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，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
2、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11.2 螺旋微动装置的用途21.3 螺旋微动的工作原理22 结构设计32.1 螺杆的设计32.2 紧定螺钉的选用32.3 螺母的设计32.4 刻度套筒的设计42.5 手轮的设计52.6 螺钉的选用52.7 减速杠
3、杆的设计62.8 弹簧的选择63 主要零件-螺杆的工艺63.1 零件工艺分析63.2 工艺流程74 总结8参考文献9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螺旋杠杆微动装置设计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-杠杆微动装置。图中，左侧是一个螺旋微动装置，下方是一个杠杆，右侧是工作台。旋动左侧的螺旋微动装置，推进螺杆，使杠杆向左倾斜，从而提升右边的工作台；当左侧的螺旋微动装置往回旋转，螺杆向上缩回时，右侧的平台受弹簧的施力作用而向下移动。该装置中采用的：螺杆的螺距是 1mm，刻度手轮等分为 50 份，减速杠杆的比值为 2：1 。则装
4、置的精度 S=0.01mm ，由此可得要提高精度可减小螺距或增到手轮等分数和减速杠杆比。该装置不仅采用螺旋微动部分，还加上了减速杠杆。该减速杠杆不仅使我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们更容易控制微小的位移，由上面的公式也可知由于减速杠杆的引用是精度也大大的提高了（提高的比例及为减速杠杆的比） 。另外由于位移量只取决于螺杆的螺距、手轮的等分数、减速杠杆的比，因此其它参数的选择比较自由，这也使在参数确定方面较为容易。整个装置结构简单，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
5、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母、调节螺母、微动手轮、螺杆等组成。整个装置固定在测微外套上。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）式中 P 为螺杆的螺距； 为人手的灵敏度，即人手轻微旋转手轮一下，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
6、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，本次设计我们采用了螺旋-杠杆装置，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 50，则该武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书3微动装置的精度S=P/N=1mm/50=0.02mm。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
7、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 122mm，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 40mm；根据普通螺纹直径与螺距标准组合列表，选用螺纹M12x1。2.1.2 螺杆的表面粗糙度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
8、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 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，选用螺钉 GB/T71-2000M4x10。2.3 螺母的设计2.3.1 尺寸设计螺母总长为 66mm，外螺纹长度为 36mm，内螺纹长度为 26mm。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武汉理工
9、大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书4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 4mm，肩宽为8mm。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 12mm，长度为 26mm 的光孔，其与螺杆配合，实现对螺杆的精确导向作用。2.3.2 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
10、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；其余为 Ra0，即其余表面是用不去除材料的方法获得的。2.3.3 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。2.4 刻度套筒的设计2.4.1 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 30
11、mm，根据普通螺纹直径与螺距标准组合系列表，选用螺纹 M20x2；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 6mm，其余刻度线长度为 2mm。2.4.2 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用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，并使与套武
12、汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书5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。 2.4.3 材料的选择刻度套筒属于量具，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。2.5 手轮的设计2.5.1 尺寸的设计手轮总长为 53mm，右端壁厚为 5mm，左侧 5mm 处钻有直径为 4mm 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
13、使该装置的精度s 达到0.01mm，则要求刻度圆盘等分为 100 份。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。2.5.2 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，其表面粗糙度选用Ra=1.6。2.5.3 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
14、。武汉理工大学仪器仪表机构零件及工艺课程设计说明书62.6 螺钉的选用图 2.6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-M4X10。则手轮上端孔的直径应为 1.1d，即4.4mm；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=10mm。2.7减速杠杆的设计由于杠杆的比例变化也会导致测量结果过的变化，因此一但确定了比例后就不能有所更改，如果发生更改那么实际位移与刻度示数将不再对应，然而减速杠杆起传递位移和力的作用，因此必须保证杠杆有一定的刚度，使其在载荷作用下也几乎不会发生变形，因此选用高强度16M
15、n高强度钢。2.8 弹簧的选择该装置中弹簧连接工作台与支架，且弹簧一直处于压缩状态 这样不仅可以消除螺杆螺纹的间隙，而且也使螺杆在向上移动时杠杆始终保持与螺杆一致，因此弹簧的质量也需要保证，本次设计采用的弹簧是KH12X50,弹簧的外径为12mm，内径为6mm可得线径为3mm，弹簧自由长度为50mm。这种弹簧 不仅可以承受重载 而且抗疲劳强度高。3 主要零件-螺杆的工艺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图 3.1如图 4.1 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
16、。（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
17、切削力作用而产生的下垂和振动。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
18、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
19、的工艺余量切掉，并车出锥面。检验：总体检验，合格为止。4 总结眼课程设计接近尾声，通过这次设计实践，对机械设计有了更全面的认识。以往课堂上只是公式化的解题，对于实践的工程设计计算没有具体的概念，本次课程设计填补了这方面的缺陷。在做课程设计期间我不仅复习了以往学过的知识，还进一步提高了很多有关 CAD 和 Word 的基本操作，复习了工程制图，我的自学能力也得到了进一步加强通过对微动装置及零件工艺的设计，我对微动装置的工作原理，结构，特点，工艺处理等有了进一步的了解。查表、计算这些对于还不是很熟练的我来说很不容易，进度慢，返工多是很普遍的现象。反复的计算、查表使我在设计过程中受益匪浅。在计算和绘
20、图的过程中才知道其实有很多专业知识在课堂上学的不够扎实。很多事情都是这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样，只有自己亲自动手做过了才知道它的难与易。总而言之，通过这次课程设计，我对自己不久未来将要从事的工作进行了一次很好的适应性的训练，从中锻炼了自己独立分析问题、解决问题的能力，也培养了我严肃认真和实事求是的科学态度，这些都超出了完成课程设计本身的意义，也为以后从事的工作铺垫了基石。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， 20107初允绵主编. 仪表结构设计基础. 北京：机械工业出版社， 1990
