数控线切割机床运丝装置的设计

数控线切割机床运丝装置的设计 目录 目录 I 前 言 1 1 数控电火花线切割加工的基本介绍 3 1.1 数控电火花线切割加工 3 1.1.1 电火花线切割起源 3 1.1.2 数控电火花线切割加工原理 3 1.1.3 数控电火花线切割正常加工必须具备的条件 4 1.1.4 数控电火花线切割加工的特点 5 1.1.5 数控电火花线切割的应用范围 5 1.2 数控电火花线切割加工机床的特点 6 1.2.1数控电火花线切割加工机床的分类 6 1.2.2 数控电火花线切割加工机床的基本组成 6 2 机床主要参数的确定 9 2.1 机床的主要技术参数 9 2.2 确定储丝筒基本尺寸 10 2.3 传动比的确定 10 2.4电动机的选择 10 2.5 传动装置的运动参数设计 12 3齿轮副的设计计算 15 4 轴的设计计算及校核 23 4.1 第Ⅰ轴的设计及校核 23 4.2 第Ⅱ轴的设计及校核 29 4.3传动螺纹副的设计及校核 35 5 轴承寿命校核 47 5.1 第Ⅰ轴上轴承的校荷 47 5. 2 第Ⅲ轴轴上轴承的校荷 48 6 键的强度校核 50 6.1 联轴器处键的强度校荷 50 6.2 储丝筒端盖与轴联接处键的校荷 51 6.3 第Ⅰ轴与小齿轮联接处键的校核 52 6.4 第Ⅲ根轴上键的校核 53 7 储丝筒的结构设计 54 结束语 58 致 谢 59 参考文献 61 前 言 毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，综合运用所学的知识，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是四年大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。 1.毕业设计的目的 （1）巩固、扩大、深化我们以前所学的基础和专业知识； （2）培养我们综合分析、理论联系实际的能力； (3) 培养我们调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力； (4) 锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。 总之，通过毕业设计让我们建立正确的设计思想，初步掌握解决本专业工程技术问题的方法和手段，从而使我们受到一次工程师的基本训练。 2、毕业设计的主要内容和要求 （1）调查使用部门对机床的具体要求，现在使用的加工方法；收集并分析国内外同类型机床的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向；调查制造厂的设备、生产能力和技术经验等。 （2）数控电火花线切割机床运丝装置的设计主要是设计储丝筒、传动轴、支撑板、传动齿轮及传动螺纹螺母副，确定各部分的相互关系；拟订总体设计方案，根据总体设计方案，选择通用部件，并绘制装配图和各零件的零件图； （3）进行运动计算和动力计算； （4）其他零部件的设计和选择； （5）编制设计技术说明书一份。 1 数控电火花线切割加工的基本介绍 1.1 数控电火花线切割加工 1.1.1 电火花线切割起源 电火花线切割加工WCEDM(Wire Cut EDM)是在上世纪50年代末期由前苏联发展起来的一种特种加工技术，它用直径在0.08～0.3mm的钼丝、钨丝或铜丝做电极，靠脉冲性火花放电蚀除金属，使材料切割成型，故称为电火花线切割。电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺方法。由于在线切割加工过程中，工件和电极丝的相对运动是由数字信号控制实现的，故又称为数控电火花线切割加工，简称线切割加工。电火花线切割主要用来加工形状复杂的模具、细小精密零件和能够导电的一些高硬度材料。电火花线切割加工具有加工精度高、加工余量小、生产周期短、制造成本低等优点，已在生产中获得广泛的应用。目前线切割机床已占电加工机床的60%以上。 1.1.2 数控电火花线切割加工原理 电火花线切割加工原理如图1－1所示，工具电极（钼丝或铜丝）接直流脉冲电源的负极，工件接直流脉冲电源的正极，当工具电极和工件的距离在一定范围内时，产生脉冲性火花放电，对工件进行切割。火花放电能够切割工件的主要原因是：正负电极在绝缘工作液中靠近时，由于正负电极的微观表面是凹凸不平的，电极间的电场分布并不均匀，离得最近的凸点处的电场强度最高，两极间介质先被击穿，形成放电通道，同时电流迅速上升。在强大的电场力作用下，通道内的负电子以很高的速度奔向阳极（正极），正离子也以高速奔向阴极（负极）。负电子和正离子在高速运动时互相碰撞，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的强烈轰击，使两电极间隙内的微小通道中瞬时产生高温，通道中心温度达到5000－10000度，瞬时产生的高温由于来不及扩散，使局部金属材料熔化甚至少量金属气化，同时在工件和电极之间的部分绝缘工作液也产生气化，气化后的金属蒸汽和工作液迅速膨胀并产生爆炸，使得熔化和气化后的金属材料从金属表面抛离出来而达到切割的目的。 图1－1 电火花线切割加工原理图 1.1.3 数控电火花线切割正常加工必须具备的条件 （1）工具电极与工件的被加工表面之间必须保持一定量的间隙，间隙的大小由加工电压 、脉冲电流大小，脉冲间隙等电规准来决定，间隙大小一般在几十微米之间。如果间隙小于或大于这个距离，都不能进行火花放电。间隙过小，正负极容易短路，不能产生火花放电；间隙过大，极间电压不易击穿介质，也不能产生火花放电。 （2）在切割工件时，必须在绝缘工作液中进行。常用的绝缘工作液有煤油、皂化液、去离子水等，用的工作液不一样，在相同的电规准下，加工的速度和表面精度也不尽相同。用绝缘性工作液主要有以下几个作用：利于产生脉冲性的火花放电；排除间隙内电蚀产物；起冷却电极的作用。 （3）采用脉冲电源，火花放电必须是脉冲性、间歇性的。 （4）被加工材料必须导电。只有导电材料才能产生火花放电，导电材料一般为金属材料和半导体非金属材料等。 1.1.4 数控电火花线切割加工的特点 ⑴ 接利用线状的电极丝作为电极，不需要像电火花成型加工的成型工具电极，可节约电极设计和制造费用，缩短了生产准备时间。 ⑵ 可以加工用传统切削加工方法难以加工的微细异形孔、窄缝和形状复杂的零件。 ⑶ 利用电蚀原理加工，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用力很小，因而工件的变形很小，电极丝、夹具不需要太高的强度。 ⑷ 传统的车、铣、钻加工中，刀具硬度必须比工件硬度大，而数控电火花线切割机床的电极丝材料不必比工件材料硬，所以可以加工硬度很高或很脆，用一般切削加工方法难以加工或无法加工的材料。在加工中作为刀具的电极丝无须刃磨，可以节省辅助时间和刀具费用。 ⑸ 直接利用电、热能进行加工，可以方便地对影响加工精度的加工参数进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自动化控制。 ⑹ 电极丝是不断移动的，单位长度损耗少，特别是慢走丝线切割加工时，电极丝一次性使用，故加工精度高（可达±2.5μm） ⑺ 采用线切割加工冲模时，可实现凸、凹模一次加工成形。 1.1.5 数控电火花线切割的应用范围 电火花线切割加工由于具有诸多优势，主要应用在以下几个方面： （1）广泛应用于冲压模具的加工。 （2）加工微细异形孔、任意曲线窄缝和复杂形状的工件。 （3）加工镶拼型腔模、拉丝模、粉末冶金模、波纹板成型模。 （4）加工样板尺和成型刀具。 （5）加工硬质合金和切割薄片材料。 （6）加工凸轮和特殊齿轮。 （7）加工半导体材料以及稀有、贵重金属材料的割断。 （8）适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期。 1.2 数控电火花线切割加工机床的特点 1.2.1数控电火花线切割加工机床的分类 1）．数控电火花线切割加工简述 电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺方法，它用一根移动着的导线（电极丝）作为工具电极对工件进行切割，故称线切割加工。线切割加工中，工件和电极丝的相对运动是由数字控制实现的，故又称为数控电火花线切割加工，简称线切割加工。 2）．数控电火花线切割加工机床的分类 （1）按走丝速度分：可分为慢速走丝方式和高速走丝方式线切割机床。 （2）按加工特点分：可分为大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型线切割机床。 （3）按脉冲电源形式分：可分为ＲＣ电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控制电源线切割机床。 1.2.2 数控电火花线切割加工机床的基本组成 数控电火花线切割加工机床可分为机床主机和控制台两大部分。 图1－3 快走丝线切割机床主机 1)．控制台 控制台中装有控制系统和自动编程系统，能在控制台中进行自动编程和对机床坐标工作台的运动进行数字控制。 2)．机床主机 机床主机主要包括坐标工作台、运丝机构、丝架、冷却系统和床身五个部分。图6-1为快走丝线切割机床主机示意图。 （1）坐标工作台 它用来装夹被加工的工件，其运动分别由两个步进电机控制。 （2）运丝机构 它用来控制电极丝与工件之间产生相对运动。 （3）丝架 它与运丝机构一起构成电极丝的运动系统。它的功能主要是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，以满足各种工件（如带锥工件）加工的需要。 （4）冷却系统 它用来提供有一定绝缘性能的工作介质——工作液，同时可对工件和电极丝进行冷却。 2 机床主要参数的确定 本机床利用电极丝作为工具，在控制机控制下，按规定轨迹对工件进行切割加工。适合加工高精度，高硬度，高韧性的金属模具，样板及形状复杂的零件。广泛用于电子仪器，精密机械，轻工，军工等部门。 2.1 机床的主要技术参数 工作台横向行程 250mm 工作台纵向行程 320mm 加工最大厚度 300mm 加工最大锥度 6/100mm 工作台最大承载重量 120kg 加工最大宽度 320mm 加工最大长度 500mm 加工表面粗糙度 Ra 最高材料去处率 100 电极丝直径范围 0.15~0.25mm 工作液 乳化液 供电电源 380V,三相，50Hz 功耗 1.5KW 机床外形尺寸 （长×宽×高） 1500×1050×1450mm 机床重量 1200Kg 2.2 确定储丝筒基本尺寸 确定走储丝筒直径: 走丝速度一般在 7－12m/s。 确定储丝筒直径，选择电动机转速n=1400r/min. 由可知 当时得： 当时得： 所以选择储丝筒直径应在95.5~163.8之间 为了满足加工要求，设计时储丝筒的直径假设D=130mm,则走丝速度为V=9.52m/s。 2.3 传动比的确定 令储丝筒每转一转时其轴向移动距离s=0.25mm. 丝杠的导程取p=3mm。从储丝筒到丝杠经过两级直齿圆柱齿轮变速，由于机构传动载荷较小，故为了设计简单，加工方便，两级齿轮的传动比取值相等，记为，则，由于，即 可得i=0.29。线切割机床所用的钼丝的直径应小于s，否则，走丝时会产生叠丝现象而导致断丝。 2.4电动机的选择 确定运丝机构所需的功率 ，运丝机构的工作原理是电动机通过弹性连轴器带动长轴转动，长轴中间装有储丝筒另一端是齿轮传动，通过齿轮副传递到第二根轴，第二根轴同样通过齿轮副将运动传递到丝杠，将螺母固定到工作台上面，丝杠与螺母配合，从而驱动整个运丝机构在导轨上运动。驱动运丝机构对于丝杠需要的驱动力记为F，则电动机所需要的功率为 其中——总效率， ——电动机的效率, ＝0.70; ——滚动轴承的效率, =0.99; ——滑动轴承的效率, =0.97; ——齿轮传动的效率, =0.99; ——连轴器的效率，＝0.99； 则， 丝杠的线速度， 力， 则电动机的功