【導讀】研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含。對本文的研究做出重。要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸所擁有。有權保留并向國家有關部。手段保存和匯編本學位論文。振動攻絲機利用了振動加工的加工原理。這一技術在應用方向上針對了包含：航空、高品質高端特種攻絲機床。振動攻絲機攻絲無需擴大底孔，無需采用擠壓絲錐。切削絲錐，保證螺紋高可靠連接，最深可攻至螺紋直徑的五倍。加工出的螺紋具有表面光。潔度和加工精度高，螺紋表面的耐磨性、耐腐蝕性好，絲錐耐用度高等優(yōu)點。不銹鋼、復合材料、高溫合金、高強度鋼及航空鋁合金）的螺紋孔攻絲場合。振動攻絲機將切削力。且這種能力是易于操控的。這一功能減小了切削的力度力和溫度。從而有效避免了積屑瘤。的產(chǎn)生，進而減少了過熱導致的磨損。

　　

【正文】 L 的分析運算 L =61060nT 式 () 式中 n —— 滾珠絲杠的轉速（ r/min）； T —— 使用壽命時間（ h）， 振動攻絲機設計的使用時間 T 選用為 15000h。 滾珠絲桿的工作負重在振動攻絲機的鉆攻絲機主軸導軌以滾珠絲桿副進行驅動的過程中，滾珠絲杠工作載荷 mF （ N）為： 22dMfFFm ?? 式 () 式中 F—— 切削時的軸向切削抗力； f —— 軸套和軸架以及主軸鍵上的摩擦系數(shù) f ＝ ； M—— 主軸上的扭矩； 2d —— 主軸直徑； 由式 () mF = ＝??? 式 () 同時 1000?n 0Lv 式 () 為了得到最高進給速度在 21 ～ 31 之間，本設計選擇了 0L 為振動攻絲機絲杠的基本導程。計算中最大切削力情況中的進給速度是 v （ minm ）。因此可以在計算的過程中，能夠預先選擇一個數(shù)值，待剛度校核完成，再進行確定； 畢業(yè)設計 (論文 ) 23 因而 m in/ 3121 0 0 0 rn ＝??? 式 () 式中 t —— 額定使用壽命（ h ） 選擇額定使用壽命 t ＝ 15000h。 可以計算得到 L＝ ?? ＝ 萬轉 式 () 根據(jù)工作負載 mF 、壽命 L ，計算出滾珠絲杠副承受的最大動負載，取 mf ＝ ，則： C =3L mf mF ＝ ?? ＝ 式 () 由 C 查《機床設計手冊》，選擇絲杠的型號。選擇滾珠絲杠的直徑為 40mm，型號為CDM40105P4,其額定動載荷是 53411N，強度足夠用。 2） 效率計算 根據(jù)《機械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率 η 為 η ＝ ? ????＋tgtg 式 () 式中 ? —— 螺紋的螺旋升角，該絲杠為 5176。 41′； ? —— 摩擦角 ? 約等于 10′。 則 ? ?0139。415 39。415 ?? ＋??tg tg?＝ 式 () 3） 剛度驗算 ① .絲桿的拉壓變形量 1? 滾珠絲杠工作時受軸向力和扭矩的作用，它將引起導程 0L 發(fā)生變化，因滾珠絲杠受扭時引起的導程變化量很小，可忽略不計，故工作負載引起的導程變化量 L△ cmEALFm 0?? 式 () 式中 E —— 彈性模數(shù)，對鋼， cmNE ?? ； F —— 滾珠絲杠截面積（ 2cm ）（按絲杠螺紋底徑確定） 214dA ?? ＝ 4? mm ＝ 2mm 式 () “＋”用于拉伸時，“－”用于壓縮時。 則 L△ mmmm 45 108087 ?????? ??? 式 () 畢業(yè)設計 (論文 ) 24 則絲桿的拉伸或壓縮變形量 1? mmlLL 24001 －－ ＝ ???????? 式 () ② .滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關，即與滾珠總數(shù)量有關，與滾珠絲桿的長度無關。當絲桿在工作時有預緊時，其計算公式為： 3 22 ?? ZFDFYJWm? 式 () 式中 wD —— 滾珠直徑； ?Z —— 滾珠總數(shù)量 ?Z ＝ Z圈數(shù)列數(shù)； Z—— 一圈的滾珠數(shù)， Z= Wm Dd /? (外循環(huán) )， Z=（ Wm Dd /? ）－ 3（內(nèi)循環(huán)）； md —— 滾珠絲桿的公稱直徑； YJF —— 預緊力； mF —— 滾珠絲桿工作載荷； ∵ NFFy 27378821333131 m a x ＝??? 式 () Z= Wm Dd /? =π 40/＝ 式 () 則 ?Z ＝ Z圈數(shù)列數(shù)＝ 2＝ 式 () 又∵滾珠絲桿的預緊力為軸向工作載荷的 1/3， 2? 值可減小一半，因而 239。2 ?? ?? ③ .支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 3? 在垂直進給運動中采用角接觸球軸承，其計算公式為： 畢業(yè)設計 (論文 ) 25 3 223 mZdF?? 式 () 式中 mF —— 軸承所受軸向載荷； QZ —— 軸承的滾動休數(shù)目； Qd —— 軸承滾動體直徑； ∵ 工作載荷 kgfFFm 531 m a x ?? 式 () 滾珠絲桿的滾動體數(shù)量 191 ?? ddZ ? ，滾動體直徑 mmdQ ? 則 mmZdFm 3 223 223 ＝????? 式 () 因為有預緊力，故實際變形量 339。3 ?? ?? 式 () 根據(jù)以上的計算，則總變形量為： mm0 2 4 0 0 4 0 39。339。239。1 ??????? ???? 式 () 四級精度絲桿允許的螺距誤差為 25μ m，故剛度足夠。 4）、壓桿穩(wěn)定的校核 滾珠絲桿通常屬于受軸向力的細長桿，若軸向力工作負荷過大，將使絲桿失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷 kF 為： kF = zF ? 2 EI/L2(N) 式 () 式中： E為絲桿的彈性模量，對于鋼， E=? 104， I為截面慣性矩， I=? d14/64， (d1 為絲桿底徑 ), L為絲桿最大工作長度， zF 為絲桿支承方式系數(shù) . ∵ I=? () 對于一端固定一端自由的情況 zF = ∴ kF =? 2? ? 104? =? 104 式 () 臨界載荷 kF 與絲桿工作載荷 mF 之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) kn ，如果大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) [ kn ]，則該滾珠絲桿不會失穩(wěn) 。一般取 [kn ]=。 kn =? 104/8087＝ ][kn? 式 () ∴ 壓桿穩(wěn)定 伺服電機的選擇 （ 1）、負載轉矩計算 及最大靜轉矩選擇 畢業(yè)設計 (論文 ) 26 ∵ m i n/833 a xm a x rVn b ????? ??? 式 () 又∵ ??J 2cm．kg t＝ 式 () ①則折算到電動機軸上的總加速力矩為： cmNtnJM na xa ????????? ??? 22 ?? 式 () ②折算到電動機軸上的摩擦力矩 ∵ G＝ 980N ， 39。 ?f (燕尾形導軌 ) ， mmL 100 ? 總效率 ~?? ， i = ∴ cmNmmNiLGfM f ?????? ???? 039。??? 式 (） ③附加摩擦力矩 ∵ 預緊力 NFFmYJ 269631 ?? , 0? 為滾珠絲桿未預緊時傳動效率，取 ?? ∴ cmNiLFM YJ ???? ?????? )()1(222000 ???? 式 () 則伺服 電機快速空轉啟動力矩： cmNMMMM fakq ???????? 式 () 對于工作方式為五相十拍的伺服電機最大靜轉矩為： mNcmNMk qMj ?????? a x ? 式 () 選擇最大靜轉動力矩為 mN? ，依照對 130BF001 型振動攻絲機的步進電動機的相關資料的查詢。這一數(shù)值比設計要求的最大靜轉動 力矩大，因而可以將五相十拍的伺服電機預定為預選型號。 （ 2）校核伺服電機的空載啟動頻率 由于伺服電機的空載啟動頻率是 ZHmmvf 6667m i n/ m a xm a x ??? ??? ? 式 () 振動攻絲機設計的伺服電機的最高空載啟動頻率是 f ＝ 3000 ZH ，這是依照對130BF001 型伺服電機的查詢而獲得的。由于上述原 因，振動攻絲機伺服電機的啟動過程必須分為三個階梯啟動。 每個階梯啟動頻率為 : 畢業(yè)設計 (論文 ) 27 Zq Hff 2 2 2231 m a x ?? 式 () 振動攻絲機伺服電機在 內(nèi)完成升速，并且有 的時間進行過渡。 得到 min/ mvs ? ， 則以運行頻率 Gf 作為振 動攻絲機伺服電機的運行頻率： ZsG Hvf 20 006010 00 ?? ??? ? 式 () 而 16000 ZH 是振動攻絲機設計的伺服電機許用運行頻率，由于以上的原因，對振動攻絲機設計的伺服電機能夠符合設計的技術指標。 采用平衡裝置的原因是振動攻絲機的滾珠絲杠沒有自鎖的能力，由此導致的是垂直方向上無法進行鎖緊。然而考慮到主軸箱的質量是比較大 的，為了免于主軸箱在工作時突然失控下滑，所以采用平衡裝置的必要性是很大的。 振動攻絲機滾珠絲桿副的預緊方式 制造滾珠絲桿的廠商通常會在滾珠絲桿出廠前就為其預先加載好載荷，并且依照絲桿副的額定動載荷以一定的比例確定其預加載荷。其中雙螺母墊片式預緊和雙螺母齒差式預緊是兩種預緊方式和雙螺母螺紋式預緊一樣經(jīng)常被采用到滾珠絲桿的預緊操作中。 一般情況下，進行預緊后的滾珠絲桿的剛度能夠達到不預緊的 2 倍。但是，預緊載荷過大，滾珠絲桿的使用時長會下降過多，并且滾珠絲桿的摩擦力矩也會隨之增大。 在振動攻絲機的設計中 ，為了消除間隙并且將滾珠絲桿副的剛度進一步提升，應該要預加載荷，使振動攻絲機滾珠絲桿能夠在過盈的情況中工作。 上文中提到的三種預緊方式的方法和特點如下列出： 第一種是雙螺母墊片式 其調整的具體方法是：通過對墊片的厚度的調整，使軸向上的位移在螺母上發(fā)生。 優(yōu)點：具有簡單的結構，便捷的裝卸方式，較高的使用剛度。 缺點：難以進行調整，當磨損量在滾道上增大時，難以在任意時間對間隙進行消除，也不方便對其進行預先夾緊，所以這樣的預緊方式僅僅能夠被應用于高剛度且傳動為重載的場合中。 第二種是雙螺母螺紋式 其調整的具體方法 是：通過對處于端部的圓螺母的調整工作，使軸向上的位移在螺母上發(fā)生。 優(yōu)點：具有緊湊的結構以及可靠的性能，并且對其進行調整是很方便的。 缺點：具有較差的準確性，并不易于持久緊固。所以這種調整方式僅僅能夠被應用于較低的剛度或者是必須要能夠隨時被調節(jié)的預緊式滾珠絲桿的工作中。 第三種是雙螺母齒差式 畢業(yè)設計 (論文 ) 28 其調整的具體方法是：通過使用位于兩邊下螺母的凸緣上的外齒，分別接合緊固的螺母座兩端的內(nèi)齒圈，根據(jù)兩個螺母向相同方向旋轉，能夠調整滾珠絲桿的軸向位移。 優(yōu)點：可以將預緊力的調整做到十分精確。 缺點：由于其擁有較大的結構尺 寸，所以其具有較為復雜的裝配和調整的操作。因而這種調整方法應