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蘇州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計論文
設(shè)計題目 便攜式電火花小孔機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
院 系 機(jī)電工程系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名 夏 旭 學(xué) 號 0930116120
起迄日期 2013年 月 日 ~ 2013年 月 日
設(shè)計地點(diǎn) 校 內(nèi)
指導(dǎo)教師 殷 振 職稱 實(shí)驗(yàn)師
職稱
完成日期: 年 月 日
XXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）
便攜式電火花小孔機(jī)設(shè)計
摘 要
電火花加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的一個重要組成部分，是機(jī)械制造業(yè)中最廣泛采用的機(jī)械切削和磨削加工的重要補(bǔ)充和發(fā)展。隨著新世紀(jì)電火花加工技術(shù)的不斷發(fā)展，同時也對電火花加工機(jī)床的可操作性、加工效率和加工質(zhì)量提出了越來越高的要求。智能控制作為一種新興理論，為解決復(fù)雜過程的控制提供了一條有效途徑，已逐漸成為電火花加工領(lǐng)域中的一個新的研究熱點(diǎn)，由此開發(fā)而來的新技術(shù)產(chǎn)品正不斷帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
本文通過對現(xiàn)有的電火花加工機(jī)床的研究，針對機(jī)械行業(yè)的需求，設(shè)計開發(fā)了便攜式電火花小孔機(jī)。設(shè)計了便攜式電火花小孔機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)對主軸傳動部分進(jìn)行設(shè)計。
關(guān)鍵詞：電火花加工；便攜式；小孔機(jī)；機(jī)械結(jié)構(gòu)
Abstract
EDM technology is an important part of advanced manufacturing technology, is an important supplement and development of mechanical cutting and grinding machining in machine manufacture. With the continuous development of new century electric spark machining technology, but also on the EDM machine tool operation, the machining efficiency and quality put forward higher requirements. Intelligent control is a newly developed theory, which provides an effective way for the control of complicated process, has gradually become a new hotspot in the field of electric spark processing technology, new product development and thus to continuously bring huge economic benefits.
In this paper, through the study of EDM machine tool of the existing machinery, according to industry needs, design and development of portable electric spark small hole machine. The design of the mechanical structure of portable electric spark machine holes, and focus on the main shaft transmission part design.
Keywords: EDM; portable; small hole machine; mechanical structure
?
目 錄
摘 要 ⅰ
Abstract III
第一章 緒論 1
1.1 課題研究的意義 1
1.2 國內(nèi)外電火花加工的發(fā)展 2
1.2.1 國外電火花加工的的發(fā)展 2
1.2.2 我國電火花加工的發(fā)展 2
1.3 電火花加工原理 3
1.4 本論文研究的主要內(nèi)容 3
第二章 便攜式電火花小孔機(jī)方案分析 5
2.1 便攜式電火花小孔機(jī)加工的優(yōu)勢 5
2.2 便攜式電火花小孔機(jī)適用范圍及特點(diǎn) 5
2.3 設(shè)計方案 6
2.3.1 方案要求 6
2.3.2 方案功能設(shè)計與分析 7
2.3.3 控制部分的作用 7
2.3.3 控制部分的組成及作用 8
2.4 本章小結(jié) 9
第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10
3.1 概述 10
3.2 導(dǎo)軌的選擇和計算 11
3.2.1 導(dǎo)軌 11
3.2.2 滑軌的選擇 12
3.3 絲杠的設(shè)計 15
3.4 伺服電機(jī)的選擇 17
3.4.1 軸向進(jìn)給伺服電機(jī)的選擇 17
3.4.2 工作頭旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的選擇 18
3.5 軸承的設(shè)計計算 19
3.6 本章小結(jié) 20
第四章 結(jié)論 21
4.1 本論文取得的結(jié)果 21
4.2 設(shè)計的心得總匯 21
致 謝 22
參考文獻(xiàn) 23
IV
第一章 緒論
1.1 課題研究的意義
電火花加工具有非常明顯的優(yōu)勢。由于它擁有的適合于任何難切削導(dǎo)電材料，并且可以加工特殊及復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，在機(jī)械加工領(lǐng)域中，一直占據(jù)著非常重要的位置。因此，電火花加工被廣泛地應(yīng)用于模具的制造，和特殊形狀的加工等方面。
為了提高電火花加工的教學(xué)課堂效果，以及相關(guān)培訓(xùn)所能達(dá)到的效果，設(shè)計、開發(fā)一個能夠被用于教學(xué)演示的便攜式微型電火花加工機(jī)床，具有非常重要的意義。
另外，本項(xiàng)目所研制的便攜式電火花加工機(jī)床，也可以作為一種便攜式的電火花加工工具，在不常使用或不易使用大型電火花加工設(shè)備的地方，對于科研和生產(chǎn)中各種難加工材料、難加工型孔和難加工結(jié)構(gòu)的加工，具有重要的、難以替代的作用。
電火花小孔機(jī)屬于電火花加工機(jī)床的一種。其工作原理是利用連續(xù)移動的細(xì)金屬絲（稱為電極絲）作電機(jī)，對工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。與電火花線切割機(jī)床、成型機(jī)不同的是，它的電脈沖的電極是空心銅棒。介質(zhì)從銅棒孔穿過與工件發(fā)生放電，腐蝕金屬達(dá)到穿孔的目的，用于加工超硬鋼材、硬質(zhì)合金、銅、鋁及任何可導(dǎo)電性物質(zhì)的細(xì)孔。
作為先進(jìn)制造技術(shù)的一個重要分支，特種加工技術(shù)，尤其是電火花加工技術(shù)，自20世紀(jì)40年代開創(chuàng)以來，歷經(jīng)半個多世紀(jì)的發(fā)展，已成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。
電火花加工具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 可以加工難以用金屬切削方法加工的零件，不受材料硬度影響。
2. 由于工具電極與工件電極不直接接觸，沒有機(jī)械切削力。所以在制作工具電極時不必考慮其受力特性，工具電極可以做的十分微細(xì)，能進(jìn)行微細(xì)加工和復(fù)雜型面加工。
3. 電火花加工是通過脈沖放電來腐蝕金屬材料的，而脈沖電源的參數(shù)隨時可調(diào)，因此在同一情況下，只需調(diào)整電參數(shù)即可切換粗、半精、精、超精加工。
電火花加工的局限性：
1. 電火花加工生產(chǎn)效率低
2. 被加工的工件只能是導(dǎo)體
3. 存在電極損耗，這就影響了成型精度
4. 加工表面有變質(zhì)層
5. 加工過程必須在工作液中進(jìn)行。電火花加工時放電部位必須在工作液中，否則將引起異常放電。
6. 線切割加工有厚度極限。
1.2 國內(nèi)外電火花加工的發(fā)展
1.2.1 國外電火花加工的的發(fā)展
目前計算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，電火花加工實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化和無人化。美國、日本的一些電火花加工設(shè)備生產(chǎn)公司依靠其精密機(jī)械制造的雄厚實(shí)力，通過兩軸、三軸和多軸數(shù)控系統(tǒng)、自動工具交換系統(tǒng)及采用多方向伺服的平動、搖動方案，解決了電火花加工技術(shù)中一系列實(shí)質(zhì)性的問題。隨著具有高精度、高剛度、高自動化、高加工表面粗糙度的機(jī)床不斷出現(xiàn)，使加工的功能及范圍不斷擴(kuò)大。如今，在國際上，電火花加工可以加工大至數(shù)十噸重的模具和零件，小至幾微米的微孔。
1.2.2 我國電火花加工的發(fā)展
20世紀(jì)50年代初期，我國開始研究和試制電火花鍍敷設(shè)備，即把硬質(zhì)合金用電火花工藝鍍敷在高速鋼金屬切削刀具和冷沖模刃口上，提高金屬切削刀具和模具的使用壽命。同時我國還成功研制了電火花穿孔機(jī)，并廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)噴嘴小孔的加工。
20年代初，上海科學(xué)院電工研究所成功研制了我國第一臺靠模仿形電火花線切割機(jī)床。隨后又出現(xiàn)了具有我國特色的冷沖模工藝，即直接采用凸模打凹模的方法，使凸凹模配合的均勻性得到了保證，大大簡化了工藝過程。
60年代末，上海電表廠張維良工程師在陽極切割的基礎(chǔ)上發(fā)明了我國獨(dú)有的高速走絲線切割機(jī)床。上海復(fù)旦大學(xué)研制出電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)。
70年代隨著電火花工藝裝備的不斷進(jìn)步，電火花型腔模具成型加工工藝已經(jīng)成熟。線切割工藝也從加工小型冷沖模發(fā)展到可以加工中型和較大型模具。切割厚度不斷增加，加工精度也不斷提高。
80年代以來計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，電火花加工也引進(jìn)了數(shù)控技術(shù)和電腦編程技術(shù)，數(shù)控技術(shù)的普及，使人們從繁重、瑣碎的編程工作中解放出來，極大的提高了效率。
1.3 電火花加工原理
電火花加工是一種新的加工技術(shù)，自五十年代以來，我國開始研究和試用。經(jīng)過不斷發(fā)展，已得到日益廣泛的應(yīng)用，成為加工各種模具和零件的有效方法。
電火花加工是利用兩極見脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對材料進(jìn)行加工的方法。
早在十九世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了電器開光的觸點(diǎn)開閉時，以為放電，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現(xiàn)象叫做電腐蝕。起初，電腐蝕被認(rèn)為是有害的，為減少和避免這種有害的電腐蝕，人們一直在研究電副食產(chǎn)生的原因和防止的辦法。當(dāng)人們掌握了它的規(guī)律之后，便創(chuàng)造條件，轉(zhuǎn)害為益，把電腐蝕用于生產(chǎn)中。
研究結(jié)果表明，當(dāng)兩極產(chǎn)生放電的過程中，放電通道瞬時產(chǎn)生大量的熱，足以使電極材料表面局部熔化或汽化，并在一定條件下，熔化或汽化的部分能拋離電極表面，形成放電腐蝕的坑穴。
二十世紀(jì)四十年代初，人們進(jìn)一步認(rèn)識到，在液體介質(zhì)中進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電時，能夠?qū)?dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工，因此，創(chuàng)立了“電火花加工法”。
電火花加工是與機(jī)械加工性質(zhì)完全不同的一種新工藝、新技術(shù)。機(jī)械加工是通過機(jī)床部件的相對運(yùn)動，用比工件材料硬的刀具去切除工件上多余的部分，來得到成品零件的。但隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性、高粘性、高韌性、高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)，具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多，仍然采用機(jī)械加工法，有時是難于加工或無法加工的。因此，人們除了進(jìn)一步發(fā)展和完善機(jī)械加工法之外，還努力尋求新的加工法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯出很多優(yōu)異性能，因此得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。
1.4 本論文研究的主要內(nèi)容
本人系統(tǒng)學(xué)習(xí)了電火花加工技術(shù)的知識，查閱了一些相關(guān)的文獻(xiàn)資料，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本人的設(shè)想和設(shè)計工作中需要解決的任務(wù)，主要進(jìn)行了以下幾項(xiàng)工作：
(1) 進(jìn)行電火花小孔機(jī)本體結(jié)構(gòu)的方案分析和設(shè)計。
(2) 對電火花小孔機(jī)主要傳動部件的設(shè)計和計算。
(3) 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計。
第二章 便攜式電火花小孔機(jī)方案分析
2.1 便攜式電火花小孔機(jī)加工的優(yōu)勢
隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)對各種機(jī)械設(shè)備零件的加工量愈來愈大， 對其質(zhì)量和精度要求，也再不斷提高。我們都知道，在機(jī)械加工過程中，容易將絲錐、鉆頭、絞刀等加工工具斷折在工件內(nèi)部，不僅影響生產(chǎn)進(jìn)度，還會降低產(chǎn)品質(zhì)量，目前常規(guī)的辦法是手工提取或用電火花加工機(jī)提取，既費(fèi)時又費(fèi)力，有時還會將工件報廢，給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
該項(xiàng)目是針對上述問題而開發(fā)的高技術(shù)產(chǎn)品。不但用于模型的制造、維修、斷錐鉆頭及破損刀具在工件內(nèi)部的提取，還可作為培訓(xùn)模具專業(yè)人員的入門機(jī)型，是一靈活多用的小型五金工具。
此外，該項(xiàng)目投產(chǎn)后，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于機(jī)械制造，汽車制造、加工、修理及特種加工行業(yè)，作為特種加工工具(便攜式小型設(shè)備)使用。各大、中、小企業(yè)都適用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和通用性。容易普及和推廣?？山o生產(chǎn)本產(chǎn)品的企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，其社會效益也是不可估量的。例如生產(chǎn)汽油機(jī)、柴油機(jī)的企業(yè)及模具加工企業(yè)，每年因?yàn)榻z錐、鉆頭以及其他加工工具折斷在工件內(nèi)部，無法取出而造成廢品，其經(jīng)濟(jì)損失約占6～7％。因而，該產(chǎn)品的市場需求量相當(dāng)大。
該產(chǎn)品還可以和數(shù)控銑、立銑、加工中心等設(shè)備配合使用，完成數(shù)控放電加工所能完成的任務(wù)?？蔀樾⌒吞胤N加工企業(yè)和小型模具加工企業(yè)節(jié)省大量的設(shè)備費(fèi)用。降低生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的利潤，而產(chǎn)品本身成本低廉，其經(jīng)濟(jì)效益也就不言而喻。
2.2 便攜式電火花小孔機(jī)適用范圍及特點(diǎn)
電火花小孔機(jī)的適用范圍主要有以下幾點(diǎn)：
1、去除折斷在工件中各種直徑的絲錐、鉆頭、絞刀、螺釘、塞規(guī)等工具/刀具；
2、可在任意大小、形狀的工件上加工；
3、工件上各種角度位置的加工；
4、加工非精度要求孔；
5、尤其適用于難于在電火花機(jī)床上加工的大型工件。
其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
1、采用電蝕原理去除折斷刀具，非接觸加工，加工中不受力，不損傷工件；
2、便攜式設(shè)計、可以方便的在各種環(huán)境下使用；
3、采用磁性底座，加工裝置可以吸到工件上加工；
4、工作頭可任意角度調(diào)整；
5、自動進(jìn)給加工，不占用人員；
7、采用水作工作液，經(jīng)濟(jì)方便；
8、電源采用單相220V電源，可方便接線；
10、加工深度自動控制；
11、采用專用電極，可以做200mm以內(nèi)的深孔加工作業(yè)；
12、內(nèi)置進(jìn)口高壓電磁水泵，給水方便快捷，啟動后2秒鐘內(nèi)出水；
13、提供多種選購件以適用于不同的需求；
14、提供磁力外部給水管，方便外部給水作業(yè)；
2.3 設(shè)計方案
2.3.1 方案要求
設(shè)備性能:
1.能加工不銹鋼、淬火鋼、硬質(zhì)合金、銅、鋁等各種導(dǎo)電材料；
2.能加工孔徑0.3-3.0，最大深徑比能達(dá)200:1以上；
3.加工速度可達(dá)10-50mm/min；
4.直接使用自來水作工作液；
5.外形小巧，便于攜帶。
主要技術(shù)參數(shù)：
1. 工作臺面尺寸：460×260mm
2. 最大加工深度：200mm
3. 加工孔徑0.3-3mm
4. 最大加工速度：10-50mm/min
5. 供電電源：220V
6. 整機(jī)重量：＜20kg
2.3.2 方案功能設(shè)計與分析
電火花小孔機(jī)主要由機(jī)械部分和控制部分兩個部分組成。控制部分和機(jī)械部分構(gòu)成了電火花小孔機(jī)的整體。
2.3.3 控制部分的作用
電火花加工在微觀上表現(xiàn)為兩極間的脈沖性火花放電，間隙放電過程是一個極其復(fù)雜的過程，受到多種因素的干擾，使加工過程的穩(wěn)定性很難得到保證。對于手動控制的電火花加工機(jī)床的加工，要求操作人員經(jīng)常調(diào)整伺服進(jìn)給、脈間、抬刀、沖液等參數(shù)，保持加工過程的穩(wěn)定和高效，由于控制參數(shù)多，存在相互影響，對操作人員的經(jīng)驗(yàn)有較高的要求。而具有自動控制功能的電火花加工機(jī)床，目前還不能完全脫離人的因素，在加工的穩(wěn)定性和高效性方面，與機(jī)器相比，熟練工人仍具有較大的優(yōu)勢。面向快速制造的電火花加工技術(shù)要求加工過程的無人化和智能化，這也是電火花加工研究領(lǐng)域的一個重要方向。目前該方向尚存在兩方面的問題需要解決：一方面是離線參數(shù)的選擇，如電規(guī)準(zhǔn)選取等，可以通過智能數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)來解決；另一方面是控制參數(shù)的在線調(diào)節(jié)問題，如脈沖間隔、抬刀、伺服參考電壓等，由于目前尚沒有有效的數(shù)學(xué)模型可以利用，這類問題只有依靠智能控制方法來解決。
電火花加工過程控制通常包括三部分；
1．加工前工藝參數(shù)的選擇。主要是根據(jù)以往的加工經(jīng)驗(yàn)，選擇合適的加工規(guī)準(zhǔn)，以滿足加工質(zhì)量的要求。這種功能可以由智能專家系統(tǒng)完成，智能專家系統(tǒng)以加工速度為評價標(biāo)準(zhǔn)，以工具、工件材料、工作液性質(zhì)及加工零件復(fù)雜性為約束條件，根據(jù)工藝參數(shù)與加工質(zhì)量(包括表面粗糙度、仿型精度)之間的關(guān)系，給出合理的加工規(guī)準(zhǔn)，國內(nèi)外在這方面己有許多研究成果報道。
2．加工中放電狀態(tài)的控制。主要是以放電狀態(tài)為評價標(biāo)準(zhǔn)，對工藝參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以保證加工長時間高效、持續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)行。通常的電火花加工控制主要是針對這部分而言，對它的研究一直是電火花加工領(lǐng)域的熱點(diǎn)，各種研究成果層出不窮。
3．各種復(fù)雜形面加工的數(shù)控。主要是以加工軌跡跟蹤的精確性為評價標(biāo)準(zhǔn)，對各空間伺服坐標(biāo)軸進(jìn)行實(shí)時控制，以保證加工的仿型精度。這方面的研究從五十年代初開始，發(fā)展極為迅速，到目前為止，理論上已基本成熟。
2.3.3 控制部分的組成及作用
電火花加工由于其非接觸加工的特點(diǎn)，加工放電間隙很小，要求其在電極進(jìn)給方向具有更精確的伺服迸給控制。其主要特點(diǎn)有：脈沖放電的能量密度高：脈沖放電的持續(xù)時間極短，產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小：加工時，工作電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極?。恢苯永秒娔芗庸?，便于實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化電火花加工系統(tǒng)分析及智能控制方案的設(shè)計。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示：
15.磁力表座 16.升降臂 17.升降臂鎖緊把手
18.升降軸 19.定深鎖緊螺釘 20.電極卡頭
21.鱷魚夾（接工件） 22.主軸頭旋轉(zhuǎn)控制把手 23.沖水接頭
圖2-1 電火花小孔機(jī)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)簡圖
由上述結(jié)構(gòu)簡圖可知：本加工成型機(jī)主要包括：支架和箱體單元，其中箱體單元是一臺電火花加工機(jī)的重點(diǎn)，本文在下文將詳細(xì)介紹。
2.4 本章小結(jié)
本章主要擬定便攜式電火花小孔機(jī)的設(shè)計方案，其主要包括電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。通過本章我們基本確認(rèn)本設(shè)計的具體方案，為下文的設(shè)計計算打下基礎(chǔ)。
第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計
3.1 概述
由上述結(jié)構(gòu)簡圖可知：本加工成型機(jī)主要包括：支架和箱體單元，其中箱體單元是一臺電火花加工機(jī)的重點(diǎn)，所以本文重點(diǎn)介紹主軸箱系統(tǒng)的設(shè)計。
主傳動箱體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示，在整個便攜式電火花小孔機(jī)中，其起到的作用是電加工的微動進(jìn)給，定位，加工深度的設(shè)定。是整個便攜式電火花小孔機(jī)的重要組成單元。
本加工成型機(jī)主要包括：箱體，伺服電機(jī)，滾珠絲杠，直線導(dǎo)軌，微動裝置，加工頭等。下面具體分述如下。
圖3-1 主軸箱結(jié)構(gòu)
3.2 導(dǎo)軌的選擇和計算
3.2.1 導(dǎo)軌
1)導(dǎo)軌的功用
在各類機(jī)器和儀器上，運(yùn)動部件在支撐部件上運(yùn)動，兩個部件相互接觸的部分稱為導(dǎo)軌。
導(dǎo)軌的功用是為運(yùn)動部件導(dǎo)向和承受載荷。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動的一方稱為動導(dǎo)軌，不動的一方稱為支撐導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于支撐導(dǎo)軌一般只有一個自由度的運(yùn)動。
導(dǎo)軌和軸承在功用、工作原理和機(jī)構(gòu)上都有很多相同之處，特別是圓周運(yùn)動的導(dǎo)軌更是如此，導(dǎo)軌設(shè)計和軸承設(shè)計有許多共同之處。
導(dǎo)軌還常常是整個機(jī)器或儀器的安裝、裝配和工作基準(zhǔn)。
2）對導(dǎo)軌的基本要求
（1）導(dǎo)向精度是指運(yùn)動部件沿著導(dǎo)軌運(yùn)動的軌跡的準(zhǔn)確性。這是導(dǎo)軌工作質(zhì)量最重要的指標(biāo)。特別是精密機(jī)械和儀器。
影響導(dǎo)向精度的因素有:
1．導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和截面形狀；
2．導(dǎo)軌的加工質(zhì)量（幾何精度、接觸精度和粗糙度）以及裝配調(diào)整質(zhì)量；
3．導(dǎo)軌和其支撐件的剛度及熱變形；
4．潤滑狀況。
（2）精度的保持性
要在規(guī)定的期限內(nèi)保持導(dǎo)軌的初始精度。對精密或大型機(jī)械，由于成本高，希望能比較長的時間保持精度。
影響精度保持性的因素有：
耐磨性。耐磨性與導(dǎo)軌的材料、硬度和摩擦表面的情況有關(guān)，還與導(dǎo)軌副的材料匹配有關(guān)。
1)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和截面形狀（磨損后能否自動補(bǔ)償或調(diào)整很方便）
2)潤滑狀況好壞。
3)防護(hù)裝置的好壞。
（3）運(yùn)動的平穩(wěn)性和靈敏性
要保證在低速運(yùn)動或微量運(yùn)動時不產(chǎn)生爬行，能實(shí)現(xiàn)要求的定位精度。
影響運(yùn)動平穩(wěn)性和靈敏度的因素有:
1)導(dǎo)軌面的摩擦特性（與導(dǎo)軌的材料、類型機(jī)潤滑狀態(tài)有關(guān)）。
2)傳動系統(tǒng)的剛度。
3)負(fù)載情況。
（4）其他
1)結(jié)構(gòu)簡單可靠。
2)工藝性好。
3）維修方便。
4）價格合理。
3） 導(dǎo)軌的分類
按運(yùn)動形式分類
（1）直線運(yùn)動導(dǎo)軌
1）直線運(yùn)動導(dǎo)軌副，動導(dǎo)軌支撐在靜導(dǎo)軌上，支撐載荷并作往復(fù)直線運(yùn)動。
2）直線運(yùn)動導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌（靜導(dǎo)軌）一般不等長，動導(dǎo)軌常比支撐導(dǎo)軌短。若動導(dǎo)軌在支撐導(dǎo)軌上移動的位置和長度經(jīng)常改變，則支撐導(dǎo)軌外露部分容易調(diào)入異物損壞導(dǎo)軌，需注意防護(hù)。此外，支撐導(dǎo)軌在長度方向上磨損不均勻，會影響導(dǎo)向精度。
3）直線運(yùn)動導(dǎo)軌的長度決定于運(yùn)動部件的尺寸、行程及對強(qiáng)度、壽命、剛度的要求。
4）直線運(yùn)動導(dǎo)軌一般由螺旋螺母、齒輪齒條、液壓缸和氣缸等傳動驅(qū)動。這些傳動件沒有導(dǎo)向作用，導(dǎo)軌起導(dǎo)向和支撐作用。當(dāng)精度要求特別高時，為了減小導(dǎo)軌磨損而增設(shè)副導(dǎo)軌，專門用于承受載荷。
（2）回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌
1）回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌起支撐和定中心作用。
2）回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌的動、靜導(dǎo)軌在整個圓周上始終接觸，導(dǎo)軌沒有外露。因此在圓周方向上沒有磨損不均勻問題，但在徑向由于半徑不同，各點(diǎn)磨損不均勻。導(dǎo)軌不外露，防護(hù)簡單，但散熱困難。
3.2.2 滑軌的選擇
根據(jù)設(shè)計參數(shù)確認(rèn)：
本設(shè)計的軸向運(yùn)動的行程為200mm，進(jìn)給速度為0.1m/s。無明顯碎屑，要求壽命為10年。精度、剛性滿足一般要求。負(fù)荷方式，承受豎直向下的力和較小的轉(zhuǎn)矩。
1） 選擇導(dǎo)軌型號
HGW 10CC，HG系列，無法蘭型滑塊，滑塊固定方式為上鎖式。
2）導(dǎo)軌工作計算
（1）受力條件
1）進(jìn)給部分工作臺安裝有兩個導(dǎo)軌；
2）進(jìn)給部分重量為工作頭的重量；
（2）受力計算
進(jìn)給部分重力給每個滑塊的力：
（3）壽命計算
當(dāng)線性滑軌承受負(fù)荷并作運(yùn)送時，珠道表面與鋼珠因不斷的受到循環(huán)應(yīng)力的作用，一旦到達(dá)滾動疲勞的臨界值，接觸面就會開始產(chǎn)生疲勞破損，并在部分表面發(fā)生魚鱗狀薄片的剝落現(xiàn)象，此種現(xiàn)象叫做剝離。壽命，珠道表面及鋼珠因材料疲勞而產(chǎn)生表面剝離現(xiàn)象時為止的總運(yùn)行時間。
計算壽命時間公式
：壽命時間 h
：運(yùn)行速率
：負(fù)荷比
由尺寸表知，10CC型號的基本動額定載荷38.74。
負(fù)荷大?。ǜ鶕?jù)負(fù)荷狀況與使用速度選擇）f根據(jù)由表7-1選擇
運(yùn)行速率，帶入上式中
符合要求。
表 3-1 負(fù)荷系數(shù)f
負(fù)荷狀況
使用速度
F
無沖擊力且平滑
微笑沖擊力
普通負(fù)荷力
受沖擊力及振動
V≤15m/min
15m/min
120m/min
1～1.2
1.2～1.5
1.5～2.0
2.0～3.5
4）互換性單出件精度
根據(jù)型號與等級選擇，本設(shè)計因受力較小精度要求不高，選用普通級。
以下列出線性滑軌的各項(xiàng)精度：
高度H
寬度N
成對高度H的相互誤差
成對寬度N的相互誤差
行走平行度精度
（5）導(dǎo)軌預(yù)緊
預(yù)緊力是預(yù)先給予鋼珠負(fù)荷力，利用鋼珠與鋼道之間負(fù)向間隙給予預(yù)緊，以提高線性滑軌的剛性及消除間隙。小規(guī)格建議選用輕預(yù)緊，以避免因預(yù)緊選用過重降低其使用壽命。
本設(shè)計中拋光機(jī)負(fù)荷輕且要求一定精度，選用的導(dǎo)軌是小規(guī)格的，采用輕預(yù)緊。
采用預(yù)緊力為 ()
（6）剛性
導(dǎo)軌承受負(fù)荷時，滑塊或線性滑軌等在容許負(fù)荷的范圍之內(nèi)作彈性變形，此時的變形量與負(fù)荷的比就是線性滑軌的剛性值?？梢砸罁?jù)剛性值計算線性滑軌的變形量，以確定是否影響設(shè)備精度。
變形量的計算公式：
——變形量
——工作負(fù)荷（）
：剛性值
：負(fù)荷系數(shù)
在上述計算中知工作負(fù)荷
由HGW45CC規(guī)格的線性滑軌采用輕預(yù)緊選擇剛性值
選用 ，代入式
符合要求。
（7）潤滑
采用潤滑油脂潤滑，在滑塊的前端裝上油嘴以供手動打油。單個滑軌的潤滑油脂油量為。潤滑頻率，每運(yùn)行補(bǔ)充油脂一次。
3.3 絲杠的設(shè)計
滑動螺旋的特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，加工方便；②易于實(shí)現(xiàn)逆行程自鎖，工作安全可靠；③摩擦阻力大，傳動效率低；④容易磨損，軸向剛度較差。
滾珠螺旋的特點(diǎn)：①摩擦阻力小，傳動效率高；②磨損小、壽命長、工作可靠性好；③具有運(yùn)動的可逆性，應(yīng)設(shè)防逆動裝置；④軸向剛度較高，抗沖擊性能較差；⑤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較難；⑥預(yù)緊后得到很高的定位精度（約達(dá)5um/300㎜）和重復(fù)定位精度（可達(dá)1~2um）。
參照設(shè)計要求發(fā)現(xiàn)，滑動螺旋和滾動螺旋均可滿足要求。擬選定滾動螺旋傳動方式。
(1)滾珠絲桿副的選用與校核計算
導(dǎo)軌摩擦力 Fu=u(m1+m2)g=16N
其中m1 =10㎏——移動負(fù)載；
m2 =70㎏——工作臺質(zhì)量和滑塊質(zhì)量；
u=0.15——導(dǎo)軌與支撐之間的摩擦系數(shù)
u—— 直線導(dǎo)軌的動摩擦因素 0.02
(2)軸向載荷Fxmax和等效軸向載荷Fm的計算
其中負(fù)載移動阻力系數(shù)k=1.15 ;
Fx——負(fù)載移動阻力；
Fz= g; G= g; =0.1m/s2;
Fxmax=Fm=78N;
(3)預(yù)設(shè)滾動絲桿基本參數(shù)
螺紋公稱直徑——d0=10mm ；
導(dǎo)程——Ph=5mm；
鋼球直徑——Dw=1.488mm;
圈數(shù)×列數(shù)——i×k=2.5×1；
螺桿滾道曲率——rs=0.52 Dw;
轉(zhuǎn)速;
(4)計算動載荷Ca’：Ca’=Kh·KF·KH·Kl·Fm/kn=26280N
壽命系數(shù)：Kh =(Lh/500)1/3
工作壽命Lh查下表3-2：
表3-2 各類機(jī)械預(yù)期工作時間
機(jī)械類型
Lh
備注
普通機(jī)械
普通機(jī)床
數(shù)控機(jī)床
精密機(jī)床
測試機(jī)械
航空機(jī)械
5000～10000
10000～15000
20000
20000
15000
1000
250（天）×16（h）×10（年）×0.5（開機(jī)率）=20000
由于是普通絲桿傳動，選Lh =15000h；又查表3-3得：
表3-3a載荷系數(shù)
載荷性質(zhì)
無沖擊平穩(wěn)時
一般運(yùn)行
有沖擊和振動
KF
1-1.2
1.2-1.5
1.5-2
表3-3b 硬度系數(shù)
硬度系數(shù)
大于等于58
55
50
KH
1.0
1.11
1.56
表3-3c 精度系數(shù)
精度系數(shù)
1、2、3
4、5
7
KA
1.0
0.9
0.8
由上表知： 載荷系數(shù)KF=1.2；動載荷硬度系數(shù)KH=1.0;
轉(zhuǎn)速系數(shù)Kn=（33.3/n）1/3,其中n是絲桿轉(zhuǎn)速； 短行程系數(shù)KL=1.0。
即：
（5）螺旋導(dǎo)程角λ
λ=arctan Ph/лd0= arctan0.417=4.6°
（6）基本額定載荷校核Ca
Ca=fc（icosa）0.7Z2/3Dwtana=321N
fc= KF·KH·KA· Fm=262.8
其中fc：與滾珠絲桿副滾道的幾何形狀制造精度和材料有關(guān)的系數(shù)一圈螺紋滾道內(nèi)的鋼球數(shù)量Z=лd0/Dw； 鋼球滾到便面在接觸點(diǎn)處的公法線與螺紋軸線的垂直線間的夾角a=45o
由上可知：Ca大于Ca′所以符合要求。
3.4 伺服電機(jī)的選擇
3.4.1 軸向進(jìn)給伺服電機(jī)的選擇
已知條件：
工作臺在直線導(dǎo)軌上的摩擦力Fu=16N，暫定穿軸的作用力為10KG
即：
T——絲杠所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Nm
F——絲杠的軸上作用力N
Ph——絲杠的導(dǎo)程m
——絲杠的傳動效率 0.9
根據(jù)產(chǎn)品樣本，電機(jī)的扭矩要為所需驅(qū)動扭矩的1.5倍，即：
根據(jù)西門子選型樣本：
我們選擇電機(jī)的型號為：1FK7 040-5AF71。
表3-4為為該電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。
表3-4 1FK7 040-5AF71型伺服電機(jī)主要參數(shù)
額定轉(zhuǎn)速
r/min
力矩
Nm
慣性矩
J/kgm2
重量
Kg
3000
0.7
1.1×10-4
2.6
3.4.2 工作頭旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的選擇
已知條件：
假設(shè)加工式的阻力為20N，伺服電機(jī)和工作頭的減速比為2，同步帶的直徑為20mm
即：
根據(jù)產(chǎn)品樣本，電機(jī)的扭矩要為所需驅(qū)動扭矩的1.5倍，即：
根據(jù)西門子選型樣本：
我們選擇電機(jī)的型號為：1FK7 030-5AF71。
表3-4為為該電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。
表3-5 1FK7 030-5AF71型伺服電機(jī)主要參數(shù)
額定轉(zhuǎn)速
r/min
力矩
Nm
慣性矩
J/kgm2
重量
Kg
3000
0.5
0.9×10-4
2.3
3.5 軸承的設(shè)計計算
滾動軸承的壽命計算公式如下：
在實(shí)際計算中，一般用工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命，這時上式改寫為
式中 ——軸承的額定壽命，h；
P —— 當(dāng)量動負(fù)荷，N；
n —— 軸承的轉(zhuǎn)速，r/min；
——壽命指數(shù)，對球軸承為3，對滾子軸承為10/3；
C ——額定動負(fù)荷，N。
當(dāng)量動負(fù)荷P的計算公式如下：
；
式中 ——實(shí)際徑向負(fù)荷，N；
——實(shí)際軸向負(fù)荷，N；
X ——徑向系數(shù)；如下表；
Y ——徑向系數(shù)；如下表；
表3-5 1FK7 030-5AF71型伺服電機(jī)主要參數(shù)
軸承類型
單列軸承
雙列軸承
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
推力軸承
tg
1
通過查閱相關(guān)資料可以確定選7000c的推力軸承
3.6 本章小結(jié)
本章主要設(shè)計計算了便攜式電火花小孔機(jī)的主軸箱系統(tǒng)，重點(diǎn)計算了，導(dǎo)軌，絲杠，伺服電機(jī)。通過本章的計算確定傳動箱各個主要部件的尺寸。
第四章 結(jié)論
4.1 本論文取得的結(jié)果
(1) 完成了便攜式電火花小孔機(jī)本體方案創(chuàng)成、分析確定，進(jìn)行了便攜式電火花小孔機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件的設(shè)計
(2) 進(jìn)行了便攜式電火花小孔機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括一些零部件的選型和設(shè)計計算。
4.2 設(shè)計的心得總匯
高效穩(wěn)定、價格低廉、操作靈活的電火花加工機(jī)床一直是人們不斷追求的目標(biāo)。然而，傳統(tǒng)的電火花加工機(jī)床體積龐大，價格昂貴，為廣大的機(jī)械加工行業(yè)帶來了諸多不便。本文在查閱了大量有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對電火花加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)的研究，實(shí)現(xiàn)了電火花加工機(jī)床結(jié)構(gòu)的小型化，并且提出了一種新型的加工電極振動裝置，達(dá)到改善加工狀況，提高加工速度的目的。
在本課題的研究過程中，作者深深感到新興技術(shù)對于推動電火花加工技術(shù)不斷發(fā)展的重要作用。本文所設(shè)計的便攜式電火花加工機(jī)只是加工系統(tǒng)的初步實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際中還存在著一些不足之處，需在進(jìn)一步的設(shè)計中加以改進(jìn)和完善。
致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計可以圓滿的完成，離不開導(dǎo)師XXX的悉心指導(dǎo)。從課題的提出和論證到論文完成，X導(dǎo)師淵博的學(xué)識、先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想、對待研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和無私的奉獻(xiàn)精神都是學(xué)生的楷模，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的X導(dǎo)師致以崇高的敬意和由衷的感謝。
經(jīng)過這段時間的畢業(yè)設(shè)計，我感覺到掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和學(xué)會使用必要工具的重要性，深刻體會到網(wǎng)絡(luò)資源的巨大作用，在遇到難以解決的問題時，可以在網(wǎng)絡(luò)中尋找所需的資料，到相關(guān)的論壇上去求得幫助；學(xué)會靈活運(yùn)用電腦網(wǎng)絡(luò)這個現(xiàn)代工具是我們必備的素質(zhì)。同時畢業(yè)設(shè)計對我的英語水平也提出了較高的要求，通過閱讀英文資料、翻譯英文材料切實(shí)提高了我使用英語的水平，使我在今后的學(xué)習(xí)中不至落后現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的潮流。
在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的過程中 ，我的感激之情無以言表，僅以此文獻(xiàn)給他們，感謝我的朋友們，大家這四年來無論深處何地，距離多遠(yuǎn)，我始終感受的到與你們大家在一起；感謝我的老師，四年來對我的關(guān)心幫助讓我在學(xué)校的生活和學(xué)習(xí)中都能有親人般的感覺；感謝我的同學(xué)們，大家雖然來自不同的地方，但是大家始終相親相愛，團(tuán)結(jié)一致。我很慶幸能有了你們大家陪我一路走過艱難的歷程。回首大學(xué)四年，往事歷歷在目，心緒難以平復(fù)，如此多的關(guān)心和幫助讓我感到莫大的幸運(yùn)，感覺充滿力量，無論是身邊的同學(xué)老師還是遠(yuǎn)方的親人朋友們，他們的支持是我可以努力和堅持的最大動力，有了他們才真正讓我感受到這個世界是無與倫比的美麗，這些都將支持我走向新的崗位，為社會為他人貢獻(xiàn)我的綿薄之力。
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