高速电火花打小孔机床机械结构的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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. 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 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 件来完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 纸 4 张，其中至少 1 张装配图 专业负责人意见 签名： 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V A of is of Z on of to a is by to to of of (1) a of (2) of of (3) of (4) a DM on (5) of (6) of 3D of (7) to DM on 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 目 录 . 概述 . 15 火花加工前言 . 15 火花加工工作原理 . 15 火花加工特性 . 15 火花加工主要特点 . 16 2 高速电火花打小孔机床总体设计 . 18 体概述 . 18 术参数 . 18 3 高速电火花打小孔机床 Z 轴机械结构设计 . 19 定脉冲当量 . 19 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 19 度的选择 . 19 杠导程的确定 . 19 大工作载荷的计算 . 19 大动载荷的计算 . 20 珠丝杠螺母副的选型 . 20 珠丝杠副的支承方式 . 21 动效率的计算 . 21 度的验算 . 21 定性校核 . 22 界转速的验证 . 22 进电动机的选择 . 23 杠轴的校核 . 24 的校核 . 25 承的校核 . 26 线滚动导轨副的计算、选择 . 26 柱的强度与刚度的计算 . 29 4 主轴部分计算 . 32 轴部分电机的选取 . 32 轴的基本要求 . 33 旋转精度 . 33 刚度 . 33 抗振性 . 34 温升和热变形 . 34 耐磨性 . 34 轴组件的布局 . 35 轴结构的初步拟定 . 37 轴的材料与热处理 . 37 轴的技术要求 . 37 主轴直径的选择 . 38 轴前后轴承的选择 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轴承的 选型及校核 . 39 主轴前端悬伸量 . 41 轴支承跨距 . 41 主轴结构图 . 42 主轴组件的验算 . 42 支承的简化 . 42 主轴的挠度 . 43 主轴倾角 . 44 5 高速电火花打小孔机床液态介质循环系统的设计 . 45 件电极的设计 . 45 极材料 . 46 极的结构形式 . 47 极尺寸的确定 . 48 6 高速电火花打小孔机床的三维虚拟展示 . 51 结 论 . 56 参考文献 . 57 致 谢 . 58 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 1 概述 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 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 50年代改进为电阻 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。 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。 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。另一个影响排买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 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。 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。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 2 高速电火花打小孔机床 总体设计 体概述 电火花小孔加工机床能加工不锈钢，淬火钢，硬质合金，铜，铝等多种导电材料 ，能加工孔径 3大深径比能达 300:1以上，加工速度每分钟可达 40能直接从斜面，曲面穿入 ，工作台 X,Y,。 术参数 工作台面尺寸 (438318 438318 工作台行程 (350250 350250 Z 轴行程 (300+300 300+300 加工深度 (0 300 0 300 最大加工速度 (mm/mm/65 65 最大加工电流 (A) A) 30 30 加工孔径范围 (3 3 工作台承受重量 (200 200 工作液 /皂化液 /皂化液 作液桶容量 (L) L) 30 30 机床供电电源 80V/5080V/50大消耗功率 (of 床外形尺寸 (11007501700 11007501700 机床重量 (600 600 控制方式 轴自动 轴自动 显 轴数显 3 二轴数显 2 Z 轴定深功能 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 3 高速电火花打小孔机床 Z 轴 机械结构 设计 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 冲。 根据 高速电火花打小孔机床 精度要求确定脉冲当量 冲 。 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。 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程变动量300 1/2,在最后精度验算中确定。对于车床，选用滚珠丝杠的精度等级 1 3级（ 1级精度最高）， 5级，考虑到本设计的定位精度要求和改造的经济性，选择 级，级。 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 大工作载荷的计算 最大工作载荷叫进给牵引力 ,其实验计算公式如表 3 表 3导轨类型 实验公式 K 矩形导轨 )( 尾导轨 )2( 合或三角导轨 )( 8 表中 K 为考虑颠覆力矩影响时的实验系数； 为滑动导轨摩擦系数； G 为移动部件总重量。 G=1000 N 查表 3K 取 取 为 1000N ； 算得 )( =1197+ 3420+1000） =(N 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 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 式中： L 滚珠丝杠副的寿命系数，单位为 610 r， 610/60 （ 通 高速电火花打小孔机床 T 取 5000控 高速电火花打小孔机床 T 取15000h； 载荷系数，一般取 设计取 硬度系数（ 58时取 等于 55 时取 于 取 于 50时取 于 45时取 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 a x mV j ,初选丝杠基本导程 ，则丝杠转速 m 5/1 0 0 0m a x 。取滚珠丝杠使用寿命 5000 ，带入 610/60 得 L =90；取 2.1 1入 ，求得 ： 17390N。 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 C , 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下10( 长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷 C )32( 。 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 附件有限公司生产的 用双螺母螺纹式预紧，精度等级为 4级，其参数如表 3 表 3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 / 1 02d 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 40 8 6 31 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。 动效率的计算 滚珠丝杠的传动效率 一般在 计算公式如下： =) 式中： 螺距升角，d,可得 =2 91； 摩擦角，一般取 =10。 算得： =)01192192 =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 1 、丝杠与螺母间滚道的接触变形 2 、支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形3。 因转矩和丝杠 以 2 、3可以忽略不计，所以丝杠的拉伸或压缩变形量为： 1 = （“ +”号代表拉伸，“ -”代表压缩） 式中：丝杠的最大工作载荷，单位为 N ； 丝杠纵向最大有效行程，单位为 E 丝杠材料的弹性模量，钢 ； S 丝杠的横截面面积，单位 2丝杠螺纹的底径2 根据前面的设计，6652算得： 1 =25 ) 6 3 3 = ( m 查表 3m 361 10r 可 按基本额定动载荷计算值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。当轴承可靠性为 90、轴承材料为常规材料并在常规条件下运转时，取 500时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算。 C 基本额定动载荷计算值， N； P 当量动载荷， N； 寿命因数； 1 速度因数； 力矩载荷因数，力矩载荷较小时取 大时取 2； 冲击载荷因数； 1.5 温度因数； 1 轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷， N； 查文献 3中的表 6， ； 。 在本输送装置中，可以假设轴承只承受径向载荷，则当量动载荷为： P=文献 3的表 6， X=1， Y=0； 所以， P=128N。由以上可得： 8 71 1 2 1 本输送机中的轴承承受的载荷多为径向载荷，所以选取深沟球轴承，查