电火花切割运丝机构设计【全套CAD图纸+Word说明书】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 编号： 毕业设计 (论文 )说明书 题 目： 电火花线切割自动运丝机构设计 院 （系）： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 姓 名： 职 称： 题目类型 ： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究 2015 年 05 月 15 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 电火花线切割，其基本工作原理是利用连续移动细金属丝（成为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。 本课题研究的是电火花线切割运丝机构的设计。 为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，影响加工质量和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向作走丝运动。丝 整齐地绕在丝筒上，形成一个闭合状态，走丝电机带动丝筒转动时，通过导丝轮使丝作轴线运动。电火花线切割加工机床是开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。 关键词 ： 电火花线切割 ； 动丝机构；设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I DM is to of a as in to of is of DM In to in be In of a to is by of of by DM 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 1 绪论 . 1 内外研究现状 . 1 . 1 . 2 控电火花线切割加工原理 . 3 课题研究内容及背景 . 4 2 线切割机走丝机构总体设计 . 5 控电火花切割机床型号介绍 . 5 数控线切割机整体结构图 . 6 体设计概况和思路 . 6 动机的选择 . 7 定 储丝筒基本尺寸 . 8 动比的确定 . 8 动装置的运动参数设计 . 8 3 齿轮减速传动设计计算 . 11 择材料 . 11 力角 的选择 . 11 数和模数的选择 . 11 宽系数 d . 11 定齿轮传动的精度 . 11 轮的校核 . 13 4 轴的设计计算及校核 . 16 轴的设计及校核 . 16 轴的设计及校核 . 19 动螺纹副的设计及校核 . 23 5 轴承寿命校核 . 28 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轴上轴承的校荷 . 28 5. 2 第轴轴上轴承的校荷 . 29 6 键的强度校核 . 30 轴器处键的强度校荷 . 30 丝筒端盖与轴联接处键的校荷 . 31 轴与小齿轮联接处键的校核 . 31 根轴上键的校核 . 32 7 储丝筒的结构设计 . 33 8 导轨的设计 . 35 轨的特点 . 35 轨的设计 . 36 9 典型零件的工艺设计 . 39 件的形状 . 39 件的工艺分析 . 39 定毛坯的制造形式 . 40 面的选择 . 40 定工艺路线 . 40 . 41 . 41 . 41 择加工设备和工艺装备 . 42 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 42 定切削用量及基本工时 . 44 总 结 . 54 致 谢 . 55 参考文献 . 56 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 内外研究现状 电火花线切割加工 (在电火花加工的基 础上于 50年代末最早在原苏联发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。 1943年，原苏联学者拉扎连科夫妇研究电火花放电时开关触点受腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，从而开创和发明了电火花加工方法电火花线切割加工以获得广泛的应用。目前国内外的线切割机床约占电加工机床的 60%以上。与电火花成型加工方法相比，线切割加工方法具有设备成本低、生产效率高以及工具电极的设计和制造大大简化等特点，同时还可节约一部分材料。因此，线切割加工 方法自问世于前苏联以来，得到了迅速的发展。 近 20年来，电火花线切割机床的价格下降了六倍多，加工速度提高了十几倍，工件的最大尺寸增加了十四倍，可加工的工件锥度达到 80。目前慢走丝线切割机床最小驱动单位达 工精度已接近或达到精密磨削的精度，最大切削速度超过3志着 的加工速度有了明显的提高，微精加工脉冲电源的开发，使精加工表面粗糙度可达到 m(多次切割 )。 线切割加工水平的提高使它从“特种加工”进入到常规加工的行列。线切割加工水平的提高不仅归功于 机械结构和工艺方法的改善，更得力于先进技术的应用和计算机软件的发展。欧美和日本等国研究的数控低速走丝电火花线切割机床，采用闭环数字交(直 )流伺服控制系统，动态性能好、定位精度高。同时机床具有数字自适应控制电源，并具有自动走丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术，对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。同时，集以 D、以 仿真于一体的自动编程系统不断发展和成熟，目前基于 从 2002 年美国芝加哥国际机床展展出的线切割机床可以看出当前国外 技术特点与发展动向： (l)提供不同档次的系列产品，供用户选择 (2)改进了走丝系统，使运丝更平稳，张力更稳定 (3)自动穿丝与自动重穿丝技术 该功能虽然是国外 近年来的改进重点在提高可靠性和穿丝速度上。 (4)减少机床的热变形，提高热稳定性 (5)高精度的锥度切割 (6)直线电机的应用 (7)联网 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 这是一个在适应网络时代的到来而开拓的新功能。虽然与外部计算机的通信并不是新鲜事，按任务的要求可以把外部计算机看成是机床数控系统的外围设备，也可以把机床看成是外部计算机的一个终端。这一功能 尽管目前的实用性还不够明显，但无疑是今后的一个发展方向。 (8)拓展在零件加工中的应用 (9)高速度加工 高速度化一直是国外厂商追求的目标。在这方面，日本厂商一直走在世界的前列。 例如，三菱电机公司的标准型 于采用 高生产率达250经济型 列机床也是 250名的 500 2位 加工速度大幅度提高，同样可以达到 300 高速走丝电 火花线切割机是我国当前发展的主要产品，广大的科技工作者为了进一步提高它的工艺性能及自动化程度做了大量开发工作，并开发生产了 20001200500 10006301000超大型高速走丝电火花线切割机床，扩大了它的应用范围，满足了用户的各种需要，使其年产量稳步增长，至今以达到了 12000 台/年，并有约 300 台 /年出口到世界各国。 多年来，我国生产的数控电火花切割机一直是单一的高速走丝线切割机。 随时间推移 ，为了满足市场需 求 ，又开发生产了自旋式电火花线切割机、走丝速度可调的电火花切 割机 (含高低双速走丝电火花线切割机 )以及低双速走丝电火花线切割机等。机床品种的多样化可以满足用户的需要，扩大数控电火花线切割机加工的应用范围。 低速走丝电火花线切割机过去曾是“进口机”的代名词，现在已有苏州沙迪克三光机电有限公司、北京阿奇工业电子有限公司、苏州电加工机床研究所，汉川机床厂等多家制造厂商自行开发生产，年产量达 300 多台。这些机床性能好，价格不到进口机的一半，深受国内用户的欢迎。 高速走丝有助于工作液进入窄小的加工区，改善排屑条件，这对于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的。同时，电极丝 的往返运动可使电极丝重复使用，减少电极丝的消耗，降低切割加工的生产成本。然而，高速走丝也会造成导向器 (导轮、导向块等 )的磨损和系统的振动，加上电极丝的张力不容易控制，它将给加工稳定性、加工精度及表面质量带来严重影响。为了解决高速走丝所存在的问题，完善高速系统，广大科技工作者己做了大量的开发研究工作，并获得了明显的效果。 上海大量电子设备有限公司已于 1999 年开发生产了数字程序控制短程往返走丝系统，根据加工条件设定正向移动和反向移动的时间，以消除高速走丝的换向切割条纹，改善加工表面质量。 北京阿奇工业电子有限 公司根据高速走丝正向和反向移动张力不一的缺点，开发了买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 新型的恒张力高速走丝机构。这种新型的恒张力高速走丝机构。这种新型机构不仅可以紧丝，而且可以保证正向和反向移动时电极丝的张力基本一致。因此，走丝系统上、下丝架的导轮是对称设置的，可以保证正、反向移动时产生摩擦阻力相近，使电极丝的张力在整个过程中恒定。 电极丝的张力直接影响电极丝的振动和频率，并影响线切割加工的效果，为了使高速走丝系统的电极丝的张力恒定，华中理工大学开发了一种高速走丝线切割机铝丝恒张力伺服系统。这种控制系统的实际使用虽然存在不少问题，但他们的开 发思路是积极的。 为了提高丝架的刚性，南昌江南电子仪器厂开发了龙门式丝架，非常适合于大中型电火花线切割机，且锥度切割不受偏移量限制。苏州沙迪克三光机电有限公司开发生产的锥度切割装置可以稳定切割 720 的锥型零件，而苏州金马机械电子公司的 00的工件做 300 锥度的切割，表明近几年来我国高速走丝 床的加工范围有了较大发展。 控电火花线切割加工原理 电火花线切割加工原理如图所示，工具电极（钼丝或铜丝）接直流脉冲电源的负极，工件接直流脉冲电源的正极，当工具电极和工件的距离 在一定范围内时，产生脉冲性火花放电，对工件进行切割。火花放电能够切割工件的主要原因是：正负电极在绝缘工作液中靠近时，由于正负电极的微观表面是凹凸不平的，电极间的电场分布并不均匀，离得最近的凸点处的电场强度最高，两极间介质先被击穿，形成放电通道，同时电流迅速上升。在强大的电场力作用下，通道内的负电子以很高的速度奔向阳极（正极），正离子也以高速奔向阴极（负极）。负电子和正离子在高速运动时互相碰撞，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的强烈轰击，使两电极间隙内的微小通道中瞬时产生高温，通道中心温度达到 5000 10000度，瞬时产生的高温由于来不及扩散，使局部金属材料熔化甚至少量金属气化，同时在工件和电极之间的部分绝缘工作液也产生气化，气化后的金属蒸汽和工作液迅速膨胀并产生爆炸，使得熔化和气化后的金属材料从金属表面抛离出来而达到切割的目的。 图 1具电极细相丝 5穿过工件 2上预先钻好的小孔，经导轮由 储 丝筒 4带动作往复交替移动，工件通过绝缘板 1安装在工作台上，工件台在水平面 X、 Y 两个坐标方向各自按给定的控制程序移动而合成任意平面曲线轨迹。脉冲电源 3对电极丝与工件施加脉冲电压，电极丝与工件之 间绕注一定压力的工作液，当脉冲电压击穿电极丝与工件之间的间隙时，两者之间产生火花放电而切割工件。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 图 1线切割的加工精度可达士 面粗糙度 mm 。 线切割机床的控制方式有靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制等方式，但目前国内外 95%以上的线切割机床都己数控化，采用不同水平的数控系统 : 单片机、单板机和微机。 线切割加工属于电火花加工，但由于采用细金属丝做工具电极，无需制作成型工具电极，大大降低了成型工具电极的设计、制造费用，缩短了生产准 备时间，而且细的电极丝可以加工细微的异形孔、窄缝和复杂的工件。由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗较小，从而对加工精度的影响较少。 课题研究内容及背景 本课题研究的是电火花线切割运丝机构的设计。 为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，影响加工质量和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向作走丝运动。丝整齐地绕在丝筒上，形成一个闭合状态，走丝电机带动丝筒转动时，通过导丝轮使丝作轴线运动。电火花线切割加工机床是开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金 属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。 这样，就有电火花机床走丝运动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2 线切割机走丝机构总体设计 控电火花切割机床 型号介绍 电火花线切割加工机床根据电极。丝运行速度不同分为快走丝和慢走丝两种机床 ,所谓 “ 中走丝 ” 并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割机床， 其走丝原理是在粗加工时采用 8s 高速走丝，精加工时采用 1s 低速走丝，这样工作相对平稳、抖动小，并通过多次切割减少材料变形及钼丝损 耗带来的误差，使加工质量也相对提高，加工质量可 介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说，用户所说的 “ 中走丝 ” ，实际上是往复走丝电火花线切割机借 鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术，并实现了无条纹切割和多次切割。 切割机 /线切割 ,有中走丝和快走丝两种线切割。 如图 2切割机 /线切割组成主要包括： 1)主机：包括床身、坐标工作台、走丝机构等； 2)脉冲电源：把交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流； 3)控制系统控制机床运动； 4)工作液循环系统：提供清洁的、有一定压力的工作液。 图 2火花机床 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 数控线切割机整体结构图 12345 67图 2切割机整体结构图 体设计概况和思路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 2计思路 动机的选择 确定运丝机构所需的功率 P， 运丝机构的工作原理是电动机通过弹性连轴器带动长轴转动，长轴中间装有储丝筒另一端是齿轮传动，通过齿轮副传递到第二根轴，第二根轴同样通过齿轮副将运 动传递到丝杠，将螺母固定到工作台上面，丝杠与螺母配合，从而驱动整个运丝机构在导轨上运动。驱动运丝机构对于丝杠需要的驱动力记为 F，则电动机所需要的功率为 1000其中 总效率， 6 2 21 2 3 4 5 1 电动机的效率 , 1 2 滚动轴承的效率 , 2=3 滑动轴承的效率 , 3=4 齿轮传动的效率 , 4=5 连轴器的效率，5 则 6 2 2 6 2 21 2 3 4 0 . 7 0 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 9 90 . 5 8 9 7 ， 假设 丝杠的线速度 8mv s ， 假设丝杠 力 30， 则电动机的功率为 3 0 6 . 5 1 0 0 0 3 3 0 . 61 0 0 0 1 0 0 0 0 . 5 8 9 7 (2转速为 1400 m ， 可以取值稍微大一些的电机 ，如下： 型号为 三相交流异步电动机 电动机的基本参数为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 功率： 370W 电压： 220380V 频率： 50 电流： 效率： 转速： 1400 功率因数： 重量： 作制： 绝缘等级： 防护等级： 冷却方式： 境温度： 40C 定储丝筒基本尺寸 确定走储丝筒直径 : 走丝速度一般在 7 12m/s。 确定储丝筒直径，选择电动机转速 n=1400r/由 1 0 0 0 6 0 可知 当 7/v m s 时得： 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 6 0 7 9 5 . 53 . 1 4 1 4 0 0vD m (2当 12 /v m s 时得： 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 6 0 1 2 1 6 3 . 83 . 1 4 1 4 0 0vD m (2所以选择储丝筒直径应在 为了满足加工要求，设计时储丝筒的直径假设 D=150走丝速度为 V=s。 动比的确定 令储丝筒每转一转时其轴向移动距离 s=3丝杠的导程取 p=3储丝筒到丝杠经过两级直齿圆柱齿轮变速，由于机构传动载荷较小，记为 i ，则，由于12s i i p =得 减速 i=12切割机床所用的钼丝的直径应小于 s，否则，走丝时会产生叠丝现象而导致断丝。 动装置的运动参数设计 从与电动机相连接的高速轴到低速轴算起，各轴依次命名为轴，轴，轴。 1各轴转速计算 第轴转速 1 1 4 0 0 / m i nn n r 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第轴转速 1211400 7 2 0 / m i 1=2i (2第轴转速 232720 2 4 0 / m i 2=3i (2式中 n 电动机转速 1i 第轴到第轴传动比 2i 第轴第轴传动比 2各轴功率计算 第轴功率 441 1 5 2 3 3 0 . 6 0 . 9 9 0 . 9 9 3 1 4 . 4p p W W 第轴功率 222 1 3 4 3 1 4 . 4 0 . 9 7 0 . 9 9 2 9 2 . 8 6p p W W 第轴功率 223 2 2 4 2 9 2 . 8 6 0 . 9 9 0 . 9 9 2 8 4 . 1 6p p W W 式中 1 电动机的效率 , 1 2 滚动轴承的效率 , 2=3 滑动轴承的效率 , 3=4 齿轮传动的效率 , 4=5 连轴器的效率，5 3各轴扭矩计算 第轴扭矩 1113 1 4 . 49 5 5 0 9 5 5 0 2 0 8 5 . 0 81400 m (2第轴扭矩 2222 9 2 . 8 69 5 5 0 9 5 5 0 3 8 8 4 . 4 6720 m (2第轴扭矩 3332 8 4 . 1 69 5 5 0 9 5 5 0 1 1 3 0 7 . 2240 m (2将以上计算数据列表 2 2 轴 号 转 速 n( /r 输出功率 P（ W） 输出扭矩 T()N 传动比 i 效率 轴 1400 0 66 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 轴 720 0 93 轴 240 0 93 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 3 齿轮 减速传动 设计计算 择材料 根据表 7择齿轮的材料为 45钢 ,经调质硬度 29 286。 力角 的选择 由机械原理知识可知 ,增大压力角 ,能使轮齿的齿厚和节点处的齿廓曲率半径增大 ,可提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。此处，压力角 可取 20。 数和模数的选择 对软齿面的闭式齿轮传动 ,其承载能力主要取决于齿面接触疲劳强度。而齿面接触应力的大小与小齿轮的分度圆直径有关 ,即与齿数和模数的积有关。因此在满足弯曲疲劳强度的前提下 ,宜选择较小的模数和较多的齿数。这样除能增大重合度 ,改善传动的平稳性外 ,还因模数的减小而降低齿高 ,从而减小金属的切削量 ,减少滑动 速度 ,减少磨损 ,提高抗胶合能力。 轴上齿轮齿数 1z 取 23,小齿轮齿数 2z 取 46, 轴上轴齿轮齿数3齿轮齿数 4z 取 70,模数 。 宽系数 d 由强度公式可知 ,当载荷一定时 ,增大齿宽可以减小齿 轮直径 ,降低齿轮圆周速度。但增大齿宽 ,齿面上的载荷分布不均匀性也将增大。查表 7间轴上的齿轮与大齿轮啮合时取齿宽系数d为 臂上的齿轮与小齿轮啮合时取 d为 据公式1db d,计算结果圆整为 5 的整数倍 ,作为大齿轮的齿宽 2b ,小齿轮齿宽取105(21 ,以补偿加工装配误差。 定齿轮传动的 精度 根据 齿轮精度等级分为 12级 ,1级最高 ,12级最低 ,常用 6 9级。根据表 7用 7级精度的齿轮。 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度 因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础 4 10，小齿轮选用 45号钢，调质处理，硬度 236齿轮选用 45号钢， 正火 处理，硬度为 190 精度等级初选 减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计学基础 7，初选 8级精度。 选小齿轮齿数 3，则大齿轮齿数为 Z2=i 以2122 23=46 使两齿轮的齿数互为质数， 取值2 46Z 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 （ 2）按齿面接触疲劳强度设计齿轮 由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为： 1231 12 . 3 2 ( ) u (3 确定载荷系数 K 因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础 5 8，得 取 K 接触疲劳许用应力 l i S (3）接触疲劳极限应力 由机械设计学基础 30中的 据两齿轮的齿面硬度，查得 45钢的调质处理后 的极限应力为 600 560 ）接触疲劳寿命系数 应力循环次数公式为 N=60 n 工作寿命每年按 300 天，每天工作 2 8小时，故 300 10 2 8)=48000h 0 1 48000=109 9 812N 1 . 3 4 4 1 0N = 3 . 2 0 7 6 1 0i 4 . 1 9 (3查机械设计学基础 31，且允许齿轮表面有一定的点蚀 ) 接触疲劳强度的最小安全系数 机械设计学基础 10，得 1 ）计算接触疲劳许用应力 。 将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 l i m 1 11m i 0 1 . 0 2 6121Z M P a M P (3l i m 2 22m i 0 1 . 1 5 6441Z M P a M P (3）计算小齿轮直径 于21，故应将1p代入齿面接触疲劳设计公式，得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 2 131 12 . 3 2 ( ) 3 6 . 8 5 m T ud u 圆周速