线切割运丝机构设计.doc

徐州师范大学本科生毕业设计 数控线切割运丝机构设计 数控线切割运丝机构设计徐州师范大学机电工程学院 张明岗 02281222关键词：高速线切割机，张力，运丝机构。摘要：在高速走丝电火花线切割机床上加工工件时，断丝是一种常见的问题。保持电极丝状态的相对稳定性将直接影响加工质量的好坏，电极丝在加工区的张力变化大小将直接影响加工零件的品质和加工的稳定性，此次设计研究了一种新型的线切割运丝系统，采用了双贮丝筒的运丝机构，同时使用电极丝恒张力伺服控制系统来实现提高电极丝运行的稳定性。该系统是以磁粉制动器为执行元件的电极丝恒张力伺服控制系统，采用了间接的方法来检测电极丝的张力，间接张力检测器由扭矩传感器组成，由它直接检测主动贮丝筒上的负载转矩大小，从而间接检测电极丝上的张力大小，调节电极丝的张力 ，即可实现电极丝的恒张力伺服控制，从而达到以提高电极丝运动稳定性的目的。 The numerical control line cuts the remove organization designKey word: The high speed line cutter, the density, transports the silk mechanism. Abstract: When walks high speed on the silk electrical fire colored thread cutting engine bed processes the work piece, breaks the silk is one kind of common question, will maintain the electrode silk condition the relative stability directly to affect the processing quality the quality, the electrode silk directly affects the processing components in the processing region density change size the quality and the processing stability, this design studied one kind of new line cutting to transport the silk system, used double has stored the silk tube to transport the silk organization, simultaneously used the electrode silk permanent density servo control to realize enhances the electrode silk movement the stability. This system is take the magnetic powder brake as the functional element electrode silk permanent density servo control, used the indirect method to examine the electrode silk the density, the indirect density detector was composed by the torque sensor, examined directly by it stores in the silk tube on own initiative the load moment size, thus examined on the electrode silk indirectly the density size, adjusted the electrode silk the density, then realized the electrode silk permanent density servo-control, thus achieved enhanced the electrode silk movement stable goal. 绪论 电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，也是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。此法用一根移动着的导线（电极丝）作为工具电极对工件进行切割，故称线切割加工。由于后来都用数控技术控制工件和电极丝作为相对切割运动，故常称为数控线切割加工或称线切割加工。一. 电火花数控线切割加工基本原理电火花数控线切割加工的基本原理是基于下列三点：1) 电极丝与工件之间脉冲性地火花放电2) 电极丝沿其軸向（垂直或z方向）作为走丝运动。3) 工件相对于电极丝在X,Y平面内作数控运动。现分别解释：1. 电火花线切割加工时电极丝和工件的脉冲放电 电火花线切割时电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达1000摄氏度以上，高温使工件金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的金属材料同时线对工件材料进行电蚀切割加工。通常认为电极丝与工件之间的放电间隙在0.01mm左右，诺电脉冲的电压高，放电间隙会大一些。线切割编程时，一般取0.01mm。为了确保每来一个电脉冲在电极丝和工件之间产生的是火花放电而不是电弧放电，必须创造必要的条件。首先必须是两个电脉冲之间有足够的间隔时间，使放电间隙中的介质消电离，即使放电通道中的带电粒子符合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙中介质的绝缘强度，以免总是在同一处发生放电而导致电弧放电。一般脉冲间隔应为脉冲宽度的4倍以上。 为了保证火花放电时电极丝（一般用钼丝）不被烧断，必须向放电间隙注入大量工作液，以使电极丝得到充分冷却。同时电极丝必须作为高速軸向运动，以免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，电极丝速度约在7-10毫米每秒左右。高速运动的电极丝，有利于不断往放电间隙中带入新的工作液，同时也有利于把电蚀产物从间隙中带出去。 电火花线切割加工时，为了获得比较好的表面粗糙度和高的尺寸精度，并保证鉬丝（电极丝）不被烧断，应选择好相应的脉冲参数，并使工件和钼丝之间的放电必须是火花放电，而不是电弧放电。 线切割加工的微观机理与电火花加工相同。2. 电火花线切割加工走丝原理及坐标工作台运动原理详见电火花加工手册二.电火花线切割加工的特点电火花线切割加工过程的工艺和机理，与电火花穿孔成形加工既有共性，又有特性。1.电火花线切割加工与电火花成形加工的共性1)线切割加工的电压，电流泼形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有多种形式的放电状态，如开路，正常火花放电，断路等。2）线切割加工的加工机理，生产率，表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。2.线切割加工相比与电火花加工的不同特点1）由于电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度，平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中，精正极性电火花加工，工件常接电源正极。2）采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转，但由于工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。电解效应稍有益于改善加工表面粗糙度。3）一般没有稳定电弧放电状态。因为电极丝与工件始终有相对运动，尤其是快速走丝电火花切割加工，因此，线切割加工的间隙状态可以认为是有正常火花放电，开路和断路这三种状态组成，但往往在单个脉冲内有多种放电状态，有“微电路”，“伪断路”现象。4）电极与工件之间存在着“蔬松接触”式轻压放电现象。近年来的研究结果表明，当柔性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已接触到工件，从显微镜已看不到间隙时，也仍然看不到火花，只有当工件将电极丝顶弯，偏移一定距离时，才发生正常的火花放电。亦即每进给1，放电间隙并不减小1，而是钼丝增加一点张力，向工件增加一点侧向压力，只有电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力，才形成火花放电。可以认为，在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘簿膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对于工件的移动摩擦使这种介质减薄刀到可被击穿的程度，才发生火花放电。放电发生之后产生的爆炸力可能使电极丝局部振动而脱离结束，但宏观上仍是轻压放电。5）省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间，加工周期短，这对新产品的实质是很有意义的。6）由于电极丝比较细，可以加工微细异型孔，窄缝和复杂形状的工件。由于切缝很窄，且只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，材料的利用率很高，这对加工，节约贵重金属有重要意义。7）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别是低速走丝切割加工时，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。8）自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低，较安全。电火花线切割加工有许多突出的长度，因而在国内外发展都较快，已获得了广泛的应用。三.线切割加工的适用范围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，主要适用于以下几个方面。 1）加工模具 适用于加工各种形状得冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模，凸模固定板，凹模及卸料板等。模具配合间隙，加工精度通常都能达到要求。此外，还可以加工挤压模，粉末冶金模，弯曲模，塑压模等通常带锥度的模具。 2）加工电火花成型加工用的电极 一般穿孔加工用的电极亦即带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨，银釫合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。 3）加工零件 在试制新产平时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定，转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期，降低成本。另外修改设计，变更加工程序比较方便，加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造方面，可以用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料试验样件，各种型孔，特殊齿轮凸轮，样板，成型刀具。同时还可进行微细加工，异型槽和标准缺陷的加工等。四.电火花数控线切割加工产生废品的原因及预防方法 1.电火花线切割加工的工件报废或质量差的原因很多，而且各种因素相互影响。如机床，材料，工艺参数，操作工人的素质及工艺路线等，若各方面的因素都能控制在最佳状态，那么加工的工件不但不会报废而且质量较好。2.电火花线切割加工预防废品或次品的方法1）操作人员必须具备一定的技术素质 操作人员要正确的理解图样的各项技术要求，编程和穿纸带要正确。工作液要及时更换，保持一定的清洁度，保证上，下喷嘴不阻塞，流量合适。电极丝校准垂直，工件装夹正确。合理选用脉冲电源参数，加工不稳定时及时调整变频进给速度。加工时每个工件都要记录起割点坐标。 2）机床，控制器，脉冲电源工作要稳定 （1）保证导丝机构必要的精度，经常检查导丝轮，导电快，导丝块。导丝轮的底径应小于电极丝半径，支撑导丝轮的轴承间隙要严格控制，以免电极丝运转时破坏了稳定的直线性，使工件精度下降，放电间隙变大，导致加工不稳定。导电块应保持接触良好，磨损后要及时调整，不允许在钼丝和导电块间出现火花放电，应使脉冲能量全部送往工件与电极丝之间。导丝块的位置应调整合适，保证电极丝在丝筒上排列整齐，否则会出现叠丝或夹丝现象。（2）控制器必须有较强的抗干扰能力。变频进给系统要有调整环节。部进电动机进给要平稳，不失步。（3）脉冲电源的脉冲间隔，功率管个数及电压幅值要能调节。3）工件材料选择要正确（1）工件材料（如凸凹模）要尽量使用热处理淬透性好，变形小的合金钢，如Cr12及Cr12MoV等。（2）毛坯需要锻造。热处理要严格按工艺要求进行，最好进行两次回火。回火后的硬度在5860HRC为宜。（3）在电火花线切割加工前，必须将工件被加工区热处理后的残物和氧化物清理干净。因为这些残存氧化物不导电，会导致断丝，烧丝或是工件表面出现深痕，严重时会使电极丝离开加工轨迹，造成工件报废。第一章 现代数控线切割运丝系统的设计方向和整个系统的材料选择1.1 现代数控线切割运丝系统的设计方向 高速走丝电火花线切割加工以其应用领域广泛,加工精度高,效率高等特点,在我国制模具造业中占有正要地位,但是在高速走丝电火花线切割加工中震动是一个非常棘手的问题.由于高速走丝电火花线切割机受加工机理和制造成本的局限,近年来也做过不少改进,但对加工质量的提高并不显著,目前加工精度一般在0.02mm左右.究其原因,一个重要方面是没有按金属加工的一般原则将粗精加工分开进行,即未采用多次切割技术.因此中国机械工程学会电加工分会早在1998年5月召开的高速走丝电火花线切割机的不断发展策略研讨会上,就明确提出多次切割是高速走丝电火花线切割加工,技术发展的一个重要方向,随后国内电加工界开始深入研究在高速走丝电火花线切割机上实施多次切割的方法.但至今已有多年,有多种切割功能的高速走丝电火花线切割机床产品没有商品化,这说明多次切割技术没有解决根本问题。在高速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，因此应加强对运丝系统的深入研究，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。 保证电极丝运动状态稳定性的最主要最有效的方法就是采用恒张力控制。但是在单贮丝筒上采用的电极丝恒张力伺服控制系统存在以下主要问题：（1）受加工的限制，不能直接检测加工区的张力，很难保证正反转加工区的张力一致。（2）该系统增加了导轮的数量，当电极丝高速运行时，导轮的转速能达到8000r/min左右，导轮及轴承的磨损很快，丝的振动也随之加剧，影响放电加工时电极丝运动的稳定性。（3）这种系统采用与电极丝直接接触来检测张力的大小，且导轮数量又多，这增加了电极丝的磨损。同时，电极丝运行路径曲折迂回，610m/s的线速度使电极丝疲劳应力加大，降低了电极丝的使用寿命。而且由于增加电极丝支点（悬臂导轮）的数量，也增加了电极丝的纵向振动。因此需要研究一种新型的线切割运丝系统，来解决上述问题，以提高电极丝运行的稳定性，来进一步提高线切割的加工精度及生产率。下面来讨论一下高速走丝线切割机运丝机构的方案与选用1运丝系统的组成新型运丝系统是采用双贮丝筒的运丝机构，同时使用电极丝恒张力伺服控制系统来实现的，如图1所示在图1中，由普通的交流电动机1、4来拖动贮丝筒的运转，同时增加了扭矩传感器2、3来在线间接检测电极丝的张力，利用磁粉制动器5、6来保证电极丝的张力恒定，7、8是上下贮丝筒，9、11是上下中心导轮，10是电极丝。 5 7 9 1 2 10 3 11 4 6 8 图12提高电极丝运动稳定性的分析1）机构分析在新型运丝系统中由于采用间接的方法来检测电极丝的张力，因此机构中去掉了所有悬臂导轮，这样就减少了电极丝的直接振源，同时在加工中只有两个中心导轮起作用，因此只要提高中心导轮与贮丝筒的制造精度，采用高精度的轴承，提高它们的装配精度，提高贮丝筒的动平衡的精度，这样又减小了振动的振幅，通过以上措施就可以实现提高电极丝运动的稳定性。2）电极丝恒张力伺服控制系统该系统是以磁粉制动器为执行元件的电极丝恒张力伺服控制系统，是由间接张力检测器、张力控制器和磁粉制动器等部分构成 ，如图 2 所示。 其中，间接张力检测器由扭矩传感器组成 ,分别安装在电动机的输出轴上，如图1所示。由它直接检测主动贮丝筒上的负载转矩大小M拉，从而间接检测电极丝上的张力大小T。在双贮丝筒系统平稳运行状态下，被动贮丝筒的受力情况如图2所示。在电极丝张力的作用下产生一个使被动贮丝筒转动的力矩M拉，M阻是移动被动贮丝筒的阻力矩，主要是摩擦力产生的，是一个常量，该值要小于最细电极丝所应加的张力，这样为了保证不同电极丝在放电加工时具有一个合适的张力T，需要在贮丝筒上施加一个反向制动力矩M反。可得被动贮丝筒上的力矩平衡方程：M拉=M阻+M反 （1）而M拉=TR （2）根据（1）和（2）式可以得出，只要调节反向制动力矩M反，就能保证不同电极丝在放电加工时具有一个合适的张力T。张力检测器张力控制器磁粉制动器贮丝筒放大M拉M阻M反TR张力显示报警电极丝张力显示及断丝报警 图2 张力检测器反馈信号传递至张力控制器，经放大器放大后,一方面由仪表显示张力值，另一方面与设定张力值相比较，得出反向偏差值，该偏差值经运算、放大后以励磁电流的形式输出至磁粉制动器。磁粉制动器的转子轴与贮丝筒的轴相联接，随励磁电流的变化，磁粉制动器力矩发生改变，调节电极丝的张力，即可实现电极丝的恒张力伺服控制，来进一步提高电极丝运动的稳定性。总而言之，由此可得出该运丝系统能够减小放电加工时电极丝的振动，提高电极丝运动的稳定性。但以上仅是初步研究，还需要在此基础上进行深入的理论分析、仿真研究与实验研究来进一步完善数控线切割机的运丝系统。1.2 M阻对应最小张力计算在系统工作时，要保证钼丝的最大张力产生的转矩拖动系统产生的最大拉力大于滑块的摩擦力，下面对整个系统产生的力进行估算：1）电动机的重量可从设计手册中查出， 2）计算端盖的重量：初步选择端盖的材料为HT200 3）计算支架的重量：初步选择支架的材料为HT200 ， 4）扭矩传感器的重量计算：扭矩传感器是标准件，所以经查资料它的重量为: 5）制动器的重量计算：制动器也是标准件，所以可查得它的重量：6）轴的重量计算：初步选择轴的材料为45钢 7）滑板质量的计算：初步选择滑板的材料为HT40 8）拖动系统的总重量： 拖动系统的重力 拖动系统的摩擦系数为0.2，所以拖动系统的总摩擦力为 9） 计算储丝筒上的转矩选择钼丝的直径为0.18mm,可产生的张力为10N，故计算扭矩为 因为小带轮与储丝筒在一根轴上，所以产生的扭矩是相等的，T1=T2求小带轮边缘上的切向力 因是同步带传动，则大带轮上产生的力为 那么在大带轮上产生的力矩为 由于大带轮与丝杠螺母是在装在同一体上的，所以， 那么转动螺母丝杠产生的进给力为 因为，所以钼丝能拖动系统进行加工零件，而不至于断丝。也就是说选择的材料是合理的。第二章 运丝机构的设计2.1电动机的选择选择合适的电动机对该制动器的设计非常重要,选择电动机之前要清楚交流和直流电动机的原理及其区别:一.分析交流电动机与直流电动机区别:1. 交流电动机分为同步电动机和异步电动机。 （1）同步电动机是一种交流电动机，它区别于另一种交流电动机异步电动机的一个重要特征在于它的转速n(转/分)与电流频率(赫兹)之间有着严格的关系，即 n=60f/p 转/分 式中p为电机的额定极对数。所以当同步电动机的极对数和转速一定时，其感应交流电动势的频率也是一定的。 同步电动机除主要用作发电机外,还可用作电动机。 （2）异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一种交流电动机，主要作电动机用。它与同步电动机不同，其转速和同步转速间存在一定差异(即所谓异步)，这是它产生转矩的必要条件。由于转子绕组电流是感应产生的额差，所以异步电动机也称感应电机。 异步电动机区别于其他类型电动机，在于其转速绕组不需要与其他电源连接，而任其定子电流直接取自交流电网。它与其他电机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便,运行可靠以及重量较轻、成本较低等特点。 2. 直流电动机是将直流电能和机械能相互转换的旋转电机。它可用作电动机或发电机，还可用作其他特殊的用途。直流电动机具有：(1)优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围宽广。 (2)过载能力大，能承受频繁的冲击负数。(3)可实现频繁的无级的额快速起动、制动和反转。(4)能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求等特点。其制造成本和维护工作量一般来说虽比交流电动机的大，但交流电动机的调速性能至今还不能与直流电动机的相比，因此直流电动机在需要宽广调速的场合和要求有特殊性能的自动控制系统中，一直占有突出的地位，被广泛应用于冶金矿山、交通运输、纺织印染、造纸印刷以及化工和机床等工业。 直流电动机能提供无动脉的电力，其输出电压便于精确的调节和控制。它的主要用途之一是作为某些重要的直流电动机的电源，使其获得较好的换向功能。直流电动机端电压保持恒定，他、并励的励磁电流不变时，其转速n、电磁转矩Tem、效率与电枢电流Ia之间的关系，表示直流电动机的工作特性。其中，转速和电磁转矩时重要的物理量。无刷直流电动机是随着电子技术发展而出现的一种新型电动机。它以电子换向装置代替了一般直流电动机的优点而克服了其某些局限性。它具有宽广的调速范围、平滑的调速性能、起动迅速、寿命长、无滑动接触和换向火花、可靠性高以及噪声低等优点，适用于一般直流电动机不能胜任的工作系统，例如宇航飞船、人造卫星及低噪声新闻摄影机；亦可设计成一般驱动直流电动机、直流伺服电动机及直流力矩电动机。但一般无刷直流电动机由于转矩波动较大，在低速运行时，转速均匀性较差。因而用于转速均匀性较高的场合，需采用较多的极对数，合适的绕组形式，或将气隙磁场设计成梯形磁场等等。a 直流电动机的电枢电动势：当电机的极对数为p，元件数为S，每个元件有Wa 匝，绕组共有a对支路和导体N=2SWa 根，则在电刷处于中性位置时，其电枢电动势可按下式计算： 式中 电动势常数 每极气隙磁通为 Wb 电枢转速 r/min电枢电动势达到的极性根据磁场极性与旋转方向按右手定则决定，若二者只变其一，则电动势极性改变，若二者同时改变，则电动势极性不变。 b 直流电动机的电磁转矩：根据电磁力定律f =BLI，处于气隙磁场中的载流电枢绕组的各个元件都受到切向电磁力的作用。当电刷处于中性位置时，通过电刷的总电流为Ia，则电磁转矩可按下式计算： 式中 转矩常数电磁转矩同时作用在电枢和主极上，其大小相等，方向相反。电枢上电磁转矩的方向根据电磁极性与电枢电流的方向按左手定则决定，二者只变其一，转矩方向改变；二者同时改变，转矩方向不变。 二.选择电动机类型:根据滚筒的工作的特点要求该电机具有很好的制动性能(转速的恒定性制动性,快速性和平稳性),倒向频繁,经常启动时间短等要求.这些特点要求这种电动机具有较硬的机械性能,在电压恒定时空载和额定负载时转速相差较小,当改变电枢端输入电压时,可改变电动机的转速,电压降低转速转慢,反之则加快.改变电枢绕组或励磁绕组的输入端接线电动机正反两个方向都可使用.选择电动机首先要知道工作装置所需要的功率, 该装置所需要的功率分为三部分:1.滚筒转动所需要的功率。2.滚珠丝杠转动所需要的功率。3.滑动导轨移动所消耗的功率。经预算上述三部分的功率之和大约为186.5KW,从以上分析选择交流型的电动机: 主要性能指标见下表:型号额定电压V额定电流A额定转速r/min额定功率W重量KgYP442201.119802006.52.2带传动的设计带传动是两个或多个带轮之间作为绕行拉转零件的传动，工作时借助零件之间的摩擦或啮合来传递运动或动力。根据带的截面形状不同，可分为平带传动，V带传动，同步带传动，多契带传动。一. 带传动的优缺点：带传动是具有中间饶性件的一种传动，所以：1能缓和载荷冲击；2 运行平稳，无噪声；3制造和安装精度不像啮合传动那样严格；4 过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏；5 可增加带长以适应中心矩较大的工作条件。带传动也有缺点：1 有弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的传动比；2 传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大；3 带的寿命较短。二. 提高带传动工作能力的措施：1 增加摩擦系数2 增加包角3 尽量使传动在靠近最佳速度下工作4采用新型带传动5采用高强度带材料带传动设计是利用带与齿轮之间的啮合进行传动,由于带的抗拉体的强度高,受载后变形小,能保持齿的节距不变,所以传动比准确.它比铰链传动平稳,速度高,噪声小,且不需润滑,清洁,维护简单。传动比可到10传动功率可由几十瓦到几百千瓦,结构紧凑,效率可达98%到99%,张紧力和压轴力小，故适用与传动比准确的中小功率传动中.三. 带及带轮的设计如下:计算项目单位计算公式及参数选定计算结果设计功 率KW-传递功率-工况系数=1.4=0.258kw选型根据和转速N1选择XL型小带轮齿数查表得5.1-97=16小带轮的节圆直径=25.885大齿轮的齿数=100大齿轮节圆直径161.7带速=2.71m/s初定中心距 =140mm带长及其齿数=2 =140mm130 实际中心距 本设计采用中心距不可调整=138mm小带轮啮合齿数=5基本额定功率=基本额定功率为各带型的基准宽度的额定功率宽度的带的许用工作拉力 m宽度的带长度的质量9.5=50m=0.095带宽11.087取标准12.7543210.80.60.40.2作用在轴上力（联轴器的传递效率）（滚动轴承的传递效率）72.32(N)四.带传动的预紧预紧力的控制：适当的预紧力是保证带传动正常工作的重要因素。预紧力不足，传动若能正常工作，逢低传动的工作能力和效率加剧传动带工作时的磨损并导致带的振动，同步带还将因啮合不良而跳齿，甚至吊带预紧力过大，会使带的寿命降低，轴承上的载荷过大，并影响轴承的寿命。同步带的预紧力：同步带靠啮合来传动，所需的预紧力较小，标准梯形齿同步带适合的预紧力为：（25.52-44.71）测定预紧力也是在带的切边中点加一规定垂直力，使切边上每100产生的挠度即载荷由下式计算出=98.942.3丝杠的设计丝杠传动副的作用是将传动电机的旋转运动变为拖板的直线运动。要使丝杠副传动精确，丝杠与螺母就必须精确，一般应保证6级或高于6级的精度。对于满足载有储丝桶的滑板来回移动,我们采用螺旋传动.使螺旋传动变为直线运动.螺旋运动分为滑动螺旋和滚动螺旋.滚动螺旋的摩擦损失小,效率高,流畅性好,刚性好，能够有效的消除丝杠副与螺母间的配合间隙，可使拖板的往复运动灵活，精确,故我们应优先采用滚动螺旋.丝杠和螺母之间应有传动间隙，以防止转动方向改变时出现空程现象，造成加工误差。所以，一方面要保证丝杠和螺母齿形与螺距等方面的加工精度，另一方面要消除丝杠和螺母间的配合间隙，通常有以下两种方法。1.轴向调节法 利用双螺母，弹簧消除丝杠副传动间隙的方法是简便易行的。当丝杠正转时，带动螺母和拖板一起移动，当丝杠反转时，则推动副螺母，通过弹簧和螺母，使拖板反向移动。装配和调整时，弹簧的压缩状态要适当。弹力过大，会增加丝杠对螺母和副螺母之间的摩擦力，影响传动的灵活性和使用寿命，弹力过小，在副螺母受丝杠推动时，弹簧推动不了拖板，不能起到消除间隙的作用。2.径向调节法 螺母一端的外表呈圆锥形，沿径向铣出三个槽，颈部壁厚较薄，以保证螺母在径向收缩时带有弹性，圆锥底部处的外圆柱面上有螺纹，用带有锥孔的调整螺母与之配合，使螺母三爪径向压向或离开丝杠，消除螺母的径向和轴向间隙。螺杆的螺纹部分有三种形式：梯形螺纹，锯齿形螺纹和矩形螺纹。三角普通螺纹和梯形螺纹结构简单，制造方便，精度易于保证。因此，在中小型线切割机床的丝杠传动副中得到广泛应用。综合三者的特点，我们采用度的梯形螺纹，并采用双推自由式支撑由于传动精度的要求，必须采用可消除轴向间隙的螺母，故采用靠人工定期调整的双螺母结构，其中一个螺母与底座相连，而另一个螺母通过键与底座相连，侧端用螺母锁紧将两个螺母沿轴向压紧，以消除轴向间隙，而调节前后不同螺杆与螺母的材料的选择：一般情况下滑动螺旋的主要失效形式为磨损在密封和润滑良好，速度较低时主要表现为擦伤速度较高时表现为胶合，而本次设计速度较低，故主要表现为擦伤在选择螺杆的材料和热处理时应提高螺杆的表面硬度，并降低其粗糙度值，这样便可提高其耐磨性，特别是磨料磨损时，尤其要提高螺杆的表面粗糙度值一般螺杆的硬度值比螺母高以上，为了保持长期的尺寸和稳定性应进行时效处理螺杆的选用为9Mn2V，并进行淬火和回火处理，硬度为54-59HRC, 螺母材料取决于螺杆材料和硬度表面粗糙度以及密封和润滑条件.在速度较高时易于出现胶合失效,这时常用锡青铜,其次为铅锡铜,速度较低载荷较大时常用锡青铜和锌合金,在低速,轻载时采用铸铁,故由其特点可知应选择耐磨铸铁.滑动螺旋副工作时主要承受转矩,轴向拉力,判断其失效形式,确定其相应的计算准则:滑动螺旋副的主要失效形式为磨损,故螺杆直径和螺母的高度通常是按耐磨性计算确定的.对于精度要求较高的传动螺旋应根据刚度确定或校核其螺杆直径.对于长度比较大转速又比较高的螺杆可能发生横向振动,应该校核其临界转速等.由于经过计算得出整个系统的重量较重，所以，决定采用滚珠丝杠传动减小摩擦力。滚珠丝杠具有下述特点：1.摩擦系数小，机械效率高 滚珠丝杠螺母机构的机械效率为0.920.96，而滑动丝杠为0.20.40 。即滚动丝杠比滑动丝杠高34倍。因此驱动滚动丝杠所需要的扭矩可以大幅度的减少。例如数控机床可以用大扭矩的步进电机经滚动丝杠螺母机构直接带动刀架或工作台；普通机床可以利用这个优点以减少电动机的效率，手摇时可以利用滚珠丝杠螺母机构来减轻劳动强度，例如铣床的升降台，采用滚珠丝杠后，摇动升降手柄所需的力矩仅为用滑动丝杠时的四分之一。2.运动灵敏，低速时无爬行 滚动摩擦机构的动摩擦系数和静摩擦系数基本相等，如配以滚动导轨，则起动力矩小，运动灵敏，低速时不会出现爬行现象，因此目前数控机床广泛的采用滚动丝杠传动机构。3.轴向刚度高，反向定位精度高 滚动丝杠可以完全消除间隙并可预紧。应与普通丝杠机构比较有较高的轴向刚度，反向是无空程死区，反向定位精度高。4.具有传动的可逆性 普通丝杠是自锁的，只能将旋转运动转化为直线运动，而滚动丝杠则由于摩擦系数小，不自锁，既可以将旋转运动转化为直线运动，也可以把直线运动转化为旋转运动。因此，当用滚珠丝杠传动竖直运动时，必须用附加的自锁机构或制动装置。5.使用期限长 滚动丝杠摩擦机构的磨损小，使用期限主要决定于材料的表层疲劳，但是滚动丝杠的循环频率比滚动轴承低，因此使用期限较长。6.工艺复杂 滚动丝杠和螺母的材料，热处理和加工要求相当于滚动轴承，螺旋滚道又必须磨削，制造成本较高。目前已有专门的工厂集中生产。考虑到传动的稳定性,我们选用同步带进行传动来实现:并且设其两个齿轮为,则储丝桶每转一转其轴向移动的距离s为: S=(1/z1-1/z2)t=1/z1z2t为了应用0.2mm以下的钼丝,我们考虑到排丝的均匀且不叠丝,，为了保证滚动丝杠螺母传动具有较高的轴向刚度，除要求滚动丝杠螺母副本身的刚度较高外，必须是丝杠的支撑有较高的刚度，滚珠丝杠的刚度计算和支撑结构与滑动丝杠相同。滚动螺旋传动的设计计算见下表:计算项目单位计算公式参数选择及说明计算结果耐磨性螺杆中径d2mm式中：螺纹型式子数， =0.8d2=9.12取d2=9.1=0.8F=2802.2N公称直径d和螺距Pmm根据上式算出的d按螺纹标准基本尺寸选出相应的d和PD=10mmP=1.5螺纹导程mmz螺纹线数z=1螺母旋和长度lmm旋合圈数mmm一般螺纹工作高度H(h)mm螺纹表面工作压强PMPa =10.792 MPa压强校核MPaP=1825 MPaP螺杆的稳定性柔度=式中为长度系数螺杆的最大工作长度为螺杆危险载荷惯性半径=38.89=0.7=120mm=2.16临界载荷N因40,经验算稳定性达到要求螺杆的刚度轴向载荷下使每个螺纹导程产生的变形量mm=0.346 mm转矩使每个螺纹导程产生变形量mm=式中G为螺杆材料切变模量,合金钢G=54000 MPa=0.274 mm每个螺纹导程的总变形量mm=当周向载荷与运动方向相反时取正。0.072 mm单位长度变形量=对于通用机床传动（）=0.048螺杆的横向振动临界转速 式中L螺杆两支撑间的距离工作转速的校核满足要求驱动计算驱动功率KWT-螺旋传动中主动部件上的转矩 n-螺旋传动中主动部件上的转速F-螺旋传动中的轴向力-从动力源到传动件上的效率-螺旋传动中的正行程效率2.4储丝筒的设计 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，以保证电极丝在储丝筒上整齐排绕。 （2） 储丝筒的径向跳动和轴向窜动量要小 （3） 储丝筒要能正反向旋转，电极丝的走丝速度在712米每秒范围内无极或有极可调，或恒速运转。 （4） 走丝机构最好与床身相互绝缘。 （5） 高速走丝机构的结构及特点。 高速走丝机构有储丝筒组合件，上下拖板，齿轮副，丝杠副，换向副和绝缘件等部分组成。 储丝筒由电动机通过扭矩传感器带动正反向转动。储丝筒另一端通过带轮带动丝杠副。储丝筒，电机，齿轮都安装在两个支架上。支架机丝杠则安装在拖板上，调整螺母装载底座上，拖板在底座上来回移动。螺母具有消除间隙的副螺母及弹簧，齿轮及丝杠螺距的搭配为滚筒每旋转一圈拖板移动0.275毫米。 储丝桶是电极丝稳定移动和整齐排绕的关键部件之一.本次设计滚筒的目的是储丝的作用,并使有均匀的转速,使丝能够平稳地来回循环使用.设计本滚筒的要点为转速均匀,运动平稳,并不存在震动,易于加工.要保证前二者的要求必须使其滚筒的转动惯量要小,这样就要求将滚筒要加工的很薄,从实践经验及理论计算可知:滚筒的壁厚为1.5-5mm.考虑到必须和轴一起转动的条件,可以将其做为分离体,中间通过支撑盘进行支撑以实现同步转动,而做成支撑盘的材料必须为绝缘的,因为钼丝是带电的,如果不使其支撑盘绝缘,那么整台机床将带电,这样将不利于操作。滚筒中间的支撑为考虑连接的紧凑,使其传动平稳,应使其做成环型,以保证连接紧凑和不存在震动，与之相连的支撑部分也应做成盘状,用螺钉将其连接为一体.滚筒的壁厚设计的薄一些,主要是因为它仅仅是起到连接的作用,而且不受任何外力的作用,还有是为了减小转动惯量,使其运动的更加平稳,可靠。滚筒的材料一般应选择其耐磨材料, 如45钢和铝镁合金等材料。但从经济上考虑,45钢比较经济, 故我们应该选择45钢。而且此种材料易于机加工，由于起到传动钼丝的作用, 故其表面的粗糙度要求较高, 一般为0.8um,这样摩擦较小, 使其钼丝的磨损也很小, 并且滚筒的壁厚也要均匀, 不存在偏心和任何缺陷, 这样才能保证平稳。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。滚筒与主轴装配后的径向跳动不大于0.01mm,一般装配后以轴的两端的中心孔定位,重磨滚筒外圆与轴承的配合的轴径。2.5 轴的设计 由前一节可知滚筒的直径定为96mm ,设计轴径尺寸要兼顾滚筒的直径和最小轴径. 下表便是轴的设计的详细内容: 设计项目设计说明设计结果1.选择轴的材料 轴的材料为45钢，正火处理。查其强度为 许用应力： 2.计算轴的载荷该轴在左侧受扭转力矩的作用 = =-联轴器传递的功率轴的中间受到储丝桶的正压力 =右边受到同步带的正压力 48.64N=0.9848.64N3.轴的结构设计 考虑到轴上零件的布置从左至右为联轴器，储丝桶，带轮。首先通过联轴器来传递动力，则先估算轴的最小直径：