普车CA6140车刀快速对刀装置课件

1、河南科技学院2012届本科毕业论文（设计）论文题目：普车CA6140车刀快速对刀装置学生姓名： 所在院系： 机电学院所学专业： 机电技术教育导师姓名： 完成时间： 2012年 5 月 18 日摘 要机械加工行业中，国外主要以数控车床为主，而国内普通车床的工作量在总加工工作量中占有很大的比重。为了提高加工效率，保证加工精度，达到现代社会对加工设备的要求，必须进行对普通车床的改进性设计。对于加工行业常见的传统CA6140车床，由于使用垫片对刀，很难使车刀刀尖与工件轴线同心，且对刀需重复调换、叠加垫片等问题，常使工件出现灼伤、划伤等现象，最终导致工件的报废。因此本论文设计一快速对刀装置，通过本装置来

2、改善对刀的精度，缩短对刀时间，提高效率。基于CA6140车床对刀存在的问题，首先本设计采用间接测量的方法得到刀尖与工件轴线的距离，然后通过控制系统发送信号脉冲，使机械装置接收脉冲，其中步进电机接收脉冲后输出动力，由联轴器传动，带动轴上的齿轮转动；经减速齿轮传动过程使自身轴旋转，带动滚珠丝杠装置，由于紧定螺母锁紧使刀架与滚珠丝杠螺母一体，且燕尾导轨的限制转动后，转动转化为了滚珠丝杠螺母与刀架上下移动，实现刀架的快速准确移动。接着对此机械装置上所有零部件进行设计及校核，确保每个零件都能满足使用要求。最后基于Solidworks绘制机械部分各零件图，整体装配图及动画，更形象反应设计的装置。关键词：叠

3、加，时间长，分析研究，机械装置AbstractMechanical processing industry, foreign to numerical control lathe is given priority to, and domestic ordinary lathe work in total processing in workload has a large proportion. In order to improve the machining efficiency and guarantee the processing precision, to modern soci

4、ety in processing equipment required, must on the improvement of the ordinary lathe of design. For processing industry of common traditional CA6140 lathe, because use the knife gasket, it is difficult to make one point with workpiece axis tool, and should be repeated the knife exchange, stacked gask

5、ets, often to make the work appear burn, the phenomenon such as scratch, eventually leading to the abandonment of workpiece. Therefore this paper rapidly to design a knife device, through this device to improve the precision of the knife, the knife shorten time, improve efficiency.Based on CA6140 la

6、the to knife, the existing problems of the first this design USES the indirect measurement method and workpiece axis get the tip of distance, then through the control system to transmit signal pulse, the mechanical device receiving pulse, one step motor after receiving pulse power output, by couplin

7、g drive, drive shaft gear running; The reduction gear transmission process make their own axis rotation, drive the ball screw device, because of tight set to lock nut tool and the ball screw nut a body, and guide the limit after turning shape, rotation transformation to the ball screw nut moves up a

8、nd down with the knife, and realize the fast and accurate enough to move. This mechanical device then all parts design and check to ensure each parts can satisfy the requirements of operation. Finally, based on Solidworks draw all parts mechanical parts of the chart, and the whole assembly drawing a

9、nd animation, design of the device more image reaction.Keywords: stack , Time long , analysis study, mechanical device目 录1 绪论11.1 概述11.2 车床刀架的中外发展现状12 CA6140车床刀具对刀现状的分析 32.1 导致加工出非合格工件的因素分析32.2 刀具装夹时对刀缓慢的主要因素分析42.3 刀具装夹使用垫片的严重后果53 CA6140车床车刀快速准确对刀的方案确立 63.1 刀具对刀应上升高度方案拟定63.2 快速准确对刀控制部分方案拟定73.3 快速准确对

10、刀机械部分方案拟定 104 CA6140车床车刀快速准确移动机械装置的设计和建模124.1 车刀快速准确移动机械装置各构件设计和计算 124.1.1 切削力的计算124.1.2 对滚珠丝杠螺母副的计算和选型 134.1.3 确定滚珠丝杠副支承用轴承规格型号174.1.4 齿轮传动减速箱的设计184.1.5 联轴器的选择224.1.6 步进电机的计算与选型234.2车床车刀快速准确移动机械装置的总体设计 245 结束语 26致谢 27参考文献 2841 绪论1.1 概述车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床，并在各种机械实习中较为常见。主要组

11、成部件（如普车CA6140）：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置等。 图1-1 CA6140 车床1主轴箱 2冷却装置 3刀架 4尾座 5进给箱 6溜板箱 7床脚 8床身车床的用途：车床常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。其中普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。1.2 车床刀架的中外发展现状最早出现的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索盘绕使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。在1797年，英国的一位机械发明家莫兹利改进了车床，车

12、床开始走丝杠传动刀架的道路。此时的刀架已经实现夹紧传递，使刀具按照要求工作。40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。 50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。随着科学技术不断的发展，高速、高效、智能、高精度、高可靠是各种机械改进的方向。刀架作为车床非常的重要的部件，它改造已有很多。目前，行业上应用的机床刀架按照与主机配套场合主要有分为如下高、中、低三个档次。低档机床刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动数控立式刀架，系列卧式刀架。该种刀架结构简单，容易设计、制造，采用三相力矩电机驱动，三联

13、齿定位，矩形螺纹锁紧，配套在我国简易型机床，受我国机床发展的影响，是我国的特色产品，已经形成规模化生产。中档机床刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动刀架、系列电动刀架、系列液压刀架。该档次刀架，可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高。此类刀架在我国初具规模，但国外产品对我国市场冲击较大。高档数控机床刀架包括伺服刀架和动力刀架。此类刀架，我国起步较晚，还处在研究阶段，但还没有形成商品化。数控刀架作为功能性部件配套于机床主机，但它集机械、电气于一体，是典型的机电一体化产品，数控刀架的研究开发是机械、电气、电子、材料等多学科知识的综合。当今，数控伺服刀架、动力刀架等功能部件己成为衡量数

14、控机床水平的重要标志。伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架的技术核心。高档刀架采用伺服电机作驱动源，实现位置、速度的双闭环控制，具有结构简单，容易加工制造、维护、精度高，转位快等特点。我国各大机床主机厂均依靠进口此类产品与主机配套。很明显，伺服刀架的机械结构简单，而我国目前还没有针对数控刀架的专业伺服驱动系统产品，这大大的制约了我国高档刀架发展。因此，为了满足科学技术快速发展的需要，各种车床设备也需不断的改进，其主要发展趋势体现在1.高速、高效、高精度、高可靠性2模块性、智能化、柔性化和集成性。2 CA6140车床刀具对刀现状的分析2.1 导致加工出非合格工件的因素分析本文以轴类零件为例，轴类零

15、件是各种机器中最常用的一种典型零件。在车床上进行轴类零件车削加工时，由于种种原因，会出现尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度达不到要求，影响加工质量和正常生产的现象。常见的工件易出现以上问题分析：整个工件的外表面粗糙度过大等，不符合最终加工要求。对此问题常见的回答是：普通机床切削用量的选择不当，然后忽视了车刀对刀上的问题。一般认为只要看似基本对心就不会影响加工表面质量，其实不然。例如下图2.1.1，外圆车刀在车削过程中，车刀过高则使后刀面与工件接触，发热量急剧上升，使工件发紫，出现灼伤现象，该工件报废；并且，如图2.1.2车刀过低会使工件表面出现划伤现象。总之，车刀是否准确对心，严重的影响

16、着最终加工成品的质量。 图2-1 工件表面灼伤图图2-2 工件表面划伤图下面对车刀没有对准轴心造成的后果进行分析，以便更好的了解到非合格工件形成的因素，便于及时补救。（1）当车刀刀尖高于轴心时，如下图所示：图2-3 刀尖高于轴心图一般情况下，刀具都磨有前角和后角，其后角的作用简单说就是减少刀具后刀面与工件的摩擦。对于上图2.1.3，此图，车刀刀尖高于轴心，其刀具的工作角度发生变化，其前角变大，后角变小，后刀面与工件接触部分大，摩擦严重，易出前角变大，后角变小；且刀尖与工件非正常切削，切削力大，刀尖易崩碎，甚至把工件顶弯，造成啃刀现象，影响加工效率。 （2）当车刀刀尖低于轴心时，如下图所示： 图

17、2-4 刀尖低于轴心图在刀尖对心过低时，很易看出：由于刀尖过低，切屑不易排出，这样在切削 过程中切屑会出现堆积而划伤加工面；车刀径向力的方向是工件中心，加上横向进给丝杠与螺母间隙过大，致使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起也会出现啃刀出现；一旦啃刀又需要重新磨刀后，继续对刀这个工作。以上分析可知：加工前，车刀的对刀工作，严重影响这加工质量，加工效率，甚至加工安全性。对刀问题有待改进。 2.2 刀具装夹时对刀缓慢的主要因素分析刀具的装夹是车刀对刀与夹紧的过程。普通车床加工零件时，各种车刀对心夹紧是车削前的基本工作，对心的快慢影响整个加工过程的效率。通过在校一次金工实习，我发现车刀对心过于缓

18、慢，车床对刀需重复调换叠加垫片这一过程，如果没有合适的垫片叠加将陷入循环重试过程，如下刀架上垫片块的叠加图。 图2-5 垫片叠加图如垫片叠加图所示：首先可以直观的看到平均每个图上都有2、3块垫片，它们对车刀起着增加高度，使车刀刀尖与轴心同高，这是加工前的准备工作。然后从图22中可以看到7块垫片叠加的壮举，这是N次重复试换后得到高度，所需试高时间长。最后分析如下：在车刀夹紧前，要垫片增加高度来对高，通过大量试垫片过程最终完成对刀。但在夹紧时，垫片与垫片间有大量间隙，垫片越多，间隙越多，夹紧越容易出现车刀下降，若下降严重，仍需重新对刀。总之，对刀是重复循环夹紧的过程，对刀过程缓慢。2.3 刀具装夹

19、使用垫片的严重后果 在先今普通车床的生产加工中，垫片的使用已经成为各大工厂的必需品，它的使用的确存在很大的弊端。在我们生产加工过程中，车刀受到切削力的作用下，由于垫片过多且参差不齐，垫片很易滑动，车刀不能继续被夹紧，且可能出现车刀滑动，容易出现打刀；甚至于出现垫片滑落，在切削力作用下飞出伤人现象，存在严重危险。3 CA6140车床车刀快速准确对刀的方案确立3.1 刀具对刀应上升高度方案拟定普通车床刀具的对刀其实就是车刀的刀尖与工件的轴心同高，平时我们总通过垫片叠加完成该工作，对刀不准，所需时间较长。车刀的刀尖想与工件的轴心同高，必须先得到它们间的距离H；但他们之间的距离无法直接量取。因此下列方

20、法获取高度：（1）先选择基准。看机床可选取部分那些地方精度高，最终比较发现导轨精度最高，可达到5级精度，但导轨面过小，很难放置量具；如下图3.1.1所示： 图3-1 车床实际导轨图因此在导轨面上加配合件，配合面下端面与导轨配合，配合如图3.13。如图3.1.1所示，把此配合基准块的上端面1作为基准。 图3-2 配合块4 1 2 3 图3-3 高度测量示意图1校验棒料 2基准块 3导轨 4车刀 （2）测量车床工件轴线到基准块上面的距离H1。此距离必须先使卡盘夹紧一检验棒，测量工件最上导线到面1的距离h；然后用h-r(检验棒半径)即得到H1，此可采用传感器等高精度测量装置，本测量采用高度游标卡尺测

21、量。如3-1-1。（3）测量车刀刀尖到面1的距离H2，可采用传感器等高精密量装置，本测量采用高度游标卡尺测量。（4）最终距离H=H1-H2。此H即为刀具对刀应上升高度。3.2 快速准确对刀控制部分方案拟定控制系统部分主要是控制刀架Z方向的移动，即控制Z轴的伺服电机的运转，控制部分基本操作流程如图3.2.1所示。在车床操作面板输入应移动高度的工作指令，经过程序处理后，驱动装置接受来自数控装置的指令信息，严格按照指令信息的要求驱动，使步进电机带动车床机械装置完成任务。 图3-4 控制部分流程图操作面板其实就是编辑键盘，实现输入数据，PLC接受执行数据的指令来源地。操作面板的按键输入和显示控制电路：

22、 图3-5 按键输入和显示控制电路图（1）本文伺服系统主要完成车床的各种运动及控制，它由伺服驱动和伺服驱 电机组成，并与车床上的机械传动部件和执行部件组成普通车床车刀的快 速定位系统。它接受来自刀具装置的位置控制信息，将其转换成相应坐标轴的进给运动和精确的定位运动，驱动刀架执行机构的运动。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它用于存储程序，采用的是一类可编程的存储器，用于执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。（2）步进电机其实就是将电脉冲信号转变为角位移转动或线

23、位移移的开环控元件。步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、混合式（HR）三种。二相一般为永磁式，体积和转矩都小，步距角一般为7.5°或15°；反应式一般为三相，实现大转矩输出，步距角为1.5°；混合式兼具永磁式和反应式的优点，分二相和五相，二相步距角为1.8°，五相步距角为0.72°。本文采用的是永磁式步进电机。步进电机控制电路如下图所示： 图3-6 步进电机控制电路（3）检测装置在各种机械中常用于位移和速度的检测。通过发出反馈信构成闭环或半闭环控制。检测装置分为：位移传感器，速度传感器，电流传感器等。本文采用感应同步器，利用互感的原理将位

24、移或转角转变为电信号的位置测量装置。工作原理与旋转变压器基本相同，结构如下图3.2.3所示： 图3-7 定尺和滑尺绕组示意图3.3 快速准确对刀机械部分方案拟定对于机械部分的方案设计是在对比和分析目前国内外市场上CA6140车床普遍采用的结构形式的基础上选择一种相对于本课题车床设计较为合适的结构形式，然后再在此整体结构形式的基础上确定机械各部分的具体结构。车床刀架有两层滑板(中、小滑板)、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。若想使车刀向上快速准确的对刀，该机械机构需要四部分组成，如下图所示：步进电机减速机构传动部分执行部件 图3-8 机械传动组成（1）动力原件。

25、对于机械部分来说，动力原件为电机，本文选择步进电机作为动力的提供者。（2）减速部分。从动力原件出来实现减速作用部分，本文选用同步带传动形式。（3）传动部分。采用滚珠丝杠传动，将回转运动转化为直线运动。 （4）执行部件。刀架带动车刀移动，使车刀达到预期的高度。其中：1）步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角），您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。2）滚珠丝杆主要有由螺杆、螺母和滚珠组成，滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的产品。它的功能

26、是将旋转运动转化成直线运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，它是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。因此为提高精度与效率，本设计选用滚珠丝杠副传动。3）齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度范围大，本设计需考虑到平稳，传动比，可靠性、效率、寿命、尺寸，齿轮传动符合各方面要求。因此，本设计选用同步带传动。本设计是通过步进电机 齿轮传动 滚珠丝杠传动 车床刀架的运动传递关系。如下图所示： 图3-9 机械部分原理示意图1步进电机 2齿轮传动 3联轴器 4滚珠丝杠传动 5刀架工作

27、台对于本对刀机械部分的具体设计与计算第四章有详细说明。4 CA6140车床车刀快速准确移动机械装置的设计和计算对于该快速准确移动装置主要计算和选型包括：计算切削力、滚珠丝杠螺母副的选型、计算减速器选型、步进电机选型等。4.1 车刀快速准确移动机械装置各构件设计和计算 4.1.1 切削力的计算切削力是指在切屑过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗的讲：在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力。如图所示： 图4-1 切削受力图切削力的分析和计算过程如下：设工件材料为碳素结构钢，b=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT16；切削用量为：背吃刀量ap=5mm，进给量

28、f=0.6mm/r，切削速度vc=100m/min。由经验公式: Fc=9.81 CFc apxfcvcnfckFc. （41） CFc 取决于工件材料和切削条件的系数；Xfc 进给量f指数；Nfc切削速度vc的指数；kFc. 当实际加工条件与求得经验公式的试验条件不符时，各种因素对各切削分力的修正系数。查表得可得：CFc=270，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15。查表得：主偏角r的修正系数kFc=0.96；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数均为1.0。算得主切削力Fc=3205.3N。由经验公式Fc：Ff：Fp=1：0.35：0.4，算得进给切削力Ff=1121.9N，

29、背向力Fp=1282.1N4.1.2 对滚珠丝杠螺母副的计算和选型机床的进给运动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，采用丝杠螺母副是常用的方法之一。所谓滚珠丝杠螺母副，是将螺纹变成圆弧槽，形成圆弧形的螺旋滚追，然后在滚道中放人钢球，通过滚动体来传递运动将滑动摩擦变成滚动摩擦滚珠必在螺母中形成循环，必须有回珠器和回珠通道。滚珠英杠螺母副由弧形滚道面的丝杠、滚珠、滚珠循环返回器(回珠器)，以及圆弧形液道而的螺母组成。滚珠丝杠螺母副的结构原理如图1所示。在丝杠3和螺母l上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时，便形成滚珠的螺旋液迈c螺母上有滚珠回，路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封

30、闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转，又沿着滚道循环转动，因而迫使螺母(或丝杠)轴向移动。 图4-2 滚珠丝杠螺母副结构由于滚珠丝杠螺母副是以滚动摩擦代替滑动摩擦，所以具有下列优点：（1）摩擦损失小，传动效率高，效率可以达到092096，相当于滑动丝杠的4倍；（2）动作灵敏，低速运动平稳性好，随动精度和定位精度高力小，动、静摩擦力差小，不易产生爬行现象；（3）磨损小，精度保持性好，使用寿命长；（4）自锁，可以进行逆向传动；（5）进行适当的预紧后，可以消除轴向间隙，提高轴向运动精度和刚度。滚轴丝杠螺母副工作示意如下图所示： 图4-3 滚珠丝杠与导轨滑座连接工作示意图

31、1床身 2燕尾导轨滑座工作台面 3丝杠螺母 4螺母支撑架 5紧定螺母 6丝杆基本原理：丝杆6的转动带动滚珠丝杠装置3，由于紧定螺母8锁紧使工作面2与滚珠丝杠螺母一体，并经燕尾导轨的限制转动后，使其工作面2能直线移动。（1）工作载荷Fm的计算已知需移动刀架部分总估重为G=10000N；车削力Fc=3205.3N，Fp=1282.1N，Ff=1121.9N。把其对应为可得：Fz=Fc=3205.3N，Fy=Fp=1069.36N，Fx=Ff=935.69N。选用燕尾形，如图所示查表1-1，取K=1.4，f=0.2， 表4-1 各种导轨摩擦系数表导轨型式kf燕尾形1.40.2矩形1.10.15三角形

32、、组合型1.150.15-0.18钻镗主轴圆导轨-滑动导轨-0.003-0004.查表取K=1.4，f=0.2，代入 Fm=KFx+f（Fz+G） （42） 其中：f轴套和轴架以及主轴的键的摩擦系数； k考虑颠覆力矩影响的实验系数得工作载荷Fm=2296.6N。（2）最大动载荷FQ的计算设车床在Z方向切削力最大条件时最快的进给速度v=0.6m/min， 先初选滚珠丝杠导程Ph=6mm。由： Ph=vmax/nmax （43） 可得：丝杠转速n=1000vmax/Ph=100r/min。 取滚珠丝杠的使用寿命T=20000h，代入L0=60nT/106 (1)，得丝杠系数L0=120×

33、106r。查表1.2，取载荷系数fW=1.2，表4-2 载荷系数使用系数fw平稳无冲击运动 1.0-1.2一般运动1.2-1.5伴随有冲击震动运动1.5-2.0再取硬度系数fH=1，表4-3 硬度系数滚道硬度>=58 55 50 45 40KH 1.0 1.11 1.56 2.4 3.85代入式 FQ=0fWfHFm （44）其中：FQ 滚珠丝杠的最大动载荷.Fm 滚珠丝杠的工作载荷.fW 、fH 载荷系数、硬度系数.求得最大动载荷FQ =19844.3N。（3）初选型号根据计算出的滚珠丝杠最大动载荷，查手册3，选择40064型内循环双螺母式滚珠丝杠副。其公称直径为40mm，基本导程为6

34、mm，精度等级取四级，额定动载荷为30200N，滚珠圈数4圈，精度等级取四级，额定动载荷为30200N，满足要求。（4）传动效率的计算先计算， =arctanPh/(d0) （45）其中：Ph丝杠的基本导程.d0丝杠的公称直径.代入其中各值，得丝杠螺旋升角=2°44。将摩擦角=10，代入=tan/tan（+），得传动效率=94.2。（5）刚度的验算1）滚珠丝杠副采取的是两端固定的支承方式，考虑轴向径向均受力，因此固定端采取面对面组配，推力角接触球轴承。 2）丝杠加上两端接杆后，左右支承的中心距离约为a150mm。查手册3，得滚珠直径Db=3.175mm，刚的弹性模量E=2.1

35、5;105MPa，可算出丝杠底径: d2=公称直径d0滚珠直径Db=36.825mm则丝杠截面积S=d22/4=1064.523mm23）滚珠数目的确定.根据公式: Z=（d0/Db）-3. （46）其中：Z单圈滚珠数目.Db滚珠体直径.求得一圈滚珠数目Z37；该型号丝杠为单螺母，滚珠总圈数为4，则滚珠总数=37×4×2=296。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力FYJFm/3765.5N。4）滚珠与螺纹滚道间的接实际触变形量.由式： 2=0.0013F/DbFzZ （47）其中：F滚珠丝杆最大载荷 Db滚珠直径Fz轴向预紧力Z 滚珠总数量求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量20.0

36、00513mm。因为丝杠本身加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取20.000257mm。5）将以上算出的1和2代入总1+2，求得丝杠总变形量总0.0087517mm8.7517m。查表，4级精度滚珠丝杠任意300mm轴向行程内的变动量允许16m，而对于跨度为150mm的滚珠丝杠，总的变形量总只有8.7517m，可见丝杠强度足够。6）压杆稳定性校核根据式(48)计算失稳时的临界载荷; Fk=2fs2KI/a. (48) 其中fs 丝杠支承系数.I 截面惯性矩.K 压杆稳定安全系数.查表取支承系数fs4；由丝杠底径d236.825mm，求得截面惯性矩Id24/649022

37、3.71mm4；压杆稳定安全系数K取3；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值150mm。代入式（48），得临界载荷Fk142331.15N，远大于工作载荷Fm（N）=2296.6,故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。 4.1.3 确定滚珠丝杠副支承用轴承规格型号轴承用于确定旋转轴与其他零件相对运动位置，起支承或导向作用的零部件。（1）轴承所承受得最大轴向载荷FFzG2673.410000=12673.4 N（2）轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60 角接触推力球轴承，支承轴承尽可能选择用大接触角轴承, 以便提高刚性。如下图。图4-4 角接触球轴承预拉伸力 Ft=1.95

38、tDb2 （49）t取2.5 可得：Ft=5910.22 轴承所受的最大轴向载荷：Fmax= FtFz=5910.22673.4=8583.6Nd略小于40，Fp=1/3F=2761.2N 取d30 按现代机床设计手册选取轴承型号规格，当d30mm，预加负荷为：2900N 所以选7602030TVP轴承此轴承d30，预加负荷为2900> 2761.2N该型号符合要求。4.1.4 齿轮传动减速箱的设计为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了使传动系统的负载惯量尽可能的减小，传动量中长使用减速传动。本设计采用了齿轮传动。 1传动轴 2主动齿轮 3角接触轴承 4传动轴 5从动齿轮 6固

39、定套筒 图4-5 齿轮传动示意图（1）传动比i的确定：1）已知电机的步距角设为0.720，脉冲当量为0.02mm,滚珠丝杠的导程P为6mm，可算出的齿轮传动比。2）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数:3）选用直齿圆柱齿轮传动。4）选用7级精度（GB1009588）。5）选材：由表10-1选小齿轮材料为40Cr（调制）硬度为250HBS，大齿轮材料为45钢（调制）硬度为240HBS，硬度差为40HBS。6）选小齿轮齿数为z1=24，则大齿轮齿数为=1.667*24=40.7，取z2=42，按齿面接触强度设计由强度公式计算：即 (410)（2） 确定公式内的各计算数值：选载荷系数Kt=1.3计算小

40、齿轮转矩：= NmmNmm1）由表10-7选取齿宽系数:=1.0 （机械设计第八版濮良贵）（下同）2）由表10-6查得材料的弹性影响系数: 3）由图10-21d查得小齿轮接触疲劳强度极限:mpa，大齿轮接触疲劳强度极限：mpa。4）由式10-13计算应力循环次数：=60*2800*1*（2*8*300*10）=8.064* =2.089*5）由图10-19取接触疲劳寿命系数:=0.92，=0.956）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，则由式（10-12）得：=*/S=0.9*600=536Mpa=*/S=0.95*550=521.4Mpa（3）计算：1）计算小齿轮分度圆直径

41、 （411） =21.146mm2）计算圆周速度V=3.25m/s3）计算齿宽bb=1*21.556=21.529mm4）计算齿宽与齿高比b/h=21.529/24=0.849mmh=2.25=2.020mmb/h=10.365）计算载荷系数据v=3.16m/s，7级精度，查图10-8知2直齿轮：=1由表10-2知使用系数=1.0由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，由b/h=10.67，查图10-13知=1.35故载荷系数为：K=1*1.12*1*1.417=1.5876）按实际的载荷系数校正=23.038mm7)计算模数m：m=23.038/24=0.96mm按齿根

42、弯曲强度设计：由式10-5知弯曲强度的设计公式 （412）（4）确定公式内的各数值1)由图10-20c知小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500Mpa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380Mpa2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数：=0.85, =0.883)计算弯曲疲劳许用力：取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由公式10-12得:=0.85*500/1.4=303.57Mpa=0.88*380/1.4=238.86Mpa 计算载荷系数KK=1*1.12*1*1.35=1.512 查取齿形系数：由表10-5查得=2.65，=2.194 查取应力校正系数由表10-5查得=1.58，=1.783 计算大小齿轮的

43、并加以比较=2.65*1.58/303.57=0.01379=2.194*1.783/238.86=0.016377可知大齿轮的数值大（5）设计计算= （413） =0.6835mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度算得的模数0.6835并就近圆整m=0.8mm算出小齿轮齿数:大齿轮：Z2=29*1.667=49.7 Z2=50几何尺寸计算：1)计算分度圆直径=29*0.8=23.2mm=50*0.8=40mm2)计算中心距a=（）/2=（23.2+40）/2 =31

44、.6mm3)计算齿轮宽度=1*23.2mm=23.2mm 取B2=23mm B1=28mm4.1.5 联轴器的选择本机械装置有一定的冲击振动，工作不连续，启动比较频繁。根据其要求查机械设计手册（成大先）-轴及其联接选择弹性柱销齿式联轴器（GB/T 5015-1985）联轴器参数如下表： 表4-4 联轴器选用参数表 型号公称转矩许用转速轴孔直径轴孔长度DBS转动惯量J重量Y 型Z型L/Nm/mm/kgZLD1100400020、24523876422.50.00040.86 4.1.6 步进电机的计算与选型步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。本对刀

45、装置就选用运用了步进电机。本步进电机预先选用130BYG5501型号。永磁感应式步进电机技术参数表：表4-5 步进电机参数表型号相数步距角（DEG）电压/A电流静转矩运动频率转动惯量130BYG250120.90/1.80130-310627>=2033130BYG50220.90/1.80120-310740>=1548130BYG550150.360/0.720120-310520>=2033130BYG550250.360/0.720120-310530>=2048130BYG550350.360/0.720120-310540>=1560（1） 计算加在步

46、进电动机转轴上的总转动惯量Jeq JJm+Jz1+（Jz2+Jw+Js）/i55.68kg.cm2 （415）其中， Jw1.13kg.cm2电机所负的最转动惯量Jm 33kg.cm2 齿轮的转动惯量： Jz10.954kg.cm2 Jz21.98kg.cm2丝杠的转动惯量: Js 27.65 kg.cm2（2） 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩TeqTeq1Tamax+Tf Tamax2Jeq nm/60ta×1/ （416）其中，nm 步进电动机的最高转速。ta 步进电动机由静止到nm 转速所需的时间。又nm vmax/360°ta 0.35s，0.7，所以，Ta

47、max 2×55.68×10-4×1200/（60×0.35×0.7）N.m2.854 N.mTf（Fc+G）Ph/（2） （417）其中，导轨的摩擦系数，滑动导轨取0.16。Fc工作负载。传动链总效率，取0.7。所以，Tf0.16×（0+10000）×0.006/（2×0.7×1.2）N.m2.16 N.m所以，Teq1Tamax+ Tf5.014 N.mTeq2= Tt+ TfTt=FfPh/（2i）1121.9×0.006/（2×0.7×1.2）N.m1.43N.mTf

48、（Fc+G）Ph/（2i）0.16×（3205.3+10000）×0.006/（2×0.7×1.2）N.m 2.403N.m所以，Teq2= Tt+ Tf3.833N.m经过上述计算后，TeqmaxTeq1，Teq25.014 N.m（3） 步进电动机最大静转矩的选定步进电动机最大静转矩Tjmax4 Teq4×5.014 N.m20.05 N.m，可见对于预选的步进电动机完全满足工作要求。（4）齿轮传递功率的计算最大工作负载，最快工进速度时：由式（6-7）可知，齿轮需要传递的最大工作负载转矩Teq2=1.78N.m，最快工进速度vmaxf=60

49、0mm/min，对应电动机转速nmaxf=（vmaxf/z）/360=123r/min。传递的功率为P=nmaxf Teq2/9.55=123×3.833/9.55W49.367W。由于齿轮额定功率的总大于被传递的功率，因此，选择的齿轮传动功率也合格。4.2 车床车刀快速准确移动机械装置的总体设计车床车刀快速准确移动的机械装置主要零件型号总结：（1）步进电机就是将电脉冲信号转变为角位移转动或线位移移的开环控元件。在机械装置中起到源的作用，提供动力。经上节计算校核最终选130BYG5501型号。（2）联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速传动中，联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。经上节计算校核选择弹性柱销齿式联轴器ZLD1型号。（3）轴承用于确定旋转轴与其他零件相对运动位置，起支承或导向作用的零部件。该装置轴承采用两端固定的支承形式，选背对背60 角接触推力球轴承，支承轴承尽可能选择用大接触角轴承, 以便提高刚。经上节计算校核最终选用76