电火花机械体设计.doc

电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副）无锡职业技术学院毕 业 设 计设计题目：电火花机械体设计（主轴滚珠丝杠） 系 别：机械学院数控系 专 业：数控技术 班 级：数控50661 姓 名：王海晨 学 号：5010066122 指导教师：孙腊元 完成时间：08年04 月 目录绪论.02第一章机床的形状分析及型号.0305第一节.机床的形状分析.03第二节机床的型号.04第二章电火花机床主运动传动部件.06第一节滚珠丝杠副分析.07第二节滚珠丝杠副的代号及编号规则.14第三章滚珠丝杠副传动系统的计算.16第一节滚珠丝杠副螺母副的特点.16第二节滚珠丝杠的标准和精度选择.20第三节滚珠丝杠螺母副的设计计算.20第四节滚珠丝杠的支承.21第五节滚珠丝杠螺母副的选择步骤.23第四章滚珠丝杠参数的分析与计算.23第一节滚珠丝杠的选用方式.23第二节滚珠丝杠支承方式的选用.25第三节本设计中丝杠参数的校验.26第五章翻译部分（translation of the wedm）.2655总结及鸣谢.56参考文献.56绪 论电火花加工技术（edm）是一种把电能用来转换成热能来加工的一种新技术，它是靠热能来融化工件从而使工件得到有效的尺寸从而与传统的机械加工技术有了本质的区别，在加工精度上有着无法比拟的差距。本书主要介绍电火花机床主轴头里零件的设计等，但主轴头里滚珠丝杠将是本书的要点，从滚珠丝杠的设计到最后的校合书上都一一讲明，至于其他电方面的系统与零件本书只是略有提及。 滚珠丝杠在电火花中的主要作用是把伺服电机的旋转转化为电极的直线运动，所以对滚珠丝杠的尺寸和形状公差要求比较高，本书基本上涉及到丝杠的各个技术要求，从形状的分析到零件材料的选择和热处理等等，希望本书的出现能给读者带来实质上的帮助。由于编者水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者批评指正。 编者 于 二零零八年三月第一章机床的形状分析及型号第一节.机床的形状分析; 如图1-1所示为最常见的电火花穿孔机,它包括主机、电源箱、工作液循环系统、如果采用液压伺副服系统，则应该还包括液压系统，共四大部分组成.但兼于本设计趋向于机械传动所以本书只在于表达滚珠丝杠传动部分. 主机用于支撑工具电极和工件间相对的位置,并实现电极在加工过程中稳定的进给运动.主机主要由床身、立柱、主轴头、工作台及润滑系统组成.电源箱包括脉冲电源,自动控制系统和其他电气控制系统组成电火花机床是靠带电电极与工件间通过一定的间隙(0.010.5mm)放电使高压电流击穿绝缘介质使介质电离导电产生瞬间的高温把金属材料逐步去除,所以放电的间隙对工件加工的精度有着绝对的影响,而这方面主要取决于主轴头里滚珠丝杠的精度.第二节机床的型号本节主要介绍电火花机床的型号及选用方法;我国早期生产的电火花机床主要采用rcrlc和电子管等窄脉冲电源分别命名为d61系列,但80年代以后开始大批使用晶体管脉冲电源电火花机床既可以用来做穿孔加工也可以用来做成型加工故1985年起国家机械部把电火花机床定名为d71系列,具体型号表示方法如下:d(电火花加工机床)71(穿孔成型加工机床)32(工作台宽度)表（1.1）电火花穿孔加工机床主参数标准工作台 台面宽度b /mm2002503204005006308001000长度l320400500630800100012501600 行程纵向x160250400630横向y200320500800最大承载质量/kg50100200400800150030006000 t型槽槽数/mm357槽宽10121418槽间距离6380100125主轴连接板至工作台最大距离h3004005006507008009001000主轴头伺服行程z80100125150180200250300滑座行程w150200250300350400450500工具电极最大质量/kg型2050100250型25100200500连接尺寸工作液槽内壁长度d/mm4005006308001000125016002000宽度c300400500630800100012501600高度h2002503204005005008001000现在国内外主要电火花穿孔成型机床的型号往往会加上本厂的厂名及其他代号，每个厂的型号都不是统一的，在细节上因厂而异但是主体上是相差不远的，只是在主标准的前后添上各自的厂标。第二章电火花机床主运动传动部件滚珠丝杠在电火花机床中是把伺服电机转化成电极轴的直线运动所以一个电火花机床的性能指标很大程度上依赖与主轴伺服电机相连接的滚珠丝杠的精度。（见cad图2-1）39滚珠螺旋的特点及应用场合图（2-2）如下；特点应用场合（1） 摩擦阻力小，传递效率高（90%）（2） 结构复杂制造困难（3） 具有运动可逆性，可回转运动转为直线运动也可直线运动转为回转运动。（4） 运动平稳启动后无颤动。低速时无爬行。（5） 螺母与螺杆经顶紧可达到很高的定位精度（1um2um）和重复定位精度（1um2um）并可提高轴向刚度。（6） 工作寿命长，不易发生故障。（7） 抗冲击性能差。数控机床，精密机床，测试机械，仪器的传动螺旋和调整螺旋，飞行器，船舶自动控制系统和传力螺旋。滚珠丝杠副不仅具有上述优点以外还因为它象滚动轴承一样可作为配套元件模块化生产因此其型号也比较繁多。第一节滚珠丝杠副分析早在19世纪末就发明了滚珠丝杠副，但很长一段时间未能实际应用，因制造难度太大。世界上第一个使用滚珠丝杠副的是美国通用汽车公司萨吉诺分厂，它将滚珠丝杠副用于汽车的转向机构上。1940年，美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副，1943年，滚珠丝杠副开始用于飞机上。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃，随着数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠副的研究和生产。从50年代开始，在工业发达的国家中，滚珠丝杠副生产厂家如雨后春笋般迅速出现，例如：美国的warner-beaver公司、gmsaginaw公司；英国的rotax公司；日本的nsk公司、tsubaki公司等。我国早在50年代末期开始研制用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副。40多年来，由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度等特点，被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域。现在，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的首选部件。滚珠丝杠副的发展主要在以下几方面。1滚珠丝杠副的种类由于滚珠丝杠副的使用不断普及，使用领域不断扩大，对滚珠丝杠副的要求也越来越多，普通规格的滚珠丝杠副已远远满足不了使用要求，如航天航空领域、小型精密测试装置、电子仪器以及半导体装置等基本上都需要公称直径d012mm，导程ph=0.52.5 mm的微型滚珠丝杠副。日本nsk公司已开发出公称直径d0=4mm，导程ph=0.5mm的世界最小导程微型滚珠丝杠副。半导体插件装置、小型机器人等需要微型大导程滚珠丝杠副，以满足高速驱动要求。本设计中滚珠丝杠的公称直径定为35mm。 随着机械产品向高速、高效、自动化方向发展，工业机器人、数控锻压机械、加工中心以及机电一体化自动机械等，其进给驱动速度不断提高，大导程滚珠丝杠副的出现，满足了高速化的要求。日本nsk公司已开发出公称直径导程为：15mm40mm、16mm50mm、20mm60mm、25mm80mm超大导程滚珠丝杠副，快速进给速度达180m/min。现国内外文献上对滚珠丝杠副还没有统一的分类，但各国一般是按以下原则进行分类的，普通滚珠丝杠副一般指公称直径d0=16100mm，导程ph=420mm，螺旋升角9。微型滚珠丝杠副指公称直径d012mm的滚珠丝杠副。对于导程ph3mm的滚珠丝杠副称为微型小导程滚珠丝杠副，螺旋升角9的滚珠丝杠副称为微型大导程滚珠丝杠副。大导程滚珠丝杠副指公称直径d016mm，螺旋升角179或导程d0phd0的滚珠丝杠副，对于螺旋升角17称为超大导程滚珠丝杠副。重型滚珠丝杠副指公称直径d0125mm的滚珠丝杠副。2滚珠丝杠副结构滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。这两种结构也是最常用的结构。这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。滚动螺旋副滚珠滚动螺母滚动螺旋螺旋其他间隙滚珠负荷滚珠螺母滚珠循环装置密封元件润滑元件外壳预紧元件图2-3滚珠丝杠副组成框架目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有(图2，附表)：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。图2-4滚珠丝杠副主要结构内循环结构反向器的形状有多种多样，但是，常用的外形就是圆形和椭圆形。由于圆形滚珠反向通道较短，因此，在流畅性上不如椭圆形结构。现在，最好的反向器结构为椭圆形内通道结构，由于滚珠反向不通过丝杠齿顶，类似外循环结构，因此，消除了丝杠齿顶倒角误差给滚珠反向带来的影响。但由于制造工艺较复杂，影响了这种结构的推广。种类特点循环圈数螺母尺寸圈数列数内循环结构通过反向器组成滚珠循环回路，每一个反向器组成1圈滚珠链。因此承载小。适应于微型滚珠丝杠副与普通滚珠丝杠副。12列以上小外循环结构通过插管组成滚珠循环回路，每一个插管至少1.5圈滚珠链，因此，承载大。适应于小导程、一般导程、大导程与重型滚珠丝杠副。1.5以上1列以上大端盖结构通过螺母两端的端盖组成滚珠循环回路，每个回路至少1圈滚珠链，承载大。适应于多头大导程、超大导程滚珠丝杠副。1以上2列以上小盖板结构通过盖板组成滚珠循环回路，每个螺母一个盖板，每个盖板组成至少1.5圈滚珠链。适应于微型滚珠丝杠副。1.5以上1中3滚珠丝杠副精度 过去，为了获得高的定位精度，主要通过提高滚珠丝杠副本身的精度来实现，因此，对滚珠丝杠的导程累积误差要求很高，给滚珠丝杠副的制造带来困难，使滚珠丝杠副的生产成本加大。特别是高精度滚珠丝杠副，只有通过数控螺纹磨床或激光反馈螺纹磨床加工才能达到。随着科学技术的不断发展，人们掌握了数控补偿技术，因而，不需要很高精度的滚珠丝杠副，也能获得高的定位精度。为了适应数控补偿技术的要求，国际标准iso3408-3-1992以及部颁标准jb3162.2-92都对滚珠丝杠副的行程变动量作了要求，如有效行程内行程变动量、任意300mm行程内行程变动量、2弧度内行程变动量。其目的就是要控制滚珠丝杠副行程误差的直线性，也即滚珠丝杠副行程误差线性化。为数控误差补偿创造条件。4滚珠丝杠副性能随着科学技术的不断发展，人们对滚珠丝杠副的要求也越来越高，为了使机械产品能实现高的定位精度且能平稳运行，这就要求滚珠丝杠副不但有高的精度，而且运转平稳，无阻滞现象。滚珠丝杠副运转是否平稳，主要取决于滚珠丝杠副预紧转矩的变动量，不同转速下滚珠丝杠副的滚珠链运动的流畅性不同，因此，滚珠丝杠副的预紧转矩也不相同。国际标准iso340831992以及部颁标准jb3162.292规定了在转速为100r/min时，滚珠丝杠副预紧转矩的允差。由于存在加工误差，如：滚珠丝杠中径尺寸全长不一致，丝杠、螺母的导程误差，丝杠与螺母的滚道齿形误差以及螺纹滚道的粗糙度等，使滚珠丝杠副的动态预紧转矩在丝杠螺纹全长上是不恒定的，这直接影响驱动系统的平稳性，因而也影响滚珠丝杠副的定位精度。因此，滚珠丝杠副预紧转矩变动量的大小是反映滚珠丝杠副性能好坏的重要指标。近几年来，人们对滚珠丝杠副的预紧转矩变动量的大小开始重视起来，以前人们只重视滚珠丝杠副综合行程误差曲线，现在也开始重视滚珠丝杠副预紧转矩的曲线。因为有了这两条曲线，滚珠丝杠副的性能就能很好地反映出来。为了满足上述要求，北京机床研究所先后研制了滚珠丝杠副综合行程误差测量仪和预紧转矩测量仪。应用现代化的测量手段和高精度的传感器，在测量过程中能实时显示行程误差曲线和预紧转矩曲线，并打印出完整的测量报告，为衡量滚珠丝杠副的总成质量，提供了可靠的检测手段。随着数控机床的发展，“高速、高效”成为各厂家追求的目标，对于高速驱动与定位部件，国外已有直线电动机问世，开始用于加工中心，快速进给速度达到160m/min以上，加速度达4g以上，向滚珠丝杠副提出严峻的挑战。但由于直线电动机存在价格昂贵、控制系统复杂、需采取措施解决磁铁吸引金属切屑、强磁对人身危害以及发热等缺点，在近一段时间很难得到普及。滚珠丝杠副仍是现在高速驱动的最优先选择，国外大部分高速加工中心仍使用滚珠丝杠副。为了达到高速驱动目的，设计时在提高电动机转速(电动机最高转速可达4000r/min)的同时，使用大导程滚珠丝杠副，导程可达32mm。如日本马扎克公司在ff660机床上使用滚珠丝杠副，机床快速移动速度达90m/min，加速度达1.5g。从前，担心大导程滚珠丝杠副驱动对加工中心精度的影响，设计时取导程ph10mm。随着科学技术的进步，从1999年日本国际机床展览会上可看出，设计与研究现在大部分高速加工中心都使用大导程滚珠丝杠副。滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题是：噪声、温升、精度。滚珠丝杠副噪声产生的原因主要有：滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞、滚道的粗糙度、丝杠的弯曲等。滚珠丝杠副的温升主要是由滚珠与丝杠、螺母、反向器之间的摩擦及滚珠之间的摩擦产生的。要解决上述问题首先应从滚珠丝杠副的结构设计开始，对存在的问题采取措施；另一方面，从工艺上解决，通过合理的工艺流程，提高产品的内在质量；选取适当的滚珠丝杠副预紧转矩；减小滚珠丝杠副的预紧转矩的变动量，使滚珠丝杠副适应高速驱动的要求。总之，随着社会的不断发展，用户对滚珠丝杠副的要求越来越严，要求也多样化，促使滚珠丝杠生产厂不断提高产品质量、开发新品种，以满足用户的需求。第二节滚珠丝杠副的代号及编号规则根据zbj51004-89滚珠丝杠副参数和国际标准化组织（iso）的有关文件标准，对滚珠丝杠副的参数代号、特征代号及滚珠螺纹旋向代号做了如下规定：一.代号1.参数代号表2-3参数代号参数名称代号参数名称代号公称直径d螺母螺纹内径d1导程p螺母螺纹底径d2基本导程ph滚道圆弧偏心距e丝杠螺纹外径d1丝杠滚道圆弧半径rs丝杠螺纹底径d2螺母滚道圆弧半径rn螺纹全长l滚珠直径dw接触角a2.特征代号特征代号包括循环方式代号、预紧代号、负荷滚珠总圈数代号、精度等级代号及螺纹旋向代号等，具体见下图：表格 1循环方式代号 表格2 预紧方式代号 循环方式代号f预紧方式代号内循环浮动返向器单螺母变位导程预紧b单螺母增大钢球直径预紧z固定反向器gcm双螺母垫片预紧d外循环插管式埋入双螺母齿差预紧c凸出ct双螺母调整预紧l螺旋槽式l单螺母无预紧w表格3 负荷滚珠圈数代号 表格4 精度等级代号 表格5 螺纹旋向代号负荷滚珠总圈数代号精度等级代号螺纹旋向代号1.5圈1.51级精度1右旋不标2圈22级精度2左旋lh2.5圈2.53级精度33圈34级精度43.5圈3.55级精度54圈47级精度74.5圈4.510级精度105圈5（3）滚珠螺纹的代号 起代号用“gq”表示，标注在公称直径前如gq508-3二，滚珠丝杠副的型号滚珠丝杠副的型号按以下格式编写：标记示例：cmd50-3.5-3表示为插管埋入式外循环（cm）双螺母垫片预紧片预紧（d）的滚珠丝杠副负荷滚珠总圈数为3.5圈，精度等级为3级，螺旋方向为右旋。为了表示滚珠丝杠副的全长和螺纹长度，一般在滚珠丝杠副型号下用丝杠全长螺纹长度表示：cmd50-3.5-3/22001800表示丝杠的长度为2200，螺纹长度为1800。 第三章滚珠丝杠副传动系统的计算第一节滚珠丝杠螺母副的特点滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构。滚珠丝杠螺母副其它特点如下：1. 运动极灵敏，低速时不会出现爬行； 2. 可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度，反向定位精度高； 3. 滚珠丝杠螺母副摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动； 4. 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分外循环和内循环两种，如图7.3所示。 图7.3 滚珠丝杠螺母副预紧是指它在过盈的条件下工作，把弹性变形量控制在最小限度。滚珠丝杠多采用双螺母调隙结构。用双螺母加预紧力消除轴向间隙时，必须注意：预紧力不宜过大或过小，要特别减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。双螺母调隙结构分为螺纹式、垫片式和齿差式等，如图7.4所示。a.螺纹式b.垫片式c.齿差式图7.4 双螺母调隙结构滚珠丝杠的主要技术参数如图7.5所示。1) 名义直径d0滚珠丝杠的名义直径d0是滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径。它是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。名义直径与承载能力有直接关系，d0越大，承载能力和刚度越大。2) 基本导程ph导程是丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。3) 滚珠直径d0一般取d0=0.6ph4) 滚珠的工作圈数j和工作滚珠总数n工作圈数j一般取2.53.5圈，而工作滚珠总数n以不大于150个为宜。5) 列数k要求工作圈数较多的场合，可采用双列或多列式螺母的结构形式。图7.5 滚珠丝杠的主要技术参数第二节滚珠丝杠副的标注和精度选择滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级。1级精度最高，其余依次逐级递减。数控机床和精密机械可选用2、3级精度。本机床上则选用的是3级精度。第三节滚珠丝杠螺母副的设计计算1) 额定动载荷和额定静载荷额定动载荷是指一批相同参数的滚珠丝杠螺母副，在n=10r/min的相同工作条件下运转1000000转后，90%的螺旋副(指螺纹滚道和滚动体)不发生疲劳点蚀损伤所能承受的最大轴向载荷，定义为额定动载荷ca。额定静载荷是指把滚珠丝杠副在静态或低转速(n=10r/min)条件下，受接触应力最大的滚珠和滚道接触面间产生的塑性变形量之和达到滚珠直径0.0001倍时的最大轴向载荷，定义为额定静载荷ca0。在本设中由于滚珠丝杠应用在主要承受轴向力的电火花机床上，所以这些参数显得由为重要。2) 滚珠丝杠副疲劳强度计算滚珠丝杠应根据其额定动载荷选用。滚珠丝杠的当量动载荷为：cm = fm 3l (n)式中fm-轴向工作载荷(n)，当载荷按单调式规律变化，各种转速使用机会相同时fm=(2fmax+fmin)/3；fmax,fmin-丝杠最大，最小轴向载荷(n)；l-工作寿命，以106转为1单位，l = 60nt/106； n-丝杠转速(r/min)；t-使用寿命(h)，对数控机床可取 t = 15000h。第四节滚珠丝杠的支承滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，而径向载荷主要是卧式丝杠的自重。其两端支承的配置情况分为一端固定一端自由、两端固定和一端固定一端浮动，如图7.6所示。图7.6 滚珠丝杠的支承配置a)一端固定一端自由 b)两端固定 c)一端固定一端浮动a)所示是一端固定一端自由的支承形式。其特点是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠及垂直布置丝杠，一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴。b)所示是一端固定一端浮动的支承形式，丝杠轴向刚度与a)形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠。c)所示是两端固定的支承形式，丝杠的轴向刚度约为一端固定形式的4倍，可预拉伸，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂，适用于长丝杠。滚珠丝杠所用轴承为接触角为60度的角接触球轴承和滚针-推力圆柱滚子组合轴承。第五节滚珠丝杠螺母副的选择步骤1. 计算最大的工作载荷； 2. 计算最大动载荷，对于静态或低速运转的滚珠丝杠，需考虑最大静载荷是否充分地超过了滚珠丝杠工作载荷； 3. 验算刚度； 4. 压杆稳定性核算。 第四章滚珠丝杠参数的分析与计算第一节滚珠丝杠的选用方式纵上所述滚珠丝杠的优点很显然是可以应用在电火花机床主轴上的，正如图（1-1）所示电火花机床的主运动就是电机的旋转运动转化为主轴的直线进给与退出，在本设计中运用的是插管埋入式外循环双螺母螺纹预紧的滚珠丝杠，因为外循环具有：滚珠在滚道内返回平滑，传动平稳而且可运用多列的方式在点火花机床上承受大的轴向力。对采用内嵌式的是因为在电火花机床主轴头里机械设备非常复杂，所以用来放置各个机械零件的空间也就变得小了，在要得空间小、精度又要非常高的情况下只有采用外循环内嵌式的滚珠丝杠了；采用螺纹预紧是因为螺纹预紧具有以下优点：1.通过旋转圆螺母将另一个螺母向外轴向位移，就相当于拉预紧2.结构简单滚道磨损时，可随时调整，并且可人为的准确调整。调整的距离可以理解为：l=两边螺母的螺距旋转圈数因此利用这种方式比较能方便地实现微量调节。 图6-1本设计中滚珠丝杠的形状第二节滚珠丝杠支承的选用鉴于本书中设计之滚珠丝杠主要用于承受轴向力，所以运用一端固定一端浮动的支承形式比较适合其特点是：1.结构简单2.丝杠的轴向刚度比两端固定低.3.适用于较短竖立的丝杠，丝杠在受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。图6-2如图6-2.所示最上端轴肩通过联轴器与主轴电机相联，并且轴头下面的轴肩里通过滚动轴承与机床床身相接，并且螺杆的下端轴肩也是通过滚动轴承与床身相接，所以在这里螺杆的长度便成了主轴的行程，而螺母则浮动在螺杆的外面其不通过固定装置也与机床床身相接，但这种连接只是限制了它的径转动，并没有限制它的轴向移动，这样伺服电机的正反转带动螺杆的转动从而转化成了螺母的上下来回运动，而螺母又通过连接装置与电极相连接这便成了一种电火花机床的传动系统。第三节本设计中丝杠参数的计算1.额定寿命滚珠丝杠副在可靠性为90%时的额定寿命计算公式为：式中lh表示为滚珠丝杠副在可靠性为90%的额定寿命（h）；ca为额定轴向动负荷（n），由产品样本查得，fm为丝杠的当量转速（r/min）。2.当量负荷在转速变载荷的情况下，必须折算成当量转速和当量负荷进行寿命计算。考虑到本设计中机床并没有变动的轴向载荷所以使用转速变动而载荷不变时，当量转速所占的时间比进行折合。 方程式如下：式中：nm为当量转速（r/min）;为转速所占的时间百分比。3.滚珠丝杠副动负荷的计算：式中：fn 为滚珠丝杠副的轴向载荷（n）；为滚珠丝杠副的计算动载荷（n）kh为寿命系数。各类滚珠丝杠在机械上的推荐寿命；机械主要类别寿命lh/h机械主要类别寿命lh/h数控机床精密机床15000自动控制系统15000普通机床/组合机床10000测量系统15000工程机械5000-10000航空机械1000-2000所以在本设计中推荐寿命为lh/h=150004.滚珠丝杠副的临界压力对一端固定受压的滚珠丝杠压应进行压杆稳定性验算计算方式如下：带入得：式中e为材料的弹性模量，本设计中材料为合金钢取其e=5. 丝杠在拉压载荷作用下的刚度变形及弹性变形本设计中一端固定一端浮动的滚珠丝杠副在轴向载荷fa作用下的弹性位移和刚度分为螺母致轴向固定处的距离a的函数轴在两端时a=0或a=l =0，螺母在中点位置时，a=l/2,。设计中工作台的质量为m=500kg,工件最大质量为m=200kg，工作台最大工作行程l=500mm。工作台导轨摩擦系数为=0.06丝杠为一端固定一端浮动，所以在其两端用两个背靠背的60度接触角推力角接触球轴承进行预拉伸。丝杠在机床上的设计基本参数校合：序号计算项目符 号单 位计算依据（方程式）计算结果1丝杠载荷导轨摩擦力n4202电机最大转速丝杠最大转速（快移）r/mm150010003丝杠导程phmm工作台最大速度104丝杠工作行程mm=工作台的最大行程-螺母宽度=500-1723285支撑距离mm支撑距离应大于4006预拉伸计算（温度引起的伸长量）设升温为3.5度则有40第五章翻译（电火花线切割的介绍） 电火花线切割加工在对一些难切削的材料、特殊及复杂形状的零件的加工上较传统的切削加工方法具有明显的优势，因此被广泛应用于模具、工具、航空航天等制造加工领域。 根据电极丝运动的方式将电火花线切割机床分为快走丝电火花线切割机床和慢走丝电火花线切割机床，二者具有不同的特点和应用场合。快走丝电火花线切割机床因其操作简单、成本低等优点而被普遍采用。在线切割加工过程中，影响加工质量和效率的因素较多，本文结合相关资料，对数控快走丝电火花线切割加工的工艺方法进行研究。 一加工原理 1电极丝与工件之间脉冲式放电加工； 2电极丝沿其轴向作走丝运动； 3工件相对于电极丝在x，y平面内作数控运动。 二数控电火花线切割加工的特点 1无需制造成形电极，工件材料的预留量少； 2能够方便地加工复杂形状的型孔，微孔，窄缝等； 3直接采用精加工和半精加工规准一次加工成形，一般不需要中途转换规准； 4只对工件材料进行图形轮廓加工，图形内外的余料还可利用； 5自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。 三数控电火花线切割加工的应用 数控电火花线切割加工为新产品试制，精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要应用于以下几个方面： 1适用于各种形状的冷冲模具。 2可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。 3加工样板和成型刀具。 4加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模。 5加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属材料。 6加工凸轮，特殊的齿轮。 7适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期。 四数控电火花线切割的加工工艺 1工件材料的选择 为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品，必须对所用工件材料进行细致考虑： (1) 由于工件材料不同，熔点、气化点、导热系数等都不一样，因而即使按同样方式加工，所获得的工件表面质量也不相同，因此必须根据实际需要的表面质量对工件材料作相应的选择。例如要达到高精度，就必须选择硬质合金类材料，而不应该选不锈钢或未淬火的高碳钢等，否则很难达到所需要求。 (2) 由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进行加工时，由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，应选择锻造性好、淬透性好、热处理变形小的材料。 2切割路线的选择（多次切割） 为了获得较高的加工精度，可以考虑在快走丝线切割机床采用多次切割工艺。采用多次切割工艺时，第一次切割主要进行高速稳定切割，因此可选用高峰值电流；第二次切割的主要任务是修光。应选择较小的脉冲电流和脉冲宽度。 3穿丝孔和电极丝切入位置的选择 对于不同的工件，加工穿丝孔的位置不同。在切割中、小孔形凹形类工件时，穿丝孔应位于凹形的中心位置，既便于穿丝孔加工位置准确，又便于控制坐标轨迹的计算；在切割凸形或大孔形凹形类工件时，穿丝孔应设置在加工起点附近，以缩短无用切割行程，同时应便于简化有关轨迹控制的计算。穿孔丝也可选在距离型孔边缘2-5mm处,如图所示。加工凸模时，为减小变形，电极丝切割时的运动轨迹与运动边缘的距离应大于5mm. 4电参数的选择 对加工质量具有明显影响的电参数主要包括脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、运丝速度等，通常需要在保证表面质量、尺寸精度的前提下，尽量提高加工效率。 脉冲电源是影响加工表面质量的重要因素。减小单个脉冲能量可以改善表面粗糙度。决定单个脉冲能量的因素主要是脉冲宽度和脉冲电流。因此采用小的脉冲宽度和脉冲电流可获得良好的表面粗糙度。但是单个脉冲能量越小， 切割速度越慢， 如果脉冲电流太小，将不能产生放电火化， 不能正常切割。一般来讲，精加工时，脉冲宽度可在20s内选择；中加工时，可在20s60s内选择。 脉冲间隔对切割速度影响较大，而对表面粗糙度影响较小。脉冲间隔越小，单位时间放电加工的次数越多，因而切割速度也越高。实际上，脉冲间隔不能太小，否则放电产物来不及被冲刷掉，放电间隙不能充分消电离，加工不稳定，容易烧伤工件或断丝。对于厚度较大的工件，应适当加大脉冲间隔，以充分消除放电产物，形成稳定切割。一般脉冲间隔在10s250s范围内基本上能适应各种加工条件，进行稳定加工。 走丝速度对加工速度具有一定影响，随着走丝速度的提高，加工速度将明显增大。但是，高速度会引起电极丝较大的振动而使工件表面的直线度和粗糙度恶化。因此，应在保证加工质量的前提下，选择一个具有适当加工速度的合理走丝速度。 5其它非电参数的选择 （1）电极丝及其走丝速度的选择 一般采用0.06-0.20mm的钼丝。提高走丝速度有利于电极丝把工作液带入较大厚度的工件放电间隙中，有利于电蚀产物排放和放电加工的稳定。 （2）工作液的选择及使用 煤油介电强度高，间隙消耗放电能量多，分配到两极的能量少，排屑困难，故切割速度低。但煤油受冷热变化影响不明显，且润滑性能好，因此不容易断丝。皂化液洗涤性能好，有利于排屑，切割速度较高。 乳化型工作液的节电强度比水高，比煤油低，冷却能力比水弱，比煤油好，洗涤性比水和煤油都好，较非乳化型工作液的切割速度高，是普遍使用的工作液。 纯净的工作液最初使用时并不能获得最好加工效果，而在使用12个工作日后，金属屑进入工作液中形成一定脏度的混合液，这种混合液在切割中具有良好的效果。因此，定期更换工作液时往往不需要将工作液箱清洗非常干净，以获得具有一定脏度的混合液。 五常见问题的处理 1五种放电状态 （1）开路（空载脉冲） 放电间隙没有击穿，间隙上有大于50v的电压，但间隙内没有电流流过，为空载状态（td=ti）。 （2）火花放电（工作脉冲，或称有效脉冲） 间隙内绝缘性能良好，工作液介质击穿后能有效地抛出、蚀除金属。波形特点是：电压上有td，te和ie波形上有高频振荡的小锯齿波形。 （3）短路（短路脉冲） 放电间隙直接短路相接，这是由于伺服进给系统瞬时进给过多或放电间隙中有电蚀产物搭接所致。间隙短路时电流较大，但间隙两端的电压很小，没有蚀除加工作用。 （4）电弧放电（稳定电弧放电） 由于排屑不良，放电点集中在某一局部而不分散，局部热量积累，温度升高，恶性循环，此时火花放电就成为电弧放电，由于放电点固定在某一点或某局部，因此称为稳定电弧，常使电极表面结炭、烧伤。波形特点是td和高频振荡的小锯齿波基本消失。 （5）过渡电弧放电（不稳定电弧放电，或称不稳定火花放电） 过渡电弧放电是正常火花放电与稳定电弧放电的过渡状态，是稳定电弧放电的前兆。波形特点是击穿延时td很小或接近于零，仅成为一尖刺，电压电流波上的高频分量变低成为稀疏和锯齿形。早期检测出过渡电弧放电，对防止电弧烧伤有很大意义。 2精度、表面质量分析及解决办法 由于高速丝线切割机是采取线电极高速往复供丝的方式，线电极的损耗均匀地分布在近300米电极丝上，虽然电极丝的损耗极小，但电火花线切割机工作时影响其加工工件表面质量的因素很多，更需要对其有关加工工艺参数进行合理选配，才能保证所加工工件表面质量。 对线切割加工质量有直接影响的因素主要涉及人员、设备、材料等方面。为了改善加工工件表面质量，可以从影响最大的人为因素、机床因素和材料因素等三方面来考虑对加工质量的控制方式和改进方法。具体方法如下：（1）合理安排切割路线。 （2） 正确选择切割参数。 （3）采用近距离加工。（4）注意加工工件的固定。 （5）在加工前，必须检查电极丝，电极丝的张力对加工工件的表面质量也有很大的影响，加工表面质量要求高的工件，应在不断丝的前提下尽可能提高电极丝的张力。 （6）高速走丝线切割机一般采用乳化油与水配制而成的工作液。 （7）必须检查导电块的磨损情况。 （8）检查导轮的转动情况，若转动不好则应更换，还必须仔细检查上、下喷嘴的损伤和脏污程度，用清洗液清除脏物，有损伤时需及时更换。还应经常检查贮丝筒内丝的情况，丝损耗过大就会影响加工精度及表面质量。 （9）保持稳定的电源电压。 （10）根据实际需要的表面质量对工件材料作相应的选择。 （11）加工过程中应将各项参数调到最佳状态，以减少断丝现象。 影响电火花线切割加工工件表面质量的因素很多，但只要对其进行系统的分析和科学的分类，就可以对这类复杂而且零乱的因素进行控制与调配，从而改善和提高工件表面质量。 3电极丝损耗分析及措施 数控电火花线切割加工中，电极丝的损耗或断丝严重影响其连续自动操作的进行，尤其是在高速走丝电火花线切割中，因电极丝在加工中的反复使用，随着电极丝损耗的增加，切缝越来越窄，不仅会使加工面的尺寸误差增大；而且一旦在加工中发生断丝，加工必须重新开始,这不仅花费较多工时，而且影响加工的表面质量。造成电极丝损耗或断丝的原因及措施有：（1）电极丝快速(810ms)移动时和导轮、导电块产生磨擦，引起导轮和导电块磨损。长期使用时，导轮v型槽底被电极丝拉出沟槽，导电块长期使用时，接触电极丝的一面也被拉出沟槽。由此造成导丝部位摩擦阻力增大、电极丝由于运动受阻而断裂。 （2）切除材料发生偏移切除材料重量大时，在加工即将结束时容易发生偏转和位移，造成电极丝被卡断。为此，可在工件和切除材料的平面上添加一块经过磨削的平面永久磁钢，以利于切除材料在切割过程中保持固定位置。 （3）工件材料内应力过大线切割时，工件材料内应力的相对平衡状态受到破坏，容易造成切缝变窄而卡断电极丝。 （4）电极丝损耗线切割加工中，在工件材料被蚀除、切割成型的同时，电极丝也会被放电腐蚀，即电极丝发生损耗。电极丝使用的时间较长时，丝径变细且布满显微放电凹坑、抗拉强度下降，最终发生断裂。一般来说，在测量丝径比新丝减少0.03o.05mm时，应及时更换新丝。 （5）电极丝叠绕电极丝应均匀、整齐地绕在储丝筒上。储丝筒内外圆不同轴时会产生不平衡惯量，转动时容易产生叠丝，导致电极丝断裂。因此，储丝筒必须经过动平衡校正。除此之外，运丝丝杠螺母副间隙太大；工件端面切割条件恶劣； 工作液选用不当或者太脏；选择脉冲电流、脉冲宽度过大；进给速度过大等等都会引起电极丝损耗或断丝，因此，为了防止出现断丝故障，需要选择合适的电参数、定期更换工作液、定期更换导轮、稳定装夹工件并选择合理的切割路线等。英文翻译：part of five translationwedm in some hard-to-cut materials, special and complex forms processing components than traditional machining method has obvious advantages, it is widely used in moulds, tools, aerospace and other manufacturing processing. according to wire electrode movement in the way that wedm into wedm fast silk and silk wedm walking, the two have different characteristics and applications. fast wire wedm its simple operation, and low cost advantages have been widely adopted. online cutting process, the impact on the quality and efficiency of processing many factors, the paper with the relevant information on the nc fast silk wedm process approach.一. machining principle1. electrode wire and workpiece between pulse discharge machining; 2. electrode wire along its axial movement for wire; 3. parts of the electrode wire in the x, y plane for nc campaign.二. nc wedm features1. without forming electrode manufacturing workpiece material for less; 2. easy processing of complex shape of holes, microporous, narrow; 3. direct use of semi-finishing and finishing processing forming a quasi-regulatory generally do not regulate quasi-way conversion; 4. only the graphical outline of the workpiece materials processing, graphics and outside the residuals can also use; 5. a high degree of automation, convenient operation, the processing cycle short, low cost.三. nc