数控技术毕业设计（论文）-线切割机工作台的改进与设计

毕业设计(论文)线切割机工作台的改进与设计安徽工贸职业技术学院2010年12月在我国工业技术飞速发展的新形势下，急需大力发模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关健技术。目前在电机、仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。因此电火花机床的研究与改进是我国国场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的切割范围、切割工艺为出发点，本设计是对电火花线切割机工作台的改进，使其工作台能在X轴线上偏移0——15度，从而提高切割范围。论文摘要 I 11.1课题来源与意义 21.2设计要求和设计内容 2第2章基础知识 22.1线切割机简介 22.1.1国外线切割机的发展 22.1.2国内线切割机的发展 22.2高速走丝线切割机 32.2.1高速走丝线切割加工技术的现状 32.2.2高速走丝线切割加工技术的发展趋势 42.3电火花线切割机 52.3.1电火花线切割和成型机区别 52.3.2电火花线切割机床组成 52.3.3线切割加工的应用 52.3.4线切割放电加工基本原理 52.3.5电火花加工的物理原理如下 62.3.6结论和展望 6第3章各机构的设计 73.1导轨的设计 73.1.1初步确定导轨方案 73.1.2结构和长度的确定 83.1.3配合度及工差的确定 3.2齿轮的设计 3.2.2此渐开线标准直齿圆柱齿轮机构的设计 3.2.3标准齿轮的几何尺寸 3.2.4齿轮的精度选择 3.2.5齿轮材料的选择 3.2.6齿轮传动的润滑 3.2.7渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动设计 3.2.8齿轮机构啮合传动的几何尺寸 3.2.9齿轮传动的失效形式 3.3蜗轮、蜗杆的设计 3.3.1蜗杆传动的特点 3.3.2蜗轮蜗杆的结构特点 3.3.3蜗轮蜗杆几何尺寸的确定 3.3.4蜗杆传动的受力分析 3.3.5蜗轮蜗杆各参数的确定 3.3.6蜗轮传动的润滑及热平衡计算 3.3.7蜗轮轴和轴承的选择与设计 3.4丝杆、螺母的设计 第4章工作台注意事项 参考文献 附录1 附录2 近年来，随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。在重多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花线切割机床，如飞机制造、机的切割范围、切割工艺为出发点，本课题是针对电火花线切割机DK7745工作台的改进，使其工作台能在X轴线上偏移0——15度，以增加走丝对工件的切削范围，从而提高机床的切肖范围。使电火花线切割机更有效的服务于生产领域，第2章基础知识本章介绍线切割加工机发展史，中国的线切割机床，高速走丝线切割加工技术的现状.2.1线切割机简介20世纪中期，苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和造厂在1969年巴黎工作母机展览会中展出，改进加工速度，确立无人运转状况广用简易形APT(APT语言比正式机型容易),简易形APT的出现为线切割放电线切割机床起源于20世纪70年代初，在实行市场经济以前线切割机床的发的线切割机床不仅故障率高，而且性能也很有限(只能切割50mm厚，效率为30mm²/min左右)但是无论如何这种线切割机床是中国特有的一种机床，使用10年精度不衰减，有的只能使用二年，同一规格的线切割机床价格可以相差10万人民币，这确实给用户的选型造成很大困难(特别是国外用户),稍有不产过程中降低加工精度选用劣质材料，于是就出现了如前所述的1—2年以后精以来，经过30年的不断完善和发展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。即使对形状复杂零件的加工，最高切割速度也可超过300mm²/min;尺寸精度可达是运丝系统或是加工条件都有很大的差异。简单地对比机床的加工性能未加工技术的发展趋势，结合当前数控技术的发展，进行了探讨。2.2.2高速走丝线切割加工技术的发展趋势高速走丝线切割机由于受到电极丝损耗、机械部分的结构与精度、进给系割机的发展策略是扬长避短，以发展中低档机床为主，使机床向适当加工精度、良好的加工稳定性和容易操作的方向发展，来满足不断发展的生产需要。目前市的因素。如违背这一原则，机床制造商和用户都难以接受。为在较短的时间内，2.工作液系统3.高频电源：产生高频矩形脉冲，脉冲信号的幅值、脉冲宽度可以根据不2.可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件3.加工样板和成型刀具。4.加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模5.加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属材料。6.加工凸轮，特殊的齿轮。加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压，并保持5~50um间隙，间隙中充满煤为了在2个电极之间产生电火花，这2个电极之间的电压必须高于间隙(电1)电极和工件之间的距离3)间隙的污染状况(腐蚀废物)子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高第3章各机构的设计载倾斜力方面的因素。设计滚示意图如图3.1、图3.2所示。滚柱1的作用是承载，滚柱2、3是导向作用，并防工作台沿导轨横向倾覆，在工作台在X轴上倾滚动导轨中的滚动体(及滚柱)和保持架随导轨移动。为了提高滚动导轨良好接触的场合。滚柱(针)导轨刚度大，承载能力强，但对位置精度要求高。式中L-运动件或承导件的长度，计算时取较短者的长度(毫米)1-支承点的距离(毫米);在极端位置时的余量。径为15mm,长度为20mm。滚动体的数目最少为12个。这里选择18图21-22 (有时还可能出现波浪形),影响导轨的精度。3.1.3配合度及工差的确定两导轨面间的不平度一般为3微米。作为精密导轨，导轨不直度小于10微米，这里选择9微米。体的直径差不大于0.5微米。表面光洁度通常应刮研；在25×25厘米2内，其接触斑点为20-25个点，精密3.2齿轮的设计(2)齿根圆过齿轮各齿槽底部的圆，其直径和半径分别用d和r表示。(3)分度圆齿顶圆和齿根圆之间的圆，是计算齿轮几何尺寸的基准圆其(4)基圆形成渐开线的圆，其直径和半径分别用d和r,表示。(6)齿厚、齿槽宽及齿距在半径为rk的圆周上，用sk表示齿厚；齿槽宽此标准齿轮及其几何尺寸计算公式：由齿轮各部分名称的定义可以得到标准齿轮的几何尺寸计算公式，分度圆直径d=mz基圆直径齿顶圆直径齿根圆直径在齿轮整个圆周上轮齿的总数。分度圆直径d=mz,分度圆齿距p=πm。(3)分度圆压力角α设计分度圆压力角α的标准值为20°。(4)顶高系数ha和顶隙系数c齿轮齿顶高和齿根高的计算式分别是：其中h*a和c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数。GB1356-88规定了h*a和c的标准值：2)短齿制h*a=0.8,c*=0.33.2.3标准齿轮的几何尺寸符号直径d齿顶高齿根高全齿高h直径直径径齿距P齿厚s齿槽宽e中心距a顶隙c基圆齿距由上公式，经过计算得X轴和Y轴齿轮参数相同为：渐开线圆柱齿轮精度标准(GB/T10095.1)规定齿轮共有13个精度等级，齿根据设计要求，选用5等级热处理方式强度极限齿忿HBS调质-表面淬火调质-表面淬火调质-表面淬火调质-表面淬火氮碳共渗调质-表面浑火调质-表面淬火潜碳-浑火-回火渗碳-淬火-回火潜碳-痒火-回火渗碳-淬火-回火调质-渗氮正火-回火调质-表面浑火人工时微人工时做MC尼龙夹布胶木3.2.6齿轮传动的润滑设计开式齿轮传动，及X轴和Y轴上的齿轮传动，因速度低，所以采用人工定期加润滑油或润滑脂，润滑方式。3.2.7渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动设计重合度计算公式外啮合齿轮的重合度计算公式可参照右图推出：实际啮合线段B₁B₂=B₁P+B₂P,而将上述关系代入式(7.14)并化简得：式中：啮合角重合度的物理意义B₁B2的BA和A₂B(长度各为0.3P.)段有两对轮齿同时在啮合，称为双齿啮合区；而在节点P附近A₁A₂段(长度为0.7Pb),只有一对轮齿在啮合，称为单齿很小，通常由齿轮公差来保证。对于齿轮运动设计仍按无齿侧间隙(侧隙为零)(1)根切现象及其产生原因根切现象如图所示，用范成法切制齿轮的过程中，有时刀具会把齿轮根部产生原因图为齿条刀的齿顶线超过极限啮合点N1(啮合线与被切齿轮基圆的切点)的情况。当刀具以速度v移动到达位置Ⅱ时，刀刃齿廓将被加工轮齿的渐开线齿廓完全切出。范成加工继续进行，刀具移动距离s到达位置Ⅲ,刀刃齿廓与啮合线NN交于点K。与此同时，齿轮相应转过φ角，其基圆转过的弧长 N₁N<N₁K。该式表明渐开线齿廓上的点N落在刀刃的左内侧，即点N附近的渐开线被刀刃切掉而产生根切，如图中的阴影部分所示。(2)避免根切的方法以上分析可知，产生根切的原因是刀具的齿顶线超过极限啮合点N,因此可以利用移距变位的方法避免根切。如图所示，为了避免根切齿条刀采用正变位，变位量为。这样使刀具齿顶线通过极限啮合点N,刚好不根切。由此可得不根切的条件为：N₂Mzhm-xm因,所以有避免根切的几种方法1)标准齿轮不产生根切的最少齿数条件因标准齿轮x=0,由式得不根切条件为因此得出标准齿条刀加工标准齿轮不产生根切的最少齿数Zmin:当h⁴=1、α=20°时，可以得到标准齿轮不产生根切的最少齿数Zain=17。2)变位齿轮不产生根切的最小变位系数由(7.16)式得不根切条件式代入上式并整理，可得变位齿轮不产生根切的最小变位系数为上式表明：当z<2m时，为了避免根切，必须采用正变位且x≥xwn>0;当z>Zmin时，可以采用负变位(x<0),只要满足x≥xun的条件就不会产生根切。3)改变齿顶高系数和压力角由式可知，减小齿顶高系数h*或加大压力角α,均可提高齿轮避免根切的能力。但是，这样需要采用非标准刀具，成本将增加，一般此设计中采用2中的方法。无侧隙啮合条件及无侧隙啮合方程式(1)无侧隙啮合条件齿轮啮合传动时，为了在啮合齿廓之间形成润滑油膜，避免因轮齿摩檫发热膨胀而卡死，齿廓之间必须留有间隙，此间隙称为齿侧间隙，简称侧隙。但是，齿侧间隙的存在会产生齿间冲击，影响齿轮传动的平稳性。因此，这个间隙只能很小，通常由齿轮公差来保证。对于齿轮运动设计仍按无齿侧间隙(侧隙为零)进行设计。一对齿轮啮合过程中，两节圆作纯滚动。因此，两齿轮的节圆齿距应相等，即p₁=p₂。为保证无齿侧间隙啮合，一齿轮的节圆齿厚必须等于另一齿轮节圆节圆齿距等于两轮节圆齿厚之和。(2)无侧隙啮合方程式节圆齿厚S₁,p₂:而并化简得一对齿轮的变位系数确定后，只有按此式求得的啮合角α安装，才能保证无侧隙啮合传动。对于标准齿轮传动，因x₁=x₂=0,则有α=a。保证齿顶厚条件对于正变位齿轮，过大的变位可能引起齿顶变尖(S。=0)或齿顶厚过小的现象。为了保证齿轮的齿顶强度，齿顶厚不能太小，一般要求S。≥0.25,对于表面淬火的齿轮，要求S。>0.4m。传递蜗杆力的齿轮，也选用人工定期加润滑油或润滑脂，润滑方式。3.2.8齿轮机构啮全传动的几何尺寸1.中心距α与中心距变动系数y1)中心距α由图可得一对变位齿轮的中心距α对于一对标准齿轮而言，因x₁=x₂=0,α=a,则其中心距α为此中心距称为标准安装中心距，简称标准中心距。此时，两轮的分度圆相切并与其节圆重合，既保证无侧隙啮合，又保证顶隙是标准值。顶隙可以避免啮合轮齿的顶部与根部相抵干涉，同时用作储存润滑油。2)中心距变动系数y现以ym表示变位齿轮中心距与标准中心距之差(又称中心距变动量),则有故式中y称为中心距变动系数。假想有一把标准齿条刀具，它可以同时双面切削两个正变位齿轮，其变位量分别为x和x。两轮均具有标准齿高(2ht+c*)m和标准顶隙cm。从图中可以看出，两轮齿廓与刀具的直线齿廓分别在点A、B₁和点A₂、B₂接触，而且轮1上的点A₁和轮2上的点A₂分别处在同一刀刃齿廓两侧不同位置，点B₁和B₂也是如此。因此，当抽去假想齿条刀具，并让两齿轮按此位置安装时，虽然两轮之间具有标准齿顶隙cm,但却出现齿侧间隙。为了实现无侧隙啮合，可把两轮中心靠近，直至无侧隙为止，并设中心距缩短量为△ym。显然，此时顶隙也将减小△ym,不再是标准顶隙。因此为了实现无侧隙啮合的同时也保证标准顶隙，必须将两轮齿顶削去△ym。这样齿顶高h为式中△y称为齿高变动系数。相应全齿高为h=h₂+hy,=hz+hgz=(ht=(2h++c*)m-△m设中心距减小△ym前后的中心距分别为α和α,则有以上仅就正变位齿轮进行分析。但可以证明：对于外啮合传动，无论x,和x₂取何值，△y恒为正值。变位齿轮的全齿高恒大于或等于标准齿轮的全齿高。轮毂等)失效很少发生，通常按经验设计。1.轮齿折断采用表面强化处理(如喷丸、碾压)等，都可以提高轮齿的抗折断能力。2.齿面点蚀3.齿面磨损4.齿面胶合前中国机床的数控化率发展很快。日本机床的数控化率从开始的40%提高到目前90%的水平，大约花了15年的时间，从中国现在发展的速度来看，如要达到要提高机床的生产效率，就要提高机床的速度。图1所示的是从1996年到NSK从1916年开始开发制造轴承，已经具有90年生产轴承和45年生产滚珠项，以此滚动技术为基础，不断开发生产滚珠丝杠、直线导轨、主轴单元以及求，NSK开发了DN值达22万(DN=轴径x转数),静音、且带有新的润滑结(图2),具有低噪音，低震动的特征。由于采用了新的循环方式，其DN值也就是轴径和转数的乘积可达到22万，比现有的产品提高1倍。而且，噪音可降低并加以保持，以20～150mm的行程，以100～250mm/sec的比较慢的速度，可使用在轴承、滚珠丝杠和直线导轨上，并承诺可运行5年或1万km免维护。图4