【正文】 到 90 米每分鐘 ，加速度 可以到一點(diǎn)五克。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 到今天 ，各廠家追求的目標(biāo) 就是提高速度和效率 ，直線電動(dòng)機(jī)已經(jīng) 開始用于加工中心，進(jìn)給速度 已經(jīng) 達(dá)到 了每分鐘 160 米 以上，加速度達(dá) 到四克 以上，滾珠絲杠副提 的制造要求更加高了 。 今天 ，人們開始重視對(duì)滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小，滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線 是 以前人們只重視 的東西 ，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的曲線 在 現(xiàn)在也開始被人們 重視 起來 。滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量 是 滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn) 的主要因素 ， 在 不同 的絲杠轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副 所 運(yùn)動(dòng)的流暢性不同， 所以 ，滾珠絲杠 螺母 副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩也不 會(huì)一樣 。為了 配合 數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)的 特點(diǎn) ，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 和 部頒標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)滾珠絲杠副的行程變 化 作了 體現(xiàn) ，如有效行程內(nèi) 、 任意 200mm行程內(nèi) 和 弧度內(nèi)行程變動(dòng)量。這種結(jié)構(gòu)的推廣制造 受到了 工藝過于 復(fù)雜 的影響。到今天 ，已有 超過 10種 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)，但比較常用的主要有：內(nèi) 外 循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu) 。 公稱直徑 0d 大于等于 125 毫米 的滾珠絲杠副 就是 重型滾珠絲杠副 。 滾珠絲杠副 目前 還 很難 有統(tǒng)一的 類別 ，但 是世界上每個(gè)國(guó)家 一般 的 分類 原則是：普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑 0d 為 16 毫米到 100 毫米之間 ，導(dǎo)程 hp 為 4 毫米到20 毫米 ，螺旋升角 要小于九度。日本 的 NSK 公司已開發(fā)出 0d =4mm，導(dǎo)程 hp = 的世界 上 最小導(dǎo)程 的 微型滾珠絲杠副。高效率、高精度、高剛度 是滾珠絲杠副的 特點(diǎn)， 因此在 機(jī)械、航 天 、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域 有著廣泛的應(yīng)用 。 1943 年，飛機(jī)上 出現(xiàn)了 滾珠絲杠副。同樣的， 在機(jī)械裝置 等的 實(shí)際 運(yùn) 用時(shí) , 絲杠螺母副 剛性 的 增強(qiáng) 也是 由于 壓力對(duì) 滾珠的斥力 。 （ 2）保證高精度 只有使用 日本 制造的世界 上水平 最高的機(jī)械設(shè)備 ，并且通過 連貫 的 生產(chǎn) 才能生產(chǎn)出高精度的 滾珠絲杠副，特別是在各 個(gè) 工序的工廠環(huán)境方面 ,嚴(yán)格的控制 了 溫度 和濕度， 通過運(yùn)用 完善的品質(zhì)管理體制使?jié)L珠絲杠副 的 精度得以保證 。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 [2]。圓柱凸鍵反向器，的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反 向槽。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)和制造工藝簡(jiǎn)單，使用廣泛。 常用外循環(huán)方式 (a)端蓋式；（ b）插管式；（ c）螺旋槽式 。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有 2 列、 3列、 4 列、5列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有 圈、 圈和 圈等幾種。 滾珠絲杠是 機(jī)器人 和精密 制造機(jī)械 最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn) [1]。 螺桿、螺母和滾珠 是滾珠絲杠組成所必須的三部分 。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了電機(jī)的選擇、工作臺(tái)的設(shè)計(jì)及計(jì)算、測(cè)量架的設(shè)計(jì)及計(jì)算等。并根據(jù)設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果繪制 CAD 裝配圖和部分零件圖。通過從滾珠螺絲的發(fā)展， 滾珠 絲杠 將 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線的運(yùn)動(dòng)。 滾珠絲杠的類型 常用的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。 （ 1） 外循環(huán) 。 在螺母上加工一縱向孔，作為滾珠 的回程通道，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)。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。反向槽靠圓柱外圓面及其上端 的圓鍵定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁 共 33 頁 滾珠絲杠的特點(diǎn) （ 1） 驅(qū)動(dòng)力矩 是滑動(dòng)絲杠副的 1/3 滾珠絲杠副 能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率 的原因是 絲杠軸與絲杠螺母之間 有很多的 滾珠 ，并且不斷的 在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 （ 3）精確的 微進(jìn)給 要 保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給 ，需要極小的啟動(dòng)力矩， 不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn) 象 。 （ 5） 進(jìn)給 可實(shí)現(xiàn)高速度 由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小 的特點(diǎn)， 滾珠絲杠可實(shí)現(xiàn)高速 的 進(jìn)給 [3]。 滾珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生 了很大的提高要?dú)w功于 精密 螺紋磨床 的出現(xiàn) ，數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展， 對(duì) 滾珠絲杠副的 生產(chǎn)研究提供了極大的幫助 。 今天 ，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的 第一部件 。微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副 充分滿足了 半導(dǎo)體插件裝置、小型機(jī)器人 等的制造 ，高速 運(yùn)動(dòng)的 要求 得到了滿足。 公稱直徑 0d 小于等于 12 毫米 的滾珠絲杠副 就是 微型滾珠絲杠副。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 共 33 頁 （ 2） 滾珠絲杠 螺母 副 的組成 滾珠絲杠副最常用的結(jié)構(gòu) 就是 內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)。 內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)反向器的形狀常用的就是圓形和橢圓形 。 （ 3） 精度 的提高 以前 ，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來 獲得 高的定位精度，因此，導(dǎo)程誤差 的累積有很嚴(yán)格的條件 ， 加大了 制 造的難度 ， 提高了 生產(chǎn)成本。 這就可以調(diào)控 滾珠絲杠副行程誤差的直線性， 也就是 線性化。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在轉(zhuǎn)速為 一百轉(zhuǎn)每分鐘 時(shí)，滾珠絲杠 螺母 副 的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 所允許的誤差。滾珠絲杠 螺母 副的性 能特點(diǎn)只有在這兩條曲線在一起的時(shí)候才能完好 地反映出 來。但 是 由于直線電動(dòng)機(jī)價(jià)格 很貴 、控制系統(tǒng) 又 復(fù)雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強(qiáng)磁對(duì)人身危害以及發(fā)熱等缺點(diǎn)，在近一段時(shí)間普及 還有一定難度 。 以前 ， 人們由于 擔(dān)心大導(dǎo)程滾珠絲杠副 的 驅(qū)動(dòng)對(duì) 數(shù)控 加工中心精度的影響，設(shè)計(jì)時(shí) 設(shè) 導(dǎo)程 hp 小于等于 10毫米 。滾珠與絲杠 之間的摩擦 、 滾珠與螺母之間的摩擦 、 滾珠與 反向器之間的摩擦及滾珠 與滾珠 之間的摩擦 導(dǎo)致 滾珠絲杠副的 溫度的升高 。要求結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，以提高 絲杠測(cè)量?jī)x 工作臺(tái)及測(cè)量架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能和精度。通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟 電流 方向和磁感線（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。控制角位移量可以通過控制脈沖個(gè)數(shù) 來實(shí)現(xiàn) ，從而 可以使電機(jī) 準(zhǔn)確定位；同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度 也 可以通過控制 脈沖頻率 來控制，從而 使步進(jìn)電機(jī)可以調(diào)速 [7]。因此用好步進(jìn) 電機(jī) 卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí) 。需要正 負(fù)脈沖供電，消耗功率較小，有定位轉(zhuǎn)矩 BY 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 凡在結(jié)構(gòu)上采用永久磁鋼的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是控制功率小，電磁阻尼大，步矩角大，起動(dòng)頻率低，需要正負(fù)脈沖 供電，有定位轉(zhuǎn)矩 BD 電磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 無需一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需的專用的電源，施加直流電即可工作，控制簡(jiǎn)便，運(yùn)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中 步進(jìn)電機(jī)的選擇 由本課題 在任務(wù)書中的如下規(guī)定“ 測(cè)量工作時(shí)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度為： 3mm/s，電機(jī)在 0－ 內(nèi)達(dá)到最大工作速度”可知，工作臺(tái)設(shè)計(jì)精度要求較高 [9]。BYG/HB 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 共 33 頁 MOTORS110BYG 3 相 的實(shí)物圖 ： 圖 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī) /176。 /176。 /176。 /176。 /176。BYG/HB MOTORS110BYG2 、 3 相 各種型號(hào)的矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)選用計(jì)算 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。其中， M20 的圓螺本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 33 頁 母四個(gè)。圖 為 M20 圓螺母止推墊片 GB/T8581988 的三維結(jié)構(gòu)圖： 圖 M20 圓螺母止推墊片 GB/T8581988 (b)絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)部分在使用 2個(gè) M20 圓螺母止推墊片 起固定作用時(shí)，同時(shí)還使用一個(gè) M25 的 平墊片 GB/，用于雙絲杠螺母副的連接。 （ 4）絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)部分傳動(dòng)絲杠以及螺母副的選擇 (a)絲杠測(cè)量?jī)x工作臺(tái)部 分的絲杠主要作用是通過聯(lián)軸器與電機(jī)鏈接，利用自身的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)工作臺(tái)部分沿導(dǎo)軌移動(dòng)，從而達(dá)到測(cè)量的目的。型號(hào)為 FL4006。該類軸承屬分離型軸承，根據(jù)軸承中滾動(dòng)體的列數(shù)分為單列、雙列和四列圓錐滾子軸承。即同型號(hào)的外圈除外部尺寸、公差需符合 ISO492（ GB307）規(guī)定外，內(nèi)圈組件的圓錐角、組件錐體直徑等也必須符合互換的有關(guān)規(guī)定 。錐角愈大，承受軸向載荷的能力也愈大。另外，單列圓錐滾子軸承可以在安裝過程中調(diào)整游隙的大小。如圖 所示為軸承 30204 的實(shí)物圖： 圖 軸承 30204 實(shí)物圖 （ 6）銷的選擇 圓錐銷具有 1： 50 的錐度，自鎖性好，定位精度高，安裝方便，多次裝拆對(duì)定位精度的影響較小，主要用于定位，也可用作聯(lián)接銷，銷孔需鉸制。 （ 2）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)輕快，無阻滯現(xiàn)象。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 19 頁 共 33 頁 3 絲杠測(cè)量?jī)x測(cè)量架部分的設(shè)計(jì) 渦輪蝸桿的選擇 渦輪蝸桿 （ 1） 用途： 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用來傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 （ 3） 蝸輪蝸桿正確嚙合的條件 （ a） 中間平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的模數(shù)和壓力角分別相等 ，即蝸輪的端面模數(shù)等于蝸桿的軸面模數(shù)且為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸輪的端面壓力角應(yīng)等于蝸桿的軸面壓力角且為標(biāo)準(zhǔn)值 。 （ c） 蝸桿頭數(shù)推薦值為 6，當(dāng)取小值時(shí)，其傳動(dòng)比大，且具有自鎖性；當(dāng)取大值時(shí)，傳動(dòng)效率高 。如在其重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。本次測(cè)量架部分的設(shè)計(jì)所使用的是圓柱蝸桿傳動(dòng)，所以下面就介紹一下圓柱蝸桿的種類和特點(diǎn) [15]： 圓柱蝸桿傳動(dòng)包括普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)兩類。但導(dǎo)程角大時(shí)加工困難，齒面磨損較快。一般用于蝸桿頭數(shù)較多（ 3頭以上），轉(zhuǎn)速較高和要求較精密的傳動(dòng)，如滾齒機(jī)、磨齒機(jī)上的精密蝸桿副等。常用來做機(jī)床的多頭精密蝸桿副。由于錐形盤狀銑刀的成形是直線，刀具是易于制造、刃磨、修整及檢驗(yàn)，也使蝸桿的磨削及相應(yīng)渦輪滾刀的磨削較容易。這種傳動(dòng)具有承載能力大，效率高的優(yōu)點(diǎn)。38113? 62 + 63 35 1 82 + 50 20 1 39。那么，絲杠測(cè)量?jī)x測(cè)量架本部分控制轉(zhuǎn)向的渦輪蝸桿就采用第一種情況的數(shù)據(jù)。經(jīng)過實(shí) 際的作圖和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)安裝可以準(zhǔn)確進(jìn)行。又由于所選的渦輪蝸桿的導(dǎo)程角為 39。圓鍵用來定心，方鍵用來定位，這樣就可以保證測(cè)量架工作臺(tái)的定位。絲杠上的螺母副采用雙螺母預(yù)警，并通過螺母座將螺母的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。在支撐軸上裝有渦輪，并且在工作平臺(tái)上架有軸承架來支撐蝸桿。在測(cè)量架上的工作臺(tái)