滚珠丝杠设计_步进电机选型_机床设计

摘要

本文主要致力于发动机缸盖气门导管压装设备进给系统设计，并根据所学专业知识，进行发动机缸盖气门导管压装工艺分析和工艺设计，主要完成了压装设备进给系统设计，气门导杆压装工艺分析与设计，参与压装装备总体设计，完成外文资料翻译。

根据压装的要求本文提出了四种方案并进行了简单比较，最后选中其中一种，并进行具体设计，本文主要介绍数控十字滑台的设计方法，并完成了机床的总体设计和装配，机床主要针对发动机气门导管的压装工作，并有一定的柔性，可以在简单编程和修改程序的基础上适应不同的导管压装工作，本文也从事机床主体的相关工作，并对软件控制方面提出具体要求。

通过完成载荷计算，导轨选型，滚珠丝杠选型，步进电机选型以及十字滑台结构设计，最后设计的压装机床的进给部分确定下来，具有很好的可行性。

关键词：十字滑台；滚珠丝杠；滑动导轨；步进电机。

1 绪论

为实现发动机缸盖气门导管的压装工作，现要设计制造一台专用机床，以高效的方式完成气门导管的压装工作。

发动机缸盖气门导杆压装设备进给系统设计，下称进给系统。分析发动机缸盖资料可知在一个缸盖上有四个导杆需要压装，发动机气门导杆有很重要的作用，气门导杆是与气缸盖压配在一起，是汽车发动机气门的导向装置，主要是对气门起导向作用，同时使气门杆上的热量经气门导管传给汽缸盖。

毕业设计主要内容是根据所学专业知识，分小组进行发动机缸盖气门导杆压装工艺分析和工艺设计，主要完成压装设备进给系统设计。气门导杆压装工艺分析与设计，参与压装装备总体设计，进给系统设计，外文资料翻译，并最后完成设计说明书。

根据图纸要求和有关数据可以选择液压滑台进给系统和数控十字滑台，另外还有手动进给系统。进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。该毕业设计的目的就是要设计一套进给系统从而完成相应四个位置的气门导杆的压装工作并使压装后的气门导杆满足一定的位置要求。手动进给反应慢精度低，不适合快速大量的设备。

现阶段的压装方法一般有：常温下压装、液氮冷却压装及缸盖加热压装等。气门导管与气缸盖之间要求有一定的紧度，因此，安装时最好采用压入法将气门导管正直地压入气缸盖中。由于人工操作随意性大 ,经常压歪 ,压歪后又要再压出 ,所以不仅劳动强度大 ,而且效率低。并且这样极易损坏导管，有时还可能使整个缸盖报废。考虑到本课题的实际情况，综合经济效益等多方面的因素，最终采用常温压装。

现阶段压装进给系统有多种形式，有液压，滚珠丝杠，气动等，在要求有定位要求的位置多用滚珠丝杠以保证精度，液压用在受力很大精度不高的场合，现阶段数控机床进给系统多用滚珠丝杠并配合伺服电机。国内外的专用数控机床也多采用这种形式，因此本课题可以很好地应用已有的成熟技术进行研究处理从而完成进给系统的设计。

2 技术方案

方案一：如图下图所示，缸盖以底面、两对角座圈孔在工装上定位。工装上有四个

±，用以控制导管压装的轴向位置。设置在凸台中的伸入座圈孔内的凸台，凸台高度5.0

伸缩销用以实现导管的定心，伸缩销随压装过程下缩，保证其不干涉压装过程。

压装之前在导管外圈均匀的涂一层二硫化钼膏，将其套装在伸缩销上。因为导管长

±,度有一定的公差，为保证将每一导管压装至限位凸台，保证其下端面距底面的尺寸5.0

可采用逐个压装的方法。

为实现逐个压装，可将图所示的工装与工件分别送至压头下，并逐一压装。可采用数控十字滑台实现。

方案二：还是上图，只是压头改为四个导管一起压的形式，这样生产效率可以大大提高，但是压头会变得很复杂，同时考虑到此发动机年生产批量不是很大，四个压头一起压力的分配不易平很。不过这样一来机床的进给系统就会大大简化，但是鉴于毕业设计的题目是进给系统的设计，所以进给系统不能过于简化。

方案三：工作台采用液压推进，采用行程开关来控制进给量的大小，此方案实现容易，成本较低，但是后续工作繁多，还要配备液压油路和电路控制总的看来工作了也很大而且液压油的泄漏不易清理。

方案四：采用手动进给，进给系统简单，但是对工人要求较高，定位不易保证，生产效率很低。

综合分析以上的四个方案，方案一符合毕业设计工作量要求，可以很好的锻炼自己的能力，并且综合了机械设计，电机选择，数控程序的编制等学科，因此选择方案一是很好的选择。

3 理论分析

传动系统拟定包括滚珠丝杠及其支承组合方式 , 伺服电动机及其反馈装置选择 , 精度验算等。应用用于数控机床的伺服机构有开环、半闭环、闭环和混合伺服几种方式。开环系统主要多用在经济型数、控系统或老设备的数控改造 ; 混合伺服方式只有在大型机床中使用。

在半闭环方式中 , 机床定位精度很大程度取决于滚珠丝杠的精度 , 通过选用高精度的滚珠丝杠 , 辅以螺距误差补偿等措施 , 半闭环完全可以满足普通精度级的加工中心的定位精度的要求。对定位精度特别高的加工中心来说 , 由于螺距误差补偿受丝杠温度变化的影响和反向间隙补偿受工件重量变化的影响 , 半闭环方式已不能满足其精度要求。

在以上几种方式中 , 一般根据目标给定的精度要求、机床种类来选用适当的伺服方式。半闭环是被最广泛使用的伺服方式。一般在设计是选用半闭环方式进行初步设计与计算 , 当半闭环方式不能满足要求才选用全闭环方式和混合伺服方式。

采用所学的接口和相关控制原理与编程可以完成对步进电机的控制，从而实现工作台的精确定位，使的误差严格控制在允许的范围内。本设计根据定位误差的要求和控制精度，选用开环控制来控制步进电机，在步进电机不失步的情况下满足控制要求。为了减小动静摩擦力之差，防止出现爬行现象，采用滚动导轨，运动传递采用滚珠丝杠，这样设计的运动部分方案基本确定，在下文中将具体选择型号。

4 机床设计

机床压装力

压装力的介绍

根据毕业设计题目要求，对于气门导管的压装，压装力的大小对机床的大小，功

率等有很大影响，是选择支持导轨和支持结构的决定性参数，因此压装力的计算方式和

计算中的参数选择有严格要求。

技术数据

缸盖材质为HT250，硬度190~250HB；

导管材质为合金铸铁，硬度220~270HB；

气门导管在室温时压装，压装前在导管外均匀涂一层润滑剂二硫化钼；

导管与底孔配合的最小过盈量为，最大过盈量为

压装力计算

过盈配合压装力压强计算公式:

(1)

--被包容件和包容件材料的弹性模量；

--被包容件和包容件的刚性系数；

(2)

(3) 查表得