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蘇州科技學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 設 計 題 目 便攜式電火花小孔機結構設計 院 系 機 電 工 程 系 專 業(yè) 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 學 生 姓 名 夏 旭 學 號 0930116120 起 迄 日 期 2013 年 月 日 2013 年 月 日 設 計 地 點 校 內 指 導 教 師 殷 振 職稱 實驗師 職稱 完成日期 年 月 日 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 I 便攜式電火花小孔機設計 摘 要 電火花加工技術是先進制造技術的一個重要組成部分 是機械制造業(yè)中最廣泛采用的機 械切削和磨削加工的重要補充和發(fā)展 隨著新世紀電火花加工技術的不斷發(fā)展 同時也對電 火花加工機床的可操作性 加工效率和加工質量提出了越來越高的要求 智能控制作為一種 新興理論 為解決復雜過程的控制提供了一條有效途徑 已逐漸成為電火花加工領域中的一 個新的研究熱點 由此開發(fā)而來的新技術產品正不斷帶來巨大的經濟效益 本文通過對現有的電火花加工機床的研究 針對機械行業(yè)的需求 設計開發(fā)了便攜式電 火花小孔機 設計了便攜式電火花小孔機的機械結構 并重點對主軸傳動部分進行設計 關鍵詞 電火花加工 便攜式 小孔機 機械結構 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 II Abstract EDM technology is an important part of advanced manufacturing technology is an important supplement and development of mechanical cutting and grinding machining in machine manufacture With the continuous development of new century electric spark machining technology but also on the EDM machine tool operation the machining efficiency and quality put forward higher requirements Intelligent control is a newly developed theory which provides an effective way for the control of complicated process has gradually become a new hotspot in the field of electric spark processing technology new product development and thus to continuously bring huge economic benefits In this paper through the study of EDM machine tool of the existing machinery according to industry needs design and development of portable electric spark small hole machine The design of the mechanical structure of portable electric spark machine holes and focus on the main shaft transmission part design Keywords EDM portable small hole machine mechanical structure XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 III 目 錄 摘 要 Abstract III 第一章 緒論 1 1 1 課題研究的意義 1 1 2 國內外電火花加工的發(fā)展 2 1 2 1 國外電火花加工的的發(fā)展 2 1 2 2 我國電火花加工的發(fā)展 2 1 3 電火花加工原理 3 1 4 本論文研究的主要內容 3 第二章 便攜式電火花小孔機方案分析 5 2 1 便攜式電火花小孔機加工的優(yōu)勢 5 2 2 便攜式電火花小孔機適用范圍及特點 5 2 3 設計方案 6 2 3 1 方案要求 6 2 3 2 方案功能設計與分析 7 2 3 3 控制部分的作用 7 2 3 3 控制部分的組成及作用 8 2 4 本章小結 9 第三章 機械結構的設計 10 3 1 概述 10 3 2 導軌的選擇和計算 11 3 2 1 導軌 11 3 2 2 滑軌的選擇 12 3 3 絲杠的設計 15 3 4 伺服電機的選擇 17 3 4 1 軸向進給伺服電機的選擇 17 3 4 2 工作頭旋轉伺服電機的選擇 18 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 IV 3 5 軸承的設計計算 19 3 6 本章小結 20 第四章 結論 21 4 1 本論文取得的結果 21 4 2 設計的心得總匯 21 致 謝 22 參考文獻 23 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 0 第一章 緒論 1 1 課題研究的意義 電火花加工具有非常明顯的優(yōu)勢 由于它擁有的適合于任何難切削導電材料 并且可以 加工特殊及復雜形狀和結構等優(yōu)勢 在機械加工領域中 一直占據著非常重要的位置 因此 電火花加工被廣泛地應用于模具的制造 和特殊形狀的加工等方面 為了提高電火花加工的教學課堂效果 以及相關培訓所能達到的效果 設計 開發(fā)一個 能夠被用于教學演示的便攜式微型電火花加工機床 具有非常重要的意義 另外 本項目所研制的便攜式電火花加工機床 也可以作為一種便攜式的電火花加工工 具 在不常使用或不易使用大型電火花加工設備的地方 對于科研和生產中各種難加工材料 難加工型孔和難加工結構的加工 具有重要的 難以替代的作用 電火花小孔機屬于電火花加工機床的一種 其工作原理是利用連續(xù)移動的細金屬絲 稱 為電極絲 作電機 對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬 切割成型 與電火花線切割機床 成型機不同的是 它的電脈沖的電極是空心銅棒 介質從銅棒孔穿過與工件發(fā)生放電 腐蝕 金屬達到穿孔的目的 用于加工超硬鋼材 硬質合金 銅 鋁及任何可導電性物質的細孔 作為先進制造技術的一個重要分支 特種加工技術 尤其是電火花加工技術 自 20 世 紀 40 年代開創(chuàng)以來 歷經半個多世紀的發(fā)展 已成為先進制造技術領域不可或缺的重要組 成部分 電火花加工具有以下優(yōu)點 1 可以加工難以用金屬切削方法加工的零件 不受材料硬度影響 2 由于工具電極與工件電極不直接接觸 沒有機械切削力 所以在制作工具電 極時不必考慮其受力特性 工具電極可以做的十分微細 能進行微細加工和復雜型 面加工 3 電火花加工是通過脈沖放電來腐蝕金屬材料的 而脈沖電源的參數隨時可調 因此在同一情況下 只需調整電參數即可切換粗 半精 精 超精加工 電火花加工的局限性 1 電火花加工生產效率低 2 被加工的工件只能是導體 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 1 3 存在電極損耗 這就影響了成型精度 4 加工表面有變質層 5 加工過程必須在工作液中進行 電火花加工時放電部位必須在工作液中 否 則將引起異常放電 6 線切割加工有厚度極限 1 2 國內外電火花加工的發(fā)展 1 2 1 國外電火花加工的的發(fā)展 目前計算機技術廣泛應用于工業(yè)領域 電火花加工實現了數控化和無人化 美國 日 本的一些電火花加工設備生產公司依靠其精密機械制造的雄厚實力 通過兩軸 三軸和多軸 數控系統(tǒng) 自動工具交換系統(tǒng)及采用多方向伺服的平動 搖動方案 解決了電火花加工技術 中一系列實質性的問題 隨著具有高精度 高剛度 高自動化 高加工表面粗糙度的機床不 斷出現 使加工的功能及范圍不斷擴大 如今 在國際上 電火花加工可以加工大至數十噸 重的模具和零件 小至幾微米的微孔 1 2 2 我國電火花加工的發(fā)展 20 世紀 50 年代初期 我國開始研究和試制電火花鍍敷設備 即把硬質合金用電火花 工藝鍍敷在高速鋼金屬切削刀具和冷沖模刃口上 提高金屬切削刀具和模具的使用壽命 同 時我國還成功研制了電火花穿孔機 并廣泛應用于柴油機噴嘴小孔的加工 20 年代初 上海科學院電工研究所成功研制了我國第一臺靠模仿形電火花線切割機床 隨后又出現了具有我國特色的冷沖模工藝 即直接采用凸模打凹模的方法 使凸凹模配合的 均勻性得到了保證 大大簡化了工藝過程 60 年代末 上海電表廠張維良工程師在陽極切割的基礎上發(fā)明了我國獨有的高速走絲 線切割機床 上海復旦大學研制出電火花線切割數控系統(tǒng) 70 年代隨著電火花工藝裝備的不斷進步 電火花型腔模具成型加工工藝已經成熟 線 切割工藝也從加工小型冷沖模發(fā)展到可以加工中型和較大型模具 切割厚度不斷增加 加工 精度也不斷提高 80 年代以來計算機技術飛速發(fā)展 電火花加工也引進了數控技術和電腦編程技術 數 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 2 控技術的普及 使人們從繁重 瑣碎的編程工作中解放出來 極大的提高了效率 1 3 電火花加工原理 電火花加工是一種新的加工技術 自五十年代以來 我國開始研究和試用 經過不斷發(fā) 展 已得到日益廣泛的應用 成為加工各種模具和零件的有效方法 電火花加工是利用兩極見脈沖放電時產生的電腐蝕現象 對材料進行加工的方法 早在十九世紀 人們就發(fā)現了電器開光的觸點開閉時 以為放電 使接觸部位燒蝕 造 成接觸面的損壞 這種放電引起的電極燒蝕現象叫做電腐蝕 起初 電腐蝕被認為是有害的 為減少和避免這種有害的電腐蝕 人們一直在研究電副食產生的原因和防止的辦法 當人們 掌握了它的規(guī)律之后 便創(chuàng)造條件 轉害為益 把電腐蝕用于生產中 研究結果表明 當兩極產生放電的過程中 放電通道瞬時產生大量的熱 足以使電極材 料表面局部熔化或汽化 并在一定條件下 熔化或汽化的部分能拋離電極表面 形成放電腐 蝕的坑穴 二十世紀四十年代初 人們進一步認識到 在液體介質中進行重復性脈沖放電時 能夠 對導電材料進行尺寸加工 因此 創(chuàng)立了 電火花加工法 電火花加工是與機械加工性質完全不同的一種新工藝 新技術 機械加工是通過機床部 件的相對運動 用比工件材料硬的刀具去切除工件上多余的部分 來得到成品零件的 但隨 著工業(yè)生產的發(fā)展和科學技術的進步 具有高熔點 高硬度 高強度 高脆性 高粘性 高 韌性 高純度等性能的新材料不斷出現 具有各種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多 仍然采用機械加工法 有時是難于加工或無法加工的 因此 人們除了進一步發(fā)展和完善機 械加工法之外 還努力尋求新的加工法 電火花加工法能夠適應生產發(fā)展的需要 并在應用 中顯出很多優(yōu)異性能 因此得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應用 1 4 本論文研究的主要內容 本人系統(tǒng)學習了電火花加工技術的知識 查閱了一些相關的文獻資料 在此基礎上 結 合本人的設想和設計工作中需要解決的任務 主要進行了以下幾項工作 1 進行電火花小孔機本體結構的方案分析和設計 2 對電火花小孔機主要傳動部件的設計和計算 3 主傳動系統(tǒng)的設計 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 3 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 4 第二章 便攜式電火花小孔機方案分析 2 1 便攜式電火花小孔機加工的優(yōu)勢 隨著工業(yè)現代化的發(fā)展 機械行業(yè)對各種機械設備零件的加工量愈來愈大 對其質量 和精度要求 也再不斷提高 我們都知道 在機械加工過程中 容易將絲錐 鉆頭 絞刀等 加工工具斷折在工件內部 不僅影響生產進度 還會降低產品質量 目前常規(guī)的辦法是手工 提取或用電火花加工機提取 既費時又費力 有時還會將工件報廢 給企業(yè)造成很大的經濟 損失 該項目是針對上述問題而開發(fā)的高技術產品 不但用于模型的制造 維修 斷錐鉆頭及 破損刀具在工件內部的提取 還可作為培訓模具專業(yè)人員的入門機型 是一靈活多用的小型 五金工具 此外 該項目投產后 其產品主要應用于機械制造 汽車制造 加工 修理及特種加工 行業(yè) 作為特種加工工具 便攜式小型設備 使用 各大 中 小企業(yè)都適用 具有很強的實 用性和通用性 容易普及和推廣 可給生產本產品的企業(yè)帶來可觀的經濟效益 其社會效益 也是不可估量的 例如生產汽油機 柴油機的企業(yè)及模具加工企業(yè) 每年因為絲錐 鉆頭以 及其他加工工具折斷在工件內部 無法取出而造成廢品 其經濟損失約占 6 7 因而 該產品的市場需求量相當大 該產品還可以和數控銑 立銑 加工中心等設備配合使用 完成數控放電加工所能完成 的任務 可為小型特種加工企業(yè)和小型模具加工企業(yè)節(jié)省大量的設備費用 降低生產成本 提高了產品的利潤 而產品本身成本低廉 其經濟效益也就不言而喻 2 2 便攜式電火花小孔機適用范圍及特點 電火花小孔機的適用范圍主要有以下幾點 1 去除折斷在工件中各種直徑的絲錐 鉆頭 絞刀 螺釘 塞規(guī)等工具 刀具 2 可在任意大小 形狀的工件上加工 3 工件上各種角度位置的加工 4 加工非精度要求孔 5 尤其適用于難于在電火花機床上加工的大型工件 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 5 其特點有以下幾點 1 采用電蝕原理去除折斷刀具 非接觸加工 加工中不受力 不損傷工件 2 便攜式設計 可以方便的在各種環(huán)境下使用 3 采用磁性底座 加工裝置可以吸到工件上加工 4 工作頭可任意角度調整 5 自動進給加工 不占用人員 7 采用水作工作液 經濟方便 8 電源采用單相 220V 電源 可方便接線 10 加工深度自動控制 11 采用專用電極 可以做 200mm 以內的深孔加工作業(yè) 12 內置進口高壓電磁水泵 給水方便快捷 啟動后 2 秒鐘內出水 13 提供多種選購件以適用于不同的需求 14 提供磁力外部給水管 方便外部給水作業(yè) 2 3 設計方案 2 3 1 方案要求 設備性能 1 能加工不銹鋼 淬火鋼 硬質合金 銅 鋁等各種導電材料 2 能加工孔徑 0 3 3 0 最大深徑比能達 200 1 以上 3 加工速度可達 10 50mm min 4 直接使用自來水作工作液 5 外形小巧 便于攜帶 主要技術參數 1 工作臺面尺寸 460 260mm 2 最大加工深度 200mm 3 加工孔徑 0 3 3mm 4 最大加工速度 10 50mm min 5 供電電源 220V XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 6 6 整機重量 20kg 2 3 2 方案功能設計與分析 電火花小孔機主要由機械部分和控制部分兩個部分組成 控制部分和機械部分構成了 電火花小孔機的整體 2 3 3 控制部分的作用 電火花加工在微觀上表現為兩極間的脈沖性火花放電 間隙放電過程是一個極其復雜的 過程 受到多種因素的干擾 使加工過程的穩(wěn)定性很難得到保證 對于手動控制的電火花加 工機床的加工 要求操作人員經常調整伺服進給 脈間 抬刀 沖液等參數 保持加工過程 的穩(wěn)定和高效 由于控制參數多 存在相互影響 對操作人員的經驗有較高的要求 而具有 自動控制功能的電火花加工機床 目前還不能完全脫離人的因素 在加工的穩(wěn)定性和高效性 方面 與機器相比 熟練工人仍具有較大的優(yōu)勢 面向快速制造的電火花加工技術要求加工 過程的無人化和智能化 這也是電火花加工研究領域的一個重要方向 目前該方向尚存在兩 方面的問題需要解決 一方面是離線參數的選擇 如電規(guī)準選取等 可以通過智能數據庫及 專家系統(tǒng)來解決 另一方面是控制參數的在線調節(jié)問題 如脈沖間隔 抬刀 伺服參考電壓 等 由于目前尚沒有有效的數學模型可以利用 這類問題只有依靠智能控制方法來解決 電火花加工過程控制通常包括三部分 1 加工前工藝參數的選擇 主要是根據以往的加工經驗 選擇合適的加工規(guī)準 以滿 足加工質量的要求 這種功能可以由智能專家系統(tǒng)完成 智能專家系統(tǒng)以加工速度為評價標 準 以工具 工件材料 工作液性質及加工零件復雜性為約束條件 根據工藝參數與加工質 量 包括表面粗糙度 仿型精度 之間的關系 給出合理的加工規(guī)準 國內外在這方面己有許 多研究成果報道 2 加工中放電狀態(tài)的控制 主要是以放電狀態(tài)為評價標準 對工藝參數進行在線調整 以保證加工長時間高效 持續(xù) 穩(wěn)定進行 通常的電火花加工控制主要是針對這部分而言 對它的研究一直是電火花加工領域的熱點 各種研究成果層出不窮 3 各種復雜形面加工的數控 主要是以加工軌跡跟蹤的精確性為評價標準 對各空間 伺服坐標軸進行實時控制 以保證加工的仿型精度 這方面的研究從五十年代初開始 發(fā)展 極為迅速 到目前為止 理論上已基本成熟 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 7 2 3 3 控制部分的組成及作用 電火花加工由于其非接觸加工的特點 加工放電間隙很小 要求其在電極進給方向具有 更精確的伺服迸給控制 其主要特點有 脈沖放電的能量密度高 脈沖放電的持續(xù)時間極短 產生的熱量傳導擴散范圍小 加工時 工作電極與工件材料不接觸 兩者之間宏觀作用力極 小 直接利用電能加工 便于實現加工過程的自動化電火花加工系統(tǒng)分析及智能控制方案的 設計 其結構簡圖如圖 2 1 所示 15 磁力表座 16 升降臂 17 升降臂鎖緊把手 18 升降軸 19 定深鎖緊螺釘 20 電極卡頭 21 鱷魚夾 接工件 22 主軸頭旋轉控制把手 23 沖水接頭 圖 2 1 電火花小孔機機械部分結構簡圖 由上述結構簡圖可知 本加工成型機主要包括 支架和箱體單元 其中箱體單元是一臺 電火花加工機的重點 本文在下文將詳細介紹 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 8 2 4 本章小結 本章主要擬定便攜式電火花小孔機的設計方案 其主要包括電氣控制系統(tǒng)和機械結構系 統(tǒng) 通過本章我們基本確認本設計的具體方案 為下文的設計計算打下基礎 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 9 第 3 章 機械結構的設計 3 1 概述 由上述結構簡圖可知 本加工成型機主要包括 支架和箱體單元 其中箱體單元是一臺 電火花加工機的重點 所以本文重點介紹主軸箱系統(tǒng)的設計 主傳動箱體結構圖如圖 3 1 所示 在整個便攜式電火花小孔機中 其起到的作用是電加 工的微動進給 定位 加工深度的設定 是整個便攜式電火花小孔機的重要組成單元 本加工成型機主要包括 箱體 伺服電機 滾珠絲杠 直線導軌 微動裝置 加工頭等 下面具體分述如下 圖 3 1 主軸箱結構 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 10 3 2 導軌的選擇和計算 3 2 1 導軌 1 導軌的功用 在各類機器和儀器上 運動部件在支撐部件上運動 兩個部件相互接觸的部分稱為導軌 導軌的功用是為運動部件導向和承受載荷 在導軌副中 運動的一方稱為動導軌 不動 的一方稱為支撐導軌 動導軌相對于支撐導軌一般只有一個自由度的運動 導軌和軸承在功用 工作原理和機構上都有很多相同之處 特別是圓周運動的導軌更是 如此 導軌設計和軸承設計有許多共同之處 導軌還常常是整個機器或儀器的安裝 裝配和工作基準 2 對導軌的基本要求 1 導向精度是指運動部件沿著導軌運動的軌跡的準確性 這是導軌工作質量最重要的 指標 特別是精密機械和儀器 影響導向精度的因素有 1 導軌的結構和截面形狀 2 導軌的加工質量 幾何精度 接觸精度和粗糙度 以及裝配調整質量 3 導軌和其支撐件的剛度及熱變形 4 潤滑狀況 2 精度的保持性 要在規(guī)定的期限內保持導軌的初始精度 對精密或大型機械 由于成本高 希望能比較 長的時間保持精度 影響精度保持性的因素有 耐磨性 耐磨性與導軌的材料 硬度和摩擦表面的情況有關 還與導軌副的材料匹配有 關 1 導軌的結構和截面形狀 磨損后能否自動補償或調整很方便 2 潤滑狀況好壞 3 防護裝置的好壞 3 運動的平穩(wěn)性和靈敏性 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 11 要保證在低速運動或微量運動時不產生爬行 能實現要求的定位精度 影響運動平穩(wěn)性和靈敏度的因素有 1 導軌面的摩擦特性 與導軌的材料 類型機潤滑狀態(tài)有關 2 傳動系統(tǒng)的剛度 3 負載情況 4 其他 1 結構簡單可靠 2 工藝性好 3 維修方便 4 價格合理 3 導軌的分類 按運動形式分類 1 直線運動導軌 1 直線運動導軌副 動導軌支撐在靜導軌上 支撐載荷并作往復直線運動 2 直線運動導軌的動導軌和支撐導軌 靜導軌 一般不等長 動導軌常比支撐導軌短 若動導軌在支撐導軌上移動的位置和長度經常改變 則支撐導軌外露部分容易調入異物損壞 導軌 需注意防護 此外 支撐導軌在長度方向上磨損不均勻 會影響導向精度 3 直線運動導軌的長度決定于運動部件的尺寸 行程及對強度 壽命 剛度的要求 4 直線運動導軌一般由螺旋螺母 齒輪齒條 液壓缸和氣缸等傳動驅動 這些傳動件 沒有導向作用 導軌起導向和支撐作用 當精度要求特別高時 為了減小導軌磨損而增設副 導軌 專門用于承受載荷 2 回轉運動導軌 1 回轉運動導軌起支撐和定中心作用 2 回轉運動導軌的動 靜導軌在整個圓周上始終接觸 導軌沒有外露 因此在圓周方 向上沒有磨損不均勻問題 但在徑向由于半徑不同 各點磨損不均勻 導軌不外露 防護簡 單 但散熱困難 3 2 2 滑軌的選擇 根據設計參數確認 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 12 本設計的軸向運動的行程為 200mm 進給速度為 0 1m s 無明顯碎屑 要求壽命為 10 年 精度 剛性滿足一般要求 負荷方式 承受豎直向下的力和較小的轉矩 1 選擇導軌型號 HGW 10CC HG 系列 無法蘭型滑塊 滑塊固定方式為上鎖式 2 導軌工作計算 1 受力條件 1 進給部分工作臺安裝有兩個導軌 2 進給部分重量為工作頭的重量 3Gkg 2 受力計算 進給部分重力 給每個滑塊的力 G1g307 54FN 3 壽命計算 當線性滑軌承受負荷并作運送時 珠道表面與鋼珠因不斷的受到循環(huán)應力的作用 一旦 到達滾動疲勞的臨界值 接觸面就會開始產生疲勞破損 并在部分表面發(fā)生魚鱗狀薄片的剝 落現象 此種現象叫做剝離 壽命 珠道表面及鋼珠因材料疲勞而產生表面剝離現象時為止 的總運行時間 計算壽命時間公式 60 15 33h SPCL 壽命時間 hL 運行速率 Smin 負荷比PC 由尺寸表知 10CC 型號的基本動額定載荷 38 74 HGW CKN 負荷大小 根據負荷狀況與使用速度選擇 f 根據由表 7 11 2759fFN 總 選擇 運行速率 帶入上式中6 minS338 7450196hL h50 2 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 13 符合要求 表 3 1 負荷系數 f 負荷狀況 使用速度 F 無沖擊力且平滑 微笑沖擊力 普通負荷力 受沖擊力及振動 V 15m min 15m min V 60m min 60m min120m min 1 1 2 1 2 1 5 1 5 2 0 2 0 3 5 4 互換性單出件精度 根據型號與等級選擇 本設計因受力較小精度要求不高 選用普通級 以下列出線性滑軌的各項精度 高度 H m 1 0 寬度 N 成對高度 H 的相互誤差 02 成對寬度 N 的相互誤差 m 行走平行度精度 8 5 導軌預緊 預緊力是預先給予鋼珠負荷力 利用鋼珠與鋼道之間負向間隙給予預緊 以提高線性 滑軌的剛性及消除間隙 小規(guī)格建議選用輕預緊 以避免因預緊選用過重降低其使用壽命 本設計中拋光機負荷輕且要求一定精度 選用的導軌是小規(guī)格的 采用輕預緊 采用預緊力為 C07 5 kN4 38 6 剛性 導軌承受負荷時 滑塊或線性滑軌等在容許負荷的范圍之內作彈性變形 此時的變形量 與負荷的比就是線性滑軌的剛性值 可以依據剛性值計算線性滑軌的變形量 以確定是否影 響設備精度 變形量的計算公式 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 14 mkfP 變形量 工作負荷 PkN 剛性值k 負荷系數f 在上述計算中知工作負荷 NP76 241 由 HGW45CC 規(guī)格的線性滑軌采用輕預緊選擇剛性值 7 0 k 選用 代入式2 f m 86 7 042 符合要求 7 潤滑 采用潤滑油脂潤滑 在滑塊的前端裝上油嘴以供手動打油 單個滑軌的潤滑油脂油量為 潤滑頻率 每運行 補充油脂一次 3cmkm10 3 3 絲杠的設計 滑動螺旋的特點 結構簡單 加工方便 易于實現逆行程自鎖 工作安全可靠 摩擦阻力大 傳動效率低 容易磨損 軸向剛度較差 滾珠螺旋的特點 摩擦阻力小 傳動效率高 磨損小 壽命長 工作可靠性好 具有運動的可逆性 應設防逆動裝置 軸向剛度較高 抗沖擊性能較差 結構復雜 加 工制造較難 預緊后得到很高的定位精度 約達 5um 300 和重復定位精度 可達 1 2um 參照設計要求發(fā)現 滑動螺旋和滾動螺旋均可滿足要求 擬選定滾動螺旋傳動方式 1 滾珠絲桿副的選用與校核計算 導軌摩擦力 Fu u m1 m2 g 16N 其中 m1 10 移動負載 m2 70 工作臺質量和滑塊質量 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 15 u 0 15 導軌與支撐之間的摩擦系數 u 直線導軌的動摩擦因素 0 02 2 軸向載荷 Fxmax 和等效軸向載荷 Fm 的計算xx12Fma k u zG m a 516 30 78N 其中負載移動阻力系數 k 1 15 Fx 負載移動阻力 Fz g G g 0 1m s 21a v t Fxmax Fm 78N 3 預設滾動絲桿基本參數 螺紋公稱直徑 d0 10mm 導程 Ph 5mm 鋼球直徑 Dw 1 488mm 圈數 列數 i k 2 5 1 螺桿滾道曲率 rs 0 52 Dw 轉速 n V Ph120r min 4 計算動載荷 Ca Ca Kh KF KH Kl Fm kn 26280N 壽命系數 Kh Lh 500 1 3 工作壽命 Lh 查下表 3 2 表 3 2 各類機械預期工作時間 機械類型 Lh 備注 普通機械 普通機床 數控機床 精密機床 測試機械 航空機械 5000 10000 10000 15000 20000 20000 15000 1000 250 天 16 h 10 年 0 5 開機 率 20000 由于是普通絲桿傳動 選 Lh 15000h 又查表 3 3 得 表 3 3a 載荷系數 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 16 載荷性質 無沖擊平穩(wěn)時 一般運行 有沖擊和振動 KF 1 1 2 1 2 1 5 1 5 2 表 3 3b 硬度系數 硬度系數 大于等于 58 55 50 KH 1 0 1 11 1 56 表 3 3c 精度系數 精度系數 1 2 3 4 5 7 KA 1 0 0 9 0 8 由上表知 載荷系數 KF 1 2 動載荷硬度系數 KH 1 0 轉速系數 Kn 33 3 n 1 3 其中 n 是絲桿轉速 短行程系數 KL 1 0 即 5 螺旋導程角 arctan Ph d0 arctan0 417 4 6 6 基本額定載荷校核 Ca Ca fc icosa 0 7Z2 3Dwtana 321N fc KF KH KA Fm 262 8 其中 fc 與滾珠絲桿副滾道的幾何形狀制造精度和材料有關的系數一圈螺紋滾道內的鋼 球數量 Z d0 Dw 鋼球滾到便面在接觸點處的公法線與螺紋軸線的垂直線間的夾角 a 45o 由上可知 Ca 大于 Ca 所以符合要求 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 17 3 4 伺服電機的選擇 3 4 1 軸向進給伺服電機的選擇 已知條件 工作臺在直線導軌上的摩擦力 Fu 16N 暫定穿軸的作用力為 10KG 即 FPh160 5T 122349Nm T 絲杠所需驅動轉矩 Nm F 絲杠的軸上作用力 N Ph 絲杠的導程 m 絲杠的傳動效率 0 9 根據產品樣本 電機的扭矩要為所需驅動扭矩的 1 5 倍 即 1 502 18mTN 電 根據西門子選型樣本 我們選擇電機的型號為 1FK7 040 5AF71 表 3 4 為為該電機的主要技術參數 表 3 4 1FK7 040 5AF71 型伺服電機主要參數 額定轉速 r min 力矩 Nm 慣性矩 J kgm2 重量 Kg 3000 0 7 1 1 10 4 2 6 3 4 2 工作頭旋轉伺服電機的選擇 已知條件 假設加工式的阻力為 20N 伺服電機和工作頭的減速比為 2 同步帶的直徑為 20mm 即 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 18 20 1T mN 根據產品樣本 電機的扭矩要為所需驅動扭矩的 1 5 倍 即 5 電 根據西門子選型樣本 我們選擇電機的型號為 1FK7 030 5AF71 表 3 4 為為該電機的主要技術參數 表 3 5 1FK7 030 5AF71 型伺服電機主要參數 額定轉速 r min 力矩 Nm 慣性矩 J kgm2 重量 Kg 3000 0 5 0 9 10 4 2 3 3 5 軸承的設計計算 滾動軸承的壽命計算公式如下 6 10 CLP 轉 在實際計算中 一般用工作小時數表示軸承的額定壽命 這時上式改寫為 6 0hn h 式中 hL 軸承的額定壽命 h P 當量動負荷 N n 軸承的轉速 r min 壽命指數 對球軸承為 3 對滾子軸承為 10 3 C 額定動負荷 N 當量動負荷 P 的計算公式如下 raXFY N XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 19 式中 F 實際徑向負荷 N 實際軸向負荷 N X 徑向系數 如下表 Y 徑向系數 如下表 表 3 5 1FK7 030 5AF71 型伺服電機主要參數 單列軸承 雙列軸承 軸承類型 arFe arFe arFe arFe X Y X Y X Y X Y 推力軸承 tg 1 通過查閱相關資料可以確定選 7000c 的推力軸承 3 6 本章小結 本章主要設計計算了便攜式電火花小孔機的主軸箱系統(tǒng) 重點計算了 導軌 絲杠 伺 服電機 通過本章的計算確定傳動箱各個主要部件的尺寸 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 20 第四章 結論 4 1 本論文取得的結果 1 完成了便攜式電火花小孔機本體方案創(chuàng)成 分析確定 進行了便攜式電火花小孔 機機械結構和零件的設計 2 進行了便攜式電火花小孔機機械結構的設計 包括一些零部件的選型和設計計算 4 2 設計的心得總匯 高效穩(wěn)定 價格低廉 操作靈活的電火花加工機床一直是人們不斷追求的目標 然而 傳統(tǒng)的電火花加工機床體積龐大 價格昂貴 為廣大的機械加工行業(yè)帶來了諸多不便 本文 在查閱了大量有關文獻的基礎上 對電火花加工機床的結構的研究 實現了電火花加工機床 結構的小型化 并且提出了一種新型的加工電極振動裝置 達到改善加工狀況 提高加工速 度的目的 在本課題的研究過程中 作者深深感到新興技術對于推動電火花加工技術不斷發(fā)展的 重要作用 本文所設計的便攜式電火花加工機只是加工系統(tǒng)的初步實現 在實際中還存在著 一些不足之處 需在進一步的設計中加以改進和完善 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 21 致 謝 這次畢業(yè)設計可以圓滿的完成 離不開導師 XXX 的悉心指導 從課題的提出和論證到 論文完成 X 導師淵博的學識 先進的學術思想 對待研究的嚴謹態(tài)度和無私的奉獻精神都 是學生的楷模 使我受益匪淺 在論文完成之際 謹向尊敬的 X 導師致以崇高的敬意和由 衷的感謝 經過這段時間的畢業(yè)設計 我感覺到掌握扎實的基礎知識和學會使用必要工具的重要性 深刻體會到網絡資源的巨大作用 在遇到難以解決的問題時 可以在網絡中尋找所需的資料 到相關的論壇上去求得幫助 學會靈活運用電腦網絡這個現代工具是我們必備的素質 同時 畢業(yè)設計對我的英語水平也提出了較高的要求 通過閱讀英文資料 翻譯英文材料切實提高 了我使用英語的水平 使我在今后的學習中不至落后現代技術發(fā)展的潮流 在進行畢業(yè)設計的過程中 我的感激之情無以言表 僅以此文獻給他們 感謝我的朋 友們 大家這四年來無論深處何地 距離多遠 我始終感受的到與你們大家在一起 感謝我 的老師 四年來對我的關心幫助讓我在學校的生活和學習中都能有親人般的感覺 感謝我的 同學們 大家雖然來自不同的地方 但是大家始終相親相愛 團結一致 我很慶幸能有了你 們大家陪我一路走過艱難的歷程 回首大學四年 往事歷歷在目 心緒難以平復 如此多的 關心和幫助讓我感到莫大的幸運 感覺充滿力量 無論是身邊的同學老師還是遠方的親人朋 友們 他們的支持是我可以努力和堅持的最大動力 有了他們才真正讓我感受到這個世界是 無與倫比的美麗 這些都將支持我走向新的崗位 為社會為他人貢獻我的綿薄之力 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 22 XXX 大學本科畢業(yè)設計 說明書 23 參考文獻 1 曹鳳國 電火花加工技術 M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 2 程新江 高速走絲氣中電火花線切割精加工機理研究 D 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學 2004 3 郝陽 高速走絲電火花線切割機加工精度分析及今后的發(fā)展方向 D 成都 西南交通大 2003 4 李明輝 電火花線切割技術的研究現狀及發(fā)展趨勢 N 模具技術 2003 5 沈洪 國外電火花加工技術與機床概況 N 模具工業(yè) 1994 6 陳作模 機械原理 北京 高等教育出版社 2001 7 戴曙 金屬切削機床 M 北京 機械工業(yè)出版社 1995 8 畢立彩 電火花線切割機床橫向滾珠絲杠的受力分析 N 機械工程師 2005 9 吳宗則 機械設計師手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2002 10 編輯委員會 現代機械傳動手冊 第 2 版 北京 機械工業(yè)出版社 2002 11 王昆 機械設計基礎課程設計 北京 高等教育出版社 2001 12 張學仁 數控電火花線切割加工 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學出版社 2002 13 楊沿平 機械精度設計與檢測技術基礎 北京 機械工業(yè)出版社 2003 14 鄧星鐘 機電傳動控制 武漢 華中科技大學出版社 2003