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I 編號： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書 題 目： 電火花線切割自動(dòng)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 陳良 學(xué) 號： 1053100406 指導(dǎo)教師單位： 教學(xué)實(shí)踐部 姓 名： 劉建偉 職 稱： 高級實(shí)驗(yàn)師 題 目 類 型 ： 理 論 研 究 實(shí) 驗(yàn) 研 究 工 程 設(shè) 計(jì) 工 程 技 術(shù) 研 究 軟 件 開 發(fā) 應(yīng) 用 研 究 2014 年 05 月 15 日 I 摘 要 電火花線切割，其基本工作原理是利用連續(xù)移動(dòng)細(xì)金屬絲（成為電極絲）作電極， 對工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。 本課題研究的是電火花線切割運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。為了避免火花放電總在電極絲的 局部位置而被燒斷，影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在加工過程中電極絲沿軸向作走絲運(yùn) 動(dòng)。絲整齊地繞在絲筒上，形成一個(gè)閉合狀態(tài)，走絲電機(jī)帶動(dòng)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過導(dǎo)絲 輪使絲作軸線運(yùn)動(dòng)。電火花線切割加工機(jī)床是開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和 原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng) 和發(fā)明了電火花加工方法。 關(guān)鍵詞： 電火花線切割；動(dòng)絲機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì) I Abstract EDM wire cutting, its basic principle is to use the continuous movement of fine wire (a wire electrode) as electrode, pulse spark discharge in addition to metal corrosion, cutting and shaping of the workpiece. This research is the design of wire EDM wire cutting mechanism. In order to avoid the spark discharge electrode wire in local position and be broken, affect the processing quality and production efficiency. In the process of electrode wire for wire movement along the axial direction. Wire neatly around the wire cylinder, forming a closed state, wire motor drives the screw barrel rotates, through the guide wire to wire wheel axis movement. Electric spark wire cutting machine is the switch contacts by the phenomena and the causes of corrosion damage of spark discharge, found that the instantaneous high temperature electric spark can melt the metal oxide, local and has been removed by erosion, thus creating and invented the EDM method. Key words ：electric spark line cutting wire mechanism; dynamic design I 目 錄 1 緒論 .................................................................................................................1 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................................................1 1.1.1 國外的發(fā)展及現(xiàn)狀 ............................................................................................................1 1.1.2 我國的發(fā)展及現(xiàn)狀 ............................................................................................................2 1.2 數(shù)控電火花線切割加工原理 ..............................................................................................3 1.3 本課題研究內(nèi)容及背景 ......................................................................................................4 2 DK7740 型線切割機(jī)走絲機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) ......................................................5 2.1 數(shù)控電火花切割機(jī)床型號介紹 ...........................................................................................5 2.2 DK7740 型數(shù)控線切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖 ................................................................................6 2.3 總體設(shè)計(jì)概況和思路 ..........................................................................................................6 2.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................................................7 2.5 確定儲絲筒基本尺寸 ..........................................................................................................8 2.6 傳動(dòng)比的確定 ......................................................................................................................8 2.7 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) ..................................................................................................8 3 齒輪減速傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................................................11 3.1 選擇材料 .............................................................................................................................11 3.2 壓力角 的選擇 ................................................................................................................11 3.3 齒數(shù)和模數(shù)的選擇 ............................................................................................................11 3.4 齒寬系數(shù) d........................................................................................................................11 3.5 確定齒輪傳動(dòng)的精度 .........................................................................................................11 3.6 齒輪的校核 .........................................................................................................................13 4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 ...................................................................................16 4.1 第軸的設(shè)計(jì)及校核 ........................................................................................................16 4.2 第軸的設(shè)計(jì)及校核 ........................................................................................................19 4.3 傳動(dòng)螺紋副的設(shè)計(jì)及校核 ................................................................................................23 5 軸承壽命校核 ...............................................................................................28 II 5.1 第軸上軸承的校荷 ........................................................................................................28 5. 2 第軸軸上軸承的校荷 ...................................................................................................29 6 鍵的強(qiáng)度校核 ...............................................................................................30 6.1 聯(lián)軸器處鍵的強(qiáng)度校荷 ....................................................................................................30 6.2 儲絲筒端蓋與軸聯(lián)接處鍵的校荷 ....................................................................................31 6.3 第軸與小齒輪聯(lián)接處鍵的校核 ....................................................................................31 6.4 第根軸上鍵的校核 ........................................................................................................32 7 儲絲筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................................................................33 8 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) ...................................................................................................35 8.1 導(dǎo)軌的特點(diǎn) ........................................................................................................................35 8.2 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................36 9 典型零件的工藝設(shè)計(jì) ...................................................................................39 9.1 零件的形狀 ........................................................................................................................39 9.2 零件的工藝分析 .................................................................................................................39 9.3 確定毛坯的制造形式 ........................................................................................................40 9.4 基面的選擇 ........................................................................................................................40 9.5 制定工藝路線 ....................................................................................................................40 9.5.1 工藝路線方案一 ..............................................................................................................41 9.5.2 工藝路線方案二 ..............................................................................................................41 9.5.3 工藝方案的比較與分析 ..................................................................................................41 9.6 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 ................................................................................................42 9.7 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ................................................................42 9.8 確定切削用量及基本工時(shí) ................................................................................................44 總 結(jié) .................................................................................................................54 致 謝 ...............................................................................................................55 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................56 1 1 緒論 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.1.1 國外的發(fā)展及現(xiàn)狀 電火花線切割加工(WEDM)是在電火花加工的基礎(chǔ)上于 50 年代末最早在原蘇聯(lián)發(fā) 展起來的一種新的工藝形式，是用線狀電極靠火花放電對工件進(jìn)行切割，故稱為電火 花線切割。1943 年，原蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連科夫婦研究電火花放電時(shí)開關(guān)觸點(diǎn)受腐蝕損壞 的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，從而 開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法電火花線切割加工以獲得廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外的線 切割機(jī)床約占電加工機(jī)床的 60%以上。與電火花成型加工方法相比，線切割加工方法具 有設(shè)備成本低、生產(chǎn)效率高以及工具電極的設(shè)計(jì)和制造大大簡化等特點(diǎn)，同時(shí)還可節(jié) 約一部分材料。因此，線切割加工方法自問世于前蘇聯(lián)以來，得到了迅速的發(fā)展。 近 20 年來，電火花線切割機(jī)床的價(jià)格下降了六倍多，加工速度提高了十幾倍， 工件的最大尺寸增加了十四倍，可加工的工件錐度達(dá)到 80。目前慢走絲線切割機(jī)床最 小驅(qū)動(dòng)單位達(dá) 0.lum，加工精度已接近或達(dá)到精密磨削的精度，最大切削速度超過 3O0mm2/min，標(biāo)志著 WEDM 總的加工速度有了明顯的提高，微精加工脈沖電源的開發(fā)， 使精加工表面粗糙度可達(dá)到 Ra0.l0.2m(多次切割)。 線切割加工水平的提高使它從“特種加工”進(jìn)入到常規(guī)加工的行列。線切割加工 水平的提高不僅歸功于機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝方法的改善，更得力于先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和計(jì)算 機(jī)軟件的發(fā)展。歐美和日本等國研究的數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)床，采用閉環(huán)數(shù) 字交(直)流伺服控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)性能好、定位精度高。同時(shí)機(jī)床具有數(shù)字自適應(yīng)控制 電源，并具有自動(dòng)走絲、自動(dòng)卸除廢料、短路自動(dòng)回退等自動(dòng)化技術(shù)，對電極絲張力 和工作液壓力也可進(jìn)行控制。同時(shí)，集以 D、以 PP、CAM 及仿真于一體的自動(dòng)編程系統(tǒng) 不斷發(fā)展和成熟，目前基于 PC 的圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)成為線切割自動(dòng)編程系統(tǒng)的 主流。 從 2002 年美國芝加哥國際機(jī)床展展出的線切割機(jī)床可以看出當(dāng)前國外 WEDM 的技 術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展動(dòng)向： (l)提供不同檔次的系列產(chǎn)品，供用戶選擇 (2)改進(jìn)了走絲系統(tǒng)，使運(yùn)絲更平穩(wěn)，張力更穩(wěn)定 (3)自動(dòng)穿絲與自動(dòng)重穿絲技術(shù) 該功能雖然是國外 WEDM 普遍配備的，但近年來的改進(jìn)重點(diǎn)在提高可靠性和穿絲 速度上。 (4)減少機(jī)床的熱變形，提高熱穩(wěn)定性 (5)高精度的錐度切割 (6)直線電機(jī)的應(yīng)用 2 (7)聯(lián)網(wǎng) 這是一個(gè)在適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來而開拓的新功能。雖然與外部計(jì)算機(jī)的通信并不 是新鮮事，按任務(wù)的要求可以把外部計(jì)算機(jī)看成是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的外圍設(shè)備，也可以 把機(jī)床看成是外部計(jì)算機(jī)的一個(gè)終端。這一功能盡管目前的實(shí)用性還不夠明顯，但無 疑是今后的一個(gè)發(fā)展方向。 (8)拓展在零件加工中的應(yīng)用 (9)高速度加工 高速度化一直是國外廠商追求的目標(biāo)。在這方面，日本廠商一直走在世界的前列。 例如，三菱電機(jī)公司的標(biāo)準(zhǔn)型 DWCH 系列機(jī)床，由于采用 G25 電源，最高生產(chǎn)率 達(dá) 250mm2/min，其經(jīng)濟(jì)型 DWCC2 系列機(jī)床也是 250mm2/min。著名的 Sodick 公司的 A500E 型電火花線切割機(jī)的電源數(shù)控柜由于采用 32 位 CPU，使加工速度大幅度提高， 同樣可以達(dá)到 300mm2/min。 1.1.2 我國的發(fā)展及現(xiàn)狀 高速走絲電火花線切割機(jī)是我國當(dāng)前發(fā)展的主要產(chǎn)品，廣大的科技工作者為了進(jìn) 一步提高它的工藝性能及自動(dòng)化程度做了大量開發(fā)工作，并開發(fā)生產(chǎn)了 2000mm1200mm500mm 及 1000mm630mm1000mm 等超大型高速走絲電火花 線切割機(jī)床，擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，滿足了用戶的各種需要，使其年產(chǎn)量穩(wěn)步增長， 至今以達(dá)到了 12000 臺/年，并有約 300 臺/年出口到世界各國。 多年來，我國生產(chǎn)的數(shù)控電火花切割機(jī)一直是單一的高速走絲線切割機(jī)。隨時(shí)間 推移，為了滿足市場需求，又開發(fā)生產(chǎn)了自旋式電火花線切割機(jī)、走絲速度可調(diào)的電 火花切割機(jī)(含高低雙速走絲電火花線切割機(jī))以及低雙速走絲電火花線切割機(jī)等。機(jī)床 品種的多樣化可以滿足用戶的需要，擴(kuò)大數(shù)控電火花線切割機(jī)加工的應(yīng)用范圍。 低速走絲電火花線切割機(jī)過去曾是“進(jìn)口機(jī)”的代名詞，現(xiàn)在已有蘇州沙迪克三 光機(jī)電有限公司、北京阿奇工業(yè)電子有限公司、蘇州電加工機(jī)床研究所，漢川機(jī)床廠 等多家制造廠商自行開發(fā)生產(chǎn)，年產(chǎn)量達(dá) 300 多臺。這些機(jī)床性能好，價(jià)格不到進(jìn)口 機(jī)的一半，深受國內(nèi)用戶的歡迎。 高速走絲有助于工作液進(jìn)入窄小的加工區(qū)，改善排屑條件，這對于切割大厚度工 件以及提高切割速度都是很有作用的。同時(shí)，電極絲的往返運(yùn)動(dòng)可使電極絲重復(fù)使用， 減少電極絲的消耗，降低切割加工的生產(chǎn)成本。然而，高速走絲也會造成導(dǎo)向器(導(dǎo)輪、 導(dǎo)向塊等) 的磨損和系統(tǒng)的振動(dòng)，加上電極絲的張力不容易控制，它將給加工穩(wěn)定性、 加工精度及表面質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響。為了解決高速走絲所存在的問題，完善高速系統(tǒng)， 廣大科技工作者己做了大量的開發(fā)研究工作，并獲得了明顯的效果。 上海大量電子設(shè)備有限公司已于 1999 年開發(fā)生產(chǎn)了數(shù)字程序控制短程往返走絲系 統(tǒng)，根據(jù)加工條件設(shè)定正向移動(dòng)和反向移動(dòng)的時(shí)間，以消除高速走絲的換向切割條紋， 3 改善加工表面質(zhì)量。 北京阿奇工業(yè)電子有限公司根據(jù)高速走絲正向和反向移動(dòng)張力不一的缺點(diǎn)，開發(fā) 了新型的恒張力高速走絲機(jī)構(gòu)。這種新型的恒張力高速走絲機(jī)構(gòu)。這種新型機(jī)構(gòu)不僅 可以緊絲，而且可以保證正向和反向移動(dòng)時(shí)電極絲的張力基本一致。因此，走絲系統(tǒng) 上、下絲架的導(dǎo)輪是對稱設(shè)置的，可以保證正、反向移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力相近，使電 極絲的張力在整個(gè)過程中恒定。 電極絲的張力直接影響電極絲的振動(dòng)和頻率，并影響線切割加工的效果，為了使 高速走絲系統(tǒng)的電極絲的張力恒定，華中理工大學(xué)開發(fā)了一種高速走絲線切割機(jī)鋁絲 恒張力伺服系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的實(shí)際使用雖然存在不少問題，但他們的開發(fā)思路是 積極的。 為了提高絲架的剛性，南昌江南電子儀器廠開發(fā)了龍門式絲架，非常適合于大中 型電火花線切割機(jī)，且錐度切割不受偏移量限制。蘇州沙迪克三光機(jī)電有限公司開發(fā) 生產(chǎn)的錐度切割裝置可以穩(wěn)定切割 720 的錐型零件，而蘇州金馬機(jī)械電子公司的 DK7740B 機(jī)床能在 200mm 厚的工件做 300 錐度的切割，表明近幾年來我國高速走絲 WEDM 機(jī)床的加工范圍有了較大發(fā)展。 1.2 數(shù)控電火花線切割加工原理 電火花線切割加工原理如圖所示，工具電極（鉬絲或銅絲）接直流脈沖電源的負(fù) 極，工件接直流脈沖電源的正極，當(dāng)工具電極和工件的距離在一定范圍內(nèi)時(shí)，產(chǎn)生脈 沖性火花放電，對工件進(jìn)行切割。火花放電能夠切割工件的主要原因是：正負(fù)電極在 絕緣工作液中靠近時(shí)，由于正負(fù)電極的微觀表面是凹凸不平的，電極間的電場分布并 不均勻，離得最近的凸點(diǎn)處的電場強(qiáng)度最高，兩極間介質(zhì)先被擊穿，形成放電通道， 同時(shí)電流迅速上升。在強(qiáng)大的電場力作用下，通道內(nèi)的負(fù)電子以很高的速度奔向陽極 （正極） ，正離子也以高速奔向陰極（負(fù)極） 。負(fù)電子和正離子在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)互相碰撞， 陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的強(qiáng)烈轟擊，使兩電極間隙內(nèi)的微小通道中 瞬時(shí)產(chǎn)生高溫，通道中心溫度達(dá)到 500010000 度，瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫由于來不及擴(kuò)散， 使局部金屬材料熔化甚至少量金屬氣化，同時(shí)在工件和電極之間的部分絕緣工作液也 產(chǎn)生氣化，氣化后的金屬蒸汽和工作液迅速膨脹并產(chǎn)生爆炸，使得熔化和氣化后的金 屬材料從金屬表面拋離出來而達(dá)到切割的目的。 圖 1-1 是快走絲切割加工的示意圖。工具電極細(xì)相絲 5 穿過工件 2 上預(yù)先鉆好的 小孔，經(jīng)導(dǎo)輪由儲絲筒 4 帶動(dòng)作往復(fù)交替移動(dòng)，工件通過絕緣板 1 安裝在工作臺上， 工件臺在水平面 X、Y 兩個(gè)坐標(biāo)方向各自按給定的控制程序移動(dòng)而合成任意平面曲線軌 跡。脈沖電源 3 對電極絲與工件施加脈沖電壓，電極絲與工件之間繞注一定壓力的工 作液，當(dāng)脈沖電壓擊穿電極絲與工件之間的間隙時(shí)，兩者之間產(chǎn)生火花放電而切割工 件。 4 圖 1-1 快走絲切割加工的示意圖 線切割的加工精度可達(dá)士 0.01mm，表面粗糙度 Ra 為 1.25m2.3m 。 線切割機(jī)床的控制方式有靠模仿型控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制等方式， 但目前國內(nèi)外 95%以上的線切割機(jī)床都己數(shù)控化，采用不同水平的數(shù)控系統(tǒng): 單片機(jī)、單板機(jī)和微機(jī)。 線切割加工屬于電火花加工，但由于采用細(xì)金屬絲做工具電極，無需制作成型工 具電極，大大降低了成型工具電極的設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，而且細(xì) 的電極絲可以加工細(xì)微的異形孔、窄縫和復(fù)雜的工件。由于采用移動(dòng)的長電極絲進(jìn)行 加工，單位長度電極絲的損耗較小，從而對加工精度的影響較少。 1.3 本課題研究內(nèi)容及背景 本課題研究的是電火花線切割運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。為了避免火花放電總在電極絲的 局部位置而被燒斷，影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在加工過程中電極絲沿軸向作走絲運(yùn) 動(dòng)。絲整齊地繞在絲筒上，形成一個(gè)閉合狀態(tài)，走絲電機(jī)帶動(dòng)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過導(dǎo)絲 輪使絲作軸線運(yùn)動(dòng)。電火花線切割加工機(jī)床是開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和 原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng) 和發(fā)明了電火花加工方法。 這樣，就有電火花機(jī)床走絲運(yùn)動(dòng)。 5 2 DK7740 型線切割機(jī)走絲機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 2.1 數(shù)控電火花切割機(jī)床型號介紹 電火花線切割加工機(jī)床根據(jù)電極。絲運(yùn)行速度不同分為快走絲和慢走絲兩種機(jī)床, 所謂“中走絲”并非指走絲速度介于高速與低速之間，而是復(fù)合走絲線切割機(jī)床， 其 走絲原理是在粗加工時(shí)采用 8-12m/s 高速走絲，精加工時(shí)采用 1-3m/s 低速走絲，這樣 工作相對平穩(wěn)、抖動(dòng)小，并通過多次切割減少材料變形及鉬絲損 耗帶來的誤差，使加 工質(zhì)量也相對提高，加工質(zhì)量可介于高速走絲機(jī)與低速走絲機(jī)之間。因而可以說，用 戶所說的“中走絲” ，實(shí)際上是往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)借 鑒了一些低速走絲機(jī)的加 工工藝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了無條紋切割和多次切割。dk7740 線切割機(jī)/線切割,有中走絲和 快走絲兩種線切割。如圖 2-1 線切割機(jī)/線切割組成主要包括： 1)主機(jī)：包括床身、坐標(biāo)工作臺、走絲機(jī)構(gòu)等； 2)脈沖電源：把交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流； 3)控制系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)； 4)工作液循環(huán)系統(tǒng)：提供清潔的、有一定壓力的工作液。 圖 2-1 電火花機(jī)床 6 2.2 DK7740 型數(shù)控線切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖 1-儲絲筒；2-走絲溜板；3-絲架；4-上工作臺；5-下工坐臺； 6-床身；7-脈沖電源及 微機(jī)控制柜 圖 2-2 線切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖 2.3 總體設(shè)計(jì)概況和思路 7 圖 2-3 設(shè)計(jì)思路 2.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 確定運(yùn)絲機(jī)構(gòu)所需的功率 ，運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的工作原理是電動(dòng)機(jī)通過彈性連軸器帶動(dòng)長P 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，長軸中間裝有儲絲筒另一端是齒輪傳動(dòng)，通過齒輪副傳遞到第二根軸，第二 根軸同樣通過齒輪副將運(yùn)動(dòng)傳遞到絲杠，將螺母固定到工作臺上面，絲杠與螺母配合， 從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)對于絲杠需要的驅(qū)動(dòng)力記為 F，則 電動(dòng)機(jī)所需要的功率為 10Fvp 其中 總效率，621345 電動(dòng)機(jī)的效率, 0.70;1 滾動(dòng)軸承的效率, =0.99;22 滑動(dòng)軸承的效率, =0.97;3 3 齒輪傳動(dòng)的效率, =0.99;4 4 連軸器的效率， 0.99；5 5 則 ， 62621340.790.7.90.0.89 假設(shè)絲杠的線速度 ，8mvs 假設(shè)絲杠力 ，F(xiàn)N 則電動(dòng)機(jī)的功率為 (2-1)306.5130.61897vpWA 轉(zhuǎn)速為 ，4min r 可以取值稍微大一些的電機(jī)，如下： 型號為 YS7124 三相交流異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)為 8 功率：370W 電壓： 2038V 頻率：50Hz 電流： 1.94A 效率：0.70 轉(zhuǎn)速： minr 功率因數(shù)：0.72 重量：6.8Kg 工作制：S1 絕緣等級：B 級 防護(hù)等級：IP55 冷卻方式：IC411 環(huán)境溫度： 40C 2.5 確定儲絲筒基本尺寸 確定走儲絲筒直徑: 走絲速度一般在 712m/s。 確定儲絲筒直徑，選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1400r/min. 由 可知106 Dnv 當(dāng) 時(shí)得：7/ms (2-2) 0795.3.41vmn 當(dāng) 時(shí)得：12/vs (2-3) 06623.8.0D 所以選擇儲絲筒直徑應(yīng)在 95.5163.8 之間 為了滿足加工要求，設(shè)計(jì)時(shí)儲絲筒的直徑假設(shè) D=150mm,則走絲速度為 V=11.304m/s。 2.6 傳動(dòng)比的確定 令儲絲筒每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)其軸向移動(dòng)距離 s=3mm. 絲杠的導(dǎo)程取 p=3mm。從儲絲筒到絲 杠經(jīng)過兩級直齒圓柱齒輪變速，由于機(jī)構(gòu)傳動(dòng)載荷較小，記為 ，則，由于i =0.4712sip 可得減速 i= =0.157。線切割機(jī)床所用的鉬絲的直徑應(yīng)小于 s，否則，走絲時(shí)會產(chǎn)12i 生疊絲現(xiàn)象而導(dǎo)致斷絲。 2.7 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) 從與電動(dòng)機(jī)相連接的高速軸到低速軸算起，各軸依次命名為軸，軸，軸。 1各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 第軸轉(zhuǎn)速 140/minnr 9 第軸轉(zhuǎn)速 (2-4)124072/minnri1=2 第軸轉(zhuǎn)速 (2-5)32/ii 23 式中 n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 第軸到第軸傳動(dòng)比1i 第軸第軸傳動(dòng)比2 2各軸功率計(jì)算 第軸功率 4415230.69.31.pW 第軸功率 22134.7.92.86 第軸功率 22349.860.4.1p 式中 電動(dòng)機(jī)的效率, 0.70;1 1 滾動(dòng)軸承的效率, =0.99;2 2 滑動(dòng)軸承的效率, =0.97;3 3 齒輪傳動(dòng)的效率, =0.99;44 連軸器的效率， 0.99；5 5 3各軸扭矩計(jì)算 第軸扭矩 (2-6)1134.90208.pTNmn 第軸扭矩 (2-6)22 9.655.720 第軸扭矩 (2-6)33 84.1903.pTNmn 將以上計(jì)算數(shù)據(jù)列表 2-1 表 2-1 計(jì)算數(shù)據(jù)列表 軸 號 轉(zhuǎn) 速 n(/mi)r輸出功率 P（W） 輸出扭矩 T()Nm傳動(dòng) 比 i效率 軸 140314.4 2085.08 1 066 10 軸 720 292.86 3884.46 2 093 軸 240 284.16 11307.2 3 093 11 3 齒輪減速傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 選擇材料 根據(jù)表 7-1,選擇齒輪的材料為 45 鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)硬度 HBS 可達(dá) 229286。 3.2 壓力角 的選擇 由機(jī)械原理知識可知,增大壓力角,能使輪齒的齒厚和節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑增大, 可提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。此處，壓力角 可取 20。 3.3 齒數(shù)和模數(shù)的選擇 對軟齒面的閉式齒輪傳動(dòng),其承載能力主要取決于齒面接觸疲勞強(qiáng)度。而齒面接觸 應(yīng)力的大小與小齒輪的分度圓直徑有關(guān),即與齒數(shù)和模數(shù)的積有關(guān)。因此在滿足彎曲疲 勞強(qiáng)度的前提下,宜選擇較小的模數(shù)和較多的齒數(shù)。這樣除能增大重合度,改善傳動(dòng)的 平穩(wěn)性外,還因模數(shù)的減小而降低齒高,從而減小金屬的切削量,減少滑動(dòng)速度,減少磨 損,提高抗膠合能力。 軸上齒輪齒數(shù) 取 23,小齒輪齒數(shù) 取 46, 軸上軸齒輪齒數(shù)1z2z 取 23,大齒輪齒數(shù) 取 70,模數(shù) m 取 2。3z4z 3.4 齒寬系數(shù) d 由強(qiáng)度公式可知,當(dāng)載荷一定時(shí),增大齒寬可以減小齒輪直徑,降低齒輪圓周速度。 但增大齒寬,齒面上的載荷分布不均勻性也將增大。查表 7-7,中間軸上的齒輪與大齒輪 嚙合時(shí)取齒寬系數(shù) 為 1.0;懸臂上的齒輪與小齒輪嚙合時(shí)取 為 0.5。根據(jù)公式d d ,計(jì)算結(jié)果圓整為 5 的整數(shù)倍 ,作為大齒輪的齒寬 ,小齒輪齒寬取1db 2b ,以補(bǔ)償加工裝配誤差。m)05(2 3.5 確定齒輪傳動(dòng)的精度 根據(jù) GB10095-1988 規(guī)定,齒輪精度等級分為 12 級,1 級最高,12 級最低,常用 69 級。根據(jù)表 7-8 選用 7 級精度的齒輪。 齒輪材料、熱處理方法及齒面硬度 因?yàn)檩d荷中有輕微振動(dòng)，傳動(dòng)速度不高，傳動(dòng)尺寸無特殊要求，屬于一般的齒輪 傳動(dòng)，故兩齒輪均可用軟齒面齒輪。查機(jī)械基礎(chǔ)P 322表 1410，小齒輪選用 45 號 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 236HBS；大齒輪選用 45 號鋼，正火處理，硬度為 190HBS。 精度等級初選 減速器為一般齒輪傳動(dòng)，圓周速度不會太大，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)P 145表 57，初選 8 級精度。 選小齒輪齒數(shù) Z1=23，則大齒輪齒數(shù)為 Z2=i Z1，所以 =2 23=4621Z 使兩齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取值 46 12 （2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪 由于本設(shè)計(jì)中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動(dòng)，齒輪承載能力主要由齒輪接觸 疲勞強(qiáng)度決定，其設(shè)計(jì)公式為： (3-1)1231.()EHdKTuZd 確定載荷系數(shù) K 因?yàn)樵擙X輪傳動(dòng)是軟齒面的齒輪，圓周速度也不大，精度也不高，而且齒輪相 對軸承是對稱布置，根據(jù)電動(dòng)機(jī)和載荷的性質(zhì)查機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)P 147表 58， 得 K 的范圍為 1.41.6， 取 K1.5。 接觸疲勞許用應(yīng)力 (3-2)limiHNPZS ）接觸疲勞極限應(yīng)力 由機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)P 150圖 530 中的 MQ 取值線，根據(jù)兩齒輪的齒面硬度， 查得 45 鋼的調(diào)質(zhì)處理后的極限應(yīng)力為 =600MPa , =560MPa lim1Hlim2H ）接觸疲勞壽命系數(shù) ZN 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)公式為 N=60 n jt h 工作壽命每年按 300 天，每天工作 28 小時(shí)，故 th=(3001028)=48000h N1=60466.798148000=1.344109 (3-3) 982.3410= .27610i 查機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)P 151圖 531，且允許齒輪表面有一定的點(diǎn)蝕 ZN1=1.02 ZN2=1.15 ) 接觸疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù) SHmin 查機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)P 151表 510，得 SHmin1 ）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 。HP 將以上各數(shù)值代入許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式得 (3-4)lim11n60.26HNpZMaS (3-5)li22n51.4pH ）計(jì)算小齒輪直徑 d1 由于 ，故應(yīng)將 代入齒面接觸疲勞設(shè)計(jì)公式，得2pp 13 2131.()36.85mEHdZKTud 圓周速度 v1140.1.43/60nv s 查機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)P 145表 57，v 1<2m/s，該齒輪傳動(dòng)選用 9 級精度。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)系數(shù)選用模數(shù)為:第一減速齒輪模數(shù) m=2，第二減速齒輪模數(shù) m=2; 表 3-1 嚙合齒輪的幾何尺寸 齒輪 Z1 Z1 Z2 Z2 齒數(shù) 23 46 23 70 分度圓直徑 46 92 46 140 齒頂圓直徑 50 96 50 144 齒根圓直徑 41 87 41 135 齒寬 22 18 22 20 3.6 齒輪的校核 已選定齒輪采用 45 鋼，鍛造毛坯，軟齒面，齒輪滲碳淬火 HRC5662，齒輪精度 用 7 級，軟齒表面粗糙度為 ，對于需校核的一對的齒輪， 6.1aR a.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 b.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 。 （3-6）31 21 dHEt KTZd 式中： 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，用來考慮節(jié)點(diǎn)齒廓形狀對接觸應(yīng)力的影響，取HZ =2.5；H 材料系數(shù)，單位為 ，查表 7-5，取 189.8 ；EMPaMPa 重合度系數(shù)，取 =0.90；ZZ 齒寬系數(shù)，取 =1；dd u齒數(shù)比，其值為大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，u=12。 選擇材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為： 14 MPaH580lim1 MPaH560lim2 選擇齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力為： F23li1 F1li2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 計(jì)算可得 437.5163008=10.08 （3-7）601atn 80 則 （3-8）8 82 14.012. 查得接觸疲勞壽命系數(shù)為 2.,NNZ 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為 21Y 查得接觸疲勞安全系數(shù) ，彎曲疲勞安全系數(shù) ，又 為試minHS 5.1minFSSTY 驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，按國家標(biāo)準(zhǔn)取 2.0，試選 1.3，tK 求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力： （3-9）MPaZSNH8.501.81minl1 （3-10）72.61inl2 （3-11）lim11n306..5FSTNYa （3-12）MPFS2801.2inl2 將有關(guān)值帶入公式（3-35）得： =31 21 uTKZddtHEt 32126703.15719.. =29.78mm 則 （3-13）smnvt /68.0160438.291601 （3-14）sz/7..253 查圖得 ；查得 ，0.1vK6.1AK 查得 ，取 ，則 72a 15 （3-44）359.217.056.1aVAHK 修正 ， mmmdtt 3..9278.331 5.1.631zd 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2mm，與前面選定的模數(shù)相同，所以 m=2mm 符合要求。 d.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 查得 ，取08.4,.21FSFSY7.Y 校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度 （3-15）132321 03.1.45160. Fsd MPamzKT （3-16）212 .8.40FFSF PaY 所以齒輪完全達(dá)到要求。 16 4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 4.1 第軸的設(shè)計(jì)及校核 先按式（152）初步估算軸的最小直徑。 根據(jù)表 153 取 A=112,于是得 313min246.106.pdAm 由于軸較長，并且軸上裝有儲絲筒直徑較大，最小直徑處需要與連軸器相配合， 另外軸上開有鍵槽，查表選取鍵的類型及其尺寸為普通平建 5520mm:BHL 選取連軸器為彈性柱銷連軸器，與軸配合的尺寸取 ，長度為 。1dm 25m 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1） 定軸上零件的裝配方案 如圖 4-1 所示 圖 4-1 第一根軸的裝配方案 2）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖 17 (g)扭 矩 圖扭 矩 圖 McaTf合 成 彎 矩圖(e)水 平 面 彎矩 圖d水 平 面 受力 圖(c)垂 直 面 彎 矩 圖b垂 直 面 受 力 圖 軸 承 (a)示 意 圖 T軸 承 ACBDEL12L3GFnvFnvr1nh1nh2tMv 圖 4-2 第一根軸的受力分析 由圖分析各支點(diǎn)處的受力狀況： 由前已知： 轉(zhuǎn)矩 （4-11246.950180pTNmn 1） （4-1268.34tFd 2） （4-tan09.36r N 3） 在垂直面內(nèi)對 B 點(diǎn)取矩可得：2223()nvrLGFL 18 式中 ， ，152Lm2307 ， 。3.1GN 將這些數(shù)值代入上式課求得 。29.7nvF 又由 ，可得 。12nvrF124.3nv 則在垂直面內(nèi) B，C，D 點(diǎn)處的彎矩分別為 ；0vbM （4-4）21074.3cnLNm 。 （4-5）651vdrF 計(jì)算水平面內(nèi)各量 對 B 點(diǎn)取矩223()nhtL 可得 108.9FN 由 可得2nht ， 239.5tMm ，表示其方向與圖示假設(shè)方向相反。1nh 則在水平面內(nèi) B，C，D 點(diǎn)處的彎矩 。 （4-6）10,h2398.1532htFLNm 如圖所示 軸上 AE 點(diǎn)各處的扭矩均相等， 。 （4-7）11 46.9500pTn 可知 D 點(diǎn)處彎矩最大，其值為 。 （4-8）2222 313vhMNm 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面 D 是軸的危險(xiǎn)截面。 現(xiàn)將計(jì)算出的截面 D 處的 ， 及 列于下表 4-12vMh2 表 4-1 截面 D 處計(jì)算結(jié)果 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 2108.9nhN239.7nvFN 彎矩 M 3dm14dm 總彎矩 22vhd 扭矩 T 16 5）按彎扭合成應(yīng)力校荷軸的強(qiáng)度 19 進(jìn)行校荷時(shí)，通常只校荷軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即 危險(xiǎn)截面 C）的強(qiáng)度。根據(jù)式 155 及表中的數(shù)據(jù)，并取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力0.6 （4- 2222()31.8049.caMTWPaP 9） 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理由表 151 查得 。因此 ，故安全。160Ma 1ca 4.2 第軸的設(shè)計(jì)及校核 1軸上的各參數(shù) 2求作用在齒輪上的力 由齒輪設(shè)計(jì)部分知大齒輪的分度圓直徑為 可以求得大齒輪上的受力狀況： （4- 126802.79tTFNd 10） （4-2tan.3410.5r 11） 同樣右端銷齒輪上受力狀況為： （4- 235967.4tTFNd 12） （4-3tan031.415.r 13） 3初步確定軸的最小直徑 先按式（152）初步估算軸的最小直徑。 根據(jù)表 153 取 A=112,于是得 （4- 323min019.2547pdAm 14） 軸上最小直徑處是螺紋連接，其作用是對齒輪起到軸向定位的 作用則 ，長度 用兩個(gè)螺母緊固。9.5d - 13.5L - 20 4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1) 對于軸的裝配方案： 圖 4-3 第二根軸的裝配方案 其一，傳統(tǒng)的傳動(dòng)方案，由于軸的長度較小，可以將軸的左端利用滑動(dòng)軸承緊固 在箱體上，為了增加軸的傳動(dòng)平穩(wěn)性，可以增加軸承的數(shù)量，在軸 段安放兩個(gè)調(diào) - 心球軸承，同時(shí)在箱體壁上開處直徑 的孔，為了軸承的拆卸方便，軸承外圈6dm 與箱體壁的配合采用過盈配合。軸上齒輪采用普通平鍵聯(lián)接固定在軸上，右端同樣采 用螺母軸向定位，由于第二級齒輪傳動(dòng)的齒輪同時(shí)對軸由著支撐的作用這種方案的缺 點(diǎn)是軸的平穩(wěn)性能不夠好，成本較高。 其二，將軸固定在箱體壁上，同時(shí)在箱體壁上開出直徑為 的孔，一邊軸6dm 的拆卸方便，軸上需要安放齒輪，同時(shí)齒輪要作高速旋轉(zhuǎn)，同樣又有兩種方案： a. 軸與齒輪間采用滾動(dòng)軸承聯(lián)接，但是由于齒輪的輪轂長度較大，對于每個(gè)輪轂 上需要安放兩個(gè)滾動(dòng)軸承，其缺點(diǎn)是成本較大安放與拆卸麻煩。 b. 軸與齒輪間采用滑動(dòng)軸承配合，即能滿足傳動(dòng)的要求， 又節(jié)約成本，軸瓦的材料可以選用鑄造青銅，因?yàn)殍T造青銅主要用于高速，重載的軸 承，同時(shí)可以承受較大的沖擊，其成分為 。對比以上裝配方案，在同樣能夠b30ZCuP 滿足使用要求，同時(shí)又經(jīng)濟(jì)，裝配與拆卸方便的原則，可知第二種裝配方案種的滑動(dòng) 軸承聯(lián) 接更好。 5求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖，再根據(jù)軸的計(jì)算簡圖 作出軸的彎矩和扭矩圖 L12Ft3Fnvh2rr3rMvFnh1t2Ft3MhTM ca(g)扭 矩 圖扭 矩 圖f合 成 彎 矩圖(e)水 平 面 彎矩 圖d水 平 面 受力 圖(c)垂 直 面 彎 矩 圖b垂 直 面 受 力 圖 (a)示 意 圖 圖 4-4 第二根軸的受力分析 21 由圖分析各支點(diǎn)處的受力狀況： 由前已知： 轉(zhuǎn)矩 （4- 22 3095059647pTNmn 15） （4- 1268.7tFd 16） （4-2tan02.3410.5r N 17） （4- 235967.tTFd 18） （4-3tan031.415.r N 19） 根據(jù)力的合成定理計(jì)算出 A 點(diǎn)處的支反力 在水平面內(nèi)， ，231ttnhF 帶入數(shù)值可以求得 346.1N，1nh 在垂直面內(nèi)， 231rnvF 帶入數(shù)值得 ，方向向下，105nvN 由圖課知 B 處彎矩最大，現(xiàn)計(jì)算 B 處的彎矩和扭矩 水平面內(nèi)， （4- 1346.27hnMFLm 20） 在垂直面內(nèi)， （4- 10523vnLNm 21） BC 間扭矩為 （4- 22 0950539647pTn 22 22） 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面 B 是軸的危險(xiǎn)截面 現(xiàn)將計(jì)算出的截面 B 處的 ， 及 列于下表 4-2vMh 表 4-2 截面 B 處的計(jì)算結(jié)果 載荷 水平面 H 垂直面 V 力 F 28.7tN210.5rFN 彎矩 M 614hm3vMm 總彎