关 键 词：

dk7732 数控 高速 电火花 切割机 控制系统 说明书 仿单 cad

资源描述：

内容简介：

or to or . to in To in ,16.*on , 85N,2 003; in 003; 0 0036 003of in in of a of in a on be by as 003 is in is in it is 9 (2004) 311323S. H. 0169 - 211 2003 in 6,12. a is 004)311323in It to is 4. In nd a by is it is to or to is of of to In is an in 15a as as on a to a is;in at be of is in of a of as of to OM on as in It a on a to OM a to OM on a of in to is to In is or 12 is an in is by a on is 004)311323 313is to In to is to in on In in on 7. in a in 2a be 1,10). of by on of up on it is in a or a of of In a is to a a to in is of 8. in to be in be on 4. on is in on 13is to in in 1) to to to 2) is a to at a on a be a to is is to or To or to 12 OM to 11. 14,16314 004)311323OM in of of be on OM as a to on is to as on on As in a to in to 1is OM in at by at is to a OM be as at by a is by is a to In 1. to to be to M=is in i, in i. in i, an a in by on is by to in to In on to is as in 16). on we as in As in be in of to 12. be a to OM be in a is 12 a on on is 12. 1). In we a in is 004)311323 315is to a in j is in i j, is in i. in k P is by 8i, k is i k pg is is p is in By of k is to on is a on to a as a on we a on is to to in to by as is of of it is a be to is in 5. a to to a; b is in i, is j, a; b is of to , or do to 004)311323it to OM a is by OM is by is by by to of on of in to in 2. 004)311323 to on is to OM to a of on is to OM a a is to in on of a is on of a on OM in to it to cluster不完整测量数据的概念建构 王寿宏，王海 摘要 ： 对资料挖掘来说，未经加工的调查数据通常是不完整的。资料挖掘中缺失数据的问题在知识发现过程中常被忽略。这篇文章介绍了在不完整调查数据中资料挖掘的基础概念，以及计划知识发现中的咨询过程，和在调查资料挖掘咨询功能在概念解释上的发展趋势。这篇文章通过一个事例，论证了通过使用人工智力工具譬如自组织映射，不完整数据的概念解释可以完成。 数据挖掘就是分析数据以图从中找出有用模型的过程。而数据挖掘与传统的 统计分析有所不同，因为数据挖掘的目的是找出对数据所有 者或数据挖掘员有价 值而又确定的关系。鉴于数据的维数和数据量本身的巨大，传统的的统计分析方 法在数据挖掘时有其局限性。为满足数据挖掘的最新需要，在数据挖掘领域里面 已经广泛采用基于人 数据挖掘时有很多非统计技术。基于 经网络的自组织映射 (是其中一种比较有前途的方法。基于集群技术的 对其他方法来说有优势。通常数据挖掘技术处理一些十分高维的数据，也就是说做数据挖掘的数据库通常是由很多变量决定的。“维数灾难”使得对数据关系的统计分析变得毫无意义，这也使得 统计方法变得无能为力了。然而 而被认为是处理多维数据的有效方法。更为重要的是 种特色是其他任何数据分析方法都不具备的。它允许数据挖掘者分析该问题域中的集群。 测量只是数据采集中的一种普通数据获取方法。在数据挖掘的中，我们得到的调研数据集通常很难满足每个变量都有填写完全的观测结果。一般地，被调查者只部分地完成调研和问卷调查的内容。当事实上我们无法再次面向被调查者完成调研和问卷调查的全部内容时，我们并不知道缺失数据的严重性 ,但这是数据掘中有待发现的最重要部分之一。事实上，在知识工程领域缺失数据是一个重要而具有争议的问题。 通过集群分析在挖掘由不完整数据构成的调查数据库过程中，缺失数据的类 型及缺失数据对数据挖掘的潜在影响是一门学问。例如，数据挖掘者通常希望能 知道集群分析的可信程度；一些有价值的类型通常是什么时候和怎样丢失的；以 及丢失有价值数据的时候哪些变量与之有关系。这些有价值东西在缺失数据集部 分被充分发掘之后才能发现。 这篇文章讨论了知识发现中在发掘调研数据库过程中数据缺失的问题，并介 绍了概念解释的概 念基础，以及建议设立基于 下部分是这样安排的：第二部分讨论数据缺失与数据挖掘的关系问题；第三部分介绍数据挖掘中 概念解释；第四部分说明了挖掘不完整数据的 4个概念的知识发现；并提供了应用 五部分建立用于操控 六部分介绍一个例子，该例子应用咨询工具对一个学生判断测量的数据集进行熟练操作 后，第七部分作了结束语。 2 数据缺失问题 不完整数据集普遍存在于数据挖掘中。数据缺失的解决办法有许多 种 ,其中对付不完整数据的一种方便办法是将那些已记录没有价值的数据集排除掉。然而这忽略了这些记录中潜在的有用信息。万一缺失数据的比重较大，从筛选过的数据中得出的结论就会有偏颇或引起误导。 另一种处理丢失数据的简单方法是用一类通用的“未知”来代替所有丢失数 据项。数据挖掘中，不确定的“未知”通常在丢失数据项中引起混乱和误解。 对付缺失数据的第三种办法是排除数据域中没有价值的数据。对于时序数列，可观察到的相邻数据点可以插补。一般情况下，数据域中预期值可用于统计测量。然而，数据挖掘中，调研数据类型通 常是队、类，有多项选择的，二进制的。这些例子中，插补及特殊缺失数据变量的使用通常是不够的。更为重要的是， 研究表明，解决缺失数据的有效办法应该总是独立于问题之外去研究。 新近，发现损缺失数据集的合计概念方向有了精确的方法。这些方法与传统 逼近法处理缺失数据截然不同，它着眼于缺失数据的整体，而不是个别缺失的价 值。这些方法的这个高级特征使不完整数据的数据挖掘得以加强。然而这些统计 方法有其局限性。首先，得假定缺失价值存在于随机方式或者新遵循一定的分配 仪式。这些关于数据分配严格假定通常是无效的，特别对不完 善数据的测定。第 二，这些数学模型通常是数据驱动，而不是“问题领域驱动”。实际上，由于数 据挖掘的目标常常与具体问题域有关联，一个单独普通概念建构算法不足以应付 数据挖掘的多样目标。 数据库的知识发现是鉴别有效的、新奇的、有潜在作用并最终可以理解的数 据模式的有实际意义的过程。根据这个定义，这项研究强调利用不完整数据进行 数据挖掘概念构建的两个方面。首先，利用不完整数据进行数据挖掘中，有效、 新奇、有用的标准随问题而定。那就是，一个数据模式不单独依赖于该模式估计 的统计力，也依赖于数据挖掘者。第二， 通过对建立于计算机和人类认识理论的 组合空间的启发式研究，可以完成基于不完整数据的概念建构。人机协作进行概 念建构就是在数据挖掘者和计算机之间发掘出新奇、似是而非、有用的、相关的 和有趣味性与缺失数据相关的知识的人机交互式过程。 照我们看来，数据挖掘与传统统计在处理缺失数据方面有很多不同。 (1)数据挖掘试图从数据中去发掘出无疑的、潜在的有用模式，是由于数据挖掘者的新奇目标在于缺失数据而不在于估计个别缺失数据的价值。 (2)数据挖掘是人类知识发现环道中心环节工具 ,该过程是通过人机交互 而认 识到由集合水平上缺失数据引起的冲击，更甚于仅用基于未经证实的假设的数学 方法得出的结论。 映射组织（ 假如有一个很大多维集调研的例子，通常就会有很大一部分观察资料丢失 价值，然而并非所有的缺失数据都引起数据挖掘者的兴趣。因此，对于一个有巨 大数据来说，任何简单的强力搜索缺失数据的方法都是不可行，而且，当数据挖 掘者通过数据挖掘仅为了找出问题或者发展概念时该方法是没有用的。为明确问 题或创建概念，数据挖掘者需要一种工具来观察可利用数据与缺失数据的确定模 式。 由于自映射组织（ 流行的 此在群集分组中广泛应用。更为重要的是， 来观察多维数据。研究表明， 别是， 个研究更进一步，把完整数据的概念建构是为了研究缺失数据的模式，如同这些缺失数据对基于完整数据的挖掘结果的潜在冲击。下面例子说明， 通过无人监督（竞争的）学习过程 ,学会一定有用的特征， 以及把多维数据绘制到低维图片，这样数据挖掘者可观测到集群图片。图 1描述了研究中应用二层 神经网络。低层节点（输入节点）通过采样数据点接收输入数值。高层节点（输出节点）在无人监督学习后回馈输入的组织映象。每个低层节点都经过一个可变联接权量，联结到每个高层节点。 始时联结承载较小随机数学。输入节点接收由采样数据点引入的输入代表向量。输入向量经过联接传送到输出节点。激活的输出节点依赖于输入。 在胜者通吃的竞争制度中，与输入向量有最相似的权量的输出节点被激活。在学习阶段，权量依照 权量更新仅存在于激活的输出节点以及拓扑邻点（如图 1）。在这种一维空间输出事例中，我们假定了一个线性邻域。该邻域开始很大，尺寸随时间慢慢减小。因为学习速度将趋于零，学习进程也将最终集于一点。 引入足够的输入向量后，权量将指定群集以便本地群集密度函数趋于接近输 入向量的密度函数。由于共享相似拓扑的节点对相似输入敏感，所以权量得组织。因而 时，在预先并不了解 聚类中心的情况下，也体现真实自映射组织聚类。读者可到 12章中看更详细内容。 4、不完整数据的概念建构 这篇文章中，不完整数据的概念建构通过两个阶段来完成的。首先， 示了引入聚类的数据的不同寻常的模式。基于这些聚类，数据挖掘者能鉴别出明确的数据模式，并清晰说清楚问题。其次，与正被讨论的聚类有关联的缺失价值的不完整数据，构造出新概念。这一段中，数据挖掘者估计了缺失数据对问题鉴别以及发展与缺失数据相关的知识的冲击。第一阶段的任务跟大部分 聚类鉴别的应用一样。这篇文章 集中目标于第二阶段，并计划了不完整数据数据挖掘的概念建构的方法。下一步，我们建造四个概念作为不完整数据数据挖掘的知识发现。如同本文后面所讲的，通过人协作和基于些概念能够建造出来。 靠性 依照正被调查的问题，可靠性概念显示了缺失数据的范围。有两个指数应用 于该概念。 S/ 使用的聚类鉴定的完整价值的数据采样的数量。显然，值越高，聚类的观测可靠性越低。 i)/CV(i) i)是变量 V(i)是使用的聚类鉴定的采样变量 i 的数值。再则，根据变量 i， i)/CV(i)的值越大，聚类的观测可靠性越低。 匿 隐匿的概念揭示一次观测结果的值在一定范围内变化意味着将在另一个变量中丢失价值。 i)|x(j)=(a,b) i)是变量 x(j)是变量 （ a,b）是 x(j)的值的范围。 索引揭示了测量疑问的不确定答案的程度，例如“未知”和 “中立的”，或者组织缺失数据的意图，例如“不想告诉”。 求运算 反求运算的概念揭示了变量同时更可能缺失值。 i,j)/ i) i,j)是变量 i 和 j 的漏测值 , i)是变量 个概念揭示两个变量的漏测值的相互关系。 i,j)/ i)的值越大，漏测值之间的相互关系越紧密。 件效应 条件效应这个概念揭示了聚类鉴别的潜在变化，若缺失价值已完成。 P | )(=k P 是数据挖掘者感觉到的聚类的变化量， )(代表变量 i 的所有漏测值，而 k 是测量中可能出现 的可能值。特别地，k=p， 刻度的最大值， 漏测值来说，赋予 据挖掘者可能观测到聚类的变化，然后重新限定问题。 简言之，不完整数据的概念建构是一门学问的发展过程。不完整数据中建造一个新概念，需要数据挖掘者去明确建构中的特别问题。漏测值的四个概念是可靠性、隐匿性、求反运算及条件效应。下一步我们逐步展开不完整数据概念建构中的质疑。我们质疑的目的是使数据挖掘者能够通过使用 而建造 出新的与问题相关的概念。 5、概念建构的询问处理 结构化查询语言（ 种查询工具具有特征，这种标准查询语言常用于相关数据库管理系统。对于数据挖掘，由于数据库信息检索的最终目标是通过应用多变技术的明确表达的知识，创造一种单纯的标准查询语言能满足数据挖掘的各个目的是不太可能的。然而，为了维持人机协作高效运转，数据挖掘中可视化询问处理很必要。这个研究通过基于 展一套查询函数来帮助数据挖掘者建造与缺失数据相关的概念。 基于 这使资料库、 用微软的 靠电子表格，数据得以储存；通过宏指令（ 序得以执行；图形函数支持数据可视化；宏指令也使得查询处理函数能够运行。图 2描述了系统结构的技术细节。解决了基于 软件问题，系统结构变得简单而易于执行。然而，从实际应用的观点来看，软件系统限制了数据挖掘中数据库的规模。 七组查询函数已发展起来，对应于上一节所描述数据挖掘中的四个概念以及一般操作函数。通过图形用户界面，数据挖掘者使用询问处理系统。 得完整数据的聚类 数据挖掘者使用查询函数来观测聚类及鉴定不用怀疑的完整价值数据集模式。基于那些聚类，数据挖掘者明确问题所在。数据挖掘者能够选择适合 设置拓扑和 类的数量非常依赖于自然数据和 数间的复杂关系。然而，通过减少 据挖掘者通常能够减少聚类的数量；反之亦然。 应用这个查询函数，数据挖掘者能够描绘所查询的 于一个聚类的边界线在图中通常是模糊不清的，对聚类的描绘只能基于他或她对聚类的感知。在内部， 对应观测采样，轮廓与聚类的 出节点相关。这使电脑程序追溯聚类到数据成为可能。查询函数返回该聚类的变量的值的范围。 查询是为了保存和更正的 一般操作，如同设置数据样值的参数、变量。数据挖掘者能够把一系列的 明 据挖掘者想知道的是观测到的聚类的可靠性如何。这个查询允许数据挖掘者去查明 训所用变量。如果 据挖掘者能够发现个别变量的可靠性，如下面所述的。 明 (i)/CV(i) 数据挖掘者可能对某一变量感兴趣。应用这个查询，他能够根据这个别的变量来核查聚类的观测是否可靠。 查明 (i)/x(j)=(a,b) 该查询函数能够让数据挖掘者查明一个变量的缺失值与别一变量的值的范围之间的相互关系。这种关系提供如数值什么时候会丢失之类的信息。应用该查询，数据挖掘者详细查明两个变量如缺失值之间可能的相互关系、已一个变量知值的范围及在其他变量中发现有缺失值的观测的数量。 查明 (I,j)/ i) 该查询函数能够让数据挖掘者找出两个变量间缺失值的 相互联系。应用该查询，数据挖掘者首先选择两个与问题相关的变量进行调查，然后查明这两个变量可能总共多久一次丢失值。 查明 )(| =k 该查询函数允许数据挖掘者用假定值代替缺失值，及观察聚类的变化。假定值可能是最大与最小值中间的任何数。与返回详细数据不同，查询函数返回多样的映射以便数据挖掘者用不同的 于假定分析试验，数据挖掘者能够在感知缺失值在确定问题中的冲击。 6、用一个例子来学习概念建构 这一节中我们用一个例子来阐明不完整测量数据 的概念建构中基于 查询系统的应用。学生的教师调查法在大学中广泛应用于估评教授的教学质量。研究中沿用的数据来自加拿大大学一个学生对教师调查法（附件 A）。在这个例子中二十一个问题描述了一个教师的表现特征。每个问题都有五个等级的答案让学生回答。一个问题得高分表明问题的答案是积极的。这些问题的加权平均数由联系于评价教学效果的多种数据组成。学校教学中心的一个任务是了解教学中的问题，以便采取相应方法（例如，教学研究会及研究所）去攻克这些问题。 由于二十个问题与一个班级学期教学效果评估相关，二十个变量组成 后一个问题与教师分级相关。研究中，该变量用于与低效教学相关的选择，而这些教学基于该问题全部测量数据的中间值。 表 1 概念建构的例子 聚类 （采样 %） 问题相关变量 基于完整数据的问题鉴别 不完整数据的概念建构 1 (生测试结果需要更 多令人信服的解释 测试和分配不能够对 学生提供反馈作用 对即时分级不满意的学生， 通常对他们能否得到对 工作有益注解漠不关心 2 (该更好规划测试和分配 对课程学习经验忽略看法 的学生通常对适当测试或 者布置规划漠不关心 3 (V1,能很好描述困难概念；特 别是，课本没有给出太多帮 助时 虽然 缺失值对问题鉴定不具 严重冲击 收集 3823 个无效教学质量观测采样数据后可确认这个学校的教学问题。这些数据中， 2788个是完整的。 用 300个 200个初始化领域节点后，初始学习率是 2000个学习叠代后， 个聚类表明有一组存在低值，该值在进一步分析后排除几乎所有变量后得出的。三个聚类有蕴含意义。 根据聚类分析，发现接收到低值的变量 v1, 较特别，与无效教学有关，如表 1中前三行所述。 然后不完整数据用于建造该问题的新概念。 1: 虽然观测资料的不完整率达对整个测量来说高达 37%，根据关系密切的变量（ v1, 这说明最初识别的问题通常有效的。 2: i)/ )(失值率最高是 这说明这变量（例如，无用的课本和教学材料）指示的无效教学的可靠性可能不如其他相关变量可靠。 3: )(|)( (a,b) 然而， 缺失值来 自观测函数 x(1,3。这说明不满意即时分级通常对他们能否收到对他们工作有益意见漠不关心。 4: )(|),( M 然而 14(|)19,14( M =密相联在一块。这说明忽略课程学习经验的看法的学生，通常对测试或分配要适当计划漠不关心。 )(| =k 这个例子中， 失值最高 (达 。数据挖掘者可能 想了解缺失数据的潜在冲击。在完整数据中， 最小值是 1，最大值是 5， 概率分布是， ， ， ， 。设置好的试验数据用来为 完整数据中应用相同的 扑，假定分析试验是引导。 如图 3 所示，这个例子的全部的结论是， 这个例子中，缺失值新的概念建构在表 1 的第四栏中总结出来了。 这个例子阐述了被提议的概念 建构方法的使用，并提供一个提议方案的实验试验。容易看出，这个例子研究的数据挖掘的数值范围相当小。一般来说，比起这个例子来，数据挖掘应用于在规模和维数大得多的数据集。 7. 结论 在数据挖掘领域，不完整数据通常受到不公正对待。这篇文章提议不完整数据的概念建构，并提及了四个种类的缺失值概念。对于问题鉴别、数据隐藏意图、两个变量的缺失值求反运算以及缺失数据的条件效应，这些是可靠的。由于 被选作概念建构的工具。基于 篇文章接着建议七类查询函数来建构不完整 数据概念。使用这些查询函数，数据挖掘者能够建构与数据挖掘问题鉴别相关的新的概念。虽然与真实事例不同，但它已被证明，概念建构的模式能更好用在知识发现方面。 知识发现在数据库是个正在成长的领域。一般来说，知识发现开始于原始的问题鉴别。然而问题鉴别典型地证实为数据库和一般统计算法力所不及的。在知识发现过程中，必须建造新的概念使数据不那么神秘。总之，不完整数据的概念建构为知识发展提供有效的技术，因而，基于数据细节问题领域和挖掘者的对缺失数据的感知，他能够说明数据挖掘的结果。以后的工作包括在数据库系统主机上执 行软件系统，并进一步评估被提议在更大范围的数据集的方法。 产品简介： 产品信息型号： 格： 320 400 200 床参数： 工作台面尺寸（长宽）： 630 400 工作台行程（ X Y）： 320 400 最大切割厚度： 200 最大切割斜度 /工作厚度： ： 100 m /最大加工电流： 6 A 加工表面粗糙度： m 电极丝直径范围： 走丝速度：变频调速 11.6 m/.8 m/工作台承载重量： 400 作液：线 切割专用工作液工作液箱容量： 50 L 机床供电电源： N 380V 10% 50机床消耗功率： 2 机床外形尺寸（长宽高）： 1720 1322 1800 机床重量： 2200 可选用控制机类型： 具体产品外观与安装简图 南 华 大 学 毕业设计（论文）任务书 学 院： 机 械 工 程 学 院 题 目： 732 数 控 高 速 走 丝 电 火 花 线 切 割 机 及 控 制 系 统 起址时间： 2005 年 2 月 28 日 至 2005 年 6 月 12 日 学生姓名： 刘 建 荣 专业班级： 机 械 011 班 指导老师： 教研室主任： 院 长： 2005 年 6 月 12 日 设计（论文）内容及要求 : (一 ) 设计内容： 1调查研究电火花线切割机的加工特点，确定新设计电火花线切割机的主要技术参数。 2进行数控电火花线切割机总体方案及控制系统总体方案设计。 3完成电火花线切割机的机械结构设计。 4完成控制系统硬件和软件设计。 (二 )任务和要求： 1根据总体方案设计，绘制出数控电火花线切割机总图一张（ 工图）。 2进行运丝系统的运动计算、强度计算和动力计算，绘制出运丝系统机构结构图一张（ 算机图）。 3进行坐标工作台德望运动和强度计算，绘制出坐标工 作台纵向（ X 方向）、横向（ Y 方向）或运丝拖板（ U、 V）进给机构部装图一张（ 算机图）。 4根据控制系统总体设计方案，绘制出控制系统电路图一张（ 算机图）。 5绘制出线切割机电器电路图一张（ 算机图）。 6绘制出贮丝筒或滚珠丝杆零件图一张（ 维计算机图）。 7科技译文（不少于 3000 汉字）。 8编写毕业设计说明书一套（不少于一万字，有英文摘要，有程序清单、全部用计算机打出）。 指导老师： 2005 年 2 月 28 日 设计（论文）内容及要求： 指导老师： 年 月 日 南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 控高速走丝电火花线切割机及控制系统 设计（论文）题目来源 自选课题 设计（论文）题目类型 工程设计类 起止时间 2005 年 2 月 28 日至 2005 年 6 月 12日 一、 设计（论文）依据及研究意义： 数控高速走丝电火花线切割加工是一种直接利用电能进行加工的新工艺。这一技术已广泛应用于加工淬火钢，不锈钢、硬质合金等难加工材料；已成为切削加工的重要补充和发展。 我们的设计的数控高速走丝电火花线切加工机床是一个改进设计，我们设计的横向纵向进给系统是 用步进电机控制的，提高生产效率。 我们这次毕业设计是对大学四年专业知识的综合运用。通过这次设计，更好的掌握了专业知识，对其也有更深入的理解，这对我们将来的工作、学习都是一个莫大的帮助，我们受益匪浅 二、 设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 1、 调查研究电火花线切割机的加工特点，确定新设计电火花线切割机的主要技术参数。 2、 进行数控电火花线切割机总体方案及控制系统总体方案设计。 3、 完成电火花线切割机的机械结构设计。 4、 完成控制系统硬件和软件设计。 三、设计（论文）的研究重点及难点： 在这次设计中，数控 高速走丝电火花线切割加工机床的控制系统部分是重点，也是难点。由于可参考的资料非常少，所学的单片机的知识有限，这也加大了我们的设计难度。 步进电机驱动电路是数控高速走丝电火花线切割加工机床的一个重点，它是通过 8031 芯片的扩展，经过光电耦合电路，功率放大电路驱动步进电机。 脉冲电源电路又是一个重点，也是难点。我采用的是高低压复式脉冲电源，它是由晶体管和分立元件组成的电路，输出高低压复式脉冲，可以同时供给两个放电间隙加工，提高加工生产率。由于时间仓促，对这部分设计还不够完善，下步工作可深入研究。 四、 设计（ 论文）研究方法及步骤（进度安排）： 研究方法： 1：参考各种设计手册 2：通过网络，查阅各种相关资料 3：在设计过程中遇到问题向指导老师请教，直到解决问题 研究步骤： 1：查阅资料，选择相关书籍，写开题报告。 2：根据技术要求，确定原始参数。 3：根据原始参数，通过计算，确定大致尺寸。 4：校核计算结果，开始总体结构设计。 5：以铰接机构，车架的重载能力为重点进行设计。 6：确定具体尺寸，选用标准件 7：绘制图纸，准备答辩。 我们所安排的进度如下： 完成日期 内 容 图 号 2/285 工） 3/166 算机） 3/277 算机） 4/28 轮设计 算机） 5/82 算机） 5/129 算机） 5/123 算机） 5/24 6/42 五、 进行设计（论文）所需条件： 这四个月的设计中，我们多次去机械工程学院的数控实验室去参观 火花线切割加工机床。了解它的基本结构，工作原理。对 火花线切割加工机床有了一个整体的概念以后，我们多方面收集资料，在原有的基础上进行创新，这花费了我们不少时间。 机械结构的设计暂告一个段落后，我们开始研究电火花线切割加工机床的控制系统部分。我们查阅了许多数控机床控制部分设计的资料，又结合了电火花线切割加工机床的控制系统，进行了步进电机驱动电路 和脉冲电源电路的设计。 运用 件画图。 设计者：刘建荣 05 年 6 月 12 日 六、 指导教师意见： 签名： 05 年 月 日 摘要 : 电火花线切割加工（ 一种基于电火花加工技术的适应性流程加工技术，它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模、挤压模、粉末冶金的铸模和标准摸板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高磨床或昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。由于电火花线切割加工技术是机电一体化技术，是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用。 我的设计课题是 控高速走丝电火花线切割机及控制系统设计。77为电火花线切割机床， 32为机床工作台宽度。 此次设计包括机床的总体布局设计，横向进给、纵向进给设计，其中还包括齿轮的强度计算，滚珠丝杆较核，轴承寿命的验算。控制系统部分包括步进电机控制电路和脉冲电源电路，这是数控电火花加工机床的重点设计部分，也是难点。步进电机电路设计包括硬件电路设计和软件系统设计。详细说明了芯片的扩展、键盘显示器接口的设计等等。脉冲电源电路采用高低压复式脉冲电源，它是由晶体管及分立元件组成的电路，输出高低压复式脉冲，可以同时供给两个放电间隙加工，提高生产效率。 关 键字： 数控高速电火花线切割加工、主轴运动、步进电机、脉冲电源。 is an of DM be is of be in or DM of is of it is of My DK 77 32 of s It of of of of of is of it is of It of is by it 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 70 页 1 引言 本次毕业设计从 2005 年 2 月 28 号开始到本年的六月中旬结束，长达四个月。毕业设计是一名在校大学生最后的一次也是最重要的一次设计，说其重要主要是因为它将检验你在大学生活中所学知识的扎实程度，期间你必须复习所学过的一些课程，学习一些要用到的新的知识，它还将练习你的动手能力，思考能力，创新能力，是你在大学学习生活的一次升华，是一个提升阶段，更是走向工作岗位的一次练兵，因此我们都对此极为重视，更是投入了极大的热情与努力来更好的完成它。 本次设计 在颜竞成教授的悉心指导下分四个阶段按部就班的有条不紊的进行。第一阶段是搜集整理阶段。在本阶段主要是搜集足够的资料信息并对设计题目进行分析和实地调查，做到心中清楚。本设计其实从 2004 年元旦就开始了，截止到 2004 年 3 月份第一张外观图绘制成功为止。第二阶段是机械部分设计阶段，本阶段主要应用大学里面所学到的饿专业知识来进行运丝机构设计和坐标工作台的横向和纵向进给机构设计。另外还要进行储丝筒的三维零件设计。本阶段主要是从三月份到五月份。五月份到六月份则是第三阶段：控制系统设计阶段。主要进行电器电路设计，包括步进电 机驱动设计和脉冲功率放大电路设计。本阶段也是一个学习的阶段，对自己不太熟悉的领域的一次学习。六月份开始就是最后一个阶段：整理复习阶段，主要从事前几个阶段的整理温习，写说明书。以及毕业答辩前的各项具体细节的准备。 所以说每个阶段都是十分紧张而有难度的，有些问题是由于设计的难度，有些还是因为自己知识上的欠缺和基础不扎实造成的。可以说这次毕业设计是个查缺补漏的机会。尤其是在同学的协助下，特别是在颜教授的指导下，遇到困难不逃避，主动请教，主动学习，独立思考提出新方案，困难一个个的解决，才有了本次设计的成功。这次毕业 设计锻炼了我团体协作精神和独立作业的能力。专业设计基础，对自己将来都是一次具有深远影响的事情。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 70 页 2 一、 总体方案设计 (一 )总体方案的拟定 1电火花线切割机床具有定位、纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等。因此，数控系统选取连续控制系统。 2电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定的加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。 3根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用 8位微机。在 8位微机 中， 靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可以选择 4根据系统的功能要求，微机控制系统中除了 ，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器， I/括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其它辅助电路。 5纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成，起传动 比应满足机床所要求的。 6为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的饿机构。 7采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。 在上述的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。 （二）主要技术参数的确定 技术参数主要包括运动参数，尺寸参数和动力参数。 火花线切割机床的主 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 70 页 3 要技术参数如下： 工作台行程 / 500*320 最小切削厚度 / 30（可调） 加工表面粗糙度 m 割速度 / 100 加工精度 / 割工件最大厚度 / 300 电极丝移动速度 s 电极丝直径 、 储丝走丝部件结构设计 （一） 储丝走丝部件运动设计 运丝机构的运动是由丝筒电机正反转得到的饿。电极通过联轴节与丝筒连接，丝筒装有齿轮，通过过度齿轮与丝杆上的齿轮齿合。丝杆固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板与底座采用装有滚珠的 V 形滚动导轨连接，这样丝筒每转一周拖板直线移动相应的距离，因此机床工作前应根据零件厚薄和精度要求可在 1对高速走丝机构的要求 （ 1）高速走丝机构的储丝筒转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证极丝在储丝筒上整齐排绕。 （ 2）储丝筒的径向和轴向窜动量要小。 （ 3）储丝筒要能够正反向 旋转，电极丝的走丝速度在 712m/s 范围内无级或有级可调，或恒速转动。 （ 4）走丝机构最好与床身相互绝缘。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 70 页 4 （ 5）传动齿轮副、丝杆副应具备润滑措施。 2、高速走丝机构的结构及特点 高速走丝机构由储丝筒组合件、上下拖板、丝杆副、齿轮副、换向装置和绝缘件等部分组成，如下图 图 床的储丝走丝系统机构结构图 储丝筒由电动机通过联轴器带动实现正反向转动。储丝筒另外一端通过二 对齿轮减速后带动丝杆。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杆则安装在拖板上，调整螺母安装在底座上，拖板在底座上来回运动。螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧，齿轮及丝杆螺距的搭配为设旋转一圈拖板移动 以该储丝筒适用于 储丝筒运转时应平稳，无不正常振动。滚筒外圆振摆应小于 向间隙应小于 向窜动应完全彻底消除。 高频电源的负端通过碳刷送到储丝筒的尾部，然后传到钼丝上，碳刷应保持良好接触，防止机油或其它赃物进入。 储丝筒本身作为高速正反向转 动，电机、滚筒及丝杆的轴承应定期拆洗并加润滑脂，换油期限可根据使用情况具体决定。其余中间轴、齿轮、三角导轨及丝杆、螺母等每班应注油一次。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 70 页 5 （ 1）储丝筒旋转组合件 储丝筒旋转组合件主要由储丝筒、联轴器和轴承组成。 储丝筒 储丝筒是电极丝稳定移动和整齐排绕的关键部件之一， 一般用 45 号钢制造。为了减少转动惯量，筒壁应尽量薄，按机床规格的不同，选用的范围一般为 进一步降低转动惯量，也可选用铝镁合金材料制造。储丝筒壁厚要均匀，工作表面要有较好的表面粗糙度，一般 m。为保证丝筒组合件动态平衡，应严格控制内孔、外圆对支撑部分的同轴度。储丝筒与主轴装配后的径向跳动量应不大于 般装配后，以轴的两端中心孔定位，重磨储丝筒外圆和与轴承配合的轴径。 联轴器 走丝机构中运动组合件的电极轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体的长轴，而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运转时频繁换向，联轴器瞬间会受到正反向的剪切力，但由于这个力不大，且储丝筒中心轴与电极轴有较高的同轴度要求。所以本设计采用 性联轴器3824 42241 （ 2）上下拖板 走丝机构的上下拖板一般有下面二种滑动导轨。 燕尾型导轨，这种结构紧凑，调整方便。旋转调整杆带动塞铁，可改变导轨副的配合间隙。但该结构制造和检验比较复杂，刚性较差，传动中摩擦损失也较大。 三角、矩形组合式导轨，如下图所示。导轨的配合间隙由螺钉和垫片组成的调整环节来调整。本设计采用三角、矩形组合式导轨。如下图 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 70 页 6 图 三角矩形组合式导轨 由于储丝筒走丝机构 的上拖板一边装有运丝电动机，储丝筒轴向两边负荷差较大。为保证上拖板能平稳的往复移动，应把下拖板设计的较长以使走丝机构工作时，上拖板部分可始终不滑出下拖板，从而保证拖板的刚度、机构的稳定性及运动精度。 （ 3）齿轮副和丝杆副 走丝机构上拖板的传动链是由 2级减速齿轮副和一组丝杆副组成，它使储丝筒在转动的同时，作相应的轴向位移，保证电极丝整齐的排绕在储丝筒上。 在本次设计线切割机中，走丝机构是常是通过配换齿轮来改变储丝筒的排丝筒的排丝距离，以适应徘绕不同直径的电机丝的要求。 丝杆副一般采用轴向调节法来消除螺纹配合间 隙。为防止走丝电机换向装置的失灵，导致丝杆副和齿轮副的损坏，在齿轮副中，可选用尼龙代替部分金属齿轮。这不但可以在电机换向装置失灵时，由于尼龙齿轮先损坏，保护丝杆副与走丝电机，还可以减少噪声。但是由于要照顾专业知识的复习，所以决定选用传统的金属材料制造。 （ 4）线架、导轮部件结构 线架与走丝机构组成了电极丝的运动系统。线架的主要功能是在电极丝按给定线速度运动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 70 页 7 度。对线架的要求是： 具有足够的刚度和强度，在电极丝运动（特别是高速走丝）时，不应 出现震动和变形； 线架的导轮有较高的运动精度，径向偏摆和轴向窜动不超过 导轮与线架本体、线架与床身之间有良好的绝缘性能； 导轮运动组合件有密封措施，可防止带有大量放电产物和杂质的工作液进入导轮轴承； 线架不但能保证电极丝垂直于工作台面，在具有锥度切割功能的机床上，还具有能使电极丝按给定要求保持与工作台平面呈一定角度的功能。 线架按功能可以分为固定式、升降式和偏移式三种类型：按结构可分为悬臂式和龙门式两种类型。 悬臂式固定线架主要由线架本体、导轮运动组合件及保持器等组成。 （ 1） 线架本体结构 中、小型线切割机床的线架本体常采用单拄支撑、双臂悬梁式结构。由于支撑电极丝的导轮位于悬臂的端部，同时电极丝保持一定张力，因此应加强线架本体的刚度和强度，使线架的上下悬臂在电极丝运动时不致振动和变形。 为了进一步提高刚度和强度，在上下悬臂间增加加强筋结构。有的机床的线架本体有的采用龙门结构。这时，工作台拖板只沿一个坐标方向运动，另一个坐标方向的运动通过架在横梁上的线架拖板来实现。 此外，针对不同厚度的工件，还有采用丝臂张开高度可调的分离式结构，如下图 动丝臂在导轨上滑动，上下移动的距离由丝杆副调 节。松开固定螺钉时，旋转丝杆带动固定于上丝臂体的丝母，使上丝臂移动。调整完毕后拧紧固定螺钉，上丝臂位置固定下来。为了适用线架丝臂张开高度的变化，在线架上下部分应增设副导轮，如下图 示： 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 70 页 8 图 可调式线架本体结构 图 可移动丝臂 （ 2） 导轮部件结构 1）导轮是本机床关键零件，关系到切割质量，对导轮运动组合件的要求如下。 导轮 证电极丝在导轮槽内运动时不产生轴向移动。 在满足一定强度要求下，应尽量减轻导轮的质量，以减少电极丝换向时的电极丝与导轮间的摩擦。导轮槽工作面应有足够的硬度，以提高其耐磨性。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 70 页 9 导轮装配后转动应轻便灵活，应尽量减少轴向窜动和径向跳动。 进行有效的密封，以保证轴承的正常工作条件。 2）导轮运动组合件的结构 导轮运动组合件的结构主要有三种；悬臂支撑结构、双支撑结构和双轴尖支撑结构。 悬臂支撑结构简单，上丝方便。但是因为悬臂支撑 ，张紧的电极丝运动的稳定性较差，难于维持较高的运动精度，同时也影响导轮和轴承的使用寿命。 双支撑结构为导轮居中，两端用轴承支撑，结构复杂，上丝麻烦。但是此种结构的运动稳定性较好，刚度较高，不容易发生变形及跳动。 双轴尖支撑结构。导轮两端加工成 300 锥形轴尖，硬度在 承由红宝石或锡磷青铜制成。该结构易于保证导轮运动部件的同轴度，导轮轴向窜动和径向跳动量可以控制在较小的范围内。缺点是轴尖运动副摩擦力大，易于发热和磨损。为补偿轴尖运动副的磨损，利用弹簧的作 用力使运动副良好接触。 通过比较以上三种结构的特点，可以看出第二种结构比较适合作为 3）导轮的材料 为了保证导轮轴径与导向槽的饿同轴度，一般采用整体结构。导轮要求使用硬度高、耐磨性好的材料制成（如 也可以选用硬质合金或陶瓷材料制造导轮的镶件来增强导轮 4）导轮组合件的装配 导轮组合件装配的关键是消除滚动轴承中的问题，避免滚动体与套杯工作表面在负荷作用下产生弹性变形，以及由此引起的轴向窜动和径向跳动 。因此，常用对轴承施加预负荷来解决。通常是在两个支撑轴承的外环间放置一定厚度的定位环来获得预负荷。预加负荷必须选择得当，若轴承受预加负荷过大，在运转时会产生急剧磨损。同时，轴承必须清洗得很洁净，并在显微镜下检查滚道内是否有金属粉末、炭化物等，轴承经清洗、干燥后，填以高速润滑脂，起润滑和密封作用。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 70 页 10 （二）储丝走丝部件主要零件强度计算 1齿轮传动比的确定 钼丝丝距选择 丝筒每转一周，拖板带动储丝筒移动 杆螺距选择为 3 所以储丝筒与丝杆见齿轮的传动比为： u= 1： 12； 采用二级齿轮传动，取 1： 4； 1： 3。 （ 1）齿轮齿数的确定 取 15；由于齿轮齿根与轴上键的距离不能为零。 即 2（ d+ 2m 由 d=16 而 1d =（ 2- *2c ） m =（ m =入上式得： 16+2m 取 m=2； 又有 460 所以 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 70 页 11 1d =2 15=30d =2 60=120 5；同理可得： 取 m=3； 又有 35 所以 3d= 25=75 4d =3 75=225 齿轮 1， 2中心距 （ 30+120） /2=75轮 3， 4中心距 （ 75+225） /2=150考书籍机械设计 取 b=30=15他数据如下 （ 2） m =（ 15+2 1） 2 =34mm 124mm 1mm 231 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 12 页 共 70 页 12 （ 2 2c* ） m =（ 151 2 2 =25mm 115mm ）传动件的估算 根据公式 d=914 )( 中 N 该传动轴的输入功率 N= 电机颌定功率 从电机到该转动轴之间传动件的传动效率的乘积 该转动轴的计 算转速 r/算转速 每米长度上允许的扭转角（ m） 取 = = 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 70 页 13 390r/d=齿轮弯曲疲劳估算： m 323 23613 906954 =面点蚀估算： A 3703 中 r/中心距 1 、 出模数 12 =6015 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 14 页 共 70 页 14 =较大的那个模数，在这个设计中，第一对齿轮传动取 m=2二对齿轮传动取 m=3根据接触疲劳计算齿轮模数公式为 6300)1(12321中： N 计算齿轮传递的颌定功率 N= 计算齿轮（小齿轮）的计算转速 r/m 齿宽系数，m=b/m， 10 计算齿轮的齿数，一般取传动中最小的齿轮的齿数 i 大小齿轮的齿数比 i = 112 +”用于外齿合，“ -”用于内齿合； 寿命系数， ks= k T 工作期限系数， k T =齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数 0 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 70 页 15 n 齿轮的最低转速 r/ 预定的齿轮工作期限，中型机床推荐 T=15000 20000h 转速变化系数 材料强化系数，幅值低的交变载荷可使用金属材料的晶粒边界强化，起着阻止疲劳细缝扩展的作用； 功率利用系数 1k 工作情况系数 2k 载荷系数 3k 齿向载荷分布系数 Y 齿形系数 j、 j 许用弯曲接触能力 查表可得： 1k =2k =k=sk=m = 37102 0 0 0 0311 3 9 060 =m=10， j=600 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 16 页 共 70 页 16 则 63003113906002151054 2(22 据弯曲疲劳计算齿轮计算模数公式为： 751 321 27522031136 =sk= 681022 0 0 0 0311 3 9 060 以 m=2符合要求 同理 m=3也符合要求 （三）储丝走丝部件主要零件强度验算 1齿轮强度的验算 齿轮危险截面的弯曲强度条件公式 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 17 页 共 70 页 17 F = 22131 Fd k 载荷系数 k=vd 齿宽系数，取 0.5 k 使用系数，取 1 载荷系数，取 k 齿间载荷分配系数，k 齿向载荷分布系数 1T 小齿轮传递的转距 1T =10511105 390 =103 N 1+d） 2d+103 b =1+ =1 得： b/h=23/ 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 18 页 共 70 页 18 载荷作用与齿顶时齿形系数 载荷作用与齿顶时应力校正系数 查表得： F = =k N=600 1390 1 20000 =610 s 疲劳强度安全系数 s= Fn N 寿命系数 （ K） 齿轮的疲劳强度 40=520F=272 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 19 页 共 70 页 19 所以 )1(2311 其中： 区域系数 弹性影响系数 2 0 0 H = H =520以 因此，所设计的齿轮 1、 2也满足齿面接触疲劳强度要求 同理也可得到所设立的齿轮 3、 4也满足齿面接触疲劳强度要求 齿轮设计合格 2主轴的验算 按弯扭合成应力校核轴的强度： 根据轴的结构图作出轴的计算简图，如图 a）。并分别作出水平方向和垂直方向的弯矩图，如图（ b），（ c），以及扭矩图，如图（ d）。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 20 页 共 70 页 20 轴的结构图与弯矩图 先计算轴上的载荷： 3111 9 5 0 0 0 09 5 5 0 0 0 0 m 齿轮的分度圆直径为： 301521 30 1 0 0 FF 620t 2t 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 21 页 共 70 页 21 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以明显的看出截面 将计算出的截面 M , 及 应力计算表 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 5 21 1 弯矩 M H 扭矩 31 轴的计算应力： )(1212 前已经选定的轴的材料为 45 号钢，调质处理 查得 1 因此 1 安全 （四）主轴组件结构设计 1轴承的配置形式 一般来说数控机床的主轴结构的轴承有以下几种配置形式： （ 1）前后支承均采用双列短圆柱磙子轴承来承受径向载荷，安装在前断的两个推力球轴承来承受前后方向的轴向负载。这种结构能承受较大的负载（特别是轴向负载），可适应 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 22 页 共 70 页 22 强力切削，但主轴转速不能太高，轴承在高转速时容易发热。由于推力球轴承轴承安装在主轴的前端，当主轴旋转时前轴承和后轴承温度差较大，热变形对主轴精度影响也较大。前轴承温度高，主轴前 端升高量大，后轴承温度低，主轴末端升高量小，因此，这种机构目前应用较小。 （ 2）前后支承用双列短圆柱磙子轴承来承受径向负荷，用安装在主轴前端的双向向心推力球轴承来承受轴向负载。这种结构刚性较好。 （ 3）前轴承用单列向心推力球轴承，背靠背安装，由 2到 3个轴承组成一套，用以承受径向和轴向负载；后轴承用双列短圆柱磙子轴承。这种结构适应较高转速、较重切削负载，主轴精度较好。但所承受的轴向负载较前两种结构小。 （ 4）前后支承采用成组单列向心推力球轴承，用以承受径向和轴向负载。这种结构适应高转速，中等负载的数控机床。在 中、小规格的数控机床上采用这种机构较多。 本设计主轴所采用的轴承支承方式为第四种。 2主轴组件的调整和预紧 滚动轴承的预紧是采用适当的方法是滚动体和内外套圈之间产生一定的预变形而带伏负游隙运行。预紧的目的是增加轴承的刚度，提高旋转精度，延长轴承寿命。 按预载荷的方向可分为轴向预紧和径向预紧。 而角接触球轴承主要是轴向预紧，这可明显提高轴向刚度。 三、进给传动设计 （一）进给传动运动设计 1脉冲当量和传动比的确定 （ 1）脉冲当量的确定 目前，常用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。步进电机每转一转传感器发出一定 数量的脉冲，每个脉冲代表电机一定脉冲，每个脉冲代表电机一定的转角。步进电机是一种电脉冲控制的特种电机，对于每一个电脉冲步进电机都将产生一个恒定的步进角位移， 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 23 页 共 70 页 23 每一个脉冲或每步的转角称为步进电机的步距角 / 脉冲b，可由选用的步进电机型号从技术数据表中查出。 因此，每脉冲代表电机一定的转角，这个转角经齿轮副和滚珠丝杆使工作台移动一定的距离。每个脉冲所对应的执行件（如工作台 0的移距，称为脉冲当量或分辨率，记为p，单位 冲。 应根据 机床或工作台进给系统所要求的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机床传动系统的误差存在，脉冲当量必须大于定位精度值。此次设计的电火花成型机床定位精度的设计要求是 ，根据该精度要求可确定脉冲当量为 脉冲/005.0 。 （ 2）传动比的确定 设传动副的饿传动比为 i ，若为一级传动，则1221 ， 11,为主动齿轮的转速和齿数， 22,从动齿轮的转速和齿数。若为多级传动，则 i 为总传动比。 对于步进电机，当脉冲当量 )/( 脉冲定，并且滚珠丝杆导程0L（ 电机步距角 /)( 脉冲b都也以初步选定后，则可用下式计算主轴系统的传动比 i 360= =1 （二）滚珠丝杆螺母副的型号选择和滚珠丝杆的选型和校核 1滚珠丝杆螺母副的型号选择 （ 1）最大工作载荷计算 滚珠丝杆上的工作载荷 )(叫做牵引力。它包括滚珠丝杆的走刀抗力及与移动体中立和作用于道轨上的其 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 24 页 共 70 页 24 它切削分力相关的摩擦力，可用下列实验公式进行计算。 对于矩形道轨 )( 式中： 工作台进给方向载荷 工作台垂直载荷 工作台横向载荷 G 移动部件的重力 K 考虑颠覆力矩影响的实验系数 F 考虑颠覆力矩影响的摩擦系数 对于滚动导轨； f=于电火花线切割是电极丝放电进行加工，可以认为,近似为零 所以； 取 1 00 0,0 g（估算） mF=000 (2)最大动载荷 滚珠丝杆应根据断定动载荷大动载荷计算原理与滚动轴承相同。 滚珠丝杆的最大动载荷应用下式计算： 063 /1000,10/60, 式中： L 工作寿命，单位 10n 丝杆转速，单位 r/v 最大切削力条件下进给速度，单位 m/L 丝杆基本导程，单位 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 25 页 共 70 页 25 t 颌定使用寿命，单位 h，可取 t=15000h 运转状态系数，无冲击取 1 般情况 以 = =n=1000v/0L=1000 100 =20r/=60610 =6102436 5102060 =r ） C= =33 根据以上计算选取 5（机械设计师手册上） 2滚珠丝杆的选型和校核 滚珠丝杆已由专门工厂制造，因此，不用我们自己设计制造，只要根据使用工况选择某种类型的结构，在根据载荷、转速等条件选定合适的尺寸型 号并向有关厂家订购。此次设计中，滚珠丝杆被三次选用，故在这里只选取其中最重要的主轴传动中德望滚珠丝杆加以设计和校核。其步骤如下： 首先对于一些参数说明如下： 轴向变载荷N），其中 i 表示第 i 个工作载荷， i =1、 2、 3、 4 n； 第 i 个载荷对应的转速r/ 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 26 页 共 70 页 26 第 i 个载荷对应的工作时间h）； 丝杆副最大移动速度 (m ax 丝杆预期寿命 )( （ 1）型号选择 1）根据使用和结构要求 选择滚道截面形状，查得螺母的循环方式和预紧方式； 2）计算滚珠丝杆副的主要参数 根据使用工作条件，查得载荷系数数 计算当量转速2)( m ax =2000 计算当量载荷( m a x =2333N 初步确定导程= 400010000 = 计算丝杆预期工作转速0=120000 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 27 页 共 70 页 27 计算丝杆所需的颌定载荷 312 10 =1 2333 10 312 120000 =1151N 3）选择丝杆型号 根据初选的，选取导程为 5定载荷大于 的丝杆。所选丝杆型号为 为外循环双管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式系列滚珠丝杆。 临界转速校核 22321610 =12226630 =5970r/最大工作转速 000776 校核合格。 滚珠丝杆的预紧 预紧力（般取当量载荷的三分之一或颌定动载荷的十分之一。即： F 31=778N 其相应的预紧转矩 32 10)1(2 = 32 10)77 8 = 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 28 页 共 70 页 28 (三 )步进电机的选用 步进电动机又称为脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件。具有以下四个特点：转速（或线速度）与脉冲频率成正比；在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化；速度可调，能够快速启动、制动和反转；定位精度高 、同步运行特性好。 数控电火花成型机的动力系统要求电动机定位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且颌定功率小，并且可用于开环系统。而 备以上的所有条件，我们选用的型号 90 选用时主要有以下几个步骤： 1根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 （ 1）步距角 初选步进电机型号，并从手册中查到步距角b，由于 3600 综合考虑，我初选了 ,1, 可满足上式的要求。 （ 2）矩频特性 步进电机最大静转矩进电机的名义启动转矩 m M 步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算： 0 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 29 页 共 70 页 29 式中： 空载启动力矩； 空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩； 空载时折算到电机轴上的摩擦力矩； 0M 由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩； 而且初选电机型号时，应满足步进电动机所需空 载启动力矩小于步进电动机名义启动转矩，即： m a 计算 加速力矩 J= 22521 /108.1 =10 55 = p b a xm a x 2112m a x 101060 40002)0602 m 空载摩擦力矩 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 30 页 共 70 页 30 =0.6 附加摩擦力矩 )1(2 2000 J = )40 2 = 0= m M =25 = 2启动矩频特性校核 步进电机有三种工况：启动、快速进给运动、工进运行。 前面提出的m a ，仅仅是指初选电机后检查电机最大静转矩是否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。 步进电机启动有突跳启动和升速启动。 突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少见。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载力矩一般不会发生丢步现象。 （四）进给机构的支承设计 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 31 页 共 70 页 31 滚珠丝杆的支承和支承方式将影响丝杆副的刚度，因此，对运动精度要求高时应审慎的加以选择。常见的支承形式有以下几种： 丝杆一端安装两个深沟球轴承或者角接触轴承或者圆锥滚子轴承的称为固定支承；螺母相当于固定支承。 安装一个深沟球轴承或者角接触球轴承或者圆锥滚子轴承的铰支承；因此丝杆的支承方式有两端固定；一端固定，一端铰支；一端固定，一端自由等几种； 本设计采用的是两端固定的支承。 螺杆的支承方式有以下四种： （ 1）双推 自由支承： 将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在一端，另一端自由。 特点：适用于短螺杆。 （ 2）双推支承 将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在一端，另一端装一个或两个深沟球轴承。 特点：螺杆水平安装时，可减少或避免因自重产生的弯曲或高速运转时，自由端的晃动。 适用于长螺杆。 （ 3）单推单推或双推单推 两端各安装一个方向相反的推力球轴承和一个深沟球轴承或一端装两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承，另一端装一个推力球轴承。 特点：可预拉伸螺杆，以减少或消除螺杆水平安装时，因自重产生的弯曲 ，当轴承 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 32 页 共 70 页 32 预紧力大于螺杆载荷的 1/3