数控线切割机床本体设计说明

1、 .PAGE36 / NUMPAGES44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

2、的基本方法包括现场实习，查阅资料，请教专业人士与老师的帮助。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 th

3、e 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

4、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 orient

5、ation 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 persona

6、ge and the help of teacher . Key words:wire electrical-discharge machining；Traverse；Longitudinal into to 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295797814摘要 PAGEREF _Toc295797814 h IHYPERLINK l _Toc295797815第1章绪论 PAGEREF _Toc295797815 h 1HYPERLINK l _Toc2957978161.1 数控线切割机床的研究意义 PAGEREF _Toc295797816 h

7、1HYPERLINK l _Toc2957978171.2 数控线切割机床的发展现状 PAGEREF _Toc295797817 h 1HYPERLINK l _Toc295797818第2章总体方案设计 PAGEREF _Toc295797818 h 3HYPERLINK l _Toc2957978192.1 总体方案的拟定 PAGEREF _Toc295797819 h 3HYPERLINK l _Toc2957978202.2 主要技术参数的确定 PAGEREF _Toc295797820 h 4HYPERLINK l _Toc295797821第3章储丝走丝部件结构设计 PAGEREF

8、 _Toc295797821 h 6HYPERLINK l _Toc2957978223.1 储丝走丝部件运动设计 PAGEREF _Toc295797822 h 6HYPERLINK l _Toc2957978233.1.1 对高速走丝机构的要求 PAGEREF _Toc295797823 h 6HYPERLINK l _Toc2957978243.1.2 高速走丝机构的结构与特点 PAGEREF _Toc295797824 h 6HYPERLINK l _Toc2957978253.2 储丝走丝部件主要零件强度计算 PAGEREF _Toc295797825 h 13HYPERLINK l

9、 _Toc2957978263.2.1 齿轮传动比的确定 PAGEREF _Toc295797826 h 13HYPERLINK l _Toc2957978273.2.2 齿轮齿数的确定 PAGEREF _Toc295797827 h 14HYPERLINK l _Toc2957978283.2.3 传动件的估算 PAGEREF _Toc295797828 h 15HYPERLINK l _Toc2957978293.2.4 齿轮模数估算 PAGEREF _Toc295797829 h 16HYPERLINK l _Toc2957978303.2.5 齿轮模数的验算 PAGEREF _Toc2

10、95797830 h 17HYPERLINK l _Toc2957978313.3 储丝走丝部件主要零件强度验算 PAGEREF _Toc295797831 h 20HYPERLINK l _Toc2957978323.3.1齿轮强度的验算 PAGEREF _Toc295797832 h 20HYPERLINK l _Toc2957978333.3.2 主轴的验算 PAGEREF _Toc295797833 h 23HYPERLINK l _Toc2957978343.4 主轴组件结构设计 PAGEREF _Toc295797834 h 25HYPERLINK l _Toc2957978353

11、.4.1 轴承的配置形式 PAGEREF _Toc295797835 h 25HYPERLINK l _Toc2957978363.4.2 主轴组件的调整和预紧 PAGEREF _Toc295797836 h 26HYPERLINK l _Toc295797837第4章进给传动设计 PAGEREF _Toc295797837 h 27HYPERLINK l _Toc2957978384.1 进给传动运动设计 PAGEREF _Toc295797838 h 27HYPERLINK l _Toc2957978394.2 滚珠丝杆螺母副选型和校核 PAGEREF _Toc295797839 h 27

12、HYPERLINK l _Toc2957978404.2.1 滚珠丝杆螺母副的型号选择 PAGEREF _Toc295797840 h 27HYPERLINK l _Toc2957978414.2.2滚珠丝杆的选型和校核 PAGEREF _Toc295797841 h 29HYPERLINK l _Toc2957978424.3 步进电机的选用 PAGEREF _Toc295797842 h 32HYPERLINK l _Toc2957978434.4 进给机构的支承设计 PAGEREF _Toc295797843 h 32HYPERLINK l _Toc2957978444.4.1 丝杆的支

13、承形式 PAGEREF _Toc295797844 h 32HYPERLINK l _Toc2957978454.4.2 丝杆的支承方式 PAGEREF _Toc295797845 h 32HYPERLINK l _Toc295797846结论 PAGEREF _Toc295797846 h 34HYPERLINK l _Toc295797847致 PAGEREF _Toc295797847 h 35HYPERLINK l _Toc295797848参考文献 PAGEREF _Toc295797848 h 36CONTENTSAbstractIIChapter1 Introduction1 1

14、.1 Nc wedm research significance1 1.2 Nc wedm development present situation1Chapter2Overall design32.1 Development of overall program32.2 Main Technical Parameters4Chapter3Wire storage components design to go wire63.1 Reserve component wire to go wire Motion Design63.1.1High-speed wire agency requir

15、ements go63.1.2 Features of the structure of wire agencies63.2 Reserve component wire to go wire main parts Strength133.2.1Determine the gear ratio133.2.2Determination of number of gear teeth143.2.3 Estimation of gear transmission parts to determine153.2.4 gear module estimates163.2.5 Modulus checki

16、ng gear173.3 Reserve wire main parts to go wire strength checking Parts203.3.1 checking gear strength203.3.2 Checking the spindle233.4 The structural design of the spindle assembly253.4.1 bearing configurations253.4.2 Adjustment and tightening the spindle assembly26Chapter4 Design of the feed drive2

17、74.1 Feed drive motion design274.2 The ball screw model selection 274.2.1 screw nut beads model selection274.2.2 Selection and check of ball screw294.3 The selection of the stepper motor324.4 Bearing design feed mechanism324.4.1 support in the form of screw324.4.2 Screw Bearing Form32Conclusion30Tha

18、nks31References32第1章 绪论1.1 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与本身加工的特点（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

19、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1.2 数控线切割机床的发展现状电火花线切割加工（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

20、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Digital AE 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，

21、其差距在渐渐缩小。电加工机床研究所展出的DK7632 机床。在原有技术基础上又有新的突破，改进了放电状态检测与伺服控制电路，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与市场竞争的日趋激烈，近

22、年来国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。第2章 总体方案设计2.1 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。

23、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

24、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。图21 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。2.2 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。DK7732电火花线切割机床的主要技术参数如下：工作台行程/mm 500*320最小切削厚度/mm 30（可调）加工表面粗糙度Ra/m 2.5切割速度/mm/min 100加工精度/mm 0.015切割工件最大厚度/mm 300电极丝移动速

25、度 1.1m/s电极丝直径 0.10.2mm储丝走丝部件结构设计3.1 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0.12mm到0.25mm之间调节。3.1.1 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

26、走丝速度在712m/s围无级或有级可调，或恒速转动。 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。3.1.2高速走丝机构的结构与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3-1所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。支架与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，齿轮与丝杆螺距的搭配为设旋转一圈拖板移动0.25mm，所以该储丝筒适用于0.25mm以下的钼丝。储丝筒运转时应

27、平稳，无不正常振动。滚筒外圆振摆应小于0.03mm，反向间隙应小于0.05mm，轴向窜动应完全彻底消除。图31 DK7732机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、滚筒与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、三角导轨与丝杆、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

28、，按机床规格的不同，选用的围一般为1.55mm。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面粗糙度，一般R为0.8m。为保证丝筒组合件动态平衡，应严格控制孔、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0.01mm。一般装配后，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

29、2.上下拖板 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3-2由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、机构的稳定性与运动精度。3.齿轮副和丝杆副走丝机构上拖板的传动链是由2级减速齿

30、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。 图32 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。4.线架、导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

31、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： 具有足够的刚度和强度，在电极丝运动（特别是高速走丝）时，不应出现震动和变形； 线架的导轮有较高的运动精度，径向偏摆和轴向窜动不超过0.005mm； 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

32、类型。悬臂式固定线架主要由线架本体、导轮运动组合件与保持器等组成。(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，还有采用丝臂开高度可调的分离式结构，如下图3-3所示。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

33、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。为了适用线架丝臂开高度的变化，在线架上下部分应增设副导轮，如图3-3所示：图2-3 可调式线架本体结构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。图3-4 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

34、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，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，不容易发生变形与跳动。双轴尖支撑结构。导轮两端加工成30锥形轴尖，硬度在RC60以上。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围。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

35、结构的特点，可以看出第二种结构比较适合作为DK7732高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GCr15、W18Cr4V），也可以选用硬质合金或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，以与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

36、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。3.2 储丝走丝部件主要零件强度计算3.2.1 齿轮传动比的确定钼丝丝距选择0.25mm，储丝筒每转一周，拖板带动储丝筒移动0.25mm，丝杆螺距选择为3mm。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=1：4；u=1：3。3.2.2 齿轮齿数的确定取Z=15；由于齿轮齿根与轴上键的距离不能为零。即-（d+t）2m由d=16mm查文献4表7-1得：t=2.3mm； 而d=-2h =（Z-2ha-）m =（15-2-0

37、.5）m =12.5m 代入上式得：12.5/2m-（16+2.3）/22m 取m=2；又有Z=4Z=60 所以=mZ=215=30mm=mZ=260=120mm取Z=25；同理可得： 取m=3；又有Z=3Z=75 所以=mZ=325=75=mZ=375=225齿轮1，2中心距 a=（30+120）/2=75mm齿轮3，4中心距 a=（75+225）/2=150mm5 取 b=0.5d=0.530=15mm其他数据如下da=（Z2ha）m =（15+21）2 =34mmda=124mmda=81mm da=231mm dr=（Z2ha2c）m =（15-2120.25）2 =25mm dr=1

38、15mmdr=67.5mm dr=217.5mm3.2.3 传动件的估算根据公式 d=91mm其中 N该传动轴的输入功率N=N其中 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n该转动轴的计算转速r/min计算转速n是传动件能传递全部功率的最低转速6 每米长度上允许的扭转角（deg/m） 取=0.995，N=0.55kw N= N =0.550.995 =0.54725kwn=1390r/min d=91 =10.2mm3.2.4 齿轮模数估算1.齿轮弯曲疲劳估算：m32 =32 =1.039mm2.齿面点蚀估算： A370 =370 =49.28mm其中n为该转动轴的计算转速r/

39、min，A为齿轮中心距中心距A与齿数Z、Z求出模数m= = =1.31取较大的那个模数，在这个设计中，第一对齿轮传动取m=2mm第二对齿轮传动取 m=3mm3.2.5 齿轮模数的验算根据接触疲劳计算齿轮模数公式为m=16300mm式中： N计算齿轮传递的颌定功率 N=Nkwn计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/min齿宽系数，=b/m，常取610Z计算齿轮的齿数，一般取传动中最小的齿轮的齿数大小齿轮的齿数比=，“+”用于外齿合，“-”用于齿合；k寿命系数，k=；工作期限系数，=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Cn齿轮的最低转速r/minT预定的齿轮工作期限，中型机床

40、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；功率利用系数工作情况系数载荷系数齿向载荷分布系数Y齿形系数、许用弯曲接触能力由文献6查表3-17可得：=1.2，=1.2，=1.15= = =0.780.510.60 =0.91N=0.54725KW，=10，=600MPa则 =16300mm =1.625mm根据弯曲疲劳计算齿轮计算模数公式为：=275mm =275 =0.063mm= = =0.890.700.75 =0.554 所以m=2符合要求 同理m=3也符合要求3.3 储丝走丝部件主要零件强度验算齿轮

41、强度的验算 齿轮危险截面的弯曲强度条件公式=k载荷系数k=齿宽系数，取0.5k使用系数，取1k载荷系数，取1.05齿间载荷分配系数，=1.0，=1.0齿向载荷分布系数小齿轮传递的转距=95.510 =95.5100.55/1390 =3.7810Nmm=1.11+0.18（1+6.7）+0.1510b =1.11+0.18（1+6.70.25）0.25+0.150.0010.5 =1.23045K=11.051.01.6 =1.218由文献7查表5.1-13得：b/h=23/4.5 =5.11=1.16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5.1-15得：=2.69，

42、=1.575则 = =18.4MPaN=60njL=601390120000=1.668s疲劳强度安全系数s=1.5K寿命系数 （）齿轮的疲劳强度=340MPa=520MPa =272MPa所以 其中：Z区域系数Z弹性影响系数K=11.051.01.23045 =1.29 =259.89=520MPa所以 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3.3.2 主轴的验算按弯扭合成应力校核轴的强度：如图3-5。并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与扭矩图。先计算轴上的载荷：Nm齿轮的分度圆

43、直径为：252NN 图3-5 轴的结构图与弯矩图从轴的结构图以与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处的与M的值列于下表2-1表3-1 应力计算表载荷水平面H垂直面V支反力FNN弯矩MNmm Nmm总弯矩 Nmm扭矩 Nmm轴的计算应力：如表2.1中数值得：MPa前已经选定的轴的材料为45号钢，调质处理查得 MPa因此 ，故安全3.4 主轴组件结构设计3.4.1 轴承的配置形式 一般来说数控机床的主轴结构的轴承有以下几种配置形式：1. 前后支承均采用双列短圆柱磙子轴承来承受径向载荷，安装在前端的两个推力球轴承来承受前后方向的轴向负载。这种结构能承受较大的负载（特别是

44、轴向负载），可适应强力切削，但主轴转速不能太高，轴承在高转速时容易发热。由于推力球轴承轴承安装在主轴的前端，当主轴旋转时前轴承和后轴承温度差较大，热变形对主轴精度影响也较大。前轴承温度高，主轴前端升高量大，后轴承温度低，主轴末端升高量小，因此，这种机构目前应用较小。2. 前后支承用双列短圆柱磙子轴承来承受径向负荷，用安装在主轴前端的双向向心推力球轴承来承受轴向负载。这种结构刚性较好。3. 前轴承用单列向心推力球轴承，背靠背安装，由2到3个轴承组成一套，用以承受径向和轴向负载；后轴承用双列短圆柱磙子轴承。这种结构适应较高转速、较重切削负载，主轴精度较好。但所承受的轴向负载较前两种结构小。4. 前

45、后支承采用成组单列向心推力球轴承，用以承受径向和轴向负载。这种结构适应高转速，中等负载的数控机床。在中、小规格的数控机床上采用这种机构较多9。本设计主轴所采用的轴承支承方式为第四种。3.4.2 主轴组件的调整和预紧滚动轴承的预紧是采用适当的方法让滚动体和外套圈之间产生一定的预变形。预紧的目的是增加轴承的刚度，提高旋转精度，延长轴承寿命。按预载荷的方向可分为轴向预紧和径向预紧。而角接触球轴承主要是轴向预紧，这可明显提高轴向刚度。第4章 进给传动设计4.1 进给传动运动设计传动比的确定设传动副的传动比为，若为一级传动，则， 为主动齿轮的转速和齿数，为从动齿轮的转速和齿数。若为多级传动，则为总传动比

46、。对于步进电机，当脉冲当量确定，并且滚珠丝杆导程（mm）和电机步距角都也以初步选定后，则可用下式计算主轴系统的传动比10 = =14.2 滚珠丝杆螺母副选型和校核4.2.1 滚珠丝杆螺母副的型号选择1. 最大工作载荷计算滚珠丝杆上的工作载荷是指滚珠丝杆副在驱动工作台时滚珠丝杆所承受的轴向力，也叫做牵引力。它包括滚珠丝杆的走刀抗力与与移动体中立和作用于道轨上的其它切削分力相关的摩擦力，可用下列实验公式进行计算。对于矩形道轨 式中： 工作台进给方向载荷工作台垂直载荷工作台横向载荷 G移动部件的重力K考虑颠覆力矩影响的实验系数 F考虑颠覆力矩影响的摩擦系数对于滚动导轨；f=0.00250.005由于

47、电火花线切割是电极丝放电进行加工，可以认为近似为零 所以； 取 Kg（估算）=fG=10000.005=52. 最大动载荷C的计算与主要尺寸初选滚珠丝杆应根据断定动载荷选用，最大动载荷计算原理与滚动轴承一样11。滚珠丝杆的最大动载荷应用下式计算： 式中：L工作寿命，单位10n丝杆转速，单位r/minv最大切削力条件下进给速度，单位m/min丝杆基本导程，单位mmt颌定使用寿命，单位h，可取t=15000h运转状态系数，无冲击取11.2，一般情况1.21.5所以 = =11.96n=1000v/ =10001000.001/5 =20r/minL=60nt/ = =105.12（）r/min C

48、= = =33滚珠丝杆的选型和校核滚珠丝杆已由专门工厂制造，因此，不用我们自己设计制造，只要根据使用工况选择某种类型的结构，在根据载荷、转速等条件选定合适的尺寸型号并向有关厂家订购。此次设计中，滚珠丝杆被三次选用，故在这里只选取其中最重要的主轴传动中的滚珠丝杆加以设计和校核。其步骤如下：首先对于一些参数说明如下：轴向变载荷（N），其中表示第个工作载荷，=1、2、3、4n；第个载荷对应的转速（r/min）第个载荷对应的工作时间（h）；丝杆副最大移动速度；丝杆预期寿命； 1. 型号选择（1）根据使用和结构要求选择滚道截面形状，查得螺母的循环方式和预紧方式；（2）计算滚珠丝杆副的主要参数根据使用工作

49、条件，查得载荷系数=1.0，系数=1.5；计算当量转速= =2000r/min计算当量载荷 =2333N初步确定导程 = =2.5mm 取mm计算丝杆预期工作转速 =120000计算丝杆所需的颌定载荷 =1233310 =1151N（3) 选择丝杆型号根据初选的和计算的，选取导程为5mm，颌定载荷大于的丝杆。所选丝杆型号为CDM2004-2.5。其为外循环双管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式系列滚珠丝杆。临界转速校核=12 =12 =5970r/min而最大工作转速 =40000.8=4776校核合格。滚珠丝杆的预紧预紧力（）一般取当量载荷的三分之一或颌定动载荷的十分之一。即： =778N其相

50、应的预紧转矩 = =0.16Nm4.3 步进电机的选用步进电动机又称为脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件。具有以下四个特点：转速（或线速度）与脉冲频率成正比；在负载能力允许的围，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化；速度可调，能够快速启动、制动和反转；定位精度高、同步运行特性好。数控电火花成型机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，并且可用于开环系统。而BF系列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，我们选用的型号为90BF004的电动机作为主运动的动力源。4.4 进给机构的支承设计4.4.1 丝杆的支承形式滚珠丝杆的支承和支承方式将影响丝杆副的刚度，因此，对运动精度