三轴数控电火花机床设计

三轴数控电火花机床设计 沈阳工程学院毕业论文 专业:机械设计制造及其自动化 学号: 姓名: 指导教师: 完成日期: 2016年 6 月 沈阳工程学院本科毕业设计 目录 摘 要................................................................................................................. .............. II Abstract ....................................................................................................... ................. III 第一章引 言................................................................................................................. ... 1 1.1 题研究的目的和意义.................................................... 错误～ 未定义书签。 1.2国内外研究历史与现 状................................................................................... 2 1.3 拟解决的关键问题和研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 .................................... 错误～ —————————————————————————————————————————————————— ——— 未定义书签。 1.4 电火花加工特点和适用范围........................................ 错误～ 未定义书签。 第二章电火花成型机床总体结构设 计........................................................................ 7 2.1 电火花成型机的结构形 式.............................................................................. 7 2.2 电火花成型机结构设 计.................................................................................. 8 第三章主轴传动系统设 计.......................................................................................... 12 3.1 主轴传动系统设计方 案.............................................................................. 12 3.2 电机的选 择.................................................................................................. 13 3.3 同步齿形带设计.......................................................... 错误～ 未定义书签。 3.4 滚珠丝杆副设 计.......................................................................................... 19 3.5 直线导轨设计.............................................................. 错误～ 未定义书签。 第四章工作台设 —————————————————————————————————————————————————— ——— 计...................................................................................................... 25 第五章十字滑座设 计.................................................................................................. 30 第六章电极夹头的设 计.............................................................................................. 33 第七章机床润滑系 统.................................................................................................. 36 第八章工作液循环装置结 构...................................................................................... 38 第九章结 论.................................................................................................................. 39 参考文 献...................................................................................................................... 40 致谢.............................................................................................. 错误～未定义书签。 I 沈阳工程学院本科毕业设计 摘要 介绍了电火花成型机床的加工原理、特点及其发展历程:它是通 过脉冲直流 电源不断产生火花放电来去除工件材料，且在工件与工具之间有 —————————————————————————————————————————————————— ——— 绝缘液体介质。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 并设计了电火花成型机床结构系统。机床总体布局为单柱立 式，主轴采 用步进电机拖动滚珠丝杆完成升降，利用步进电机多级可变细分 技术，实现伺服系统的变频、变步距双重伺服调节，提高系统的跟踪 能力和稳定性。进给系统采用滚珠丝杆和十字滑座实现工作台的横向、 纵向移动，运动平稳。 电火花成形加工要在加工精度、加工效率、加工范围等方面取得 重大突破， 一个重要的发展方向就是对机床成形运动方式的创新和多样化。 本课题的研究，是对电火花成型加工发展方向的一次有益尝试，通过 改进电火花加工机床的伺服系统、控制系统、机床结构等，在保证加 工精度的前提下提高了加工效率;通过开放式的控制系统，提高了电 火花成型加工过程的自动化。 关键词:电火花;主轴;滚珠丝杆;十字滑座; V型导轨 II 沈阳工程学院本科毕业设计 Abstract The processing principles, characteristics and development process of the EDM machine by author isintrodunced in this paper. It removes material with repetitive spark discharges from a pulsating DC power supply, with a dielectric flowing between the work piece and the tool. —————————————————————————————————————————————————— ——— Analysis and design the system of structure for EDM machine . Machine overall layout as a single vertical column, 3-axis; Stepper motor is used in the machine tool to drive the ball screew up and down directly,the control system of the machinetool acapt divided dreving technique of step motor,and realizes dual regulations with changing feed step and changing feed frequency ,this improves its tracking ablity and stability. Feed system uses Ball Screw and the cross slide take the table move on the horizontal and vertical , smooth motion. EDM should be in the processing accuracy, processing efficiency, processing and other aspects of the scope of a major breakthrough, an important direction of development is the right tool forming movement pattern of innovation and diversification. The study of this topic is a direction of development of EDM machining a useful attempt, by improving EDM servo systems, control systems, machine tool structure, guarantee the processing precision under the premise of improving the processing efficiency; through open the control system to improve the EDM process automation. Keywords: EDM;main spindle;ball screw;Cross slide;V-shaped guideways III 第一章引言 第一章引言 —————————————————————————————————————————————————— ——— QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 的局限。 本课题以北京迪蒙卡特机床有限公司现有的CTS400三轴数控电火花成形机 1 第一章引言 床为研究对象，对机床的X、Y、Z轴的相关运动部分进行变型设计与分析，使机床机构达到优化，功能趋于完善。通过对CTS400主要部件的设计与建模、虚拟装配的研究和动画仿真，初步地探讨了机床设计的思路和虚拟装配这种比较新的工具在产品开发中的应用。 本课题的主要目的:本课题在对电火花成型机原理分析研究基础上，研究设计机床的结构系统、驱动控制、结构的动态分析与优化等。其主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 如下:1、了解电火花成型机的机械结构系统，根据零件加工要求，设计机床整体结构;2、设计机床的进给系统，优化系统结构;3、对机床运动进行运动学分析和参数优化。4、对进给系统进行控制部分设计。 1.2国内外研究历史与现状 电火花成型机在20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产，最初出现的只可单轴进给的单立柱机床。随后出现了多轴联动，多立柱的电火花成型机。异形小孔的加工机床的出现也是电火花成型机发展————————————————————————————————————————————————————— 史上的一大进步，例如D703型高速电火花夹攻小孔机床。SP1-30镜面电火花机采用的松下伺服系统，表面粗糙度可达 Ra0.1um,HE350-CNC双头机电火花成型机为我国自主研发，加工效率成倍提高。但就总体而言，我国在电火花加工领域同日本等国际先进水平还有一定差距。 当前，电火花加工技术正向着高效化、精密化、智能化、微细化、复合化等方向发展，一些新技术、新思想不断被运用到电火花加工中去，同时，许多新的工艺手段也不断涌现，主要包括以下几个方面:(1) 微细电火花加工技术微细加工是应产品微型化要求而出现的，是加工技术向加工尺寸微小化方向的发展，一般是指被加工零件直径或宽度小于200μm以下的加工手段。微细电火花加工技术是电火花加工技术在微细加工领域的一个重要分支，从文献检索的情况来看，国内外关于微细电火花加工方面的论文非常多，足以说明此研究方向受关注的程度。 (2) 超声电火花复合加工技术在特种加工领域中，综合利用不同加工方法的技术特长，将多种能量形式进行巧妙结合的复合加工方式往往可大幅提高加工效率或改善加工质量，因而一直是倍受关注的方向之一。电火花加工和超声加工均因加工速度较慢而困扰着人们，然而在电火花加工中引入工具电极的超声振动，进 2 第一章引言 行超声电火花复合加工，却可以改善放电间隙状况，从而大大提————————————————————————————————————————————————————— 高生产率。(3) 气体介质放电加工技术传统的电火花加工技术是在液体介质(通常称作工作液)中进行放电加工的，而液体介质在加工中起到压缩放电通道使能量高度集中、加速极间冷却和消电离过程、加速排除电蚀产物等作用，被认为是电火花加工必不可少的几大要素之一。然而，最近几年由日本东京农工大学国枝正典教授等人提出的气中放电加工技术完全改变了人们的上述思想。气中放电一般使用薄壁管状电极，加工中管状电极作回转和轴向伺服运动，一定压力的气体自管中高速喷出，以避免加工屑反粘凝固在电极和工件表面上，同时加速了熔融和气化金属的抛出过程，并起到冷却电极的作用。气中放电加工的最大优点在于加工过程中电极损耗极低，而且加工时不产生有害气体，安全性较高，又可简化机床结构，因而也是倍受关注而成为热点。(4) 电火花表面强化技术 由于零件表面性能在零件的使用过程中所起到的重要作用，表面强化技术受到了人们的重视。电火花表面强化技术是一种简便而灵活的表面处理方法，它是通过电火花放电作用将作为电极的导电材料熔渗进工件表层金属，形成合金化的表面强化层，从而使工件表面的物理、化学和机械性能得到改善。电火花表面强化与其他表面强化方法相比，具有如下优点:设备简单，在普通电火花加工机床上即可进行，强化成本较低，处理速度较快，因只在局部进行放电，零件整体温度仍为室温因而不会引起零件变形，以及可处理复杂零件等，目前已在军事、航空、模具、刀具等行业得到较广泛的应用。通过查阅分析数据及市场调研，近来电火花成型机床在虽然高效率精密加工技术方面有不断的进步，但在目前市场竞争中仍然————————————————————————————————————————————————————— 有着很大的危险。我们可以透过于02年9月4日在美国芝加哥举行的IMT2002来分析:在此次展览中，我们可以看到来自瑞士阿奇夏米尔公司、西班牙欧那公司、日本的三菱公司、沙迪克等公司带来的EDM产品。其中，在电火花成型机床方面，也主要体现在向着高效和精密加工的方向迈进，但同时专家系统的出现也抢占了其部分市场。例如在大面积浅型腔加工、能量控制(变截面加工)、深槽窄缝加工、微细加工、硬质合金加工、镜面加工、轮廓加工等方面，专家系统保证了精密加工的顺利实现。 目前精密加工技术中，能加工型腔模的设备越来越多，譬如数控铣床，数控仿形铣床，加工中心，特别是再近几年发展的高速铣床。国外某些HSM的制造商已经把HSM说成是“完全可以替代EDM”的“无EDM加工技术”，而且说HSM是 3 第一章引言 不需要抛光的一次性技术等等。当然这样的说法可能有点言过其实，但HSM的发展对EDM确实产生了一定的影响。使得电火花成型机床在市场中面临激烈的竞争。 但与HSM的比较中，EDM同时也有着它自己的特点。例如在加工硬度为50-54HRC的钢材来说，HSM能加工高硬度材料，不等于它的加工性能好，技术经济合理。因为加工所使用的价格昂贵的刀具寿命只有一小时。也就是说HSM对硬材料加工性能差，而高硬度材料的加工正是EDM的特长。所以在更多的材料要求为高硬度、耐磨性好的材料的模具行业中，EDM体现了它的优势。 ————————————————————————————————————————————————————— 以上说明，HSM与电火花成型机床不是谁替代谁的问题，而是相辅相成、互相发展的问题。同时也说明，在强手林立的市场竞争中，虽然有着强有力的竞争对手，但仍然有着良好的发展前途。 基于上面的分析，我们这次选择了电火花成型机床设计，希望对原有电火花成型 机床有一定 QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 4 第一章引言 加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点(气化点)、比热容、导热系数、电阻率等，而几乎与其力学性能(硬度、强度等)无关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。 2.可以加工特殊及复杂形状的零件。由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。数控技术————————————————————————————————————————————————————— 的采用使得用简单的电极加工复杂形状零件也成为可能。 3(易于实现加工过程自动化。由于是直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等。 4(可以改进结构设计，改善结构的工艺性。例如可以将拼镶结构的硬质合金冲模，改为用电火花加工的整体结构，减少了加工工时和装配工时，延长了使用寿命。又如喷气发动机中的叶轮，采用电火花加工后可以拼镶、焊接结构改为整体叶轮，既大大提高了工作可靠度，又大大减少了体积和质量。 电火花加工也有其一定的局限性，具体如下: 1(只能用于加工金属等导体材料。不像切削加工那样可以加工塑料、陶瓷等绝缘的非导电材料。但近年来研究表明，在一定的条件下也可以加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。 2(加工速度一般较慢。因此通常安排工艺多采用切削来去除大部分余量，然后再进行电火花加工，以求提高生产率，但最近的研究结果表明，采用特殊 5 第一章引言 水基不燃性工作液进行电火花加工，其粗糙度甚至高于切削加工。 3(存在电极损耗。由于电火花加工靠电、热来蚀除金属，电极也会遭受损耗，而且电极损耗多集中在尖角或低面，影响成型精度。但最近的机床的产品在粗加工时已能将电极相对损耗比降至1%以下，————————————————————————————————————————————————————— 在中、精加工时能将损耗0.1%以下，甚至更小。 4(最小角部半径有限制。一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙(通常为0.02~0.3mm)，若电极有损耗或采用平动头加工，则角部半径还要增大。但近年来的多轴数控电火花加工机床，采用 X、Y、Z轴数控摇动加工，可以清棱清角地加工出方孔、窄槽的侧壁和底面。 由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械(特别是模具制造)、宇航、航空、电子、电机、电器、精密微细机械、仪器仪表、汽车、轻工业等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围已达到小至几十微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。 6 第二章电火花成型机床总体结构设计 第二章电火花成型机床总体结构设计 2.1 电火花成型机的结构形式 电火花成型加工机床结构有多种形式，根据不同加工对象，常见的结构有“C”形结构、龙门式结构、牛头滑枕式结构、摇臂式结构和台式结构。 图2.1 “C”形结构 1-床身 2-立柱 3-主轴头 4-工作台 “C”形结构如图2.1所示。加工时，工作台实现X轴和Y轴伺————————————————————————————————————————————————————— 服进给运动，主轴头实现Z轴伺服进给运动。此类机床的结构特点是:床身、立柱、主轴头、工作台构成一“C”字形。这种结构的优点是:结构简单，制造容易，具有较好的精度和刚性，操作者可以从前、左、右三面充分靠近工作台。缺点是:工件装卸不方便，每次安装、检测工件都必须开门放油，然后再关门上油。“C”形结构较适合中、小型机床，国内机床大部分采用此种结构形式。 图2.2牛头滑枕式结构 1-床身;2-立柱;3-滑座;4-主轴头;5-工作液槽 牛头滑枕式结构如图2.2所示。 这种结构形式类似金属切削机床中的牛头刨 7 第二章电火花成型机床总体结构设计 床。工作台固定不动或实现X方向移动，主轴头通过滑枕实现Y方向移动或X, Y方向的移动。这种结构的优点是:装卸、检测工件十分方便，此结构为设计、安装可升降式工作液槽提供方便;当可升降工作液槽下降时，工件完全暴露出来，可以方便地对工件进行安装、检测，完毕后只需将工作液槽升起即可重新加工，提高了工作效率。缺点是:结构较复杂，制造成本较高。牛头滑枕式结构比较适合数控化程度较高的机床。 因为“C”型结构具有结构简单，制造容易，具有较好的精度和刚性，且造价相对牛头式机床更加低廉等优点，故本设计采用“C”型结构。 ————————————————————————————————————————————————————— 2.2 电火花成型机结构设计 根据对电火花成型机床功能原理的分析，我们需要实现主轴头和工件之间通过脉冲电源放电来蚀除材料。这要求主轴个工作台之间形成隔缘，然后分别接脉冲电源的正、负极。根据任务书要求，设计总体布局为单柱立式。 首先，我将设计任务书所给的条件同时参照电火花成型机床参数列表如下: 1)机械规格 QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 8 第二章电火花成型机床总体结构设计 图2.4主传动形式 由于主传动要保证传动比，并且同步齿形带传动噪音小，故本设计采用同步齿形带传动。 (3)工作台工作台采用手柄直接与滚珠丝杆副相连，滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚性好、抗震性高等特点，移动采用精密直线滑动导轨副。 (4) (5) (6) ————————————————————————————————————————————————————— (7) (8) 9 第二章电火花成型机床总体结构设计 (9) (10) (11)QQ:123536215 、870862708 (12)全套图纸及说明书，英文翻译可获取 (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) —————————————————————————————————————————————————— ——— (27) (28) 10 ~ 第二章电火花成型机床总体结构设计 图2.6 滚珠丝杠的支承配置 a)一端固定一端自由 b)两端固定 c)一端固定一端浮动 1)图3.7(a)所示是一端固定一端自由的支承形式。其特点是结构简单，轴向刚度低，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。 2)图3.7(b)所示是一端固定一端浮动的支承形式，丝杠轴向刚度与a)形式相同，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。 3)图3.7(c)所示是两端固定的支承形式，丝杠的轴向刚度约为一端固定形式的4倍，可预拉伸，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。本课题中采用第一种支承配置方式 5)工作液槽结构工作液槽安装在工作台上，工作液槽采用单开门的结构形式，门外密封采用O形密封结构。通过调节进油开关及冲吸油压力调节阀来改变油压压力。为了保证加工过程安全进行，加工时工作液面必须比工件上表面高出一定高度，因而在工作液槽上装有————————————————————————————————————————————————————— 液面高度控制器，随着不同高度的工件调节手柄的高度。当液面升到一定位置时，液面控制器接通，此时才能进行放电工作状态。当加工中液面降低时，液面控制器断开，电柜报警，停止加工。当加工中工作油温超过60 ?时，温度控制器断开，电柜报警，停止加工。 11 第三章主轴传动系统设计 第三章主轴传动系统设计 3.1 主轴传动系统 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 电火花机床主轴系统设计主要部分是实现电火花主轴自动进给伺服系统的设计。即是保持电极与工件之间有恒定的放电间隙，而达到稳定的加工目的。因而伺服系统的品质优劣直接影响电火花机床性能的指标。根据电火花机床加工的特点，伺服控制系统应该满足以下要求: 1响应速度快; ? 2进给速度调节范围广; ? 3超调量小，保证在正常放电间隙内。 ? 国内电火花机床较普遍采用喷嘴挡板式液压主轴头，这里我们参考电火花机床，采用电动机丝杆式主轴头，主要由旋转电动机(直流电动机、步进电动机)，丝杆和滑枕组成，其工作原理:立柱上方装有伺服电机，通过同步齿形皮带和减速齿轮传递给滚珠丝杆，再通过丝杆螺母把丝杆的旋转运动转化成滑枕的上下直线移动，主轴下端装————————————————————————————————————————————————————— 有电极夹具，从而实现伺服加工。主轴剖面示意图如下: 图3.1 主轴剖面示意图 1.丝杆支撑座 2.轴承 3.减速齿轮4.压紧螺母5.轴承座6.螺母7.丝杆 9.直线导轨 12 第三章主轴传动系统设计 3.2 电机的选择 电机的选择:由于伺服驱动部件是数控系统中与机械直接有关的部分，它们的性能决定了机床各进给轴、主轴和其他伺服轴的基本控制特性，它们的价格也占整个数控系统的大部分，所以正确、合理地选择可靠(因为从目前情况来看，伺服故障占电气故障的比例较大)的伺服驱动部件对提高产品的功能/价格比起着决定性的作用。这里我们选择步进电动机作为主轴的伺服电机。 1脉冲当量的选择 ? 目前，常用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。步进电机每转一转传感器发出一定数量的脉冲每个脉冲代表电机一定数量的脉冲，每个脉冲代表电机一定的转角。步进电机是一种电脉冲控制的特种电机，对于每一个电脉冲步进电机都将产生一个恒定的步进角位移，每一个脉冲或每步的转角称为步进电机的步距角?b[(?)/脉冲]，可由选用的步进电机型号从技术数据表中查出。 因此，每脉冲代表电机一定的转角，这个转角经齿轮副和滚珠丝杆使工作台移动一定的距离。每个脉冲所对应的执行件(如工作台)————————————————————————————————————————————————————— 的移距，称为脉冲当量或分辨率，记为?p，单位为mm/脉冲。 应根据机床或工作台进给系统所要求的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须小于定位精度值。此次设计的电火花成型机对机床定位精度的设计要求是?0.01mm，根据该精度要求可确定脉冲当量为?p=0.005mm/脉冲 2传动比的选定 ? 因为采用同步齿形带传动，故能精确的保证传动比为1:1。 3步进电机的选用 ? 转矩的有关计算: 本课题中的已知条件: 13 第三章主轴传动系统设计 根据机床设计要求,电极最大重量为70Kg，根据估计有关的工件重量为:主轴35Kg, 直线导轨6Kg，主轴丝杆2.5 Kg,主轴下端板8Kg，罩壳等重量3.5 Kg，滚珠丝杆预压力N=400N 直线导轨摩擦力不计，电机需要拖动重量共计G=125Kg， 电机需要拖动力F=1250N。 QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ Ta=6.685×49.76×109.6×0.0254=0.139N.m=1.39kgf.cm 14 ————————————————————————————————————————————————————— 第三章主轴传动系统设计 Tf=′0F0L0fWL= 2πηi2πηi =0.16时 当η=0.8f′ Tf=0.16×1000×0.4=7.64kgf.cm=76.4N.cm 52×3.14×0.83 所以快速空载启动所需力矩 T=Tamax+Tf =2.32+7.64=9.96kgf.cm=99.6N.cm 所需最大力矩Tmaz发生在快速启动时 Tmaz=9.96kgf.cm=99.6N.cm 步进电机具有以下四个特点:?转速(或线速度)与脉冲频率成正比;?在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化;?速度可调，能够快速起动、制动和反转;?定位精度高、同步运行特性好。 数控电火花成型机的动力系统要求电动机电位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且额定功率小，并且可用于开环系统。而BF系列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，根据求出的最大转矩Tmaz=9.96kgf.cm=99.6N.cm与进给速度。我们选用了型号90BF004的电动机作为主运动的动力源。 校核时主要有以下几个步骤: 1.根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 (1)步距角 初选步进电机型号，并从手册中查到步距角?b,由于 ————————————————————————————————————————————————————— ?bL0??p i?360 15 第三章主轴传动系统设计 综合考虑，我初选了?b?1.50,i?4，即 以上公式。 (2)距频特性 1.5?4?0.004174?360??0.0?05p 可满足 步进电机最大静转矩Mjmax是指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩Mmq与最大静转矩Mjmax的关系是: Mmq=?Mjmax 步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启 动力矩按下式计算: QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 16 第三章主轴传动系统设计 查得Ka=1.5 1.5?16000?60?4000r/m360 dT2?F?g(???)??0.874N?m2 T1?T2/i?0.874/4?0.218N?m n? T1n0.218?4000??91w95509550 ————————————————————————————————————————————————————— pd?KA?p?1.5?91?0.137kwp? 2根据Pd和n1，由机械设计手册选取带型为XL型，节距Pb=5.080MM。 ? 3小带轮齿数Z1根据带型L和小带轮转速n1。查表14-1-56得小带轮齿数? Zmin=15，此处取Z1=16。 图 3.2 小带齿轮 4小带轮节圆直径d1: ? d1?z1pb ??16?5.080 ? 17 ?25.9mm 第三章主轴传动系统设计 由表14.1-60查得其外径da1?d1?2??25.9?0.508?25.392mm 5大带轮齿数: z2?iz1?4?16?64 ? 6大带轮节圆直径:d2??z2pb ??64?5.080 ??103.5mm 由表14.1-60查得其外径da2?d2?2??103.5?0.508?102.992mm 7 带速V ? QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ ————————————————————————————————————————————————————— 18 第三章主轴传动系统设计 构和全部尺寸。 3.4 滚珠丝杆副设计 根据主轴升降设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，需要选择传动机构——滚珠丝杆及螺母。 滚珠丝杆副是由螺杆、螺母、滚珠和密封等零件组成的高精度机械传动部件，由于滚珠丝杆副的螺杆和螺母之间有滚珠在做滚动运动，所以有较高的运动效率。其机械效率一般为0.92-0.96，而滑动丝杆机械效率为0.20-0.40，与滑动丝杆相比较，它的驱动扭矩也在滑动丝杆的1/3以下。另外，它也能把直线运动转变为旋转运动。而且还有运动灵敏，低速时无爬行，使用期限长等特点。 根据丝杆和螺母的运动情况，其基本传动形式有四种，如下图所示:(a)螺母固定、丝杆传动并移动;(b)丝杆传动，螺母移动;(c)螺母移动，丝杆传动;(d)丝杆固定、螺母传动并移动。这里，我们选择丝杆传动、螺母移动的传动方式。 图3.3丝杆和螺母的传动形式 在主轴中的传动方式下图1和图2即反映出滚珠丝杆与滑动丝杆传动效率以及滚珠丝杆传动中传动效率与摩擦系数、导程角的关系。 19 第三章主轴传动系统设计 图3.4传动效率关系图 1结构形式:根据滚珠丝杆传动原理，选择滚珠循环方式为为螺————————————————————————————————————————————————————— 旋槽式。 ? 2由于滚珠丝杆为螺母传递。所以需进行轴向间隙消除，常用的间隙调整和? 加预紧力方法有:1)垫片式调整;2)螺纹式间隙调整;3)差齿调整间隙。 3精度和表面光洁度的选择:目前，滚珠丝杆副的精度标准及应用范围我们? 可以从下表中得到: 表3.1精度等级 根据电火花机床机床标准，我们选择J级精度。 4滚珠丝杆副各零部件选材及其热处理方式，参考《机床设计手册二》，滚珠丝? 20 第三章主轴传动系统设计 杆材料为GCr15或GCr15SiMn，热处理及硬度为G60或C60;滚珠螺母材料为GCr15，硬度为C60;内循环用反向器，材料为40Cr，热处理及硬度为D-HRC56(离子氮化);外循环用反向器材料为45#，65Mn，>HRC56。 综合上述， 根据最大电极重量以及上述等因数，选择直径为d20的丝杆为GS320电火花成型机床主轴传动丝杆，又根据滚珠丝杆副的公称轴径与基本导程的组合，d20滚珠丝杆可以选择导程为4MM。从机床设计手册二中我们可以选出相应的型号为的CDM2004-2.5滚————————————————————————————————————————————————————— 珠丝杆。 5滚珠丝杆的计算校核: ? 根据滚珠丝杆的选择方法:我们可以通过校核额定动载荷或者静载荷强度来确定。根据额定动载荷计算公式: '?2Ca?fdFd?10?Ln 又计算当量转速nd nd?(nmax?nmin)/2 ?2000r/min 丝杆预期工作转速Ln Ln?60nd?120000 计算丝杆所需的额定载荷Ca ' QQ:123536215 、 870862708 21 第三章主轴传动系统设计 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 图3.6滚动导轨 滚动导轨的材料:滚动导轨最常用的材料是硬度为HRC60-62的淬硬钢，以及硬度为HB200-220的铸铁，如HT20-40。 淬硬钢导轨具有承载能力高和耐磨等优点，但制造困难、成本较高。它主要适用于载荷高、动载和冲击载荷大、需要预紧和防护比较困难的场合。而铸铁导轨适用于中、小载荷又无动载荷，不需要预紧，————————————————————————————————————————————————————— 以及采用镶装结果困难的情况。根据主轴运动情况，我们选择铸铁为材料的滚动导轨。 技术要求:因为导轨面和滚动体的制造误差，直接影响机床的加工精度和各 滚动体上载荷的分布。对于电火花成型机床，设计导轨要求导轨的不直度小于 22 第三章主轴传动系统设计 10微米，导轨的不平行度在两导轨面间一般为3微米，滚动体的直径差要求小于1微米。 滚动导轨的预紧:不预紧的导轨跟混合摩擦滑动导轨相比，刚度约低25-50%。通常我们预紧的办法一般有两种:(1)采用过盈配合，一般过盈量为δ=5-6微米。(2)采用调整元件，即使用调整斜镶条和调节螺钉进行预紧。这里，我们采用前面一种方法，即在装配是采用过盈配合。 选择V型导轨型号: 图3.7滚动导轨尺寸 表3.3导轨参数 综上选择型号为DV6直线导轨。下面对DV6进行寿命时间计算: 额定寿命 ?FC?L?50?t?? ?fwPc? ————————————————————————————————————————————————————— 寿命时间 23 103 第三章主轴传动系统设计 L?103 Lh??30年 2?l?n?60 满足机床要求。 导轨的润滑和防护:为了减少摩擦，提高机械效率;减少磨损，延长寿命;降低温度，改善工作条件和防止生锈。都必须对导轨进行润滑。此处导轨润滑方式我们采取压力油强制润滑。润滑油可选择30号或40号机械油。导轨的防护我们采取主轴外罩上外罩，使导轨处于封闭状态下，隔绝各种硬粒进入导轨工作面而产生磨损。 24 第四章工作台设计 第四章工作台设计 根据设计任务书要求:工作台面积 长*宽为550mm*300mm工作台T型槽数:3条，工作台中央基准T型槽宽12H8。 工作台用以安装工件，根据电火花成型机床设计要求，工作台为移动工作台，因此，则有一组导轨。移动工作台的形状有三种: (1)箱形升降台式，如下图所示: 图4.1箱形升降台式 (2)矩形工作台，如铣床、刨床、磨床等。其结构如下图所示: ————————————————————————————————————————————————————— 图4.2矩形工作台 (3)圆形工作台，如立式车床，齿轮加工机床等，起结构如下图所示: 25 第四章工作台设计 图4.3圆形工作台 从上面知识了解及电火花机床对工作台的要求，我们设计电火花成型机床工作台与十字滑座配合，可以进行左右行程移动。为了提高刚度，特别是提该局部刚度，工作抬内部我们设计了隔板和筋。又因为矩形和圆形工作台的刚度主要由它们的高度决定，所以我们在设计工作台尺寸时还需要注意到工作台的高度与其宽度之比，根据机床设计手册二，这个比值大约为0.1-0.18，较窄的工作台取大值。 所以工作台底 QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 26 第四章工作台设计 图4.4导轨的结构和尺寸 导轨材料: 由于用于导轨的材料应该具有良好的耐磨性，摩擦系数小和动静摩擦系数差小，加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好等性能。————————————————————————————————————————————————————— 机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。其中灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。这里我们选择铸铁-铸铁导轨。 导轨热处理:一般重要导轨，铸件粗加工后要进行一次时效处理，高精度导轨半精加工后还要进行第二次时效处理。 目前常用的淬火方法有: 27 第四章工作台设计 1)高、中频淬火，淬硬层深度(1—2)MM。硬度(40--50)HRC。 2)电接触加热自冷表面淬火，淬硬层深度(0.2—0.25)MM，显微硬度600HM左右。这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。 综上，我们这里选择第一种热处理方式。 导轨的技术要求: 1)表面粗糙度，导轨的加工我们采用磨削，要求达到的表面粗糙度为:动导 轨Ra0.4，固定导轨Ra0.2。 2)几何精度(主要指导轨的直线度和导轨间的平行度、垂直度等)。 滑动导轨的压强计算: 1)导轨的许用压强: 导轨的许用压强是影响导轨耐磨性和接触变形的主要因素之一。设计导轨时将压强取的过大，则会加剧导轨的磨损;若取得过小，又————————————————————————————————————————————————————— 会加大尺寸，因此要根据具 体的情况，适当的选择 QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 28 第四章工作台设计 导轨平均压强的计算: RA?0.156??P?maL RPB?B??P?mbL RCPC???P?mcL R'Pc'?'c??P?mcLpA? 所以上述导轨尺寸满足强度要求。 29 第五章十字滑座设计 第五章十字滑座设计 参照电火花成型机床十字滑座，工作台通过导轨在滑座上横向移动，移动行程为300mm，十字滑座由下座导轨和床身配合进行纵向移动，移动行程为200mm。即十字滑座上面有与工作台相配合的凹形三角形和矩形平导轨，下面有与床身相配合的凸形三角形和矩形导轨进行纵向移动。工作台和十字滑座通过丝杆传动。 材料选择:HT200。 十字滑座结构设计如下图示: 图5.1十字滑座结构 ————————————————————————————————————————————————————— 滑座上凹型部分各尺寸要求与工作台导轨尺寸相应配合。 十字滑座下部分凸形导轨设计: 根据工作台导轨设计计算: (1)直线运动导轨截 QQ:123536215 、 30 第五章十字滑座设计 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 有Pmax，且由上比压分布图得Pmax=2p。 所以 Pmax=27.6(kgf/cm2) 对照机床设计手册二表6.2-31——铸铁导轨的许用比压， ?p?13.8kgf/cm2???p? Pmax?27.6kgf/cm2??Pmax? 从上可知，该导轨设计满足要求。 十字滑座滚珠丝杆设计计算: 参考D1740电火花成型机床设计，这里选用d32滚珠丝杆。查上表2-4，选择导程为5MM。其基本结构如下图示: 31 第五章十字滑座设计 图5.3丝杆 丝杆各部分计算校核主轴丝杆部分计算同理，且满足强度等各方————————————————————————————————————————————————————— 面要求。 滚珠丝杆端部通过平键与手柄连接并由轴承固定在工作台侧面，而滚珠丝杆螺母则由螺母座通过螺钉固定在十字滑座上，这样转动手柄，即滚珠丝杆。就可以转化为工作台的的横向移动。丝杆螺母的安装可以从图2-7中看出。 同理，十字滑座的纵向移动也通过滚珠丝杆和固定在床身上的滚珠螺母来实现。丝杆的长度由设计任务书要求的横向、纵向移动来设计。 32 第六章电极夹头的设计 第六章电极夹头的设计 电极夹具上装夹电极，与工作台上工件形成正、负极在脉冲电源下进行间隙放电。一般电火花成型机床随机带有一个普通电极夹头，它可以根据工作需要匹配各种附件。在使用过程中，根据加工工件的不同，选择适合的电极夹具，并用螺钉把电极夹具固定在主轴上。同样，这里我们可以先介绍集中我们常见的电极夹具。如下图6-1 a、b、c、d所示: a b 33 第六章电极夹头的设计 c 图6.1 电极夹头 d ————————————————————————————————————————————————————— 其中a为普通电极夹具 b为钻卡式电极夹具 c为钻卡式电极夹具 d为异形电极夹头。还有套筒式电极夹头，柄式电极夹头，U型夹头，内冲油式管状电极夹头，多电极组合夹头和单电极组合专用夹具等等。 综上我们设计了电火花成型机床的电极头:其主要由指示环、刻度环、过度环、主调节环、锥度垫、绝缘环、电板上座、调节环、电极安装座和一些各型号螺钉等等零件组成。 具体的装配和使用功能的实现为:指示环和刻度环通过螺杆连接，螺杆上装 有轴承，刻度环可通过轴承绕螺杆转动一定的角度，来调整工具电极的方向。过度环连接刻度环与主调节环，主调节环中装有锥度垫，锥度垫通过螺杆连接安装，可调节调节螺杆即通过刚球和锥度垫来调整工具电极与工作台的垂直度，而绝缘环用来隔离电火花成型机床床身与工具电极，形成工作的正、负极。电极安装座安装在电板上座上，下面调节环也用来固定电极。 在电极头的设计中 34 第六章电极夹头的设计 QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取 ，以完成校正和找正工作。 ~ 35 第七章机床润滑系统 ————————————————————————————————————————————————————— 第七章机床润滑系统 我们可以借鉴SC400型和D7140型精密电火花成型机床机械传动部分润滑点以及方式。分为手动和油泵自动润滑两种方式，设计电火花成型机床工作台导轨及滚动丝杆，十字滑座导轨和滚动丝杆，主轴滚珠丝杆及直线导轨等传动部件的润滑。 手动润滑系统 为了机械精密度与寿命，在机床操作前我们还需进行下面如图所示的各处润滑。 图7.1 手动润滑系统 A、主油管 B、分流器入口 C、传动箱左供油管 D、传动箱右供油管 E、主轴供油管 F、床身底座油管 G、滑座下导轨左1油管 H、滑座下导轨左2油管 I、滑座下导轨左3油管 J、滑座下导轨左2油管 K、油路清洗孔(已阻塞) L、滑座下导轨右1油管 M、滑座上导轨左1油管 N、滑座上导轨右2油管 O、滑座下导轨右2油管 P、Y向滚动丝杆供油管 Q X向滚动丝杆供油管 表7.1润滑零部件明细表 36 第七章机床润滑系统 37 第八章工作液循环装置结构 第八章工作液循环装置结构 工作液循环装置结构:由电火花成型机床外观图可知，工作台上————————————————————————————————————————————————————— 方装有工作油槽， 其尺寸长、宽、高分别 QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 且清理箱底也十分方便。 38 第八章工作液循环装置结构 第九章结论 由于设计时间较紧，所以总体结构还是有缺陷的，并且缺少实际生产制造和加工试验。首先该机传动路线有三个，动力传动不协调。而且电极装置由电机带动丝杠，丝杠传递给电极头，在加工过程中会产生一定的误差，实际工作时，整机也会相应产生振动，降低了整机的操作稳定性。可以通过对称设计传动路线，或者双起振装置，平衡动力和抵消振动，将大大提高整机的操作稳定性能。 39 沈阳工程学院本科毕业设计 参考文献 [1] 文怀兴，夏田编著.数控机床设计实践指南[M].北京:化学工业出版社，2015 [2] 董玉红等主编.数控技术[M].北京:高等教育出版社，2013 [3] 夏田主编.数控加工中心设[M].北京:化学工业出版社，2010 ————————————————————————————————————————————————————— [4] 文怀兴，夏田编著.数控机床系统设计[M].北京:化学工业出版社，2009 [5] 文怀兴主编.数控铣床设计[M].北京:化学工业出版社，2010 [6] 张耀满主编.数控机床机械结构与设计 QQ:123536215 、 870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取~ 40 沈阳工程学院本科毕业设计 41 —————————————————————————————————————————————————————