電解加工機(jī)床的設(shè)計(jì)

1、摘 要摘摘 要要本文主要講述電解加工機(jī)床的設(shè)計(jì)過程，電解加工又稱電化學(xué)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(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)

2、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)則采用對稱電刷結(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：關(guān)鍵詞：電解加工，成型原理，主傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)床ABSTRACTABSTRACTThis paper describes the design process o

3、f electrolysis machine tools, also known as electrochemical machining ECM is based on the metal work piece occurs in the electrolyte by means of anodic dissolution and the principle of forming the cathode, the shape of the workpiece by a certain shape and size of a processing kinds of process method

4、s.ECM known for its hard cutting materials, machining parts with complex shapes to reflect the special benefits, better adapted to the military industry in a number of key products, the special needs of military production in the first as an indispensable means and key technologies .Electrochemical

5、machining device is a complete supporting system, from machine tools, power supplies, infusion systems, and control four major components, machine tool main body of the device, the ECM field, its main function in addition to installing, positioning the workpiece and tool electrode and sent to tool e

6、lectrode required, it must also be transported to the processing of current and electrolyte processing zones.The design of the main content is to complete the machine's mechanical body, main drive, spindle system, introduced three-dimensional electronic system design.The machine uses double

7、column guide structure to reduce the footprint, improve the rigidity of the system, process reliability and ensure accuracy. Stepper motor drive system used by the main harmonic reducer while direct-drive spindle motor through the screw will turn into a skateboard up and down.Harmonic reducer as hig

8、h resolution transmission ratio, the spindle rotation accuracy can be guaranteed. Symmetrical power system is introduced brush structure reduces the error of the spindle round beating to ensure the reliability of electricity cited.Keywords: electrochemical machining; forming principle, the main tran

9、smission system, machine tools目 錄目目 錄錄摘摘 要要.IABSTRACT.II目目 錄錄.III第一章第一章 引引 言言 .11.1 電解加工國內(nèi)外研究情況.11.2 微細(xì)電解加工機(jī)床研究的意義.21.3 本課題研究的主要內(nèi)容.3第二章第二章 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) .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題.4微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求.52.2 立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體布局.5第三章第三章 立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .

10、83.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇.8 步進(jìn)電機(jī)的選型原則.8步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算.83.2 滾珠絲杠的選擇.10滾珠絲杠選用原則.10 滾珠絲杠副選擇計(jì)算.11滾珠絲杠校核.133.3 減速器的選擇.14諧波減速器的特點(diǎn).14減速器的選用計(jì)算.153.4 聯(lián)軸器的選擇.16聯(lián)軸器的選用原則.16聯(lián)軸器的選擇計(jì)算.17 聯(lián)軸器的校核.173.5 滾珠絲杠支承軸承的選擇.18軸承的校核.19 軸承潤滑.213.6 主軸的設(shè)計(jì) .22主軸的結(jié)構(gòu)形狀 .22主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .22主軸的校核.233.7 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì).25導(dǎo)軌的選用原則.25導(dǎo)軌主要參數(shù)的計(jì)算.26第四章第四章 立式微細(xì)電解加工機(jī)床工作臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

11、立式微細(xì)電解加工機(jī)床工作臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .284.1 工作臺步進(jìn)電機(jī)的選擇.284.2 電解槽的設(shè)計(jì).284.3 機(jī)床的整體安裝.304.4 機(jī)床床身的絕緣.314.5 機(jī)床連接件的選擇.32第五章第五章 電解加工機(jī)床的安全防護(hù)技術(shù)要求電解加工機(jī)床的安全防護(hù)技術(shù)要求 .34結(jié)論結(jié)論 .36參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .37致致 謝謝 .38引 言第一章第一章 引引 言言1.1 電解加工國內(nèi)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(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,

12、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(yīng)用于兵器、航空等方面,以后陸續(xù)應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、化工等部門。近年來應(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，隨著國際市場經(jīng)濟(jì)競爭形式的變化，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 年代以來電解加工的應(yīng)用主要有：1.葉片型面加工2.炮管膛線加工3.模具加工4.整體葉盤加工5.特殊孔類加工6.鈦合金、高溫耐熱合金薄壁

13、機(jī)匣加工7.電解去毛刺8.電解研磨復(fù)合拋光9.在線電解修整超細(xì)金剛石、CBN 磨輪等對于 21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨向，國內(nèi)外專家、學(xué)者都有精辟的論述?；诖瞬⒕C觀近 20 年來電解加工的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r，大致可以預(yù)測今后電解加工的發(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：1.高頻、窄脈沖電流電解加工2.高速、高壓、小間隙電解加工3.數(shù)控仿型電解加工4.復(fù)合電解加工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，電解加工是一引 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)，其加工過程受到多因素、多參數(shù)的

14、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(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(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

15、工領(lǐng)域，電解加工將展現(xiàn)新的應(yīng)用前景。1.2 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極溶解的減材技術(shù)，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(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?；谏鲜鲈?，近些年來

16、微細(xì)電解加工技術(shù)成為國內(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(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。由于到目前為止國內(nèi)外

17、對微細(xì)電解加工的研究還基本處于起步階段，沒有系列化、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。引 言1.3 本課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的主要是開發(fā)微細(xì)電解加工專用機(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、工作箱、主軸等。其特征在于，采用包括雙立柱和組合軸承座的龍門立式結(jié)構(gòu)，主軸裝在組合軸承座上，雙立柱上有一對互相平行的

18、滾珠導(dǎo)軌，每根導(dǎo)軌上有一個(gè)滑塊，組合軸承座通過一拖板與兩個(gè)滑塊相連。雙立柱關(guān)于主軸軸線所在平面對稱，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)的主軸采用對稱的引電裝置，以消除主軸圓跳動(dòng)誤差。如圖 1.1 所示圖 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：1. 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)。2. 立式微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)備硬件選型3. 立式微細(xì)電解加工機(jī)床設(shè)備三維造型設(shè)計(jì)。4. 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)的較核計(jì)算。立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)第二章第二章 立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體

19、設(shè)計(jì)立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)2.1 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)備各部分的相對獨(dú)

20、立性較大且專業(yè)領(lǐng)域各異，因此總體設(shè)計(jì)對于確保設(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(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)過程及驗(yàn)算過程中被證實(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，特別是陽極導(dǎo)電系統(tǒng)的電化學(xué)腐蝕問題更加明

21、顯。除此之外，整臺機(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，擬采用對稱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，極間交變的電磁場大

22、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1. 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 50C 條件下不受腐蝕。2. 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)

23、用，越來越使電解加工機(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。3. 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)能抗周圍環(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。4. 安全可靠任何一臺機(jī)床必須保證其安全性、可靠性，對于該電解加工機(jī)床，必須杜絕工作箱內(nèi)氫氣壓力過大引起爆炸；同時(shí)還應(yīng)防止有害氣體逸出；陽極與機(jī)床間絕緣必須可靠。5. 通用性強(qiáng)電解加工的對象大都屬

24、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^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(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)考慮的主要問題立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)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。

25、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)精度高。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)通過聯(lián)軸器直接帶動(dòng)主

26、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，至立式微細(xì)電解加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)于定位筒內(nèi)的碳刷，穿過定位筒與主軸接觸，另一端與定位筒內(nèi)的彈簧以及螺帽構(gòu)成左右完全對稱的布局結(jié)構(gòu)。雙立柱關(guān)于主軸軸線所在平面對稱，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)的主軸采用對稱的引電裝置，以消除主軸圓跳動(dòng)誤差。立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第三章第三章 立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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:060mm/minZ 軸最大軸向負(fù)載: 400NZ

27、軸運(yùn)動(dòng)行程: 100mmZ 軸進(jìn)給定位精度: 5m/120mmZ 軸重復(fù)定位精度: 3m O 軸圓周跳動(dòng): 8m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。3.1 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(稱為“步距角”)一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒有積累誤差，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(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)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈

28、沖信號，通過驅(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)速與脈沖信號的頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)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(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(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)來控制變的非常的簡單。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、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)、

29、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。步進(jìn)電機(jī)有許多類型，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，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(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（電機(jī)外徑）可分為：42BYG(BYG 為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號)、57BYG、86BYG、110BYG、 （國際標(biāo)準(zhǔn)） ，立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而像 70BYG、90

30、BYG、130BYG 等均為國內(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：1. 確定步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩2. 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，

31、所選步進(jìn)電機(jī)必須滿足主軸進(jìn)給速度范圍 060mm/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：=0.9；絲杠螺距： P=5mm;初步選取 0.9/1.8 86BYG 型步進(jìn)電機(jī)，則：1. 分辨力：；301057. 11003609 . 020360iDLll2. 脈沖當(dāng)量：mmiL30105 . 21003601009 . 03603. 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速：min/12003609 . 010860360600030rfnb由于，；絲杠導(dǎo)程min/60maxmmnmmPh5所以：絲杠每分鐘所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；初選減速器減速比為 10

32、0，則電12N機(jī)轉(zhuǎn)速；步進(jìn)電機(jī)的步距角為，所以沒轉(zhuǎn)所需脈沖數(shù)為min/1200rn 09 . 0400。所需輸入脈沖頻率：；sHZHZrf/8000min/108 . 4400min/120054、負(fù)載轉(zhuǎn)矩估算：mNiFPFPTn.56. 3100125340002. 09 . 025400122所需最大靜轉(zhuǎn)矩：mmNmmNTTNi.87.113 . 0.56. 3)5 . 03 . 0(max立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5、絲杠慣量：24434.1024. 120100109 . 73232mmgDPLJBB移動(dòng)體慣量：233.8 .201)25(400)2(mmgPMJZ因此，電機(jī)的

33、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量24.1026. 1mmgJJJZBN確定電機(jī)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86BYG250A20.9/1.82A9.0mH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1.72.5N.m0.2N.m1.7KHZ1540g.cm步進(jìn)電機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖：步進(jìn)電機(jī)三維造型圖圖 3.1立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)

34、驅(qū)動(dòng)主軸的功能部件。滾珠絲杠選用原則1. 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)行的場合。同時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)的情況下滿足精度要求。2. 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

35、載荷為 400N，因加工過程中與工件沒有機(jī)械接觸，故取絲杠最小底徑尺寸為 D=20mm.3.允許轉(zhuǎn)速隨著滾珠絲杠轉(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, 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)=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/min3.5r/min立式微細(xì)電解加工

36、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：hP；絲杠副最大移動(dòng)速度maxv；絲杠副最大相對轉(zhuǎn)速maxn取；mmPh52、當(dāng)量載荷：mF因載荷在和之間近于正比例變化，因此：minFmaxF3、當(dāng)量轉(zhuǎn)速：mn4、計(jì)算額定動(dòng)載荷 ：amC查相關(guān)表格可得：；0 . 1精度系數(shù)；取af；0 . 1可靠性系數(shù)；取cf；0 . 1載荷性質(zhì)系數(shù)；取wf；hLh20000預(yù)期工作壽命；?。? . 6預(yù)加載荷系數(shù)；取efNFfCeam26804007 . 6max取NCCamam26805、滾珠絲杠允許最大軸向變形：m ；為較小值m29. 4min/14min/60maxmaxrmmnvPhNFFFm4

37、00)4004002(31)2(31minmaxmin/75. 8)5 . 314(21)(21minmaxrnnnmNffLnFfCcahmmwam6 .9630 . 10 . 110010275. 8604001 . 1100)60(31431）（25. 1541)4131(1重復(fù)定位精度m2)5141(2定位精度m立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6、估算滾珠絲杠底徑；md2；039. 0定取支撐方式系數(shù)；兩端固a；導(dǎo)軌靜摩擦力0F；0 . 10導(dǎo)軌靜摩擦因數(shù)；取；mmLPLh1805121002 . 114102 . 11 . 1）（）行程常?。ň嚯x；滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間;導(dǎo)軌面正壓力

38、WNWF4004000 . 1007、確定滾珠絲杠副規(guī)格代號：根據(jù)的原則選取內(nèi)循環(huán)微型FF系列滾之絲杠副；amamCCdd;22滾珠絲杠副的參數(shù)：型號公稱直徑mmd /0公稱導(dǎo)程mmPh/絲杠外徑mmd /1鋼球直徑mmd /20519.32.381基本額定負(fù)荷絲杠底徑mmd /2循環(huán)圈數(shù)動(dòng)載荷aC靜載荷oaC2003-417.545.3KN12.2KN8、：值校驗(yàn)hD精度等級2級，；700002401220maxnDDPWh滿足要求。9、計(jì)算預(yù)緊力：滿足要求。10、行程補(bǔ)償值：mtlCu66. 51016038 .11108 .1133;Ct03溫度變化值；取mmPllhu160512100

39、)148(0取滾珠絲杠副有效行程；11、預(yù)拉伸力：NFt5 .17915 .17395. 1212、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：mmlu16060100mmLFadmm36. 925. 1180400039. 0212102NFFp26803 .133340031max立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.3 滾珠絲杠校核1、臨界轉(zhuǎn)速校核：轉(zhuǎn)速滿足要求；2、滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性計(jì)算：穩(wěn)定性合格；5 . 01安全系數(shù)；取k；42支承系數(shù)；取k綜上可得：公稱直徑mmd /020螺距mmP/5接觸角o/45螺紋滾道法面半徑mmR/1.28螺紋滾道偏心距

40、mme/0.04外徑mmd /119.3螺桿內(nèi)徑mmd /217.5外徑mmD/20.3螺母內(nèi)徑mmD /122.1滾珠絲杠螺母副的三維造型圖：min/14min/1006. 11905 .179 .211010527227rrLfdnCcNNLdkkFcc400102 . 51905 .1745 . 01010524514215立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.3 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，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)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(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，比較不同類型、品

41、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)的簡稱,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線齒形兩種，以后者應(yīng)用較多 諧波齒輪傳動(dòng)（簡稱諧波傳動(dòng)） ，它是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞動(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

42、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，單級傳動(dòng)比可達(dá) 504000，優(yōu)選在 75-250 之間；雙級諧波減速器傳動(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。效率高達(dá) 9296。5傳動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊，無噪音，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(qiáng)度、加工和熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。柔輪和

43、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)，立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因此是理想的高增速裝置。對于手搖發(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

44、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。諧波減速器在國內(nèi)于六七十年代才開始研制，到目前已有不少廠家專門生產(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 n=1200r/min；因此，需要一個(gè)大的降速比：此時(shí)輸出轉(zhuǎn)速min/12rn 2、減速器輸入功率；輸出轉(zhuǎn)矩KWKPPA56. 13 .

45、 12 . 111MNTKTA.653 . 1501；減速器的額定輸入功率1P；減速器的額定輸出轉(zhuǎn)矩T；2 . 1工況系數(shù)，取AK3、減速器輸出軸懸臂負(fù)荷；2F確定減速器型號及主要技術(shù)參數(shù)；型號傳動(dòng)比輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩XBW-60-100-501001500r/min50N.M額定輸入功率輸入功率輸出轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)誤差1.2KW0.114KW15r/min6諧波減速器的三維造型圖：1005min/60min/1200/maxmmmmrPnniNFDTKFRA1315. 05 . 13 . 150222立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.4 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

46、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(zhuǎn)速大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴(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，或工作過程中兩輪將產(chǎn)生較大的附加相對位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器、例

47、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(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)簡單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器（例如彈性會(huì)柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)輪器、梅花形彈性聯(lián)軸器等） ，由于具有良好的圖 3-4 減速器綜合性能，廣泛適用于一般

48、的中、小功率傳動(dòng)。立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)簡單，制造方便，成本低，工作可靠，裝拆和維護(hù)簡便，可傳遞大扭矩的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)軸系。現(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)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的確定公式：nPTKTWAn95502 . 1本次設(shè)計(jì)中，所選聯(lián)軸器用來連接電動(dòng)機(jī)輸出軸 d14 和減速器輸入軸d14，參看 GB/T584386 選擇凸緣聯(lián)軸器型號及其主要參數(shù)：型號公稱

49、轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量GYH1mNT 25 min/12000rn 20008. 0mkg kg16. 1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/T584386，可選凸緣聯(lián)軸器型號及其主要參數(shù)如下：型號公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量GYH2mNT 63 min/10000rn 20015. 0mkg kg72. 1兩半聯(lián)軸器之間的連接螺栓選用。66M 聯(lián)軸器的校核1、GYH1 預(yù)緊力的校核計(jì)算：01F其中螺栓的分布圓直徑,mm；bDNDdzTFbc3 . 26415. 062522101NDdzTFbc236 . 0415. 062522101立式微細(xì)電解加工

50、機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)螺栓內(nèi)徑,mm；1dz螺栓個(gè)數(shù)；兩半聯(lián)軸器間的摩擦因數(shù)，一般可取=0.10.2;GYH2 預(yù)緊力校核計(jì)算：2、工作應(yīng)力的計(jì)算： （MPa）210/2 . 5dF Ss/ 因此聯(lián)軸器滿足要求。聯(lián)軸器的三維造型圖：圖 3.2 聯(lián)軸器的三維造型圖NDdzTFbc586 . 0415. 066322102 MPaMPa5 .17711. 063 . 22 . 5201 MPaMPa5 .17727. 068 . 52 . 5202立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.5 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(dòng)軸對軸承的要求有相同的一面，也

51、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)熱不是主要問題，進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)靈活，對微小位移要響應(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

52、，又能承受徑向載荷，故支撐結(jié)構(gòu)可以簡化。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(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編GB/T292-94 表（0）2 系列，取選 7602015 軸15d承。主要性能指標(biāo)：型號基本額定動(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

53、動(dòng)載荷其中：；0 . 1壽命因數(shù)；取hf；335. 1速度因數(shù)；取nfrtndmhCNPfffffC4504000 . 1335. 10 . 15 . 11；5 . 1力矩載荷系數(shù)；取mf立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；0 . 1沖擊載荷系數(shù)；取df；0 . 1溫度系數(shù)；取tf；當(dāng)量動(dòng)載荷P當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算：；個(gè)轉(zhuǎn)速第ini；總時(shí)間的百分比個(gè)轉(zhuǎn)速下工作的時(shí)間占在第iqi；平均轉(zhuǎn)速mn；min/6 . 58 . 05 . 32 . 0142211rqnqnnm；NFPNFPaa4004002211；min/5 . 3min/1421rnrn；當(dāng)量靜載荷；NFPa40002、額定靜載荷計(jì)算：o

54、aCNlPSC6004005 . 1000；5 . 10安全因數(shù)；取S靜載荷滿足要求。3、軸承的壽命計(jì)算；軸承轉(zhuǎn)速n；0 . 1溫度系數(shù)；取tf；0 . 1載荷系數(shù)；取pf；3球軸承綜上所述：7602015 型號軸承滿足靜強(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313niimiiPnqnPNFFPPairiii40092. 0i；個(gè)轉(zhuǎn)速下的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷第NP4006 . 58 . 05 . 34006 . 52 . 014400333 4536

55、6101021054. 64000 . 1196000 . 1300060106010hpthLPfCfnL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)和立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)噪聲；防止由于慣性力矩所引起的滾動(dòng)體相對于內(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)力和接觸變形。當(dāng)略有過盈時(shí)，可是受載的滾動(dòng)體增多，滾動(dòng)體受力均勻。此外，還

56、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度。預(yù)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：1.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；2.提高軸的剛性；3.減少滾動(dòng)體的潤滑，減少摩擦；4.保持套圈和滾動(dòng)體的正確位置。立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軸承潤滑在電解加工的過程中，軸承的旋轉(zhuǎn)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(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

57、而減少軸承內(nèi)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(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(dá)到冷卻的效果。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?4、還有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹腐蝕之效果。潤滑脂選用原則：選擇潤滑脂時(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)、有無振動(dòng)和沖擊等）和工作環(huán)境（濕度

58、、氣溫、空氣污染程度等）。 1、潤滑脂的使用溫度應(yīng)至少低于其滴點(diǎn) 2030 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、所選的潤滑脂應(yīng)與被潤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滑脂；對于低速用的脂，應(yīng)選擇以高粘度基礎(chǔ)油制成的高錐入度牌號的潤滑脂。 3、所選潤滑脂應(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）的潤滑脂；中低負(fù)荷時(shí)，一般選用 2 號稠度皂纖維結(jié)構(gòu)短、中等粘度基礎(chǔ)

59、油的潤滑脂。 4、所選潤滑脂應(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)選用如氟碳潤滑脂這樣的抗化學(xué)介質(zhì)的合成油潤滑脂。 5、所選潤滑脂應(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 001 號潤滑脂；對于定期用脂槍、脂杯等加注脂的部位，應(yīng)選擇 13 號立式微細(xì)電解加工機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)潤滑脂；對于長期使用而不換脂的部位，應(yīng)選用 2 號或 3 號潤滑脂。 6、所選潤滑脂應(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

60、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(fù)合皂基潤滑脂。 7、所選潤滑脂應(yīng)與其使用目的相適應(yīng) 。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(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