電解加工機床的設計

摘要本文主要講述電解加工機床的設計過程，電解加工又稱電化學加工，是基于金屬工件在電解液中發(fā)生陽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、復雜形狀的零件加工中體現(xiàn)出的特殊優(yōu)點，較好的適應了軍事工業(yè)中若干重要關鍵產品的特殊需要，首先成為軍工生產中不可缺少的重要手段和關鍵技術。電解加工設備是一個完整的配套系統(tǒng)，由機床、電源、輸液系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)四大部分組成，機床是設備的主體，進行電解加工的場域，其主要功能除安裝、定位工件和工具電極并按需要送進工具電極外，還必須將加工電流和電解液輸送到加工區(qū)。本次設計的主要內容是完成該機床的機械本體、主傳動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、引電系統(tǒng)的三維造型設計。該機床采用雙立柱導軌結構，以減小占地面積，提高系統(tǒng)的剛性，加工過程的可靠性，保證加工精度。主傳動系統(tǒng)采用步進電機經諧波減速器直接驅動主軸旋轉同時通過絲杠將電機的轉動轉化為滑板的上下移動。由于諧波減速器分辨率高，傳動比大，可保證主軸旋轉精度。引電系統(tǒng)則采用對稱電刷結構，減小主軸圓跳動誤差，保證引電的可靠性。采用組合軸承座設計,可顯著提高機床結構的剛性,減小主軸受外力作用時的變形。關鍵詞：電解加工，成型原理，主傳動系統(tǒng)，機床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電解加工國內外研究情況 1微細電解加工機床研究的意義 2本課題研究的主要內容 3\o"CurrentDocument"第二章立式微細電解加工機床的總體設計 42.1立式微細電解加工機床的總體設計原則 4微細電解加工機床的設計所必須考慮的特殊問題 4微細電解加工機床設計的基本要求 5立式微細電解加工機床的總體布局 5\o"CurrentDocument"第三章立式微細電解加工機床主軸系統(tǒng)的設計 8步進電機的選擇 8步進電機的選型原則 93.1.2步進電機的選擇計算 93.2滾珠絲杠的選擇 11滾珠絲杠選用原則 11滾珠絲杠副選擇計算 錯誤!未定義書簽。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 153.3.2減速器的選用計算 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軸承潤滑 23主軸的設計 24主軸的結構形狀 243.6.2主軸的設計計算 24主軸的校核 253.7導軌的設計 27導軌的選用原則 28導軌主要參數(shù)的計算 29\o"CurrentDocument"第四章立式微細電解加工機床工作臺系統(tǒng)的設計 314.1工作臺步進電機的選擇 314.2電解槽的設計 314.3機床的整體安裝 334.4機床床身的絕緣 344.5機床連接件的選擇 35\o"CurrentDocument"第五章電解加工機床的安全防護技術要求 37結論 39\o"CurrentDocument"參考文獻 40致謝 41第一章引言電解加工國內外研究情況電解加工在國外是五十年代出現(xiàn)的。由于它具有效率高、質量好。復雜型面可一次成型,以及不受被加工材料機械性能的限制,工具耗損小等優(yōu)點,所以受到普遍重視。六十年代,在航空發(fā)動機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。我國最早在五十年代末、六十年代初首先應用于兵器、航空等方面,以后陸續(xù)應用于汽車、拖拉機、化工等部門。近年來應用范圍有了不斷擴大,機床自動化程度也在迅速提高。同時,在提高精度、陰極設計等理論研究方面也取得了積極的進展。但是，在70年代以后，隨著國際市場經濟競爭形式的變化，產品更新?lián)Q代快，生產批量減小，是的電解加工的適用范圍也發(fā)生變化?？傮w看應用范圍有所減小，但應用要求卻越來越高，由于電解加工的技術特點，在某些領域又得到新的應用。80年代以來電解加工的應用主要有：6.鈦合金、高溫耐熱合金薄壁機匣加工9?在線電解修整超細金剛石、CBN磨輪等對于21世紀科學技術發(fā)展的趨向，國內外專家、學者都有精辟的論述?；诖瞬⒕C觀近20年來電解加工的應用與發(fā)展狀況，大致可以預測今后電解加工的發(fā)展及應用方向，其中，基于電解加工基本原理的新工藝、新技術不斷發(fā)展和應用的有：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，計算機控制技術在電解加工中將得到更高水平的應用，電解加工是引言 項綜合電化學、流體力學、電磁學、機械學和自動控制等多學科交叉的加工工藝技術，其加工過程受到多因素、多參數(shù)的影響。因此電解加工過程的參數(shù)化控制、加工參數(shù)的優(yōu)選，成為提高電解加工技術經濟指標的必要保證。陰極設計中CAD/CAM的應用以及電解加工設備的計算機控制等都將成為未來電解加工領域應用和發(fā)展的方向。計算機控制技術在電解加工領域的發(fā)展和擴大應用不，僅整體提高電解加工的工藝水平，還將促進柔性電解加工和多陰極、多工位、多型腔電解加工技術的發(fā)展，將大大增加電解加工的快速制造能力。電解加工正加速從國防工業(yè)向民用工業(yè)延伸。加工對象由粗加工、半精加工向精密、光整加工方向擴展。新世紀，電解加工將充分利用“離子去除”的優(yōu)點，揚長避短，注意“綠色掣造”，在微細、超精及納米制造領域成為關鍵核心技術。今后，在微細加工領域，電解加工將展現(xiàn)新的應用前景。微細電解加工機床研究的意義隨著微納米技術的不斷發(fā)展，微細加工技術作為實現(xiàn)其應用的關鍵技術和重要基礎，得到了的廣泛關注。電解加工作為一種基于陽極溶解的減材技術，在其加工過程中，陽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，其材料的減少過程以離子的形式進行。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在微細制造領域有著很大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊４送?，傳統(tǒng)機械加工中刀具和工件之間存在作用力，當應用于微細尺寸零件的加工時，這種作用力往往會導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行加工的?；谏鲜鲈?，近些年來微細電解加工技術成為國內外微細加工領域中新的研究熱點，并在加工精度和加工尺度上取得一些突破性進展但是，目前還存在加工效率低、無法加工深孔和窄縫等局限性，實用性尚不夠。研究經濟、高效、實用的微細電解加工機床是本文研究的主要內容。精密電解加工技術，電解加工中由于影響間隙電場和流場穩(wěn)定性的參數(shù)很多，控制比較困難，再加上加工時的雜散腐蝕，使得電解加工不易達到較高的加工精度。目前微細電解加工發(fā)展方向有主要有兩方面，一是不斷追求微細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結構，研究如何采用電解加工經濟、高效地進行加工。由于到目前為止國內外對微細電解加工的研究還基本處于起步階段，沒有系列化、實用化的微細電解加工機床設備真正面市，但微細加工技術是當今世界制造領域最為活躍的研究熱點之一，因此，在制造精密化的今天，微細電解加工機床的設計與研發(fā)具有非常深遠的實際意義。本課題研究的主要內容本課題研究的主要是開發(fā)微細電解加工專用機床設備。該機床的主要功能是加工微細縫、微細槽和微細探針等典型的微細金屬結構。本次畢業(yè)設計的內容是完成該機床的機械本體、主傳動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、引電系統(tǒng)的三維造型設計，包括機床底座、工作臺、工作箱、主軸等。圖1.1立式微細電解加工機床整體結構示意圖本次設計的具體內容如下：立式微細電解加工機床設備機械本體、主傳動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、引電系統(tǒng)的總體結構設計。立式微細電解加工機床設備硬件選型立式微細電解加工機床設備三維造型設計。關鍵零部件設計的較核計算。第二章立式微細電解加工機床的總體設計立式微細電解加工機床的總體設計原則電解加工機床是電解加工設備的主體，進行電解加工的場域，其主要功能除安裝、定位工件和工具電極并按需要送進工具電極外，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)生陽極溶解需要的電能；電解液系統(tǒng)存儲電解液。機床在進行總體設計時，必須以該設備的工作條件，加工對象的特點和加工的基本要求作為總體設計的基礎和出發(fā)點；同時要確定機床主要部分的功能、組成、基本方案和相互間的匹配關系，然后，一次為基礎進行總體布局。根據(jù)設計任務書的要求選定設備的總體規(guī)格、性能、技術要求；最后定出總體方案。由于電解設備各部分的相對獨立性較大且專業(yè)領域各異，因此總體設計對于確保設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)調尤為重要，這是電解加工設備設計的獨特之處。電解加工機床的各部分的選用是綜合考慮了設計任務書提出的加工條件和工藝參數(shù)以及加工對象的精度、粗糙度、效率的要求之后確定的。有些參數(shù)定量的計算主要是根據(jù)經驗公式估算的，其中的經驗系數(shù)均選自國內外先進機床的設計數(shù)據(jù)，有些已在設計過程及驗算過程中被證實。微細電解加工機床的設計所必須考慮的特殊問題1.電化學腐蝕由于機床工作箱內和輸液系統(tǒng)的零部件均直接接觸具有腐蝕性的電解液，導致零件的化學或電化學腐蝕，特別是陽極導電系統(tǒng)的電化學腐蝕問題更加明顯。除此之外，整臺機床均處在某些腐蝕性氣體的環(huán)境中，可能導致金屬零件的銹蝕。同時，加工過程中產生的氫氣會導致工作箱內氣壓升高，有可能引起爆炸，引發(fā)安全事故。主要應考慮由于金屬零件的銹蝕所導致的機床誤差會大大影響微細電解加工的加工精度，導致機床失效。2.引電可靠性由于該機床的主軸是作為電解加工的工具陽極，在機床的布局中，必須考慮引電系統(tǒng)的排放，擬采用對稱電刷布置以減小主軸圓跳動誤差，同時，由于某些電解成型加工時總電流很大，因此必須考慮絕緣問題，以保證引電可靠性和機床的可操作性。3.極間干擾立式微細電解加工機床的總體設計 極間高速的氣液兩相流導致主軸工具頭承受相當大的動態(tài)負荷，極間交變的電磁場大的電磁力，以及極間擾流也會引起電壓、電流的振蕩，這些因素會導致交變的電磁力并對電力系統(tǒng)產生一定的干擾。同時極間間隔的微小變動，就會導致陽極局部鈍化，使加工中斷或極間發(fā)生火花短路。微細電解加工機床設計的基本要求機床的耐蝕性好機床工作箱及電解液系統(tǒng)的零部件必須有良好的抗化學和抗化學腐蝕的能力，應保證50＜條件下不受腐蝕。機床剛性強由于該機床主要進行微細孔、微細槽等微細電解加工，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位置準確，因此必須考慮機床的剛性引起的機床誤差。同時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用，越來越使電解加工機床在較大的動態(tài)，交變負荷下工作，要達到高精度、高穩(wěn)定性就必須有較強的靜態(tài)和動態(tài)剛性。大電流傳導性好，電氣系統(tǒng)抗干擾性強大電流傳導是電解加工設備中的重要特點，導電系統(tǒng)線路壓降大熱損就大，導致電能消耗大，傳輸效率低。同時滑枕進給的控制和數(shù)字顯示系統(tǒng)應能抗本機加工電源大電流通斷和極間火花的干擾；電源短路保護系統(tǒng)能抗周圍環(huán)境的火花的干擾。機床電氣系統(tǒng)抗干擾能力強，則加工穩(wěn)定性就好。安全可靠任何一臺機床必須保證其安全性、可靠性，對于該電解加工機床，必須杜絕工作箱內氫氣壓力過大引起爆炸；同時還應防止有害氣體逸出；陽極與機床間絕緣必須可靠。通用性強電解加工的對象大都屬于小批量多品種生產，因而機床的通用性會影響到設備的利用率和經濟性，特別是電解設備成本較高，一次投資較大，因而應足夠重視機床的通用性。除上述技術要求外。還應充分考慮設備的經濟性，應有低的成本性能比。由于電解加工設備一次性投資較大，如果一味的追求高性能而忽視其經濟性，就會因為成本過高而影響其推廣面和市場效果，在市場中處于劣勢。2.2立式微細電解加工機床的總體布局總體布局是指機床各部件之間相互配置方式。總體布局中應考慮的主要問題是如何有利于實現(xiàn)機床的主要功能，滿足工藝需要，以最簡單的方式達到所要求的機床剛度、精度，同時還要可操作性好，便于維護，安全可靠，造價性能比低。本次設計的目的是設計一種微細電解加工機床結構，可以兼顧好的系統(tǒng)剛性，小型的系統(tǒng)結構和方便的操作維護性，加工精度高，可以實現(xiàn)空間螺旋槽的電解加工。該立式微細電解加工機床的總體布局如下圖所示：圖2.1立式微細電解加工機床的總體布局示意圖床身是機床的基礎部件，其上安裝有各種功能部件，因而要求剛性好、定位基準精度咼。本次立式機床設計所采用的是包括雙立柱和組合軸承座的龍門立式結構，主軸裝在組合軸承座上，組合軸承座由上軸承座、下軸承座通過固定于托板上的左右兩塊側板相互連接成整體結構，主軸豎直方向的進給驅動傳動裝置由步進電機通過諧波減速器連于與托板相連的絲杠。主軸的旋轉運動由步進電機通過聯(lián)軸器直接帶動主軸旋轉。引電裝置由固定于與上下軸承座相連的側板上的定位筒，至于定位筒內的碳刷，穿過定位筒與主軸接觸，另一端與定位筒內的彈簧以及螺帽構成左右完全對稱的布局結構。雙立柱關于主軸軸線所在平面對稱，主軸有豎直進給的驅動以及旋轉的驅動裝置，可以同時實現(xiàn)豎直方向的運動和繞自身軸線的旋轉運動，旋轉的主軸采用對稱的引電裝置，以消除主軸圓跳動誤差。第三章立式微細電解加工機床主軸系統(tǒng)的設計本次畢業(yè)設計中對主軸系統(tǒng)的設計主要是完成如下的技術指標：進給速度范圍:0~60mm/minZ軸最大軸向負載：400NZ軸運動行程：100mmZ軸進給定位精度：5ym/120mmZ軸重復定位精度：3pmO軸圓周跳動：8pm機床主軸部分主要由步進電機、軸承座、主軸、電刷等組成。因此，主軸系統(tǒng)的設計主要是完成驅動主軸運動的電機的選型，減速器、聯(lián)軸器的確定以及絲杠、軸承、導軌等主要零部件的設計計算及校核。步進電機的選擇步進電機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉是以固定的角度（稱為“步距角”）一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差，所以廣泛應用于各種開環(huán)控制。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動，這種裝置就是步進電機驅動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。所以步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。步進電機有許多類型，其中感應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高、電流小、發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。感應子式步進電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG（BYG為感應子式步進電機代號、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準），

而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內標準。步進電機的選型原則要使系統(tǒng)協(xié)調運轉，選型是比較重要的一環(huán)，步進電機在選用時盡量遵循以下幾個原則：確定步進電機拖動負載所需要的扭矩確定步進電機的最高運行轉速。轉速指標在步進電機的選取時至關重要，步進電機的特性是隨著電機轉速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關，如:驅動器的驅動電壓、電機的相電流、電機的相電感、電機大小等等，一般的規(guī)律是：驅動電壓越高，力矩下降越慢；電機的相電流越大，力矩下降越慢。同時，還應綜合考慮機械的負載性質和生產工藝對電機的啟動、安裝、反轉、調速以及工作環(huán)境和啟動頻率等多項指標。步進電機的選擇計算根據(jù)已知條件，所選步進電機必須滿足主軸進給速度范圍0?60mm/min；主軸最大軸向負載：400N的要求，絲杠的最小底徑尺寸為D=20mm；摩擦系數(shù)=0.04；絲杠機構效率：n=0.9；絲杠螺距：P=5mm;°°86BYG型步進電機，貝V：1.分辨力：11.分辨力：1,10-,兀D?兀x20x0.9X—，—360i360x100，1.57x10€3；92.脈沖當量：6,益,罟黑,2.5x10-3mm3.步進電機的轉速：n，3603.步進電機的轉速：n，360060x8x103x0.903^，1200r/min由于，n，60mm/min；絲杠導程P，5mmmax h所以：絲杠每分鐘所轉過的圈數(shù)N，12；初選減速器減速比為100,貝V電機轉速n，1200r/min；步進電機的步距角為0.9。,所以沒轉所需脈沖數(shù)為400。所需輸入脈沖頻率：f，1200r/minx400，4.8x105HZ/min，8000HZ/s；4、負載轉矩估算：(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移動體慣量：J二M(一)3二400€()3二201.8gmm2z 2兀 2兀因此，電機的等效轉動慣量J二J?J二1.26€104g.mm2NBZ確定電機型號及主要參數(shù)：型號相數(shù)步距角靜態(tài)相電流相電感86BYG250A2O O2A相電阻保持轉矩定位轉矩空載啟動頻率轉動慣量Q2步進電機三維結構圖:3.2滾珠絲杠的選擇由于滾珠螺旋傳動的突出優(yōu)點是可用較小的驅動轉矩獲取高精度、高剛度、高速度和無側隙的微進給，而且正傳動（由絲杠回轉運動變?yōu)槁菽钢本€運動）和逆?zhèn)鲃樱▽⒙菽钢本€運動變?yōu)榻z杠的回轉運動）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電機驅動主軸的功能部件。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速較低，滾珠絲杠較短的情況。兩端游動是一種常見的安裝方式，適用于中等轉速的情況。一端固定一端游動則適用于中等轉速，需要高精度運行的場合。而兩端固定的安裝則適用于高速運轉，需要高精度運行的場合。同時軸向剛度最大，適用于對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轉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，需保證在軸向方向上被施加的最大壓縮負荷不能是絲杠發(fā)生彈性變形，這就決定了最小底徑尺寸。本次設計的機床滾珠絲杠需承受最大的軸向載荷為400N,因加工過程中與工件沒有機械接觸，故取絲杠最小底徑尺寸為D=20mm.隨著滾珠絲杠轉速的提高,會逐漸接近絲杠的固有振動頻率,進而發(fā)生共振以致不能繼續(xù)轉動。因此滾珠絲杠一定要在臨界轉速以下使用，為安全起見,絲杠的最大實際轉速只允許取臨界轉速的80%。3.2.2滾珠絲杠副選擇計算取滾珠絲杠傳動的摩擦因數(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)空轉工作工作臺重量400N400N進給速度60mm/min15mm/min絲杠軸向負載400N400N工作行程100mm100mm絲杠轉速14r/min立式微細電解加工機床主軸系統(tǒng)的設計滾珠絲杠副尺寸計算：1、初算導程P:hv—maxhn60mm/min4.29v—maxhn —4.2914r/minmaxv€絲杠副最大移動速度；maxn€絲杠副最大相對轉速；max取P—5mm；h2、當量載荷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、當量轉速n:m11n—(n +n)—(14+3.5)—8.75r/minm2maxmin24、計算額定動載荷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€載荷性質系數(shù)；取1.0；wL-預期工作壽命；取20000h；hf€預加載荷系數(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€導軌靜摩擦力；0L汙滾珠絲杠兩因數(shù)支取間艷離；常取（1.1?1.2）行程+（10?14）P；hW二導軌面正壓力5，180mmF，卩W，1.0x400，400N'007、確定滾珠絲杠副規(guī)格代號：根據(jù)d…d;C…C的原則選取內循環(huán)微型FF系列滾之絲杠副;2 2maam滾珠絲杠副的參數(shù)：型號公稱直徑d/mm0公稱導程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)基本額定負荷動載荷C靜載荷C4aoa8、D值校驗：h精度等級2級，D，Dn，20x12，240<70000；h PWmax滿足要求。9、計算預緊力：F，1F，400，133.3<2680Np3max3滿足要求。10、 行程補償值：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、 預拉伸力：F，1.95x3x17.52，1791.5N12、 絲杠總長度的確定：絲杠螺紋部分長度等于工作臺最大工作行程加上螺母長度；即：l，100+60，160mm

323滾珠絲杠校核1、臨界轉速校核：107fdn107fdn? 2cLC2轉速滿足要求；2、滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性計算: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內徑d/mmc螺母外徑ZzD/mm內徑D/mm 1 1減速器的選擇減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。選用減速器時應根據(jù)工作機的選用條件，技術參數(shù)，動力機的性能，經濟性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動效率，承載能力，質量，價格等，選擇最適合的減速器。諧波齒輪傳動是諧波齒輪行星傳動的簡稱,是一種少齒差行星傳動。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成。柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開線齒形兩種，以后者應用較多諧波齒輪傳動（簡稱諧波傳動），它是依靠柔性零件產生彈性機械波來傳遞動力和運動的一種諧波齒輪傳動，既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個均可固定，其余二個一為主動，另一個為從動。諧波減速器的特點1．承載能力高諧波傳動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數(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形式高。2．傳動比大且外形輪廓小，零件數(shù)目少，單級傳動比可達50~4000，優(yōu)選在75-250之間；雙級諧波減速器傳動比可在3000-60000之間；復波諧波減速器傳動比可在200-140000之間。3．體積小、重量輕。4．傳動效率高、壽命長。效率高達92％~96％。5．傳動平穩(wěn)、無沖擊，無噪音，運動精度高。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，逐漸進入和逐漸退出剛輪齒間的，嚙合過程中齒面接觸，滑移速度小，且無突然變化。6．由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，工藝復雜。柔輪和剛輪的齒側間隙是可調：當柔輪的扭轉剛度較高時，可實現(xiàn)無側隙的高精度嚙合。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、可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力；采用密封柔輪諧波傳動減速裝置，可以驅動工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質空間的機構，諧波傳動這一獨特優(yōu)點是其它傳動機構難于達到的。9、可實現(xiàn)高增速運動由于諧波齒輪傳動的效率高及機構本身的特點，加之體積小、重量輕的優(yōu)點，

因此是理想的高增速裝置。對于手搖發(fā)電機、風力發(fā)電機等需要高增速的設備有廣闊的應用前景。10、方便的實現(xiàn)差速傳動由于諧波齒輪傳動的三個基本構件中，可以任意兩個主動，第三個從動，那么如果讓波發(fā)生器、剛輪主動，柔輪從動，就可以構成一個差動傳動機構，從而方便的實現(xiàn)快慢速工作狀況。這一點對許多機床的走刀機構很有實用價值，經適當設計，可以大大改變機床走刀部分的結構性能。諧波減速器在國內于六七十年代才開始研制，到目前已有不少廠家專門生產，并形成系列化。廣泛應用于電子、航天航空、機器人等行業(yè)，由于它的獨特優(yōu)點，在化工行業(yè)的應用也逐漸增多。減速器的選用計算1、由于該機床為微細加工機床，主軸轉速小，根據(jù)主軸最大進給速度60mm/min所選電機轉速i=1200r/mi;因此，需要一個大的降速比：n 1200r/mini€ € €100n/p60mm/minmax5mm此時輸出轉速n€12r/min2、減速器輸入功率；輸出轉矩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矩；K-工況系數(shù)，取1.2；A3、減速器輸出軸懸臂負荷F；22TK——F2x2TK——F2x50x1.3DRx0.15€13N確定減速器型號及主要技術參數(shù)；型號傳動比輸入轉速輸出轉矩XBW-60T00-501001500r/min50額定輸入功率輸入功率輸出轉速、一一-L、口運動誤差15r/min…6?諧波減速器的三維造型圖：聯(lián)軸器的選擇在進行機械設計時，軸與軸之間的連接必不可少的需要聯(lián)軸器，因此聯(lián)軸器的選用至關重要。根據(jù)傳遞載荷的大小、軸轉速的高低、被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。聯(lián)軸器的選用原則1、 所需傳遞的轉速大小和性質以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴重沖擊載荷或要求消除間隙扭轉振動的傳動，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)軸器的工作轉速高低和引起的離心力大小、對于高速傳動軸，應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、 兩軸相對位移的大小和方向。當安裝調整后，難以保持精度，或工作過程中兩輪將產生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯(lián)軸器、例如當徑向位移較大時，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滑的聯(lián)軸器比較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質及強光等比較敏感。5、聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足使用性能的前提已應選用裝拆方便、維護簡單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結構簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器（例如彈性會柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(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。

因在本設計中要保證傳動軸系的傳動精度很高，而凸緣聯(lián)軸器利用螺栓連接的兩半聯(lián)軸器的凸緣以實現(xiàn)兩軸連接的剛性聯(lián)軸器，具有結構簡單，制造方便，成本低，工作可靠，裝拆和維護簡便，可傳遞大扭矩的優(yōu)點，但需保證兩軸具有較高的對中精度，一般常用于載荷平穩(wěn)，高速或傳動精度要求較高的傳動軸系?，F(xiàn)在，聯(lián)軸器的尺寸已成為標準化，因此可以直接選用。聯(lián)軸器的選擇計算聯(lián)軸器的公稱轉矩的確定公式：PT，KT二1.2€9550+nAn本次設計中，所選聯(lián)軸器用來連接電動機輸出軸4和減速器輸入軸dl4,參看GB/T584—86選擇凸緣聯(lián)軸器型號及其主要參數(shù)：型號公稱轉矩許用轉速轉動慣量重量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)軸器型號及其主要參數(shù)如下：型號公稱轉矩許用轉速轉動慣量重量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預緊力F的校核計算: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一螺栓內徑，:mm；1Z—螺栓個數(shù)；€—兩半聯(lián)軸器間的摩擦因數(shù)，一般可取€=0.1?02GYH2預緊力校核計算：F=022Tc= =58Nz€dD 6x0.15x4x0.61b2x632、工作應力a的計算: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軸承的要求與主軸和傳動軸對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，由于該機床為立式電解加工機床，絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高；又因為絲杠轉速一般不會很高，高速運轉的時間很短，因此發(fā)熱不是主要問題，進給系統(tǒng)要求運動靈活，對微小位移要響應靈敏。因此軸承的摩擦力矩要盡量低。該機床采用60°接觸角推力角接觸球軸承。根據(jù)滾珠絲杠對軸承的要求，用于絲杠的角接觸球軸承應具有較大的接觸角，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用軸承。它的特點是：1、 接觸角大，保持架用增強尼龍注塑成型，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，故支撐結構可以簡化。3、 根據(jù)載荷的情況，軸承可以進行各種組合。4、 這種軸承是根據(jù)規(guī)定的預緊力組配好成組供應的，使用時不需要自己調整。5、 啟動摩擦力矩小，可以降低滾珠絲杠副的驅動功率，提高進給系統(tǒng)的靈敏度。根據(jù)軸頸（d=15mm）選擇軸承，確定軸承型號規(guī)格。由于角接觸球軸承是與滾珠絲杠配套的專用軸承根據(jù)軸頸（d=15mm），查《中國機械工業(yè)標準匯編》GB/T292-94表（0）2系列，取d=15選7602015軸承。主要性能指標：型號基本額定動負荷C基本額定靜負荷C。預加負荷極限轉速76101519600N36000N2300N3000r/min軸承的校核1、基本額定動載荷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立式微細電解加工機床主軸系統(tǒng)的設計

f-沖擊載荷系數(shù)；取1.0;df€溫度系數(shù)；取1.0；P€當量動載荷；當量動載荷的計算：P€第i個轉速下的當量動負荷iP二0.92F+F二400Nriain-第i個轉速；iq-在第i個轉速下工作的時間占總時間的百分比；in€平均轉速；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當量靜載荷P二F二400N；0a2、額定靜載荷計算：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、軸承的壽命計算；L10h106L10h106(fC] t——60nfPVp丿106 (1.0X19600、360x3000(1.0x400丿=6.54x105>k]=2x104hn€軸承轉速；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型號軸承滿足靜強度、動載荷、需用轉矩以及使用壽命等各方面的要求，合格。軸承的預緊滾動軸承的預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體和內、外圈之間產生一定量的預變形，以保持內、外圈處于壓緊狀態(tài)。滾動軸承預緊的目的是：增加支承的剛性；減小振動和噪聲；防止由于慣性力矩所引起的滾動體相對于內、外圈滾道的滑動。根據(jù)不同的應用，軸承配置中須帶有正或負的工作游隙。在大部分的情況下，工作游隙為正值，即軸承在運行時，留有一定的剩余游隙，盡管可能是很小的游隙。滾動軸承在有間隙的條件下工作會，使載荷集中作用在處于受力方向的少數(shù)幾個滾動體上，使這幾個滾動體與滾道之間產生很大的接觸應力和接觸當變形。略有過盈時，可是受載的滾動體增多，滾動體受力均勻。此外，還可均化誤差因此，適當預緊還可以提高軸承的壽命和精預度緊。使?jié)L道與滾動體之間有一定預載荷，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，過度的預緊，由于滾動體與滾道的變形太大，又將提高溫升和降低效率，這是預緊的限制因素。軸承預緊的目的：提高軸的徑向及軸向定位精度，抑制軸的跳動，提高旋轉精度；提高軸的剛性；減少滾動體的潤滑，減少摩擦；保持套圈和滾動體的正確位置。軸承潤滑在電解加工的過程中，軸承的旋轉速度并不大，因此，我選用脂潤滑，軸承潤滑脂的使用，其目的是使軸承滾動面及滑動面間形成一層薄薄的油膜，以防止金屬與金屬直接接觸，從而減少軸承內部摩擦及磨損，防止燒粘，潤滑脂對軸承作用：1、減少摩擦及磨損：在構成軸承的套圈。滾動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、延長疲勞壽命：軸承的轉動疲勞壽命，在旋轉中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。反之，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，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，或由外部傳來的熱，達到冷卻的效果。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?、還有防止異物侵入軸承內部，或防止生銹腐蝕之效果。潤滑脂選用原則：選擇潤滑脂時，主要應考慮摩擦副的工況（負荷、速度、溫度）、工作狀態(tài)（連續(xù)運轉、斷續(xù)運轉、有無振動和沖擊等）和工作環(huán)境（濕度、氣溫、空氣污染程度等）。1、潤滑脂的使用溫度應至少低于其滴點20~30度。在使用溫度高時應選擇抗氧化性能好、蒸發(fā)損失小和滴點高的脂；在使用溫度低時，應選擇低啟動矩、相似粘度小的脂，如以合油為基礎油的脂。2、所選的潤滑脂應與被潤滑摩擦副的使用速度相適應。在高轉速時，要選用低粘度基礎油制成的錐入度較大的潤滑脂；對于低速用的脂，應選擇以高粘度基礎油制成的高錐入度牌號的潤滑脂。3、所選潤滑脂應與負荷大小相適應。重負荷時，應選擇基礎油粘度高、稠化劑含量高的潤滑脂。負荷特別大時，應注意選擇加有極壓添加劑或填料（二硫化鉬、石墨）的潤滑脂；中低負荷時，一般選用2號稠度皂纖維結構短、中等粘度基礎油的潤滑脂。4、所選潤滑脂應與所使用的環(huán)境條件相適應。在空氣潮濕或與水接觸的環(huán)境下，應選用如鈣基、鋰基、復合鋰基等抗水性好的脂；塵埃多時，應選擇較稠硬（即牌號高一些）的脂，這樣密封性較好，可防止雜質混入摩擦副中。在強化學介質環(huán)境下，應選用如氟碳潤滑脂這樣的抗化學介質的合成油潤滑脂。5、所選潤滑脂應與摩擦副的供脂方式相適應。屬集中供脂時，應選擇00~1號潤滑脂；對于定期用脂槍、脂杯等加注脂的部位，應選擇1~3號潤滑脂；對于長期使用而不換脂的部位，應選用2號或3號潤滑脂。6、 所選潤滑脂應與摩擦副的工作狀態(tài)相適應。如在振動較大時，應用粘度高、粘附性和減振性好的脂，如高粘度環(huán)烷基或混合基潤滑油稠化的復合皂基潤滑脂。7、 所選潤滑脂應與其使用目的相適應。對于潤滑用的脂須按摩擦副的類型、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；對于保護用的脂，應能有效地保護金屬免受腐蝕，如保護與海水水接觸的機件，應選擇粘附能力強、抗水能力大的鋁基潤滑脂；一般保護用脂可選用固體烴稠化高粘度基礎油制成的脂。對于密封用脂，應注意其抵抗被密封介質溶劑的性能。8、 所選潤滑脂應盡量保證減少脂的品種，提高經濟效益。在滿足要求的情況下，盡量選用鋰基脂、復合皂基脂、聚脲脂等多效通用的潤滑脂。這樣，既減少了脂的品種，簡化了脂的管理，且因多效脂使用壽命長而可降低用脂成本，減少維修費用。主軸的設計主軸的結構形狀主軸的結構形狀取決于主軸上的軸承和傳動件的類型，數(shù)量，安裝位置和定位調整方法，同時還需要考慮其加工及裝配的工藝性。主軸前端的結構形狀由機床類型、安裝夾具或刀具的形狀而定，同時應使之能保證卡盤和刀具的定位準確，安裝牢固，裝卸方便和動力傳遞。由于本機床為立式微細電解加工機床，因此，主軸軸端采用莫氏錐孔以安裝電解工具極。同時，由于本機床對精度要求較高，因此選用合金結構鋼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，一般需要經過調質處理，使得c€1200N/mm2。b主軸的設計計算1、 估算最小軸頸由于該機床主軸直接與電機相連，故可用經驗估算其直徑d=(0.8~1.0)d；取d二d二14mm；002、 其他各軸段直徑的確定對于定位軸肩及軸環(huán)處的軸徑，按d'=d?2h計算，再圓整；對于非定位軸肩處的軸徑，只需將前一段的軸徑適當放大即可，通?？煞糯?.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、潤滑密封方式以及與支座上相關聯(lián)部分的要求和尺寸等因素決定。l與聯(lián)軸器相連，長度應略小于傳動零件的轂長2-3mm，以確保輪轂1零件的軸向固定。所選凸緣聯(lián)軸器GYH1型軸孔長度L€42mm,所以l=40mm11l軸段長由軸承座旁連接螺栓直徑，扳手空間，凸臺高度以及支架板厚2度等決定，在此取l€8+8+15€31mm；為保證支架外主軸正常運轉，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、主軸的扭轉強度9550x￡T€_L€nW 0.2d3p0.01"10€0.0075MPavliL40MPa0.01"10€0.0075MPavliL40MPa0.2x203F€2T€2T1LE€1.69Nt14F又因為：rFa€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，但結構選用直徑為14mm，所以強度足夠。4、 主軸軸承的確定：主軸的支撐形式為兩端固定式，軸承的選用同樣應該保證足夠的精度和疲勞壽命，由于該機床為立式電解加工機床，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，確定軸承型號規(guī)格。查《中國機械工業(yè)標準匯編》GB/T292-86表取d=20選16004軸承。軸承的潤滑同上選用脂潤滑。軸承的校核預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，軸頸的過度圓角統(tǒng)一設為r=1，軸的表面粗糙大會降低軸的疲勞強度，所以應提高軸的表面質量。6、 碳刷設計由于工具電極通過彈簧夾頭固定在旋轉軸上并隨之一起高速旋轉，所以考慮采用低損耗碳刷進行引電，采用對稱布置，有利于增加碳刷和旋轉軸的接觸面積，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對軸和軸承產生一定的徑向負荷，對稱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導軌的設計導軌的設計要求：導軌是機床的關鍵部件之一，其性能好壞將直接影響機床的加工精度、承載能力和使用壽命，導軌的設計應滿足以下要求：表面具有高的導向精度，直線度或真圓度。足夠的剛度。導軌與導軌或導軌與其他部件之間的位置精度。優(yōu)良的耐磨性。低速運動的平穩(wěn)性。因本機床為立式機床，要求只要承受軸向載荷且垂直方向的精度穩(wěn)定性好?；瑒訉к壩葱纬赏耆后w摩擦時低速易爬行，磨損大，壽命低，運動精度不穩(wěn)定，由于電解加工機床在加工進給時的速度非常小，有時為0.1mm/min,用滑動導軌極易產生爬行，故加工精度難以保證，于是，我采用滾動導軌。由于載荷不大因此選用滾珠直線滾動導軌副，垂直安裝。滾動直線導軌副在結構上有兩列滾道和四列滾道之分，四列滾道結構的滾動導軌，滾珠產生的滑動量較小，具有更小的摩擦系數(shù)。因此三面進給葉片電解機床的各運動平臺均采用了四列圓弧接觸結構的滾動直線導軌。滾動導軌滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經過淬硬和精密磨削加工而成的滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊。導軌的選用原則精度互不干涉原則。導軌的各項精度制造和使用時互不影響才能獲得較高的精度。如矩形導軌的直線性與側面導軌的直線性在制造時互不影響。靜動摩擦系數(shù)相近原則。如果選用滾動導軌或塑料導軌，由于摩擦系數(shù)小且靜動摩擦系數(shù)相近，可以獲得很近的運動速度和很高的重復定位精度。導軌能自動貼合原則。要使導軌精度高，必須互相結合的導軌有自動貼合的性能。對水平位置工作的導軌，可以靠工作臺的自重來貼合。其它導軌靠附加的彈簧或者滾輪的壓力使其貼合。移動的導軌在移動的過程中始終全部接觸的原則，也就是固定的導軌長，移動的導軌短。水平安裝的導軌，以下導軌為基準，移動部件的上導軌為能有一定變形的彈性體。能補償因受力變形和受熱變形原則。滾動導軌使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，具有以下優(yōu)點：動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的呼應速度和靈敏度。起動摩擦力小，隨動性能好，驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分之一。接觸面積大，彈性變形量小，有效運動體多，易實現(xiàn)高剛性、高負荷運動。與V型十字叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。適應高速直線運動，其瞬時速度比滑塊導軌提高約10倍。能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。導軌副滾道截面采用合理化值的圓弧溝槽，接觸應力小，承載能力及剛度比平面鋼球點接觸時大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導軌采用表面硬化處理，使導軌具有良好的可校性，心部保持良好的機械性能。簡化了機構結構的設計和制造。在該機床中，導軌的運動速度非常小，且有油潤滑十分不方便，且有導電的危險，因此，我采用脂潤滑。根據(jù)工作條件、載荷特點依據(jù)機械設計手冊表選用滾動直線導軌。導軌主要參數(shù)的計算1、導軌長度L：導軌長度L等于絲杠螺紋部分長度加滑板寬度，即：L=160+200+2X20=400mm2、 確定導軌上螺紋孔個數(shù)n：標準螺紋孔間距為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導軌副材料：用于導軌的材料應具有良好的耐磨性，摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)差小，內應力小，尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點，另外，考慮到立式微細電解加工機床的加工環(huán)境，選用的材料應具有高的耐腐蝕性，故選用20CrMnTi。導軌副結構：圖3-6滾珠絲杠第四章立式微細電解加工機床工作臺系統(tǒng)的設計該機床的進給系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能是，帶動電解槽實現(xiàn)微進給運動，該進給系統(tǒng)采用十字滑臺式，滑臺上端安裝有電解槽，是電解加工發(fā)生電化學反應的場所。要求滑臺能夠帶動電解槽實現(xiàn)十字聯(lián)動和X、Y單向運動。由于該機床要求滑臺實現(xiàn)微進給，我們采用步進電機直接驅動的方式，控制工作臺的移動。4.1工作臺步進電機的選擇工作臺步進電機的選型原則同主軸驅動步進電機的選擇原則是相同的；都必須綜合考慮機械的負載性質和生產工藝對電機的啟動、安裝、反轉、調速以及工作環(huán)境和啟動頻率等多項指標進行步進電機的選擇。進給系統(tǒng)要求工作臺進給速度為50~100€m/min，由于進給速度很小，我們選用P二3mm的滾珠絲杠。m則有，絲杠轉速；0.1mm1n二 二r/mmmax3mm 30選用。。二相86BYG型步進電機；電機轉速為；n二r/min30脈沖數(shù)：1x360N=Q，330.36設計及校驗步驟在此不再贅述所選電機的主要性能參數(shù)：型號相數(shù)步距角相電阻保持轉矩靜態(tài)相電流86BYG30320.36。/0.72。4A4.2電解槽的設計電解槽是電解加工進行工作的場所；當直流電通過電解槽時,在陽極與溶液界面處發(fā)生氧化反應,在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應，以制取所需產品。對電解槽結構進行優(yōu)化設計,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)省能耗的關鍵。電解槽的工作原理是將經過二次精制的飽和鹽水加入電解槽的陽極室，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極放電生成氯立式微細電解加工機床工作臺系統(tǒng)的設計 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，而鈉離子則透過膜移向陰極。與此同時，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極過來的鈉離子結合成氫氧化鈉。為防止陰、陽兩極產物混合，避免可能發(fā)生的有害反應，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當有電流流過時，隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本不變，并且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學穩(wěn)定性和機械強度。電解水時，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜只需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，并防止氫氧混合發(fā)生爆炸。更多見的比較復雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中電解產物的相互擴散和作用，如氯堿生產中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。隔膜由惰性材料制作，如氯堿工業(yè)中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩(wěn)定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜中生成氫氧化物沉淀，降低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會發(fā)生膨脹、松脫。為此可以在石棉中加入樹脂作為增強材料，或以樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩(wěn)定性和機械強度方面都有很大改進。近年來氯堿生產開發(fā)的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離子透過的選擇性，可使氯離子基本上不進入陰極室，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、攪拌裝置和導電裝置等。槽體是整個電解槽的主體，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。導電裝置主要指導電極桿。其作用是在電解槽中懸掛零件和極板，并向其輸送電流?？捎米香~、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冷卻管冷卻，冷卻介質常用自來水、冷凍水、氟利昂、氨等。攪拌裝置可采用移動陰極桿、槽液循環(huán)裝置、壓縮空氣攪拌等。必要時也可以采用循環(huán)過濾設計。電解槽材料選用不銹鋼材料，耐腐蝕，是應用最廣的。為提高電解槽的耐腐蝕性，我們采用合成樹脂襯里。同時，采用上端蓋觀察式。一種網狀透明電解槽，主要由殼體和置放于殼體內的電極組成殼，體下部側面有電解液入口，下底有排污口，頂部有出氣口和出液口；其特征在于：殼體為由四側壁板和上頂板、下底板組成的呈豎直細長形狀的空心體，其四壁中有一側壁板為透明蓋板，方便觀察反應情況，該透明蓋板以墊片與殼體密封，用螺釘緊固；該電解槽的結構示意圖：機床的整體安裝機床應安裝在牢固的基礎上，位置應遠離振源；避免陽光照射和熱輻射；放置在干燥的地方，避免潮濕和氣流的影響。機床附近若有振源，在基礎四周必須設置防振溝；床身的特點：1、耐磨性與消震性好。由于鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油，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，故熔點比較低，流動性良好，收縮率小，因此適宜于鑄造結構復雜或薄壁鑄件。另外，由于石墨使切削加工時易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵的可切削加工性優(yōu)于鋼。硬度和抗拉強度之間的關系：灰鑄鐵的硬度和抗拉強度之間，存在一定的對應關系，其經驗關系式為：1、 當ON196N/mm時HB=RH(飛00+04380b)(B1)2、 當0>796N/mm時HB=RH(44+O7240b)(B2)式中相對硬度(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。利用樹脂砂型鑄造機床床身鑄件的優(yōu)點1、 樹脂砂型剛度好，澆注初期砂型強度高這就有條件利用鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹，有效地消除縮孔、縮松缺陷，實現(xiàn)灰鑄鐵、球墨鑄鐵件的少冒口、無冒口鑄造。2、 實型鑄造生產中采用聚苯乙烯泡塑模樣應用咲哺樹脂自硬砂造立式微細電解加工機床工作臺系統(tǒng)的設計 型。當金屬液澆入鑄型時，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型鑄件。3、相對來說，消失模鑄造對于生產單件或小批量的汽車覆蓋件，機床床身等大型模具較之傳統(tǒng)砂型有很大優(yōu)勢，它不但省去了昂貴的木型費用，而且便于操作，縮短了生產周期，提高了生產效率，具有尺寸精度高，加工余量小，表面質量好等優(yōu)勢。由于本機床采用立式布局結構因，此只需要一個安裝平臺，這個安裝平臺的剛性、精度直接決定了整個機床性能的優(yōu)劣。目前大多數(shù)機床的床身采用鑄鐵它的流動性好，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復雜的鑄件。在鑄件中加入少量的合金元素可以提高耐磨性能。鑄鐵內摩擦大、阻尼作用強，故動態(tài)剛性好。鑄鐵還具有切削性能好，價格便宜和易于大量生產等優(yōu)點。但是，由于電解加工現(xiàn)場有電解液霧氣，會對鑄鐵產生腐蝕，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。天然大理已經在精密量具以及精密測量儀器中得到較廣泛的應用。大理石經億萬年自然時效，內應力完全消失，組織結構均勻，熱脹系極小，不變形，能夠在重負荷及常溫下保持長期穩(wěn)定。耐磨，耐NaCl、NaNO等電解液的腐蝕，表面光滑而且是不良導體，符3合電解機床的絕緣、防腐要求。經嚴格物理試驗和選擇的大理石，結晶細密，質地堅硬，抗壓強度高。不必涂機油防銹，也不易粘上微塵，所以維護、保養(yǎng)方便簡單，平時用水擦洗維護，使用壽命長。吸振好，不生銹。4.4機床床身的絕緣前面已述，傳動系統(tǒng)需要與電機絕緣。本設計中分別將dl4聯(lián)軸器、d20聯(lián)軸器、主軸立板用絕緣材料—環(huán)氧樹脂制造，從而實現(xiàn)絕緣的效果。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的粘合性，耐化學腐蝕性及良好的電氣絕緣性能，在土木工程方面可用來配制膠泥、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，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50KV/mm，介電常數(shù)為。在較寬的溫度及頻率內，它的電性能變化極小。在耐熱溫度范圍內，很適宜用作電氣工程的結構材料。

立式微細電解加工機床工作臺系統(tǒng)的設計4.5機床連接件的選擇1、按強度計算螺釘尺寸軸承座采用普通螺釘組連接預緊力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€結合面數(shù)目；,—0.15；sz€螺釘數(shù)目；按拉扭綜合作用計算螺釘直徑，計算公式為：g-蔦雲(yún)吟s采用性能等級為8.8級，表面氧化的內六角圓柱頭螺釘，安全因數(shù)二2,s則，「1g480G」——— —240MPaS 2s由螺栓直徑計算公式得：’ 14X1.3F' '4x1.3x800d< 二. 二2.35mm1 兀xg 兀x2402、螺釘?shù)男：薕簡化，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翻轉力矩M二Fl二200x60二12000N.mm；a在以上各載荷作用下，此螺釘應滿足以下條件：螺釘應有足夠的抗拉強度，在翻轉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。螺釘受翻轉力矩和軸向力的綜合作用由翻轉力矩M產生的最大壓力:ym由翻轉力矩M產生的最大壓力:ym?L12000?80F€ max € €150NDr2+r2h fr2402+402+402+40212max由軸向力產生的拉力:以上兩項相加受力最大螺釘載荷F€F+FCDCDF€150+100€250Ncd3、取每個螺釘?shù)念A緊力F€600N,預緊力F引起的兩零件的結合面的壓PP力：pA力：pA4?400€1.75MPa920式中：Z－為螺釘?shù)膫€數(shù)A—為接合面積，A€bL(1-,)，為缺口長度60與結合面長度L=100之比,160€0.6則，A€bL€23?100(1-0.6)€920N由翻轉力矩引起兩零件結合面的壓應力:ebL(-ebL(-,J23x1002(-0.62) “W€ € €3.3x104mm361.2?104€0.37MPam3.3x104其中：軸向力引起的結合面壓應力減少量Z:誥€02嘰考慮螺釘?shù)膭偠冗h小于地板的剛感=0),因而可以不必計算連接件的相對第五章電解加工機床的安全防護技術要求剛度，而以引力直接代數(shù)相加，接合面右端壓應力。Q+◎-Q€1.75,0.37—0.22=1.9MPa；rpmz1.9MPavQ」=25MPaw接合面左端壓應力Q€q—q—Q€1.75—0.37—0.22=1.16MPa；rpmz接合面左端壓應力1.16MPa>0；按工作要求因小于接合面的許用積壓應力「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每個螺釘?shù)念A緊力F€800N是合理的，接合面的情況和尺寸也都是合理的。P第五章電解加工機床的安全防護技術要求2005年8月18日，中國國家標準化管理委員會（SAC）頒布了電解加工機床的安全防護技術要求，本標準規(guī)定了電解加工機床的安全要求及