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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 毕业设计论文 设计题目 便携式电火花小孔机结构设计 院 系 专 业 学生姓名 学 号 起迄日期 2013 年 月 日 2013 年 月 日 设计地点 指导教师 职称 职称 完成日期: 年 月 日 XXX 大学本科毕业设计（说明书） II 便携式电火花小孔机设计 摘 要 电火花加工技术是先进制造技术的一个重要组成部分，是机械制造业中最广泛采用的机 械切削和磨削加工的重要补充和发展。随着新世纪电火花加工技术的不断发展，同时也对电 火花加工机床的可操作性、加工效率和加工质量提出了越来越高的要求。智能控制作为一种 新兴理论，为解决复杂过程的控制提供了一条有效途径，已逐渐成为电火花加工领域中的一 个新的研究热点，由此开发而来的新技术产品正不断带来巨大的经济效益。 本文通过对现有的电火花加工机床的研究，针对机械行业的需求，设计开发了便携式电 火花小孔机。设计了便携式电火花小孔机的机械结构，并重点对主轴传动部分进行设计。 关键词：电火花加工；便携式；小孔机；机械结构 XXX 大学本科毕业设计（说明书） III Abstract EDM technology is an important part of advanced manufacturing technology, is an important supplement and development of mechanical cutting and grinding machining in machine manufacture. With the continuous development of new century electric spark machining technology, but also on the EDM machine tool operation, the machining efficiency and quality put forward higher requirements. Intelligent control is a newly developed theory, which provides an effective way for the control of complicated process, has gradually become a new hotspot in the field of electric spark processing technology, new product development and thus to continuously bring huge economic benefits. In this paper, through the study of EDM machine tool of the existing machinery, according to industry needs, design and development of portable electric spark small hole machine. The design of the mechanical structure of portable electric spark machine holes, and focus on the main shaft transmission part design. Keywords: EDM; portable; small hole machine; mechanical structure XXX 大学本科毕业设计（说明书） IV 目目 录录 摘 要 . Abstract III 第一章 绪论 1 1.1 课题研究的意义 1 1.2 国内外电火花加工的发展 2 1.2.1 国外电火花加工的的发展 . 2 1.2.2 我国电火花加工的发展 . 2 1.3 电火花加工原理 3 1.4 本论文研究的主要内容 . 3 第二章 便携式电火花小孔机方案分析 5 2.1 便携式电火花小孔机加工的优势 . 5 2.2 便携式电火花小孔机适用范围及特点 . 5 2.3 设计方案 6 2.3.1 方案要求 6 2.3.2 方案功能设计与分析 7 2.3.3 控制部分的作用 . 7 2.3.3 控制部分的组成及作用 . 8 2.4 本章小结 9 第三章 机械结构的设计 10 3.1 概述 10 3.2 导轨的选择和计算 . 11 3.2.1 导轨 11 3.2.2 滑轨的选择 12 3.3 丝杠的设计 . 15 3.4 伺服电机的选择 . 17 3.4.1 轴向进给伺服电机的选择 17 3.4.2 工作头旋转伺服电机的选择 18 XXX 大学本科毕业设计（说明书） V 3.5 轴承的设计计算 . 19 3.6 本章小结 . 20 第四章 结论 . 21 4.1 本论文取得的结果 21 4.2 设计的心得总汇 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 XXX 大学本科毕业设计（说明书） VI XXX 大学本科毕业设计（说明书） VII XXX 大学本科毕业设计（说明书） VIII XXX 大学本科毕业设计（说明书） 1 第一章 绪论 1.1 课题研究的意义 电火花加工具有非常明显的优势。由于它拥有的适合于任何难切削导电材料，并且可以 加工特殊及复杂形状和结构等优势，在机械加工领域中，一直占据着非常重要的位置。因此， 电火花加工被广泛地应用于模具的制造，和特殊形状的加工等方面。 为了提高电火花加工的教学课堂效果，以及相关培训所能达到的效果，设计、开发一个 能够被用于教学演示的便携式微型电火花加工机床，具有非常重要的意义。 另外，本项目所研制的便携式电火花加工机床，也可以作为一种便携式的电火花加工工 具，在不常使用或不易使用大型电火花加工设备的地方，对于科研和生产中各种难加工材料、 难加工型孔和难加工结构的加工，具有重要的、难以替代的作用。 电火花小孔机属于电火花加工机床的一种。其工作原理是利用连续移动的细金属丝（称 为电极丝）作电机，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。与电火花线切割机床、 成型机不同的是，它的电脉冲的电极是空心铜棒。介质从铜棒孔穿过与工件发生放电，腐蚀 金属达到穿孔的目的，用于加工超硬钢材、硬质合金、铜、铝及任何可导电性物质的细孔。 作为先进制造技术的一个重要分支，特种加工技术，尤其是电火花加工技术，自 20 世纪 40 年代开创以来，历经半个多世纪的发展，已成为先进制造技术领域不可或缺的重要组成部 分。 电火花加工具有以下优点： 1. 可以加工难以用金属切削方法加工的零件，不受材料硬度影响。 2. 由于工具电极与工件电极不直接接触，没有机械切削力。所以在制作工具电 极时不必考虑其受力特性，工具电极可以做的十分微细，能进行微细加工和复杂型面 加工。 3. 电火花加工是通过脉冲放电来腐蚀金属材料的， 而脉冲电源的参数随时可调， 因此在同一情况下，只需调整电参数即可切换粗、半精、精、超精加工。 电火花加工的局限性： 1. 电火花加工生产效率低 2. 被加工的工件只能是导体 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 2 3. 存在电极损耗，这就影响了成型精度 4. 加工表面有变质层 5. 加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时放电部位必须在工作液中，否 则将引起异常放电。 6. 线切割加工有厚度极限。 1.2 国内外电火花加工的发展 1.2.1 国外电火花加工的的发展 目前计算机技术广泛应用于工业领域，电火花加工实现了数控化和无人化。美国、日本 的一些电火花加工设备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力，通过两轴、三轴和多轴数 控系统、自动工具交换系统及采用多方向伺服的平动、摇动方案，解决了电火花加工技术中 一系列实质性的问题。随着具有高精度、高刚度、高自动化、高加工表面粗糙度的机床不断 出现，使加工的功能及范围不断扩大。如今，在国际上，电火花加工可以加工大至数十吨重 的模具和零件，小至几微米的微孔。 1.2.2 我国电火花加工的发展 20 世纪 50 年代初期，我国开始研究和试制电火花镀敷设备，即把硬质合金用电火花工 艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上，提高金属切削刀具和模具的使用寿命。同时 我国还成功研制了电火花穿孔机，并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。 20 年代初，上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。 随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺，即直接采用凸模打凹模的方法，使凸凹模配合的 均匀性得到了保证，大大简化了工艺过程。 60 年代末，上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝 线切割机床。上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。 70 年代随着电火花工艺装备的不断进步，电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。线 切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。切割厚度不断增加，加工 精度也不断提高。 80 年代以来计算机技术飞速发展，电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术，数 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 3 控技术的普及，使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来，极大的提高了效率。 1.3 电火花加工原理 电火花加工是一种新的加工技术，自五十年代以来，我国开始研究和试用。经过不断发 展，已得到日益广泛的应用，成为加工各种模具和零件的有效方法。 电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。 早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造 成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的， 为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们 掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。 研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材 料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐 蚀的坑穴。 二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够 对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法” 。 电火花加工是与机械加工性质完全不同的一种新工艺、新技术。机械加工是通过机床部 件的相对运动，用比工件材料硬的刀具去切除工件上多余的部分，来得到成品零件的。但随 着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性、高粘性、高 韧性、高纯度等性能的新材料不断出现，具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多， 仍然采用机械加工法，有时是难于加工或无法加工的。因此，人们除了进一步发展和完善机 械加工法之外，还努力寻求新的加工法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用 中显出很多优异性能，因此得到了迅速发展和日益广泛的应用。 1.4 本论文研究的主要内容 本人系统学习了电火花加工技术的知识，查阅了一些相关的文献资料，在此基础上，结 合本人的设想和设计工作中需要解决的任务，主要进行了以下几项工作： (1) 进行电火花小孔机本体结构的方案分析和设计。 (2) 对电火花小孔机主要传动部件的设计和计算。 (3) 主传动系统的设计。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 4 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 5 第二章 便携式电火花小孔机方案分析 2.1 便携式电火花小孔机加工的优势 随着工业现代化的发展，机械行业对各种机械设备零件的加工量愈来愈大， 对其质量和 精度要求，也再不断提高。我们都知道，在机械加工过程中，容易将丝锥、钻头、绞刀等加 工工具断折在工件内部，不仅影响生产进度，还会降低产品质量，目前常规的办法是手工提 取或用电火花加工机提取，既费时又费力，有时还会将工件报废，给企业造成很大的经济损 失。 该项目是针对上述问题而开发的高技术产品。不但用于模型的制造、维修、断锥钻头及 破损刀具在工件内部的提取，还可作为培训模具专业人员的入门机型，是一灵活多用的小型 五金工具。 此外，该项目投产后，其产品主要应用于机械制造，汽车制造、加工、修理及特种加工 行业，作为特种加工工具(便携式小型设备)使用。各大、中、小企业都适用，具有很强的实 用性和通用性。容易普及和推广。可给生产本产品的企业带来可观的经济效益，其社会效益 也是不可估量的。例如生产汽油机、柴油机的企业及模具加工企业，每年因为丝锥、钻头以 及其他加工工具折断在工件内部，无法取出而造成废品，其经济损失约占 67。因而，该 产品的市场需求量相当大。 该产品还可以和数控铣、立铣、加工中心等设备配合使用，完成数控放电加工所能完成 的任务。可为小型特种加工企业和小型模具加工企业节省大量的设备费用。降低生产成本， 提高了产品的利润，而产品本身成本低廉，其经济效益也就不言而喻。 2.2 便携式电火花小孔机适用范围及特点 电火花小孔机的适用范围主要有以下几点： 1、去除折断在工件中各种直径的丝锥、钻头、绞刀、螺钉、塞规等工具/刀具； 2、可在任意大小、形状的工件上加工； 3、工件上各种角度位置的加工； 4、加工非精度要求孔； 5、尤其适用于难于在电火花机床上加工的大型工件。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 6 其特点有以下几点： 1、采用电蚀原理去除折断刀具，非接触加工，加工中不受力，不损伤工件； 2、便携式设计、可以方便的在各种环境下使用； 3、采用磁性底座，加工装置可以吸到工件上加工； 4、工作头可任意角度调整； 5、自动进给加工，不占用人员； 7、采用水作工作液，经济方便； 8、电源采用单相 220V 电源，可方便接线； 10、加工深度自动控制； 11、采用专用电极，可以做 200mm 以内的深孔加工作业； 12、内置进口高压电磁水泵，给水方便快捷，启动后 2 秒钟内出水； 13、提供多种选购件以适用于不同的需求； 14、提供磁力外部给水管，方便外部给水作业； 2.3 设计方案 2.3.1 方案要求 设备性能: 1.能加工不锈钢、淬火钢、硬质合金、铜、铝等各种导电材料； 2.能加工孔径 0.3-3.0，最大深径比能达 200:1 以上； 3.加工速度可达 10-50mm/min； 4.直接使用自来水作工作液； 5.外形小巧，便于携带。 主要技术参数： 1. 工作台面尺寸：460260mm 2. 最大加工深度：200mm 3. 加工孔径 0.3-3mm 4. 最大加工速度：10-50mm/min 5. 供电电源：220V XXX 大学本科毕业设计（说明书） 7 6. 整机重量：20kg 2.3.2 方案功能设计与分析 电火花小孔机主要由机械部分和控制部分两个部分组成。 控制部分和机械部分构成了电 火花小孔机的整体。 2.3.3 控制部分的作用 电火花加工在微观上表现为两极间的脉冲性火花放电，间隙放电过程是一个极其复杂的 过程，受到多种因素的干扰，使加工过程的稳定性很难得到保证。对于手动控制的电火花加 工机床的加工，要求操作人员经常调整伺服进给、脉间、抬刀、冲液等参数，保持加工过程 的稳定和高效，由于控制参数多，存在相互影响，对操作人员的经验有较高的要求。而具有 自动控制功能的电火花加工机床，目前还不能完全脱离人的因素，在加工的稳定性和高效性 方面，与机器相比，熟练工人仍具有较大的优势。面向快速制造的电火花加工技术要求加工 过程的无人化和智能化，这也是电火花加工研究领域的一个重要方向。目前该方向尚存在两 方面的问题需要解决：一方面是离线参数的选择，如电规准选取等，可以通过智能数据库及 专家系统来解决；另一方面是控制参数的在线调节问题，如脉冲间隔、抬刀、伺服参考电压 等，由于目前尚没有有效的数学模型可以利用，这类问题只有依靠智能控制方法来解决。 电火花加工过程控制通常包括三部分； 1加工前工艺参数的选择。主要是根据以往的加工经验，选择合适的加工规准，以满足 加工质量的要求。这种功能可以由智能专家系统完成，智能专家系统以加工速度为评价标准， 以工具、工件材料、工作液性质及加工零件复杂性为约束条件，根据工艺参数与加工质量(包 括表面粗糙度、仿型精度)之间的关系，给出合理的加工规准，国内外在这方面己有许多研究 成果报道。 2加工中放电状态的控制。主要是以放电状态为评价标准，对工艺参数进行在线调整， 以保证加工长时间高效、持续、稳定进行。通常的电火花加工控制主要是针对这部分而言， 对它的研究一直是电火花加工领域的热点，各种研究成果层出不穷。 3各种复杂形面加工的数控。主要是以加工轨迹跟踪的精确性为评价标准，对各空间伺 服坐标轴进行实时控制，以保证加工的仿型精度。这方面的研究从五十年代初开始，发展极 为迅速，到目前为止，理论上已基本成熟。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 8 2.3.3 控制部分的组成及作用 电火花加工由于其非接触加工的特点，加工放电间隙很小，要求其在电极进给方向具有 更精确的伺服迸给控制。其主要特点有：脉冲放电的能量密度高：脉冲放电的持续时间极短， 产生的热量传导扩散范围小：加工时，工作电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极 小；直接利用电能加工，便于实现加工过程的自动化电火花加工系统分析及智能控制方案的 设计。其结构简图如图 2-1 所示： 15.磁力表座 16.升降臂 17.升降臂锁紧把手 18.升降轴 19.定深锁紧螺钉 20.电极卡头 21.鳄鱼夹（接工件） 22.主轴头旋转控制把手 23.冲水接头 图 2-1 电火花小孔机机械部分结构简图 由上述结构简图可知：本加工成型机主要包括：支架和箱体单元，其中箱体单元是一台 电火花加工机的重点，本文在下文将详细介绍。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 9 2.4 本章小结 本章主要拟定便携式电火花小孔机的设计方案，其主要包括电气控制系统和机械结构系 统。通过本章我们基本确认本设计的具体方案，为下文的设计计算打下基础。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 10 第三章 机械结构的设计 3.1 概述 由上述结构简图可知：本加工成型机主要包括：支架和箱体单元，其中箱体单元是一台 电火花加工机的重点，所以本文重点介绍主轴箱系统的设计。 主传动箱体结构图如图 3-1 所示，在整个便携式电火花小孔机中，其起到的作用是电加 工的微动进给，定位，加工深度的设定。是整个便携式电火花小孔机的重要组成单元。 本加工成型机主要包括：箱体，伺服电机，滚珠丝杠，直线导轨，微动装置，加工头等。 下面具体分述如下。 图 3-1 主轴箱结构 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 11 3.2 导轨的选择和计算 3.2.1 导轨 1)导轨的功用 在各类机器和仪器上，运动部件在支撑部件上运动，两个部件相互接触的部分称为导轨。 导轨的功用是为运动部件导向和承受载荷。在导轨副中，运动的一方称为动导轨，不动 的一方称为支撑导轨。动导轨相对于支撑导轨一般只有一个自由度的运动。 导轨和轴承在功用、工作原理和机构上都有很多相同之处，特别是圆周运动的导轨更是 如此，导轨设计和轴承设计有许多共同之处。 导轨还常常是整个机器或仪器的安装、装配和工作基准。 2）对导轨的基本要求 （1）导向精度是指运动部件沿着导轨运动的轨迹的准确性。这是导轨工作质量最重要的 指标。特别是精密机械和仪器。 影响导向精度的因素有: 1导轨的结构和截面形状； 2导轨的加工质量（几何精度、接触精度和粗糙度）以及装配调整质量； 3导轨和其支撑件的刚度及热变形； 4润滑状况。 （2）精度的保持性 要在规定的期限内保持导轨的初始精度。对精密或大型机械，由于成本高，希望能比较 长的时间保持精度。 影响精度保持性的因素有： 耐磨性。耐磨性与导轨的材料、硬度和摩擦表面的情况有关，还与导轨副的材料匹配有 关。 1)导轨的结构和截面形状（磨损后能否自动补偿或调整很方便） 2)润滑状况好坏。 3)防护装置的好坏。 （3）运动的平稳性和灵敏性 要保证在低速运动或微量运动时不产生爬行，能实现要求的定位精度。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 12 影响运动平稳性和灵敏度的因素有: 1)导轨面的摩擦特性（与导轨的材料、类型机润滑状态有关） 。 2)传动系统的刚度。 3)负载情况。 （4）其他 1)结构简单可靠。 2)工艺性好。 3）维修方便。 4）价格合理。 3） 导轨的分类 按运动形式分类 （1）直线运动导轨 1）直线运动导轨副，动导轨支撑在静导轨上，支撑载荷并作往复直线运动。 2）直线运动导轨的动导轨和支撑导轨（静导轨）一般不等长，动导轨常比支撑导轨短。 若动导轨在支撑导轨上移动的位置和长度经常改变，则支撑导轨外露部分容易调入异物损坏 导轨，需注意防护。此外，支撑导轨在长度方向上磨损不均匀，会影响导向精度。 3）直线运动导轨的长度决定于运动部件的尺寸、行程及对强度、寿命、刚度的要求。 4）直线运动导轨一般由螺旋螺母、齿轮齿条、液压缸和气缸等传动驱动。这些传动件没 有导向作用，导轨起导向和支撑作用。当精度要求特别高时，为了减小导轨磨损而增设副导 轨，专门用于承受载荷。 （2）回转运动导轨 1）回转运动导轨起支撑和定中心作用。 2）回转运动导轨的动、静导轨在整个圆周上始终接触，导轨没有外露。因此在圆周方向 上没有磨损不均匀问题，但在径向由于半径不同，各点磨损不均匀。导轨不外露，防护简单， 但散热困难。 3.2.2 滑轨的选择 根据设计参数确认： 本设计的轴向运动的行程为 200mm， 进给速度为 0.1m/s。 无明显碎屑， 要求寿命为 10 年。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 13 精度、刚性满足一般要求。负荷方式，承受竖直向下的力和较小的转矩。 1） 选择导轨型号 HGW 10CC，HG 系列，无法兰型滑块，滑块固定方式为上锁式。 2）导轨工作计算 （1）受力条件 1）进给部分工作台安装有两个导轨； 2）进给部分重量为工作头的重量3Gkg； （2）受力计算 进给部分重力G给每个滑块的力： 1 g3 10 7.5 44 G GFN （3）寿命计算 当线性滑轨承受负荷并作运送时，珠道表面与钢珠因不断的受到循环应力的作用，一旦 到达滚动疲劳的临界值，接触面就会开始产生疲劳破损，并在部分表面发生鱼鳞状薄片的剥 落现象，此种现象叫做剥离。寿命，珠道表面及钢珠因材料疲劳而产生表面剥离现象时为止 的总运行时间。 计算寿命时间公式 60 1050)( 33 h S P C L h L：寿命时间 h S：运行速率 minm P C ：负荷比 由尺寸表知，HGW10CC 型号的基本动额定载荷C38.74KN。 负荷大小1.2 7.59Pf FN 总 （f根据负荷状况与使用速度选择）f 根据由表 7-1 选 择 运行速率6/minSm，带入上式中 33 38.74 50 10 0.009 6 60 h L （） h 5 103 . 2 符合要求。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 14 表 3-1 负荷系数 f 负荷状况 使用速度 F 无冲击力且平滑 微笑冲击力 普通负荷力 受冲击力及振动 V15m/min 15m/min120m/min 11.2 1.21.5 1.52.0 2.03.5 4）互换性单出件精度 根据型号与等级选择，本设计因受力较小精度要求不高，选用普通级。 以下列出线性滑轨的各项精度： 高度 H m1 . 0 宽度 N m1 . 0 成对高度 H 的相互误差 m02. 0 成对宽度 N 的相互误差 m02. 0 行走平行度精度 m28 （5）导轨预紧 预紧力是预先给予钢珠负荷力，利用钢珠与钢道之间负向间隙给予预紧，以提高线性滑 轨的刚性及消除间隙。小规格建议选用轻预紧，以避免因预紧选用过重降低其使用寿命。 本设计中抛光机负荷轻且要求一定精度，选用的导轨是小规格的，采用轻预紧。 采用预紧力为 CC07. 005. 0(kNC74.38) （6）刚性 导轨承受负荷时，滑块或线性滑轨等在容许负荷的范围之内作弹性变形，此时的变形量 与负荷的比就是线性滑轨的刚性值。可以依据刚性值计算线性滑轨的变形量，以确定是否影 响设备精度。 变形量的计算公式： m k fP XXX 大学本科毕业设计（说明书） 15 变形量 P工作负荷（kN） k：刚性值 f：负荷系数 在上述计算中知工作负荷 NP76.2641 由 HGW45CC 规格的线性滑轨采用轻预紧选择刚性值 77. 0k 选用 2f，代入式 m86. 6 77. 0 64. 22 符合要求。 （7）润滑 采用润滑油脂润滑，在滑块的前端装上油嘴以供手动打油。单个滑轨的润滑油脂油量为 3 7cm。润滑频率，每运行km100补充油脂一次。 3.3 丝杠的设计 滑动螺旋的特点：结构简单，加工方便；易于实现逆行程自锁，工作安全可靠； 摩擦阻力大，传动效率低；容易磨损，轴向刚度较差。 滚珠螺旋的特点：摩擦阻力小，传动效率高；磨损小、寿命长、工作可靠性好； 具有运动的可逆性，应设防逆动装置；轴向刚度较高，抗冲击性能较差；结构复杂，加 工制造较难； 预紧后得到很高的定位精度 （约达 5um/300 ） 和重复定位精度 （可达 12um） 。 参照设计要求发现，滑动螺旋和滚动螺旋均可满足要求。拟选定滚动螺旋传动方式。 (1)滚珠丝杆副的选用与校核计算 导轨摩擦力 Fu=u(m1+m2)g=16N 其中 m1 =10 移动负载； m2 =70 工作台质量和滑块质量； u=0.15导轨与支撑之间的摩擦系数 u 直线导轨的动摩擦因素 0.02 (2)轴向载荷 Fxmax 和等效轴向载荷 Fm 的计算 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 16 xx12 F max=kF +u(Fz+G)+( m + m )a=1.15 16+16+30=78N 其中负载移动阻力系数 k=1.15 ; Fx负载移动阻力； Fz= 2 m g; G= 1 m g; a=v/t =0.1m/s; Fxmax=Fm=78N; (3)预设滚动丝杆基本参数 螺纹公称直径d0=10mm ； 导程Ph=5mm； 钢球直径Dw=1.488mm; 圈数列数ik=2.51； 螺杆滚道曲率rs=0.52 Dw; 转速n=V/Ph=1200r/min; (4)计算动载荷 Ca ：Ca=KhKFKHKlFm/kn=26280N 寿命系数：Kh =(Lh/500)1/3 工作寿命 Lh 查下表 3-2： 表 3-2 各类机械预期工作时间 机械类型 Lh 备注 普通机械 普通机床 数控机床 精密机床 测试机械 航空机械 500010000 1000015000 20000 20000 15000 1000 250（天）16（h）10 （年）0.5（开机率） =20000 由于是普通丝杆传动，选 Lh =15000h；又查表 3-3 得： 表 3-3a 载荷系数 载荷性质 无冲击平稳时 一般运行 有冲击和振动 KF 1-1.2 1.2-1.5 1.5-2 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 17 表 3-3b 硬度系数 硬度系数 大于等于 58 55 50 KH 1.0 1.11 1.56 表 3-3c 精度系数 精度系数 1、2、3 4、5 7 KA 1.0 0.9 0.8 由上表知： 载荷系数 KF=1.2；动载荷硬度系数 KH=1.0; 转速系数 Kn=（33.3/n）1/3,其中 n 是丝杆转速； 短行程系数 KL=1.0。 即： （5）螺旋导程角 =arctan Ph/ d0= arctan0.417=4.6 （6）基本额定载荷校核 Ca Ca=fc（icosa）0.7Z2/3Dwtana=321N fc= KFKHKA Fm=262.8 其中 fc：与滚珠丝杆副滚道的几何形状制造精度和材料有关的系数一圈螺纹滚道内的钢 球数量Z= d0/Dw； 钢球滚到便面在接触点处的公法线与螺纹轴线的垂直线间的夹角a=45o 由上可知：Ca 大于 Ca所以符合要求。 3.4 伺服电机的选择 3.4.1 轴向进给伺服电机的选择 已知条件： 工作台在直线导轨上的摩擦力 Fu=16N，暂定穿轴的作用力为 10KG 即： XXX 大学本科毕业设计（说明书） 18 FPh116 0.005 T=0.121 . 22 3.14 0.9 N m T丝杠所需驱动转矩 Nm F丝杠的轴上作用力 N Ph丝杠的导程 m 丝杠的传动效率 0.9 根据产品样本，电机的扭矩要为所需驱动扭矩的 1.5 倍，即： 1.5 0.1210.18 .mTN 电 根据西门子选型样本： 我们选择电机的型号为：1FK7 040-5AF71。 表 3-4 为为该电机的主要技术参数。 表 3-4 1FK7 040-5AF71 型伺服电机主要参数 额定转速 r/min 力矩 Nm 惯性矩 J/kgm2 重量 Kg 3000 0.7 1.110-4 2.6 3.4.2 工作头旋转伺服电机的选择 已知条件： 假设加工式的阻力为 20N，伺服电机和工作头的减速比为 2，同步带的直径为 20mm 即： 20 0.01 T=0.1 m 2 N 根据产品样本，电机的扭矩要为所需驱动扭矩的 1.5 倍，即： 1.5 0.10.15 .mTN 电 根据西门子选型样本： 我们选择电机的型号为：1FK7 030-5AF71。 表 3-4 为为该电机的主要技术参数。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 19 表 3-5 1FK7 030-5AF71 型伺服电机主要参数 额定转速 r/min 力矩 Nm 惯性矩 J/kgm2 重量 Kg 3000 0.5 0.910-4 2.3 3.5 轴承的设计计算 滚动轴承的寿命计算公式如下： 6 ()10 ( C L P 转） 在实际计算中，一般用工作小时数表示轴承的额定寿命，这时上式改写为 6 10 ()( 60 h C L Pn h） 式中 h L 轴承的额定寿命，h； P 当量动负荷，N； n 轴承的转速，r/min； 寿命指数，对球轴承为 3，对滚子轴承为 10/3； C 额定动负荷，N。 当量动负荷 P 的计算公式如下： ra PXFYF N（ ） ； 式中 F 实际径向负荷，N； F 实际轴向负荷，N； X 径向系数；如下表； Y 径向系数；如下表； XXX 大学本科毕业设计（说明书） 20 表 3-5 1FK7 030-5AF71 型伺服电机主要参数 轴承类型 单列轴承 双列轴承 , ar F Fe , ar F Fe , ar F Fe , ar F Fe X Y X Y X Y X Y 推力轴承 tg 1 通过查阅相关资料可以确定选 7000c 的推力轴承 3.6 本章小结 本章主要设计计算了便携式电火花小孔机的主轴箱系统，重点计算了，导轨，丝杠，伺 服电机。通过本章的计算确定传动箱各个主要部件的尺寸。 XXX 大学本科毕业设计（说明书） 21 第四章 结论 4.1 本论文取得的结果 (1) 完成了便携式电火花小孔机本体方案创成、分析确定，进行了便携式电火花小孔机 机械结构和零件的设计 (2) 进行了便携式电火花小孔机机械结构的设计，包括一些零部件的选型和设计计算。 4.2 设计的心得总汇 高效稳定、价格低廉、操作灵活的电火花加工机床一直是人们不断追求的