三坐標測量儀畢業(yè)設計

1、XI'AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY本科畢業(yè)設計（論文）附件題目：拉刀測量儀的設計院（系）：機電工程學院專業(yè)：機械設計制造及自動化班級：090202學生：張棟學 號： 090202122指導教師：陳曉東2013年6月拉刀測量儀的設計摘要由于拉刀在磨齒前進行淬火處理后產生變形， 導致齒距不均勻， 從而使磨齒 過程中不能一次調整好齒輪位置， 為了提高生產效率， 就要先測出每個齒間的齒 距，因此拉刀測量儀就成為提高生產效率的必備機械設備。 對于拉刀測量儀的設計采用接觸式測量方法， 及將測頭移至拉刀表面， 進行在線 測量，所以拉刀測量儀要滿足 X,Y, Z,三個方向的運

2、動，為了滿足運動的要求，采 用絲杠螺母副的傳動方式， 所以需要進行合理的選擇絲杠、 電機等標準件。 為了 滿足制造的工藝的簡單性， 要進行合理的結構設計， 測頭部分選用能夠滿足在線 測量的要求。 本文首先了解了絲杠的選擇，導軌的選擇安裝，電機的選擇，整體設計。通過大 致的估算床身質量， 以及在滿足測量精度的情況下確定每個方向的運動速度， 進 而確定電機，絲杠的型號。然后畫二維裝配圖，零件圖。 通過本次設計的拉刀測量儀對于測量裝置有了更深入的認識， 也更好的掌握了機 械的結構設計。 關鍵詞：拉刀測量儀，絲杠，電機，導軌。BroachMeasuring InstrumentAbstractSinc

3、ebroachgrinding teethinbeforedeformationafterquenching, resulting in unevenpitch, making agrindingprocess can notadjustthe gear position, In order to improveproduction efficiency, we must first measure thedistanceof eachtoothteeth, so broachesmeasuring instrumentto improve production efficiencyhas b

4、ecomeesse ntialequipmentForBroachmeasuring instrumentwas designed withcontact measurement method, andthe probemovesbroachesthesurface, on-line measurement， Broachmeasuring instrumentto meet theX, Y, Z,movementin three directions， In order to meetthe requirements ofmovement ， usingscrew nuttransmissi

5、on mode ， a reasonable choicescrew,motor and otherstandard parts 。 In order tomeet themanufacturingprocesssimplicity, to conduct a reasonablebed design, the probepart of the selecti onto meetthe requireme nts ofon li ne measurementFirstly,to understandthe choice ofscrew, railschoose to install, moto

6、r selection, the overall design。 Byrough estimate of thequality ofthe bed, andinthe case ofmeasurement accuracyto meet thedeterminedspeed of movementin each directi，on and to determine themotor, screw models。 Then drawtwo-dimensionalassembly drawings,parts diagram。Through thisdesignbroachmeasuringde

7、viceformeasuringa deeperunderstanding, but alsoa better grasp ofthe mecha ni calstructure desig nKeyword ：Broachmeasuring instrument ，Screw，Motor, Rail .目錄中文摘要(I)英文摘要()1 緒論 ( 1 )1.1 課題背景及其意義 (1)1.2拉刀測量儀的發(fā)展階段及其發(fā)展現(xiàn)況 (1)1.3 設計指標及其要求 (2)1.4 本文主要研究內容 (2)2 拉刀測量儀的總體方案設計 ( 3 )2.1 總體方案設計思路 ( 3)2.2 方案提出、分析及確定

8、方案 (4)總體方案提出 ( 5)2.2.2 總體方案分析及方案確定 ( 6)3 拉刀測量儀的詳細設計 ( 7 )3.1X軸的設計(7)軸的結構設計 (7)軸滾珠絲杠副的設計計算 (11)軸軸承的設計計算 (15)軸導軌的設計計算(16)軸的電機設計計算 (17)聯(lián)軸器的設計計算 (19)3.2Y軸的設計(20)3.3Z 軸的設計 (28)3.4測頭的設計計算 (35)4 結論 ( 37 )參考文獻 ( 38)致謝 (39)畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 （ 40）畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 （ 41）、緒論1.1題目背景和意義:拉刀在磨齒前進行淬火處理后發(fā)生形變，導致齒距不均勻，從而使磨齒過程

9、 中不能一次調整好砂輪位置，磨每個齒時都需要調整砂輪位置，生產效率很低， 為了提高磨削拉刀的工作效率，需要在磨削拉刀時，先測出每個齒間的齒距，并 根據測出的數據進行編程，將生成的NC代碼通過串口導入到拉刀磨齒機的數控 系統(tǒng)，控制整個磨削過程，提高拉刀磨削生產效率。拉刀刃形復雜，精度要求高， 制造工藝復雜，成本高，因此要求拉刀能夠多次重磨，并保證兩次重磨間具有很 高的耐用度，只有這樣才能降低拉削加工的刀具成本， 提高經濟效益。實現(xiàn)拉刀 重磨，并保持重磨后拉刀的精度和切削性能， 是采用拉削加工的基本前提。拉刀 重磨的傳統(tǒng)加工方法是在專用拉刀磨床上進行的，這種加工方法不僅需要復雜的 手工計算和機床調

10、整，而且加工質量嚴重依賴于操作者的經驗和技巧， 拉刀精度 和切削性能難以得到保證。所以設計拉刀測量儀，就是為了提高加工精度，提高 工作效率。1.2拉刀測量儀的發(fā)展階段及其發(fā)展現(xiàn)況:拉刀測量儀是近十幾年來新發(fā)展的一種高效率精密測量儀器，它被廣泛用 于機械制造、儀器制造、電子工業(yè)、汽車和航空工業(yè)中，測量各種機械零件、模 具等的形狀尺寸、孔的位置、孔的中心距以及形狀復雜的輪廓。按日本的定義，這 種測量機在X、Y、Z方向一般均有導向機構，并在各座標上設有測量座標移動 距離的測長元件和讀數裝置，同時具有放置工件的工作臺，測量頭可以用手或 機動輕快地移到測量點上，通過數顯裝置就能將各方向的座標值顯示出來。

11、佝 如果在這種測量機上加上諸如分度頭或萬能轉臺之類的附件，它還能在四個或 五個座標軸上測量零件。很早以前就有各種各樣的測量機。例如測長機，它用來 在一個方向上測量工件的長度，實際上就是一個座標的測量機，而萬能工具顯 微鏡具有X、Y方向移動的工作臺，用以測量平面內的位置，可以稱為雙座標測 量機。拉刀測量機出現(xiàn)以前，三座標尺寸測量方法有兩種：一種是在座標機上用 指示表代替切削刀具作三座標尺寸測量，另一種是將被測工件放置在平板上， 通過一些和平板垂直或平行的量具（高度規(guī)和量塊等），把被測工件的形狀、尺 寸和相關位置測量出來。因此目前三座標測量機有兩類：一類是由平板測量法發(fā) 展而成的，國外通稱為座標測

12、量機，簡稱C M M,另一類是由座標機床發(fā)展而成 的，稱為萬能測量機，簡稱UMM，其特點是測量元件沿用原座標幢床使用的絲 杠或刻線尺等，精度很高，比一般座標測量儀精度高一個數量級，而且萬能性 很廣。這類測量機只有美國的莫爾，瑞士的西浦、毫澤和日本的三井精機等少數 廠家生產。當前，我國的拉刀測量儀的制造行業(yè)的相關技術還比較落后，尤其 在測量系統(tǒng)、誤差補償等方面發(fā)展還比較緩慢。測量儀的精度是衡量一臺機器好 壞的重要指標，對拉刀測量儀的首要要求就是測量精度，測量儀的示值和被測量 的真值之差稱為拉刀測量儀測量誤差。 拉刀測量儀產生測量誤差的主要原因包括 拉刀測量儀本身的誤差(測量儀機構產生的靜態(tài)誤差)

13、和與測量條件相聯(lián)系的各 種因素(如在加速測量時產生的動態(tài)誤差)。拉刀測量儀誤差補償多采用非實時 誤差補償，即用精度高的量具將拉刀測量儀的誤差檢驗出來，在測量儀工作時， 按檢驗的結果對誤差進行修正。誤差檢驗可事先進行，并將結果存入拉刀測量儀 的軟件中，在測量儀工作時，將誤差補償程序調出來，對拉刀測量儀的測量結果 進行修正4_51.3設計指標及要求:、實現(xiàn)拉刀測量機在拉刀磨床上的在線測量。、完成拉刀測量機的本體設計。、測量精度在0.005mm。、X方向最大行程為0.8m,丫方向最大行程為0.4m1.4本文主要研究內容:(1) 了解拉刀測量儀的測量技術，進而進行設計，以及拉刀測量儀的發(fā)展狀況。(2)

14、 分析拉刀測量儀的功能要求，提出總體結構方案 .(3) 對拉刀測量儀的機械部分進行詳細的設計，并對其中關鍵零部件進行校核計、拉刀測量儀的總體方案設計2.1總體方案的設計思路由于拉刀在磨齒前進行淬火處理后發(fā)生形變，導致齒距不均勻，從而使磨齒 過程中不能一次調整好砂輪位置，磨每個齒時都需要調整砂輪位置，生產效率很 低，為了提高磨削拉刀的工作效率，需要在磨削拉刀時，先測出每個齒間的齒距， 并根據測出的數據進行編程，將生成的 NC代碼通過串口導入到拉刀磨齒機的數 控系統(tǒng)，控制整個磨削過程，提高拉刀磨削生產效率。圖2-1.閉環(huán)生產循環(huán)圖由于拉刀測量儀的設計比較復雜，不利于直接設計出幾個總體方案圖，從中選

15、 擇一個，便進行具體的詳細設計，這時我們需要從拉刀測量儀的功能出發(fā)，將任務抽象化，抓住設計中的主要矛盾，所以將拉刀測量儀的設計任務抽象化設計：圖2-2.拉刀測量儀的黑箱示意圖拉刀測量儀是實現(xiàn)高精度、高重復性的關鍵，由于拉刀測量儀不需復雜的機械展 成傳動鏈，機械結構擺脫了傳統(tǒng)齒輪量儀的結構限制， 機械結構可以根據拉刀在 磨床上的特點設計的更加合理、可靠。拉刀的外形如圖所示：ft豹導f1議切斛齒fJOTTt 二 t15啟耗柄一JJ圖2-3.拉刀示意圖所以拉刀的齒距測量需要將側頭沿拉刀的縱向橫向移動，即需要有X,Y方向的運動，因為要針對每個機床的高度調整測頭高度，所以需要Z方向的運動。拉刀測量儀的總

16、功能是測齒距，所以可以分為離線測量和在線測量兩種方式。 對于每個方向的運動需要有驅動和傳動、 測量和導向方式，顯然，對于拉刀測量 儀這種復雜的機電系統(tǒng)如果采用一個形態(tài)學矩陣就過于龐大，這時可將各低層的分功能先建立形態(tài)學矩陣，分別考慮局部的設計方案，然后再整合為整體方案。 所以可以列出拉刀測量儀的底層形態(tài)學矩陣：表2-1.拉刀測量儀的低層形態(tài)學矩陣:二”分功能解分功能12345A導向滑動導軌滾動導軌液體靜壓導軌氣體靜壓導軌B位移檢測激光檢測器光柵尺磁柵尺感應步器測量感應頭C傳動齒輪傳動齒形帶傳動渦輪傳動絲杠傳動齒輪齒條傳動D驅動交流伺服電機直流伺服電機步進電機直線電機氣動機對于拉刀測量儀的系統(tǒng)功

17、能圖的建立:實際設計時，建立系統(tǒng)功能結構可以從系統(tǒng)功能分解出發(fā)，分析功能關系和 邏輯關系。首先從上層分功能的結構考慮起，建立該層功能的雛形，再逐層向下 細化最終得到完善的功能結構圖。根據拉刀測量儀的“黑箱”，將總功能逐級分層，得到第一層功能結構圖，如 圖2-4所示。由于該系統(tǒng)是由許多小系統(tǒng)組成，如運動控制系統(tǒng)、運動驅動系統(tǒng)、 運動測量系統(tǒng)、工件安裝系統(tǒng)、測頭系統(tǒng)等等。圖2-4拉刀測量儀功能結構拉刀測量儀的設計中，主要抓住整體技術，在掌握整體技術的前提下， 各零部件的設計選型采用成熟產品，一方面分散技術難度，縮短了研制周期, 另一方面提高系統(tǒng)的可靠性。從機械運動的角度出發(fā)，可以認為拉刀測量儀 是

18、一種三坐標測量機，它有三個移動坐標。2.2方案提出、分析及確定方案2.21總體方案提出方案一：本方案是拉刀離線測量，即將拉刀取下來放在測量儀的工作面上進 行測量，驅動、傳動、導向、位移檢測方式選擇為 A1、B2、C1C4、D3,方案簡 圖如下：方案二：本方案采用在線測量，即直接在拉刀磨床上進行拉刀齒距測量，驅動、傳動、導向、位移檢測方式選擇為 A2、B5、C4、D1，方案簡圖如下：2.22總體方案分析及方案確定通過兩個方案比較：方案一的測量是離線測量，這樣測量儀的設計復雜，而 且還要設計夾持拉刀的夾具，制造成本高，不能提高拉刀的生產效率；同時考慮 到拉刀的形狀，測量時還需旋轉測頭，對拉刀整個圓

19、柱方向進行測量，增加了測 頭的移動方向，使測量儀結構復雜；方案二的傳動方式相對方案一簡單， 利與設 計，同時在線測量不用考慮旋轉運動，因為拉刀在磨床上即可進行旋轉， 這樣大 大提高了拉刀磨床的工作效率。所以通過兩個方案的比較，選擇方案二。三、拉刀測量儀的詳細設計拉刀測量儀主要由三部分組成，X方向的軸向運動，丫方向的軸向運動，Z 方向的軸向運動。每個方向的運動都是電機帶動絲杠運動， 由于交流伺服電機可 以調整轉速，滿足測量精度，所以每個方向都選用不同型號的交流伺服電機。 為了滿足測量精度，盡可能使每個軸向的運動速度低點，所以我把X,Y方向的進給速度定為4mm/s，Z方向的速度定為2mm/s。3

20、. 1X軸的設計計算X軸的結構設計:1. 絲杠螺母副傳動形式：由于拉刀測量儀在測量齒距時，為了保證測量精度，測量儀的絲杠傳動速度 較低，這時絲杠做較低的勻速運動時，工作臺可能產生一快一慢或跳躍式的運動， 即會產生爬行運動。為了防止爬行運動的產生，采用電機和絲杠的直連方式，即 通過聯(lián)軸器把電機軸和絲杠軸端直接連接。這樣就縮短了傳動鏈，減少了傳動件 數和彈性變形量。同時提高各傳動件或組件的剛度， 減小各傳動軸的跨度，合理 布置軸上零件的位置。通過減輕 丫工作臺和z方向的立柱的重量，減小摩擦阻 力，也能起到一定的效果。同時為了降低摩擦力使用滾珠絲杠較好。因為具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有 滾珠作為中間元

21、件的傳動機構稱為滾珠絲杠副， 絲杠或者螺母轉動時，滾珠沿螺 旋槽滾動，滾珠在絲杠上滾過數圈后，通過回程引導裝置，逐個地滾回到絲杠和 螺母之間，構成了一個閉合的循環(huán)回路，這種機構把絲杠和螺母之間的滑動摩擦 變成滾動摩擦。這樣降低了摩擦系數，減小摩擦阻力。16而且滾珠絲杠具有傳動效率高，傳動精度高，摩擦損失小，磨損小，使用壽 命長等優(yōu)點。2. 軸向間隙的調整：當絲杠改變轉動方向時，間隙會使運動產生空程，從而影響機構的傳動精度。 為了消除軸向間隙，一般采用雙螺母預緊，把預緊后的彈性變形量控制在一定限 度內，不但能消除間隙，減少誤差，而且還能提高進給精度。為保證滾珠絲杠副 傳動的剛度和精度，應選擇合適

22、的支承方式，選用軸承組合?？紤]到X軸的受力狀況，采用雙推-雙推的支撐方式。因為這種支撐方式軸向剛度較高，適用于 中低速，高精度的場合。雙推一一雙推的支撐方式圖如下：0 lol No麗冊I叫2o lol 開 lolo圖3-1.絲杠的支撐方式為使?jié)L珠絲杠副能充分發(fā)揮機能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑，選用潤滑脂 潤滑，潤滑脂的給脂量一般是螺母內部空間容積的 1/3.如果污物及異物進入滾珠 絲杠副，它就很快磨損，使其破損，因此需要防塵裝置，選擇折皺保護罩，將絲 杠軸完全保護起來。安裝應注意絲杠的軸線必須和與之配套的軸線平行，機床的兩端軸承座與螺母座必須三點一線；安裝螺母時，盡量靠近支撐軸承。2.滾動軸承

23、的組合設計：采用兩端固定方式，外圈用軸承蓋頂住深溝球軸承的外圈的外側，軸承內圈軸承端蓋的選用凸緣式，將端蓋用螺釘擰在箱體上，為保證定位精度。端蓋 與軸承座的配合長度不小于 58mm，如圖：圖3-3.軸承端蓋3. 滾動軸承的潤滑與密封：采用的是脂潤滑，因為滾動軸承的速度較低，脂潤滑的結構簡單，易于密封。 一般每隔半年左右補充或更換一次潤滑脂。潤滑脂的填裝量不應該超過軸空間的 1/31/2?？赏ㄟ^軸承座上的注油孔及通道注入， 為防止箱內的油浸入軸承與脂 混合，并防止脂流失，應在箱體內側裝擋油環(huán)，密圭寸選用氈圭寸式，因為氈圭寸式主滾珠直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向裝置、密封裝置等組成。當導 軌

24、與滑塊做相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經過淬硬和精密磨削加工而成的四 條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向器進入反向孔后在進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。如圖：圖3-5.滾珠絲杠副的結構基準導軌副的設計計算：導軌副連接基準面的結構形式，用壓板固定的方式,如圖：1）利用U型夾頭將導軌的基準側面與安裝臺階的基準側面夾緊，然后在該處用 固定螺栓擰緊，由一端開始，依次將導軌固定。5 床身的設計計算：對于X方向的床身的設計，因為X方向最大行程是800mm,考慮到聯(lián)軸器， 絲杠的實際長度，所以設定X方向的床身長為1200mm，床身中間加工出來一個 矩形槽，其中軸承座與床身鑄為一體，這樣可以提高

25、軸的裝配精度和機床的整體 精度，為了實現(xiàn)整機功能，這時就要提供可靠的剛度和強度支承，其結構功能應 保證在工作情況下的工作應力、形變、撓度和位移在規(guī)定范圍以內。因此，要滿 足靜剛度要高，變形量不超過規(guī)定值，在移動時，靜剛度的變化要小。X床身屬于拉刀測量儀的支承大件，支撐大件與床身整體剛度有很大的關系。X床身剛度是機床的基本技術性能之一，指機床在外加載荷下抵抗被迫變形的能力。 確定了 基本尺寸后，其次是確定結構的壁厚。在此選取 d=30mm,截面高度、寬度或壁 厚的加大，都受諸多因素的限制，要大幅的提高剛度，往往是十分困難的，一般 采用改善結構的材料和布置加強肋等措施來提高剛度。由于要安裝滾動導軌

26、，所以設計了安裝臺階，這樣可以方便導軌的安裝，在 X床身增加了加強肋提高了床身的剛度。由于軸承座和床身是一體的，所以在加工床身時應該注意軸承座與軸承接觸 的面，因為軸承和軸承座的接觸面應該光滑，表面粗糙度在0.8左右，同時裝電機的部分應該留出定位面，經上所述，床身的結構如圖：圖3-12床身X軸滾珠絲杠副的設計與選型:1）計算載荷Fc：Fc KFm，Kfa （ 3.1 ）K為工況系數；fw :載荷系數，按表1選取;fc :可靠性系數，按表2選取;fa :精度系數，按表3選??；Fm :平均工作載荷（N）表3-1載荷系數載荷性質無沖擊平穩(wěn)運轉一般運轉有沖擊和振動fw1 1.21.2 1.51.5 2

27、.5表3-2可靠性系數可靠性系數%9095969798fc1.00.620.530.440.33表3-3精度系數精度系數C,DE,FGHfa1.00.90.80.7Fm為軸向載荷，對于X軸的運動情況，F(xiàn)m近似取為Y,z工作臺的重力FcK Fm 1.3 600 780N查表得機器的使用壽命為15000h，根據公式：Lh=106L/60n（ 3.2） n=60r/min，解得 L=54（ 106r） L=（ Ca/Fc）3（ 3.3）Ca=4.91KN根據動載荷選擇絲杠副的尺寸。絲杠的型號及參數如下表:表3-4絲杠型號:代號公稱直 徑（d。）公稱導程（Ph0 ）外徑（d1）鋼球直 徑（Dw）絲杠底

28、 徑（d2）總圈數n動載 荷CaKN靜載 荷CoaKN剛度KCN/ 叩 FFZD2004L-3,20419.32.38117.535.312.1519圖3-13電機1）穩(wěn)定性驗算：采用雙推-雙推支撐方式，因為絲杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷Fcr，F(xiàn)cr2ei2 (3.4)式中：E :絲杠的彈性模量，對鋼E=206Gpa,la :絲杠危險截面的軸慣性矩,0. 017564710 9m42:長度系數，兩端鉸接，m，3l :絲杠的工作長度。(3.5)Fcr()2206 109710 95 106-0. 083故絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。2）臨界轉速ncr驗證當絲杠高速運轉時,需要驗算其是否會發(fā)

29、生共振的臨界轉速,要求絲杠的最高轉速n maxn cr所以:cr9910空()299104. 7302 0.0175(| 0.8)2313640r / min( 3.6)d1絲杠底徑;長度系數，兩端鉸接,l 絲杠的工作長度 fc取值如下表所示：表3-5支撐方式選擇系數支撐系數雙推-自由雙推-簡支雙推-雙推安全系數S3-42.5-3.3-長度系數卩22/3-臨界轉速系數fc1.8753.9274.730由于ncr13640r / min 3000r / min ；所以不會發(fā)生共振。3）剛度驗算:滾珠絲杠在工作負載F和轉矩T共同的作用下，引起每個導程的變形量?L0PFP2T為 0 EA 2 GJC

30、(3.7)A絲杠的截面積：A24d1Jc絲杠的極慣轉矩:Jc 32d-2G鋼的剪切彈性模量, F 工作載荷（N ）P 絲杠的導程（mm） T轉矩（Nm）對于鋼 G=83.3GPa;TFmD tan600 2010 3 tan3 81.14N?m2取工作載荷L0 EAF等于平均工作載荷Fm，即P2TF = Fm,則2 GJc4pF"Edi216p2TG?410 396003. 14 206 109 0.01752(3. 14)216 (4 10 3)2 1. 1483. 31090. 017545.210 3絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導程誤差:L 丨卡 0.8 5.2 103/

31、4 1031. 04 m (3.8)通常，要求絲杠的導程誤差應小于其傳動精度的1/2,即-0. 005mm 2. 5 m2故絲杠的剛度滿足要求4）效率驗算滾珠絲杠副的傳動效率為4tan(211) "0. 939tan( )tan( 2 118 40 )( 3.9)要求 在 90%95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。軸軸承的設計計算軸承可分為：滾動軸承和滑動軸承兩大類。由于拉刀測量儀是精密的測量儀 器，所以要選擇摩擦系數小，傳動效率高的軸承，一般滑動軸承的摩擦系數為 0.08-0.12,而滾動軸承的摩擦系數僅為 0.001-0.005;而且滾動軸承已實現(xiàn)標準 化、系列化、通用化，適

32、于大批量生產和供應，使用和維修十分方便；同時滾動 軸承用軸承鋼制造，并經過熱處理，因此，滾動軸承不僅具有較高的機械性能和較 長的使用壽命，而且可以節(jié)省制造滑動軸承所用的價格較為昂貴的有色金屬；對于拉刀測量儀這種精密機械，滾動軸承內部間隙很小，各零件的加工精度較高，因此，運轉精度較高。同時，可以通過預加負荷的方法使軸承的剛性增加，這是很重要的。在軸承的潤滑方面，由于滾動軸承傳動效率高，發(fā)熱量少，因此，可以減少潤滑油的消耗，潤滑維護較為省事；而且滾動軸承可以方便地應用于空間任何 方位的軸上。拉刀測量儀的承受的載荷不需要很大，而且振動較小，相比于滑動軸承，滾動軸承目前已發(fā)展成為機械的主要支承型式。所

33、以選擇滾動軸承。又因為X軸受軸向力和徑向力，所以可以選用推力球軸承和深溝球軸承，根 據絲杠的型號可以選軸徑為15mm勺滾動軸承，通過型號的查詢，選用型號如下： X軸的深溝球軸承型號：表3-6深溝球軸承型號型號尺寸(mm)額定載荷疲勞負荷額定轉速體積6202內 徑外 徑厚 度動態(tài)(C)靜態(tài)(Co)Pu(KN)參照速度限制速度3 m1535118.063.750.1643000280000.045X軸的推力球軸承:表3-7推力球軸承型號型號尺寸(mm)額定載荷疲勞負荷額定轉速體積51102內 徑外徑厚 度動態(tài)(C)靜態(tài)(Co)Pu(KN)參照 速度限制速度3 m1528910.618.30.678

34、500120000.024為了使軸承使用的壽命增長，對于軸承的使用進行了解:軸承的安裝是否正確，影響著精度、壽命、性能。因此要嚴格按照作業(yè)標準 進行安裝，作業(yè)標準的項目通常如下：(1) 、清洗軸承及軸承關連部件(2) )檢查關連部件的尺寸及精加工情況(3) 、安裝(4) 、安裝好軸承后的檢查(5) 、供給潤滑劑在即將安裝前，方才打開軸承包裝。一般潤滑脂潤滑，不清洗，直接填充潤 滑脂。潤滑油潤滑，普通也不必清洗，但是，儀器用或高速用軸承等，要用潔凈 的油洗凈，除去涂在軸承上的防銹劑。除去了防銹劑的軸承，易生銹，所以不能 放置不顧。再者，已封入潤滑脂的軸承，不清洗直接使用。軸承的安裝方法，因 軸承

35、結構、配合、條件而異，一般，由于多為軸旋轉，所以內圈需要過盈配合。 圓柱孔軸承，多用壓力機壓入，或多用熱裝方法。錐孔的場合，直接安裝在錐度 軸上，或用套筒安裝。安裝到外殼時，一般游隙配合多，外圈有過盈量，通常用 壓力機壓入，或也有冷卻后安裝的冷縮配合方法。用干冰作冷卻劑，冷縮配合安 裝的場合，空氣中的水分會凝結在軸承的表面。所以，需要適當的防銹措施。軸導軌的設計計算對于導軌分為滾動導引，和傳統(tǒng)的滑動導引兩大類，為了保證拉刀測量儀的 線性運動的高精度，選擇滾動導引組成的導軌，因為滾動導引，它由鋼珠在滑塊 與導軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負載平臺能沿著導軌輕易的以高精度作線性運 動，其摩擦系數可降至

36、傳統(tǒng)滑動導引的 1/50，使之能輕易地達到級的定位精 度。滾動導引中滑塊與導軌間的末制單元設計，使得線形導軌可同時承受上下左 右等各方向的負荷，專用的回流系統(tǒng)及精簡化的結構設計讓線性導軌有更平順且 低噪音的運動。直線運動導軌的作用是用來支撐和引導運動部件，按給定的方向做往復直線運動。按摩擦性質而定，直線運動導軌可以分為滑動摩擦導軌、滾動摩擦導軌、彈 性摩擦導軌、流體摩擦導軌等種類。直線導軌主要用在自動化機械上比較多，。根據預估的工作載荷Fh和估算的 Wx和Wy負載，計算導軌的靜安全系數 fsL=Co/P,式中：Co為導軌的基本額定靜載荷，單位kN ;工作載荷P=0.5（Fz+W）; fsL=1

37、.03.0（般運行狀況），3.05.0 （運動時受沖擊、振動）。根據計算結果查有 關資料初選導軌：因系統(tǒng)受幾乎不受沖擊，因此fsL=1.O，F(xiàn)h=600, Wx=300N,Wy=300N,為使結 構簡單緊湊X向和丫向導軌統(tǒng)一，現(xiàn)在以X向計算導軌。C0 f SLPXY （ 310）(3.11)pY0. 3 Fh WPx=150NCox=fsLPx=1x300=300N根據計算額定靜載荷初選導軌：選擇GGB型滾動直線導軌，其型號為：GGB16BA 基本參數如表：表3-8導軌型號型號額定動載荷（KN額定靜載荷（KN）GGB16BA8.5113.38導軌的額定動載荷Ca=8510N依據使用速度V(m/

38、min)和初選導軌的基本動額定載荷Ca(kN)驗算導軌的工作壽命Ln公式額定行程長度壽命TsK(f HfTfCCa f )3(3.12)f wF600F150N4fT溫度系數fH硬度系數f C接觸系數f W載荷系數fT1, f W2, f C0.81, fH1,k F50do33TsK f HfTf cCa f501 1 0.818510606526kmfWF2150導軌的額定工作時間壽命：THTS 103 / 21n4211986hT 15000h，導軌的工作壽命足夠。軸電機的設計計算X軸的運動為直線運動，直線運動的實現(xiàn)可以通過電機帶動滾珠絲杠來實現(xiàn)圖3-14電機絲杠傳動驅動電機的選擇按照力

39、矩匹配原則：就是根據負載力矩來選擇電機。也就是說機床在 任何狀態(tài)下工作，電機都應有足夠的力矩來驅動負載。為此應滿足兩點要 求，一是進給傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的最大負載力矩應小于或等于電機的額 定力矩，對于這一點，數控機床與普通機床選擇電機的思路是一致的；二是進給傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的最大加速力矩應小于或等于電機的瞬時 最大轉矩。X軸的移動是通過絲杠來傳動的。TL=Ta+Tf+To（3.13）(N)TaJnmax/9. d(3.14)Jr2 1 / 8mdsmS /ms20 2 212007. 85 / 103000g(3.15)Tl折算到電機軸上的負載轉矩（N.m） Ta折算到電機軸上的加速

40、力矩（N.m） Tf折算到電機軸上的摩擦力矩（N.m） To折算到電機軸上的附加摩擦力矩絲杠的轉動慣量:2Js 1 / 8nmds20 / 100021510 5工作臺的轉動慣量:JG 604 1010 5Jr 1710 5kg ? m2加速力矩:Ta1710 560 / 9.60. 30. 0035N ? m(3.16)摩擦力矩:TfF°P / 2i 600410 3 / 20. 810. 47N ? m ( 3.17)附加摩擦力矩:ToFmaxP( 12)/2 i6004x10 3(10. 92) / 20.810. 09N式中，Jr折算到電機軸上的總慣量（kg.m2)；t系統(tǒng)時

41、間常數（s）；nmax電機最大轉速（r/min）；Fo導軌摩擦力（N）；P絲杠螺距（mm）；i 降速比；傳動鏈總效率（0.70.8）。TlTaTfTq0. 00350.470. 090. 56N ? m故選用:表3-9電機型號型號額定功率/kw額定力矩（N.m）額定轉速/r/mi n60HBM00630CBM0.20.6373000LRSLALBLCLELFLZLL3014705060375.5102閻 Lsn圖3-15電機聯(lián)軸器的設計計算據傳遞扭矩的大小，軸轉速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度，參考各類聯(lián) 軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。通常選擇時考慮以下幾點：（1）所需傳遞的扭矩的大小和

42、性質以及對緩沖減振功能的要求。聯(lián)軸器的工作轉速高低和引起的偏心力大小。（3）兩軸相對位移的大小和方向。聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。（5）聯(lián)軸器的制造，安裝，維護，和成本。由于機器起動過程有動載荷，可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以應當按軸上的最大扭 矩作為計算扭矩Tea，計算扭矩按下式進行計算：TeaKAT（ 3.18）式中T為公稱轉矩，單位為N m ； Ka為工作情況系數。公稱轉矩：T9550P 9550 0. 2 / 6031.83N ? m（ 3.19）n查得 Ka=1.3 , TeaKaT =1.3 X40.11=41.38N m圖3-16聯(lián)軸器表3-10聯(lián)軸器型號型號d1.d2DNLLFSFKM底

43、孔最小最大SFS-08S12143582546630611424-M6*293.2 丫軸的設計計算丫軸的結構設計:主要參數確定：丫工作臺質量大體估算：(3.20)my0.6 0.2 0.06 7 10350.4kg絲杠的設計計算：對于丫工作臺受力分析，丫工作臺主要支承上方立柱和縱 向移動，所以對丫工作臺經受力分析可得，丫方向絲杠上受到軸向力和徑向力， 主要以軸向力為主，為了減小摩擦力，提高傳動效率，選用滾珠絲杠副，通過縮 短傳動鏈來提高測量儀的精度，選用電機絲杠直連的連接方式；同樣選擇可以滿 足測量精度的支承方式，選用雙推雙推的支撐方式，如圖：o lol M lol©0 lol 1

44、lolo麗即冋2圖3-17絲杠支撐方式絲杠的潤滑采用潤滑脂潤滑；防塵采用褶皺的保護套，保護套兩端通過磁鐵與 床身連接，因為磁鐵的連接方便于更換保護套，其結構如圖：圖3-18絲杠防護罩滾動軸承的組合設計：采用兩端固定方式，外圈用軸承端蓋頂住兩軸承的外圈的外側，軸承內圈的使用圓螺母和止動墊圈緊固，因為圓螺母還可用于調整軸承游隙軸承的潤滑密封與X軸一樣。導軌的安裝基準面的選擇也同 X軸。丫方向最大行程是400mm,同樣考慮到聯(lián)軸器，等其他零件的長度，將丫方向的 床身長定為600mm,床寬是200mm，厚度為60mm,床身的材料定為灰口鑄鐵，圖3-18 Y工作臺322Y軸絲杠的選擇及校核1. 絲杠螺母

45、副傳動特點：1傳動效率高，摩擦損失小，2. 傳動的可逆性，3. 傳動精度高，4. 磨損小，使用壽命長2. 支承方式的選擇：為保證滾珠絲杠副傳動的剛度和精度，應選擇合適的支承方式，選用軸承組合。 考慮到Y軸水平運動，滾珠絲杠副水平布置，采用雙推一一雙推的支撐方式。 因為這種支撐方式軸向剛度最高，適用于高速、高剛度、高精度的場合。4.滾珠絲杠副的選型與校核：1）.計算載荷：FCKFm，K為工況系數，K f w f c fa，和X軸的取值一樣，從表1、2、3中取值，算得k=1.3，F(xiàn)m為軸向載荷，對于丫軸的運動情況，F(xiàn)m近似取為 Z工作臺的重力。Z方向床體質量大致估算前面已經算的為 10Kg,加上伸

46、出的機 械臂，絲杠和電機的質量，給定 Z工作臺的總體質量為30Kg,所以Fm=300MFCKFm1. 3 300390N查表得機器的使用壽命為15000h，.106LLh，n=60r/min，h 60n ''解得 L=54（ 106r），L=（Ca/Fc）3，Ca=1.74KN根據動載荷選擇絲杠副的尺寸絲杠的型號及參數表3-11絲杠型號代號公稱直徑（do）公稱導程（Ph0）外徑（d1）鋼球直 徑（Dw）絲杠底徑（d2）總 圈 數n動載 荷CaKN靜載 荷CoaKN剛度KcN/（imFFZD1604-316415.32.38113.534.89.7442圖3-19絲杠穩(wěn)定性驗算:

47、采用雙推-雙推支撐方式，因為絲杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷Fcr具I （ 3.10）式中：E :絲杠的彈性模量，對鋼E=206Gpa,0 01354Ia :絲杠危險截面的軸慣性矩，I a 64 1 10 9 m4F cr，2:長度系數，兩端鉸接，-m，3故絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。臨界轉速ncr驗證高速運轉時，需要驗算其是否會發(fā)生共振的臨界轉速，要求絲杠的最高轉速n maxncr臨界轉速可按公式計算:9910c2di2l99104. 73020.013520. 442091r / mindi絲杠底徑；長度系數，兩端鉸接，|ml 絲杠的工作長度 fc取值如下表所示：表3-12 fc取值表支

48、撐系數雙推-自由雙推-簡支雙推-雙推安全系數S3-42.5-3.3-長度系數卩22/3-臨界轉速系數fc1.8753.9274.730ncr42091r / min3000r / min ；所以不會發(fā)生共振。剛度驗算?Lq滾珠絲杠在工作負載F和轉矩T共同的作用下，引起每個導程的變形量為L。PFEAp2t2 G&(3.11)JC絲杠的極慣轉矩J cd32G鋼的剪切彈性模量，對于鋼 G=83.3GPa;F 工作載荷（N ） P 絲杠的導程（mm）T轉矩（N.m）FD tan23002010 3 tan 40. 44N ? m取工作載荷F等于平均工作載荷Fm，即F = Fm，則4pF&quo

49、t;EdF16pF2Gd44. 410 34 410 330016(4103)20.44922943. 142061090.01352(3. 14)283.31090.01354絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導程誤差為LI I 31。30.44P410 3m( 3.13)通常，要求絲杠的導程誤差應小于其傳動精度的1/2，即-0. 005mm 2. 5 m2故絲杠的剛度滿足要求效率驗算滾珠絲杠副的傳動效率為tan tan(tan( 4 3) tan( 4 3'10')°94(3.14)要求n在90%95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求軸軸承的設計計算Y軸軸承的選用

50、：丫軸和X軸受力類似，都受軸向力和徑向力，所以選則同樣的軸承,Y軸的深溝球軸承型號：表3-13深溝球軸承型號型號尺寸（mm）額定載荷疲勞負荷額定轉速體積6202外 徑內 徑厚 度動態(tài)（C）靜態(tài)(Co)Pu(KN)參照速度限制速度m31535118.063.750.1643000280000.045丫軸的推力球軸承:表3-12推力球軸承型號型號尺寸（mm）額定載荷疲勞負荷額定轉速體積51102外 徑內 徑厚 度動態(tài)（C）靜態(tài)(Co)Pu(KN)參照 速度限制速度m31528910.618.30.678500120000.024328 Y軸的導軌的設計計算:因為對于X軸所選的導軌同樣也滿足 丫軸，

51、所以使用相同的導軌，其型號為:GGB16BA。329 丫軸電機的設計計算丫軸的移動是通過絲杠來傳動的TL=Ta+Tf+To（ 3.15）式中，Tl折算到電機軸上的負載轉矩（N.m）Ta折算到電機軸上的加速力矩（N.m） T f折算到電機軸上的摩擦力矩（N.m）To折算到電機軸上的附加摩擦力矩（N）TaJ r n max9. 6tJrJg 8msds6007. 85ms10947gTaT。Rids28304.24. 210-30.9470. 016210 5 Kg ? m210 5 609. 6F°PFamaxP10. 330041.2 10 50. 0025N ? m10 30.8 130040.24N10 3310 510.922 0.8 10. 04N ? m式中，Jr折算到電機軸上的總慣量（kg.m2）；t系統(tǒng)時間常數（S）；nmax電機最大轉速（r/min）;Fo導