线切割快走丝机构的设计本科毕业设计论文.docx

摘 要 本文结合往复走丝线切割机床的开发而进行的研究，往复走丝线切割机床是我国独有的机种。相对于低速走丝它具有结构简单，制造成本低，操作方便，可维护性好等优点。对于线切割而言，走丝系统是目前主要研究课题，走丝系统的各个环节的优劣都体现了机床整体水平的高低。走丝系统的稳定性直接影响加工工件的表面质量。近年来快速走丝因其高精度，高效率等技术优势而日渐占领国内市场。由于plc控制正反转和限位开关的使用，因此研制更加稳定的走丝系统意义重大。本文是针对线切割机床快走丝机构进行的分析和设计。走丝机构是线切割组成部分，它的性能好坏直接影响线切割机床的加工精度。快走丝线切割机床主要用于加工各种形状复杂精密细小的工件，具有加工余量小，加工精度高，生产周期短，制造成本低等突出优点。关键词：线切割；快走丝机构；plc控制abstract research and development based on wedm-hs of, the wedm-hs is chinas unique models. relative to the low speed wire has the advantages of simple structure, low manufacturing cost, convenient operation, has good maintainability etc. for 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 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 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 advantages.key words: wire cutting; wire speed mechanism; plc controlv 目 录 摘 要iabstractii1 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 国内外数控线切割机的发展11.2.1国外电火花线切割加工技术的发展及现状11.2.2我国电火花线切割技术的发展及现状31.3本论文的主要内容52 线切割的快走丝系统72.1总体方案设计72.1.1储丝走丝部件运动设计72.1.2对快走丝机构的要求72.1.3储丝筒旋转组合件72.1.4上下拖板92.1.5齿轮副和丝杆副92.1.6线架、导轮部件结构103 储丝走丝部件主要零件强度计算143.1 齿轮传动比的确定143.1.1 齿轮齿数的确定143.1.2 传动件的估算163.2 齿轮模数估算163.3 齿轮模数的验算174 储丝走丝部件主要零件强度验算214.1 齿轮强度的验算215 轴的设计计算及校核245.1 第轴的设计及校核246 轴承寿命校核286.1 第轴上轴承的校荷286.2 第轴轴上轴承的校荷297 键的强度校核317.1 联轴器处键的强度校荷317.2 储丝筒端盖与轴联接处键的校荷327.3 第轴与小齿轮联接处键的校核337.4 第根轴上键的校核337.5 丝杆的选型和校核348 步进电机的选用37总结38致 谢39参考文献40兰州工业学院毕业设计（论文） 1 绪论1.1 课题研究的目的和意义在快走丝线切割加工中来说，保持电极丝状态的相对稳定，就好像保持金属切削机床刀具状态稳定一样，这将直接决定加工质量的好坏。从目前的状况来看，电极丝在加工区的张力变化很大，高速运行的电极丝使导轮磨损很快，丝的振动也随之加剧，直接影响了加工品质和加工的稳定性。因此应加强对快走丝系统的深入研究，保证加工区电极丝运行状态的稳定，进一步提高线切割机加工精度和解决储丝筒的径向跳动和轴向窜动。从而提高加工精度，提高生产效率，改善产品质量，增加企业的经济效益。同时使我们在快走丝机构的设计中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.2 国内外数控线切割机的发展1.2.1国外电火花线切割加工技术的发展及现状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(wedm)是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。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0.lum，加工精度已接近或达到精密磨削的精度，最大切削速度超过3o0mm2/min，标志着wedm总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ra0.l0.2m(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pp、cam及仿真于一体的自动编程系统不断发展和成熟，目前基于pc的图形交互式自动编程系统成为线切割自动编程系统的主流。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wedm的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wedm普遍配备的，但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dwch系列机床，由于采用g25电源，最高生产率达250mm2/min，其经济型dwcc2系列机床也是250mm2/min。著名的sodick公司的a500e型电火花线切割机的电源数控柜由于采用32位cpu，使加工速度大幅度提高，同样可以达到300mm2/min。快走丝电火花线切割技术最初是在我国发展起来的一种电火花加工方法，它与慢走丝电火花线切割技术无论从加工方法还是加工装置上都有很大区别。因此，我国的电火花线切割技术的发展主要体现在快走丝线切割技术的进步上。相对而言，我国的慢走丝电火花线切割技术起步较晚，其水平与国外同类产品相比还存在较大的差距。1.2.2我国电火花线切割技术的发展及现状1、机床品种多样化，年产量稳步增长多年来，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。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2000mm1200mm500mm及1000mm630mm1000mm等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。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。自旋式电火花线切割机和走丝速度可调的电火花线切割机目前虽处在开发和完善阶段，产量也不大，但开发思想都是企图借鉴高速走丝和低速走丝二者的优点创造一种新型的电火花切割方法。它的成功不仅能为我国的电火花线切割增加一个新品种，并以它的性能价格比好以及加工消耗低的特点找到它自身的应用范围，而且为高速走丝的电火花线切割机的多次切割工艺奠定基础。2、高速走丝系统日趋完善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dk7740b机床能在200mm厚的工件做300锥度的切割，表明近几年来我国高速走丝wedm机床的加工范围有了较大发展。1.3本论文的主要内容数控电火花线切割快走丝系统的设计具体的说来应该包括储丝筒传动系统，丝架，张紧装置，锥度调整机构，电气控制系统的设计等。按照设计的任务书，首先要了解该机床调查研究电火花线切割机的加工特点，对照已有的线切割机确定具体的设计参数，再对机床总体方案及控制系统总体方案进行确定。具体到设计时对各个方案再进行点对点的修改。接下来就是进行必要的设计与计算选型工作，就是将整体机床的设计又分为几个部分各个去突破大体就是机械部分和电气部分。再具体到各个组件或零件。虽说设计是个人的行为，但由于自己的知识欠缺且设计的内容跨越比较大包括电子技术、计算机技术、机械设计，很多地方肯定是难以具到，当然有在刘老师的悉心指导下，很多不懂的地方这正是我们要学的地方，同时在多方面有同学们的提示才得将设计顺利进行。这毕竟是一个学习阶段的毕业设计很多方面都是在边学边用中进行的，或者说很多方面的设计还是停留在模仿的阶段比如电气部分，控制部分都不是很成熟的设计。522 线切割的快走丝系统2.1总体方案设计2.1.1储丝走丝部件运动设计走丝机构的运动是由储丝筒电机正反转得到的。电极通过联轴器与储丝筒连接，储丝筒装有齿轮，通过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，拖板与底座采用三角矩形组合式导轨连接，这样储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0.12mm到0.25mm之间调节。2.1.2对快走丝机构的要求（1）快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。（5）传动齿轮副、丝杆副应具备润滑措施。2.1.3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1.55mm。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r为0.8m。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0.01mm。一般装配后，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动机轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体的长轴，而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运行时频繁的换向，联轴器瞬间受到正反剪切力很大，因此多用弹性联轴器和磨擦锥式联轴器。1） 弹性联轴器弹性联轴器结构简单，惯性力矩小，转向较平稳，无金属撞击声，可减小对储丝筒中心轴的冲击。弹性材料采用橡胶、塑料或皮革。这种联轴器的优点是，容许电动机轴与储丝筒轴有不同心和不平行（如最大不同心允许为0.20.5mm，最大不平行为1度），缺点是由它联结的两根轴在传递扭矩时会有相对转动。2） 磨擦锥式联轴器 摩擦锥式联轴器可带动转动惯量较大的大、中型机床储丝筒旋转组合件。此种联轴器可传递较大的扭矩，同时在传动负荷超载时，摩擦面之间的滑动还可起到过载保护作用。因为锥形摩擦面会对对电动机和储丝筒产生轴向力，所以在电机主轴的滚动支撑中，应选用向心止推轴承和单列圆锥磙子轴承。另外，还要正确选用弹簧规格。弹力过大，会增大轴向力，影响中心轴的正常转动。 综合上所概括的两种联轴器的特点，在这里可以选择弹性联轴器作为这里联结所用。2.1.4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。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。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。2.1.5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。在本次设计线切割快走丝系统中，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。2.1.6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0.005mm；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。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，如所绘0#图中左视图所示。活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2-1所示： 图2-1 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v形槽面应有较高的精度，v形槽底的圆弧半径必须小于选用的电极丝半径，保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。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30锥形轴尖，硬度在rc60以上。轴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快走丝电火花线切割机床的导轮结构。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gcr15、w18cr4v），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v形工作面的耐磨性和耐蚀性。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。3 储丝走丝部件主要零件强度计算3.1 齿轮传动比的确定钼丝丝距选择0.25mm，储丝筒每转一周，拖板带动储丝筒移动0.25mm，丝杆螺距选择为3mm。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u=1：4；u=1：3。3.1.1 齿轮齿数的确定取z=15；由于齿轮齿根与轴上键的距离不能为零。 即 -（d+t）2mm (3-1)由d=16mm查设计手册得： 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）/22mm 取m=2；又有z=4z=60 所以 =mz=215=30mm =mz=260=120mm取z=25；同理可得： 取m=3又有z=3z=75 所以 =mz=325=75 =mz=375=225齿轮1，2中心距 a=（30+120）/2=75mm齿轮3，4中心距 a=（75+225）/2=150mm参考书籍机械设计 取 b=0.5d=0.530=15mm其他数据如下 =（z2ha）m =（15+21）2 =34mm =124mm =81mm =231mm =（z2ha2c）m =（15-2120.25）2 =25mm =115mm =67.5mm =217.5mm3.1.2 传动件的估算根据公式 d=91 mm （3-2）式中， n该传动轴的输入功率, w； n=n其中， n电机颌定功率, kw； 从电机到该转动轴之间传动件的传动效率的乘积； n该转动轴的计算转速，r/min；计算转速n是传动件能传递全部功率的最低转速 每米长度上允许的扭转角，deg/m； 取=0.995，n=0.55 kw n= n =0.550.995 =0.54725 kw n=1390 r/min由公式（3-2）可计算得： d=91 =10.2 mm3.2 齿轮模数估算齿轮弯曲疲劳估算： m32 =32 =1.039 mm齿面点蚀估算： a370 =370 =49.28 mm其中n为该转动轴的计算转速r/min，a为齿轮中心距中心距a及齿数z、z求出模数 m= = =1.31取较大的那个模数，在这个设计中，第一对齿轮传动取 m=2 mm第二对齿轮传动取 m=3 mm3.3 齿轮模数的验算根据接触疲劳计算齿轮模数公式为 m=16300mm式中： n计算齿轮传递的颌定功率 , kw； n=n kw n计算齿轮（小齿轮）的计算转速, r/min； 齿宽系数，=b/m，常取610； z计算齿轮的齿数，一般取传动中最小的齿轮的齿数； 大小齿轮的齿数比；=，“+”用于外齿合，“-”用于内齿合； k寿命系数，k=； 工作期限系数，=；齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数c；n齿轮的最低转速,r/min；t预定的齿轮工作期限，中型机床推荐t=1500020000h；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；工作情况系数；载荷系数；齿向载荷分布系数；y齿形系数；、许用弯曲接触能力；查表可得：=1.2，=1.2，=1.15 = = =0.780.510.60 =0.91n=0.54725kw，=10，=600mpa则 =16300mm =1.625mm根据弯曲疲劳计算齿轮计算模数公式为： =275mm =275 =0.063mm = = =0.890.700.75 =0.554 所以m=2符合要求， 同理m=3也符合要求。4 储丝走丝部件主要零件强度验算4.1 齿轮强度的验算根据齿轮危险截面的弯曲强度条件公式 = （4-1）k载荷系数；k=齿宽系数，取0.5；k使用系数，取1；k载荷系数，取1.05；齿间载荷分配系数，=1.0，=1.0；齿向载荷分布系数；小齿轮传递的转距 =95.510 =95.5100.55/1390 =3.7810nmm=1.11+0.18（1+6.7）+0.1510b =1.11+0.18（1+6.70.25）0.25+0.150.0010.5 =1.23045k=11.051.01.6 =1.218查得：b/h=23/4.5 =5.11 =1.16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：=2.69，=1.575则 = =18.4mpan=60njl=601390120000=1.668s疲劳强度安全系数；s=1.5k寿命系数 （）；齿轮的疲劳强度；=340mpa=520mpa =272mpa所以 其中：z区域系数z弹性影响系数k=11.051.01.23045 =1.29 =259.89=520mpa所以 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。 5 轴的设计计算及校核5.1 第轴的设计及校核1 轴上的各参数功率转速转矩2 求作用在齿轮上的力由齿轮设计部分知小齿轮的分度圆直径为 可以求得 3 初步确定轴的最小直径 由于轴较长，并且轴上装有储丝筒直径较大，最小直径处需要与连轴器相配合，另外轴上开有键槽，故轴颈应增大5%。 查表选取键的类型及其尺寸为普通平建6614mm选取连轴器为弹性柱销连轴器，与轴配合的尺寸 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图，如图5-1所示 图5-1 第一根轴的受力分析由图分析各支点处的受力状况：由前已知：转矩 在垂直面内对b点取矩可得： 式中，将这些数值代入上式课求得又由，可得则在垂直面内b，c，d点处的弯矩分别为计算水平面内各量对b点取矩可得由可得，表示其方向与图示假设方向相反。则在水平面内b，c，d点处的弯矩轴上ae点各处的扭矩均相等，可知d点处弯矩最大，其值为从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面d是轴的危险截面。5）按弯扭合成应力校荷轴的强度进行校荷时，通常只校荷轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面c）的强度。取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理由表151查得。因此，故安全。6 轴承寿命校核6.1 第轴上轴承的校荷轴承类型：深沟球轴承，轴承代号：6205 在校荷时每个轴承所承受的载荷是支撑点处载荷的一半计算，寿命计算： h滚动轴承的当量动载荷： 其中：x、y分别为径向、轴向载荷系数。 因为轴承只受纯径向载荷。则 参照前面轴的计算可知： 左轴承： 右轴承： 3）载荷系数：查表“载荷系数”（按中等冲击）得 4）转速： 5）寿命指数： 6）额定动载荷：查表知 c7.36k 左轴承： 右轴承： 由此可知：该轴承符合要求符合要求。6.2 第轴轴上轴承的校荷 轴承类型：深沟球轴承， 轴承代号：6204 在校荷时每个轴承所承受的载荷是支撑点处载荷的一半计算， 寿命计算： h滚动轴承的当量动载荷： 其中：x、y分别为径向、轴向载荷系数。 因为轴承只受纯径向载荷。则 参照前面轴的计算可知： 3）载荷系数：查表“载荷系数”（按中等冲击）得 4）转速： 5）寿命指数： 6）额定动载荷：查表知 c7.36kn 由此可知：该轴承符合要求符合要求。 7 键的强度校核键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点，使用要求和工作条件来选择：键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。对于常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接（静联接），其主要失效形式是工作面被压溃。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断，因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校荷计算。校核方法：假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为 （7-1） 式中，t传递的转矩，；键与轮毂键槽的接触高度，mm；键的工作长度，单位为mm，圆头平键，平头平键，这里的l为键的公称长度，mm；b为键的宽度，mm；键，轴轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，。7.1 联轴器处键的强度校荷选择类型：圆头普通平键基本尺寸：； 代入公式（7-1）得 所以，键的强度能够满足要求。7.2 储丝筒端盖与轴联接处键的校荷选择类型：圆头普通平键基本尺寸：；代入式（7-1）得 所以，键的强度能够满足要求。7.3 第轴与小齿轮联接处键的校核选择类型：圆头普通平键基本尺寸：代入式（7-1）得所以，键的强度能够满足要求。7.4 第根轴上键的校核选择类型：圆头普通平键基本尺寸：代入式（7-1）得所以，键的强度能够满足要求。 7.5 丝杆的选型和校核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。首先对于一些参数说明如下：轴向变载荷（n），其中表示第个工作载荷，=1、2、3、4n；第个载荷对应的转速（r/min）第个载荷对应的工作时间（h）；丝杆副最大移动速度；丝杆预期寿命；2）计算丝杆副的主要参数根据使用工作条件，查得载荷系数=1.0，系数=1.5； 计算当量转速 = =2000 计算当量载荷 =2333n 初步确定导程 = =2.5mm 取 计算丝杆预期工作转速 =120000 计算丝杆所需的颌定载荷 =1233310 =1151n3）选择丝杆型号根据初选的和计算的，选取导程为5mm，颌定载荷大于的丝杆。所选丝杆型号为cdm2004-2.5。其为外循环双管式、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 =12 =12 =5970r/min而最大工作转速 =40000.8=4776校核合格。丝杆的预紧预紧力（）一般取当量载荷的三分之一或颌定动载荷的十分之一。即： =778n其相应的预紧转矩 = =0.16n8 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。具备以上的所有条件，我们选用的型号y90s-4的电动机作为主运动的动力源。 总结经过这次毕业设计，使我又对以前学过的专业知识有了更好的理解和掌握，而且把所学过的机电传动控制、金属切削机床、机械设计等几门知识综合利用，另外我又在图书馆找了几本书作为参考资料，从实际机床上测量尺寸，观察结构，研究传动，之后是计算和加入新的设计思想，到最后成型，这对我们来说既是一个挑战也是一次锻炼，把所学的知识和自己的想法结合起来，才能设计出我们想要的，这才是最重要的。这次设计过程中，虽然有时