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由于燕尾形导轨的高度值最小，加工面最少，能承受颠覆力矩，结构紧凑，调隙方便，抗振性能好，因此，本设计选用燕尾形导轨作为导向和承载机构。又由于普通滑动导轨摩擦系数较大，从而耐磨性较差，因此可在燕尾形导轨材料上粘贴一层粗糙度小、耐磨性好的塑料导轨软带，可降低导轨接触面的摩擦系数至0.05，提高了导轨的耐磨性，从而延长导轨的工作寿命。

3.4 传动方式的选择

电机与滚珠丝杠的连接方式多种多样，如减速器（皮带连接、齿轮连接、蜗轮蜗杆等）连接、联轴器连接等。一般机构中最为常用的连接为联轴器连接，在符合设计要求下，利用联轴器既能够实现力和扭矩的传递，又能够节省大量的空间。而利用带轮减速器、齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器等能够实现连接要求，并且由于减速器的自锁性，减速器能够实现滚珠丝杠的锁紧，但考虑到减速机构的体积，机构会占用大量的空间。

综合等离子喷涂试验工装进给机构的滚珠丝杠的锁紧要求，选择体积较小、自锁性较好、传动比较大的行星轮减速器，同时，再选择合适的联轴器连接减速器和滚珠丝杠。

3.5 各个进给机构联轴器的选用

根据联轴器的补偿偏移能力，联轴器可以分为刚性和挠性两大类。不能补偿两轴间相对偏移的联轴器称为刚性联轴器。能补偿两轴间相对偏移的联轴器称为挠性联轴器[8]。常见的联轴器类型如图3-7所示。

挠性联轴器凸缘联轴器刚性联轴器套筒联轴器夹壳联轴器轮胎联轴器芯形弹性联轴器梅花形弹性联轴器弹性柱销联轴器弹性套柱销联轴器簧片联轴器蛇形弹簧联轴器万向联轴器滑块联轴器滚子链联轴器齿式联轴器图 3-7 常见的联轴器类型

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由于凸缘联轴器机构简单、使用方便、成本低、可传递较大的转矩，主要用于载荷平稳和两轴严格对中的场合[8]。因此，本设计在轴类工件旋转进给系统选用凸缘式联轴器。

由于梅花形弹性联轴器结构简单，制造容易，装拆方便，成本较低。因为动力从主动轴通过弹性件传递到从动轴，因此能够缓冲冲击、吸收震动，适合转矩小、速度高、频繁正反换向、需要缓冲减震的地方[8]。因此，本设计在X、Y、Z向进给系统选用梅花形弹性式联轴器。

3.6 进给机构的防护

在实际等离子喷涂过程中，由于高速的粒子流撞击被喷涂表面会发生喷射粒子流的溅射，飞溅的微粒能够溅落到进给系统的导轨或者滚珠丝杠副，会影响进给导轨的粗糙度和滚珠丝杠副的精度，进而降低了进给系统的寿命和喷涂涂层的质量。

图 3-8 普通的风琴式防护罩

为了避免喷射流粒子溅射产生的不良影响，需要在进给系统上增添防护遮挡装置。经研究获知，等离子喷涂时到达喷涂表面的粒子流温度约为300-400度，则需要选用能够耐高温的防护装置。一般机床常用的防护装置为市面上常见的风琴式防护罩，如图3-8所示。其材质为尼龙革，尼龙的分解温度约为300度，小于溅射的粒子流温度，故一般的防护材料不能满足本次设计的要求。

不锈钢材料能够耐900度的高温，在450度以下能够长期保持其耐腐蚀性能，因此，本设计以尼龙革材质的风琴式防护罩为基础，再在其上覆盖不锈钢叠片，呈盔甲状，组合成盔甲式风琴防护罩，如图3-9所示。从而使“盔甲式风琴防护罩”即能够随进给系统的用运动自由拉伸，又能够防止外界灰尘和粒子流的溅射。

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图 3-9 盔甲式风琴防护罩

图 3-10 等离子喷涂进给机构的三维图

3.7 本章小结

本章首先介绍了国内外等离子喷涂设备的发展现状，然后基于进给伺服系统的设计要求和主要设计参数，就三种进给方案进行比较，最终选择了工作台实现Y方向运动和三爪卡盘的转动，喷枪实现X、Z方向运动的进给方案。确定进给方案后，为方便进给系统的自锁，确定了电机经过减速机减速后，通过联轴器与丝杠连接；因为燕尾形导轨能承受颠覆力矩，结构简单，制造方便，刚度好，抗振性能好，选用燕尾形导轨作为进给导轨；根据各类联轴器的特点，设计中选用了凸缘式联轴器和梅花形弹性联轴器；考虑到粒子流溅射的问题，采用盔甲式风琴防护罩对进给系统进行遮挡防护。最终设计出等离子喷涂的进给机构，等离子喷涂进给机构示意图如图3-10 所示。

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第4章喷涂系统进给机构的计算

4.1 Y向进给机构的计算

采用类似机床的半闭环进给系统，电机经减速机传递力和扭矩，丝杠拖动工件装夹台实现Y向上下移动，传感器与电机轴相连，用来检测电机的转角和转速，并把它们转换为电信号反馈给数控装置，从而实现Y向运动的精确控制。

4.1.1 滚珠丝杠副的选择与计算

根据设计要求，最大轴向工作载荷为：

Fmax=F工件+F卡具=80x9.8+50x9.8=1274N

当工件最大时，已知平均工作载荷Fmax＝1274N，约取Fm=1300N，丝杠工作长度L＝0.6m，平均转速nm=100r/min，最大转速nmax＝200r／min，要求使用寿命Lh’=15000h 左右，取丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC，传动精度要求σ＝±0.03mm。初选丝杠型号FC1-4006-2.5。 (1) 滚珠丝杠副的支承方式

一端固定一端自由的支承形式（F-O）。其特点是结构简单，轴向刚度低，它适用于短丝杠及垂直布置丝杠，一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴[7]。

一端固定一端浮动的支承形式（F-S）。丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠[7]。

两端固定的支承形式（F-F）。这种支承结构只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度比一端固定形式高约4倍，固有频率比一端固定的高，可预拉伸，在它的一端装有蝶形弹簧和调整螺母，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂，适用于长丝杠[7]。

综上情况，Y向进给系统的滚珠丝杠副的支承方式选择为一端固定一端自由的支承形式（F-O）。 (2) 滚珠丝杠副的密封与润滑

① 密封 通常滚珠丝杠副可用防尘密封圈和防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副。

② 润滑 使用润滑剂，以提高耐磨性及传动效率，从而维持传动精度，延长使用寿命。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，定期润滑。使用润滑油时应注意要经常通过注油孔注油。本次设计选用脂润滑作为润滑剂。

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