【正文】 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)。 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?jī)x器，其分辨率為 ，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) 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 12 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?？紤]以上幾點(diǎn)，本設(shè)計(jì) 采用 以下 措施 ： 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。 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。 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 31。所以只要兩個(gè)方向的速度成一定比例關(guān)系。如圖 31。兩個(gè)方向速度的比例關(guān)系由程序控制 。 。 圖 31 X 軸與 Y 軸速度關(guān)系 具體結(jié)構(gòu)如圖 32。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。 13 圖 32 齒輪滾刀 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu) 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： 橫向、縱向 進(jìn)給精度的保證 ； 20176。斜線軌跡的形成 ； 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： 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)； 采用 橫向、縱向速度匹配，形成平面內(nèi)各種運(yùn)動(dòng)； 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。 14 第四章 機(jī)械部 分設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn) 電機(jī)的 計(jì)算 b 取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 δ p=，初選步進(jìn)電機(jī)步距角 θ b 度。 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。 T PS??? 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 （ 41） 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＝ （淬火鋼珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）， η＝ ， P δ＝ 200N，P z為 0。 所以： 步進(jìn) 電機(jī)的選用 通過(guò) 以上計(jì)算選擇電機(jī) 45BF33A，步距角 θ b=176。，額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩3 6 [ ( ) ]()2pZbP G PT N c m???? ? ?????3 6 0 .0 0 5 [ 2 0 0 0 .0 3 ( 2 0 0 0 ) ] 6 .8 2 .2 0 .9 0 .9 6T N c m?? ? ? ?????()ZP P G P? ?? ? ? 15 T= 外形 L D=63Φ 45mm。 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)。 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(lèi)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(chē)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(lèi)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(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表 42。 表 42 滾動(dòng)導(dǎo)軌類(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用 類(lèi)型 特點(diǎn)及應(yīng)用 滾動(dòng)體不循環(huán)的滾動(dòng) 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 16 導(dǎo)軌 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(chē)床，磨床等 滾動(dòng)體循環(huán)的滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副 有專(zhuān)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(lèi)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 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 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 41 所示 。 17 圖 41 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 90186。）中安裝了滾珠，為了防止?jié)L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?yàn)樗墓に囆院茫菀走_(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： 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。 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 18 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。 使?jié)L動(dòng)體與滾道表面產(chǎn)生初始接觸彈性變形的方法稱(chēng)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： 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。 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 41 可以看到在本設(shè)計(jì)中采用的是第二種預(yù)緊方法 。 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。 （ 42） maxpF? 式中 L— 額定壽命（ km）； aC — 額定動(dòng)載荷（ KN）； P— 當(dāng)量動(dòng)載荷（ KN）； maxF — 受力最大的滑塊所受的載荷 (KN）； 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； ()h t c a awf f f f CLKfP?? 19 hf — 硬度系數(shù)＝ 1； tf — 溫度系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床 設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 ；取 1； cf — 接觸系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 ；取 ； af — 精度系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 ；取 ； wf — 載荷系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 。取 ； 由式（ 42）可得 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： 3310 7. 8 10 10 37 3??? ? ? ? ?G=[ （++1+++） 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 （ 43） 式中 μ — 滾動(dòng)摩擦系數(shù)， μ =～ ； F— 法向載荷（ N） f — 密封件阻力 (N)，每個(gè)滑塊座 （ f =2N）； 取 μ=， 則： Fμ=2（ 200+2） =6N； 3 1 91 1 1 0 . 9 1 0 6 0 5( ) ( ) 5 0 2 . 5 1 0 ( )1 . 2 0 . 0 1h t c a awf f f f CL K k mfP ? ???? ? ? ? ? ?F F f? ??? 20 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。在一般條件下，應(yīng)優(yōu)先選用直徑較大的滾動(dòng)體，這是因?yàn)樵龃鬂L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： （ 44） 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)。 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 max ?? /22HG PGP ??( 3 4 0 0 / 2 ) 1 4 3 .52GP ???0/ G d?4 0 0 / 9 .5 8 1 4 .9Z? ? ?max /GP P Z? 21 許用負(fù)荷 查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 得 k=60N/cm2,查表得 ζ=1，則： 2[ ] 60 ( 6 / 10) 1 21. 6( )pN? ? ? ?