電火花線切割機(jī)床中走絲走絲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【7張CAD圖紙及說(shuō)明書(shū)全套】【YC系列】

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The design focused on WEDM go wire system designed to go wire system mainly consists of the package and make dual storage reservoir wire drum rotation two motor. The design is first, through the WEDM go wire system structure and principle of analysis presented in this analysis, based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, for each major zero components design and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a walk wire system assembly drawings and major components Fig. Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life. Keywords: Line cutting, Wire walking system, Storage wire tube, Belt IV 第一章 緒論 1.1電火花切割機(jī)的概念及分類 1.1.1電火花切割機(jī)的概念 1960年，蘇聯(lián)首先研制出靠模線切割機(jī)床。中國(guó)1961年也研制出類似的機(jī)床。早期的線切割機(jī)床采用電氣靠?？刂魄懈钴壽E。當(dāng)時(shí)由于切割速度低，制造靠模比較困難，僅用于在電子工業(yè)中加工其他加工方法難以解決的窄縫等。1966年，中國(guó)研制成功采用乳化液和快速走絲機(jī)構(gòu)的高速走絲線切割機(jī)床，并相繼采用了數(shù)字控制和光電跟蹤控制技術(shù)。此后，隨著脈沖電源和數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及多次切割工藝的應(yīng)用，大大提高了切割速度和加工精度。工件安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)通常由X軸和Y軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。工具電極為直徑0.02～0.3毫米的金屬絲，由走絲系統(tǒng)帶動(dòng)電極絲沿其軸向移動(dòng)。走絲方式有兩種：①高速走絲，速度為9～10米/秒，采用鉬絲極絲，可循環(huán)反復(fù)使用；②低速走絲，速度小10米/分，電極絲采用銅絲，只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負(fù)極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液(乳化液、去離子水等)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息，使工作臺(tái)作相應(yīng)的移動(dòng)，工件與電極絲靠近。當(dāng)兩者接近到適當(dāng)距離時(shí)(一般為0.01～0.04毫米)便產(chǎn)生火花放電蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序，不斷地發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，使加工過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。 電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點(diǎn)外，還有一些其他特點(diǎn)：①不需要制造形狀復(fù)雜的工具電極，就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。②能切割0.05毫米左右的窄縫。③加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑，提高了能量和材料的利用率。④在電極絲不循環(huán)使用的低速走絲電火花線切割加工中，由于電極絲不斷更新，有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。⑤電火花線切割能達(dá)到的切割效率一般為20～60平方毫米/分，最高可達(dá)300平方毫米/分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達(dá)±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米，最高可達(dá)Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達(dá)600毫米。 1.1.2電火花切割機(jī)的分類 電火花線切割機(jī)按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)（俗稱“快走絲”）、低速單向走絲電火花線切割機(jī)（俗稱“慢走絲”）和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)三類。又可按工作臺(tái)形式分成單立柱十字工作臺(tái)型和雙立柱型（俗稱龍門(mén)型）。往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床的走絲速度為6～12m/s，是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的機(jī)種。自1970年9月由第三機(jī)械工業(yè)部所屬國(guó)營(yíng)長(zhǎng)風(fēng)機(jī)械總廠研制成功“數(shù)字程序自動(dòng)控制線切割機(jī)床”，為該類機(jī)床國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。1972年第三機(jī)械工業(yè)部對(duì)工廠生產(chǎn)的CKX數(shù)控線切割機(jī)床進(jìn)行技術(shù)鑒定，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。1973年按照第三機(jī)械工業(yè)部的決定，編號(hào)為CKX?—1的數(shù)控線切割機(jī)床開(kāi)始投入批量生產(chǎn)。1981年9月成功研制出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標(biāo)數(shù)控機(jī)，產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是具有1.5度錐度切割功能。完成了線切割機(jī)床的重大技術(shù)改進(jìn)。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進(jìn)步。大厚度切割技術(shù)的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超1000mm以上。使往復(fù)走絲線切割機(jī)床更具有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)滿足了國(guó)內(nèi)外客戶的需求。這類機(jī)床的數(shù)量正以較快的速度增長(zhǎng)，由原來(lái)年產(chǎn)量2～3千臺(tái)上升到年產(chǎn)量數(shù)萬(wàn)臺(tái)，目前全國(guó)往復(fù)走絲線切割機(jī)床的存量已達(dá)20余萬(wàn)臺(tái)，應(yīng)用于各類中低檔模具制造和特殊零件加工，成為我國(guó)數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的機(jī)種之一。但由于往復(fù)走絲線切割機(jī)床不能對(duì)電極絲實(shí)施恒張力控制，故電極絲抖動(dòng)大，在加工過(guò)程中易斷絲。由于電級(jí)絲是往復(fù)使用，所以會(huì)造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。 1.2國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)況 （1）國(guó)外研究及發(fā)展現(xiàn)況 國(guó)外電火花線切割機(jī)床的發(fā)展，在原則上離不開(kāi)三大趨勢(shì)，即高速度化，高精度化，表面自動(dòng)化。未來(lái)經(jīng)濟(jì)型機(jī)床也是一個(gè)發(fā)展趨向。在高速度化方面日本走在前列，各廠家均有鼓高生產(chǎn)率在250一300mm/min的機(jī)床，例如三艾電機(jī)公司的標(biāo)準(zhǔn)型DWCH系列機(jī)床、經(jīng)濟(jì)型DWC(招系列機(jī)床生產(chǎn)率均為25Omm/min，高速型DWC汀系列機(jī)床最高生產(chǎn)率達(dá)300mm/min，80年代后，瑞士AGIE公司配備HMC電源的ACPsrint系刊機(jī)床，90年代初Charmilles公司的ROBOFIL1000系列機(jī)床最大生產(chǎn)率均達(dá)到300mm/min。目前的電火花線切割機(jī)，幾何精度與運(yùn)動(dòng)精度均已達(dá)到了極高的程度:全行程定位精度2一3m，重復(fù)定位精度2m，加工精度2～3m，為了保證這些精度長(zhǎng)時(shí)間不變，各生產(chǎn)公司做了不懈的努力，采取了一系列的保護(hù)措施。AGIE公司的AC系列機(jī)床，盡管功能差異不小，但機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻大體相同.與同類機(jī)床相比，其凈重量約為其他機(jī)床的二倍，重量的增加主要是考慮了機(jī)床結(jié)構(gòu)的力學(xué)和熱學(xué)性能。AG一200D機(jī)床采用框架式結(jié)構(gòu)，即是為了加強(qiáng)走絲機(jī)構(gòu)的剛性。機(jī)床精度的變化對(duì)加工精度的影響是不言而喻的，AGIE公司采取了統(tǒng)一溫度場(chǎng)措施，其機(jī)床裝有兩套冷卻溫控系統(tǒng)，分別控制加工區(qū)與U、V軸的溫度，及電源箱、機(jī)床與室溫的空氣冷卻。兩套系統(tǒng)通過(guò)溫度計(jì)進(jìn)行調(diào)整，使溫差不超過(guò)1℃。由電極絲的滯后，在角度加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生塌角誤差，特別在小角度與小圓弧切割時(shí)表現(xiàn)更為明顯，AGIE公司在這方面擁有稱為Piolt的專利技術(shù)。它利用一套光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量電極絲受力后的彎曲量，由CNC系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其分辨率為2μm.采樣頻率每秒15次，這樣不僅提高了角加工精度，而且使加工速度比一般的拐角對(duì)策提高60%，現(xiàn)已運(yùn)用到AC20-70系列機(jī)床上。為保證加工的高精度，Charmilles公司的ROBOFIL300/310機(jī)床采用高質(zhì)量的機(jī)床鑄件，滾柱軸承單程V型導(dǎo)軌，直流電機(jī)直接拖動(dòng)，光柵位移全封閉。其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)有超載保證措施，還把運(yùn)動(dòng)軸全部移到立柱線架上，工件不動(dòng)。這就有效解決了因載荷位置變化而可能引起的變形。另外機(jī)床基座采用人造花崗石，其絕緣阻抗高，不吸水，耐腐蝕，收縮仁極小，彈性模量小而抗壓強(qiáng)度高，諧振頻率低，特別適合于精密機(jī)床的基座。SODICK公司線切割機(jī)的重要部件如線臂支架、工作臺(tái)面的定盤(pán)、工件支架、導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)等均廣泛采用精密陶瓷材料制作，實(shí)現(xiàn)了高剛性及極小的熱變形。人造陶瓷由該公司陶瓷事業(yè)部開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，其電絕緣性極高，能長(zhǎng)期維持線切割放電加工所要求的高絕緣阻抗，穩(wěn)定性非常好。三菱公司的機(jī)床也有類似的結(jié)構(gòu)。由于電源小的電解作用，切割表面會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)層，直接影響表面質(zhì)量，影響加工精度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，SODICK公司推出了BS電源，無(wú)電解作用的電源，可以提高工件表面的硬度，延長(zhǎng)模具壽命。以上這些均有效地保證了加工的高精度?？傊?，為了保證加工的高精度，各公司無(wú)論是從機(jī)床本體的高剛性與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)、新型材料的使用、溫度的控制、拐角對(duì)策、無(wú)電解作用電源的應(yīng)用，還是從微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)浸水加工方式等方面均投入了巨大的人力物力，同時(shí)也取得了顯著的效果。在高自動(dòng)化方面，32位機(jī)的使用使運(yùn)算速度大大提高，控制內(nèi)容極為豐富，為用戶提供了更大的裕度。以三菱電機(jī)公司的機(jī)床為例，進(jìn)給當(dāng)量由0.5m/脈沖減至0.1m/脈沖，控制軸由四軸增至六軸，程度存貯量由3.9米紙帶增至260米紙帶，程序號(hào)設(shè)定由9999條增至99999999條，等等。此外還增加了報(bào)警、起始孔計(jì)算、漢字顯示、自動(dòng)繪制正在加工的圖形、微小連接等20個(gè)功能。另外如AGIE公司的AGIEPICK自動(dòng)卸料機(jī)械手，AAGIEjet自動(dòng)預(yù)孔加工裝量等附件的配備都使機(jī)床自動(dòng)化更趨完善。目前，國(guó)外線切割機(jī)還有向“不降低加工性能，降低造價(jià)”方向發(fā)展的趨勢(shì)，如日本兄弟公司的HS-3600型、FANUC公司的a-oa型、SODICK公司的A-300W型等機(jī)床，在這方面都有突出成就。 （2）國(guó)外研究及發(fā)展現(xiàn)況 國(guó)外電火花線切割機(jī)各生產(chǎn)公司為提高本公司產(chǎn)品的高品質(zhì)不遣余力，對(duì)國(guó)內(nèi)同行產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用，近幾年來(lái)，我國(guó)電火花線切割機(jī)也取得了迅速發(fā)展。在結(jié)構(gòu)方面，國(guó)內(nèi)廠家均已普遍重視機(jī)床的機(jī)械剛度，已開(kāi)始采用高強(qiáng)度耐磨鑄鐵，經(jīng)過(guò)二次低溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力，提高機(jī)床剛度。有些機(jī)床還采用了低床身設(shè)計(jì)，跨距可調(diào)整線架，改進(jìn)調(diào)節(jié)方式，提高了調(diào)節(jié)精度和線架自身的剛性，同時(shí)也使操作更為方便。不少?gòu)S家開(kāi)發(fā)了四聯(lián)桿裝置，不但上、下導(dǎo)輪可聯(lián)動(dòng)，而且可同步偏擺，使電極絲始終保持在導(dǎo)輪槽對(duì)稱平面內(nèi)，不發(fā)生單側(cè)刮擦，從而擴(kuò)大了切割錐度的范圍。其切點(diǎn)變化引起的加工誤差，由計(jì)算機(jī)軟件予以補(bǔ)償，同步偏擺也使切割大錐度時(shí)，噴水方向始終與電極絲走向一致，例如成都無(wú)線電專用設(shè)備廠`的DK7725-CT15O，新火花公司的SPKW250H等，切割錐度都已達(dá)16-20。許多廠家也不再?gòu)?qiáng)調(diào)電極絲的單一的高速，絲速降低雖然會(huì)降低加工速度，但可使振動(dòng)減弱，機(jī)械壽命延長(zhǎng)，換向無(wú)效工時(shí)減少，綜合效益未必低于單一的高絲速?？熳呓z機(jī)床電極絲張力，直接影響到放電加工穩(wěn)定性及切割精度，杭州無(wú)線電專用設(shè)備廠、蘇州三光公司、北京電加工機(jī)床廠、新火花公司等均采用了三導(dǎo)輪重錘式緊絲器，可初步改善電極絲逐漸變松馳和絲筒上下不同處絲有松有緊的現(xiàn)象，提高了放電加工的穩(wěn)定性及切割精度。對(duì)于塊走絲時(shí)絲的振動(dòng)，可用加裝電極絲定位限幅器的方法來(lái)隔離和緩解。例如深圳福斯特公司的DK7725機(jī)床，使用V型快及紅寶石圓棒組成定位限幅器，電極絲從中通過(guò)，該裝置在進(jìn)行多次切割時(shí)尤為重要。北京市電加工研究所的DK7732C機(jī)床，采用金剛石三塊式可開(kāi)合結(jié)構(gòu)的定位限幅器，在工作時(shí)每塊聚晶金剛石保持與電極絲虛接觸，起到定位限幅作用。實(shí)驗(yàn)證明，使用該裝置后，切割正八方棱柱體，對(duì)邊尺寸精度由平均0.012mm提高到0.008mm，而且切割大厚度工件時(shí)不易斷絲，但不能適用于大錐度的切割。上海第八機(jī)床廠作為電火花線切割機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)廠家，近幾年來(lái)在新技術(shù)的應(yīng)用、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上也做了不懈的努力，取得如下一系列成績(jī)。1990年研制成功DK7732電火花線切割機(jī)，其控制柜中采用XK-80A-AA微型計(jì)算機(jī)線切割機(jī)床控制系統(tǒng)，它由專用單板計(jì)算機(jī)、接口板、直流穩(wěn)壓電源、專用鍵盤(pán)、操作控制鍵盤(pán)及屏幕顯示器CRT組成，帶有電報(bào)機(jī)頭一臺(tái)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，可進(jìn)行完整的中文人機(jī)對(duì)話、自動(dòng)偏程。它還具有鑰絲校直、顯示切割軌跡和坐標(biāo)、間隙補(bǔ)償、縮放切割、自動(dòng)定中心、短路回退、自動(dòng)回原點(diǎn)、斷電保護(hù)、檢查和修改指令、旋轉(zhuǎn)角度等功能。其高頻脈沖電源為上海市科技攻關(guān)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目，各項(xiàng)加工工藝指標(biāo)均達(dá)到了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。機(jī)床采用可調(diào)升降式線架，并帶有鑰絲張緊機(jī)構(gòu)，切割厚度為200mm。DK7732電火花線切割機(jī)性能優(yōu)異，操作方便，榮獲1990年匕海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎(jiǎng)，1991年大批量投產(chǎn)。1991年開(kāi)發(fā)了DK7725機(jī)床，其控制柜采用DK7732的控制柜SBJCUT-4；機(jī)床采用可調(diào)開(kāi)檔高線架結(jié)構(gòu)，切割厚度大；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和精密絲杠保證了高精度傳動(dòng)；大理石工作臺(tái)面絕緣性好，剛性高，熱變形小，使加工更穩(wěn)定，加工精度更高。1992年底開(kāi)始研制新的控制柜SBJCUT-6，它采用了先進(jìn)的工BM-PC386微機(jī)控制系統(tǒng)，CRT彩顯可進(jìn)行人機(jī)中文對(duì)話，使用操作極為方便，還具有鑰絲校直，動(dòng)態(tài)跟蹤圖形顯示、局部視圖具有智能自動(dòng)聚焦特點(diǎn)，全自動(dòng)鑰絲短路回退，動(dòng)畫(huà)顯示X、Y、U、V四座標(biāo)值，間隙補(bǔ)償，旋轉(zhuǎn)任意角度正、反序切割，縮放切割等等功能。其自動(dòng)編程采用了榮獲93中國(guó)高新技術(shù)、新產(chǎn)品博覽會(huì)銀質(zhì)獎(jiǎng)的YH繪圖式線切割自動(dòng)編程系統(tǒng)，只要按圖紙標(biāo)注尺寸輸入，即可自動(dòng)編程，徹底摒棄了傳統(tǒng)編程系統(tǒng)中順圓、逆圓、拐點(diǎn)、相切、相交、走向等需硬記的規(guī)則；只用鼠標(biāo)器就可完成全部編程，實(shí)現(xiàn)了所見(jiàn)即所得；圖形顯示賞心悅目，全中文提示，具有自動(dòng)尖角平滑，非圓擬合，齒輪生成，大圓弧處理，跳步模自動(dòng)生成，加工面積自動(dòng)計(jì)算，三維造型等功能。配用SBJCUT-6控制柜的DK7732-1電火花線切割機(jī)榮獲了1993年上海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎(jiǎng)。1994年整個(gè)機(jī)床行業(yè)處于不景氣狀態(tài)，功能優(yōu)異價(jià)格高的機(jī)床受到了冷落，在江浙一帶廣大的模具之鄉(xiāng)迫切需要的是價(jià)廉而主要功能具備的經(jīng)濟(jì)型電火花機(jī)床。鑒于此種實(shí)際情況，上海第八機(jī)床廠開(kāi)始了經(jīng)濟(jì)型電火花線切割機(jī)DK7725A的研制，床身采用了新結(jié)構(gòu)，提高了剛性，降低了成本，控制部分采用單片機(jī)，機(jī)床電氣實(shí)現(xiàn)無(wú)聲換向，一切以主要功能齊全、價(jià)低廉、高可靠性為宗旨，終于在九月份研制成功，樣機(jī)已被用戶訂購(gòu)。因其價(jià)格低于其它同類產(chǎn)品，深信今年市場(chǎng)上必有它的一席之地。就國(guó)外電火花線切割機(jī)制造廠家而言，目前已進(jìn)人了一個(gè)比較穩(wěn)定的成長(zhǎng)期，線切割的加工速度在目前這種加工方式和條件下再要大幅度提高是較困難的，但可以預(yù)見(jiàn)現(xiàn)時(shí)的加工精度、速度、光潔度以及操作性能、機(jī)床的功能等都不會(huì)就此止步。堅(jiān)信國(guó)內(nèi)外差距必將縮小，經(jīng)過(guò)一代人甚至幾代人的努力，我們定能趕超上去，在全球范圍內(nèi)共創(chuàng)電火花加工工業(yè)輝煌的明天。 1.3走絲線切割機(jī)背景及開(kāi)展研究的意義 1.3.1中走絲線切割機(jī)的背景 隨著模具工業(yè)的發(fā)展，精密模具制造的比重愈來(lái)愈大，迫切要求電火花線切割加工不僅要速度快，而且要有尚佳的加工表面質(zhì)量和較高的加工精度。為滿足廣大用戶需要，單向(低速)走絲電火花線切割機(jī)床在20世紀(jì)60年代就采用了多次切割技術(shù)，即第一次切割用較大的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行高速粗切割，然后逐步采用精規(guī)準(zhǔn)和精微規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行第二次、第三次甚至第四次切割修光，以獲得理想的加工表面質(zhì)量和加工精度。低速走絲電火花線切割機(jī)床采用多次切割技術(shù)的結(jié)果表明，多次切割是解決線切割加工速度與加工表面質(zhì)量矛盾、獲得較高綜合工藝效果的有效辦法。幾乎就在低速走絲電火花線切割機(jī)床推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)的同時(shí)，有關(guān)技術(shù)人員也在高速走絲機(jī)床上進(jìn)行了大量的多次切割試驗(yàn)，雖取得了不少研究成果，但直至20世紀(jì)末仍無(wú)一家在生產(chǎn)中真正得到應(yīng)用。難于在商品化電火花線切割機(jī)床上實(shí)現(xiàn)多次切割的主要原因是:在電極絲高速移動(dòng)的情況下，運(yùn)絲系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，電極絲的空間形位變化異常，使前后二次切割的空間位置無(wú)法重疊，加上高速走絲的往返切割條紋明顯，要推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)十分困難。 上海大量電子設(shè)備有限公司經(jīng)過(guò)幾年的努力，于2002年5月在第九屆中國(guó)國(guó)際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會(huì)上展出了能實(shí)現(xiàn)無(wú)條紋切割和多次切割的商品化TP系列高速走絲電火花線切割床。3次切割后的尺寸差Δ≤0.006 mm，加工表面粗糙度Ra≤1μm，其加工質(zhì)量明顯高于其他高速走絲電火花線切割機(jī)床，并接近于一般的低速走絲電火花線切割機(jī)床，從而引起了眾多制造商和用戶的注意。此類機(jī)床后來(lái)逐步被用戶稱之為“中走絲”機(jī)床。而所謂的“中走絲”機(jī)床，并非走絲速度介于高速走絲與低速走絲之間，而是指加工質(zhì)量介于高速走絲與低速走絲之間。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，把那些能實(shí)現(xiàn)無(wú)條紋切割和多次切割的電火花線切割機(jī)床稱之為“中走絲”是不夠科學(xué)的。被廣大用戶稱為“中走絲”的TP系列電火花線切割機(jī)床與其他高速走絲機(jī)床的結(jié)構(gòu)基本一樣，走絲速度也是2～11 m s，走絲的形式仍為往復(fù)雙向走絲。所不同的僅僅是應(yīng)用了某些自主開(kāi)發(fā)的專利技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)條紋切割和多次切割，使電火花線切割加工質(zhì)量有顯著提高。 1.3.2走絲線切割機(jī)研究的意義 （1）中走絲機(jī)的機(jī)床精度與工藝效果 根據(jù)GB/T 7926-2005電火花線切割機(jī)精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，TP系列中走絲電火花線切割機(jī)進(jìn)行了大量的切割工藝試驗(yàn)。工件為40mm厚的Cr12正八棱柱（對(duì)邊距28mm），3次切割后的加工質(zhì)量。 從中不難得出如下結(jié)論： （a）能進(jìn)行多次切割的中走絲電火花線切割機(jī)，不僅其機(jī)床制造精度比較高，而且切割來(lái)的零件尺寸公差和表面質(zhì)量都能明顯高于GB/T 7926-2005國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高速走絲機(jī)精度要求。 （b）能進(jìn)行多次切割的中走絲電火花線切割機(jī)，其機(jī)床制造精度和切割工藝效果都接近于JB5543-1991標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低速走絲機(jī)精度要求。 （c）多次切割不僅能提高加工表面質(zhì)量，消除往返切割條紋。而且可以解決一次切割時(shí)的材料變形影響，有利于提高加工精度。 （d）采用全閉環(huán)（或者說(shuō)雙環(huán)控制）控制后中走絲機(jī)，能實(shí)現(xiàn)齒隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償及絲徑補(bǔ)償，提高中走絲機(jī)的機(jī)床定位精度和加工精度。 （e）能獲得較高的切割速度。在中走絲機(jī)的開(kāi)發(fā)初期，人們比較關(guān)心加工精度和加工表面質(zhì)量，而忽視切割速度。那時(shí)的平均切割速度一般只有15～20mm/min；現(xiàn)在對(duì)高頻脈沖電源、跟蹤進(jìn)給控制方式以及線切割工作液作了某些改進(jìn)后，可以提高線切割總平均速度，試驗(yàn)時(shí)的總平均切割速度已達(dá)到30mm/min以上，即第一次切割速度為150mm/min，第二次切割速度為80～90mm/min，第三次切割速度為100mm/min上下。 （2）中走絲機(jī)的應(yīng)用成本低 電火花線切割加工應(yīng)用成本，包括機(jī)床設(shè)備折舊分?jǐn)偝杀?、加工消耗、人員費(fèi)用及管理成本等，如表2所示。 （a）中走絲電火花線切割機(jī)價(jià)格低。中走絲電火花線切割機(jī)的市場(chǎng)價(jià)大約為低速走絲電火花線切割機(jī)的五分之一，即買(mǎi)一臺(tái)低速走絲電火花線切割機(jī)的錢(qián)可以買(mǎi)5臺(tái)中走絲電火花線切割機(jī)。這樣在計(jì)算加工成本時(shí)，低速走絲電火花線切割機(jī)的設(shè)備折舊分?jǐn)偝杀緸?5～30元/h，而中走絲電火花線切割機(jī)只有3～6元/h。 （b）中走絲機(jī)加工消耗低。電火花線切割機(jī)的加工消耗，主要是電極絲、工作液（去離子水、乳化液等），其次是導(dǎo)向器件和過(guò)濾器，還有人工費(fèi)和電費(fèi)。低速走絲電火花線切割所用的銅絲是單向移動(dòng)一次使用，按每卷5kg用20h計(jì)算，每小時(shí)需消耗17.5元；中走絲機(jī)用的鉬絲是反復(fù)使有，按上一次絲200m使用20h計(jì)，每小時(shí)需消耗僅3元。工作液的消耗相差不大，低速走絲機(jī)約1.5元/h，中走絲機(jī)約1.0元/h；低速走絲機(jī)耗電約3元/h，中走絲機(jī)為1.5元/h。其它消耗較低，所占的比重有限。在不計(jì)人工及管理費(fèi)用情況下，中走絲機(jī)消耗不到6元/h，低速走絲機(jī)則超過(guò)23元/h。 第二章 總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 技術(shù)參數(shù)要求： （1）電機(jī)轉(zhuǎn)速定于1440r/min； （2）走絲速度7-12m/s； （3）單圈繞絲長(zhǎng)度大于400m； （4）走絲系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 2.2 總體方案設(shè)計(jì) 該走絲系統(tǒng)裝置如圖2-1所示由雙儲(chǔ)絲筒和使儲(chǔ)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)組成，而且每個(gè)儲(chǔ)絲筒連接一個(gè)磁粉制動(dòng)器，通過(guò)磁粉制動(dòng)器對(duì)放絲儲(chǔ)絲筒施加制動(dòng)力矩。當(dāng)儲(chǔ)絲筒處于收絲狀態(tài)時(shí)，與此儲(chǔ)絲筒相連接的電動(dòng)機(jī)工作，提供動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，與之連接的磁粉制動(dòng)器斷電，處于不工作狀態(tài)；與此同時(shí)另一個(gè)儲(chǔ)絲筒處于放絲狀態(tài)，與它相連接的電動(dòng)機(jī)斷電處于不工作狀態(tài)，與此儲(chǔ)絲筒相連接的磁粉制動(dòng)器處于通電勵(lì)磁工作狀態(tài)，提供阻力轉(zhuǎn)矩，使電極絲處于張緊狀態(tài)。 一般地，快走絲線切割機(jī)床走絲速度快，換向時(shí)間短，加工過(guò)程中存在豎向條紋，這種新型走絲系統(tǒng)，采用分層的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)在較小的儲(chǔ)絲筒上纏繞1000多米的電極絲，換向時(shí)間大大的延長(zhǎng)了，可延遲換向條紋的產(chǎn)生。 各零部件設(shè)計(jì)方案： 設(shè)計(jì)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，走絲速度為7～12m/s。 （1）儲(chǔ)絲筒設(shè)計(jì) 儲(chǔ)絲筒的作用主要是使電極絲按照一定的速度運(yùn)行，并將電極絲按照一定的間距整整齊齊的排列在儲(chǔ)絲筒上。由于本設(shè)計(jì)采用的是雙儲(chǔ)絲筒的走絲系統(tǒng)，為了減少機(jī)床體積，儲(chǔ)絲筒采用螺紋聯(lián)結(jié)的固定方式，儲(chǔ)絲筒只起到繞絲的作用。將儲(chǔ)絲筒固定在傳動(dòng)主軸上。 確定儲(chǔ)絲筒選用的材料，絲筒半徑及絲筒長(zhǎng)度，計(jì)算單圈繞絲長(zhǎng)度最低值。 （2）主軸的設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)主軸傳遞，主軸再帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主軸需要承受一定的轉(zhuǎn)矩，而且需要頻繁的正反轉(zhuǎn)，主軸需要承受較大的剪切力和較高的強(qiáng)度且由于軸上要裝配的零件有聯(lián)軸器、同步帶輪和法蘭盤(pán)等等零件，所以對(duì)主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。 確定主軸選用材料，計(jì)算主軸的剛度及強(qiáng)度及相關(guān)力學(xué)校核，選用軸鍵的類型，做出主軸設(shè)計(jì)圖。 （3）同步帶的設(shè)計(jì) 同步帶傳動(dòng)結(jié)合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)①無(wú)滑動(dòng)，能保證穩(wěn)定的傳動(dòng)比；②預(yù)緊力較，軸和軸承上所受的載荷小；③帶的厚度小，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量也小，因此線速度高。所以本文選擇同步帶作為將主軸的動(dòng)力傳遞到排絲絲杠上的傳遞件。 計(jì)算同步帶齒輪模數(shù)與直徑，計(jì)算傳動(dòng)比及其余相關(guān)參數(shù)。 (4) 排絲部分的設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)排絲絲杠相關(guān)參數(shù)。并且在工作過(guò)程中排絲絲杠軸向不承受載荷，只用于傳動(dòng)。 第三章 總體參數(shù)的選擇與計(jì)算 3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1.1選擇電動(dòng)機(jī)類型 電動(dòng)機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)部件。因?yàn)槭覂?nèi)工作，運(yùn)動(dòng)載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 3.1.2電動(dòng)機(jī)容量的選擇 1）走絲機(jī)所需要的功率為： 取沿絲方向的走絲阻力為F=300N 已知：走絲速度為v=7～12m/s 故： 2）電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 ——電動(dòng)機(jī)至儲(chǔ)絲筒的傳動(dòng)裝置總效率。 取聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，儲(chǔ)絲筒傳動(dòng)效率，電動(dòng)機(jī)至儲(chǔ)絲筒的傳動(dòng)裝置總效率為： 3）電動(dòng)機(jī)所需功率為： 因有輕微震動(dòng) ，電動(dòng)機(jī)額定功率只需略大于即可，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率為1.5KW。 已知電機(jī)轉(zhuǎn)速定于1440r/min 故：選定電機(jī)型號(hào)為Y90L-4，滿載轉(zhuǎn)速，功率1.5。 3.2運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 3.2.1各軸的轉(zhuǎn)速 1軸 2軸 3.4.2各軸的輸入功率 1軸 2軸 3.2.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電機(jī)軸 1軸 2軸 整理列表 軸名 功率 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)比 電機(jī)軸 1.5 9.95 1440 1軸 1.485 9.85 1440 1 2軸 1.426 9.46 1440 1 第四章 主要零部件設(shè)計(jì) 4.1儲(chǔ)絲筒設(shè)計(jì) 4.1.1儲(chǔ)絲筒直徑D的確定 已知：電機(jī)轉(zhuǎn)速定于1440r/min，走絲速度7-12m/s 故： 為了確保單圈繞絲長(zhǎng)度最大化，盡量取計(jì)算的儲(chǔ)絲筒直徑的偏大值，本次?。? 4.1.2儲(chǔ)絲筒長(zhǎng)度L的確定 設(shè)計(jì)要求：?jiǎn)稳@絲長(zhǎng)度大于400m 即： 故： 已知：儲(chǔ)絲筒直徑 絲的直徑 所以有：，本次?。? 4.1.3儲(chǔ)絲筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)儲(chǔ)絲筒直徑D、長(zhǎng)度L及后面計(jì)算得到的主軸直徑，匹配后得到的儲(chǔ)絲筒結(jié)構(gòu)及尺寸結(jié)果如下圖示： 4.2主軸及軸承、鍵的設(shè)計(jì) 4.2.1主軸尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）軸上的功率P1，轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1 ，， （2）初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表11.3，取，于是得： 該處開(kāi)有鍵槽故軸徑加大5%～10%，且主軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故??；。 （3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 （a）為了滿足帶輪的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取故取2段的直徑，長(zhǎng)度。 (b) 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球滾子軸承6204，故，，軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。 (c) 為便于安裝，取儲(chǔ)絲筒段軸直徑，儲(chǔ)絲筒寬度B=360mm，齒故取。 （4）軸上零件的周向定位 查機(jī)械設(shè)計(jì)表，聯(lián)軸器的平鍵截面。 4.2.2主軸強(qiáng)度校核計(jì)算 （1）求作用在軸上的力 已知儲(chǔ)絲筒直徑為 ，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》（軸的設(shè)計(jì)計(jì)算部分未作說(shuō)明皆查此書(shū)）式(10-14)，則 （2）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取a值。對(duì)于30207型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得a=15mm。因此，軸的支撐跨距為L(zhǎng)1=72mm。 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F ， ， C截面彎矩M 總彎矩 扭矩 （3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力 已選定軸的材料為45，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。 （4）鍵的選擇 采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，聯(lián)接聯(lián)軸器的平鍵截面，。 齒輪與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是過(guò)渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。 4.2.3軸承的選擇與校核 （1）軸承選擇 因?yàn)檩S承受一定的軸向力的作用，所以選用角接觸軸承。 軸Ⅰ：從《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》中表15-3中查得軸承的型號(hào)為：6204。外形尺寸為：d1=20mm，D1=47mm，B1=14mm。 （2）軸承校核 1）按承載較大的滾動(dòng)軸承選擇其型號(hào)，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為角接觸球滾子軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h 由上面的計(jì)算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=340.43N， 軸向力為Fa1=159.90N， 2）初步選擇滾動(dòng)軸承型號(hào)為30206，其基本額定動(dòng)載荷為Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。 3）．徑向當(dāng)量動(dòng)載荷 動(dòng)載荷為，查得，則有 ，滿足要求。 4.2.4鍵的選擇與校核 （1）鍵的選擇 鍵的類型有平鍵、半圓鍵、切向鍵等，是一種實(shí)現(xiàn)軸與輪轂間周向固定、用以傳遞轉(zhuǎn)矩的標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用非常地廣泛。[3] ①、聯(lián)軸器所用鍵：聯(lián)軸器所在軸徑為16mm，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表14-1中查得鍵寬為：b=5mm，鍵高為：h=5mm，從鍵的長(zhǎng)度系列可選擇L=32mm。 ②、同步帶輪所用鍵：同步帶輪所在軸徑為18mm，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表14-1中查得鍵寬為：b=6mm，鍵高為：h=6mm，從鍵的長(zhǎng)度系列可選擇L=18mm。 ③、制動(dòng)器所用鍵：制動(dòng)器所在軸徑為16mm，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表14-1中查得鍵寬為：b=5mm，鍵高為：h=5mm，從鍵的長(zhǎng)度系列可選擇L=12mm。 （2）鍵的強(qiáng)度校核 鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 鍵的工作長(zhǎng)度， ，合適 ，合適 4.2.5聯(lián)軸器的選用 根據(jù)前面計(jì)算，主軸最小直徑：為了與電機(jī)軸及聯(lián)軸器配合取 查機(jī)械手冊(cè)，根據(jù)軸徑和計(jì)算轉(zhuǎn)矩選用彈性柱銷聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計(jì)算 查表課本14-1， K=1.3，則 啟動(dòng)載荷為名義載荷的1.25倍，則 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)選擇聯(lián)軸器型號(hào)為選用YL3（J1型）凸緣聯(lián)軸器，其允許最大扭矩[T]=25，許用最高轉(zhuǎn)速 n=5000，半聯(lián)軸器的孔徑d=16，孔長(zhǎng)度l=35mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=36。 4.3同步帶的設(shè)計(jì) 4.3.1同步帶概述 （1）同步帶介紹 同步帶是綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的新塑傳動(dòng)帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動(dòng)過(guò)程中節(jié)線長(zhǎng)度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動(dòng)過(guò)程中投有滑動(dòng)，從而保證主、從動(dòng)輪間呈無(wú)滑差的間步傳動(dòng)。 同步帶傳動(dòng)（見(jiàn)圖4-2）時(shí)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw，i<10，對(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。 圖4-2 同步帶傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)帶齒與輪的齒槽相嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力。 同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無(wú)滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大，一般可達(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，不需潤(rùn)滑，無(wú)污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下正常工作。 本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機(jī)械傳動(dòng)中。同步帶的使用，改變了帶傳動(dòng)單純?yōu)槟Σ羵鲃?dòng)的概念，擴(kuò)展了帶傳動(dòng)的范圍，從而成為帶傳動(dòng)中具有相對(duì)獨(dú)立性的研究對(duì)象，給帶傳動(dòng)的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑。 （2）同步帶的特點(diǎn) 　 (a) 傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比； 　　(b) 傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低； 　　(c) 傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯； 　　(d) 維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低； 　　(e) 速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦； 　　(f) 可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。 （3）同步帶傳動(dòng)的主要失效形式 在同步帶傳動(dòng)中常見(jiàn)的失效形式有如下幾種： (a) 同步帶的承載繩斷裂破壞 同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承載繩斷裂損壞是常見(jiàn)的失效形式。失效原因是帶在傳遞動(dòng)力過(guò)程中，在承載繩作用有過(guò)大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當(dāng)選用的主動(dòng)撈輪直徑過(guò)小，使承載繩在進(jìn)入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用，也會(huì)產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見(jiàn)圖4-3)。 圖4-3 同步帶承載繩斷裂損壞 (b) 同步帶的爬齒和跳齒 根據(jù)對(duì)帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施： a)控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號(hào)所決定的許用圓周力。 b)控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。 c)適當(dāng)增大帶安裝時(shí)的初拉力開(kāi)。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。 d)提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。 (c)帶齒的剪切破壞 帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過(guò)程中，在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展，并沿承線繩表面延件，直至整個(gè)帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見(jiàn)圖4-4）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個(gè)： a)同步帶與帶輪問(wèn)有較大的節(jié)距差，使帶齒無(wú)法完全進(jìn)入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過(guò)大的載荷，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致帶齒剪切損壞。 b)帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過(guò)少，使嚙合帶齒承受過(guò)大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。 （3）同步帶的基體材料強(qiáng)度差 為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴(yán)格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)度的材料作為帶的基體材料。 圖4-4 帶齒的剪切破壞 （4）帶齒的磨損 帶齒的磨損（見(jiàn)圖4-5）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過(guò)大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計(jì)時(shí)，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時(shí)輪齒的擠壓和刮削；此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。 圖4-5 帶齒磨損 （5）同步帶帶背的龜裂(圖4-6) 同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后，有時(shí)在帶背會(huì)產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn) 生龜裂的原因如下， (a)帶基體材料的老化所引起； (b)帶長(zhǎng)期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。 圖4-6 同步帶帶背龜裂 防止帶背龜裂的方法是改進(jìn)帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。 （6）同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 據(jù)對(duì)同步帶傳動(dòng)失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機(jī)械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴(yán)格，安裝調(diào)試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動(dòng)的主要失效形式為如下三種； (a)同步帶的承載繩疲勞拉斷； (b)同步帶的打滑和跳齒； (c)同步帶帶齒的磨損。 因此，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強(qiáng)度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下應(yīng)對(duì)帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。 （7）同步帶分類 同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。 梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡(jiǎn)稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對(duì)稱齒型（代號(hào)DA)和交錯(cuò)齒型(代號(hào)DB〕。 梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國(guó)采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO 5296制訂了同步帶傳動(dòng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。 弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過(guò)程中齒的干涉。 弧齒同步帶耐磨性能好，工作時(shí)噪聲小，不需潤(rùn)滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 4.3.2同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）電機(jī)額定輸出功率估算 =7.16W （2）確定計(jì)算功率 電動(dòng)機(jī)每天使用24小時(shí)左右，查表4-1得到工作情況系數(shù)=1.7。則計(jì)算功率為: 12.17W （3）小帶輪轉(zhuǎn)速計(jì)算 （4）選定同步帶帶型和節(jié)距 由同步帶選型圖4.1可以看出，由于在這次設(shè)計(jì)中功率轉(zhuǎn)速都比較小，所以帶的型號(hào)可以任意選取，現(xiàn)在選取H型帶，節(jié)距 表4-1工作情況系數(shù)看 圖4-7 同步帶選型圖 （5）選取主動(dòng)輪齒數(shù) 查表4-2知道小帶輪最小齒數(shù)為14，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為41。 （6）小帶輪節(jié)圓直徑確定 = 表4-2 小帶輪最小齒數(shù)表 （7）大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定 由于系統(tǒng)傳動(dòng)比為，所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù)，節(jié)距 （8）帶速v的確定 （9）初定周間間距 根據(jù)公式 得 現(xiàn)在選取軸間間距為600mm。 （10）同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定 =() ==1720.67mm （11）帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算 有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=20。 （12）基本額定功率的計(jì)算 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表4-3可以知道：=2100.85N，m=0.448kg/m 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為 ==0.21KW 表4-3 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量 （13）計(jì)算作用在軸上力 ==71.6N 4.3.3同步帶的主要參數(shù) （1）同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度 同步帶工作時(shí)，其承載繩中心線長(zhǎng)度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長(zhǎng)作為帶的公稱長(zhǎng)皮，稱為節(jié)線長(zhǎng)度。在同步帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長(zhǎng)度是一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長(zhǎng)度過(guò)大過(guò)小，都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長(zhǎng)度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見(jiàn)表4-4）。 表4-4 帶節(jié)線長(zhǎng)度表 （2）帶的節(jié)距Pb 如圖4-8所示，同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長(zhǎng)度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來(lái)區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過(guò)鑄造模具來(lái)加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見(jiàn)表4-5。 （3）帶的齒根寬度 一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳送較大的裁荷。 圖4-8 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表4-5 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸 （4）帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過(guò)大，過(guò)大則使帶齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 （5）帶齒齒頂圓角半徑八 帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動(dòng)中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過(guò)大，否則亦會(huì)減少帶齒與輪齒問(wèn)的有效接觸面積。 （6）齒形角 梯形帶齒齒形角日的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過(guò)小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過(guò)大，又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。 （7）同步帶的設(shè)計(jì)結(jié)果 在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表4-6，帶的圖形如圖4-9。 表4-6 同步帶尺寸 型號(hào) 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 12.7 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 圖4-9 同步帶 4.3.4同步帶輪的設(shè)計(jì) （1）同步帶輪的設(shè)計(jì)的基本要求 (a)保證帶齒能順利地嚙入與嚙出 由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動(dòng)，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。 (b)輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí)，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。 (c)有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。 (d)具有合理的齒形角 齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過(guò)小，則會(huì)造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。 （2）同步帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)果 同步帶輪用梯形齒，其圖形如圖4-10。 圖4-10 同步帶輪結(jié)構(gòu) 4.4排絲部分的設(shè)計(jì) 4.4.1滾珠絲杠螺母副概述 （1）工作原理 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠來(lái)使絲杠與螺母之間由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的絲杠傳功。滾珠絲杠副在機(jī)械傳動(dòng)中的作用，同樣是可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也可以將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合情況，其傳動(dòng)方式也是多種多樣的。 滾珠絲杠副一般是由絲杠1、螺母2、滾珠3以及滾珠循環(huán)返回裝置4四個(gè)主要部分組成。如圖4-11所示。 (a) 為外循環(huán)方式 b) 為內(nèi)循環(huán)方式 1-滾珠絲杠 2-螺母 3-滾珠 4-反向器 圖4-11 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 從4-11可知，滾珠絲杠副就是指在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間，連續(xù)填滿滾珠作為中間體的螺旋傳動(dòng)。其工作原理如下： 當(dāng)螺母2(或絲杠1)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在絲杠與螺母間布置的滾珠3依次沿螺紋滾道滾動(dòng)，同時(shí)滾珠3促使絲杠1(或螺母2)作直線運(yùn)動(dòng)。為了防止?jié)L珠沿螺紋滾道滾出，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置(返向器)4，構(gòu)成一個(gè)封閉的滾珠循環(huán)通道。借助于這個(gè)返回裝置，可以使?jié)L珠沿滾道面運(yùn)動(dòng)后，經(jīng)通道自動(dòng)地返回到其工作的入口處，從而使?jié)L珠能在螺紋滾道上繼續(xù)不斷地參與工作。為了消除間隙和提高傳動(dòng)精度及剛度，滾珠螺母常由兩段組成。 滾珠絲杠副除了上述四個(gè)部分外，還要有擦拭器，擦拭器將異物從滾珠絲杠內(nèi)部的關(guān)鍵部件中清除掉，并確保有效潤(rùn)滑。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，擦拭器可延長(zhǎng)滾珠絲杠的壽命并提高機(jī)械的可靠性。擦拭器可安裝在滾珠絲杠的外部或內(nèi)部。 （b）滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn) 滾珠絲杠副作為精度高的傳動(dòng)元件在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床上得到廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械工業(yè)、交通運(yùn)輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的很普遍，可用作精密定位自動(dòng)控制、動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。滾珠絲杠副傳動(dòng)與滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)相比其主要特點(diǎn)是： 傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.9～0.98，平均為滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的2～3倍，可節(jié)省動(dòng)力1/2～3/4，有利于主機(jī)的小型化及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 摩擦力矩小，接觸剛度高，使溫升熱變形減小，有利于改善主機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和提高工作精度； 工作壽命長(zhǎng)。平均可達(dá)滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的10倍左右； 傳動(dòng)無(wú)間隙，無(wú)爬行，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高； 具有很好的高速性能，其臨界轉(zhuǎn)速之dn值 （d為軸徑，mm；n為轉(zhuǎn)速，r/min）可達(dá)40000以上，可實(shí)現(xiàn)線速度120r/min的高速驅(qū)動(dòng)； 具有傳動(dòng)的可逆性。既可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也可以把直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且逆?zhèn)鲃?dòng)效率與正傳動(dòng)效率相近； 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，并出現(xiàn)了冷軋滾