畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控工作臺(tái)三維造型設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的背景及目的</p><p>　　科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本提出了越來(lái)越高的要求。機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的重要技術(shù)措施之一。而數(shù)控機(jī)床則能適應(yīng)這種要求，滿(mǎn)足目前的生產(chǎn)需求[1]。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是一種

2、高度自動(dòng)化的機(jī)床，隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，改型頻繁。機(jī)械加工中，多品種、小批量加工的比例約占80%。這樣，對(duì)機(jī)床不僅要求具有高精度和生產(chǎn)效率，而且還具備“柔性”，即靈活通用，能迅速適應(yīng)加工零件的變更。數(shù)控機(jī)床較好地解決了形狀復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問(wèn)題，具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種靈活而高效的自動(dòng)化機(jī)床[2]。</p><p>　　隨

3、著電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和精密測(cè)試等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位將更加重要，而X-Y工作臺(tái)是這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精密加工的核心部件，對(duì)于提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量起著尤為重要的作用。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)是20世紀(jì)機(jī)床工業(yè)的主要特點(diǎn)。隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，適應(yīng)汽車(chē)工業(yè)的需要、高精度、高效率、高自動(dòng)化的坐標(biāo)鍵床、磨床、齒輪機(jī)床、組合

4、機(jī)床大量出現(xiàn)；其中，數(shù)控機(jī)床和功能復(fù)合、柔性化、系統(tǒng)集成化亦是20世紀(jì)機(jī)床工業(yè)最顯著的特征之一[3]。</p><p>　　20世紀(jì)中國(guó)機(jī)床工業(yè)的迅速崛起。在數(shù)控機(jī)床方面，中國(guó)1958年開(kāi)始起步，60年代有了正式的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品。70年代，開(kāi)始研制出加工中心。80年代研制出FMC，F(xiàn)MS，而且根據(jù)中國(guó)國(guó)情，還提出了數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床并存的獨(dú)立制造島(Alone Manufacturing Island)方案。80年

5、代后，世界上掀起了研究實(shí)施CIMS的熱潮，應(yīng)該說(shuō)，F(xiàn)MC、FMS、CIMS的基礎(chǔ)之一，就是數(shù)控機(jī)床，而實(shí)施FMC、FMS、CIMS又進(jìn)一步帶動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。</p><p>　　1.3數(shù)控工作臺(tái)的分類(lèi)及其特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控工作臺(tái)分為十字工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。</p><p>　　數(shù)控精密工作臺(tái)采用滾珠絲杠副及直線(xiàn)導(dǎo)軌副為導(dǎo)向支承，滾珠絲杠副為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行

6、元件的結(jié)構(gòu)。具有精度高、效率高、壽命長(zhǎng)、磨損小、節(jié)能低耗摩擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p>　　1.4數(shù)控工作臺(tái)的應(yīng)用</p><p>　　雙坐標(biāo)X-Y數(shù)控工作臺(tái)可廣泛應(yīng)用于測(cè)量、激光焊接、激光切割，涂膠、插件、射線(xiàn)掃描、機(jī)械手、搬運(yùn)、機(jī)床改造、專(zhuān)機(jī)制造及實(shí)用教學(xué)等領(lǐng)域?？筛鶕?jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要選擇步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；并且在特殊需要的情況下，還可以安裝

7、防塵、電器限位等裝置。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　總體設(shè)計(jì)是數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是數(shù)控工作臺(tái)具體內(nèi)容的總體描述，是數(shù)控工作臺(tái)重要零部件工藝設(shè)計(jì)的前提，是完成所有設(shè)計(jì)內(nèi)容的指導(dǎo)思想。因此，在對(duì)數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。數(shù)控工作臺(tái)的總體設(shè)計(jì)要遵循數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則及其相關(guān)要求。<

8、/p><p>　　(1)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則</p><p>　　數(shù)控工作臺(tái)是數(shù)控設(shè)備中的重要附件之一。它的主要功能是將兩個(gè)數(shù)控工作臺(tái)組裝在一起后，構(gòu)成X-Y數(shù)控工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)的定位和聯(lián)動(dòng)。數(shù)控工作臺(tái)兩側(cè)的結(jié)合面位置及工作臺(tái)行程均可根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行特殊的定制。數(shù)控工作臺(tái)工作行程一般以被加工零件的切削長(zhǎng)度和刀盤(pán)的直徑大小來(lái)確定。行程S=L+D+備量，L為工件切削長(zhǎng)度，D為刀盤(pán)直徑。二

9、維工作臺(tái)的組成原則是上層工作臺(tái)行程一定要≤下層工作臺(tái)行程。</p><p>　　(2)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)的參數(shù)要求</p><p>　　負(fù)載重量G=200N；</p><p>　　工作臺(tái)尺寸為 320mm×320mm×20mm；</p><p>　　工作臺(tái)加工范圍 X=350mm，Y=350mm；</p><

10、;p>　　工作臺(tái)最大快移速度為1.5m/min；</p><p>　　重復(fù)定位精度為±0.01mm，定位精度為0.025mm。</p><p>　　2.1工作臺(tái)外形尺寸及重量估算</p><p>　　1、∵工作臺(tái)尺寸為 320mm×320mm×20mm，根據(jù)重量=體積×材料比重(硬鋁)</p><p&

11、gt;　　∴W=320×320×20×10-3×2.8×10-2=57.344N</p><p>　　2、∵X向托板 320mm×320mm×20mm，</p><p>　　∴WX=320×320×20×10-3×2.8×10-2=57.344N</p>&

12、lt;p>　　3、∵Y向托板 320mm×320mm×20mm，</p><p>　　∴WY=320×320×20×10-3×2.8×10-2=57.344N</p><p>　　4、上導(dǎo)軌座(含電機(jī)) 重量 </p><p>　　(800×320×20)×10

13、-3×2.8×10-2+10×10=143.36N+100N=243.36N</p><p>　　5、夾具及工件重量(約) 220N</p><p>　　6、綜上所述，X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件的總重量(約)</p><p>　　57.344×3+243.36+220=635.392N</p><p>　　

14、2.2滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選擇</p><p>　　根據(jù)給定的工作臺(tái)部件的總重量及負(fù)載和估算的WX和WY，計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)：</p><p>　　fSL=C0/P (2.1)</p><p>　　由公式(2.1)可知：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷；fSL=1.0～3.0(一般運(yùn)行狀況),3.0～5.0(運(yùn)動(dòng)時(shí)受

15、沖擊、振動(dòng))。</p><p><b>　　∵系統(tǒng)受中等沖擊，</b></p><p>　　∴取fSL=3.0。</p><p>　　又根據(jù)，工作載荷，得：</p><p>　　0.5×() (2.2)</p><p>　　∴PX=0.5×

16、;(220+57.344×2)=167.344N；</p><p>　　PY=0.5×(220+57.344×3+243.36)=317.696N；</p><p>　　C0X=3.0×167.344=502.032N；</p><p>　　C0Y=3.0×317.696=953.088N。</p>&

17、lt;p>　　根據(jù)計(jì)算的額定靜載荷，同時(shí)確定其長(zhǎng)度為：350+320+30(余量)=700mm；再瀏覽“深圳市騰展精密機(jī)電有限公司”網(wǎng)站[4]，下載相應(yīng)產(chǎn)品的“資料”，即可選取符合上述計(jì)算結(jié)果的導(dǎo)軌。</p><p>　　∴參照?qǐng)D2.1中的型號(hào)定義，綜合分析考慮，選取符合要求的導(dǎo)軌型號(hào)，即：MR 12 M L 2 V1 P -700 -15 -15 II。</p><p>　　圖2.

18、1 導(dǎo)軌的型號(hào)定義</p><p>　　根據(jù)上述所選定的導(dǎo)軌型號(hào)，查閱對(duì)應(yīng)的官方技術(shù)資料，分析并記錄該型號(hào)對(duì)應(yīng)的具體尺寸數(shù)據(jù)參見(jiàn)表2.1所示。</p><p>　　表2.1 導(dǎo)軌(MR 12ML)尺寸參數(shù)</p><p>　　注：表中各項(xiàng)所指示的零件尺寸部位參見(jiàn)圖2.2中所示。</p><p>　　圖2.2 導(dǎo)軌示意圖</p>

19、<p>　　根據(jù)所得的導(dǎo)軌型號(hào)及其相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，計(jì)算導(dǎo)軌間需要滿(mǎn)足的間距數(shù)值：</p><p>　　當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到上導(dǎo)軌座(含電機(jī))的一端時(shí)，對(duì)下導(dǎo)軌產(chǎn)生的扭矩最大，故取此狀態(tài)下的情況為校核參考即可。</p><p>　　假設(shè)導(dǎo)軌間距為2·x，距工作臺(tái)幾何中心近的一條導(dǎo)軌為l1，所受力為F1；另一條導(dǎo)軌據(jù)工作臺(tái)幾何中心的距離為l2，所受力為F2；已知工作臺(tái)部分及其負(fù)載

20、G=635.392N；受力分析如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 導(dǎo)軌受力分析示意圖</p><p>　　∴根據(jù)力學(xué)平衡分析，得：{ (2.3)</p><p>　　{ (2.4)</p><p>　　∴代入數(shù)值，解之

21、得： { (2.5)</p><p>　　又考慮此情況下兩條導(dǎo)軌分別受力，即可以認(rèn)為兩條導(dǎo)軌均可以平衡來(lái)自工作臺(tái)部分及其負(fù)載所產(chǎn)生的扭矩，故查表2.1中單條導(dǎo)軌的靜扭矩My0=30.2N·m，可知設(shè)計(jì)所得工作臺(tái)部分及其負(fù)載給予導(dǎo)軌的扭矩不得大于選定導(dǎo)軌的額定靜扭矩，即T≤60.4N·m；再根據(jù)公式(2.4)和(2.5)，代入：</p&

22、gt;<p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　中，進(jìn)行化簡(jiǎn)計(jì)算，得： x≥79.941mm</p><p>　　∴ 2·x≥159.881mm</p><p>　　即兩導(dǎo)軌間距不能小于159.881mm即可滿(mǎn)足要求。</p>

23、<p>　　因此，考慮到產(chǎn)品各部件的協(xié)調(diào)及美觀要求，確定兩導(dǎo)軌間距為165mm。</p><p>　　2.3滾珠絲杠的設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p>　　1、滾珠絲杠的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力，應(yīng)按銑削時(shí)的情況計(jì)算。</p><p>　　已知：①上導(dǎo)軌 GX=57.344×2+220=334.688N；②下導(dǎo)軌GY=635.39

24、2N。</p><p>　　(1)最大動(dòng)負(fù)荷Q的計(jì)算</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　查表得，系數(shù)fW=1，fH=1，壽命值</p><p>　　L=60nT/106 (2.8)</p>

25、<p>　　n=1000Vmax/t (2.9)</p><p>　　查表得，使用壽命時(shí)間T=15000h；初選絲杠螺距t=5mm，由公式(2.9)得絲杠轉(zhuǎn)速n=1000×1.5/5=300r/min；</p><p>　　∴由公式(2.8)可知，L=60×300×15000/106=270。&

26、lt;/p><p>　　又X向絲杠牽引力（為當(dāng)量摩擦系數(shù)）</p><p>　　=1.414×0.01×334.688=4.732N</p><p><b>　　Y向絲杠牽引力</b></p><p>　　=1.414×0.01×635.392=8.984N</p>&l

27、t;p>　　∴由公式(2.7)可知，最大動(dòng)載荷為： </p><p>　　X向 ×1×1×4.732=30.584N</p><p>　　Y向 ×1×1×8.984=58.066N</p><p>　　查閱相關(guān)的官方技術(shù)資料表，取滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d0=8mm，選用滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為8×

28、2，其額定動(dòng)載荷為225Kgf（1Kgf=9.8N），足夠用。</p><p>　　同時(shí)，滾珠絲杠的長(zhǎng)為350+165+115(余量)+60(支撐座寬)=690mm。</p><p>　　根據(jù)上述所選定的滾珠絲杠型號(hào)，查閱對(duì)應(yīng)的官方技術(shù)資料，分析并記錄該型號(hào)對(duì)應(yīng)的具體尺寸數(shù)據(jù)參見(jiàn)表2.2所示。 </p><p>　　表2.2 滾珠絲杠(8×2)尺寸參數(shù)&l

29、t;/p><p>　　注：表中各項(xiàng)所指示的零件尺寸部位參見(jiàn)圖2.4中所示。</p><p>　　圖2.4 滾珠絲杠局部示意圖</p><p><b>　　2、滾珠絲杠支撐座</b></p><p>　　根據(jù)上述所選定的滾珠絲杠型號(hào)，查閱對(duì)應(yīng)的官方技術(shù)資料，分析并選取該型號(hào)對(duì)應(yīng)的支撐座凸形固定側(cè)類(lèi)型為EK08、凸形支撐側(cè)類(lèi)型為

30、EF08；其具體尺寸數(shù)據(jù)參見(jiàn)表2.3和表2.4所示。</p><p>　　表2.3 凸形固定側(cè)(EK08)尺寸參數(shù)</p><p>　　注1：固定側(cè)軸承為2個(gè)角接觸軸承背對(duì)背安裝。</p><p>　　注2：表中各項(xiàng)所指示的零件尺寸部位參見(jiàn)圖2.5中所示。 </p><p>　　①軸承座本體；②軸承；③壓板；④套筒；⑤軸封；⑥鎖固螺帽；⑦

31、內(nèi)六角止付螺絲附銅片</p><p>　　圖2.5 凸形固定側(cè)示意圖</p><p>　　表2.4 凸形支撐側(cè)(EF08)尺寸參數(shù)</p><p>　　注：表中各項(xiàng)所指示的零件尺寸部位參見(jiàn)圖2.6中所示。</p><p>　?、佥S承座本體；②軸承；③C型扣環(huán)</p><p>　　圖2.6 凸形支撐側(cè)示意圖</p&

32、gt;<p>　　3、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　(1)基本參數(shù)</b></p><p>　　公稱(chēng)直徑 d0 8mm</p><p><b>　　螺距 t 2mm</b></p><p>　　接觸角 β 45°</p><

33、p><b>　　(2)螺紋滾道 </b></p><p>　　鋼球直徑Da 1.2mm</p><p>　　螺紋滾道法面半徑R R=0.52·Da=0.52×1.2=0.624mm</p><p>　　偏心距e e=(R-Da/2)?sinβ=(0.624-1.2/2)×sin45°=0.01

34、7</p><p>　　螺紋升角γ γ=arc tan=arc tan=4.550°</p><p><b>　　(3)螺桿參數(shù)</b></p><p>　　螺桿外徑 d d=d0-(0.2～0.25)?Da=8-0.2×1.2=7.76mm</p><p>　　螺桿內(nèi)徑 d1 d1=d0+2e-2

35、R=8+2×0.017-2×0.624=6.786mm</p><p>　　螺桿接觸直徑 dZ dZ=d0-Da?cosβ=8-1.2×cos45°=7.152mm</p><p><b>　　(4)螺母參數(shù)</b></p><p>　　螺母螺紋外徑 D D=d0-2e+2R=8-2×0.017

36、+2×0.624=9.214mm</p><p>　　螺母內(nèi)徑(外循環(huán)) D1 D1=d0+(0.2～0.25)?Da=8+0.2×1.2=8.24mm</p><p><b>　　4、傳動(dòng)效率計(jì)算</b></p><p><b>　　5、剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾

37、珠絲杠受工作載荷P引起的導(dǎo)程L0的變化量：</p><p>　　Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　QY=P=58.066N ,L0=0.2cm ,E=20.6×106(N/cm2)</p><p>　　F=π?R2=3.14×(0.6786/2)2=0.361cm2</p><p><b&g

38、t;　　∴10-6cm</b></p><p>　　因而，絲杠因受扭矩角而引起的導(dǎo)程變化量ΔL1很小，可以忽略。</p><p>　　綜上所述，導(dǎo)程總誤差</p><p>　　10-6×=7.810(μm/m) (2.10)</p><p>　　∴查表知，E級(jí)精度的絲杠允許誤差為15μm，故剛度足夠。&

39、lt;/p><p><b>　　6、穩(wěn)定性計(jì)算</b></p><p>　　由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p>　　2.4步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　(1)步進(jìn)電機(jī)的步距角θb[5]</p><p>　　取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量δp=0.01mm/step，初選步進(jìn)電機(jī)的步距

40、角為θb=1.5°。</p><p>　　(2)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效力矩為T(mén)，負(fù)載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力做功有如下關(guān)系：</p><p>　　T?ψ?η=P?S (2.11)</p><p>　　公式(2.11)中，ψ

41、為電機(jī)轉(zhuǎn)角，η為機(jī)械傳動(dòng)效率，S為移動(dòng)部件相應(yīng)位移。</p><p>　　若取ψ=θb，則S=δp，且P=Ps+μG，則：</p><p><b>　　(2.12)</b></p><p>　　公式(2.12)中，T為電機(jī)軸的負(fù)載力矩，Ps為移動(dòng)部件的負(fù)載(N)，μ為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，G為移動(dòng)部件的重量(N)，θb為步進(jìn)電機(jī)的步距角(rad)；&

42、lt;/p><p>　　這里，取μ=0.03(淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù))，η=0.96，Ps為絲杠牽引力，Ps=PH=58.066N，</p><p>　　考慮到重力的影響，Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此取G=GY=635.392N；</p><p>　　∴30.688N?mm</p><p>　　若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩：</

43、p><p><b>　　(2.13)</b></p><p>　　由公式(2.13)取安全系數(shù)為0.3，則：=102.293N?mm。</p><p>　　∴對(duì)于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī)：</p><p>　　=118.121N?mm (2.14)</p><p>

44、;　　(3)步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率:</p><p>　　=2500Hz (2.15)</p><p>　　(4)步進(jìn)電機(jī)所需功率的計(jì)算</p><p>　　∵工作臺(tái)最大快移速度為1.5m/min</p><p>　　∴步進(jìn)電機(jī)所需功率：</p><p>　　2.009W (2.

45、16)</p><p>　　因YS系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維修方便。兩個(gè)端蓋式軸承。絕緣級(jí)為E級(jí)，防護(hù)等級(jí)IP44，廣泛應(yīng)用在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備上，如小型機(jī)床、冶金、紡織、化工、醫(yī)療器械及日用電器。</p><p>　　其工作條件：環(huán)境溫度不超過(guò)40℃，最低-15℃；相對(duì)濕度不超過(guò)90%；海拔不超過(guò)1000m；電源頻率50Hz，電壓220/380V；工作方式S1；按I

46、MB14方式安裝(無(wú)底腳，有軸伸，端蓋上帶凸緣，凸緣有通孔，凸緣在D端，借凸緣安裝)。</p><p>　　所以，查表選用兩個(gè)YS4512型步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2.5：</p><p>　　表2.5 YS4512電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)[6]</p><p><b>　　2.5聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　1、選

47、擇一種合適的聯(lián)軸器類(lèi)型可考慮以下幾點(diǎn)[7]：</p><p>　　所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減震功能的要求；</p><p>　　聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大??；</p><p>　　兩軸相對(duì)位移的大小和方向；</p><p>　　聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境；</p><p>　　聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和

48、成本。</p><p>　　2、計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由于機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過(guò)載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca。計(jì)算轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算</p><p>　　Tca=KA·T (2.17)</p><p>　　公式(2.17

49、)中,T為公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩,N·m；KA為工作情況系數(shù),查表,選取KA=1.3；</p><p><b>　　根據(jù)公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩:</b></p><p>　　6 (2.18)</p><p>　　∴ 654.571N·mm</p

50、><p>　　故由公式（2.17）得計(jì)算轉(zhuǎn)矩為</p><p>　　Tca=1.3×54.571N·mm=70.942N·mm</p><p><b>　　3、確定聯(lián)軸器型號(hào)</b></p><p>　　首先根據(jù)為了補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移的考慮而選取聯(lián)軸器類(lèi)型為撓性聯(lián)軸器；再根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca，按照

51、</p><p>　　Tca≤[T] (2.19)</p><p>　　的條件，由聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)中選定該聯(lián)軸器的型號(hào)TGA-C28-6-10。上式(2.19)中的[T]為該型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩,具體尺寸數(shù)據(jù)參見(jiàn)表2.6。</p><p>　　表2.6 撓性聯(lián)軸器(TGA-C28-6-10)尺寸參數(shù)</p>

52、<p>　　注：表中各項(xiàng)所指示的零件尺寸部位參見(jiàn)圖2.7中所示。</p><p>　　圖2.7 撓性聯(lián)軸器示意圖</p><p><b>　　4、校核最大轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　根據(jù)被連接軸的轉(zhuǎn)速n不應(yīng)該超過(guò)所選聯(lián)軸器所允許的最高轉(zhuǎn)速nmax，參照表2.6中相關(guān)數(shù)值，得：TGA-C28-6-10滿(mǎn)足n≤nmax。<

53、/p><p>　　2.6數(shù)控工作臺(tái)三維造型裝配圖及其關(guān)鍵零部件圖</p><p>　　綜合上述分析及計(jì)算，運(yùn)用Solidworks軟件[8]，繪制數(shù)控工作臺(tái)的三維造型裝配圖及其關(guān)鍵零部件圖(另附圖紙作)。</p><p>　　其中，簡(jiǎn)述滾珠絲杠的繪制步驟：</p><p>　　1、打開(kāi)Solidworks軟件，新建Solidworks文件→零件，

54、如圖1a、1b所示。</p><p><b>　　圖1a</b></p><p><b>　　圖1b</b></p><p>　　2、打開(kāi)前視平面，繪制草圖1。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3、對(duì)草圖1使用旋轉(zhuǎn)命令，生成

55、旋轉(zhuǎn)體1。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　4、選取如圖所示平面。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　5、正視，繪制草圖2。</p><p><b>　　圖5</b></p><

56、;p>　　6、對(duì)草圖2使用拉伸切除命令，切除深度為3。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　7、切換到等軸測(cè)視角，選取圖示平面。</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　8、正視，繪制草圖3。</p><p><b&

57、gt;　　圖8</b></p><p>　　9、拉伸切除，切除深度為10。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　10、打開(kāi)前視平面， 繪制草圖4，保存退出草圖編輯狀態(tài)。</p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　11

58、、轉(zhuǎn)換到等軸測(cè)視角，選取圖示平面。</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　12、正視，繪制草圖5，保存退出草圖編輯狀態(tài)。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　13、選取特征→曲線(xiàn)→螺旋線(xiàn)/渦狀線(xiàn)命令繪制螺旋線(xiàn)，如圖13所示。</p>

59、<p><b>　　圖13</b></p><p><b>　　保存退出。</b></p><p><b>　　圖14</b></p><p>　　14、特征→掃描切除，輪廓選擇草圖4，路徑選擇螺旋線(xiàn)/渦狀線(xiàn)1，確定退出；滾珠絲杠繪制完成。</p><p><

60、b>　　圖15</b></p><p>　　3 數(shù)控工作臺(tái)關(guān)鍵零部件的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1滾珠絲杠的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　滾珠絲杠既有軸類(lèi)零件的加工特點(diǎn)，又具有一定的特殊性。滾珠絲杠是通過(guò)絲杠螺母副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為執(zhí)行件的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，它不僅要傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，而且要準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)滾珠絲杠的強(qiáng)度、精度和耐磨性都有較高的技術(shù)

61、要求[9]。</p><p>　　3.1.1滾珠絲杠加工工藝特點(diǎn)分析</p><p>　　(1)滾珠絲杠加工中，中心孔是定位基準(zhǔn)，但由于滾珠絲杠是柔性件，剛性很差，加工時(shí)還須增加輔助支承，將外圓表面與跟刀架相接觸，防止因切削力造成的工件彎曲變形[10]。分析跟刀架的結(jié)構(gòu)，可以知道：爪式跟刀架，用于外圓表面的車(chē)削與磨削；套式跟刀架，于磨削過(guò)的外圓接觸，用于滾珠絲杠螺紋的加工。同時(shí)，為了確保定

62、位基準(zhǔn)的精度、在工藝過(guò)程中[11]先后安排了四次修研中心孔工序。</p><p>　　(2)由于該滾珠絲杠為單件生產(chǎn)，要求較高，故加工工藝過(guò)程嚴(yán)格按照工序劃分階段的原則，將整個(gè)工藝過(guò)程分為五個(gè)階段：準(zhǔn)備和預(yù)先熱處理階段，粗加工階段，半精加工階段，精加工階段，終加工階段。</p><p>　　(3)為了消除殘余應(yīng)力，整個(gè)工藝過(guò)程安排了四次消除殘余應(yīng)力的熱處理，并嚴(yán)格規(guī)定機(jī)械加工和熱處理后不準(zhǔn)

63、冷校直，以防止產(chǎn)生殘余應(yīng)力。為了消除加工過(guò)程中的變形，每次加工后工件應(yīng)垂直吊放，并采用預(yù)留加工余量分層加工的方法，經(jīng)過(guò)多道工序逐步消除加工過(guò)程中引起的變形。</p><p>　　(4)在加工前須對(duì)該滾珠絲杠進(jìn)行嚴(yán)格的切試樣檢查。為了消除由于9Mn2V熱軋圓鋼金相組織不穩(wěn)定而引起的殘余應(yīng)力，安排了冰冷處理工序，使淬火后的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。同時(shí)，為了保證質(zhì)量，還安排了三次磁性探傷，檢查熱處理和磨削工序后零件是否

64、有微觀裂紋。</p><p>　　(5)由于滾珠絲杠螺紋[12]是關(guān)鍵部位，為防止因淬火應(yīng)力集中所引起的裂紋和避免螺紋在全長(zhǎng)上的變形而使磨削余量不均等弊病，不采用先粗車(chē)、再磨削螺紋的方法，而是經(jīng)熱處理后直接采用磨削螺紋工藝，即“全磨”加工方法，以確保螺紋加工精度。</p><p>　　3.1.2滾珠絲杠螺紋的加工方法</p><p>　　對(duì)于精密淬硬絲杠，應(yīng)采用“全

65、磨”加工方案，即絲杠光桿經(jīng)熱處理后，不經(jīng)車(chē)削，螺紋[13]全部用磨削而成?？紤]到加工中產(chǎn)生的彎曲和殘余應(yīng)力，磨削螺紋分成粗磨、半粗磨和精磨多道工序完成，每道工序切去很少的余量，同時(shí)切削用量逐漸減少，這樣不但可以逐漸減少切削力和殘余應(yīng)力，還可以減少“誤差復(fù)映”，提高加工精度。精密絲杠的最后終磨應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行，加強(qiáng)冷卻措施，加工后的測(cè)量也應(yīng)使用相應(yīng)的精密儀器。</p><p>　　螺紋磨削中影響導(dǎo)程(螺距)的因素

66、：</p><p>　　(1)產(chǎn)生周期誤差的原因 所謂周期誤差，是指滾珠絲杠在2π弧度內(nèi)的行程變動(dòng)量V2。產(chǎn)生的原因如下：</p><p>　?、俾菁y磨床從工件主軸到螺母絲杠的傳動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)精度，包括頭架主軸和頂尖的徑向圓跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)，齒輪副、蝸輪副的安裝誤差和運(yùn)動(dòng)誤差等。</p><p>　?、诠ぜ陌惭b誤差、中心孔和螺紋外圓的圓柱度及絲杠的彎曲振擺。</

67、p><p>　?、勐菁y磨床螺母絲杠副的軸向竄動(dòng)以及螺母絲杠副自身周期誤差對(duì)工件的影響。</p><p>　　(2)產(chǎn)生非漸近性局部誤差的原因 這類(lèi)誤差對(duì)滾珠絲杠是指V300、V0(V為螺紋長(zhǎng)度300mm和有效長(zhǎng)度內(nèi)的行程變動(dòng)量)。產(chǎn)生原因如下：</p><p>　?、俾菁y磨床的機(jī)械校正機(jī)構(gòu)失靈，螺距校正尺調(diào)整不當(dāng)或校正尺變形。</p><p>

68、　?、诼菁y磨床工作臺(tái)沿床身運(yùn)動(dòng)的直線(xiàn)性誤差、運(yùn)行平穩(wěn)性和爬行。</p><p>　?、酃ぜz杠材質(zhì)不均勻、熱處理后硬度不均勻，有“軟帶”和“硬點(diǎn)”。</p><p>　?、芎銣厥覂?nèi)溫控不準(zhǔn)確，在最后精磨過(guò)程中溫度波動(dòng)超出允許的范圍。</p><p><b>　?、萃饨绲母蓴_。</b></p><p>　　(3)產(chǎn)生漸近性

69、全長(zhǎng)累積誤差的原因 這類(lèi)誤差是指滾珠絲杠的e。原因如下：</p><p>　?、俾菁y磨床傳動(dòng)鏈誤差，螺紋交換掛輪計(jì)算的理論螺距與實(shí)際螺距的誤差。</p><p>　　②床身與工作臺(tái)的熱變形、機(jī)床螺母絲杠與工件絲杠熱變形不同步。</p><p>　?、墼谀ハ髀菁y一次進(jìn)給走刀過(guò)程中，砂輪磨損太快。</p><p>　　④工藝過(guò)程中前道工序的累積

70、誤差復(fù)映。</p><p>　　3.2滾珠絲杠的加工工藝過(guò)程</p><p>　　表3.1 滾珠絲杠加工工藝過(guò)程</p><p>　　3.3滾珠絲杠的檢驗(yàn)</p><p>　　滾珠絲杠的檢驗(yàn)是滾珠絲杠工藝中重要的內(nèi)容。滾珠絲杠的測(cè)量?jī)?nèi)容主要有螺紋牙形角的偏差、螺紋中徑和螺距誤差。選用測(cè)量工具時(shí)，一般以其測(cè)量的最大極限誤差不得超過(guò)被測(cè)尺寸公差的

71、1/5～1/10為準(zhǔn)。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　數(shù)控工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)的重要應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物。它已經(jīng)開(kāi)始在各個(gè)領(lǐng)域普及，并且它所帶來(lái)的巨大效益已引起世界各國(guó)科技與工業(yè)界的普遍重視。本文所設(shè)計(jì)說(shuō)明的數(shù)控工作臺(tái)是對(duì)數(shù)控機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的研究和分

72、析，是基于當(dāng)前數(shù)控技術(shù)要求的綜合和梳理的結(jié)果。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的開(kāi)始，考慮到對(duì)數(shù)控機(jī)床的了解不是很多，不太清楚數(shù)控工作臺(tái)與數(shù)控機(jī)床的協(xié)調(diào)機(jī)理，總體設(shè)計(jì)更是無(wú)從著手。在老師的指導(dǎo)和建議下，我耐心、細(xì)致地查閱了與數(shù)控技術(shù)相關(guān)的圖書(shū)資料，并在互聯(lián)網(wǎng)上參考了眾多的圖片及實(shí)物信息，從而在感官上對(duì)數(shù)控機(jī)床有了一個(gè)較好地認(rèn)識(shí)；再加上我還參加了“2012中國(guó)中部(鄭州)國(guó)際裝備制造業(yè)博覽會(huì)”，更是親眼目睹了數(shù)控工作臺(tái)

73、在數(shù)控機(jī)床上的動(dòng)作過(guò)程。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我遇到的一些難題，如：數(shù)控工作臺(tái)尺寸與工作行程之間協(xié)調(diào)關(guān)系的確定、滾珠絲杠軸徑與兩側(cè)支撐座上不同軸承孔之間的大小確定、滾珠絲杠加工工藝的流程設(shè)計(jì)、Solidworks軟件的實(shí)際操作的問(wèn)題等。但是，在老師和同學(xué)們的幫助下，我最終還是克服了心理上的畏懼，從而較好地解決了一系列看上去很難的問(wèn)題；并且通過(guò)設(shè)計(jì)的親自體驗(yàn)，也讓我感受到了選擇使用標(biāo)準(zhǔn)件的方法及其帶來(lái)的方便之處。</p><p

74、>　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期認(rèn)真地工作，我已完成數(shù)控工作臺(tái)三維造型設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵零部件的工藝設(shè)計(jì)。但，由于能力所限，再加上實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，在我的設(shè)計(jì)中一定會(huì)有一些不足之處，還請(qǐng)老師給予嚴(yán)格的教育和適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在楊漢嵩老師的悉心指導(dǎo)下完成的。楊漢嵩老師對(duì)于機(jī)械方面的知識(shí)的駕馭能力之大是讓我敬仰的，能

75、夠得到楊漢嵩老師的親自指導(dǎo)是我所期望的，于我而言，更是一個(gè)絕佳的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。</p><p>　　在我遇到困難的時(shí)候，我就會(huì)找到楊老師，請(qǐng)老師幫助我。他給予我的講解是詳細(xì)和有耐心的，讓我在獨(dú)自思考的前提下，指引著我的方向；我感受到的不僅是知識(shí)，更是老師的一片真心。我珍惜著這份師生情，在設(shè)計(jì)工作上，更是努力著、認(rèn)真地推進(jìn)著我的設(shè)計(jì)進(jìn)程，我懂得，我不能辜負(fù)了老師的期望，我一定得好好干。</p><p

76、>　　除了日常的必要指導(dǎo)和解釋?zhuān)瑮罾蠋熯€親自帶領(lǐng)我到理工實(shí)驗(yàn)大樓參觀了與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的教學(xué)儀器，并且為我提供了“2012中國(guó)中部(鄭州)國(guó)際裝備制造業(yè)博覽會(huì)”的參觀券，以使我對(duì)于數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)工作變得有了更加明確地方向，讓原先在我看來(lái)還是一頭霧水的事情變得簡(jiǎn)單了許多。</p><p>　　這些日子里，我發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是工作日還是休息日，楊老師基本上都是會(huì)在辦公室的，或辦公，或?qū)W習(xí)……這些點(diǎn)滴，我都看在眼里，記

77、在心里，時(shí)刻激勵(lì)和鞭策著我也要不斷地前進(jìn)，努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)，為符合一名當(dāng)代大學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)而繼續(xù)完善自我、永不止步。</p><p>　　最后，我想對(duì)所有在我成長(zhǎng)的路上給予我?guī)椭睦蠋煛⑼瑢W(xué)，說(shuō)一聲：謝謝你！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蔡厚道.數(shù)控機(jī)床構(gòu)造.北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.&l

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