电火花镗磨机床设计【9张图/10000字】【优秀机械毕业设计论文】
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电火花
机床
设计
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机械
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论文
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文档包括:
说明书一份,41页,10000字左右.
图纸共9张,如下所示
A0-机床总图.dwg
A1-链齿轮.dwg
A1-尾柱.dwg
A1-轴.dwg
A1-主轴箱装配图.dwg
A3-大齿轮.dwg
A3-小齿轮.dwg
A3-轴承座.dwg
A3-轴承端盖.dwg
电火花镗磨机设计
目 录
第1章 绪 论 3
1.1 项目的研究意义 3
1.2 国内外的科技现状 3
1.3设计产品的用途和应用领域 4
1.4 设计方案 5
1.4.1 设计目标、研究内容和拟解决的关键问题 5
1.4.2 设计方案 5
1.4.3 题目的可行性分析 5
1.4.4本项目的创新之处 5
第2章 电火花镗磨机总体设计 6
2.1确定电机 6
2.2电火花镗磨机布局 6
第3章 主传动系统设计 8
3.1拟定结构 8
3.2分配降速比 8
3.3绘制转速图 9
3.4确定齿轮齿数 10
3.5确定带轮直径 11
3.6验算主轴转速误差 11
3.7绘制传动系统图 13
第4章 估算传动件参数并确定其结构尺寸 15
4.1确定传动件转速 15
4.2确定主轴支承轴颈尺寸 16
4.3估算传动轴直径 16
4.4估算传动齿轮模数 17
4.5制动器的选择与计算 19
4.6普通V带的选择与计算 19
4.7几何计算 21
第5章 结构设计 24
5.1带轮设计 24
5.2齿轮块设计 24
5.3轴承选择 24
5.4操纵机构 24
5.5润滑系统设计 24
5.6密封装置 25
第6章 传动件验算 26
6.1验算轴弯曲刚度 26
6.2花键键侧挤压应力计算 27
6.3验算齿轮模数 28
6.4滚动轴承验算 33
6.5尾柱设计 36
结 论 38
致 谢 39
- 内容简介：
-
I 摘 要 介绍了电火花镗磨机床的加工原理、特点及其发展历程：它是通过脉冲直流电源不断产生火花放电来去除工件材料，且在工件与工具之间有绝缘液体介质。 分析并设计了电火花镗磨机床结构系统。机床总体布局为单柱立式，主轴采用步进电机拖动滚珠丝杆完成升降，利用步进电机多级可变细分技术，实现伺服系统的变频、变步距双重伺服调节，提高系统的跟踪能力和稳定性。进给系统采用滚珠丝杆和十字滑座实现工作台的横向、纵向移动，运动平稳。 电火花成形加工要在加工精度、加工效率、加工范围等方面取得重大突破，一个重要的发展方向就是对机床成形运 动方式的创新和多样化。本课题的研究，是对电火花镗磨加工发展方向的一次有益尝试，通过改进电火花加工机床的伺服系统、控制系统、机床结构等，在保证加工精度的前提下提高了加工效率；通过开放式的控制系统，提高了电火花镗磨加工过程的自动化。 关键词： 电火花； 主轴； 滚珠丝杆； 镗磨机床 he of DM by is in a C a DM as a 3is in to up of of on be in of of a an of is of of is a of DM a by DM of to DM 电火花镗磨机设计 目 录 引言 . 1 第 1 章 绪 论 . 2 目的研究意义 . 2 内外的科技现状 . 2 计产品的用途和应用领域 . 3 设计方案 . 4 设计目标、研究内容和拟解决的关键问题 . 4 设计方案 . 4 题目的可行性分析 . 4 项目的创新之处 . 4 第 2 章 电火花镗磨机总体设计 . 5 定电 机 . 5 火花镗磨机布局 . 5 第 3 章 主传动系统设计 . 7 定结构 . 7 配降速比 . 7 制转速图 . 8 定齿轮齿数 . 9 定带轮直径 . 10 算主轴转速误差 . 10 制传动系统图 . 12 第 4 章 估算传动件参 数并确定其结构尺寸 . 14 定传动件转速 . 14 定主轴支承轴颈尺寸 . 15 算传动轴直径 . 15 算传动齿轮模数 . 16 动器的选择与计算 . 18 通 V 带的选择与计算 . 18 何计算 . 20 2 第 5 章 结构设计 . 23 轮设计 . 23 轮块设计 . 23 承选择 . 23 纵机构 . 23 滑系统设计 . 23 封装置 . 24 第 6 章 传动件验算 . 25 算轴弯曲刚度 . 25 键键侧挤压应力计算 . 26 算齿轮模数 . 27 动轴承验算 . 32 柱设计 . 35 结 论 . 37 致 谢 . 38 1 引言 精密数控电火花镗磨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，用于电机、仪表、电器、汽车制造、宇航、家电、轻上、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 )，各种超硬度材料，异型曲面零件，坐标孔零件及成型零件。机床可以加工如直径为 0 1上的孔径和 0 2上的窄缝，切割各种硬质台金和取折断工具等，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。数控电火花镗磨机也是专门对导电材料进行标 准化电火花加工而设计的。它还可以实现无人操作自动加工，大幅度提高生产效率和经济效益。所以说，数控电火花镗磨机床的问世，对传统的机加工技术产生了很大的冲击，也给制造行业带来了新的发展和进步。 随着电子技术、计算机技术、 精密模具 制造技术、材料科学等尖端科学技术的飞速发展，对零件的精度、性能、寿命的要求越来越高。因此在设计上采用了许多新技术、新材料、新结构，导致零件的结构、形状复杂，如薄壁深孔零件，这类零件出于精度、寿命等因素考虑，常采用高温合金、硬质合金、耐热钢淬火钢等材料，且加工精度、表面粗糙度要求高，传统的 机械加工方法实现困难、成本高。作为基础工业的机械制造业，其发展的核心问题之一就是如何进一步提高机械加工的精度和质量，同时降低经济成本。 2 第 1 章 绪 论 目的研究意义 在当今时代，任何一个具备完整工业体系的国家，都会有相当数量的制造业，如汽车、机车、电力、船舶、航空航天、冶金矿山、石油化工、电火花镗磨机工具、通信、轻工、建材、家电、食品、仪器、仪表等。上述这些部门大多与机械工业有关，有的是实质上就是机械工业，它们都是用机械设备制造各种各样的产品。所以说机械工业是国民经济的装备部，是国民经济的 先导，是国家重要的基础工业。如果一个国家的机械工业水平不高，它生产的产品在国际市场上是很难有竞争力的，也是很难立于世界民族之林的！美国是世界工业强国， 70 年代美国曾认为制造业是“夕阳工业”，经济重心应由制造业转向高科技产业及服务业等第三产业。科研重理论成果，不重视实际应用，政府不支持产业技术，使美国制造业产生衰退。而同期日本重视制造技术，重视高素质人才的培养，注重将高科技成果应用于制造业，加之严密的社会组织，很快把原来美国占绝对优势的产业如汽车、照相机、家电、电火花镗磨机、复印机、半导体等变成自己的主导产业 ，占领了世界市场。这很快引起了美国政界、科技界、企业界有识之士的关注。为此， 80 年代后期，美国政府和企业迅速组织调查， 调查报告中指出：“一个国家要想生活的好，必须生产的好。振兴经济的出路在于振兴制造业”，当前国际间“经济的竞争归根到底是制造技术和制造能力的竞争”。 镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的电火花镗磨机。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。所以对其进行合理设计， 其意义十分重大。 内外的 科技现状 国外现状： 德国政府一贯重视 电火花镗磨机 工业的重要战略地位，在多方面大力3 扶植。特别讲究 “实际 ”与 “实效 ”，坚持 “以人为本 ”，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上， 于 1956 年研制出第一台数控 电火花镗磨机后 ，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对用户产品、加工工艺、 电火花镗磨机 布局结构、数控 电火花镗磨机 的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控 电火花镗磨 机 质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控 电火花镗磨机 。德国特别重视数控 电火花镗磨机 主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和 司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。 国内现状： 在产品开发上，国内支柱企业重点放在数控电火花镗磨机上，年生产电火花镗磨机台数和数控电火花镗磨机所占比例逐年上升。据不完全统计，2004 年钻镗床行业共开发新产品 81 种，其中数控电火花镗磨机 新产品 61种，占开发新产品的近 80%。数控产品中在国内具有领先水平的有 36 种，包括车铣镗等复合加工中心，高速（最高转速在 15000r/ 36000r/、卧式加工中心、高速铣削中心、大型卧式加工中心（工作台尺寸 20004000以上）、龙门式加工中心（龙门五面、龙门五轴）、五轴联动加工中心、高精度数控电火花镗磨机等。 计产品的用途和应用领域 该产品主要用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔 。卧式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂向运动，工作台可纵向或横向运动，可钻、扩、铰、和镗孔及车削内、外螺纹、攻螺纹、车外圆柱面、端面及用端铣刀、圆柱铣刀铣平面等。 4 设计方案 设计目标、研究内容和拟解决的关键问题 设计目标： 完成对电火花镗磨电火花镗磨机设计柱设计 研究内容： （ 1）电火花镗磨机主轴箱设计 （ 2）电火花镗磨机尾柱设计 设计方案 对电火花镗磨电火花镗磨机设计柱设计 题目的可行性分析 当今世界，工业发达国家对 电火花镗磨 机 工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进 电火花镗磨机 ，以加速工业和国民经济的发展。中国加入 ，正式参与世界市场激烈竞争，今後如何加强 电火花镗磨机 工业实力、加速数控 电火花镗磨机 产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。 项目的创新之处 对主轴箱传动进行优化设计，提高生产效率和降低生产成本。 5 第 2 章 电火花镗磨机总体设计 该型号镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的电火花镗磨机。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高 的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。卧式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂向运动，工作台可纵向或横向运动，可钻、扩、铰、和镗孔及车削内、外螺纹、攻螺纹、车外圆柱面、端面及用端铣刀、圆柱铣刀铣平面等。 根据电火花镗磨机的精度等级和工作性能要求，构思主传动系统，初步拟定采用集中传动，采用三相异步电动机，经分级变速箱实现主轴所需的各级转速和转速范围。 （ 1）确定变速组传动副数目 实现 18 级主轴转速变化的传动 定电机 根据功率要求查表选取电动机型号 11 n=1460r/火花镗磨机布局 确定结构方案 主轴传动系统采用普通 V 带，齿轮传动 传动型式采用集中传动 主轴正反转方向，制动采用能耗制动器 变速齿轮系统采用多联滑移齿轮 润滑系统采用飞溅油润滑 （ 2）布局 采用卧式镗床常规的布局型式，电火花镗磨机主要组成部件有床身、前6 立柱、主轴箱、工作台和后立柱等。此次设计主传动系统包括、轴及相关部件。 7 第 3 章 主传动系统设计 定结构 （ 1）确定变速组传动副数目： 18=3 3 2 （ 2）确定基本组和扩大组： 18=31 3329（ 3）验算最后扩大组变速范围： 12(9)1(2 22 所以符合设计原则 配降速比 该镗床主轴系统共设有四个传动组，其中有一个是带传动，根据降速比分配应“前快后慢”的原则，确定各传动组最小传动比： u 总=i n 8 制转速图 由 查表 献 13）转速有 40、 50、 63、 80、100、 125、 160、 200、 250、 315、 400、 500、 630、 800、 1000、 1250、 1600。 9 定齿轮齿数 利用查表法及各对齿数比求出个传动组齿轮齿数。 : 21 401 Z 502 Z : 243 353 Z 554 Z 2: 365 305 Z 606 Z 1:87 537 Z 428 Z : 2109 379 Z 5810 Z : 51211 2311 Z 7212 Z 1:21:31413 6613 Z 3314 Z 4: 61615 2015 Z 7916 Z 变速组 一 二 三 齿数和 90 95 99 齿轮 112Z 131540 50 35 55 30 60 53 42 37 58 23 72 66 33 20 79 10 定带轮直径 带传动是机械传动学科的一个重要分支，主要用于传递运动和动力 。它是机械传动中重要的传动形式，也是电机设备的核心，联接部件，种类异常繁多，用途极为广泛。其最大的特点是可以自由变速，远近传动，结构简单，更换方便。 设计功率献 2）查得载荷修正系数 K d 表 献 1）。取小带轮基准直径： 1201 dd 带轮直径由公式 )1(112 dd dd 算主轴转速误差 主轴各级实际转速值由公式： )1(21 实其中au，bu，、三变速齿轮传动比。 1n 41 201 46 0 2n 41 201 46 0 11 3n 41 201 46 0 4n 41 201 46 0 5n 41 201 46 0 n 41 201 46 0 n 41 201 46 0 n 41 201 46 0 n 41 201 46 0 0n 41 201 46 0 1n 41 201 46 0 12n 41 201 46 0 13n 41 201 46 0 4n 41 201 46 0 15n 41 201 46 0 16n 41 201 46 0 7n 41 201 46 0 8n 41 201 46 0 速误差： 12 标准标准实际 %110 =所以转速误差表为： 主轴转速 1n 2n 3n 4n 5n 6n 7n 8n 9n 标准转速r/0 50 63 80 100 125 160 200 实际转速r/速误差 % 轴转速 10n 11n 12n 13n 14n 15n 16n 17n 18n 标准转速r/50 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 实际转速r/速误差 % 知转速误差满足要求 制传动系统图 根据传动情况及齿轮分布情况，绘制传动系统图如下： 13 14 第 4 章 估算传动件参数并确定其结构尺寸 定传动件转速 由转速图可得各轴转速及各齿轮转速： 传动件 计算转速 轴 800 400 125 100 齿 1Z 800 2Z 630 3Z 500 55 轮 10Z 315 11Z 400 12Z 125 134Z 1600 15定主轴支承轴颈尺寸 参照图 献 1），选取前支承轴颈直径： 1D =100支承轴颈直径： 2D =（ 1D =70 85 2D =80算传动轴直径 491 d(其中 d 为 轴危险截面的直径 （ 16 P 为该传动轴的载入功率（ P= (计算公式 轴号 计算转速 动效率 输入功率P 许扭转角 m 传动轴长度 计 轴 直 径 键轴尺寸 N d D B 491 d 800 00 36 42 7 400 00 42 48 8 125 00 52 60 10 算传动齿轮模数 许用接触应力 =查表 献 1） 得 =1100N/ 2 由表 献 1）有查图 献 1）取 518 N/ 2查表 齿宽系数 m=b/m=7。 由图 文献 1）取 5Z=30 时 17 11Z=23 时 15Z=20 时 齿面疲劳强度： 3 221( 1 )267c H u 按轮齿弯曲疲劳强度： 31267 c F 可得下表： 传 动 组 小 齿 轮 齿 数 比 1 齿宽系数 m传 递 功 率 P 载荷系数 K 系 数 数 用 接 触 应 力 许 用 齿 根 应 力 算 转 速 数 数 数 取 模 数 m 第一变速组 5 7 61 1 1100 518 800 二变速组 11 61 1 1100 518 400 8 第三变速组 15 9 61 1 1100 518 125 动器的选择与计算 选择电机能耗制动方式，特点是制动比较平稳，制动时间可以调整，简化电火花镗磨机结构，但需要直流电源，功率大，设备复杂。 由于电机制动采用电气方法直接制动电动机使电火花镗磨机结构简化。制动器安装位置应根据电火花镗磨机具体结构，使用条件、综合全面考虑来确定。一般情况下，力争将制动器安放在靠近主轴（或 其他执行元件上）、且转速较高，变速范围较小的轴上，可达到制动时间短、冲击小、制动灵敏、结构尺寸小（制动转矩小）的综合效果。因此将制动器放在轴上。 通 V 带的选择与计算 计算内容 符 号 单 位 计算公式 计算过程 结果 设计功率 P,表 献 1） 11 型 献 1） 120 A 型 19 选择 1460r/选中心距 0据电火花镗磨机的布局及结构方案 1 2 0 1 20 . 7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d 600 计算带的基准长度 0 0 1 22 ( )2d d dL a d d 2210()4 0 2 6 0 0 ( 1 2 0 2 1 4 )2 2( 2 1 4 1 2 0 )4 6 0 0 择的带的基准长度 献 1） 1800 实际中心距 a 21()812()48d d dL d 221()811() P K K =( 2 1 4 1 2 0 ) 1 1 0 4 . 58B 23 1 8 . 8 3 1 8 . 8 1 1 0 4 . 5a 0 0a 1 211 1 8 0 2 s i n 2a 120 11 2 1 4 1 2 01 8 0 2 s i n 2 6 3 5 . 9a 格 带速 v 116 0 1 0 0 0 v 525m/s 1 2 0 1 4 6 06 0 1 0 0 0v 格 带的挠曲次数 u 1s1000 40 1 0 0 0 2 9 . 1 71800u 格 带的根数 Z 11() P K K 表 献 1） 1 4 . 3( 1 . 9 2 0 . 1 5 ) 0 . 9 8 1 . 0 1Z 8 其中 数。 何计算 计算 2Z 的尺寸： 端面齿形角： 20 21 分度圆直径： 2 5 0 2 . 5 1 2 5d z m 顶高： 根高： 1 . 2 5 3 . 1 2 5齿高： 2 . 5 3 . 1 2 5 5 . 6 2 5h h 顶圆直径： 2d h=125+2 30 根高直径： 2d h=125心矩： 12() ( 4 0 5 0 ) 2 . 522z z =112.5 理算出 4Z 的几何尺寸： 20 4 5 5 2 . 5 1 3 7 . 5d z m . 2 5 3 . 1 2 5 . 5 3 . 1 2 5 5 . 6 2 5h h 2 2d h = 42.5 d h = 20 6 6 0 2 . 5 1 5 0d z m . 2 5 3 . 1 2 5 . 5 3 . 1 2 5 5 . 6 2 5h h d h =150+2 55 d h =1503 第 5 章 结构设计 轮设计 根据 V 带计算选用 8 根 A 型 V 带，由于轴安装制动器及传动齿轮，为了改善它们的工作条件，保证加工精度，采用卸荷带轮结构。 轮块设计 齿轮采用滑移齿轮变速机构，根据各传动组的工作特点，第一扩大组的滑移齿轮采用销钉联接装配式结构，基本组采用了整体滑移式齿轮。第二扩大组，由于传递转矩较大，采用链接装配式齿轮，所有滑移齿轮与传动轴间均采用花键联接。 承选择 为了简化结构，主 轴采用了轴向后端定位的两支承轴组件、前支承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用角接触球轴承和推力轴承，为了保证主轴的回转精度，主轴前后轴承均用压块式防松螺母调整轴承的间隙。 纵机构 为了适应不同的加工状态，主轴的转速经常需要调整。根据各滑移变速传动组的特点，分别采用了集中变速操纵机构和单独操纵机构。 滑系统设计 主轴内采用飞溅式润滑，卸荷皮带轮轴承采用脂润滑方式。 24 封装置 为了保证密封效果，采用接触密封，主轴直径大，线速度高，采用非接触式密封，卸荷皮带轮的润滑采用毛毡式密封以防止杂物进入 。 25 第 6 章 传动件验算 算轴弯曲刚度 （ 1）受力分析 轴上的齿轮为滑移齿轮。根据本镗床齿轮排列特点。主轴转速为100r/，轴受力变形最大，故采用此时的齿轮位置为计算位置。 （ 2）计算挠度、倾角 齿轮受力计算 69 1 0 ； 2t TF d ； ； 传 递 功 转 传 动 转 齿 轮 压 力 角 齿 面 摩 擦 角 齿轮2向 合 1X 轴上的1Z 轴上的分 度 圆 直 切 向 合 1X 轴上的1Z 轴上的分 度 圆 直 26 ； d 率 P n r/ T N mm a r 力 1 1影 1影 1 1 2 2影 2影 2 2键键侧挤压应力计算 m a jy d lN k其中计算挤压应力 为许用挤压应力 D 为花键轴的大径 d 为花键轴的小径 N 为花键的赤数 k 为载荷分布不均系数 k =7 计算公式 最 大 转 矩 键轴小径d 键轴大径D 键 数 N 载 荷 系 数 k 工 作 长 度 l 用 挤 压 应 力 算 挤 压 应 力 论 6m a 5 5 1 0 m a jy d lN k42 48 8 0 30 格 算齿轮模数 验算公式 按齿面接触疲劳强度 223221c o s ( 1 )2 6 7 ( )A H P n t v H H aH n H Em c H K K K P Z u 按齿轮弯曲疲劳强度 31c o F P n t v F F a F c F K K
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