数控电火花成型机床设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 目 录 摘要 i 绪论 1 1 火花加工的特点和适用范围 2 2 机床总体设计 5 计总体方案 5 能设计 5 构设计 7 能设计 7 3 机械系统的设计 10 冲当量的选择 10 动比的选择 10 珠丝杆的选型和校核 11 进电机的选用 13 15 转工作台的设计 18 作原理 18 轮蜗杆的设计计算 20 轮的设计计算与校核 23 结论 30 致谢 31 参考文献 32 1 绪论 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 火花加工的基本原理 电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电腐蚀现象早在 20 世纪 初就被人们发现，例如在插头或电器开关触点开、闭时，往往产生火花而把接触表面烧毛，腐蚀成粗糙不平的凹坑而逐渐损坏。长期以来，电腐蚀一直被人们认为是一种有害的现象，人们不断地研究电腐蚀的原因并设法减轻和避免电腐蚀的发生。但事物都是一分为二的，只要掌握规律，在一定条件下可以把坏事转成好事，把有害变为有用。 1940 年前后，前苏联科学院电工研究所拉扎连柯夫妇的研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。这样，热 门在研究抗电腐蚀办法的同时，开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，终于在 1943 年拉扎连柯夫妇研制出利用电容器反复充电放电原理的世界上第一台使用化的电火花加工装置。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 实践表面，要把有害的电火花放电转化为有用的加工技术，必须创造条件，作到以下几点： 使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙随买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 加工条件而定，通常约为几微米到几百微米。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生火花放电；如果间隙太小，很容易形成短路接触，同样也不能产生火花放电。为此，在电火花加工 过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置。 使火花放电为瞬时的脉冲放电，并在放电延续一段时间后，停歇一段时间。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小范围内；否则，像持续电弧放电那样，使放电点表面大量发热、熔化、烧伤，只能用于焊接或切割，而无法用作尺寸加工，故电火花加工必须采用脉冲电源。 使火花放电在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，必须具有较高的绝缘强度，以有利于产生脉冲性的火花放电。同时，液体介质还能把电火花 加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且对工具电极和工件表面有较好的冷却作用。 通常用石墨、钢、铜等导电材料做工具电极称为电极，被加工的导电材料做工作电极称工件。电火花加工是在电极和工件之间通入绝缘液体介质，并在电极和工件上接入高频脉冲电源。调节和移动电极和工件之间的距离。在一定的范围内，在高频脉冲电源发出一系列的脉冲电压作用下，绝缘液体介质被击穿，产生两极间放电。能量放电较大，两极间隙在几十微米范围。较小能量的细放电，两极间隙也需有 2 5m。在放电的瞬间，两极见产生高温和 高压放电柱，即是电击穿，在放电基部产生可达 3000 的高温，引起金属表面结构熔化或电离，还可以使绝缘液体产生汽化等。由于绝缘液体介质在油泵作用下产生压力，具有冲洗作用，并能将击穿产生的熔化、汽化或电离的碳化物冲走。汽化的扩展也能使金属粒子被分散。由于放电产生的金属离子、气体、焦油产物扩散后，在工件和电极之间有形成绝缘介质，下一次放电有在两极间产生极间电压。当放电加工一个接着一个产生后，在工件上产生粗糙的放电表面，一次放电后，绝缘液体介质的恢复时间是放电加工时间的 2倍。对一个高电流脉冲，需要短的放电时间，一次 放电时间大约需用几个微秒到几个毫秒，通常放电频率从几百赫兹到几千赫兹。引起击穿状态持续一个规定的时间周期就是放电脉冲宽度。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 电火花成型机就是利用这一电腐蚀原理进行加工的。它还可以先进行工具电极的成型加工，再利用工具电极对其他金属导电材料的工件进行电火花仿行加工，使得工件与工具电极成相似型或相同，从而完成对各种各样的复杂模具和复杂零件的放行加工。 火花加工的特点和适用范围 于加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热 学特性，如熔点、沸点（气化点）、比热容、导热系数、电阻率等，而几乎与其力学性能（硬度、强度等）无关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。 目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。 于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加 工等。数控技术的采用使得用简单的电极加工复杂形状零件也成为可能。 3易于实现加工过程自动化。由于是直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等。 4可以改进结构设计，改善结构的工艺性。例如可以将拼镶结构的硬质合金冲模，改为用电火花加工的整体结构，减少了加工工时和装配工时，延长了使用寿命。又如喷气发动机中的叶轮，采用电火花加工后可以拼镶、焊接结构改为整体叶轮，既大大提高了工作可靠度，又大大减少了体积和质量。 电火花加工也有其一定的局限性，具体如下： 1只能用于加工金属等导体材料。不像切削加工那样可以加工塑料、陶瓷等绝缘的非导电材料。但近年来研究表明，在一定的条件下也可以加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。 2加工速度一般较慢。因此通常安排工艺多采用切削来去除大部分余量，然后再进行电火花加工，以求提高生产率，但最近的研究结果表明，采用特殊买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 水基不燃性工作液进行电火花加工，其粗糙度甚至高于切削加工。 3存在电极损耗。由于电火花加工靠电、热来蚀除金属，电极也会遭受损耗，而且电极损耗多集中在尖角或低面，影响成型精度。但最近的机床的产品在粗加工时 已能将电极相对损耗比降至 1%以下，在中、精加工时能将损耗 下，甚至更小。 4最小角部半径有限制。一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为 若电极有损耗或采用平动头加工，则角部半径还要增大。但近年来的多轴数控电火花加工机床，采用 X、 Y、 Z 轴数控摇动加工，可以清棱清角地加工出方孔、窄槽的侧壁和底面。 由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械（特别是模具制造）、宇航、航空、电子、电机、电器、精密微细机械、仪器仪 表、汽车、轻工业等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围已达到小至几十微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 2 机床总体设计 计总体方案 总体方案设计包含功能设计、结构设计和性能设计三部分。 能设计 功能设计 ,即在调研分析，确定了所设计机床的工作参数（运动、动力、尺寸）之后，通过功能分解 ,创新出或类比出可以实现加工要求的各种总体布局方案。创新设计，主要通过对运动功能的分解和合成来确定其布 局方案，这对于设计加工特定零件的专用机床较为有效。而变型设计或类比设计主要通过查询比较确定可参照的机床布局方案 ,大量用于设计一般的通用性机床。 结构设计是在总体布局方案基本确定后，对机械结构件进行主要形状和尺寸的设计，这同样有类比和创成设计两类。类比设计是建立在成组技术和模块化技术的基础上，采用参数化设计方法来实现。而创成式设计主要是按照设计人员的意志，通过对基础模块（板、梁、筋、孔、凸缘、法兰等）的实体进行拼装、重迭等操作来实现。 性能设计是根据机床的总体性能要求对运动误差、精度和刚度 等进行设计分配，并综合应用有限元法、边界元法、分布参数法等方法快速计算和比较各种可能方案的优劣。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 首先，我将设计任务书所给的条件列出如下： 1工作台宽度： 320度： 500 纵向行程： 250向行程： 320 主轴头垂直行程： 125 座行程： 250 2每发出一个脉冲信号，工作台纵向、横向移动为 轴头垂直移动为 此次设计我采用了类比设计，在外观设计上我参考了我们机械楼里的 其大体有个了解：电火花加工机 床加工时工件固定在工作台上，由滚珠丝杆带动的电极头缓慢的向下移动，且移动精度要求较高。其主轴动力系统为交流伺服电机，通过齿轮变速后连接滚珠丝杆带动主轴头移动，且有光栅尺检测其位置；纵向、横向进给系统也采用滚珠丝杆传动，直接用手柄驱动，而没有采用电机驱动，导轨则采用了滑动导轨。 紧接着我参阅了相关的资料，对电火花加工的发展来源、经历以及前景有个大体的了解，对于其加工范围、优、缺点有个详尽的认识。 1940 年前后，前苏联科学院电工研究所拉扎连柯夫妇的研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花 放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。这样，热门在研究抗电腐蚀办法的同时，开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，终于在 1943 年拉扎连柯夫妇研制出利用电容器反复充电放电原理的世界上第一台使用化的电火花加工装置。 数控电火花成型机是为了适应工业飞速发展，尤其是模具制造工业发展而设计的新型机床，有较高的加工工艺指标，应用广泛，可用于电机、仪表、电器、汽车制造、宇航、家电、轻工、军工等多种行业中的模具制造加工，可以加工各种中小型冲裁模（ 落料模、复合模和级进模），型腔模（精密压铸、压延、塑料、玻璃制品、粉末冶金和胶木等），各种超硬材料，异型曲面零件，坐标孔零件及成型零件，机床可加工 割各种硬质合金和取折断工具等，能对碳素钢、工具钢、淬火钢、硬质合金钢以及其他高硬度金属材料进行放电加工，是加工复杂模具和复杂零件的理想设备。数控电火花成型机也是专门读导电材料进行标准化电火花加工而设计的，它还可以实现无人买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 操作自动加工，大幅度提高生产效率和经济效益。 其主要加工特点有：适合与于难切削材料的加工； 可以加 工特殊及复杂形状的零件；易于实现加工过程自动化；可以改进结构设计，改善结构的工艺性。只能用于加工金属等导体材料；加工速度一般较慢；存在电极损耗；最小角部半径有限制。 由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械（特别是模具制造）、宇航、航空、电子、电机、电器、精密微细机械、仪器仪表、汽车、轻工业等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围已达到小至几十微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。 构设计 有了刚才上述的认识 ，我把 火花成型机分为主机、工作液槽、数控电源柜等几个主要部分开始设计。主机主要包括床身、滑座、工作台、主轴箱、底座等部分组成。 （ 1）床身结构 机床采用立柱式结构，此结构具有较好的刚性和较大的承载能力，并且加工精度高，稳定性能好，工作液箱大，加工效率高。机床的 X、Y、 Z 三个坐标采用步进电动机驱动滚珠丝杆的形式。三个坐标导轨采用滑动导轨。 （ 2）主轴箱结构 主轴箱包括主轴伺服系统和主轴平衡结构。步进电动机通过同步带与滚珠丝杆连接。滑板移动采用精密直线导轨副。主轴箱还装有刹车装置，防止主 轴头自动滑下。当强电接通时，刹车器放松，电机可带滚珠丝杆旋转，使滑板带动主轴箱上下移动。当强电关闭时，刹车器锁住丝杆，防止主轴箱因自重掉下来。 （ 3）工作台 工作台采用电动机直接与滚珠丝杆副相连，移动采用精密直线滑动导轨副。 （ 4）工作液槽结构 工作液槽安装在工作台上，工作液槽采用单开门的结构形式，门外密封采用 O 形密封结构。通过调节进油开关及冲吸油压力调节阀来改变油压压力。为了保证加工过程安全进行，加工时工作液面必须比工件上表买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 面高出一定高度，因而在工作液槽上装有液面高度控制器，随着不同 高度的工件调节手柄的高度。当液面升到一定位置时，液面控制器接通，此时才能进行放电工作状态。当加工中液面降低时，液面控制器断开，电柜报警，停止加工。当加工中工作油温超过 60 时，温度控制器断开，电柜报警，停止加工。 能设计 由于 伺服驱动部件是数控系统中与机械直接有关的部分，它们的性能决定了机床各进给轴、主轴和其他伺服轴的基本控制特性，它们的价格也占整个数控系统的大部分，所以正确、合理地选择可靠 (因为从目前情况来看，伺服故障占电气故障的比例较大 )的伺服驱动部件对提高产品的功能 /价格比起着决定性的 作用。 (1)进给伺服电机的选择 输出转矩是进给电机负载能力的指标。从图 1 可见，在连续操作状态下，输出转矩是随转速的升高而减小的，电机的性能越好，这种减小值就越小。为进给轴配置电机时应满足最高切削速度时的输出转矩。虽然在快速进给时不作切削，负载较小，但也应考虑最高快速进给速度下的起动转矩。高速时的输出转矩下降过多也会影响进给轴的控制特性。 图 给电机的扭矩特性 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 (2)主轴伺服电机的选择 输出功率是主轴电机负载能力的指标。从图 2 可见主轴电机的额定功率是指在恒功率区 (速率 运行时的输出功率，低于基本速度 是达不到额定功率的，速度越低，输出功率就越小。图 2 主轴电机的功率特性为了满足主轴低速时的功率要求，一般采用齿轮箱变速，使主轴低速时的电机速度也在基本速度 上，此时机械结构较为复杂，成本也相应增加。在主轴与伺服电机直接连接的数控机床中，有两种方法来提高主轴低速时的功率要求，其一是选择 基本速度低的主轴电机或额定功率高一档的主轴电机。其二是采用特种的绕组切换式主轴伺服电机 (例如 主轴电机 )，这种电机的三相绕组在低速运行时接成星形，而在高速运行时接成三角形，从而提高 主轴 电机的低速功率特性，降低主轴机械部件的成本。 图 轴电机的功率特性 本次数控电火花成型机床设计，涉 及的伺服电机的选择及传动设计主要有主轴进给、横向进给、纵向进给以及转盘的设计。主轴进给系统采用了同步带传动，其传动比准确，传动效率高，结构紧凑，工作平稳，适合于电火花加工中所要求的运动平稳，移动精度高等的要求；而纵向、横向进给则直接用连轴套与滚珠丝杆连接，减少了中间传动机构和损耗，有利于简化结构，提高精度，减少噪音。而转盘设计中，选用了可以调节中心距的齿轮传动，这样既满足了此系统降速的要求，又不至于使转盘的运行精度降低。对于转动工作台，我选取了蜗杆、蜗轮传动。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 3 机械系统的设计 冲当量的选择 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数量的脉冲，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，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，每脉冲代表锻机一定的转角，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）的移距，称为脉冲 当量或分辨率，记为p，单位为 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。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须高于定位精度值。此次设计的电火花成型机对机床定位精度的设计要求是 据该精度要求可确定脉冲当量为p=冲 动比的选定 预设传动副的传动比为 i，若为一级传动，则 1221 / , 1,主动买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 齿轮的转速和齿数， 22,主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p（ 冲）确定，并且滚珠丝杆导程0L（ 电机步距角 /)( 脉冲b都也已初步选定后，则可用下式计算主轴系统的传动比 i对 i 去取整 i=4。 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，再根据载荷、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，故本人只选取其中最重要的主轴传动中的滚珠丝杆加于设计和校核。其步骤如下： 首先对于一些参数说明如下： 轴向变载荷 )(中 i 表示第 i 个工作载荷， i=1、 2、 3 n ； 第 i 个载荷对应的转速in(r/ 第 i 个载荷对应 的工作时间it(h) ; 丝杆副最大移动速度mm/ 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，滚珠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 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 计算当量转速0 002/)( m i nm a 计算当量载荷m a 33/)2( m i n 0000/ 计算丝杆预期工作转速00060 dn 计算丝杆所需的 额定载荷 （ 3）选择丝杆型号 根据初定的，选取导程为 4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。 2临界转速校核 a 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 校核合格。 3由于此丝杆 是竖直放置，且其受力较小，温度变化较小。所以其稳定性、温度变形等在此也没必要校核。 4滚珠丝杆的预紧 预紧力 )(： 其相应的预紧转矩 (23232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，能够快速起动、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电位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且额定功率小，并且可用于开环系统。而 列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，我们选用了型号 90反应式步进电动机作为主运动的动力源，该机功率为 选用时主要有以下几个步骤： (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 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 综合考虑，我初选了 4, 可满足以上公式。 (2)距频特性 步进电机最大静转矩 指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩最大静转矩 关系是： 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： 0MM k fM k aM k q 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；0 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机名义启动转矩，即： 算 各项力矩如下： 加速力矩 4 0 0 0 0360m a xm a x k a 0 0 02)0602 2112m a x 空载摩擦力矩 附加摩擦力矩 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 J 40)1(2 22000 a 2 启动矩频特性校核 步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。 前面提出的 M ，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。因此很少用。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载启动力矩般不会发生丢步现象。 步带的设计选用 同步带传动是利用齿形带的齿形和带轮依次相啮合来传 递动力或运动。它与平带传动、 V 带传动比较具有传动比准确，轴和轴承上载荷较小，传动效率较高，结构紧凑，工作平稳等优点。但是，制造、安装精度要求较高。 同步带传动设计计算的主要内容是根据传递的名义功率、转速、速比及工况来正确选择同步带的信号、带长、带宽、及带轮的齿数和直径。计算步骤如下： 1计算设计功率 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 2选定带型和节距 由 n=4000r/m 可以选出 ，节距 3根据带型 小带轮转速 n 可查得小带轮最少齿数为 15z ，此处取小带轮齿数 161 z 。 4小带轮结圆直径 1d b 5大带轮齿数 2z 6416412 6大带轮结圆直径 2d 7带速 v 50/m a 82)(取9带长及齿数 15024)()(22202122100选用带长代号 210 的 同步带，其节线长 节线上的齿数 z=90。 10实际轴间距 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 11小带轮啮合齿数664(22212211e 本额定功率0000)(22013查表可选代号为 037 的 带，其带宽为 14作用在轴上的力 15带轮的结构和尺寸 传动选用的同步带为 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 小带轮： 6111 大带轮： 4222 根据以上的数据可决定带轮的结构和全部尺寸。 转工作台的设计 作原理 数控回转工作台主要用于数控镗床和数控铣床，现在我们参考其结构，用于数控电火花成型加工。这样可以扩大数控电火花成型加工的加工范围，不在局限于工作台只能横向和纵向进给。数控回转工 作台其外形和分度工作台相似，但其内部结构却具有数控进给驱动机构的许多特点。它的功能是使工作台进行圆周进给，使工件随着工作台运动，并使工作台进行分度。开环系统中的数控转台由传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成， 下面我介绍一下数控电火花成型加工回转工作台的基本原理，其原理图如下（见第 19 页上）： 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 A A 转?305525F9/0230F9/305525424H7/ 数控回转工作台的工作原理 当数控工作台接到数控系统指令后，首先把蜗轮松开，然后启动步进电 机，按指令脉冲来确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。 工作台的运动由步进电机 1 驱动，经齿轮 4 带动蜗杆 9，通过蜗轮 10 使工作台回转。为了尽量消除传动间隙和反向间隙，齿轮 2 和齿轮 4 相啮合的侧隙，是靠调整偏心环 3 来消除。齿轮 4 和蜗杆 9 是靠楔形拉紧圆柱销 5（ 面）来连接，这种连接方法能消除轴与套的配合间隙。为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从一端向另一端逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然 保持着正常的啮合。调整时先松开螺母 7 上的锁紧螺钉 8，使压块 6 与调整套 11 松开，同时将楔形圆柱销 5 松开。然后转动调整套11，带动窝杆 9 作轴向移动。根据设计要求，窝杆有 10轴向移动调整量，这时蜗杆副的侧隙可调整 整后锁紧调整套 11 和楔形圆柱销 5。蜗杆买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 的左端由双列滚针轴承支承。左端为自由端可以伸长以消除温度变化的影响；右端装有双列推力轴承，能轴向定位。 当工作台静止时必须处于锁紧状态。工作台面用沿其圆周方向分布的八个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时，夹紧液压缸 14 的上腔进压力油，使活塞 15 向 下运动，通过钢球 17，夹紧瓦 13 及 12 将蜗轮 10 夹紧。当工作台需要回转时，数控系统发出指令，使夹紧液压缸 14 上腔的油流回油箱。在弹簧 16的作用下，钢球 17 抬起，夹紧瓦 12 及 13 松开蜗轮，然后由步进电机 1 通过传动装置，使蜗轮和回转工作台按照控制系统的指令作回转运动。 开环系统的数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度的蜗杆副。除此之外，还可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿的角度位置和补偿脉冲的符号记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。 数控回转工作台设有零点， 当它返回零点运动时，首先由安装在蜗轮上的撞块 19 碰撞限位开关，使工作台减速；再通过感应块 20 和无触点开关，使工作台准确地停在零点位置上。 该数控工作台可作任意角度回转和分度，由光栅 18 进行读数控制，光栅18 在圆周上有 21600 条刻度线，通过 6 倍频电路，使刻度分辨能力为 10”，因此，工作台的分度精度可达 10”。 轮蜗杆的设计计算 由于蜗轮蜗杆具有工作平稳、低振动、小噪音的运动特点；其传动时有较高的抗弯强度；传动效率高；传动比大且体积小、重量轻、结构紧凑等特点。我此次设计中的回转工作台 要求传动比较大，工作平稳，结构紧凑，体积小。所以我们选用了蜗轮蜗杆传动。 由我选用的步进电机可知，其转速为 1920r/m，工作台的转速范围一般为9m。所以我选用的传动比 i 为 210。根据传动比的分配原则，蜗轮蜗杆的传动比为 70，齿轮为 3。以下是蜗轮蜗杆的设计计算： （ 1） 选择蜗杆传动类型 根据 10085推荐，采用渐开线蜗杆（ 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 （ 2） 材料的选择 根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用 45 钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度 为 45轮用铸锡磷青铜 属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 造。 （ 3）按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面疲劳强度进行设计，再校核赤根弯曲疲劳强度。传动中心距 3 22 )/( 确定作用在蜗轮上的转矩 2T 确定载荷系数 K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布系数 1K；选用使用系数 K ；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 05.1 确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和刚蜗杆相配，故 21 确定接触系数 所以取 确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 属模铸造，蜗杆螺旋齿面强度 45可取蜗轮的基本许用应力为 H =268 应力循环次数 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 72 寿命系数 7 8 5 08 77 则 M P 计算中心距 23) 6 0 0 0 取中心距 a=160 i=70，故取模数 m=4杆分度圆直径 01 。这时 可查得接触系数 为 pZ 此以上计算结果可用。 （ 4）蜗杆与蜗轮的主要参数与几何 尺寸 蜗杆 直径系数 q=10顶圆直径 81 ，齿根圆直径 。 蜗轮 齿数 702 z ；变位系数 02 x ； 蜗轮分度圆直径 8070422 蜗轮喉圆直径 882 222 蜗轮齿根圆直径 02 222 蜗轮咽喉母圆半径 6)28821160(21 22 （ 5）校核齿根弯曲疲劳强度 212 T 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 当量齿数 c 322 ）2 x ， 得齿型系数 9 5 9 01 从表中查得由 造的蜗轮的基本许用弯曲应力 6 。 寿命系数 M P 弯曲强度是满足要求的。 （ 6）精度等级公差的确定 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器从10089柱蜗轮、蜗杆精度中选择 8 级精度。 轮的设计计算与校核 （ 1）齿轮齿数的确定 取 Z=20；由于齿轮齿根与轴上键距离不能为零。 取 i=3则 0 取 m=2 d1= 20=40mm d2= 60=120轮 1， 2中心距 d1+2=(40+120)/2=80考书机械设计 取 b=0=20他数据如下 m =(20+2 1) 2 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 =44mm m =(60+2 1) 2 =124mm 2 2c*)m =(20 2 1 2 2 =35mm 2 2c*)m =(60 2 1 2 2 =115 2） 齿轮强度的验算 齿根危险截面的弯曲强度条件式 m 21312k 载荷系数 k= 齿宽系数，取 0.5 使用系数，取 1 载荷系数，取 k 齿间载荷分配系数， Fkk 齿向载荷分布系数 1T 小齿轮传递的转距 1T =105P1/105 920 =103N mm 22 =+ 10文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 =1 b=d 35=17.5 h=2= b/h=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：.8， F = = k N=6060 1920 1 20000 =106 s 疲劳强度安全系数， s=, s=1.5 寿命系数 （ 齿轮的疲劳极限 =34020 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全 套 纸和论文 答辩精 品 所以 F F 1(2 H 其中： 区域系数 弹性影响系数 ) 20 1a kH= HH H 20 , H H 因