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电火花机械体设计【5张CAD图纸和说明书】

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关键词：: 电火花机械设计 cad 图纸以及说明书仿单

资源描述：

目　　录

绪论……………………………………………………………………….………….02
第一章机床的形状分析及型号.………………………………………..…..….03—05
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）……………………………….26—55
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。

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(0.01～0.5mm)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RC﹑RLC﹑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

/mm 200 250 320 400 500 630 800 1000
  长度L  320 400 500 630 800 1000 1250 1600
行程纵向X  160 250 400 630
  横向Y  200 320 500 800
最大承载质量/KG 50 100 200 400 800 1500 3000 6000
   T型槽槽数

/mm
3 5 7
  槽宽  10 12 14 18
  槽间距离  63 80 100 125
主轴连接板至工作台最大距离H  300 400 500 650 700 800 900 1000
主轴头伺服行程Z  80 100 125 150 180 200 250 300
滑座行程W  150 200 250 300 350 400 450 500
工具电极最大质量/kg

Ⅰ型 20 50 100 250
  Ⅱ型 25 100 200 500
连接尺寸
工作液槽内壁
长度d
/mm 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000
宽度c  300 400 500 630 800 1000 1250 1600
高度h  200 250 320 400 500 500 800 1000

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。

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内容简介：: 毕业设计设计题目：电火花机械体设计（主轴滚珠丝杠）系别：机械学院数控系目录绪论 . 一章机床的形状分析及型号 . . . 05 第一节 .二节机床的型号 .二章电火花机床主运动传动部件 .一节滚珠丝杠副分析 .二节滚珠丝杠副的代号及编号规则 .三章滚珠丝杠副传动系统的计算 . .一节滚珠丝杠副螺母副的特点 .火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 6 第二节滚珠丝杠的标准和精度选择 .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 .五节滚珠丝杠螺母副的选择步骤 .四章滚珠丝杠参数的分析与计算 .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 .三节本设计中丝杠参数的校验 . .五章翻译部分（ of 55 总结及鸣谢 . 56 参考文献 . 论电火花加工技术（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第 2 页共 56 页讲明，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。第一章机床的形状分析及型号第一节如图 1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，共四大部分组成电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 6 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柱、主轴头、工作台及润滑系统组成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 (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 ; 第 4 页共 56 页我国早期生产的电火花机床主要采用电子管等窄脉冲电源分别命名为列 ,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（电火花穿孔加工机床主参数标准工作台台面宽度 B /00 250 320 400 500 630 800 1000 长度 L 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 行程纵向 X 160 250 400 630 横向 Y 200 320 500 800 最大承载质量 /0 100 200 400 800 1500 3000 6000 数 / 5 7 槽宽 10 12 14 18 槽间距离 63 80 100 125 主轴连接板至工作台最大距离 H 300 400 500 650 700 800 900 1000 主轴头伺服行程 Z 80 100 125 150 180 200 250 300 滑座行程 W 150 200 250 300 350 400 450 500 工具电极最大质量/ 20 50 100 250 型 25 100 200 500 连接尺寸电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 6 工作液槽内壁长度 d /00 500 630 800 1000 1250 1600 2000 宽度 c 300 400 500 630 800 1000 1250 1600 高度 h 200 250 320 400 500 500 800 1000 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 239 滚珠螺旋的特点及应用场合图（ 2下；特点应用场合第 6 页共 56 页（ 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（ 1重复定位精度（ 1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电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 6 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：美国的司、国的本的国早在 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2导程 2.5 微型滚珠丝杠副。日本程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 35 第 8 页共 56 页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。日本导程为： 150 160 200 250速进给速度达 180m/ 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 6 100程 20旋升角 9 。微型滚珠丝杠副指公称直径 2滚珠丝杠副。对于导程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 6螺旋升角17 9 或导程 hd 0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 25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。电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 6 图 2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珠丝杠副主要结构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第 10 页共 56 页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。 1 2 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。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，每个盖板组成至少应于微型滚珠丝杠副。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，国际标准对滚珠丝杠副的电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 1 6 行程变动量作了要求，如有效行程内行程变动量、任意 300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 3 1992 以及部颁标准 92规定了在转速为 100r/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，现在第 12 页共 56 页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/上，加速度达 4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/同时，使用大导程滚珠丝杠副，导程可达 32日本马扎克公司在床上使用滚珠丝杠副，机床快速移动速度达 90m/速度达从前，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 10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。电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 3 6 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珠丝杠副参数和国际标准化组织（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：一表 2数代号第 14 页共 56 页参数名称代号参数名称代号公称直径 d 螺母螺纹内径程 p 螺母螺纹底径本导程道圆弧偏心距 e 丝杠螺纹外径杠滚道圆弧半径杠螺纹底径母滚道圆弧半径纹全长 l 滚珠直径触角 a 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 G 螺母垫片预紧 D 外循环插管式埋入双螺母齿差预紧 C 凸出螺母调整预紧 L 螺旋槽式 L 单螺母无预紧 W 电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 5 6 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级精度 1 右旋不标 2 圈 2 2 级精度 2 左旋级精度 3 3 圈 3 4 级精度 4 级精度 5 4 圈 4 7 级精度 7 0 级精度 10 5 圈 5 （ 3）滚珠螺纹的代号起代号用“ 示，标注在公称直径前如 8，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：示为插管埋入式外循环（螺母垫片预紧片预紧（ D）的滚珠丝杠副负荷滚珠总圈数为，精度等级为 3 级，螺旋方向为右旋。第 16 页共 56 页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： 200 1800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，如图电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 7 6 图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，第 18 页共 56 页图螺母调隙结构滚珠丝杠的主要技术参数如图 1) 名义直径珠丝杠的名义直径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，大，承载能力和刚度越大。 2) 基本导程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) 滚珠直径火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 9 6 一般取 ) 滚珠的工作圈数 j 和工作滚珠总数 N 工作圈数 j 一般取，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 20 页共 56 页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/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，定义为额定动载荷额定静载荷是指把滚珠丝杠副在静态或低转速 (n=10r/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时的最大轴向载荷，定义为额定静载荷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： L (N) 式中电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 1 6 N)，当载荷按单调式规律变化，各种转速使用机会相同时 23；小轴向载荷 (N)； 106转为 1 单位， L = 6006； r/ 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，如图第 22 页共 56 页图珠丝杠的支承配置 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。电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 3 6 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：第 24 页共 56 页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：螺母将另一个螺母向外轴向位移，就相当于拉预紧随时调整，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设计中滚珠丝杠的形状电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 5 6 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：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。如图主轴电机相联，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。图6第 26 页共 56 页第三节本设计中丝杠参数的计算滚珠丝杠副在可靠性为 90%时的额定寿命计算公式为： 361060h 式中示为滚珠丝杠副在可靠性为 90%的额定寿命（ h）； N），由产品样本查得，丝杠的当量转速（ r/ 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： 1212 ,1 0 0 1 0 0 1 0 0n n n 式中： r/;1, 2,.q 2,.n 366010ja h n l k f式中：滚珠丝杠副的轴向载荷（ N）； N）类滚珠丝杠在机械上的推荐寿电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 7 6 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空机械 1000以在本设计中推荐寿命为 Lh/h=15000 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： 21120()c f E 带入得： 410 12203 . 1 4 1 0 ( )c 式中 E 为材料的弹性模量，本设计中材料为合金钢取其E= 112 0. 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刚度分为螺母致轴向固定处的距离 a 的函数 6( ) 1 0 ( )a F A E 6m i n 1 0 ( / ) 轴在两端时 a=0 或 a=L a=0 ，螺母在中点位置时，a=L/2,m a x , m i na a 。第 28 页共 56 页 64m i n 1 0 ( / )AE 设计中工作台的质量为 M=500件最大质量为 m=200作台最大工作行程 L=500作台导轨摩擦系数为 =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 F N 12( ) 0 . 0 6 ( 5 0 0 2 0 0 ) 9 . 8F m m g 420 2 电机最大转速丝杠最大转速（快移） 1500 1000 3 丝杠导程 Ph 作台最大速度 m a xm a / m i n 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 / m i m m 10 4 丝杠工作行程 mm 作台的最大行程 50028 5 支撑距离 l 撑距离应大于400 6 预拉伸计算（温度引起的伸长量） t m 设升温为 61 1 1 0 3 . 5 1 . 0 3 4 0t t 40 m 电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 9 6 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；第 30 页共 56 页 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电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 1 6 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。第 32 页共 56 页 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 ,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 54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 20加工时，可在 20s60 电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 3 6 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 10s 250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，第 34 页共 56 页且润滑性能好，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 1 2 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= （ 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：电压上有形上有高频振荡的小锯齿波形。电火花机床主传动部分（滚珠丝杠副） 5 6 （ 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第 36 页共 56 页很多，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

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