1、.引言本次畢業(yè)設(shè)計從 2005 年 2 月 28 號開始到本年的六月中旬結(jié)束，長達四個月。畢業(yè)設(shè)計是一名在校大學(xué)生最后的一次也是最重要的一次設(shè)計，說其重要主要是因為它將檢驗?zāi)阍诖髮W(xué)生活中所學(xué)知識的扎實程度，期間你必須復(fù)習(xí)所學(xué)過的一些課程，學(xué)習(xí)一些要用到的新的知識，它還將練習(xí)你的動手能力，思考能力，創(chuàng)新能力，是你在大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一次升華，是一個提升階段，更是走向工作崗位的一次練兵，因此我們都對此極為重視，更是投入了極大的熱情與努力來更好的完成它。本次設(shè)計在顏競成教授的悉心指導(dǎo)下分四個階段按部就班的有條不紊的進行。第一階段是搜集整理階段。在本階段主要是搜集足夠的資料信息并對設(shè)計題目進行分析和實地調(diào)

2、查，做到心中清楚。本設(shè)計其實從 2004 年元旦就開始了，截止到 2004 年 3 月份第一張外觀圖繪制成功為止。第二階段是機械部分設(shè)計階段，本階段主要應(yīng)用大學(xué)里面所學(xué)到的餓專業(yè)知識來進行運絲機構(gòu)設(shè)計和坐標(biāo)工作臺的橫向和縱向進給機構(gòu)設(shè)計。另外還要進行儲絲筒的三維零件設(shè)計。本階段主要是從三月份到五月份。五月份到六月份則是第三階段：控制系統(tǒng)設(shè)計階段。主要進行電器電路設(shè)計，包括步進電機驅(qū)動設(shè)計和脈沖功率放大電路設(shè)計。本階段也是一個學(xué)習(xí)的階段，對自己不太熟悉的領(lǐng)域的一次學(xué)習(xí)。六月份開始就是最后一個階段：整理復(fù)習(xí)階段，主要從事前幾個階段的整理溫習(xí)，寫說明書。以及畢業(yè)答辯前的各項具體細(xì)節(jié)的準(zhǔn)備。所以說每個

3、階段都是十分緊張而有難度的，有些問題是由于設(shè)計的難度，有些還是因為自己知識上的欠缺和基礎(chǔ)不扎實造成的。 可以說這次畢業(yè)設(shè)計是個查缺補漏的機會。尤其是在同學(xué)的協(xié)助下，特別是在顏教授的指導(dǎo)下，遇到困難不逃避，主動請教，主動學(xué)習(xí)，獨立思考提出新方案，困難一個個的解決，才有了本次設(shè)計的成功。這次畢業(yè)設(shè)計鍛煉了我團體協(xié)作精神和獨立作業(yè)的能力。專業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)，對自己將來都是一次具有深遠(yuǎn)影響的事情。.一、 總體方案設(shè)計( 一) 總體方案的擬定1電火花線切割機床具有定位、縱向和橫向的直線插補功能；還能要求暫停，進行循環(huán)加工等。因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。2電火花線切割機床屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定的加工

4、精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。3 根據(jù)電火花線切割機床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和經(jīng)濟性要求，一般采用 8 位微機。在 8 位微機中， MCS-51系列單片機具有集成度高，可靠性好，功能強，速度快，抗干擾能力強，具有很高的性能價格比。因此，可以選擇 MCS-51系列單片機擴展系統(tǒng)。4 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機控制系統(tǒng)中除了 CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器， I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤， 能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器；包括光隔離電路和步進電機驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和

5、其它輔助電路。5 縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲桿螺母副組成，起傳動比應(yīng)滿足機床所要求的。6 為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的餓機構(gòu)。7采用滾動道軌可以減少道軌見的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且潤滑方法簡單。在上述的基礎(chǔ)上，有條件的還可以進一步實現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié)，使加工過程更加細(xì)致。（二）主要技術(shù)參數(shù)的確定技術(shù)參數(shù)主要包括運動參數(shù)，尺寸參數(shù)和動力參數(shù)。DK7732電火花線切割機床的主.要技術(shù)參數(shù)如下：工作臺行程 /mm500*320最小切

6、削厚度 /mm30（可調(diào)）加工表面粗糙度 Ra/m2.5切割速度 /mm2 /min100加工精度 /mm0.015切割工件最大厚度 /mm300電極絲移動速度1.1m/s電極絲直徑0.1 0.2mm二、 儲絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）儲絲走絲部件運動設(shè)計運絲機構(gòu)的運動是由絲筒電機正反轉(zhuǎn)得到的餓。電極通過聯(lián)軸節(jié)與絲筒連接，絲筒裝有齒輪，通過過度齒輪與絲桿上的齒輪齒合。絲桿固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板與底座采用裝有滾珠的V 形滾動導(dǎo)軌連接，這樣絲筒每轉(zhuǎn)一周拖板直線移動相應(yīng)的距離，因此機床工作前應(yīng)根據(jù)零件厚薄和精度要求可在0.12mm到 0.25mm之間調(diào)節(jié)。1對高速走絲機構(gòu)的要求（1）高速走

7、絲機構(gòu)的儲絲筒轉(zhuǎn)動時，還要進行相應(yīng)的軸向移動，以保證極絲在儲絲筒上整齊排繞。（2）儲絲筒的徑向和軸向竄動量要小。（3）儲絲筒要能夠正反向旋轉(zhuǎn)，電極絲的走絲速度在 712m/s 范圍內(nèi)無級或有級可調(diào)，或恒速轉(zhuǎn)動。（4）走絲機構(gòu)最好與床身相互絕緣。.（5）傳動齒輪副、絲桿副應(yīng)具備潤滑措施。2、高速走絲機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點高速走絲機構(gòu)由儲絲筒組合件、上下拖板、絲桿副、齒輪副、換向裝置和絕緣件等部分組成，如下圖2.1 所示圖 2.1DK7732 機床的儲絲走絲系統(tǒng)機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖儲絲筒由電動機通過聯(lián)軸器帶動實現(xiàn)正反向轉(zhuǎn)動。 儲絲筒另外一端通過二對齒輪減速后帶動絲桿。儲絲筒、電動機、齒輪都安裝在兩個支架上。支架及

8、絲桿則安裝在拖板上，調(diào)整螺母安裝在底座上，拖板在底座上來回運動。螺母具有消除間隙的副螺母和彈簧，齒輪及絲桿螺距的搭配為設(shè)旋轉(zhuǎn)一圈拖板移動 0.25mm，所以該儲絲筒適用于 0.25mm 以下的鉬絲。儲絲筒運轉(zhuǎn)時應(yīng)平穩(wěn)，無不正常振動。滾筒外圓振擺應(yīng)小于 0.03mm，反向間隙應(yīng)小于 0.05mm，軸向竄動應(yīng)完全徹底消除。高頻電源的負(fù)端通過碳刷送到儲絲筒的尾部，然后傳到鉬絲上，碳刷應(yīng)保持良好接觸，防止機油或其它贓物進入。儲絲筒本身作為高速正反向轉(zhuǎn)動，電機、滾筒及絲桿的軸承應(yīng)定期拆洗并加潤滑脂，換油期限可根據(jù)使用情況具體決定。其余中間軸、齒輪、三角導(dǎo)軌及絲桿、螺母等每班應(yīng)注油一次。.（1）儲絲筒旋轉(zhuǎn)

9、組合件儲絲筒旋轉(zhuǎn)組合件主要由儲絲筒、聯(lián)軸器和軸承組成。儲絲筒 儲絲筒是電極絲穩(wěn)定移動和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一， 一般用 45 號鋼制造。為了減少轉(zhuǎn)動慣量， 筒壁應(yīng)盡量薄，按機床規(guī)格的不同， 選用的范圍一般為 1.55mm。為進一步降低轉(zhuǎn)動慣量，也可選用鋁鎂合金材料制造。儲絲筒壁厚要均勻，工作表面要有較好的表面粗糙度，一般R 為 0.8 m。為保證絲筒組合件動態(tài)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)孔、外圓對支撐部分的同軸度。儲絲筒與主軸裝配后的徑向跳動量應(yīng)不大于 0.01mm。一般裝配后，以軸的兩端中心孔定位，重磨儲絲筒外圓和與軸承配合的軸徑。聯(lián)軸器 走絲機構(gòu)中運動組合件的電極軸與儲絲筒中心軸，一般不采用整體的長

10、軸，而是利用聯(lián)軸器將二者聯(lián)在一起。由于儲絲筒運轉(zhuǎn)時頻繁換向，聯(lián)軸器瞬間會受到正反向的剪切力，但由于這個力不大，且儲絲筒中心軸與電極軸有較高的同軸度要求。所以本設(shè)計采用YLD6 剛性聯(lián)軸器J2442 。J1 2438（2）上下拖板走絲機構(gòu)的上下拖板一般有下面二種滑動導(dǎo)軌。燕尾型導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。旋轉(zhuǎn)調(diào)整桿帶動塞鐵，可改變導(dǎo)軌副的配合間隙。但該結(jié)構(gòu)制造和檢驗比較復(fù)雜，剛性較差，傳動中摩擦損失也較大。三角、矩形組合式導(dǎo)軌，如下圖所示。導(dǎo)軌的配合間隙由螺釘和墊片組成的調(diào)整環(huán)節(jié)來調(diào)整。本設(shè)計采用三角、矩形組合式導(dǎo)軌。如下圖2.2.圖 2.2三角矩形組合式導(dǎo)軌由于儲絲筒走絲機構(gòu)的上拖板一邊裝有

11、運絲電動機，儲絲筒軸向兩邊負(fù)荷差較大。為保證上拖板能平穩(wěn)的往復(fù)移動，應(yīng)把下拖板設(shè)計的較長以使走絲機構(gòu)工作時，上拖板部分可始終不滑出下拖板，從而保證拖板的剛度、機構(gòu)的穩(wěn)定性及運動精度。（3）齒輪副和絲桿副走絲機構(gòu)上拖板的傳動鏈?zhǔn)怯?2 級減速齒輪副和一組絲桿副組成，它使儲絲筒在轉(zhuǎn)動的同時，作相應(yīng)的軸向位移，保證電極絲整齊的排繞在儲絲筒上。在本次設(shè)計線切割機中，走絲機構(gòu)是常是通過配換齒輪來改變儲絲筒的排絲筒的排絲距離，以適應(yīng)徘繞不同直徑的電機絲的要求。絲桿副一般采用軸向調(diào)節(jié)法來消除螺紋配合間隙。 為防止走絲電機換向裝置的失靈，導(dǎo)致絲桿副和齒輪副的損壞，在齒輪副中，可選用尼龍代替部分金屬齒輪。這不但

12、可以在電機換向裝置失靈時，由于尼龍齒輪先損壞，保護絲桿副與走絲電機，還可以減少噪聲。但是由于要照顧專業(yè)知識的復(fù)習(xí)，所以決定選用傳統(tǒng)的金屬材料制造。（4）線架、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)線架與走絲機構(gòu)組成了電極絲的運動系統(tǒng)。線架的主要功能是在電極絲按給定線速度運動時，對電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺平面保持一定的幾何角.度。對線架的要求是：具有足夠的剛度和強度，在電極絲運動（特別是高速走絲）時，不應(yīng)出現(xiàn)震動和變形；線架的導(dǎo)輪有較高的運動精度，徑向偏擺和軸向竄動不超過0.005mm；導(dǎo)輪與線架本體、線架與床身之間有良好的絕緣性能；導(dǎo)輪運動組合件有密封措施，可防止帶有大量放電產(chǎn)物和雜質(zhì)的工作液進入導(dǎo)

13、輪軸承；線架不但能保證電極絲垂直于工作臺面，在具有錐度切割功能的機床上，還具有能使電極絲按給定要求保持與工作臺平面呈一定角度的功能。線架按功能可以分為固定式、升降式和偏移式三種類型：按結(jié)構(gòu)可分為懸臂式和龍門式兩種類型。懸臂式固定線架主要由線架本體、導(dǎo)輪運動組合件及保持器等組成。（1） 線架本體結(jié)構(gòu)中、小型線切割機床的線架本體常采用單拄支撐、雙臂懸梁式結(jié)構(gòu)。由于支撐電極絲的導(dǎo)輪位于懸臂的端部，同時電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強線架本體的剛度和強度，使線架的上下懸臂在電極絲運動時不致振動和變形。為了進一步提高剛度和強度，在上下懸臂間增加加強筋結(jié)構(gòu)。有的機床的線架本體有的采用龍門結(jié)構(gòu)。這時，工作臺拖

14、板只沿一個坐標(biāo)方向運動，另一個坐標(biāo)方向的運動通過架在橫梁上的線架拖板來實現(xiàn)。此外，針對不同厚度的工件， 還有采用絲臂張開高度可調(diào)的分離式結(jié)構(gòu)， 如下圖 2.3 所示?；顒咏z臂在導(dǎo)軌上滑動，上下移動的距離由絲桿副調(diào)節(jié)。松開固定螺釘時，旋轉(zhuǎn)絲桿帶動固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動。調(diào)整完畢后擰緊固定螺釘，上絲臂位置固定下來。為了適用線架絲臂張開高度的變化，在線架上下部分應(yīng)增設(shè)副導(dǎo)輪，如下圖 2.4 所示：.圖 2.3可調(diào)式線架本體結(jié)構(gòu)圖 2.4可移動絲臂（2） 導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)1）導(dǎo)輪是本機床關(guān)鍵零件，關(guān)系到切割質(zhì)量，對導(dǎo)輪運動組合件的要求如下。導(dǎo)輪 V 形槽面應(yīng)有較高的精度， V 形槽底的圓弧半徑

15、必須小于選用的電極絲半徑，保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運動時不產(chǎn)生軸向移動。在滿足一定強度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪的質(zhì)量，以減少電極絲換向時的電極絲與導(dǎo)輪間的摩擦。導(dǎo)輪槽工作面應(yīng)有足夠的硬度，以提高其耐磨性。.導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動應(yīng)輕便靈活，應(yīng)盡量減少軸向竄動和徑向跳動。進行有效的密封，以保證軸承的正常工作條件。2）導(dǎo)輪運動組合件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)輪運動組合件的結(jié)構(gòu)主要有三種；懸臂支撐結(jié)構(gòu)、雙支撐結(jié)構(gòu)和雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。懸臂支撐結(jié)構(gòu)簡單，上絲方便。但是因為懸臂支撐，張緊的電極絲運動的穩(wěn)定性較差，難于維持較高的運動精度，同時也影響導(dǎo)輪和軸承的使用壽命。雙支撐結(jié)構(gòu)為導(dǎo)輪居中，兩端用軸承支撐，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上絲麻煩。但是此種結(jié)構(gòu)的

16、運動穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳動。雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪兩端加工成300 錐形軸尖，硬度在RC60以上。軸承由紅寶石或錫磷青銅制成。該結(jié)構(gòu)易于保證導(dǎo)輪運動部件的同軸度，導(dǎo)輪軸向竄動和徑向跳動量可以控制在較小的范圍內(nèi)。缺點是軸尖運動副摩擦力大，易于發(fā)熱和磨損。為補償軸尖運動副的磨損，利用彈簧的作用力使運動副良好接觸。通過比較以上三種結(jié)構(gòu)的特點，可以看出第二種結(jié)構(gòu)比較適合作為DK7732高速走絲電火花線切割機床的導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)。3）導(dǎo)輪的材料為了保證導(dǎo)輪軸徑與導(dǎo)向槽的餓同軸度，一般采用整體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪要求使用硬度高、耐磨性好的材料制成 （如 GCr15、W18Cr4V），也可以選用硬質(zhì)合金或陶

17、瓷材料制造導(dǎo)輪的鑲件來增強導(dǎo)輪 V 形工作面的耐磨性和耐蝕性。4）導(dǎo)輪組合件的裝配導(dǎo)輪組合件裝配的關(guān)鍵是消除滾動軸承中的問題，避免滾動體與套杯工作表面在負(fù)荷作用下產(chǎn)生彈性變形，以及由此引起的軸向竄動和徑向跳動。因此，常用對軸承施加預(yù)負(fù)荷來解決。通常是在兩個支撐軸承的外環(huán)間放置一定厚度的定位環(huán)來獲得預(yù)負(fù)荷。預(yù)加負(fù)荷必須選擇得當(dāng)，若軸承受預(yù)加負(fù)荷過大，在運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生急劇磨損。同時，軸承必須清洗得很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內(nèi)是否有金屬粉末、炭化物等，軸承經(jīng)清洗、干燥后，填以高速潤滑脂，起潤滑和密封作用。.（二）儲絲走絲部件主要零件強度計算1齒輪傳動比的確定鉬絲絲距選擇 0.25mm，儲絲筒每轉(zhuǎn)一周

18、，拖板帶動儲絲筒移動0.25mm，絲桿螺距選擇為 3mm。所以儲絲筒與絲桿見齒輪的傳動比為：u=0.25=1： 12；3采用二級齒輪傳動，取u1 =1：4；u 2 =1： 3。（1）齒輪齒數(shù)的確定取 Z1 =15；由于齒輪齒根與軸上鍵的距離不能為零。即 dr 2 - （d+t 1 ） 2m由 d=16mm查設(shè)計手冊得：t 1 =2.3mm；而 d r 1 =d1 -2h r=（Z1 -2ha * - 2c* ）m=（15-2-0.5 ）m=12.5m代入上式得： 12.5/2m- （16+2.3 ）/22m取 m=2；又有 Z2 =4Z1 =60所以.d =mZ =215=30mm11d =m

19、Z =2 60=120mm22取 Z3 =25；同理可得：取 m=3；又有 Z4 =3Z3 =75所以d3 =mZ3 =3 25=75d 4 =mZ4 =375=225齒輪 1，2 中心距a1 =（30+120）/2=75mm齒輪 3，4 中心距a2 =（75+225）/2=150mm參考書籍機械設(shè)計取 b=0.5d 1 =0.5 30=15mm其他數(shù)據(jù)如下da1 =（ Z1 2ha* ）m=（ 15+2 1） 2=34mmda2 =124mmda3 =81mmda4 =231mm.dr1 =（ Z1 2ha* 2c * ） m=（ 15-2 1 2 0.25 ） 2=25mmdr2=115m

20、mdr3 =67.5mmdr4=217.5mm1）傳動件的估算根據(jù)公式d=914 Nmm(n j )其中N該傳動軸的輸入功率N=Nd其中Nd 電機頜定功率從電機到該轉(zhuǎn)動軸之間傳動件的傳動效率的乘積nj 該轉(zhuǎn)動軸的計算轉(zhuǎn)速r/min計算轉(zhuǎn)速 n j 是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速 每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）取=0.995 ， Nd =0.55kwN= Nd =0.550.995=0.54725kw.nj =1390r/mind=910.54725100041390400=10.2mm4. 齒輪模數(shù)估算齒輪彎曲疲勞估算：m32 3 NZn j=320.5472513903696=1.0

21、39mm齒面點蝕估算：A3703 Nn j=3700.54725313906=49.28mm其中 n j 為該轉(zhuǎn)動軸的計算轉(zhuǎn)速r/min ， A 為齒輪中心距中心距 A 及齒數(shù) Z1 、Z2 求出模數(shù)mj=2 AZ1 Z 2=249.281560.=1.31取較大的那個模數(shù)，在這個設(shè)計中，第一對齒輪傳動取m=2mm第二對齒輪傳動取m=3mm5. 齒輪模數(shù)的驗算根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為mj =16300 (i1)k1k2 k3k s N mmm Z 21 I j 式中：N 計算齒輪傳遞的頜定功率N=Nd kwnj 計算齒輪（小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速r/min m 齒寬系數(shù)， m =b/m， m

22、常取 610Z1 計算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動中最小的齒輪的齒數(shù)i 大小齒輪的齒數(shù)比i = Z2 1，“+”用于外齒合，“- ”用于內(nèi)齒合；Z1k s 壽命系數(shù)， k s = kT K n kN K q ；60nTk T 工作期限系數(shù)，k T = mC0齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)C0.n齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/minT預(yù)定的齒輪工作期限，中型機床推薦T=15000 20000hkn 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)k p 材料強化系數(shù)， 幅值低的交變載荷可使用金屬材料的晶粒邊界強化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴展的作用；K N 功率利用系數(shù)k1 工作情況系數(shù)k2 載荷系數(shù)k3 齒向載荷分布系數(shù)

23、Y齒形系數(shù) j 、 j 許用彎曲接觸能力查表可得： k1 =1.2 ， k2 =1.2 ， k3 =1.15ks = kT kn kN K q=m 60nT K n kN kqC0601390120000330.78 0.51 0.60=107=0.91N=0.54725kw， m =10， j =600MPa.則m j =16300(2 1)1.21.21.150.910.54725 mm1015226002139013=1.625mm根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪計算模數(shù)公式為：k1k2 k3 ks NmmM w =275Z1Y mn j w =2751.21.21.150.5540.5472511

24、50.4141013602203=0.063mmks = kT k nk N kq= 6 60nT kn k N kq C060139012000036=8 0.89 0.70 0.75210=0.554所以 m=2符合要求同理 m=3也符合要求（三）儲絲走絲部件主要零件強度驗算1齒輪強度的驗算齒輪危險截面的彎曲強度條件公式. F = 2kT1YFa Ysa F d m3 Z12k載荷系數(shù)k= k kv k k d 齒寬系數(shù)，取0.5k使用系數(shù)，取1k v 載荷系數(shù)，取1.05k齒間載荷分配系數(shù)，k H =1.0 ， k F =1.0k 齒向載荷分布系數(shù)T1 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距T1 =95.5

25、10 5 P1n1=95.5 10 5 0.55/1390=3.78 10 3 Nmmk H =1.11+0.18 （1+6.7d 2 ）d 2 +0.15 10 3 b=1.11+0.18（ 1+6.7 0.25 ） 0.25+0.15 0.001 0.5=1.23045K=11.05 1.0 1.6=1.218查得： b/h=23/4.5=5.11.kF =1.16YF 載荷作用與齒頂時齒形系數(shù)Ysa 載荷作用與齒頂時應(yīng)力校正系數(shù)查表得： YF=2.69 ， Ysa =1.575則21.2183.7810002.691.575F =0.58152=18.4MPakFNF limF SFN=

26、60njL h=601390120000=1.668 10 6s疲勞強度安全系數(shù)s= sn1, ssF1.25 1.5KN 壽命系數(shù)（ K FN1.0, K HN 1.0 ）lim 齒輪的疲勞強度F limFEYST=340MPaH lim=520MPaF 1.0 340 =272MPa1.25.所以FF 2kT1 (u1) H HZ H Z Ed d13 u其中：ZH 區(qū)域系數(shù)ZE 彈性影響系數(shù)Z HKH = k k vkH kH1 1.05 1.0 1.23045=1.2921.293.78100021H0.560 22.5 189.82=259.89H =520MPa所以HH 因此，所設(shè)

27、計的齒輪1、2 也滿足齒面接觸疲勞強度要求同理也可得到所設(shè)立的齒輪3、4 也滿足齒面接觸疲勞強度要求齒輪設(shè)計合格2 主軸的驗算按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度：根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖，如圖 2.5 （a）。并分別作出水平方向和垂直方向的彎矩圖，如圖（ b），（c），以及扭矩圖，如圖（d）。.軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩圖先計算軸上的載荷：T19550000 P195500000.553.78 103 Nmn11390齒輪的分度圓直徑為：d1mz215302T123.781000Ft30252Nd1FrFt tan252 tan 2086N.從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以明顯的看出截面 B 是危險截面

28、。先將計算出的截面 C處的 M H , M r 及 M的值列于下表 2.1表 2.1應(yīng)力計算表載荷水平面 H垂直面 V支反力 FFNH 1195.7N , FNH 231.4NFNH 171.2N , FNH 2 11.4N彎矩 MM H8543.6 N ? mmM V3109.6N ? mm總彎矩M2M V29091.9N ? mmM H扭矩T1 3.7810 3 N ? mm軸的計算應(yīng)力：M 2(T1 )21 caW如表 2.1中數(shù)值得：ca5.7MPa前已經(jīng)選定的軸的材料為45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理查得 1 60MPa因此ca1 ，故安全（四）主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計1軸承的配置形式一般來說數(shù)控機床的

29、主軸結(jié)構(gòu)的軸承有以下幾種配置形式：（ 1）前后支承均采用雙列短圓柱磙子軸承來承受徑向載荷，安裝在前斷的兩個推力球軸承來承受前后方向的軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)能承受較大的負(fù)載（特別是軸向負(fù)載），可適應(yīng).強力切削，但主軸轉(zhuǎn)速不能太高，軸承在高轉(zhuǎn)速時容易發(fā)熱。由于推力球軸承軸承安裝在主軸的前端，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時前軸承和后軸承溫度差較大，熱變形對主軸精度影響也較大。前軸承溫度高，主軸前端升高量大，后軸承溫度低，主軸末端升高量小，因此，這種機構(gòu)目前應(yīng)用較小。（ 2）前后支承用雙列短圓柱磙子軸承來承受徑向負(fù)荷，用安裝在主軸前端的雙向向心推力球軸承來承受軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)剛性較好。（ 3）前軸承用單列向心推力球軸承，

30、背靠背安裝，由 2 到 3 個軸承組成一套，用以承受徑向和軸向負(fù)載；后軸承用雙列短圓柱磙子軸承。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)載，主軸精度較好。但所承受的軸向負(fù)載較前兩種結(jié)構(gòu)小。（ 4）前后支承采用成組單列向心推力球軸承，用以承受徑向和軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，中等負(fù)載的數(shù)控機床。在中、小規(guī)格的數(shù)控機床上采用這種機構(gòu)較多。本設(shè)計主軸所采用的軸承支承方式為第四種。2主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊滾動軸承的預(yù)緊是采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菨L動體和內(nèi)外套圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形而帶伏負(fù)游隙運行。預(yù)緊的目的是增加軸承的剛度，提高旋轉(zhuǎn)精度，延長軸承壽命。按預(yù)載荷的方向可分為軸向預(yù)緊和徑向預(yù)緊。而角接觸球軸承主要是軸向預(yù)

31、緊，這可明顯提高軸向剛度。三、進給傳動設(shè)計（一）進給傳動運動設(shè)計1脈沖當(dāng)量和傳動比的確定（1）脈沖當(dāng)量的確定目前，常用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋。步進電機每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，每個脈沖代表電機一定脈沖，每個脈沖代表電機一定的轉(zhuǎn)角。步進電機是一種電脈沖控制的特種電機， 對于每一個電脈沖步進電機都將產(chǎn)生一個恒定的步進角位移，.每一個脈沖或每步的轉(zhuǎn)角稱為步進電機的步距角b / 脈沖 ，可由選用的步進電機型號從技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出。因此，每脈沖代表電機一定的轉(zhuǎn)角，這個轉(zhuǎn)角經(jīng)齒輪副和滾珠絲桿使工作臺移動一定的距離。每個脈沖所對應(yīng)的執(zhí)行件（如工作臺0 的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，記為 p ，單

32、位 mm/脈沖。應(yīng)根據(jù)機床或工作臺進給系統(tǒng)所要求的定位精度來選定脈沖當(dāng)量?？紤]到機床傳動系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)量必須大于定位精度值。此次設(shè)計的電火花成型機床定位精度的設(shè)計要求是0.01mm，根據(jù)該精度要求可確定脈沖當(dāng)量為p0.005mm / 脈沖 。（2）傳動比的確定設(shè)傳動副的餓傳動比為i ，若為一級傳動，則in1z2， n1 , z1 為主動齒輪的n2z1轉(zhuǎn)速和齒數(shù)， n2 , z2 為從動齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。若為多級傳動，則i 為總傳動比。對于步進電機，當(dāng)脈沖當(dāng)量p ( mm/ 脈沖 ) 確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程L0 （mm）和電機步距角b ( ) / 脈沖 都也以初步選定后，則可用下式計算主

33、軸系統(tǒng)的傳動比b LOi360P=0.3653600.005=1（二）滾珠絲桿螺母副的型號選擇和滾珠絲桿的選型和校核1滾珠絲桿螺母副的型號選擇（1）最大工作載荷計算滾珠絲桿上的工作載荷Fm ( N ) 是指滾珠絲桿副在驅(qū)動工作臺時滾珠絲桿所承受的軸向力，也叫做牽引力。它包括滾珠絲桿的走刀抗力及與移動體中立和作用于道軌上的其.它切削分力相關(guān)的摩擦力，可用下列實驗公式進行計算。對于矩形道軌FmKF Lf (FVFcG )式中：FL 工作臺進給方向載荷Fv 工作臺垂直載荷FC 工作臺橫向載荷G移動部件的重力K考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)F考慮顛覆力矩影響的摩擦系數(shù)對于滾動導(dǎo)軌； f=0.0025 0.

34、005由于電火花線切割是電極絲放電進行加工，可以認(rèn)為FL , FV .FC 近似為零所以； FmfG取f0.005, G1000 Kg（估算）Fm =fG=10000.005=5(2) 最大動載荷 C 的計算及主要尺寸初選滾珠絲桿應(yīng)根據(jù)斷定動載荷C a 選用，最大動載荷計算原理與滾動軸承相同。滾珠絲桿的最大動載荷應(yīng)用下式計算：C3 L fm Fm , L60nt /106 , n1000v / L0式中： L工作壽命，單位106 rn絲桿轉(zhuǎn)速，單位r/minv最大切削力條件下進給速度，單位 m/min L0 絲桿基本導(dǎo)程，單位 mm.t 定使用壽命， 位 h，可取 t=15000hf m 運

35、狀 系數(shù)， 無沖 取 11.2 ，一般情況 1.2 1.5所以C3L f mFm=3551.4=11.96n=1000v/L0=1000 1000.001/5=20r/minL=60nt/106=60201036524106=105.12（106r）minC=3L f m Fm=3105.12541=33根據(jù)以上 算 取CBM3205 5（機械 手冊上）2滾珠絲桿的選型和校核 珠 桿已由 工廠制造，因此，不用我 自己 制造，只要根據(jù)使用工況 某種 型的 構(gòu)，在根據(jù) 荷、 速等條件 定合適的尺寸型號并向有關(guān)廠家 。此次 中， 珠 桿被三次 用，故在 里只 取其中最重要的主 中德望 珠 桿加以 和

36、校核。其步 如下：首先 于一些參數(shù) 明如下： 向 荷 Fi （ N），其中 i 表示第 i 個工作 荷， i =1、 2、 3、 4 n；第 i 個 荷 的 速 ni （ r/min ）.第 i 個載荷對應(yīng)的工作時間 ti （h）；絲桿副最大移動速度 vmax ( mm / min) ；絲桿預(yù)期壽命 Lb (h) ；（ 1）型號選擇1）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求選擇滾道截面形狀，查得螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式；2）計算滾珠絲桿副的主要參數(shù)根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)f d =1.0 ，系數(shù) sj =1.5 ；計算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 ndnd=(nmaxnmin )2=2000rmin計算當(dāng)量載荷 FdFd(2F

37、maxFmin )3=2333N初步確定導(dǎo)程 PhPhVmaxnmax=100004000=2.5mm取 Ph5mm計算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速LnL n60nd=120000.計算絲桿所需的頜定載荷C aC afd Fd 10 2 Ln13=1233310 21120000 3=1151N3）選擇絲桿型號根據(jù)初選的 Ph 和計算的 C a ，選取導(dǎo)程為5mm，頜定載荷大于 C a 的絲桿。所選絲桿型號為 CDM2004-2.5。其為外循環(huán)雙管式、 雙螺母墊片預(yù)緊、 導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲桿。臨界轉(zhuǎn)速校核2nc =121061 d32l c=12 1063.1422206302=5970r/min而最

38、大工作轉(zhuǎn)速nm ax =40000.8 nc =4776校核合格。滾珠絲桿的預(yù)緊預(yù)緊力（ F p ）一般取當(dāng)量載荷的三分之一或頜定動載荷的十分之一。即：F p1Fd3=778N其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩TpF p Ph (12 ) 10 32=7784(1 0.852 ) 10 320.85=0.16Nm.( 三 ) 步進電機的選用步進電動機又稱為脈沖電動機，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點：轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動而變化；速度可調(diào)，能夠快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；定位精度高、同步運行特性好

39、。數(shù)控電火花成型機的動力系統(tǒng)要求電動機定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且頜定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而 BF系列步進電動機為反應(yīng)式步進電動機，具備以上的所有條件，我們選用的型號 90BF004的電動機作為主運動的動力源。選用時主要有以下幾個步驟：1根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機型號（1）步距角初選步進電機型號，并從手冊中查到步距角b ，由于b L0i360p綜合考慮，我初選了b1.5 , i1, 可滿足上式的要求。（2）矩頻特性步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩M j max 是指電機的定位轉(zhuǎn)矩。步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩M mp 與最大靜轉(zhuǎn)矩 M j max 的關(guān)系是；M mpM j max步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩按下式計算：M kqM ka M kf M 0.式中：M kq 空載啟動力矩；M ka 空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的加速力矩；M kf 空載時折算到電機軸上的摩擦力矩；M 0 由于絲桿預(yù)緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩；而且初選電機型號時， 應(yīng)滿