（不可用查重）淮海,电解小孔加工机床结构设计毕业设计说明书5.23.doc
淮海,电解小孔加工机床结构设计付(带CAD图）带机械图
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本 科 毕 业 设 计 (论 文)毕业设计（论文）中文题目:电解小孔加工机床结构设计English Title:Electrolytic structure design of small hole machining tool学 院：机械工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 机械 学生姓名： XXX 学 号： XXXXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 年 月毕业设计（论文）中文摘要电解小孔加工机床结构设计摘 要：电解加工是金属工件在电解液中发生阳极溶解以达到加工目的的一种加工方法。从加工机理上讲，电解加工是以“离子”方式去除金属材料的一种加工工艺，因此这种微去除方式使得电解加工在微、纳米加工领域具有很大的发展潜力。当今世界各国都十分关注电化学加工的研究，目前我国在电解加工方面的研究处于起步阶段，如何利用电解“离子”级的蚀除机理，挖掘电解加工的加工能力，向精密、加工进军是一个需要迫切解决的重要问题。研究和掌握电解加工的关键技术，研制开发电解加工系统，深入研究电解加工工艺，具有重要意义。完成了电解小孔加工机床加工样机的结构设计，该设备具包括 X、Y、Z直线运动轴绕 Z 轴旋转带动工具电极旋转的 R 轴。机床的主要设计工作包括两部分，一是机床主体结构、传动方式、工作液循环系统的设计以及机床零部件三维图和二维图的绘制；二是机床传动系统的理论计算与校核，包括直线导轨、滚珠丝杠、伺服电机的理论计算和选型等；主要有以下几个方面：X、Y,Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取，进一步熟悉其应用。关键词: 电解加工，电解小孔，加工机床，结构设计，传动机构，滚珠丝杠毕业设计（论文）外文摘要Electrolytic structure design of small hole machining toolAbstract: Electrolyte for electrochemical machining of metal artifacts in Anodic dissolution in order to attain a processing method for processing purposes. Speaking from the mechanism, electrochemical machining with ion means a process for removal of metallic, removed thus this micro-electrochemical micro-machining in micro-and nano-processing sector has great potential for development. Countries all over the world are very concerned about the study on electrochemical machining of current research in electrochemical machining in the initial stage, how to use electrolysis ion-level mechanism of ablation, electrolytic processing of mining and processing capacity. Study and master the key technology of electrolytic process, research and development of ECM system, in-depth study of electrochemical machining process, is of great significance.Completing electrolysis structure design of small hole drilling machine prototype, the equipment includes x, y, z-linear motion shaft rotary tool around the z axis the r axis of rotation. Machine of main design work including two part, a is machine subject structure, and drive way, and work liquid circulatory system of design and machine parts three dimensional figure and II dimension figure of draws; II is machine drive system of theory calculation and check, including line guide, and ball screw, and servo motor of theory calculation and selection,; main has following several aspects: x, and Y,Z table of drive institutions design, main is ball screw of using; machine overall structure of design, understand advantages and disadvantages, full consider contradiction, preferred selected And become more familiar with its application.Key words: ECM electrolytic hole, machine tools, design, drive, ball screw目 录电解小孔加工机床结构设计IIElectrolytic structure design of small hole machining toolIII第1章 绪论11.1微小孔加工技术研究现状11.2 对电解小孔加工机床的技术要求6第2章 电解小孔整体方案设计82.1 总体要求82.2 电解加工原理82.3 机床总体布局选型102.4 传动方式的选择112.5 床身132.6 滑枕头132.7 进给系统132.8 工作箱14图 2.8 工作箱142.9 工作台142.10 导电系统142.11 工作原理15第3章 电解小孔加工机床的设计和计算163.1 电动机介绍及选型163.2 同步带的传动计算183.3 进给伺服系统的设计223.4 进给传动的计算243.5 直线滚动导轨副的计算、选择363.6 圆柱直齿轮传动的设计与校核393.7 联轴器的选择413.8 轴承的选择423.9 步进电机的选择43结 论45参考文献46致 谢48 淮海工学院二一七届本科毕业设计（论文） 第 48 页 共 43 页第1章 绪论1.1微小孔加工技术研究现状随着航空工业的不断发展，航空发动机内部结构设计越来越复杂，关键零部件出现越来越多微小孔结构，其加工难点主要表现在以下几个方面：零件材料一般多为高强度高硬度的难加工材料，如高温合金、钛合金、金属间化合物等；由于孔径小，所以微小孔长径比往往较大；对孔壁的金相组织有特殊要求，如要求孔壁无重铸层、无微裂纹等。为了克服这些困难，国内外的学者研究并尝试了多种方法来制造微小孔构件，如机械钻孔加工、机械冲孔加工、电解放电加工、电化学加工、激光加工等，见表 1.1。需要根据微小孔精度、粗糙度、小孔孔径以及加工材料的不同来选择合适的加工方法。表1.1微小孔的主要加工方法1.1.1 机械加工方法 机械钻孔加工 机械钻孔是应用最普遍的孔加工技术，与许多特种加工方法相比，机械钻孔加工可以加工任何导电或非导电材料，因而已成为微小孔加工的主要工艺方法之一，应用非常广泛。机械钻孔加工具有生产效率高、加工精度好、加工深径比大等优点，但在加工微小孔时，也需要克服许多技术难点：钻头的强度和刚度随着加工孔径的减小而降低明显，容易在切削力和机床振动的作用下折断；加工深小孔时，由于容屑空间小，排屑和散热困难，容易导致刀具的变形和损坏，降低刀具的寿命；在加工孔径极小的微孔时，钻头也变得较细刚度较小，受力后容易偏移，导致在孔位和孔径方面产生加工误差；被加工材料硬度大于刀具材料时，钻孔加工将不再适用，而目前高硬度高强度的合金材料等难加工材料应用越来越广泛。为了解决上述技术难点，主要从加工机械设备、加工工艺方法和加工刀具等三方面加以改进。机械方面，随着电主轴的设计制造越来越精密、主轴转速越来越高，机床主轴转速也得到了大幅度提高，利用这些先进的新型电主轴部件和进给机构，以制造出更为先进的微小孔钻孔加工设备。工艺方面，主要通过优化钻孔速度、进给量、冷却条件等切削参数获得，振动钻孔技术的提出，也为解决微小孔钻孔的技术难点指明了新方向。振动钻孔的原理如下：钻头在受激励后做振动，这种振动是周期性的，因而在传统机械钻孔基础上，实现切削用量按需求的规律改变，最终改善切削效能。采用这种工艺方法的好处是不仅钻头寿命显著增加，小孔加工的精度和表面质量也得到了提升。加工刀具方面，目前利用 WEDG (Wire Electrode Discharge Grinding)技术可以制作出直径约 10m 的钻头，如图 1.2 所示。图 1.2 机械钻孔加工中的微型钻头 机械冲孔加工机械冲孔加工需要制造专用的模具，设备投资较大，生产周期较长，加工成本高，与钻孔加工不同的是冲孔加工更适用于板件上的大量孔加工。冲孔加工的优点有：在成批量加工小孔时，成本远低于钻孔加工；加工稳定性好，加工用的模具使用寿命长。冲孔加工也存在不足之处，如当加工的小孔孔径小于 1mm，且板厚大于 1mm 时，冲孔加工就会变得非常困难，不仅加工效率很低，而且造成工件的加工变形。图 1.3 所示是机械冲孔加工出的直径为 25m的微孔。1.1.2 特种加工方法 高速电解穿孔加工高速电解穿孔加工是一种利用电腐蚀现象进行加工的方法，它通过在工具电极和工件之间施加脉冲电压，利用火花放电时产生的局部高温来去除多余的金属材料，进而达到一定加工要求。小孔加工是高速电解穿孔加工的一种典型应用，尤其在加工非冲模类的小孔、深孔、群孔、异型孔和微孔时，具有相当实用、经济性好、效率高的优势。高速电解穿孔加工，高速流动的工作液从中空管状电极内喷出，充满加工区域，并配合以工具电极旋转进给的方式进行加工。高速电解穿孔加工速度快，深径比大，最大加工深度可达 60mm，加工稳定性好，成本较低，正越来越多的应用于发动机叶片上气膜冷却孔的加工中。 高速电解穿孔加工会在孔壁上产生再铸层、微裂纹等，影响零件的使用性能和寿命，通过优化加工参数，可实现高速电解加工后较少的再铸层，再铸层厚度在 40m 以下，采用高速电解穿孔加工后的气膜冷却孔还需进行后期再处理，以去除再铸层，图 1.4 为电解穿孔加工叶片气膜冷却孔。（a）加工导向叶片 （b）加工工作叶片图 1.4 电解穿孔加工叶片气膜冷却孔 管电极电解加工管电极电解加工，电解液一般为酸性 H2SO4、HCL 溶液或中性 Na NO3、Na Cl 溶液及其混合溶液等，使用中空状的金属管作为工具阴极，工具电极由主轴带动向下进给，同时高速流动的工作液从管电极内部流出充满加工间隙（正流方式），利用电解作用持续腐蚀去除工件多余材料，从而加工出预定的孔型，图 1.5 是管电极电解加工示意图。图 1.5 管电极电解加工示意图管电极电解加工时，进给装置带动工具电极进给，由于电场的发散性，小孔入口周围不需要加工的侧面区域也会造成一定量的去除，形成类似喇叭状的小孔入口，形成杂散腐蚀现象，使工件表面粗糙度增大，引起孔型变化，影响小孔加工精度。通常采用两种方法来提高电解加工的定域能力，从而提高加工精度：一是通过控制加工参数（电压、电流）或阴极进给速度来控制极间间隙，研究表明阴阳极间间隙越小，加工精度越高；二是对电极进行绝缘性处理，改变电极的边缘条件，以减弱电极侧壁电场的影响。在管电极电解加工中，管电极要有适宜的外形和尺寸，以达到加工出预定孔型的要求；绝缘层要涂覆均匀且与管壁间有良好的结合力，在承受电解液的高速冲刷和加工热的作用不会脱落，且绝缘层内不允许有气孔和杂质等缺陷。侧壁涂绝缘层的管电极电解加工出的小孔，如图 1.6 所示。（a）垂直于工件表面加工的小孔 （b）呈一定角度加工的斜孔图 1.6 管电极电解加工小孔 复合加工 复合加工是组合了两种或两种以上的加工方法而产生的新型工艺方法。复合加工利用了不同加工方法的优点，可获得较高的加工效率与加工质量。目前常用的微小孔复合加工方法有微细电解-电解加工、微细超声-电解加工、微细激光-电解复合加工技术等。 Minh Dang Nguyen等人利用微细电解-电解加工技术（SEDCM milling）加工微小孔，以低电导率的去离子水作为工作液，利用微细电解加工去除材料和电解加工对电解加工后的侧壁进行光整，进行微小孔加工，得到了表面质量好，孔型精度高的微孔。采用脉冲频率500k Hz，占空比 30%，进给速度 0.2m/s 的加工参数，在 14min内加工出直100m 左右的微孔，如图 1.7 所示。由加工时间 14min可见采用低电导率的去离子水作为工作液，进行微细电解-电解加工效率较低，不适合大量微小孔的加工。图 1.7 利用电解-电解复合加工出的微孔南京航空航天大学朱荻教授课题组采用超低浓度盐溶液作为工作液，以中空状的管电极为阴极进行微小孔电解-电解复合加工，充分利用电解高速穿孔加工效率高的优势和电解加工去除再铸层的优点，得到了加工效率高、表面质量较好，材料去除率较高和再铸层厚度较小的微孔。 图 1.8 为电解加工后和电解-电解复合加工后的小孔金相照片对比，从小孔端面和孔深方向可以看到电解加工后分布的白色再铸层组织，而电解-电解复合加工后白色的再铸层组织已大多被去除。图 1.8 小孔再铸层去除效果对比1.2 对电解小孔加工机床的技术要求本文研制的微小孔电解-电解复合加工机床用于涡轮叶片气膜冷却孔的加工，小孔加工精度与机床性能、几何精度等因素相关。考虑电解-电解复合加工技术的要求，该设备平台具备下列特点： （1）良好的耐腐蚀性。本文提出的复合加工方法采用了超低浓度的中性盐溶液作为工作液，虽然其浓度极低，但也有可能对金属材料产生一定腐蚀。现有的大多数电解加工机床，床身采用铸铁铸造，故需对复合加工机床进行一定的防腐处理，同时在与工作液接触的部位采用具备良好耐腐蚀性能的不锈钢材料。 （2）高工作液压力。高的工作液压力有利于加工产物的排出，尤其是采用管电极内冲加工时，由于管电极直径较细，其内径更小，高的工作液压力能确保工作液的流速，及时带走产物，所以本机床的循环系统中设计了高压泵供液系统。（3）良好的循环过滤装置。复合加工过程中将产生电蚀颗粒和电解产物，因此需对工作液进行有效净化，故设备中配置了循环过滤装置。（4）多轴运动机构，以适应多角度小孔加工要求。考虑到气膜冷却孔的角度分布，机床应有较多的运动或旋转轴，覆盖尽可能大的空间范围，才能够满足叶片气膜冷却孔加工的位置要求。同时各轴均需由数控系统控制，以保证机床运动精度，运动速度应可调。 （5）更为有效的脉冲电源。例如可以采用高低压复合脉冲电源用于复合加工，实现高效率高质量加工。高压时主要进行电解加工，用于快速去除材料，低压时主要进行电解作用，用于去除电解加工产生的再铸层。高低压复合脉冲电源的峰值电流、脉宽、脉间、进给速度等分档可调，实现多档位选择。第2章 电解小孔整体方案设计2.1 总体要求本设计的的研究目的主要在于研制专用孔的加工装置。技术要求为：加工孔径3mm,深径比约为1:30。本设计需要采用C型立式结构，设计机床的主要部件如床身、滑枕头、进给系统、工作箱、工作台和导电系统。对各个主要部件要进行认真分析计算和设计，从而达到较好的设计效果。2.2 电解加工原理电化学制造技术按原理可分为两类，一类是基于阴极沉积原理的增材制造技术，如精密电铸、刷镀等，另一类是基于阳极溶解原理的减材制造技术，如电解加工、电解抛光等。这两类技术有一个共同点，无论是材料的减少还是增加，加工过程都是以离子的形式进行的。要实现微细加工，首先要解决其加工单位的微细化问题，既单位加工量尽可能地少。在电解加工过程中，材料的转移是以离子尺度进行，由于金属离子的尺寸非常微小(10-1nm级)，这在加工原理上解决材料“切削量”的微细化问题。因此，相对于其它“微团”去除材料方式(如微细电解、微细机械磨削)，这种以“离子”方式去除材料的微去除方式使得电化学加工技术在微、纳米加工领域存在着极大的研究探索空间。图2-1为微细电解加工原理图。电解加工系统是一个由两类导体串联形成的电化学系统，电子得失的电化学反应发生在两类导体界面，即电极的双电层。由于双电层的形成，在界面上就产生一定的电位差，即电极电位，在一定外加电压下，电极电位偏离，使界面发生电化学反应。其导电过程的机理是在外电场作用下，金属导体中的自由电子定向运动，电解液中的正、负离子分别向阴极、阳极移动，在双电层上进行有电子参与的电化学反应，既电极反应，如此而形成完整的导电回路。图2.1 液态介质循环系统图由于双电层电荷间距为10-10m数量级，双电层场强相当大，使本来不能进行的化学反应变得可以进行。工件作阳极，在其表面的金属原子M失去电子成为金属正离子M+n溶入电解液而逐层地被电解下来，使工件尺寸、形状发生变化，实现加工的目的。从加工机理上来说是离子去除，因此可达到微细加工的目的。根据法拉第定律，阳极金属溶解的质量（M）和溶解的体积（V）分别为： （2-1） （2-2）式中 M阳极溶解的质量；V阳极溶解的体积；Q通过界面的电量；质量电化当量；I电流强度；t电流通过的时间；阳极金属的密度；电化学当量。由式（2-1）和（2-2）可知，只要控制电流密度大小、电化学反应区域和电流通过的时间，就可以控制工件的去除量和去除速度，实现电化学微细溶解，又由于电解过程中没有宏观作用力产生，不需考虑工件材料的强度、硬度等机械特性，加工表面不产生应力，因而具备实现微细加工的基本条件。电解加工技术具有优良的加工机理，在微细加工领域具有很大的发展潜力，但电解加工的杂散腐蚀及间隙中电场、流场的多变性严重制约了其加工精度，加工间隙大，其加工的微细程度目前还不能与电化学沉积的微细电铸相比，因此需要在加工工艺和装置上不断创新，才能实现微细电解加工。2.3 机床总体布局选型本机床选择C 型立式结构，因为本电解机床受力较小，属小型机床，此种布局简单、清晰、结构联接件较少。机床支撑采用立柱式结构，用螺钉紧固在工作台面上，横梁固定安装在立柱上。主轴进给采用步进电机，由滚珠丝杠传动，直线滚珠导轨上下移动，步进电机与丝杠用刚性联轴器相接。无减速机构，直接用电机转速调节主轴头上下运动。本设计为了使电极旋转，从而使加工孔径均匀、质量提高，故在主轴头上加了一附件（旋转电机），采用V 带传动，带动电极转动，结构见装配图。采用C 型立式结构有下列优点： 结构简单，结构联接件较少，采用直线滚珠导轨易于保证直线度和垂直度。采用步进电机价格低廉，无积累误差，易于数字控制，传动刚度和灵敏度都可满足，加工稳定，加工精度可以保证。图2.1 机床总体布局1.床身 2.工作台3.工作箱 4.滑枕头5.电机 6.输液系统7.导电系统2.4 传动方式的选择机械传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。传动方式的选择主要取决于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求(1)齿轮传动齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大优点：1：传动效率高；2：传动比大；3：传递扭矩大；4：寿命长。缺点：1：重量大；2：噪音大；3：传动距离较小；4：需要经常润滑。（2）带传动 带传动是由固联于主动轴上的带轮（主动轮）、固联于从动轴上的带轮（从动轮）和紧套在轮上的传动带组成的. 带传动的类型：常见的传动类型有：平带传动、V型带传动、多楔带传动、同步带传动. 平带传动是带传动中最简单的结构,适用于中心距较大的情况,但它不适合于高速传动. V带传动（俗称三角带）：V传动有较大的摩擦力且传动平稳应用广泛. 多楔带传动：它兼有平带和V带的优点,柔性好,摩擦力大,适用于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合. 同步带传动：他是啮合传动,转速高,精度高,适合高精度仪器装置中. 带传动的特点：优点:结构简单,使用维护方便；过载时,带会在带轮上打滑,避免损坏其它零件,有过载保护作用；运行平稳噪音小、振动小；制造安装精度要求不高.缺点:由于弹性且靠摩擦力传动,因此带与带轮之间存在弹性滑动,不能保证准确传动比；由于传动中存在弹性滑动,消耗了部分功率,传动效率较低；使用寿命较短；与啮合传动相比,张紧力和轴上压力较大,轴易受损；不适宜高温、易燃、易爆、油污的场所.（3）电动机直接驱动 普通的伺服电机要实现低速大扭矩输出时，必须加减速机等减速机构，以实现降低转速，提升扭矩。虽然这种解决办法可以实现低速大扭矩的运行，但在此过程中，由于加入了减速机构，降低了系统的精度及效率。给系统带来了能量损耗、精度损失、噪音等等不良后果。电动机的也现，完美的解决了此类问题的发生。电动机本身为低速大扭矩输出，不用减速机构，直接与负载相连。消除了由于减速机构所带来的不良后果，整体上提高了系统的精度。另外，由于电动机本身的高定位精度、高响应速度等特点，更好的保证和提高了系统的精度，简化了系统结构，同时，也节省成本。综合以上传动方式比较，在此次设计的机床中，因为在电解加工中几乎无任何切削力，机床功率较小，故选择V 带传动。其具有安装容易、占地面积小、传动效率高和噪音小等优点，在整个传动领域中占有重要地位 。2.5 床身选择C 型结构：特点：刚性尚且还可以，稳定性好，工作箱可达性好，操作方便。设计要求:(1)确保床身纵向刚度，防止在电解加工中受轴向力而挠曲变形。(2)床身工作台设计时防止工作台受压变形。(3)床身工作台对滑枕的安装基面垂直度要求公差0.025mm。(4)床身外表面途耐蚀绝缘漆，并加阴极保护。2.6 滑枕头选择滚珠丝杠。选用直线滚珠导轨（具体见零部件设计）。设计要求:滑枕头导轨面与工作台面垂直度公差0.01mm.滚珠丝杠副与丝杠螺母副相比较，丝杠螺母不但要清除传动的间隙的复杂程度高，而且耐磨性、润滑性不好，使用不耐久，精度低，而采用滚珠丝杠副传动平稳，摩擦系数较小，形位精度高，运动灵活，传动精度高，刚性强。2.7 进给系统选择步进电机拖动数字控制系统技术要求：进给灵敏度高，分辨率高，位置分辨度：0.01mm，速度分辨度：0.01mm/min。进给稳定，不爬行，飘移小于0.01mm.(3)速度特性硬：空载到满载DvS,丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临街转速。要求丝杠的最大转速。 临街转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求 5） 刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T()共同作用下引起每个导程的变形量(m)为： 式中:A丝杠截面积,；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢；T为转矩。 式中：为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；卫平均工作载荷 按最不利的情况取（其中） 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： 通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2，即 该丝杠的满足上市，所以其刚度可以满足要求。 6） 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。 3.4.2 Y轴滚珠丝杠副 （1） 精度 要求：进给精度 快速进给精度 （2） 疲劳强度 丝钢的最大载荷为最大进给力加摩擦力，最大进给力为1625N,工作台质量900kg,则： 1）摩擦力 根据机电一体化设计基础 计算载荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D级精度则： 2）计算额定动载荷 取丝杠的工作寿命为, 3）选用 FC1-4020-2.5型丝杠，由表2-9得丝杠副数据：公称直径 导程 滚珠直径 按表2-1种尺寸公式计算： 滚道半径 偏心距 丝杠内径 4）稳定性验算丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数S 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa；l为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩（）；为长度系数，取。 安全系数 查表2-10，S=2.53.3 ,SS,丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临街转速。要求丝杠的最大转速。 临街转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求 5）刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T()共同作用下引起每个导程的变形量(m)为： 式中:A丝杠截面积,；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢；T为转矩。 式中：为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；卫平均工作载荷 按最不利的情况取（其中） 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： 通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2，即 该丝杠的满足上市，所以其刚度可以满足要求。 6）效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。3.4.3 Z轴滚珠丝杠副 （1）精度 要求：进给精度 快速进给精度 （2）疲劳强度 丝钢的最大载荷为主轴重量加摩擦力，最小载荷为主轴重量减最大进给力的垂直分力。主轴重量为300kg,则： 1）摩擦力 根据机电一体化设计基础 计算载荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D级精度则： 2）计算额定动载荷 取丝杠的工作寿命为, 3）选用 FC1-4020-2.5型丝杠，由表2-9得丝杠副数据：公称直径 导程 滚珠直径 按表2-1种尺寸公式计算： 滚道半径 偏心距 丝杠内径 4）稳定性验算丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数S 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa；l为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩（）；为长度系数，取。 安全系数 查表2-10，S=2.53.3 ,SS,丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临街转速。要求丝杠的最大转速。 临街转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求 5）刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T()共同作用下引起每个导程的变形量(m)为： 式中:A丝杠截面积,；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢；T为转矩。 式中：为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；卫平均工作载荷 按最不利的情况取（其中） 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： 通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2，即 该丝杠的满足上市，所以其刚度可以满足要求。 6）效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。3.5 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,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CP=110/4=27.5N 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。3.6 圆柱直齿轮传动的设计与校核选择材料、热处理方式、精度等级及齿数由表7-1，选择小齿轮材料40Cr，调质处理，硬度241286HBS；大齿轮材料35SiMn，调质处理，硬度229286HBS。齿轮精度为8级。 取小齿轮齿数，大齿轮齿数，为防止磨损集中在某几个齿上，按齿面接触强度设计a.确定各参数数值初选载荷系数由表7-5，初选齿宽系数由表7-6，查得弹性系数由图7-12查取节点区域系数由图7-18,查得接触疲劳强度极限，；小齿轮应力循环次数；大齿轮应力循环次数；由图7-19查得接触疲劳系数，（允许局部点蚀）取安全系数，则： b.确定传动尺寸初算小分度圆直径圆周速度查图7-7得动载荷系数；由表7-2查得使用系数；由表7-3，假设，得齿间载荷分配系数；由图查取齿向载荷分布系数（设轴刚性大）；故载荷系数按K值对修正，即按表7-7，取m=2mm； 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终 合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则 m=2 4 几何尺寸计算 （1）计算中心距 (2)分度圆直径校核齿根弯曲疲劳强度a.确定各参数由表7-4查取齿形系数和应力校正系数，；，由图7-17查得弯曲疲劳寿命系数，；由图7-16查表得齿轮弯曲疲劳极限，取安全系数，计算得许用弯曲应力：b.验算齿根弯曲强度 弯曲疲劳强度足够。c.验算 ，合适。3.7 联轴器的选择 金属弹性元件挠性联轴器是由各种片状、圆柱状、卷板状等形状的金属弹簧，利用金属弹簧的弱性变形以达到补偿两轴相对偏移 和减振、缓冲功能，构成不同结构、性能的挠性联轴器。金属弹性元件比非金属弹性元件强度高，使用寿命长，传递载荷能力大，,适用于高温工况，弹性模最大且稳定。如图3.5所示膜片联轴器是由几组膜片（不锈钢薄板）用螺栓交错地与两半联轴器联接，每组膜片由数片叠集而成，膜片分为连杆式和不同形状的整片式。膜片联轴吕靠膜片的弹性变形来补偿报联两轴的相对位移，是一种高性能的金属弱性元件挠性联轴器，结构较紧凑，强度高，不用润滑，使用寿命长，无旋转间隙，不受温度和油污影响，具有耐酸、耐碱、防腐蚀的特点，适用于高速、高温、有腐蚀介质工况环境的轴系传动，广泛用于各种机械装置的轴系传动 。图4.7 DJM5金属膜片挠性联轴器3.8 轴承的选择 滚珠丝杠中经常使用的滚动轴承有以下两类。 （1）接触角为的角接触球轴承这是目前国内外广泛采用的滚珠丝杠轴承，这种轴承可以组合配置。一种为面对面方式，另一种为背靠背组合方式。这两种方式都可承受双向轴向推力，还有一种是通向组合方式，其承受能力较高，但只承受一个方向的轴向力，同向组合时的额定动载荷等于单个轴承的乘下列系数：2个为1.40;3个为2.16；4个为2.64。由于螺母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中难免有误差，而且采用面对面组合方式时两接触线与轴线交点间的距离a比背对背的小，故容易实现自动调整。因此在进给传动中面对面组合用的较多。（2）滚针推力圆柱滚子组合轴承 外圈与箱体固定不转，内圈和隔套内圈随轴转动，滚针承受径向载荷，圆柱滚子分别承受两个方向的轴向载荷，修磨隔套内圈的宽度可调整轴承的轴向预紧量。本次设计选用角接触球轴承，根据轴的直径选用型号为表3.3中的7009 GB/T 2921994。表4.4 角接触球轴承3.9 步进电机的选择目前，经济型数控中大多数采用反应式步进电机。1. 首先根据最大静转距从表中查出，当步进电机为三相六拍时， (3.20)纵向： (3.21)按此最大静转矩产步进电机型号表（三相）可查出，110BAG3500型最大静转矩转矩为8N.m，大于所需静转矩，可作为初选型号。但必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。步进电机起动频率 HX (3.22)最高工作频率 HX (3.23)从电机表中查出，110BAG3500型步进电机的空载起动频率为1600HX，运行频率为30000HX，满足要求。横向： (3.24)按此最大静转矩产步进电机型号表（三相）可查出，90BAGH3502型最大静转矩转矩为5N.m，大于所需静转矩，可作为初选型号。结 论本课题结合目前国电解小孔机床的研究现状和发展方向，具体阐述了一种电解小孔机床开发过程。本文主要完成的工作如下：1、电解小孔机床结构方案的确定。分析了电解小孔机床的特点，确定了电解小孔机床基本结构，并确定其基本尺寸。2、确定了电解小孔机床技术指标及参数。对该电解小孔机床进行了计算。3、零件的刚度和寿命计算与校核。对各个已设计零件进行刚度和寿命计算，确保满足使用要求，使该电解小孔机床有足够的可靠性。通过本次毕业设计，不仅把大学所学到的理论知识很好的运用到毕业设计中，而且培养了自己认真思考的能力，在处理问题时有了新的认识和方法，并加强了和同学之间进行探讨和解决问题的能力。通过对专业知识的接触和深入学习，以及对相关信息的获取，我深切地认识到，就目前的发展而言，我国的工业还比较落后，与发达国家相比还存在很大的差距。尽管我们不断地在努力，但想在很短的时间内改变这种现状是很难的，尤其是对于我们这样一个国情的大国。所以，我们应该拥有的是一种民族意识，不断的追求创新。 本次毕业设计中，我做的是整体设计部分，通过本次毕业设计，不仅锻炼了自己查阅资料的能力，而且能够熟练运用国家标准、机械类手册和图册等工具进行设计计算分析。这次毕业设计还让我体会到团体的力量，提高自己的团队意识，遇到问题时和小组成员进行讨论和分析或是请教老师，直到得到满意的结果。展望:希望能将这套设计应用到具体实践当中,通过实践来验证理论的正确性。通过理论知识与具体实践结合起来，才能真正把一门知识应用起来。参考文献1 张建民.机电一体化系统设计M.高等教育出版社，2001（2）：4549.2 冯开平，左宗义.画法几何与机械制图M.华南理工大学出版社，2005（3）：5160.3 顾崇衔.机械制造工艺学M.陕西科学技术出版社，1999（6）：11.4 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.高等教育出版社，2002（4）：7983.5 李佳.电解小孔机床数控化改造机应用M.北京：清华大学出版社，2001：70-88.6 张立勋.机电一体化系统设计M.高等教育出版社，2007：40-51.7 濮良贵.机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社，2004：34-46.8 徐灏主.新编机械设计师手册M.北京：机械工业出版社，1995：99-140.9 张立勋，董玉红.机电系统仿真与设计M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006：53-78.10 吴宗泽.机械结构设计M.北京：机械工业出版社，1987：97-112.11 白文庆.数控改造化车床的数控设计J.机械产品与科技，2005，3（2）：92-102.12 张丽芳.数控改造化车床的数控设计设计J.船电技术，2008，11：56-65.13 张建明.机电一体化系统设计M.北京：高等教育出版社，2001：77-94.14 张树森.机械制造工程学M.沈阳：东北大学出版社，2005：167-180.15 顾维邦.金属切削电解小孔机床概论M.北京：机械工业出版社，2005：6-30.16 周开勤，康蓉城.机械设计师实用手册M.天津：天津科学技术出版社，1992：435-474.17 唐仲文.实用电解小孔机床数控化改造技术手册M.北京：北京出版
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