《金剛石線切割機(jī)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)》9700字（論文）

金剛石線切割機(jī)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)摘要現(xiàn)代社會(huì)人類已經(jīng)和機(jī)器共存，機(jī)器能夠使人們的工作達(dá)到省時(shí)，省力的基本目的，甚至完全可以取代人們部分繁重的工作。采用機(jī)器進(jìn)行輔助或者替代人們進(jìn)行工作會(huì)讓工作的效率極大的提升，并且隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展采用機(jī)器進(jìn)行制作的產(chǎn)品的品質(zhì)也會(huì)更加有保證。線切割加工對(duì)于導(dǎo)電性差的材料進(jìn)行切割時(shí)機(jī)床效果不明顯，為能夠更好凸顯其加工優(yōu)勢(shì)，機(jī)床對(duì)材料的屬性要求不高，只要硬度小于砂線硬度都能進(jìn)行加工。石墨材料密度較大切割難度較高，相比較采用其他切割技術(shù)金剛石線切割切面完整、精度高、效率高、清潔度良好，金剛石線切割機(jī)在精密零件切割上應(yīng)用廣泛。目前多用來(lái)加工各種不同硬度的晶體，例如：合金材料、非金屬材料、稀有晶體、貴重材料。金剛石線切割機(jī)是加工精密度零件的重要儀器和專用設(shè)備，其自動(dòng)化程度高，人員技能要求低，作業(yè)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電火花線切割方式，所以被廣泛的使用。隨著市場(chǎng)上對(duì)線切割產(chǎn)品的需求量和對(duì)線切割產(chǎn)品的性能要求越來(lái)越高，設(shè)計(jì)和開發(fā)一款更加穩(wěn)定，效率更加高，方案更加合理的金剛石線切割機(jī)是我們不斷發(fā)展超越的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：金剛石；線切割產(chǎn)品；效率；結(jié)構(gòu)。目錄21931緒論 1280491.1概述 1205071.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1245261.3金剛石線切割機(jī)的簡(jiǎn)介 417782金剛石線切割機(jī)的設(shè)計(jì)方案 5231062.1有關(guān)首選參數(shù) 5255502.2切割機(jī)特點(diǎn) 6255072.3金剛石線切割機(jī)設(shè)計(jì)方案 6230152.3.1原理分析和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7297562.3.2傳動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 7211292.3.3張力調(diào)整裝置設(shè)計(jì) 84323金剛石線切割機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10246453.1滾珠絲桿的選擇與計(jì)算 10250493.1.1滾珠絲桿的定義 1084033.1.2滾珠絲桿副間隙調(diào)整法 1114583.1.3滾珠絲桿的循環(huán)方式 13273613.1.4滾珠絲桿的計(jì)算 14216043.1.5滾珠絲桿安裝方式 1739283.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 18286593.3張緊輪設(shè)計(jì) 21291623.4繞線輪的設(shè)計(jì) 25143683.5二維夾具的設(shè)計(jì) 276879結(jié)論 2817777參考文獻(xiàn) 291緒論在材料的選擇方面一般脆性材料的抗疲勞強(qiáng)度高、性能優(yōu)越，導(dǎo)電能力較弱、是目前電子等領(lǐng)域廣泛使用的對(duì)象。目前多應(yīng)用于精度高的脆性材料領(lǐng)域范圍。隨著科技的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于光伏材料的需求不斷增多。根據(jù)硬脆材料本身的特性耐磨性強(qiáng)、抗疲勞強(qiáng)度高，所以加工手段復(fù)雜，首要工序是對(duì)材料的鋸切，工序的加工費(fèi)用較高，所以，要對(duì)切割領(lǐng)域進(jìn)行更深一步的技術(shù)研發(fā)，達(dá)到節(jié)約切割成本的目的。目前企業(yè)在切割硬脆性材料使用的也是金剛石線切割機(jī)設(shè)備。切割線是使用金剛石作為原料，經(jīng)過(guò)研磨加工形成，切割過(guò)程方式分為兩種。來(lái)回往返式與單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)式。由于切割線本身切割性能強(qiáng)，對(duì)于截面的切割損傷小，不易變形、切片薄厚均勻，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，金剛石線切割技術(shù)成為了市場(chǎng)首選的切割手段，切割質(zhì)量高、截面創(chuàng)傷小、切割費(fèi)用低是其他切割機(jī)所不能同時(shí)兼具的優(yōu)勢(shì)。研究目的和意義1.目的本課題研究目的是對(duì)金剛石切割機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)，隨著科技的發(fā)展，目前市場(chǎng)的切割技術(shù)滿足不了企業(yè)的需求，老式切割機(jī)噪音大，切割效率低，切片凹凸不平、耗能高、污染大。為相應(yīng)國(guó)家節(jié)能環(huán)保的要求，對(duì)切割機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，分析切割機(jī)結(jié)構(gòu)框架的強(qiáng)度。對(duì)其關(guān)鍵零部件進(jìn)行改進(jìn)與校核并進(jìn)行受力分析。減小生產(chǎn)成本，分析切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)性能以及動(dòng)態(tài)參數(shù)，所以，完善和改進(jìn)金剛石線切割機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝已經(jīng)成為市場(chǎng)行業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。2.意義目前我國(guó)金剛石線切割技術(shù)已基本成型，在時(shí)代浪潮的推動(dòng)下，工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程也將邁向科技化，這是一個(gè)任何人也無(wú)法阻止的事實(shí)。而我們要做的就是跟上時(shí)代的腳步，大力發(fā)展科技興國(guó)，對(duì)切割技術(shù)投入更多的資金與科研人員。但切割技術(shù)需要改進(jìn)的地方還特別多，能夠做得更好，向著低成本、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作方便的方向發(fā)展，這是一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的時(shí)代，節(jié)能降耗是我們國(guó)家一直號(hào)召的口號(hào)，當(dāng)下已經(jīng)成為最主要的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效率、自動(dòng)化同步控制、連續(xù)化生產(chǎn)、低成本切割將會(huì)是未來(lái)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，金剛石線切割的應(yīng)更加人性化，能夠取得全方面切割信息，切割機(jī)未來(lái)的市場(chǎng)是無(wú)限潛力的，我國(guó)切割機(jī)技術(shù)的發(fā)展也正日新月異。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)金剛石線切割技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，對(duì)于高度精密數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，先進(jìn)國(guó)家都高度重視，并優(yōu)先投入大量資金與科研人員。目前，發(fā)展較為領(lǐng)先的國(guó)家是歐美地區(qū)，他們采用的是金剛石環(huán)形切割方式，這種切割方式與傳統(tǒng)鋸機(jī)相比有著卓越的優(yōu)勢(shì)：設(shè)備切割截面損傷小，設(shè)備操作簡(jiǎn)單易上手、同時(shí)也解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力、提高了產(chǎn)能的質(zhì)量與速度。目前日本所采用的方式是讓切割線向下作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成切割，他們的線切割設(shè)備優(yōu)點(diǎn)在于使用性能較好、設(shè)備使用壽命較長(zhǎng)，所以在市場(chǎng)上占有很大份額，尤其在中國(guó)市場(chǎng)占由更高的比例。2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)切割技術(shù)起步較晚，國(guó)內(nèi)較好的切割技術(shù)是半自動(dòng)多線切割，最大的缺陷是存在線速較慢、切割截面不均勻、切割后的材料在使用過(guò)程中易變性、設(shè)備本身噪音較大，切割效率與精度較低等大量的問(wèn)題。切割線當(dāng)時(shí)采用的是砂漿和硅材料之間的研磨所完成的切割，手法粗糙，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，截面凹凸不平。同時(shí)切割過(guò)程中產(chǎn)生的廢料很難清理，達(dá)不到節(jié)能減排的目的，這樣嚴(yán)重阻礙了企業(yè)的飛速發(fā)展，也違背了我們倡導(dǎo)綠色環(huán)保的原則。隨著科技飛速發(fā)展，我國(guó)也開始注重對(duì)精密加工設(shè)備的科研投入和資金投入經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，結(jié)合歐美國(guó)家先進(jìn)的切割技術(shù)資料，逐步突破難關(guān)并熟練的掌握了精密切割設(shè)備。從而研發(fā)了高效率、高度精密的切割設(shè)備，解決了現(xiàn)有問(wèn)題的困擾。因此金剛石線切割逐步取代老式的硅片切割設(shè)備，然而還是存在一定的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，耗電量高，人工費(fèi)用較大。用金剛石線代替老式的金屬線不能完全發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)，近三年中國(guó)重大科技項(xiàng)目，多線切割機(jī)研制成功，打破了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線效率低，勞動(dòng)力投入過(guò)多，耗能大，污染嚴(yán)重的問(wèn)題。企業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，為工業(yè)市場(chǎng)也注入了新的生機(jī)。目前國(guó)產(chǎn)切割機(jī)也開始面向全國(guó)，不論在質(zhì)量、產(chǎn)品性能或性價(jià)比方面，與國(guó)外切割機(jī)相比較，差距明顯縮小，市場(chǎng)占有比也進(jìn)一步提高并接近國(guó)外現(xiàn)有水平。1.3本文研究的內(nèi)容本文依據(jù)課題來(lái)源以及課題背景，通過(guò)查閱切割機(jī)現(xiàn)有的書籍與網(wǎng)絡(luò)資料經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的指點(diǎn)，以此確定本文的論文結(jié)構(gòu)框架。進(jìn)而借鑒現(xiàn)有的研究成果，在此基礎(chǔ)上，了解金剛石線切割機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)理，最終確定自己的研究?jī)?nèi)容以及研究方法。對(duì)此，本文在明確研究目的的背景下，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行初步的方案設(shè)計(jì)，并通過(guò)方案論證，確定最終合適的研究方案；之后，進(jìn)行動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算以及標(biāo)準(zhǔn)件的選型和計(jì)算，本文通過(guò)數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行方案建模，分析其方案的可行性以及是否會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)干涉，以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足可靠性，是否會(huì)產(chǎn)生失效，最后，不斷的對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和論證，以其達(dá)到制造標(biāo)準(zhǔn)和使用標(biāo)準(zhǔn)，并保證設(shè)計(jì)的可靠性，在此基礎(chǔ)上，以期解決金剛石線切割機(jī)在該領(lǐng)域遇到的局限性，并為此提出一種研究方法，為該課題的研究貢獻(xiàn)自己的一份力量。本文的研究方法和難點(diǎn)主要在于方案的選型與論證。1、緒論部分：根據(jù)金剛石切割機(jī)的適用范圍查閱相關(guān)書籍資料在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在此，明確研究的目的以及意義，并確定要解決的內(nèi)容以及技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)，確定論文的研究方法以及論文的整體框架。2、設(shè)計(jì)方案部分：本章依據(jù)論文的研究背景以及存在的技術(shù)難點(diǎn)，提出設(shè)計(jì)目的以及設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步方案設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)比論證后，確定最終方案，在此，明確方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及該方案的工作原理以及主要結(jié)構(gòu)。3、理論參數(shù)計(jì)算部分：本章根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的分析和計(jì)算，并確定整機(jī)的使用壽命和可靠性，初步進(jìn)行動(dòng)力源的選型和計(jì)算，傳動(dòng)系統(tǒng)的理論計(jì)算和分析，并確定最終的選型，同時(shí)對(duì)該方案進(jìn)行理論計(jì)算分析，保證其可靠性。結(jié)論2金剛石線切割機(jī)的設(shè)計(jì)方案隨著我國(guó)制造業(yè)快速發(fā)展發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的加工要求也是越來(lái)越高，除產(chǎn)品的傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝外，其次，還經(jīng)常涉及產(chǎn)品的切割技術(shù)，其主要包括完成產(chǎn)品的角度切割，并保證切割形狀和精度，但是，常用機(jī)械切割機(jī)只能完成正常角度的切割，而對(duì)于復(fù)雜角度的切割，主要依靠水刀或者線切割加工，其次，涉及到金屬3D打印，但往往加工成本加工，為解決上述工業(yè)產(chǎn)品加工難度問(wèn)題，本文擬設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化金剛石線切割機(jī)，并對(duì)其機(jī)床結(jié)構(gòu)、工作原理、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。成品如圖1所示：圖1：金剛石線切割機(jī)成品產(chǎn)品圖2.1有關(guān)首選參數(shù)金剛石線切割機(jī)裝置；初步參數(shù)的選?。褐睆阶畲笄懈罘秶呵懈钗⒕€長(zhǎng)度范圍：切割速度范圍：工作臺(tái)橫向移動(dòng)距離：工作臺(tái)縱向移動(dòng)距離：氣動(dòng)張力調(diào)整：2.2切割機(jī)的特點(diǎn)金剛石線切割機(jī)是針對(duì)于硬脆性材料，或貴重晶體的一種超精密切割技術(shù)。能夠完成復(fù)雜零件的加工的金剛石線切割機(jī)，還能實(shí)現(xiàn)任意角度切割，提高加工效率，制造成本低。金剛石線切割機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)X,Y,Z三軸移動(dòng)切割，并能夠輕松切割加工件，運(yùn)動(dòng)無(wú)卡頓，結(jié)構(gòu)緊湊。其中可大體概括為以下幾點(diǎn)：1.機(jī)型設(shè)備較小，操作簡(jiǎn)單方便。能夠完成150毫米的晶體切割；2.切割數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，可進(jìn)行無(wú)極速調(diào)控；3.特定的編程系統(tǒng)，節(jié)省了人力成本費(fèi)用，對(duì)材料的切割更加精密準(zhǔn)確；4.采用先進(jìn)的雙回路可調(diào)控氣壓；5.設(shè)備機(jī)架采用一體式框架焊接而成，內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定；6.防止污染，在內(nèi)部裝有自動(dòng)冷卻液輸送系統(tǒng)；7.金剛石切割機(jī)可分為多段同時(shí)切割；2.3金剛石線切割機(jī)設(shè)計(jì)方案金剛石線切割機(jī)要完成X、Y、Z三軸移動(dòng)，因此，主要完成工作面的X,Y向移動(dòng)以及Z軸金剛石線的上下往返運(yùn)動(dòng)，完成了對(duì)工件的切割加工。對(duì)此，金剛石線切割主要機(jī)構(gòu)應(yīng)包括：加工件工作平面（X,Y軸移動(dòng)），Z軸線切割進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以及繞線機(jī)構(gòu)。金剛石線切割機(jī)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)工作原理是，將待加工件放在工作臺(tái)上，根據(jù)PLC編程實(shí)現(xiàn)工作平面的X,Y軸移動(dòng)，繞線機(jī)構(gòu)的線經(jīng)過(guò)Z軸，當(dāng)Z軸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)待加工金屬的切割運(yùn)動(dòng)，從而，完成金屬切割。其中要對(duì)切割機(jī)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行選材，技算疲勞強(qiáng)度、分析工作原理、確定傳動(dòng)路線，以及工作臺(tái)是否合理，最終完成對(duì)金剛石線切割機(jī)的總體設(shè)計(jì)。保證金剛石線與加工件高精度接觸進(jìn)行精確切割，同時(shí)要滿足高精度、高質(zhì)量、高效率等工作要求。2.3.1原理分析和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)金剛石線切割機(jī)Z軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)繞線機(jī)構(gòu)的Z向移動(dòng)，其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2金剛石線切割機(jī)Z軸及繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，其Z向移動(dòng)和X軸原理類似，但在Z向移動(dòng)上自帶剎車裝置，以防因斷電，繞線機(jī)構(gòu)因重力作用，發(fā)生撞擊事故，Z軸機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)件主要采用鑄鐵材料制成，繞線機(jī)構(gòu)可以在切割工作力的作用下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再有自動(dòng)泠卻液的噴灑，進(jìn)而完成切割運(yùn)動(dòng)，達(dá)到切割零件的目的。1—床身；2—X,Y工作臺(tái)；3—導(dǎo)向輪；4—金剛石切割微線；5—繞線輪；6—張緊輪；7—滾筒；8—切削液圖2-1總體結(jié)構(gòu)示意圖2.3.2傳動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)的設(shè)計(jì)選取步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)，它具有可調(diào)控性強(qiáng)、輸出扭矩大，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。工作原理是由電機(jī)帶動(dòng)金剛石切割線沿雙曲回路導(dǎo)軌做往返運(yùn)動(dòng)，完成一次切割。工作臺(tái)面主要采用工型梁加工面，降低整機(jī)重量，其次，利用待加工件安裝和加工。機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)：首先工件固定在工作臺(tái)上，工作臺(tái)沿X，Y兩個(gè)坐標(biāo)軸方向運(yùn)動(dòng)，Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)和X軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)類似，其安裝主要將Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在X軸工作臺(tái)上，然后，通過(guò)PLC調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)代加工件X，Y軸移動(dòng)。在通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的記載，實(shí)現(xiàn)零件切割運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。組成部分由滑塊、導(dǎo)軌、絲杠運(yùn)動(dòng)副、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，如圖3所示：圖3：機(jī)床傳動(dòng)圖2.3.3張力調(diào)整裝置設(shè)計(jì)線切割機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的工作環(huán)境下，由于熱傳導(dǎo)效應(yīng)線鋸溫度急劇升高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，線鋸張緊力下降。造成軸定位不準(zhǔn)確，理想切割尺寸與實(shí)際尺寸出現(xiàn)偏差。使工件尺寸出現(xiàn)誤差，切割面凹凸不平。給企業(yè)帶來(lái)生產(chǎn)影響，造成不必要的損失，為避免這種情況的發(fā)生，優(yōu)化設(shè)計(jì)了恒張力輔助機(jī)，使高強(qiáng)度工作的切割機(jī)對(duì)零件切割精密度有了更進(jìn)一步的發(fā)展。安裝自動(dòng)調(diào)控裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)切割線的張力調(diào)節(jié)，目前它的工作原理，一種是根據(jù)彈簧自身的彈力，更變切割線的張緊力，該裝置組成包含一個(gè)核心彈簧拉緊裝置和一組傳導(dǎo)輪；另一種是根據(jù)重力原理，保持切割線的張緊力恒定不變。該裝置包括一組壓輪和一個(gè)維持恒定的重力塊。本次設(shè)計(jì)張力調(diào)節(jié)裝置體積輕巧，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可控性強(qiáng)，如圖4所示。圖4：自動(dòng)張力裝置的結(jié)構(gòu)圖3金剛石線切割機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)金剛石線切割機(jī)床的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括Z軸移動(dòng)裝置及繞線機(jī)構(gòu)，其主要完成金剛石線刀具的進(jìn)給，其X軸移動(dòng)裝置和Y軸移動(dòng)裝置主要實(shí)現(xiàn)待加工件的X軸移動(dòng)和Y向移動(dòng)，進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)完成刀具進(jìn)行進(jìn)給深度后，待加工件實(shí)現(xiàn)X軸移動(dòng)和Y軸移動(dòng)，從而完成待加工件的切割，金剛石與工件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)接觸切割。該裝置整機(jī)采用PLC控制，自動(dòng)化效率高，加工精度高，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低。3.1滾珠絲桿的選擇與計(jì)算螺桿、滾珠和螺母共同作用形成滾珠絲杠。其功能原理和絲桿蝸桿相同，將圓周運(yùn)動(dòng)的切運(yùn)動(dòng)在平行軸上做傾角，這樣就會(huì)產(chǎn)生軸向傾角得分運(yùn)動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。一般的絲桿采取滑動(dòng)，摩擦系數(shù)較高，而滾動(dòng)絲桿的螺母和絲桿螺紋采取滾珠嵌套配合，這樣極大的減小了摩擦力與傳動(dòng)阻力。同時(shí)滾珠絲杠應(yīng)用范圍廣闊，多用于精密儀器的使用。3.1.1滾珠絲桿的定義滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)兩者的相互轉(zhuǎn)化達(dá)到理想目的的一個(gè)產(chǎn)品。滾同時(shí)他也是精密機(jī)械，和工具機(jī)械上最為常見的一個(gè)部件，其主要性能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，也可以是扭轉(zhuǎn)力和軸向作用力之間的互相變換，具有的精密性強(qiáng)、可以來(lái)回變換以及效率相對(duì)不低的主要能力。3.1.2間隙調(diào)整法關(guān)于滾珠絲桿副由于機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間的工作運(yùn)轉(zhuǎn)使軸的間距變大，造成滾珠與滑道產(chǎn)生形變而出現(xiàn)的螺母錯(cuò)位。影響了傳動(dòng)系統(tǒng)的精度不能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。出現(xiàn)上述情況可以適當(dāng)調(diào)節(jié)預(yù)緊力的大小。常用的方法有適當(dāng)調(diào)節(jié)螺母墊片厚度，使其產(chǎn)生軸向位移，從而消除間隙。但存在一定缺陷，調(diào)整會(huì)有一定誤差，精度不夠。第二種雙螺母齒差式調(diào)隙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，但其調(diào)節(jié)精度高、誤差小。3.1.4滾珠絲桿的計(jì)算1計(jì)算額定動(dòng)載荷（3-1）表3-1壽命的選擇主機(jī)類型Th（h）一般機(jī)床、組合機(jī)床10000數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床15000工程機(jī)床5000——10000自動(dòng)控制系統(tǒng)15000測(cè)量系統(tǒng)15000航空機(jī)械1000——2000表3-2滾珠絲杠副載荷、硬度和精度系數(shù)表載荷系數(shù)硬度系數(shù)精度系數(shù)載荷性質(zhì)滾道實(shí)際硬度HRC精度等級(jí)≥581.0C、D1.0沖擊小、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)1.0-1.2551.11E、F1.1一般沖擊1.2-1.5501.56G1.25較大沖擊、振動(dòng)1.5-2.5452.4H1.43由表3-1可知由表3-2分析得（分別為數(shù)控機(jī)床等級(jí)的C、D兩個(gè)等級(jí)）將其帶入可得（3-2）滾珠絲杠的具體參數(shù)可以由額定動(dòng)載荷數(shù)值作為參考。由于有，所以可以由此推理出型號(hào)為，同時(shí)滾珠絲杠副可以決定用這一型號(hào)。所以也可以得出如下參數(shù)作為參考：表3-3滾珠絲杠參數(shù)名稱動(dòng)載荷公稱直徑導(dǎo)程滾珠直徑螺旋角數(shù)值假設(shè)原螺紋升角的補(bǔ)償值，選取在調(diào)整螺母預(yù)緊后P1=8′40〞可以推導(dǎo)得出螺紋滾道半徑、偏心距以及絲杠內(nèi)徑公式以及數(shù)值分別為如下所示：推理可得以下數(shù)據(jù)絲桿、進(jìn)行驗(yàn)算推理其穩(wěn)固性能以及最大承受載荷表3-4滾珠絲杠參數(shù)名稱絲杠材料彈性模量絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩長(zhǎng)度系數(shù)絲杠工作長(zhǎng)度數(shù)值已知（鋼作為絲杠材料）將已知數(shù)據(jù)分別帶入臨界載荷的計(jì)算公式中，可以推導(dǎo)出如下數(shù)據(jù)：接下來(lái)可以得出安全系數(shù)的數(shù)值因得數(shù)為，可知，得出絲杠的安全程度合格。剛度的適應(yīng)程度計(jì)算可以求得在導(dǎo)程上面的每米變形量△L的求法為名稱工作載荷絲杠材料彈性模板基本導(dǎo)程轉(zhuǎn)矩絲杠切變模量絲杠的慣性矩絲杠截面積符號(hào)計(jì)算式中：代入數(shù)據(jù)后可得：將導(dǎo)程的每米變形量△L帶入已知式子中可得以級(jí)精度作為參考數(shù)控機(jī)床的精度取值，以為參考值，將內(nèi)導(dǎo)程公差控制在，可得出為每米內(nèi)公差值，由此推理剛度證明達(dá)標(biāo)。計(jì)算效率數(shù)值準(zhǔn)確由以下公式推工作中在導(dǎo)滾珠絲杠副上存在的傳動(dòng)效率η的數(shù)值將數(shù)值帶入：代入上式得由于普通滾珠絲杠副工作時(shí)的傳動(dòng)效率，所以通過(guò)得數(shù)求出其可以實(shí)施。3.1.5滾珠絲桿的循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)分別為滾珠絲杠的兩種循環(huán)方式。其中內(nèi)循環(huán)這種循環(huán)方式大多采用反向器，性能較好，輕巧、方便。外循環(huán)外阻力較大，精密度高，循環(huán)費(fèi)用低。滾珠絲桿是目前日本最先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備國(guó)家，外加有效的管理體制保證了滾珠絲桿精密度高，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的微進(jìn)給，目前對(duì)于滾珠絲杠的選取增加了運(yùn)動(dòng)效率，在節(jié)能減排方面也做出了優(yōu)異的貢獻(xiàn)。金剛石切割機(jī)是一種超精密儀器設(shè)備，所以對(duì)于精度的要求比較高，兩端面的固定對(duì)于絲杠是最合適的固定方法。在圖3-5中可以清晰的看出其被固定牢固的辦法。圖3-5：滾珠絲杠的固定方式3.2對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，對(duì)于電機(jī)有很多種方案進(jìn)行挑選，本次的設(shè)計(jì)優(yōu)先進(jìn)行考慮的電機(jī)型號(hào)為步進(jìn)電機(jī)，因其成正比的兩個(gè)數(shù)據(jù)分別為輸入脈沖個(gè)數(shù)與角移動(dòng)這兩個(gè)參考數(shù)據(jù)，同時(shí)在工作的過(guò)程中，工作速度以及所需時(shí)間及其相似，近乎同時(shí)啟動(dòng)結(jié)束，所以只需把握好脈沖個(gè)數(shù)，和相對(duì)排序就能夠很好的調(diào)控轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速。因步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制精度高，穩(wěn)定性好，最先進(jìn)行考慮的方面為此電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用能力以及對(duì)于工作時(shí)成品粗糙度的把握，因此此電機(jī)的工作時(shí)長(zhǎng)與工作件數(shù)的比值可以根據(jù)PLC進(jìn)行控制，在此，不需要設(shè)計(jì)減速器進(jìn)行速度調(diào)速，本文主要通過(guò)工業(yè)電機(jī)軟件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，初選設(shè)計(jì)負(fù)載20KG，采用電機(jī)+絲桿進(jìn)行傳動(dòng)，初始運(yùn)行時(shí)間為0.5s，電機(jī)轉(zhuǎn)速為45r/min。金剛石線切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電機(jī)規(guī)格參數(shù)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)扭矩力的計(jì)算。在工作生產(chǎn)中，人們對(duì)于切割機(jī)的首要要求為成品粗糙度小、還原度高，由此可以挑選取值為，相數(shù)，通電方式為相拍，通電順序?yàn)?。因步距角的求?dǎo)可以通過(guò)下方式子帶入如下數(shù)據(jù)，將代入得，正?？芍穗妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與脈沖個(gè)數(shù)的數(shù)值之間為正比關(guān)系因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nm可由下方式子推導(dǎo)出其結(jié)果；由以上所有數(shù)據(jù)分別整合對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)型號(hào)為BYH的此型號(hào)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為最適宜的電機(jī)選擇結(jié)果。3.3張緊輪設(shè)計(jì)在傳動(dòng)過(guò)程中，一個(gè)結(jié)構(gòu)極為重要，那就是張緊輪，因其是具有調(diào)節(jié)把控作用的機(jī)械零部件，所以，在機(jī)器工作過(guò)程中，傳遞環(huán)節(jié)有所失誤，影響其正常工作，比如對(duì)于中心距這一部位的控制消失，張緊輪就會(huì)將線拉緊，起到對(duì)中心距的合理調(diào)控作用。張緊輪通常都安放在靠?jī)?nèi)側(cè)部位并靠近大論安放，受單向彎曲應(yīng)力，同時(shí)包角也會(huì)增大很少；如圖3-6所示：圖3-6：張緊輪圖示以張緊形態(tài)為此次計(jì)算的假設(shè)前提，以表格中的數(shù)據(jù)為主要參數(shù)，可以求出彎曲應(yīng)力的數(shù)值：于張緊輪中央，張緊輪直徑，材料的許用切應(yīng)力，許用擠壓應(yīng)力已知：可得已知可得由上式可知，對(duì)于擠壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，張緊輪非常符合標(biāo)準(zhǔn)。3.4繞線輪的設(shè)計(jì)有關(guān)于繞線輪其和魚竿的繞線器有些類似，通過(guò)將鋼絲繩一頭纏繞在出線輪上金剛石線鋸切割機(jī)把一根細(xì)長(zhǎng)的鋼絲繩纏繞在排線輪上，另一頭放入進(jìn)線輪，并有出進(jìn)兩機(jī)構(gòu)一同收緊。為了更好地控制鋼絲的張緊力，在兩輪之間安裝多個(gè)控制輪來(lái)達(dá)到目的。兩輪同時(shí)有節(jié)奏的相互拉扯，切割機(jī)完成一次往返切割運(yùn)動(dòng)。為防止溫度過(guò)高，對(duì)切割線與切割晶體造成損壞，設(shè)備裝有自動(dòng)潤(rùn)滑液噴灑裝置，動(dòng)力來(lái)源于泵體的壓縮。切割液由冷卻劑、硅粒磨料和潤(rùn)滑油配制而成。切割時(shí)，能夠使材料切割相對(duì)均勻，切割面整體，細(xì)膩。如圖3-7所示：圖3-7：繞線輪圖示（1）如圖3-8所示分別可以求得支承反力，受力的數(shù)值：{機(jī)械原理}圖3-8繞線輪受力圖（2）可以求得彎矩的數(shù)值為（3）可以求得轉(zhuǎn)矩的數(shù)值為（4）驗(yàn)證數(shù)值許用應(yīng)力許用應(yīng)力值推導(dǎo)同時(shí)可知本次設(shè)計(jì)的直徑數(shù)值；（5）疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證計(jì)算通過(guò)對(duì)、兩個(gè)截面的力進(jìn)行分析，可以得出兩個(gè)截面具有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，對(duì)截面的安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算、校核、分析。選用材料進(jìn)行分析可知45鋼調(diào)質(zhì)最佳已知：得：可知等效系數(shù)：已知截面上的應(yīng)力彎矩推導(dǎo)可得彎曲應(yīng)力幅得出彎曲平均應(yīng)力為可知扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力最終得到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力只在一個(gè)截面上出現(xiàn)很多應(yīng)力的情況發(fā)生時(shí)，則要計(jì)算出所有與之對(duì)應(yīng)的所有應(yīng)力的集中系數(shù)，最終數(shù)值為應(yīng)力最大的應(yīng)力集中系數(shù)。3.5二維夾具的設(shè)計(jì)夾具是機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中用來(lái)對(duì)某零件進(jìn)行定位鎖緊的作用，使其在固定位置不發(fā)生改變，方便后續(xù)工作的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。夾具又稱卡具。準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)就是將零件正確的安裝在機(jī)床的準(zhǔn)確位置上，也就是限制其自由度。極大的減少輔助工時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、降低了廢品的出現(xiàn)率。用夾具裝夾工件方便，快速，極大減輕了生產(chǎn)勞動(dòng)力。例如在機(jī)床加工工件，為了滿足生產(chǎn)要求，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，與合理形狀以及表面精度等相關(guān)技術(shù)要求，必須用夾具將加工零件定位夾緊，確保工件在正確加工位置，不會(huì)出現(xiàn)偏差，所以?shī)A具能夠有效的擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。圖8展示了本次設(shè)計(jì)的二維夾具體：圖3-8：二維夾具體夾緊力按下式計(jì)算：QUOTE查手冊(cè)，取QUOTEoQUOTEQUOTE可得切割機(jī)的夾緊力為。切割機(jī)進(jìn)行切割時(shí)的切削力為：QUOTE安全系數(shù)是在計(jì)算切削力時(shí)不能忘記的因素。計(jì)算公式（安全系數(shù)）根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》查得：式中：QUOTE—基本安全系數(shù)；取1.2—加工性質(zhì)系數(shù)；取1.1—刀具鈍化系數(shù)；取1.1—切削特點(diǎn)（連續(xù)切削）；取1.0—夾緊力穩(wěn)定性；取1.1QUOTE—手動(dòng)夾緊手柄位置；取1.0QUOTE—僅有力矩使工件與支承面接觸情況；取1.0則因?yàn)榍懈钕髁UOTE小于夾緊力QUOTE，所以該夾緊裝置安全可靠。結(jié)論設(shè)計(jì)的主要方案是對(duì)切割機(jī)的改進(jìn)與優(yōu)化。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資料的查取和借鑒以及指導(dǎo)老師寶貴意見下，完成了對(duì)切割機(jī)的基本結(jié)構(gòu)了解與利弊分析，最終整理資料明確對(duì)切割機(jī)各部件的改進(jìn)與優(yōu)化方案。在指導(dǎo)老師的幫助下，改進(jìn)并確立設(shè)計(jì)方案，以節(jié)能減排，高效生產(chǎn)、精密加工為目標(biāo)。首先，通過(guò)論文的目的與意義進(jìn)行探究，確定課題研究的可行性以及研究方案，由于對(duì)切割機(jī)設(shè)備的優(yōu)化無(wú)法進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)，目前的切割機(jī)自身太重運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定、耗能較大滿足不了當(dāng)前節(jié)能減排的節(jié)能理念，所以我們只能依靠理論完成進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化。本章主要根據(jù)研究背景和研究?jī)?nèi)容，進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)，明確目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求完善傳動(dòng)零部件的合理選材與運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于切割線的合理選用，與保護(hù)措施。優(yōu)化傳動(dòng)裝置，安裝自動(dòng)化噴灑潤(rùn)滑液裝置，確保切割的超精度。主要是針對(duì)金剛石線切割機(jī)目前的結(jié)構(gòu)框架與傳動(dòng)部件的型號(hào)選取與強(qiáng)度校核，明確金剛石切割機(jī)目前所存在的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題做出合理的改進(jìn)和優(yōu)化，最終通過(guò)計(jì)算校核完成對(duì)于切割機(jī)的改進(jìn)和升級(jí)。對(duì)金剛石線切割機(jī)床的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改良，完成金剛石線切割機(jī)X，Y軸移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，以及Z軸和繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，不存在干涉的風(fēng)險(xiǎn)，制造成本較低。通過(guò)本次對(duì)金剛石線切割機(jī)的設(shè)計(jì)，我也對(duì)設(shè)計(jì)這方面有了更深的了解積累了一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，目前切割機(jī)市場(chǎng)潛力較大，這是一個(gè)機(jī)遇與困難并存的時(shí)代。我相信我國(guó)在金剛石線切割機(jī)這一方面一定會(huì)披荊斬棘，創(chuàng)新出一片屬于我們的切割領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)孫建章，呂玉山，劉興文．往復(fù)自旋式電鍍金剛石絲鋸數(shù)控切割機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J]．