電火花線切割機床中走絲走絲系統(tǒng)的設(shè)計【7張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】
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北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)選題報告
目 錄
1文獻綜述 2
1.1電火花切割機的概念及分類 2
1.1.1電火花切割機的概念 2
1.1.2電火花切割機的分類 3
1.2國外電火花線切割機的發(fā)展 4
1.3國內(nèi)電火花線切割機的發(fā)展 5
2中走絲線切割機背景及開展研究的意義 8
2.1中走絲線切割機的背景 8
2.2中走絲線切割機開展研究的意義 9
2.2.1中走絲機的機床精度與工藝效果 9
2.2.2 中走絲機的應(yīng)用成本低 10
3研究方法、內(nèi)容 及預(yù)期目的 12
3.1研究方法、內(nèi)容 12
3.1.1新型走絲系統(tǒng)的原理 12
3.1.2主要零部件設(shè)計 13
3.2研究預(yù)期及目 14
4 進度安排 14
參 考 文 獻 15
指導(dǎo)教師意見 16
1文獻綜述
1.1電火花切割機的概念及分類
1.1.1電火花切割機的概念
1960年，蘇聯(lián)首先研制出靠模線切割機床。中國1961年也研制出類似的機床。早期的線切割機床采用電氣靠模控制切割軌跡。當時由于切割速度低，制造靠模比較困難，僅用于在電子工業(yè)中加工其他加工方法難以解決的窄縫等。1966年，中國研制成功采用乳化液和快速走絲機構(gòu)的高速走絲線切割機床，并相繼采用了數(shù)字控制和光電跟蹤控制技術(shù)。此后，隨著脈沖電源和數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及多次切割工藝的應(yīng)用，大大提高了切割速度和加工精度。工件安裝在工作臺上，工作臺通常由X軸和Y軸電動機驅(qū)動。工具電極為直徑0.02～0.3毫米的金屬絲，由走絲系統(tǒng)帶動電極絲沿其軸向移動。走絲方式有兩種：①高速走絲,速度為9～10米/秒,采用鉬絲極絲,可循環(huán)反復(fù)使用；②低速走絲,速度小10米/分,電極絲采用銅絲,只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液(乳化液、去離子水等)。控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息，使工作臺作相應(yīng)的移動，工件與電極絲靠近。當兩者接近到適當距離時(一般為0.01～0.04毫米)便產(chǎn)生火花放電蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序，不斷地發(fā)出進給信號，使加工過程持續(xù)進行。
電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點外，還有一些其他特點：①不需要制造形狀復(fù)雜的工具電極，就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。②能切割0.05毫米左右的窄縫。③加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑，提高了能量和材料的利用率。④在電極絲不循環(huán)使用的低速走絲電火花線切割加工中，由于電極絲不斷更新，有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。⑤電火花線切割能達到的切割效率一般為20～60平方毫米/分，最高可達300平方毫米/分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米,最高可達Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達600毫米。
1.1.2電火花切割機的分類
電火花線切割機按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機（俗稱“快走絲”）、低速單向走絲電火花線切割機（俗稱“慢走絲”）和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機三類。又可按工作臺形式分成單立柱十字工作臺型和雙立柱型（俗稱龍門型）。往復(fù)走絲電火花線切割機床的走絲速度為6～12m/s，是我國獨創(chuàng)的機種。自1970年9月由第三機械工業(yè)部所屬國營長風機械總廠研制成功“數(shù)字程序自動控制線切割機床”，為該類機床國內(nèi)首創(chuàng)。1972年第三機械工業(yè)部對工廠生產(chǎn)的CKX數(shù)控線切割機床進行技術(shù)鑒定，認為已經(jīng)達到當時國內(nèi)先進水平。1973年按照第三機械工業(yè)部的決定，編號為CKX?—1的數(shù)控線切割機床開始投入批量生產(chǎn)。1981年9月成功研制出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標數(shù)控機，產(chǎn)品的最大特點是具有1.5度錐度切割功能。完成了線切割機床的重大技術(shù)改進。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進步。大厚度切割技術(shù)的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超1000mm以上。使往復(fù)走絲線切割機床更具有一定的優(yōu)勢。同時滿足了國內(nèi)外客戶的需求。這類機床的數(shù)量正以較快的速度增長，由原來年產(chǎn)量2～3千臺上升到年產(chǎn)量數(shù)萬臺，目前全國往復(fù)走絲線切割機床的存量已達20余萬臺，應(yīng)用于各類中低檔模具制造和特殊零件加工，成為我國數(shù)控機床中應(yīng)用最廣泛的機種之一。但由于往復(fù)走絲線切割機床不能對電極絲實施恒張力控制，故電極絲抖動大，在加工過程中易斷絲。由于電級絲是往復(fù)使用，所以會造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。
1.2國外電火花線切割機的發(fā)展
國外電火花線切割機床的發(fā)展,在原則上離不開三大趨勢,即高速度化,高精度化，表面自動化。未來經(jīng)濟型機床也是一個發(fā)展趨向。在高速度化方面日本走在前列,各廠家均有鼓高生產(chǎn)率在250一300mm/min的機床,例如三艾電機公司的標準型DWCH系列機床、經(jīng)濟型DWC(招系列機床生產(chǎn)率均為25Omm/min，高速型DWC汀系列機床最高生產(chǎn)率達300mm/min,80年代后,瑞士AGIE公司配備HMC電源的ACPsrint系刊機床,90年代初Charmilles公司的ROBOFIL1000系列機床最大生產(chǎn)率均達到300mm/min。目前的電火花線切割機,幾何精度與運動精度均已達到了極高的程度:全行程定位精度2一3m,重復(fù)定位精度2m,加工精度2～3m,為了保證這些精度長時間不變,各生產(chǎn)公司做了不懈的努力,采取了一系列的保護措施。AGIE公司的AC系列機床,盡管功能差異不小,但機床的機械結(jié)構(gòu)卻大體相同.與同類機床相比,其凈重量約為其他機床的二倍,重量的增加主要是考慮了機床結(jié)構(gòu)的力學(xué)和熱學(xué)性能。AG一200D機床采用框架式結(jié)構(gòu),即是為了加強走絲機構(gòu)的剛性。機床精度的變化對加工精度的影響是不言而喻的,AGIE公司采取了統(tǒng)一溫度場措施,其機床裝有兩套冷卻溫控系統(tǒng),分別控制加工區(qū)與U、V軸的溫度,及電源箱、機床與室溫的空氣冷卻。兩套系統(tǒng)通過溫度計進行調(diào)整,使溫差不超過1℃。由電極絲的滯后,在角度加工時會產(chǎn)生塌角誤差,特別在小角度與小圓弧切割時表現(xiàn)更為明顯,AGIE公司在這方面擁有稱為Piolt的專利技術(shù)。它利用一套光學(xué)系統(tǒng)測量電極絲受力后的彎曲量，由CNC系統(tǒng)進行補償,其分辨率為2μm.采樣頻率每秒15次，這樣不僅提高了角加工精度,而且使加工速度比一般的拐角對策提高60%,現(xiàn)已運用到AC20-70系列機床上。為保證加工的高精度,Charmilles公司的ROBOFIL300/310機床采用高質(zhì)量的機床鑄件,滾柱軸承單程V型導(dǎo)軌,直流電機直接拖動,光柵位移全封閉。其進給系統(tǒng)設(shè)有超載保證措施,還把運動軸全部移到立柱線架上,工件不動。這就有效解決了因載荷位置變化而可能引起的變形。另外機床基座采用人造花崗石,其絕緣阻抗高,不吸水,耐腐蝕,收縮仁極小,彈性模量小而抗壓強度高,諧振頻率低,特別適合于精密機床的基座。SODICK公司線切割機的重要部件如線臂支架、工作臺面的定盤、工件支架、導(dǎo)絲機構(gòu)等均廣泛采用精密陶瓷材料制作,實現(xiàn)了高剛性及極小的熱變形。人造陶瓷由該公司陶瓷事業(yè)部開發(fā)生產(chǎn),其電絕緣性極高,能長期維持線切割放電加工所要求的高絕緣阻抗,穩(wěn)定性非常好。三菱公司的機床也有類似的結(jié)構(gòu)。由于電源小的電解作用,切割表面會產(chǎn)生變質(zhì)層,直接影響表面質(zhì)量,影響加工精度。為了解決這個問題,SODICK公司推出了BS電源,無電解作用的電源,可以提高工件表面的硬度，延長模具壽命。以上這些均有效地保證了加工的高精度。總之，為了保證加工的高精度，各公司無論是從機床本體的高剛性與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)、新型材料的使用、溫度的控制、拐角對策、無電解作用電源的應(yīng)用,還是從微步驅(qū)動技術(shù)浸水加工方式等方面均投入了巨大的人力物力,同時也取得了顯著的效果。在高自動化方面,32位機的使用使運算速度大大提高,控制內(nèi)容極為豐富,為用戶提供了更大的裕度。以三菱電機公司的機床為例,進給當量由0.5m/脈沖減至0.1m/脈沖,控制軸由四軸增至六軸,程度存貯量由3.9米紙帶增至260米紙帶,程序號設(shè)定由9999條增至99999999條,等等。此外還增加了報警、起始孔計算、漢字顯示、自動繪制正在加工的圖形、微小連接等20個功能。另外如AGIE公司的AGIEPICK自動卸料機械手,AAGIEjet自動預(yù)孔加工裝量等附件的配備都使機床自動化更趨完善。目前,國外線切割機還有向“不降低加工性能,降低造價”方向發(fā)展的趨勢,如日本兄弟公司的HS-3600型、FANUC公司的a-oa型、SODICK公司的A-300W型等機床,在這方面都有突出成就。
1.3國內(nèi)電火花線切割機的發(fā)展
國外電火花線切割機各生產(chǎn)公司為提高本公司產(chǎn)品的高品質(zhì)不遣余力,對國內(nèi)同行產(chǎn)生了巨大的促進作用,近幾年來,我國電火花線切割機也取得了迅速發(fā)展。在結(jié)構(gòu)方面,國內(nèi)廠家均已普遍重視機床的機械剛度,已開始采用高強度耐磨鑄鐵,經(jīng)過二次低溫回火,消除內(nèi)應(yīng)力,提高機床剛度。有些機床還采用了低床身設(shè)計,跨距可調(diào)整線架,改進調(diào)節(jié)方式,提高了調(diào)節(jié)精度和線架自身的剛性,同時也使操作更為方便。不少廠家開發(fā)了四聯(lián)桿裝置,不但上、下導(dǎo)輪可聯(lián)動,而且可同步偏擺,使電極絲始終保持在導(dǎo)輪槽對稱平面內(nèi),不發(fā)生單側(cè)刮擦,從而擴大了切割錐度的范圍。其切點變化引起的加工誤差,由計算機軟件予以補償,同步偏擺也使切割大錐度時,噴水方向始終與電極絲走向一致,例如成都無線電專用設(shè)備廠`的DK7725-CT15O,新火花公司的SPKW250H等,切割錐度都已達16-20。許多廠家也不再強調(diào)電極絲的單一的高速,絲速降低雖然會降低加工速度,但可使振動減弱,機械壽命延長,換向無效工時減少,綜合效益未必低于單一的高絲速?？熳呓z機床電極絲張力,直接影響到放電加工穩(wěn)定性及切割精度,杭州無線電專用設(shè)備廠、蘇州三光公司、北京電加工機床廠、新火花公司等均采用了三導(dǎo)輪重錘式緊絲器,可初步改善電極絲逐漸變松馳和絲筒上下不同處絲有松有緊的現(xiàn)象,提高了放電加工的穩(wěn)定性及切割精度。對于塊走絲時絲的振動,可用加裝電極絲定位限幅器的方法來隔離和緩解。例如深圳福斯特公司的DK7725機床,使用V型快及紅寶石圓棒組成定位限幅器,電極絲從中通過,該裝置在進行多次切割時尤為重要。北京市電加工研究所的DK7732C機床,采用金剛石三塊式可開合結(jié)構(gòu)的定位限幅器,在工作時每塊聚晶金剛石保持與電極絲虛接觸,起到定位限幅作用。實驗證明,使用該裝置后,切割正八方棱柱體,對邊尺寸精度由平均0.012mm提高到0.008mm,而且切割大厚度工件時不易斷絲,但不能適用于大錐度的切割。上海第八機床廠作為電火花線切割機的專業(yè)生產(chǎn)廠家,近幾年來在新技術(shù)的應(yīng)用、新產(chǎn)品的開發(fā)上也做了不懈的努力,取得如下一系列成績。1990年研制成功DK7732電火花線切割機,其控制柜中采用XK-80A-AA微型計算機線切割機床控制系統(tǒng),它由專用單板計算機、接口板、直流穩(wěn)壓電源、專用鍵盤、操作控制鍵盤及屏幕顯示器CRT組成,帶有電報機頭一臺,步進電機驅(qū)動電源,可進行完整的中文人機對話、自動偏程。它還具有鑰絲校直、顯示切割軌跡和坐標、間隙補償、縮放切割、自動定中心、短路回退、自動回原點、斷電保護、檢查和修改指令、旋轉(zhuǎn)角度等功能。其高頻脈沖電源為上海市科技攻關(guān)獲獎項目,各項加工工藝指標均達到了當時國內(nèi)先進水平。機床采用可調(diào)升降式線架,并帶有鑰絲張緊機構(gòu),切割厚度為200mm。DK7732電火花線切割機性能優(yōu)異,操作方便,榮獲1990年匕海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎，1991年大批量投產(chǎn)。1991年開發(fā)了DK7725機床,其控制柜采用DK7732的控制柜SBJCUT-4；機床采用可調(diào)開檔高線架結(jié)構(gòu),切割厚度大；直線滾動導(dǎo)軌和精密絲杠保證了高精度傳動；大理石工作臺面絕緣性好,剛性高,熱變形小,使加工更穩(wěn)定,加工精度更高。1992年底開始研制新的控制柜SBJCUT-6,它采用了先進的工BM-PC386微機控制系統(tǒng),CRT彩顯可進行人機中文對話,使用操作極為方便,還具有鑰絲校直,動態(tài)跟蹤圖形顯示、局部視圖具有智能自動聚焦特點,全自動鑰絲短路回退,動畫顯示X、Y、U、V四座標值,間隙補償,旋轉(zhuǎn)任意角度正、反序切割,縮放切割等等功能。其自動編程采用了榮獲93中國高新技術(shù)、新產(chǎn)品博覽會銀質(zhì)獎的YH繪圖式線切割自動編程系統(tǒng),只要按圖紙標注尺寸輸入,即可自動編程,徹底摒棄了傳統(tǒng)編程系統(tǒng)中順圓、逆圓、拐點、相切、相交、走向等需硬記的規(guī)則；只用鼠標器就可完成全部編程,實現(xiàn)了所見即所得；圖形顯示賞心悅目,全中文提示,具有自動尖角平滑,非圓擬合,齒輪生成,大圓弧處理,跳步模自動生成,加工面積自動計算,三維造型等功能。配用SBJCUT-6控制柜的DK7732-1電火花線切割機榮獲了1993年上海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎。1994年整個機床行業(yè)處于不景氣狀態(tài),功能優(yōu)異價格高的機床受到了冷落,在江浙一帶廣大的模具之鄉(xiāng)迫切需要的是價廉而主要功能具備的經(jīng)濟型電火花機床。鑒于此種實際情況,上海第八機床廠開始了經(jīng)濟型電火花線切割機DK7725A的研制,床身采用了新結(jié)構(gòu),提高了剛性,降低了成本,控制部分采用單片機,機床電氣實現(xiàn)無聲換向,一切以主要功能齊全、價低廉、高可靠性為宗旨,終于在九月份研制成功,樣機已被用戶訂購。因其價格低于其它同類產(chǎn)品,深信今年市場上必有它的一席之地。就國外電火花線切割機制造廠家而言,目前已進人了一個比較穩(wěn)定的成長期,線切割的加工速度在目前這種加工方式和條件下再要大幅度提高是較困難的,但可以預(yù)見現(xiàn)時的加工精度、速度、光潔度以及操作性能、機床的功能等都不會就此止步。堅信國內(nèi)外差距必將縮小,經(jīng)過一代人甚至幾代人的努力,我們定能趕超上去,在全球范圍內(nèi)共創(chuàng)電火花加工工業(yè)輝煌的明天。
2中走絲線切割機背景及開展研究的意義
2.1中走絲線切割機的背景
隨著模具工業(yè)的發(fā)展,精密模具制造的比重愈來愈大,迫切要求電火花線切割加工不僅要速度快,而且要有尚佳的加工表面質(zhì)量和較高的加工精度。為滿足廣大用戶需要,單向(低速)走絲電火花線切割機床在20世紀60年代就采用了多次切割技術(shù),即第一次切割用較大的電規(guī)準進行高速粗切割,然后逐步采用精規(guī)準和精微規(guī)準進行第二次、第三次甚至第四次切割修光,以獲得理想的加工表面質(zhì)量和加工精度。低速走絲電火花線切割機床采用多次切割技術(shù)的結(jié)果表明,多次切割是解決線切割加工速度與加工表面質(zhì)量矛盾、獲得較高綜合工藝效果的有效辦法。幾乎就在低速走絲電火花線切割機床推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)的同時,有關(guān)技術(shù)人員也在高速走絲機床上進行了大量的多次切割試驗,雖取得了不少研究成果,但直至20世紀末仍無一家在生產(chǎn)中真正得到應(yīng)用。難于在商品化電火花線切割機床上實現(xiàn)多次切割的主要原因是:在電極絲高速移動的情況下,運絲系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,電極絲的空間形位變化異常,使前后二次切割的空間位置無法重疊,加上高速走絲的往返切割條紋明顯,要推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)十分困難。
上海大量電子設(shè)備有限公司經(jīng)過幾年的努力,于2002年5月在第九屆中國國際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會上展出了能實現(xiàn)無條紋切割和多次切割的商品化TP系列高速走絲電火花線切割床。3次切割后的尺寸差Δ≤0.006 mm,加工表面粗糙度Ra≤1μm,其加工質(zhì)量明顯高于其他高速走絲電火花線切割機床,并接近于一般的低速走絲電火花線切割機床,從而引起了眾多制造商和用戶的注意。此類機床后來逐步被用戶稱之為“中走絲”機床。而所謂的“中走絲”機床,并非走絲速度介于高速走絲與低速走絲之間,而是指加工質(zhì)量介于高速走絲與低速走絲之間。嚴格來說,把那些能實現(xiàn)無條紋切割和多次切割的電火花線切割機床稱之為“中走絲”是不夠科學(xué)的。被廣大用戶稱為“中走絲”的TP系列電火花線切割機床與其他高速走絲機床的結(jié)構(gòu)基本一樣,走絲速度也是2～11 m s,走絲的形式仍為往復(fù)雙向走絲。所不同的僅僅是應(yīng)用了某些自主開發(fā)的專利技術(shù),能實現(xiàn)無條紋切割和多次切割,使電火花線切割加工質(zhì)量有顯著提高。
2.2中走絲線切割機開展研究的意義
2.2.1中走絲機的機床精度與工藝效果
根據(jù)GB/T 7926-2005電火花線切割機精度國家標準要求，TP系列中走絲電火花線切割機進行了大量的切割工藝試驗。工件為40mm厚的Cr12正八棱柱（對邊距28mm），3次切割后的加工質(zhì)量如表1所示。
序
號
檢測內(nèi)容
GB/T7926-2005
高速走絲機要求
TP-40
中走絲線（三次切割）
JB5543-1991
低速走絲機要求
1
工作臺移動直線度(mm)
0.015/500
≤0.012/500
0.011/300
2
工作臺移動垂直度（mm）
0.020/500
≤0.008/500
0.002/200
3
雙向定位精度（mm）
0.02/500
≤0.015/500
0.012/300
4
單向重復(fù)定位精度（mm）
0.01/500
0.005/500
0.002/300
5
縱剖面上的尺寸差（mm）
0.012
≤0.003
≤0，012
6
橫剖面上的尺寸差（mm）
0.015
≤0.006
≤0.015
7
加工尺寸誤差（mm）
±0.01
±（0.005-0.008）
±0.005
8
加工表面粗糙度值Ra（mm）
≤Ra2.5
≤Ra（0.6-2.1）
≤Ra0.5
9
最大切割速度（mm2/min）
100
150
160
從中不難得出如下結(jié)論：
（1）能進行多次切割的中走絲電火花線切割機，不僅其機床制造精度比較高，而且切割來的零件尺寸公差和表面質(zhì)量都能明顯高于GB/T 7926-2005國家標準規(guī)定的高速走絲機精度要求。
（2）能進行多次切割的中走絲電火花線切割機，其機床制造精度和切割工藝效果都接近于JB5543-1991標準規(guī)定的低速走絲機精度要求。
（3）多次切割不僅能提高加工表面質(zhì)量，消除往返切割條紋。而且可以解決一次切割時的材料變形影響，有利于提高加工精度。
（4）采用全閉環(huán)（或者說雙環(huán)控制）控制后中走絲機，能實現(xiàn)齒隙補償、螺距補償及絲徑補償，提高中走絲機的機床定位精度和加工精度。
（5）能獲得較高的切割速度。在中走絲機的開發(fā)初期，人們比較關(guān)心加工精度和加工表面質(zhì)量，而忽視切割速度。那時的平均切割速度一般只有15～20mm/min；現(xiàn)在對高頻脈沖電源、跟蹤進給控制方式以及線切割工作液作了某些改進后，可以提高線切割總平均速度，試驗時的總平均切割速度已達到30mm/min以上，即第一次切割速度為150mm/min，第二次切割速度為80～90mm/min，第三次切割速度為100mm/min上下。
2.2.2 中走絲機的應(yīng)用成本低
電火花線切割加工應(yīng)用成本，包括機床設(shè)備折舊分攤成本、加工消耗、人員費用及管理成本等，如表2所示。
（1）中走絲電火花線切割機價格低。中走絲電火花線切割機的市場價大約為低速走絲電火花線切割機的五分之一，即買一臺低速走絲電火花線切割機的錢可以買5臺中走絲電火花線切割機。這樣在計算加工成本時，低速走絲電火花線切割機的設(shè)備折舊分攤成本為15～30元/h，而中走絲電火花線切割機只有3～6元/h。
（2）中走絲機加工消耗低。電火花線切割機的加工消耗，主要是電極絲、工作液（去離子水、乳化液等），其次是導(dǎo)向器件和過濾器，還有人工費和電費。低速走絲電火花線切割所用的銅絲是單向移動一次使用，按每卷5kg用20h計算，每小時需消耗17.5元；中走絲機用的鉬絲是反復(fù)使有，按上一次絲200m使用20h計，每小時需消耗僅3元。工作液的消耗相差不大，低速走絲機約1.5元/h，中走絲機約1.0元/h；低速走絲機耗電約3元/h，中走絲機為1.5元/h。其它消耗較低，所占的比重有限。在不計人工及管理費用情況下，中走絲機消耗不到6元/h，低速走絲機則超過23元/h。
3研究方法、內(nèi)容 及預(yù)期目的
3.1研究方法、內(nèi)容
3.1.1新型走絲系統(tǒng)的原理
該走絲系統(tǒng)裝置如圖2-1所示由雙儲絲筒和使儲絲筒轉(zhuǎn)動的兩個電動機組成，而且每個儲絲筒連接一個磁粉制動器,通過磁粉制動器對放絲儲絲筒施加制動力矩。當儲絲筒處于收絲狀態(tài)時,與此儲絲筒相連接的電動機工作,提供動力轉(zhuǎn)矩,與之連接的磁粉制動器斷電,處于不工作狀態(tài)；與此同時另一個儲絲筒處于放絲狀態(tài),與它相連接的電動機斷電處于不工作狀態(tài),與此儲絲筒相連接的磁粉制動器處于通電勵磁工作狀態(tài),提供阻力轉(zhuǎn)矩,使電極絲處于張緊狀態(tài)。
一般地，快走絲線切割機床走絲速度快，換向時間短，加工過程中存在豎向條紋，這種新型走絲系統(tǒng)，采用分層的設(shè)計，可實現(xiàn)在較小的儲絲筒上纏繞1000多米的電極絲，換向時間大大的延長了，可延遲換向條紋的產(chǎn)生。
3.1.2主要零部件設(shè)計
設(shè)計中的電機轉(zhuǎn)速為1440r/min，走絲速度為7～12m/s。
（1）儲絲筒設(shè)計
儲絲筒的作用主要是使電極絲按照一定的速度運行,并將電極絲按照一定的間距整整齊齊的排列在儲絲筒上。由于本設(shè)計采用的是雙儲絲筒的走絲系統(tǒng),為了減少機床體積,儲絲筒采用螺紋聯(lián)結(jié)的固定方式,儲絲筒只起到繞絲的作用。將儲絲筒固定在傳動主軸上。
確定儲絲筒選用的材料，絲筒半徑及絲筒長度，計算單圈繞絲長度最低值。
（2）主軸的設(shè)計
電動機的轉(zhuǎn)矩通過主軸傳遞,主軸再帶動儲絲筒做高速旋轉(zhuǎn)運動,主軸需要承受一定的轉(zhuǎn)矩,而且需要頻繁的正反轉(zhuǎn),主軸需要承受較大的剪切力和較高的強度且由于軸上要裝配的零件有聯(lián)軸器、同步帶輪和法蘭盤等等零件,所以對主軸進行設(shè)計。
確定主軸選用材料，計算主軸的剛度及強度及相關(guān)力學(xué)校核，選用軸鍵的類型，做出主軸設(shè)計圖。
（3）同步帶的設(shè)計
同步帶傳動結(jié)合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點①無滑動,能保證穩(wěn)定的傳動比；②預(yù)緊力較,軸和軸承上所受的載荷小；③帶的厚度小,單位長度的質(zhì)量也小,因此線速度高。所以本文選擇同步帶作為將主軸的動力傳遞到排絲絲杠上的傳遞件。
計算同步帶齒輪模數(shù)與直徑，計算傳動比及其余相關(guān)參數(shù)。
(4) 排絲部分的設(shè)計
根據(jù)機械設(shè)計相關(guān)知識，設(shè)計排絲絲杠相關(guān)參數(shù)。并且在工作過程中排絲絲杠軸向不承受載荷，只用于傳動。
3.2研究預(yù)期及目
（1） 了解走絲裝置的工作原理；
（2） 根據(jù)走絲裝置的工作原理，擬定總體設(shè)計方案；
（3） 利用機械設(shè)計等的相關(guān)知識,對走絲機構(gòu)中主軸、儲絲筒、排線絲杠、同步帶等的關(guān)鍵部件,根據(jù)機械設(shè)計的相關(guān)知識,對這些關(guān)鍵零部件進行了初步的設(shè)計。
4 進度安排
2014下半學(xué)年
第10周:查閱國內(nèi)外關(guān)于線切割機床的情況，以及相關(guān)文獻資料。
第 11周:根據(jù)任務(wù)書要求，完善本次開題報告內(nèi)容。
第 12周:進一步收集關(guān)于線切割機床的資料，明確線切割機床的組成結(jié)構(gòu)，并完成兩篇篇外文翻譯。
第 13周:進入設(shè)計階段，完成走絲裝置的設(shè)計方案想法。
第 14周:走絲系統(tǒng)的設(shè)計。
第 15周:設(shè)計并完成走絲裝置各零部件及相關(guān)數(shù)據(jù)的計算，完成走絲方案設(shè)計。
第 16周:確定走絲系統(tǒng)方案設(shè)計的可行性。
2015上半學(xué)年
第1周:繪制零件圖。
第2-4周:修改并完善零件圖。
第5-7周:繪制裝配圖。
第8-10周:修改并完善裝配圖。
第11-13周:工藝設(shè)計。
第14周:：檢查論文，準備畢業(yè)答辯。
第15周:畢業(yè)答辯。
參 考 文 獻
[1]許航,楊振步.中走絲線切割機床的應(yīng)用前景[J].模具制造,2011,08:74-76.
[2]曹建福,王偉.一種全閉環(huán)中走絲電火花線切割機床數(shù)控系統(tǒng)[J].制造技術(shù)與機床,2011,10:25-29+36.
[3]廖劍霞,陳浩東,任紅英,戴世清.新型復(fù)合走絲線切割機床的恒張力機構(gòu)研究[J].機械科學(xué)與技術(shù),2008,03:351-355.
[4]曹鳳,盧登星.高速走絲電火花線切割機線架結(jié)構(gòu)的改進[J].電加工與模具,2003,02:27-28+61-62.
[5]狄士春,于濱,趙萬生,遲關(guān)心.國外電火花線切割加工技術(shù)最新進展[J].電加工與模具,2003,03:12-16+65.
[6]董廣強.雙貯絲筒可調(diào)電極絲恒張力控制裝置的研究[J].農(nóng)機化研究,2005,05:89-91.
[7]蔣心燕.國內(nèi)外電火花線切割機的發(fā)展現(xiàn)狀及新技術(shù)的應(yīng)用[J].機電一體化,1995,S2:15-17.
[8]湯泉,彭海寧.“中走絲”電火花線切割機床的特點[J].電加工與模具,2010,04:75-76.
[9]楊振步,張建榮.淺談“中走絲”電火花線切割機床發(fā)展[J].電加工與模具,2012,03:60-62.
[10]劉自強.基于雙運動走絲的線切割加工技術(shù)的研究[J].職業(yè),2009,20:117-119.
[11]賈志新,汪文杰.雙絲筒多層繞絲線切割機床走絲機構(gòu)的設(shè)計[J].電加工與模具,2014,01:22-23+27.
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
- 17 -
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
一、學(xué)生姓名：翟家樂 學(xué)號：11413232
二、題目：電火花線切割機床中走絲走絲系統(tǒng)的設(shè)計
三、專題題目：
四、題目來源： “真實” 、“自擬” □
五、結(jié)業(yè)方式： “設(shè)計” 、“論文” □
六、主要內(nèi)容：
1、學(xué)習和了解線切割機床加工原理和方法，開展調(diào)研工作
2、查閱相關(guān)中外文獻，完成翻譯任務(wù)，提出走絲系統(tǒng)的設(shè)計方案；
3、?完成走絲系統(tǒng)的裝配圖，完成總體方案圖和方案優(yōu)化；
4. 根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)完成理論計算；
5、完成畢業(yè)設(shè)計。 論文字數(shù) 2萬字左右
七 主要（技術(shù)）要求：
1、電機轉(zhuǎn)速定于1440r/min。
2、走絲速度7-12m/s。
3、單圈繞絲長度大于400m。
4、走絲系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
八、日程安排：
2014下半學(xué)年
第10-11周：明確任務(wù)及要求，查閱資料翻譯文獻。
第12-13周：方案論證，比較，撰寫開題報告。?
第14-16周：方案圖、原理圖設(shè)計。
2015年上半學(xué)年
第1-3周：完成工程圖繪制，進行相關(guān)計算。
第4-7周：總體設(shè)計，開始零件圖及裝配圖繪制。
第8-12周： 完成圖紙設(shè)計，完成各類計算。
第13-14周： 檢查設(shè)計完成情況，修改畢業(yè)論文。
第15-16周： 進行畢業(yè)答辯。
九、主要參考文獻和書目
[1] 郭俊杰. 電火花線切割技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2008(02)
[2] 狄士春，于濱，趙萬生，遲關(guān)心. 國外電火花線切割加工技術(shù)最新進展[J] 電加工與模具2003年第3期
[3] 劉海剛，電火花線切割機走絲系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[J]. 電加工. 1997(05)
[4] 董廣強,李富柱. 數(shù)控線切割絲系統(tǒng)的研究[J]. 煤礦機械. 2006(12)
[5] S. Sarkar , M. Sekh, S. Mitra, B. Bhattacharyya. Modeling and optimization of wire electrical discharge machining of -TiAl in trim cutting operation[R] Production Engineering Department, Jadavpur University, Kolkata 700032, India
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
學(xué) 生 簽 字： 年 月 日
系負責人章： 年 月 日
XXXXX
畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)
電火花線切割機床中走絲
走絲系統(tǒng)的設(shè)計
系 名：
專業(yè)班級：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師姓名：
指導(dǎo)教師職稱：
年 月
目錄
摘 要 II
Abstract III
第一章 緒論 1
1.1電火花切割機的概念及分類 1
1.1.1電火花切割機的概念 1
1.1.2電火花切割機的分類 2
1.2國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)況 2
1.3走絲線切割機背景及開展研究的意義 6
1.3.1中走絲線切割機的背景 6
1.3.2走絲線切割機研究的意義 7
第二章 總體設(shè)計 9
2.1 設(shè)計要求 9
2.2 總體方案設(shè)計 9
第三章 總體參數(shù)的選擇與計算 11
3.1電動機的選擇 11
3.1.1選擇電動機類型 11
3.1.2電動機容量的選擇 11
3.2運動和動力參數(shù)計算 12
3.2.1各軸的轉(zhuǎn)速 12
3.4.2各軸的輸入功率 12
3.2.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 12
第四章 主要零部件設(shè)計 13
4.1儲絲筒設(shè)計 13
4.1.1儲絲筒直徑D的確定 13
4.1.2儲絲筒長度L的確定 13
4.1.3儲絲筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
4.2主軸及軸承、鍵的設(shè)計 14
4.2.1主軸尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
4.2.2主軸強度校核計算 14
4.2.3軸承的選擇與校核 16
4.2.4鍵的選擇與校核 17
4.2.5聯(lián)軸器的選用 17
4.3同步帶的設(shè)計 18
4.3.1同步帶概述 18
4.3.2同步帶傳動設(shè)計計算 22
4.3.3同步帶的主要參數(shù) 25
4.3.4同步帶輪的設(shè)計 27
4.4排絲部分的設(shè)計 28
4.4.1滾珠絲杠螺母副概述 28
4.4.2滾珠絲杠型號確定 31
4.4.3滾珠絲杠穩(wěn)定性驗算 31
4.4.4滾珠絲杠剛度驗算 32
4.4.5滾珠絲杠效率驗算 33
4.4.6軸承的選擇與校核 33
4.4.7鍵的選擇與校核 34
總 結(jié) 35
參考文獻 36
致 謝 37
摘 要
隨著模具工業(yè)的發(fā)展，精密模具制造的比重愈來愈大，迫切要求電火花線切割加工不僅要速度快，而且要有尚佳的加工表面質(zhì)量和較高的加工精度。本次設(shè)計主要針對電火花線切割機床中走絲系統(tǒng)進行設(shè)計，該走絲系統(tǒng)主要由雙儲絲筒和使儲絲筒轉(zhuǎn)動的兩個電動機組成。
本次設(shè)計首先，通過對電火花線切割機床中走絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理進行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案；接著，對主要技術(shù)參數(shù)進行了計算選擇；然后，對各主要零部件進行了設(shè)計與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了走絲系統(tǒng)裝配圖及主要零部件圖。
通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞：線切割，走絲系統(tǒng)，儲絲筒，同步帶
Abstract
With the development of the mold industry, the proportion of precision molds manufacturing is getting bigger, the urgent requirement WEDM not only to speed quickly, and have comparatively good surface quality and high precision. The design focused on WEDM go wire system designed to go wire system mainly consists of the package and make dual storage reservoir wire drum rotation two motor.
The design is first, through the WEDM go wire system structure and principle of analysis presented in this analysis, based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, for each major zero components design and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a walk wire system assembly drawings and major components Fig.
Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.
Keywords: Line cutting, Wire walking system, Storage wire tube, Belt
IV
第一章 緒論
1.1電火花切割機的概念及分類
1.1.1電火花切割機的概念
1960年，蘇聯(lián)首先研制出靠模線切割機床。中國1961年也研制出類似的機床。早期的線切割機床采用電氣靠模控制切割軌跡。當時由于切割速度低，制造靠模比較困難，僅用于在電子工業(yè)中加工其他加工方法難以解決的窄縫等。1966年，中國研制成功采用乳化液和快速走絲機構(gòu)的高速走絲線切割機床，并相繼采用了數(shù)字控制和光電跟蹤控制技術(shù)。此后，隨著脈沖電源和數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及多次切割工藝的應(yīng)用，大大提高了切割速度和加工精度。工件安裝在工作臺上，工作臺通常由X軸和Y軸電動機驅(qū)動。工具電極為直徑0.02～0.3毫米的金屬絲，由走絲系統(tǒng)帶動電極絲沿其軸向移動。走絲方式有兩種：①高速走絲，速度為9～10米/秒，采用鉬絲極絲，可循環(huán)反復(fù)使用；②低速走絲，速度小10米/分，電極絲采用銅絲，只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液(乳化液、去離子水等)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息，使工作臺作相應(yīng)的移動，工件與電極絲靠近。當兩者接近到適當距離時(一般為0.01～0.04毫米)便產(chǎn)生火花放電蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序，不斷地發(fā)出進給信號，使加工過程持續(xù)進行。
電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點外，還有一些其他特點：①不需要制造形狀復(fù)雜的工具電極，就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。②能切割0.05毫米左右的窄縫。③加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑，提高了能量和材料的利用率。④在電極絲不循環(huán)使用的低速走絲電火花線切割加工中，由于電極絲不斷更新，有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。⑤電火花線切割能達到的切割效率一般為20～60平方毫米/分，最高可達300平方毫米/分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米，最高可達Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達600毫米。
1.1.2電火花切割機的分類
電火花線切割機按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機（俗稱“快走絲”）、低速單向走絲電火花線切割機（俗稱“慢走絲”）和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機三類。又可按工作臺形式分成單立柱十字工作臺型和雙立柱型（俗稱龍門型）。往復(fù)走絲電火花線切割機床的走絲速度為6～12m/s，是我國獨創(chuàng)的機種。自1970年9月由第三機械工業(yè)部所屬國營長風機械總廠研制成功“數(shù)字程序自動控制線切割機床”，為該類機床國內(nèi)首創(chuàng)。1972年第三機械工業(yè)部對工廠生產(chǎn)的CKX數(shù)控線切割機床進行技術(shù)鑒定，認為已經(jīng)達到當時國內(nèi)先進水平。1973年按照第三機械工業(yè)部的決定，編號為CKX?—1的數(shù)控線切割機床開始投入批量生產(chǎn)。1981年9月成功研制出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標數(shù)控機，產(chǎn)品的最大特點是具有1.5度錐度切割功能。完成了線切割機床的重大技術(shù)改進。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進步。大厚度切割技術(shù)的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超1000mm以上。使往復(fù)走絲線切割機床更具有一定的優(yōu)勢。同時滿足了國內(nèi)外客戶的需求。這類機床的數(shù)量正以較快的速度增長，由原來年產(chǎn)量2～3千臺上升到年產(chǎn)量數(shù)萬臺，目前全國往復(fù)走絲線切割機床的存量已達20余萬臺，應(yīng)用于各類中低檔模具制造和特殊零件加工，成為我國數(shù)控機床中應(yīng)用最廣泛的機種之一。但由于往復(fù)走絲線切割機床不能對電極絲實施恒張力控制，故電極絲抖動大，在加工過程中易斷絲。由于電級絲是往復(fù)使用，所以會造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。
1.2國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)況
（1）國外研究及發(fā)展現(xiàn)況
國外電火花線切割機床的發(fā)展，在原則上離不開三大趨勢，即高速度化，高精度化，表面自動化。未來經(jīng)濟型機床也是一個發(fā)展趨向。在高速度化方面日本走在前列，各廠家均有鼓高生產(chǎn)率在250一300mm/min的機床，例如三艾電機公司的標準型DWCH系列機床、經(jīng)濟型DWC(招系列機床生產(chǎn)率均為25Omm/min，高速型DWC汀系列機床最高生產(chǎn)率達300mm/min，80年代后，瑞士AGIE公司配備HMC電源的ACPsrint系刊機床，90年代初Charmilles公司的ROBOFIL1000系列機床最大生產(chǎn)率均達到300mm/min。目前的電火花線切割機，幾何精度與運動精度均已達到了極高的程度:全行程定位精度2一3m，重復(fù)定位精度2m，加工精度2～3m，為了保證這些精度長時間不變，各生產(chǎn)公司做了不懈的努力，采取了一系列的保護措施。AGIE公司的AC系列機床，盡管功能差異不小，但機床的機械結(jié)構(gòu)卻大體相同.與同類機床相比，其凈重量約為其他機床的二倍，重量的增加主要是考慮了機床結(jié)構(gòu)的力學(xué)和熱學(xué)性能。AG一200D機床采用框架式結(jié)構(gòu)，即是為了加強走絲機構(gòu)的剛性。機床精度的變化對加工精度的影響是不言而喻的，AGIE公司采取了統(tǒng)一溫度場措施，其機床裝有兩套冷卻溫控系統(tǒng)，分別控制加工區(qū)與U、V軸的溫度，及電源箱、機床與室溫的空氣冷卻。兩套系統(tǒng)通過溫度計進行調(diào)整，使溫差不超過1℃。由電極絲的滯后，在角度加工時會產(chǎn)生塌角誤差，特別在小角度與小圓弧切割時表現(xiàn)更為明顯，AGIE公司在這方面擁有稱為Piolt的專利技術(shù)。它利用一套光學(xué)系統(tǒng)測量電極絲受力后的彎曲量，由CNC系統(tǒng)進行補償，其分辨率為2μm.采樣頻率每秒15次，這樣不僅提高了角加工精度，而且使加工速度比一般的拐角對策提高60%，現(xiàn)已運用到AC20-70系列機床上。為保證加工的高精度，Charmilles公司的ROBOFIL300/310機床采用高質(zhì)量的機床鑄件，滾柱軸承單程V型導(dǎo)軌，直流電機直接拖動，光柵位移全封閉。其進給系統(tǒng)設(shè)有超載保證措施，還把運動軸全部移到立柱線架上，工件不動。這就有效解決了因載荷位置變化而可能引起的變形。另外機床基座采用人造花崗石，其絕緣阻抗高，不吸水，耐腐蝕，收縮仁極小，彈性模量小而抗壓強度高，諧振頻率低，特別適合于精密機床的基座。SODICK公司線切割機的重要部件如線臂支架、工作臺面的定盤、工件支架、導(dǎo)絲機構(gòu)等均廣泛采用精密陶瓷材料制作，實現(xiàn)了高剛性及極小的熱變形。人造陶瓷由該公司陶瓷事業(yè)部開發(fā)生產(chǎn)，其電絕緣性極高，能長期維持線切割放電加工所要求的高絕緣阻抗，穩(wěn)定性非常好。三菱公司的機床也有類似的結(jié)構(gòu)。由于電源小的電解作用，切割表面會產(chǎn)生變質(zhì)層，直接影響表面質(zhì)量，影響加工精度。為了解決這個問題，SODICK公司推出了BS電源，無電解作用的電源，可以提高工件表面的硬度，延長模具壽命。以上這些均有效地保證了加工的高精度?？傊?，為了保證加工的高精度，各公司無論是從機床本體的高剛性與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)、新型材料的使用、溫度的控制、拐角對策、無電解作用電源的應(yīng)用，還是從微步驅(qū)動技術(shù)浸水加工方式等方面均投入了巨大的人力物力，同時也取得了顯著的效果。在高自動化方面，32位機的使用使運算速度大大提高，控制內(nèi)容極為豐富，為用戶提供了更大的裕度。以三菱電機公司的機床為例，進給當量由0.5m/脈沖減至0.1m/脈沖，控制軸由四軸增至六軸，程度存貯量由3.9米紙帶增至260米紙帶，程序號設(shè)定由9999條增至99999999條，等等。此外還增加了報警、起始孔計算、漢字顯示、自動繪制正在加工的圖形、微小連接等20個功能。另外如AGIE公司的AGIEPICK自動卸料機械手，AAGIEjet自動預(yù)孔加工裝量等附件的配備都使機床自動化更趨完善。目前，國外線切割機還有向“不降低加工性能，降低造價”方向發(fā)展的趨勢，如日本兄弟公司的HS-3600型、FANUC公司的a-oa型、SODICK公司的A-300W型等機床，在這方面都有突出成就。
（2）國外研究及發(fā)展現(xiàn)況
國外電火花線切割機各生產(chǎn)公司為提高本公司產(chǎn)品的高品質(zhì)不遣余力，對國內(nèi)同行產(chǎn)生了巨大的促進作用，近幾年來，我國電火花線切割機也取得了迅速發(fā)展。在結(jié)構(gòu)方面，國內(nèi)廠家均已普遍重視機床的機械剛度，已開始采用高強度耐磨鑄鐵，經(jīng)過二次低溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力，提高機床剛度。有些機床還采用了低床身設(shè)計，跨距可調(diào)整線架，改進調(diào)節(jié)方式，提高了調(diào)節(jié)精度和線架自身的剛性，同時也使操作更為方便。不少廠家開發(fā)了四聯(lián)桿裝置，不但上、下導(dǎo)輪可聯(lián)動，而且可同步偏擺，使電極絲始終保持在導(dǎo)輪槽對稱平面內(nèi)，不發(fā)生單側(cè)刮擦，從而擴大了切割錐度的范圍。其切點變化引起的加工誤差，由計算機軟件予以補償，同步偏擺也使切割大錐度時，噴水方向始終與電極絲走向一致，例如成都無線電專用設(shè)備廠`的DK7725-CT15O，新火花公司的SPKW250H等，切割錐度都已達16-20。許多廠家也不再強調(diào)電極絲的單一的高速，絲速降低雖然會降低加工速度，但可使振動減弱，機械壽命延長，換向無效工時減少，綜合效益未必低于單一的高絲速。快走絲機床電極絲張力，直接影響到放電加工穩(wěn)定性及切割精度，杭州無線電專用設(shè)備廠、蘇州三光公司、北京電加工機床廠、新火花公司等均采用了三導(dǎo)輪重錘式緊絲器，可初步改善電極絲逐漸變松馳和絲筒上下不同處絲有松有緊的現(xiàn)象，提高了放電加工的穩(wěn)定性及切割精度。對于塊走絲時絲的振動，可用加裝電極絲定位限幅器的方法來隔離和緩解。例如深圳福斯特公司的DK7725機床，使用V型快及紅寶石圓棒組成定位限幅器，電極絲從中通過，該裝置在進行多次切割時尤為重要。北京市電加工研究所的DK7732C機床，采用金剛石三塊式可開合結(jié)構(gòu)的定位限幅器，在工作時每塊聚晶金剛石保持與電極絲虛接觸，起到定位限幅作用。實驗證明，使用該裝置后，切割正八方棱柱體，對邊尺寸精度由平均0.012mm提高到0.008mm，而且切割大厚度工件時不易斷絲，但不能適用于大錐度的切割。上海第八機床廠作為電火花線切割機的專業(yè)生產(chǎn)廠家，近幾年來在新技術(shù)的應(yīng)用、新產(chǎn)品的開發(fā)上也做了不懈的努力，取得如下一系列成績。1990年研制成功DK7732電火花線切割機，其控制柜中采用XK-80A-AA微型計算機線切割機床控制系統(tǒng)，它由專用單板計算機、接口板、直流穩(wěn)壓電源、專用鍵盤、操作控制鍵盤及屏幕顯示器CRT組成，帶有電報機頭一臺，步進電機驅(qū)動電源，可進行完整的中文人機對話、自動偏程。它還具有鑰絲校直、顯示切割軌跡和坐標、間隙補償、縮放切割、自動定中心、短路回退、自動回原點、斷電保護、檢查和修改指令、旋轉(zhuǎn)角度等功能。其高頻脈沖電源為上海市科技攻關(guān)獲獎項目，各項加工工藝指標均達到了當時國內(nèi)先進水平。機床采用可調(diào)升降式線架，并帶有鑰絲張緊機構(gòu)，切割厚度為200mm。DK7732電火花線切割機性能優(yōu)異，操作方便，榮獲1990年匕海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎，1991年大批量投產(chǎn)。1991年開發(fā)了DK7725機床，其控制柜采用DK7732的控制柜SBJCUT-4；機床采用可調(diào)開檔高線架結(jié)構(gòu)，切割厚度大；直線滾動導(dǎo)軌和精密絲杠保證了高精度傳動；大理石工作臺面絕緣性好，剛性高，熱變形小，使加工更穩(wěn)定，加工精度更高。1992年底開始研制新的控制柜SBJCUT-6，它采用了先進的工BM-PC386微機控制系統(tǒng)，CRT彩顯可進行人機中文對話，使用操作極為方便，還具有鑰絲校直，動態(tài)跟蹤圖形顯示、局部視圖具有智能自動聚焦特點，全自動鑰絲短路回退，動畫顯示X、Y、U、V四座標值，間隙補償，旋轉(zhuǎn)任意角度正、反序切割，縮放切割等等功能。其自動編程采用了榮獲93中國高新技術(shù)、新產(chǎn)品博覽會銀質(zhì)獎的YH繪圖式線切割自動編程系統(tǒng)，只要按圖紙標注尺寸輸入，即可自動編程，徹底摒棄了傳統(tǒng)編程系統(tǒng)中順圓、逆圓、拐點、相切、相交、走向等需硬記的規(guī)則；只用鼠標器就可完成全部編程，實現(xiàn)了所見即所得；圖形顯示賞心悅目，全中文提示，具有自動尖角平滑，非圓擬合，齒輪生成，大圓弧處理，跳步模自動生成，加工面積自動計算，三維造型等功能。配用SBJCUT-6控制柜的DK7732-1電火花線切割機榮獲了1993年上海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎。1994年整個機床行業(yè)處于不景氣狀態(tài)，功能優(yōu)異價格高的機床受到了冷落，在江浙一帶廣大的模具之鄉(xiāng)迫切需要的是價廉而主要功能具備的經(jīng)濟型電火花機床。鑒于此種實際情況，上海第八機床廠開始了經(jīng)濟型電火花線切割機DK7725A的研制，床身采用了新結(jié)構(gòu)，提高了剛性，降低了成本，控制部分采用單片機，機床電氣實現(xiàn)無聲換向，一切以主要功能齊全、價低廉、高可靠性為宗旨，終于在九月份研制成功，樣機已被用戶訂購。因其價格低于其它同類產(chǎn)品，深信今年市場上必有它的一席之地。就國外電火花線切割機制造廠家而言，目前已進人了一個比較穩(wěn)定的成長期，線切割的加工速度在目前這種加工方式和條件下再要大幅度提高是較困難的，但可以預(yù)見現(xiàn)時的加工精度、速度、光潔度以及操作性能、機床的功能等都不會就此止步。堅信國內(nèi)外差距必將縮小，經(jīng)過一代人甚至幾代人的努力，我們定能趕超上去，在全球范圍內(nèi)共創(chuàng)電火花加工工業(yè)輝煌的明天。
1.3走絲線切割機背景及開展研究的意義
1.3.1中走絲線切割機的背景
隨著模具工業(yè)的發(fā)展，精密模具制造的比重愈來愈大，迫切要求電火花線切割加工不僅要速度快，而且要有尚佳的加工表面質(zhì)量和較高的加工精度。為滿足廣大用戶需要，單向(低速)走絲電火花線切割機床在20世紀60年代就采用了多次切割技術(shù)，即第一次切割用較大的電規(guī)準進行高速粗切割，然后逐步采用精規(guī)準和精微規(guī)準進行第二次、第三次甚至第四次切割修光，以獲得理想的加工表面質(zhì)量和加工精度。低速走絲電火花線切割機床采用多次切割技術(shù)的結(jié)果表明，多次切割是解決線切割加工速度與加工表面質(zhì)量矛盾、獲得較高綜合工藝效果的有效辦法。幾乎就在低速走絲電火花線切割機床推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)的同時，有關(guān)技術(shù)人員也在高速走絲機床上進行了大量的多次切割試驗，雖取得了不少研究成果，但直至20世紀末仍無一家在生產(chǎn)中真正得到應(yīng)用。難于在商品化電火花線切割機床上實現(xiàn)多次切割的主要原因是:在電極絲高速移動的情況下，運絲系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，電極絲的空間形位變化異常，使前后二次切割的空間位置無法重疊，加上高速走絲的往返切割條紋明顯，要推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)十分困難。
上海大量電子設(shè)備有限公司經(jīng)過幾年的努力，于2002年5月在第九屆中國國際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會上展出了能實現(xiàn)無條紋切割和多次切割的商品化TP系列高速走絲電火花線切割床。3次切割后的尺寸差Δ≤0.006 mm，加工表面粗糙度Ra≤1μm，其加工質(zhì)量明顯高于其他高速走絲電火花線切割機床，并接近于一般的低速走絲電火花線切割機床，從而引起了眾多制造商和用戶的注意。此類機床后來逐步被用戶稱之為“中走絲”機床。而所謂的“中走絲”機床，并非走絲速度介于高速走絲與低速走絲之間，而是指加工質(zhì)量介于高速走絲與低速走絲之間。嚴格來說，把那些能實現(xiàn)無條紋切割和多次切割的電火花線切割機床稱之為“中走絲”是不夠科學(xué)的。被廣大用戶稱為“中走絲”的TP系列電火花線切割機床與其他高速走絲機床的結(jié)構(gòu)基本一樣，走絲速度也是2～11 m s，走絲的形式仍為往復(fù)雙向走絲。所不同的僅僅是應(yīng)用了某些自主開發(fā)的專利技術(shù)，能實現(xiàn)無條紋切割和多次切割，使電火花線切割加工質(zhì)量有顯著提高。
1.3.2走絲線切割機研究的意義
（1）中走絲機的機床精度與工藝效果
根據(jù)GB/T 7926-2005電火花線切割機精度國家標準要求，TP系列中走絲電火花線切割機進行了大量的切割工藝試驗。工件為40mm厚的Cr12正八棱柱（對邊距28mm），3次切割后的加工質(zhì)量。
從中不難得出如下結(jié)論：
（a）能進行多次切割的中走絲電火花線切割機，不僅其機床制造精度比較高，而且切割來的零件尺寸公差和表面質(zhì)量都能明顯高于GB/T 7926-2005國家標準規(guī)定的高速走絲機精度要求。
（b）能進行多次切割的中走絲電火花線切割機，其機床制造精度和切割工藝效果都接近于JB5543-1991標準規(guī)定的低速走絲機精度要求。
（c）多次切割不僅能提高加工表面質(zhì)量，消除往返切割條紋。而且可以解決一次切割時的材料變形影響，有利于提高加工精度。
（d）采用全閉環(huán)（或者說雙環(huán)控制）控制后中走絲機，能實現(xiàn)齒隙補償、螺距補償及絲徑補償，提高中走絲機的機床定位精度和加工精度。
（e）能獲得較高的切割速度。在中走絲機的開發(fā)初期，人們比較關(guān)心加工精度和加工表面質(zhì)量，而忽視切割速度。那時的平均切割速度一般只有15～20mm/min；現(xiàn)在對高頻脈沖電源、跟蹤進給控制方式以及線切割工作液作了某些改進后，可以提高線切割總平均速度，試驗時的總平均切割速度已達到30mm/min以上，即第一次切割速度為150mm/min，第二次切割速度為80～90mm/min，第三次切割速度為100mm/min上下。
（2）中走絲機的應(yīng)用成本低
電火花線切割加工應(yīng)用成本，包括機床設(shè)備折舊分攤成本、加工消耗、人員費用及管理成本等，如表2所示。
（a）中走絲電火花線切割機價格低。中走絲電火花線切割機的市場價大約為低速走絲電火花線切割機的五分之一，即買一臺低速走絲電火花線切割機的錢可以買5臺中走絲電火花線切割機。這樣在計算加工成本時，低速走絲電火花線切割機的設(shè)備折舊分攤成本為15～30元/h，而中走絲電火花線切割機只有3～6元/h。
（b）中走絲機加工消耗低。電火花線切割機的加工消耗，主要是電極絲、工作液（去離子水、乳化液等），其次是導(dǎo)向器件和過濾器，還有人工費和電費。低速走絲電火花線切割所用的銅絲是單向移動一次使用，按每卷5kg用20h計算，每小時需消耗17.5元；中走絲機用的鉬絲是反復(fù)使有，按上一次絲200m使用20h計，每小時需消耗僅3元。工作液的消耗相差不大，低速走絲機約1.5元/h，中走絲機約1.0元/h；低速走絲機耗電約3元/h，中走絲機為1.5元/h。其它消耗較低，所占的比重有限。在不計人工及管理費用情況下，中走絲機消耗不到6元/h，低速走絲機則超過23元/h。
第二章 總體設(shè)計
2.1 設(shè)計要求
技術(shù)參數(shù)要求：
（1）電機轉(zhuǎn)速定于1440r/min；
（2）走絲速度7-12m/s；
（3）單圈繞絲長度大于400m；
（4）走絲系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
2.2 總體方案設(shè)計
該走絲系統(tǒng)裝置如圖2-1所示由雙儲絲筒和使儲絲筒轉(zhuǎn)動的兩個電動機組成，而且每個儲絲筒連接一個磁粉制動器，通過磁粉制動器對放絲儲絲筒施加制動力矩。當儲絲筒處于收絲狀態(tài)時，與此儲絲筒相連接的電動機工作，提供動力轉(zhuǎn)矩，與之連接的磁粉制動器斷電，處于不工作狀態(tài)；與此同時另一個儲絲筒處于放絲狀態(tài)，與它相連接的電動機斷電處于不工作狀態(tài)，與此儲絲筒相連接的磁粉制動器處于通電勵磁工作狀態(tài)，提供阻力轉(zhuǎn)矩，使電極絲處于張緊狀態(tài)。
一般地，快走絲線切割機床走絲速度快，換向時間短，加工過程中存在豎向條紋，這種新型走絲系統(tǒng)，采用分層的設(shè)計，可實現(xiàn)在較小的儲絲筒上纏繞1000多米的電極絲，換向時間大大的延長了，可延遲換向條紋的產(chǎn)生。
各零部件設(shè)計方案：
設(shè)計中的電機轉(zhuǎn)速為1440r/min，走絲速度為7～12m/s。
（1）儲絲筒設(shè)計
儲絲筒的作用主要是使電極絲按照一定的速度運行，并將電極絲按照一定的間距整整齊齊的排列在儲絲筒上。由于本設(shè)計采用的是雙儲絲筒的走絲系統(tǒng)，為了減少機床體積，儲絲筒采用螺紋聯(lián)結(jié)的固定方式，儲絲筒只起到繞絲的作用。將儲絲筒固定在傳動主軸上。
確定儲絲筒選用的材料，絲筒半徑及絲筒長度，計算單圈繞絲長度最低值。
（2）主軸的設(shè)計
電動機的轉(zhuǎn)矩通過主軸傳遞，主軸再帶動儲絲筒做高速旋轉(zhuǎn)運動，主軸需要承受一定的轉(zhuǎn)矩，而且需要頻繁的正反轉(zhuǎn)，主軸需要承受較大的剪切力和較高的強度且由于軸上要裝配的零件有聯(lián)軸器、同步帶輪和法蘭盤等等零件，所以對主軸進行設(shè)計。
確定主軸選用材料，計算主軸的剛度及強度及相關(guān)力學(xué)校核，選用軸鍵的類型，做出主軸設(shè)計圖。
（3）同步帶的設(shè)計
同步帶傳動結(jié)合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點①無滑動，能保證穩(wěn)定的傳動比；②預(yù)緊力較，軸和軸承上所受的載荷小；③帶的厚度小，單位長度的質(zhì)量也小，因此線速度高。所以本文選擇同步帶作為將主軸的動力傳遞到排絲絲杠上的傳遞件。
計算同步帶齒輪模數(shù)與直徑，計算傳動比及其余相關(guān)參數(shù)。
(4) 排絲部分的設(shè)計
根據(jù)機械設(shè)計相關(guān)知識，設(shè)計排絲絲杠相關(guān)參數(shù)。并且在工作過程中排絲絲杠軸向不承受載荷，只用于傳動。
第三章 總體參數(shù)的選擇與計算
3.1電動機的選擇
3.1.1選擇電動機類型
電動機是標準部件。因為室內(nèi)工作，運動載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。
3.1.2電動機容量的選擇
1）走絲機所需要的功率為：
取沿絲方向的走絲阻力為F=300N
已知：走絲速度為v=7～12m/s
故：
2）電動機的輸出功率為
——電動機至儲絲筒的傳動裝置總效率。
取聯(lián)軸器傳動效率，儲絲筒傳動效率，電動機至儲絲筒的傳動裝置總效率為：
3）電動機所需功率為：
因有輕微震動 ，電動機額定功率只需略大于即可，查《機械設(shè)計手冊》表19-1選取電動機額定功率為1.5KW。
已知電機轉(zhuǎn)速定于1440r/min
故：選定電機型號為Y90L-4，滿載轉(zhuǎn)速，功率1.5。
3.2運動和動力參數(shù)計算
3.2.1各軸的轉(zhuǎn)速
1軸
2軸
3.4.2各軸的輸入功率
1軸
2軸
3.2.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電機軸
1軸
2軸
整理列表
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動比
電機軸
1.5
9.95
1440
1軸
1.485
9.85
1440
1
2軸
1.426
9.46
1440
1
第四章 主要零部件設(shè)計
4.1儲絲筒設(shè)計
4.1.1儲絲筒直徑D的確定
已知：電機轉(zhuǎn)速定于1440r/min，走絲速度7-12m/s
故：
為了確保單圈繞絲長度最大化，盡量取計算的儲絲筒直徑的偏大值，本次取：
4.1.2儲絲筒長度L的確定
設(shè)計要求：單圈繞絲長度大于400m
即：
故：
已知：儲絲筒直徑
絲的直徑
所以有：，本次?。?
4.1.3儲絲筒結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)儲絲筒直徑D、長度L及后面計算得到的主軸直徑，匹配后得到的儲絲筒結(jié)構(gòu)及尺寸結(jié)果如下圖示：
4.2主軸及軸承、鍵的設(shè)計
4.2.1主軸尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）軸上的功率P1，轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1
，，
（2）初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計表11.3，取，于是得：
該處開有鍵槽故軸徑加大5%～10%，且主軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故?。?。
（3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
（a）為了滿足帶輪的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取故取2段的直徑，長度。
(b) 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查機械設(shè)計手冊選取0基本游隙組，標準精度級的深溝球滾子軸承6204，故，，軸承采用軸肩進行軸向定位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。
(c) 為便于安裝，取儲絲筒段軸直徑，儲絲筒寬度B=360mm，齒故取。
（4）軸上零件的周向定位
查機械設(shè)計表，聯(lián)軸器的平鍵截面。
4.2.2主軸強度校核計算
（1）求作用在軸上的力
已知儲絲筒直徑為 ，根據(jù)《機械設(shè)計》（軸的設(shè)計計算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則
（2）求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a值。對于30207型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=15mm。因此，軸的支撐跨距為L1=72mm。
根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面。先計算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
，
，
C截面彎矩M
總彎矩
扭矩
（3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力
已選定軸的材料為45，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。
（4）鍵的選擇
采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，聯(lián)接聯(lián)軸器的平鍵截面，。
齒輪與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。
4.2.3軸承的選擇與校核
（1）軸承選擇
因為軸承受一定的軸向力的作用，所以選用角接觸軸承。
軸Ⅰ：從《機械設(shè)計課程設(shè)計》中表15-3中查得軸承的型號為：6204。外形尺寸為：d1=20mm，D1=47mm，B1=14mm。
（2）軸承校核
1）按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為角接觸球滾子軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h
由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=340.43N，
軸向力為Fa1=159.90N，
2）初步選擇滾動軸承型號為30206，其基本額定動載荷為Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。
3）．徑向當量動載荷
動載荷為，查得，則有
，滿足要求。
4.2.4鍵的選擇與校核
（1）鍵的選擇
鍵的類型有平鍵、半圓鍵、切向鍵等，是一種實現(xiàn)軸與輪轂間周向固定、用以傳遞轉(zhuǎn)矩的標準件，應(yīng)用非常地廣泛。[3]
①、聯(lián)軸器所用鍵：聯(lián)軸器所在軸徑為16mm，從《機械設(shè)計》中表14-1中查得鍵寬為：b=5mm，鍵高為：h=5mm，從鍵的長度系列可選擇L=32mm。
②、同步帶輪所用鍵：同步帶輪所在軸徑為18mm，從《機械設(shè)計》中表14-1中查得鍵寬為：b=6mm，鍵高為：h=6mm，從鍵的長度系列可選擇L=18mm。
③、制動器所用鍵：制動器所在軸徑為16mm，從《機械設(shè)計》中表14-1中查得鍵寬為：b=5mm，鍵高為：h=5mm，從鍵的長度系列可選擇L=12mm。
（2）鍵的強度校核
鍵、軸材料都是鋼，由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為
鍵的工作長度，
，合適
，合適
4.2.5聯(lián)軸器的選用
根據(jù)前面計算，主軸最小直徑：為了與電機軸及聯(lián)軸器配合取
查機械手冊，根據(jù)軸徑和計算轉(zhuǎn)矩選用彈性柱銷聯(lián)軸器：
聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計算
查表課本14-1， K=1.3，則
啟動載荷為名義載荷的1.25倍，則
按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊選擇聯(lián)軸器型號為選用YL3（J1型）凸緣聯(lián)軸器，其允許最大扭矩[T]=25，許用最高轉(zhuǎn)速 n=5000，半聯(lián)軸器的孔徑d=16，孔長度l=35mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=36。
4.3同步帶的設(shè)計
4.3.1同步帶概述
（1）同步帶介紹
同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。
同步帶傳動（見圖4-2）時，傳動比準確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw，i<10，對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。
圖4-2 同步帶傳動
同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉(zhuǎn)動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。 同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達1:10。允許線速度可達50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。
（2）同步帶的特點
(a) 傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；
(b) 傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；
(c) 傳動效率高，可達0.98，節(jié)能效果明顯；
(d) 維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低；
(e) 速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；
(f) 可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。
（3）同步帶傳動的主要失效形式
在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種：
(a) 同步帶的承載繩斷裂破壞
同步帶在運轉(zhuǎn)過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當選用的主動撈輪直徑過小，使承載繩在進入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用，也會產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見圖4-3)。
圖4-3 同步帶承載繩斷裂損壞
(b) 同步帶的爬齒和跳齒
根據(jù)對帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：
a)控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號所決定的許用圓周力。
b)控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。
c)適當增大帶安裝時的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。
d)提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。
(c)帶齒的剪切破壞
帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴展，并沿承線繩表面延件，直至整個帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖4-4）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個：
a)同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致帶齒剪切損壞。
b)帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。
（3）同步帶的基體材料強度差
為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強度的材料作為帶的基體材料。
圖4-4 帶齒的剪切破壞
（4）帶齒的磨損
帶齒的磨損（見圖4-5）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應(yīng)在安裝時合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計時，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時輪齒的擠壓和刮削；此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。
圖4-5 帶齒磨損
（5）同步帶帶背的龜裂(圖4-6)
同步帶在運轉(zhuǎn)一段時期后，有時在帶背會產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn)
生龜裂的原因如下，
(a)帶基體材料的老化所引起；
(b)帶長期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。
圖4-6 同步帶帶背龜裂
防止帶背龜裂的方法是改進帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。
（6）同步帶傳動的設(shè)計準則
據(jù)對同步帶傳動失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴格，安裝調(diào)試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動的主要失效形式為如下三種；
(a)同步帶的承載繩疲勞拉斷；
(b)同步帶的打滑和跳齒；
(c)同步帶帶齒的磨損。
因此，同步帶傳動的設(shè)計淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下應(yīng)對帶齒進行耐磨性計算。
（7）同步帶分類
同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。
梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB〕。
梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO 5296制訂了同步帶傳動相應(yīng)標準GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。
弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。
弧齒同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
4.3.2同步帶傳動設(shè)計計算
（1）電機額定輸出功率估算
=7.16W
（2）確定計算功率
電動機每天使用24小時左右，查表4-1得到工作情況系數(shù)=1.7。則計算功率為:
12.17W
（3）小帶輪轉(zhuǎn)速計算
（4）選定同步帶帶型和節(jié)距
由同步帶選型圖4.1可以看出，由于在這次設(shè)計中功率轉(zhuǎn)速都比較小，所以帶的型號可以任意選取，現(xiàn)在選取H型帶，節(jié)距
表4-1工作情況系數(shù)看
圖4-7 同步帶選型圖
（5）選取主動輪齒數(shù)
查表4-2知道小帶輪最小齒數(shù)為14，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為41。
（6）小帶輪節(jié)圓直徑確定
=
表4-2 小帶輪最小齒數(shù)表
（7）大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定
由于系統(tǒng)傳動比為，所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù)，節(jié)距
（8）帶速v的確定
（9）初定周間間距
根據(jù)公式
得
現(xiàn)在選取軸間間距為600mm。
（10）同步帶帶長及其齒數(shù)確定
=()
==1720.67mm
（11）帶輪嚙合齒數(shù)計算
有在本次設(shè)計中傳動比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=20。
（12）基本額定功率的計算
查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可以知道：=2100.85N，m=0.448kg/m
所以同步帶的基準額定功率為
==0.21KW
表4-3 基準寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量
（13）計算作用在軸上力
==71.6N
4.3.3同步帶的主要參數(shù)
（1）同步帶的節(jié)線長度
同步帶工作時，其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要參數(shù)。當傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標準中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表4-4）。
表4-4 帶節(jié)線長度表
（2）帶的節(jié)距Pb
如圖4-8所示，同步帶相鄰兩齒對應(yīng)點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標準同步帶的齒形尺寸見表4-5。
（3）帶的齒根寬度
一個帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應(yīng)就能傳送較大的裁荷。
圖4-8 帶的標準尺寸
表4-5 梯形齒標準同步帶的齒形尺寸
（4）帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設(shè)計時應(yīng)選適當?shù)臄?shù)值。
（5）帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時，帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。
（6）齒形角
梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。
（7）同步帶的設(shè)計結(jié)果
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表4-6，帶的圖形如圖4-9。
表4-6 同步帶尺寸
型號
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
12.7
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖4-9 同步帶
4.3.4同步帶輪的設(shè)計
（1）同步帶輪的設(shè)計的基本要求
(a)保證帶齒能順利地嚙入與嚙出
由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。
(b)輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。
(c)有良好的加了工藝性
加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。
(d)具有合理的齒形角
齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。
（2）同步帶輪的設(shè)計結(jié)果
同步帶輪用梯形齒，其圖形如圖4-10。
圖4-10 同步帶輪結(jié)構(gòu)
4.4排絲部分的設(shè)計
4.4.1滾珠絲杠螺母副概述
（1）工作原理
滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠來使絲杠與螺母之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的絲杠傳功。滾珠絲杠副在機械傳動中的作用，同樣是可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，也可以將直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，其傳動方式也是多種多樣的。
滾珠絲杠副一般是由絲杠1、螺母2、滾珠3以及滾珠循環(huán)返回裝置4四個主要部分組成。如圖4-11所示。
(a) 為外循環(huán)方式 b) 為內(nèi)循環(huán)方式
1-滾珠絲杠 2-螺母 3-滾珠 4-反向器
圖4-11 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)
從4-11可知，滾珠絲杠副就是指在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間，連續(xù)填滿滾珠作為中間體的螺旋傳動。其工作原理如下：
當螺母2(或絲杠1)轉(zhuǎn)動時，在絲杠與螺母間布置的滾珠3依次沿螺紋滾道滾動，同時滾珠3促使絲杠1(或螺母2)作直線運動。為了防止?jié)L珠沿螺紋滾道滾出，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置(返向器)4，構(gòu)成一個封閉的滾珠循環(huán)通道。借助于這個返回裝置，可以使?jié)L珠沿滾道面運動后，經(jīng)通道自動地返回到其工作的入口處，從而使?jié)L珠能在螺紋滾道上繼續(xù)不斷地參與工作。為了消除間隙和提高傳動精度及剛度，滾珠螺母常由兩段組成。
滾珠絲杠副除了上述四個部分外，還要有擦拭器，擦拭器將異物從滾珠絲杠內(nèi)部的關(guān)鍵部件中清除掉，并確保有效潤滑。在許多應(yīng)用場合，擦拭器可延長滾珠絲杠的壽命并提高機械的可靠性。擦拭器可安裝在滾珠絲杠的外部或內(nèi)部。
（b）滾珠絲杠副的傳動特點
滾珠絲杠副作為精度高的傳動元件在精密機床、數(shù)控機床上得到廣泛的應(yīng)用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個領(lǐng)域應(yīng)用的很普遍，可用作精密定位自動控制、動力傳遞和運動轉(zhuǎn)換。滾珠絲杠副傳動與滑動絲杠傳動相比其主要特點是：
傳動效率高，可達0.9～0.98，平均為滑動絲杠傳動的2～3倍，可節(jié)省動力1/2～3/4，有利于主機的小型化及減輕勞動強度；
摩擦力矩小，接觸剛度高，使溫升熱變形減小，有利于改善主機的動態(tài)性能和提高工作精度；
工作壽命長。平均可達滑動螺旋傳動的10倍左右；
傳動無間隙，無爬行，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動精度高；
具有很好的高速性能，其臨界轉(zhuǎn)速之dn值 （d為軸徑，mm；n為轉(zhuǎn)速，r/min）可達40000以上，可實現(xiàn)線速度120r/min的高速驅(qū)動；
具有傳動的可逆性。既可以把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，也可以把直線運動變?yōu)檗D(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，且逆?zhèn)鲃有逝c正傳動效率相近；
已經(jīng)實現(xiàn)系列尺寸標準化，并出現(xiàn)了冷軋滾
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