【導(dǎo)讀】造，使其具有對(duì)工件進(jìn)行噴丸硬化處理功能?？刂葡到y(tǒng)利用微機(jī)對(duì)縱橫系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制，裝置為專(zhuān)用旋轉(zhuǎn)夾具對(duì)工件實(shí)現(xiàn)連續(xù)等角速度旋轉(zhuǎn)和按一定角度間休轉(zhuǎn)動(dòng)。指令，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，然后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。了水射流數(shù)控噴丸機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)，工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 i ： 傳動(dòng)比齒輪一級(jí)減速 i= 代入得 ， Ph = 4 mm 圓整為 Ph = 5 mm 如以上所算，相同工況下噴頭支架滾珠絲杠副所選導(dǎo)程與運(yùn)動(dòng)支架滾珠絲杠副相同，并且噴頭支架重量為 W1=200N，這樣為了計(jì)算選型以及采購(gòu)和安裝的方便 我們決定采用與運(yùn)動(dòng)支架滾珠絲杠副相 同型號(hào)的滾珠絲杠作為噴頭支架滾珠絲杠副，即確定其型號(hào)為 FFZD25053P3/15071186。由于其重量?jī)H為 200N1000N，故肯定能滿(mǎn)足使用要求。 同時(shí)因其噴頭支架重量為 200N，根據(jù)前面運(yùn)動(dòng)支架帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算由經(jīng)驗(yàn)選擇帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)為 55BFOO1 型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，步距角 316N/m。 滾珠絲杠副的潤(rùn)滑、防護(hù)和密封 潤(rùn)滑 滾珠絲杠必須潤(rùn)滑。滾珠絲杠的潤(rùn)滑可選用油或脂。滾動(dòng)軸承用的各種潤(rùn)滑劑原則中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 29 頁(yè) 共 45 頁(yè) 上都可用。主軸用的各種潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式都可用于精密滾珠絲 杠 [14]。 本設(shè)計(jì)滾珠絲杠副采用鋰基潤(rùn)滑脂或主軸用潤(rùn)滑油。每周檢查一次滾珠絲杠，當(dāng)選用潤(rùn)滑油時(shí)，油中不能有金屬異物或污染物。在試車(chē)一周后更換一次油，以后逐漸增長(zhǎng)換油時(shí)間。潤(rùn)滑油粘度按表 （機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)）選擇當(dāng)絲杠最高轉(zhuǎn)速 ＞ 700～1500r/min 粘度為 ISO VG4 ISO VG32。潤(rùn)滑脂選用 2 號(hào)鋰基潤(rùn)滑脂，正常使用時(shí)第一次潤(rùn)滑脂使用 2 個(gè)月后就需更換，以后逐漸更換延長(zhǎng)時(shí)間到一年更換一次。 防護(hù) 滾珠絲杠防護(hù)套有伸縮套管式、折疊式和螺旋鋼帶保護(hù)套。其中螺旋鋼帶保護(hù)套有專(zhuān)業(yè) 廠家生產(chǎn)。所以本次設(shè)計(jì)擬選用螺旋鋼帶式保護(hù)套。 根據(jù)滾珠絲杠基本參數(shù)確定 Lmax=1200mm 查產(chǎn)品樣本手冊(cè)選用 LGB501200100H 型螺旋鋼帶保護(hù)套，其規(guī)格見(jiàn)圖 其基本尺寸確定為： Lmax=1200mm Lmin=100mm D1=50mm D2=84mm D3=90mm D4=48mm 則其最大允程 L= Lmax Lmin=1100mm 滿(mǎn)足要求，可以使用。 圖 螺旋鋼帶保護(hù)套 密封 滾珠螺母的 兩端密封圈用聚四氟乙烯或尼龍制造的接觸式密封圈。使用中要特別注意防止螺旋式密封圈松動(dòng)，否則密封圈將成為一個(gè)鎖緊螺母增大摩擦力矩，影響滾珠絲杠副的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 為保證螺母在正常行程內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，一避免螺母越出行程部分而使?jié)L珠散失，故在橫向中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 30 頁(yè) 共 45 頁(yè) 和縱向?qū)к墐啥税仓眯谐涕_(kāi)關(guān)和限位裝置 [15]。 圖 絲杠螺母密封圈 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 31 頁(yè) 共 45 頁(yè) 3 滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)套副的選擇計(jì)算 滾動(dòng)導(dǎo)套副的基本結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)導(dǎo)套副的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 ，它主要由滾動(dòng)導(dǎo)套（又稱(chēng)直線(xiàn)滾動(dòng)球軸承），導(dǎo)軌軸，滾動(dòng)導(dǎo)套支座及導(dǎo)軌架構(gòu)成。滾動(dòng)導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)由套筒、保持架、滾珠（ 承載滾珠和回珠）、帶橡膠密封的擋圈構(gòu)成。滾動(dòng)導(dǎo)套和保持架上有平行與軸線(xiàn)、深淺不同的溝槽。導(dǎo)軌軸裝入滾動(dòng)導(dǎo)套后，保持架就與導(dǎo)軌軸、滾動(dòng)導(dǎo)套構(gòu)成了滾道和回珠槽。當(dāng)滾動(dòng)導(dǎo)套在導(dǎo)軌軸上做相對(duì)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠就在滾道和回珠槽中做循環(huán)滾動(dòng)。因此，滾動(dòng)導(dǎo)套副屬于無(wú)限循環(huán)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，而保持架還有反向器的作用。擋圈除起密封作用外，還對(duì)保持架起軸向限位作用 [16]。 圖 滾動(dòng)導(dǎo)套副的結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)導(dǎo)套副的結(jié)構(gòu)形式 本設(shè)計(jì)有效行程為 1000mm 屬短行程，故選用封閉類(lèi)型滾動(dòng)導(dǎo)套，這是常用的類(lèi)型，這種類(lèi)型的滾動(dòng)導(dǎo)套副是封閉的，因此只能在導(dǎo)軌軸兩端配兩個(gè)導(dǎo)軌軸支架，所以這種類(lèi)型只適用于短行程。而封閉型中又可分不可調(diào)隙封閉型及可調(diào)隙封閉型兩種，為了便于使用調(diào)整本設(shè)計(jì)選用可調(diào)隙封閉型滾動(dòng)導(dǎo)套副見(jiàn)圖 在導(dǎo)套及擋圈上開(kāi)有軸向間隙，在滾動(dòng)導(dǎo)套支架上也開(kāi)有軸向縫隙，并增加調(diào)隙螺釘適當(dāng)擰緊調(diào)隙螺釘，可以適當(dāng)減小滾動(dòng)導(dǎo)套與導(dǎo)軌軸之間的間隙，甚至可以達(dá)到輕微過(guò)盈。為了使?jié)L 動(dòng)導(dǎo)套變形均勻，滾動(dòng)導(dǎo)套的軸向縫隙與支架的軸向縫隙應(yīng)成 90186。分布。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 32 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 可調(diào)隙封閉型滾動(dòng)導(dǎo)套副 滾動(dòng)導(dǎo)套副的特點(diǎn) 滾動(dòng)導(dǎo)套副的導(dǎo)軌軸是圓柱體，采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，外表面經(jīng)中頻感應(yīng)淬硬HRC5863，制造容易、耐用、性能穩(wěn)定，有良好的精度保持性。但承載剛球與導(dǎo)軌之間是兩個(gè)凸圓之間的點(diǎn)接觸，與尺寸類(lèi)似的滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副比較，許用載荷小得多，因此，滾動(dòng)導(dǎo)套副只能用于輕載場(chǎng)合，并且一般不預(yù)加載荷。本次設(shè)計(jì)為噴丸機(jī)機(jī)架由經(jīng)驗(yàn)估計(jì)重量約 100 千克，輕便無(wú)預(yù)加載荷故適用。 滾動(dòng)導(dǎo)套副不能傳遞 轉(zhuǎn)矩，并且由于保持架上開(kāi)的槽是軸的，滾動(dòng)導(dǎo)軌和導(dǎo)軌軸之間還不能相對(duì)旋轉(zhuǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，滾動(dòng)導(dǎo)套副具有的如下特點(diǎn)使其具有高的廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。摩擦系數(shù)很小，只有 ～ ，功率消耗低，省電節(jié)能。微量移動(dòng)靈活、準(zhǔn)確，低速時(shí)無(wú)蠕動(dòng)爬行。具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力，可降低相應(yīng)配件加工精度。潤(rùn)滑簡(jiǎn)便，維修更換快速方便。移動(dòng)速度快，精度高，行程長(zhǎng) [17]。 滾動(dòng)導(dǎo)套副選型計(jì)算 選型 進(jìn)給滾珠絲杠為 FFZD25053P3/1380 1289 故由滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)套副尺寸系列中初步選定采用 GTB30t1 型滾動(dòng)直 線(xiàn)導(dǎo)套副。其技術(shù)規(guī)格為，額定動(dòng)載荷 C=1270N 換算成C=1270 ? =130Kg f 。支架和噴頭架及噴頭重量初步由經(jīng)驗(yàn)估算為≤ 100 Kg，同一平面兩根導(dǎo)軌軸上用四個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)球軸承即 m=4，精度選 4 級(jí) P=MP = 410 =25 Kgf 額定壽命計(jì)算 軸承單行程長(zhǎng)度 LS=1m，每分鐘往復(fù)次數(shù) n=，每天開(kāi)機(jī) 6 小時(shí)，每年按 300 工作日計(jì)算，則每年工作小時(shí) 300 6=1800 小時(shí)，要求壽命周期在 5 年以上。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 33 頁(yè) 共 45 頁(yè) L=50 3???????? ?CwHCT Pcf fff 式中： L ：額定壽命 Km Tf ：溫度系數(shù) Tf =1 Cf ：接觸系數(shù) Cf = wf ：載荷系數(shù) wf = Hf ：硬度系數(shù) Hf =1 代入得： L=1912Km 額定壽命時(shí)間計(jì)算 Lh= 602 103???nlL 式中： Lh ：額定壽命（ h） L ：額定壽命（ Km） l ：行程長(zhǎng)度（ m） l =1 m n ： 每分鐘轉(zhuǎn)往復(fù)次數(shù) n= 次 代入得： Lh=10623 小時(shí) 壽命周期 T=額定小時(shí)壽命 Lh/每年工作小時(shí) =10623/1800? 6 年，故能滿(mǎn)足使用要求。 初選預(yù)加載荷類(lèi)別 選取普通載荷 P 計(jì)算滑塊上所承受的載荷 由于噴丸時(shí)靶距很大，所以反作用力很小這里可以忽略不計(jì)，則滑快的支撐力 為 R=250N， GTB30 預(yù)加載荷類(lèi)別為普通載荷時(shí)，預(yù)緊力為 690N，則滑塊受力為 F=（ 690+250） =940N 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 34 頁(yè) 共 45 頁(yè) 計(jì)算當(dāng)量載荷 Fc 設(shè)往復(fù)一次總行程為 L=2l 則： Fc= ? ?32321311 LFLFL ?=F=940N 計(jì)算額定動(dòng)靜載荷 由樣本查得 GTB30 的基本額定靜載荷 C0=2150N 取安全系數(shù) 0f =2(一般運(yùn)行狀況下取 1～ 2；輕微沖擊取 2～ 3；受沖擊震動(dòng)取 3～ 5) 代入得： max0FC = 9402150 =＞ 0f =2 滿(mǎn)足要求 剛度計(jì)算：計(jì)算光杠中點(diǎn) H 的彈 性位移 在支架及噴頭重力作用下，中點(diǎn)有彈性位移 Z? （向下） Z? = MEdLI ? 式中： IL ：支撐長(zhǎng)度 E ：材料彈性模量，對(duì)于鋼 E = 105MPa d : 光杠直徑 M ：軸受變矩 M =LF 代入得 : Z? = 確定滾動(dòng)導(dǎo)套副的編號(hào)為 : GTB30t2 1000P 導(dǎo)軌防護(hù)罩 導(dǎo)軌的維護(hù)對(duì)機(jī)械的壽命影響很大。本設(shè)計(jì)除采用各種潤(rùn)滑密封方式外，對(duì)橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)還采用了雙密封措施，即滾珠絲杠采用螺旋鋼帶保護(hù)套，同時(shí)導(dǎo)軌的密封采用伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩。縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有低速（≤ 12m/min）、中速（＞中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 35 頁(yè) 共 45 頁(yè) 12～ 25m/min）、高速（＞ 25～ 45m/min）三種類(lèi)型，根據(jù)本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌最大速度min/ ax m?? 選擇低速類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)及見(jiàn)圖 導(dǎo)軌防護(hù)罩的結(jié)構(gòu)形式。 圖 導(dǎo)軌防護(hù)罩的結(jié)構(gòu)形式 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 36 頁(yè) 共 45 頁(yè) 4 專(zhuān)用夾具及其配套組件設(shè)計(jì) 專(zhuān)用夾具的組成及特點(diǎn) 專(zhuān)用夾具是指專(zhuān)為某一工件的某道工序的加工而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的夾具，具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速，方便等優(yōu)點(diǎn)。專(zhuān)用夾具由定位裝置、夾緊裝置、對(duì)刀引導(dǎo)裝置、夾具體及其他元件及裝置組成。 定位裝置 這種裝置包括定位元件及其組合。其作用是確定工件在夾具 中的位置，即通過(guò)它使工件加工時(shí)相對(duì)于刀具及切割成型運(yùn)動(dòng)處于正確位置，如支承釘、支承板、 V 形架、定位銷(xiāo)等。 夾緊裝置 它的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時(shí)所占據(jù)的位置在加工過(guò)程中不受重力、慣性力、以及切割力等外力作用而產(chǎn)生位移，同時(shí)防止或減小振動(dòng)。它通常是一種機(jī)構(gòu)包括夾緊元件（如夾爪壓板等），增力及傳動(dòng)裝置（如杠桿、螺紋傳動(dòng)副、斜楔、凸輪等）以及動(dòng)力裝置（如汽缸、液壓缸）等。 對(duì)刀 引導(dǎo)裝置 它的作用是確定夾具與刀具的位置，或引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，如對(duì)刀塊、鉆套、鏜套等。 夾具體 用于連接夾具各 元件及裝置，使其成為整體的一個(gè)基礎(chǔ)件，并與機(jī)床有關(guān)部位連接，以確定夾具相對(duì)于機(jī)床的位置。 其他元件及裝置 如定向件、操作件以及根據(jù)夾具特殊功用需要設(shè)置的一些裝置，如分度裝置、工件頂出裝置、上下料裝置等。 由設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)出發(fā)，本設(shè)計(jì)中所創(chuàng)新處之一即專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)，使其噴丸功能更加強(qiáng)大，在原有二維平面噴丸基礎(chǔ)上通過(guò)專(zhuān)用夾具的作用使機(jī)床另具有對(duì)軸類(lèi)及盤(pán)套類(lèi)回轉(zhuǎn)件可進(jìn)行噴丸硬化處理功能從而實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用功能 [17]。 夾具的選型設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 37 頁(yè) 共 45 頁(yè) 噴頭加工最大行走速度 3m/min，旋轉(zhuǎn)夾具所夾工件最大 軸徑 50mm， 工件最大長(zhǎng)度700～ 800mm，靶距 200mm， 專(zhuān)用夾具實(shí)現(xiàn)兩種功能：（ 1）進(jìn)行軸向噴丸，夾具可自動(dòng)間休旋轉(zhuǎn)；（ 2）進(jìn)行周向噴丸，夾具可連續(xù)等角速度旋轉(zhuǎn)。 選型設(shè)計(jì) 本夾具所夾工件為圓形軸類(lèi)件，其最大直徑為 50mm，因?yàn)楸緳C(jī)床為噴丸機(jī)床對(duì)軸類(lèi)零件的加工原理為噴丸硬化，且工件抗抖動(dòng)精度要求不高，對(duì)工件并無(wú)切削用力，為了使機(jī)構(gòu)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)；可以選用兩端頂針定位，摩擦力夾緊，即可以完成預(yù)定工作。 主軸前端頭部夾持形式的設(shè)計(jì) 由于夾具兩端頂針夾具，故初步確定頭部夾持形式如下： 均布均布 圖 頭部夾持形式 蝸輪、蝸桿減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 已知：傳動(dòng)比 i=40， n2=20r/min， 蝸桿輸入功率 P1=3KW，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 800 r/min，要求使用 10 年，每年工作 300 日，每日工作 16 小時(shí)，每小時(shí)載荷時(shí)間 15 分鐘，每小時(shí)啟動(dòng) 20～ 50 次。啟動(dòng)載荷小，并無(wú)沖擊。工作環(huán)境溫度 35～ 40℃。 確定傳動(dòng)類(lèi)型： 最高加工速度 Vmax=3m/min,設(shè)噴頭工作行進(jìn)速度為普通工作速度 V=1m/min，則工件（即主軸）最高轉(zhuǎn)速為： V 線(xiàn) = 22max VV ? 代入得： V 線(xiàn) = m/min 則最高轉(zhuǎn)速（角速度）為： 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 38 頁(yè) 共 45 頁(yè) V 最 = d?線(xiàn)V =20r/min 選 110BF003 型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 800 r/min， 則轉(zhuǎn)動(dòng)比 i=40。傳動(dòng)比較大，且為一級(jí)減速完成，故選用圓柱蝸桿傳動(dòng)。 選擇材料和加工精度 蝸桿選用 20CrMnTi 芯部調(diào)質(zhì)，表面滲碳淬火＞ 45HRC；蝸輪選用 ZCuSn10Pb1 金屬模鑄造，加工精度 8 級(jí)。 初選幾何參數(shù) 當(dāng) i=40 時(shí)， Z1=1， Z2=Z1， i=40 計(jì)算蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩 T2 傳動(dòng)效率 ? ： ? =（ i ）％ =（ 40 ）％ = T2=955011nPi? 代入得： T2=1160Nm 確定許用接觸應(yīng)力 HP? 當(dāng)蝸桿材料為錫青銅時(shí)， HP? = NSHbp ZZ ??? 式中： Hbp? ： Hbp? =220N/mm2 SZ :Vs =3m/s， 采用浸油潤(rùn)滑，求得 SZ = NZ ： N=60 tn2 = 107，根據(jù) N， 得NZ = 代入得： HP? =196