仪器仪表机构零件及工艺课程设计毕业论文.docx

武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书目录第1章绪论31.1概述31.2课程设计任务3第2章总体方案设计32.1微动装置的结构选择32.2微动装置的工作原理4第3章微动装置的结构设计43.1测微螺杆的设计43.1.1测微螺杆的尺寸设计43.1.2测微螺杆的表面粗糙度53.1.3测微螺杆的材料选择53.2衬套的设计53.2.1衬套的尺寸设计53.2.2衬套的表面粗糙度53.2.3衬套的材料选择53.3固定套筒的设计53.3.1固定套筒的尺寸设计53.3.2固定套筒的表面粗糙度63.3.3固定套筒的材料选择63.4微分筒的设计63.4.1微分筒的尺寸设计63.4.2微分筒的表面粗糙度63.4.3微分套筒的材料选择63.5套筒圆螺母的设计73.5.1套筒圆螺母的尺寸设计73.5.2套筒圆螺母的表面粗糙度73.5.3套筒圆螺母的材料选择73.6后盖的设计73.6.1后盖的尺寸设计73.6.2后盖的表面粗糙度73.6.3后盖的材料选择73.7尺架的设计83.7.1尺架的尺寸设计83.7.2尺架的表面粗糙度83.7.3尺架的材料选择83.8螺钉的选用83.9键的选用8第4章主要零件的配合84.1尺架与衬套的配合84.2测微螺杆与衬套的配合94.3固定套筒与微分筒的配合9第5章主要零件工艺性分析105.1测微螺杆的工艺性分析105.2测微螺杆工艺路线11第6章零件加工机床精度的选择126.1测微螺杆工机床的选择126.2其他零件的加工机床选择12第7章总结与体会12参考文献12第1章绪论1.1概述随着现代技术的不断发展，人们对于物品精度的要求也不断的提高，而制造精度较高的物品就要求制造以及测量它的仪器要有比较高的精度。调节仪器精度也就要依靠微动装置了，由此看来微动装置在我们的生产、生活占有比较大的作用。故而本次微动装置的课程设计，对于仪器专业来说是比较重要的。1.2课程设计任务1课程设计内容： （1）确定微动装置的结构形式：螺旋-微动、螺旋-斜面微动、螺旋-杠杆微动、螺旋-齿轮微动、弹性微动及其它。 （2）计算微动量。采用不同的结构形式有不同的计算方法，必须根据所采用的结构形式用相应的公式来计算。 （3）设计示数装置时，首先要确定标尺的类型、基本参数，通过计算得出相关数据，在选材时要注意材料的装饰性能。（4）采用人工微动调节，要注意操作的方便性，人手的灵敏度计算，采用自动调节，还须设计相应的控制部分。 （5）要考虑装置的装配工艺性以及各零部件的工艺性是否合理，重点分析1-2个主要零件的工艺性，并拟定工艺路线，进行工艺分析。（6）采用3D打印一个零件实物。第2章总体方案设计2.1微动装置的结构选择微动装置是仪器仪表中的一个重要部件，一般用于精确、微量地调节某一部件的相对位置。常见的微动装置有：螺旋微动装置、螺旋斜面微动装置、螺旋杠杆微动装置、齿轮杠杆微动装置。本次课程设计我选用的是螺旋微动装置。而千分尺是螺旋微动装置最广泛应用的一种形式，故本次课程设计我设计的是用于千分尺的微动装置。2.2微动装置的工作原理本次设计中采用的是螺杆转动并移动的螺旋滑动形式。旋转微分套筒时，带动螺杆一起转动，从而使螺杆实现微量移动或对微量移动量进行控制的功能。（1） 螺旋微动装置的最小微动量微动装置的最小微动量Sm为：Sm=式中：P螺杆的螺距 人手的灵敏度，即人手轻微旋转微分筒一下，微分筒的最小转角。在良好的工作条件下，当手轮的直径为1516mm时，为11/4手轮的直径，灵敏度也高些。由上式可知为了进一步提高螺旋微动装置的灵敏度，可以增大微分筒或减少螺距。（2） 螺旋微动装置的精度式中：P螺杆的螺距。 N手轮上刻度的个数。由于本设计的微动装置是安装在千分尺上的，而千分尺的精度为0.01mm,且微分筒的刻度为50，故螺杆的螺距0.5mm。（3）材料强度校验由于该装置实现的是精密传导，而不是传到动力，故装置各个零件所受的力极小，故无需对其进行强度及刚度校验。第3章微动装置的结构设计3.1测微螺杆的设计3.1.1测微螺杆的尺寸设计 本次设计的测微螺杆的长为108mm,由于本次设计的是微调装置，经查阅常用螺纹用途及特征表得知：普通螺纹的细牙螺纹用于薄壁零件和轴向尺寸受限制的场合或用于微调机构，且其应用广泛，生产成本低。故本次设计采用的是测微螺杆上的螺纹类别是普通螺纹。由于此次设计的微调装置的量程为025mm。由于螺母的长度为10mm,为了让它与其配合的螺母的旋合长度足够长，以保证传导精度的准确及平稳，故而测微螺杆上的螺纹的长度设计为35mm。经查询普通螺纹（GB/T 196-2003,）国标得知，细牙螺距为0.5mm的普通螺纹公称直径为5，故选用的螺纹为M5x0.5。测微螺杆左端的圆柱长设计成51mm,直径为8mm。螺杆右端的圆柱长设计为12mm,把其直径设计为5mm。3.1.2测微螺杆的表面粗糙度测微螺杆的圆柱表面粗糙度采用3.2，主要是为了减少测微螺杆与衬套之间的摩擦。3.1.3测微螺杆的材料选择测微螺杆采用的材料是：35Mn2合金结构钢，其可做直径<15mm的重要用途的小轴等，具有更高的强度、耐磨性及淬透性。在制造小截面零件时可代替40r钢使用。其热处理工艺为：淬火并中温回火。3.2衬套的设计3.2.1衬套的尺寸设计本次设计的衬套总长为53.5mm，其为空心圆柱体，由两部分组成，一部分的圆柱的外径为10mm，内径为5mm,其有内螺纹M5X0.5。另外一部分其外径为16mm，内径为8mm。有14.7mm的外螺纹。3.2.2衬套的表面粗糙度由于其外表面只是起到支撑固定套筒的作用，故其表面粗糙度要求不高故其表面粗糙度值取6.3。而其内表面由于要与测微螺杆相接触，应该尽量减少他们之间的摩擦，故其类表面的表面粗超度去1.6。3.2.3衬套的材料选择衬套采用的材料是20号钢，这种钢的主要特点是：用于不经受很大应力，而要求很大韧性的机械零件。如轴套、杠杆、螺钉等。其热处理加工工艺为：正火。3.3固定套筒的设计3.3.1固定套筒的尺寸设计由于本次设计的微动装置是为量程为025mm的千分尺而设计的，且其螺杆的最大量程为25mm，且考虑到刻度的余量，故本次设计的固定套筒的长度为29mm，外径为20mm。其中固定套筒前3mm没有刻度，为的是防止微分筒与尺架相撞，造成尺架的损伤。从第3mm开始就有分上下两种刻度，上面的刻度以0.5mm为间隔，而下面的刻度为以1mm为间隔且其总长度为25mm 。然后有1mm与边框间隔。3.3.2固定套筒的表面粗糙度由于固定套筒外表面有微分套筒滑动，为了减小他们之间的摩擦力，故其表面粗糙度取1.6。而对于其内表面，由于是与衬套接触，精度要求不高，故取其表面粗糙度值为12.5。3.3.3固定套筒的材料选择由于固定套筒属于量具，其材料应该选用具有高硬度高耐磨性的高级优质碳素工具钢T12A。3.4微分筒的设计3.4.1微分筒的尺寸设计由于本次设计的微动装置的精度为0.01mm,故微分筒应该分为50等分格，且每转一格测微螺杆前进0.01mm。本次设计的微分筒总长为46mm，外径为22mm。其可分为3段，分别为：示数段、转动段和与测微杆螺纹配合的螺母段。其示数段和转动段的内径为18mm,其中转动段的外径为23mm,且其表面有微小的格子增大人手与其的摩擦。而其与测微杆螺纹配合的螺母段，由于测微杆的螺纹段采用的是M5x0.5的螺纹，故螺母段的内螺纹采用M5x0.5。其厚度为10mm。3.4.2微分筒的表面粗糙度此次设计的微分套筒为了让其外表面看起来美观，光滑，故其外表面的其表面粗糙度取值为3.2。而对于其内表面，由于要与固定套筒想接触，为了减少他们之间的摩擦，故取其表面粗糙度值为1.6。3.4.3微分套筒的材料选择由于微分套筒属于量具，其材料应该选用具有高硬度高耐磨性的高级优质碳素工具钢T12A。3.5套筒圆螺母的设计3.5.1套筒圆螺母的尺寸设计本次设计选用的套筒圆螺母的主要作用是用来使固定套筒不发生相对滑动，其外径为18mm,内径为10mm，内螺纹选用M10x1，其宽度为10mm。3.5.2套筒圆螺母的表面粗糙度套筒圆螺母的表面粗糙度在参见圆螺母的国标后把其端面的表面粗糙度值设计为3.2，其侧面的表面粗糙度值设计为6.3。3.5.3套筒圆螺母的材料选择套筒圆螺母的材料选择45号钢，45号钢具是优质碳素结构用钢 ,其硬度不高易切削加工。其热处理工艺为：正火、退火、高温回火。3.6后盖的设计3.6.1后盖的尺寸设计本次设计的后盖直径为20mm，宽为15mm,在其距中心轴线处6.5mm两边各有一个沉头孔。3.6.2后盖的表面粗糙度由于后盖的作用是把测微螺杆的后部与外界环境分割开来，故其与微分套筒的相接部分表面应该比较光滑，其余部分则要求不高。故此次设计的后盖与微分筒相接部分的表面粗糙度为1.6，其余部分则设计为6.3。3.6.3后盖的材料选择后盖的材料选则耐磨、铸造性好的铸铁：HT100。3.7尺架的设计3.7.1尺架的尺寸设计本次设计的尺架，高为74mm,长为70mm，宽为20mm,其下半部分月牙状是由半径为20mm和半径为35mm的半圆构成。其上有左右两边臂上有同轴线的带螺纹的通孔，其直径分别为6mm、16mm。左边臂上的螺纹孔是接测量时与轴相接触的砧，其长度可以通过调节旋进螺纹的深浅来调节。右边的螺纹孔是接衬套。其左、右臂长均为14.7mm。尺架左臂的螺纹采用M6x1,右臂的螺纹采用M16x2。且尺架砧长为25。其可分为两部分，左边部分长为14，直径为6mm且其螺纹为M6x1，右边部分长为11mm其直径为8mm。3.7.2尺架的表面粗糙度尺架采用铸造，利用车床切削进行加工，由于其与其他零件没有配合关系，故其表面粗糙度值选取12.5。其砧的表面粗糙度值也为12.5。3.7.3尺架的材料选择尺架的材料选用强度、耐磨性较好、铸造性能好的铸铁HT200。3.8螺钉的选用本次设计的微动装置的螺钉主要是连接后盖与微分筒，把测微螺杆与外界分隔开来。采用的螺钉为标准件，在沉头螺钉国家标准表格中选用螺钉：GB-T70M2x0.4。3.9键的选用键的作用主要是固定测微螺杆与微分筒，使之不发生相对转动。键选用标准件，在键国家标准表格中选用尺寸为2mmX2mm的键。第4章主要零件的配合4.1尺架与衬套的配合为了实现测微杆可以和砧准确的接触，保证测量的精度，应该使配合间隙比较小。这里空的直径为16，采用基孔制配合。查优先配合选用说明表得知，优先选用间隙配合，其对应的间隙极限为。衬套的公差为16h6, 即。尺架的孔的公差,即。4.2测微螺杆与衬套的配合为了实现衬套螺纹孔对测微螺杆的精确导向及精密滑动，应使配合间隙很小，而对于小尺寸的配合。改变 孔径大小比改变轴径大小在技术上和经济上更为合理。而这里的测微螺杆螺纹部分尺寸为，属于较小尺寸，故而采用基轴制配合。查优先配合选用说明表得知，优先选用间隙配合,其对应的间隙极限为，测微螺杆的公差为5h6,即。衬套的公差为5G7，即。4.3固定套筒与微分筒的配合由于微分筒是在固定套筒上转动，并带动测微螺杆转动并水平移动，因此微分筒与固定套筒之间的配合不能太紧密，否则会造成很大的摩擦，致使转动手轮困难和加快固定套筒上的刻度磨损。故他们之间的间隙应该适中，其间隙配合也应该适中。微分筒的直径为18，采用基孔制，查优先配合选用说明表得知，优先选用基孔制配合，其对应的间隙极限为，微分筒的公差带为18H9，即。固定套筒的公差带为18d9,即。第5章主要零件工艺性分析5.1测微螺杆的工艺性分析1.零件的图样分析图5.1测微螺杆如图5.1所示零件为微动装置的传动轴。它属于台阶类零件，其由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、键槽组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中车螺纹时退刀方便。键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于和手轮连接。根据工作性能与条件，该轴的规定了轴上螺纹B、轴的外圆D、A。位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中保证。故该测微螺杆的关键工序是轴上的螺纹、外圆D、A的加工。2.确定毛坯由3.1节可知测微螺杆采用的材料为35Mn2合金结构钢，加工时选择材料直径为20mmX400mm的35Mn2合金结构钢棒料。3.确定主要表面加工方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削外圆成形。由于该传动轴的主要表面D、A的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=1.6 um)较小，故需要半精车。外圆表面的加工方案为：粗车半精车。4.确定定位基准由于该测微轴的主要表面及轴肩对基准线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又为实心轴，所以选择两端中心空为基准，采用双顶尖装方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。5.划分阶段该传动轴加工划分为二个阶段：粗车，半精车。各阶段划分大致以热处理为界。6.热处理工序安排轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。对于该轴采用表面淬火，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。7.加工尺寸和切削用量测微螺杆轴半精车余量可选用1.5mm。8.拟定工艺过程 定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在淬火之后需安排一次修研中心孔的工序。淬火之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮。拟定传动轴的工艺过程时，在半精加工5mm、8mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，并加工出各退刀槽、倒角和螺纹。键槽应在半精车后铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准。 5.2测微螺杆工艺路线工序号 安装 工序内容 走刀 1 1下料，20mmX300mm2 三爪卡盘 1 车小端面A（车床）1 2 对小端面钻中心孔1用尾座顶尖顶住中心孔3 粗车外圆8mm至10mm,长95mm。（车床）44 粗车外圆5mm至7mm, 长 52mm。35 截断，保证轴长为95mm。1 三转卡盘 调头，三爪卡盘夹持10mm处（车床）（夹持10mm处）6车大端面D,保证总长93mm。 1 7 对大端面钻中心孔8检验3 1 表面淬火 100207HBS4 1 修研两端中心孔5 双顶尖装夹 1半精车外圆8mm至46mm,长93mm。（车床）1 2半精车外圆5mm至5mm,长52mm。1 3半精车3mmX0.5mmde 环槽，两个 。1 4 倒角,2处。1 双顶尖装夹 调头 5 倒角，2处1 6 检验6 双顶尖装夹 1 磨削螺纹（磨床） 17 V形虎钳装夹，划线找正。 1 铣键槽2mmX2mm，保证尺寸9mm。（铣床）1 2 检验。第6章零件加工机床精度的选择6.1测微螺杆工机床的选择由于测微螺杆表面粗糙度为3.2故在加工时选择普通车床对轴进行半精加工，由于螺纹的螺距精度为6级，而普通车床车削普通螺距精度一般只可以达到89级，故而不能用车床来加工测微螺杆的螺纹。此时选择螺纹磨削的方法来加工螺纹，因为单线砂轮磨削能达到的螺距精度为56级，表面粗糙度为R1.250.08微米，满足螺纹螺距要求及表面粗糙度要求，故加工螺纹时选择磨床进行加工。6.2其他零件的加工机床选择由于其他零件的表面粗糙度分布在6.41.6，故可以采用普通车床来完成加工，因为普通车床半精加工精度最小为1.6，可以达到零件加工精度要求。第7章总结与体会经过这次的课程设计，让我对仪器制造技术这门课程有了比较深刻的认识，通过这次课程设计，我知道了如何去设计一个微动装置，以及如果要设计一个微动装置应该从何入手。以及设计微动装置时怎么样去设计其相关零件的精度和尺寸公差及各个零件之间应该如何配合。总之，通过这次课程设计让我受益非浅。参考文献1 焦永和，叶玉驹， 机械制图手册， 机械工业出版社。2 郑晨升, 仪表机械结构设计, 化学工业出版社。3 庞振基，黄其圣， 精密机械设计， 机械工业出版社。4 张学飞， 仪器制造工艺学， 电子工业出版社 5 吴宗泽，罗圣国， 机械设计课程设计手册 高等教育出版社。12