線切割快走絲機構的設計畢業(yè)論文

1、摘 要 本文結合往復走絲線切割機床的開發(fā)而進行的研究，往復走絲線切割機床是我國獨有的機種。相對于低速走絲它具有結構簡單，制造成本低，操作方便，可維護性好等優(yōu)點。對于線切割而言，走絲系統是目前主要研究課題，走絲系統的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)劣都體現了機床整體水平的高低。走絲系統的穩(wěn)定性直接影響加工工件的表面質量。近年來快速走絲因其高精度，高效率等技術優(yōu)勢而日漸占領國內市場。由于PLC控制正反轉和限位開關的使用，因此研制更加穩(wěn)定的走絲系統意義重大。本文是針對線切割機床快走絲機構進行的分析和設計。走絲機構是線切割組成部分，它的性能好壞直接影響線切割機床的加工精度。快走絲線切割機床主要用于加工各種形狀復雜精密細小

2、的工件，具有加工余量小，加工精度高，生產周期短，制造成本低等突出優(yōu)點。關鍵詞：線切割；快走絲機構；plc控制ABSTRACT Research and development based on WEDM-HS of, the WEDM-HS is China's unique models. Relative to the low speed wire has the advantages of simple structure, low manufacturing cost, convenient operation, has good maintainability etc. Fo

3、r wire cutting, wire system is currently the main research topic, take each link wire system quality reflects the overall level the machine. Walking stability of the screw system directly affects the surface quality of the workpiece. In recent years, because of its high accuracy and fast wire, high

4、efficiency advantages and gradually occupied the domestic market. Because the PLC positive control and limit switches are used, so the development of a more stable wire feeding system is of great significance. This paper is the analysis and design for WEDM wire system. Wire walking mechanism is part

5、 of wire cutting, machining precision, which directly affects the performance of the linear cutting machine. Mainly used for processing various complex shape workpiece precision fine WEDM, with small machining allowance, high machining precision, short production cycle, low manufacturing cost advant

6、ages.Key words: wire cutting; wire speed mechanism; PLC control 目 錄 摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 課題研究的目的和意義 11.2 國內外數控線切割機的發(fā)展11.2.1國外電火花線切割加工技術的發(fā)展及現狀1我國電火花線切割技術的發(fā)展及現狀31.3本論文的主要內容52 線切割的快走絲系統72.1總體方案設計7儲絲走絲部件運動設計7對快走絲機構的要求7儲絲筒旋轉組合件7上下拖板9齒輪副和絲桿副9線架、導輪部件結構103 儲絲走絲部件主要零件強度計算143.1 齒輪傳動比的確定143.1.1 齒輪齒數的確定1

7、43.1.2 傳動件的估算163.2 齒輪模數估算163.3 齒輪模數的驗算174 儲絲走絲部件主要零件強度驗算214.1 齒輪強度的驗算215 軸的設計計算及校核245.1 第軸的設計及校核246 軸承壽命校核286.1 第軸上軸承的校荷286.2 第軸軸上軸承的校荷297 鍵的強度校核317.1 聯軸器處鍵的強度校荷317.2 儲絲筒端蓋與軸聯接處鍵的校荷327.3 第軸與小齒輪聯接處鍵的校核337.4 第根軸上鍵的校核337.5 絲桿的選型和校核348 步進電機的選用37總結38致 謝39參考文獻40 1 緒論1.1 課題研究的目的和意義    &

8、#160;在快走絲線切割加工中來說，保持電極絲狀態(tài)的相對穩(wěn)定，就好像保持金屬切削機床刀具狀態(tài)穩(wěn)定一樣，這將直接決定加工質量的好壞。從目前的狀況來看，電極絲在加工區(qū)的張力變化很大，高速運行的電極絲使導輪磨損很快，絲的振動也隨之加劇，直接影響了加工品質和加工的穩(wěn)定性。 因此應加強對快走絲系統的深入研究，保證加工區(qū)電極絲運行狀態(tài)的穩(wěn)定，進一步提高線切割機加工精度和解決儲絲筒的徑向跳動和軸向竄動。從而提高加工精度，提高生產效率，改善產品質量，增加企業(yè)的經濟效益。 同時使我們在快走絲機構的設計中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的

9、綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，培養(yǎng)基本的設計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。1.2 國內外數控線切割機的發(fā)展1.2.1國外電火花線切割加工技術的發(fā)展及現狀1943年，原蘇聯學者拉扎連科夫婦研究電火花放電時開關觸點受腐蝕損壞的現象和原因，發(fā)現電火花的瞬時高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。電火花線切割加工(WEDM)是在電火花加工的基礎上于50年代末最早在原蘇聯發(fā)展起來的一種新的工藝形式，是用線狀電極靠火花放電對工件進行切割，故稱為電火花線切割。電火花線切割加工以獲得廣泛的應用。目前國內外的線切割機床約占電加工機床

10、的60%以上。與電火花成型加工方法相比，線切割加工方法具有設備成本低、生產效率高以及工具電極的設計和制造大大簡化等特點，同時還可節(jié)約一部分材料。因此，線切割加工方法自問世于前蘇聯以來，得到了迅速的發(fā)展。近20年來，電火花線切割機床的價格下降了六倍多，加工速度提高了十幾倍，工件的最大尺寸增加了十四倍，可加工的工件錐度達到80º。目前慢走絲線切割機床最小驅動單位達0.lum，加工精度已接近或達到精密磨削的精度，最大切削速度超過3O0mm2/min，標志著WEDM總的加工速度有了明顯的提高，微精加工脈沖電源的開發(fā)，使精加工表面粗糙度可達到Ra0.l0.2m(多次切割)。 線切割加工水平的提

11、高使它從“特種加工”進入到常規(guī)加工的行列。線切割加工水平的提高不僅歸功于機械結構和工藝方法的改善，更得力于先進技術的應用和計算機軟件的發(fā)展。歐美和日本等國研究的數控低速走絲電火花線切割機床，采用閉環(huán)數字交(直)流伺服控制系統，動態(tài)性能好、定位精度高。同時機床具有數字自適應控制電源，并具有自動走絲、自動卸除廢料、短路自動回退等自動化技術，對電極絲張力和工作液壓力也可進行控制。同時，集以D、以PP、CAM及仿真于一體的自動編程系統不斷發(fā)展和成熟，目前基于PC的圖形交互式自動編程系統成為線切割自動編程系統的主流。從2002年美國芝加哥國際機床展展出的線切割機床可以看出當前國外WEDM的技術特點與發(fā)展

12、動向：(l)提供不同檔次的系列產品，供用戶選擇(2)改進了走絲系統，使運絲更平穩(wěn)，張力更穩(wěn)定(3)自動穿絲與自動重穿絲技術該功能雖然是國外WEDM普遍配備的，但近年來的改進重點在提高可靠性和穿絲速度上。(4)減少機床的熱變形，提高熱穩(wěn)定性(5)高精度的錐度切割(6)直線電機的應用(7)聯網這是一個在適應網絡時代的到來而開拓的新功能。雖然與外部計算機的通信并不是新鮮事，按任務的要求可以把外部計算機看成是機床數控系統的外圍設備，也可以把機床看成是外部計算機的一個終端。這一功能盡管目前的實用性還不夠明顯，但無疑是今后的一個發(fā)展方向。(8)拓展在零件加工中的應用(9)高速度加工高速度化一直是國外廠商追

13、求的目標。在這方面，日本廠商一直走在世界的前列。例如，三菱電機公司的標準型DWCH系列機床，由于采用G25電源，最高生產率達250mm2/min，其經濟型DWCC2系列機床也是250mm2/min。著名的Sodick公司的A500E型電火花線切割機的電源數控柜由于采用32位CPU，使加工速度大幅度提高，同樣可以達到300mm2/min?？熳呓z電火花線切割技術最初是在我國發(fā)展起來的一種電火花加工方法，它與慢走絲電火花線切割技術無論從加工方法還是加工裝置上都有很大區(qū)別。因此，我國的電火花線切割技術的發(fā)展主要體現在快走絲線切割技術的進步上。相對而言，我國的慢走絲電火花線切割技術起步較晚，其水平與國外

14、同類產品相比還存在較大的差距。我國電火花線切割技術的發(fā)展及現狀1、機床品種多樣化，年產量穩(wěn)步增長多年來，我國生產的數控電火花切割機一直是單一的高速走絲線切割機。隨時間推移，為了滿足市場需求，又開發(fā)生產了自旋式電火花線切割機、走絲速度可調的電火花切割機(含高低雙速走絲電火花線切割機)以及低雙速走絲電火花線切割機等。機床品種的多樣化可以滿足用戶的需要，擴大數控電火花線切割機加工的應用范圍。高速走絲電火花線切割機是我國當前發(fā)展的主要產品，廣大的科技工作者為了進一步提高它的工藝性能及自動化程度做了大量開發(fā)工作，并開發(fā)生產了2000mm×1200mm×500mm及1000mm

15、5;630mm×1000mm等超大型高速走絲電火花線切割機床，擴大了它的應用范圍，滿足了用戶的各種需要，使其年產量穩(wěn)步增長，至今以達到了12000臺/年，并有約300臺/年出口到世界各國。低速走絲電火花線切割機過去曾是“進口機”的代名詞，現在已有蘇州沙迪克三光機電有限公司、北京阿奇工業(yè)電子有限公司、蘇州電加工機床研究所，漢川機床廠等多家制造廠商自行開發(fā)生產，年產量達300多臺。這些機床性能好，價格不到進口機的一半，深受國內用戶的歡迎。自旋式電火花線切割機和走絲速度可調的電火花線切割機目前雖處在開發(fā)和完善階段，產量也不大，但開發(fā)思想都是企圖借鑒高速走絲和低速走絲二者的優(yōu)點創(chuàng)造一種新型的

16、電火花切割方法。它的成功不僅能為我國的電火花線切割增加一個新品種，并以它的性能價格比好以及加工消耗低的特點找到它自身的應用范圍，而且為高速走絲的電火花線切割機的多次切割工藝奠定基礎。2、高速走絲系統日趨完善高速走絲有助于工作液進入窄小的加工區(qū)，改善排屑條件，這對于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的。同時，電極絲的往返運動可使電極絲重復使用，減少電極絲的消耗，降低切割加工的生產成本。然而，高速走絲也會造成導向器(導輪、導向塊等)的磨損和系統的振動，加上電極絲的張力不容易控制，它將給加工穩(wěn)定性、加工精度及表面質量帶來嚴重影響。為了解決高速走絲所存在的問題，完善高速系統，廣大科技工作者己做

17、了大量的開發(fā)研究工作，并獲得了明顯的效果。上海大量電子設備有限公司已于1999年開發(fā)生產了數字程序控制短程往返走絲系統，根據加工條件設定正向移動和反向移動的時間，以消除高速走絲的換向切割條紋，改善加工表面質量。北京阿奇工業(yè)電子有限公司根據高速走絲正向和反向移動張力不一的缺點，開發(fā)了新型的恒張力高速走絲機構。這種新型的恒張力高速走絲機構。這種新型機構不僅可以緊絲，而且可以保證正向和反向移動時電極絲的張力基本一致。因此，走絲系統上、下絲架的導輪是對稱設置的，可以保證正、反向移動時產生摩擦阻力相近，使電極絲的張力在整個過程中恒定。電極絲的張力直接影響電極絲的振動和頻率，并影響線切割加工的效果，為了使

18、高速走絲系統的電極絲的張力恒定，華中理工大學開發(fā)了一種高速走絲線切割機鋁絲恒張力伺服系統。這種控制系統的實際使用雖然存在不少問題，但他們的開發(fā)思路是積極的。為了提高絲架的剛性，南昌江南電子儀器廠開發(fā)了龍門式絲架，非常適合于大中型電火花線切割機，且錐度切割不受偏移量限制。蘇州沙迪克三光機電有限公司開發(fā)生產的錐度切割裝置可以穩(wěn)定切割720的錐型零件，而蘇州金馬機械電子公司的DK7740B機床能在200mm厚的工件做300錐度的切割，表明近幾年來我國高速走絲WEDM機床的加工范圍有了較大發(fā)展。1.3本論文的主要內容數控電火花線切割快走絲系統的設計具體的說來應該包括儲絲筒傳動系統，絲架，張緊裝置，錐度

19、調整機構，電氣控制系統的設計等。按照設計的任務書，首先要了解該機床調查研究電火花線切割機的加工特點，對照已有的線切割機確定具體的設計參數，再對機床總體方案及控制系統總體方案進行確定。具體到設計時對各個方案再進行點對點的修改。接下來就是進行必要的設計與計算選型工作，就是將整體機床的設計又分為幾個部分各個去突破大體就是機械部分和電氣部分。再具體到各個組件或零件。雖說設計是個人的行為，但由于自己的知識欠缺且設計的內容跨越比較大包括電子技術、計算機技術、機械設計，很多地方肯定是難以具到，當然有在劉老師的悉心指導下，很多不懂的地方這正是我們要學的地方，同時在多方面有同學們的提示才得將設計順利進行。這畢竟

20、是一個學習階段的畢業(yè)設計很多方面都是在邊學邊用中進行的，或者說很多方面的設計還是停留在模仿的階段比如電氣部分，控制部分都不是很成熟的設計。2 線切割的快走絲系統2.1總體方案設計儲絲走絲部件運動設計走絲機構的運動是由儲絲筒電機正反轉得到的。電極通過聯軸器與儲絲筒連接，儲絲筒裝有齒輪，通過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，拖板與底座采用三角矩形組合式導軌連接，這樣儲絲筒每轉一周拖板直線移動相應的距離，因此機床工作前應根據零件厚薄和精度要求可在0.12mm到0.25mm之間調節(jié)。對快走絲機構的要求（1）快走絲機構的儲絲筒轉動時，還要進行相應的軸向移動，以保證極絲在儲絲筒上

21、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，電極絲的走絲速度在712m/s范圍內無級或有級可調，或恒速轉動。（4）走絲機構最好與床身相互絕緣。（5）傳動齒輪副、絲桿副應具備潤滑措施。儲絲筒旋轉組合件儲絲筒旋轉組合件主要由儲絲筒、聯軸器和軸承組成。儲絲筒 儲絲筒是電極絲穩(wěn)定移動和整齊排繞的關鍵部件之一，一般用45號鋼制造。為了減少轉動慣量，筒壁應盡量薄，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0.8m。為保證絲筒組合件動態(tài)平衡，應嚴格控制內孔、外圓對支撐

22、部分的同軸度。儲絲筒與主軸裝配后的徑向跳動量應不大于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。聯軸器走絲機構中運動組合件的電動機軸與儲絲筒中心軸，一般不采用整體的長軸，而是利用聯軸器將二者聯在一起。由于儲絲筒運行時頻繁的換向，聯軸器瞬間受到正反剪切力很大，因此多用彈性聯軸器和磨擦錐式聯軸器。1） 彈性聯軸器彈性聯軸器結構簡單，慣性力矩小，轉向較平穩(wěn)，無金屬撞擊聲，可減小對儲絲筒中心軸的沖擊。彈性材料采用橡膠、塑料或皮革。這種聯軸器的優(yōu)點是，容許電動機軸與儲絲筒軸有不同心和不平行（如最大不同心允許為0.20.5mm，最大不平行為1度），缺點是由它聯結的兩根

23、軸在傳遞扭矩時會有相對轉動。2） 磨擦錐式聯軸器 摩擦錐式聯軸器可帶動轉動慣量較大的大、中型機床儲絲筒旋轉組合件。此種聯軸器可傳遞較大的扭矩，同時在傳動負荷超載時，摩擦面之間的滑動還可起到過載保護作用。因為錐形摩擦面會對對電動機和儲絲筒產生軸向力，所以在電機主軸的滾動支撐中，應選用向心止推軸承和單列圓錐磙子軸承。另外，還要正確選用彈簧規(guī)格。彈力過大，會增大軸向力，影響中心軸的正常轉動。 綜合上所概括的兩種聯軸器的特點，在這里可以選擇彈性聯軸器作為這里聯結所用。上下拖板 走絲機構的上下拖板一般有下面二種滑動導軌。燕尾型導軌，這種結構緊湊，調整方便。旋轉調整桿帶動塞鐵，可改變導軌副的配合間隙。但該

24、結構制造和檢驗比較復雜，剛性較差，傳動中摩擦損失也較大。三角、矩形組合式導軌。導軌的配合間隙由螺釘和墊片組成的調整環(huán)節(jié)來調整。本設計采用三角、矩形組合式導軌。由于儲絲筒走絲機構的上拖板一邊裝有運絲電動機，儲絲筒軸向兩邊負荷差較大。為保證上拖板能平穩(wěn)的往復移動，應把下拖板設計的較長以使走絲機構工作時，上拖板部分可始終不滑出下拖板，從而保證拖板的剛度、機構的穩(wěn)定性及運動精度。齒輪副和絲桿副走絲機構上拖板的傳動鏈是由2級減速齒輪副和一組絲桿副組成，它使儲絲筒在轉動的同時，作相應的軸向位移，保證電極絲整齊的排繞在儲絲筒上。在本次設計線切割快走絲系統中，走絲機構是常是通過配換齒輪來改變儲絲筒的排絲筒的排

25、絲距離，以適應徘繞不同直徑的電機絲的要求。絲桿副一般采用軸向調節(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)知識的復習，所以決定選用傳統的金屬材料制造。線架、導輪部件結構線架與走絲機構組成了電極絲的運動系統。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，不應出現震動和變形；線架

26、的導輪有較高的運動精度，徑向偏擺和軸向竄動不超過0.005mm；導輪與線架本體、線架與床身之間有良好的絕緣性能；導輪運動組合件有密封措施，可防止帶有大量放電產物和雜質的工作液進入導輪軸承；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：按結構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、導輪運動組合件及保持器等組成。線架本體結構中、小型線切割機床的線架本體常采用單拄支撐、雙臂懸梁式結構。由于支撐電極絲的導輪位于懸臂的端部，同時電極絲保持一定張力，因此應加強

27、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構。有的機床的線架本體有的采用龍門結構。這時，工作臺拖板只沿一個坐標方向運動，另一個坐標方向的運動通過架在橫梁上的線架拖板來實現。此外，針對不同厚度的工件，還有采用絲臂張開高度可調的分離式結構，如所繪0#圖中左視圖所示?；顒咏z臂在導軌上滑動，上下移動的距離由絲桿副調節(jié)。松開固定螺釘時，旋轉絲桿帶動固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動。調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，在線架上下部分應增設副導輪，如下圖2-1所示： 圖2-1 可移動絲臂 （

28、2）導輪部件結構1）導輪是本機床關鍵零件，關系到切割質量，對導輪運動組合件的要求如下。導輪V形槽面應有較高的精度，V形槽底的圓弧半徑必須小于選用的電極絲半徑，保證電極絲在導輪槽內運動時不產生軸向移動。在滿足一定強度要求下，應盡量減輕導輪的質量，以減少電極絲換向時的電極絲與導輪間的摩擦。導輪槽工作面應有足夠的硬度，以提高其耐磨性。導輪裝配后轉動應輕便靈活，應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）導輪運動組合件的結構導輪運動組合件的結構主要有三種；懸臂支撐結構、雙支撐結構和雙軸尖支撐結構。懸臂支撐結構簡單，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

29、，難于維持較高的運動精度，同時也影響導輪和軸承的使用壽命。雙支撐結構為導輪居中，兩端用軸承支撐，結構復雜，上絲麻煩。但是此種結構的運動穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳動。雙軸尖支撐結構。導輪兩端加工成30錐形軸尖，硬度在RC60以上。軸承由紅寶石或錫磷青銅制成。該結構易于保證導輪運動部件的同軸度，導輪軸向竄動和徑向跳動量可以控制在較小的范圍內。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構的特點，可以看出第二種結構比較適合作為快走絲電火花線切割機床的導輪結構。3）導輪的材料 為了保證導輪軸徑與導向槽的餓同軸度，一

30、般采用整體結構。導輪要求使用硬度高、耐磨性好的材料制成（如GCr15、W18Cr4V），也可以選用硬質合金或陶瓷材料制造導輪的鑲件來增強導輪V形工作面的耐磨性和耐蝕性。4）導輪組合件的裝配導輪組合件裝配的關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荷作用下產生彈性變形，以及由此引起的軸向竄動和徑向跳動。因此，常用對軸承施加預負荷來解決。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)來獲得預負荷。預加負荷必須選擇得當，若軸承受預加負荷過大，在運轉時會產生急劇磨損。同時，軸承必須清洗得很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內是否有金屬粉末、炭化物等，軸承經清洗、干燥后，填以高速潤滑脂，起潤滑和

31、密封作用。3 儲絲走絲部件主要零件強度計算3.1 齒輪傳動比的確定鉬絲絲距選擇0.25mm，儲絲筒每轉一周，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=1：12；采用二級齒輪傳動，取u=1：4；u=1：3。3.1.1 齒輪齒數的確定取Z=15；由于齒輪齒根與軸上鍵的距離不能為零。 即 -（d+t）>2mm (3-1)由d=16mm查設計手冊得： t=2.3mm； 而d=-2h =（Z-2ha-）mm =（15-2-0.5）mm =12.5m 代入公式（3-1）得：12.5/2m-（16+2.3）/2>2mm 取m=2；又有Z=4Z=

32、60 所以 =mz=2×15=30mm =mz=2×60=120mm取Z=25；同理可得： 取m=3又有Z=3Z=75 所以 =mz=3×25=75 =mz=3×75=225齒輪1，2中心距 a=（30+120）/2=75mm齒輪3，4中心距 a=（75+225）/2=150mm參考書籍機械設計 取 b=0.5d=0.5×30=15mm其他數據如下 =（Z2ha）m =（15+2×1）×2 =34mm =124mm =81mm =231mm =（Z2ha2c）m =（15-2×12×0.25）×

33、2 =25mm =115mm =67.5mm =217.5mm3.1.2 傳動件的估算根據公式 d=91 mm （3-2）式中， N該傳動軸的輸入功率, W； N=N其中， N電機頜定功率, kw； 從電機到該轉動軸之間傳動件的傳動效率的乘積； n該轉動軸的計算轉速，r/min；計算轉速n是傳動件能傳遞全部功率的最低轉速 每米長度上允許的扭轉角，deg/m； 取=0.995，N=0.55 kw N= N =0.55×0.995 =0.54725 kw n=1390 r/min由公式（3-2）可計算得： d=91 =10.2 mm3.2 齒輪模數估算齒輪彎曲疲勞估算： m32 =32&

34、#215; =1.039 mm齒面點蝕估算： A370 =370 =49.28 mm其中n為該轉動軸的計算轉速r/min，A為齒輪中心距中心距A及齒數Z、Z求出模數 m= = =1.31取較大的那個模數，在這個設計中，第一對齒輪傳動取 m=2 mm第二對齒輪傳動取 m=3 mm3.3 齒輪模數的驗算根據接觸疲勞計算齒輪模數公式為 m=16300mm式中： N計算齒輪傳遞的頜定功率 , kw； N=N kw n計算齒輪（小齒輪）的計算轉速, r/min； 齒寬系數，=b/m，常取610； Z計算齒輪的齒數，一般取傳動中最小的齒輪的齒數； 大小齒輪的齒數比；=，“+”用于外齒合，“-”用于內齒合；

35、 k壽命系數，k=； 工作期限系數，=；齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數m和基準循環(huán)次數C；n齒輪的最低轉速,r/min；T預定的齒輪工作期限，中型機床推薦T=1500020000h；轉速變化系數；材料強化系數，幅值低的交變載荷可使用金屬材料的晶粒邊界強化，起著阻止疲勞細縫擴展的作用；功率利用系數；工作情況系數；載荷系數；齒向載荷分布系數；Y齒形系數；、許用彎曲接觸能力；查表可得：=1.2，=1.2，=1.15 = = =×0.78×0.51×0.60 =0.91N=0.54725kw，=10，=600MPa則 =16300mm =1.625mm根

36、據彎曲疲勞計算齒輪計算模數公式為： =275mm =275 =0.063mm = = =×0.89×0.70×0.75 =0.554 所以m=2符合要求， 同理m=3也符合要求。4 儲絲走絲部件主要零件強度驗算4.1 齒輪強度的驗算根據齒輪危險截面的彎曲強度條件公式 = （4-1）k載荷系數；k=齒寬系數，取0.5；k使用系數，取1；k載荷系數，取1.05；齒間載荷分配系數，=1.0，=1.0；齒向載荷分布系數；小齒輪傳遞的轉距 =95.5×10 =95.5×10×0.55/1390 =3.78×10N·mm=1.

37、11+0.18（1+6.7）+0.15×10b =1.11+0.18（1+6.7×0.25）×0.25+0.15×0.001×0.5 =1.23045K=1×1.05×1.0×1.6 =1.218查得：b/h=23/4.5 =5.11 =1.16載荷作用與齒頂時齒形系數；載荷作用與齒頂時應力校正系數；查表得：=2.69，=1.575則 = =18.4MPaN=60njL=60×1390×1×20000=1.668×s疲勞強度安全系數；s=1.5K壽命系數 （）；齒輪的疲勞強度

38、；=340MPa=520MPa =272MPa所以 其中：Z區(qū)域系數Z彈性影響系數K=1×1.05×1.0×1.23045 =1.29 =259.89=520MPa所以 因此，所設計的齒輪1、2也滿足齒面接觸疲勞強度要求同理也可得到所設立的齒輪3、4也滿足齒面接觸疲勞強度要求齒輪設計合格。 5 軸的設計計算及校核5.1 第軸的設計及校核1 軸上的各參數功率轉速轉矩2 求作用在齒輪上的力由齒輪設計部分知小齒輪的分度圓直徑為 可以求得 3 初步確定軸的最小直徑 由于軸較長，并且軸上裝有儲絲筒直徑較大，最小直徑處需要與連軸器相配合，另外軸上開有鍵槽，故軸頸應增大5%。

39、查表選取鍵的類型及其尺寸為普通平建6×6×14mm選取連軸器為彈性柱銷連軸器，與軸配合的尺寸 首先根據軸的結構圖做出軸的計算簡圖，如圖5-1所示 圖5-1 第一根軸的受力分析由圖分析各支點處的受力狀況：由前已知：轉矩 在垂直面內對B點取矩可得： 式中，將這些數值代入上式課求得又由，可得則在垂直面內B，C，D點處的彎矩分別為計算水平面內各量對B點取矩可得由可得，表示其方向與圖示假設方向相反。則在水平面內B，C，D點處的彎矩軸上AE點各處的扭矩均相等，可知D點處彎矩最大，其值為從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面D是軸的危險截面。5）按彎扭合成應力校荷軸的強度進行校荷時，通

40、常只校荷軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。取，軸的計算應力前已選定軸的材料為45鋼，調質處理由表151查得。因此，故安全。6 軸承壽命校核6.1 第軸上軸承的校荷軸承類型：深溝球軸承，軸承代號：6205 在校荷時每個軸承所承受的載荷是支撐點處載荷的一半計算，壽命計算： h滾動軸承的當量動載荷： 其中：X、Y分別為徑向、軸向載荷系數。 因為軸承只受純徑向載荷。則 參照前面軸的計算可知： 左軸承： 右軸承： 3）載荷系數：查表“載荷系數”（按中等沖擊）得 4）轉速： 5）壽命指數： 6）額定動載荷：查表知 C7.36K 左軸承： 右軸承： 由此可知：該軸承符合要求符合要求。6.2

41、 第軸軸上軸承的校荷 軸承類型：深溝球軸承， 軸承代號：6204 在校荷時每個軸承所承受的載荷是支撐點處載荷的一半計算， 壽命計算： h滾動軸承的當量動載荷： 其中：X、Y分別為徑向、軸向載荷系數。 因為軸承只受純徑向載荷。則 參照前面軸的計算可知： 3）載荷系數：查表“載荷系數”（按中等沖擊）得 4）轉速： 5）壽命指數： 6）額定動載荷：查表知 C7.36KN 由此可知：該軸承符合要求符合要求。 7 鍵的強度校核鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應根據鍵聯接的結構特點，使用要求和工作條件來選擇：鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。對于常見的材料組合和按標準選取尺寸的普通

42、平鍵聯接（靜聯接），其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴重過載，一般不會出現鍵的剪斷，因此，通常只按工作面上的擠壓應力進行強度校荷計算。校核方法：假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵的強度條件為 （7-1） 式中，T傳遞的轉矩，；鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，mm；鍵的工作長度，單位為mm，圓頭平鍵，平頭平鍵，這里的L為鍵的公稱長度，mm；b為鍵的寬度，mm；鍵，軸輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，。7.1 聯軸器處鍵的強度校荷選擇類型：圓頭普通平鍵基本尺寸：； 代入公式（7-1）得 所以，鍵的強度能夠滿足要求。7.2 儲絲筒端蓋與軸聯接處鍵的校荷選擇類型：圓頭普通平鍵基本尺寸：；代入式（7-

43、1）得 所以，鍵的強度能夠滿足要求。7.3 第軸與小齒輪聯接處鍵的校核選擇類型：圓頭普通平鍵基本尺寸：代入式（7-1）得所以，鍵的強度能夠滿足要求。7.4 第根軸上鍵的校核選擇類型：圓頭普通平鍵基本尺寸：代入式（7-1）得所以，鍵的強度能夠滿足要求。 7.5 絲桿的選型和校核絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設計制造，只要根據使用工況選擇某種類型的結構，在根據載荷、轉速等條件選定合適的尺寸型號并向有關廠家訂購。首先對于一些參數說明如下：軸向變載荷（N），其中表示第個工作載荷，=1、2、3、4n；第個載荷對應的轉速（r/min）第個載荷對應的工作時間（h）；絲桿副最大移動速度；絲桿預期壽命

44、；2）計算絲桿副的主要參數根據使用工作條件，查得載荷系數=1.0，系數=1.5； 計算當量轉速 = =2000 計算當量載荷 =2333N 初步確定導程 = =2.5mm 取 計算絲桿預期工作轉速 =120000 計算絲桿所需的頜定載荷 =1×2333×10 =1151N3）選擇絲桿型號根據初選的和計算的，選取導程為5mm，頜定載荷大于的絲桿。所選絲桿型號為CDM2004-2.5。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預緊、導珠管埋入式系列滾珠絲桿。臨界轉速校核 =12× =12× =5970r/min而最大工作轉速 =4000<0.8=4776校核合格。絲

45、桿的預緊預緊力（）一般取當量載荷的三分之一或頜定動載荷的十分之一。即： =778N其相應的預緊轉矩 = =0.16N8 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換成與脈沖數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：轉速（或線速度）與脈沖頻率成正比；在負載能力允許的范圍內，不因電源電壓、負載、環(huán)境條件的波動而變化；速度可調，能夠快速啟動、制動和反轉；定位精度高、同步運行特性好。數控電火花成型機的動力系統要求電動機定位精度高，速度調節(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。具備以上的所有條件，我們選用的型號Y90S-4的電動機作為主運動的動力源。 總結經過這次畢業(yè)設計，使我又對以前學過的專業(yè)知識有了更好的理解和掌握，而且把所學過的機電傳動控制、金屬切削機床、機械設計等幾門知識綜合利用，另外我又在圖書館找了幾本書作為參考資料，從實際機床上測量尺寸，觀察結構，研究傳動，之后是計算和加入新的設計思想，到最后成型，這對我們來說既是一個挑戰(zhàn)也是一次鍛煉，把所學的知識和自己的想法結合起來，才能設