曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 曲面加工定位基準(zhǔn)平面 自動(dòng)找正裝置設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2012 年 6 月 機(jī)電工程學(xué)院 飛行器制造工程 曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置設(shè)計(jì) 摘要： 隨著CAD、CAM技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控加工技術(shù)的迅速普及，越來(lái)越 多的零件加工需要對(duì)曲面進(jìn)行加工，而曲面零件在數(shù)控機(jī)床上的裝夾 定位成為曲面加工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng) 找正裝置正是為了解決這一問題。 本課題的主要工作是以數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的各軸的進(jìn)給方式為原 理，在數(shù)控在線檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)找正裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 并且對(duì)各零部件的連接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。先進(jìn)行各零件三維實(shí)體

2、造型， 然后將各部件裝配起來(lái)。同時(shí)根據(jù)夾具的相關(guān)知識(shí)，對(duì)裝置配套的夾 緊裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終畫出各部件的零件圖和工程圖。本題是對(duì)大學(xué) 學(xué)習(xí)的總結(jié)，學(xué)習(xí)了和鞏固了知識(shí)，對(duì)以后工作有重要的意義。 關(guān)鍵詞：曲面定位，在線檢測(cè)，夾具 The design of the device of surface processing position datum plane automatic find Abstract：With the development of CAD/CAM technology and the rapid popularization of NC machining technolo

3、gy, more and more parts of the surface processing need to carry on the processing, and the surface parts on the NC machine clamping positioning become curved surface processing technology development key technology. Surface processing position datum plane automatic find are device it is in order to

4、solve this problem. This topic is the main job of CNC machine feeding system of the axis of the way into the principle of the device to for the structure design, and parts of the connection mode design, to the parts three-dimensional molding, and then all the parts together. And according to the rel

5、ated knowledge fixture, form a complete set of equipment of clamping device design, final draw of all parts of the detail drawing and engineering drawings. Ontology is to study at the universitys summary, learn and consolidated the knowledge, to work after it is of important significance. Keywords:

6、Surface positioning, On-line inspection, Fixture 目 錄 1 緒論.1 1.1 曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置概述 .1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .1 1.3 本文重難點(diǎn)分析 .2 1.4 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程 .3 2 曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置的基本原理.4 2.1 數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu) .4 2.1.1 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng) .4 2.1.2 其它進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu) .8 2.1.3 進(jìn)給傳動(dòng)導(dǎo)軌 .9 2.2 數(shù)控機(jī)床對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 .10 2.3 進(jìn)給系統(tǒng)的裝配 .11 2.3.1 滾珠絲桿螺母副的安裝 .12 2.3.2 電動(dòng)機(jī)與絲桿

7、間的連接 .13 3曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置的整體設(shè)計(jì).14 3.1 絲杠的固定方式 .14 3.2 伺服電機(jī)與絲杠的連接 .15 3.3 電機(jī)與水平固定板的連接 .19 3.4 絲杠螺母與頂桿的連接 .19 3.5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .20 3.6 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .22 3.7 裝置的最終結(jié)構(gòu) .23 4 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)技術(shù).24 4.1 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成 .24 4.2 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)的工作原理 .26 4.3 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)編程 .26 4.4 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)仿真 .27 4.5 結(jié)束語(yǔ) .28 5 夾具的設(shè)計(jì).29 5.1 夾具設(shè)計(jì)的原則、原理 .29 5.1.

8、1 夾緊裝置的組成 .29 5.1.2 典型夾緊機(jī)構(gòu) .29 5.2 夾具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn) .29 5.2.1 對(duì)夾緊裝置的基本要求 .29 5.2.2 夾緊力的確定 .30 5.3 夾具設(shè)計(jì)的結(jié)果 .32 6 伺服電機(jī)的選型.35 6.1 機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則 .35 6.2 一般伺服電機(jī)選擇考慮的問題 .36 6.3 伺服電機(jī)選擇的步驟、方法以及公式 .37 6.4 伺服電機(jī)的選擇結(jié)果 .37 7 總結(jié)與展望.39 參 考 文 獻(xiàn).40 致 謝.42 1 1 緒論緒論 1.11.1 曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置概述曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置概述 制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)

9、業(yè)，是支撐整個(gè)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì) 發(fā)展的基石。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化， 普通機(jī)械將逐步被高效率、高精度的數(shù)控機(jī)械所替代。 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，工業(yè)產(chǎn)品越來(lái)越向多品 種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，同時(shí)具有復(fù)雜曲面的產(chǎn)品 也越來(lái)越多，復(fù)雜曲面的加工也越來(lái)越成為制約加工效率和開發(fā)周期 及生產(chǎn)周期的“瓶頸” 。 在柔性、小批量制造中，工件定位直接造成當(dāng)前制造技術(shù)的瓶頸， 因?yàn)楣ぜ{(diào)整、重新裝夾和尺寸在線檢測(cè)需要大量費(fèi)用。傳統(tǒng)的工件 裝夾方法是使用機(jī)械夾具和量規(guī)。但是，給定典型加工工件的精度需 求，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)和制造全新的專用夾具，這既需要時(shí)間又需要金錢 1

10、。特別地，對(duì)于難于識(shí)別參考點(diǎn)(或基準(zhǔn)特征)的復(fù)雜表面工件或復(fù) 雜、笨重的大型工件可能需要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)來(lái)裝夾卻只為了幾分鐘的 加工。同時(shí)，對(duì)于外形以自由曲面為主的毛胚，要實(shí)現(xiàn)其的精加工， 必須有一種復(fù)雜曲面精確定位的方法。找到該曲面的定位平面，實(shí)現(xiàn) 正確裝夾，否則會(huì)造成加工的不均勻，出現(xiàn)過(guò)切和欠切現(xiàn)象，廢品率 的提高。 為此，設(shè)計(jì)一種曲面加工定位自動(dòng)找正裝置，能夠滿足現(xiàn)今絕大 多少自由曲面的定位，并實(shí)現(xiàn)精確裝夾，從而實(shí)現(xiàn)零件的精加工。 1.21.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前在國(guó)內(nèi)外的夾具設(shè)計(jì)研究中，其研究對(duì)象主要集中在表面形 狀為平面、圓柱面、球面等一次、二次曲面較為規(guī)則的零件之上。夾

11、 具是用于將零件定位、夾緊，以保證零件與機(jī)床之間相對(duì)位置關(guān)系的 裝置。隨著用戶對(duì)產(chǎn)品可靠性、實(shí)用性、美觀性要求的不斷增加自由 曲面在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。諸如光學(xué)儀器、航空航天、 水利機(jī)械、車身設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都大量運(yùn)用了自由曲面。但是，國(guó)內(nèi)外有 關(guān)文獻(xiàn)對(duì)這一類夾具設(shè)計(jì)研究的報(bào)道不多，這在一定程度上反映了當(dāng) 前對(duì)表面形狀為自由曲面零件的夾具設(shè)計(jì)研究的不足。在對(duì)表面形狀 為自由曲面零件的夾具設(shè)計(jì)中的零件裝夾深人研究的基礎(chǔ)上，力圖在 一定程度上解決自由曲面零件夾具設(shè)計(jì)中的這一難題。 復(fù)雜曲面常見于航空、航天、汽車、模具以及水輪機(jī)葉片等產(chǎn)品 中，每種復(fù)雜曲面都各有其獨(dú)特的特點(diǎn)，與具有規(guī)則幾何形狀

12、的零件 相比，被加工復(fù)雜曲面如果缺乏清晰定義的基準(zhǔn)特征，將會(huì)使得加工 前的定位變得十分困難，或者若在工作臺(tái)上定位不當(dāng)，則會(huì)造成大幅 度的余量起伏，增加了后續(xù)加工的難度，嚴(yán)重影響零件的加工效率與 效益。因此在加工前完成毛坯與模型曲面間的最佳定位就顯得尤為重 要。實(shí)際上應(yīng)用曲面匹配技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜業(yè)面的加工檢測(cè)以及定 位安裝2。 加工零件在機(jī)床工作臺(tái)上的定位，是數(shù)控加工中一個(gè)重要的基礎(chǔ) 問題。傳統(tǒng)的定位、夾緊方法需要繁瑣的準(zhǔn)備和調(diào)整，往往很少的加 工量卻需要耗費(fèi)數(shù)小時(shí)進(jìn)行工件的定位安裝。當(dāng)加工自由曲面工件， 特別是復(fù)雜大型工件時(shí)，由于加工件變形大，這一問題顯得更加明顯. 與一般規(guī)則零件相比，其待

13、加工表面形狀極不規(guī)則，工件重量大，在 安裝時(shí)工件吊運(yùn)需要借助起重設(shè)備，因此導(dǎo)致零件的定位安裝工作量 比較大。如果零件在工作臺(tái)上定位不當(dāng)，則會(huì)造成加工余量不均，影 響工件的加工效率，增加工件的加工成本。 模具復(fù)雜曲面定位的好壞，使得模具加工時(shí)的加工余量盡可能均 勻。復(fù)雜曲面加工主要存在于航空、航天、造船、汽車、模具等機(jī)械 制造領(lǐng)域以及外觀要求美觀的產(chǎn)品中。復(fù)雜曲面在數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)以前 主要以手工方式制造，即通過(guò)手工放樣，手工打磨或輔助電脈沖的加 工方法來(lái)完成。為了便于在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)，還需要制作大量樣 板。因此，生產(chǎn)效率低，加工精度低，制造周期長(zhǎng)，成本高，很難滿 足實(shí)際生產(chǎn)的需要，而且嚴(yán)重影響

14、產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期。70 年代以后， 隨著數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，復(fù)雜曲面的加工通常采用數(shù)控銑削加工。80 年 代初期，隨著數(shù)控技術(shù)的提高以及五軸銑床的應(yīng)用，加工后的復(fù)雜曲 面精度較以前有所提高，但精加工工序仍采用手工打磨拋光的方式進(jìn) 行生產(chǎn)3。80 年代末期以后，由于高速數(shù)控加工技術(shù)、刀具技術(shù)的發(fā) 展，高速銑削加工的廣泛應(yīng)用，復(fù)雜曲面加工的精度、效率與以前相 比得到了很大的提高。高速加工應(yīng)用在塑膠模具復(fù)雜曲面加工后，甚 至不經(jīng)過(guò)手工打磨就可以達(dá)到使用的精度要求。但到目前為止，大型 的具有復(fù)雜曲面產(chǎn)品的加工如大型汽車覆蓋件模具等仍是普遍采用三 軸數(shù)控銑床加工，其半精加工、精加工后的精度以及加工效率仍有

15、待 提高4。 1.31.3 本文重難點(diǎn)分析本文重難點(diǎn)分析 復(fù)雜曲面的加工首先是定位安裝，定位安裝時(shí)一是要使得加工余 量盡可能的均勻，二是盡可能減少?gòu)?fù)雜曲面的加工余量，以提高復(fù)雜 曲面的加工效率。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在曲面匹配的應(yīng)用方法上，通常的 曲面匹配是尋找曲面上的點(diǎn)與曲面上的點(diǎn)進(jìn)行直接的匹配，這樣的結(jié) 果是在計(jì)算上比較復(fù)雜5。在匹配上是將匹配轉(zhuǎn)化為曲面上的點(diǎn)到特 定的平面上的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量點(diǎn)與理論曲面的匹配，從而實(shí)現(xiàn)工件的 定位，以便減少?gòu)?fù)雜曲面的加工余量，將曲面上的加工余量轉(zhuǎn)到底面 加工，減少曲面的加工余量，從而有利于高效加工。針對(duì)模具型面加 工余量不均勻的問題，提出將模具型面毛坯曲面測(cè)量數(shù)據(jù)

16、與毛坯設(shè)計(jì) 曲面及其等距面離散數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便確定優(yōu)先加工區(qū)域，可去除 原有無(wú)用的刀具路徑，減少空走刀路徑，提高數(shù)控加工的效率6。 1.41.4 本次本次畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程的過(guò)程 論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排如下； 首先，查找相關(guān)資料。我查找了曲面零件定位方法的相關(guān)資料和 零件裝夾的基本方法，并對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了認(rèn)真 分析，對(duì)課題的來(lái)源和研究背景進(jìn)行了研究，了解了國(guó)內(nèi)外曲面加工 定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置的發(fā)展現(xiàn)狀。 其次，在深入了解了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和零件裝夾方法的基 礎(chǔ)上，對(duì)裝置的結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，初步用三維造型軟件對(duì) 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了繪制。 再次，對(duì)裝置中各零部件進(jìn)

17、行了計(jì)算選型，用三維軟件對(duì)各零件 進(jìn)行繪制，最后用軟件將其裝配后，驗(yàn)證裝置的合理性。結(jié)構(gòu)合理后， 用二維軟件畫出各零件的零件圖，并畫出裝配圖。 最后，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，修改錯(cuò)誤，總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程中的得與失， 準(zhǔn)備答辯。 2 2 曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置的曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置的基本原理基本原理 2.12.1 數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置主要有：滾珠絲 杠螺母副、靜壓蝸桿-蝸母條、預(yù)加載荷雙齒輪-齒條及雙導(dǎo)程蝸桿等。 2.1.1 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng) 為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，必須減 少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)

18、靜摩擦力之差。為此，在中小型數(shù)控機(jī)床中， 滾珠絲杠螺母副是采用最普遍的結(jié)構(gòu)7。 (1）滾珠絲杠副的工作原理。滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng) 相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動(dòng)體的螺 旋傳動(dòng)元件。其結(jié)構(gòu)原理示意如圖，圖中絲杠和螺母上都加工有弧形 螺旋槽，將它們套裝在一起時(shí)，這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形 成了螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾 珠則既自轉(zhuǎn)又沿著滾道流動(dòng)。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來(lái)，在螺母 的滾道兩端用返回裝置（又稱回珠器）連接起來(lái)，使?jié)L珠滾動(dòng)數(shù)圈后 離開滾道，通過(guò)返回裝置返回其入口繼續(xù)參加工作，如此往復(fù)循環(huán)滾 動(dòng)。 （2）滾珠絲杠副的特

19、點(diǎn)。由以上滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)的工作過(guò)程， 可以明顯看出滾動(dòng)絲杠副的絲杠與螺母之間是通過(guò)滾珠來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)的， 使之成為滾動(dòng)摩擦，這是滾珠絲杠區(qū)別于普通滑動(dòng)絲杠的關(guān)鍵所在， 其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)： 1）傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá) 95%98%，是普通梯 形絲杠的 34 倍，功率消耗減少 2/33/4. 2）靈敏度高、傳動(dòng)平穩(wěn)。由于是滾動(dòng)摩擦，動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差極 小。因此低速不易爬行，高速傳動(dòng)平穩(wěn)。 3）定位精度高、傳動(dòng)剛度高。用多種方法可以消除絲杠螺母的軸 向間隙，使反向無(wú)空行程，定位精度高，適當(dāng)預(yù)緊后，還可以提高軸 向剛度。 4）不能自鎖、有可逆性。即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也能 將

20、直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此絲杠在垂直狀態(tài)使用時(shí)，應(yīng)增加制 動(dòng)裝置或平衡塊。 5）制造成本高。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度及表面粗糙度 等要求高，制造工藝較復(fù)雜，成本高8。 （3）滾珠絲杠副的循環(huán)方式。 常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)反向過(guò)程中，與絲杠滾道脫 離接觸的稱為外循環(huán)；而在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，滾珠始終與絲杠各表面 保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 外循環(huán)回流方式 內(nèi)循環(huán)回 流方式 圖 2.1 滾珠絲杠副的循環(huán)方式 1） 外循環(huán) 外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過(guò)程結(jié)束后通過(guò)螺母外表的螺旋槽或插管返 回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。 如圖 2.2 所示，外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式 主要有端蓋式、插管

21、埋入式、插管突出式和螺旋槽式。 如圖 2.2（a）所示為端蓋式。在螺母末端加工出以縱向孔，作為 滾珠的回程管道，螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進(jìn) 入回程管，形成循環(huán)。 如圖 2.2（b）所示為插管式。它用彎管作為返回管道，在螺母外 圓上裝有螺旋形的插管口，其兩端接入滾珠螺母工作始末兩端孔中， 以引導(dǎo)滾珠通過(guò)插管，形成滾珠的多圈循環(huán)鏈。這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。目前應(yīng)用最為廣泛，也 可用于重載傳動(dòng)系統(tǒng)中。 如圖 2.2（c）所示為螺旋槽式。它在螺母的外圓上銑出螺旋槽， 槽的兩端鉆出通孔并與螺紋管道相切，形成返回通道，這種結(jié)構(gòu)徑向 尺寸較小，但制造較復(fù)

22、雜。 圖 2.2 常用的外循環(huán)方式 （a）端蓋式（b）插管式（3）螺旋槽式 2）內(nèi)循環(huán) 如圖 3-8 所示為內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠 循環(huán)，它靠螺母上安裝的反向器接通相鄰兩滾道，形成一個(gè)閉合的循 環(huán)回路，使?jié)L珠成單圈循環(huán)。反向器 2 的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等，一般 有 24 個(gè)，且沿圓周等分分布。 這種類型的結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，滾珠流通性好，摩擦損失小效率 高；適用于高靈敏、高精度的進(jìn)給系統(tǒng)，不宜用于重載傳動(dòng)，且制造 較困難。 反向器有兩種類型：圓柱凸鍵反向器和扁圓鑲塊反向器。 如圖 2.3（a）所示為圓柱凸鍵反向器，他的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)， 端部開有反向槽。反向槽靠圓柱外圓面及其

23、上端的圓鍵定位，以保證 對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。 如圖 2.3（b）所示為扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵形 鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽，用鑲塊的外輪廓 定位。 兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及 縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要 求較高。 圖 2.3 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠 滾珠絲杠的螺旋滾道型面 螺旋滾道型面（即滾道法向截形）的形狀有多種，常見的截形有 單圓弧型面和雙圓弧型面兩種。 如圖 2.4 所示為螺旋滾道型面的簡(jiǎn)圖，圖中鋼球與滾道表面在接 觸點(diǎn)處的公法線與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為接觸角 ，理想接觸 角 =45。 圖 2.4

24、滾珠絲杠副螺旋滾道型面的形狀 （a）單圓?。╞）雙圓弧（c）矩形滾道 （4）滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊方法 滾珠絲杠副的軸向間隙，是指負(fù)載時(shí)滾珠與滾道型面接觸的彈性 變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和，它直接影響其傳動(dòng) 剛度和精度。 （5）滾珠絲杠副的使用防護(hù)。 滾珠絲杠副和其它滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)元件一樣，如有硬質(zhì)的灰塵或 切屑等臟物落進(jìn)滾道，就會(huì)妨礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)并加速磨損，因此有效地 防護(hù)密封和保持潤(rùn)滑油的清潔就顯得十分必要。常用的防塵密封裝置 有密封圈和防護(hù)罩相結(jié)合，密封圈系在滾珠螺母的兩端，和絲杠直接 接觸，其材料有毛氈圈、耐油橡皮或尼龍等，防塵效果好。但有接觸 壓力、摩擦力矩增加的

25、現(xiàn)象，所以有時(shí)采用非接觸式、由聚氯乙烯等 塑料制成的迷宮密封圈。 對(duì)于暴露在外面的絲杠一般采用伸縮套筒式、折疊式的塑料或人 造革等形式的防護(hù)罩，以防止空氣中塵?；蛘掣皆诮z杠表面。 滾珠絲杠副和普通滑動(dòng)絲杠螺母副一樣，要用潤(rùn)滑劑來(lái)提高耐磨 性及傳動(dòng)效率。潤(rùn)滑劑可分為潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂兩大類。潤(rùn)滑油可采用 一般機(jī)械油或 90180 號(hào)透平油或 140 號(hào)主軸油，經(jīng)過(guò)殼體上的油孔而 注入螺紋的空間內(nèi)。潤(rùn)滑脂可采用鋰基油脂，油脂則加在螺紋滾道和 安裝螺母的殼體空間內(nèi)。 2.1.2 其它進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu) （1）靜壓蝸桿-蝸母條傳動(dòng)。蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)是絲杠螺母機(jī)構(gòu)的 一種特殊形式，蝸桿可看作長(zhǎng)度很短的絲杠，蝸母條

26、則可看作一個(gè)很 長(zhǎng)的螺母沿軸向剖開后的一部分。 液體靜壓蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)是在蝸桿-蝸母條的嚙合齒面間注入壓 力油，以形成一定厚度的油膜，使兩嚙合面形成液體摩擦，特別適宜 重型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿相 聯(lián)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝸母條與運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)）相聯(lián)，以獲得往復(fù) 直線運(yùn)動(dòng)。這種形式常用于龍門式銑床的工作臺(tái)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。 （2）雙齒輪-齒條傳動(dòng)。齒輪-齒條是行程較長(zhǎng)的大型數(shù)控機(jī)床上 常用的進(jìn)給傳動(dòng)形式。適用于傳動(dòng)剛性要求高，傳動(dòng)精度不太高的場(chǎng) 合。采用齒輪-齒條傳動(dòng)時(shí)，必須采取消除齒側(cè)間隙的措施。通常采用 兩個(gè)齒輪 2，3 與齒條嚙合的方法，專用的預(yù)加載機(jī)構(gòu)使兩齒輪以相

27、反 方向預(yù)轉(zhuǎn)過(guò)微小的角度，使兩齒輪分別與齒條的兩側(cè)齒面貼緊，從而 消除間隙。 （3）雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)。為了擴(kuò)大工藝范圍，提高生產(chǎn)效率，數(shù)控 機(jī)床除了直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還有圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?？捎苫剞D(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái) 實(shí)現(xiàn)，其進(jìn)給傳動(dòng)一般采用蝸輪-蝸桿傳動(dòng)。用于這種傳動(dòng)的蝸輪-蝸 桿除應(yīng)有較高的制造精度和裝配精度外，還要采取一定的措施來(lái)消除 蝸輪-蝸桿副的傳動(dòng)間隙，通常的方法是雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)。它的嚙合原 理與普通蝸桿-蝸輪傳動(dòng)無(wú)本質(zhì)的差別，區(qū)別在于蝸桿的左右齒面具有 不同的節(jié)距（導(dǎo)程） ，而同側(cè)齒面的節(jié)距（導(dǎo)程）是相等的，各齒中間 點(diǎn)節(jié)距 L0（導(dǎo)程）也是相等的。如左側(cè)齒面的節(jié)距為 Ll = L0 -L 時(shí)，

28、而右側(cè)齒面的節(jié)距為 Lr = L0 +L，比左側(cè)都大了 2L 的數(shù)值，這就 會(huì)造成蝸桿的齒面從左到右逐漸變厚。與之嚙合的蝸桿則和普通蝸輪 一樣，當(dāng)蝸桿沿軸向向左移動(dòng)時(shí)，嚙合間隙逐漸減小直至消除。 2.1.3 進(jìn)給傳動(dòng)導(dǎo)軌 導(dǎo)軌是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，它對(duì)數(shù)控機(jī)床的剛度、精 度與精度保持性等有著重要地影響，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌，對(duì)導(dǎo)向精 度、精度保持性、摩擦特性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和靈敏度都有更高地要求， 在材料和結(jié)構(gòu)上起了“質(zhì)”地變化，已不同于普通機(jī)床的導(dǎo)軌。 1、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 為了進(jìn)一步降低普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，防止低速爬行，提高 定位精度，為此在數(shù)控機(jī)床上普遍采用塑料作為滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料，使

29、原來(lái)鑄鐵-鑄鐵的滑動(dòng)變?yōu)殍T鐵-塑料或鋼-塑料的滑動(dòng)。 塑料軟帶：也稱聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，導(dǎo)軌材料是以聚四氟乙烯 為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟 帶狀，厚度約 1.2mm。 塑料軟帶用特殊的粘結(jié)劑粘貼在短的或動(dòng)導(dǎo)軌上，它不受導(dǎo)軌形 狀的限制，各種組合形狀的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘貼；導(dǎo)軌各個(gè)面，包括下 壓板面和鑲條也均可以粘貼。 由于這類導(dǎo)軌軟帶采用粘貼的方法，習(xí)慣上也稱為“貼塑導(dǎo)軌” 。 （2）塑料涂層。是以環(huán)氧樹脂為基體，加入鐵粉、二硫化鉬和膠 體石墨，加入增塑劑，混合成液膏狀為一組份，與固化劑為另一組份， 而組成的雙組份塑料涂層。 由于這類涂層導(dǎo)軌采用涂刮或注入膏狀塑料

30、的方法，習(xí)慣上也稱 為“涂塑導(dǎo)軌”或“注塑導(dǎo)軌” 。 （3）塑料導(dǎo)軌的特點(diǎn)。 1)摩擦特性好。2)耐磨性好。3)減振性好。4)工藝性好。 除此之外，塑料導(dǎo)軌還以其良好的經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低， 目前在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛地使用。 2、滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面之間安裝滾動(dòng)體（滾珠、滾柱和滾針） ， 與滾珠絲杠的工作原理類似，使兩導(dǎo)軌面之間形成的摩擦為滾動(dòng)摩擦。 動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，幾乎不受運(yùn)動(dòng)速度變化的影響。 3、靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌是在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運(yùn)動(dòng)件浮 起。工作過(guò)程中，導(dǎo)軌面上油腔中的油壓能隨著外加負(fù)載的變化自動(dòng) 調(diào)節(jié)，以平衡外負(fù)荷，保證導(dǎo)軌面始終處于純液

31、體摩擦狀態(tài)。 靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極?。s為 0.0005） ，功率消耗少，由于系 統(tǒng)液體摩擦，故導(dǎo)軌不會(huì)磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長(zhǎng)。 油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性好、吸振性良 好，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，既無(wú)爬行，也不產(chǎn)生振動(dòng)。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 并需要有一個(gè)具有良好過(guò)濾效果的液壓裝置，制造成本較高。目前， 靜壓導(dǎo)軌較多地應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。 2.22.2 數(shù)控機(jī)床對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等，在設(shè)計(jì)機(jī) 械傳動(dòng)裝置時(shí)，提出如下要求。 （1）高傳動(dòng)精度與定位精度 （2）寬的進(jìn)給調(diào)速范圍 （3）響應(yīng)速度要快

32、（4）無(wú)間隙傳動(dòng) （5）穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng) （6）大的轉(zhuǎn)矩輸出 （7）機(jī)床可逆運(yùn)行。 （8）減小運(yùn)動(dòng)慣量 （9）減小摩擦阻力 （10）使用維護(hù)方便 （11）高諧振 2.32.3 進(jìn)給系統(tǒng)的裝配進(jìn)給系統(tǒng)的裝配 裝配是按規(guī)定的技術(shù)要求,將零件或部件進(jìn)行配合和聯(lián)系,使之成 為半成品或成品的工藝過(guò)程。整機(jī)裝配是生產(chǎn)過(guò)程中的最后一個(gè)階段 ,它 包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作 ,且產(chǎn)品的最終質(zhì)量由裝配保證。 裝配的工藝配合法和工作組織形式是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、零件大小、 制造精度、生產(chǎn)規(guī)模等因素來(lái)選擇的。工藝配合法與尺寸鏈的解算密 切相關(guān)。選擇工藝配合法需找出裝配的全部尺寸鏈,結(jié)合設(shè)計(jì)要求和制 造的經(jīng)濟(jì)性,經(jīng)

33、過(guò)合理的技術(shù)計(jì)算,把封閉環(huán)的公差值分配給各組成環(huán), 確定各環(huán)的公差和極限尺寸。裝配的最終精度,從有關(guān)尺寸鏈的解算而 獲得。 工藝配合法分為四種: (1) 互換裝配法; (2) 選配法; (3) 修配 法; (4) 調(diào)整法。 互換裝配法是在裝配時(shí)各配合零件不經(jīng)修理、選擇或調(diào)整即可達(dá) 到裝配精度的方法。其實(shí)質(zhì)就是用控制零件的加工誤差的方法來(lái)保證 裝配精度。軍工所目前多為單件小批量生產(chǎn)方式,因而裝配中為保證質(zhì) 量大多數(shù)選用互換裝配法。穩(wěn)定平臺(tái) 中關(guān)鍵件縱橫搖的空間正交精度0. 02mm ,同軸度為0. 03mm 和0. 04mm ,就是靠加工予以保證的。重要件方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(轉(zhuǎn)動(dòng)部分波導(dǎo)管 和固定部分

34、波導(dǎo)管) 中的主要精度尺寸,是經(jīng)兩部分波導(dǎo)裝配后,通過(guò) 精心換算工藝尺寸鏈,靠加工予以保證的。其中尺寸鏈的解算略。選配 法(適用于大批量生產(chǎn)方式)選配法是將尺寸鏈中組成環(huán)的公差放大到 經(jīng)濟(jì)可行的程度,然后選擇合適的零件進(jìn)行裝配,以保證規(guī)定的精度。 它按形式不同可分為三類:直接選配法、分組選配法和復(fù)合選配法,如 屏蔽罩等。 修配法是在裝配時(shí),根據(jù)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果,改變尺寸鏈中某預(yù)定的 修配件(修配環(huán)) 的尺寸,使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定的裝配精度的方法。如波 導(dǎo)管與法蘭盤、軸與軸承等的配合均采用此法。 調(diào)整法是將尺寸鏈中組成環(huán)在按經(jīng)濟(jì)加工的加工精度確定公差時(shí), 選擇其中一個(gè)或幾個(gè)適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)件(調(diào)節(jié)環(huán))

35、進(jìn)行調(diào)整,來(lái)保證規(guī) 定的裝配精度要求。這種調(diào)整件可起到補(bǔ)償裝配累積誤差的作用,故亦 稱補(bǔ)償件。如偏心軸承套、軸承端蓋、鎖緊 螺母等。 2.3.1 滾珠絲桿螺母副的安裝 （1）一端裝推力軸承（固定自由式） 如圖 a 所示，這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，只適用 于短絲杠，一般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的立向（垂 直）坐標(biāo)中。 （2）一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承（固定支承式） 如圖 b 所示，這種方式可用于絲杠較長(zhǎng)的情況。應(yīng)將推力軸承遠(yuǎn) 離液壓馬達(dá)等熱源及絲杠上的常用段，以減少絲杠熱變形有影響。 （3）兩端裝推力軸承（單推單推式或雙推單推式） 如圖 c 所示，把推力軸承裝在滾

36、珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力， 這樣做的好處是：這樣有助于提高剛度，絲杠不會(huì)因溫升而伸長(zhǎng)，從 而保持絲杠的精度；減少絲杠因自重引起的彎曲變形；在推力軸承預(yù) 緊力大于絲杠最大軸向載荷 1/3 的條件下，絲杠拉壓剛度可提高四倍。 但這種安裝方式對(duì)絲杠的熱變形較為敏感，軸承的壽命較兩端裝推力 軸承及向心球軸承方式低。 （4）兩端裝推力軸承及深溝球軸承（固定固定式） 如圖 d 所示，為使提高絲杠的剛度，它的兩端可用雙重支承，即 推力軸承加深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式不能精確地 預(yù)先測(cè)定預(yù)緊力，預(yù)緊力的大小是由絲杠的溫度變形轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的， 絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。但設(shè)計(jì)時(shí)要求提高

37、推力軸承 的承載能力和支架剛度。 圖 2.5 滾珠絲杠的支撐方式 滾珠絲杠的支撐方式 (a)僅一端裝推力軸承; (b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸 承； (c)兩端裝推力軸承; (d)兩端裝推力軸承和深溝球軸承 近年來(lái)出現(xiàn)一種滾珠絲杠軸承，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。這是一種能 夠承受很大軸向力的特殊角接觸球軸承，與一般角接觸球軸承相比， 接觸角增大到 600，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。 這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高兩倍以上，使用極 為方便。產(chǎn)品成對(duì)出售，而且在出廠時(shí)已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度，裝 配調(diào)試時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時(shí)已經(jīng) 調(diào)整好的預(yù)緊力，使用

38、極為方便。 2.3.2 電動(dòng)機(jī)與絲桿間的連接 數(shù)控機(jī)床進(jìn)過(guò)傳動(dòng)對(duì)位置精度、快速響應(yīng)性能、調(diào)速范圍有較高 的要求：實(shí)現(xiàn)進(jìn)給傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)主要有三種：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服 電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床， 交流伺服電動(dòng)機(jī)作為比較理想的執(zhí)行元件正逐步替代直流伺服電動(dòng)機(jī)。 當(dāng)采用不同的執(zhí)行元件時(shí)，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)會(huì)有所不同。電動(dòng)機(jī)與 絲桿間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖所示。 1）齒輪傳動(dòng)方式 數(shù)控機(jī)床在進(jìn)給傳動(dòng)裝置中一般采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降 速要求，由于齒輪存在一定的齒側(cè)間隙，會(huì)使運(yùn)動(dòng)造成反向傳動(dòng)間隙， 對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副 常

39、采用消隙機(jī)構(gòu)來(lái)盡量減小齒側(cè)間隙。 2）同步帶輪傳動(dòng)形式 這種聯(lián)接形式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。同步帶輪傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈 傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但只能適用于 低轉(zhuǎn)矩特性要求的場(chǎng)合，安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶宇帶輪的制造工 藝復(fù)雜。 3）聯(lián)軸器傳動(dòng)型式 通常電動(dòng)機(jī)軸宇絲桿之間采用錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)接或高精度聯(lián)軸器聯(lián)接， 從而使進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度，并大大簡(jiǎn)化了傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)中，普遍采 用這種聯(lián)接方式。 3 3曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置的整體設(shè)計(jì)曲面加工定位基準(zhǔn)平面自動(dòng)找正裝置的整體設(shè)計(jì) 根據(jù)數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的原理，用伺服電機(jī)

40、帶動(dòng)螺母絲杠副，從 而支撐起曲面毛胚，如圖 3.1 所示。 圖 3.1 自動(dòng)找正裝置工作原理 3.13.1 絲杠的固定方式絲杠的固定方式 用三個(gè)螺母絲杠的運(yùn)動(dòng)來(lái)尋找毛胚的位置，絲杠的固定方式有多 種，如圖 3.2 所示 圖 3.2 絲杠的固定方式 考慮到裝置對(duì)精度和準(zhǔn)確度的要求較高，宜采用兩端固定的方式。 絲杠通過(guò)角接觸球軸承固定，保證了絲杠可繞 z 軸自由旋轉(zhuǎn)，然后通 過(guò)軸承套和軸承端蓋把軸承和絲杠固定在水平固定板上。結(jié)構(gòu)如圖所 示，自上而下，依次為絲杠、軸承端蓋、軸承、軸承套、水平固定板。 圖 3.3 絲杠的裝配方式 3.23.2 伺服電機(jī)與絲杠的連接伺服電機(jī)與絲杠的連接 屬于軸類連接，采

41、用聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器-用于將兩軸聯(lián)接在 一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離，只有在機(jī)器停車時(shí)才可將兩軸分離。 聯(lián)軸器的分類： 一、剛性聯(lián)軸器 （1）凸緣聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器通過(guò)鍵與軸相連，用螺栓將兩個(gè)半聯(lián)軸器的凸 緣連接在一起。 2）形式：普通凸緣聯(lián)軸器靠鉸制孔螺栓對(duì)中。 有對(duì)中榫的凸緣聯(lián)軸器靠榫頭對(duì)中。 3）制造與安裝要求：半聯(lián)軸器的凸緣端面應(yīng)與軸線垂直，安裝時(shí) 應(yīng)使兩軸精確對(duì)中。 4）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、傳遞扭矩較大，但不能緩沖減震。 5）應(yīng)用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸連接。 圖 3.4 凸緣聯(lián)軸器 （2）套筒聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：用一個(gè)套筒通過(guò)鍵將兩軸連接在一起。用緊定螺釘來(lái)實(shí) 現(xiàn)軸向固定

42、。 2）形式：半圓鍵、普通平鍵 3）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、傳遞扭矩較大，但不能緩沖減震。 圖 3.5 套筒聯(lián)軸器 （3）夾殼聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：將套筒做成剖分夾殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)擰緊螺栓產(chǎn)生的預(yù)緊力 使兩夾殼與軸聯(lián)接，并依靠鍵以及夾殼與軸表面之間的摩擦力來(lái)傳遞 扭矩。 2）特點(diǎn)：無(wú)需沿軸向移動(dòng)即可方便裝拆，外形復(fù)雜且不易平衡， 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力。 3）應(yīng)用：用于低速傳動(dòng)軸，常用于垂直傳動(dòng)軸的聯(lián)接。 圖 3.6 夾殼聯(lián)軸器 二、撓性聯(lián)軸器 （1）十字滑塊聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：兩個(gè)端面開有徑向凹槽的半聯(lián)軸器，兩端各具有凸榫的 中間滑塊，且兩端榫頭互相垂直，嵌入凹槽中，構(gòu)成移動(dòng)副。 2）工作原理：當(dāng)兩

43、軸存在不對(duì)中和偏斜時(shí)，滑塊將在凹槽內(nèi)滑動(dòng)。 3）優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易?；瑝K因偏心產(chǎn)生離心力和磨損， 并給軸和軸承帶來(lái)附加動(dòng)載荷。 圖 3.7 十字滑塊聯(lián)軸器 （2）滑塊聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：與十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)相似，只是溝槽很寬，中間為不 帶凸牙的方形滑塊，其材料為夾布膠木。 2）工作特點(diǎn)：由于中間滑塊質(zhì)量小，且有彈性，故允許較高的極 限轉(zhuǎn)速。 3）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊。 4）應(yīng)用：適用于小功率，高轉(zhuǎn)速而無(wú)劇烈沖擊的場(chǎng)合。 (3)齒式聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：兩個(gè)有內(nèi)齒的外殼，兩個(gè)有外齒的套筒，兩者齒數(shù)相同， 外齒做成球形齒頂?shù)难凝X。套筒與軸用鍵接，兩外殼用螺栓聯(lián)接。 兩端密封，空腔內(nèi)儲(chǔ)存潤(rùn)滑

44、油。 2）功用：能補(bǔ)償軸不對(duì)中和偏斜。 圖 3.8 齒式聯(lián)軸器 (4)鏈條聯(lián)軸器 1）應(yīng)用：用于重型傳動(dòng)。 2）結(jié)構(gòu)：利用一條公用的雙排鏈條同時(shí)與兩個(gè)齒數(shù)相同的并列鏈 輪嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)兩半鏈軸器的聯(lián)接。 (5)萬(wàn)向聯(lián)軸器 1）作用：用于傳遞兩相交軸之間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，而且在傳動(dòng)過(guò)程 中，兩軸之間的夾角還可以改變。共軸、有夾角 2）應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床等機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中。 (1)彈性套柱銷聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：外觀與凸緣聯(lián)軸器相似，用帶橡膠彈性套的柱銷聯(lián)接兩個(gè) 半聯(lián)軸器。 (2)彈性柱銷聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：用尼龍制成的柱銷置于兩個(gè)半聯(lián)軸器凸緣的孔中。結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、更換柱銷方便。 2）特點(diǎn)：上述兩種聯(lián)軸器的

45、動(dòng)力通過(guò)彈性元件傳遞，緩和沖擊、 吸收振動(dòng)。 3）應(yīng)用：適用于正反向變化多，啟動(dòng)頻繁的高速軸。能補(bǔ)償較大 的軸向位移，并允許微量的徑向位移和角位移。 (3)）輪胎式彈性聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：中間為橡膠制成的輪胎環(huán)，用止退墊板與半聯(lián)軸器聯(lián)接。 2）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于變形。允許較大的綜合 hdv x 位移。 3）應(yīng)用：適用于啟動(dòng)頻繁、正反向運(yùn)轉(zhuǎn)、有沖擊振動(dòng)、有較大軸 向位移、潮濕多塵的場(chǎng)合。 (4)梅花形彈性聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器與軸的配合可以做成圓柱形或圓錐形，中間的彈性元 件形狀似梅花，故得名。選用不同硬度的矩胺酯橡膠，鑄形尼龍等材 料制造。 (5)膜片聯(lián)軸器 1）結(jié)構(gòu)：彈性元件為多個(gè)環(huán)形金屬薄

46、片疊合而成的膜片組，膜片 圓周上有若干個(gè)螺栓孔。用鉸制孔螺栓交錯(cuò)間隔與半聯(lián)軸器聯(lián)接。 2）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、彈性元件的聯(lián)接之間沒有間隙，不需要潤(rùn)滑， 維護(hù)方便、質(zhì)量小、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。但扭轉(zhuǎn)減振性能差。 3）應(yīng)用：主要用于載荷平穩(wěn)的高速傳動(dòng)。如直升機(jī)尾翼軸。 綜合分析，采用十字滑塊聯(lián)軸器，不僅能夠使兩軸準(zhǔn)確連接，同 時(shí)可以滿足剛度和強(qiáng)度要求，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，有很強(qiáng)的互 換性。 3.33.3 電機(jī)與水平固定板的連接電機(jī)與水平固定板的連接 由于伺服電機(jī)與絲杠用聯(lián)軸器連接，受軸的長(zhǎng)度影響，無(wú)法直接 固定在水平固定板上，需要設(shè)計(jì)一個(gè)裝置，可以裝下聯(lián)軸器，通過(guò)該 裝置可以使伺服電機(jī)和水平固定板間

47、接連接起來(lái)。 圖 3.9 電機(jī)與水平固定板的連接 3.43.4 絲杠螺母與頂桿的連接絲杠螺母與頂桿的連接 為了將毛胚準(zhǔn)確的支撐起來(lái)，這就需要準(zhǔn)確的將頂桿安裝在絲杠 螺母上，但是由于結(jié)構(gòu)的特殊性，無(wú)法將頂桿直接安裝在螺母上，這 就需要我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)方箱，將方箱安裝在絲杠螺母上，然后將頂桿安 裝在方箱上，這樣就可以準(zhǔn)確的將毛胚支撐。 圖 3.10 絲杠螺母與頂桿的連接 3.53.5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 考慮到這個(gè)結(jié)構(gòu)可能造成受力不均的問題，在支柱的另一側(cè)設(shè)計(jì) 一個(gè)導(dǎo)軌，使螺桿受力合理。 導(dǎo)軌副：機(jī)床上兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合面組成一對(duì)導(dǎo)軌副。動(dòng)導(dǎo) 軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌只有一個(gè)自由度。 （1）導(dǎo)軌的功用：導(dǎo)

48、向和承載。 導(dǎo)軌主要用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。 （2）導(dǎo)軌的截面形狀與組合 直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀：主要有三角形、矩形、燕尾形、圓 柱形，都有凹凸之分。 圖 3.11 導(dǎo)軌的截面形狀 1） 形導(dǎo)軌：磨損后，能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，導(dǎo)向精度隨其頂角的減小 而提高，但頂角的減小使承載能力和剛性下降；三角形導(dǎo)軌的制 造工藝較復(fù)雜。 2） 矩形導(dǎo)軌：承載能力大，剛性較高，形狀規(guī)則，制造和維修方 便；但矩形導(dǎo)軌側(cè)面有間隙，導(dǎo)向精度較低。 3） 燕尾形導(dǎo)軌：高度尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，能承受顛覆力矩；但燕 尾形導(dǎo)軌磨擦阻力大，制造工藝復(fù)雜。 4） 圓柱形導(dǎo)軌：導(dǎo)向性好，剛性高；但其制造精度要求較高，磨

49、 損后，導(dǎo)軌間隙調(diào)整較困難。 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求： 導(dǎo)軌性能的好壞，直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用壽 命。 （1）導(dǎo)向精度 1）導(dǎo)向精度:指動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確度。 它是保證導(dǎo)軌工作質(zhì) 量的前提，是對(duì)導(dǎo)軌的基本要求。 2）影響因素:導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度、結(jié)構(gòu)型式、裝配質(zhì)量、 導(dǎo)軌與支承件的剛度、熱變形及油膜剛度（指動(dòng)、靜壓導(dǎo)軌） 。 （2）精度保持性（耐磨性） 影響精度保持性的主要因素是磨損。 必須提高導(dǎo)軌的耐磨性，盡可能減小導(dǎo)軌的磨損的不均勻程度 （沿導(dǎo)軌全長(zhǎng)的均勻和不均勻磨損都會(huì)影響其精度） ，并使磨損后能自 動(dòng)補(bǔ)償或調(diào)整。 影響因素：導(dǎo)軌的材料、熱處理、加工的工藝方法、磨擦性質(zhì)

50、及受力 情況（即導(dǎo)軌的比壓、潤(rùn)滑和防護(hù)）等有關(guān)。 （3）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性， 即不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 1）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)爬行，影響被加工工件的粗糙度、加工精度。 2）定位運(yùn)動(dòng)爬行，將降低定位精度。 3）垂直運(yùn)動(dòng)不可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 4）影響因素：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、潤(rùn)滑；動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值； 運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量；傳動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈的剛度等。 消除爬行現(xiàn)象的主要措施： 減少動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的之差和改變動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度變化的特性。 1）用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦； 2）采用卸荷導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌； 3）采用減摩材料； 4）采用導(dǎo)軌油。 （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，提高傳

51、動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度。 1）在可能的情況下，應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和維護(hù)。 2）對(duì)于刮研導(dǎo)軌，應(yīng)盡量減少刮研量。 3）對(duì)于鑲裝導(dǎo)軌，應(yīng)做到更換容易。 3.63.6 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到裝置設(shè)計(jì)的通用性和制作的工藝性，采用一個(gè)底板、兩個(gè) 水平固定板、兩個(gè)壁板的結(jié)構(gòu)。上、下水平固定板用來(lái)將絲杠螺母固 定，并用于安裝導(dǎo)軌，保證結(jié)構(gòu)受力的均勻。 圖 3.12 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.73.7 裝置的最終結(jié)構(gòu)裝置的最終結(jié)構(gòu) 圖 3.13 裝置的最終結(jié)構(gòu) 4 4 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)技術(shù)數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)技術(shù) 數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物，每當(dāng)一批零件開始加工時(shí)， 有大量的檢測(cè)需要完成，包括夾具和零件的

52、裝卡、找正、零件編程原 點(diǎn)的測(cè)定、首件零件的檢測(cè)、工序間檢測(cè)及加工完畢檢測(cè)等。目前完 成這些檢測(cè)工作的主要手段有手工檢測(cè)、離線檢測(cè)和在線檢測(cè)。在線 檢測(cè)也稱實(shí)時(shí)檢測(cè)，是在加工的過(guò)程中實(shí)時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行檢測(cè)，并依據(jù) 檢測(cè)的結(jié)果做出相應(yīng)的處理。在線檢測(cè)是一種基于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的 檢測(cè)技術(shù)，其檢測(cè)過(guò)程由數(shù)控程序來(lái)控制。閉環(huán)在線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是： 能夠保證數(shù)控機(jī)床精度，擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床功能，改善數(shù)控機(jī)床性能，提 高數(shù)控機(jī)床效率。 4.14.1 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)分為兩種，一種為直接調(diào)用基本宏程序， 而不用計(jì)算機(jī)輔助；另一種則要自己開發(fā)宏程序庫(kù)，借助于計(jì)算機(jī)輔

53、 助編程系統(tǒng)，隨時(shí)生成檢測(cè)程序，然后傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖 1 所示。 圖 4.1 計(jì)算機(jī)輔助在線檢測(cè)系統(tǒng)組成 數(shù)控機(jī)床的在線檢測(cè)系統(tǒng)由軟件和硬件組成。硬件部分通常由以 下幾部分組成： (1) 機(jī)床本體 機(jī)床本體是實(shí)現(xiàn)加工、檢測(cè)的基礎(chǔ)，其工作部件是實(shí)現(xiàn)所需基本 運(yùn)動(dòng)的部件，它的傳動(dòng)部件的精度直接影響著加工、檢測(cè)的精度。 (2) 數(shù)控系統(tǒng) 目前數(shù)控機(jī)床一般都采用 CNC 數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是輸入存儲(chǔ)、 數(shù)控加工、插補(bǔ)運(yùn)算以及機(jī)床各種控制功能都通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算 機(jī)與其他裝置之間可通過(guò)接口設(shè)備聯(lián)接，當(dāng)控制對(duì)象或功能改變時(shí)， 只需改變軟件和接口。CNC 系統(tǒng)一般由中央處理存儲(chǔ)器和輸入輸

54、出接 口組成，中央處理器又由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器和總線組成。 (3)伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給 位置伺服控制和主軸轉(zhuǎn)速(或位置)伺服控制。伺服系統(tǒng)的性能是決定 機(jī)床加工精度、測(cè)量精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素。 (4)測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)有接觸觸發(fā)式測(cè)頭、信號(hào)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成， 是數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響著在線檢測(cè)的精度。 其中關(guān)鍵部件為測(cè)頭，使用測(cè)頭可在加工過(guò)程中進(jìn)行尺寸測(cè)量，根據(jù) 測(cè)量結(jié)果自動(dòng)修改加工程序，改善加工精度，使得數(shù)控機(jī)床既是加工 設(shè)備，又兼具測(cè)量機(jī)的某種功能。 目前常用的雷尼紹測(cè)頭，是英國(guó)雷尼紹公司的產(chǎn)品，如

55、圖 2 所示。 它們用于數(shù)控車床、加工中心，數(shù)控磨床、專機(jī)等大多數(shù)數(shù)控機(jī)床上。 測(cè)頭按功能可分為工件檢測(cè)測(cè)頭和刀具測(cè)頭；按信號(hào)傳輸方式可分為 硬線連接式、感應(yīng)式、光學(xué)式和無(wú)線電式；按接觸形式可分為接觸測(cè) 量和非接觸測(cè)量。用戶可根據(jù)機(jī)床的具體型號(hào)選擇合適的配置。 圖 4.2 雷尼紹 RMP60 無(wú)線電式測(cè)頭 (5)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 在線檢測(cè)系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和處理、檢測(cè)數(shù)控 程序的生成、檢測(cè)過(guò)程的仿真及與數(shù)控機(jī)床通信等功能。在線檢測(cè)系 統(tǒng)考慮到運(yùn)行目前流行的 Windows 和 CAD/CAM/CAPP/CAM 以及 VC+等 軟件，以及減少測(cè)量結(jié)果的分析和計(jì)算時(shí)間，一般采用 Penti

56、um 級(jí)別 以上的計(jì)算機(jī)。 4.24.2 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)的工作原理數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)的工作原理 實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的在線檢測(cè)時(shí)，首先要在計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)上自 動(dòng)生成檢測(cè)主程序，將檢測(cè)主程序由通信接口傳輸給數(shù)控機(jī)床，通過(guò) G31 跳步指令，使測(cè)頭按程序規(guī)定路徑運(yùn)動(dòng)，當(dāng)測(cè)球接觸工件時(shí)發(fā)出 觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)測(cè)頭與數(shù)控系統(tǒng)的專用接口將觸發(fā)信號(hào)傳到轉(zhuǎn)換器， 并將觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳給機(jī)床的控制系統(tǒng)，該點(diǎn)的坐標(biāo)被記錄下來(lái)。 信號(hào)被接收后，機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)通過(guò)通信接口傳回計(jì)算 機(jī)，然后進(jìn)行下一個(gè)測(cè)量動(dòng)作。上位機(jī)通過(guò)監(jiān)測(cè) CNC 系統(tǒng)返回的測(cè)量 值，可對(duì)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算補(bǔ)償及可視化等各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理工作。 測(cè)

57、量典型幾何形狀時(shí)檢測(cè)路徑的步驟為： （1）確定零件的待測(cè)形狀特征幾何要素； （2）確定零件的待測(cè)精度特征； （3）根據(jù)測(cè)量的形狀特征幾何要素和精度特征，確定檢測(cè)點(diǎn)數(shù)及 分布； （4）根據(jù)測(cè)點(diǎn)數(shù)及分布形式建立數(shù)學(xué)計(jì)算公式； （5）確定檢測(cè)零件的工件坐標(biāo)系； （6）根據(jù)檢測(cè)條件確定檢測(cè)路徑。 4.34.3 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)編程數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)編程 在線檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵主要體現(xiàn)在檢測(cè)程序的編制上，檢側(cè)程序編 制質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到檢測(cè)效果。目前檢測(cè)軟件有商業(yè)化軟件和自 主開發(fā)的軟件。商業(yè)化軟件如英國(guó) DELCAM 公司新版本的 PowerInspect，是一款開放的檢測(cè)軟件，不受測(cè)量設(shè)備的限制，既可

58、以在線檢測(cè)，也可以脫機(jī)檢測(cè)。不僅提供在線檢測(cè)的功能，還能夠在 檢測(cè)前針對(duì)讀取的 CAD 模型進(jìn)行檢測(cè)路徑的編程工作，并進(jìn)行檢測(cè)的 仿真。隨后可以把編制好的程序傳輸給 CNC 檢測(cè)設(shè)備，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。 又如雷尼紹公司基于 PC 機(jī)的在機(jī)檢測(cè)軟件 OMV（on machine verification） ，該軟件專為數(shù)控機(jī)床配用系統(tǒng)而編寫，主要應(yīng)用于： 根據(jù)原始 CAD 數(shù)據(jù)，檢測(cè)樣件、復(fù)雜零件及大型零件、多工序零件以 及模具。 自主開發(fā)軟件的編程方式有：基于 C、 C+、 VC+、 VB、 Delphi 開發(fā)平臺(tái)的在線檢測(cè)編程和基于 CAD 開發(fā)平臺(tái)的在線檢測(cè)編程。 基于 VC+ 語(yǔ)言的在線檢測(cè)

59、編程結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 所示。 圖 4.3 基于 VC+ 語(yǔ)言的在線檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 檢測(cè)部分主要模塊的功能如下： (1) 測(cè)量主程序自動(dòng)生成模塊：主要完成零件待測(cè)信息的輸入， 生成檢測(cè)主程序。 (2) 誤差補(bǔ)償模塊：對(duì)測(cè)量過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高 測(cè)量精度。 (3) 通信模塊：完成主程序與被調(diào)用宏程序的發(fā)送及測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo) 信息的接收。 (4) 測(cè)量宏程序模塊：實(shí)現(xiàn)宏程序的管理和內(nèi)部調(diào)用。主模塊要 實(shí)現(xiàn)對(duì)宏程序的查找、增添、修改及刪除等操作。 (5) 數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償，完成各種尺寸及精 度計(jì)算。通過(guò)打開測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)文件，獲得測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)信息，經(jīng)過(guò)相 應(yīng)的運(yùn)算過(guò)程最終得到所測(cè)

60、值。 基于 CAD 開發(fā)平臺(tái)的在線檢測(cè)自動(dòng)編程是采用 AutoCAD 作為系統(tǒng) 集成開發(fā)平臺(tái)，并采用 ObjectARY 作為二次開發(fā)工具，開發(fā)該系統(tǒng)可 彌補(bǔ) CAD/CAM 系統(tǒng)所欠缺的功能，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)程序的圖形化編制，即 CAD 在線檢測(cè)。 4.44.4 數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)仿真數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)仿真 目前數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)借鑒于 CAD/ CAM 技術(shù)的發(fā)展思路可開發(fā)相 應(yīng)的在線檢測(cè)仿真系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)以圖形化的方式再現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在線 檢測(cè)過(guò)程，可形象直觀地對(duì)檢測(cè)路徑規(guī)劃進(jìn)行檢查，提前發(fā)現(xiàn)宏程序 編制中的錯(cuò)誤，以避免在真實(shí)檢測(cè)過(guò)程中對(duì)在線檢測(cè)系統(tǒng)所造成的破 壞。 以 VC+作為系統(tǒng)開發(fā)工具，O