【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工作液槽尺寸1200720420(mm)位置增量1μm油箱尺寸1400800480(mm)機(jī)床精度誤差8μm機(jī)床外形尺寸145017202280(mm)C軸轉(zhuǎn)角360176。工件最大尺寸1150700300(mm)最大加工電流70A二、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求由于工作臺(tái)或主軸傳遞運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)絲杠與螺母之間一般都存在微小間隙，所以在工作臺(tái)或主軸往正向移動(dòng)后再向反向移動(dòng)時(shí)會(huì)少移動(dòng)一段距離，這個(gè)距離主要反映了工作臺(tái)正、反向移動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)絲杠與螺母之間的間隙所帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)誤差。序號(hào)機(jī)床數(shù)控精度指標(biāo)允許偏差實(shí)測(cè)偏差1X軸運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度和失動(dòng)量重復(fù)定位精度 重復(fù)定位精度 失動(dòng)量 失動(dòng)量 2Y軸運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度和失動(dòng)量重復(fù)定位精度 重復(fù)定位精度 失動(dòng)量 失動(dòng)量 3Z軸運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度和失動(dòng)量重復(fù)定位精度 重復(fù)定位精度 失動(dòng)量 失動(dòng)量 機(jī)床數(shù)控精度指標(biāo) ，該機(jī)床采用高效率牛頭式火花機(jī)三軸機(jī)頭移動(dòng)加工方式，保證了高精度，高效率；X、Y、Z軸采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，使移動(dòng)更圓滑，保持高精密度；采用穩(wěn)定的控制系統(tǒng)提供最佳的放電加工條件。 本章首先介紹了電火花成型加工機(jī)床的構(gòu)成及結(jié)構(gòu)形式，對(duì)課題要求的電火花成型機(jī)床總體功能進(jìn)行分析，根據(jù)功能確定機(jī)床總體布局。然后根據(jù)實(shí)際要求選擇采用牛頭式結(jié)構(gòu)布局。最后對(duì)牛頭式的機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的制訂，為后續(xù)的具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。第三章 三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算利用微機(jī)對(duì)縱橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，工作臺(tái)縱、，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。采用微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主軸（Z軸）傳動(dòng)系統(tǒng)精密部件的設(shè)計(jì)計(jì)算：主軸采用一級(jí)直齒圓柱齒輪減速，齒輪與滾珠絲桿副相聯(lián)的傳動(dòng)方案。滾珠絲杠副除具有顯著的優(yōu)異特性和有較高的使用價(jià)值外，還因?yàn)樗駶L動(dòng)軸承那樣可以作為配套元件由專業(yè)工廠生產(chǎn)和供應(yīng)滾珠絲杠副可獲得精確，高效，靈敏，可靠的效果。在特殊環(huán)境或特殊要求下，如在高溫，低溫，高壓，真空，強(qiáng)磁場(chǎng)，強(qiáng)輻射，無(wú)潤(rùn)滑，腐蝕介質(zhì)中工作以及要求可逆運(yùn)動(dòng)，同步運(yùn)動(dòng)，瞬時(shí)高低速轉(zhuǎn)換等，均具有良好的傳動(dòng)性能。因此，滾珠絲杠副己經(jīng)成為應(yīng)用非常普遍的傳動(dòng)元件，可用于精密定位，自動(dòng)控制，動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于機(jī)床工業(yè)，航空航天，軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副的主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)、計(jì)算流程（1）滾珠絲杠的主要技術(shù)參數(shù)[11][12]：1) 名義直徑D0滾珠絲杠的名義直徑D0是滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)，包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它是滾珠絲杠螺母副的特征尺寸。名義直徑與承載能力有直接關(guān)系，D0越大，承載能力和剛度越大。2) 基本導(dǎo)程Ph導(dǎo)程是絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。導(dǎo)程的大小是根據(jù)機(jī)床的加工精度要求確定的。導(dǎo)程過(guò)小勢(shì)必使?jié)L珠直徑變小，滾珠絲杠螺母副的承載能力亦隨之減小。3) 滾珠直徑d0一般取d0=4) 滾珠的工作圈數(shù)j和工作滾珠總數(shù)N~，而工作滾珠總數(shù)N以不大于150個(gè)為宜。5) 列數(shù)K要求工作圈數(shù)較多的場(chǎng)合，可采用雙列或多列式螺母的結(jié)構(gòu)形式。 滾珠絲杠的主要技術(shù)參數(shù) （2） 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算主要內(nèi)容：1) 額定動(dòng)載荷和額定靜載荷額定動(dòng)載荷是指一批相同參數(shù)的滾珠絲杠螺母副，在n=10r/min的相同工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)1000000轉(zhuǎn)后，90%的螺旋副(指螺紋滾道和滾動(dòng)體)不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕損傷所能承受的最大軸向載荷，定義為額定動(dòng)載荷Ca。[13]額定靜載荷是指把滾珠絲杠副在靜態(tài)或低轉(zhuǎn)速(n=10r/min)條件下，定義為額定靜載荷Ca0。2) 滾珠絲杠副疲勞強(qiáng)度計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)其額定動(dòng)載荷選用。滾珠絲杠的當(dāng)量額定動(dòng)載荷為：Cam = Fmfwfc (N)式中：Fm—軸向工作載荷(N)，當(dāng)載荷按單調(diào)式規(guī)律變化，各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)相同時(shí)Fm=(2Fmax+Fmin)/3； Fmax,Fmin—絲杠最大，最小軸向載荷(N)； L—工作壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位，L = 60n Lh /106； n—絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)；Lh—使用壽命(H)，對(duì)數(shù)控機(jī)床可取 Lh = 15000h；fw—負(fù)荷系數(shù)，；fc—可靠性系數(shù)，一般取fc=1。（3）滾珠絲杠螺母副的選擇步驟： 1)計(jì)算最大的工作載荷； 2)計(jì)算最大動(dòng)載荷，對(duì)于靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)的滾珠絲杠，還需考慮最大靜載荷是否充分地超過(guò)了滾珠絲杠的工作載荷； 3)驗(yàn)算剛度； 4)壓桿穩(wěn)定性核算。主軸（Z軸）軸向工作載荷計(jì)算本課題中的已知條件：根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)要求,電極最大重量為70Kg，根據(jù)估計(jì)有關(guān)的工件重量為：主軸35Kg, 直線導(dǎo)軌6Kg， Kg,主軸下端板8Kg， Kg，滾珠絲桿預(yù)壓力N=400N 直線導(dǎo)軌摩擦力不計(jì)，電機(jī)需要拖動(dòng)重量共計(jì)G=125Kg，電機(jī)需要拖動(dòng)力F=1250N。時(shí)間常數(shù)：T=25 ms；滾珠絲杠基本導(dǎo)程： Ph=4mm；脈沖當(dāng)量： mm/step；步距角：/step；快速進(jìn)給速度：m/min； 加工進(jìn)給速度V=；綜合系數(shù)f’=；由數(shù)控加工技術(shù)手冊(cè)查得，機(jī)床絲杠的軸向工作載荷約為： 主軸強(qiáng)度計(jì)算： 疲勞壽命，一般難以總回?cái)?shù)來(lái)表示，但可以總回?cái)?shù)時(shí)間，或總行走距離表示。各種機(jī)械的預(yù)期工作時(shí)間(Lh)用 途壽命時(shí)間(h)工作機(jī)械20000一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械10000自動(dòng)控制機(jī)械15000量測(cè)裝置15000壽命值 r/min Lh=15000h 則：L當(dāng)量額定動(dòng)載荷Cam 查絲杠手冊(cè)得：運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) ；硬度系數(shù)；則: CamN絲杠選擇根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷Cam的值，由絲杠手冊(cè)中選擇滾珠絲杠的型號(hào)。該機(jī)床滾珠絲杠的型號(hào)為:FFZDG20043T3 絲杠參數(shù)：名義直徑: 螺距t=4螺距升角: 滾珠直徑:滾道半徑:R= 偏心距:e=絲杠外徑:d= 螺母凸緣外徑:螺釘中心圓直徑: 螺母凸緣厚度:T=6墊圈厚度: 圓螺母尺寸:螺釘尺寸: 螺釘個(gè)數(shù): a=4二個(gè)圓螺母厚度: 螺母配合外徑:D=30 平鍵尺寸: 螺母座鍵槽深度:螺母座長(zhǎng)度: 螺母裝配總長(zhǎng)度:L=72絲杠傳動(dòng)效率計(jì)算：根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：式中 摩擦角 螺旋升角 則 絲杠剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載Fw引起的導(dǎo)程的變化量 △式中 mm=。 滾珠絲杠截面積 則 △cm因?yàn)闈L珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程的變化量△L2很少，可以忽略。所以絲桿的導(dǎo)程變化量：△L=△L1。導(dǎo)程變形總誤差△為：△=△L=um/m查絲杠手冊(cè)知3級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為15um/m ，故剛度足夠。 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算齒輪傳動(dòng)比計(jì)算： 式中： 步距角 =， 絲杠基本導(dǎo)程 =4mm， 脈沖當(dāng)量 = mm/step 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，兩直齒輪參數(shù)取為 模數(shù)m=2 mm， 壓力角，齒寬B=20 mm 齒輪1的齒數(shù)Z1=24 ，齒輪2的齒數(shù)Z2=40 。 兩齒輪的部分參數(shù)計(jì)算如下：主軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（1）工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （2）絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （3）齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很少，故忽略不計(jì)因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 式中 —空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； —折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； —由于絲杠絲杠所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； —切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； —折算到電極軸上的切削負(fù)載力矩。 當(dāng)時(shí) 當(dāng) 時(shí)所以快速空載啟動(dòng)所需力矩所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) ==： X軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)精密部件的設(shè)計(jì) X軸滾珠絲杠的工作情況分析 由于機(jī)床工作時(shí)，工作臺(tái)固定，所以X軸不承受工作載荷。X軸在做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)部件150Kg，電機(jī)與絲杠直聯(lián)，驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)工作臺(tái)左右移動(dòng)。工件及夾具重量為50Kg；工作臺(tái)最大行程 L =1000mm；工作臺(tái)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)：動(dòng)摩擦系數(shù)μ=，靜摩擦系數(shù)μ0=；快速進(jìn)給速度 Vmax=9m/min；定位精度20 μm/300mm，全行程25μm，重復(fù)定位精度10μm；要求壽命Lh15000小時(shí)；最高轉(zhuǎn)速為1500r/min。 X軸滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程： 式中：Ph為滾珠絲杠副的導(dǎo)程mm； Vmax為工作臺(tái)最大移動(dòng)速度mm/min； nmax為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速r/min； i為電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比，因電機(jī)與絲杠直聯(lián)，所以i=1。 代入數(shù)據(jù)后，可得： Ph=6 mm 當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷的計(jì)算 1）絲杠的軸向工作載荷計(jì)算： 因加工時(shí)工作臺(tái)固定，無(wú)切削力，所以軸向載荷為：F=f’W=(150+50)=40Kg=400N 2）當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算： 式中 nm為當(dāng)量轉(zhuǎn)速r/min， n 為絲杠轉(zhuǎn)速r/min， t 為工作時(shí)間百分比。 由已知條件代入數(shù)據(jù)，可得： nm=1500r/min。 3）當(dāng)量載荷計(jì)算： 預(yù)期額定動(dòng)載荷（Cam）計(jì)算： 1）按工作時(shí)間估算： 式中：Cam—預(yù)期額定動(dòng)載荷N， L —工作壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位，L = 60nmLh /106， fw—負(fù)荷系數(shù)， fa—精度系數(shù)， fc—可靠性系數(shù)，一般取fc=1。負(fù)荷性質(zhì)無(wú)沖擊輕微沖擊伴有沖擊或震動(dòng)fw1———2 精度等級(jí) 3 5 7 10 fa 1. 0 0. 7根據(jù)X軸的工作情況，取fw=，fa=1， L = 60nmLh /106=60150015000/106=1350代入數(shù)據(jù)可得： Cam=5305（N） 2）按絲杠副的預(yù)期運(yùn)行距離Ls（千米）計(jì)算： 式中：Ls—預(yù)期運(yùn)行距離（Km），一般取250Km,代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得：