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（定稿）电火花机床机械结构设计（全套下载）

数控电火花成型机的动力系统要求电动机电位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且额定功率小，并且可用于开环系统。而系列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，根据求出的最大转矩与进给速度。我们选用了型号的电动机作为主运动的动力源。校核时主要有以下几个步骤.根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号步距角初选步进电机型号，并从手册中查到步距角,由于综合考虑，我初选了，即可满足以上公式。距频特性步进电机最大静转矩是指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系是步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算式中为空载启动力矩为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩为由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩。而且初选电机型号时应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即计算的各项力矩如下加速力矩空载摩擦力矩附加摩擦力矩．启动矩频特性校核步进电机有三种工况启动，快速进给运行，工进运行。前面提出的，仅仅是指初选电机后检查电机最大静转矩是否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少用。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载启动力矩中的加速力矩不会很大。般不会发生丢步现象。.同步齿形带设计由于电火花机床工作对放电间隙要求比较高，所以在选择电动机与滚珠丝杆之间的转矩传递时，我们选择了同步带传动。它综合了带传动和链传动的优点。同步带通常是以钢丝绳或玻璃纤维绳等为抗拉层氯丁橡胶或聚氨酯橡胶为基体工作面上带齿的环状带，如下图所示。工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，所以带与带轮之间没有相对滑动，从而也保证了同步传动来实现电动机与滚珠丝杆之间的转矩传递。下面我们将进行同步带的尺寸设计计算设计功率由机械设计手册二表.查得.根据和，由机械设计手册二图选取带型为型，节距.。小带轮齿数根据带型和小带轮转速,查表得小带轮齿数当强电接通时，刹车器放松，电机可带滚珠丝杆旋转，使滑板带动主轴箱上下移动。当强电关闭时，刹车器锁住丝杆，防止主轴箱因自重掉下来。主传动形式主要有三种如图.带有变速齿轮的主传动.通过带传动的主传动．由主轴电机直接驱动的主传动。图.主传动形式由于主传动要保证传动比，并且同步齿形带传动噪音小，故本设计采用同步齿形带传动。工作台工作台采用手柄直接与滚珠丝杆副相连，滑动导轨具有结构简单制造方便刚性好抗震性高等特点，移动采用精密直线滑动导轨副。滑动导轨滚动导轨图.工作台连接结构杆的支承形式滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，而径向载荷主要是卧式丝杠的自重。其两端支承的配置情况分为端固定端自由两端固定和端固定端浮动，如图.所示。图.滚珠丝杠的支承配置端固定端自由两端固定端固定端浮动图.所示是端固定端自由的支承形式。其特点是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠及垂直布置丝杠，般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴。图.所示是端固定端浮动的支承形式，丝杠轴向刚度与形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠。图.所示是两端固定的支承形式，丝杠的轴向刚度约为端固定形式的倍，可预拉伸，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂，适用于长丝杠。本课题中采用第种支承配置方式工作液槽结构工作液槽安装在工作台上，工作液槽采用单开门的结构形式，门外密封采用形密封结构。通过调节进油开关及冲吸油压力调节阀来改变油压压力。为了保证加工过程安全进行，加工时工作液面必须比工件上表面高出定高度，因而在工作液槽上装有液面高度控制器，随着不同高度的工件调节手柄的高度。当液面升到定位置时，液面控制器接通，此时才能进行放电工作状态。当加工中液面降低时，液面控制器断开，电柜报警，停止加工。当加工中工作油温超过•时，温度控制器断开，电柜报警，停止加工。三主轴传动系统设计.主轴传动系统设计方案电火花机床主轴系统设计主要部分是实现电火花主轴自动进给伺服系统的设计。即是保持电极与工件之间有恒定的放电间隙，而达到稳定的加工目的。因而伺服系统的品质优劣直接影响电火花机床性能的指标。根据电火花机床加工的特点，伺服控制系统应该满足以下要求响应速度快进给速度调节范围广超调量小，保证在正常放电间隙内。国内电火花机床较普遍采用喷嘴挡板式液压主轴头，这里我们参考电火花机床，采用电动机丝杆式主轴头，主要由旋转电动机直流电动机步进电动机，丝杆和滑枕组成，其工作原理立柱上方装有伺服电机，通过同步齿形硬质合金冲模，改为用电火花加工的整体结构，减少了加工工时和装配工时，延长了使用寿命。又如喷气发动机中的叶轮，采用电火花加工后可以拼镶焊接结构改为整体叶轮，既大大提高了工作可靠度，又大大减少了体积和质量。电火花加工也有其定的局限性，具体如下．只能用于加工金属等导体材料。不像切削加工那样可以加工塑料陶瓷等绝缘的非导电材料。但近年来研究表明，在定的条件下也可以加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。．加工速度般较慢。因此通常安排工艺多采用切削来去除大部分余量，然后再进行电火花加工，以求提高生产率，但最近的研究结果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其粗糙度甚至高于切削加工。．存在电极损耗。由于电火花加工靠电热来蚀除金属，电极也会遭受损耗，而且电极损耗多集中在尖角或低面，影响成型精度。但最近的机床的产品在粗加工时已能将电极相对损耗比降至以下，在中精加工时能将损耗.以下，甚至更小。．最小角部半径有限制。般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙通常为，若电极有损耗或采用平动头加工，则角部半径还要增大。但近年来的多轴数控电火花加工机床，采用轴数控摇动加工，可以清棱清角地加工出方孔窄槽的侧壁和底面。由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械特别是模具制造宇航航空电子电机电器精密微细机械仪器仪表汽车轻工业等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围已达到小至几十微米的小轴孔缝，大到几米的超大型模具和零件。二电火花成型机床总体结构设计.电火花成型机的结构形式电火花成型加工机床结构有多种形式，根据不同加工对象，常见的结构有形结构龙门式结构牛头滑枕式结构摇臂式结构和台式结构。图.形结构床身立柱主轴头工作台形结构如图.所示。加工时，工作台实现轴和轴伺服进给运动，主轴头实现轴伺服进给运动。此类机床的结构特点是床身立柱主轴头工作台构成字形。这种结构的优点是结构简单，制造容易，具有较好的精度和刚性，操作者可以从前左右三面充分靠近工作台。缺点是工件装卸不方便，每次安装检测工件都必须开门放油，然后再关门上油。形结构较适合中小型机床，国内机床大部分采用此种结构形式。图.牛头滑枕式结构床身立柱滑座主轴头工作液槽牛头滑枕式结构如图.所示。这种结构形式类似金属切削机床中的牛头刨床。工作台固定不微细电火花加工技术是电火花加工技术在微细加工领域的个重要分支，从文献检索的情况来看，国内外关于微细电火花加工方面的论文非常多，足以说明此研究方向受关注的程度。超声电火花复合加工技术在特种加工领域中，综合利用不同加工方法的技术特长，将多种能量形式进行巧妙结合的复合加工方式往往可大幅提高加工效率或改善加工质量，因而直是倍受关注的方向之。电火花加工和超声加工均因加工速度较慢而困扰着人们，然而在电火花加工中引入工具电极的超声振动，进行超声电火花复合加工，却可以改善放电间隙状况，从而大大提高生产率。气体介质放电加工技术传统的电火花加工技术是在液体介质通常称作工作液中进行放电加工的，而液体介质在加工中起到压缩放电通道使能量高度集中加速极间冷却和消电离过程加速排除电蚀产物等作用，被认为是电火花加工必不可少的几大要素之。然而，最近几年由日本东京农工大学国枝正典教授等人提出的气中放电加工技术完全改变了人们的上述思想。气中放电般使用薄壁管状电极，加工中管状电极作回转和轴向伺服运动，定压力的气体自管中高速喷出，以避免加工屑反粘凝固在电极和工件表面上，同时加速了熔融和气化金属的抛出过程，并起到冷却电极的作用。气中放电加工的最大优点在于加工过程中电极损耗极低，而且加工时不产生有害气体，安全性较高，又可简化机床结构，因而也是倍受关注而成为热点。电火花表面强化技术由于零件表面性能在零件的使用过程中所起到的重要作用，表面强化技术受到了人们的重视。电火花表面强化技术是种简便而灵活的表面处理方法，它是通过电火花放电作用将作为电极的导电材料熔渗进工件表层金属，形成合金化的表面强化层，从而使工件表面的物理化学和机械性能得到改善。电火花表面强化与其他表面强化方法相比，具有如下优点设备简单，在普通电火花加工机床上即可进行，强化成本较低，处理速度较快，因只在局部进行放电，零件整体温度仍为室温因而不会引起零件变形，以及可处理复杂零件等，目前已在军事航空模具刀具等行业得到较广泛的应用。通过查阅分析数据及市场调研，近来电火花成型机床在虽然高效率精密加工技术方面有不断的进步，但在目前市场竞争中仍然有着很大的危险。我们可以透过于年月日在美国芝加哥举行的来分析在此次展览中，我们可以看到来自瑞士阿奇夏米尔公司西班牙欧那公司日本的三菱公司沙迪克等公司带来的产品。其中，在电火花成型机床方面，也主要体现在向着高效和精密加工的方向迈进，但同时专家系统的出现也抢占了其部分市场。例如在大面积浅型腔加工能量控制变截面加工深槽窄缝加工微细加工硬质合金加工镜面加工轮廓加工等方面，专家系统保证了精密加工的顺利实现。目前精密加工技术中，能加工型腔模的设备越来越多，譬如数控铣床，数控仿形铣床，加工中心，特别是再近几年发展的高速铣床。国外些的制造商已经把说成是“完全可以替代”的“无加工技术”，而且说是不需要抛光的次性技术等等。当然这样的说法可能有点言过其实，但的发展对确实产生了定的影响。使得电火花成型机床在市场中面临激烈的竞争。但与的比较中，同时也有着它自己的特点。例如在加工硬度为的钢材来说，能加工高硬度材料，不等摘要介绍了电火花成型机床的加工原理特点及其发展历程它是通过脉冲直流电源不断产生火花放电来去除工件材料，且在工件与工具之间有绝缘液体介质。分析并设计了电火花成型机床结构系统。机床总体布局为单柱立式，主轴采用步进电机拖动滚珠丝杆完成升降，利用步进电机多级可变细分技术，实现伺服系统的变频变步距双重伺服调节，提高系统的跟踪能力和稳定性。进给系统采用滚珠丝杆和十字滑座实现工作台的横向纵向移动，运动平稳。电火花成形加工要在加工精度加工效率加工范围等方面取得重大突破，个重要的发展方向就是对机床成形运动方式的创新和多样化。本课题的研究，是对电火花成型加工发展方向的次有益尝试，通过改进电火花加工机床的伺服系统控制系统机床结构等，在保证加工精度的前提下提高了加工效率通过开放式的控制系统，提高了电火花成型加工过程的自动化。关键词电火花主轴滚珠丝杆十字滑座型导轨,.,,.