1、武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 仪器仪表机构零件及工艺课程设计 微动装置设计初始条件：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。设计中要求微调装置有示数装置，以表示调节的数量，微调方式、微调量、示数方式自定，并要求综合考虑装置的工艺性。要求完成的主要任务: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
2、。（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。2. 说明书要求要有完整的计算资料，必备的设计图形和文字说明，说明书要求 4000 字左右。说明书的编写和装订要符合武汉理工大学有关课程设计的规范。要求用 CAD 绘图，机械图纸（至少一张 2 号图纸和 1张主要零件图） 、电路
3、图纸（可选做）要符合国家标准。3课程设计答辩根据设计者提供的设计资料，检查其是否完善，尽量提出能反映设计者设计能力的问题，根据回答情况给分。时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书前言微动装置一般用于精确、微量地调节某一部件的相对位置 ，它们常常是构成精密机械和仪器的不可缺少的部分或重要的部件。常见的微动装置的结构形式有螺旋-微动、螺旋- 斜面微动、螺旋-杠杆微动、螺旋-齿轮微动、弹性微动等。如：显微镜中，调节物体相对物镜的距离，使物象在视场中清晰，便于观察；在仪器的读数系统中，调整刻度尺的零位，如在万能测长仪中
4、，用摩擦微动装置调整刻度尺的零位；还可用于仪器工作台的微调，如万能工具显微镜中工作台的微调装置。微动装置性能的好坏，在一定程度上影响精密机械的精度和操作性能。因此，对微动装置的基本要求是：（1）应有足够的灵敏度，使微动装置的最小位移量能满足精密机械的使用要求。（2）传动灵活、平稳，无空回产生。（3）工作可靠，调整好的位置应保持稳定。（4）若微动装置包括在仪器的读数系统中，则要求微动手轮的转动角度与直线微动（或角度微动）的位移量成正比。（5）微动手轮应布置得当，操作方便。（6）要有良好的工艺性，并经久耐用。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1总体方案11.1微动装置结构分析11
5、.2螺旋微动装置的用途11.3螺旋微动的工作原理12结构设计22.1螺杆的设计22.2挡块的设计32.3紧定螺钉的选用32.4螺母的设计32.5刻度套筒的设计42.6手轮的设计52.7螺钉的选用52.8机架的设计63主要零件-螺杆的工艺73.1零件工艺分析73.2工艺流程74小结8参考文献 10武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书0螺旋微动装置设计1 总体方案1.1 微动装置结构分析图 1.1如图 1.1所示，这次设计的是一个螺旋微动装置。图中，右侧是一个螺旋微动装置，下方是机架，左侧是挡块。旋动右侧的螺旋微动装置，推进螺杆向左移动；当右侧的螺旋微动装置往回旋转，螺杆向右缩回。整个
6、装置结构简单，操作便捷，传动误差小，控制精度高，具有很高的实用价值。1.2 螺旋微动装置的用途螺旋微动装置既可以用于对未消量的精确测量，也可以用于对微小移动量的控制。前者的实际利用例子有螺旋测微器，后者的实际利用例子是机床上对刀具的微量移动的控制，以切削得到尺寸精确的零件1.3 螺旋微动的工作原理螺旋微动装置由螺杆、螺母、挡块、微动手轮、刻度套筒等组成。整个装置固定在机架上。旋转微动手轮时，螺杆前后移动。1.3.1 螺旋微动装置的最小微动量螺旋微动装置的最小微动量 Smin为Smin=P（/360）武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书1式中 P为螺杆的螺距； 为人手的灵敏度，即人手
7、轻微旋转手轮一下，手轮的最小转角。在良好的工作条件下，当手轮的直径为 15-60mm 时， 为 1-1/4。手轮的直径大，灵敏度也高些。由上面的式子可知，要想进一步提高螺旋微动装置的灵敏度，可以增大手轮和减小螺距。但手轮太大不仅使微动装置的空间体积增大，而且由于操作不灵便反而使灵敏度降低。若螺距太小，则加工难度太大，使用时也容易磨损。也正是这些原因，本次设计采用了螺旋装置，来提高微动装置的灵敏度。1.3.2 螺旋微动装置的精度S=P/N式中，P 为螺杆的螺距，N 为手轮上刻度的个数。本次设计中，选取螺距 P为 1mm的螺纹，手轮上的刻度个数 N为 100，则该微动装置的精度S=P/N=1mm/
8、100=0.01mm。该装置的最小微动量 Smin必须小于其精度S。1.3.3 材料说明该微动装置实现的是精度传导，不是传递动力，其各个零件受力均非常小，各零件尺寸大小适中选取即可，无需对其进行强度及刚度的校核，可省略不必要的、复杂的计算。2 结构设计2.1 螺杆的设计2.1.1 螺杆的尺寸设计螺杆的总长设计为 155mm，查询常用螺纹的用途和特征表可知，普通螺纹应用最广泛，生产成本低，其细牙螺纹适用于轴向微调机构，因此，螺杆上的螺纹选用普通螺纹；为了工作中传导能够平稳精确，旋合长度需要足够长，所以螺纹的设计长度为 50mm；根据普通螺纹直径与螺距标准组合列表，选用螺纹M12x1。螺杆右端长度
9、设计为 20mm的圆柱，为了对螺杆的行程进行限制，应该使圆柱直径大于螺杆式螺纹的大径，圆柱直径设计为 16mm。2.1.2 螺杆的表面粗糙度武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书2螺杆的右边圆柱表面粗糙度采用 Ra3.2，以使螺杆与螺母光滑精密配合，实现对螺杆的精确导向；螺杆右端的圆柱体，其右端面与手轮通过螺钉紧固连接，为了使连接牢固，采用 Ra0.5的表面粗糙度。2.1.3 螺杆的材料选择螺杆的材料选择 9Mn2V合金钢，其进行的热处理为：淬火并低温回火。该材料的耐磨性高，有较好的尺寸稳定性，适用于精密螺旋传动。2.2 挡块的设计2.1.1 挡块的尺寸设计挡块的边长为 16mm的方
10、块，四个角处的圆角为 R1，厚度为 10mm。挡块的作用是通过紧定螺钉固定在螺杆上，与螺杆右端的圆柱一起限制螺杆的行进。本设计中，螺杆的最大行程为 30mm。挡块装配在其中心线距螺杆左端为 20mm处，挡块中心钻有基本尺寸为 8mm的通孔。2.1.2 挡块表面粗糙度的选择挡块利用锻造成型，用切削进行加工，通孔圆柱表面及两端面用 Ra6.3,其余为用不去除材料的方法获得。2.1.3 材料的选择挡块受力很小，对强度及刚度没有要求，选常用铸造材料 HT100。2.3 紧定螺钉的选用紧定螺钉常用于定位而受力较小的情况，因此该处选用紧定螺钉。考虑到螺杆直径较小，在其上钻孔不宜过大，因此在螺钉标准中，选用
11、螺钉 GB/T71-2000M3x5。螺钉的确定，决定了挡块侧面的螺纹孔的大径大小，其大径与螺钉大径大致相同，为 3mm，在普通螺纹直径与螺距标准的组合系列表中，选用螺距为 0.5mm的螺纹，因此该处螺纹标记为 M30.5。2.4 螺母的设计2.4.1 尺寸设计螺母总长为 80mm，外螺纹长度为 46mm，内螺纹长度为 50mm。内螺纹与螺杆螺纹行成螺旋副，实现精度传导，内螺纹选用 M12x1,根据普通螺纹直径与螺距标准组合系列表，外螺纹选用 M20x1.5.外螺纹与机架内螺纹形成紧密配合，以固定螺母，为了连接紧固，在螺母上设计一个圆周肩，肩高为 5mm，肩宽为武汉理工大学仪器仪表机构零件及工
12、艺课程设计说明书38mm。肩的左右端面与内螺纹退刀槽两端面的水平距离分别设计为 2mm和 4mm，以保证足够的强度及刚度。螺母下端钻有直径为 8mm，长度为 5mm的光孔，其与螺杆配合，实现对螺杆的精确导向作用。2.4.2 表面粗糙度的选择 螺母采用铸造成型，采用切削进行加工。圆周肩的右端面与机架结合，通过螺纹连接实现紧固连接，为使连接牢固，其表面粗糙度选用 Ra12.5，螺母左端处钻的小圆柱孔，与螺杆进行精密的间隙配合，以实现精确导向，其表面粗糙度选用 Ra3.2；对于螺母内直径为 10mm，长度为 20mm的圆柱孔，其粗糙度选用 Ra6.3；螺母上所有倒角的表面粗糙度为 Ra12.5；其余
13、为 Ra0，即其余表面是用不去除材料的方法获得的。2.4.3 材料的选择螺母的材料选用 ZCuSn10Zn2。该材料与与钢制螺杆配合，摩擦系数低，有较好的额抗胶合能力和耐磨性，适用于轻载、传动精度高的传动。2.5 刻度套筒的设计2.5.1 尺寸的设计因为螺杆的最大行程为 30mm，考虑到刻度的余量及手轮与套筒配合最小量适中，刻度套筒长 20mm；套筒螺纹与机架外螺纹配合，形成紧固连接，螺纹自套筒上端起，长度为 30mm，根据普通螺纹直径与螺距标准组合系列表，选用螺纹 M30x2；套筒圆柱外表面的直径设计为 40mm；由于螺杆导程为 1mm，即手轮每旋转一周，螺杆前进或后退 1mm，因此套筒上的
14、最小分度值取为 1mm，刻度线自距套筒左端 5mm处开始，一直到距右端 5mm处，即整个刻度部分长为 40mm，示数为从-5mm 到 35mm；刻度线的长度：逢 5刻度线的长度为 4mm，逢 10刻度线的长度为 5mm，其余刻度线长度为 3mm。2.5.2 表面粗糙度的选择为使刻度套筒与机架连接牢固可靠，套筒左端面的表面粗糙度选 Ra=12.5。对于套筒外表面，为实现与手轮配合间隙适中，且摩擦小，并使与套筒上的刻度线精确清晰，套筒外表面 的表面粗糙度选用 Ra=1.6.套筒右端面无特殊作用，其表面粗糙选用 Ra=0。 武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书42.5.3 材料的选择刻度
15、套筒属于量具，其材料选用具有高硬度，高耐磨性的高级优质碳素工具钢 T12A。2.6 手轮的设计2.6.1 尺寸的设计手轮总长为 53mm，右端壁厚为 5mm，中心处钻有直径为 11mm的通孔。手轮左端的刻度圆锥面的水平距离为 8mm，垂直高度为 2mm。手轮内圆柱孔与刻度套筒外表面形成间隙适中的配合，其基本尺寸为 40mm，则刻度圆盘的最小直径为40mm，其对应的周长为 40=125.6mm。为使该装置的精度s 达到 0.01mm，则要求刻度圆盘等分为 100份。此时，刻度圆盘上两相邻刻度线的间距 Xmin=Lmin/N=125.6mm/100=1.256mm 1mm ，圆盘上的刻度线间隔大于
16、 1mm ，使得相邻刻度线清晰分明，易于读数。由于圆盘分为 100等份，相邻两刻度线对应的转角 =360/100=3.6（ 为人手的灵敏度） ，即满足装置的最小微动量小于装置的精度值这一条件。距手轮左端 20mm处，有网状的滚花，其长度为 20mm，以增大人手接触手轮的摩擦力，使用方便。2.6.2 表面粗糙度的选择手轮与螺杆通过螺钉连接在一起，为使连接牢固，手轮右端面的表面粗糙度选用 Ra=12.5.手轮上直径为 40mm，长为 48mm的圆孔，与刻度套筒形成间隙适中的配合，为了减小手轮与刻度手轮之间的摩擦，其表面粗糙度选用 Ra=1.6.手轮左端的刻度圆锥面，为使其上的刻度清晰精确，其表面粗
17、糙度选用Ra=1.6。2.6.3 材料的选择手轮属于量具，其材料选用具有高硬度，高耐磨性的高级优质碳素工具钢T12A 。2.7 螺钉的选用武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书5图 2.7螺钉使螺母与手轮紧密牢固连接在一起。为使足够牢固，在螺钉的标准表格中选用螺钉 GB/T65-2000-M10X16。则手轮上端孔的直径应为 1.1d，即11mm；螺杆的材料为钢，为连接牢固，则选用的螺钉旋入螺杆的长度 bm=d，本设计中 dm=11mm。2.8 机架的设计2.8.1 尺寸的设计机架的总体尺寸为：底座长80mm,宽40mm,高71mm。机架的底座底部中央处，设计一条长30mm，宽40m
18、m，高2mm的槽，以减少底座与固定机架的其他部件的接触面积，使接触紧密、平稳。底座上钻有直径为2mm的两个孔，孔的轴线距机架对称性的距离设计为30mm，以使再用螺钉固定机架时，不会发生干涉。由于该装置较小，可选用GB/T65-2000-M825的螺钉。机架上部螺钉及孔的轴线距底座底部的距离为48mm,机架上的内螺纹与螺母的外螺纹形成紧固连接，其螺纹选用M201.5，螺纹长度为20mm，机架外螺纹与刻度套筒内螺纹形成紧固连接，其螺纹选用M302，长度为23mm,机架上与内螺纹同轴的空的直径为22mm,其长度为15mm。2.8.2 表面粗糙度的选择武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书6
19、机架采用铸造成型，利用切削进行加工。机架的肋板左右端面为螺纹连接的接触端面，这些表面的粗糙度均选用Ra 12.5，与内螺纹同轴的孔的表面粗糙度选用Ra 6.3，机架外螺纹右端面的表面粗糙度选用Ra 12.5，其余的表面粗糙度选用Ra 0。2.8.2 材料的选择机架的材料选择强度、耐磨性较好的、铸造性能好的铸铁HT200。3 主要零件-螺杆的工艺图 3.1如图 3.1是本次设计微动装置中的重要零件-螺杆3.1 零件工艺分析零件的工艺分析就是通过对零件图纸的分析研究，判断该零件的结构和技术要求是否合理，是否符合工艺性要求。（1）审查零件图纸通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确，尺寸、公差及
20、技术要求齐全。（2）零件的结构工艺性分析 该零件比较简单，材料为 9Mn2V合金钢，没有复杂的结构和较高的加工要求，主要加工有各个外圆表面、端面的车削、磨削等，各个待加工表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。该零件除主要工作表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工。通过车削的粗加工半精加工等就可以达到加工要求；而主要工作表面（螺纹面）加工精度要求相对较高，需要高精度机床加工。总体都可以在正常生产条件下，有武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书7此可见，该零件的工艺性较好。另外，为了防止加工变形，加工螺杆时，应采用两顶尖装夹并辅以跟刀架，以承受工件因重力及切削力作用而产生的下垂和振动。
21、此外，还应施以充足的切削液，有用弹簧后顶尖，使耐磨和合理几何角度的车刀，并选用合理切削用量。3.2 工艺流程备料：9Mn2V 圆棒料，毛坯为 25mmX200mm。要求毛坯全长弯曲度小于1mm，如超过 1mm，则不能使用。退火：目的在于提高材料的机械性能，消除毛坯内应力，改善切削加工性能。粗车：车两端面，钻中心孔，注意保证中心孔的精度、粗糙度，长度留切除中心孔余量，采用双顶尖、跟刀架，粗车各段外圆并留 2.5-3mm加工余量。检验：径向圆跳动小于 0.3mm，若大于 0.3mm，应在半精车工序中纠正。半精车：仍采用双顶尖、跟刀架，半精车各外圆，并留 1-1.4mm加工余量。铣退刀槽：按螺纹起止
22、点位置，在铣床上铣出足够大的退刀槽。车螺纹槽：在车床上车螺纹槽，需采用双顶尖装夹、跟刀架保持刚性。车削后，半径上留 0.05-0.12mm的槽深余量，以便抛光。精磨：精磨各外圆表面到图纸所要求的值。钳工整形：以修整螺棱面、螺纹槽面上机加工未能到达的夹缝、过滤面及以上加工过程中所留下的毛刺、痕迹。检验:检验螺杆的直线度、尺寸精度、粗糙度等，必要时修整。硬氮化处理：在井式氮化炉中进行气体氮化处理，氮化层深度不小于0.3mm，硬度 HV850-900，氮化后表面应呈银灰色。切掉工艺余量、修整锥形面：把轴上用于打顶尖的工艺余量切掉，并车出锥面。检验：总体检验，合格为止。4 小结这次的课程设计，用了两个
23、星期的时间。设计方向，设计方案选择，尺寸设计，工序的确定都是经过一次次的分析，不断的完善，最后得到最切实可行武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书8的方案。确定方案后，然后具体操作，画图，确定参数，做 Word，确定工序。当然每一项都还是有经过研究的，仍旧有不太确定的地方。毕竟没有什么经验，理论和实际知识都有所欠缺，考虑得还是不太全面，所以在答辩的时候，老师也指出了我的错误，并且说出了自己的看法，指出了需要改正的地方。下来之后，又对方案的及时的修改，将老师指出的问题仔细的更正了。通过这次的设计，使我对于仪器制造和精密机械两门学科有了更好的认识，也通过这次设计，意识到我们知识和动手能力
24、上的欠缺；知道了实践的重要性，并且也学会了努力去完成某一件事；还让我们初步学会了 CAD的用法。这次的设计实验也让我们知道了理论知识固然重要，但是实际问题也需要我们的考虑。总而言之，通过这次的实验，都明白了很多，知道了很多，也学会了很多，真的是受益匪浅！武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书9参考文献1庞振基，傅雄刚主编. 精密机械零件. 北京：机械工业出版社， 19892庞振基，黄其圣主编. 精密机械设计. 北京：机械工业出版社， 19993张雪飞，付生力主编. 仪器制造工艺学. 北京：电子工业出版社， 19944杜忠友，张海林主编. AutoCAD 完全教程. 电子工业出版社，20085高政一，刘朝儒主编. 机械制图（第四版）. 高等教育出版社， 20046闻邦椿主编. 机械设计手册（第五版）第 1 卷. 机械工业出版社， 2010
