電解小孔加工機床結(jié)構(gòu)設(shè)計【全套含15張CAD圖紙】
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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)畢業(yè)設(shè)計(論文)中文題目:電解小孔加工機床結(jié)構(gòu)設(shè)計English Title:Electrolytic structure design of small hole machining tool學(xué) 院:機械工程學(xué)院 專業(yè)班級: 機械設(shè)計制造及其自動化 機械 學(xué)生姓名: XXX 學(xué) 號: XXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師: XXXXXX 年 月畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要電解小孔加工機床結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要:電解加工是金屬工件在電解液中發(fā)生陽極溶解以達到加工目的的一種加工方法。從加工機理上講,電解加工是以“離子”方式去除金屬材料的一種加工工藝,因此這種微去除方式使得電解加工在微、納米加工領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿?。?dāng)今世界各國都十分關(guān)注電化學(xué)加工的研究,目前我國在電解加工方面的研究處于起步階段,如何利用電解“離子”級的蝕除機理,挖掘電解加工的加工能力,向精密、加工進軍是一個需要迫切解決的重要問題。研究和掌握電解加工的關(guān)鍵技術(shù),研制開發(fā)電解加工系統(tǒng),深入研究電解加工工藝,具有重要意義。完成了電解小孔加工機床加工樣機的結(jié)構(gòu)設(shè)計,該設(shè)備具包括 X、Y、Z直線運動軸繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)帶動工具電極旋轉(zhuǎn)的 R 軸。機床的主要設(shè)計工作包括兩部分,一是機床主體結(jié)構(gòu)、傳動方式、工作液循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計以及機床零部件三維圖和二維圖的繪制;二是機床傳動系統(tǒng)的理論計算與校核,包括直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服電機的理論計算和選型等;主要有以下幾個方面:X、Y,Z工作臺的傳動機構(gòu)設(shè)計,主要是滾珠絲杠的運用;機床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計,了解優(yōu)缺點,充分考慮主要矛盾,擇優(yōu)選取,進一步熟悉其應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 電解加工,電解小孔,加工機床,結(jié)構(gòu)設(shè)計,傳動機構(gòu),滾珠絲杠畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要Electrolytic structure design of small hole machining toolAbstract: Electrolyte for electrochemical machining of metal artifacts in Anodic dissolution in order to attain a processing method for processing purposes. Speaking from the mechanism, electrochemical machining with ion means a process for removal of metallic, removed thus this micro-electrochemical micro-machining in micro-and nano-processing sector has great potential for development. Countries all over the world are very concerned about the study on electrochemical machining of current research in electrochemical machining in the initial stage, how to use electrolysis ion-level mechanism of ablation, electrolytic processing of mining and processing capacity. Study and master the key technology of electrolytic process, research and development of ECM system, in-depth study of electrochemical machining process, is of great significance.Completing electrolysis structure design of small hole drilling machine prototype, the equipment includes x, y, z-linear motion shaft rotary tool around the z axis the r axis of rotation. Machine of main design work including two part, a is machine subject structure, and drive way, and work liquid circulatory system of design and machine parts three dimensional figure and II dimension figure of draws; II is machine drive system of theory calculation and check, including line guide, and ball screw, and servo motor of theory calculation and selection,; main has following several aspects: x, and Y,Z table of drive institutions design, main is ball screw of using; machine overall structure of design, understand advantages and disadvantages, full consider contradiction, preferred selected And become more familiar with its application.Key words: ECM electrolytic hole, machine tools, design, drive, ball screw目 錄電解小孔加工機床結(jié)構(gòu)設(shè)計IIElectrolytic structure design of small hole machining toolIII第1章 緒論11.1微小孔加工技術(shù)研究現(xiàn)狀11.2 對電解小孔加工機床的技術(shù)要求6第2章 電解小孔整體方案設(shè)計82.1 總體要求82.2 電解加工原理82.3 機床總體布局選型102.4 傳動方式的選擇112.5 床身132.6 滑枕頭132.7 進給系統(tǒng)132.8 工作箱14圖 2.8 工作箱142.9 工作臺142.10 導(dǎo)電系統(tǒng)142.11 工作原理15第3章 電解小孔加工機床的設(shè)計和計算163.1 電動機介紹及選型163.2 同步帶的傳動計算183.3 進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計223.4 進給傳動的計算243.5 直線滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇363.6 圓柱直齒輪傳動的設(shè)計與校核393.7 聯(lián)軸器的選擇413.8 軸承的選擇423.9 步進電機的選擇43結(jié) 論45參考文獻46致 謝48 淮海工學(xué)院二一七屆本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 48 頁 共 43 頁第1章 緒論1.1微小孔加工技術(shù)研究現(xiàn)狀隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展,航空發(fā)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越復(fù)雜,關(guān)鍵零部件出現(xiàn)越來越多微小孔結(jié)構(gòu),其加工難點主要表現(xiàn)在以下幾個方面:零件材料一般多為高強度高硬度的難加工材料,如高溫合金、鈦合金、金屬間化合物等;由于孔徑小,所以微小孔長徑比往往較大;對孔壁的金相組織有特殊要求,如要求孔壁無重鑄層、無微裂紋等。為了克服這些困難,國內(nèi)外的學(xué)者研究并嘗試了多種方法來制造微小孔構(gòu)件,如機械鉆孔加工、機械沖孔加工、電解放電加工、電化學(xué)加工、激光加工等,見表 1.1。需要根據(jù)微小孔精度、粗糙度、小孔孔徑以及加工材料的不同來選擇合適的加工方法。表1.1微小孔的主要加工方法1.1.1 機械加工方法1.1.1.1 機械鉆孔加工 機械鉆孔是應(yīng)用最普遍的孔加工技術(shù),與許多特種加工方法相比,機械鉆孔加工可以加工任何導(dǎo)電或非導(dǎo)電材料,因而已成為微小孔加工的主要工藝方法之一,應(yīng)用非常廣泛。機械鉆孔加工具有生產(chǎn)效率高、加工精度好、加工深徑比大等優(yōu)點,但在加工微小孔時,也需要克服許多技術(shù)難點:鉆頭的強度和剛度隨著加工孔徑的減小而降低明顯,容易在切削力和機床振動的作用下折斷;加工深小孔時,由于容屑空間小,排屑和散熱困難,容易導(dǎo)致刀具的變形和損壞,降低刀具的壽命;在加工孔徑極小的微孔時,鉆頭也變得較細剛度較小,受力后容易偏移,導(dǎo)致在孔位和孔徑方面產(chǎn)生加工誤差;被加工材料硬度大于刀具材料時,鉆孔加工將不再適用,而目前高硬度高強度的合金材料等難加工材料應(yīng)用越來越廣泛。為了解決上述技術(shù)難點,主要從加工機械設(shè)備、加工工藝方法和加工刀具等三方面加以改進。機械方面,隨著電主軸的設(shè)計制造越來越精密、主軸轉(zhuǎn)速越來越高,機床主軸轉(zhuǎn)速也得到了大幅度提高,利用這些先進的新型電主軸部件和進給機構(gòu),以制造出更為先進的微小孔鉆孔加工設(shè)備。工藝方面,主要通過優(yōu)化鉆孔速度、進給量、冷卻條件等切削參數(shù)獲得,振動鉆孔技術(shù)的提出,也為解決微小孔鉆孔的技術(shù)難點指明了新方向。振動鉆孔的原理如下:鉆頭在受激勵后做振動,這種振動是周期性的,因而在傳統(tǒng)機械鉆孔基礎(chǔ)上,實現(xiàn)切削用量按需求的規(guī)律改變,最終改善切削效能。采用這種工藝方法的好處是不僅鉆頭壽命顯著增加,小孔加工的精度和表面質(zhì)量也得到了提升。加工刀具方面,目前利用 WEDG (Wire Electrode Discharge Grinding)技術(shù)可以制作出直徑約 10m 的鉆頭,如圖 1.2 所示。圖 1.2 機械鉆孔加工中的微型鉆頭1.1.1.2 機械沖孔加工機械沖孔加工需要制造專用的模具,設(shè)備投資較大,生產(chǎn)周期較長,加工成本高,與鉆孔加工不同的是沖孔加工更適用于板件上的大量孔加工。沖孔加工的優(yōu)點有:在成批量加工小孔時,成本遠低于鉆孔加工;加工穩(wěn)定性好,加工用的模具使用壽命長。沖孔加工也存在不足之處,如當(dāng)加工的小孔孔徑小于 1mm,且板厚大于 1mm 時,沖孔加工就會變得非常困難,不僅加工效率很低,而且造成工件的加工變形。圖 1.3 所示是機械沖孔加工出的直徑為 25m的微孔。1.1.2 特種加工方法1.1.2.1 高速電解穿孔加工高速電解穿孔加工是一種利用電腐蝕現(xiàn)象進行加工的方法,它通過在工具電極和工件之間施加脈沖電壓,利用火花放電時產(chǎn)生的局部高溫來去除多余的金屬材料,進而達到一定加工要求。小孔加工是高速電解穿孔加工的一種典型應(yīng)用,尤其在加工非沖模類的小孔、深孔、群孔、異型孔和微孔時,具有相當(dāng)實用、經(jīng)濟性好、效率高的優(yōu)勢。高速電解穿孔加工,高速流動的工作液從中空管狀電極內(nèi)噴出,充滿加工區(qū)域,并配合以工具電極旋轉(zhuǎn)進給的方式進行加工。高速電解穿孔加工速度快,深徑比大,最大加工深度可達 60mm,加工穩(wěn)定性好,成本較低,正越來越多的應(yīng)用于發(fā)動機葉片上氣膜冷卻孔的加工中。 高速電解穿孔加工會在孔壁上產(chǎn)生再鑄層、微裂紋等,影響零件的使用性能和壽命,通過優(yōu)化加工參數(shù),可實現(xiàn)高速電解加工后較少的再鑄層,再鑄層厚度在 40m 以下,采用高速電解穿孔加工后的氣膜冷卻孔還需進行后期再處理,以去除再鑄層,圖 1.4 為電解穿孔加工葉片氣膜冷卻孔。(a)加工導(dǎo)向葉片 (b)加工工作葉片圖 1.4 電解穿孔加工葉片氣膜冷卻孔1.1.2.2 管電極電解加工管電極電解加工,電解液一般為酸性 H2SO4、HCL 溶液或中性 Na NO3、Na Cl 溶液及其混合溶液等,使用中空狀的金屬管作為工具陰極,工具電極由主軸帶動向下進給,同時高速流動的工作液從管電極內(nèi)部流出充滿加工間隙(正流方式),利用電解作用持續(xù)腐蝕去除工件多余材料,從而加工出預(yù)定的孔型,圖 1.5 是管電極電解加工示意圖。圖 1.5 管電極電解加工示意圖管電極電解加工時,進給裝置帶動工具電極進給,由于電場的發(fā)散性,小孔入口周圍不需要加工的側(cè)面區(qū)域也會造成一定量的去除,形成類似喇叭狀的小孔入口,形成雜散腐蝕現(xiàn)象,使工件表面粗糙度增大,引起孔型變化,影響小孔加工精度。通常采用兩種方法來提高電解加工的定域能力,從而提高加工精度:一是通過控制加工參數(shù)(電壓、電流)或陰極進給速度來控制極間間隙,研究表明陰陽極間間隙越小,加工精度越高;二是對電極進行絕緣性處理,改變電極的邊緣條件,以減弱電極側(cè)壁電場的影響。在管電極電解加工中,管電極要有適宜的外形和尺寸,以達到加工出預(yù)定孔型的要求;絕緣層要涂覆均勻且與管壁間有良好的結(jié)合力,在承受電解液的高速沖刷和加工熱的作用不會脫落,且絕緣層內(nèi)不允許有氣孔和雜質(zhì)等缺陷。側(cè)壁涂絕緣層的管電極電解加工出的小孔,如圖 1.6 所示。(a)垂直于工件表面加工的小孔 (b)呈一定角度加工的斜孔圖 1.6 管電極電解加工小孔1.1.2.3 復(fù)合加工 復(fù)合加工是組合了兩種或兩種以上的加工方法而產(chǎn)生的新型工藝方法。復(fù)合加工利用了不同加工方法的優(yōu)點,可獲得較高的加工效率與加工質(zhì)量。目前常用的微小孔復(fù)合加工方法有微細電解-電解加工、微細超聲-電解加工、微細激光-電解復(fù)合加工技術(shù)等。 Minh Dang Nguyen等人利用微細電解-電解加工技術(shù)(SEDCM milling)加工微小孔,以低電導(dǎo)率的去離子水作為工作液,利用微細電解加工去除材料和電解加工對電解加工后的側(cè)壁進行光整,進行微小孔加工,得到了表面質(zhì)量好,孔型精度高的微孔。采用脈沖頻率500k Hz,占空比 30%,進給速度 0.2m/s 的加工參數(shù),在 14min內(nèi)加工出直100m 左右的微孔,如圖 1.7 所示。由加工時間 14min可見采用低電導(dǎo)率的去離子水作為工作液,進行微細電解-電解加工效率較低,不適合大量微小孔的加工。圖 1.7 利用電解-電解復(fù)合加工出的微孔南京航空航天大學(xué)朱荻教授課題組采用超低濃度鹽溶液作為工作液,以中空狀的管電極為陰極進行微小孔電解-電解復(fù)合加工,充分利用電解高速穿孔加工效率高的優(yōu)勢和電解加工去除再鑄層的優(yōu)點,得到了加工效率高、表面質(zhì)量較好,材料去除率較高和再鑄層厚度較小的微孔。 圖 1.8 為電解加工后和電解-電解復(fù)合加工后的小孔金相照片對比,從小孔端面和孔深方向可以看到電解加工后分布的白色再鑄層組織,而電解-電解復(fù)合加工后白色的再鑄層組織已大多被去除。圖 1.8 小孔再鑄層去除效果對比1.2 對電解小孔加工機床的技術(shù)要求本文研制的微小孔電解-電解復(fù)合加工機床用于渦輪葉片氣膜冷卻孔的加工,小孔加工精度與機床性能、幾何精度等因素相關(guān)。考慮電解-電解復(fù)合加工技術(shù)的要求,該設(shè)備平臺具備下列特點: (1)良好的耐腐蝕性。本文提出的復(fù)合加工方法采用了超低濃度的中性鹽溶液作為工作液,雖然其濃度極低,但也有可能對金屬材料產(chǎn)生一定腐蝕?,F(xiàn)有的大多數(shù)電解加工機床,床身采用鑄鐵鑄造,故需對復(fù)合加工機床進行一定的防腐處理,同時在與工作液接觸的部位采用具備良好耐腐蝕性能的不銹鋼材料。 (2)高工作液壓力。高的工作液壓力有利于加工產(chǎn)物的排出,尤其是采用管電極內(nèi)沖加工時,由于管電極直徑較細,其內(nèi)徑更小,高的工作液壓力能確保工作液的流速,及時帶走產(chǎn)物,所以本機床的循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)計了高壓泵供液系統(tǒng)。(3)良好的循環(huán)過濾裝置。復(fù)合加工過程中將產(chǎn)生電蝕顆粒和電解產(chǎn)物,因此需對工作液進行有效凈化,故設(shè)備中配置了循環(huán)過濾裝置。(4)多軸運動機構(gòu),以適應(yīng)多角度小孔加工要求??紤]到氣膜冷卻孔的角度分布,機床應(yīng)有較多的運動或旋轉(zhuǎn)軸,覆蓋盡可能大的空間范圍,才能夠滿足葉片氣膜冷卻孔加工的位置要求。同時各軸均需由數(shù)控系統(tǒng)控制,以保證機床運動精度,運動速度應(yīng)可調(diào)。 (5)更為有效的脈沖電源。例如可以采用高低壓復(fù)合脈沖電源用于復(fù)合加工,實現(xiàn)高效率高質(zhì)量加工。高壓時主要進行電解加工,用于快速去除材料,低壓時主要進行電解作用,用于去除電解加工產(chǎn)生的再鑄層。高低壓復(fù)合脈沖電源的峰值電流、脈寬、脈間、進給速度等分檔可調(diào),實現(xiàn)多檔位選擇。第2章 電解小孔整體方案設(shè)計2.1 總體要求本設(shè)計的的研究目的主要在于研制專用孔的加工裝置。技術(shù)要求為:加工孔徑3mm,深徑比約為1:30。本設(shè)計需要采用C型立式結(jié)構(gòu),設(shè)計機床的主要部件如床身、滑枕頭、進給系統(tǒng)、工作箱、工作臺和導(dǎo)電系統(tǒng)。對各個主要部件要進行認真分析計算和設(shè)計,從而達到較好的設(shè)計效果。2.2 電解加工原理電化學(xué)制造技術(shù)按原理可分為兩類,一類是基于陰極沉積原理的增材制造技術(shù),如精密電鑄、刷鍍等,另一類是基于陽極溶解原理的減材制造技術(shù),如電解加工、電解拋光等。這兩類技術(shù)有一個共同點,無論是材料的減少還是增加,加工過程都是以離子的形式進行的。要實現(xiàn)微細加工,首先要解決其加工單位的微細化問題,既單位加工量盡可能地少。在電解加工過程中,材料的轉(zhuǎn)移是以離子尺度進行,由于金屬離子的尺寸非常微小(10-1nm級),這在加工原理上解決材料“切削量”的微細化問題。因此,相對于其它“微團”去除材料方式(如微細電解、微細機械磨削),這種以“離子”方式去除材料的微去除方式使得電化學(xué)加工技術(shù)在微、納米加工領(lǐng)域存在著極大的研究探索空間。圖2-1為微細電解加工原理圖。電解加工系統(tǒng)是一個由兩類導(dǎo)體串聯(lián)形成的電化學(xué)系統(tǒng),電子得失的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在兩類導(dǎo)體界面,即電極的雙電層。由于雙電層的形成,在界面上就產(chǎn)生一定的電位差,即電極電位,在一定外加電壓下,電極電位偏離,使界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。其導(dǎo)電過程的機理是在外電場作用下,金屬導(dǎo)體中的自由電子定向運動,電解液中的正、負離子分別向陰極、陽極移動,在雙電層上進行有電子參與的電化學(xué)反應(yīng),既電極反應(yīng),如此而形成完整的導(dǎo)電回路。圖2.1 液態(tài)介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)圖由于雙電層電荷間距為10-10m數(shù)量級,雙電層場強相當(dāng)大,使本來不能進行的化學(xué)反應(yīng)變得可以進行。工件作陽極,在其表面的金屬原子M失去電子成為金屬正離子M+n溶入電解液而逐層地被電解下來,使工件尺寸、形狀發(fā)生變化,實現(xiàn)加工的目的。從加工機理上來說是離子去除,因此可達到微細加工的目的。根據(jù)法拉第定律,陽極金屬溶解的質(zhì)量(M)和溶解的體積(V)分別為: (2-1) (2-2)式中 M陽極溶解的質(zhì)量;V陽極溶解的體積;Q通過界面的電量;質(zhì)量電化當(dāng)量;I電流強度;t電流通過的時間;陽極金屬的密度;電化學(xué)當(dāng)量。由式(2-1)和(2-2)可知,只要控制電流密度大小、電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域和電流通過的時間,就可以控制工件的去除量和去除速度,實現(xiàn)電化學(xué)微細溶解,又由于電解過程中沒有宏觀作用力產(chǎn)生,不需考慮工件材料的強度、硬度等機械特性,加工表面不產(chǎn)生應(yīng)力,因而具備實現(xiàn)微細加工的基本條件。電解加工技術(shù)具有優(yōu)良的加工機理,在微細加工領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ娊饧庸さ碾s散腐蝕及間隙中電場、流場的多變性嚴重制約了其加工精度,加工間隙大,其加工的微細程度目前還不能與電化學(xué)沉積的微細電鑄相比,因此需要在加工工藝和裝置上不斷創(chuàng)新,才能實現(xiàn)微細電解加工。2.3 機床總體布局選型本機床選擇C 型立式結(jié)構(gòu),因為本電解機床受力較小,屬小型機床,此種布局簡單、清晰、結(jié)構(gòu)聯(lián)接件較少。機床支撐采用立柱式結(jié)構(gòu),用螺釘緊固在工作臺面上,橫梁固定安裝在立柱上。主軸進給采用步進電機,由滾珠絲杠傳動,直線滾珠導(dǎo)軌上下移動,步進電機與絲杠用剛性聯(lián)軸器相接。無減速機構(gòu),直接用電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主軸頭上下運動。本設(shè)計為了使電極旋轉(zhuǎn),從而使加工孔徑均勻、質(zhì)量提高,故在主軸頭上加了一附件(旋轉(zhuǎn)電機),采用V 帶傳動,帶動電極轉(zhuǎn)動,結(jié)構(gòu)見裝配圖。采用C 型立式結(jié)構(gòu)有下列優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)簡單,結(jié)構(gòu)聯(lián)接件較少,采用直線滾珠導(dǎo)軌易于保證直線度和垂直度。采用步進電機價格低廉,無積累誤差,易于數(shù)字控制,傳動剛度和靈敏度都可滿足,加工穩(wěn)定,加工精度可以保證。圖2.1 機床總體布局1.床身 2.工作臺3.工作箱 4.滑枕頭5.電機 6.輸液系統(tǒng)7.導(dǎo)電系統(tǒng)2.4 傳動方式的選擇機械傳動方式主要有齒輪傳動、帶傳動、電動機直接驅(qū)動等。傳動方式的選擇主要取決于主軸的轉(zhuǎn)速、所傳遞的轉(zhuǎn)矩、對運動平穩(wěn)性的要求以及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等要求(1)齒輪傳動齒輪傳動的特點是:齒輪傳動平穩(wěn),傳動比精確,工作可靠、效率高、壽命長,使用的功率、速度和尺寸范圍大優(yōu)點:1:傳動效率高;2:傳動比大;3:傳遞扭矩大;4:壽命長。缺點:1:重量大;2:噪音大;3:傳動距離較?。?:需要經(jīng)常潤滑。(2)帶傳動 帶傳動是由固聯(lián)于主動軸上的帶輪(主動輪)、固聯(lián)于從動軸上的帶輪(從動輪)和緊套在輪上的傳動帶組成的. 帶傳動的類型:常見的傳動類型有:平帶傳動、V型帶傳動、多楔帶傳動、同步帶傳動. 平帶傳動是帶傳動中最簡單的結(jié)構(gòu),適用于中心距較大的情況,但它不適合于高速傳動. V帶傳動(俗稱三角帶):V傳動有較大的摩擦力且傳動平穩(wěn)應(yīng)用廣泛. 多楔帶傳動:它兼有平帶和V帶的優(yōu)點,柔性好,摩擦力大,適用于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合. 同步帶傳動:他是嚙合傳動,轉(zhuǎn)速高,精度高,適合高精度儀器裝置中. 帶傳動的特點:優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,使用維護方便;過載時,帶會在帶輪上打滑,避免損壞其它零件,有過載保護作用;運行平穩(wěn)噪音小、振動?。恢圃彀惭b精度要求不高.缺點:由于彈性且靠摩擦力傳動,因此帶與帶輪之間存在彈性滑動,不能保證準(zhǔn)確傳動比;由于傳動中存在彈性滑動,消耗了部分功率,傳動效率較低;使用壽命較短;與嚙合傳動相比,張緊力和軸上壓力較大,軸易受損;不適宜高溫、易燃、易爆、油污的場所.(3)電動機直接驅(qū)動 普通的伺服電機要實現(xiàn)低速大扭矩輸出時,必須加減速機等減速機構(gòu),以實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速,提升扭矩。雖然這種解決辦法可以實現(xiàn)低速大扭矩的運行,但在此過程中,由于加入了減速機構(gòu),降低了系統(tǒng)的精度及效率。給系統(tǒng)帶來了能量損耗、精度損失、噪音等等不良后果。電動機的也現(xiàn),完美的解決了此類問題的發(fā)生。電動機本身為低速大扭矩輸出,不用減速機構(gòu),直接與負載相連。消除了由于減速機構(gòu)所帶來的不良后果,整體上提高了系統(tǒng)的精度。另外,由于電動機本身的高定位精度、高響應(yīng)速度等特點,更好的保證和提高了系統(tǒng)的精度,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),同時,也節(jié)省成本。綜合以上傳動方式比較,在此次設(shè)計的機床中,因為在電解加工中幾乎無任何切削力,機床功率較小,故選擇V 帶傳動。其具有安裝容易、占地面積小、傳動效率高和噪音小等優(yōu)點,在整個傳動領(lǐng)域中占有重要地位 。2.5 床身選擇C 型結(jié)構(gòu):特點:剛性尚且還可以,穩(wěn)定性好,工作箱可達性好,操作方便。設(shè)計要求:(1)確保床身縱向剛度,防止在電解加工中受軸向力而撓曲變形。(2)床身工作臺設(shè)計時防止工作臺受壓變形。(3)床身工作臺對滑枕的安裝基面垂直度要求公差0.025mm。(4)床身外表面途耐蝕絕緣漆,并加陰極保護。2.6 滑枕頭選擇滾珠絲杠。選用直線滾珠導(dǎo)軌(具體見零部件設(shè)計)。設(shè)計要求:滑枕頭導(dǎo)軌面與工作臺面垂直度公差0.01mm.滾珠絲杠副與絲杠螺母副相比較,絲杠螺母不但要清除傳動的間隙的復(fù)雜程度高,而且耐磨性、潤滑性不好,使用不耐久,精度低,而采用滾珠絲杠副傳動平穩(wěn),摩擦系數(shù)較小,形位精度高,運動靈活,傳動精度高,剛性強。2.7 進給系統(tǒng)選擇步進電機拖動數(shù)字控制系統(tǒng)技術(shù)要求:進給靈敏度高,分辨率高,位置分辨度:0.01mm,速度分辨度:0.01mm/min。進給穩(wěn)定,不爬行,飄移小于0.01mm.(3)速度特性硬:空載到滿載DvS,絲杠是安全的,不會失穩(wěn)。 高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振,因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 臨街轉(zhuǎn)速按下式計算: 式中:為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù),見表2-10,本題取, 即:,所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。 此外滾珠絲杠副還受值的限制,通常要求 5) 剛度驗算 滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量(m)為: 式中:A絲杠截面積,;為絲杠的極慣性矩,;G為絲杠切變模量,對鋼;T為轉(zhuǎn)矩。 式中:為摩擦角,其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù);衛(wèi)平均工作載荷 按最不利的情況?。ㄆ渲校?則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為: 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的1/2,即 該絲杠的滿足上市,所以其剛度可以滿足要求。 6) 效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 要求在90%95%之間,所以該絲杠副合格。 經(jīng)上述計算驗算,F(xiàn)C1-4010-2.5各項性能均符合題目要求,所以合格。 3.4.2 Y軸滾珠絲杠副 (1) 精度 要求:進給精度 快速進給精度 (2) 疲勞強度 絲鋼的最大載荷為最大進給力加摩擦力,最大進給力為1625N,工作臺質(zhì)量900kg,則: 1)摩擦力 根據(jù)機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) 計算載荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D級精度則: 2)計算額定動載荷 取絲杠的工作壽命為, 3)選用 FC1-4020-2.5型絲杠,由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù):公稱直徑 導(dǎo)程 滾珠直徑 按表2-1種尺寸公式計算: 滾道半徑 偏心距 絲杠內(nèi)徑 4)穩(wěn)定性驗算絲杠一端軸向固定,采用深溝球軸承和雙向球軸承,可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動,需要徑向約束,采用深溝球軸承,外圈不限位,以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮,如下圖。 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn),所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S 絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 式中,E為絲杠材料的彈性模量,對于鋼E=206Gpa;l為絲杠工作長度(m);為絲杠危險截面的軸慣性矩();為長度系數(shù),取。 安全系數(shù) 查表2-10,S=2.53.3 ,SS,絲杠是安全的,不會失穩(wěn)。 高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振,因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 臨街轉(zhuǎn)速按下式計算: 式中:為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù),見表2-10,本題取, 即:,所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。 此外滾珠絲杠副還受值的限制,通常要求 5)剛度驗算 滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量(m)為: 式中:A絲杠截面積,;為絲杠的極慣性矩,;G為絲杠切變模量,對鋼;T為轉(zhuǎn)矩。 式中:為摩擦角,其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù);衛(wèi)平均工作載荷 按最不利的情況取(其中) 則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為: 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的1/2,即 該絲杠的滿足上市,所以其剛度可以滿足要求。 6)效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 要求在90%95%之間,所以該絲杠副合格。 經(jīng)上述計算驗算,F(xiàn)C1-4010-2.5各項性能均符合題目要求,所以合格。3.4.3 Z軸滾珠絲杠副 (1)精度 要求:進給精度 快速進給精度 (2)疲勞強度 絲鋼的最大載荷為主軸重量加摩擦力,最小載荷為主軸重量減最大進給力的垂直分力。主軸重量為300kg,則: 1)摩擦力 根據(jù)機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) 計算載荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D級精度則: 2)計算額定動載荷 取絲杠的工作壽命為, 3)選用 FC1-4020-2.5型絲杠,由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù):公稱直徑 導(dǎo)程 滾珠直徑 按表2-1種尺寸公式計算: 滾道半徑 偏心距 絲杠內(nèi)徑 4)穩(wěn)定性驗算絲杠一端軸向固定,采用深溝球軸承和雙向球軸承,可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動,需要徑向約束,采用深溝球軸承,外圈不限位,以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮,如下圖。 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn),所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S 絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 式中,E為絲杠材料的彈性模量,對于鋼E=206Gpa;l為絲杠工作長度(m);為絲杠危險截面的軸慣性矩();為長度系數(shù),取。 安全系數(shù) 查表2-10,S=2.53.3 ,SS,絲杠是安全的,不會失穩(wěn)。 高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振,因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 臨街轉(zhuǎn)速按下式計算: 式中:為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù),見表2-10,本題取, 即:,所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。 此外滾珠絲杠副還受值的限制,通常要求 5)剛度驗算 滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量(m)為: 式中:A絲杠截面積,;為絲杠的極慣性矩,;G為絲杠切變模量,對鋼;T為轉(zhuǎn)矩。 式中:為摩擦角,其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù);衛(wèi)平均工作載荷 按最不利的情況?。ㄆ渲校?則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為:
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