電解加工機(jī)床的設(shè)計(jì)

摘要本文主要講述電解加工機(jī)床的設(shè)計(jì)過(guò)程，電解加工又稱(chēng)電化學(xué)加工，是基于金屬工件在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解的原理并借助于成型的陰極，將工件按一定的形狀和尺寸加工成型的一種工藝方法。電解加工以其在難切削材料、復(fù)雜形狀的零件加工中體現(xiàn)出的特殊優(yōu)點(diǎn)，較好的適應(yīng)了軍事工業(yè)中若干重要關(guān)鍵產(chǎn)品的特殊需要，首先成為軍工生產(chǎn)中不可缺少的重要手段和關(guān)鍵技術(shù)。電解加工設(shè)備是一個(gè)完整的配套系統(tǒng)，由機(jī)床、電源、輸液系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)四大部分組成，機(jī)床是設(shè)備的主體，進(jìn)行電解加工的場(chǎng)域，其主要功能除安裝、定位工件和工具電極并按需要送進(jìn)工具電極外，還必須將加工電流和電解液輸送到加工區(qū)。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成該機(jī)床的機(jī)械本體、主傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、引電系統(tǒng)的三維造型設(shè)計(jì)。該機(jī)床采用雙立柱導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，以減小占地面積，提高系統(tǒng)的剛性，加工過(guò)程的可靠性，保證加工精度。主傳動(dòng)系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)諧波減速器直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)通過(guò)絲杠將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑板的上下移動(dòng)。由于諧波減速器分辨率高，傳動(dòng)比大，可保證主軸旋轉(zhuǎn)精度。引電系統(tǒng)則采用對(duì)稱(chēng)電刷結(jié)構(gòu)，減小主軸圓跳動(dòng)誤差，保證引電的可靠性。采用組合軸承座設(shè)計(jì),可顯著提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的剛性,減小主軸受外力作用時(shí)的變形。關(guān)鍵詞：電解加工，成型原理，主傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)床ABSTRACTABSTRACTThispaperdescribesthedesignprocessofelectrolysismachinetools,alsoknownaselectrochemicalmachiningECMisbasedonthemetalworkpieceoccursintheelectrolytebymeansofanodicdissolutionandtheprincipleofformingthecathode,theshapeoftheworkpiecebyacertainshapeandsizeofaprocessingkindsofprocessmethods.ECMknownforitshardcuttingmaterials,machiningpartswithcomplexshapestoreflectthespecialbenefits,betteradaptedtothemilitaryindustryinanumberofkeyproducts,thespecialneedsofmilitaryproductioninthefirstasanindispensablemeansandkeytechnologies.Electrochemicalmachiningdeviceisacompletesupportingsystem,frommachinetools,powersupplies,infusionsystems,andcontrolfourmajorcomponents,machinetoolmainbodyofthedevice,theECMfield,itsmainfunctioninadditiontoinstalling,positioningtheworkpieceandtoolelectrodeandsenttotoolelectroderequired,itmustalsobetransportedtotheprocessingofcurrentandelectrolyteprocessingzones.Thedesignofthemaincontentistocompletethemachine'smechanicalbody,maindrive,spindlesystem,introducedthree-dimensionalelectronicsystemdesign.Themachineusesdoublecolumnguidestructuretoreducethefootprint,improvetherigidityofthesystem,processreliabilityandensureaccuracy.Steppermotordrivesystemusedbythemainharmonicreducerwhiledirect-drivespindlemotorthroughthescrewwillturnintoaskateboardupanddown.Harmonicreducerashighresolutiontransmissionratio,thespindlerotationaccuracycanbeguaranteed.Symmetricalpowersystemisintroducedbrushstructurereducestheerrorofthespindleroundbeatingtoensurethereliabilityofelectricitycited.Keywords:electrochemicalmachining;formingprinciple,themaintransmissionsystem,machinetools目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"ABSTRACT II\o"CurrentDocument"目錄 III\o"CurrentDocument"第一章引言 1電解加工國(guó)內(nèi)外研究情況 1微細(xì)電解加工機(jī)床研究的意義 2本課題研究的主要內(nèi)容 3\o"CurrentDocument"第二章立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 42.1立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)原則 4微細(xì)電解加工機(jī)床的設(shè)計(jì)所必須考慮的特殊問(wèn)題 4微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 5立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體布局 5\o"CurrentDocument"第三章立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8步進(jìn)電機(jī)的選擇 8步進(jìn)電機(jī)的選型原則 93.1.2步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算 93.2滾珠絲杠的選擇 11滾珠絲杠選用原則 11滾珠絲杠副選擇計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.2.3滾珠絲杠校核 14減速器的選擇 15諧波減速器的特點(diǎn) 153.3.2減速器的選用計(jì)算 163.4聯(lián)軸器的選擇 17聯(lián)軸器的選用原則 173.4.2聯(lián)軸器的選擇計(jì)算 183.4.3聯(lián)軸器的校核 183.5滾珠絲杠支承軸承的選擇 20軸承的校核 20軸承潤(rùn)滑 23主軸的設(shè)計(jì) 24主軸的結(jié)構(gòu)形狀 243.6.2主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 24主軸的校核 253.7導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 27導(dǎo)軌的選用原則 28導(dǎo)軌主要參數(shù)的計(jì)算 29\o"CurrentDocument"第四章立式微細(xì)電解加工機(jī)床工作臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 314.1工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的選擇 314.2電解槽的設(shè)計(jì) 314.3機(jī)床的整體安裝 334.4機(jī)床床身的絕緣 344.5機(jī)床連接件的選擇 35\o"CurrentDocument"第五章電解加工機(jī)床的安全防護(hù)技術(shù)要求 37結(jié)論 39\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 40致謝 41第一章引言電解加工國(guó)內(nèi)外研究情況電解加工在國(guó)外是五十年代出現(xiàn)的。由于它具有效率高、質(zhì)量好。復(fù)雜型面可一次成型,以及不受被加工材料機(jī)械性能的限制,工具耗損小等優(yōu)點(diǎn),所以受到普遍重視。六十年代,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片及鍛模加工方面取得了比較顯著的成效,因此,得到比較迅速的發(fā)展。我國(guó)最早在五十年代末、六十年代初首先應(yīng)用于兵器、航空等方面,以后陸續(xù)應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、化工等部門(mén)。近年來(lái)應(yīng)用范圍有了不斷擴(kuò)大,機(jī)床自動(dòng)化程度也在迅速提高。同時(shí),在提高精度、陰極設(shè)計(jì)等理論研究方面也取得了積極的進(jìn)展。但是，在70年代以后，隨著國(guó)際市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)形式的變化，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，生產(chǎn)批量減小，是的電解加工的適用范圍也發(fā)生變化?？傮w看應(yīng)用范圍有所減小，但應(yīng)用要求卻越來(lái)越高，由于電解加工的技術(shù)特點(diǎn)，在某些領(lǐng)域又得到新的應(yīng)用。80年代以來(lái)電解加工的應(yīng)用主要有：6.鈦合金、高溫耐熱合金薄壁機(jī)匣加工9?在線電解修整超細(xì)金剛石、CBN磨輪等對(duì)于21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨向，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家、學(xué)者都有精辟的論述?；诖瞬⒕C觀近20年來(lái)電解加工的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r，大致可以預(yù)測(cè)今后電解加工的發(fā)展及應(yīng)用方向，其中，基于電解加工基本原理的新工藝、新技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用的有：高頻、窄脈沖電流電解加工2?高速、高壓、小間隙電解加工5.微精電解加工等：同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電解加工中將得到更高水平的應(yīng)用，電解加工是引言 項(xiàng)綜合電化學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)、機(jī)械學(xué)和自動(dòng)控制等多學(xué)科交叉的加工工藝技術(shù)，其加工過(guò)程受到多因素、多參數(shù)的影響。因此電解加工過(guò)程的參數(shù)化控制、加工參數(shù)的優(yōu)選，成為提高電解加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的必要保證。陰極設(shè)計(jì)中CAD/CAM的應(yīng)用以及電解加工設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制等都將成為未來(lái)電解加工領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的方向。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電解加工領(lǐng)域的發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用不，僅整體提高電解加工的工藝水平，還將促進(jìn)柔性電解加工和多陰極、多工位、多型腔電解加工技術(shù)的發(fā)展，將大大增加電解加工的快速制造能力。電解加工正加速?gòu)膰?guó)防工業(yè)向民用工業(yè)延伸。加工對(duì)象由粗加工、半精加工向精密、光整加工方向擴(kuò)展。新世紀(jì)，電解加工將充分利用“離子去除”的優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，注意“綠色掣造”，在微細(xì)、超精及納米制造領(lǐng)域成為關(guān)鍵核心技術(shù)。今后，在微細(xì)加工領(lǐng)域，電解加工將展現(xiàn)新的應(yīng)用前景。微細(xì)電解加工機(jī)床研究的意義隨著微納米技術(shù)的不斷發(fā)展，微細(xì)加工技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和重要基礎(chǔ)，得到了的廣泛關(guān)注。電解加工作為一種基于陽(yáng)極溶解的減材技術(shù)，在其加工過(guò)程中，陽(yáng)極上的金屬原子不斷地失去電子成為離子而從工件上溶解，其材料的減少過(guò)程以離子的形式進(jìn)行。由于金屬離子的尺寸非常微小，因此這種微溶解去除方式使得電解加工技術(shù)在微細(xì)制造領(lǐng)域有著很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。此外，傳統(tǒng)機(jī)械加工中刀具和工件之間存在作用力，當(dāng)應(yīng)用于微細(xì)尺寸零件的加工時(shí)，這種作用力往往會(huì)導(dǎo)致零件變形及加工失敗。而在電解加工中，陰極和工件是非接觸進(jìn)行加工的。基于上述原因，近些年來(lái)微細(xì)電解加工技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外微細(xì)加工領(lǐng)域中新的研究熱點(diǎn)，并在加工精度和加工尺度上取得一些突破性進(jìn)展但是，目前還存在加工效率低、無(wú)法加工深孔和窄縫等局限性，實(shí)用性尚不夠。研究經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用的微細(xì)電解加工機(jī)床是本文研究的主要內(nèi)容。精密電解加工技術(shù)，電解加工中由于影響間隙電場(chǎng)和流場(chǎng)穩(wěn)定性的參數(shù)很多，控制比較困難，再加上加工時(shí)的雜散腐蝕，使得電解加工不易達(dá)到較高的加工精度。目前微細(xì)電解加工發(fā)展方向有主要有兩方面，一是不斷追求微細(xì)電解加工的極限加工能力，探求微納米尺度上的加工；二是針對(duì)目前工業(yè)制造中大量存在的尺寸從幾微米至幾百微米的微細(xì)結(jié)構(gòu)，研究如何采用電解加工經(jīng)濟(jì)、高效地進(jìn)行加工。由于到目前為止國(guó)內(nèi)外對(duì)微細(xì)電解加工的研究還基本處于起步階段，沒(méi)有系列化、實(shí)用化的微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)備真正面市，但微細(xì)加工技術(shù)是當(dāng)今世界制造領(lǐng)域最為活躍的研究熱點(diǎn)之一，因此，在制造精密化的今天，微細(xì)電解加工機(jī)床的設(shè)計(jì)與研發(fā)具有非常深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。本課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的主要是開(kāi)發(fā)微細(xì)電解加工專(zhuān)用機(jī)床設(shè)備。該機(jī)床的主要功能是加工微細(xì)縫、微細(xì)槽和微細(xì)探針等典型的微細(xì)金屬結(jié)構(gòu)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是完成該機(jī)床的機(jī)械本體、主傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、引電系統(tǒng)的三維造型設(shè)計(jì)，包括機(jī)床底座、工作臺(tái)、工作箱、主軸等。圖1.1立式微細(xì)電解加工機(jī)床整體結(jié)構(gòu)示意圖本次設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容如下：立式微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)備機(jī)械本體、主傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、引電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。立式微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)備硬件選型立式微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)備三維造型設(shè)計(jì)。關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)的較核計(jì)算。第二章立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)原則電解加工機(jī)床是電解加工設(shè)備的主體，進(jìn)行電解加工的場(chǎng)域，其主要功能除安裝、定位工件和工具電極并按需要送進(jìn)工具電極外，還必須將加工電流和電解液輸送到加工區(qū)；并使電源以一定的方式提供工件發(fā)生陽(yáng)極溶解需要的電能；電解液系統(tǒng)存儲(chǔ)電解液。機(jī)床在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，必須以該設(shè)備的工作條件，加工對(duì)象的特點(diǎn)和加工的基本要求作為總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)；同時(shí)要確定機(jī)床主要部分的功能、組成、基本方案和相互間的匹配關(guān)系，然后，一次為基礎(chǔ)進(jìn)行總體布局。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求選定設(shè)備的總體規(guī)格、性能、技術(shù)要求；最后定出總體方案。由于電解設(shè)備各部分的相對(duì)獨(dú)立性較大且專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域各異，因此總體設(shè)計(jì)對(duì)于確保設(shè)備的整體性能和水平是極為重要的一環(huán)，特別是各組成部分之間的相互匹配、協(xié)調(diào)尤為重要，這是電解加工設(shè)備設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處。電解加工機(jī)床的各部分的選用是綜合考慮了設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)提出的加工條件和工藝參數(shù)以及加工對(duì)象的精度、粗糙度、效率的要求之后確定的。有些參數(shù)定量的計(jì)算主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算的，其中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)均選自國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)床的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，有些已在設(shè)計(jì)過(guò)程及驗(yàn)算過(guò)程中被證實(shí)。微細(xì)電解加工機(jī)床的設(shè)計(jì)所必須考慮的特殊問(wèn)題1.電化學(xué)腐蝕由于機(jī)床工作箱內(nèi)和輸液系統(tǒng)的零部件均直接接觸具有腐蝕性的電解液，導(dǎo)致零件的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕，特別是陽(yáng)極導(dǎo)電系統(tǒng)的電化學(xué)腐蝕問(wèn)題更加明顯。除此之外，整臺(tái)機(jī)床均處在某些腐蝕性氣體的環(huán)境中，可能導(dǎo)致金屬零件的銹蝕。同時(shí)，加工過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣會(huì)導(dǎo)致工作箱內(nèi)氣壓升高，有可能引起爆炸，引發(fā)安全事故。主要應(yīng)考慮由于金屬零件的銹蝕所導(dǎo)致的機(jī)床誤差會(huì)大大影響微細(xì)電解加工的加工精度，導(dǎo)致機(jī)床失效。2.引電可靠性由于該機(jī)床的主軸是作為電解加工的工具陽(yáng)極，在機(jī)床的布局中，必須考慮引電系統(tǒng)的排放，擬采用對(duì)稱(chēng)電刷布置以減小主軸圓跳動(dòng)誤差，同時(shí)，由于某些電解成型加工時(shí)總電流很大，因此必須考慮絕緣問(wèn)題，以保證引電可靠性和機(jī)床的可操作性。3.極間干擾立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 極間高速的氣液兩相流導(dǎo)致主軸工具頭承受相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，極間交變的電磁場(chǎng)大的電磁力，以及極間擾流也會(huì)引起電壓、電流的振蕩，這些因素會(huì)導(dǎo)致交變的電磁力并對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生一定的干擾。同時(shí)極間間隔的微小變動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極局部鈍化，使加工中斷或極間發(fā)生火花短路。微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)床的耐蝕性好機(jī)床工作箱及電解液系統(tǒng)的零部件必須有良好的抗化學(xué)和抗化學(xué)腐蝕的能力，應(yīng)保證50＜條件下不受腐蝕。機(jī)床剛性強(qiáng)由于該機(jī)床主要進(jìn)行微細(xì)孔、微細(xì)槽等微細(xì)電解加工，加工精度要求很高加工尺寸很小，要確保工具陰極與工件之間相對(duì)位置準(zhǔn)確，因此必須考慮機(jī)床的剛性引起的機(jī)床誤差。同時(shí)由于電解加工向大型、精密發(fā)展，采用大電流、高電解壓力，高流速，小間隙加工，以及脈沖電流加工的應(yīng)用，越來(lái)越使電解加工機(jī)床在較大的動(dòng)態(tài)，交變負(fù)荷下工作，要達(dá)到高精度、高穩(wěn)定性就必須有較強(qiáng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛性。大電流傳導(dǎo)性好，電氣系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)大電流傳導(dǎo)是電解加工設(shè)備中的重要特點(diǎn)，導(dǎo)電系統(tǒng)線路壓降大熱損就大，導(dǎo)致電能消耗大，傳輸效率低。同時(shí)滑枕進(jìn)給的控制和數(shù)字顯示系統(tǒng)應(yīng)能抗本機(jī)加工電源大電流通斷和極間火花的干擾；電源短路保護(hù)系統(tǒng)能抗周?chē)h(huán)境的火花的干擾。機(jī)床電氣系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，則加工穩(wěn)定性就好。安全可靠任何一臺(tái)機(jī)床必須保證其安全性、可靠性，對(duì)于該電解加工機(jī)床，必須杜絕工作箱內(nèi)氫氣壓力過(guò)大引起爆炸；同時(shí)還應(yīng)防止有害氣體逸出；陽(yáng)極與機(jī)床間絕緣必須可靠。通用性強(qiáng)電解加工的對(duì)象大都屬于小批量多品種生產(chǎn)，因而機(jī)床的通用性會(huì)影響到設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)性，特別是電解設(shè)備成本較高，一次投資較大，因而應(yīng)足夠重視機(jī)床的通用性。除上述技術(shù)要求外。還應(yīng)充分考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)有低的成本性能比。由于電解加工設(shè)備一次性投資較大，如果一味的追求高性能而忽視其經(jīng)濟(jì)性，就會(huì)因?yàn)槌杀具^(guò)高而影響其推廣面和市場(chǎng)效果，在市場(chǎng)中處于劣勢(shì)。2.2立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體布局總體布局是指機(jī)床各部件之間相互配置方式?？傮w布局中應(yīng)考慮的主要問(wèn)題是如何有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主要功能，滿足工藝需要，以最簡(jiǎn)單的方式達(dá)到所要求的機(jī)床剛度、精度，同時(shí)還要可操作性好，便于維護(hù)，安全可靠，造價(jià)性能比低。本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一種微細(xì)電解加工機(jī)床結(jié)構(gòu)，可以兼顧好的系統(tǒng)剛性，小型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方便的操作維護(hù)性，加工精度高，可以實(shí)現(xiàn)空間螺旋槽的電解加工。該立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體布局如下圖所示：圖2.1立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體布局示意圖床身是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，其上安裝有各種功能部件，因而要求剛性好、定位基準(zhǔn)精度咼。本次立式機(jī)床設(shè)計(jì)所采用的是包括雙立柱和組合軸承座的龍門(mén)立式結(jié)構(gòu)，主軸裝在組合軸承座上，組合軸承座由上軸承座、下軸承座通過(guò)固定于托板上的左右兩塊側(cè)板相互連接成整體結(jié)構(gòu)，主軸豎直方向的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)諧波減速器連于與托板相連的絲杠。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。引電裝置由固定于與上下軸承座相連的側(cè)板上的定位筒，至于定位筒內(nèi)的碳刷，穿過(guò)定位筒與主軸接觸，另一端與定位筒內(nèi)的彈簧以及螺帽構(gòu)成左右完全對(duì)稱(chēng)的布局結(jié)構(gòu)。雙立柱關(guān)于主軸軸線所在平面對(duì)稱(chēng)，主軸有豎直進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)豎直方向的運(yùn)動(dòng)和繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的主軸采用對(duì)稱(chēng)的引電裝置，以消除主軸圓跳動(dòng)誤差。第三章立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是完成如下的技術(shù)指標(biāo)：進(jìn)給速度范圍:0~60mm/minZ軸最大軸向負(fù)載：400NZ軸運(yùn)動(dòng)行程：100mmZ軸進(jìn)給定位精度：5ym/120mmZ軸重復(fù)定位精度：3pmO軸圓周跳動(dòng)：8pm機(jī)床主軸部分主要由步進(jìn)電機(jī)、軸承座、主軸、電刷等組成。因此，主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是完成驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的電機(jī)的選型，減速器、聯(lián)軸器的確定以及絲杠、軸承、導(dǎo)軌等主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱(chēng)為“步距角”）一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒(méi)有積累誤差，所以廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)有許多類(lèi)型，其中感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高、電流小、發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為：42BYG（BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)、57BYG、86BYG、110BYG、（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)），

而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。步進(jìn)電機(jī)的選型原則要使系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，選型是比較重要的一環(huán)，步進(jìn)電機(jī)在選用時(shí)盡量遵循以下幾個(gè)原則：確定步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩確定步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速指標(biāo)在步進(jìn)電機(jī)的選取時(shí)至關(guān)重要，步進(jìn)電機(jī)的特性是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關(guān)，如:驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓、電機(jī)的相電流、電機(jī)的相電感、電機(jī)大小等等，一般的規(guī)律是：驅(qū)動(dòng)電壓越高，力矩下降越慢；電機(jī)的相電流越大，力矩下降越慢。同時(shí)，還應(yīng)綜合考慮機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、安裝、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及工作環(huán)境和啟動(dòng)頻率等多項(xiàng)指標(biāo)。步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算根據(jù)已知條件，所選步進(jìn)電機(jī)必須滿足主軸進(jìn)給速度范圍0?60mm/min；主軸最大軸向負(fù)載：400N的要求，絲杠的最小底徑尺寸為D=20mm；摩擦系數(shù)=0.04；絲杠機(jī)構(gòu)效率：n=0.9；絲杠螺距：P=5mm;°°86BYG型步進(jìn)電機(jī)，貝V：1.分辨力：11.分辨力：1,10-,兀D?兀x20x0.9X—，—360i360x100，1.57x10€3；92.脈沖當(dāng)量：6,益,罟黑,2.5x10-3mm3.步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速：n，3603.步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速：n，360060x8x103x0.903^，1200r/min由于，n，60mm/min；絲杠導(dǎo)程P，5mmmax h所以：絲杠每分鐘所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)N，12；初選減速器減速比為100,貝V電機(jī)轉(zhuǎn)速n，1200r/min；步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9。,所以沒(méi)轉(zhuǎn)所需脈沖數(shù)為400。所需輸入脈沖頻率：f，1200r/minx400，4.8x105HZ/min，8000HZ/s；4、負(fù)載轉(zhuǎn)矩估算：(FPpFP(FPpFP、12兀?十ccc400u)/mnv0.02x——x5400x5 3 + 2兀x0.9 2兀1x ，3.56N.m100k 丿T3.56N.mm所需最大靜轉(zhuǎn)矩：T,n, ,11.87N.mmimax(0.3~0.5) 0.3

5、絲杠慣量:TOC\o"1-5"\h\z兀 兀J二PLD4二 €7.9€10，3€100€204=1.24€104g.mm2B32B32p 5移動(dòng)體慣量：J二M(一)3二400€()3二201.8gmm2z 2兀 2兀因此，電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J二J?J二1.26€104g.mm2NBZ確定電機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)：型號(hào)相數(shù)步距角靜態(tài)相電流相電感86BYG250A2O O2A相電阻保持轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩空載啟動(dòng)頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Q2步進(jìn)電機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖:3.2滾珠絲杠的選擇由于滾珠螺旋傳動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)是可用較小的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩獲取高精度、高剛度、高速度和無(wú)側(cè)隙的微進(jìn)給，而且正傳動(dòng)（由絲杠回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槁菽钢本€運(yùn)動(dòng)）和逆?zhèn)鲃?dòng)（將螺母直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榻z杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）的效率相近，常在90%以上。我們選用高精度的滾珠絲杠作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸的功能部件。滾珠絲杠選用原則滾珠絲杠的安裝方式一端固定，一端自由的安裝方式適用于轉(zhuǎn)速較低，滾珠絲杠較短的情況。兩端游動(dòng)是一種常見(jiàn)的安裝方式，適用于中等轉(zhuǎn)速的情況。一端固定一端游動(dòng)則適用于中等轉(zhuǎn)速，需要高精度運(yùn)行的場(chǎng)合。而兩端固定的安裝則適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，需要高精度運(yùn)行的場(chǎng)合。同時(shí)軸向剛度最大，適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的滾之絲杠安裝。在此，我們選用兩端固定的方式安裝絲杠，以確保主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下滿足精度要求。絲杠的最小底徑尺寸滾珠絲杠在正常使用時(shí)，需保證在軸向方向上被施加的最大壓縮負(fù)荷不能是絲杠發(fā)生彈性變形，這就決定了最小底徑尺寸。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床滾珠絲杠需承受最大的軸向載荷為400N,因加工過(guò)程中與工件沒(méi)有機(jī)械接觸，故取絲杠最小底徑尺寸為D=20mm.隨著滾珠絲杠轉(zhuǎn)速的提高,會(huì)逐漸接近絲杠的固有振動(dòng)頻率,進(jìn)而發(fā)生共振以致不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此滾珠絲杠一定要在臨界轉(zhuǎn)速以下使用，為安全起見(jiàn),絲杠的最大實(shí)際轉(zhuǎn)速只允許取臨界轉(zhuǎn)速的80%。3.2.2滾珠絲杠副選擇計(jì)算取滾珠絲杠傳動(dòng)的摩擦因數(shù)戶0.02；滾珠絲杠副的組成：滾珠絲杠螺紋部分；滾珠螺母；滾珠體絲杠選型參數(shù)：參數(shù)空轉(zhuǎn)工作工作臺(tái)重量400N400N進(jìn)給速度60mm/min15mm/min絲杠軸向負(fù)載400N400N工作行程100mm100mm絲杠轉(zhuǎn)速14r/min立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滾珠絲杠副尺寸計(jì)算：1、初算導(dǎo)程P:hv—maxhn60mm/min4.29v—maxhn —4.2914r/minmaxv€絲杠副最大移動(dòng)速度；maxn€絲杠副最大相對(duì)轉(zhuǎn)速；max取P—5mm；h2、當(dāng)量載荷F:m因載荷在F和F之間近于正比例變化，因此:minmaxF—1(2F+F)—1(2,400+400)—400Nm3maxmin33、當(dāng)量轉(zhuǎn)速n:m11n—(n +n)—(14+3.5)—8.75r/minm2maxmin24、計(jì)算額定動(dòng)載荷C :am丄 丄廠fF(60nL)3 1.1,400x(60,8.75,2,104)am 100ff 100x1.0x1.0ac查相關(guān)表格可得:f€精度系數(shù)；取1.0；af€可靠性系數(shù)；取1.0；cf€載荷性質(zhì)系數(shù)；取1.0；wL-預(yù)期工作壽命；取20000h；hf€預(yù)加載荷系數(shù)；取6.7；eC''—fF—6.7X400—2680Namemax取C—C''—2680Namam5、 滾珠絲杠允許最大軸向變形6:mTOC\o"1-5"\h\z11 161—(—?)重復(fù)定位精度——x5—1.25m34 41162<(-~-)定位精度—2m4 56為較小值；6、估算滾珠絲杠底徑d2md2m(d2m(，0.039400x180)11.25丿，9.36mma€支撐方式系數(shù)；兩端固定取0.039；F€導(dǎo)軌靜摩擦力；0L汙滾珠絲杠兩因數(shù)支取間艷離；常?。?.1?1.2）行程+（10?14）P；hW二導(dǎo)軌面正壓力5，180mmF，卩W，1.0x400，400N'007、確定滾珠絲杠副規(guī)格代號(hào)：根據(jù)d…d;C…C的原則選取內(nèi)循環(huán)微型FF系列滾之絲杠副;2 2maam滾珠絲杠副的參數(shù)：型號(hào)公稱(chēng)直徑d/mm0公稱(chēng)導(dǎo)程P/mmh絲杠外徑d/mm1鋼球直徑d/mm2003-4205絲杠底徑d/mm2循環(huán)圈數(shù)基本額定負(fù)荷動(dòng)載荷C靜載荷C4aoa8、D值校驗(yàn)：h精度等級(jí)2級(jí)，D，Dn，20x12，240<70000；h PWmax滿足要求。9、計(jì)算預(yù)緊力：F，1F，400，133.3<2680Np3max3滿足要求。10、 行程補(bǔ)償值：C，11.8Atlx103，11.8x3x160x103，5.66pmuAt-溫度變化值；取30C;l-滾珠絲杠副有效行程；取l+（8~14）P，100+12x5，160mmu0h11、 預(yù)拉伸力：F，1.95x3x17.52，1791.5N12、 絲杠總長(zhǎng)度的確定：絲杠螺紋部分長(zhǎng)度等于工作臺(tái)最大工作行程加上螺母長(zhǎng)度；即：l，100+60，160mm

323滾珠絲杠校核1、臨界轉(zhuǎn)速校核：107fdn107fdn? 2cLC2轉(zhuǎn)速滿足要求；2、滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性計(jì)算:107x21.9x17.5?1.06x105r/min,14r/min105x0.5x4105x0.5x4x17.54?5.2x105N,400NF? 1—~4cLc1穩(wěn)定性合格;k-安全系數(shù)；取0.5；1k-支承系數(shù)；取4；2綜上可得：螺紋滾道公稱(chēng)直徑d/mm020螺距P/mm5接觸角a/o45螺紋滾道法面半徑R/mm偏心距e/mm螺桿外徑d/mm1內(nèi)徑d/mmc螺母外徑ZzD/mm內(nèi)徑D/mm 1 1減速器的選擇減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場(chǎng)合也用來(lái)增速，稱(chēng)為增速器。選用減速器時(shí)應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動(dòng)力機(jī)的性能，經(jīng)濟(jì)性等因素，比較不同類(lèi)型、品種減速器的外廓尺寸，傳動(dòng)效率，承載能力，質(zhì)量，價(jià)格等，選擇最適合的減速器。諧波齒輪傳動(dòng)是諧波齒輪行星傳動(dòng)的簡(jiǎn)稱(chēng),是一種少齒差行星傳動(dòng)。通常由剛性圓柱齒輪、柔性圓柱齒輪、波發(fā)生器和柔性軸承等零部件構(gòu)成。柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開(kāi)線齒形兩種，以后者應(yīng)用較多諧波齒輪傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)諧波傳動(dòng)），它是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種諧波齒輪傳動(dòng)，既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個(gè)均可固定，其余二個(gè)一為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)。諧波減速器的特點(diǎn)1．承載能力高諧波傳動(dòng)中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)（重疊系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動(dòng)形式高。2．傳動(dòng)比大且外形輪廓小，零件數(shù)目少，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)50~4000，優(yōu)選在75-250之間；雙級(jí)諧波減速器傳動(dòng)比可在3000-60000之間；復(fù)波諧波減速器傳動(dòng)比可在200-140000之間。3．體積小、重量輕。4．傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)。效率高達(dá)92％~96％。5．傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)沖擊，無(wú)噪音，運(yùn)動(dòng)精度高。承載能力較高，柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動(dòng)速度小，齒面摩損均勻。齒的嚙入、嚙出是隨著柔輪的變形，逐漸進(jìn)入和逐漸退出剛輪齒間的，嚙合過(guò)程中齒面接觸，滑移速度小，且無(wú)突然變化。6．由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對(duì)柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當(dāng)柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)側(cè)隙的高精度嚙合。7、同軸性好；諧波齒輪減速器的高速軸、低速軸位于同一軸線上。8、可實(shí)現(xiàn)向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力；采用密封柔輪諧波傳動(dòng)減速裝置，可以驅(qū)動(dòng)工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)，諧波傳動(dòng)這一獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)難于達(dá)到的。9、可實(shí)現(xiàn)高增速運(yùn)動(dòng)由于諧波齒輪傳動(dòng)的效率高及機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)，加之體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，

因此是理想的高增速裝置。對(duì)于手搖發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等需要高增速的設(shè)備有廣闊的應(yīng)用前景。10、方便的實(shí)現(xiàn)差速傳動(dòng)由于諧波齒輪傳動(dòng)的三個(gè)基本構(gòu)件中，可以任意兩個(gè)主動(dòng)，第三個(gè)從動(dòng)，那么如果讓波發(fā)生器、剛輪主動(dòng)，柔輪從動(dòng)，就可以構(gòu)成一個(gè)差動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而方便的實(shí)現(xiàn)快慢速工作狀況。這一點(diǎn)對(duì)許多機(jī)床的走刀機(jī)構(gòu)很有實(shí)用價(jià)值，經(jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)，可以大大改變機(jī)床走刀部分的結(jié)構(gòu)性能。諧波減速器在國(guó)內(nèi)于六七十年代才開(kāi)始研制，到目前已有不少?gòu)S家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)，并形成系列化。廣泛應(yīng)用于電子、航天航空、機(jī)器人等行業(yè)，由于它的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在化工行業(yè)的應(yīng)用也逐漸增多。減速器的選用計(jì)算1、由于該機(jī)床為微細(xì)加工機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速小，根據(jù)主軸最大進(jìn)給速度60mm/min所選電機(jī)轉(zhuǎn)速i=1200r/mi;因此，需要一個(gè)大的降速比：n 1200r/mini€ € €100n/p60mm/minmax5mm此時(shí)輸出轉(zhuǎn)速n€12r/min2、減速器輸入功率；輸出轉(zhuǎn)矩P，PK€1.2x1.3€1.56KW11AT€TK€50x1.3€65N.M1Ap'-減速器的額定輸入功率;1T-減速器的額定輸出轉(zhuǎn)矩；K-工況系數(shù)，取1.2；A3、減速器輸出軸懸臂負(fù)荷F；22TK——F2x2TK——F2x50x1.3DRx0.15€13N確定減速器型號(hào)及主要技術(shù)參數(shù)；型號(hào)傳動(dòng)比輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩XBW-60T00-501001500r/min50額定輸入功率輸入功率輸出轉(zhuǎn)速、一一-L、口運(yùn)動(dòng)誤差15r/min…6?諧波減速器的三維造型圖：聯(lián)軸器的選擇在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，軸與軸之間的連接必不可少的需要聯(lián)軸器，因此聯(lián)軸器的選用至關(guān)重要。根據(jù)傳遞載荷的大小、軸轉(zhuǎn)速的高低、被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類(lèi)聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類(lèi)型。聯(lián)軸器的選用原則1、 所需傳遞的轉(zhuǎn)速大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求。例如，對(duì)大功率的重載傳動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器；對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除間隙扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器等。2、 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小、對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。3、 兩軸相對(duì)位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持精度，或工作過(guò)程中兩輪將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器、例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器；角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬(wàn)向聯(lián)油器等。4、聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器比較可靠；需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤(rùn)滑完善程度的影響，可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對(duì)溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感。5、聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足使用性能的前提已應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器（例如彈性會(huì)柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、彈性柱銷(xiāo)聯(lián)輪器、梅花形彈性聯(lián)軸器等），由于具有良好的綜合性能，廣泛適用于一般的中、小功率傳動(dòng)。

因在本設(shè)計(jì)中要保證傳動(dòng)軸系的傳動(dòng)精度很高，而凸緣聯(lián)軸器利用螺栓連接的兩半聯(lián)軸器的凸緣以實(shí)現(xiàn)兩軸連接的剛性聯(lián)軸器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低，工作可靠，裝拆和維護(hù)簡(jiǎn)便，可傳遞大扭矩的優(yōu)點(diǎn)，但需保證兩軸具有較高的對(duì)中精度，一般常用于載荷平穩(wěn)，高速或傳動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)軸系?，F(xiàn)在，聯(lián)軸器的尺寸已成為標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以直接選用。聯(lián)軸器的選擇計(jì)算聯(lián)軸器的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的確定公式：PT，KT二1.2€9550+nAn本次設(shè)計(jì)中，所選聯(lián)軸器用來(lái)連接電動(dòng)機(jī)輸出軸4和減速器輸入軸dl4,參看GB/T584—86選擇凸緣聯(lián)軸器型號(hào)及其主要參數(shù)：型號(hào)公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量GYH1-=25N-mln!=12000r/min0.0008kg-m21.16kg連接減速器輸出軸d22和滾珠絲杠光杠端d20的聯(lián)軸器，參看GB/T584—86，可選凸緣聯(lián)軸器型號(hào)及其主要參數(shù)如下：型號(hào)公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量GYH2尸 2- 2€25 23F= c—= =2.3」01 zpdD 6€0.15€4€61b—=63N-m\n\=10000r/minN0.0015kg-m21.72kg兩半聯(lián)軸器之間的連接螺栓選用/6€6。聯(lián)軸器的校核1、GYH1預(yù)緊力F的校核計(jì)算:2€2€25F=F=01-c = =23NzpdD 6€0.15x4€0.61b其中D一螺栓的分布圓直徑,mm；bd一螺栓內(nèi)徑，:mm；1Z—螺栓個(gè)數(shù)；€—兩半聯(lián)軸器間的摩擦因數(shù)，一般可取€=0.1?02GYH2預(yù)緊力校核計(jì)算：F=022Tc= =58Nz€dD 6x0.15x4x0.61b2x632、工作應(yīng)力a的計(jì)算:a=5.2F/nd2<a](MPa)a]=a0/S1a二5.2空二0.11MPa 177.5MPa01,62a=5.2空=0.27MPa<la]=177.5MPa02 兀623.5滾珠絲杠支承軸承的選擇滾珠絲杠支承形式為兩端固定式滾珠絲杠副對(duì)軸承的要求與主軸和傳動(dòng)軸對(duì)軸承的要求有相同的一面，也有不同的一面。相同的一面是都應(yīng)該保證足夠的精度和疲勞壽命。不同的一面是，絲杠軸承的載荷主要是軸向的，由于該機(jī)床為立式電解加工機(jī)床，絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高；又因?yàn)榻z杠轉(zhuǎn)速一般不會(huì)很高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間很短，因此發(fā)熱不是主要問(wèn)題，進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)靈活，對(duì)微小位移要響應(yīng)靈敏。因此軸承的摩擦力矩要盡量低。該機(jī)床采用60°接觸角推力角接觸球軸承。根據(jù)滾珠絲杠對(duì)軸承的要求，用于絲杠的角接觸球軸承應(yīng)具有較大的接觸角，60°接觸角推力角接觸球軸承就是較好的與滾珠絲杠配套的專(zhuān)用軸承。它的特點(diǎn)是：1、 接觸角大，保持架用增強(qiáng)尼龍注塑成型，壁薄，可容納較多的鋼球，因此軸向承載能力大，剛度高。2、 既能承受軸向載荷，又能承受徑向載荷，故支撐結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化。3、 根據(jù)載荷的情況，軸承可以進(jìn)行各種組合。4、 這種軸承是根據(jù)規(guī)定的預(yù)緊力組配好成組供應(yīng)的，使用時(shí)不需要自己調(diào)整。5、 啟動(dòng)摩擦力矩小，可以降低滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。根據(jù)軸頸（d=15mm）選擇軸承，確定軸承型號(hào)規(guī)格。由于角接觸球軸承是與滾珠絲杠配套的專(zhuān)用軸承根據(jù)軸頸（d=15mm），查《中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編》GB/T292-94表（0）2系列，取d=15選7602015軸承。主要性能指標(biāo)：型號(hào)基本額定動(dòng)負(fù)荷C基本額定靜負(fù)荷C。預(yù)加負(fù)荷極限轉(zhuǎn)速76101519600N36000N2300N3000r/min軸承的校核1、基本額定動(dòng)載荷C€ 31?5XI.0x400€450N,Cff1.335x1.0nt其中：f-壽命因數(shù)；取1.0；hf-速度因數(shù)；取1.335；nf-力矩載荷系數(shù)；取1.5；m立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

f-沖擊載荷系數(shù)；取1.0;df€溫度系數(shù)；取1.0；P€當(dāng)量動(dòng)載荷；當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算：P€第i個(gè)轉(zhuǎn)速下的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷iP二0.92F+F二400Nriain-第i個(gè)轉(zhuǎn)速；iq-在第i個(gè)轉(zhuǎn)速下工作的時(shí)間占總時(shí)間的百分比；in€平均轉(zhuǎn)速；mn二nq+nq二14,0.2+3.5,0.8二5.6r/min；m1122P二F二400N；P二F二400N；1 a1 2 a2n=14r/min；n=3.5r/min；1214,0.2 3.5,0.8P=3,40O3 +4003 二400N3 5.6 5.6當(dāng)量靜載荷P二F二400N；0a2、額定靜載荷計(jì)算：C二SP二1.5,400二600N1?C000oaS€安全因數(shù)；取1.5；0靜載荷滿足要求。3、軸承的壽命計(jì)算；L10h106L10h106(fC] t——60nfPVp丿106 (1.0X19600、360x3000(1.0x400丿=6.54x105>k]=2x104hn€軸承轉(zhuǎn)速；f€溫度系數(shù)；取1.0；f€載荷系數(shù)；取1.0…-球軸承二3；綜上所述：7602015型號(hào)軸承滿足靜強(qiáng)度、動(dòng)載荷、需用轉(zhuǎn)矩以及使用壽命等各方面的要求，合格。軸承的預(yù)緊滾動(dòng)軸承的預(yù)緊是指將軸承裝入軸承座和軸上后，采取一定措旋使軸承中的滾動(dòng)體和內(nèi)、外圈之間產(chǎn)生一定量的預(yù)變形，以保持內(nèi)、外圈處于壓緊狀態(tài)。滾動(dòng)軸承預(yù)緊的目的是：增加支承的剛性；減小振動(dòng)和噪聲；防止由于慣性力矩所引起的滾動(dòng)體相對(duì)于內(nèi)、外圈滾道的滑動(dòng)。根據(jù)不同的應(yīng)用，軸承配置中須帶有正或負(fù)的工作游隙。在大部分的情況下，工作游隙為正值，即軸承在運(yùn)行時(shí)，留有一定的剩余游隙，盡管可能是很小的游隙。滾動(dòng)軸承在有間隙的條件下工作會(huì)，使載荷集中作用在處于受力方向的少數(shù)幾個(gè)滾動(dòng)體上，使這幾個(gè)滾動(dòng)體與滾道之間產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力和接觸當(dāng)變形。略有過(guò)盈時(shí)，可是受載的滾動(dòng)體增多，滾動(dòng)體受力均勻。此外，還可均化誤差因此，適當(dāng)預(yù)緊還可以提高軸承的壽命和精預(yù)度緊。使?jié)L道與滾動(dòng)體之間有一定預(yù)載荷，它疊加在外載荷上，使軸承的載荷增加，從而，提高了軸承的剛度。但是，過(guò)度的預(yù)緊，由于滾動(dòng)體與滾道的變形太大，又將提高溫升和降低效率，這是預(yù)緊的限制因素。軸承預(yù)緊的目的：提高軸的徑向及軸向定位精度，抑制軸的跳動(dòng)，提高旋轉(zhuǎn)精度；提高軸的剛性；減少滾動(dòng)體的潤(rùn)滑，減少摩擦；保持套圈和滾動(dòng)體的正確位置。軸承潤(rùn)滑在電解加工的過(guò)程中，軸承的旋轉(zhuǎn)速度并不大，因此，我選用脂潤(rùn)滑，軸承潤(rùn)滑脂的使用，其目的是使軸承滾動(dòng)面及滑動(dòng)面間形成一層薄薄的油膜，以防止金屬與金屬直接接觸，從而減少軸承內(nèi)部摩擦及磨損，防止燒粘，潤(rùn)滑脂對(duì)軸承作用：1、減少摩擦及磨損：在構(gòu)成軸承的套圈。滾動(dòng)體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦。磨損。2、延長(zhǎng)疲勞壽命：軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞壽命，在旋轉(zhuǎn)中，滾動(dòng)接觸面潤(rùn)滑良好，則延長(zhǎng)。反之，油粘度低，潤(rùn)滑油膜厚度不好，則縮短。3、排出摩擦熱。冷卻：循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱，或由外部傳來(lái)的熱，達(dá)到冷卻的效果。防止軸承過(guò)熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?、還有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹腐蝕之效果。潤(rùn)滑脂選用原則：選擇潤(rùn)滑脂時(shí)，主要應(yīng)考慮摩擦副的工況（負(fù)荷、速度、溫度）、工作狀態(tài)（連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、有無(wú)振動(dòng)和沖擊等）和工作環(huán)境（濕度、氣溫、空氣污染程度等）。1、潤(rùn)滑脂的使用溫度應(yīng)至少低于其滴點(diǎn)20~30度。在使用溫度高時(shí)應(yīng)選擇抗氧化性能好、蒸發(fā)損失小和滴點(diǎn)高的脂；在使用溫度低時(shí)，應(yīng)選擇低啟動(dòng)矩、相似粘度小的脂，如以合油為基礎(chǔ)油的脂。2、所選的潤(rùn)滑脂應(yīng)與被潤(rùn)滑摩擦副的使用速度相適應(yīng)。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，要選用低粘度基礎(chǔ)油制成的錐入度較大的潤(rùn)滑脂；對(duì)于低速用的脂，應(yīng)選擇以高粘度基礎(chǔ)油制成的高錐入度牌號(hào)的潤(rùn)滑脂。3、所選潤(rùn)滑脂應(yīng)與負(fù)荷大小相適應(yīng)。重負(fù)荷時(shí)，應(yīng)選擇基礎(chǔ)油粘度高、稠化劑含量高的潤(rùn)滑脂。負(fù)荷特別大時(shí)，應(yīng)注意選擇加有極壓添加劑或填料（二硫化鉬、石墨）的潤(rùn)滑脂；中低負(fù)荷時(shí)，一般選用2號(hào)稠度皂纖維結(jié)構(gòu)短、中等粘度基礎(chǔ)油的潤(rùn)滑脂。4、所選潤(rùn)滑脂應(yīng)與所使用的環(huán)境條件相適應(yīng)。在空氣潮濕或與水接觸的環(huán)境下，應(yīng)選用如鈣基、鋰基、復(fù)合鋰基等抗水性好的脂；塵埃多時(shí)，應(yīng)選擇較稠硬（即牌號(hào)高一些）的脂，這樣密封性較好，可防止雜質(zhì)混入摩擦副中。在強(qiáng)化學(xué)介質(zhì)環(huán)境下，應(yīng)選用如氟碳潤(rùn)滑脂這樣的抗化學(xué)介質(zhì)的合成油潤(rùn)滑脂。5、所選潤(rùn)滑脂應(yīng)與摩擦副的供脂方式相適應(yīng)。屬集中供脂時(shí)，應(yīng)選擇00~1號(hào)潤(rùn)滑脂；對(duì)于定期用脂槍、脂杯等加注脂的部位，應(yīng)選擇1~3號(hào)潤(rùn)滑脂；對(duì)于長(zhǎng)期使用而不換脂的部位，應(yīng)選用2號(hào)或3號(hào)潤(rùn)滑脂。6、 所選潤(rùn)滑脂應(yīng)與摩擦副的工作狀態(tài)相適應(yīng)。如在振動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)用粘度高、粘附性和減振性好的脂，如高粘度環(huán)烷基或混合基潤(rùn)滑油稠化的復(fù)合皂基潤(rùn)滑脂。7、 所選潤(rùn)滑脂應(yīng)與其使用目的相適應(yīng)。對(duì)于潤(rùn)滑用的脂須按摩擦副的類(lèi)型、工況、工作狀態(tài)、環(huán)境條件和供脂方式等的不同而作具體選擇；對(duì)于保護(hù)用的脂，應(yīng)能有效地保護(hù)金屬免受腐蝕，如保護(hù)與海水水接觸的機(jī)件，應(yīng)選擇粘附能力強(qiáng)、抗水能力大的鋁基潤(rùn)滑脂；一般保護(hù)用脂可選用固體烴稠化高粘度基礎(chǔ)油制成的脂。對(duì)于密封用脂，應(yīng)注意其抵抗被密封介質(zhì)溶劑的性能。8、 所選潤(rùn)滑脂應(yīng)盡量保證減少脂的品種，提高經(jīng)濟(jì)效益。在滿足要求的情況下，盡量選用鋰基脂、復(fù)合皂基脂、聚脲脂等多效通用的潤(rùn)滑脂。這樣，既減少了脂的品種，簡(jiǎn)化了脂的管理，且因多效脂使用壽命長(zhǎng)而可降低用脂成本，減少維修費(fèi)用。主軸的設(shè)計(jì)主軸的結(jié)構(gòu)形狀主軸的結(jié)構(gòu)形狀取決于主軸上的軸承和傳動(dòng)件的類(lèi)型，數(shù)量，安裝位置和定位調(diào)整方法，同時(shí)還需要考慮其加工及裝配的工藝性。主軸前端的結(jié)構(gòu)形狀由機(jī)床類(lèi)型、安裝夾具或刀具的形狀而定，同時(shí)應(yīng)使之能保證卡盤(pán)和刀具的定位準(zhǔn)確，安裝牢固，裝卸方便和動(dòng)力傳遞。由于本機(jī)床為立式微細(xì)電解加工機(jī)床，因此，主軸軸端采用莫氏錐孔以安裝電解工具極。同時(shí)，由于本機(jī)床對(duì)精度要求較高，因此選用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr。主軸的支承軸頸以及其他工作表面要求具有較高的耐磨性和沖擊韌性，一般需要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，使得c€1200N/mm2。b主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、 估算最小軸頸由于該機(jī)床主軸直接與電機(jī)相連，故可用經(jīng)驗(yàn)估算其直徑d=(0.8~1.0)d；取d二d二14mm；002、 其他各軸段直徑的確定對(duì)于定位軸肩及軸環(huán)處的軸徑，按d'=d?2h計(jì)算，再圓整；對(duì)于非定位軸肩處的軸徑，只需將前一段的軸徑適當(dāng)放大即可，通常可放大0.5~3mm，再圓整。所以，取d€14mm；1h沁(0.07?0.1)d€(0.07?0.1)14=(0.98?1.4)mm；1d?d+2h€14+2,(0.98?1.4)=(15.96?16.8)mm；1按照d軸段上安裝的滾動(dòng)軸承和軸承端蓋的孔徑系列圓整，取2d€20mm；2d與d之間有定位軸肩，并且因無(wú)配合要求，按自然整數(shù)圓整；3h沁(0.07?0.1)d€(0.07?0.1)20=(1.4?2)mm；2d?d+2h€20+2,(1.4~2)=(22.8?24)mm；取d=25mm；2 3為保證軸承座孔的同軸度，取另一端d€25mm；5電刷部分軸徑d€20mm；4外伸軸徑d€20mm63、各軸段長(zhǎng)度的確定由主軸上裝配零件、配合零件、支撐零件、軸向固定方式、潤(rùn)滑密封方式以及與支座上相關(guān)聯(lián)部分的要求和尺寸等因素決定。l與聯(lián)軸器相連，長(zhǎng)度應(yīng)略小于傳動(dòng)零件的轂長(zhǎng)2-3mm，以確保輪轂1零件的軸向固定。所選凸緣聯(lián)軸器GYH1型軸孔長(zhǎng)度L€42mm,所以l=40mm11l軸段長(zhǎng)由軸承座旁連接螺栓直徑，扳手空間，凸臺(tái)高度以及支架板厚2度等決定，在此取l€8+8+15€31mm；為保證支架外主軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須2留取足夠的空間，取S€20mm；同理依次確定其余各段軸徑。主軸的校核1、主軸的扭轉(zhuǎn)剛度?€7350—€7350,0.012N°M=0.5,10-40d4 204mm符合精度要求;由于該主軸幾乎不受徑向力作用，故彎曲剛度符合要求。

2、主軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度9550x￡T€_L€nW 0.2d3p0.01"10€0.0075MPavliL40MPa0.01"10€0.0075MPavliL40MPa0.2x203F€2T€2T1LE€1.69Nt14F又因?yàn)椋簉Fa€0；€400NT€11.87N.mm；6€503N.mm2；…]€90MPa；?hp…」€150MPa；0b所以，…]90「a€「T】p€ €0.6…T1500b…€0.6x11.87€7.122N.mm；Td，3 €0.92mmi0.1x90此處雖有鍵槽消弱，但結(jié)構(gòu)選用直徑為14mm，所以強(qiáng)度足夠。4、 主軸軸承的確定：主軸的支撐形式為兩端固定式，軸承的選用同樣應(yīng)該保證足夠的精度和疲勞壽命，由于該機(jī)床為立式電解加工機(jī)床，主軸軸承的軸向精度和剛度要求較高根據(jù)軸頸（d=20mm）選擇軸承，確定軸承型號(hào)規(guī)格。查《中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編》GB/T292-86表取d=20選16004軸承。軸承的潤(rùn)滑同上選用脂潤(rùn)滑。軸承的校核預(yù)緊方法同滾珠絲杠的校核相似，此處不再贅述。5、 除軸承的特殊要求外，軸頸的過(guò)度圓角統(tǒng)一設(shè)為r=1，軸的表面粗糙大會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度，所以應(yīng)提高軸的表面質(zhì)量。6、 碳刷設(shè)計(jì)由于工具電極通過(guò)彈簧夾頭固定在旋轉(zhuǎn)軸上并隨之一起高速旋轉(zhuǎn)，所以考慮采用低損耗碳刷進(jìn)行引電，采用對(duì)稱(chēng)布置，有利于增加碳刷和旋轉(zhuǎn)軸的接觸面積，保證可靠引電。此外，維持碳刷和軸的可靠接觸而被壓縮的彈簧會(huì)對(duì)軸和軸承產(chǎn)生一定的徑向負(fù)荷，對(duì)稱(chēng)的布置可以使其相互抵消，保證系統(tǒng)的精度不受影響。3.7導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求：導(dǎo)軌是機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞將直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用壽命，導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：表面具有高的導(dǎo)向精度，直線度或真圓度。足夠的剛度。導(dǎo)軌與導(dǎo)軌或?qū)к壟c其他部件之間的位置精度。優(yōu)良的耐磨性。低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。因本機(jī)床為立式機(jī)床，要求只要承受軸向載荷且垂直方向的精度穩(wěn)定性好?；瑒?dòng)導(dǎo)軌未形成完全液體摩擦?xí)r低速易爬行，磨損大，壽命低，運(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)定，由于電解加工機(jī)床在加工進(jìn)給時(shí)的速度非常小，有時(shí)為0.1mm/min,用滑動(dòng)導(dǎo)軌極易產(chǎn)生爬行，故加工精度難以保證，于是，我采用滾動(dòng)導(dǎo)軌。由于載荷不大因此選用滾珠直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，垂直安裝。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副在結(jié)構(gòu)上有兩列滾道和四列滾道之分，四列滾道結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾珠產(chǎn)生的滑動(dòng)量較小，具有更小的摩擦系數(shù)。因此三面進(jìn)給葉片電解機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)平臺(tái)均采用了四列圓弧接觸結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過(guò)返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊。導(dǎo)軌的選用原則精度互不干涉原則。導(dǎo)軌的各項(xiàng)精度制造和使用時(shí)互不影響才能獲得較高的精度。如矩形導(dǎo)軌的直線性與側(cè)面導(dǎo)軌的直線性在制造時(shí)互不影響。靜動(dòng)摩擦系數(shù)相近原則。如果選用滾動(dòng)導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，由于摩擦系數(shù)小且靜動(dòng)摩擦系數(shù)相近，可以獲得很近的運(yùn)動(dòng)速度和很高的重復(fù)定位精度。導(dǎo)軌能自動(dòng)貼合原則。要使導(dǎo)軌精度高，必須互相結(jié)合的導(dǎo)軌有自動(dòng)貼合的性能。對(duì)水平位置工作的導(dǎo)軌，可以靠工作臺(tái)的自重來(lái)貼合。其它導(dǎo)軌靠附加的彈簧或者滾輪的壓力使其貼合。移動(dòng)的導(dǎo)軌在移動(dòng)的過(guò)程中始終全部接觸的原則，也就是固定的導(dǎo)軌長(zhǎng)，移動(dòng)的導(dǎo)軌短。水平安裝的導(dǎo)軌，以下導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，移動(dòng)部件的上導(dǎo)軌為能有一定變形的彈性體。能補(bǔ)償因受力變形和受熱變形原則。滾動(dòng)導(dǎo)軌使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，具有以下優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的呼應(yīng)速度和靈敏度。起動(dòng)摩擦力小，隨動(dòng)性能好，驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。接觸面積大，彈性變形量小，有效運(yùn)動(dòng)體多，易實(shí)現(xiàn)高剛性、高負(fù)荷運(yùn)動(dòng)。與V型十字叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑塊導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理化值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承載能力及剛度比平面鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性，心部保持良好的機(jī)械性能。簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。在該機(jī)床中，導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)速度非常小，且有油潤(rùn)滑十分不方便，且有導(dǎo)電的危險(xiǎn)，因此，我采用脂潤(rùn)滑。根據(jù)工作條件、載荷特點(diǎn)依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。導(dǎo)軌主要參數(shù)的計(jì)算1、導(dǎo)軌長(zhǎng)度L：導(dǎo)軌長(zhǎng)度L等于絲杠螺紋部分長(zhǎng)度加滑板寬度，即：L=160+200+2X20=400mm2、 確定導(dǎo)軌上螺紋孔個(gè)數(shù)n：標(biāo)準(zhǔn)螺紋孔間距為60mm,兩端余量各20mm,則n二（L-40）4-60+1=7；3、 額定壽命計(jì)算：查表知：f-使用壽命系數(shù)，取1.0;hf-溫度系數(shù)；取1.0;f-接觸系數(shù)；取0.81；cf-精度系數(shù)；取1.0；af-載荷系數(shù)；取1.2；wP，400N，0.4KN；K，50Km；C，6.8KN；affffC 1.0?1.0?0.81?1.0?6.81.2?0.4L=(htca?a)€K=( )3?50=7.6?101.2?0.4fP導(dǎo)軌副材料：用于導(dǎo)軌的材料應(yīng)具有良好的耐磨性，摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)差小，內(nèi)應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，另外，考慮到立式微細(xì)電解加工機(jī)床的加工環(huán)境，選用的材料應(yīng)具有高的耐腐蝕性，故選用20CrMnTi。導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)：圖3-6滾珠絲杠第四章立式微細(xì)電解加工機(jī)床工作臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)該機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能是，帶動(dòng)電解槽實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，該進(jìn)給系統(tǒng)采用十字滑臺(tái)式，滑臺(tái)上端安裝有電解槽，是電解加工發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所。要求滑臺(tái)能夠帶動(dòng)電解槽實(shí)現(xiàn)十字聯(lián)動(dòng)和X、Y單向運(yùn)動(dòng)。由于該機(jī)床要求滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給，我們采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式，控制工作臺(tái)的移動(dòng)。4.1工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的選擇工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的選型原則同主軸驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的選擇原則是相同的；都必須綜合考慮機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、安裝、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及工作環(huán)境和啟動(dòng)頻率等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的選擇。進(jìn)給系統(tǒng)要求工作臺(tái)進(jìn)給速度為50~100€m/min，由于進(jìn)給速度很小，我們選用P二3mm的滾珠絲杠。m則有，絲杠轉(zhuǎn)速；0.1mm1n二 二r/mmmax3mm 30選用。。二相86BYG型步進(jìn)電機(jī)；電機(jī)轉(zhuǎn)速為；n二r/min30脈沖數(shù)：1x360N=Q，330.36設(shè)計(jì)及校驗(yàn)步驟在此不再贅述所選電機(jī)的主要性能參數(shù)：型號(hào)相數(shù)步距角相電阻保持轉(zhuǎn)矩靜態(tài)相電流86BYG30320.36。/0.72。4A4.2電解槽的設(shè)計(jì)電解槽是電解加工進(jìn)行工作的場(chǎng)所；當(dāng)直流電通過(guò)電解槽時(shí),在陽(yáng)極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng),在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)，以制取所需產(chǎn)品。對(duì)電解槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),合理選擇電極和隔膜材料,是提高電流效率、降低槽電壓、節(jié)省能耗的關(guān)鍵。電解槽的工作原理是將經(jīng)過(guò)二次精制的飽和鹽水加入電解槽的陽(yáng)極室，在通電狀態(tài)下，氯化鈉被電離成鈉離子和氯離子，溶液里的氯離子在陽(yáng)極放電生成氯立式微細(xì)電解加工機(jī)床工作臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 氣從溶液中逸出，消耗部分氯化鈉的飽和鹽水則成為淡鹽水流出電解槽，而鈉離子則透過(guò)膜移向陰極。與此同時(shí)，向電解槽陰極室加入純水，水被電解生成氫氣和氫氧根離子，氫氣從溶液中逸出，而氫氧根離子則和從陽(yáng)極過(guò)來(lái)的鈉離子結(jié)合成氫氧化鈉。為防止陰、陽(yáng)兩極產(chǎn)物混合，避免可能發(fā)生的有害反應(yīng)，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽(yáng)極室隔開(kāi)。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過(guò)，而不使分子或氣泡通過(guò)，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過(guò)程中基本不變，并且要求在陰、陽(yáng)極室電解液的作用下，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。電解水時(shí)，陰、陽(yáng)極室的電解液相同，電解槽的隔膜只需將陰、陽(yáng)極室隔開(kāi)，以保證氫、氧純度，并防止氫氧混合發(fā)生爆炸。更多見(jiàn)的比較復(fù)雜的情況是電解槽中陰、陽(yáng)極室的電解液組成不同。這時(shí)隔膜還需要阻止陰、陽(yáng)極室電解液中電解產(chǎn)物的相互擴(kuò)散和作用，如氯堿生產(chǎn)中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增大陰極室氫氧離子向陽(yáng)極室擴(kuò)散和遷移的阻力。隔膜由惰性材料制作，如氯堿工業(yè)中長(zhǎng)期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩(wěn)定，當(dāng)鹽水中含有鈣、鎂雜質(zhì)時(shí)，容易在隔膜中生成氫氧化物沉淀，降低透過(guò)率；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會(huì)發(fā)生膨脹、松脫。為此可以在石棉中加入樹(shù)脂作為增強(qiáng)材料，或以樹(shù)脂為主體做成微孔隔膜，在穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面都有很大改進(jìn)。近年來(lái)氯堿生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的陽(yáng)離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對(duì)離子透過(guò)的選擇性，可使氯離子基本上不進(jìn)入陰極室，從而可以制得氯化鈉含量極低的堿液。電解槽主要包括槽體、槽液溫控裝置、攪拌裝置和導(dǎo)電裝置等。槽體是整個(gè)電解槽的主體，根據(jù)槽液不同，選擇材料也不同，一般用鋼板做槽體，PVC、PP等耐腐蝕耐高溫材料做襯里。導(dǎo)電裝置主要指導(dǎo)電極桿。其作用是在電解槽中懸掛零件和極板，并向其輸送電流。可用紫銅、黃銅、鋁等材料。槽液加熱可采用蒸汽加熱、電加熱等。槽液冷卻一般采用槽內(nèi)冷卻管冷卻，冷卻介質(zhì)常用自來(lái)水、冷凍水、氟利昂、氨等。攪拌裝置可采用移動(dòng)陰極桿、槽液循環(huán)裝置、壓縮空氣攪拌等。必要時(shí)也可以采用循環(huán)過(guò)濾設(shè)計(jì)。電解槽材料選用不銹鋼材料，耐腐蝕，是應(yīng)用最廣的。為提高電解槽的耐腐蝕性，我們采用合成樹(shù)脂襯里。同時(shí)，采用上端蓋觀察式。一種網(wǎng)狀透明電解槽，主要由殼體和置放于殼體內(nèi)的電極組成殼，體下部側(cè)面有電解液入口，下底有排污口，頂部有出氣口和出液口；其特征在于：殼體為由四側(cè)壁板和上頂板、下底板組成的呈豎直細(xì)長(zhǎng)形狀的空心體，其四壁中有一側(cè)壁板為透明蓋板，方便觀察反應(yīng)情況，該透明蓋板以墊片與殼體密封，用螺釘緊固；該電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖：機(jī)床的整體安裝機(jī)床應(yīng)安裝在牢固的基礎(chǔ)上，位置應(yīng)遠(yuǎn)離振源；避免陽(yáng)光照射和熱輻射；放置在干燥的地方，避免潮濕和氣流的影響。機(jī)床附近若有振源，在基礎(chǔ)四周必須設(shè)置防振溝；床身的特點(diǎn)：1、耐磨性與消震性好。由于鑄鐵中石墨有利于潤(rùn)滑及貯油，所以耐磨性好。同樣，由于石墨的存在，灰口鑄鐵的消震性優(yōu)于鋼。2、工藝性能好。由于灰口鑄鐵含碳量高，接近于共晶成分，故熔點(diǎn)比較低，流動(dòng)性良好，收縮率小，因此適宜于鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜或薄壁鑄件。另外，由于石墨使切削加工時(shí)易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵的可切削加工性優(yōu)于鋼。硬度和抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系：灰鑄鐵的硬度和抗拉強(qiáng)度之間，存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：1、 當(dāng)ON196N/mm時(shí)HB=RH(飛00+04380b)(B1)2、 當(dāng)0>796N/mm時(shí)HB=RH(44+O7240b)(B2)式中相對(duì)硬度(RH)值主要由原材料、熔化工藝、處理工藝及鑄件的冷卻速度所確定。利用樹(shù)脂砂型鑄造機(jī)床床身鑄件的優(yōu)點(diǎn)1、 樹(shù)脂砂型剛度好，澆注初期砂型強(qiáng)度高這就有條件利用鑄鐵凝固過(guò)程的石墨化膨脹，有效地消除縮孔、縮松缺陷，實(shí)現(xiàn)灰鑄鐵、球墨鑄鐵件的少冒口、無(wú)冒口鑄造。2、 實(shí)型鑄造生產(chǎn)中采用聚苯乙烯泡塑模樣應(yīng)用咲哺樹(shù)脂自硬砂造立式微細(xì)電解加工機(jī)床工作臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 型。當(dāng)金屬液澆入鑄型時(shí)，泡沫塑料模樣在高溫金屬液作用下迅速氣化，燃燒而消失，金屬液取代了原來(lái)泡沫塑料所占據(jù)的位置，冷卻凝固成與模樣形狀相同的實(shí)型鑄件。3、相對(duì)來(lái)說(shuō)，消失模鑄造對(duì)于生產(chǎn)單件或小批量的汽車(chē)覆蓋件，機(jī)床床身等大型模具較之傳統(tǒng)砂型有很大優(yōu)勢(shì)，它不但省去了昂貴的木型費(fèi)用，而且便于操作，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，具有尺寸精度高，加工余量小，表面質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)。由于本機(jī)床采用立式布局結(jié)構(gòu)因，此只需要一個(gè)安裝平臺(tái)，這個(gè)安裝平臺(tái)的剛性、精度直接決定了整個(gè)機(jī)床性能的優(yōu)劣。目前大多數(shù)機(jī)床的床身采用鑄鐵它的流動(dòng)性好，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件。在鑄件中加入少量的合金元素可以提高耐磨性能。鑄鐵內(nèi)摩擦大、阻尼作用強(qiáng)，故動(dòng)態(tài)剛性好。鑄鐵還具有切削性能好，價(jià)格便宜和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于電解加工現(xiàn)場(chǎng)有電解液霧氣，會(huì)對(duì)鑄鐵產(chǎn)生腐蝕，所以，必須采用防腐蝕材料。在此，我選用大理石作為安裝平臺(tái)。天然大理已經(jīng)在精密量具以及精密測(cè)量?jī)x器中得到較廣泛的應(yīng)用。大理石經(jīng)億萬(wàn)年自然時(shí)效，內(nèi)應(yīng)力完全消失，組織結(jié)構(gòu)均勻，熱脹系極小，不變形，能夠在重負(fù)荷及常溫下保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。耐磨，耐NaCl、NaNO等電解液的腐蝕，表面光滑而且是不良導(dǎo)體，符3合電解機(jī)床的絕緣、防腐要求。經(jīng)嚴(yán)格物理試驗(yàn)和選擇的大理石，結(jié)晶細(xì)密，質(zhì)地堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度高。不必涂機(jī)油防銹，也不易粘上微塵，所以維護(hù)、保養(yǎng)方便簡(jiǎn)單，平時(shí)用水擦洗維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)。吸振好，不生銹。4.4機(jī)床床身的絕緣前面已述，傳動(dòng)系統(tǒng)需要與電機(jī)絕緣。本設(shè)計(jì)中分別將dl4聯(lián)軸器、d20聯(lián)軸器、主軸立板用絕緣材料—環(huán)氧樹(shù)脂制造，從而實(shí)現(xiàn)絕緣的效果。環(huán)氧樹(shù)脂具有優(yōu)良的粘合性，耐化學(xué)腐蝕性及良好的電氣絕緣性能，在土木工程方面可用來(lái)配制膠泥、砂漿，用于磚板襯砌；在化工涂料方面可制環(huán)氧自流平地坪涂料、環(huán)氧類(lèi)耐腐蝕重防腐涂料、絕緣涂料；制作玻璃鋼容器、槽、管道或玻璃鋼內(nèi)襯。在電氣絕緣方面可用于電容器、變壓器等灌封，用于制造絕緣板等。它在很寬的溫度范圍內(nèi)，都具有優(yōu)良的電性能，它的體積電阻10"-18）次方SL-CM，擊穿電壓達(dá)50KV/mm，介電常數(shù)為。在較寬的溫度及頻率內(nèi)，它的電性能變化極小。在耐熱溫度范圍內(nèi)，很適宜用作電氣工程的結(jié)構(gòu)材料。

立式微細(xì)電解加工機(jī)床工作臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.5機(jī)床連接件的選擇1、按強(qiáng)度計(jì)算螺釘尺寸軸承座采用普通螺釘組連接預(yù)緊力KF 1.2x400F-^-R— —800N,mz0.15x1x4S式中：K€考慮摩擦傳力的可靠系數(shù)；取1.2；m€結(jié)合面數(shù)目；,—0.15；sz€螺釘數(shù)目；按拉扭綜合作用計(jì)算螺釘直徑，計(jì)算公式為：g-蔦雲(yún)吟s采用性能等級(jí)為8.8級(jí)，表面氧化的內(nèi)六角圓柱頭螺釘，安全因數(shù)二2,s則，「1g480G」——— —240MPaS 2s由螺栓直徑計(jì)算公式得：’ 14X1.3F' '4x1.3x800d< 二. 二2.35mm1 兀xg 兀x2402、螺釘?shù)男：薕簡(jiǎn)化，螺栓組外載荷：徑向力F=Fcos?=400xcos60o二200N；r軸向力F二型F二型a2二200N翻轉(zhuǎn)力矩M二Fl二200x60二12000N.mm；a在以上各載荷作用下，此螺釘應(yīng)滿足以下條件：螺釘應(yīng)有足夠的抗拉強(qiáng)度，在翻轉(zhuǎn)力矩和軸向力的作用下，支座右端不壓壞底板：左端與底座不分離，在橫向力作用下支座不打滑。螺釘受翻轉(zhuǎn)力矩和軸向力的綜合作用由翻轉(zhuǎn)力矩M產(chǎn)生的最大壓力:ym由翻轉(zhuǎn)力矩M產(chǎn)生的最大壓力:ym?L12000?80F€ max € €150NDr2+r2h fr2402+402+402+40212max由軸向力產(chǎn)生的拉力:以上兩項(xiàng)相加受力最大螺釘載荷F€F+FCDCDF€150+100€250Ncd3、取每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力F€600N,預(yù)緊力F引起的兩零件的結(jié)合面的壓PP力：pA力：pA4?400€1.75MPa920式中：Z－為螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)A—為接合面積，A€bL(1-,)，為缺口長(zhǎng)度60與結(jié)合面長(zhǎng)度L=100之比,160€0.6則，A€bL€23?100(1-0.6)€920N由翻轉(zhuǎn)力矩引起兩零件結(jié)合面的壓應(yīng)力:ebL(-ebL(-,J23x1002(-0.62) “W€ € €3.3x104mm361.2?104€0.37MPam3.3x104其中：軸向力引起的結(jié)合面壓應(yīng)力減少量Z:誥€02嘰考慮螺釘?shù)膭偠冗h(yuǎn)小于地板的剛感=0),因而可以不必計(jì)算連接件的相對(duì)第五章電解加工機(jī)床的安全防護(hù)技術(shù)要求剛度，而以引力直接代數(shù)相加，接合面右端壓應(yīng)力。Q+◎-Q€1.75,0.37—0.22=1.9MPa；rpmz1.9MPavQ」=25MPaw接合面左端壓應(yīng)力Q€q—q—Q€1.75—0.37—0.22=1.16MPa；rpmz接合面左端壓應(yīng)力1.16MPa>0；按工作要求因小于接合面的許用積壓應(yīng)力「Q<，查表的鋼板地基的pQ€2.5MP，而Q>0，以保證接合面不分離，以上兩條件都符合，表明取p a 1每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力F€800N是合理的，接合面的情況和尺寸也都是合理的。P第五章電解加工機(jī)床的安全防護(hù)技術(shù)要求2005年8月18日，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)（SAC）頒布了電解加工機(jī)床的安全防護(hù)技術(shù)要求，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電解加工機(jī)床的安全要求及