【正文】 方向的偏差越小，說明導軌精度越高。所以導軌精度首先是指運動件運動的直線性，其次是與其他有關(guān)基準相互位置的確定性。而對于導軌的直線度，它取決于導軌面的幾何精度，接觸精度，導軌和基座的剛度，導軌的油膜剛度及基座的熱變形等。2）導軌的運動平穩(wěn)性 導軌的不平穩(wěn)現(xiàn)象主要出現(xiàn)在其低速運動時，導軌運動的驅(qū)動指令是均勻的而與動導軌相連的工作臺出現(xiàn)一快一慢，一跳一停的現(xiàn)象，稱為“爬行”。爬行是一個復雜的現(xiàn)象，造成的主要原因有：(1)導軌間的靜，動摩擦系數(shù)差值較大；(2)動摩擦系數(shù)隨速度變化；(3)系統(tǒng)的剛度差。不發(fā)生爬行現(xiàn)象的臨界條件： （） （）由式子430可得臨界速度 （）式中：A—運動均勻性系數(shù)—動摩擦力與靜摩擦力之差K—傳動系統(tǒng)剛度所以，由上式可知，要減少爬行，應(yīng)該使臨界速度降低，即使減少動摩擦力與靜摩擦力之差值，增加系統(tǒng)阻尼和增加彈性環(huán)節(jié)剛度。而要達到這些要求，可以采用滾動導軌代替滑動導軌來減少。此外，當運動部分潤滑較好時也可以使爬行減少。3）剛度導軌受力會產(chǎn)生變形，其中有自重變形，局部變形和接觸變形。自重變形是由于導軌上零部件自身的重量而造成的。它不可能避免，只可以盡可能地減少。減少的方法：(1)采用剛度設(shè)計，盡可能提高導軌的剛度(2)通過設(shè)計加強肋來減少自重變形(3)采用補償措施，用螺釘進行反變形局部變形主要發(fā)生在載荷集中的地方，如立柱與導軌接觸的部分。接觸變形主要是由于微觀不平度造成實際接觸面積僅是名義接觸面積的很小一部分。接觸變形，壓強p與變形之間呈非線性關(guān)系。減少接觸變形的方法有：采用預(yù)加載荷的方法增加接觸剛度，對于固定不動的接觸面，預(yù)加載荷一般大于活動件及其上的部件的重力與外載荷的和；對于活動的接觸面，預(yù)加載荷一般等于活動件及其上工件的重力與外載荷的和。4）耐磨性導軌應(yīng)該耐磨，以提高其使用壽命。導軌面磨損以后會使導軌精度下降。導軌精度除了符合出廠要求外，還必須使這個精度在一定的期限內(nèi)不變或少變，也就是習慣所說的“精度保持性”問題。時間證明，不少精密機械設(shè)備多年使用仍然很好，有些則很快失效，精度降低。導軌的耐磨性與摩擦性質(zhì)，導軌材料，加工工藝方法及受力情況有關(guān)。導軌的比壓是指導軌單位面積上承受載荷的能力： （）式中：Ｗ—載荷(N)；Ｓ—承載面積()。B—導軌寬度(cm）。 L—導軌長度(cm)。由上式可得知，要提高導軌的耐磨性，應(yīng)該減少載荷，擴大導軌的寬度，增大導軌的長度。5）潤滑和防護良好的潤滑不僅可以減少導軌磨損，而且還可以降低由于摩擦而產(chǎn)生的溫度，防止低速的時候爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生，潤滑油的選擇，應(yīng)該具有較大的潤滑性能，足夠的油膜剛度，溫度變化時候粘性變化要小，不腐蝕機體，雜質(zhì)要少。導軌的防護也很重要，如加防護罩可以防止灰塵和污物進入導軌，有利于延長導軌使用壽命和保護導軌的精度。6）材料和加工方法由于導軌很難各處均勻磨損，為了減少其對精度的影響，就要采用耐磨和硬度高的材料。因此我們就采用淬火鑄鐵導軌。進行淬火時候采用電接觸表面淬火法，電接觸表面淬火法就是采用大電流低電壓，通過滾輪接觸導軌面，使表面形成封閉的花紋。淬火以后硬度可以達到50HRC以上，淬火變形小，~，無需再進行加工，耐磨性提高1~2倍。這種方法的優(yōu)點是簡單，低成本，變形小。為了提高導軌的耐磨性，還應(yīng)該合理地選擇加工方法。為此可以將運動導軌與固定導軌面均采用刮研的配合面及動導軌面用砂輪端面磨削，靜導軌面采用刮研時的配合面。7）補償方法在精加工以后的導軌面上加一層磷酸鹽薄膜，耐磨性可以提高三倍，摩擦系數(shù)減少30%~50%，并且可以改善導軌微觀幾何形狀，在25mm/min進給量下，工作臺不產(chǎn)生爬行，目前國內(nèi)外都廣泛應(yīng)用。 Y方向運動導軌的設(shè)計1）V導軌的角度V導軌角度一般取90度角，因為刮研導軌的方行研具，剛度大，制造和檢修方便。取小于90度角可以提高導向性，但少量磨損會急劇降低兩對導軌副的登高精度，過小還會使工作臺移動使有鍥緊作用，增大摩擦力。取大于90度角可以增加承載面積，減小比壓，但導向性差。2）運動導軌和固定導軌的長度取長的動導軌，有利于改善導向精度和工作的可靠性。當存在導軌△時，運動的傾斜角（）與導軌長度有關(guān)，越長間隙對導軌精度影響越小。另外，當牽引力t與導軌副摩擦力f的合力相距x時，力矩()將運動部件傾斜，并以n力作用于靜導軌上，此時?？梢娫介L，n越小，運動部件可靠性越好。3）導軌寬度B導軌寬度與導軌承載能力有關(guān)，作用于導軌面上的載荷越大，寬度也應(yīng)增大。，已知載荷W，動導軌長度和許用的比壓p ，導軌寬度B即可求出，公式如下： （）4）導軌材料選擇導軌選擇鑄鐵淬火鑄鐵 HT200。5）導軌尺寸設(shè)計誤差傳遞機構(gòu)的總長為L=228mm, 取動導軌長度240mm，,所以定導軌的長度L=228++23(余量）=,取L=272mm。估算導軌面的載荷為G=30N.，解得B≥，根據(jù)誤差傳遞系統(tǒng)和光柵位移傳感器的寬度，取B=75+25=100，取得得動導軌工作寬度b1=100mm。上部分寬度為110mm。動導軌的厚度h1=25mm。動導軌截面: 動導軌截面 動導軌立體考慮到光柵尺的安裝尺寸，取定導軌寬b=145mm,厚度h=23mm。6）定導軌外廓設(shè)計：根據(jù)滾珠絲桿副的高度，我們在動導軌的下方留30mm的空隙，故H2=30mmB2=15mmB3=30mmH=60mmH1=25mm 截面圖： 裝配好的截面7）光柵位移傳感器的安裝位置考慮到能滿足動導軌的最大測量行程的要求與導軌和其他部分的配合，確定光柵位移傳感器的運動部分安裝在動導軌上，位置如圖圖416 光柵位移傳感器安裝位置示意圖8）滾珠的尺寸和數(shù)目增大滾動體的直徑，可以減少摩擦系數(shù)和接觸應(yīng)力，不易產(chǎn)生滑動。取滾珠的直徑d=10mm。滾珠的數(shù)目也要選擇適當，數(shù)目過少則導軌的制造誤差將明顯地影響導軌的位置精度。滾珠的數(shù)目為： （）所以滾珠的數(shù)目為：m=21個。9）接觸強度的計算滾動導軌接觸強度主要是計算每個滾動體承受的最大壓力是否超過導軌材料接觸強度所允許的最大壓力。 （）對于滾珠導軌： （）為計算滑動導軌時的最大比壓（MPa），取為滾動體的許用應(yīng)力（MPa），對于淬火導軌60HRC，采用滾珠是為=15~20 Mpa，取=15 Mpa，為導軌材料的硬度系數(shù)，取=1,代入式子上式中：==7*3*15=315N= （）所以，則強度符合要求。10）導軌的精度設(shè)計： 導軌的精度設(shè)計為6級 在X方向運動導軌的設(shè)計1）總體要求：定位臂導軌是在測量開始時調(diào)節(jié)定位臂與測量頭的距離，它的運動性要求不是很高，并且移動速度很低，所以采用燕尾槽形滑動導軌。2）具體截面尺寸設(shè)計：具體示意圖如下所示： 燕尾槽示意圖取動導軌的高度H=20mm，查機械設(shè)計手冊相應(yīng)的尺寸參數(shù)如下表： 燕尾槽導軌的尺寸參數(shù)表（單位：mm)　　　　　　　　　　20211248085108323）定位球定導軌長的設(shè)計，考慮動導軌的寬度且留有一定余量，故取定導軌的長度為L=140mm，又因為測量頭的直徑為3mm，故在導軌的正中心留一個邊長為60*40的長方形的孔，以便放測桿測頭。4）定位球動導軌長的設(shè)計考慮到動導軌與驅(qū)動絲桿的配合以及定位球之間的距離范圍，取動導軌長75mm。 5）定位桿的固定：定位桿旋緊導軌的螺紋選擇GB/T M20*。定導軌的固定采用8個螺釘且安于動導軌無法到達的地方，選擇GB/T 65 M3*12。6）材料的選擇：燕尾槽導軌的材料選用HT200，鑄鐵—淬火鑄鐵，他的特點有：尺寸緊湊，調(diào)整間隙方便，能承受傾覆力矩。但制造，檢修復雜，剛度比較差，摩擦力大，適用于受力小，層次多，尺寸緊湊，速度低的部件。動導軌和定導軌之間摩擦系數(shù)由安裝滾珠以減小。7）具體設(shè)計圖： 動導軌截面圖 定導軌截面 燕尾槽組合圖 驅(qū)動絲桿的設(shè)計驅(qū)動絲桿是一個螺旋傳動裝置，要求有合適的運動精度和傳動效率，運行平穩(wěn)，承受軸向負荷和扭矩時的強度、剛度、穩(wěn)定性較好。螺旋傳動是通過螺桿和螺母旋合傳遞運動和動力。他主要將螺旋運動變成直線運動，以較小的轉(zhuǎn)矩得到較大的推力，或者用以調(diào)整零件的相互位置。螺旋傳動分為：滑動螺旋、滾動螺旋、靜壓螺旋這三種類型。1）滑動螺旋的傳動特點如下：擦阻力大，傳動效率低（通常為30%—40%）；構(gòu)簡單，加工方便；自鎖，當螺旋升角小于摩擦角時，螺旋傳動具有自鎖作用；動精度高，工作平穩(wěn)；旋有側(cè)向間隙，反向時有空回，定位精度和軸向剛度比較差，為了提高定位精度，減小空回，必須消除側(cè)隙；2）滾動螺旋的傳動特點如下：1)傳動效率高，但結(jié)構(gòu)比較復雜； 2)運動平穩(wěn)，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進給； 3)有較高的定位精度和重復定位精度；4)相對磨損甚微，有較高的使用壽命和精度保持性； 5)不能自鎖，如用與要求自鎖的系統(tǒng)則需要加自鎖裝置。3）靜壓螺旋的傳動特點如下：擦阻力小,傳動效率高；壽命長，螺紋表面不直接接觸，能長期保持工作精度；傳動平穩(wěn)，低速時無爬行現(xiàn)象；傳動精度和定位精度高；具有傳動可逆性，必要時應(yīng)設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)機構(gòu)；需要一套可靠的供油系統(tǒng)，并且螺母結(jié)構(gòu)復雜，加工比較困難。根據(jù)本次設(shè)計的需要，燕尾槽動導軌的驅(qū)動選用滑動螺旋傳動，雙V型密珠導軌驅(qū)動選用滾珠螺旋傳動。本次設(shè)計中調(diào)整螺旋和傳動螺旋要求自鎖，不太要求傳動效率，所以采用單線螺紋。常用的有梯形螺紋、鋸齒形螺紋和矩形螺紋。由于梯形螺紋可消除間隙和調(diào)整，故決定采用梯形螺紋。其螺紋示意圖如417：螺紋牙型半角，為了避免周期誤差，選用單頭螺紋，即n=1。在測微螺旋中，螺距應(yīng)該取標準值，通過查機械設(shè)計手冊取P=1mm，公稱直徑為d=8 mm,螺桿螺紋部分的長度在整個工作行程內(nèi)必須與螺母正確旋合，在此前提下，螺紋部分要盡量短。一般要滿足（H為螺母的高度），為工作行程，為了保證螺桿的剛度，螺桿的直徑應(yīng)該選大些，并且使，如果不滿足此條件，要對受壓螺桿進行穩(wěn)定性驗算。由于動導軌的工作行程為35mm，螺母高度即燕尾槽動導軌的寬度為20mm，則取。1）耐磨性計算磨損是滑動螺旋傳動的主要失效形式，通常根據(jù)耐磨性的計算確定螺桿的直徑和螺母高度。由于磨損的速度和螺紋工作表面壓強的大小有直接關(guān)系，所以為了提高螺旋傳動的壽命，必須限制螺紋工作、表面的壓強使其小于或者等于許用壓強，有公式： （）式中：P為螺紋工作表面實際平均壓強；[P]是許用壓強；Z為旋合圈數(shù)；是軸向載荷；是螺紋中徑；h是螺紋工作高度(梯形螺紋和矩形螺紋h=)螺紋螺紋中徑的驗算公式如： （）在本設(shè)計中估計軸向載荷不超過50N，取，取，選定螺桿的材料為45號鋼；螺母的材料選定為耐磨鑄鐵，查表得到許用壓強[p]為6~8 Mpa。根據(jù)公式： （）所以取,其中為牙頂間隙，查手冊得p=2~5時。旋合圈數(shù)，滿足。原整為整數(shù)10。螺紋工作高度為h==。螺母高度H=。工作壓強。即本螺紋符合設(shè)計要求。2）剛度計算 λ=1000ΡλΡ=4FaπEd22+16TPGd24π2108 （）查數(shù)據(jù)：E=105，G=8104，η=tanγtan(γ+ρν)=T=?aP2πη=50102 =，代入上式得λ= 5級精度螺桿λ=10,故λλ。3）穩(wěn)定性驗算Ld1 = ≤25 （） 故無需對受壓螺桿進行穩(wěn)定性驗算。4）強度驗算(1).螺桿強度計算：螺桿的強度可以按第四強度理論計算。其公式是： （）式中，是螺桿材料的許用應(yīng)力，= /（6~8）（為材料的屈服極限）；為螺桿螺紋小徑；為軸向載荷；T為轉(zhuǎn)矩。查手冊得45號鋼的屈服極限，則σ=σs(6~8)=45~60N/mm2 （）螺桿螺紋小徑=，軸向載荷取50N，,代入螺桿強度公式得σ，σ=, 故σσ，所以本螺桿滿足強度要求。(2).螺紋強度計算設(shè)軸向載荷作用與螺紋中徑，并且忽略螺桿與螺母之間的徑向間隙，則螺母螺紋強度可以按下列公式驗算：剪切強度： （）彎曲強度： （）式中，d為螺紋大徑（mm）；b為螺紋根部寬度（mm），對于普通螺紋，b=P；n為旋合扣數(shù)，n=H/P；[t]和分別為螺旋材料的許用彎曲應(yīng)力，：螺母材料[t]/( )/()鋼[s](1~)[s]耐磨鑄鐵4050~60查手冊得螺紋大徑D=8mm,螺紋根部寬度b==,旋合扣數(shù)n=H/P=, 耐磨鑄鐵的σb=50~60N/mm2, τ=40N/mm2 , h==代入式中得剪切強度： τ=τ