 輪 滾 刀 和 花 鍵 滾 刀 等 。 2、 蝸 輪 刀 具 如 蝸 輪 滾 刀 、 蝸 輪 飛 刀 、 蝸 輪 剃 齒 刀 等 3、 錐 齒 輪 刀 具 （ 1） 直 齒 錐 齒 輪 刀 具 如 成 對(duì) 刨 刀 、 成 對(duì) 盤 銑 刀 、 拉 —銑 刀 盤 等 （ 2） 曲 線 齒 錐 齒 輪 刀 具 如 弧 齒 錐 齒 輪 銑 刀 盤 、 擺 線 齒 錐 齒 輪 銑 刀 盤 等 2.1.2按 刀 具 的 工 作 原 理 分 ， 有 兩 類 刀 具 1、 成 形 齒 輪 刀 具 這 類 刀 具 的 切 削 刃 廓 形 與 被 加 工 的 直 齒 齒 輪 端 剖 面 內(nèi) 的 槽 形 相 同 。 這 類 刀 具 中 有 盤 形 齒 輪 銑 刀 、 指 形 齒 輪 銑 刀 、 齒 輪 拉 刀 、 插 齒 刀 盤 等 。 用 盤 形 或 指 形 齒 輪 銑 刀 加 工 斜 齒 齒 輪 時(shí) ， 工 件 齒 槽 任 何 剖 面 中 的 形 狀 都 不 和 刀 具 的 廓 形 相 同 ， 工 件 的 齒 形 是 由 刀 具 的 切 削 刃 在 相 對(duì) 于 工 件 運(yùn) 動(dòng) 過(guò) 程 中 包 絡(luò) 而 成 的 ， 這 種 加 工 方 法 稱 為 無(wú) 瞬 心 包 絡(luò) 法 。 但 由 于 這 些 刀 具 的 結(jié) 構(gòu) 和 成 形 齒 輪 刀 具 相 同 ， 所 以 也 將 它 們 歸 納 在 成 形 齒 輪 刀 具 一 類 之 中 。 2、 展 成 齒 輪 刀 具 這 類 刀 具 加 工 齒 輪 時(shí) ， 刀 具 本 身 好 像 也 是 一 個(gè) 齒 輪 ， 它 和 被 加 工 的 齒 輪 各 自 按 嚙 合 關(guān) 系 要 求 的 速 比 傳 動(dòng) ， 而 由 刀 具 齒 形 包 絡(luò) 出 齒 輪 的 齒 形 。 這 類 刀 具 中 有 齒 輪 滾刀 、 插 齒 刀 、 梳 齒 刀 、 剔 齒 刀 、 加 工 非 漸 開(kāi) 線 齒 形 的 各 種 滾 刀 、 蝸 輪 刀 具 和 錐 齒 輪刀 具 等 ， 展 成 齒 輪 刀 具 的 一 個(gè) 基 本 特 點(diǎn) 是 通 用 性 比 成 形 齒 輪 刀 具 好 ， 也 就 是 說(shuō) ： 用同 一 把 展 成 齒 輪 刀 具 ， 可 以 加 工 模 數(shù) 和 齒 形 角 相 同 而 齒 數(shù) 不 同 的 齒 輪 ， 也 可 用 標(biāo) 準(zhǔn) 刀 具 加 工 不 同 變 位 系 數(shù) 的 變 位 齒 輪 。 根 據(jù) 不 同 的 生 產(chǎn) 要 求 和 條 件 ， 選 用 結(jié) 合 市 的 齒 輪 刀 具 是 很 重 要 的 。 在 以 上 所 說(shuō) 的 各 類 齒 輪 刀 具 中 ， 要 數(shù) 加 工 漸 開(kāi) 線 圓 柱 齒 輪 的 刀 具 應(yīng) 用 最 廣 泛 ； 而 在 這 類 刀 具 中 ， 又 以 齒 輪 滾 刀 最 為 常 用 ； 因 為 他 的 加 工 效 率 較 高 ， 也 能 保 證 一 般 齒 輪 的 精 度 要 求 ， 而 且 他 既 能 加 工 外 嚙 合 的 直 齒 齒 輪 ， 也 能 加 工 外 嚙 合 的 斜 齒 齒 輪 。 2.2 齒 輪 滾 刀 基 本 蝸 桿 齒 輪 滾 刀 一 般 是 指 加 工 漸 開(kāi) 線 齒 輪 所 用 的 滾 刀 。 它 是 按 螺 旋 齒 輪 嚙 合 原 理 加 工 齒 輪 的 。 由 于 被 加 工 的 齒 輪 是 漸 開(kāi) 線 齒 輪 ， 所 以 它 本 身 應(yīng) 具 有 漸 開(kāi) 線 齒 輪 的 幾 何 特 征 。 齒 輪 滾 刀 從 其 外 貌 看 來(lái) 并 不 像 齒 輪 ， 實(shí) 際 上 它 是 僅 有 一 個(gè) 齒 （ 或 兩 、 三 個(gè) 齒 ）、 但 齒 痕 長(zhǎng) 而 螺 旋 角 很 大 （ 一 般 為 80°以 上 ， 接 近 90°） 的 斜 齒 圓 柱 齒 輪 。 因 為 他 的 齒 很 長(zhǎng) 而 螺 旋 角 又 很 大 ， 可 以 繞 滾 刀 軸 線 轉(zhuǎn) 好 幾 圈 ， 因 此 從 外 貌 上 看 ， 它 很 像 一 個(gè) 螺 桿 ， 如 圖 2-1中 所 示 。 為 了 使 這 個(gè) 蝸 桿 能 起 切 削 作 用 ， 需 沿 其 長(zhǎng) 度 方 向 開(kāi) 出 好 多 容 屑 槽 （ 直 槽 或 螺 旋 槽 ）， 因 此 把 蝸 桿 上 的 螺 紋 割 成 許 多 較 短 的 刀 齒 ， 并 產(chǎn) 生 了 前 刀 面2和 切 削 刃 3。 每 個(gè) 刀 齒 有 一 個(gè) 頂 刃 和 兩 個(gè) 側(cè) 刃 。 為 了 使 刀 齒 有 后 角 ， 還 要 用 鏟 齒 方 法 鏟 出 后 刀 面4和 頂 后 刀 面 1。 但 是 各 個(gè) 刀 齒 的 切 削 刃 必 須 位 于 這 個(gè) 相 當(dāng) 于 斜 齒 圓 柱 齒 輪 的 蝸 桿 的 螺 紋 表 面 上 ， 因 此 這 個(gè) 螺 桿 就 稱 為 滾 刀 的 基 本 蝸 桿 。 基 本 蝸 桿 的 螺 紋 通 常 做 成 右 螺 旋 的 ， 有 時(shí) 也 做 成 左 螺 旋 的 。 基 本 蝸 桿 的 螺 紋 表 面 若 是 漸 開(kāi) 螺 旋 面 ， 則 稱 為 漸 開(kāi) 線 基 本 蝸 桿 ， 而 這 樣 的 滾 刀 稱 為 漸 開(kāi) 線 滾 刀 。 用 這 種 滾 刀 可 以 切 出 理 論 上 完 全 理 想 的 漸 開(kāi) 線 齒 輪 。 但 這 種 滾 刀 制 造 困 難 ， 生 產(chǎn) 中 很 少 采 用 ， 而 是 采 用 易 于 制 造 的 近 似 齒 形 滾 刀 ， 如 阿 基 米 德 滾 刀 和 法 向 直 廓 螺 旋 面 。 這 兩 種 螺 紋 表 面 在 端 剖 面 中 的 截 形 不 是 漸 開(kāi) 線 ， 而 是 阿 基 米 德 螺 線 和 延 長(zhǎng) 漸 開(kāi) 線 。 當(dāng) 滾 刀 的 分 圓 柱 導(dǎo) 程 角 較 小 時(shí) ， 這 種 蝸 桿 與 漸 開(kāi) 線 蝸 桿 非 常 近 似 ， 所 以 用 近 似 齒 形 滾 刀 切 出 的 齒 輪 齒 形 雖 然 理 論 上 不 是 漸 開(kāi) 線 ， 但 誤 差 是 很 小 的 。 1-頂后面 2 -前刀面 3-切削刃 4 -側(cè)后刀面 圖 2-1 齒輪滾刀的基本蝸桿 2.3 齒 輪 滾 刀 的 原 理 誤 差 生 產(chǎn) 中 普 遍 使 用 的 齒 輪 滾 刀 是 阿 基 米 德 滾 刀 。 但 是 它 與 漸 開(kāi) 線 滾 刀 相 比 ， 其 齒 形 是 有 誤 差 的 。 這 個(gè) 誤 差 就 是 由 于 其 基 本 蝸 桿 是 阿 基 米 德 蝸 桿 ， 而 不 是 漸 開(kāi) 線 蝸 桿 。 當(dāng) 這 兩 種 蝸 桿 的 模 數(shù) 、 螺 紋 頭 數(shù) 、 分 圓 柱 直 徑 、 法 向 齒 形 角 、 導(dǎo) 程 、 齒 厚 和 齒 高 等 都 分 別 相 同 時(shí) ， 那 么 唯 一 不 同 的 就 是 齒 形 。 以 軸 向 齒 形 來(lái) 說(shuō) ， 漸 開(kāi) 線 蝸 桿 的 軸 向 齒 形 是 曲 線 （ 圖 2-2中 的 虛 線 ） ， 而 阿 基 米 德 蝸 桿 的 軸 向 齒 形 是 直 線 （ 圖2-2中 實(shí) 線 ） 。 這 兩 種 齒 形 相 切 于 分 圓 柱 面 上 。 由 此 可 知 ， 若 以 漸 開(kāi) 線 滾 刀 為 基 準(zhǔn) ， 則 阿 基 米 德 滾 刀 的 齒 形 在 分 圓 柱 面 上 的 誤 差 為 零 ， 但 越 到 齒 頂 盒 齒 根 誤 差 越 大 。 圖 中 的 和??xaf? 分 別 為 齒 頂 和 齒 根 處 的 最 大 軸 向 齒 形 誤 差 。??xif? 圖 2-2 兩種軸向齒形的比較 用 滾 刀 加 工 齒 輪 時(shí) ， 滾 刀 和 工 件 相 當(dāng) 于 一 對(duì) 螺 旋 齒 輪 嚙 合 ， 滾 刀 的 齒 形 誤 差 試 驗(yàn) 奇 跡 圓 柱 且 平 面 內(nèi) 的 嚙 合 線 方 向 傳 遞 到 工 件 上 去 的 。 這 個(gè) 切 平 面 與 漸 開(kāi) 線 基 本 螺 桿 螺 紋 表 面 的 交 線 是 一 條 直 線 A（ 圖 2-3） ， 它 與 蝸 桿 端 面 的 夾 角 等 于 基 圓 柱 導(dǎo) 程 角 ；b? 而 這 個(gè) 切 平 面 與 阿 基 米 德 基 本 蝸 桿 螺 紋 表 面 的 交 線 是 一 條 曲 線B， 它 與 直 線 A在 分 圓 柱 面 上 相 切 。 圖 中 的 和 分 別 為 阿 基 米 德 滾 刀 在 齒 頂 盒 齒 根 處 的 最 大 法 向??naf?nif 齒 形 誤 差 。 由 圖 2-2可 知 ， 大 于 ， 所 以 通 常 就 把 稱 為 阿 基 米 德 滾i??naf???nif? 刀 的 齒 形 誤 差 。 阿 基 米 德 滾 刀 基 本 蝸 桿 的 分 圓 柱 導(dǎo) 程 角 越 小 ， 則 其 齒 形 誤 差 越 小 ， 如 圖 2-4的0? 曲 線 所 示 ， 所 以 精 加 工 用 的 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 通 常 做 成 較 大 的 分 圓 柱 直 徑 ， 目 的 就 是 使 其 導(dǎo) 程 角 較 小 ， 從 而 減 少 滾 刀 的 齒 形 誤 差 。 有 圖 2-2和 圖 2-3可 以 看 出 ， 阿 基 米 德 蝸 桿 的 螺 紋 在 齒 頂 和 齒 根 處 都 比 漸 開(kāi) 線 蝸 桿 的 螺 紋 寬 一 些 ， 所 以 用 阿 基 米 德 滾 刀 切 出 的 齒 輪 齒 形 與 正 確 的 漸 開(kāi) 線 齒 輪 齒 形 相 比 ， 在 齒 頂 和 齒 根 處 就 窄 一 些 ， 這 就 使 得 齒 輪 的 齒 頂 部 分 以 及 齒 根 部 分 得 到 輕 微 的 修 形 ， 因 而 對(duì) 于 高 速 重 載 齒 輪 能 嚙 合 時(shí) 的 干 涉 和 噪 音 。 圖 2-3 阿基米德滾刀齒形誤差 圖 2-4 齒形誤差與導(dǎo)程角的關(guān)系 2.4 齒 輪 滾 刀 的 重 磨 誤 差 1.滾 刀 重 磨 齒 輪 滾 刀 使 用 久 了 就 會(huì) 磨 損 。 使 用 磨 損 了 的 齒 輪 滾 刀 加 工 齒 輪 時(shí) ， 會(huì) 降 低 被 加 工 齒 輪 的 齒 形 精 度 和 惡 化 表 面 質(zhì) 量 ， 還 會(huì) 加 劇 機(jī) 床 的 震 動(dòng) 。 滾 刀 的 磨 損 量 在 粗 切 時(shí) 超 過(guò) 0.8～ 1mm或 精 切 時(shí) 超 過(guò) 0.2～ 0.5mm， 就 需 要 重 磨 前 刀 面 。 滾 刀 的 重 磨 精 度 對(duì) 于 滾 刀 的 齒 形 精 度 有 很 大 影 響 ， 必 須 十 分 重 視 。 直 槽 滾 刀 的 前 刀 面 是 平 面 ， 可 以 用 直 母 線 的 錐 形 砂 輪 來(lái) 重 磨 。 圖 2-5是 重 磨 滾 刀 時(shí) 砂 輪 的 位 置 ， 需 要 樣 板 來(lái) 對(duì) 準(zhǔn) ， 使 砂 輪 的錐 面 母 線 方 向 通 過(guò) 滾 刀 軸 線 。 圖 2-5 零前角滾刀刃磨時(shí)砂輪的相對(duì)位置 2.重 磨 誤 差 重 磨 或 刃 磨 滾 刀 時(shí) 可 能 產(chǎn) 生 的 誤 差 主 要 有 三 項(xiàng) ： （ 1） 前 刀 面 徑 向 誤 差 這 是 因 為 砂 輪 和 滾 刀 的 相 對(duì) 位 置 調(diào) 整 不 準(zhǔn) 確 而 引 起 的 。 由 于 前 刀 面 不 通 過(guò) 滾 刀 軸 線 ， 使 刀 齒 的 齒 形 發(fā) 生 了 畸 變 ， 而 加 工 出 來(lái) 的 齒 輪 齒 形 也 產(chǎn) 生 了 誤 差 。 （ 2） 前 刀 面 與 滾 刀 軸 線 的 平 行 性 誤 差 這 是 因 為 滾 刀 在 磨 刀 機(jī) 床 上 的 安 裝 誤 差 引 起 的 。 這 種 誤 差 會(huì) 使 滾 刀 各 刀 面 的 側(cè) 刃 依 次 而 逐 漸 地 離 開(kāi) 正 確 的 基 本 蝸 桿 表 面 ， 而 頂 刃 的 外 徑 也 形 成 錐 度 。 這 樣 的 滾 刀 切 出 的 齒 輪 齒 形 會(huì) 向 一 側(cè) 歪 斜 ， 使 牙 齒 的 兩 側(cè) 齒 形 不 對(duì) 稱 。 （ 3） 圓 周 齒 距 誤 差 這 是 因 為 磨 刀 機(jī) 床 的 分 度 機(jī) 構(gòu) 不 準(zhǔn) 確 而 引 起 的 。 滾 刀 的 側(cè)后 刀 面 是 經(jīng) 過(guò) 鏟 磨 的 ， 當(dāng) 圓 周 齒 距 不 相 等 時(shí) ， 各 刀 齒 的 齒 厚 就 大 小 不 均 勻 ， 因 而 各側(cè) 刃 就 在 同 一 個(gè) 基 本 蝸 桿 的 螺 紋 表 面 上 ， 這 樣 就 造 成 工 件 上 不 規(guī) 則 的 齒 形 誤 差 。 第 3 章 檢 測(cè) 裝 置 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 3.1 檢 測(cè) 裝 置 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 包 括 ： ? 系 統(tǒng) 運(yùn) 動(dòng) 方 式 的 確 定 。 ? 伺 服 系 統(tǒng) 的 選 擇 。 ? 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 得 結(jié) 構(gòu) 及 傳 動(dòng) 方 式 的 確 定 。 3.1.1系 統(tǒng) 運(yùn) 動(dòng) 方 式 的 確 定 數(shù) 控 系 統(tǒng) 按 運(yùn) 動(dòng) 方 式 可 分 點(diǎn) 位 控 制 系 統(tǒng) 、 點(diǎn) 位 直 線 系 統(tǒng) 、 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 。 點(diǎn) 位 控 制 系 統(tǒng) 是 指 被 控 制 件 由 一 點(diǎn) 到 另 一 點(diǎn) 快 速 準(zhǔn) 確 定 位 ， 卻 不 能 在 兩 點(diǎn) 之 間 工 作 的 系 統(tǒng) ； 點(diǎn) 位 直 線 系 統(tǒng) 是 指 被 控 制 件 沿 平 面 內(nèi) 平 行 于 導(dǎo) 軌 作 直 線 工 作 的 系 統(tǒng) ； 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 是 指 被 控 制 件 沿 平 面 內(nèi) 任 何 曲 線 都 能 工 作 的 系 統(tǒng) 。 點(diǎn) 位 控 制 系 統(tǒng) 造 價(jià) 低 廉 ， 適 用 于 兩 點(diǎn) 之 間 快 速 點(diǎn) 位 的 系 統(tǒng) ； 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 造 價(jià) 高 ， 適 用 于 連 續(xù) 工 作 的 系 統(tǒng) ； 點(diǎn) 位 直 線 系 統(tǒng) 造 價(jià) 介 于 前 兩 者 之 間 ， 適 用 于 簡(jiǎn) 單 直 線 運(yùn) 動(dòng) 。 由 于 齒 輪 滾 刀 齒 形 是 直 線 ， 檢 測(cè) 齒 形 誤 差 只 需 沿 直 線 運(yùn) 動(dòng) ， 所 以 選 擇 點(diǎn) 位 直 線 控 制 系 統(tǒng) 。 3.1.2伺 服 系 統(tǒng) 的 選 擇 開(kāi) 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 在 負(fù) 荷 不 大 時(shí) 多 采 用 功 率 步 進(jìn) 電 機(jī) 作 為 伺 服 電 機(jī) ， 開(kāi) 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 由 于 沒(méi) 有 檢 測(cè) 反 饋 部 件 ， 因 而 不 能 糾 正 系 統(tǒng) 的 傳 動(dòng) 誤 差 ， 但 開(kāi) 環(huán) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 調(diào) 整 維 修 容 易 、 在 速 度 和 精 度 要 求 不 太 高 的 場(chǎng) 合 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 具 有 在 設(shè) 備 移 動(dòng) 部 件 上 得 檢 測(cè) 反 饋 元 件 來(lái) 檢 測(cè) 實(shí) 際 位 移 量 ， 能 補(bǔ) 償 系 統(tǒng) 的 傳 動(dòng) 誤 差 。 因 而 伺 服 控 制 精 度 高 ， 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 造 價(jià) 高 、 結(jié) 構(gòu) 和 調(diào) 試 較 復(fù) 雜 ， 多 用 于 精 度 要 求 高 的 場(chǎng) 合 。 此 儀 器 屬 于 測(cè) 量 儀 器 ， 其 分 辨 率 為 0.005mm， 所 測(cè) 齒 輪 滾 刀 加 工 的 齒 輪 精 度 ：8 級(jí) ， 所 以 采 用 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 3.1.3執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 確 定 為 保 證 數(shù) 控 系 統(tǒng) 得 傳 動(dòng) 精 度 和 工 作 平 穩(wěn) 性 。 在 設(shè) 計(jì) 機(jī) 械 傳 動(dòng) 裝 配 時(shí) ， 通 常 采 用 低 摩 擦 、 低 慣 量 、 高 剛 度 、 無(wú) 間 隙 、 高 諧 振 以 及 有 適 宜 的 阻 尼 比 要 求 的 傳 動(dòng) 方 式 。 考 慮 以 上 幾 點(diǎn) ， 本 設(shè) 計(jì) 采 用 以 下 措 施 ： 1、 盡 量 采 用 低 摩 擦 的 傳 動(dòng) 和 導(dǎo) 向 元 件 。 如 采 用 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 ， 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 等 。 2、 提 高 系 統(tǒng) 的 傳 動(dòng) 剛 度 ， 如 應(yīng) 用 預(yù) 加 負(fù) 載 的 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 和 滾 珠 絲 杠 傳 動(dòng) 副 。 絲 杠 支 承 設(shè) 計(jì) 成 兩 端 軸 向 固 定 ， 并 加 預(yù) 拉 伸 的 結(jié) 構(gòu) 等 提 高 傳 動(dòng) 剛 度 。 3.1.4系 統(tǒng) 的 工 作 原 理 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 軸 截 面 的 齒 形 是 直 線 。 要 形 成 直 線 軌 跡 只 須 兩 個(gè) 方 向 的 運(yùn) 動(dòng) ， 如 圖 3-1。 所 以 只 要 兩 個(gè) 方 向 的 速 度 成 一 定 比 例 關(guān) 系 。 如 圖3-1。 兩 個(gè) 方 向 速 度 的 比 例 關(guān) 系 由 程 序 控 制 。 。 圖 3-1 X軸 與 Y軸 速 度 關(guān) 系 具 體 結(jié) 構(gòu) 如 圖 3-2。 左 右 方 向 進(jìn) 給 都 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 滾 珠 絲 桿 ， 配 合 滾 珠 導(dǎo) 軌 形 成 平 面 運(yùn) 動(dòng) 。 由 于 垂 直 方 向 精 度 要 求 不 高 ， 所 以 垂 直 方 向 采 用 齒 輪 齒 條 配 合 手 動(dòng) 進(jìn) 給 。 圖 3-2 齒 輪 滾 刀 檢 測(cè) 裝 置 結(jié) 構(gòu) 3.1.5設(shè) 計(jì) 方 案 的 可 行 性 分 析 在 本 設(shè) 計(jì) 裝 置 中 ， 關(guān) 鍵 問(wèn) 題 有 ： 1、 橫 向 、 縱 向 進(jìn) 給 精 度 的 保 證 ； 2、 20°斜 線 軌 跡 的 形 成 ； 3、 被 測(cè) 齒 輪 滾 刀 在 裝 置 中 分 度 精 度 的 保 證 。 通 過(guò) 對(duì) 以 上 問(wèn) 題 的 分 析 采 用 以 下 相 應(yīng) 的 措 施 ： 1、 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 絲 杠 ， 帶 動(dòng) 工 作 臺(tái) 運(yùn) 動(dòng) ； 2、 采 用 橫 向 、 縱 向 速 度 匹 配 ， 形 成 平 面 內(nèi) 各 種 運(yùn) 動(dòng) ； 3、 采 用 脈 沖 步 進(jìn) 電 機(jī) 保 證 分 度 精 度 。 通 過(guò) 對(duì) 機(jī) 械 原 理 課 程 的 學(xué) 習(xí) 分 析 得 出 裝 置 原 理 可 行 ； 通 過(guò) 對(duì) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 課 程 的 確 學(xué) 習(xí) 分 析 得 出 裝 置 結(jié) 構(gòu) 可 行 ； 通 過(guò) 對(duì) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 的 確 學(xué) 習(xí) 分 析 得 出 裝 置 工 藝 可 行 。 第 四 章 機(jī) 械 部 分 設(shè) 計(jì) 4.1 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 4.1.1 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 計(jì) 算 1.步 進(jìn) 電 機(jī) 的 步 距 角 θ b 取 系 統(tǒng) 脈 沖 當(dāng) 量 δ p=0.005mm/step， 初 選 步 進(jìn) 電 機(jī) 步 距 角 θ b度 。 2.步 進(jìn) 電 機(jī) 啟 動(dòng) 力 矩 的 計(jì) 算 設(shè) 步 進(jìn) 電 機(jī) 等 效 負(fù) 載 力 矩 為 T， 負(fù) 載 力 為 P， 根 據(jù) 能 量 守 衡 原 理 ， 電 機(jī) 所 做 的 功 與 負(fù) 載 力 所 做 的 功 有 如 下 關(guān) 系 。 S??? 式 中 φ—電 機(jī) 轉(zhuǎn) 角 S—移 動(dòng) 部 件 的 相 對(duì) 位 移 μ —機(jī) 械 傳 動(dòng) 效 率 若 取 φ=θ b， 則 S=δ p， 且 ， 所 以 （ 4-1） 式 中 δ p—移 動(dòng) 部 件 負(fù) 載 （ N） ； G—移 動(dòng) 部 件 重 量 ； Pδ—與 重 力 方 向 一 致 作 用 在 移 動(dòng) 部 件 上 的 負(fù) 載 力 ； μ —導(dǎo) 軌 摩 擦 系 數(shù) ； θb—步 進(jìn) 電 機(jī) 步 距 角 （ rad） ； T—電 機(jī) 軸 負(fù) 載 力 矩 (N?cm) 本 設(shè) 計(jì) 中 ， 取 μ＝ 0.003（ 淬 火 鋼 珠 導(dǎo) 軌 的 摩 擦 系 數(shù) ）， η＝ 0.96， P δ＝ 200N， P z為 0。 所 以 ： 4.1.2步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 通 過(guò) 以 上 計(jì) 算 選 擇 電 機(jī) 45BF3-3A， 步 距 角 θ b=0.9°， 額 定 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 T=98N.mm 外 36[()]()2pZbPGTNcm????????6.5[20.3()].6T c?????? 形 L×D=63×Φ 45mm。 4.2 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 設(shè) 計(jì) 與 尺 寸 確 定 在 相 配 的 兩 導(dǎo) 軌 面 間 放 置 滾 動(dòng) 體 或 滾 動(dòng) 支 承 ， 使 導(dǎo) 軌 面 間 的 摩 擦 性 質(zhì) 成 為 滾 動(dòng) 摩 擦 ， 此 為 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 ， 它 的 最 大 優(yōu) 點(diǎn) 是 摩 擦 因 數(shù) 小 ， 動(dòng) 、 靜 摩 擦 因 數(shù) 差 小 ， 因 此 ， 運(yùn) 動(dòng) 輕 便 靈 活 ， 運(yùn) 動(dòng) 所 需 的 功 率 小 ， 摩 擦 發(fā) 熱 少 、 磨 損 小 ， 精 度 保 持 性 好 ， 低 速 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) 性 好 ， 移 動(dòng) 精 度 和 定 位 精 度 高 。 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 還 具 有 潤(rùn) 滑 簡(jiǎn) 單 （ 有 時(shí) 可 以 油 脂 潤(rùn) 滑 ）， 高 速 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 不 會(huì) 像 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 那 樣 因 動(dòng) 壓 效 應(yīng) 而 使 導(dǎo) 軌 浮 起 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 但 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 結(jié) 構(gòu) 比 較 復(fù) 雜 、 制 造 比 較 困 難 、 成 本 比 較 高 、 抗 震 性 比 較 差 。 對(duì) 灰 塵 比 較 敏 感 ， 因 此 必 須 有 良 好 的 防 護(hù) 。 4.2.1 滾 珠 導(dǎo) 軌 的 特 點(diǎn) 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 廣 泛 的 應(yīng) 用 于 各 種 類 型 機(jī) 床 和 機(jī) 械 。 每 一 種 機(jī) 床 和 機(jī) 械 都 利 用 了 它 的 某 些 特 點(diǎn) 。 例 如 ： 數(shù) 控 機(jī) 床 、 坐 標(biāo) 鏜 床 、 仿 形 機(jī) 床 和 外 圓 磨 床 砂 輪 架 導(dǎo) 軌 等 ， 采 用 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 是 為 了 實(shí) 現(xiàn) 低 速 平 穩(wěn) 無(wú) 爬 行 和 精 確 位 移 ， 工 具 磨 床 的 工 作 臺(tái) 采 用 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 ， 為 了 防 止 高 速 時(shí) 因 動(dòng) 壓 效 應(yīng) 使 工 作 臺(tái) 浮 起 來(lái) ， 以 便 提 高 加 工 精 度 ， 立 式 車 床 工 作 臺(tái) 采 用 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 是 為 了 提 高 速 度 ， 等 等 。 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 類 型 很 多 ， 按 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 分 有 直 線 運(yùn) 動(dòng) 導(dǎo) 軌 和 圓 運(yùn) 動(dòng) 導(dǎo) 軌 ； 按 滾 動(dòng) 體 的 形 式 分 有 滾 珠 、 滾 珠 和 滾 針 導(dǎo) 軌 ； 按 滾 動(dòng) 體 是 否 循 環(huán) 可 分 為 滾 動(dòng) 體 循 環(huán) 和 滾 動(dòng) 體 不 循 環(huán) 導(dǎo) 軌 。 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 類 型 、 特 點(diǎn) 及 應(yīng) 用 見(jiàn) 表4-2。 表 4-2滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 類 型 、 特 點(diǎn) 及 應(yīng) 用 類 型 特 點(diǎn) 及 應(yīng) 用 滾 珠 導(dǎo) 軌 行 程 不 能 太 長(zhǎng) ， 摩 擦 阻 力 小 、 剛 度 低 、 承 載 能 力 差 ， 不 能 承 受 大 的 顛 覆 力 矩 和 水 平 力 ； 這 種 導(dǎo) 軌 適 用 于 載 荷 不 超 過(guò) 1000N的 機(jī) 床 ， 如 工 具 磨 床 滾 動(dòng) 體 不 循 環(huán) 的 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 滾 柱 導(dǎo) 軌 載 荷 能 力 及 剛 度 比 滾 珠 導(dǎo) 軌 高 ， 交 叉 滾 珠 導(dǎo) 軌 副 四 個(gè) 方 向 均 能 承 載 滾 針 導(dǎo) 軌 滾 針 導(dǎo) 軌 承 載 能 力 最 高 ; 滾 柱 、 滾 針 對(duì) 導(dǎo) 軌 面 的 平 行 度 誤 差 要 求 比 較 敏 感 ， 且 容 易 側(cè)向 偏 移 和 滑 動(dòng) ； 主 要 用 于 承 載 能 力 較 大 的 機(jī) 床 上 。 如 立 式 車 床 ， 磨 床 等 滾 動(dòng) 直 線 導(dǎo) 軌 副 滾 柱 交 叉 導(dǎo) 軌 副 滾 柱 導(dǎo) 軌 塊 滾 動(dòng) 直 線 導(dǎo) 軌 套 副 滾 動(dòng) 花 鍵 副 有 專 業(yè) 化 生 產(chǎn) 廠 生 產(chǎn) 品 種 規(guī) 格 比 較 齊 全 、 技 術(shù) 質(zhì) 量 保 證 。 設(shè) 計(jì) 制 造 機(jī) 器 采 用 這 類 導(dǎo) 軌 副 ， 可 縮 短 設(shè) 計(jì) 制 造 周 期 、 提 高 質(zhì) 量 、 降 低 成 本 。滾 動(dòng) 體 循 環(huán) 的 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 滾 動(dòng) 軸 承 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 任 何 能 承 受 徑 向 力 的 滾 動(dòng) 軸 承 (或 軸 承 組 )都 可 以 作 為 這 種 導(dǎo) 軌 的 滾 動(dòng) 元 件 軸 承 的 規(guī) 格 多 ， 可 以 設(shè) 計(jì) 成 任 意 尺 寸 和 承 受 能 力 的 導(dǎo) 軌 ， 導(dǎo) 軌 行 程 可 以 很 長(zhǎng) 很 適 合 大 載 荷 、 高 剛 度 、 行 程 長(zhǎng) 的 導(dǎo) 軌 ， 如 大 型 磨 頭 移 動(dòng) 式 平 面 磨 床 、 繪 圖 機(jī) 等 導(dǎo) 軌 4.2.1 滾 珠 導(dǎo) 軌 的 選 擇 此 設(shè) 計(jì) 為 齒 輪 誤 差 檢 測(cè) 裝 置 ， 屬 于 高 精 度 的 檢 測(cè) 儀 器 ， 所 以 采 用 滾 珠 導(dǎo) 軌 而 不 是 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 ， 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 的 需 要 和 各 種 不 同 導(dǎo) 軌 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) ， 決 定 采 用 滾 珠 導(dǎo) 軌 其 結(jié) 構(gòu) 如 圖 4-1 所 示 。 圖 4-1 滾 珠 導(dǎo) 軌 原 理 圖 在 原 理 圖 中 可 以 看 到 在 V 型 槽 （ V 型 槽 一 般 為 90o） 中 安 裝 了 滾 珠 ， 為 了 防 止 滾 珠 滑 落 ， 安 裝 了 保 持 架 ， 并 且 保 持 架 可 以 保 證 各 個(gè) 滾 珠 之 間 的 相 對(duì) 位 置 。 之 所 以 選 擇 V 形 滾 珠 導(dǎo) 軌 是 因 為 它 的 工 藝 性 好 ， 容 易 達(dá) 到 較 高 的 加 工 精 度 。 但 滾 珠 導(dǎo) 軌 在 工 作 時(shí) 滾 珠 和 導(dǎo) 軌 間 是 點(diǎn) 接 觸 ， 應(yīng) 力 比 較 大 ， 容 易 壓 出 溝 槽 ， 所 壓 溝 槽 的 深 度 若 不 均 勻 ， 將 會(huì) 降 低 導(dǎo) 軌 的 剛 度 及 精 度 。 為 了 改 善 這 種 情 況 ， 可 采 用 以 下 的 工 藝 ： 1、 在 V 形 槽 與 滾 珠 接 觸 處 預(yù) 先 研 磨 出 一 窄 條 圓 弧 面 的 淺 槽 ， 從 而 增 加 了 滾 珠 與 滾 到 的 接 觸 面 積 ， 提 高 了 承 載 能 力 和 耐 磨 性 ， 但 這 種 工 藝 的 缺 點(diǎn) 是 導(dǎo) 軌 中 的 摩 擦 力 略 有 增 加 。 2、 采 用 雙 圓 弧 滾 珠 導(dǎo) 軌 ， 這 種 導(dǎo) 軌 是 把 導(dǎo) 軌 的 滾 道 改 為 為 圓 弧 形 滾 道 ， 以 增 大 滾 動(dòng) 體 與 滾 道 接 觸 點(diǎn) 的 曲 率 半 徑 ， 從 而 提 高 了 導(dǎo) 軌 的 承 載 能 力 ， 以 及 剛 度 、 使 用 壽 命 。 但 雙 圓 弧 導(dǎo) 軌 由 于 形 狀 的 特 殊 性 也 有 它 本 身 的 不 足 ： 形 狀 復(fù) 雜 ， 工 藝 較 差 ， 摩 擦 力 較 大 。 因 此 當(dāng) 精 度 要 求 很 高 時(shí) 不 易 滿 足 使 用 要 求 。 在 工 程 設(shè) 計(jì) 中 為 使 雙 圓 弧 滾 珠 導(dǎo) 軌 能 發(fā) 揮 接 觸 面 積 較 大 ， 變 形 較 小 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 又 不 至 于 過(guò) 分 增 大 摩 擦 力 ， 一 般 都 根 據(jù) 經(jīng) 驗(yàn) 把 其 參 數(shù) 控 制 在 一 個(gè) 合 理 的 范 圍 內(nèi) ， 在 此 設(shè) 計(jì) 中 ， 由 于 滾 珠 導(dǎo) 軌 在 工 作 時(shí) 承 受 的 力 為130N， 相 對(duì) 于 滾 珠 到 過(guò) 的 極 限 力 來(lái) 說(shuō) 是 很 小 的 ， 所 以 在 此 設(shè) 計(jì) 中 不 需 那 樣 的 計(jì) 算 。 4.2.2.滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 預(yù) 緊 使 滾 動(dòng) 體 與 滾 道 表 面 產(chǎn) 生 初 始 接 觸 彈 性 變 形 的 方 法 稱 之 為 預(yù) 緊 。 預(yù) 緊 導(dǎo) 軌 剛 度 比 沒(méi) 有 預(yù) 緊 的 剛 度 大 ， 在 合 理 的 預(yù) 緊 條 件 下 ， 導(dǎo) 軌 磨 損 比 較 小 ， 預(yù) 緊 的 主 要 方 式 有 ： 1、 采 用 過(guò) 盈 裝 配 形 成 預(yù) 加 負(fù) 載 ： 裝 配 導(dǎo) 軌 時(shí) ， 根 據(jù) 滾 動(dòng) 體 的 實(shí) 際 尺 寸 ， 刮 研 壓 板 與 滑 板 的 結(jié) 合 面 或 在 其 間 加 上 一 定 厚 度 的 墊 片 ， 從 而 形 成 包 容 尺 寸 ； 過(guò) 盈 有 一 個(gè) 合 理 的 數(shù) 值 ， 達(dá) 到 此 數(shù) 值 時(shí) ， 導(dǎo) 軌 剛 度 較 好 ， 而 驅(qū) 動(dòng) 力 又 不 至 于 過(guò) 大 。 2、 用 移 動(dòng) 導(dǎo) 軌 板 的 方 法 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 緊 ： 預(yù) 緊 時(shí) 先 松 開(kāi) 導(dǎo) 軌 體 的 連 接 螺 釘 ， 然 后 擰 動(dòng) 側(cè) 面 螺 釘 ， 即 可 調(diào) 整 導(dǎo) 軌 兩 邊 的 距 離 而 預(yù) 緊 。 此 外 ， 也 可 用 斜 鑲 條 來(lái) 調(diào) 整 ， 這 樣 導(dǎo) 軌 的 預(yù) 緊 量 沿 全 長(zhǎng) 分 布 比 較 均 勻 ， 故 也 常 采 用 。 由 圖 4-1 可 以 看 到 在 本 設(shè) 計(jì) 中 采 用 的 是 第 二 種 預(yù) 緊 方 法 。 4.2.3.額 定 壽 命 的 計(jì) 算 滾 動(dòng) 直 線 導(dǎo) 軌 副 額 定 壽 命 的 計(jì) 算 與 滾 動(dòng) 軸 承 基 本 相 同 。 （ 4-2）maxpF? 式 中 L—額 定 壽 命 （ km） ； —額 定 動(dòng) 載 荷 （ KN） ；aC P—當(dāng) 量 動(dòng) 載 荷 （ KN） ； —受 力 最 大 的 滑 塊 所 受 的 載 荷 (KN） ； maxF Z—導(dǎo) 軌 上 的 滑 塊 數(shù) ； ε —指 數(shù) ， 當(dāng) 滾 動(dòng) 體 為 滾 珠 時(shí) ε ＝ 3； 當(dāng) 為 滾 柱 時(shí) ， ε ＝ 10／ 3； Ｋ —額 定 壽 命 單 位 （ km） ， 滾 珠 時(shí) ， K＝ 50km； 滾 柱 時(shí) ， K＝ 100km； —硬 度 系 數(shù) ＝ 1；hf ()htcawfCLKP? —溫 度 系 數(shù) ， 查 文 獻(xiàn) [實(shí) 用 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ]表 3.17-46； 取 1；tf —接 觸 系 數(shù) ， 查 文 獻(xiàn) [實(shí) 用 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ]表 3.17-47； 取 1.00；c —精 度 系 數(shù) ， 查 文 獻(xiàn) [實(shí) 用 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ]表 3.17-48； 取 0.9；af —載 荷 系 數(shù) ， 查 文 獻(xiàn) [實(shí) 用 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ]表 3.17-49。 取 1.2；w 由 式 （ 4-2） 可 得 4.2.4.載 荷 計(jì) 算 當(dāng) 導(dǎo) 軌 水 平 放 置 的 時(shí) 候 主 要 載 荷 就 是 移 動(dòng) 部 分 的 重 量 ， 根 據(jù) 此 裝 置 設(shè) 計(jì) 意 圖 和 材 料 的 密 度 及 體 積 關(guān) 系 可 估 算 移 動(dòng) 部 件 的 重 量 ： 33107.8107?????G=[（ 2.5+01.45+02） 再 加 上 其 他 元 件 的 重 量 ， 則 移 動(dòng) 部 分 的 總 重 量 為400N。 所 以 每 一 個(gè) 導(dǎo) 軌 上 的 載 荷 為 200N。 此 外 ， 摩 擦 阻 力 受 結(jié) 構(gòu) 形 式 、 潤(rùn) 滑 劑 的 黏 度 、 載 荷 及 運(yùn) 動(dòng) 速 度 的 影 響 而 略 有 變 化 ， 預(yù) 緊 后 ， 摩 擦 力 稍 微 增 大 ， 摩 擦 力 （ 4-3） 式 中 μ —滾 動(dòng) 摩 擦 系 數(shù) ， μ =0.003～ 0.005； F—法 向 載 荷 （ N） —密 封 件 阻 力 (N)， 每 個(gè) 滑 塊 座 （ =2N） ；f f 取 μ=0.005， 則 ： Fμ=2×（ 0.005×200+2） =6N； 4.2.5.滾 動(dòng) 體 確 定 滾 動(dòng) 體 的 尺 寸 和 個(gè) 數(shù) 應(yīng) 根 據(jù) 單 位 接 觸 面 積 上 的 容 許 壓 力 計(jì) 算 確 定 。 在 一 般 條 件 31910.65()()0.()21htcawfCLKkmP??????Ff ??? 下 ， 應(yīng) 優(yōu) 先 選 用 直 徑 較 大 的 滾 動(dòng) 體 ， 這 是 因 為 增 大 滾 動(dòng) 體 直 徑 可 以 提 高 導(dǎo) 軌 的 承 載能 力 ， 對(duì) 于 滾 珠 導(dǎo) 軌 ， 其 滾 珠 數(shù) 目 與 承 載 能 力 及 滾 珠 直 徑d0的 平 方 成 正 比 ， 因 此 增 大 滾 珠 直 徑 d0比 增 加 滾 珠 數(shù) 目 有 利 ， 如 果 滾 動(dòng) 體 的 數(shù) 目 太 少 會(huì) 降 低 導(dǎo) 軌 的 承 載 能 力 ，制 造 誤 差 將 顯 著 的 影 響 運(yùn) 動(dòng) 件 的 位 置 精 度 ； 滾 動(dòng) 體 數(shù) 目 太 多 ， 則 會(huì) 增 發(fā) 負(fù) 載 在 滾 動(dòng) 體 上 的 分 布 不 均 勻 性 ， 反 而 會(huì) 降 低 剛 度 。 實(shí) 驗(yàn) 表 明 ， 為 使 各 滾 動(dòng) 體 承 受 的 載 荷 比 較 均 勻 、 合 理 的 滾 動(dòng) 體 的 數(shù) 目 為 ： （ 4-4） 式 中 G—為 導(dǎo) 軌 所 承 受 的 運(yùn) 動(dòng) 組 件 的 重 力 （N） ； d0—為 滾 珠 直 徑 。 在 此 選 用 導(dǎo) 軌 鋼 珠 d0=8mm。 取 整 Z=14， 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 在 導(dǎo) 軌 的 各 邊 安 裝 滾 珠 數(shù) 目 為7 個(gè) 。 4.2.6 許 用 負(fù) 荷 驗(yàn) 算 平 均 每 個(gè) 滾 珠 上 最 大 負(fù) 載 式 中 PH—導(dǎo) 軌 的 預(yù) 加 載 荷 ， 按 最 大 工 作 負(fù) 荷 的 1/2 計(jì) 算 。 現(xiàn) 根 據(jù) 最 大 工 作 負(fù) 載 取 PH=3N。 則 max10.25PN?? 許 用 負(fù) 荷 查 文 獻(xiàn) [機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ]表 9.3-56 得 k=60N/cm2,查 表 得 ζ=1， 則 ： /HGP??(34)3.G?0/9.5ZGd?4/9.5814.Z???maxZ[]pd? 2[]60(/1).6()pN???max.5[]Pp? 由 此 可 知 ， 此 選 擇 的 導(dǎo) 軌 可 用 。 4.2.7.滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 材 料 和 熱 處 理 適 用 于 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 材 料 必 須 滿 足 硬 度 高 ， 性 能 穩(wěn) 定 以 及 良 好 加 工 性 能 的 特 性 ， 低 碳 合 金 鋼 如 20Cr， 經(jīng) 滲 碳 淬 火 ， 表 面 硬 度 可 達(dá) 60～ 63HRC； 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 ， 如 40Cr， 淬 火 后 低 溫 回 火 ， 硬 度 可 達(dá) 45～ 50HRc， 加 工 性 能 良 好 ， 但 硬 度 較 低 ； 合 金 工 具 鋼 ， 淬 火 之 后 低 溫 回 火 ， 硬 度 可 達(dá) 60～ 64HRC， 這 種 材 料 性 能 穩(wěn) 定 ， 可 以 制 造 變 形 小 ， 耐 磨 性 高 的 導(dǎo) 軌 ； 氮 化 鋼 ， 經(jīng) 調(diào) 質(zhì) 或 正 火 后 ， 表 面 氮 化 ， 可 得 到 很 高 的 表 面 硬 度 （ 850HV） ， 但 硬 化 層 很 薄 ， 加 工 成 本 高 ； 鑄 鐵 ， 硬 度 可 達(dá) 到230～ 240HBS， 加 工 方 便 ， 滾 動(dòng) 體 用 滾 珠 ， 一 般 可 滿 足 使 用 要 求 ， 在 此 裝 置 中 的 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 材 料 選 用 鑄 鐵 導(dǎo) 軌 。 滾 動(dòng) 體 的 材 料 一 般 采 用 滾 動(dòng) 軸 承 鋼 （GCr15） ， 淬 火 后 硬 度 可 達(dá) 到 60～ 66HRC。 4.3 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 與 尺 寸 確 定 滾 珠 絲 杠 副 傳 動(dòng) 與 滑 動(dòng) 絲 杠 傳 動(dòng) 相 比 其 主 要 特 點(diǎn) 是 ： 1、 傳 動(dòng) 效 率 高 一 般 可 達(dá) 95%以 上 是 滑 動(dòng) 絲 杠 傳 動(dòng) 的 2~4 倍 ； 2、 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) ， 摩 擦 力 小 、 靈 敏 度 高 、 低 速 無(wú) 爬 行 ； 3、 可 以 預(yù) 緊 、 消 隙 絲 杠 副 的 間 隙 ， 提 高 軸 向 接 觸 剛 度 ； 4、 定 位 精 度 和 重 復(fù) 定 位 精 度 高 ； 5、 使 用 壽 命 為 普 通 滑 動(dòng) 絲 杠 的 4~6 倍 甚 至 更 高 ； 6、 同 步 性 好 ， 用 幾 套 相 同 的 滾 珠 絲 杠 副 同 時(shí) 傳 動(dòng) 時(shí) 傳 動(dòng) 幾 個(gè) 相 同 的 部 件 或 裝 置 時(shí) ， 可 獲 得 較 好 的 同 步 性 ； 7、 使 用 可 靠 、 潤(rùn) 滑 簡(jiǎn) 單 、 維 護(hù) 方 便 ； 8、 不 自 鎖 ， 可 逆 向 傳 動(dòng) ， 即 螺 母 為 主 動(dòng) ， 絲 杠 為 被 動(dòng) 。 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 變 為 直 線 運(yùn) 動(dòng) ； 9、 由 專 業(yè) 廠 生 產(chǎn) ， 選 用 配 套 方 便 。 滾 珠 絲 杠 副 作 為 精 密 、 高 效 的 傳 動(dòng) 元 件 在 精 密 機(jī) 床 、 數(shù) 控 機(jī) 床 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 ， 在 機(jī) 械 工 業(yè) 、 交 通 運(yùn) 輸 、 航 天 航 空 、 軍 工 產(chǎn) 品 等 各 個(gè) 領(lǐng) 域 應(yīng) 用 得 很 普 遍 ， 可 用 作 精 密 定 位 自 動(dòng) 控 制 、 動(dòng) 力 傳 遞 和 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 。 4.3.1 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 用 1、 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 特 點(diǎn) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 滾 珠 循 環(huán) 方 式 一 般 分 外 循 環(huán) 和 內(nèi) 循 環(huán) 兩 種 。 外 循 環(huán) 過(guò) 程 中 滾 珠 與 絲 杠 脫 離 接 觸 ， 目 前 使 用 插 管 完 成 滾 珠 循 環(huán) 的 結(jié) 構(gòu) ， 工 藝 性 好 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 但 滾 道 管 子 突 出 于 螺 母 外 表 ， 所 以 外 循 環(huán) 絲 杠 螺 母 徑 向 尺 寸 較 大 。 對(duì) 于 內(nèi) 循 環(huán) 方 式 ， 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 在 循 環(huán) 過(guò) 程 中 滾 珠 始 終 保 持 與 絲 杠 接 觸 。 這 時(shí) 在 左 、 右 螺 母 上 各 裝2個(gè) 回 珠 反 向 器 ， 它 迫 使 滾 珠 越 過(guò) 絲 杠 的 螺 母 外 徑 ， 進(jìn) 入 相 鄰 的 螺 紋 滾 道 ， 滾 珠 經(jīng) 過(guò) 不 到 一 圈 即 返 回 。 內(nèi) 循 環(huán) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 工 作 滾 珠 數(shù) 目 少 ， 流 暢 性 好 ， 摩 擦 損 失 小 ， 傳 動(dòng) 效 率 高 ， 徑 向 尺 寸 緊 湊 ， 軸 向 剛 度 好 ， 但 回 珠 器 槽 形 復(fù) 雜 ， 需 三 坐 標(biāo) 數(shù) 控 機(jī) 床 才 能 加 工 。 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 可 以 通 過(guò) 左 右 螺 母 的 相 互 離 開(kāi) 和 相 互 靠 近 達(dá) 到 消 除 間 隙 的 目 的 ； 當(dāng) 有 過(guò) 盈 時(shí) ， 即 為 預(yù) 緊 。 常 用 的 消 除