【導(dǎo)讀】家歷次發(fā)布的技術(shù)發(fā)展政策中均被列為重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。本文主要討論石墨電極鏜孔專(zhuān)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括機(jī)床床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，托料架的設(shè)計(jì)，夾具及夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過(guò)GSK96數(shù)控系統(tǒng)和PLC實(shí)現(xiàn)專(zhuān)機(jī)的自。石墨電極接頭生產(chǎn)采用數(shù)控加工，其優(yōu)點(diǎn)是加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠加工精度高、生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。Keywords：Graphiteelectrode；Clampingmechanism；Fixture；GSK96

　　

【正文】 30 108 375 4 1300 1900 51126 132 170 1 154 146 1 190 45 188 575 5 900 1400 51226 133 187 166 154 225 75 358 1070 1 600 850 51326 134 220 186 169 270 110 630 2010 21.1 430 600 51426 134 265 4 212 188 3 表 圓柱滾子軸承 （ GB/T2831994） 基本尺寸/mm 基 本額定載荷/kN 極限轉(zhuǎn)速/ 重量/kg 軸承代號(hào) 其他尺寸 /mm 安裝尺寸 /mm d D B Cr Cor 脂 油 N 型 r min min min max max max 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 140 210 33 158 220 2000 2800 4 N1028 192 — — — 2 1.1 149 — 2 1 250 42 302 415 1800 2400 N228 221 179 208 11 3 3 154 — 250 68 438 700 1800 2400 15 N2228 221 179 208 11 3 3 154 — 300 62 545 690 1600 2000 22 N328 260 196 241 15 4 4 158 — 3 3 300 102 825 1180 1600 2000 37 N2328 260 192 252 15 4 4 158 — 3 3 360 82 845 1020 1400 1800 — N428 304 — — 18 5 5 162 — 4 4 主傳動(dòng)是鏜孔專(zhuān)機(jī)主要?jiǎng)恿Σ糠?，控制主軸旋轉(zhuǎn)完成鏜孔平端動(dòng)作。本章主要介紹了主軸電機(jī) 、 鏈輪的選擇計(jì)算以及軸 的尺寸設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度校核。 進(jìn)行了鍵的選擇與校核和軸承的選擇， 確定了減速器型號(hào)，鍛煉了自己獨(dú)立思考以及查閱文獻(xiàn)和《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》的能力。完成了本設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 第四章 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī) 床夾具必須滿(mǎn)足下列基本要求： 保證工件的加工精度。保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時(shí)還需進(jìn)行定位誤差 分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度的影響，注意夾具應(yīng)有足夠的剛度，多次重復(fù)使用的夾具還應(yīng)注意相關(guān)元件的強(qiáng)度和耐磨性，確保夾具能滿(mǎn)足工件的加工精度要求。 提高生產(chǎn)效率。專(zhuān)用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機(jī)構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 工藝性能好。專(zhuān)用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、維修等。 專(zhuān)用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當(dāng)最終精度由調(diào)整或修配保證時(shí)，夾具上應(yīng)設(shè)置調(diào)整和修配結(jié)構(gòu)。 使用性能好。專(zhuān)用夾具的操作應(yīng)簡(jiǎn)便、省 力、安全可靠。在客觀(guān)條件允許且又經(jīng)濟(jì)適用的前提下，應(yīng)盡可能采用氣動(dòng)、液壓等機(jī)械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。專(zhuān)用夾具還應(yīng)排屑方便，必要時(shí)可設(shè)置排屑結(jié)構(gòu)，防止切削破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來(lái)大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。 經(jīng)濟(jì)性好。專(zhuān)用夾具應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)夾具方案進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。 鏜孔專(zhuān)機(jī)采用專(zhuān)用夾具，要求加工時(shí)工件被嚴(yán)格夾緊 且由于加 工石墨電極尺寸的不同 ，夾具應(yīng)該能作出調(diào)整， 所以本專(zhuān)機(jī)對(duì)夾具要求較高 ?7?。 方案一， 四點(diǎn)定位方式； 其結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 料架 塊 5 斜 夾具 圖 夾具結(jié)構(gòu) 工作過(guò)程為：液壓缸 推動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)使夾具夾緊工件，如果工件尺寸變化，則可拆卸或者更換夾具增高 塊 5， 來(lái)完成 250?600mm不同直徑的加工。 方案二， 三點(diǎn)定位方式；采用 直夾具與斜夾具組合的形式，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 夾具結(jié)構(gòu) 方案比較：由于實(shí)際加工時(shí)銑削力較大，方案一采用雙斜夾具的結(jié)構(gòu)定位精度差，工件位置容易發(fā)生變動(dòng)，當(dāng)小件加工時(shí)，不能夾緊工件，所以無(wú)法滿(mǎn)足加工質(zhì)量要求。方案二，采用斜夾具與直夾具組合的形式，克服了方案一的缺點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足小件加工時(shí)的夾緊，所以采用方案二。 裝置 傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 裝置的要求 （ 1） 夾緊過(guò)程不得破壞工件在夾具中占有的定位位置。 （ 2） 夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過(guò)程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 緊力過(guò)大損傷工件表面或使工件產(chǎn)生 過(guò)大的夾緊變形。 （ 3） 操作安全、省力。 （ 4） 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，便于制造，便于維修。 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 鏜孔專(zhuān)機(jī) 夾緊裝置采用兩個(gè)同步液壓缸帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)， 齒條上裝有固定板，固定板與滑臺(tái)采用螺栓連接， 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng) 帶動(dòng) 固定板在滑臺(tái)上移動(dòng)，固定板上裝有夾具，從而完成工件的夾緊。 采用此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)可靠平穩(wěn)，有較高的同步性。 根據(jù) 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu) ?14??15?， 如圖 所示。 圖 夾緊裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 的設(shè)計(jì) 托料架 屬于支撐件， 支承件是設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)件，包括床身、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺(tái)、箱體和升降臺(tái)等。這些件一般都比較大，所以也稱(chēng)大件 ?16?。 支承件的種類(lèi)繁多。按構(gòu)造方式可分為機(jī)座類(lèi)、箱殼類(lèi)、機(jī)架類(lèi)、平板類(lèi)；按結(jié)構(gòu)可分為整體式和裝配式；按制造方法可分為鑄造式、焊接式、螺栓式和組合式；按力學(xué)模型可分為桿系結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)和實(shí)體結(jié)構(gòu)；按材質(zhì)可分為金屬支承件和非金屬支承件，非金屬支承件又可 分為混凝土支承件、花崗巖支承件及塑料支承件等。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 支承件的功用主要有： （ 1） 支承和安裝機(jī)器各部分零部件，并承受各種靜態(tài)力（重力）及動(dòng)態(tài)力（切削力）。 （ 2） 保證各零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度。 （ 3） 用作電氣箱或液壓油、潤(rùn)滑油、切削液的儲(chǔ)存器。 （ 4） 獨(dú)立完成某些功能，如貨架、托架、工作臺(tái)等。 （ 1） 應(yīng)具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的動(dòng)態(tài)剛度。后者在很大程度上反映了設(shè)計(jì)的合理性。 （ 2） 應(yīng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。這包括較大的位移阻抗（動(dòng)剛度）和阻尼 ；與其他部件相配合，使整機(jī)的各階固有頻率不致與激振頻率相重合而產(chǎn)生共振；不會(huì)發(fā)生薄壁振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲等。 （ 3） 支承件應(yīng)設(shè)計(jì)得使整個(gè)設(shè)備的熱變形較小。 （ 4） 應(yīng)該排屑暢通，吊運(yùn)安全，并具有良好的工藝性以便于制造和裝配。 支承件的結(jié)構(gòu)形狀十分復(fù)雜，受力條件也很復(fù)雜，難以進(jìn)行符合實(shí)際情況的簡(jiǎn)化理論計(jì)算。因此，設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)其使用要求進(jìn)行受力分析，其次根據(jù)所受的力和其他要求，并參考現(xiàn)有設(shè)備的同類(lèi)型件，初步?jīng)Q定其形狀和尺寸。對(duì)重要支承件，在初步選定其形狀與尺寸后，可用有限元法，借助計(jì)算機(jī)進(jìn) 行驗(yàn)算或進(jìn)行模型試驗(yàn)，求得其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，并據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改或?qū)讉€(gè)方案進(jìn)行對(duì)比，選擇最佳方案。 支承件的性能對(duì)整個(gè)設(shè)備的性能影響較大，支承件的重量占設(shè)備總重的 80%以上。因此，應(yīng)該正確進(jìn)行支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)主要支承件進(jìn)行必要的驗(yàn)算和試驗(yàn)，使支承件能滿(mǎn)足它的基本要求，并在這個(gè)前提下盡量節(jié)約材料。 支承件的變形一般包括三個(gè)部分：自身變形、局部變形和接觸變形。因此，支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)滿(mǎn)足剛度條件進(jìn)行。支承件的剛度包括三個(gè)方面： （ 1） 支承件的自身剛度 主要指支承件自身 變形。抵抗本身變形的能力稱(chēng)為支承件的自身剛度。 支承件所受的載荷，主要是拉伸、壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)四種。其中彎曲和扭轉(zhuǎn)是主要的，對(duì)精度影響也較大。因此，支承件的自身剛度主要應(yīng)考慮彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 自身剛度主要取決于支承件的材料、構(gòu)造、形狀、尺寸和隔板的布置等。自身剛北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 度目前已可用有限元法借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。 （ 2） 支承件的局部剛度 支承件上與其他零件或地基相連部分的剛度稱(chēng)為局部剛度。局部變形發(fā)生在載荷集中的地方。局部剛度主要取決于受載部位的結(jié)構(gòu)和尺寸。 （ 3） 支承件的接觸剛度 抵抗連接處變形的能力稱(chēng)為 接觸剛度。兩個(gè)平面接觸，由于兩個(gè)面都不是理想的平面，而有一定的宏觀(guān)不平度，因而接觸面積只是名義接觸面積的一部分。 接觸剛度與構(gòu)件的自身剛度有兩方面的不同：接觸剛度是平均壓強(qiáng)與變形之比；接觸剛度不是一個(gè)固定的值，它與接觸面之間的壓強(qiáng)有關(guān)。 因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合地考慮上述三種引起變形的因素，一方面采取措施提高支承件本身的剛度，另一方面設(shè)法提高連接處的接觸剛度和局部剛度。 托舉機(jī)構(gòu) 的要求 鏜孔專(zhuān)機(jī)要求 托舉機(jī)構(gòu) 穩(wěn)定，能夠承受工件的重量， 滿(mǎn)足強(qiáng)度 、 剛度要求，工件在托料架上時(shí)平穩(wěn)，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng) ，對(duì)中性良好。托舉機(jī)構(gòu) 能夠進(jìn)行位置調(diào)整以滿(mǎn)足不同工件與主軸的 同軸度要求 。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)上述支撐件的設(shè)計(jì)步驟 、 要求 及本專(zhuān)機(jī)對(duì)托舉機(jī)構(gòu)的要求 ， 設(shè)計(jì)出托舉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 型支撐架 圖 托舉機(jī)構(gòu) 當(dāng)加工工件尺寸發(fā)生變化時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)螺母 4，能夠使 V 型支撐架上下移動(dòng)以滿(mǎn)足工藝要求。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 托舉機(jī)構(gòu)的主要材料為鑄鐵和鋼。 1．鑄鐵 鑄鐵鑄造性能好，可以鑄造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的支承件，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。如果導(dǎo)軌與支承件鑄為一體，則鑄鐵的牌號(hào)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。如果導(dǎo)軌為鑲裝上去的，或者支承件上沒(méi)有導(dǎo)軌，則一般可用 HT100,HT150, HT200, HT250, HT300 等，還可用球墨鑄鐵 QT45010, QT80002 等。 2．鋼 鑄鋼的彈性模量較大，強(qiáng)度大于鑄鐵，抗拉和抗壓強(qiáng)度接近。但鑄鋼的工藝性能不如鑄鐵。一般情況下要用鑄鐵，只有在支承件強(qiáng)度高、剛度大且形狀不復(fù)雜時(shí)才考慮用鑄鋼。常用的材料有 ZG200400、 ZG270500 等。 如果支承件由型鋼和鋼板焊接，則常用 Q235 鋼或 Q275 鋼。 3．鋁合金 鋁合金的密度只有鐵的 1/3，有些鋁合金還可以通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，提高鋁合金的力學(xué)性能。對(duì)于有些對(duì)總體重量要求較小的設(shè)備，為了減小其重量，它的支承件可考慮使用鋁合金。常用的牌號(hào)有 ZAISi7Mg,ZAISi2Cu2Mg1 等。 4． 非金屬 非金屬材料主要有混凝土、天然巖石及陶瓷等?；炷恋拿芏仁卿摰?1/3，彈性模量是鋼的 1/101/15，其阻尼很大，剛度也較高，成本低，適用于受載面積大、抗振要求較高的支承件。天然巖石及陶瓷支承件 膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性能好，殘余應(yīng)力小，性能穩(wěn)定，精度保持性好。 綜上所述， V 型塊采用 Q235， 導(dǎo)向套采用 HT300 材料，螺母和導(dǎo)向柱采用 45鋼。 本章主要對(duì)鑫源碳素鏜孔專(zhuān)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括夾具 、 夾緊裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 、 托舉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 通過(guò)本章的設(shè)計(jì)，完善了設(shè)計(jì)內(nèi)容， 明確了設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題，設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程， 鍛煉了自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 第五章 絲杠的選擇 （ 1）傳動(dòng)效率高 一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率達(dá) 90%95%，耗費(fèi)能量?jī)H為滑動(dòng)絲杠的 1/3。 （ 2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與工作摩擦力矩差別很小。啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過(guò)盈，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。 （ 3）工作壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度、高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲杠副的 4— 10 倍以上。 （ 4）定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副摩擦小、溫升小、無(wú)爬行、無(wú)間隙，通過(guò)預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 （ 5）同步型好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng) 。 （ 6）可靠性高 潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。 （ 7）不能自鎖 用于垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。 （ 8）制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故