丝杠测量仪工作台的结构设计毕设论文.docx

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丝杠测量仪工作台的结构设计毕设论文

毕业设计说明书（论文）中文摘要

本文简要介绍了丝杠测量仪工作台的研究概况以及发展的现状与趋势，并以丝杠测量仪工作台的结构设计为题，主要进行丝杠测量仪工作台及测量架的结构设计和计算。

根据设计要求，进行了电机的选择、工作台的设计及计算、测量架的设计及计算等。

并根据设计和计算结果绘制CAD装配图和部分零件图。

通过构思机构运动方式和传动结构布局、并对零部件进行三维实体造型和设计计算等环节，培养了我的设计、计算、制图能力，通过比较完整系统的设计过程，以提高我的独立分析与解决工程实际问题的能力。

关键词丝杠测量仪滚珠丝杠工作台

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleTheStructuralDesignofScrewGaugeTable

Abstract

Thispaperdescribesthemeasuringtableofthescrewprofileandthedevelopmentstatusandtrends,andscrewgaugetabledesigntheme,themaintableandthemeasuringinstrumentformeasuringscrewframedesignandcalculation.Accordingtothedesignrequirementsforthemotorselection,designandcalculationtable,measuringframedesignandcalculation.TheresultsaccordingtothedesignandCADdrawingassemblyandsomepartsdiagram.

InstitutionsthroughtheconceptofstructureandlayoutoftheMovementandtransmission,andthree-dimensionalsolidmodelingcomponentsanddesignaspectsofcomputing,cultivatedmydesign,calculation,drawingability,bycomparingthecompletesystemdesignprocesstoimprovemyindependentanalysisandTheabilitytosolvepracticalengineeringproblems.

KeywordsScrewgaugeBallscrewTable

1引言

所谓滚珠丝杠就是是将回转的运动转化为直线上的运动，或将直线上的运动转化为回转运动的优秀的产品。

螺杆、螺母和滚珠是滚珠丝杠组成所必须的三部分。

通过从滚珠螺丝的发展，滚珠丝杠将将旋转运动转变成直线的运动。

从而使轴承从滑动动作转变为滚动动作。

滚珠丝杠在各种工业设备和精密仪器中具有很广泛的利用，原因就在于其摩擦阻力小。

滚珠丝杠是机器人和精密制造机械最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点[1]。

1.1滚珠丝杠的类型

常用的循环方式有两种：

外循环和内循环。

滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称为内循环。

滚珠每一个循环闭路称为列，每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。

内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈；外循环每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等几种。

（1）外循环。

外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。

外循环滚珠丝杠螺母副按滚珠循环时的返回方式主要有端盖式、插管式和螺旋槽式。

常用外循环方式（a）端盖式；（b）插管式；（c）螺旋槽式。

在螺母上加工一纵向孔，作为滚珠的回程通道，螺母两端的盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成循环。

插管式用弯管作为返回管道，这种结构工艺性好，但是由于管道突出螺母体外，径向尺寸较大。

螺旋槽式是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道，这种结构比插管式结构径向尺寸小，但制造较复杂。

外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。

其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚道的平稳性。

（2）内循环滚珠丝杠。

内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种类型。

圆柱凸键反向器，的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。

反向槽靠圆柱外圆面及其上端的圆键定位，以保证对准螺纹滚道方向。

扁圆镶块反向器为一般圆头平键镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽，用镶块的外轮廓定位。

两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。

但这种反向器的外轮廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高[2]。

1.2滚珠丝杠的特点

（1）驱动力矩是滑动丝杠副的1/3

滚珠丝杠副能得到较高的运动效率的原因是丝杠轴与丝杠螺母之间有很多的滚珠，并且不断的在做滚动运动。

驱动力矩只有过去的滑动丝杠副的1/3以下,即使用滑动丝杠副的1/3的动力就可以使滚动丝杠副达到同样运动效果。

有利于能源的节约。

（2）保证高精度

只有使用日本制造的世界上水平最高的机械设备，并且通过连贯的生产才能生产出高精度的滚珠丝杠副，特别是在各个工序的工厂环境方面,严格的控制了温度和湿度，通过运用完善的品质管理体制使滚珠丝杠副的精度得以保证。

（3）精确的微进给

要保证实现精确的微进给，需要极小的启动力矩，不会出现滑动运动那样的爬行现象。

由于滚珠丝杠副是利用滚珠运动，所以可以实现微进给。

（4）没有侧隙、刚性较高

滚珠丝杠副通过加压,利用压力可使轴向的间隙变成负数,从而使刚性变高。

同样的，在机械装置等的实际运用时,丝杠螺母副刚性的增强也是由于压力对滚珠的斥力。

（5）进给可实现高速度

由于运动效率高、发热小的特点，滚珠丝杠可实现高速的进给[3]。

1.3滚珠丝杠副的发展现状及趋势

美国通用汽车公司萨吉诺分厂是世界上首先使用滚珠丝杠副的，汽车的转向机构是滚珠丝杠副第一个使用的地方。

二十世纪四十年代，滚珠丝杠副在美国开始被大量生产并用于汽车的转向机构，1943年，滚珠丝杠副开始运用于滚珠,转矩,结构,误差,动量,公称,精度,行程,数控,机床等多个方面。

1943年，飞机上出现了滚珠丝杠副。

滚珠丝杠副在精度和性能上产生了很大的提高要归功于精密螺纹磨床的出现，数控机床和各种自动化设备的发展，对滚珠丝杠副的生产研究提供了极大的帮助。

二十世纪五十年代，在工业发达的国家中，大量出现了滚珠丝杠副的生产厂家，例如：

美国的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；英国的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。

我国早在五十年代末期就开始研究用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副。

高效率、高精度、高刚度是滚珠丝杠副的特点，因此在机械、航天、航空、核工业等领域有着广泛的应用。

今天，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的第一部件。

滚珠丝杠副的发展的体现[4]：

（1）滚珠丝杠副的类型

由于滚珠丝杠副的使用越来越多，因此现实中对滚珠丝杠副的要求也越来越多，普通规格和精度的滚珠丝杠副已早就不能满足使用的要求，例如航天航空领域、微型精密检测装置、电子以及半导体装置等基本上都需要微型滚珠丝杠副。

微型滚珠丝杠副的特点是公称直径≤10mm，导程=0.5～2.0mm。

日本的NSK公司已开发出=4mm，导程=0.5mm的世界上最小导程的微型滚珠丝杠副。

微型大导程滚珠丝杠副充分满足了半导体插件装置、小型机器人等的制造，高速运动的要求得到了满足。

机械产品速度、效率和自动化程度发展迅速，机械移动装置、数控镗床、铣床以及单片机自动机械等，不断提高其进给驱动速度，大导程滚珠丝杠螺母副的出现，满足了高精度和速度的要求。

日本NSK公司已开发出的超大导程滚珠丝杠副德公称直径×导程为：

16mm×40mm、15mm×50mm、25mm×60mm、24mm×80mm，进给速度可到3m/s。

滚珠丝杠副目前还很难有统一的类别，但是世界上每个国家一般的分类原则是：

普通滚珠丝杠副一般指公称直径为16毫米到100毫米之间，导程为4毫米到20毫米，螺旋升角要小于九度。

公称直径小于等于12毫米的滚珠丝杠副就是微型滚珠丝杠副。

对于导程Ph≤3mm的滚珠丝杠副称为微型小导程滚珠丝杠副就是导程小于等于3毫米，螺旋升角大于九度的滚珠丝杠副称为微型大导程滚珠丝杠副。

公称直径大于等于16毫米的滚珠丝杠副就是大导程滚珠丝杠副，螺旋升角大于九度小于等于十七度或导程小于等于的滚珠丝杠副，螺旋升角大于十七度称为超大导程滚珠丝杠副。

公称直径大于等于125毫米的滚珠丝杠副就是重型滚珠丝杠副。

（2）滚珠丝杠螺母副的组成

滚珠丝杠副最常用的结构就是内循环结构和外循环结构。

内循环结构以圆形反向器和椭圆形反向器为代表，外循环结构是以插管为代表。

在本质上这两种结构的性能是一样的，安装连接尺寸大的是外循环结构；安装连接尺寸小的是内循环结构。

到今天，已有超过10种滚珠丝杠副的结构，但比较常用的主要有：

内外循环结构；端盖结构；盖板结构。

内循环结构反向器的形状常用的就是圆形和椭圆形。

由于圆形滚珠反向通道较短，因此，圆形滚珠在流畅性上不如椭圆形结构。

到今天为止，椭圆形内通道结构成为最好的反向器结构，由于滚珠反向不通过丝杠齿顶，类似外循环结构，因此，消除了丝杠齿顶倒角误差给滚珠反向带来的影响。

这种结构的推广制造受到了工艺过于复杂的影响。

（3）精度的提高

以前，主要通过提高滚珠丝杠副本身的精度来获得高的定位精度，因此，导程误差的累积有很严格的条件，加大了制造的难度，提高了生产成本。

现在的科技程度发展的越来越高，数控补偿技术出现了。

因而，高的定位精度不一定需要很高精度的滚珠丝杠副。

为了配合数控补偿技术的特点，国际标准和部颁标准都对滚珠丝杠副的行程变化作了体现，如有效行程内、任意200mm行程内和6.28mm弧度内行程变动量。

这就可以调控滚珠丝杠副行程误差的直线性，也就是线性化。

数控误差补偿有了可能。

（4）滚珠丝杠副性能

随着生产力的不断提高，企业对滚珠丝杠螺母副的性能要求也越来越高，使机械产品能实现精度高且能稳定运作的特点，就是运转平稳以及没有停滞的现象。

滚珠丝杠副预紧转矩的变动量是滚珠丝杠副运转是否平稳的主要因素，在不同的丝杠转速下滚珠丝杠副所运动的流畅性不同，所以，滚珠丝杠螺母副的预紧转矩也不会一样。

国际标准以及部颁标准规定了在转速为一百转每分钟时，滚珠丝杠螺母副的预紧转矩所允许的误差。

由于加工过程中存在误差，就像滚珠丝杠的中径全长不相等，丝杠和螺母的导程都存在误差，丝杠与螺母上的齿形上的差异还有表面粗糙度等，使滚珠丝杠副的动态预紧转矩在丝杠螺纹全长上不是恒定的，驱动系统的平稳性受到影响，因而也影响滚珠丝杠副的定位精度。

因此，反映滚珠丝杠副性能好坏的重要指标就是滚珠丝杠副预紧转矩变动量的大小。

今天，人们开始重视对滚珠丝杠副的预紧转矩变动量的大小，滚珠丝杠副综合行程误差曲线是以前人们只重视的东西，滚珠丝杠副预紧转矩的曲线在现在也开始被人们重视起来。

滚珠丝杠螺母副的性能特点只有在这两条曲线在一起的时候才能完好地反映出来。

为了满足上述要求，北京机床研究所先后研制了滚珠丝杠副综合行程误差测量仪和预紧转矩测量仪。

应用现代化的测量手段和高精度的传感器，在测量过程中能实时显示行程误差曲线和预紧转矩曲线，并打印出完整的测量报告，为衡量滚珠丝杠副的总成质量，提供了可靠的检测手