并聯(lián)拋光機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析【畢業(yè)設(shè)計】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　并聯(lián)拋光機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化

2、</p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘　要</b></p>&

3、lt;p>　　摘要：并聯(lián)機(jī)床技術(shù)是上世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的一種新型數(shù)控加工設(shè)備。它實質(zhì)上是現(xiàn)在機(jī)器人技術(shù)在機(jī)床結(jié)構(gòu)上的一種體現(xiàn)。自美國1994年芝加哥國際會展機(jī)床（IMTS’1994）[2]之后，并聯(lián)機(jī)床的研究成為了國際機(jī)床屆關(guān)注的重點，涌現(xiàn)出一批又一批新一代的并聯(lián)機(jī)床。在國內(nèi)，尖端并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展技術(shù)一直與世界同步，許多國內(nèi)知名高校和研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行此項工作的研究。</p><p>　　模具是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中

4、的基礎(chǔ)設(shè)備，在機(jī)械制造、化工、電子電工等行業(yè)中都是必不可少的工具[8]。它的設(shè)計制造水平已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志[8]。并聯(lián)機(jī)床的出現(xiàn)，大大擴(kuò)增了拋光技術(shù)更高層次發(fā)展的空間，提高模具的加工的工作效率。</p><p>　　本文旨在設(shè)計一種由多自由度的數(shù)控并聯(lián)機(jī)床，用一種簡潔的方法正確推導(dǎo)出整個機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和組成。完成對被拋工件的整個拋光工作，達(dá)到預(yù)期效果。</p><p>　　

5、全文運(yùn)用橫向分割法，將整個設(shè)計過程分為導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)和平臺機(jī)構(gòu)兩部分。在第二章中，我們將首先介紹整個機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計思路，在第三章中具體闡述整個設(shè)計過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞:并聯(lián)機(jī)床；拋光；鏡面加工；自由度；曲面加工。</p><p>　　Designing and analysis of a new Parallel polishing machine</p><p

6、>　　Abstract: Parallel machine tool technology is an new CNC processing equipment appearing in mid 1990s. It essentially is a reflection of machine robot technology in machine structure. Since the 1994, the Chicago int

7、ernational exhibition machine (IMTS '1994) [2] of a parallel machine tool, the study of parallel machine had been a international focus, after that, more and more new generational parallel was born. In China, the de

8、velopment of sophisticated technology has been a parallel machine tool</p><p>　　Mold is the basic equipment in economic development and indispensable tool in machine, chemical industry, electronics industry

9、etc[8]. It's manufacturing and design level has become an important symbol to measure a country's industrial development level[8]. The appearing of parallel tool adds up the space of the polishing development in

10、higher level, improve the work efficiency on mold processing.</p><p>　　This article is aimed at designing a multivariant CNC processing polishing machine, reducing the structure and composition of whole orga

11、nization with a concise method. Compete the whole work process on workpiece with desired effect.</p><p>　　Using transverse segmentation method, the whole design process is divided into two parts including gu

12、ide rail and platform. In the second chapter, we will introduce the whole organization firstly, and expound the whole design precess in the third chapter.</p><p>　　Key words: Parallel machine tool；polishing；

13、mirror finishing; DOF; curve treating 。</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要I</b></p><p>　　Abstract錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　目　錄II</b>

14、</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1課題來源及研究的目的和意義1</p><p>　　1.1.1課題來源1</p><p>　　1.1.2研究的目的和意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用狀況2</p>

15、<p>　　1.2.1國外并聯(lián)機(jī)床發(fā)展情況2</p><p>　　1.2.2國內(nèi)并聯(lián)機(jī)床發(fā)展情況3</p><p>　　1.3論文的主要研究內(nèi)容4</p><p>　　2拋光機(jī)構(gòu)方案設(shè)計5</p><p><b>　　2.1 概述5</b></p><p><b

16、>　　2.2設(shè)計原則5</b></p><p>　　2.3.1 拋光機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)方式5</p><p>　　2.3.2 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計6</p><p>　　3具體參數(shù)設(shè)計8</p><p>　　3.1導(dǎo)軌框架參數(shù)設(shè)計8</p><p>　　3.2絲杠的選用9</p><

17、;p>　　3.2.1 絲杠的初選9</p><p>　　3.2.2 滾珠絲桿副校核10</p><p>　　3.3直流步進(jìn)電機(jī)的選用11</p><p>　　3.3.1等效轉(zhuǎn)動慣量計算11</p><p>　　3.3.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算11</p><p>　　3.4 絲杠聯(lián)軸器的選用12</p

18、><p>　　3.5絲杠軸承的選擇13</p><p>　　3.5.1 絲杠上端軸承選用13</p><p>　　3.5.2 絲杠下端軸承選用13</p><p>　　3.6 平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計及平臺交流電機(jī)的選用14</p><p>　　3.7 變速箱齒輪設(shè)計15</p><p>　　3.7.

19、1 參數(shù)設(shè)計15</p><p>　　3.7.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算17</p><p>　　3.8 變速箱輸出軸設(shè)計19</p><p>　　3.8.1 輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計19</p><p>　　3.8.2 軸上載荷的計算19</p><p>　　3.8.3 軸的工藝設(shè)計20</p><

20、;p>　　3.9 鉸鏈連接的設(shè)計20</p><p><b>　　4結(jié)論21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　緒論</b></p><p>

21、　　課題來源及研究的目的和意義</p><p><b>　　課題來源</b></p><p>　　本課題系寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計題目。</p><p><b>　　研究的目的和意義</b></p><p>　　拋光是光學(xué)等精密加工中最重要的一道工序，又稱鏡面加工。其目的是

22、去除工件加工后在表面形成的凹凸層和裂紋層，形成光滑的表面，同時按照要求糾正光學(xué)表面的幾何形狀，以此來達(dá)到預(yù)期拋光效果。不僅如此，拋光還可以改善材料表面層的耐腐蝕性、耐磨性以及獲得其他特殊性能。因此，選擇適合的拋光方式和拋光工藝對于提高產(chǎn)品質(zhì)量是及其重要的。</p><p>　　傳統(tǒng)的拋光方法很簡單，往往依靠工人熟練精湛的手藝來加工出優(yōu)質(zhì)的光學(xué)表面。這種拋光方式不僅設(shè)備簡單，而且工藝條件容易滿足。但是，它的缺點也是

23、顯而易見的。一方面，這種憑經(jīng)驗加工的方式需要反復(fù)的誤差檢查，這就使得加工周期變長，且加工質(zhì)量難以得到保證。另一方面，在拋光非球面表面時，這種加工過程就很難精確控制，自動化生產(chǎn)難以進(jìn)行，更別說對拋物面和高次曲面等非球光學(xué)表面進(jìn)行精密加工了。此外，從材料性能上來講，傳統(tǒng)的拋光過程會使工件表面形成破壞層和變質(zhì)層，對工件表面的光學(xué)性能產(chǎn)生影響。</p><p>　　到目前為止，工業(yè)上所使用的機(jī)床大部分扔采用的是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，

24、這種結(jié)構(gòu)一般是用過將床身、立柱、主軸箱和工作臺等部件串聯(lián)在一起而成的。串聯(lián)機(jī)床擁有控制簡單、運(yùn)動空間大和加工靈活性好等優(yōu)點。但是，它的缺點也是顯而易見的。串聯(lián)機(jī)床的誤差往往在每個運(yùn)動軸上疊加，對產(chǎn)品精度產(chǎn)生很大的影響；由于部件太多且分布不均勻，在工作時常引起受力和熱變形不均勻等現(xiàn)象；運(yùn)動部件的重量大，在高速加工時容易引起危險；對大型構(gòu)件的現(xiàn)場加工能力低。</p><p>　　為了解決傳統(tǒng)串聯(lián)式拋光機(jī)床中存在的不足

25、，并聯(lián)機(jī)床便應(yīng)運(yùn)而生。并聯(lián)機(jī)構(gòu)實質(zhì)上是一種從并聯(lián)機(jī)器人和航空航天技術(shù)中發(fā)展過來的一種新型機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)擁有獨立的運(yùn)動軸，通過這些運(yùn)動軸的巧妙配合，組成開放式的并聯(lián)機(jī)床。由于各個軸都是相互獨立的，所以避免了傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)床中各軸之間傳遞誤差的影響。這種機(jī)床具有操作簡單、易于控制、精度高、剛度大、慣性小、承載能力強(qiáng)、運(yùn)動反解模型簡單等優(yōu)點。</p><p>　　近年來，并聯(lián)機(jī)床越來越受到各國的重視，許多國家的科研單位和高

26、校紛紛投入到并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床的研發(fā)當(dāng)中，其領(lǐng)域也變得越來越廣泛。隨著計算機(jī)技術(shù)、自動化和數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，以及高性能和高效率數(shù)控機(jī)床對市場影響力的增大，并聯(lián)機(jī)床的研究已成為數(shù)控技術(shù)研究的一個熱點。</p><p>　　國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用狀況</p><p>　　國外并聯(lián)機(jī)床發(fā)展情況</p><p>　　早在1965年，Stewart就提出了一種新型的、六自由

27、度的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。它的上下有兩個平臺和六個可以獨立伸縮的并聯(lián)連桿，伸縮桿與平臺之間由兩個球鉸鏈A、B、C、D、E、F和a、b、c、d、e、f連接，稱為Stewart平臺，如圖1-1所示。此后，經(jīng)</p><p>　　圖1-1 Stewart 平臺的工作原理</p><p>　　過數(shù)十年的研究，1944年Giddings&Lewis公司在美國芝加哥MTS' 94機(jī)床博覽會

28、上推出VARIAX并聯(lián)機(jī)床，被稱為“21世紀(jì)的機(jī)床”，并在國內(nèi)外引起廣泛的關(guān)注。</p><p>　　至今為止世界各主要工業(yè)國家都將大量的人力物力投入到虛擬軸機(jī)床的研究和開發(fā)當(dāng)中。美國Hexel公司將并聯(lián)機(jī)床和并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行普及化，并推出了Tomado型5做表加工中心和銑床工作臺以及6自由度的定位平臺和微型機(jī)器人等一些列低價位的產(chǎn)品。歐洲方面，德國Mikromat機(jī)床公司推出歐洲第一臺商品化的并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床--6x

29、Hexa立式加工中心。另一家德國Index機(jī)床公司在2000年率先推出采用并聯(lián)機(jī)床的車削中心。俄羅斯Lapic公司則將Stewart平臺機(jī)構(gòu)運(yùn)用到了TM—1000型精密加工中心和KHM—750型3做表測量機(jī)。法國Renault Automation 公司在1999年推出Urane SX臥式加工中心。</p><p>　　圖1-1 6X Hexa 型并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床</p><p>　　另外，英

30、國的Geodetic公司，挪威Multicraft公司，日本豐田、日立、三菱等公司，瑞士ETZH和IFW研究所，瑞典NeosRobotics公司，意大利Comau機(jī)床公司，丹麥Braunschweig公司，韓國SENA TECHNOLOGIES公司等單位相繼研發(fā)出了許多不同構(gòu)造的數(shù)控機(jī)床、激光加工和水射流機(jī)床、坐標(biāo)測量機(jī)和加工中心。</p><p>　　國內(nèi)并聯(lián)機(jī)床發(fā)展情況</p><p>

31、;　　我國早在上世紀(jì)末就開始關(guān)注并聯(lián)機(jī)床的研究和創(chuàng)新。1993年底，哈爾濱工業(yè)大學(xué)就開始了對變量運(yùn)動機(jī)床的基本理論、基本結(jié)構(gòu)形式和加工過程進(jìn)行計算和仿真研究。我國第一臺大型鏜銑類虛擬軸機(jī)床原型樣機(jī)—VAMT1Y由清華大學(xué)精儀制造工程研究所的汪勁松教授主持，與天津大學(xué)合作開發(fā)研制成功。2001年在北京國際機(jī)床展覽會上，展示了哈爾濱工業(yè)大學(xué)與齊齊哈爾第二機(jī)床企業(yè)集團(tuán)公司聯(lián)合開發(fā)的BJ-1并聯(lián)機(jī)床。2007年12月17日，哈量集團(tuán)在引進(jìn)瑞典E

32、XECON公司技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)布了新一代并聯(lián)機(jī)床LNKS-EXE700，并進(jìn)行了現(xiàn)場演示。這一機(jī)床的研制成功，在一定程度上解決了我國復(fù)雜產(chǎn)品加工的難題。2008年4月21日再北京舉行的中國數(shù)控展覽會上，沈陽機(jī)床集團(tuán)推出了數(shù)十臺先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，其范圍涉及到國防工業(yè)、飛機(jī)、造船、發(fā)電等諸多重點行業(yè)領(lǐng)域。其加工精度、加工效率等都已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。特別是在航空航天、國防工業(yè)等領(lǐng)域中，打破了發(fā)達(dá)國家對大型、五軸高檔數(shù)控機(jī)床的壟斷，極大地

33、促進(jìn)了國內(nèi)重點企業(yè)的生產(chǎn)競爭力。北京理工大學(xué)開打的BKX-I型變軸數(shù)控機(jī)床，是在Stewart平臺的技術(shù)原理上設(shè)計而成的，它具</p><p>　　圖 1-2 清華大學(xué)的VAMTIY</p><p>　　這種將研究單位與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、市場需求結(jié)合起來的方式，很好地促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展，同時這種發(fā)展反過來推動技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新，形成一個良性循環(huán)。總的來說，并聯(lián)機(jī)床在我國已經(jīng)取得了非常好的成果，我國在這

34、一領(lǐng)域的研究方面與世界先進(jìn)水平差距不大。</p><p><b>　　論文的主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　本文將以一種座椅底架(如圖1-3)為對象進(jìn)行研究，設(shè)計能用于拋光該產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)。主要研究內(nèi)容將包含以下幾個方面：</p><p>　?。?）以描述對象為基礎(chǔ)，找出完成對象加工所需要的運(yùn)動參數(shù)，設(shè)計決定整個并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)和尺寸。&l

35、t;/p><p>　　（2）用制圖軟件正確描述并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征。</p><p>　?。?）對設(shè)計機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)零部件進(jìn)行選用，對特殊零部件做特別的設(shè)計。</p><p>　　圖 1-3 座椅底架</p><p><b>　　拋光機(jī)構(gòu)方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 概述

36、</b></p><p>　　并聯(lián)拋光機(jī)構(gòu)是利用幾個相互獨立的自由度導(dǎo)軌相互配合進(jìn)行加工的機(jī)床。在加工中誤差主要來自各個自由度導(dǎo)軌，每個導(dǎo)軌的誤差都是獨立的，故對機(jī)床本身則要求每個導(dǎo)軌都具有較高的精度、剛度和完善且能長時間穩(wěn)定可靠地工作等性能，以此來滿足加工過程的需要。</p><p>　　在本課題設(shè)計過程中，分為兩個部分的設(shè)計過程。一個是機(jī)械整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這個過程主要從被加

37、工零件加工工藝和機(jī)床與零件的相對運(yùn)動關(guān)系入手，結(jié)合零件的幾何形狀和位置等參數(shù)，確定機(jī)構(gòu)的整體尺寸；另一個是對電機(jī)及零部件的設(shè)計，這個過程主要考慮機(jī)床的內(nèi)部因素，在已確定的參數(shù)下，正確選擇符合要求的電機(jī)，同時多零部件的外觀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。</p><p><b>　　2.2設(shè)計原則</b></p><p>　　機(jī)床在設(shè)計的時候應(yīng)遵循以下原則：</p>

38、<p>　?。?）多留余量 在設(shè)計機(jī)床的整體和零部件選用時，應(yīng)在嚴(yán)格控制最低要求的基礎(chǔ)上多增加一些余量。由于我們本次課題只是以座椅底架為一個拋光對象，我們不能以它的加工標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)定最高余量的參考。</p><p>　　（2）提高精度和剛度 并聯(lián)機(jī)床的誤差直接來自于每個自由度導(dǎo)軌的誤差，這就要求每一個導(dǎo)軌都具有較高的剛度和精度，保證在加工中的形變盡量小。在確定導(dǎo)軌參數(shù)時，也要特別增大導(dǎo)軌鐵板的厚度。&

39、lt;/p><p>　?。?）簡化結(jié)構(gòu) 為了減少影響誤差的因素，同時有利于結(jié)構(gòu)的分析，并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單。構(gòu)件越多，越容易產(chǎn)生傳遞原件之間的傳遞誤差，還有在傳遞過程中的彈性形變和溫度的影響。</p><p>　　2.3 并聯(lián)拋光機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計</p><p>　　2.3.1 拋光機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)方式</p><p>　　本課題采用橫向分塊法，將整

40、個拋光機(jī)構(gòu)按設(shè)計時的不同部分分割成兩個模塊，如圖2-1所示，整個結(jié)構(gòu)被分成導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、平臺機(jī)構(gòu)兩部分，在每個部分中又有若干模塊。在整個課題的設(shè)計過程中，分別對各個模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，然后連成一個整體。</p><p>　　圖2-1 并聯(lián)拋光機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.3.2 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　在拋光機(jī)床整個構(gòu)架中，我們設(shè)定四個直線導(dǎo)軌，利用

41、連桿與中間的平臺連接。通過導(dǎo)軌中絲杠的轉(zhuǎn)動，帶動連桿上下移動，使平臺產(chǎn)生一個傾斜角。</p><p>　　在導(dǎo)軌部分中，絲杠被固定在導(dǎo)軌里面，下端用角接觸軸承連接，上端用深溝球軸承連接，在絲杠上端，用聯(lián)軸器連接電機(jī)軸。整個電機(jī)被固定在上平面上，如圖2-2，圖2-3。</p><p><b>　　圖2-2 絲杠下端</b></p><p>　　圖

42、 2-3 絲杠上端</p><p>　　在平臺中，電機(jī)被固定在正方形平臺上方的中間，輸出軸連接到變速箱中。變速箱被固定在平臺下方。變速箱的輸出端水平，輸出軸末端可以用來安裝拋光輪。平臺的四個角有四個球鉸鏈連接。如圖 2-4。.</p><p>　　圖 2-4 平臺機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p>&

43、lt;p>　　本章敘述了整個機(jī)構(gòu)的設(shè)計思路和設(shè)計原則，同時闡明了整個機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，為接下來進(jìn)一步選擇和設(shè)計適合的零部件奠定了理論基礎(chǔ)。總的來說，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的提出，是完成整個課題的第一步，也是最關(guān)鍵，最決定性的一步。以后的設(shè)計，可以緊緊圍繞以上思路展開，逐步完成整個設(shè)計。</p><p><b>　　具體參數(shù)設(shè)計</b></p><p>　　3.1導(dǎo)軌框架

44、參數(shù)設(shè)計</p><p>　　整個外部構(gòu)架由四個直線絲杠導(dǎo)軌組成。經(jīng)實際測量，被拋物直徑約為600mm，高度約為200mm。為了在工作是能留出充分的空間給機(jī)床的加工運(yùn)動。我們讓四個到位位于邊長為1400mm的正方形的四個端點上，如圖 3.1。同時，取立柱高度為1500mm。</p><p><b>　　圖 3.1</b></p><p>　　在

45、斜對角截面中，處于對角位置的兩個導(dǎo)軌間距為1400*=1979.6mm 。在機(jī)構(gòu)的中間有個平臺，尺寸為400*400，對角線長度為400*=565.6mm 。我們要求在連桿的運(yùn)動控制下，平臺能轉(zhuǎn)動90°，所以，我們?nèi)∵B桿長度為1979.6÷2 =989.6mm。于是我們得到對角截面的兩個極限位置，如圖3.2。</p><p><b>　　圖3.2</b></p>

46、;<p>　　為了給平臺下的被加工工件留下足夠的空間，防止絲杠過度運(yùn)動導(dǎo)致平臺觸碰到被加工工件，同時保證平臺能90°轉(zhuǎn)動，我們?nèi)〗z杠下極限位置距地面130mm，上極限位置距地面1430mm，這樣我們就得出了絲杠的行程為1300mm。</p><p><b>　　3.2絲杠的選用</b></p><p>　　3.2.1 絲杠的初選</p&g

47、t;<p>　　在上面整體構(gòu)架基本參數(shù)的選定中我們已經(jīng)確定了絲杠的行程為1300mm。初選滾珠絲杠CDM3210-2.5。絲杠公稱直徑為32mm，導(dǎo)程為10mm，精度等級為T2.</p><p>　　設(shè)絲杠工作最大進(jìn)給轉(zhuǎn)速為300r/min。按額定動負(fù)荷CaCaj選擇絲杠副</p><p>　　Caj= (3-1)</p>

48、;<p>　　當(dāng)絲杠帶動桌面向上運(yùn)動時，絲杠的進(jìn)給抗力主要來自平臺的重力，且可能承載的來自平臺重力的最大值為平臺重力的一半，此時絲杠的摩擦力可忽略不計。</p><p>　　則絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷：</p><p>　　=(+f)=（400*400*400*7.85*10*9.8*+0）=1230.88N</p><p>　　取轉(zhuǎn)速=300r/min<

49、;/p><p>　　表3-1 滾珠絲杠工作壽命</p><p>　　由上表3-1可得，=15000h</p><p><b>　　表3-2 溫度系數(shù)</b></p><p>　　參考表3-2，根據(jù)共工作溫度低于100℃這一條件，我們?nèi)?1</p><p><b>　　表3-3 精度系數(shù)<

50、;/b></p><p>　　由表3-3可得，=1.0</p><p>　　表3-4 負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)</p><p>　　根據(jù)表3-4可得：=0.95</p><p><b>　　表3-5 硬度系數(shù)</b></p><p>　　由表3-5可得：=1.0</p><p>

51、　　表3-6 可靠性系數(shù)</p><p>　　由表3-6可得：=0.21</p><p>　　根據(jù)公式3-1，算得：</p><p>　　Caj==（）=5376.1N</p><p>　　3.2.2 滾珠絲桿副校核</p><p>　　不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷，用表示：</p><

52、p>　　= （3-2）</p><p>　　式中 E為材料的彈性模量，鋼為210GPa，</p><p>　　為絲杠軸最小截面慣性矩，，為絲杠螺紋底徑，=25.5mm，</p><p>　　為最大受壓長度，取=1300mm，為安全系數(shù)，這里取，</p><p>　　為絲杠的支承方式系數(shù)，

53、由F-S取2。.</p><p>　　則：=3.410=3.410=5671N</p><p>　　3.3直流步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　3.3.1等效轉(zhuǎn)動慣量計算</p><p><b>　　滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p>　　==4.46=4.46 （3-3）&

54、lt;/p><p>　　平臺負(fù)重在絲杠上產(chǎn)生負(fù)荷這算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中，W為中間平臺的重量，我們?nèi)∑脚_可能的最大重量----不妨假設(shè)平臺是400*400*400的實心鐵塊。則：</p><p>　　W=0.4=4.9N</p><

55、;p>　　從圖2.2中可以看到，連桿與導(dǎo)軌之間形成46°角。當(dāng)平臺對拉桿在豎直軸上作用時，在水平軸上會形成一個拉力=。</p><p>　　為絲杠導(dǎo)程，且=10mm。</p><p>　　則：=6.564=6.564</p><p>　　因此，折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　==4.46+6.564=4.52

56、6</p><p>　　3.3.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算</p><p><b>　　===4.877</b></p><p>　　初選直流電機(jī)Z2-21-10。已知其最大轉(zhuǎn)矩=9.5，其轉(zhuǎn)動慣量=9.4，=1600。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)動態(tài)特性校驗：</p><p>　　==0.453 &l

57、t; 4 說明慣量可以匹配</p><p>　　<， 所以轉(zhuǎn)矩也明顯滿足要求。</p><p>　　3.4 絲杠聯(lián)軸器的選用</p><p>　　已知絲杠的最高轉(zhuǎn)速 n=300，電機(jī)的功率為P=1.5kw，電機(jī)軸的直徑d=18mm。</p><p>　　由于絲杠在導(dǎo)軌中被穩(wěn)定固定，工作時并不是產(chǎn)生晃動和偏差，因此可以說兩軸的同軸度較高；

58、且絲杠轉(zhuǎn)速較低、工作時無沖擊、絲杠和電機(jī)軸的剛性較大。綜合考慮，我們選用凸緣聯(lián)軸器。</p><p>　　公稱轉(zhuǎn)矩 ===47.75</p><p>　　表3-7 工作情況系數(shù)</p><p>　　參考表3-7得：=1.7</p><p>　　則：=1.747.75=81.175</p><p>　　從GB/T 58

59、43-2003中查得凸緣聯(lián)軸器GYS1符合要求，可用。</p><p>　　3.5絲杠軸承的選擇</p><p>　　3.5.1 絲杠上端軸承選用</p><p>　　如圖 3.3，絲杠上端的軸承被用來連接絲杠和導(dǎo)軌。軸承主要用來承受徑向載荷，軸向載荷很小。因此我們可以選用深溝軸承。根據(jù)絲杠末端軸的直徑，我們選用的深溝軸承型號為6004。</p>&l

60、t;p>　　圖3.3 絲杠上端軸承連接</p><p>　　3.5.2 絲杠下端軸承選用</p><p>　　如圖3.4， 絲杠的下端主要用來承受來著工作平臺和絲杠重力的載荷，相比之下，徑向載荷很小。因此我們選用角接觸球軸承。根據(jù)絲杠末端的直徑，我們選用角接觸球軸承的型號為7204B。</p><p><b>　　軸承壽命計算</b>&l

61、t;/p><p>　　以小時數(shù)表示的軸承基本額定壽命為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　圖3.4 絲杠上端軸承連接</p><p>　　式中，為軸承的基本額定壽命，C為軸承所能承受的載荷，P為軸承所受到的載荷。式中的指數(shù)我們?nèi)?。</p><p>　　查表GB/T

62、 292-1994,可知，型號為7204B的角接觸球軸承的額定載荷C=14KN。</p><p>　　絲杠所受到的載荷P計算如下：</p><p>　　絲杠所受載荷=絲杠重量+平臺重量/4</p><p>　　平臺重量（假設(shè)取最大值）：==5024N</p><p>　　絲杠重量：==328N</p><p><

63、b>　　則：=1584N</b></p><p>　　已知絲杠的最大轉(zhuǎn)速為300，將已知數(shù)據(jù)代入公式3-5，得：</p><p>　　==38357.13 h</p><p>　　3.6 平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計及平臺交流電機(jī)的選用</p><p>　　平臺是一個正方形的版面，幾何尺寸為400mm400mm20mm，如圖3.5。臺面的正

64、中間有一個直徑為57mm的孔，在孔的周圍有四個螺孔，用來固定平臺上面的電機(jī)，保證其在工作時的穩(wěn)定和定位。在平臺上表面的四個角上有四個球鉸鏈，分別用連桿連接到四個支線導(dǎo)軌絲杠上的連接裝置。</p><p>　　平臺下面是一個變速箱，用螺釘固定在平臺下平面上。電機(jī)軸通過平臺中間的孔伸進(jìn)變速箱內(nèi)，軸的末端連接直齒錐齒輪，并把運(yùn)動傳遞到輸出軸上。平臺下平面上有一個軸承套，用螺釘固定在平臺下平面上。它的功能是用來定位軸承，

65、便于平臺的制作和整機(jī)的裝卸。</p><p><b>　　圖3.5 平臺構(gòu)造</b></p><p>　　這里的電機(jī)的主要功能就是帶動拋光輪轉(zhuǎn)動的電機(jī)，由于拋光所需要的動力不大，同時考慮到變速箱的傳遞過程中所產(chǎn)生的阻力，本課題就選用沈陽微電機(jī)廠生產(chǎn)的微型三相異步電動機(jī)，型號為YTZ6332。以下是電機(jī)的運(yùn)行條件：</p><p>　　海拔不超過

66、1000m；</p><p>　　周圍介質(zhì)溫度不應(yīng)超過40℃；</p><p>　　周圍空氣的相對濕度不大于85%；</p><p>　　在無爆炸，且無足以腐蝕金屬和破壞絕緣的塵埃的地方。</p><p>　　電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下3-8所示：</p><p>　　表3-8：電機(jī)的技術(shù)參數(shù)</p><

67、;p>　　3.7 變速箱齒輪設(shè)計</p><p>　　3.7.1 參數(shù)設(shè)計</p><p>　　變速箱齒輪傳動形式為一對大小相同的直齒錐齒傳動，它的設(shè)計目的是改變輸出軸方向，同時傳遞力矩和功率，但是并不需要改變輸出軸的速度，因此只需設(shè)計兩個完全相同錐齒。這對錐齒傳動中，兩軸之間的交角=90°，參考圖3.6。</p><p>　　圖 3.6 錐齒傳動&

68、lt;/p><p>　　由表10-1[1]選擇齒輪的材料為45鋼（調(diào)制），其硬度為250HBS。</p><p>　　我們?nèi)″F齒的壓力角為20°，齒頂高系數(shù)=1.0，頂隙系數(shù)=0.2。</p><p>　　表3-9 錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（摘自GB/T 12368-1990） mm</p><p>　　參考表3-9，我們

69、取錐齒的模數(shù)m=5，取齒數(shù)z=21。</p><p>　　由于傳動比=1，得出：分錐角==45°</p><p>　　齒頂高：==1.05=5 mm </p><p>　　齒根高：=（1.0+0.2）5=6 mm</p><p>　　分度圓直徑：=521=105 mm</p><p>　　齒頂圓

70、直徑：=105+25=112mm</p><p>　　齒根圓直徑：=105-26=96.5mm</p><p>　　錐距：=521/2=74.24mm</p><p>　　齒根角：==6/74.24=0.081</p><p>　　頂錐角：=45°+ 4.62°=49.62°</p><p&g

71、t;　　根錐角：=45°- 4.62°=40.38°</p><p>　　頂隙：=0.2 5 = 1</p><p>　　分度圓齒厚：=7.85 </p><p>　　當(dāng)量齒數(shù)：=21=29.69</p><p>　　齒寬：=74.25/3=24.75 取齒寬=20mm</p><p&

72、gt;　　已知電機(jī)的功率為P=550w/h，電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速為n=2780 r/min，由P=Tn可以得出電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時受到的阻力扭矩：</p><p>　　T=P/n==1.87 </p><p>　　又已知錐齒輪的平均分度直徑=90.86mm，則齒輪的平均分度圓處受到的力=41.2N。</p><p>　　錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)：</p><

73、;p>　　=20/74.25=0.27 </p><p><b>　　平均模數(shù)</b></p><p>　　=5（1-0.50.27）=4.325 </p><p><b>　　當(dāng)量齒數(shù)：</b></p><p>　　==29.69 取=30</p><p>

74、;<b>　　齒輪精度選擇：</b></p><p>　　表3-10 各類機(jī)械所用的齒輪傳動的精度等級范圍</p><p>　　參考表3-10可以選擇錐齒輪的精度等級為7級。</p><p>　　3.7.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算</p><p>　　直齒錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度可以近似地按平均分度圓處得當(dāng)量圓柱齒輪進(jìn)行計算，

75、則：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　直齒錐齒輪的載荷系數(shù)：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　其中使用系數(shù)查表10-2[1]得：</p><p><b>　　=1.0</b><

76、/p><p>　　動載荷系數(shù)查圖10-8[1]得：</p><p><b>　　=1.19</b></p><p>　　齒間載荷分配系數(shù)可取為1。</p><p><b>　　齒間向載荷系數(shù)：</b></p><p><b>　　，其中是軸承系數(shù)。</b>&

77、lt;/p><p>　　參考表3-10可以取=1.25</p><p>　　表3-11 軸承系數(shù)</p><p>　　將上面的數(shù)據(jù)代入公式3-6中，得：</p><p>　　=1.01.1911.25=1.4875</p><p>　　齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)、可以按當(dāng)量齒數(shù)查表10-5[1]，得：</p>&

78、lt;p>　　=2.52 =1.625</p><p>　　將公式代入式3-5中，得：</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p><b>　　引入式，變化后得：</b></p><p>　　將公式代入公式3-7，得：</p><p>&

79、lt;b>　　(3-9)</b></p><p>　　由圖10-20（C）[1]查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限[]=400MPa</p><p><b>　　式中=</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入公式3-8中，得：</p><p>　　對比發(fā)現(xiàn)，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

80、計算的模數(shù)，所以設(shè)計可用。</p><p>　　3.8 變速箱輸出軸設(shè)計</p><p>　　3.8.1 輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　首先擬定輸出軸的裝配方案，如圖3.7。</p><p>　　圖3.7 變速箱輸出軸安裝</p><p>　　初步選用滾動軸承：因軸承主要承受徑向載荷，同時受到少量軸向載荷，故選用

81、角接觸球軸承。參照軸的直徑，我們選擇型號為7204B的軸承。</p><p>　　為了滿足左側(cè)軸承的軸向定位要求，在軸承右端需制出一個軸肩，軸承段的直徑=20mm，取軸肩段的直徑=24mm；軸承左端用法蘭盤固定。</p><p>　　齒輪段為了滿足左側(cè)的定位要求，通過減小直徑來制出一個軸肩，=20mm，固定齒輪的左側(cè)。同時，在齒輪的右側(cè)用擋圈定位。擋圈的右端定位在右軸承的左端，同時右軸承的

82、軸端用軸端擋圈定位。</p><p>　　根據(jù)變速箱的尺寸，我們確定軸承端段的長度為=17mm，軸肩段長度=130.8mm，右側(cè)段程度=178mm。</p><p>　　齒輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。平鍵的截面=，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為15mm。同時為了保證齒輪與軸的配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。軸承與軸的周向定位用過度配合，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。</

83、p><p>　　軸上各軸端和軸肩處都用的倒角。</p><p>　　3.8.2 軸上載荷的計算</p><p>　　假設(shè)齒輪傳動的效率=0.96，則：</p><p>　　=0.550.96=0.528kw</p><p><b>　　又 </b></p><p><b&

84、gt;　　于是 </b></p><p><b>　　=16808</b></p><p>　　已知軸上齒輪的分度直徑為</p><p>　　=4.32521=90.8mm</p><p><b>　　而 </b></p><p><b>　　=370.

85、22N</b></p><p>　　=370.22tan20°=134.7N</p><p>　　其中，為圓周力，為徑向力。</p><p>　　3.8.3 軸的工藝設(shè)計</p><p>　　選用軸的材料為45鋼，加工前先要進(jìn)行調(diào)制處理，以防止軸在車削加工過程中彎曲變形。調(diào)制溫度控制在210~230攝氏度。選取的原料軸長

86、340mm，直徑24mm。</p><p>　　如圖3-6，以軸肩的右端為基準(zhǔn)。先用車床夾住左端，對好刀以后先軸向進(jìn)刀2mm，從軸的右端向左進(jìn)刀178mm。接著在車床上調(diào)轉(zhuǎn)軸，夾住右端，對刀至基準(zhǔn)，向左進(jìn)刀130.8mm，軸向進(jìn)刀2mm，再向左進(jìn)刀至軸端。用銑床切割過長的軸端，倒角。</p><p>　　3.9 鉸鏈連接的設(shè)計</p><p>　　這本課題設(shè)計的拋光

87、機(jī)構(gòu)中，鉸鏈機(jī)構(gòu)位于平臺與導(dǎo)軌之間，用來傳遞動力和保持平臺狀態(tài)。為了保證平臺運(yùn)動的精確性，盡量減小傳遞誤差，我們選用球鉸鏈連接。</p><p>　　鉸鏈的一端被連在導(dǎo)軌絲杠上的連接裝置上，以下簡稱絲杠滑塊，如圖3-8。</p><p>　　圖 3-8 絲杠滑塊</p><p>　　鉸鏈的另一端被固定在平臺對稱的四個角上，與平臺相連，如圖3-9。</p>

88、<p><b>　　圖3-9 平臺</b></p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　并聯(lián)式拋光機(jī)是一種靈活、實用、高精度的新型拋光機(jī)構(gòu)。塔具有精度高、慣性小、承載能力高、運(yùn)動反解模型簡單、剛度高、便于操作等優(yōu)點。本文以并聯(lián)拋光機(jī)為設(shè)計構(gòu)思，對如何實現(xiàn)整個機(jī)構(gòu)設(shè)計，提高機(jī)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性做了充足的準(zhǔn)備。在設(shè)計過

89、程中，有以下幾點收獲：</p><p>　　在Stewert平臺實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用絲杠的轉(zhuǎn)動替代了可伸縮的鉸鏈機(jī)構(gòu)。龍門架的運(yùn)用很好地解決了整體機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，為機(jī)床提供了足夠的運(yùn)動空間，滿足了并聯(lián)拋光機(jī)床的轉(zhuǎn)角需求。</p><p>　　球鉸鏈的運(yùn)用很好地彌補(bǔ)了平臺轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的角度補(bǔ)償，同時又具有較高的精度，減少了零部件之間的間隙，提高了平臺運(yùn)動的準(zhǔn)確性和加工的精確性。</p

90、><p>　　龍門架的運(yùn)用不但大大提高了整體機(jī)構(gòu)的剛度，而且根據(jù)其定位尺寸和平臺的轉(zhuǎn)角需求，可以確定絲杠的行程。</p><p>　　通過并聯(lián)拋光機(jī)床部件的力學(xué)分析，得出了適合該工作情況下各個零部件型號，直觀地顯示了并聯(lián)機(jī)床各個零件在運(yùn)動時的相對位置關(guān)系。</p><p>　　課題中還存在著一些需要繼續(xù)深入研究的問題：</p><p>　　并聯(lián)拋

91、光機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計并沒有考慮外部控制電路的設(shè)計，還有在整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程中，有一些特殊的運(yùn)動規(guī)則需要在控制電路中注意，如幾個導(dǎo)軌運(yùn)動時應(yīng)注意幾何運(yùn)動的約束，單個導(dǎo)軌的運(yùn)動有可能導(dǎo)致機(jī)械碰撞，損壞整個機(jī)構(gòu)的中心部分。</p><p>　　并聯(lián)拋光機(jī)床在工作中會產(chǎn)生大量的熱量，因此對于整個拋光機(jī)床在工作室結(jié)構(gòu)變形對精度的影響不可忽略，還需要進(jìn)一步分析研究。</p><p><b>　　

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