【正文】 方向的偏差越小，說明導(dǎo)軌精度越高。所以導(dǎo)軌精度首先是指運(yùn)動件運(yùn)動的直線性，其次是與其他有關(guān)基準(zhǔn)相互位置的確定性。而對于導(dǎo)軌的直線度，它取決于導(dǎo)軌面的幾何精度，接觸精度，導(dǎo)軌和基座的剛度，導(dǎo)軌的油膜剛度及基座的熱變形等。2）導(dǎo)軌的運(yùn)動平穩(wěn)性 導(dǎo)軌的不平穩(wěn)現(xiàn)象主要出現(xiàn)在其低速運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)軌運(yùn)動的驅(qū)動指令是均勻的而與動導(dǎo)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(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，造成的主要原因有：(1)導(dǎo)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(yùn)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(dá)到這些要求，可以采用滾動導(dǎo)軌代替滑動導(dǎo)軌來減少。此外，當(dāng)運(yùn)動部分潤滑較好時(shí)也可以使爬行減少。3）剛度導(dǎo)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(dǎo)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(jì)，盡可能提高導(dǎo)軌的剛度(2)通過設(shè)計(jì)加強(qiáng)肋來減少自重變形(3)采用補(bǔ)償措施，用螺釘進(jìn)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(dǎo)軌接觸的部分。接觸變形主要是由于微觀不平度造成實(shí)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(qiáng)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(dǎo)軌應(yīng)該耐磨，以提高其使用壽命。導(dǎo)軌面磨損以后會使導(dǎo)軌精度下降。導(dǎo)軌精度除了符合出廠要求外，還必須使這個(gè)精度在一定的期限內(nèi)不變或少變，也就是習(xí)慣所說的“精度保持性”問題。時(shí)間證明，不少精密機(jī)械設(shè)備多年使用仍然很好，有些則很快失效，精度降低。導(dǎo)軌的耐磨性與摩擦性質(zhì)，導(dǎo)軌材料，加工工藝方法及受力情況有關(guān)。導(dǎo)軌的比壓是指導(dǎo)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(dǎo)軌寬度(cm）。 L—導(dǎo)軌長度(cm)。由上式可得知，要提高導(dǎo)軌的耐磨性，應(yīng)該減少載荷，擴(kuò)大導(dǎo)軌的寬度，增大導(dǎo)軌的長度。5）潤滑和防護(hù)良好的潤滑不僅可以減少導(dǎo)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(shí)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(shí)候粘性變化要小，不腐蝕機(jī)體，雜質(zhì)要少。導(dǎo)軌的防護(hù)也很重要，如加防護(hù)罩可以防止灰塵和污物進(jìn)入導(dǎo)軌，有利于延長導(dǎo)軌使用壽命和保護(hù)導(dǎo)軌的精度。6）材料和加工方法由于導(dǎo)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(dǎo)軌。進(jìn)行淬火時(shí)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(dǎo)軌面，使表面形成封閉的花紋。淬火以后硬度可以達(dá)到50HRC以上，淬火變形小，~，無需再進(jìn)行加工，耐磨性提高1~2倍。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單，低成本，變形小。為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，還應(yīng)該合理地選擇加工方法。為此可以將運(yùn)動導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌面均采用刮研的配合面及動導(dǎo)軌面用砂輪端面磨削，靜導(dǎo)軌面采用刮研時(shí)的配合面。7）補(bǔ)償方法在精加工以后的導(dǎo)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(dǎo)軌微觀幾何形狀，在25mm/min進(jìn)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(yùn)動導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)1）V導(dǎo)軌的角度V導(dǎo)軌角度一般取90度角，因?yàn)楣窝袑?dǎo)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(dǎo)向性，但少量磨損會急劇降低兩對導(dǎo)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(dǎo)向性差。2）運(yùn)動導(dǎo)軌和固定導(dǎo)軌的長度取長的動導(dǎo)軌，有利于改善導(dǎo)向精度和工作的可靠性。當(dāng)存在導(dǎo)軌△時(shí)，運(yùn)動的傾斜角（）與導(dǎo)軌長度有關(guān)，越長間隙對導(dǎo)軌精度影響越小。另外，當(dāng)牽引力t與導(dǎo)軌副摩擦力f的合力相距x時(shí)，力矩()將運(yùn)動部件傾斜，并以n力作用于靜導(dǎo)軌上，此時(shí)?？梢娫介L，n越小，運(yùn)動部件可靠性越好。3）導(dǎo)軌寬度B導(dǎo)軌寬度與導(dǎo)軌承載能力有關(guān)，作用于導(dǎo)軌面上的載荷越大，寬度也應(yīng)增大。，已知載荷W，動導(dǎo)軌長度和許用的比壓p ，導(dǎo)軌寬度B即可求出，公式如下： （）4）導(dǎo)軌材料選擇導(dǎo)軌選擇鑄鐵淬火鑄鐵 HT200。5）導(dǎo)軌尺寸設(shè)計(jì)誤差傳遞機(jī)構(gòu)的總長為L=228mm, 取動導(dǎo)軌長度240mm，,所以定導(dǎo)軌的長度L=228++23(余量）=,取L=272mm。估算導(dǎo)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(dǎo)軌工作寬度b1=100mm。上部分寬度為110mm。動導(dǎo)軌的厚度h1=25mm。動導(dǎo)軌截面: 動導(dǎo)軌截面 動導(dǎo)軌立體考慮到光柵尺的安裝尺寸，取定導(dǎo)軌寬b=145mm,厚度h=23mm。6）定導(dǎo)軌外廓設(shè)計(jì)：根據(jù)滾珠絲桿副的高度，我們在動導(dǎo)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(dǎo)軌的最大測量行程的要求與導(dǎo)軌和其他部分的配合，確定光柵位移傳感器的運(yùn)動部分安裝在動導(dǎo)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(dāng)，數(shù)目過少則導(dǎo)軌的制造誤差將明顯地影響導(dǎo)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(gè)。9）接觸強(qiáng)度的計(jì)算滾動導(dǎo)軌接觸強(qiáng)度主要是計(jì)算每個(gè)滾動體承受的最大壓力是否超過導(dǎo)軌材料接觸強(qiáng)度所允許的最大壓力。 （）對于滾珠導(dǎo)軌： （）為計(jì)算滑動導(dǎo)軌時(shí)的最大比壓（MPa），取為滾動體的許用應(yīng)力（MPa），對于淬火導(dǎo)軌60HRC，采用滾珠是為=15~20 Mpa，取=15 Mpa，為導(dǎo)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(qiáng)度符合要求。10）導(dǎo)軌的精度設(shè)計(jì)： 導(dǎo)軌的精度設(shè)計(jì)為6級 在X方向運(yùn)動導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)1）總體要求：定位臂導(dǎo)軌是在測量開始時(shí)調(diào)節(jié)定位臂與測量頭的距離，它的運(yùn)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(dǎo)軌。2）具體截面尺寸設(shè)計(jì)：具體示意圖如下所示： 燕尾槽示意圖取動導(dǎo)軌的高度H=20mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊相應(yīng)的尺寸參數(shù)如下表： 燕尾槽導(dǎo)軌的尺寸參數(shù)表（單位：mm)　　　　　　　　　　20211248085108323）定位球定導(dǎo)軌長的設(shè)計(jì)，考慮動導(dǎo)軌的寬度且留有一定余量，故取定導(dǎo)軌的長度為L=140mm，又因?yàn)闇y量頭的直徑為3mm，故在導(dǎo)軌的正中心留一個(gè)邊長為60*40的長方形的孔，以便放測桿測頭。4）定位球動導(dǎo)軌長的設(shè)計(jì)考慮到動導(dǎo)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(dǎo)軌長75mm。 5）定位桿的固定：定位桿旋緊導(dǎo)軌的螺紋選擇GB/T M20*。定導(dǎo)軌的固定采用8個(gè)螺釘且安于動導(dǎo)軌無法到達(dá)的地方，選擇GB/T 65 M3*12。6）材料的選擇：燕尾槽導(dǎo)軌的材料選用HT200，鑄鐵—淬火鑄鐵，他的特點(diǎn)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(fù)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(dǎo)軌和定導(dǎo)軌之間摩擦系數(shù)由安裝滾珠以減小。7）具體設(shè)計(jì)圖： 動導(dǎo)軌截面圖 定導(dǎo)軌截面 燕尾槽組合圖 驅(qū)動絲桿的設(shè)計(jì)驅(qū)動絲桿是一個(gè)螺旋傳動裝置，要求有合適的運(yùn)動精度和傳動效率，運(yùn)行平穩(wěn)，承受軸向負(fù)荷和扭矩時(shí)的強(qiáng)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(yùn)動和動力。他主要將螺旋運(yùn)動變成直線運(yùn)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(diǎn)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(dāng)螺旋升角小于摩擦角時(shí)，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(shí)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(diǎn)如下：1)傳動效率高，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜； 2)運(yùn)動平穩(wěn)，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、低速時(shí)無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進(jìn)給； 3)有較高的定位精度和重復(fù)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(diǎn)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(shí)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(shí)應(yīng)設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；需要一套可靠的供油系統(tǒng)，并且螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工比較困難。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要，燕尾槽動導(dǎo)軌的驅(qū)動選用滑動螺旋傳動，雙V型密珠導(dǎo)軌驅(qū)動選用滾珠螺旋傳動。本次設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)值，通過查機(jī)械設(shè)計(jì)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(gè)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(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。由于動導(dǎo)軌的工作行程為35mm，螺母高度即燕尾槽動導(dǎo)軌的寬度為20mm，則取。1）耐磨性計(jì)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(jì)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(qiáng)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(qiáng)使其小于或者等于許用壓強(qiáng)，有公式： （）式中：P為螺紋工作表面實(shí)際平均壓強(qiáng)；[P]是許用壓強(qiáng)；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(yàn)算公式如： （）在本設(shè)計(jì)中估計(jì)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(qiáng)[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(shí)。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(qiáng)。即本螺紋符合設(shè)計(jì)要求。2）剛度計(jì)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(yàn)算Ld1 = ≤25 （） 故無需對受壓螺桿進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。4）強(qiáng)度驗(yàn)算(1).螺桿強(qiáng)度計(jì)算：螺桿的強(qiáng)度可以按第四強(qiáng)度理論計(jì)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(qiáng)度公式得σ，σ=, 故σσ，所以本螺桿滿足強(qiáng)度要求。(2).螺紋強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度可以按下列公式驗(yàn)算：剪切強(qiáng)度： （）彎曲強(qiáng)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(qiáng)度： τ=τ