購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396立式高速火焰噴涂機(jī)床設(shè)計(jì)Design Of Vertical HVOF Machine學(xué) 院：專 業(yè) 班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué) 生 姓 名：指 導(dǎo) 教 師：年 月購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396I摘 要高速火焰噴涂技術(shù)（HOVF）是一種可在零部件表面高效率地形成涂層的工藝方法，該方法具有火焰速度高、涂層結(jié)合強(qiáng)度高、致密性好、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。本課題主要是對(duì)立式高速火焰噴涂機(jī)床進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依據(jù)技術(shù)要求，給出機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案，并完成包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)及主要零部件等的繪制。整機(jī)主要包括橫縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、立柱、底座、工作臺(tái)等主要部件。其中所有進(jìn)給機(jī)構(gòu)均采用滾珠絲杠螺母副進(jìn)行傳動(dòng)，并由伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。噴槍安裝在縱向工作臺(tái)上，并采用重錘平衡機(jī)構(gòu)保持平衡，使其升降輕便。本文介紹了高速火焰噴涂機(jī)床的組成，全面闡述了高速火焰噴涂機(jī)床的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，論述了采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)介紹了高速火焰噴涂機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其校核，另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。其中著重介紹了滾珠絲杠的原理及其選用原則，系統(tǒng)地對(duì)滾珠絲杠生產(chǎn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)進(jìn)行了介紹。包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機(jī)匹配的原則等。關(guān)鍵詞：熱噴涂；高速火焰噴涂；滾珠絲杠；伺服電機(jī)購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396IIAbstractHigh velocity oxy-fuel (HOVF) technologyis is a process method in the surface of parts efficiently forming coating, the method has the advantages of high flame speed, high strength, high density, good abrasion resistance, etc.This topic is mainly on vertical HVOF machine tool mechanical structure design, based on technical requirements, given the machine's overall design, and complete including drawing feeding mechanism and major components and the like. Entire machine including horizontal and vertical feed mechanism, column, base, table and other major components. Wherein all feed mechanism are ball screw drive nut carried by the servo motor drive. Gun mounted on the longitudinal table and lifting of weights balancing mechanism to make it light.This article describes the composition of the high-speed flame spraying machine, a comprehensive exposition of the structure and design features of the high-speed flame spraying machine, discusses the advantages of using servo motor and ball screw nut pairs. Details of the HVOF structural design and verification tools, in addition to a summary of the technical parameters. Which focuses on the principles and selection principles of the ball screw, ball screw system to production, application and other aspects were introduced. Including species selection, parameter selection, precision selection, circulation mode selection, principles and host matches and the like.Keywords：Thermal Spray;HVOF;Ball screw; Servo motor購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396III目錄摘 要 ........................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................II第 1 章 緒論 ................................................................................................................11.1 高速火焰噴涂簡(jiǎn)介 .......................................................................................11.2 高速火焰噴涂的發(fā)展現(xiàn)狀 ...........................................................................11.3 立式高速火焰噴涂機(jī)床設(shè)計(jì)的選題意義 ...................................................51.4 課題研究?jī)?nèi)容 ...............................................................................................61.5 本章小節(jié) .......................................................................................................6第 2 章 立式高速火焰噴涂機(jī)床的總體機(jī)械設(shè)計(jì) ....................................................72.1 機(jī)床的設(shè)計(jì)要求 ...........................................................................................72.2 設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................72.3 本章小節(jié) .......................................................................................................9第 3 章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ......................................................................103.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .........................................................................103.2 滾珠絲杠的特點(diǎn) .........................................................................................113.3 絲杠的計(jì)算 .................................................................................................123.3.1 滾珠絲杠副的導(dǎo)程計(jì)算 ................................................................123.3.2 滾珠絲杠副的載荷計(jì)算 ................................................................133.3.3 確定允許最小螺紋低經(jīng) ................................................................143.3.4 確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號(hào) ........................................................153.4 伺服電機(jī)的選擇 .........................................................................................153.4.1 基本原則 ........................................................................................153.4.2 額定轉(zhuǎn)速的選擇 ............................................................................163.4.3 慣量匹配 ........................................................................................163.4.4 電機(jī)選擇 ........................................................................................173.3.5 慣量匹配驗(yàn)算 ................................................................................173.3.6 速度的驗(yàn)算 ....................................................................................17購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396IV3.5 滾珠絲杠副的安全使用 .............................................................................183.5.1 潤(rùn)滑 ................................................................................................183.5.2 防塵 ................................................................................................183.5.3 使用 ................................................................................................183.5.4 安裝 ................................................................................................183.6 聯(lián)軸器的選擇 .............................................................................................193.7 Y 軸和 Z 軸滾珠絲杠及伺服電機(jī)的選擇 .................................................193.8 伺服進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì) .....................................................................203.9 本章小節(jié) .....................................................................................................22第 4 章 主要零部件設(shè)計(jì) ..........................................................................................234.1 床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .........................................................................................234.1.1 床身設(shè)計(jì)的基本要求 ....................................................................234.1.2 床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................244.2 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .................................................................................................254.2.1 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求 ............................................................................254.2.2 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................254.2.3 導(dǎo)軌的防護(hù)及潤(rùn)滑 ........................................................................284.3 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) .............................................................................................294.4 本章小節(jié) .....................................................................................................29第 5 章 結(jié)論 ..............................................................................................................30參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................31致謝 ..............................................................................................................................33購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396V購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396VI購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396VII購(gòu)買后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書,咨詢 Q 197216396VIII1第 1 章 緒論1.1 高速火焰噴涂簡(jiǎn)介高速火焰噴涂(high velocity oxy-fuel，簡(jiǎn)稱 HOVF)是在火焰噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的熱噴涂技術(shù) [1]，其出現(xiàn)促進(jìn)了熱噴涂技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)大了熱噴涂的應(yīng)用范圍 [2,3]，與其他技術(shù)相比，有許多優(yōu)越性 [4]。它是利用丙烯、天然氣、煤油 [5]等燃料和氧氣在燃燒室或特殊噴嘴中燃燒產(chǎn)生高溫，將涂料融化或半融化，經(jīng)加速撞擊在被加工體表面沉積形成涂層。從表 1-1 可以看出，高速火焰噴涂較其它表面噴涂工藝擁有更高的結(jié)合強(qiáng)度和硬度，孔隙率及氧化物含量較低等特點(diǎn)。由于 HVOF 噴槍所產(chǎn)生的粉末顆粒速度相對(duì)于其他熱噴涂方法的顆粒速度有明顯提高,使得粉末顆粒從進(jìn)入噴槍到噴涂至工件表面，進(jìn)而撞擊基體表面形成涂層的整個(gè)過(guò)程得到改善 [6]。表 1-1 高速火焰噴涂涂層與其它表面噴涂工藝涂層性能比較 [7]工藝 結(jié)合強(qiáng)度 厚度 孔隙率 氧化物含量 硬度 應(yīng)力電弧線材噴涂 20~40 Mpa 5% >3% 中 低火焰線材噴涂 10~30 Mpa 10% >5% 低 中火焰粉末噴涂 10~30 Mpa 10% >5% 低 中等離子噴涂 30~50 Mpa 3% >1% 中 高HOVF 70~100 Mpa <5 mm <1% <1% 高 中冷噴涂 30~50 Mpa <10 mm <1% <1% 高 高HOVF 技術(shù)的主要特點(diǎn)有:(1) 火焰速度高，可達(dá) 1500/s 以上 [8,9,10]，可將噴涂粒子加速到 300~500/s [11]；(2) 溫度比等離子噴涂低很多，約 2760℃ [12]，可有效防止噴涂過(guò)程中粒子的氧化，特別適合噴涂加熱后易于分解的金屬陶瓷涂層；(3) 涂層的致密性好，結(jié)合強(qiáng)度高(大于 70MPa)[13,14]，耐磨性能優(yōu)越。21.2 高速火焰噴涂的發(fā)展現(xiàn)狀HVOF 技術(shù)是在上世紀(jì) 80 年代初期，由美國(guó) Borwning 公司開發(fā)成功，并且先以 JET-KOTE（圖 1-1）為商品推出。經(jīng)過(guò)幾年的系統(tǒng)開發(fā)，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)逐漸被接受和認(rèn)識(shí)。由此，世界上發(fā)達(dá)國(guó)家，投入了大量的財(cái)力對(duì)高速火焰噴涂技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)。于上世紀(jì)八十年代末九十年代初期，先后又有數(shù)種高速火焰噴涂系統(tǒng)開發(fā)成功，并投放入市場(chǎng)。如射流槍(J-Gun)，沖鋒槍(Top-Gun)，金剛石射流(Diamond-Jet) ，高速空氣燃料系統(tǒng)(HVAF,HighveloeityAir-Fue)，連續(xù)爆炸噴涂(CDS ，ContinuouSDetonation Spraying)，等。如圖 1-2 是目前國(guó)際上流行的主要超音速火焰噴槍結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)是參照火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的原理設(shè)計(jì)的 [15]。1—噴涂槍；2—冷卻水；3—控制箱；4—送粉器；5—?dú)怏w供給圖 1-1 JET-KOTE 高速燃?xì)鈬娡肯到y(tǒng)示意圖12 345燃?xì)?a—擴(kuò)散型噴嘴；b—收劍型噴嘴；c—前端細(xì)圓筒噴嘴；d—多段噴嘴；e—無(wú)噴嘴；f —前端細(xì)圓筒噴嘴 圖 1-2 目前國(guó)際上流行的主要超音速火焰噴槍結(jié)構(gòu)示意圖 [16]1994 年,這種設(shè)備日本有 60 多套，歐洲大約有 120 套，其中德國(guó)大約有30 套，1995 年在日本神戶召開的第 14 屆熱噴涂國(guó)際會(huì)議上，以 HVOF 為主題的論文就達(dá)到 40 篇 [17]。在九十年代初期，高速火焰噴涂設(shè)備在熱噴涂市場(chǎng)中所占的比例約為 3%，到了 2000 年，該比例達(dá)到約 25%[18]。據(jù)英國(guó) Metallisatio4有限公司稱，高速火焰噴涂設(shè)備在熱噴涂市場(chǎng)上越來(lái)越熱銷。Metallisatio 公司認(rèn)為高速火焰噴設(shè)備越來(lái)越受到那些尋求耐磨性能更好或耐腐蝕性能的涂層的工程師們的歡迎，因?yàn)橄鄬?duì)于那些采用較熟悉的常規(guī)噴涂工藝，如: 等離于噴涂、火焰噴涂和電弧噴涂等制成的涂層來(lái)說(shuō)，高速火焰噴涂制成的涂層硬度更高、致密度會(huì)更好一些 [19]。Fusion 公司現(xiàn)已關(guān)閉電鍍 Cr 生產(chǎn)線而轉(zhuǎn)向 HVOF 噴涂，因?yàn)檫@種涂層具有高韌性和高結(jié)合強(qiáng)度，完全可以適應(yīng)部件服役時(shí)的彎曲情況。公司總裁Stratton Gillis 稱，高速火焰噴涂的費(fèi)用可與電鍍鉻的價(jià)格相競(jìng)爭(zhēng)，尤其對(duì)于大型部件或外形復(fù)雜的部件是十分經(jīng)濟(jì)的方法。該公司的其它應(yīng)用還包括化工廠軸承密封區(qū)域聯(lián)接配合件、離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和推進(jìn)軸承配合件等的修復(fù) [20]。到目前為止，我國(guó)己陸續(xù)從國(guó)外購(gòu)進(jìn)了幾臺(tái) HVOF 設(shè)備，如上海的司太立公司引進(jìn)了美國(guó) Stelhte 公司的 Jet-Kote 高速火焰噴涂設(shè)備，中國(guó)有色金屬研究總院引進(jìn)了 Diamond-Jet 系統(tǒng)，鞍山鋼鐵公司引進(jìn)了 Top-Gun 系統(tǒng)。此外,西安交通大學(xué)于 1995 年已研制成功了我國(guó)自己的 HVOF 系統(tǒng)(CH-2000)，長(zhǎng)安大學(xué)、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、武漢材料保護(hù)研究院、北京鋼鐵研究總院、北京欽得新工藝材料有限公司等幾家單位也都在進(jìn)行這方面研究 [21]。美國(guó)近年來(lái)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件如壓縮機(jī)葉片，軸承套等上使用 HVOF 技術(shù)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，可完全取代以前使用的爆炸噴涂層，旨在降低成本 [22]。英國(guó)在氣輪機(jī)使用 HVOF 技術(shù)在第一級(jí)靜葉片上效果很好，可取代昂貴的電子束物理氣相沉積和低壓等離子噴涂層。美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家在冶金行業(yè)中大量使用熱浸鍍鋅槽、擠壓輥輪中的有色金屬及沉沒(méi)輥二次加工軋輥等應(yīng)用高速火焰噴涂技術(shù)，使其壽命明顯提高 [23]。日本鋼鐵工業(yè)應(yīng)用 HVOF 噴涂修復(fù)退火爐輥，修復(fù)率從 80 年代中期的 30%上升到 90 年代后期的 80%，而帶鋼因結(jié)瘤等引起的次品率則由 85%下降到零 [24]。國(guó)際上著名的熱噴涂設(shè)備生產(chǎn)公司普萊克斯表面技術(shù)公司推出的 JP-5000、JP-8000 型高壓 HVOF 系統(tǒng)是當(dāng)前國(guó)際上最為暢銷的 HOVF 系統(tǒng),目前在國(guó)際上已有超過(guò) 500 臺(tái)的在役量，這是其他 HVOF 系統(tǒng)無(wú)法比擬的 [25]。其中JP-5000 系統(tǒng)的 5100 型 CORNOA 控制臺(tái)，是一閉環(huán)、全自動(dòng)控制的控制臺(tái),其外形如下圖 1-3 所示。51- 冷卻水回路； 2-液體燃料回路；3-氧氣回路；4-送載氣回路圖 1-3 JP-8000 系統(tǒng)的 8100 型 HVOF 系統(tǒng)控制臺(tái)外形圖1.3 立式高速火焰噴涂機(jī)床設(shè)計(jì)的選題意義高速火焰噴涂機(jī)床作為火焰噴涂工藝的載體，其主要功能是在高速火焰噴涂生產(chǎn)過(guò)程中，控制整個(gè)噴涂過(guò)程，同時(shí)還可以通過(guò)控制噴槍的速度和噴槍到工件表面距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴涂寬度和厚度的控制，達(dá)到滿足不同性能材料的噴涂要求，最終噴涂出滿足簡(jiǎn)單或者極端條件應(yīng)用需求的涂層。高速火焰噴涂技術(shù)是一種比較新型技術(shù)，而高速火焰噴涂設(shè)備也隨著微控制技術(shù)的不斷革新，在不斷地發(fā)生變化。研究和設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性好、快速性好、可靠性高和易操作的高速火焰噴涂機(jī)床是生產(chǎn)和發(fā)展的需要。61.4 課題研究?jī)?nèi)容本課題主要是對(duì)立式高速火焰噴涂機(jī)床進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依據(jù)技術(shù)要求，確定機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),完成橫縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及床身、滑座、立柱、工作臺(tái)等主要零部件的繪制。1.5 本章小節(jié)本章主要講述了高速火焰噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及其相關(guān)知識(shí)，包括熱噴涂的類型，高速火焰噴涂設(shè)備的組成部分和工作原理。7第 2 章 立式高速火焰噴涂機(jī)床的總體機(jī)械設(shè)計(jì)2.1 機(jī)床的設(shè)計(jì)要求根據(jù)設(shè)計(jì)要求及常用機(jī)床性能，列出以下立式高速火焰噴涂機(jī)床主要參數(shù)，用于方案擬定。工作臺(tái)尺寸：600橫向 X 軸加工范圍 Lx=300，工件線速度 0~30m/min橫向 Y 軸加工范圍 Ly=500要求性能穩(wěn)定，精度較高，高速高效，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可用于噴涂板材以及多種工件。2.2 設(shè)計(jì)方案整機(jī)分為床身、基座、立柱、滑座、主軸箱、工作臺(tái)、三軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械部分。總裝圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 立式高速火焰噴涂機(jī)總裝圖床身是機(jī)床設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計(jì)影響著機(jī)床的設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)的合理性直接影響到機(jī)床的剛度。床身用來(lái)固定和支撐機(jī)床上的各個(gè)部件，頂面8有供滑座移動(dòng)的導(dǎo)軌?；脑O(shè)計(jì)是在床身完成后完成的，而立柱安裝在床身一側(cè)，按照主軸的中心盡量貼近橫梁上的導(dǎo)軌面為原則，并把 Z 軸驅(qū)動(dòng)安裝位置設(shè)計(jì)在立柱上，有效地減輕滑座的重量。因滾珠絲杠傳動(dòng)效率高，摩擦力小，精度高，三軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用滾珠絲杠螺母副將。這樣設(shè)計(jì)使可以機(jī)床的整體進(jìn)給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進(jìn)給力和進(jìn)給速度得到了最佳匹配。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用永磁同步交流伺服電機(jī)，其特點(diǎn)是可以通過(guò)軟件簡(jiǎn)單精準(zhǔn)的對(duì)速度、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，將伺服系統(tǒng)的性能發(fā)揮到最大，其伺服驅(qū)動(dòng)器連接圖如圖 2-1。圖 2-2 伺服驅(qū)動(dòng)器連接圖9噴槍的上下垂直運(yùn)動(dòng) Z 軸同樣采用滾珠絲杠副傳動(dòng)。關(guān)于 Z 軸的安全問(wèn)題，首先選用帶電磁剎車的伺服電動(dòng)機(jī)，其次為防止?jié)L珠螺母自轉(zhuǎn)引起噴槍機(jī)械式下垂，使噴槍升降更輕便，采用了重錘平衡機(jī)構(gòu)。2.3 本章小節(jié)本章主要講解了立式高速火焰噴涂機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容為機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)所給要求制定出了總體設(shè)計(jì)方案。10第 3 章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求機(jī)床的位置調(diào)節(jié)對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出了很高的要求。其中在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有： (1)能夠克服摩擦力和負(fù)載； (2)很小的進(jìn)給位移量； (3)高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度； (4)足夠的調(diào)速范圍，滿足快進(jìn)和工進(jìn)的需要； (5)進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)，無(wú)爬行現(xiàn)象。在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有： (1)具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)距，以便快速地完成啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程。 (2)具有良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意地表面質(zhì)量； (3)負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能小。對(duì)于數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件則有以下要求： (1)被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有較小的慣量； (2)高的剛度； (3)良好的阻尼； (4)傳動(dòng)部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等方面具有盡可能小的非線性。伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖 3-1。11圖 3-1 伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3.2 滾珠絲杠的特點(diǎn)在機(jī)床的設(shè)計(jì)中，滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器 [26]。 滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。滾珠絲杠的特點(diǎn)：(1)與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1/3由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。12(2)高精度的保證滾珠絲杠副是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。(3)微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。(4)無(wú)側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠副可以加預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性( 滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加預(yù)壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。(5)高速進(jìn)給可能滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。滾珠絲杠副的精度是影響機(jī)床的定位精度及重復(fù)定位精度的最主要的因素。為了在機(jī)床的設(shè)計(jì)中更合理的選用滾珠絲杠副，使其充分發(fā)揮效能，必須進(jìn)行一系列的計(jì)算。3.3 絲杠的計(jì)算3.3.1 滾珠絲杠副的導(dǎo)程計(jì)算工作臺(tái)橫向 X 軸行程 300mm，速度為 0~30m/min，伺服電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為3000r/min,，算得其導(dǎo)程為：(3-1)mrmivPnh 10in/30max??式中: P h——絲杠導(dǎo)程，mm；vmax——工件最大速度，m/min；inmax——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，r/min。133.3.2 滾珠絲杠副的載荷計(jì)算(1)最小載荷 機(jī)床空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力，如工作臺(tái)重量引起的摩擦力(3-2)NfGF1258.93104.min ???式中: F min——最小載荷，N；f——摩擦力系數(shù)；G——滑座及工作臺(tái)重力，N。(2)最大載荷選機(jī)床承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲杠的傳動(dòng)力。如機(jī)床切削時(shí)，切削力在滾珠絲杠副軸向的分力與導(dǎo)軌摩擦力之和即為 Fmax（這時(shí)導(dǎo)軌摩擦力是由工作臺(tái)、工件、夾具三者總的重量以及切削力在垂直導(dǎo)軌方向的分量共同引起的）。(3-3)NGFfF165)(pcmax???式中: F max——最大載荷，N；Fc——夾具重量，N；Fp——工件重量，N。(3)平均載荷平均載荷為：(3-4)NFFm148232minax???14(4)當(dāng)量載荷工作臺(tái)進(jìn)給速度為 0~30m/min，故平均轉(zhuǎn)速為：(3-5)min/20312rnav????絲杠的工作壽命取為 10000h。故：(3-6)hhnLav7610410??當(dāng)量動(dòng)載荷(3-7)kNfLFCawm9.241036???式中:f w——負(fù)荷系數(shù)；fa——精度系數(shù)。3.3.3 確定允許最小螺紋低經(jīng)絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式(3-8)mLFELFdmmm 5.9039.102 ????????15式中: ——最大軸向形變量，um；m?L——行程，mm；F0——靜摩擦力， N。3.3.4 確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號(hào)查《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》，選型號(hào)為 JCS3210-4 的絲杠。額定動(dòng)載荷為。符合要求。絲杠直徑為 32mm，導(dǎo)程 10mm。滾珠絲桿及螺母副結(jié)構(gòu)如maC?圖 4-1。圖 4-1 滾珠絲桿及螺母副結(jié)構(gòu)圖3.4 伺服電機(jī)的選擇3.4.1 基本原則(1) 考慮電動(dòng)機(jī)的主要性能（啟動(dòng)、過(guò)載及調(diào)速等）、額定功率大小、額定轉(zhuǎn)速及結(jié)構(gòu)形式等方面要滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。 (2) 在以上前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便又價(jià)格合理的電動(dòng)機(jī)。 (3)安裝方式：立式和臥式(4)防護(hù)方式：開啟式、封閉式、防護(hù)式、防暴式。 (5)額定電壓 交流 380～220V ，或根據(jù)需要配變壓器。 163.4.2 額定轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況來(lái)選擇要求重復(fù)、短時(shí)、正反轉(zhuǎn)工作的生產(chǎn)機(jī)械，除應(yīng)選擇滿足工藝要求的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速外，還要保證生產(chǎn)機(jī)械達(dá)到最大的加、減速度的要求而選擇最恰當(dāng)?shù)貍鲃?dòng)裝置，以達(dá)到最大生產(chǎn)率或最小損耗的目標(biāo)。一般都是直接傳動(dòng)，而不是減速器。 3.4.3 慣量匹配工件和工作臺(tái)的最大質(zhì)量為 3000kg,折算到電動(dòng)機(jī)軸，其慣量為(3-9)22105.)(mkgwvmJ??式中:m——工件和工作臺(tái)的重量，kg；v——速度，m/s；w——角速度，rad。絲杠慣量：絲杠直徑 32mm，決定長(zhǎng)度為 920mm。(3-10)20213.3mkgldJ????式中:d 0——絲杠直徑，mm；l——絲杠長(zhǎng)度，mm；——密度，取 7.85103kg/m3。?負(fù)載慣量為：(3-11)2321106.mkgJL ?????最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩：17(3-12)mNPFTw???3.12?3.4.4 電機(jī)選擇選伺服電機(jī) SM110-040-30LFB：最高轉(zhuǎn)速：3000 ；/minr額定轉(zhuǎn)距：4；轉(zhuǎn)子慣量：0.6510 -3；功率：1.2kw；重量：5.2kg。3.3.5 慣量匹配驗(yàn)算(3-13)5.0324.1max??Tw(3-14)46.2501??mLJ慣量滿足匹配要求。3.3.6 速度的驗(yàn)算高速長(zhǎng)絲杠工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此驗(yàn)算其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速ncr。(3-15)min/214)(910nruldfccr??18絲杠平均轉(zhuǎn)速 nav
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