金剛石線切割機(jī)的傳動方案設(shè)計摘要現(xiàn)代社會人類已經(jīng)和機(jī)器共存，機(jī)器能夠使人們的工作達(dá)到省時，省力的基本目的，甚至完全可以取代人們部分繁重的工作。采用機(jī)器進(jìn)行輔助或者替代人們進(jìn)行工作會讓工作的效率極大的提升，并且隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展采用機(jī)器進(jìn)行制作的產(chǎn)品的品質(zhì)也會更加有保證。線切割加工對于導(dǎo)電性差的材料進(jìn)行切割時機(jī)床效果不明顯，為能夠更好凸顯其加工優(yōu)勢，機(jī)床對材料的屬性要求不高，只要硬度小于砂線硬度都能進(jìn)行加工。石墨材料密度較大切割難度較高，相比較采用其他切割技術(shù)金剛石線切割切面完整、精度高、效率高、清潔度良好，金剛石線切割機(jī)在精密零件切割上應(yīng)用廣泛。目前多用來加工各種不同硬度的晶體，例如：合金材料、非金屬材料、稀有晶體、貴重材料。金剛石線切割機(jī)是加工精密度零件的重要儀器和專用設(shè)備，其自動化程度高，人員技能要求低，作業(yè)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電火花線切割方式，所以被廣泛的使用。隨著市場上對線切割產(chǎn)品的需求量和對線切割產(chǎn)品的性能要求越來越高，設(shè)計和開發(fā)一款更加穩(wěn)定，效率更加高，方案更加合理的金剛石線切割機(jī)是我們不斷發(fā)展超越的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：金剛石；線切割產(chǎn)品；效率；結(jié)構(gòu)。目錄21931緒論 1280491.1概述 1205071.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1245261.3金剛石線切割機(jī)的簡介 417782金剛石線切割機(jī)的設(shè)計方案 5231062.1有關(guān)首選參數(shù) 5255502.2切割機(jī)特點 6255072.3金剛石線切割機(jī)設(shè)計方案 6230152.3.1原理分析和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 7297562.3.2傳動系統(tǒng)和工作臺的設(shè)計 7211292.3.3張力調(diào)整裝置設(shè)計 84323金剛石線切割機(jī)傳動設(shè)計 10246453.1滾珠絲桿的選擇與計算 10250493.1.1滾珠絲桿的定義 1084033.1.2滾珠絲桿副間隙調(diào)整法 1114583.1.3滾珠絲桿的循環(huán)方式 13273613.1.4滾珠絲桿的計算 14216043.1.5滾珠絲桿安裝方式 1739283.2步進(jìn)電動機(jī)的選擇 18286593.3張緊輪設(shè)計 21291623.4繞線輪的設(shè)計 25143683.5二維夾具的設(shè)計 276879結(jié)論 2817777參考文獻(xiàn) 291緒論在材料的選擇方面一般脆性材料的抗疲勞強(qiáng)度高、性能優(yōu)越，導(dǎo)電能力較弱、是目前電子等領(lǐng)域廣泛使用的對象。目前多應(yīng)用于精度高的脆性材料領(lǐng)域范圍。隨著科技的不斷發(fā)展，市場對于光伏材料的需求不斷增多。根據(jù)硬脆材料本身的特性耐磨性強(qiáng)、抗疲勞強(qiáng)度高，所以加工手段復(fù)雜，首要工序是對材料的鋸切，工序的加工費用較高，所以，要對切割領(lǐng)域進(jìn)行更深一步的技術(shù)研發(fā)，達(dá)到節(jié)約切割成本的目的。目前企業(yè)在切割硬脆性材料使用的也是金剛石線切割機(jī)設(shè)備。切割線是使用金剛石作為原料，經(jīng)過研磨加工形成，切割過程方式分為兩種。來回往返式與單項運動式。由于切割線本身切割性能強(qiáng)，對于截面的切割損傷小，不易變形、切片薄厚均勻，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，金剛石線切割技術(shù)成為了市場首選的切割手段，切割質(zhì)量高、截面創(chuàng)傷小、切割費用低是其他切割機(jī)所不能同時兼具的優(yōu)勢。研究目的和意義1.目的本課題研究目的是對金剛石切割機(jī)主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)，隨著科技的發(fā)展，目前市場的切割技術(shù)滿足不了企業(yè)的需求，老式切割機(jī)噪音大，切割效率低，切片凹凸不平、耗能高、污染大。為相應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的要求，對切割機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，對傳動系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計，分析切割機(jī)結(jié)構(gòu)框架的強(qiáng)度。對其關(guān)鍵零部件進(jìn)行改進(jìn)與校核并進(jìn)行受力分析。減小生產(chǎn)成本，分析切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)性能以及動態(tài)參數(shù)，所以，完善和改進(jìn)金剛石線切割機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝已經(jīng)成為市場行業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。2.意義目前我國金剛石線切割技術(shù)已基本成型，在時代浪潮的推動下，工業(yè)的生產(chǎn)過程也將邁向科技化，這是一個任何人也無法阻止的事實。而我們要做的就是跟上時代的腳步，大力發(fā)展科技興國，對切割技術(shù)投入更多的資金與科研人員。但切割技術(shù)需要改進(jìn)的地方還特別多，能夠做得更好，向著低成本、高效率、結(jié)構(gòu)簡單操作方便的方向發(fā)展，這是一個機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的時代，節(jié)能降耗是我們國家一直號召的口號，當(dāng)下已經(jīng)成為最主要的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)高效率、自動化同步控制、連續(xù)化生產(chǎn)、低成本切割將會是未來要實現(xiàn)的目標(biāo)，從長遠(yuǎn)來看，金剛石線切割的應(yīng)更加人性化，能夠取得全方面切割信息，切割機(jī)未來的市場是無限潛力的，我國切割機(jī)技術(shù)的發(fā)展也正日新月異。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢金剛石線切割技術(shù)在國外的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，對于高度精密數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，先進(jìn)國家都高度重視，并優(yōu)先投入大量資金與科研人員。目前，發(fā)展較為領(lǐng)先的國家是歐美地區(qū)，他們采用的是金剛石環(huán)形切割方式，這種切割方式與傳統(tǒng)鋸機(jī)相比有著卓越的優(yōu)勢：設(shè)備切割截面損傷小，設(shè)備操作簡單易上手、同時也解放了勞動生產(chǎn)力、提高了產(chǎn)能的質(zhì)量與速度。目前日本所采用的方式是讓切割線向下作進(jìn)給運動完成切割，他們的線切割設(shè)備優(yōu)點在于使用性能較好、設(shè)備使用壽命較長，所以在市場上占有很大份額，尤其在中國市場占由更高的比例。2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國切割技術(shù)起步較晚，國內(nèi)較好的切割技術(shù)是半自動多線切割，最大的缺陷是存在線速較慢、切割截面不均勻、切割后的材料在使用過程中易變性、設(shè)備本身噪音較大，切割效率與精度較低等大量的問題。切割線當(dāng)時采用的是砂漿和硅材料之間的研磨所完成的切割，手法粗糙，材料浪費嚴(yán)重，截面凹凸不平。同時切割過程中產(chǎn)生的廢料很難清理，達(dá)不到節(jié)能減排的目的，這樣嚴(yán)重阻礙了企業(yè)的飛速發(fā)展，也違背了我們倡導(dǎo)綠色環(huán)保的原則。隨著科技飛速發(fā)展，我國也開始注重對精密加工設(shè)備的科研投入和資金投入經(jīng)過多年研發(fā)，結(jié)合歐美國家先進(jìn)的切割技術(shù)資料，逐步突破難關(guān)并熟練的掌握了精密切割設(shè)備。從而研發(fā)了高效率、高度精密的切割設(shè)備，解決了現(xiàn)有問題的困擾。因此金剛石線切割逐步取代老式的硅片切割設(shè)備，然而還是存在一定的問題，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，耗電量高，人工費用較大。用金剛石線代替老式的金屬線不能完全發(fā)揮最大優(yōu)勢，近三年中國重大科技項目，多線切割機(jī)研制成功，打破了國內(nèi)生產(chǎn)線效率低，勞動力投入過多，耗能大，污染嚴(yán)重的問題。企業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，為工業(yè)市場也注入了新的生機(jī)。目前國產(chǎn)切割機(jī)也開始面向全國，不論在質(zhì)量、產(chǎn)品性能或性價比方面，與國外切割機(jī)相比較，差距明顯縮小，市場占有比也進(jìn)一步提高并接近國外現(xiàn)有水平。1.3本文研究的內(nèi)容本文依據(jù)課題來源以及課題背景，通過查閱切割機(jī)現(xiàn)有的書籍與網(wǎng)絡(luò)資料經(jīng)過指導(dǎo)老師的指點，以此確定本文的論文結(jié)構(gòu)框架。進(jìn)而借鑒現(xiàn)有的研究成果，在此基礎(chǔ)上，了解金剛石線切割機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)理，最終確定自己的研究內(nèi)容以及研究方法。對此，本文在明確研究目的的背景下，根據(jù)設(shè)計參數(shù)以及設(shè)計要求，進(jìn)行初步的方案設(shè)計，并通過方案論證，確定最終合適的研究方案；之后，進(jìn)行動力參數(shù)的計算以及標(biāo)準(zhǔn)件的選型和計算，本文通過數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行方案建模，分析其方案的可行性以及是否會發(fā)生結(jié)構(gòu)干涉，以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足可靠性，是否會產(chǎn)生失效，最后，不斷的對設(shè)計方案進(jìn)行修改和論證，以其達(dá)到制造標(biāo)準(zhǔn)和使用標(biāo)準(zhǔn)，并保證設(shè)計的可靠性，在此基礎(chǔ)上，以期解決金剛石線切割機(jī)在該領(lǐng)域遇到的局限性，并為此提出一種研究方法，為該課題的研究貢獻(xiàn)自己的一份力量。本文的研究方法和難點主要在于方案的選型與論證。1、緒論部分：根據(jù)金剛石切割機(jī)的適用范圍查閱相關(guān)書籍資料在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在此，明確研究的目的以及意義，并確定要解決的內(nèi)容以及技術(shù)難點。同時，確定論文的研究方法以及論文的整體框架。2、設(shè)計方案部分：本章依據(jù)論文的研究背景以及存在的技術(shù)難點，提出設(shè)計目的以及設(shè)計要求，并根據(jù)設(shè)計要求以及設(shè)計數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步方案設(shè)計，通過對比論證后，確定最終方案，在此，明確方案的設(shè)計要點以及該方案的工作原理以及主要結(jié)構(gòu)。3、理論參數(shù)計算部分：本章根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的分析和計算，并確定整機(jī)的使用壽命和可靠性，初步進(jìn)行動力源的選型和計算，傳動系統(tǒng)的理論計算和分析，并確定最終的選型，同時對該方案進(jìn)行理論計算分析，保證其可靠性。結(jié)論2金剛石線切割機(jī)的設(shè)計方案隨著我國制造業(yè)快速發(fā)展發(fā)展，對產(chǎn)品的加工要求也是越來越高，除產(chǎn)品的傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝外，其次，還經(jīng)常涉及產(chǎn)品的切割技術(shù)，其主要包括完成產(chǎn)品的角度切割，并保證切割形狀和精度，但是，常用機(jī)械切割機(jī)只能完成正常角度的切割，而對于復(fù)雜角度的切割，主要依靠水刀或者線切割加工，其次，涉及到金屬3D打印，但往往加工成本加工，為解決上述工業(yè)產(chǎn)品加工難度問題，本文擬設(shè)計一種自動化金剛石線切割機(jī)，并對其機(jī)床結(jié)構(gòu)、工作原理、傳動系統(tǒng)、工作臺進(jìn)行分析設(shè)計。成品如圖1所示：圖1：金剛石線切割機(jī)成品產(chǎn)品圖2.1有關(guān)首選參數(shù)金剛石線切割機(jī)裝置；初步參數(shù)的選?。褐睆阶畲笄懈罘秶呵懈钗⒕€長度范圍：切割速度范圍：工作臺橫向移動距離：工作臺縱向移動距離：氣動張力調(diào)整：2.2切割機(jī)的特點金剛石線切割機(jī)是針對于硬脆性材料，或貴重晶體的一種超精密切割技術(shù)。能夠完成復(fù)雜零件的加工的金剛石線切割機(jī)，還能實現(xiàn)任意角度切割，提高加工效率，制造成本低。金剛石線切割機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)X,Y,Z三軸移動切割，并能夠輕松切割加工件，運動無卡頓，結(jié)構(gòu)緊湊。其中可大體概括為以下幾點：1.機(jī)型設(shè)備較小，操作簡單方便。能夠完成150毫米的晶體切割；2.切割數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，動力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，可進(jìn)行無極速調(diào)控；3.特定的編程系統(tǒng)，節(jié)省了人力成本費用，對材料的切割更加精密準(zhǔn)確；4.采用先進(jìn)的雙回路可調(diào)控氣壓；5.設(shè)備機(jī)架采用一體式框架焊接而成，內(nèi)部傳動機(jī)構(gòu)穩(wěn)定；6.防止污染，在內(nèi)部裝有自動冷卻液輸送系統(tǒng)；7.金剛石切割機(jī)可分為多段同時切割；2.3金剛石線切割機(jī)設(shè)計方案金剛石線切割機(jī)要完成X、Y、Z三軸移動，因此，主要完成工作面的X,Y向移動以及Z軸金剛石線的上下往返運動，完成了對工件的切割加工。對此，金剛石線切割主要機(jī)構(gòu)應(yīng)包括：加工件工作平面（X,Y軸移動），Z軸線切割進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以及繞線機(jī)構(gòu)。金剛石線切割機(jī)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計工作原理是，將待加工件放在工作臺上，根據(jù)PLC編程實現(xiàn)工作平面的X,Y軸移動，繞線機(jī)構(gòu)的線經(jīng)過Z軸，當(dāng)Z軸向下運動時，可以實現(xiàn)待加工金屬的切割運動，從而，完成金屬切割。其中要對切割機(jī)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行選材，技算疲勞強(qiáng)度、分析工作原理、確定傳動路線，以及工作臺是否合理，最終完成對金剛石線切割機(jī)的總體設(shè)計。保證金剛石線與加工件高精度接觸進(jìn)行精確切割，同時要滿足高精度、高質(zhì)量、高效率等工作要求。2.3.1原理分析和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計金剛石線切割機(jī)Z軸傳動設(shè)計主要實現(xiàn)繞線機(jī)構(gòu)的Z向移動，其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2金剛石線切割機(jī)Z軸及繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計，其Z向移動和X軸原理類似，但在Z向移動上自帶剎車裝置，以防因斷電，繞線機(jī)構(gòu)因重力作用，發(fā)生撞擊事故，Z軸機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)件主要采用鑄鐵材料制成，繞線機(jī)構(gòu)可以在切割工作力的作用下實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)往復(fù)運動，再有自動泠卻液的噴灑，進(jìn)而完成切割運動，達(dá)到切割零件的目的。1—床身；2—X,Y工作臺；3—導(dǎo)向輪；4—金剛石切割微線；5—繞線輪；6—張緊輪；7—滾筒；8—切削液圖2-1總體結(jié)構(gòu)示意圖2.3.2傳動系統(tǒng)和工作臺的設(shè)計選取步進(jìn)電機(jī)帶動主傳動結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)，它具有可調(diào)控性強(qiáng)、輸出扭矩大，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。工作原理是由電機(jī)帶動金剛石切割線沿雙曲回路導(dǎo)軌做往返運動，完成一次切割。工作臺面主要采用工型梁加工面，降低整機(jī)重量，其次，利用待加工件安裝和加工。機(jī)床的傳動系統(tǒng)：首先工件固定在工作臺上，工作臺沿X，Y兩個坐標(biāo)軸方向運動，Y軸移動機(jī)構(gòu)和X軸移動機(jī)構(gòu)類似，其安裝主要將Y軸移動機(jī)構(gòu)安裝在X軸工作臺上，然后，通過PLC調(diào)節(jié)實現(xiàn)代加工件X，Y軸移動。在通過數(shù)據(jù)庫的記載，實現(xiàn)零件切割運動軌跡的控制。組成部分由滑塊、導(dǎo)軌、絲杠運動副、齒輪傳動機(jī)構(gòu)組成，如圖3所示：圖3：機(jī)床傳動圖2.3.3張力調(diào)整裝置設(shè)計線切割機(jī)在長時間的工作環(huán)境下，由于熱傳導(dǎo)效應(yīng)線鋸溫度急劇升高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，線鋸張緊力下降。造成軸定位不準(zhǔn)確，理想切割尺寸與實際尺寸出現(xiàn)偏差。使工件尺寸出現(xiàn)誤差，切割面凹凸不平。給企業(yè)帶來生產(chǎn)影響，造成不必要的損失，為避免這種情況的發(fā)生，優(yōu)化設(shè)計了恒張力輔助機(jī)，使高強(qiáng)度工作的切割機(jī)對零件切割精密度有了更進(jìn)一步的發(fā)展。安裝自動調(diào)控裝置實現(xiàn)對切割線的張力調(diào)節(jié)，目前它的工作原理，一種是根據(jù)彈簧自身的彈力，更變切割線的張緊力，該裝置組成包含一個核心彈簧拉緊裝置和一組傳導(dǎo)輪；另一種是根據(jù)重力原理，保持切割線的張緊力恒定不變。該裝置包括一組壓輪和一個維持恒定的重力塊。本次設(shè)計張力調(diào)節(jié)裝置體積輕巧，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，實用可控性強(qiáng)，如圖4所示。圖4：自動張力裝置的結(jié)構(gòu)圖3金剛石線切割機(jī)傳動設(shè)計金剛石線切割機(jī)床的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括Z軸移動裝置及繞線機(jī)構(gòu)，其主要完成金剛石線刀具的進(jìn)給，其X軸移動裝置和Y軸移動裝置主要實現(xiàn)待加工件的X軸移動和Y向移動，進(jìn)行往返運動完成刀具進(jìn)行進(jìn)給深度后，待加工件實現(xiàn)X軸移動和Y軸移動，從而完成待加工件的切割，金剛石與工件實現(xiàn)點接觸切割。該裝置整機(jī)采用PLC控制，自動化效率高，加工精度高，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低。3.1滾珠絲桿的選擇與計算螺桿、滾珠和螺母共同作用形成滾珠絲杠。其功能原理和絲桿蝸桿相同，將圓周運動的切運動在平行軸上做傾角，這樣就會產(chǎn)生軸向傾角得分運動將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動。一般的絲桿采取滑動，摩擦系數(shù)較高，而滾動絲桿的螺母和絲桿螺紋采取滾珠嵌套配合，這樣極大的減小了摩擦力與傳動阻力。同時滾珠絲杠應(yīng)用范圍廣闊，多用于精密儀器的使用。3.1.1滾珠絲桿的定義滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運動與直線運動兩者的相互轉(zhuǎn)化達(dá)到理想目的的一個產(chǎn)品。滾同時他也是精密機(jī)械，和工具機(jī)械上最為常見的一個部件，其主要性能是將旋轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)化的過程，也可以是扭轉(zhuǎn)力和軸向作用力之間的互相變換，具有的精密性強(qiáng)、可以來回變換以及效率相對不低的主要能力。3.1.2間隙調(diào)整法關(guān)于滾珠絲桿副由于機(jī)械設(shè)備長時間的工作運轉(zhuǎn)使軸的間距變大，造成滾珠與滑道產(chǎn)生形變而出現(xiàn)的螺母錯位。影響了傳動系統(tǒng)的精度不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。出現(xiàn)上述情況可以適當(dāng)調(diào)節(jié)預(yù)緊力的大小。常用的方法有適當(dāng)調(diào)節(jié)螺母墊片厚度，使其產(chǎn)生軸向位移，從而消除間隙。但存在一定缺陷，調(diào)整會有一定誤差，精度不夠。第二種雙螺母齒差式調(diào)隙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，但其調(diào)節(jié)精度高、誤差小。3.1.4滾珠絲桿的計算1計算額定動載荷（3-1）表3-1壽命的選擇主機(jī)類型Th（h）一般機(jī)床、組合機(jī)床10000數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床15000工程機(jī)床5000——10000自動控制系統(tǒng)15000測量系統(tǒng)15000航空機(jī)械1000——2000表3-2滾珠絲杠副載荷、硬度和精度系數(shù)表載荷系數(shù)硬度系數(shù)精度系數(shù)載荷性質(zhì)滾道實際硬度HRC精度等級≥581.0C、D1.0沖擊小、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)1.0-1.2551.11E、F1.1一般沖擊1.2-1.5501.56G1.25較大沖擊、振動1.5-2.5452.4H1.43由表3-1可知由表3-2分析得（分別為數(shù)控機(jī)床等級的C、D兩個等級）將其帶入可得（3-2）滾珠絲杠的具體參數(shù)可以由額定動載荷數(shù)值作為參考。由于有，所以可以由此推理出型號為，同時滾珠絲杠副可以決定用這一型號。所以也可以得出如下參數(shù)作為參考：表3-3滾珠絲杠參數(shù)名稱動載荷公稱直徑導(dǎo)程滾珠直徑螺旋角數(shù)值假設(shè)原螺紋升角的補(bǔ)償值，選取在調(diào)整螺母預(yù)緊后P1=8′40〞可以推導(dǎo)得出螺紋滾道半徑、偏心距以及絲杠內(nèi)徑公式以及數(shù)值分別為如下所示：推理可得以下數(shù)據(jù)絲桿、進(jìn)行驗算推理其穩(wěn)固性能以及最大承受載荷表3-4滾珠絲杠參數(shù)名稱絲杠材料彈性模量絲杠危險截面的軸慣性矩長度系數(shù)絲杠工作長度數(shù)值已知（鋼作為絲杠材料）將已知數(shù)據(jù)分別帶入臨界載荷的計算公式中，可以推導(dǎo)出如下數(shù)據(jù)：接下來可以得出安全系數(shù)的數(shù)值因得數(shù)為，可知，得出絲杠的安全程度合格。剛度的適應(yīng)程度計算可以求得在導(dǎo)程上面的每米變形量△L的求法為名稱工作載荷絲杠材料彈性模板基本導(dǎo)程轉(zhuǎn)矩絲杠切變模量絲杠的慣性矩絲杠截面積符號計算式中：代入數(shù)據(jù)后可得：將導(dǎo)程的每米變形量△L帶入已知式子中可得以級精度作為參考數(shù)控機(jī)床的精度取值，以為參考值，將內(nèi)導(dǎo)程公差控制在，可得出為每米內(nèi)公差值，由此推理剛度證明達(dá)標(biāo)。計算效率數(shù)值準(zhǔn)確由以下公式推工作中在導(dǎo)滾珠絲杠副上存在的傳動效率η的數(shù)值將數(shù)值帶入：代入上式得由于普通滾珠絲杠副工作時的傳動效率，所以通過得數(shù)求出其可以實施。3.1.5滾珠絲桿的循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)分別為滾珠絲杠的兩種循環(huán)方式。其中內(nèi)循環(huán)這種循環(huán)方式大多采用反向器，性能較好，輕巧、方便。外循環(huán)外阻力較大，精密度高，循環(huán)費用低。滾珠絲桿是目前日本最先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備國家，外加有效的管理體制保證了滾珠絲桿精密度高，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的微進(jìn)給，目前對于滾珠絲杠的選取增加了運動效率，在節(jié)能減排方面也做出了優(yōu)異的貢獻(xiàn)。金剛石切割機(jī)是一種超精密儀器設(shè)備，所以對于精度的要求比較高，兩端面的固定對于絲杠是最合適的固定方法。在圖3-5中可以清晰的看出其被固定牢固的辦法。圖3-5：滾珠絲杠的固定方式3.2對于步進(jìn)電動機(jī)的選用在設(shè)計機(jī)器時，對于電機(jī)有很多種方案進(jìn)行挑選，本次的設(shè)計優(yōu)先進(jìn)行考慮的電機(jī)型號為步進(jìn)電機(jī)，因其成正比的兩個數(shù)據(jù)分別為輸入脈沖個數(shù)與角移動這兩個參考數(shù)據(jù)，同時在工作的過程中，工作速度以及所需時間及其相似，近乎同時啟動結(jié)束，所以只需把握好脈沖個數(shù)，和相對排序就能夠很好的調(diào)控轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速。因步進(jìn)電動機(jī)控制精度高，穩(wěn)定性好，最先進(jìn)行考慮的方面為此電機(jī)的實際應(yīng)用能力以及對于工作時成品粗糙度的把握，因此此電機(jī)的工作時長與工作件數(shù)的比值可以根據(jù)PLC進(jìn)行控制，在此，不需要設(shè)計減速器進(jìn)行速度調(diào)速，本文主要通過工業(yè)電機(jī)軟件進(jìn)行選型設(shè)計，初選設(shè)計負(fù)載20KG，采用電機(jī)+絲桿進(jìn)行傳動，初始運行時間為0.5s，電機(jī)轉(zhuǎn)速為45r/min。金剛石線切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計電機(jī)規(guī)格參數(shù)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計扭矩力的計算。在工作生產(chǎn)中，人們對于切割機(jī)的首要要求為成品粗糙度小、還原度高，由此可以挑選取值為，相數(shù)，通電方式為相拍，通電順序為。因步距角的求導(dǎo)可以通過下方式子帶入如下數(shù)據(jù)，將代入得，正?？芍穗妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)角與脈沖個數(shù)的數(shù)值之間為正比關(guān)系因此步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速nm可由下方式子推導(dǎo)出其結(jié)果；由以上所有數(shù)據(jù)分別整合對比，可以發(fā)現(xiàn)型號為BYH的此型號步進(jìn)電動機(jī)為最適宜的電機(jī)選擇結(jié)果。3.3張緊輪設(shè)計在傳動過程中，一個結(jié)構(gòu)極為重要，那就是張緊輪，因其是具有調(diào)節(jié)把控作用的機(jī)械零部件，所以，在機(jī)器工作過程中，傳遞環(huán)節(jié)有所失誤，影響其正常工作，比如對于中心距這一部位的控制消失，張緊輪就會將線拉緊，起到對中心距的合理調(diào)控作用。張緊輪通常都安放在靠內(nèi)側(cè)部位并靠近大論安放，受單向彎曲應(yīng)力，同時包角也會增大很少；如圖3-6所示：圖3-6：張緊輪圖示以張緊形態(tài)為此次計算的假設(shè)前提，以表格中的數(shù)據(jù)為主要參數(shù)，可以求出彎曲應(yīng)力的數(shù)值：于張緊輪中央，張緊輪直徑，材料的許用切應(yīng)力，許用擠壓應(yīng)力已知：可得已知可得由上式可知，對于擠壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)來看，張緊輪非常符合標(biāo)準(zhǔn)。3.4繞線輪的設(shè)計有關(guān)于繞線輪其和魚竿的繞線器有些類似，通過將鋼絲繩一頭纏繞在出線輪上金剛石線鋸切割機(jī)把一根細(xì)長的鋼絲繩纏繞在排線輪上，另一頭放入進(jìn)線輪，并有出進(jìn)兩機(jī)構(gòu)一同收緊。為了更好地控制鋼絲的張緊力，在兩輪之間安裝多個控制輪來達(dá)到目的。兩輪同時有節(jié)奏的相互拉扯，切割機(jī)完成一次往返切割運動。為防止溫度過高，對切割線與切割晶體造成損壞，設(shè)備裝有自動潤滑液噴灑裝置，動力來源于泵體的壓縮。切割液由冷卻劑、硅粒磨料和潤滑油配制而成。切割時，能夠使材料切割相對均勻，切割面整體，細(xì)膩。如圖3-7所示：圖3-7：繞線輪圖示（1）如圖3-8所示分別可以求得支承反力，受力的數(shù)值：{機(jī)械原理}圖3-8繞線輪受力圖（2）可以求得彎矩的數(shù)值為（3）可以求得轉(zhuǎn)矩的數(shù)值為（4）驗證數(shù)值許用應(yīng)力許用應(yīng)力值推導(dǎo)同時可知本次設(shè)計的直徑數(shù)值；（5）疲勞強(qiáng)度驗證計算通過對、兩個截面的力進(jìn)行分析，可以得出兩個截面具有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，對截面的安全系數(shù)進(jìn)行計算、校核、分析。選用材料進(jìn)行分析可知45鋼調(diào)質(zhì)最佳已知：得：可知等效系數(shù)：已知截面上的應(yīng)力彎矩推導(dǎo)可得彎曲應(yīng)力幅得出彎曲平均應(yīng)力為可知扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力最終得到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力只在一個截面上出現(xiàn)很多應(yīng)力的情況發(fā)生時，則要計算出所有與之對應(yīng)的所有應(yīng)力的集中系數(shù)，最終數(shù)值為應(yīng)力最大的應(yīng)力集中系數(shù)。3.5二維夾具的設(shè)計夾具是機(jī)械設(shè)計過程中用來對某零件進(jìn)行定位鎖緊的作用，使其在固定位置不發(fā)生改變，方便后續(xù)工作的高效運轉(zhuǎn)。夾具又稱卡具。準(zhǔn)確的來說就是將零件正確的安裝在機(jī)床的準(zhǔn)確位置上，也就是限制其自由度。極大的減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)力、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、降低了廢品的出現(xiàn)率。用夾具裝夾工件方便，快速，極大減輕了生產(chǎn)勞動力。例如在機(jī)床加工工件，為了滿足生產(chǎn)要求，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，與合理形狀以及表面精度等相關(guān)技術(shù)要求，必須用夾具將加工零件定位夾緊，確保工件在正確加工位置，不會出現(xiàn)偏差，所以夾具能夠有效的擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實現(xiàn)一機(jī)多用。圖8展示了本次設(shè)計的二維夾具體：圖3-8：二維夾具體夾緊力按下式計算：QUOTE查手冊，取QUOTEoQUOTEQUOTE可得切割機(jī)的夾緊力為。切割機(jī)進(jìn)行切割時的切削力為：QUOTE安全系數(shù)是在計算切削力時不能忘記的因素。計算公式（安全系數(shù)）根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》查得：式中：QUOTE—基本安全系數(shù)；取1.2—加工性質(zhì)系數(shù)；取1.1—刀具鈍化系數(shù)；取1.1—切削特點（連續(xù)切削）；取1.0—夾緊力穩(wěn)定性；取1.1QUOTE—手動夾緊手柄位置；取1.0QUOTE—僅有力矩使工件與支承面接觸情況；取1.0則因為切割削力QUOTE小于夾緊力QUOTE，所以該夾緊裝置安全可靠。結(jié)論設(shè)計的主要方案是對切割機(jī)的改進(jìn)與優(yōu)化。通過對現(xiàn)有資料的查取和借鑒以及指導(dǎo)老師寶貴意見下，完成了對切割機(jī)的基本結(jié)構(gòu)了解與利弊分析，最終整理資料明確對切割機(jī)各部件的改進(jìn)與優(yōu)化方案。在指導(dǎo)老師的幫助下，改進(jìn)并確立設(shè)計方案，以節(jié)能減排，高效生產(chǎn)、精密加工為目標(biāo)。首先，通過論文的目的與意義進(jìn)行探究，確定課題研究的可行性以及研究方案，由于對切割機(jī)設(shè)備的優(yōu)化無法進(jìn)行具體實驗，目前的切割機(jī)自身太重運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定、耗能較大滿足不了當(dāng)前節(jié)能減排的節(jié)能理念，所以我們只能依靠理論完成進(jìn)一步的設(shè)計優(yōu)化。本章主要根據(jù)研究背景和研究內(nèi)容，進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計，明確目標(biāo)設(shè)計參數(shù)和設(shè)計要求，根據(jù)設(shè)計要求完善傳動零部件的合理選材與運轉(zhuǎn)，對于切割線的合理選用，與保護(hù)措施。優(yōu)化傳動裝置，安裝自動化噴灑潤滑液裝置，確保切割的超精度。主要是針對金剛石線切割機(jī)目前的結(jié)構(gòu)框架與傳動部件的型號選取與強(qiáng)度校核，明確金剛石切割機(jī)目前所存在的問題，針對問題做出合理的改進(jìn)和優(yōu)化，最終通過計算校核完成對于切割機(jī)的改進(jìn)和升級。對金剛石線切割機(jī)床的設(shè)計方案進(jìn)行改良，完成金剛石線切割機(jī)X，Y軸移動裝置的設(shè)計，以及Z軸和繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，不存在干涉的風(fēng)險，制造成本較低。通過本次對金剛石線切割機(jī)的設(shè)計，我也對設(shè)計這方面有了更深的了解積累了一些設(shè)計經(jīng)驗，目前切割機(jī)市場潛力較大，這是一個機(jī)遇與困難并存的時代。我相信我國在金剛石線切割機(jī)這一方面一定會披荊斬棘，創(chuàng)新出一片屬于我們的切割領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)孫建章，呂玉山，劉興文．往復(fù)自旋式電鍍金剛石絲鋸數(shù)控切割機(jī)的設(shè)計研究[J]．