毕业设计（论文）-高速电火花打小孔机床机械结构的设计

1、毕 业 设 计高速电火花打小孔机床机械结构设计学生姓名：专业班级：指导教师：学 院：2013年05月东北林业大学毕 业 设 计 任 务 书高速电火花打小孔机床机械结构设计学生姓名：专业班级：指导教师：学 院：2014年05月05日题目名称：高速电火花打小孔机床机械结构设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）1. 搜集资料：查阅图书馆，资料室的有关资料，对查阅的资料进行分类和标注，作为以后的撰写工作做基础。另外通过网络进行资料的收集，可以在期刊和有关的学术论文中学习相应的设计方法。2. 通过实习。将实习中所学到的知识运用到设计中。通过对比，修正设计的中相应的参数。3.

2、利用自己所学的，如机械原理等知识进行机构及磨片的创新设计，利用机械设计知识进行零部件的设计以期待在老师的指导下取得设计的最佳方案4. 运用 CAD等软件，完成产品的概念、外观、结构、零部件和总体设计，并完成虚拟装配。2. 计划与时间安排：1）2013年12月05 日2013年12月20日：调研、搜集文献资料。利用网络检索功能查找有关电火花打小孔机床的各方面资料。2）2014年3月15日2014年3月30日：设计任务分析，确定电火花打小孔机床的主要参数查找并计算其他的相关参数，进行磨片齿形的创新设计及监测控制系统的设计，确定整体方案。3）2014年4月1日2014年5月15日：利用CAD软件来完

3、成对电火花打小孔机床结构的平面绘制工作。4）2014年5月16日2014年6月15日：编写设计说明书,对图纸进行最终的修改和完善，进行最终的答辩。其中： 参考文献篇数：说明书字数：图纸张数：20篇以上8 000字以上折合A0图纸4张，其中至少1张装配图专业负责人意见签名：年 月 日 高速电火花打小孔机床机械结构设计摘要本次设计是对高速电火花打小孔机床的设计。在这里主要包括: Z轴传动系统的设计、机架工作台系统的设计、液态介质循环系统系统。这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要

4、的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机装置运动装置运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 高速电火花打小孔机床总体结构设计。(2) 高速电火花打小孔机床工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 高速电火花打小孔机床的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。(7)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词：高速电火花打小孔机床， 联轴器，滚珠丝杠 A small machine mechanical structure desig

5、n of high-speed electric sparkAbstractThis design is the design of high-speed electric spark pinhole machine. Here mainly includes: Z axis transmission system design, the frame work system design, liquid medium circulation system. The graduation design on the design of the basic skills training, enh

6、ancing the analysis and to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, which drives the moti

7、on machine device, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.The research of this thesis:(1) a small overall structure design of high-speed electric spark machine tool.(2) analysis of small hole machine

8、 tool working performance of high speed electric spark hit.(3) the choice of motor.(4) transmission system, execution unit and a high speed EDM drilling holes on the machine.(5) the design of components for the design calculation and check.(6) the use of computer aided design, 3D modeling on Design

9、of parts.(7) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.Keywords: high speed EDM drilling holes on the machine, coupling, ball screw目 录目 录VI1概述91.1 电火花加工前言91.2 电火花加工工作原理91.3 电火花加工特性91.4 电火花加工主要特点102 高速电火花打小孔机床总体设计12总体概述122.2 技术参数123 高速电火花打小孔机床 Z轴机械结构设计133.1 确定脉冲

10、当量13滚珠丝杠螺母副的计算和选型133.2.1 精度的选择13丝杠导程的确定133.2.3 最大工作载荷的计算133.2.4 最大动载荷的计算143.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型143.2.6 滚珠丝杠副的支承方式153.2.7 传动效率的计算153.2.8 刚度的验算153.2.9 稳定性校核163.2.10 临界转速的验证163.3 步进电动机的选择173.4 丝杠轴的校核183.5 键的校核193.6 轴承的校核203.7 直线滚动导轨副的计算、选择203.8 立柱的强度与刚度的计算234主轴部分计算264.1 主轴部分电机的选取264.2 主轴的基本要求274.2.1 旋转精度274

11、.2.2 刚度274.2.3 抗振性284.2.4 温升和热变形284.2.5 耐磨性284.3 主轴组件的布局29主轴结构的初步拟定314.5 主轴的材料与热处理314.6 主轴的技术要求314.7 主轴直径的选择324.8 主轴前后轴承的选择324.9 轴承的选型及校核334.10 主轴前端悬伸量354.11 主轴支承跨距354.12 主轴结构图364.13 主轴组件的验算364.13.1 支承的简化364.13.2 主轴的挠度374.13.3 主轴倾角385 高速电火花打小孔机床液态介质循环系统的设计395.1 工件电极的设计405.2 电极材料41电极的结构形式42电极尺寸的确定436

12、高速电火花打小孔机床的三维虚拟展示46结 论51参考文献52致 谢全套设计加 197216396或401339828531概述1.1 电火花加工前言 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。50年代改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表

13、面粗糙度条件下的生产率得以提高。60年代出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。70年代出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面， 从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。1.2 电火花加工工作原理进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控 制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距

14、离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量 的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形 成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀 除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀

15、除 工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方 式，就能加工出各种复杂的型面。工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。1.3 电火花加工特性1：电火花加工速度与表面质量模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。粗加工采用大功率、低损耗的实

16、现，而中、精加工电极相对损耗大，但一般情况下中、精加工余量较少，因此电极损耗也极小，可以通过加工尺寸控制进行补偿，或在不影响精度要求时予以忽略。2：电火花碳渣与排渣电火花机加工在产生碳渣和排除碳渣平衡的条件下才能顺利进行。实际中往往以牺牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加 工时采用高电压，大休止脉波等等。另一个影响排除碳渣的原因是加工面形状复杂，使排屑路径不畅通。唯有积极开创良好排除的条件，对症的采取一些方法来积极 处理。3：电火花工件与电极相互损耗电火花机放电脉波时间长，有利于降低电极损耗。电火花机粗加工一般采用长放电脉波和大电流放电，加工速度快电极损耗小。在精加工时，小电流放电必须减小放电

17、脉波时间，这样不仅加大了电极损耗，也大幅度降低了加工速度。电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。 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，高粘性和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，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。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方法。电火花加工法能够 适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。1.4 电火花加工主要特点能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等

18、缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。电火花加工的主要用途是：加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在3000件以下时， 比模具冲压零件在经济上更加合理。按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同，电火花加工可

19、大体分为：电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨 削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花 型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、 螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取 得良好的社会经济效益。电火花打小孔机床可以加工任

20、何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料，而且可以加工方异形体孔，微小小孔以及长径比较大的深孔。在加工过程中，由于电火花加工的原理是利用电流击穿介质时产生的热量，气化或融化材料，不产生无切削力，所以不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷。由于电火花加工一般比较缓慢，这里拟使用高频脉冲电源从而提高工作效率，以达到设计高速电火花打小孔机床的目的。2 高速电火花打小孔机床总体设计总体概述-3mm,最大深径比能达300:1以上，加工速度每分钟可达40-60mm ，能直接从斜面，曲面穿入 ，工作台X,Y,Z轴配有光栅数显，Z轴具有定深功能 。2.2 技术参数工作台面尺寸 (mm) Worktable d

21、imensions(mm)438318438318工作台行程 (mm) Worktable stroket(mm)350250350250Z轴行程 (mm) Servo travel (mm)300+300300+300加工深度 (mm) Maching thickness(mm)03000300最大加工速度 (mm/min) Max.machining removalrate (mm/min)6565最大加工电流 (A) Max.machining current (A)3030加工孔径范围 (mm) Max.wire (mm)33工作台承受重量 (kg) Max.weight of Wor

22、ktable (kg)200200工作液 Work fluid水/皂化液 water/saponification水/皂化液 water/saponification工作液桶容量 (L) Work fluid bucket capacity (L)3030机床供电电源 Total power380V/50Hz380V/50Hz最大消耗功率 (KVA) Max.rate of electrode wear (KVA)3.5 KVA3.5 KVA机床外形尺寸 (mm) Overall dimensions(mm)1100750170011007501700机床重量 (kg) Weight(kg)6

23、00600控制方式 control mannerZ轴自动 travel autoZ轴自动 travel auto数显 Digital display三轴数显 3二轴数显 2Z轴定深功能 travel auto control thickness有 YES无 NO3 高速电火花打小孔机床 Z轴机械结构设计3.1 确定脉冲当量一个进给脉冲，使高速电火花打小孔机床运动部件产生位移量，也称为高速电火花打小孔机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控高速电火花打小孔机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控机床常采用的脉冲当量是0.010.005mm/脉冲。根据高速电火花打小孔机床精度要求确定脉冲当量/脉冲

24、。3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型 滚珠丝杠副的作用是将旋转运动转变为直线运动，其螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。3.2.1 精度的选择滚珠丝杠副的精度直接影响数控高速电火花打小孔机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对高速电火花打小孔机床定位精度最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。对于车

25、床，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求和改造的经济性，选择X轴精度等级为3级，Z轴为4级。3.2.2丝杠导程的确定 选择导程跟所需要的运动速度、系统等有关，通常在：4、5、6、8、10、12、20中选择，规格较大，导程一般也可选择较大（主要考虑承载牙厚）。在速度满足的情况下，一般选择较小导程（利于提高控制精度），本设计中初选向丝杠导程为8。3.2.3 最大工作载荷的计算最大工作载荷是指滚珠丝杠螺母副在驱动工作台时所承受的最大轴向力，也叫进给牵引力,其实验计算公式如表3-1所示。表3-1 实验计算公式及参考系数导轨类型实验公式矩形导轨燕尾

26、导轨0.2综合或三角导轨表中为考虑颠覆力矩影响时的实验系数；为滑动导轨摩擦系数；为移动部件总重量。G=1000 N查表3-1选择综合导轨，取1.15,取0.18,为1000；算得（3420+1000）3.2.4 最大动载荷的计算载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。比如起重机以等速度吊起重物，重物对吊索的作用为静载，起重机以加速度吊起重物，重物对吊索的作用为动载。对于滚珠丝杠螺母副的最大动载荷计算公式如下： 式中：滚珠丝杠副的寿命系数，单位为r，（T为使用寿命，普通高速电火花打小孔机床T取5000-10000h，数控高速电火花打小孔机床T取15000h

27、；n为丝杠每分钟转速）； 1.5，本设计取1.2； 硬度系数（HRC；等于55时取1.11；等于52.5时取1.35；等于50时取1.56；等于45时取2.40）； 滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N。本设计中车床纵向承受最大切削力条件下最快的进给速度,初选丝杠基本导程，则丝杠转速。取滚珠丝杠使用寿命，带入得=90；取，代入，求得 ：=17390N。3.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型初选滚珠丝杆副时应使其额定动载荷, 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷。根据计算出的最大动载荷,选择江苏启东润泽高速电火花打小孔机床附件 生产的FL4008-3型内循环式滚珠丝杠副，

28、采用双螺母螺纹式预紧，精度等级为4级，其参数如表3-2所示。表3-2 FL4008-3型滚珠丝杠相关参数公称直径/导程/钢球直径/丝杠外径/丝杠底径/额定载荷/接触刚度/ 189740866313.2.6 滚珠丝杠副的支承方式 滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合。考虑到纵向丝杠长度较大，本设计丝杠采用双推简支支承方式，该方式临界转速、压杆稳定性高，有热膨胀的余地。3.2.7 传动效率的计算滚珠丝杠的传动效率0.9之间，其计算公式如下： =式中：螺距升角，根据,可得=291； 摩擦角，一般取=10。算得： =96.67%3.2.8 刚

29、度的验算滚珠丝杠副工作时受轴向力和转矩的作用，引起导程的变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形、丝杠与螺母间滚道的接触变形、支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形。因转矩和丝杠-螺母滚道接触对丝杠产生的导程变化很小，所以、可以忽略不计，所以丝杠的拉伸或压缩变形量为：=（“+”号代表拉伸，“-”代表压缩）式中：丝杠的最大工作载荷，单位为； 丝杠纵向最大有效行程，单位为； 丝杠材料的弹性模量，钢； 丝杠的横截面面积，单位按丝杠螺纹的底径确定。根据前面的设计，取1665，算得： =查表3-3可知，,所以刚度足够。表3-3 有效行程内的目标行程公差和行程变动量有效行程精度

30、等级12345大于至31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665513.2.9 稳定性校核由于滚珠丝杠本身比较细长又受轴向力的作用，若轴向负载过大，则会产生失稳现象，不失稳时的临界载荷Fk应该满足： =式中：丝杠支承系数，双推-简支方式时，取2，其他方式如表3-4所示； 4，垂直安装时取最小值，本设计取4； 滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为，本设计中该值为2000；（其中工件加工长度为1400，取2000，留600的两端余量） 按丝杠底径确定的截面惯性矩（，单位为）,本设中将代入算出。 由以上数据可以算

31、出：= 临界载荷远大于工作载荷（3234.36N），故丝杠不会失稳。表3-4 丝杠支承系数支承方式双推-双推双推-简支单推-单推双推-自由取值4213.2.10 临界转速的验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速： 式中：丝杠支承系数，双推-简支方式时，取值如表3-5所示；临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为2300；丝杠内径，单位；安全系数，可取表3-5 丝杠支承系数支承方式双推-双推双推-简支单推-单推双推-自由取值 经过计算，得出=1293，由已知，可以算出，该值小于丝杠临界转速，所以满足要求。3.3 步进电动机的选择（1）工作台质量折算到电机轴

32、上的转动惯量丝杠的转动惯量 式中 滚珠丝杠的公称直径； 丝杠长度。则齿轮的转动惯量 电机的转动惯量很小可忽略。因此，总转动惯量 （2）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩最大切削负载时所需力矩快速进给时所需力矩式中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的摩擦力矩；由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；切削时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的切削负载力矩。 当时 当时 当时， 时 当时预加载荷，则 所以，快速空载启动所需力矩 切削时所需力矩 快速进给时所需力矩由上分析计算可知，所需最大力矩发生在快速启动时：（3）纵向进给系统步进电机的确定为了满足最小步距要

33、求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知所以，步进电机最大静转距为步进电机最高工作频率综合考虑，查表选用110BF003型直流步进电动机，能满足要求7-12。3.4 丝杠轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】

34、表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。：通过受力分析，最大挠度：查【1】表3-12许用挠度； 。3.5 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：3.6 轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。轴传递的转矩 受力 根据

35、受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面：在水平面： 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： 轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6206能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。3.7 直线滚动导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：（1）选BR直线滚动导轨导轨,E级精度.查得,

36、fh=1,ft=1,fc=0.81,f=1,fw=1.（2）工作寿命每天8小时，连续工作5年，250/年,额定寿命为:Lh=52508=10000 h,每分钟往复次数nz=8L=(2lsnz60Lh)/(103)=(20.3186038400)/ (103)=11428Km计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为4000N计算需要的动载荷C C=( fwP)(fh ft fc f)(L/50)1/3=208N由机械电子工程专业课程设计指导书表3-20中选用LY15AL直线滚动导轨副,其C=606N, C0=745N.基本参数如下:导轨的额定动载荷N依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定

37、载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够.（3）滚动导轨间隙调整预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量。（4）润滑与防护润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘。防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命。防护方式用盖板式。3.8 立柱的强度与刚度的计算由于横梁是三个方向上尺寸相差不太多的箱体零件，用材料力学的强度分析方法不能全面地反应它的应力状况。目前，在进行初步设计计算时，还只能将横梁简化为简支梁进行粗略核算，而将许用应力取得很低。按简支梁计算出的横

38、梁中间截面的应力值和该处实测应力值还比较接近，因此作为粗略核算，这种方法还是可行的。但无法精确计算应力集中区的应力，那里的最大应力要大很多。横梁的强度及刚度计算：（1）集中载荷 如对锻造液压机砧座的窄边，可看作集中载荷，受力简图如下：图中简支梁的跨度为立柱窄边或宽边中心距由砧座的放置位置而定。最大弯矩：Mmax = PL /4最大挠度：max = PL/48EJKPL/4GF各符号代表意义同前。 （2）均布载荷 一般是对砧座宽边或模锻，镦粗等情况，受力简图如下：最大弯矩为：Mmax =PL/4qL1/8式中： q 均布力，q =P/L1（N/cm）； L1 均布力分布宽度（cm）。若设L1 =

39、2/3L，则最大挠度为：max =11/648PL/EJ +KPL/6GF最大弯矩为：Mmax =P/2最大剪力为： Qmax =P/21受力分析 横梁I-I截面受力图及剪力弯矩图。 均布载荷 图3-3 横梁受力图 在I-I截面上弯矩为： （3-13） 截面(-)剪力： （3-17） 2截面-强度计算 截面宽度 截面高度 截面积 （3-18） 面积重心至x轴距离 截面对x轴的静面矩 （3-19） 静面矩S与面积重心至x轴距离乘积 （3-20） 各截面积的惯性矩 （3-21） 重心至x轴的惯性矩 截面对x轴的惯性矩 （3-22） 截面对x轴的惯性矩 （3-23） 受压截面和受拉截面弯曲应力相等为

40、 （3-24） 由此可得，在截面-上弯曲应力小于许用应力，安全。3截面-剪切强度计算 由分析得，最大应力在中心横断面及截面-上。 （3-25） 式中： Q截面-剪切力 B简化截面宽度 H简化截面高度 代入得： （3-26） 由此可得，在截面-上剪切强度小于许用剪切强度，安全。4主轴部分计算 主轴部分电机的选取（1）粗略计算驱动电机的功率已知假设重量为m=250kgg=10N/kg总重力G1=mg=25010=250N查表435表4.1 摩擦系数表作用在载荷（包括自重） N物品与接触的底面材料金属木材硬底板011011045054509009001）驱动功率计算则工件受到的摩擦力为：则移行电机所

41、需牵引力为：假设主轴部分直径R=125mm假设主轴部分转速na=61rpm 主轴部分速度v=Rna=61=24m/min 设功率安全系数为1.2，驱动装置的效率为0.8，则需要的驱动功率为：2）电动机至主轴部分的总效率c联轴器效率，cb对滚动轴承效率，bvv带效率，vcy主轴部分滚子效率，cy=0。96估算传动系统总效率=vbccy1） 所需电动机的功率Pd（kw）Pd=Pw/kw为保证驱动电机有足够的功率余量，结合减速电机样本应选择功率为0.37kW的电机。根据要求选用sew减速电机型号为S37DT71D4/BMG/HR/TH/IS/M1/A/180电动机额定功率为Pm电动机满载转速为nm=

42、61r/min（3）基于电动机的以上特点，本文选用减速电机作为输送机床的驱动装置。查SEW减速电机的规格表，选用如下减速电机。表4.2 选用的电机的详细参数电机额定功率Pm/kW输出转速na/r/min输出扭矩Ma/Nm减速机速比i输出轴许用径向载荷FRa/N使用系数SEW-fB减速机型号电机型号重量/kg0.3756472870DT71D4SF3714此型号的电机在一定程度上保证了驱动功率有一定的盈余，因数在电机起动时，若输送机床上有工件，则此时的起动功率会比平时工作时的功率要大，且减速电机本身还有一定的使用系数。 主轴的基本要求主轴组件是主轴部分的执行件，它的功用是支承并带动砂轮旋转，完成

43、表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴组件的工作性能直接影响到主轴部分的加工质量和生产率，因此它是主轴部分中的一个关键组件。主轴和一般传动轴的相同点是，两者都传递运动、扭矩并承受传动力，都要保证传动件和支承的正常工件条件，但主轴直接承受切削力，还要带动工件或刀具，实现表面成形运动，因此对主轴有较高的要求。.1 旋转精度主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴前端定位面的径向跳动r、端面跳动a和轴向窜动值o。如图2-1所示：图中实线表示理想的旋转轴线，虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。主轴组件的

44、旋转精度取决于部件中各主要件（如主轴、轴承及支承座孔等）的制造精度和装配、调整精度；运动精度还取决于主轴的转速、轴承的性能和润滑以及主轴部件的动态特性。各类通用主轴部分主轴部件的旋转精度已在主轴部分精度标准中作了规定，专用主轴部分主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。图2-1 主轴的旋转误差.2 刚度主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力，如图2-2所示，即K=F/y（单位为N/m），刚度的倒数y/F称为柔度。主轴组件的刚度，是主轴、轴承和支承座的刚度的综合反映，它直接影响主轴组件的旋转精度。显然，主轴组件的刚度越高，主轴受力后的变形就越小，如若刚度不足，在加工精度方面，主轴前

45、端弹性变形直接影响着工件的精度；在传动质量方面，主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边压力，从而使这些零件的磨损加剧，寿命缩短；在工件平稳性方面，将使主轴在变化的切削力和传动力等作用下，产生过大的受迫振动，并容易引起切削自激振动，降低了工件的平稳性。图2-2 主轴组件静刚度主轴组件的刚度是综合刚度，影响主轴组件刚度的因素很多，主要有：主轴的结构尺寸、轴承的类型及其配置型式、轴承的间隙大小、传动件的布置方式、主轴组件的制造与装配质量等。.3 抗振性主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。在切削过程中，主轴组件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷和交变载

46、荷的作用，使主轴产生振动。如果主轴组件的抗振性差，工作时容易产生振动，从而影响工件的表面质量，降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声影响工作环境。随着主轴部分向高精度、高效率方向发展，对抗振性要求越来越高。评价主轴组件的抗振性，主要考虑其抵抗受迫振动和自激振动能力的大小。.4 温升和热变形主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生了温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。主轴组件温升和热变形，使主轴部分各部件间相对位置精度遭到破坏，影响工件加工精度，高精度主轴部分尤为严重；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮

47、和轴承的工作状态变坏；热变形还使主轴和轴承，轴承与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化，影响轴承正常工作，间隙过小将加速齿轮和轴承等零件的磨损，严重时甚至会发生轴承抱轴现象。影响主轴组件温升、热变形的主要因素有：轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式和散热条件等。.5 耐磨性主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主轴组件各个滑动表面，包括主轴端部定位面、锥孔，与滑动轴承配合的轴颈表面，移动式主轴套筒外圆表面等，都必须具有很高的硬度，以保证其耐磨性。为了提高主轴组件的耐磨性，应该正确地选用主轴和滑动轴承的材料及热处理方法、润滑方式，合理调整轴承间隙

48、，良好的润滑和可靠的密封。 主轴组件的布局主轴组件的设计，必须保证满足上述的基本要求，从而从全局出发，考虑主轴组件的布局。主轴部分主轴有前、后两个支承和前、中、后三个支承两种，以前者较多见。两支承主轴轴承的配置型式，包括主轴轴承的选型、组合以及布置，主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体情况，加以确定。在选择时，具体有以下要求：（1）适应刚度和承载能力的要求主轴轴承选型应满足所要求的刚度和承载能力。径向载荷较大时，可选用滚子轴承；较小时，可选用球轴承。双列滚动轴承的径向刚度和承载能力，比单列的大。同一支承中采用多个轴承的支承刚度和承载

49、能力，比采用单个轴承大。一般来说，前支承的刚度，应比后支承的大。因为前支承刚度对主轴组件刚度的影响要比后支承的大。表4-1所示为滚动轴承和滑动轴承的比较。表4-1 滚动轴承和滑动轴承的比较基本要求滚动轴承滑动轴承动压轴承静压轴承旋转精度精度一般或较差。可在无隙或预加载荷下工作。精度也可以很高，但制造困难单油楔轴承一般，多油楔轴承较高可以很高刚度仅与轴承型号有关，与转速、载荷无关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高而增大与节流形式有关，与载荷转速无关承载能力一般为恒定值，高速时受材料疲劳强度限制随转速增加而增加，高速时受温升限制与油腔相对压差有关，不计动压效应时与速度无关抗振性能速度性能高速受疲劳

50、强度和离心力限制，低中速性能较好中高速性能较好。低速时形不成油漠，无承载能力适应于各种转速摩擦功耗噪声较大无噪声本身无噪声，泵有噪声寿命受疲劳强度限制在不频繁启动时，寿命较长本身寿命无限，但供油系统的寿命有限（2）适应转速要求由于结构和制造方面的原因，不同型号和规格的轴承所允许的最高转速是不同的。轴承的规格越大，精度等级越低，允许的最高转速越低。在承受径向载荷的轴承当中，圆柱滚子轴承的极限转速，比圆锥滚子轴承的高。在承受轴向载荷的轴承当中，向心推力轴承的极限转速最高；推力球轴承的次之；圆锥滚子轴承的最低，但承载能力与上述次序相反。因此，应综合考虑转速和承载能力两方面要求来选择轴承型式。（3）适应精度的要求起止推作用的轴承的布置有三种方式：前端定位止推轴承集中布置在前支承；后端定位集中布置在后支承；两端定位分别布置在前、后支承。采用前端定位时，主轴受热变形向后延伸，不影响轴向定位精度，但前支承结构复杂，调整轴承间隙较不便，前支承处发热量较大；后端定位的特点与前述的相反；两端定位时，主轴受热伸长后，轴承轴向间隙的改变较大，若止推轴承布置在径向轴承内侧，主轴可能因热膨胀而弯曲。（4）适应结构的要求当要求主轴组件在性能上有较高的刚度和一定的承载能力，而在结构上径向尺寸要紧凑时，则可在一个支承（尤其是前支承）中配置两个或两个以上的轴承。对于轴