1、前言 電火花加工技術是先進生產制造技術中的一個重要組成部分，是機械制造業中最廣泛采用的機械切削和磨削加工的重要補充和發展。其最大特點是：工具和工件是非接觸加工，加工中沒有宏觀的切削力，因而可以用軟的銅、石墨等材料加工任何硬度和強度的難加工金屬材料；可以加工非常復雜的立體成型表面；可以加工低剛度、薄壁、深孔、微細孔等特殊精密零件。在各類模具制造業中，電火花加工技術是必不可少的關鍵技術。由于電火花加工技術是機電一體化技術，是機械、電工、電子、數控、自動控制、計算機應用等多門學科、專業知識的綜合運用。 我這次畢業設計的課題是DK7132數控電火花成型加工機床。數控電火花加工機床主要包括機械系統和控制

2、系統兩大部分。機械系統包括主軸運動，橫向進給運動，縱向進給運動，回轉運動。控制系統包括步進電機控制電路和脈沖電源電路。這是數控電火花加工機床的重點，也是難點。本說明書分別對這兩個系統的設計、計算作了詳細介紹，并對其結構設計及工作原理進行了論述，同時對相關工藝問題進行了探討。本次設計是在顏竟成教授指導下，和吳樂勤共同合作完成的。本設計從2004年2月9日開始，歷時4個多月，我們經歷了資料收集、設計方案論證及確定、圖紙設計、說明書編寫等過程。在這期間，我共完成手工A0圖紙1張，計算機A0圖紙5張，計算機A1圖紙1張，二萬字說明書一份。這次設計在機械設計與制造工藝等方面得到了鍛煉，進一步鞏固了專業知

3、識，是大學四年所學知識的一次檢驗和總結。由于時間倉促及本人水平限制，本設計必定存在諸多不足，望各位老師同學批評指正，提出寶貴意見。 王 丹 2004年6月摘 要 電火花加工技術是先進生產制造技術中的一個重要組成部分，是機械制造業中最廣泛采用的機械切削和磨削加工的重要補充和發展。其最大特點是：工具和工件是非接觸加工，加工中沒有宏觀的，因而可以用軟的銅、石墨等材料加工任何硬度和強度的難加工金屬材料；可以加工非常復雜的立體成型表面；可以加工低剛度、薄壁、深孔、微細孔等特殊精密零件。在各類模具制造業中，電火花加工技術是必不可少的關鍵技術。由于電火花加工技術是機電一體化技術，是機械、電工、電子、數控、自

4、動控制、計算機應用等多門學科、專業知識的綜合運用。 我的設計課題是DK7132數控電火花穿孔成型加工機床。DK為數控電加工機床，71為電火花穿孔，成型加工機床。32為機床工作臺寬度。 此次設計包括機床的總體布局設計，主軸運動的設計，橫向進給，縱向進給，回轉方向運動的設計。其中還包括帶輪的強度計算，滾珠絲桿校核，軸承壽命的驗算。控制系統部分包括步進電機控制電路和脈沖電源電路，這是數控電火花加工機床的重點設計部分，也是難點。步進電機電路設計包括硬件電路設計和軟件系統設計。詳細說明了芯片的擴展、鍵盤顯示器接口的設計等等。脈沖電源電路采用高低壓復式脈沖電源，它是由晶體管及分立元件組成的電路，輸出高低壓

5、復式脈沖，可以同時供給兩個放電間隙加工，提高生產效率。 關鍵字：數控電火花加工、主軸運動、步進電機、脈沖電源 AbstractThe technology of electrical-discharge machining is an important part of advanced manufacture technology. And it is also an important complementarity and development of machine cutting and grinding machining in machine manufacture. The c

6、haracteristic of electrical-discharge machining is that the tools and the work piece do not contact. There is no macroscopical cutting force. So we can use the material, such as soft copper and graphite, to machining metal materials regardless any rigidity and intension. The process is suited to the

7、 complicated solid molding surface. Electrical-discharge machining is also used for special precise part. In various tool making, the technology of electrical-discharge machining is the necessary key technology. Because the technology of electrical-discharge machining is the technology of mechatroni

8、cs, and it is the integrate application of many subjects and professional knowledge , for example mechanism、electrician、electron、numerical control、auto control and computer application. My design subject is DK7132 numerical control electrical-discharge perforation molding machining tool. DK means nu

9、merical control machining tool. 71 means electrical-discharge perforation molding machining tool. 32 means the width of tools worktable. The design contains collectivity distribution design, principle axis design, landscape orientation feed design, portrait feed design, circumgyrate worktable design

10、. It still includes intension calculation of gear wheel, the checking of ball bearing pole and the calculation of axis gearing life-span. The controlling system part contains the circuit of step-by-step electromotor control and the circuit of pulse electrical source. This part is the most important

11、part of numerical control electrical-discharge machining tool, and it is very hard for me. The design of step-by-step electromotor control includes hardware circuit design and software system design. It explains the enlarging of CMOS chip and the design of keyboard display interface. The circuit of

12、pulse electrical source uses high and low voltage pulse electrical source. The circuit is composed by transistor and unattached elements, it exports high and low voltage pulse, which can apply with two electrical-discharge interval and improve productivity. Key words: Numerical control electrical-di

13、scharge machining, principle axis motion , step-by-step electromotor, pulse electrical source前言 電火花加工技術是先進生產制造技術中的一個重要組成部分，是機械制造業中最廣泛采用的機械切削和磨削加工的重要補充和發展。其最大特點是：工具和工件是非接觸加工，加工中沒有宏觀的切削力，因而可以用軟的銅、石墨等材料加工任何硬度和強度的難加工金屬材料；可以加工非常復雜的立體成型表面；可以加工低剛度、薄壁、深孔、微細孔等特殊精密零件。在各類模具制造業中，電火花加工技術是必不可少的關鍵技術。由于電火花加工技術是機電一體

14、化技術，是機械、電工、電子、數控、自動控制、計算機應用等多門學科、專業知識的綜合運用。 我這次畢業設計的課題是DK7132數控電火花成型加工機床。數控電火花加工機床主要包括機械系統和控制系統兩大部分。機械系統包括主軸運動，橫向進給運動，縱向進給運動，回轉運動。控制系統包括步進電機控制電路和脈沖電源電路。這是數控電火花加工機床的重點，也是難點。本說明書分別對這兩個系統的設計、計算作了詳細介紹，并對其結構設計及工作原理進行了論述，同時對相關工藝問題進行了探討。本次設計是在顏竟成教授指導下，和吳樂勤共同合作完成的。本設計從2004年2月9日開始，歷時4個多月，我們經歷了資料收集、設計方案論證及確定、

15、圖紙設計、說明書編寫等過程。在這期間，我共完成手工A0圖紙1張，計算機A0圖紙5張，計算機A1圖紙1張，二萬字說明書一份。這次設計在機械設計與制造工藝等方面得到了鍛煉，進一步鞏固了專業知識，是大學四年所學知識的一次檢驗和總結。由于時間倉促及本人水平限制，本設計必定存在諸多不足，望各位老師同學批評指正，提出寶貴意見。 王 丹 2004年6月目 錄一電火花加工的基本知識1(一)電火花加工的基本原理1(二)電火花加工的特點和適用范圍2二總體方案設計5三機械系統的設計 10(一)脈沖當量的選擇 10(二)傳動比的選定 10(三)滾珠絲桿的選型和校核 11(四)步進電機的選用 13(五)同步帶的設計選用

16、 15(六)回轉工作臺的設計 17四.控制系統的設計 29(一) 控制系統總體方案的擬定29(二) 總控制系統硬件電路設計29(三) 控制系統的軟件設計 45(四) 脈沖電源 53五.翻譯57六.參考文獻69七.結束語70 一、電火花加工的基本知識 （一）電火花加工的基本原理電火花加工的原理是基于工具和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質量預定的加工要求。電腐蝕現象早在20世紀初就被人們發現，例如在插頭或電器開關觸點開、閉時，往往產生火花而把接觸表面燒毛，腐蝕成粗糙不平的凹坑而逐漸損壞。長期以來，電腐蝕一直被人們認為是一種有害的現

17、象，人們不斷地研究電腐蝕的原因并設法減輕和避免電腐蝕的發生。但事物都是一分為二的，只要掌握規律，在一定條件下可以把壞事轉成好事，把有害變為有用。1940年前后，前蘇聯科學院電工研究所拉扎連柯夫婦的研究結果表明，電火花腐蝕的主要原因是：電火花放電時火花通道中瞬時產生大量的熱，達到很高的溫度，足以使任何金屬材料局部熔化、汽化而被蝕除掉，形成放電凹坑。這樣，熱門在研究抗電腐蝕辦法的同時，開始研究利用電腐蝕現象對金屬材料進行尺寸加工，終于在1943年拉扎連柯夫婦研制出利用電容器反復充電放電原理的世界上第一臺使用化的電火花加工裝置。實踐表面，要把有害的電火花放電轉化為有用的加工技術，必須創造條件，作到以

18、下幾點：使工具電極和工件被加工表面之間經常保持一定的放電間隙，這一間隙隨加工條件而定，通常約為幾微米到幾百微米。如果間隙過大，極間電壓不能擊穿極間介質，因而不會產生火花放電；如果間隙太小，很容易形成短路接觸，同樣也不能產生火花放電。為此，在電火花加工過程中必須具有工具電極的自動進給和調節裝置。使火花放電為瞬時的脈沖放電，并在放電延續一段時間后，停歇一段時間。這樣才能使放電所產生的熱量來不及傳導擴散到其余部分，把每一次的放電點分別局限在很小范圍內；否則，像持續電弧放電那樣，使放電點表面大量發熱、熔化、燒傷，只能用于焊接或切割，而無法用作尺寸加工，故電火花加工必須采用脈沖電源。使火花放電在有一定絕

19、緣性能的液體介質中進行，例如煤油、皂化液或去離子水等。液體介質又稱工作液，必須具有較高的絕緣強度，以有利于產生脈沖性的火花放電。同時，液體介質還能把電火花加工過程中產生的金屬小屑、碳黑等電蝕產物從放電間隙中懸浮排除出去，并且對工具電極和工件表面有較好的冷卻作用。 通常用石墨、鋼、銅等導電材料做工具電極稱為電極，被加工的導電材料做工作電極稱工件。電火花加工是在電極和工件之間通入絕緣液體介質，并在電極和工件上接入高頻脈沖電源。調節和移動電極和工件之間的距離。在一定的范圍內，在高頻脈沖電源發出一系列的脈沖電壓作用下，絕緣液體介質被擊穿，產生兩極間放電。能量放電較大，兩極間隙在幾十微米范圍。較小能量的

20、細放電，兩極間隙也需有25m。在放電的瞬間，兩極見產生高溫和高壓放電柱，即是電擊穿，在放電基部產生可達3000的高溫，引起金屬表面結構熔化或電離，還可以使絕緣液體產生汽化等。由于絕緣液體介質在油泵作用下產生壓力，具有沖洗作用，并能將擊穿產生的熔化、汽化或電離的碳化物沖走。汽化的擴展也能使金屬粒子被分散。由于放電產生的金屬離子、氣體、焦油產物擴散后，在工件和電極之間有形成絕緣介質，下一次放電有在兩極間產生極間電壓。當放電加工一個接著一個產生后，在工件上產生粗糙的放電表面，一次放電后，絕緣液體介質的恢復時間是放電加工時間的2倍。對一個高電流脈沖，需要短的放電時間，一次放電時間大約需用幾個微秒到幾個

21、毫秒，通常放電頻率從幾百赫茲到幾千赫茲。引起擊穿狀態持續一個規定的時間周期就是放電脈沖寬度。電火花成型機就是利用這一電腐蝕原理進行加工的。它還可以先進行工具電極的成型加工，再利用工具電極對其他金屬導電材料的工件進行電火花仿行加工，使得工件與工具電極成相似型或相同，從而完成對各種各樣的復雜模具和復雜零件的放行加工。（二）電火花加工的特點和適用范圍1.適合與于難切削材料的加工。由于加工中材料的去除是靠放電時的電熱作用實現的，材料的可加工性主要取決于材料的導電性及其熱學特性，如熔點、沸點（氣化點）、比熱容、導熱系數、電阻率等，而幾乎與其力學性能（硬度、強度等）無關。這樣可以突破傳統切削加工對刀具的限

22、制，可以實現用軟的工具加工硬韌的工件，甚至可以加工像聚晶金剛石、立方氮化硼一類的超硬材料。目前電極材料多采用紫銅或石墨，因此工具電極較容易加工。2.可以加工特殊及復雜形狀的零件。由于加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有機械加工的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細加工。由于可以簡單地將工具電極的形狀復制到工件上，因此特別適用于復雜表面形狀工件的加工，如復雜型腔模具加工等。數控技術的采用使得用簡單的電極加工復雜形狀零件也成為可能。3易于實現加工過程自動化。由于是直接利用電能加工，而電能、電參數較機械量易于數字控制、適應控制、智能化控制和無人化操作等。4可以改進結構設計，改善結構的工藝性。例如可以

23、將拼鑲結構的硬質合金沖模，改為用電火花加工的整體結構，減少了加工工時和裝配工時，延長了使用壽命。又如噴氣發動機中的葉輪，采用電火花加工后可以拼鑲、焊接結構改為整體葉輪，既大大提高了工作可靠度，又大大減少了體積和質量。電火花加工也有其一定的局限性，具體如下： 1只能用于加工金屬等導體材料。不像切削加工那樣可以加工塑料、陶瓷等絕緣的非導電材料。但近年來研究表明，在一定的條件下也可以加工半導體和聚晶金剛石等非導體超硬材料。2加工速度一般較慢。因此通常安排工藝多采用切削來去除大部分余量，然后再進行電火花加工，以求提高生產率，但最近的研究結果表明，采用特殊水基不燃性工作液進行電火花加工，其粗糙度甚至高于

24、切削加工。3存在電極損耗。由于電火花加工靠電、熱來蝕除金屬，電極也會遭受損耗，而且電極損耗多集中在尖角或低面，影響成型精度。但最近的機床的產品在粗加工時已能將電極相對損耗比降至1%以下，在中、精加工時能將損耗0.1%以下，甚至更小。4最小角部半徑有限制。一般電火花加工能得到的最小角部半徑等于加工間隙（通常為0.020.3mm），若電極有損耗或采用平動頭加工，則角部半徑還要增大。但近年來的多軸數控電火花加工機床，采用 X、Y、Z軸數控搖動加工，可以清棱清角地加工出方孔、窄槽的側壁和底面。由于電火花加工具有許多傳統切削加工所無法比擬的優點，因此其應用領域日益擴大，目前已廣泛應用于機械（特別是模具制

25、造）、宇航、航空、電子、電機、電器、精密微細機械、儀器儀表、汽車、輕工業等行業，以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題。加工范圍已達到小至幾十微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。 二、 總體方案設計 總體方案設計包含功能設計、結構設計和性能設計三部分。 功能設計,即在調研分析，確定了所設計機床的工作參數（運動、動力、尺寸）之后，通過功能分解,創新出或類比出可以實現加工要求的各種總體布局方案。創新設計，主要通過對運動功能的分解和合成來確定其布局方案，這對于設計加工特定零件的專用機床較為有效。而變型設計或類比設計主要通過查詢比較確定可參照的機床布局方案,大量用于設計一般的通用性機床。

26、 結構設計是在總體布局方案基本確定后，對機械結構件進行主要形狀和尺寸的設計，這同樣有類比和創成設計兩類。類比設計是建立在成組技術和模塊化技術的基礎上，采用參數化設計方法來實現。而創成式設計主要是按照設計人員的意志，通過對基礎模塊（板、梁、筋、孔、凸緣、法蘭等）的實體進行拼裝、重迭等操作來實現。 性能設計是根據機床的總體性能要求對運動誤差、精度和剛度等進行設計分配，并綜合應用有限元法、邊界元法、分布參數法等方法快速計算和比較各種可能方案的優劣。首先，我將設計任務書所給的條件列出如下：1工作臺寬度：320cm，長度：500cm； 縱向行程：250cm，橫向行程：320cm； 主軸頭垂直行程：125

27、cm，滑座行程：250cm。2每發出一個脈沖信號，工作臺縱向、橫向移動為0.01mm,主軸頭垂直移動為0.005mm。此次設計我采用了類比設計，在外觀設計上我參考了我們機械系樓里的D7140電火花加工機床，對其大體有個了解：電火花加工機床加工時工件固定在工作臺上，由滾珠絲桿帶動的電極頭緩慢的向下移動，且移動精度要求較高。其主軸動力系統為交流伺服電機，通過齒輪變速后連接滾珠絲桿帶動主軸頭移動，且有光柵尺檢測其位置；縱向、橫向進給系統也采用滾珠絲桿傳動，直接用手柄驅動，而沒有采用電機驅動，導軌則采用了滑動導軌。 緊接著我參閱了相關的資料，對電火花加工的發展來源、經歷以及前景有個大體的了解，對于其加

28、工范圍、優、缺點有個詳盡的認識。 1940年前后，前蘇聯科學院電工研究所拉扎連柯夫婦的研究結果表明，電火花腐蝕的主要原因是：電火花放電時火花通道中瞬時產生大量的熱，達到很高的溫度，足以使任何金屬材料局部熔化、汽化而被蝕除掉，形成放電凹坑。這樣，熱門在研究抗電腐蝕辦法的同時，開始研究利用電腐蝕現象對金屬材料進行尺寸加工，終于在1943年拉扎連柯夫婦研制出利用電容器反復充電放電原理的世界上第一臺使用化的電火花加工裝置。數控電火花成型機是為了適應工業飛速發展，尤其是模具制造工業發展而設計的新型機床，有較高的加工工藝指標，應用廣泛，可用于電機、儀表、電器、汽車制造、宇航、家電、輕工、軍工等多種行業中的

29、模具制造加工，可以加工各種中小型沖裁模（落料模、復合模和級進模），型腔模（精密壓鑄、壓延、塑料、玻璃制品、粉末冶金和膠木等），各種超硬材料，異型曲面零件，坐標孔零件及成型零件，機床可加工0.1mm以上的孔徑和0.2mm以上的窄縫，切割各種硬質合金和取折斷工具等，能對碳素鋼、工具鋼、淬火鋼、硬質合金鋼以及其他高硬度金屬材料進行放電加工，是加工復雜模具和復雜零件的理想設備。數控電火花成型機也是專門讀導電材料進行標準化電火花加工而設計的，它還可以實現無人操作自動加工，大幅度提高生產效率和經濟效益。 其主要加工特點有：適合與于難切削材料的加工；可以加工特殊及復雜形狀的零件；易于實現加工過程自動化；可以

30、改進結構設計，改善結構的工藝性。只能用于加工金屬等導體材料；加工速度一般較慢；存在電極損耗；最小角部半徑有限制。由于電火花加工具有許多傳統切削加工所無法比擬的優點，因此其應用領域日益擴大，目前已廣泛應用于機械（特別是模具制造）、宇航、航空、電子、電機、電器、精密微細機械、儀器儀表、汽車、輕工業等行業，以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題。加工范圍已達到小至幾十微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。有了以上的認識，我把DK7132電火花成型機分為主機、工作液槽、數控電源柜等幾個主要部分開始設計。主機主要包括床身、滑座、工作臺、主軸箱、底座等部分組成。（1）床身結構 機床采用滑枕式結

31、構，此結構具有較好的剛性和較大的承載能力，并且加工精度高，穩定性能好，工作液箱大，加工效率高。機床的X、Y、Z三個坐標采用步進電動機驅動滾珠絲桿的形式。三個坐標導軌采用滑動導軌。 （2）主軸箱結構 主軸箱包括主軸伺服系統和主軸平衡結構。步進電動機通過同步帶與滾珠絲桿連接。滑板移動采用精密直線導軌副。主軸箱還裝有剎車裝置，防止主軸頭自動滑下。當強電接通時，剎車器放松，電機可帶滾珠絲桿旋轉，使滑板帶動主軸箱上下移動。當強電關閉時，剎車器鎖住絲桿，防止主軸箱因自重掉下來。 （3）工作臺 工作臺采用電動機直接與滾珠絲桿副相連，移動采用精密直線滑動導軌副。 （4）工作液槽結構 工作液槽安裝在工作臺上，工

32、作液槽采用單開門的結構形式，門外密封采用O形密封結構。通過調節進油開關及沖吸油壓力調節閥來改變油壓壓力。為了保證加工過程安全進行，加工時工作液面必須比工件上表面高出一定高度，因而在工作液槽上裝有液面高度控制器，隨著不同高度的工件調節手柄的高度。當液面升到一定位置時，液面控制器接通，此時才能進行放電工作狀態。當加工中液面降低時，液面控制器斷開，電柜報警，停止加工。當加工中工作油溫超過60時，溫度控制器斷開，電柜報警，停止加工。由于伺服驅動部件是數控系統中與機械直接有關的部分，它們的性能決定了機床各進給軸、主軸和其他伺服軸的基本控制特性，它們的價格也占整個數控系統的大部分，所以正確、合理地選擇可靠

33、(因為從目前情況來看，伺服故障占電氣故障的比例較大)的伺服驅動部件對提高產品的功能/價格比起著決定性的作用。(1)進給伺服電機的選擇輸出轉矩是進給電機負載能力的指標。從圖1可見，在連續操作狀態下，輸出轉矩是隨轉速的升高而減小的，電機的性能越好，這種減小值就越小。為進給軸配置電機時應滿足最高切削速度時的輸出轉矩。雖然在快速進給時不作切削，負載較小，但也應考慮最高快速進給速度下的起動轉矩。高速時的輸出轉矩下降過多也會影響進給軸的控制特性。圖2.1 進給電機的扭矩特性(2)主軸伺服電機的選擇輸出功率是主軸電機負載能力的指標。從圖2可見主軸電機的額定功率是指在恒功率區(速率n1到n2)內運行時的輸出功

34、率，低于基本速度n1時是達不到額定功率的，速度越低，輸出功率就越小。圖2 主軸電機的功率特性為了滿足主軸低速時的功率要求，一般采用齒輪箱變速，使主軸低速時的電機速度也在基本速度n1以上，此時機械結構較為復雜，成本也相應增加。在主軸與伺服電機直接連接的數控機床中，有兩種方法來提高主軸低速時的功率要求，其一是選擇基本速度低的主軸電機或額定功率高一檔的主軸電機。其二是采用特種的繞組切換式主軸伺服電機(例如VAC-YMF型主軸電機)，這種電機的三相繞組在低速運行時接成星形，而在高速運行時接成三角形，從而提高主軸電機的低速功率特性，降低主軸機械部件的成本。 圖2.2 主軸電機的功率特性由以上論述可知，伺

35、服系統設計是數控機床設計中重要的一部分，在此，我也重點論述本設計中的伺服系統的設計計算和改進。本次數控電火花成型機床設計，涉及的伺服電機的選擇及傳動設計主要有主軸進給、橫向進給、縱向進給以及轉盤的設計。主軸進給系統采用了同步帶傳動，其傳動比準確，傳動效率高，結構緊湊，工作平穩，適合于電火花加工中所要求的運動平穩，移動精度高等的要求；而縱向、橫向進給則直接用連軸套與滾珠絲桿連接，減少了中間傳動機構和損耗，有利于簡化結構，提高精度，減少噪音。而轉盤設計中，選用了可以調節中心距的齒輪傳動，這樣既滿足了此系統降速的要求，又不至于使轉盤的運行精度降低。對于轉動工作臺，我選取了蝸桿、蝸輪傳動。 三、機械系

36、統的設計（一）脈沖當量的選擇目前，常用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋。步進電機每轉一轉傳感器發出一定數量的脈沖每個脈沖代表電機一定數量的脈沖，每個脈沖代表電機一定的轉角。步進電機是一種電脈沖控制的特種電機，對于每一個電脈沖步進電機都將產生一個恒定的步進角位移，每一個脈沖或每步的轉角稱為步進電機的步距角，可由選用的步進電機型號從技術數據表中查出。因此，每脈沖代表鍛機一定的轉角，這個轉角經齒輪副和滾珠絲桿使工作臺移動一定的距離。每個脈沖所對應的執行件（如工作臺）的移距，稱為脈沖當量或分辨率，記為，單位為mm/脈沖。應根據機床或工作臺進給系統所要求的定位精度來選定脈沖當量。考慮到機械傳動系統的誤差存在

37、，脈沖當量值必須大于定位精度值。此次設計的電火花成型機對機床定位精度的設計要求是0.01mm，根據該精度要求可確定脈沖當量為=0.005mm/脈沖（二）傳動比的選定設傳動副的傳動比為i，若為一級傳動，則,為主動齒輪的轉速和齒數，為主動齒輪的轉速和齒數。若為多級傳動，則i為總傳動比。對于步進電機，當埋藏當量（mm/脈沖）確定，并且滾珠絲桿導程（mm）和電機步距角都也已初步選定后，則可用下式計算主軸系統的傳動比對i去取整i=4。（三）滾珠絲桿的選型和校核 滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設計制造，只要根據使用工況選擇某種類型的結構，再根據載荷、轉速等條件選定合適的尺寸型號并向有關廠家訂

38、購。此次設計中滾珠絲桿被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動中的滾珠絲桿加于設計和校核。其步驟如下： 首先對于一些參數說明如下： 軸向變載荷，其中i表示第i個工作載荷，i=1、2、3n ；第i個載荷對應的轉速(r/min);第i個載荷對應的工作時間 (h) ;絲桿副最大移動速度(mm/min);絲桿預期壽命。1型號選擇（1）根據使用和結構要求 選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環方式和預緊方式；（2）計算滾珠絲桿副的主要參數 根據使用工作條件，查得載荷系數=1.0系數=1.5； 計算當量轉速 計算當量載荷 初步確定導程 取4mm計算絲桿預期工作轉速計算絲桿所需的額定載荷（3）選擇絲桿型號根據

39、初定的和計算的，選取導程為4mm，額定載荷大于的絲桿。所選絲桿型號為CDM2004-2.5。其為外循環雙管式、雙螺母墊片預緊、導珠管埋入式系列滾珠絲桿。2臨界轉速校核校核合格。3由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩定性、溫度變形等在此也沒必要校核。4滾珠絲桿的預緊預緊力一般取當量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：其相應的預緊轉矩（四）步進電機的選用 步進電動機又稱為脈沖電動機，是一種把電脈沖信號轉換成與脈沖數成正比的角位移或直線位移的執行元件。具有以下四個特點：轉速（或線速度）與脈沖頻率成正比；在負載能力允許的范圍內，不因電源電壓、負載、環境條件的波動而變化；速度

40、可調，能夠快速起動、制動和反轉；定位精度高、同步運行特性好。數控電火花成型機的動力系統要求電動機電位精度高，速度調節方便快速，受環境影響小，且額定功率小，并且可用于開環系統。而BF系列步進電動機為反應式步進電動機，具備以上的所有條件，我們選用了型號90BF004的電動機作為主運動的動力源。選用時主要有以下幾個步驟：1.根據脈沖當量和最大靜轉矩初選電機型號(1)步距角初選步進電機型號，并從手冊中查到步距角,由于 綜合考慮，我初選了，可滿足以上公式。(2)距頻特性步進電機最大靜轉矩Mjmax是指電機的定位轉矩。步進電機的名義啟動轉矩Mmq與最大靜轉矩Mjmax的關系是： Mmq=步進電機空載啟動是

41、指電機在沒有外加工作負載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩按下式計算： 式中：Mkq為空載啟動力矩；Mka為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的加速力矩；Mkf為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機型號時應滿足步進電動機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動轉矩，即： MkqMmq=Mjmax計算Mkq的各項力矩如下：加速力矩 空載摩擦力矩 附加摩擦力矩 2啟動矩頻特性校核 步進電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。 前面提出的，僅僅是指初選惦記后檢查電機最大靜轉矩是否滿足要求，但是不能保證電機啟動時不丟步。因此，

42、還要對啟動矩頻特性進行校核。 步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩中的加速力矩不會很大。一般不會發生丟步現象。（五）同步帶的設計選用 同步帶傳動是利用齒形帶的齒形和帶輪依次相嚙合來傳遞動力或運動。它與平帶傳動、V帶傳動比較具有傳動比準確，軸和軸承上載荷較小，傳動效率較高，結構緊湊，工作平穩等優點。但是，制造、安裝精度要求較高。同步帶傳動設計計算的主要內容是根據傳遞的名義功率、轉速、速比及工況來正確選擇同步帶的信號、帶長、帶寬、及帶輪的齒數和直徑。計算步驟如下：1計算設計功率2

43、選定帶型和節距由=0.137kw和n=4000r/m可以選出XL型，節距 =5.080mm。3根據帶型XL和小帶輪轉速n可查得小帶輪最少齒數為，此處取小帶輪齒數。4小帶輪結圓直徑5大帶輪齒數6大帶輪結圓直徑7帶速v8初定軸間距9帶長及齒數選用帶長代號210的XL型同步帶，其節線長，節線上的齒數z=90。10實際軸間距 11小帶輪嚙合齒數 12基本額定功率13所需帶寬查表可選代號為037的XL型帶，其帶寬為9.5mm。14作用在軸上的力15帶輪的結構和尺寸傳動選用的同步帶為180XL4.8小帶輪： 大帶輪： 根據以上的數據可決定帶輪的結構和全部尺寸。（六）回轉工作臺的設計 1工作原理數控回轉工作

44、臺主要用于數控鏜床和數控銑床，現在我們參考其結構，用于數控電火花成型加工。這樣可以擴大數控電火花成型加工的加工范圍，不在局限于工作臺只能橫向和縱向進給。數控回轉工作臺其外形和分度工作臺相似，但其內部結構卻具有數控進給驅動機構的許多特點。它的功能是使工作臺進行圓周進給，使工件隨著工作臺運動，并使工作臺進行分度。開環系統中的數控轉臺由傳動系統、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成， 下面我介紹一下數控電火花成型加工回轉工作臺的基本原理，其原理圖如下： 圖3.1 數控回轉工作臺的工作原理當數控工作臺接到數控系統指令后，首先把蝸輪松開，然后啟動步進電機，按指令脈沖來確定工作臺的回轉方向、回轉速度及回轉角度

45、大小等參數。工作臺的運動由步進電機1驅動，經齒輪2和4帶動蝸桿9，通過蝸輪10使工作臺回轉。為了盡量消除傳動間隙和反向間隙，齒輪2和齒輪4相嚙合的側隙，是靠調整偏心環3來消除。齒輪4和蝸桿9是靠楔形拉緊圓柱銷5（A-A剖面）來連接，這種連接方法能消除軸與套的配合間隙。為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置來調整間隙。這種蝸桿的左右兩側面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從一端向另一端逐漸增厚。但由于同一側的螺距是相同的，所以仍然保持著正常的嚙合。調整時先松開螺母7上的鎖緊螺釘8，使壓塊6與調整套11松開，同時將楔形圓柱銷5松開。然后轉動調整套11，帶動窩桿9作軸向移動

46、。根據設計要求，窩桿有10mm的軸向移動調整量，這時蝸桿副的側隙可調整0.2mm。調整后鎖緊調整套11和楔形圓柱銷5。蝸桿的左端由雙列滾針軸承支承。左端為自由端可以伸長以消除溫度變化的影響；右端裝有雙列推力軸承，能軸向定位。當工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態。工作臺面用沿其圓周方向分布的八個夾緊液壓缸進行夾緊。當工作臺不回轉時，夾緊液壓缸14的上腔進壓力油，使活塞15向下運動，通過鋼球17，夾緊瓦13及12將蝸輪10夾緊。當工作臺需要回轉時，數控系統發出指令，使夾緊液壓缸14上腔的油流回油箱。在彈簧16的作用下，鋼球17抬起，夾緊瓦12及13松開蝸輪，然后由步進電機1通過傳動裝置，使蝸輪和回轉工作

47、臺按照控制系統的指令作回轉運動。開環系統的數控回轉工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度的蝸桿副。除此之外，還可以在實際測量工作臺靜態定位誤差之后，確定需要補償的角度位置和補償脈沖的符號記憶在補償回路中，由數控裝置進行誤差補償。數控回轉工作臺設有零點，當它返回零點運動時，首先由安裝在蝸輪上的撞塊19碰撞限位開關，使工作臺減速；再通過感應塊20和無觸點開關，使工作臺準確地停在零點位置上。該數控工作臺可作任意角度回轉和分度，由光柵18進行讀數控制，光柵18在圓周上有21600條刻度線，通過6倍頻電路，使刻度分辨能力為10”，因此，工作臺的分度精度可達10”。2蝸輪蝸桿的設計

48、計算 由于蝸輪蝸桿具有工作平穩、低振動、小噪音的運動特點；其傳動時有較高的抗彎強度；傳動效率高；傳動比大且體積小、重量輕、結構緊湊等特點。我此次設計中的回轉工作臺要求傳動比較大，工作平穩，結構緊湊，體積小。所以我們選用了蝸輪蝸桿傳動。由我選用的步進電機可知，其轉速為1920r/m，工作臺的轉速范圍一般為9-15r/m。所以我選用的傳動比i為210。根據傳動比的分配原則，蝸輪蝸桿的傳動比為70，齒輪為3。以下是蝸輪蝸桿的設計計算：（1） 選擇蝸桿傳動類型 根據GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）。（2） 材料的選擇 根據庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。（3）按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面疲勞強度進行設計，再校核赤根彎曲疲勞強度。傳動中心距 確定作用在蝸輪上的轉矩 確定載荷系數K因工作載荷較穩定，故取載荷分布系數；選用使用系數；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數；則 確定彈性影響系數因選用的是鑄錫磷青銅蝸