高压水射流喷丸机床(编辑修改稿)

高压水射流喷丸机床(编辑修改稿)内容摘要：

，刚性好。 （ 3）启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。 （ 4）有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直 线运动转换为旋转运动，即丝杆和螺母都可以作为主动件。 （ 5）磨损小，使用寿命长，精度保持性好。 （ 6）制造工艺复杂。 滚珠丝杆和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值特别小，制造成本高。 （ 7）不能自锁。 特别是对于垂直丝杠，由于重力作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装置 [11]。 典型滚珠丝杠螺母副的结构 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 9 页 共 45 页 图 单螺母外循环滚动螺旋副 1－螺母 2－套 3－钢球 4－螺旋槽返回通道 5－挡球器 6－丝杠 图 双螺母外循环螺纹调整式滚动螺旋副 1－螺母 2－挡球器 3－钢球 4－丝杠 5－垫圈 6－圆螺母 图 双螺母内循环垫片调整式滚动螺旋副 1－螺母 2－调整垫片 3－返向器 4－钢球 5－丝杠 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 10 页 共 45 页 图 双螺母内循环齿差调整式滚动螺旋副 1－螺母 2－内齿圈 3－返向器 4－钢球 5－丝杠 轴向间隙的消除 轴向间隙通常是指丝杠和螺母之间无现对转动时，丝杆螺母之间的最大轴向窜动。 除了结构本身的游隙之外，在施加轴向载荷以后，还包括了弹性变形所造成的窜动。 滚珠丝杆副通过预紧的方法消除间隙时应考虑下列情况：预紧载荷能够有效的 减少叹息功能变形所到来的轴向移动，但是过大的预紧载荷将增加摩擦阻力，降低传动效率，并使寿命大为缩短。 所以，一般要经过几次调整才能保证机床在最大轴向载荷下，既消除了间隙，又能灵活运转。 减少间隙常采用双螺母消隙。 常有以下几种： （ 1）双螺母尺差预紧（图 ），在这个结构上两个滚珠丝杠螺母上切有内齿轮，齿数分别为 1z 和 2z ，且 12zz ，双联齿轮上齿数也分别为 1z 和 2z。 齿数相同的齿轮相啮合。 调整预紧力时，需将滚珠螺母从滚珠丝杠上拧下。 将滚珠螺母体与双联齿轮脱开，然后两个滚珠螺母体向相同方向各转动一个齿，再与双联齿轮啮合，这样两个滚珠螺母在圆周方向有了相对旋转。 滚珠螺母体与滚珠丝杠的接触点就产生了轴向位移 hp。 1211hhppzz           。 当 211zz时 ， 12hhp p z z。 这种结构复杂，成本高，调整预紧力不方便，因此使用不广泛。 但调整精度高，适用于要获得准确预紧力的传动。 （ 2）双螺母对旋预紧（图 ）。 调整预紧力的原理与双螺母齿差相同。 有两个滚珠螺母体相反方向的旋转导致两个滚珠丝杆的接触点产生轴向位移 hp。 预紧力调整好之后，在中间隔圈上需打防松定位销。 这种结构在双螺母预紧结构中轴向尺寸最小，但防松不够可靠，调整也不够方便。 仅适用于轻载荷、预紧力不大的传动。 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 11 页 共 45 页 (a) (b) 图 双螺母齿差预紧（ ） （ 3） 双螺母垫片预紧（图 ）。 其中图 a 属于拉伸预紧，预紧力对滚珠丝杆产生拉应力。 图 b 属于压缩预紧，预紧力对滚珠丝杆产生压应力。 图 双螺母垫片预紧 （ 4）双螺母螺纹预紧（图 ）。 导向平键限制两个滚珠螺母的相对运动。 右边一个滚珠螺母上装有调整螺母，调整预紧力时，不需将滚珠螺母从滚珠丝杆上拧下来，只需旋转调整螺母使右边滚珠螺母的轴向位置改变到maxmaxniV 即可。 预紧力调整方便，但预紧 力较难精确控制。 这种结构径向尺寸大、轴向尺寸长，结构复杂。 有时为减小径向尺寸，不用衬套，直接将两个滚珠螺母装入有键槽的螺母座中 [12]。 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 12 页 共 45 页 图 双螺母螺纹预紧 比较以上的四种结构方式，我们采用双螺母螺纹预紧结构。 滚珠丝杠的安装与支承 数控机床的进给要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母副本身的刚度外，滚珠丝杠正确安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。 螺母座丝杠端部的轴承及其加工的不精确性和它们在受力之后的过量都会给进给系统的传动刚度带来影响。 因此，螺母座的孔与螺母之间必须保持 良好的配合，并应保证孔对端面的垂直度。 螺母座应增加适当的筋板，并加大螺母座和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触刚度。 滚珠丝杠的不正确安装以及支承机构的刚度不足会使滚珠丝杠的寿命大为下降。 滚珠丝杆常用推力轴承支承，以提高轴向刚度（当轴向负载很小时，也可用角接触轴承），滚珠丝杠在机床上的安装支承方式有以下几种： 图 支承方式 （ 1）一端装推力轴承如图 a，这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低。 只适用于短丝杆，一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的立向（垂直）坐标中。 （ 2）一端装推力轴承，另一端装向心球轴承如图 b，此种方式可用于丝杠较长的情中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 13 页 共 45 页 况。 应将止推轴承远离液压马达热源及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。 （ 3）两端装推力轴承如图 c，把推力轴承装在滚珠丝杆的两端，并施加预紧拉力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及向心球轴承方式低。 （ 4）两端装推力轴承及向心球轴承如图 d，为使丝杆具有最大的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加向心轴承，并施加预紧拉力。 这种结构方式不能精确地预先预定预紧力，预紧力地大小是由 丝杠地温度表形转化而产生的。 但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度 [13]。 综合分析后，在本次设计改造中，横向丝杠支承形式我们采用第（ 2）种形式。 纵向丝杠支承形式采用第（ 4）种形式，使支承可靠，承载能力大，同时可以在温升时使热变形转化为预紧力。 运动支架滚珠丝杠副副的选型计算 已知：工作台重量 W1=1000N，工作台最大行程 LK=1000mm，工作台导轨的摩擦系数：动摩擦系数 μ=，静摩擦系数 μ0=，快速进给速度 Vmax=，定位精度20μm/300mm，全行程 25μm，重复定位精度 10μm，要求寿命 20xx0 小时（两班制工作十年）。 表 工作参数 加工方式 进给速度 Vi(m/min) 工时百分比 % 丝杠轴向载荷 (N) 丝杠转速 r/min 一般加工 1 70 1000 100 最高加工速度 3 20 1000 300 快速进退 10 1000 750 确定滚珠丝杠的导程 Ph = maxmaxniV 式中： Ph ：滚珠丝杠副的导程 mm Vmax ：最大行程 3m/min nmax ： 电机最高转速 1500r/min 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 14 页 共 45 页 i ： 传动比 齿轮一级减速 i= 代入得 ， Ph = 4 mm 圆整为 Ph = 5 mm 滚动螺旋结构形式定为内循环式（见图 ）。 在结构上在螺母上开有侧孔，孔内镶有反向器，将相邻两螺纹滚道联接起来，刚球从螺纹滚道进入返向器，越过螺杆牙顶进入相邻螺纹滚道，形成循环通道。 这样的结构螺母的外型尺寸小和滑动螺旋副大致相同。 刚球循环通道短，有利于减少刚球数量减小摩擦损失，提高传动效率。 但返 向器回行槽加工要求高且不适于重载传动 [18]。 消除间隙和调整预紧的结构形式为齿差式（见图 所示）。 螺母 2 的凸缘上有外齿，分别与紧固在螺母座两端的内齿圈 4（或滑块）啮合，其齿数分别为 Z1 和 Z2，且 Z2=Z1+1。 两个螺母向相同方向同时转动，每转过一个齿，调整的轴向位移量为△ S=21zzp （ p 是螺距）。 此形式能够精确地调整预紧力，易用于高精度的传动机构。 确定当量转速与当量载荷 （ 1）各进给速度下丝杠转速 ni = hiPV ni ：丝杠转速 r/min i=1,2,„ ,n Vi ：进给速度 m/min i=1,2,„ ,n 由表 22 得 V1 = 1 m/min V2 = 3 m/min V3 = m/min Ph = 5 mm 因为本设计为喷丸机床，且靶距保持在 30mm 左右，故认为丝杠轴向载荷不变，即工作台重量 W1= 100 Kg 则 F1=F2=F3=1000N （ 2）当量转速 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 15 页 共 45 页 由表 22 查得 t1 = 70 t2 = 20 t3 = 10 代入得： nm =410 r/min 代入得： Fm =743 N 预期额定动载荷 （ 1）按预期工作时间估算 式中： Cam : 预期额定动载荷 N Lh : 预期工作时间 取 Lh = 20xx0 h fw : 载荷系数 取 fw = （无冲击） fa : 速度系数 根据初定精度等级 T传动滚珠丝杠，通常选用精度等级 5 级 取 fa = fc : 可靠性系数 取可靠性为 90% 则 fc = 1 已知： nm =410 r/min 代入得： Cam = 7819N 按滚珠丝杠的预期运行距离 LS（ Km） 估算 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 16 页 共 45 页 Cam = cawkmhS fffFPL 1003  式中 : LS : 预期运行距离 LS（ Km）， 一般取 250Km 其它代号意义同上。 代入得 : Cam = （ 2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载 Fmax计算： 式中 : fe : 预加载荷系数，取 fe = 代入得 : Cam = 4977N 取以上两种结果的最大值 Cam = 7819N 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹直径 （ 1）估算丝杠允许的最大轴向变形量 δm ①按规定 δm = min0KF ≈（ 31 ～ 41 ）重复定位精度 ②按规定 δm ≈（ 41 ～ 51 ）定位精度 已知：重复定位精度为 10μm、定位精度为 25μm 则 ① δm = 3μm ② δm = 6μm 取两种结果最小值 δm = 3μm （ 2）估算滚珠丝杠副的最小螺纹底径 d2m 取丝杠安装方式为两端固定形式如图 所示 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 17 页 共 45 页 图 滚珠丝杠安装方式示意图 式中： E : 杨式弹性模量 105MP δm : 估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量 μm F0 : 导轨静摩擦力 N。 F0 = μ0ω(μ0 为静摩擦因数） F0 = 200N L : 滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支撑的最大距离 mm L 按下式计算： L=行程 +安全行程 +两个余程 +螺母长度 +1 个支撑长度 =（ ～ ）行程 +（ 10～ 14） Ph =1270 代入得： d2m = 确定滚珠丝杠副的规格代号 （ 1）根据传动方式及使用情况，按照样本选为内循环浮动式法兰。 双螺母垫片预紧形式，其特点是：结构简单，压缩预紧可用螺钉，圆柱防止两个滚珠螺母相对转动。 预紧力调整方便，调整后不易松动，刚度高。 （ 2）由计算出的 Ph ， Cam ， d2m 在样本中取相应规格的滚珠丝杠副， Ph = 5mm Cam = 7819N d2m = 查丝杠产品确定本设计选型为： FFZD25053，其技术参数如下： Ph = 5mm Ca = 9KN≥ Cam = 中北大学 20xx 届毕业设计说明书 第 18 页 共 45 页 d2 = ≥ d2m = 螺母长度 L=83mm，额定动载 C0a=17KN，刚度 R=536N﹒ μm1 由机械设计手册 3 卷查得， Ph = 5mm 时，刚球直径 Dω=（ 81 ），公称直径dω=25mm， 螺纹升角λ =3186。 39180。 ，圈数列数 2 1。 滚珠螺母连接形式如图 所示，尺寸为： dω =25mm Ph w= 5mm D1=40mm D=66mm D4=53mm B=11mm D5= D6=10mm h=。 对预紧丝杠副，确定其预紧力 FP 由于选择 FFZD。