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1、南华大学机械工程学院毕业设计（论文）引 言本次毕业业设计从从20004年22月份开开始到本本年的六六月中下下旬结束束，长达达半年。毕毕业设计计是一名名在校大大学生最最后的一一次也是是最重要要的一次次设计，说说其重要要主要是是因为它它将检验验你在大大学生活活中所学学知识的的扎实程程度，其其间你必必须复习习所学过过的一些些课程，学学习一些些要用到到的新的的知识，它它还将练练习你的的动手能能力，思思考能力力，创新新能力，是是你在大大学学习习生活的的一次升升华，是是一个提提升阶段段，更是是走向工工作岗位位的一次次练兵，因因此我们们都对此此极为重重视，更更是投入入了极大大的热情情与努力力来更好好的完成成
2、它。本次设计计在颜竟竟成教授授的悉心心指导下下分四个个阶段按按部就班班的有条条不紊的的进行。第第一阶段段是搜集集整理阶阶段。在在本阶段段主要是是搜集足足够的资资料信息息并对设设计题目目进行分分析和实实地调查查，做到到心中有有轮廓，。本本阶段其其实从220044年元旦旦就开始始了截止止到20004年年3月份份第一张张外观图图绘制成成功为止止。第二二阶段是是机械部部分设计计阶段。本本阶段主主要应用用大学里里面所学学的专业业知识来来进行运运丝系统统机构设设计和坐坐标工作作台的纵纵向和横横向进给给机构设设计。另另外还要要进行储储丝筒的的三维零零件设计计。本阶阶段主要要是从三三月份到到五月份份。五月月份
3、到六六月份则则是第三三阶段：控制系系统设计计阶段。主主要进行行电器电电路设计计，包括括步进电电机驱动动设计和和脉冲功功率放大大电路设设计。本本阶段也也是一个个学习的的阶段，对对自己不不太熟悉悉的的的的领域的的一次学学习。六六月份开开始就是是最后一一个阶段段：整理理复习阶阶段，主主要从事事前几个个阶段的的整理温温习，写写说明书书。以及及毕业答答辩前的的各项具具体细节节的准备备。可以说每每个阶段段都是十十分紧张张而有难难度的，有有些问题题是由于于设计的的难度，有有些还是是因为自自己知识识上的欠欠缺和不不扎实造造成的。可可以说这这次毕业业设计是是个查缺缺补漏的的机会。尤尤其是在在同学的的帮助下下，特
4、别别是在颜颜教授的的指导下下，遇到到困难不不逃避，主主动请教教，主动动学习，独独立思考考提出新新方案，困困难被一一个个解解决了，有有了本次次设计的的成功。更更锻炼了了团体协协作精神神，独立立作业能能力，专专业设计计基础，对对自己将将来都是是一次具具有深远远影响的的事件。一、 总体方案案设计（一） 总体方案案的拟定定（1）电电火花线线切割机机床具有有定位，纵纵向和横横向的直直线插补补功能；还能要要求暂停停，进行行循环加加工等，因因此，数数控系统统选取连连续控制制系统。（2）电电火花线线切割机机床属于于经济型型数控机机床，在在保证一一定加工工精度的的前提下下，应简简化结构构，降低低成本。因因此，进
5、进给伺服服系统应应采用步步进电机机开环控控制系统统。（3）根根据电火火花线切切割机床床最大的的加工尺尺寸，加加工精度度，控制制速度和和经济性性要求，一一般采用用8位微微机。在在8位微微机中，MMCS-51系系列单片片机具有有集成度度高，可可靠性好好，功能能强，速速度快，抗抗干扰能能力强，具具有很高高的性能能价格比比。因此此，可选选择MCCS-551系列列单片机机扩展系系统。（4）根根据系统统的功能能要求，微微机控制制系统中中除了CCPU外外，还包包括扩展展程序存存储器，扩扩展数据据存储器器，I/O接口口电路；包括能能输入加加工程序序和控制制命令的的键盘，能能显示加加工数据据和机床床状态信信息的
6、显显示器；包括光光电隔离离电路和和步进电电机驱动动电路。此此外，系系统中还还应该包包括脉冲冲发生电电路和其其他辅助助电路。（5）纵纵向和横横向进给给是两套套独立的的传动链链，它们们由步进进电机、齿齿轮副、丝丝杠螺母母副组成成，起传传动比应应满足机机床所要要求的。（6）为为了保证证进给伺伺服系统统的传动动精度和和平稳性性，选用用摩擦小小、传动动效率高高的滚珠珠丝杠螺螺母副，并并应有预预紧机构构，以提提高传动动刚度和和消除间间隙。齿齿轮副也也应有消消除齿侧侧间隙的的机构。（7）采采用滚动动导轨可可以减少少导轨间间的摩擦擦阻力，便便于工作作台实现现精确和和微量移移动，且且润滑方方法简单单。在上述方方
7、案的基基础上，有有条件的的还可以以进一步步实现钼钼丝的角角度调节节，使加加工过程程更加细细致。（伺伺服系统统总体方方案框图图如图11.1）（二）主主要技术术参数的的确定技术参数数主要包包括运动动参数，尺尺寸参数数和动力力参数。DDK77732电电火花线线切割机机床的主主要技术术参数如如下：工作台行行程/mmm 5000x3320最大切割割厚度/mm 300（可调调）加工表面面粗糙度度Ra/m 22.5加工精度度/mmm 0.0155切割速度度/mmm2/miin 1000切割工件件最大厚厚度 1200mm加工锥度度 3600电极丝移移动速度度 111m/ss电极丝最最大直径径 0.110.22
8、mm图1.11 伺伺服系统统总体方方案框图图二、 储储丝走丝丝部件结结构设计计（一）储储丝走丝丝部件运运动设计计运丝机构构的运动动是由丝丝筒电机机正反转转得到的的。电极极通过联联轴节与与丝筒连连接，丝丝筒装有有齿轮，通通过过渡渡齿轮与与丝杆上上的齿轮轮啮合。丝丝杆固定定在丝板板上，螺螺母固定定上底座座上，拖拖板与底底座采用用装有滚滚珠的VV形滚动动导轨连连接，这这样丝筒筒每转一一周拖板板直线移移动相应应的距离离，因此此机床工工作前应应根据零零件厚薄薄和精度度要求在在0.1120.225mmm的范围围内选择择适当的的钼丝直直径。1、 对高速走走丝机构构的要求求高速走走丝机构构的储丝丝筒转动动时，
9、还还要进行行相应的的轴向移移动，以以保证电电极丝在在储丝筒筒上整齐齐排绕。储丝筒筒的径向向跳动和和轴向窜窜动量要要小。储丝筒筒要能正正反转，电电极丝的的走丝速速度在7712mm/s范范围内无无级或有有级可调调，或恒恒速运转转。走丝机机构最好好与床身身相互绝绝缘。传动齿齿轮副，丝丝杠副应应该具备备润滑措措施2、 高速走丝丝机构的的结构及及特点高速走丝丝机构由由储丝筒筒组合件件、上下下拖板、齿齿轮副、换换向装置置和绝缘缘部分组组成，如如图2.2所示示储丝筒由由电动机机通过联联轴器带带动正反反向转动动。储丝丝筒另外外一端通通过三对对齿轮减减速后带带动丝杠杠。储丝丝筒、电电动机、齿齿轮都安安装在两两个
10、支架架上。支支架及丝丝杠则安安装在拖拖板沙锅锅内，调调整螺母母装在底底座上，拖拖板在底底座上来来回移动动。螺母母具有消消除间隙隙的副螺螺母和弹弹簧，齿齿轮及丝丝杠螺距距的搭配配为没旋旋转一圈圈拖板移移动0.25mmm。所所以该储储丝筒适适用于0.225mmm以下的的钼丝。储丝筒运运转时应应平稳，无无不正常常振动。滚滚筒外圆圆振摆应应小于00.033mm，反反向间隙隙应小于于0.005mmm，轴向向窜动应应完全彻彻底消除除。高频电源源的负端端通过碳碳刷送到到储丝筒筒轴的尾尾部，然然后传到到钼丝上上，碳刷刷应保持持良好接接触，防防止机油油或者其其他脏物物进入。储丝筒本本身作高高速正反反向转动动，电
11、机机、滚筒筒及丝杠杠的轴承承应定期期拆洗并并加润滑滑脂，换换油期限限可根据据使用情情况具体体决定。其其余中间间轴、齿齿轮、导导轨及丝丝杠、螺螺母等每每班应注注油一次次。（1） 储丝筒旋旋转组合合件储丝筒旋旋转组合合件主要要由储丝丝筒、联联轴器和和轴承座座组成。 储丝丝筒 储丝筒筒是电极极丝稳定定移动和和整齐排排绕的关关键部件件之一，一一般用445号钢钢制造。为为了减少少转动惯惯量，筒筒壁应尽尽量薄，按按机床规规格，本本次设计计DK777322应选用用4mmm（符合合1.555mmm）。为为了进一一步减少少转动惯惯量，也也可以选选用铝镁镁合金材材料制造造储丝筒壁壁厚要均均匀，工工作表面面要有较较
12、好的表表面粗糙糙度，一一般Raa为0.8m。为为保证储储丝筒组组合件动动态平衡衡，应严严格控制制内孔、外外圆对支支撑部分分的同轴轴度。储丝筒与与主轴装装配后的的径向跳跳动量应应不大于于0.001mmm。一般般装配后后，以轴轴的 两两端中心心孔定位位，冲摸摸储丝筒筒外圆和和与轴承承配合的的轴径。 联轴轴器 走丝机机构中运运动组合合件的电电机轴与与储丝筒筒中心轴轴，一般般不采用用整体的的长轴，而而是利用用联轴器器将二者者联在一一起。由由于储丝丝筒运行行时频繁繁换向，联联轴器瞬瞬间受到到正反剪剪切力很很大，因因此多采采用弹性性联轴器器和摩擦擦锥式联联轴器。图1.22 运运丝系统统机构结结构图a. 弹
13、性联轴轴器，如如图2.1所示示图2.11 弹弹性联轴轴器弹性联轴轴器结构构简单，惯惯性力矩矩小，换换向较平平稳，无无金属撞撞击声，可可以减少少对储丝丝筒中心心轴的冲冲击。弹弹性材料料采用橡橡胶、塑塑料或者者皮革。这这种联轴轴器的优优点是，允允许电动动机轴与与储丝筒筒轴稍有有不同心心和不平平行（最最大不同同心允许许为0.20.55mm，最最大不平平行为11），缺缺点是由由它联接接的两根根轴在传传递扭矩矩时会有有相对转转动。b. 摩摩擦锥式式联轴器器，如图图2.22所示。摩摩擦锥式式联轴器器可带动动转动惯惯量大的的大、中中型储丝丝筒旋转转组合件件。此种种联轴器器可传递递较大的的扭矩，同同时在传传动
14、符合合超载时时，摩擦擦面之间间的华东东还可以以起到过过载保护护作用。因因为锥形形摩擦面面会对电电机和储储丝筒产产生轴向向力，所所以在电电机主轴轴的滚动动支撑中中，应选选用向心心止推轴轴承和单单列圆锥锥滚子轴轴承。此此外，还还要正确确选用弹弹簧规格格。弹力力过小，摩摩擦面打打滑，使使传动不不稳定或或摩擦面面过热烧烧伤；弹弹力过大大，会增增大轴向向力，影影响中心心轴的正正常转动动。 图2.2 摩擦擦锥式联联轴器c.磁力力联轴器器是依靠靠磁力无无接触式式联接的的，保留留了传统统联轴器器的优点点。具体体有如下下几种。套筒式磁磁力联轴轴器（如如图3.1所示示）图3.11套筒式式磁力联联轴器此种联轴轴器主
15、动动磁极33和从动动磁极22均可为为圆筒状状或以若若干磁铁铁排列成成圆筒状状，并用用黏结剂剂分别将将其固定定于主动动轴套44外表面面上和从从动轴套套1没表表面上，主动轴6与被动轴7间用键5、8联接。主动磁极3和从动磁极2之间有一定间隙，其目的为：两磁极之间无摩擦，靠磁场联接；被联接两轴因受制造及安装误差，承载后变形及温度变化等因素影响，往往不能严格对中心。留有一定间隙，可补偿这一不足，还可适当降低加工及装配要求。该套筒式联轴器因磁场面积大，可以传递较大扭矩。其磁场联接力可以通过改变主动轴套4和从动轴套1的配合长度来进行调整。圆盘式磁磁力联轴轴器（如如图3.2所示示）图3.22圆盘式式磁力联联轴
16、器此种联轴轴器主动动磁极33和从动动磁极22均可为为圆盘状状或以若若干磁铁铁排列成成圆形射射线状，并并用黏结结剂分别别将其固固定于主主动轴套套4和从从动轴套套1的大大表面上上。由于于圆盘式式联轴器器磁场面面积小，所所以传递递扭矩小小，并且且体积相相应的也也小。其其磁场联联接力可可以通过过改变主主动磁极极3和从从动磁极极2之间间的距离离来进行行调整。由于磁力力联轴器器轴与轴轴之间没没有零件件直接联联接，而而是靠磁磁场联接接来传递递扭矩，因因此电机机换向时时，转动动惯量被被磁力线线的瞬时时扭曲抵抵消；在在超负荷荷时，键键8、55联接的的主动轴轴7与从从动轴66可以自自动打滑滑脱开，起起到安全全离合
17、器器的作用用，不会会损坏任任何零部部件。主动磁极极3和从从动磁极极2均用用强的永永磁材料料制成，例例如，铁铁氧体、稀稀土合金金等。综合上述述几种类类型，参参照本次次设计要要求，选选择性价价比最高高的，显显然a类类型既是是弹性联联轴器已已经满足足条件，因因此本次次设计选选用弹性性联轴器器。（2） 上下拖板板走丝机构构的上下下拖板我我们决定定采用下下面两种种滑动导导轨之一一。燕尾型导导轨，这这种结构构紧凑，调调整方便便。旋转转调整杆杆带动塞塞铁，可可改变导导轨副的的配合间间隙。但但该结构构制造和和检验比比较复杂杂，刚性性较差，传传动中摩摩擦损失失也较大大。三角、矩矩形组合合式导轨轨，如图图4.11
18、所示。导导轨的配配合间隙隙由螺钉钉和垫片片组成的的调整环环节来调调节。图4.11 三三角、矩矩形组合合式导轨轨由于储丝丝筒走丝丝机构的的上拖板板一边装装有运丝丝电动机机，储丝丝筒轴向向两边负负荷差较较大。为为保证上上拖板能能平稳的的往复移移动，应应把下拖拖板设计计的较长长以使走走丝机构构工作时时，上拖拖板部分分可始终终不滑出出下拖板板，从而而保持拖拖板的刚刚度、机机构的稳稳定性及及运动精精度。经比较，显显然三角角、矩形形组合式式导轨是是比较理理想的，因因此，决决定选用用此种导导轨作为为本次设设计之用用。（3） 齿轮副与与丝杠副副走丝机构构上拖板板的传动动链是由由2-33级减速速齿轮副副和一组组
19、丝杠副副组成，它它使储丝丝筒在转转动的同同时，作作相应的的轴向位位移，保保证电机机丝整齐齐的排绕绕在储丝丝筒上。在本次设设计线切切割机中中，走丝丝机构常常是通过过配换齿齿轮来改改变储丝丝筒的排排丝筒的的排丝距距离，以以适应排排绕不同同直径电电机丝的的要求。丝杠副一一般采用用轴向调调节法来来消除螺螺纹配合合间隙。为为防止走走丝电机机换向装装置失灵灵，导致致丝杠副副和齿轮轮副损坏坏，在齿齿轮副中中，可选选用尼龙龙轮代替替部分金金属齿轮轮。这不不但可以以在电机机换向装装置失灵灵时，由由于尼龙龙齿轮先先损坏，保保护丝杠杠副与走走丝电机机，还可可以减少少振动和和噪声。但是由于要照顾专业知识的复习，所以决
20、定选用传统的金属材料制造。（4） 线架、导导轮部件件结构线架与走走丝机构构组成了了电极丝丝的运动动系统。线线架的主主要功用用是在电电极丝按按给定线线速度运运动时，对对电极丝丝去支撑撑作用，并并使电极极丝工作作部分与与工作台台平面保保持一定定的几何何角度。对对线架的的要求是是：具有足足够的刚刚度和强强度，在在电极丝丝运动（特特别是高高速1走走丝）时时，不应应出现振振动和变变形；线架的的导轮有有较高的的运动精精度，径径向偏摆摆和轴向向窜动不不超过55m；导轮与与线架本本体、线线架与床床身之间间有良好好的绝缘缘性能；导轮运运动组合合件有密密封措施施，可防防止带有有大量放放电产物物和杂质质的工作作液进
21、入入导轮轴轴承；线架不不但能保保证电极极丝垂直直于工作作台平面面，在具具有 锥锥度切割割功能的的机床上上，还具备能能使电极极丝按给给定要求求保持与与工作台台平面呈呈一定角角度的功功能。线架按功功能可分分为固定定式、升升降式和和偏移式式三种类类型；按按结构可可分为悬悬臂式和和龙门式式两种类类型。悬臂式固固定线架架主要由由线架本本体、导导轮运动动组合件件及保持持器等组组成。（1） 线架本体体结构中、小型型线切割割机床的的线架本本体常采采用单柱柱支撑、双双臂悬梁梁式结构构。由于于支撑电电极丝的的导轮位位于悬臂臂的端部部，同时时电极丝丝保持一一定张力力，因此此应加强强线架本本体的刚刚度和强强度，使使线
22、架的的上下悬悬臂在电电极丝运运动时不不致振动动和变形形。 为为了进一一步提高高刚度和和强度，在在上下悬悬臂间增增加加强强筋的结结构。有有的机床床的线架架本体有有的采用用龙门结结构。这这时，工工作台拖拖板只沿沿一个坐坐标方向向运动，另另一个坐坐标方向向的运动动通过架架在横梁梁上的线线架拖板板来实现现。此外，针针对不同同厚度的的工件，还还有采用用丝臂张张开高度度可调的的分离式式结构，活活动丝臂臂在导轨轨上滑动动，上下下移动的的距离由由丝杠副副调节。松松开固定定螺钉时时，旋转转丝杠带带动固定定于上丝丝臂体的的丝母，使使上丝臂臂移动。调调整完毕毕后拧紧紧固定螺螺钉，上上丝臂位位置便固固定下来来。为了了
23、适应线线架丝臂臂张开高高度的变变化，在在线架上上下部分分应增设设副导轮轮，如图图4.22所示：图4.22 可可移动丝丝臂(2)导导轮部件件结构导轮是是本机床床关键零零件，关关系到切切割质量量，对导导轮运动动组合件件的要求求如下。a. 导轮V形形槽面应应有较高高的精度度，V形形槽底的的圆弧半半径必须须小于选选用的电电极丝半半径，保保证电极极丝在导导轮槽内内运动时时不产生生轴向移移动。b. 在满足一一定强度度要求下下，应尽尽量减轻轻导轮质质量，以以减少电电极丝换换象时的的电极丝丝与导轮轮间的滑滑动摩擦擦。导轮轮槽工作作面应有有足够的的硬度，以以提高其其耐磨性性。c. 导轮装配配后转动动应轻便便灵活
24、，应应尽量减减少轴向向窜动和和径向跳跳动。d. 进行有效效的密封封，以保保证轴承承的正常常工作条条件。导轮运运动组合合件的结结构导轮运动动组合件件的结构构主要有有三种：悬臂支支撑结构构、双支支撑结构构和双轴轴尖支撑撑结构。悬臂支撑撑结构如如图 55.1所所示，结结构简单单，上丝丝方便。但但是因为为悬臂支支撑，张张紧的电电极丝运运动的稳稳定性较较差，难难于维持持较高的的运动精精度，同同时也影影响导轮轮和轴承承的使用用寿命。图5.11悬臂支支撑导轮轮结构双支撑结结构为导导轮居中中，两端端用轴承承支撑，结结构复杂杂，上丝丝麻纺。但但是此种种结构的的运动稳稳定性较较好，刚刚度较高高，不容容易发生生变形
25、及及跳动。双轴尖支支撑结构构。导轮轮两端加加工成330锥形轴轴尖，硬硬度在RRC600以上。轴轴承由红红宝石或或者锡磷磷青铜制制成。该该结构易易与保证证导轮运运动组合合件的同同轴度，导导轮轴向向窜动和和径向跳跳动量可可以控制制在较小小的范围围内。缺缺点是轴轴尖运动动副摩擦擦力大，易易于发热热和磨损损。为补补偿轴尖尖运动副副的磨损损，利用用弹簧的的作用力力使运动动副良好好接触。比较以上上三种结结构特点点，可以以看出DDK77732高高速走丝丝电火花花线切割割机床的的导轮选选择第二二种比较较适宜。导轮的的材料 为为了保证证导轮轴轴径与导导向槽的的同轴度度，一般般采用整整体结构构。导轮轮要求用用硬度
26、高高、耐磨磨性好的的材料制制成（如如GCrr15、WW18CCr4VV），也也可以选选用硬质质合金或或陶瓷材材料制造造导轮的的镶件来来增强导导轮V形形工作面面的耐磨磨性和耐耐蚀性。导轮组组合件的的装配导轮组合合件装配配的关键键是消除除滚动轴轴承中的的问题，避避免滚动动体与套套环工作作表面在在负荷作作用下产产生弹性性变形，以以及由此此引起的的轴向窜窜动和径径向跳动动。因此此，常用用对轴承承施加预预负荷的的方法来来解决。通通常是在在两个支支撑轴承承的外环环间放置置一定厚厚度的定定位环来来获得预预负荷。预预加负荷荷必须适适当选择择，若轴轴承承受受预加负负荷过大大，在运运转时会会产生急急剧磨损损。同时
27、时，轴承承必须清清洗的很很洁净，并并在显微微镜下检检查滚道道内是否否有金属属粉末、碳碳化物等等，轴承承经清洗洗、干燥燥后，填填以高速速润滑脂脂，起润润滑和密密封作用用（二） 储丝走丝丝部件主主要零件件强度计计算1. 齿轮传动动比的确确定钼丝丝距距选择为0.225mmm。储丝丝筒每转转一周，拖拖板带动动储丝筒筒移动00.255mm，丝丝杠螺距距选择为1.5mmm。所以储丝丝筒与丝丝杠见齿齿轮传动动比为：u=0.25/1.55=1：6；采用二级级齿轮传传动，取取u1=1/2，uu2=1/3。2. 齿轮齿数数的确定定取Z=223；由由于齿轮轮齿根与与轴上键键距离不不能为零零。即df/2（d+t1）2
28、mm由d=116mmm查设计计手册得得：t1=22.3；而df11=d12hf=（z112haa*2c*）m=(23320.55)m=20.5m代入上式式得：220.55/2mm（166+2.3）/22m m1.33取m=22则Z22=2ZZ1=466d1=mmZ1=223=46mmmd2=mmZ2=246=92mmm取Z3=23Z4=33Z3=323=69d3=mmZ3=223=46mmmd4=mmZ4=269=1388mm齿轮1，22中心距距 aa1=(dd1+d2)/22=(446+992)/2=669mmm齿轮3，44中心距距 aa2=(dd3+d4)/22=(446+1132)/2=
29、92mmm参考书机机械设计计取b=00.5dd1=0.546=23mmm其他数据据如下da1=(Z11+2haa*)m=(233+21) 2=50mmmda2=(Z22+2haa*)m=(466+21) 2=96mmmdf1=(Z112haa*2c*)m=(23321220.225) 2=41mmmdf2=(Z222haa*2c*)m=(46621220.225)2=87mmm同样可以以计算得得: daa3=50mmm da44=1422mmdf3=41mmm df44=1333mm3. 传动件的的估算根据公式式 dd=911mm其中 NN该传动动轴的输输入功率率 NN=N其中N电机额额定功率
30、率从电电机到该该传动轴轴之间传传动件的的传动效效率的乘乘积 n该该传动轴轴的计算算转速rr/miin 计算转转速n是是传动件件能传递递全部功功率的最最低转速速每米长长度上允允许的扭扭转角（ddeg/m） 取=0.9955，N=0.55kkwN=N=0.5550.9995=0.5547225kwwn=13390rr/miind=911=10.2mmm4. 齿轮模数数估算齿轮弯曲曲疲劳估估算：m=32=1.0039mmm齿面点蚀蚀估算：A=3700=49.28mmm其中n为为大齿轮轮的计算算转速，AA为齿轮轮中心距距中心距AA及齿数数Z、ZZ求出模模数=1.4428mmm取mm中中较大者者m=1.
31、4288，现取取m=22（2） 齿轮模数数的验算算： 根据接接触疲劳劳计算齿齿轮模数数公式为为m=1663000mm式中： NN计算齿齿轮传递递的额定定功率 N= n计算齿齿轮（小小齿轮）的的计算转转速 rr/miin齿宽系系数=bb/m，常取610。 Z计算齿齿轮的齿齿数，一一般取传传动中最最小的齿齿轮的齿齿数；i大齿轮轮与小齿齿轮的齿齿数比，ii=寿命系系数，=；n齿轮轮的最低低转速rr/miinT预定定的齿轮轮工作期期限，中中型机床床推荐，TT=15500002000000h；k转速速变化系系数；k材料料强化系系数。幅幅值低的的交变载载荷可使使金属材材料的晶晶粒边界界强化，起起着阻止止疲
32、劳细细缝扩展展的作用用； k功率利利用系数数 k工作情情况系数数 kk载荷系系数 k3齿向载载荷分布布系数 YY齿形系系数 、许用弯弯曲接触触能力 查表得得：k11=1.2，kk2=1.2，kk3=1.15Ks=kknkNkq=knkkNkq=0.780.5510.660 =00.911 N=00.5447255kw =100 =6000MPaa 则 mmj=163300mmm =11.8224mmm 根据弯弯曲疲劳劳计算齿齿轮计算算模数公公式为：Mw=2275mmm =2775 =0.0633mmKs=kknkNkq=knkkNkq=0.8890.7000.755 =0.5544 所以mm=
33、2符符合要求求（三） 储丝走丝丝部件主主要零件件强度验验算1. 齿轮强强度的验验算齿根危险险截面的的弯曲强强度条件件式k载荷荷系数 k=kAAkv齿宽系系数，取取0.55kA使使用系数数，取11kv载载荷系数数，取11.055齿间载载荷分配配系数，齿向载载荷分布布系数小齿轮轮传递的的转距=95.5105P1/n1 =995.551050.555/113900 =33.788103Nmm =1.111+00.188(1+6.770.552)0.552+0.1510-330.55 =1.2230445K=11.0551.001.66=1.2218 查得得：b/h=223/44.5=5.111=1.
34、116载荷作作用与齿齿顶时齿齿形系数数载荷作作用与齿齿顶时应应力校正正系数 查表表得：=2.669，=1.5575 则=18.4MPPa N=660njjLh=60139901200000=1.6668106 ss疲劳强强度安全全系数， s=ssH=1, s=sF=1.251.55 kNN寿命系系数 （kkFN=11.0，kkHN=11.0）齿轮的的疲劳极极限=3400MPaa 所所以 其中中： ZZH区域系系数 ZZE弹性影影响系数数 ZZH=ZH=2.5 ZE=1889.88MP kkH=kAkV=11.0051.001.2230445 =1.229 , 因此，所所设计齿齿轮也满满足齿面面
35、接触疲疲劳强度度要求， 齿轮设设计合格格。2.主轴轴的验算算按弯扭合合成应力力校核轴轴的强度度：根据轴的的结构图图作出轴轴的计算算简图，如如图6.1 (a)。并分分别作出出水平方方向和垂垂直方向向的弯矩矩图，如如图 (b),(cc)，以以及扭矩矩图如图图 (dd)。 先计算算轴上的的载荷：齿轮的分分度圆直直径为：. 图图6.11 轴轴的结构构图与弯弯矩扭矩矩图从轴的结结构图以以及弯矩矩和扭矩矩图中可可以明显显的看出出截面BB是危险险截面。先先将计算算出的截截面C 处的MMH、Mr及M的的值列于于下表11.1表1.11 应应力计算算表载荷水平面HH垂直面VV支反力FFFNH11=1995.77N
36、, FNNH2=31.4NFNH11=711.2NN, FNHH2=111.44N弯矩MMH=85443.66NmmMV=331099.6 Nmm总弯矩Nmmm扭矩TT1=33.788103Nmm轴的计算算应力：入如表11.1中中数值得得：=55.7MMPa前已经选选顶的轴轴的材料料为455号钢，调调质处理理 查得=60MMPa因此，故故安全(四） 主轴组件件结构设设计1. 轴轴承的配配置形式式一般来说说数控机机床的主主轴结构构的轴承承有以下下几种配配置形式式：（1） 前后支承承均采用用双列短短圆柱滚滚子轴承承来承受受径向载载荷，安装在在前端的的两个推推力球轴轴承用来来承受前前后方向向的轴向向
37、负载。这这种结构构能承受受较大的的负载(特别是是轴向负负载），可可适应强强力切削削，但主主轴转速速不能太太高，轴轴承在高高转速时时容易发发热。由由于推力力球轴承承安装在在主轴前前端，当当主轴旋旋转时前前轴承和和后轴承承温度差差较大，热热变形对对主轴精精度影响响也较大大。前轴轴承温度度高，主主轴前端端升高量量大，后后轴承温温度低，主主轴末端端升高量量小，因因此，这这种机构构目前应应用较小小。（2） 前后支承承用双列列短圆柱柱滚子轴轴承来承承受径向向负荷，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） 前轴承用用单列向向心推力力球轴承承，背靠靠背安装装，由223个个轴
38、承组组成一套套，用以以承受径径向和轴轴向负载载；后轴轴承用双双列短圆圆柱滚子子轴承。这这种结构构适应较较高转速速、较重重切削负负载，主主轴精度度较好。但但所承受受的轴向向负载较较前两种种结构小小。（4） 前后支承承均采用用成组单单列向心心推力球球轴承，用用以承受受径向和和轴向负负载。这这种结构构适应高高转速，中中等负载载的数控控机床。在在中、小小规格的的数控机机床上采采用这种种机构较较多。本次设计计主轴所所采用的的轴承支支承方式式为第四四种。2. 主轴组组件的调调整和预预紧滚动轴承承的预紧紧是采用用适当的的方法是是滚动体体和内外外套圈之之间产生生一定的的预变形形而带伏伏负游隙隙运行。预预紧的目
39、目的是增增加轴承承的刚度度，提高高旋转精精度，延延长轴承承寿命。按预载荷荷的方向向可分为为轴向预预紧和径径向预紧紧。而角接触触球轴承承主要是是轴向预预紧，这这可明显显提高轴轴向刚度度。如下下图为单单个角接接触球轴轴承的载载荷变形曲曲线，其其弹性变变形量a与轴轴向外载载荷Faa的关系系为aFa。没有有预紧时时，在FFa作用用下，轴轴承的轴轴向变形形量为a1；而在具具有预紧紧Fa00条件下下，同样样作用轴轴向载荷荷Fa，轴轴承的轴轴向变形形增量为为a2，显显然a2a1，轴轴承的轴轴向刚度度有所提提高。图5.22 角角接触球球轴承载载荷变形曲曲线三、 进给传动动设计（一）进进给传动动运动设设计1.脉
40、冲冲当量和和传动比比的确定定1）脉冲冲当量的的确定目前，常常用脉冲冲编码器器兼作位位置和速速度反馈馈。步进进电机每每转一转转传感器器发出一一定数量量的脉冲冲每个脉脉冲代表表电机一一定数量量的脉冲冲，每个个脉冲代代表电机机一定的的转角。步步进电机机是一种种电脉冲冲控制的的特种电电机，对对于每一一个电脉脉冲步进进电机都都将产生生一个恒恒定的步步进角位位移，每每一个脉脉冲或每每步的转转角称为为步进电电机的步步距角，可可由选用用的步进进电机型型号从技技术数据据表中查查出。因此，每每脉冲代代表锻机机一定的的转角，这这个转角角经齿轮轮副和滚滚珠丝杆杆使工作作台移动动一定的的距离。每每个脉冲冲所对应应的执行
41、行件（如如工作台台）的移移距，称称为脉冲冲当量或或分辨率率，记为为，单位位为mmm/脉冲冲。应根据机机床或工工作台进进给系统统所要求求的定位位精度来来选定脉脉冲当量量。考虑虑到机械械传动系系统的误误差存在在，脉冲冲当量值值必须大大于定位位精度值值。此次次设计的的电火花花成型机机对机床床定位精精度的设设计要求求是0.001mmm，根据据该精度度要求可可确定脉脉冲当量量为=0.0005mmm/脉脉冲。2）传动动比的确确定 设传动动副的传传动比为为i，若若为一级级传动，则则,为主动动齿轮的的转速和和齿数，为主动齿轮的转速和齿数。若为多级传动，则i为总传动比。对于步进进电机，当当埋藏当当量（mmm/脉
42、脉冲）确确定，并并且滚珠珠丝杆导导程（mmm）和和电机步步距角都都也已初初步选定定后，则则可用下下式计算算主轴系系统的传传动比i=1。（二）滚滚珠丝杠杠螺母副副的型号号选择和和滚珠丝丝杠的选选型和校校核1.滚珠珠丝杠螺螺母副的的型号选选择（1）最最大工作作载荷计计算滚珠丝杠杠上的工工作载荷荷Fm（N）是是指滚珠珠丝杠副副在驱动动工作台台时滚珠珠丝杠所所承受的的轴向力力，也叫叫做牵引引力。它它包括滚滚珠丝杠杠的走刀刀抗力及及与移动动体中立立和作用用于导轨轨上的其其他切削削分力相相关的摩摩擦力，可可用下列列实验公公式进行行计算。对于矩形形导轨 FFm=KFFL+f(FV+FC+G)式中： FFL工
43、作台台进给方方向载荷荷 FFV工作台台垂直载载荷 FFC工作台台横向载载荷 GG移动部部件的重重力 KK考虑颠颠覆力矩矩影响的的实验系系数 ff考虑颠颠覆力矩矩影响的的摩擦系系数对于滚动动导轨：f=00.000250.0005由于电火火花线切切割是电电极丝放放电进行行加工，可可以认为为FL，FV，FC近似为为零所以：FFm=fGG取f=00.0005，GG=10000kkg（估估算）Fm=ffG=1100000.0005=5（2） 最大动载载荷C的的计算及及主要尺尺寸初选选滚珠丝杠杠应根据据断定动动载荷CCa选用，最最大动载载荷计算算原理与与滚动轴轴承相同同。滚珠丝杠杠的最大大动载荷荷应用下下式计算算 LL=600nt/1066式中：LL工作寿寿命，单单位1006r nn丝杠转转速，单单位r/minn vv最大切切削力条条件下进进给速度度，单位位m/mmin LL0丝杠基基本导程程，单位位mm tt额定使使用寿命命，单位位h，可可取t=150000hh ff