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d7132电火花机工作台的设计.doc
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1、毕业设计说明书D7132电火花机工作台的设计 第 41 页 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的
2、印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留
3、、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数
4、要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:
5、按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它1 绪 论1.1 我国数控机床的发展中国数控技术和产业经过40多年的发展,从无到有,从引进消化到拥有自己独立的自主版权,取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展,可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式,按部就班地发展,真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段,是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪,这一常规途径就很难行通了。例如,在国外模拟伺服已过时阶段,我们开始搞模拟伺服,还没等我们占稳市场,技术上就已经落后了;在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时,我们就跟着搞这类所
6、谓的数字伺服,但至今没形成大的市场规模;近来国外将数字式伺服发展到用网络(通过光缆等)与数控装置连接时,我们又跟着发展此类系统,前途仍不乐观。这种总是跟在别人后面走,按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统,在技术上难免要滞后,再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂,实行就地开发、就地生产和就地销售,使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势,因此要进一步扩大市场占有率,难度自然就很大了。 为改变这种现状,我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断,大力加强数控领域的科技创新,努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术,逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力
7、发展符合中国国情的数控产品,从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样,才不会被国外牵着鼻子走,永远受别人的制约,才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场,打开国际市场,使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列 1。1.2 研究本课题的目的意义数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,关系到一个国家的战略地位。因此,世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业2。 在我国,数控技术与装备的发展亦得到了高度重视,近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域,以PC
8、平台为基础的国产数控系统,已经走在了世界前列。但是,我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题,特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时,如何有效解决这些问题,使我国数控领域沿着可持续发展的道路,从整体上全面迈入世界先进行列,使我们在国际竞争中有举足轻重的地位,将成为数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务3 。 为完成此任务,首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此,通过本次设计是想从中掌握两维数控工作台的设计,设计出能够应用于社会生产的两维数控工作台,并且从中更好的掌握大量所学的知识,理论联系实际,更好第锻炼自己。1.3 本设计的指导思想和主要问
9、题本设计是我机械设计制造及其自动化专业知识的一次较全面的机电一体化设计训练,其只要思想是运用数控和机电一体化知识,进行机械设计,是数控技术和机电一体化设计基础课程重要的综合性与实践性环节。通过本课程的设计,能综合运用机械设计课程和数控技术及其他有关先的理论,结合生产实际知识,培养分析和解决一般工程实际问题的能力,并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。学习机电一体化设计的一般方法,掌握通用机械零件、机械传动装置和简单工作台运动控制的设计原理和控制过程。进行机电一体化设计基本技能的训练,如计算、绘图、熟悉和运用设计资料(手册、图册、标准和规范等)4。考虑如何设计出满足要求的两维数控工作台,对导轨
10、、丝杠传动分析,以及轴承、机架等。2 总体方案设计机床在加工过程中,需要一个工作平台作为一个载体,完成机械加工过程的,并且通过平台上的加紧、固定装置,对机床加工工件进行加紧。而且合理的工作台设计,能够非常有效的保证和提高机床的加工精度,以及保证其加工成品率。2.1 D7132电火花机工作台的组成及工作原理该工作台为十字工作台,在X、Y方向各有电机驱动,能够实现二维方向的运转。从工作台的整体上来看,工作台面与滚动导轨副的四个滑块固定在一起,随滑块在在导轨上运动,导轨下面用螺钉使其连接固定在机架上。工作台的动力装置选用交流伺服电机,在X、Y方向分别有一个电机做动力装置,来实现在其方向上的进给与往复
11、运动,工作台的传动装置选用滚珠丝杠螺母副,并且用固定块把工作台面与螺母连接在一起,电机运转时,通过丝杠的进给,带动工作台面的运动,实现机床的机械加工运动。、图2.1 D7132电火花机效果图2.2 本次设计任务D7132电火花机工作台是数控加工中不可缺少的重要部分,在电火花加工等数控加工中,实现两维运动是靠该部分来实现的,本部分是由步进或伺服电机,在单片机或PLC的程序驱动下,带动滚珠丝杠实现进给运动。本课题要求设计出一个两维工作台,其行程在250320之间,负荷200kg,工作平稳灵活。3 直线滚动导轨副的设计3.1 直线滚动导轨副的结构与特点直线滚动导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球,
12、使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,大大降低二者之间的运动摩擦阻力,从而获得: 动、静摩擦力之差很小,随动性极好,即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短,有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。 驱动功率大幅度下降,只相当于普通机械的十分之一。适应高速直线运动,其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。 能实现高定位精度和重复定位精度。 能实现无间隙运动,提高机械系统的运动刚度。 成对使用导轨副时,具有“误差均化效应”,从而降低基础件(导轨安装面)的加工精度要求,降低基础件的机械制造成本与难度。 导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽,接触应力小,承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高,滚动摩擦力
13、比双圆弧滚道有明显降低5。 导轨采用表面硬化处理,使导轨具有良好的可校性;心部保持良好的机械性能。 简化了机械结构的设计和制造4。 用于直线往复运动场合,拥有比直线轴承更高的额定负载, 同时可以承担一定的扭矩,可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。 是用于约束机构运动轨迹的,能将部件严格控制在某直线轨迹上,其基件(滑轨)与动件(滑块)间多能承受前后、左右两方向的扭矩及侧边、顶面两方向的正压力,具有导向平滑,垂直负载大,直线轨迹精准等特点6。3. 2 直线滚动导轨副的选材及热处理要求该设计为两维数控工作台的设计,导轨的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小、动静摩擦系数之差小,加工和使用时产生的内
14、应力小,尺寸稳定性好等特点。考虑以上因素,选用G20CrMo作为导轨副材料,以提高使用受命。前者为滑块材料,后者为导轨材料,二者均采用G20CrMo。本设计中导轨长度小于2500mm,根据手册4,对G20CrMo硬度进行处理:200HBS 229,且硬度差不超过25.热处理方法 粗加工后进行一次时效处理,半精加工后再进行一次时效处理。中频淬火,淬硬深度1-2mm,硬度220HBS。3.3 直线滚动导轨副的选用其要求为行程250320,载荷200,选用GGB型直线滚动导轨副能满足要求,依其要求;上面X方向为GGB30AAL2P21012 下面Y方向为GGB16AAL2P21012导轨尺寸L=10
15、12 H1=26 B4=28 d=9 D=14 h=12 F=80 Lmax=3000滑块尺寸B1=90 B2=5 B3=72 K=35 T=10 T1=18 M1=M5 L1=95.2 L2=70 L3=52 油杯尺寸L4=11 G=6 N=6 额定动载11.5C/KN 额定静载13.6C/KN3.4 额定寿命的计算X方向部分导轨副的使用条件是:水平安装,卧式导轨,滑块座移动,工作台质量均匀分布,重心在中间,G为质量重。因外力较小(10),所以认为外力F的作用点与工作台重心重合,匀速运动或静止 Fmax=0.27 由计算载荷计算式 Fc= F1=(609.8) 查表得4; C=11.5KN
16、C0=13.6KNL=()K P=Fmax式中 额定寿命(Km) 额定动载荷(Kn) 当量动载荷 受力最大的滑块所受的载荷(N) 导轨上的滑块数 指数,当滚动体为滚珠时,=3;当滚动体为滚柱时,=10/3额定寿命单位(Km),滚珠时,=50Km;滚柱时=100Km,硬度系数 =由于产品技术要求规定,滚道硬度不得低于58HRC4,故常取fh=1. 温度系数 接触系数 精度系数 载荷系数表3.1 温度系数工作温度/c10010015015020020025010.900.730.60表3.2接触系数每根导轨上滑块数1 2 3 4 5 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61表3.3精度系数
17、精度等级 2 3 4 5 1.0 1.0 0.9 0.9表3.4载荷系数 工作条件 无外部冲击或振动的低速运动场合,速度小于15m/min 11.5无明显冲击或振动的中速运动场合,速度为1560m/min 1.52有外部冲击或振动的高速运动场合,速度大于60m/min 23.5查表1表4 各项系数确定;=1, =1, =0.66, =1, =1.2L=()K =93043Km 以有效行程=0.3m,每分钟往复次数=4,移动速速15m/min,移动条件;常温,平稳无冲击以及振动。=646131h式中寿命时间(h);额定寿命(Km),见式(9.315);行程长度(m);每分钟往复数。安工作日为30
18、0d,三班工作制,每班8小时,hy=646131/(300*24)89年而方向部分滚动直线导轨副的工作状态与X方向基本一致,只是所受载荷较大些,因此也采用表9.3-48序号的情况计算=1.0045kn (由表9.3-51及表9.3-4447)得=12810.9km =88964h12年对于数控机床,估计12年的寿命已满足要求4。3.5 确定润滑和密封滚动直线导轨副常用钠基润滑脂润滑,如果使用润滑油进行润滑,应尽可能采用高粘度的润滑油。如果与其他机构统一供油,需要附加滤油器,在油进入导轨前再经过一道精细的过滤7。为了防止由异物侵入,以及防止润滑剂泄出,产品出厂时滑块两端均装有耐油橡胶封垫,有条件
19、的地方可施加风箱式密封装置,也可选用伸缩式防护等,将导轨轴承遮盖起来。4 滚珠丝杠螺母副的选用滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动,这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展,这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力,滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件,其主要功能是将旋转运动转换成线性运动,或将扭矩转换成轴向反覆作用力,同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点7。4.1 滚珠丝杠副的特点(1)与滑动丝杠副相比驱动力矩
20、为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。(2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的,特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。(3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。(4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达
21、到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。(5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。4.2 滚珠丝杠的主要技术参数滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦,高精度,高效率的机构。它的机构效率(= 0.92-0.96)比滑动丝杠(= 0.20-0.40)高3-4倍。滚珠丝杠螺母副的动(静)摩擦系数基本相等,配以滚动导轨,启动力矩很小,运动极灵敏,低速时不会出现爬行。滚珠丝杠螺母副可以完全消除间隙并可预紧,故有较高的轴向刚度,且反向无空程死区,反向定位精度高8。滚珠丝杠螺母摩擦系数小,无自锁,能实
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