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数控线切割机床本体设计【2张图/11300字】【优秀机械毕业设计论文】

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数控 切割 机床 本体 设计 优秀 优良 机械 毕业设计 论文
资源描述:

文档包括:
说明书一份,43页,11300字左右。
开题报告一份。
任务书一份。
实习报告一份。

图纸共2张,如下所示
A0-电火花线切割机床.dwg
A0-线切割机床X,Y向进给饲服机构.dwg

摘 要

电火花线切割加工(wire-EDM)是一种基于电火花加工技术的适应性流程加工技术,它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模、挤压模、粉末冶金的铸模和标准摸板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高的磨床或昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。电火花线切割加工技术是机电一体化技术,是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用。
此次设计包括机床的总体布局设计,横向进给、纵向进给设计,其中还包括齿轮的强度计算,滚珠丝杆较核,轴承寿命的验算。这次设计的基本方法包括现场实习,查阅资料,请教专业人士及老师的帮助。

关键字:电火花线切割加工;横向进给;纵向进给

Abstract

Wire electrical-discharge machining(wire-EDM) is an adaptation of the basic EDM process, which can be use for cutting complex two-and-three-dimensional shapes through electrically conducting materials. Wire-EDM is most commonly used for the fabrication of press stamping dies, extrusion dies, powder composition dies, profile gages, and templates. Complicated cutouts can be made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes, Because the technology of wire electrical-discharge machining is the technology of mechatronics, and it is the integrate application of many subjects and professional knowledge, for example mechanism, electrician, electron, numerical control, auto control and computer application.
The design contains collectivity distribution design, landscape orientation feed design, portrait feed design, circumgyrate worktable design. It still includes intension calculation of gear wheel, the checking of ball bearing pole and the calculation of axis gearing life-span,The bsasic design method contain that field practice,data access,consult professional personage and the help of teacher .

Key words:wire electrical-discharge machining;Traverse;Longitudinal into to

目 录

摘 要 I
第1章 绪论 1
1.1 数控线切割机床的研究意义 1
1.2 数控线切割机床的发展现状 1
第2章 总体方案设计 3
2.1 总体方案的拟定 3
2.2 主要技术参数的确定 4
第3章 储丝走丝部件结构设计 6
3.1 储丝走丝部件运动设计 6
3.1.1 对高速走丝机构的要求 6
3.1.2 高速走丝机构的结构及特点 6
3.2 储丝走丝部件主要零件强度计算 13
3.2.1 齿轮传动比的确定 13
3.2.2 齿轮齿数的确定 14
3.2.3 传动件的估算 15
3.2.4 齿轮模数估算 16
3.2.5 齿轮模数的验算 17
3.3 储丝走丝部件主要零件强度验算 20
3.3.1 齿轮强度的验算 20
3.3.2 主轴的验算 23
3.4 主轴组件结构设计 25
3.4.1 轴承的配置形式 25
3.4.2 主轴组件的调整和预紧 26
第4章 进给传动设计 27
4.1 进给传动运动设计 27
4.2 滚珠丝杆螺母副选型和校核 27
4.2.1 滚珠丝杆螺母副的型号选择 27
4.2.2 滚珠丝杆的选型和校核 29
4.3 步进电机的选用 32
4.4 进给机构的支承设计 32
4.4.1 丝杆的支承形式 32
4.4.2 丝杆的支承方式 32
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36

一、设计题目: 数控线切割机床本体设计 
二、设计的主要内容:综合运用知识,全面考虑有关科学的、经济的及社会的情况,进行多种方案比较,确定最优方案。设计计算——这是设计过程中工作量最大的阶段, 它包括设计计算与工程图绘制和技术文件的编制。主要进行数控线切割机床的结构设计,其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求,整理好技术资料,编写设计说明书。
三、设计目标: 通过方案确定、设计计算,完成数控线切割机床本体的主要结构设计。按照工程技术规范要求,整理好技术资料,编写出设计说明书。


数控线切割机床本体设计

内容简介:
实 习 总 结 专 业: 机械设计制造及其自动化 性 质: 毕业实习 学 年: 2011 班 级: 机 制 08 姓 名: 才智 学 号: 2008025653 机械工程学院 实习总结 实习单位 :校实训中心 实习时间: 、校实训中心简介 学院为适应高等教育发展的需要,贯彻落实 “ 大工程教育 ” 理念,加快推进科技大学建设步伐,进一步创新我院人才培养模式,成立了学校直属的教学单位 工程训练与基础实验中心。由工程训练基地、工程教育教研室、物理实验室、力学实验室、电工学实验室、数控培训中心 6 个室和大学生创新基地构成。经过三年多的发展,中心目前已有教职工 104 人,拥有教学用房 15000 余平方米,总资产 2700 余万元,仪器设备基本满足实验和工程训练的需要。学校还利用奥地利政府贷款引进了具有欧洲资质的数控培训项目。 中心承担着全校学生的工 程认知教育和工程训练实践教学任务,开展大学物理、力学、电工与电子技术等实验教学以及综合创新实践活动,面向校内外开展继续教育和具有欧洲资质的数控、机械手焊接培训,积极开展科技开发活动,承接校内外委托的机械加工、分析检测等项服务。 二、 数控 线切割 机床的 原理 及系统结构 数控机床的出现是在 1952 年美国的帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构试验所研制成功,直到 1955 年数控系统才投入实用性阶段,我国数控机床的研制始于 1958 年由清华大学研制的三座标数控机床,到了 1966 年诞生了第一台用于直线 圆弧插补的晶体管数控 系统,即第二代数控系统,也就是现在线 切割机床走线控制系统的初型。 使用微处理器的 控系统是目前使用最多的一种系统。也是现代计算机网络的必然控制手段。它的工作座标系是采用右手直角笛卡儿坐标系,在程序编制中,可根据图纸尺寸的标注方法及精度要求可以 随意选用绝对座标和相对座标系进行图表程序处理。 线切割加工的基本原理是利用移动的细小金属导线(铜丝或钼丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电,通过计算机进给控制系统。配合一定浓度的水基乳化液进行冷却排屑,就可以对工件进行图形加工。电火花线切割加工分类及其控制方式 : 、按控制方式分为:靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制、微机控制等。 、按走丝速度分为:低速走丝方式(俗称慢走丝)和高速走丝方式(俗称快走丝)。 现代的电加工设备已经很少靠模仿型控制和光电跟踪控制方式。快走丝线切割主要是台式单板机和柜式工控机两种。台式单板机主要以 3B 程序控制。个别的还用 4B 或 5B 格式。柜式工控机是近代网络化的必然产物。采用的是国际标准化程序 码。以 依据的控制系统方式。慢走丝线切割的控制方式是以柜式工控机为主。极个别的是全智能化操作系统。国产的慢走丝一般是半自动控制方 式。而国外进口机大部分都是全自动操作方式。采用去离子水作工作液,只有在特殊精加工时才采用绝缘性能较好的数控线切割机床原理简图 三、实习收获和体会 时光飞逝,转眼间我们已经实习三周了,回顾这段实习的日子真的有许多收获!实习生活提高了我的独立工作能力和为人处事能力,在实习期间我最大的收获是: 第一,通过实践真正觉得自己可以做些什么了,从实践中体现了自己的人生价值;第二,通过实习,加强了我的动手实践能力和设计创新精神;第三,在 实习的这些日子里,我学会了在工作中学习,在学习中成长。总的来说,这些书本上学不到的知识让我受益匪浅,也是终身受益的。 在实习过程中,我把我许多的注意力投向了老师,从他们工作的投入程度,我体会到了他们的出色。因为他们都是那么兢兢业业,始终在自己的岗位上工作着,而我似乎看不出一点他们的疲惫。相反,我还不时的看到他们满脸恪守职责的喜悦。有的人说,人生须认真、人生当务实、人生应乐观 、人生要进取,这些都在公司员工的骨子里反映得淋漓尽致。 在实习的这段时间里我体会到了实践中的专业技术,不断积累实践技术经验。 生产实习是将学校教学与生产实际相结合,理论与实践相联系的重要途径。其目的是使我们通过实习在专业知识和人才素质两方面得到锻炼和培养,从而为毕业后走向工作岗位尽快成为骨干打下良好基础。通过生产实习,使我们了解和掌握了多种机床的主要结构、生产技术和工艺过程;使用的主要工装设备;产品生产用技术资料;生产组织管理等内容。为进一步学好专业技术打下良好的基础。 在这次生产实习过程中,不但对所学 习的知识加深了了解,更加重要的是更正了我们的劳动观点和提高了我们的独立工作能力等。我坚信,通过这一段时间的实习,从中获得的实践经验使我终身受益,并会在我毕业后的实际工作中不断地得到印证,我会持续地理解和体会实习中所学到的知识,期望在未来的工作中把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中来,充分展示我的个人价值和人生价值,为实现自我的理想和光明的前程而努力。 总之,在实习的三周里,我在指导老师和同事的关怀与培养下,认真学习、努力工作,能力有了较大提高,个人综合素质也有了全面的发展,但我知道还存在着一些 缺点和不足。在今后的工作和学习中,我还要更进一步严格要求自己,虚心向优秀的同事学习,继续努力改正自己的缺点和不足,争取在思想、工作、学习和生活等方面有更大的进步 2012 年 3 月 30 日 本科毕业设计开题报告 题 目: 数控线切割机床本体设计 院 (系): 机械工程学院 班 级: 机械 08 姓 名: 才智 学 号: 2008025653 指导教师: 张文生 教师职称: 教 授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告 题 目 数控线切割机床本体设计 来源 工程实际 1、研究目的和意义 这次毕业设计的目的是通过设计计算完成数控线切割机床的本体设计,这次设计中我将通过实地参观和查阅资料制定数控线切割机床本体设计的总体方案, 伺服进给机构的设计。完成计算、绘图、编制说明书等设计任务。 通过这次设计我能够更好的复习之前学习的知识,了解数控 线切割机床的具体构造。通过一次全部设计过程自己完成的毕业设计对于一个即将离校的学生来说不仅能很好的锻炼自己的学习理解能力更能为将来的工作提供极大的自信心,一次优秀的毕业设计对于我们来说将是大学生活的完美收官。 2、国内外发展情况 (文献综述 ) 电火花线切割加工( 一种基于电火花加工技术的适应性流程加工技术,它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模、挤压模、粉末冶金的铸模和标准摸板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很 高的磨床或昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。电火花线切割加工技术是机电一体化技术,是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用 店 火花加工具有加工精度高,速度快,加工成本低等一系列的优点受到国内学者的重视 。 为了提高加工工件的直线度,日本三菱电机公司开发出了 E 电源 1。该电源通过放电位置的检测和控制,实现了工件上、中、下表面的均匀放电,进而达到提高加工直线度的目的 2。 为了提高加工形状精度, 日本沙迪克公司近几年在所有的线切割加工机上都装上了直线电机 ,重点发展了了直线电机电火花线切割加工在提高加工精度方面的优越性能 2 。 2国内数控线切割机床的发展动向和主要新技术 3和国外的单向走丝电火花线切割机床相比, 尽管国内的数控线切割技术相对落后, 但经历了这几年的发展后,与国外的机床相比, 其差距在渐渐缩小。苏州电加工机床研究所展出的 床。在原有技术基础上又有新的突破, 改进了放电状态检测及伺服控制 电路, 实现了放电状态检测电路温漂硬件补偿, 提高了检测精度, 采用恒电压加工伺服控制与恒速进给加工相结合的控制策略,既保证了工件加工的尺寸精度, 又可确保变截面加工和拐角控制能顺利进行,进一步提高了加工稳定性和微细部位的加工精度。另外该机床还可配置微精加工双向走丝线切割技术是中国发明的, 具有浓厚的中国特色, 其主要特点为:往复走丝、结构简单、价格低廉、切割厚度大、运行成本低, 但其最大的缺点就是加工精度较低、加工表面质量不尽人意。随着模具行业对加工要求的不断提高以及市场竞争的日趋激烈,近年来国内生产数控 线切割机床厂家都将提升机床的加工精度和加工表面质量作为产品发展的主攻目标。 3、研究 /设计的目标: 1、 电火花线切割机的加工特点,确定新设计电火花线切割机的主要技术参数。 2、 进行调查研究数控电火花线切割机总体方案设计。 3、 完成电火花线切割机的机械结构设计。 4、设计方案(研究 /设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等): 线切割机床具体加工过程为:加工者根据图纸中的工件尺寸,编制成一定的程序,并且通过键盘或光电机等输入设备将程序输入到控制器中去。在控制系统接受到输入的程序后,将其 存入存储器中。点火花先切割机在收到命令后,就开始运行程序,通过微机控制系统进行插补运算。每运算一次,发出一个进给脉冲,然后经过功放驱动步进电机,使机床工作台按预定的轨迹进行加工。运丝系统由运丝电机传动给储丝筒,通过行程开关使储丝筒作往复运动,从而使得钼丝运动。钼丝经过机架上的导轮与工件相接近,小到一定的距离。乳化液泵即工作液将线切割机专用乳化液通过喷嘴喷入工作切口上,高频脉冲电源产生的连续高频脉冲被分别加到钼丝与工件之间的间隙进行检测,检测信号的大小送入变频电路,再由变频电路产生的频率大小来控制微机的进给速 度。当间隔增大时就加快进给速度,当间隙减小时,就减慢进给速度,以保持均衡的放电间隙,从而也维持了一定的电流。 脉冲电源图纸 程序键盘数控装置介质液泵步进电机储丝筒图 线切割机工作原理示意图 1 电火花线切割机床属于经济型数控机床,在保证一定的加工精度的前提下,应简化结构,降低成本。因此,进给伺服系统应采用步进电机 4。 2 为了保证进给伺服系精度和平稳性,选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副,并应有预紧机构,以提高传动刚度和消 除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构统的传动 5。 3 纵向和横向进给是两套独立的传动链,它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成,传动比应满足机床所要求的 6。 4 采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力,便于工作台实现精确和微量移动,且润滑方法简单 7。 在上述的基础上,有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节,使加工过程更加细致。 5、方案的可行性分析: 我国数控线切割机床的拥有量占世界首位,技术水平与世界先进水平差距也逐渐缩小。尤其近年来,计算机技术的应用和线电极电火花加工技术的结合 。实现了各种复杂形状的模具和零件加工,其应用价值已经逐渐在日常生产中得到体现 8,我们平时的学习中也接触过这方面知识,加上所学的 机械设计及其他专业基础课程,我有信心良好的完成这次毕业设计。 6、该设计的创新之处 为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性,选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副,并应有预紧机构,以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。 7、设计产品的主要用途和应用领域: 1线切割加工可以用于一般切削方法难以加工或者无法加工的形状复杂的工件加工,如冲模、凸轮、样板、 外形复杂的精密零件及狭窄的缝隙。面粗糙度值 达到 m9。 2先切割加工可以用于对一般切削方法难以加工或者无法加工的金属材料和半导体材料的工件进行加工,如淬火钢、硬质合金钢、高硬度金属等,但无法实现对非金属导电材料的加工 10。 3线切割加工直接利用线电极电火花进行加工,可以方便的调整加参数,如调节脉冲宽度、脉冲间隔、加工电流等,提高线切割加工精度,也可通过调节实现加工过程的自动化控制。 4线切割加工的效率低,成本较高,不适合于加工形状简 单的批量零件 11。 8、时间进程 3 月 12 号 30 号 整理实习日记、撰写实习总结和开题报告 4 月 1 号 15 号 设计计算、总体结构草图设计 4 月 16 号 5 号 总体图和部件图设计 , 零件图设计 6 月 9 号 10 号 整理、撰写毕业设计说明书和设计图纸 6 月 11 号 15 号 答辩 9、参考文献: 1 纪明刚,陈国定,吴立言 北京:高等教育出版社, 2006. 2 李文双,于信伟,苏发 哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 2004. 3 孙桓,陈作模,葛文杰 北京:高等教育出版社, 2006. 4 清华大学曹金榜 ,张玉逢 ,陈养田 北京:机械工业出版社, 1987. 5 吴振彪 北京:中国人民大学出版社, 2000. 6 顾熙常 ,迟建山 ,胡宝珍。金属切削机床(下册)。上海:上海科学技术出版社, 2000. 7 张学仁 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2000. 8 李忠文 北京:化学工业出版社工业装备与信息工程出版 中心, 2004. 9 邓星钟 三版) 中科技大学出版社, 2003. 10 何永然 ,唐增宝 ,刘安竣 二版) 中科技大学出版社, 2002. 11 周良德 ,朱泗芳 长沙:湖南科学技术出版社, 2000. 指导教师意见 教师签字: 年 月 日 开题答辩小组意见: 组长签字: 成员签字: 年 月 日 毕业设计领导小组意见 : 组长签字: 年 月 日 黑龙江科技学院 毕业设计任务书 学生姓名: 才智 任务下达日期: 2010 年 12 月 19 日 设计开题日期: 2012 年 4 月 13 日 设计开始日期: 2012 年 4 月 16 日 中期检查日期: 2012 年 5 月 18 日 设计完成日期: 2012 年 6 月 4 日 一、设计题目 : 数控线切割机床本体设计 二 、设计的主要内容 : 综合运用知识, 全面考虑有关科学的、经济的及社会的情况,进行多种方案比较,确定最优方案。设计计算 这是设计过程中工作量最大的阶段 , 它包括设计计算与工程图绘制和技术文件的编制 。主要进行 数控线切割机床 的结构设计 ,其中 1 张图必须徒手画。按照工程技术规范要求,整理好技术资料,编写设计说明书。 三 、设计目标: 通过 方案确定、 设计计算, 完成 数控线切割机床本体 的主要 结构 设计。按照工程技术规范要求,整理好技术资料,编写出设计说明书。 指 导 教 师: 张文生 院(系)主管领导: 2011 年 12 月 19 日 I . 摘 要 电火花线切割加工( 一种基于电火花加工技术的适应性流程加工技术,它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模、挤压模、粉末冶金的铸模和标准摸板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高的磨床或昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。电火花线切割加工技术是机电一体化技术,是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用。 此次设计包括机床的总体布局设计,横向进给、纵向进给设计,其中还包括 齿轮的强度计算,滚珠丝杆较核,轴承寿命的验算。这次设计的基本方法包括现场实习,查阅资料,请教专业人士及老师的帮助。 关键字: 电火花线切割加工;横向进给;纵向进给 is an of DM be is of be in or DM of is of it is of It of of of he of 目 录 摘 要 . I 第 1 章 绪论 . 1 数控线切割机床的研究意义 . 1 数控线切割机床的发展现状 . 1 第 2 章 总体方案设计 . 3 总体方案的拟定 . 3 主要技术参数的确定 . 4 第 3 章 储丝走丝部件结构设计 . 6 储丝走 丝部件运动设计 . 6 对高速走丝机构的要求 . 6 高速走丝机构的结构及特点 . 6 储丝走丝部件主要零件强度计 算 . 13 齿轮传动比的确定 . 13 齿轮齿数的确定 . 14 传动件的估算 . 15 齿轮模数估算 . 16 齿轮模数的验算 . 17 储丝走丝部件主要零件强度验算 . 20 轮强度的验算 . 20 主轴的验算 . 23 主轴组件结构设计 . 25 轴承的配置形式 . 25 主轴组件的调整和预紧 . 26 第 4 章 进给传动设计 . 27 进给传动运动设计 . 27 滚珠丝杆螺母副选型和校核 . 27 滚珠丝杆螺母副的型号选择 . 27 珠丝杆的选型和校核 . 29 步进电机的选用 . 32 进给机构的支承设计 . 32 丝杆的支承形式 . 32 丝杆的支承方式 . 32 结 论 . 34 致 谢 . 35 参考文献 . 36 V . I I 1 Nc 1 Nc 1 3 of 3 4 to go 6 to go 6 6 of of 6 to go 13 13 of of 1 4 of to 15 1 6 1 7 to go 20 20 23 he of 25 25 26 of 27 27 27 27 of 29 he of 32 32 in of 32 32 30 31 32 1 第 1 章 绪论 数控线切割机床的研究意义 数控电火花线切割加工最大的优势在于拥有良好的性能价格比。电火花线切割加工最常见的应用是在压模、挤压模、粉末冶金的铸模和标准摸板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高的磨床或昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。 由于它的实用性,经济性,所以在国内有较大的市场。但数控电火花线切割机床加工受到电极丝的损耗、机械部分的结构与精度不足、 进给系统的开环控制、加工工作液导电率的变化,加工环境的温度变化及本身加工的特点(如运丝速度快,导轮磨 损大)等因素的影响,机床的加工精度有限,功能自动化等方面欠缺。正是由于存在诸多的利弊,对它的研究才更加有意义,如何扬长避短是数控线切割机床研究的关键,通过有效的改进现有的线切割机床使它更加适应机械加工,如果研究能取得具有建设性的成果将对实际生产产生不可估量的作用 数控线切割机床的发展现状 电火花线切割加工( 一种基于电火花加工技术的适应性流程加工技术,它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模、挤压模、粉末冶金的铸模和标准 摸板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高的磨床或昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。电火花线切割加工技术是机电一体化技术,是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用 店 火花加工具有加工精度高,速度快,加工成本低等一系列的优点受到国内学者的重视 。 为了提高加工工件的直线度,日本三菱电 2 机公司开发出了 E 电源 1 。 该电源通过放电位置的检测和控制,实现了工件上、中、下表面的均匀放电,进而达到提高加工直线度的目的。 为了提高加工形状精度, 日本沙迪克公司近几年在所有的线切割加工机上都装上了直线电机 ,重点发展了了直线电机电火花线切割加工在提高加工精度方面的优越性能 。国内数控线切割机床的发展动向和主要新技术和国外的单向走丝电火花线切割机床相比, 尽管国内的数控线切割技术相对落后, 但经历了这几年的发展后,与国外的机床相比, 其差距在渐渐缩小。苏州电加工机床研究所展出的床。在原有技术基础上又有新的突破, 改进 了放电状态检测及伺服控制电路, 实现了放电状态检测电路温漂硬件补偿, 提高了检测精度, 采用恒电压加工伺服控制与恒速进给加工相结合的控制策略,既保证了工件加工的尺寸精度, 又可确保变截面加工和拐角控制能顺利进行,进一步提高了加工稳定性和微细部位的加工精度。另外该机床还可配置微精加工双向走丝线切割技术是中国发明的, 具有浓厚的中国特色, 其主要特点为:往复走丝、结构简单、价格低廉、切割厚度大、运行成本低, 但其最大的缺点就是加工精度较低、加工表面质量不尽人意。随着模具行业对加工要求的不断提高以及市场竞争的日趋 激烈,近年来国内生产数控线切割机床厂家都将提升机床的加工精度和加工表面质量作为产品发展的主攻目标。 3 第 2 章 总体方案设计 总体方案的拟定 线切割机床具体加工过程为:加工者根据图纸中的工件尺寸,编制成一定的程序,并且通过键盘或光电机等输入设备将程序输入到控制器中去。在控制系统接受到输入的程序后,将其存入存储器中。点火花先切割机在收到命令后,就开始运行程序,通过微机控制系统进行插补运算。每运算一次,发出一个进给脉冲,然后经过功放驱动步进电机,使机床工作台按预定的轨迹进行加工。运丝系统由运 丝电机传动给储丝筒,通过行程开关使储丝筒作往复运动,从而使得钼丝运动。钼丝经过机架上的导轮与工件相接近,小到一定的距离。乳化液泵即工作液将线切割机专用乳化液通过喷嘴喷入工作切口上,高频脉冲电源产生的连续高频脉冲被分别加到钼丝与工件之间的间隙进行检测,检测信号的大小送入变频电路,再由变频电路产生的频率大小来控制微机的进给速度。当间隔增大时就加快进给速度,当间隙减小时,就减慢进给速度,以保持均衡的放电间隙,从而也维持了一定的电流。 1数控电火花线切割机床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,且额定功率小。据此电机应采用步进电机。 2纵向和横向进给是两套独立的传动链,它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成,起传动比应满足机床所要求的。 3为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性,选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副,并应有预紧机构,以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。 4 脉冲电源图纸 程序键盘数控装置介质液泵步进电机储丝筒图 2 1 线切割机工作原理示意图 4采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力,便于工作台实现精确和微量移动,且润滑方法简单。 在上述的基础上,有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节,使加工过程更加细致。 主要技术参数的确定 技术参数主要包括运动参数,尺寸参数和动力参数。 火花线切割机床的主要技术参数如下: 工作台行程 / 500*320 最小切削厚度 / 30(可调) 加工表面粗糙度 m 割速度 / 100 加工精度 / 5 切割工件最大厚度 / 300 电极丝移动速度 s 电极丝直径 6 第 3章 储丝走丝部件结构设计 储丝走丝部件运动设计 运丝机构的运动是由丝筒电机正反转得到的。电极通过联轴节与丝筒连接,丝筒装有齿轮,通过过度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,拖板与底座采用装有滚珠的 V 形滚动导轨连接,这样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 对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/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 1 。 高速走丝机构的结构及特点 高速走丝 机构由储丝筒组合件、上下拖板、丝杆副、齿轮副、换向装置和绝缘件等部分组成,如图 3示 储丝筒由电动机通过联轴器带动实现正反向转动。储丝筒另外一端通过二对齿轮减速后带动丝杆。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杆则安装在拖板上,调整螺母安装在底座上,拖板在底座上来回运动。螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧,齿轮及丝杆螺距的搭配为设旋转一圈拖板移动 以该储丝筒适用于 下的钼丝。 储丝筒运转时应平稳,无不正常振动。滚筒外圆振摆应小于 7 向间隙应小于 轴向窜动应完全彻底消除。 图 3 1 床的储丝走丝系统机构结构图 高频电源的负端通过碳刷送到储丝筒的尾部,然后传到钼丝上,碳刷应保持良好接触,防止机油或其它赃物进入。 储丝筒本身作为高速正反向转动,电机、滚筒及丝杆的轴承应定期拆洗并加润滑脂,换油期限可根据使用情况具体决定。其余中间轴、齿轮、三角导轨及丝杆、螺母等每班应注油一次。 1. 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。 (1) 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 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 8 面粗糙度,一般 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 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。 (2) 联轴器 走丝机构中运动组合件的电极轴与储丝筒中心轴,一般不采用整体的长轴,而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运转时频繁换向,联轴器瞬间会受到正反向的剪切力,但由于这个力不大,且储丝筒中心轴与电极轴有较高的同轴度要求。所以本设计采用弹性联轴器 走丝机构的上下拖板一般有下面二种滑动导轨。 (1)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。 (2)三角、矩形组合式导轨 如下图所示 。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。如图 3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。 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。 9 图 3 2 三角矩形组合式导轨 在本次设计线切割机中,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。 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) 10 时,不应出现震动和变形; 线架的导轮有较高的运动精度, 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 2 。 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。 (1)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,如下图 3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 11 副导轮,如图 3示: 图 2可调式线架本体结构 ( 1) 导轮部件结构 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。 12 图 3可移动丝臂 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 3 。 ( 3)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 13 动。 双轴尖支撑结构。导轮两端加工成 300 锥形轴尖,硬度在 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 速走丝电火花线切割机床的导轮结构。 (4) 导轮的材料 为了保证导轮轴径与导向槽的同轴度,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 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。 (5) 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 4 。 储 丝走丝部件主要零件强度计算 齿轮传动比的确定 钼丝丝距选择 丝筒每转一周,杆螺距选择为 3 14 所以储丝筒与丝杆的传动比为: u= 1: 12; 采用二级齿轮传动,取 u 1 =1: 4; u 2 =1: 3。 齿轮齿数的确定 取 Z 1 =15;由于齿 轮齿根与轴上键的距离不能为零。 即 2( d+t 1 ) 2m 由 d=16文献 4表 7: t 1 = 而 d 1r = 1d =( Z 1 - *2c ) m =( m =入上式得: 16+2m 取 m=2; 又有 Z 2 =4Z 1 =60 所以 1d = =215=30d = =260=120 5;同理可得: 取 m=3; 又有 Z 4 =35 所以 15 3d= 25=75 4d = =3 75=225 齿轮 1, 2 中心距 a 1 =( 30+120) /2=75轮 3, 4 中心距 a 2 =( 75+225) /2=1505 取 b= =30=15他数据如下 ( Z 1 2) m =( 15+2 1) 2 =34mm 124mm 1mm 231mm ( Z 1 2 2c* ) m =( 151 2 2 =25mm 115mm 传动件的估算 根据公式 d=914 )( 16 其中 N 该传动轴的输入功率 N= 电机颌定功率 从电机到该转动轴之间传动件的传动效率的乘积 该转动轴的计算转速 r/算转速 6 每米长度上允许的扭转角( m) 取 = 390r/d= 齿轮模数估算 m 323 2= A 3703 17 =中 r/A 为齿轮中心距 中心距 A 及齿数 Z 1 、 Z 2 求出模数 12 =6015 =较大的那个模数,在这个设计中,第一对齿轮传动取 m=2二对齿轮传动取 m=3 齿轮模数的验算 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为 6300)1(12321中: N 计算齿轮传递的颌定功率 N= 计算齿轮(小齿轮)的计算转速 r/m 齿宽系数, m=b/m, 10 Z 1 计算齿轮的齿数,一般取传动中最小的齿轮的齿数 18 i 大小齿轮的齿数比 i = 112 +”用于外齿合,“ -”用于内齿合; 寿命系数, ks= k T 工作期限系数, k T = 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 齿轮的最低转速 r/ 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 7 ; 功率利用系数 1k 工作情况系数 2k 载荷系数 3k 齿向载荷分布系数 Y 齿形系数 j、 j 许用弯曲 接触能力 由文献 6查表 3得: 1k =2k =k=sk= 19 =m = 37102 0 0 0 0311 3 9 060 =m =10, j =600 2(22 据弯曲疲劳计算齿轮计算模数公式为: 751 321 27522 03113 601041 2 =sk= 681022 0 0 0 0311 3 9 060 20 所以 m=2 符合要求 同理 m=3 也符合要求 储丝走丝部件主要零件强度验 算 轮强度的验算 齿轮危险截面的弯曲强度条件公式 F = 22131 Fd k 载荷系数 k=vd 齿宽系数,取 0.5 k 使用系数,取 1 载荷系数,取 k 齿间载荷 分配系数,k 齿向载荷分布系数 1T 小齿轮传递的转距 1T =10511105 390 =103 N 1+d) 2d+10 3 b =1+ 21 K=1 文献 7查表 : b/h=23/ 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 由文献 7查表 : F = 0 =k N=600 1390 1 20000 =610 s 疲劳强度安全系数 s= Fn N 寿命系数 ( K) 齿轮的疲劳 强度 22 =340=520F=272以 )1(2311 其中: Z H 区域系数 Z E 弹性影响系数 K H = 2 H = H =520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 23 主轴的验算 按弯扭合成应力校核轴的强度: 如图 3分别为根据轴的结构图作出轴的计算简图,水平方向和垂直方向的弯矩图以及扭矩图。 先计算轴上的载荷: 3111 9 5 0 0 0 09 5 5 0 0 0 0 m 齿轮的分度圆直径为: 301521 30 620ta n F N 24 图 3轴的结构图与弯矩图 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以明显的看出截面 B 是危险截面。先将计算出的截面 C 处的 M , 及 M 的值列于下表 2 25 表 3应力计算表 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 矩 M M N 弯矩 9 122 矩 31 T N 的计算应力: )(1212 数值得: 7.5已经选定的轴的材料为 45
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本文标题:数控线切割机床本体设计【2张图/11300字】【优秀机械毕业设计论文】
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