零前角阿基米德齒輪滾刀的齒形誤差檢測,零前角,阿基米德,齒輪,齒形,誤差,檢測 目 錄 摘 要 ......................................................................I ABSTRACT.................................................................II 第 1章 緒 論 ..............................................................1 1.1 課題分析 .........................................................................................................1 第 2章 齒 輪 滾 刀 概 述 .......................................................3 2.1 齒 輪 刀 具 的 主 要 類 型 、 工 作 原 理 和 選 用 ..............................................................3 2.2 齒 輪 滾 刀 基 本 蝸 桿 ...............................................................................................4 2.3 齒 輪 滾 刀 的 原 理 誤 差 ...........................................................................................5 2.4 齒 輪 滾 刀 的 重 磨 誤 差 ...........................................................................................8 第 3章 課 題 分 析 與 檢 測 裝 置 總 體 方 案 設 計 ....................................11 3.1 檢 測 裝 置 總 體 方 案 設 計 .....................................................................................11 3.1.1系 統(tǒng) 運 動 方 式 的 確 定 ...................................................................................11 3.1.2伺 服 系 統(tǒng) 的 選 擇 ..........................................................................................11 3.1.5設 計 方 案 的 可 行 性 分 析 ...............................................................................13 第 四 章 機 械 部 分 設 計 .....................................................14 4.1 步 進 電 機 的 選 用 ...............................................................................................14 4.1.1 步 進 電 機 的 計 算 ........................................................................................14 4.1.2步 進 電 機 的 選 用 ..........................................................................................14 4.2 滾 動 導 軌 的 設 計 與 尺 寸 確 定 .............................................................................15 4.2.1 滾 珠 導 軌 的 選 擇 .........................................................................................16 4.2.2.滾 動 導 軌 的 預 緊 .........................................................................................18 4.2.3.額 定 壽 命 的 計 算 .........................................................................................18 4.2.4.載 荷 計 算 ....................................................................................................19 4.2.5.滾 動 體 確 定 ................................................................................................20 4.2.6 許 用 負 荷 驗 算 .............................................................................................20 4.2.7.滾 動 導 軌 的 材 料 和 熱 處 理 ...........................................................................21 4.3 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設 計 與 尺 寸 確 定 ..................................................................21 4.3.1滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 用 ...............................................................................22 4.3.2滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 計 算 ...............................................................................23 4.3.3 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 驗 算 ...............................................................................26 4.4變 速 機 構 中 齒 輪 的 設 計 ......................................................................................28 4.4.1 齒 輪 參 數(shù) 計 算 ............................................................................................29 結 論 .....................................................................34 致 謝 .....................................................................35 參 考 文 獻 .................................................................36 附 錄 1....................................................................38 附 錄 2....................................................................43 摘要 在 工 業(yè) 化 發(fā) 展 的 今 天 ， 各 種 機 械 產 品 層 出 不 窮 ， 精 度 要 求 不 斷 提 高 。 齒 輪 傳 動 作 為 傳 動 機 構 的 重 要 組 成 部 分 ， 其 精 度 高 低 直 接 影 響 產 品 質 量 。 因 此 ， 提 高 齒 輪 傳 動 精 度 成 為 了 提 高 產 品 質 量 的 一 種 方 法 。 齒 輪 傳 動 精 度 的 高 低 主 要 受 裝 配 精 度 、 齒 輪 制 造 精 度 兩 方 面 的 影 響 齒 輪 制 造 精 度 是 由 加 工 刀 具 來 保 證 。 而齒 輪 滾 刀 是 加 工 齒 輪 的 重 要 刀 具 ， 尤 其 是 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 在 加 工 各 種 齒 輪 的 過 程 中 得 到 了 廣 泛 的 應 用 。 所 以 ， 對 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 精 度 的 分 析 檢 測 是 非 常 有 必 要 的 。 本 設 計 主 要 任 務 是 對 零 前 角 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 的 齒 形 誤 差 進 行 檢 測 。 主 要 設 計 內 容 包 括 ： 檢 測 裝 置 總 裝 配 圖 ， 縱 向 進 給 裝 配 圖 ， 箱 體 零 件 圖 ， 橫 向 進 給 工 作 臺 零 件 圖 ， 立 柱 導 軌 零 件 圖 。 關 鍵 詞 齒 輪 滾 刀 齒 形 誤 差 檢 查 儀 齒 輪 Abstract In industrialized development today, endless variety of mechanical products, the accuracy improved. Gear drive as a major component of its accuracy will directly affect the quality of products. Therefore, improving the precision gear drive into improving the quality of products of a rational design. Precision Gear mainly by the level of two aspects : the assembly of precision, the gear manufacturing precision. Gear manufacturing precision machining tool is to be guaranteed. And Hob processing gear is an important tool, Archimedes is particularly Hob in the processing of various gear the process to be widely used. Therefore, Archimedes Hob accuracy of detection is very necessary. The design is in this particular period of birth, Its main task is to zero angle before the Archimedes Hob profile error was detected. Keywords Hob profile error Tester Gear 第 1 章 緒論 隨 著 國 內 工 業(yè) 化 的 飛 速 發(fā) 展 ， 如 汽 車 制 造 業(yè) ， 航 空 航 天 工 業(yè) 、 造 船 業(yè)、 機 械 裝 備 制 造 業(yè) 以 及 IT行 業(yè) 等 的 飛 速 發(fā) 展 ， 對 各 種 工 業(yè) 產 品 的 質 量 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 特 別 是 各 行 業(yè) 生 產 設 備 。 而 衡 量 這 些 生 產 設 備 的 質 量 的 好 壞 最 重 要 的 一 點 就 是 其 性 能 。 性 能 的 好 壞 主 要 又 是 由 構 成 設 備 的 零 部 件 精 度 決 定 的 。 所 以 ， 對 零 部 件 精 度 的 掌 握 在 一 定 程 度 上 就 體 現(xiàn) 出 了 公 司 對 產 品 質 量 把 握 ， 決 定 了 公 司 的 效 益 。 齒 輪 作 為 機 械 產 品 傳 動 機 構 的 重 要 組 成 部 分 ， 對 機 械 產 品 的 性 能 有 很 重 要 的 影 響 。 所 以 ， 各 大 齒 輪 制 造 商 在 擴 大 齒 輪 產 量 、 增 加 齒 輪 品 種 的 同 時 ， 更 加 注 重 提 高 齒 輪 質 量 。 影 響 齒 輪 質 量 的 因 數(shù) 很 多 ， 最 直 接 的 因 數(shù) 就 是 齒 輪 的 加 工 刀 具。 齒 輪 滾 刀 是 加 工 齒 輪 的 重 要 刀 具 ， 尤 其 是 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 在 加 工 各 種 齒 輪 的 過 程 中 得 到 了 廣 泛 的 應 用 。 因 此 ， 研 究 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 的 測 量 技 術 和 研 制 相 應 的 檢 測 儀 器 是 非 常 必 要 的 。 在 早 期 的 生 產 中 ， 檢 測 齒 輪 加 工 刀 具 是 否 達 到 自 己 所 希 望 的 精 度 ， 通 常 用 的 是 手 動 測 量 裝 置 。 不 僅 檢 測 精 度 很 難 保 證 ， 而 且 工 作 效 率 低 ， 越 來 越 難 滿 足 人 們 生 產 需 要 。 隨 著 機 械 工 業(yè) 和 電 子 信 息 技 術 的 發(fā) 展 與 融 合 ， 我 們 把 傳 感 器 、 脈 沖 電 機 等 電 子 設 備 與 機 械 機 構 相 結 合 得 到 了 檢 測 更 精 確 ， 工 作 效 率 更 高 的 齒 輪 加 工 刀 具 誤 差 測 量 儀 。 本 設 計 主 要 是 對 零 前 角 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 的 齒 形 誤 差 進 行 檢 測 。 由 于 在 設 計 中 采 用 了 先 進 的 機 械 電 子 技 術 ， 提 高 了 設 備 檢 測 精 度 與 生 產 效 率 。 所 以 ， 我 們 相 信 本 設 計 的 產 品 一 定 會 比 早 期 的 產 品 更 適 合 工 業(yè) 化 生 產 。 1.1 課題分析 1.1.1設 計 目 標 研 制 、 改 進 一 臺 齒 輪 滾 刀 檢 測 裝 置 。 設 計 參 數(shù) ： 模 數(shù) m6、 齒 形 角 a20°、 前 角 0°、 加 工 齒 輪 精 度 8級 1.1.2擬 解 決 的 關 鍵 問 題 1、 拆 裝 方 便 、 靈 活 ； 2、 精 度 高 ， 從 簡 化 結 構 方 面 提 高 精 度 。 1.1.3研 究 內 容 1、 檢 測 裝 置 的 橫 向 和 縱 向 運 動 的 實 現(xiàn) ； 2、 檢 測 裝 置 精 度 如 何 保 證 ； 3、 被 測 滾 刀 定 位 夾 緊 裝 置 的 確 定 。 第 2 章 齒 輪 滾 刀 概 述 2.1 齒 輪 刀 具 的 主 要 類 型 、 工 作 原 理 和 選 用 齒 輪 刀 具 是 用 于 加 工 齒 輪 齒 形 的 刀 具 。 由 于 齒 輪 的 種 類 很 多 ， 其 生 產 批 量 和 質 量 的 要 求 以 及 加 工 方 法 有 各 不 相 同 ， 所 以 齒 輪 刀 具 的 種 類 也 很 多 ， 通 常 按 下 列 的 方 法 來 分 類 ： 2.1.1按 被 加 工 的 齒 輪 類 型 分 ， 有 三 類 刀 具 ： 1、 圓 柱 齒 輪 刀 具 （ 1） 漸 開 線 圓 柱 齒 輪 滾 刀 如 盤 形 齒 輪 銑 刀 、 指 形 齒 輪 銑 刀 、 齒 輪 拉 刀 、 插 齒 刀 盤 、 齒 輪 滾 刀 、 插 齒 刀 、 梳 齒 刀 和 剃 齒 刀 等 （ 2） 非 漸 開 線 圓 柱 齒 輪 刀 具 如 圓 弧 齒 輪 滾 刀 、 擺 線 齒 輪 滾 刀 和 花 鍵 滾 刀 等 。 2、 蝸 輪 刀 具 如 蝸 輪 滾 刀 、 蝸 輪 飛 刀 、 蝸 輪 剃 齒 刀 等 3、 錐 齒 輪 刀 具 （ 1） 直 齒 錐 齒 輪 刀 具 如 成 對 刨 刀 、 成 對 盤 銑 刀 、 拉 —銑 刀 盤 等 （ 2） 曲 線 齒 錐 齒 輪 刀 具 如 弧 齒 錐 齒 輪 銑 刀 盤 、 擺 線 齒 錐 齒 輪 銑 刀 盤 等 2.1.2按 刀 具 的 工 作 原 理 分 ， 有 兩 類 刀 具 1、 成 形 齒 輪 刀 具 這 類 刀 具 的 切 削 刃 廓 形 與 被 加 工 的 直 齒 齒 輪 端 剖 面 內 的 槽 形 相 同 。 這 類 刀 具 中 有 盤 形 齒 輪 銑 刀 、 指 形 齒 輪 銑 刀 、 齒 輪 拉 刀 、 插 齒 刀 盤 等 。 用 盤 形 或 指 形 齒 輪 銑 刀 加 工 斜 齒 齒 輪 時 ， 工 件 齒 槽 任 何 剖 面 中 的 形 狀 都 不 和 刀 具 的 廓 形 相 同 ， 工 件 的 齒 形 是 由 刀 具 的 切 削 刃 在 相 對 于 工 件 運 動 過 程 中 包 絡 而 成 的 ， 這 種 加 工 方 法 稱 為 無 瞬 心 包 絡 法 。 但 由 于 這 些 刀 具 的 結 構 和 成 形 齒 輪 刀 具 相 同 ， 所 以 也 將 它 們 歸 納 在 成 形 齒 輪 刀 具 一 類 之 中 。 2、 展 成 齒 輪 刀 具 這 類 刀 具 加 工 齒 輪 時 ， 刀 具 本 身 好 像 也 是 一 個 齒 輪 ， 它 和 被 加 工 的 齒 輪 各 自 按 嚙 合 關 系 要 求 的 速 比 傳 動 ， 而 由 刀 具 齒 形 包 絡 出 齒 輪 的 齒 形 。 這 類 刀 具 中 有 齒 輪 滾刀 、 插 齒 刀 、 梳 齒 刀 、 剔 齒 刀 、 加 工 非 漸 開 線 齒 形 的 各 種 滾 刀 、 蝸 輪 刀 具 和 錐 齒 輪刀 具 等 ， 展 成 齒 輪 刀 具 的 一 個 基 本 特 點 是 通 用 性 比 成 形 齒 輪 刀 具 好 ， 也 就 是 說 ： 用同 一 把 展 成 齒 輪 刀 具 ， 可 以 加 工 模 數(shù) 和 齒 形 角 相 同 而 齒 數(shù) 不 同 的 齒 輪 ， 也 可 用 標 準 刀 具 加 工 不 同 變 位 系 數(shù) 的 變 位 齒 輪 。 根 據(jù) 不 同 的 生 產 要 求 和 條 件 ， 選 用 結 合 市 的 齒 輪 刀 具 是 很 重 要 的 。 在 以 上 所 說 的 各 類 齒 輪 刀 具 中 ， 要 數(shù) 加 工 漸 開 線 圓 柱 齒 輪 的 刀 具 應 用 最 廣 泛 ； 而 在 這 類 刀 具 中 ， 又 以 齒 輪 滾 刀 最 為 常 用 ； 因 為 他 的 加 工 效 率 較 高 ， 也 能 保 證 一 般 齒 輪 的 精 度 要 求 ， 而 且 他 既 能 加 工 外 嚙 合 的 直 齒 齒 輪 ， 也 能 加 工 外 嚙 合 的 斜 齒 齒 輪 。 2.2 齒 輪 滾 刀 基 本 蝸 桿 齒 輪 滾 刀 一 般 是 指 加 工 漸 開 線 齒 輪 所 用 的 滾 刀 。 它 是 按 螺 旋 齒 輪 嚙 合 原 理 加 工 齒 輪 的 。 由 于 被 加 工 的 齒 輪 是 漸 開 線 齒 輪 ， 所 以 它 本 身 應 具 有 漸 開 線 齒 輪 的 幾 何 特 征 。 齒 輪 滾 刀 從 其 外 貌 看 來 并 不 像 齒 輪 ， 實 際 上 它 是 僅 有 一 個 齒 （ 或 兩 、 三 個 齒 ）、 但 齒 痕 長 而 螺 旋 角 很 大 （ 一 般 為 80°以 上 ， 接 近 90°） 的 斜 齒 圓 柱 齒 輪 。 因 為 他 的 齒 很 長 而 螺 旋 角 又 很 大 ， 可 以 繞 滾 刀 軸 線 轉 好 幾 圈 ， 因 此 從 外 貌 上 看 ， 它 很 像 一 個 螺 桿 ， 如 圖 2-1中 所 示 。 為 了 使 這 個 蝸 桿 能 起 切 削 作 用 ， 需 沿 其 長 度 方 向 開 出 好 多 容 屑 槽 （ 直 槽 或 螺 旋 槽 ）， 因 此 把 蝸 桿 上 的 螺 紋 割 成 許 多 較 短 的 刀 齒 ， 并 產 生 了 前 刀 面2和 切 削 刃 3。 每 個 刀 齒 有 一 個 頂 刃 和 兩 個 側 刃 。 為 了 使 刀 齒 有 后 角 ， 還 要 用 鏟 齒 方 法 鏟 出 后 刀 面4和 頂 后 刀 面 1。 但 是 各 個 刀 齒 的 切 削 刃 必 須 位 于 這 個 相 當 于 斜 齒 圓 柱 齒 輪 的 蝸 桿 的 螺 紋 表 面 上 ， 因 此 這 個 螺 桿 就 稱 為 滾 刀 的 基 本 蝸 桿 。 基 本 蝸 桿 的 螺 紋 通 常 做 成 右 螺 旋 的 ， 有 時 也 做 成 左 螺 旋 的 。 基 本 蝸 桿 的 螺 紋 表 面 若 是 漸 開 螺 旋 面 ， 則 稱 為 漸 開 線 基 本 蝸 桿 ， 而 這 樣 的 滾 刀 稱 為 漸 開 線 滾 刀 。 用 這 種 滾 刀 可 以 切 出 理 論 上 完 全 理 想 的 漸 開 線 齒 輪 。 但 這 種 滾 刀 制 造 困 難 ， 生 產 中 很 少 采 用 ， 而 是 采 用 易 于 制 造 的 近 似 齒 形 滾 刀 ， 如 阿 基 米 德 滾 刀 和 法 向 直 廓 螺 旋 面 。 這 兩 種 螺 紋 表 面 在 端 剖 面 中 的 截 形 不 是 漸 開 線 ， 而 是 阿 基 米 德 螺 線 和 延 長 漸 開 線 。 當 滾 刀 的 分 圓 柱 導 程 角 較 小 時 ， 這 種 蝸 桿 與 漸 開 線 蝸 桿 非 常 近 似 ， 所 以 用 近 似 齒 形 滾 刀 切 出 的 齒 輪 齒 形 雖 然 理 論 上 不 是 漸 開 線 ， 但 誤 差 是 很 小 的 。 1-頂后面 2 -前刀面 3-切削刃 4 -側后刀面 圖 2-1 齒輪滾刀的基本蝸桿 2.3 齒 輪 滾 刀 的 原 理 誤 差 生 產 中 普 遍 使 用 的 齒 輪 滾 刀 是 阿 基 米 德 滾 刀 。 但 是 它 與 漸 開 線 滾 刀 相 比 ， 其 齒 形 是 有 誤 差 的 。 這 個 誤 差 就 是 由 于 其 基 本 蝸 桿 是 阿 基 米 德 蝸 桿 ， 而 不 是 漸 開 線 蝸 桿 。 當 這 兩 種 蝸 桿 的 模 數(shù) 、 螺 紋 頭 數(shù) 、 分 圓 柱 直 徑 、 法 向 齒 形 角 、 導 程 、 齒 厚 和 齒 高 等 都 分 別 相 同 時 ， 那 么 唯 一 不 同 的 就 是 齒 形 。 以 軸 向 齒 形 來 說 ， 漸 開 線 蝸 桿 的 軸 向 齒 形 是 曲 線 （ 圖 2-2中 的 虛 線 ） ， 而 阿 基 米 德 蝸 桿 的 軸 向 齒 形 是 直 線 （ 圖2-2中 實 線 ） 。 這 兩 種 齒 形 相 切 于 分 圓 柱 面 上 。 由 此 可 知 ， 若 以 漸 開 線 滾 刀 為 基 準 ， 則 阿 基 米 德 滾 刀 的 齒 形 在 分 圓 柱 面 上 的 誤 差 為 零 ， 但 越 到 齒 頂 盒 齒 根 誤 差 越 大 。 圖 中 的 和??xaf? 分 別 為 齒 頂 和 齒 根 處 的 最 大 軸 向 齒 形 誤 差 。??xif? 圖 2-2 兩種軸向齒形的比較 用 滾 刀 加 工 齒 輪 時 ， 滾 刀 和 工 件 相 當 于 一 對 螺 旋 齒 輪 嚙 合 ， 滾 刀 的 齒 形 誤 差 試 驗 奇 跡 圓 柱 且 平 面 內 的 嚙 合 線 方 向 傳 遞 到 工 件 上 去 的 。 這 個 切 平 面 與 漸 開 線 基 本 螺 桿 螺 紋 表 面 的 交 線 是 一 條 直 線 A（ 圖 2-3） ， 它 與 蝸 桿 端 面 的 夾 角 等 于 基 圓 柱 導 程 角 ；b? 而 這 個 切 平 面 與 阿 基 米 德 基 本 蝸 桿 螺 紋 表 面 的 交 線 是 一 條 曲 線B， 它 與 直 線 A在 分 圓 柱 面 上 相 切 。 圖 中 的 和 分 別 為 阿 基 米 德 滾 刀 在 齒 頂 盒 齒 根 處 的 最 大 法 向??naf?nif 齒 形 誤 差 。 由 圖 2-2可 知 ， 大 于 ， 所 以 通 常 就 把 稱 為 阿 基 米 德 滾i??naf???nif? 刀 的 齒 形 誤 差 。 阿 基 米 德 滾 刀 基 本 蝸 桿 的 分 圓 柱 導 程 角 越 小 ， 則 其 齒 形 誤 差 越 小 ， 如 圖 2-4的0? 曲 線 所 示 ， 所 以 精 加 工 用 的 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 通 常 做 成 較 大 的 分 圓 柱 直 徑 ， 目 的 就 是 使 其 導 程 角 較 小 ， 從 而 減 少 滾 刀 的 齒 形 誤 差 。 有 圖 2-2和 圖 2-3可 以 看 出 ， 阿 基 米 德 蝸 桿 的 螺 紋 在 齒 頂 和 齒 根 處 都 比 漸 開 線 蝸 桿 的 螺 紋 寬 一 些 ， 所 以 用 阿 基 米 德 滾 刀 切 出 的 齒 輪 齒 形 與 正 確 的 漸 開 線 齒 輪 齒 形 相 比 ， 在 齒 頂 和 齒 根 處 就 窄 一 些 ， 這 就 使 得 齒 輪 的 齒 頂 部 分 以 及 齒 根 部 分 得 到 輕 微 的 修 形 ， 因 而 對 于 高 速 重 載 齒 輪 能 嚙 合 時 的 干 涉 和 噪 音 。 圖 2-3 阿基米德滾刀齒形誤差 圖 2-4 齒形誤差與導程角的關系 2.4 齒 輪 滾 刀 的 重 磨 誤 差 1.滾 刀 重 磨 齒 輪 滾 刀 使 用 久 了 就 會 磨 損 。 使 用 磨 損 了 的 齒 輪 滾 刀 加 工 齒 輪 時 ， 會 降 低 被 加 工 齒 輪 的 齒 形 精 度 和 惡 化 表 面 質 量 ， 還 會 加 劇 機 床 的 震 動 。 滾 刀 的 磨 損 量 在 粗 切 時 超 過 0.8～ 1mm或 精 切 時 超 過 0.2～ 0.5mm， 就 需 要 重 磨 前 刀 面 。 滾 刀 的 重 磨 精 度 對 于 滾 刀 的 齒 形 精 度 有 很 大 影 響 ， 必 須 十 分 重 視 。 直 槽 滾 刀 的 前 刀 面 是 平 面 ， 可 以 用 直 母 線 的 錐 形 砂 輪 來 重 磨 。 圖 2-5是 重 磨 滾 刀 時 砂 輪 的 位 置 ， 需 要 樣 板 來 對 準 ， 使 砂 輪 的錐 面 母 線 方 向 通 過 滾 刀 軸 線 。 圖 2-5 零前角滾刀刃磨時砂輪的相對位置 2.重 磨 誤 差 重 磨 或 刃 磨 滾 刀 時 可 能 產 生 的 誤 差 主 要 有 三 項 ： （ 1） 前 刀 面 徑 向 誤 差 這 是 因 為 砂 輪 和 滾 刀 的 相 對 位 置 調 整 不 準 確 而 引 起 的 。 由 于 前 刀 面 不 通 過 滾 刀 軸 線 ， 使 刀 齒 的 齒 形 發(fā) 生 了 畸 變 ， 而 加 工 出 來 的 齒 輪 齒 形 也 產 生 了 誤 差 。 （ 2） 前 刀 面 與 滾 刀 軸 線 的 平 行 性 誤 差 這 是 因 為 滾 刀 在 磨 刀 機 床 上 的 安 裝 誤 差 引 起 的 。 這 種 誤 差 會 使 滾 刀 各 刀 面 的 側 刃 依 次 而 逐 漸 地 離 開 正 確 的 基 本 蝸 桿 表 面 ， 而 頂 刃 的 外 徑 也 形 成 錐 度 。 這 樣 的 滾 刀 切 出 的 齒 輪 齒 形 會 向 一 側 歪 斜 ， 使 牙 齒 的 兩 側 齒 形 不 對 稱 。 （ 3） 圓 周 齒 距 誤 差 這 是 因 為 磨 刀 機 床 的 分 度 機 構 不 準 確 而 引 起 的 。 滾 刀 的 側后 刀 面 是 經 過 鏟 磨 的 ， 當 圓 周 齒 距 不 相 等 時 ， 各 刀 齒 的 齒 厚 就 大 小 不 均 勻 ， 因 而 各側 刃 就 在 同 一 個 基 本 蝸 桿 的 螺 紋 表 面 上 ， 這 樣 就 造 成 工 件 上 不 規(guī) 則 的 齒 形 誤 差 。 第 3 章 檢 測 裝 置 總 體 方 案 設 計 3.1 檢 測 裝 置 總 體 方 案 設 計 系 統(tǒng) 總 體 方 案 設 計 內 容 包 括 ： ? 系 統(tǒng) 運 動 方 式 的 確 定 。 ? 伺 服 系 統(tǒng) 的 選 擇 。 ? 執(zhí) 行 機 構 得 結 構 及 傳 動 方 式 的 確 定 。 3.1.1系 統(tǒng) 運 動 方 式 的 確 定 數(shù) 控 系 統(tǒng) 按 運 動 方 式 可 分 點 位 控 制 系 統(tǒng) 、 點 位 直 線 系 統(tǒng) 、 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 。 點 位 控 制 系 統(tǒng) 是 指 被 控 制 件 由 一 點 到 另 一 點 快 速 準 確 定 位 ， 卻 不 能 在 兩 點 之 間 工 作 的 系 統(tǒng) ； 點 位 直 線 系 統(tǒng) 是 指 被 控 制 件 沿 平 面 內 平 行 于 導 軌 作 直 線 工 作 的 系 統(tǒng) ； 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 是 指 被 控 制 件 沿 平 面 內 任 何 曲 線 都 能 工 作 的 系 統(tǒng) 。 點 位 控 制 系 統(tǒng) 造 價 低 廉 ， 適 用 于 兩 點 之 間 快 速 點 位 的 系 統(tǒng) ； 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 造 價 高 ， 適 用 于 連 續(xù) 工 作 的 系 統(tǒng) ； 點 位 直 線 系 統(tǒng) 造 價 介 于 前 兩 者 之 間 ， 適 用 于 簡 單 直 線 運 動 。 由 于 齒 輪 滾 刀 齒 形 是 直 線 ， 檢 測 齒 形 誤 差 只 需 沿 直 線 運 動 ， 所 以 選 擇 點 位 直 線 控 制 系 統(tǒng) 。 3.1.2伺 服 系 統(tǒng) 的 選 擇 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 在 負 荷 不 大 時 多 采 用 功 率 步 進 電 機 作 為 伺 服 電 機 ， 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 由 于 沒 有 檢 測 反 饋 部 件 ， 因 而 不 能 糾 正 系 統(tǒng) 的 傳 動 誤 差 ， 但 開 環(huán) 系 統(tǒng) 結 構 簡 單 、 調 整 維 修 容 易 、 在 速 度 和 精 度 要 求 不 太 高 的 場 合 得 到 廣 泛 應 用 。 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 具 有 在 設 備 移 動 部 件 上 得 檢 測 反 饋 元 件 來 檢 測 實 際 位 移 量 ， 能 補 償 系 統(tǒng) 的 傳 動 誤 差 。 因 而 伺 服 控 制 精 度 高 ， 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 造 價 高 、 結 構 和 調 試 較 復 雜 ， 多 用 于 精 度 要 求 高 的 場 合 。 此 儀 器 屬 于 測 量 儀 器 ， 其 分 辨 率 為 0.005mm， 所 測 齒 輪 滾 刀 加 工 的 齒 輪 精 度 ：8 級 ， 所 以 采 用 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 3.1.3執(zhí) 行 機 構 的 確 定 為 保 證 數(shù) 控 系 統(tǒng) 得 傳 動 精 度 和 工 作 平 穩(wěn) 性 。 在 設 計 機 械 傳 動 裝 配 時 ， 通 常 采 用 低 摩 擦 、 低 慣 量 、 高 剛 度 、 無 間 隙 、 高 諧 振 以 及 有 適 宜 的 阻 尼 比 要 求 的 傳 動 方 式 。 考 慮 以 上 幾 點 ， 本 設 計 采 用 以 下 措 施 ： 1、 盡 量 采 用 低 摩 擦 的 傳 動 和 導 向 元 件 。 如 采 用 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 ， 滾 動 導 軌 等 。 2、 提 高 系 統(tǒng) 的 傳 動 剛 度 ， 如 應 用 預 加 負 載 的 滾 動 導 軌 和 滾 珠 絲 杠 傳 動 副 。 絲 杠 支 承 設 計 成 兩 端 軸 向 固 定 ， 并 加 預 拉 伸 的 結 構 等 提 高 傳 動 剛 度 。 3.1.4系 統(tǒng) 的 工 作 原 理 阿 基 米 德 齒 輪 滾 刀 軸 截 面 的 齒 形 是 直 線 。 要 形 成 直 線 軌 跡 只 須 兩 個 方 向 的 運 動 ， 如 圖 3-1。 所 以 只 要 兩 個 方 向 的 速 度 成 一 定 比 例 關 系 。 如 圖3-1。 兩 個 方 向 速 度 的 比 例 關 系 由 程 序 控 制 。 。 圖 3-1 X軸 與 Y軸 速 度 關 系 具 體 結 構 如 圖 3-2。 左 右 方 向 進 給 都 采 用 步 進 電 機 驅 動 滾 珠 絲 桿 ， 配 合 滾 珠 導 軌 形 成 平 面 運 動 。 由 于 垂 直 方 向 精 度 要 求 不 高 ， 所 以 垂 直 方 向 采 用 齒 輪 齒 條 配 合 手 動 進 給 。 圖 3-2 齒 輪 滾 刀 檢 測 裝 置 結 構 3.1.5設 計 方 案 的 可 行 性 分 析 在 本 設 計 裝 置 中 ， 關 鍵 問 題 有 ： 1、 橫 向 、 縱 向 進 給 精 度 的 保 證 ； 2、 20°斜 線 軌 跡 的 形 成 ； 3、 被 測 齒 輪 滾 刀 在 裝 置 中 分 度 精 度 的 保 證 。 通 過 對 以 上 問 題 的 分 析 采 用 以 下 相 應 的 措 施 ： 1、 采 用 步 進 電 機 驅 動 絲 杠 ， 帶 動 工 作 臺 運 動 ； 2、 采 用 橫 向 、 縱 向 速 度 匹 配 ， 形 成 平 面 內 各 種 運 動 ； 3、 采 用 脈 沖 步 進 電 機 保 證 分 度 精 度 。 通 過 對 機 械 原 理 課 程 的 學 習 分 析 得 出 裝 置 原 理 可 行 ； 通 過 對 機 械 設 計 課 程 的 確 學 習 分 析 得 出 裝 置 結 構 可 行 ； 通 過 對 機 械 工 程 學 的 確 學 習 分 析 得 出 裝 置 工 藝 可 行 。 第 四 章 機 械 部 分 設 計 4.1 步 進 電 機 的 選 用 4.1.1 步 進 電 機 的 計 算 1.步 進 電 機 的 步 距 角 θ b 取 系 統(tǒng) 脈 沖 當 量 δ p=0.005mm/step， 初 選 步 進 電 機 步 距 角 θ b度 。 2.步 進 電 機 啟 動 力 矩 的 計 算 設 步 進 電 機 等 效 負 載 力 矩 為 T， 負 載 力 為 P， 根 據(jù) 能 量 守 衡 原 理 ， 電 機 所 做 的 功 與 負 載 力 所 做 的 功 有 如 下 關 系 。 S??? 式 中 φ—電 機 轉 角 S—移 動 部 件 的 相 對 位 移 μ —機 械 傳 動 效 率 若 取 φ=θ b， 則 S=δ p， 且 ， 所 以 （ 4-1） 式 中 δ p—移 動 部 件 負 載 （ N） ； G—移 動 部 件 重 量 ； Pδ—與 重 力 方 向 一 致 作 用 在 移 動 部 件 上 的 負 載 力 ； μ —導 軌 摩 擦 系 數(shù) ； θb—步 進 電 機 步 距 角 （ rad） ； T—電 機 軸 負 載 力 矩 (N?cm) 本 設 計 中 ， 取 μ＝ 0.003（ 淬 火 鋼 珠 導 軌 的 摩 擦 系 數(shù) ）， η＝ 0.96， P δ＝ 200N， P z為 0。 所 以 ： 4.1.2步 進 電 機 的 選 用 通 過 以 上 計 算 選 擇 電 機 45BF3-3A， 步 距 角 θ b=0.9°， 額 定 負 載 轉 矩 T=98N.mm 外 36[()]()2pZbPGTNcm????????6.5[20.3()].6T c?????? 形 L×D=63×Φ 45mm。 4.2 滾 動 導 軌 的 設 計 與 尺 寸 確 定 在 相 配 的 兩 導 軌 面 間 放 置 滾 動 體 或 滾 動 支 承 ， 使 導 軌 面 間 的 摩 擦 性 質 成 為 滾 動 摩 擦 ， 此 為 滾 動 導 軌 ， 它 的 最 大 優(yōu) 點 是 摩 擦 因 數(shù) 小 ， 動 、 靜 摩 擦 因 數(shù) 差 小 ， 因 此 ， 運 動 輕 便 靈 活 ， 運 動 所 需 的 功 率 小 ， 摩 擦 發(fā) 熱 少 、 磨 損 小 ， 精 度 保 持 性 好 ， 低 速 運 動 平 穩(wěn) 性 好 ， 移 動 精 度 和 定 位 精 度 高 。 滾 動 導 軌 還 具 有 潤 滑 簡 單 （ 有 時 可 以 油 脂 潤 滑 ）， 高 速 運 動 時 不 會 像 滑 動 導 軌 那 樣 因 動 壓 效 應 而 使 導 軌 浮 起 等 優(yōu) 點 。 但 滾 動 導 軌 結 構 比 較 復 雜 、 制 造 比 較 困 難 、 成 本 比 較 高 、 抗 震 性 比 較 差 。 對 灰 塵 比 較 敏 感 ， 因 此 必 須 有 良 好 的 防 護 。 4.2.1 滾 珠 導 軌 的 特 點 滾 動 導 軌 廣 泛 的 應 用 于 各 種 類 型 機 床 和 機 械 。 每 一 種 機 床 和 機 械 都 利 用 了 它 的 某 些 特 點 。 例 如 ： 數(shù) 控 機 床 、 坐 標 鏜 床 、 仿 形 機 床 和 外 圓 磨 床 砂 輪 架 導 軌 等 ， 采 用 滾 動 導 軌 是 為 了 實 現(xiàn) 低 速 平 穩(wěn) 無 爬 行 和 精 確 位 移 ， 工 具 磨 床 的 工 作 臺 采 用 滾 動 導 軌 ， 為 了 防 止 高 速 時 因 動 壓 效 應 使 工 作 臺 浮 起 來 ， 以 便 提 高 加 工 精 度 ， 立 式 車 床 工 作 臺 采 用 滾 動 導 軌 是 為 了 提 高 速 度 ， 等 等 。 滾 動 導 軌 的 類 型 很 多 ， 按 運 動 軌 跡 分 有 直 線 運 動 導 軌 和 圓 運 動 導 軌 ； 按 滾 動 體 的 形 式 分 有 滾 珠 、 滾 珠 和 滾 針 導 軌 ； 按 滾 動 體 是 否 循 環(huán) 可 分 為 滾 動 體 循 環(huán) 和 滾 動 體 不 循 環(huán) 導 軌 。 滾 動 導 軌 類 型 、 特 點 及 應 用 見 表4-2。 表 4-2滾 動 導 軌 類 型 、 特 點 及 應 用 類 型 特 點 及 應 用 滾 珠 導 軌 行 程 不 能 太 長 ， 摩 擦 阻 力 小 、 剛 度 低 、 承 載 能 力 差 ， 不 能 承 受 大 的 顛 覆 力 矩 和 水 平 力 ； 這 種 導 軌 適 用 于 載 荷 不 超 過 1000N的 機 床 ， 如 工 具 磨 床 滾 動 體 不 循 環(huán) 的 滾 動 導 軌 滾 柱 導 軌 載 荷 能 力 及 剛 度 比 滾 珠 導 軌 高 ， 交 叉 滾 珠 導 軌 副 四 個 方 向 均 能 承 載 滾 針 導 軌 滾 針 導 軌 承 載 能 力 最 高 ; 滾 柱 、 滾 針 對 導 軌 面 的 平 行 度 誤 差 要 求 比 較 敏 感 ， 且 容 易 側向 偏 移 和 滑 動 ； 主 要 用 于 承 載 能 力 較 大 的 機 床 上 。 如 立 式 車 床 ， 磨 床 等 滾 動 直 線 導 軌 副 滾 柱 交 叉 導 軌 副 滾 柱 導 軌 塊 滾 動 直 線 導 軌 套 副 滾 動 花 鍵 副 有 專 業(yè) 化 生 產 廠 生 產 品 種 規(guī) 格 比 較 齊 全 、 技 術 質 量 保 證 。 設 計 制 造 機 器 采 用 這 類 導 軌 副 ， 可 縮 短 設 計 制 造 周 期 、 提 高 質 量 、 降 低 成 本 。滾 動 體 循 環(huán) 的 滾 動 導 軌 滾 動 軸 承 滾 動 導 軌 任 何 能 承 受 徑 向 力 的 滾 動 軸 承 (或 軸 承 組 )都 可 以 作 為 這 種 導 軌 的 滾 動 元 件 軸 承 的 規(guī) 格 多 ， 可 以 設 計 成 任 意 尺 寸 和 承 受 能 力 的 導 軌 ， 導 軌 行 程 可 以 很 長 很 適 合 大 載 荷 、 高 剛 度 、 行 程 長 的 導 軌 ， 如 大 型 磨 頭 移 動 式 平 面 磨 床 、 繪 圖 機 等 導 軌 4.2.1 滾 珠 導 軌 的 選 擇 此 設 計 為 齒 輪 誤 差 檢 測 裝 置 ， 屬 于 高 精 度 的 檢 測 儀 器 ， 所 以 采 用 滾 珠 導 軌 而 不 是 滑 動 導 軌 ， 根 據(jù) 設 計 的 需 要 和 各 種 不 同 導 軌 的 優(yōu) 缺 點 ， 決 定 采 用 滾 珠 導 軌 其 結 構 如 圖 4-1 所 示 。 圖 4-1 滾 珠 導 軌 原 理 圖 在 原 理 圖 中 可 以 看 到 在 V 型 槽 （ V 型 槽 一 般 為 90o） 中 安 裝 了 滾 珠 ， 為 了 防 止 滾 珠 滑 落 ， 安 裝 了 保 持 架 ， 并 且 保 持 架 可 以 保 證 各 個 滾 珠 之 間 的 相 對 位 置 。 之 所 以 選 擇 V 形 滾 珠 導 軌 是 因 為 它 的 工 藝 性 好 ， 容 易 達 到 較 高 的 加 工 精 度 。 但 滾 珠 導 軌 在 工 作 時 滾 珠 和 導 軌 間 是 點 接 觸 ， 應 力 比 較 大 ， 容 易 壓 出 溝 槽 ， 所 壓 溝 槽 的 深 度 若 不 均 勻 ， 將 會 降 低 導 軌 的 剛 度 及 精 度 。 為 了 改 善 這 種 情 況 ， 可 采 用 以 下 的 工 藝 ： 1、 在 V 形 槽 與 滾 珠 接 觸 處 預 先 研 磨 出 一 窄 條 圓 弧 面 的 淺 槽 ， 從 而 增 加 了 滾 珠 與 滾 到 的 接 觸 面 積 ， 提 高 了 承 載 能 力 和 耐 磨 性 ， 但 這 種 工 藝 的 缺 點 是 導 軌 中 的 摩 擦 力 略 有 增 加 。 2、 采 用 雙 圓 弧 滾 珠 導 軌 ， 這 種 導 軌 是 把 導 軌 的 滾 道 改 為 為 圓 弧 形 滾 道 ， 以 增 大 滾 動 體 與 滾 道 接 觸 點 的 曲 率 半 徑 ， 從 而 提 高 了 導 軌 的 承 載 能 力 ， 以 及 剛 度 、 使 用 壽 命 。 但 雙 圓 弧 導 軌 由 于 形 狀 的 特 殊 性 也 有 它 本 身 的 不 足 ： 形 狀 復 雜 ， 工 藝 較 差 ， 摩 擦 力 較 大 。 因 此 當 精 度 要 求 很 高 時 不 易 滿 足 使 用 要 求 。 在 工 程 設 計 中 為 使 雙 圓 弧 滾 珠 導 軌 能 發(fā) 揮 接 觸 面 積 較 大 ， 變 形 較 小 的 優(yōu) 點 ， 又 不 至 于 過 分 增 大 摩 擦 力 ， 一 般 都 根 據(jù) 經 驗 把 其 參 數(shù) 控 制 在 一 個 合 理 的 范 圍 內 ， 在 此 設 計 中 ， 由 于 滾 珠 導 軌 在 工 作 時 承 受 的 力 為130N， 相 對 于 滾 珠 到 過 的 極 限 力 來 說 是 很 小 的 ， 所 以 在 此 設 計 中 不 需 那 樣 的 計 算 。 4.2.2.滾 動 導 軌 的 預 緊 使 滾 動 體 與 滾 道 表 面 產 生 初 始 接 觸 彈 性 變 形 的 方 法 稱 之 為 預 緊 。 預 緊 導 軌 剛 度 比 沒 有 預 緊 的 剛 度 大 ， 在 合 理 的 預 緊 條 件 下 ， 導 軌 磨 損 比 較 小 ， 預 緊 的 主 要 方 式 有 ： 1、 采 用 過 盈 裝 配 形 成 預 加 負 載 ： 裝 配 導 軌 時 ， 根 據(jù) 滾 動 體 的 實 際 尺 寸 ， 刮 研 壓 板 與 滑 板 的 結 合 面 或 在 其 間 加 上 一 定 厚 度 的 墊 片 ， 從 而 形 成 包 容 尺 寸 ； 過 盈 有 一 個 合 理 的 數(shù) 值 ， 達 到 此 數(shù) 值 時 ， 導 軌 剛 度 較 好 ， 而 驅 動 力 又 不 至 于 過 大 。 2、 用 移 動 導 軌 板 的 方 法 實 現(xiàn) 預 緊 ： 預 緊 時 先 松 開 導 軌 體 的 連 接 螺 釘 ， 然 后 擰 動 側 面 螺 釘 ， 即 可 調 整 導 軌 兩 邊 的 距 離 而 預 緊 。 此 外 ， 也 可 用 斜 鑲 條 來 調 整 ， 這 樣 導 軌 的 預 緊 量 沿 全 長 分 布 比 較 均 勻 ， 故 也 常 采 用 。 由 圖 4-1 可 以 看 到 在 本 設 計 中 采 用 的 是 第 二 種 預 緊 方 法 。 4.2.3.額 定 壽 命 的 計 算 滾 動 直 線 導 軌 副 額 定 壽 命 的 計 算 與 滾 動 軸 承 基 本 相 同 。 （ 4-2）maxpF? 式 中 L—額 定 壽 命 （ km） ； —額 定 動 載 荷 （ KN） ；aC P—當 量 動 載 荷 （ KN） ； —受 力 最 大 的 滑 塊 所 受 的 載 荷 (KN） ； maxF Z—導 軌 上 的 滑 塊 數(shù) ； ε —指 數(shù) ， 當 滾 動 體 為 滾 珠 時 ε ＝ 3； 當 為 滾 柱 時 ， ε ＝ 10／ 3； Ｋ —額 定 壽 命 單 位 （ km） ， 滾 珠 時 ， K＝ 50km； 滾 柱 時 ， K＝ 100km； —硬 度 系 數(shù) ＝ 1；hf ()htcawfCLKP? —溫 度 系 數(shù) ， 查 文 獻 [實 用 機 床 設 計 手 冊 ]表 3.17-46； 取 1；tf —接 觸 系 數(shù) ， 查 文 獻 [實 用 機 床 設 計 手 冊 ]表 3.17-47； 取 1.00；c —精 度 系 數(shù) ， 查 文 獻 [實 用 機 床 設 計 手 冊 ]表 3.17-48； 取 0.9；af —載 荷 系 數(shù) ， 查 文 獻 [實 用 機 床 設 計 手 冊 ]表 3.17-49。 取 1.2；w 由 式 （ 4-2） 可 得 4.2.4.載 荷 計 算 當 導 軌 水 平 放 置 的 時 候 主 要 載 荷 就 是 移 動 部 分 的 重 量 ， 根 據(jù) 此 裝 置 設 計 意 圖 和 材 料 的 密 度 及 體 積 關 系 可 估 算 移 動 部 件 的 重 量 ： 33107.8107?????G=[（ 2.5+01.45+02） 再 加 上 其 他 元 件 的 重 量 ， 則 移 動 部 分 的 總 重 量 為400N。 所 以 每 一 個 導 軌 上 的 載 荷 為 200N。 此 外 ， 摩 擦 阻 力 受 結 構 形 式 、 潤 滑 劑 的 黏 度 、 載 荷 及 運 動 速 度 的 影 響 而 略 有 變 化 ， 預 緊 后 ， 摩 擦 力 稍 微 增 大 ， 摩 擦 力 （ 4-3） 式 中 μ —滾 動 摩 擦 系 數(shù) ， μ =0.003～ 0.005； F—法 向 載 荷 （ N