1、本科毕业设计说明书（论文）I摘 要电火花加工技术涉及机械、电子、电力、材料、计算机、控制技术等广泛领域，是随脉冲电源的发明而逐步发展成熟的一项新的加工技术。可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料,加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工。电火花是工件加工的重要应用领域之一，广泛应用于航空航天、微电子、医学、光学以及模 具等各个领域中，能够部分取代传统的加工技术。而且随着科学技术的发展，电火花加工将有更大的发展空间，将在更广泛的领域中为人类服务。但现在的电火花加工还存在很多问题，进行电火花加工必须具备三个条件：1.必须采用脉冲电源；2.必须采用自动进给调节装置
2、，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；3.火花放电必须在具有一定绝缘强度（103107 m）的液体介质中进行。本文针对电火花加工机的特点进行设计一款使用的电火花加工机：一是对电火花加工机的 Z 轴进行设计，也就是使夹具能够上下移动完成加工。二是为电火花加工机设计一套减速装置能使之更好的适应各种工作条件。还对加工的工作台进行了数控方面的设计。关键词：工作台；Z 轴；电火花加工；减速器。 本科毕业设计说明书（论文）IIAbstractElectrical discharge machining technology involved in the machinery, the electro
3、n, the electric power, the material, the computer control technology, field, with the invention of pulse power and gradually developed a new processing techniques. Can be any high strength, high hardness and high toughness and brittleness and high purity of conductive materials processing, has no ob
4、vious, suitable for low mechanical strength and stiffness of the micro-structure of processing.Edm is an important application field of workpiece machining, widely used in aerospace, microelectronics, medicine, optical and mould etc fields, can partly replace traditional processing technology. But w
5、ith the development of science and technology, edm will have larger development space, will be more widely for human services. But now, edm, there exist many problems in edm must have three conditions:1 Must adopt pulse power,2 Must adopt the automatic feeding adjusting device, to keep the tool elec
6、trode and workpiece electrode gap between the discharge tiny,3 To spark discharge in certain insulation intensity (103-107 . m) liquid medium.Based on the characteristics of electric machine design using spark machine:One is the Z axis of edm machine design, namely make fixture can move finish machi
7、ning.2 for edm machine is designed a set of slowing device can better adapt to all kinds of working conditions. Also on the bench for the nc machining of design.Keywords: table, Z axis, Edm, Reducer.本科毕业设计说明书（论文）III目录摘 要 .IAbstract.II目录 III1 绪论 .11.1 电火花加工技术的背景 .11.2 电火花加工的意义与分类 .11.3 电火花加工机的原理与特点 .
8、21.4 电火花加工机的现状及发展前景 .32 总体方案的确定 42.1 方案确定时的注意事项 .42.2 总体思路 .42.3 数控系统总体方案的确定 .93 机械部分设计 .113.1 电火花加工机 Z 轴的设计 .113.2 工作台垂直进给系统的设计与计算 113.3 丝杠的计算和选择 123.4 传动装置总体设计 143.5 确定传动装置的总传动比和分配传动比： .163.6 计算传动装置的运动和动力参数： 163.7 齿轮的设计 173.8 减速器机体结构尺寸如下： .193.9 轴的设计 .203.10 高速轴大齿轮的设计 .303.11.联轴器的 选择 .313.12 润滑方式的
9、确定 .314 系统控制软件设计 324.2 步进电 机的控制原理 324.3 控制器的总体设计 334.4 控制系统完成的 功能 334.5 软件设 计 34结 论 36致 谢 37本科毕业设计说明书（论文）IV参考文献. 38附 录.39本科毕业设计说明书（论文）11 绪论1.1 电火花加工技术的背景电火花加工是基于正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对材料进行加工的，又称为放电加工，电脉冲加工等。是一种利用电，热能量进行加工的方法，是在 20 世纪 40年代开始研究和逐步应用到生产中的。早在 19 世纪初，人们就发现，插头或电器开关触点在闭合和断开时，会出现明亮的蓝白色火花，因而烧损接触部位
10、。人们在研究如何延长电器触头使用寿命过程中，认识了产生电腐蚀的原因，掌握了电腐蚀的规律。前苏联学者拉扎连科夫妇在研究电腐蚀的现象的基础上，首次将电腐蚀原理运用到了生产制造领域。电器触点电腐蚀后的形貌是随机的，没有确定的尺寸和公差。要使电腐蚀原理用于尺寸加工。电火花加工就是特种加工的一种，早在 20 世纪就有出现，苏联学者研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。50 年代初，改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉
11、冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。60 年代中期，出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。到 70 年代，出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。1.2 电火花加工的意义与分类电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称 EDM。
12、其意义重大，可以概括为以下几点：电火花加工具有良好的操作性，它能加工普通切削加工方法难以加工的材料和复杂形状的工件。加工过程中没有明显的切削力，所以在加工工件上不会产生毛刺、刀痕以及沟本科毕业设计说明书（论文）2纹等缺陷。在加工时工具的电极材料可以没有工件材料硬，这样就比其他的加工有更大的发展空间。能够直接使用电能加工，便于实现自动化和工件的大规模生产。按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类： 电火花成形加工 利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的加工。 电火花线切割加工 利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形 状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的
13、加工； 电火花磨削 利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的加工； 电火花共轭回转加工 用于螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的加工； 表面处理 小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。综上所述，电火花加工正逐步地取代传统的加工技术，在国家的制造领域发挥着越来越重要的作用，所以本课题设计的电火花加工机有着实际的使用价值和研究价值。1.3 电火花加工机的原理与特点电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0
14、.010.05mm） 。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10 610 7Wmm 2） ，放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。从上看出，进行电火花加工必须具备三个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工
15、具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（10 310 7 m）的液体介质中进行。电火花加工具有如下特点：可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花本科毕业设计说明书（论文）3加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。所以在我们做设计的过程中应该能考虑到电火花加工机的特点，使它的设计能符合它的特点能更好的发挥其性能。1.4 电火花加
16、工机的现状及发展前景从电火花加工技术创立至今,已经有几十年的历史。经过世界各国学者的不断努力,电火花加工的发展非常迅速,应用范围不断扩大,基础理论和技术装备都 日趋完善。电火花加工技术发展已成为现代生产上极其重要的加工手段,在制造 业发挥着不可替代的功能。 随着制造技术水平的不断提高,涌现出很多新问题需要我们解决。目前,微小型电火花加工装置已成为探究的热点。在航空航天、微电子、医学、光学以及模 具等各个领域中,有许多零件采用常规机床加工困难,甚至无法加工,非凡是对 狭小空间内的加工,还有微细孔的加工以及难加工材料的加工等,采用微小型电 火花加工装置则会取得令人满足的效果。 为了适应当今电火花加
17、工技术发展的需要,本文设计了一台便携式电火花加 工机;制造了该加工机的电源部分,探究了此电源的放电伏安特性;设计了该加 工机的自动进给调节系统和机械装置;用 Pro/ENGINEER 完成了产品造型。 国内数控电火花成型加工机床，高档的全数控的主要是由国外独资和合资生产的为主，和国外全自动（电火花成型加工中心机）电火花成型加工机床还有较大的差距。如北京安德公司，北京迪蒙斯巴克公司、苏州三光公司、苏州沙迪克公司、上海三菱电机自动化公司、北京高维公司（北京机床所精密电机公司） 、大连三菱电机公司等生产。大连三菱电机、苏州沙迪克和上海三菱电机自动化公司等生产的机床档次最高。如北京迪蒙斯巴克公司前身是
18、北京电加工研究所和沙迪克公司合资生产的迪蒙牌精密数控电火花成型加工机床，可实现三维编程加工，机床精度较高，具有专家（基本的）控制功能，有防电弧、电极平动数控抬刀、电参数自动调整等功能，脉冲电源具有加工硬质合金等材料的专用加工回路，加工表面质量和加工精度也较高。 目前单轴（Z 轴）简易数控（分段、可程式）电火花成型加工机床是市场上抵挡较高的机床主要产品，有相当大的市场，这种机床一般可将加工分成 912 段，自动可控加工，有的机床具有可控机床抬刀，优异的 Z 轴伺服控制，能较好的满足中低零件的加工要求。苏州电加工机床所（苏州中特公司）研制的高速轮胎模专用数控电火花加工机床具有代表性，机床有较精确的
19、多自由度（多轴）调节机构，有高精度电极装夹柄，精确的分度功能、Z 轴伺服、专用数控系统、专用软件、油槽升降式能浸入加工，实现各种轮胎高性能的稳定的加工要求。电火花加工机的前景很好，也体现了我们设计的重要性和实用性。本科毕业设计说明书（论文）42 总体方案的确定2.1 方案确定时的注意事项3机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（即高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次的毕业设计满足以下几个方面：1. 转动惯量小 在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量小。否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。所
20、以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。2. 刚度大 刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚度对机械系统而言是有利的：伺服系统动力损失随之减小。机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。增加闭环伺服系统的稳定性。所以在设计时应选用大的刚度的机构。3阻尼合适 机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳态误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻尼要选着适当。只要是丝杠的选择的确定。此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度） 、共振性好（提高机构的稳定性） 、间隙小（保证机构的传动精度） ，特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性
21、相匹配。 以上这些注意事项会在机械系统的确定中有所体现。 2.2 总体思路总体思路如下: 电机的选定传动副的选定工作台的要求联轴器的选定本科毕业设计说明书（论文）5减速装置的设计2.2.1 电机的选择步进电机与交流伺服电动机的性能比较 步进电机与伺服电动机同样属于执行电动机，同样是将电信号转变为机械信号。其控制方式也基本相似，同样是用脉冲串和方向信号实现电机控制。但在性能和应用场合上存在较大差异。 1 控制精度不同： 1步进电机的控制精度由步距角决定，电机 P（步进电机相数）值受物理条件限制，而交流伺服电动机的控制精度则是由一个旋转编码器保证，由脉冲当量控制，能够实现较高的精度。 输出力矩不同
22、： 2步进电机的输出力矩会随电机转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，而交流伺服电机为恒力矩输出。 过载能力不同： 3步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。步进电机因为没有过载能力，在选型时为了克服惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 运行性能不同： 4步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出
23、现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 速度响应性能不同： 5步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要 200400 毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速 3000RPM 有的仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。由于底座上的电机要求能输出转矩，在横向能控制精度，所以选择普通步进电机即可。2.2.2 传动副的选定传动副的主要种类有：带传动，链传动，轴传动，齿轮传动,丝杠传动。本科毕业设计说明书（论文）6带传动一般有以下特点：带有良好的饶性，能吸收震动，缓和冲击，传动平稳噪音小。当带传动过载时，带在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起到过载保护作用。结
24、构简单，制造，安装和维护方便。带与带轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率较低。由于带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力。带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑。带的寿命较短，需经常更换。由于带传动存在上述特点，故通常用与中心距较大的两轴之间的传动传递功率一般不超过 50KW。链传动兼有带传动和齿轮传动的特点。主要优点：与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比（平均传动比） ，传动效率较高（润滑良好的链传动的效率约为 97 98%） ；又因链条不需要象带那样张得很紧，所以作用在轴上的压轴力较小；在同样条件下，链传动的结构较紧凑；同时
25、链传动能在温度较高、有水或油等恶劣环境下工作。主要缺点：运转时不能保持恒定传动比，传动的平稳性差；工作时冲击和噪音较大；磨损后易发生跳齿；只能用于平行轴间的传动。链传动主要用在要求工作可靠,且两轴相距较远,以及其他不宜采用齿轮传动的场合。齿轮传动的特点 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为 96%99%，这对大功率传动有很大的经济意义。结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。 工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。传动比稳定 传动比稳定往往是
26、对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。滚珠丝杆的主要优点有： 滚动摩擦系数小，传动效率高，其效率可达 90%以上，摩擦系数 f= 0.0020.005；摩擦系数与速度的关系不大，故起动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳；本科毕业设计说明书（论文）7磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高；不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。滚珠丝杆的缺点有：结构复杂，制造困难；在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构；承受能力不如滑动螺旋传动大。所以在选择丝杆时因为要满足：传动效率高系统
27、刚性好传动精度高使用寿命长运动具有可逆性（既可将回转运动转变为直线运动，又可将直线运动变为回转运动，且逆传动效率几乎与正传动效率相同） 会自锁 进行预紧和调隙。在本设计中，在 Z 轴方面丝杠基本不需要承受能力对其的稳定性有很大影响，保证了其加工精度。但丝杠又分为普通螺纹丝杠和精密滚珠丝杠。普通螺纹丝杠，就是一般机床上常用的丝杠。普通的丝杠摩擦力大、已损坏、易磨损，在高速运动时容易发生卡死现象。精密滚珠丝杆是电火花加工机中最贵的机械零件，加工的精度很大程度上都取决与它，所以滚珠丝杠需要预紧，正反转进给才不会有间隙产生。滚珠丝杠的优点是精度好、阻力小、寿命长。所以我们在设计中选择丝杠传动。2.2.
28、3 工作台的选定导轨5作为传动系统中精度要求很高的部件，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。直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。导轨的高精度决定了结束要求也很严格；主要的技术要求有：导向精度导向精度是指运动构件沿导轨导面运动时其运动轨迹的准确程度。影响导向精度的主要因素有导轨承导面的几何精度、导轨的结构类型、导轨副的接触精度、表面粗糙度、导轨和支承件的刚度、导轨副的油膜厚度及油膜刚度，
29、以及导轨和支承件的热变形等。本科毕业设计说明书（论文）8直线运动导轨的几何精度一般包括：垂直平面和水平平面内的直线度；两条导轨面间的平行度。导轨几何精度可以用导轨全长上的误差或单位长度上的误差表示。精度保持性精度保持性是指导轨工作过程中保持原有几何精度的能力。导轨的精度保持性主要取决于导轨的耐磨性极其尺寸稳定性。耐磨性与导轨副的材料匹配、受力、加工精度、润滑方式和防护装置的性能的因素有关，另外，导轨及其支承件内的残余应力也会影响导轨的精度保持性。运动灵敏度和定位精度运动灵敏度是指运动构件能实现的最小行程；定位精度是指运动构件能按要求停止在指定位置的能力。运动灵敏度和定位精度与导轨类型、摩擦特性
30、、运动速度、传动刚度、运动构件质量等因素有关。导轨运动平稳性是指导轨在低速运动或微量移动时不出现爬行现象的性能。平稳性与导轨的结构、导轨副材料的匹配、润滑状况、润滑剂性质及导轨运动之传动系统的刚度等因素有关。抗振性与稳定性抗振性是指导轨副承受受迫振动和冲击的能力，而稳定性是指在给定的运转条件下不出现自激振动的性能。刚度导轨抵抗受力变形的能力。变形将影响构件之间的相对位置和导向精度，这对于精密机械与仪器尤为重要。导轨变形包括导轨本体变形导轨副接触变形，两者均应考虑。结构工艺性结构工艺性是指导轨副（包括导轨副所在构件）加工的难易程度。在满足设计要求的前提下，应尽量做到制造和维修方便，成本低廉。XY
31、 工作台系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动, 系统没有检测装置; 半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动, 并在电机输出轴安装脉冲编码器, 将速度反馈信号传给控制单元; 闭环的伺服系统也是采用交流或直流伺服电机驱动, 位置检测装置安装在工作台末端, 将位置反馈信号传给控制单元。闭环和半闭环伺服系统价格昂贵，结构复杂，同时其可控分辨率也很高，但在本次设计中，其位置精度（0.02mm）要求不高，考虑到成本低，维修方便，工作稳定等条件。选用步进电机伺服系统就可以满足要求。其通过 PLC 控制步进电机的驱动, 经传动机构带动工作台运动。 本科毕业设计
32、说明书（论文）92.2.4 联轴器的选定 由于要求设计的工作台属于轻载型工作台，工作台上的负载折算到电机上的转动惯量不是很大，所以电机与丝杠的连接用联轴器就可以满足要求。这样大大简化了主轴的结构，缩短传动链，提高了传动精度。同时有效地提高了主轴部件的刚度。2.2.5 减速装置的选定4减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。齿轮减速机：齿轮减速机的齿轮一般采用的是高强度低碳合
33、金钢，经渗碳淬火工艺制作而成，齿轮减速机的齿面硬度达 HRC58-62，齿轮减速机的齿轮均采用数控磨齿工艺，接触性好，精度高。运转平稳，噪音低。易于拆检，易于安装。齿轮减速机的体积小，使用寿命长，重量轻，承载能力高。传动率高：单级大于 96.5%，双级大于 93%，三级大于 90%。双蜗轮蜗杆减速机：双蜗轮蜗杆减速机适用于机械传动中高效率传输减速器用，其传动的可逆或不可逆两种类型可分别应用于机械传动的不同场合。减速机主要结构有箱体、输入轴、中间轴、输出轴、轴承、传动蜗轮为经特殊设计的成对出现的左、右旋双蜗轮。该减速机与同功率普通减速机相比，传动效率高、体积小、重量轻、结构简单、传动平稳，并可与
34、普通齿轮传动组合使用。行星减速机：行星减速机主要传动结构为:行星轮,太阳轮,外齿圈. 行星减速机因为结构原因,单级减速最小为 3,最大一般不超过 10 减速机级数一般不超过 3,但有部分大减速比定制减速机有 4 级减速. 相对其他减速机,行星减速机具有高刚性,高精度(单级可做到 1 分以内),高传动效率(单级在 97%-98%),高的 扭矩/体积比,终身免维护等特点. 行星减速机是一种用途广泛的工业产品，其性能可与其它军品级减速机产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被应用于广泛的工业场合。该减速器体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低。具有功率分流、多齿啮合独用的特性。综上所
35、述，我们所选择的是齿轮减速器。因为其精度高，接触性好，运行平稳对本科毕业设计说明书（论文）10于电火花加工机的精确加工有很大的作用。2.3 数控系统总体方案的确定数控系统一般采用控制器主要有两种：PLC 和单片机单片机的介绍及其优缺点：单片计算机是将电子计算机的基本环节,如:CPU(又称中央处理器,主要由运算器,控制器组成),存储器,总线,输入输出接口等,采用集成电路技术集成在一片硅基片上.由于单片计算机体积很小(仅手指般大小),功能强(具有一个简单计算机的功能),因而广泛用于电子设备中作控制器之用.从控制的观点,我们也常称它为单片控制器. 单片微控制器的工作离不开软件,即固化在存储器中的已设
36、计好的程序.所有带单片微控制器的电子设备,它的工作原理当然与具体设备有关.但它的最基本的原理是一样的,即: 1) 从输入接口接收来自外界的信息存入存储器. 这些信息主要包括二部分:来自诸如温度压力等传感器的信息; 来自人工干预的一些手动信息,如开关按钮等操作. 2) 单片微控制器中的 CPU 根椐程序对输入的数椐进行高速运算处理. 3) 将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构,如继电器,电机,灯泡等. 当前这个过程不断重复着,即系统中的微电脑不断监视着各种信息,并及时作出不同的处理使系统正常运行。PLC 的介绍及其优缺点PLC（Programmable Logic Controller）
37、可编程逻辑控制器，是工业控制计算机。采用梯形图、助记符、功能图等编程语言，完成逻辑运算、顺序控制、记数、定时、计算及模拟量处理等功能。具有光电隔离的输入输出端子，可代替大量的定时器、记数器、继电器，具有极高的可靠性。通过各种扩展模块，可增加输入/输出点数，增加模拟量功能如可直接接热电偶等，增加通信功能及特殊通信协议等，具有较高的使用灵活性。具体特点如下：1 可靠性高，抗干扰能力强2 配套齐全，功能完善，适用性强3 易学易用，深受工程技术人员欢迎4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造5 体积小，重量轻，能耗低由于本课题研究的电火花加工机是应用于工业环境中的，所以所选用的控制器必须要拥有
38、较好的抗干扰能力，在上面对单片机与 PLC 的比较中，可以知道 PLC 具有光本科毕业设计说明书（论文）11电隔离的输入/输出，方便应用并具有极高的可靠性、抗干扰能力、扩展能力以及使用方便性等特点。所以用 PLC 控制才能达到电火花加工机的精准控制与定位。3 机械部分设计3.1 电火花加工机 Z 轴的设计1 系统运动方式的确定该系统要求工作台沿垂直方向的运动有精确运动关系因此选用连续控制方式。2 伺服系统的选择电火花垂直方向 z 轴的负载不大，开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，所以结构简单，调整维修容易，从而得到广泛应用3 Z 轴工作台的
39、传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用丝杠螺母传动副。垂直方向进给采用丝杠螺母副将回转运动转化为直线运动来实现。电机驱动丝杠旋转，使丝杠上螺母直线运动。丝杠螺母副能有效的保证传动的精度和平衡性由于工作台和运动部件重量和载荷不大，采用一条光杠做为导轨，从而减小工作台的振动，提高传动的平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑电动机的匹配，要加上调整装置，因此采用齿轮减速传动。螺母通过螺母座连接工作台，工作台上使用光杠。综合移动范围,进给精度等因素，选择：滚珠丝杠基本导程：L =5mm0步进电机步距角：=0.75快速进给速度:v=1m/min由此
40、可得电机与滚珠丝杠的传动比:i=因此需加调速装置,使用齿轮减速装置.3.2 工作台垂直进给系统的设计与计算Z 轴的设计1内容包括:确定系统的脉冲当量,运动部件惯性的计算,选择步进电机.绘本科毕业设计说明书（论文）12制机械部分装配图等.脉冲当量是一个指令的工作台进给量,应小于工作台的位置精度.由于定位精度为0.01，因此选择脉冲当量为 0.01mm工作台重量加上夹具重量:W=80kg F=800N滚珠丝杠基本导程 L=5mm工作台的有效行程: s=40mm脉冲当量: =0.01mm/step快速进给速度： V =2m/minmaw由于电火花的加工没有切削力，所以算 z 轴不用计算切削力。机床的
41、丝杠的轴向力为：P=800N3.3 丝杠的计算和选择初选丝杠材质 CrWMn 钢，HRC58-60，导程：5mm3.31 强度计算电火花加工没有切削力Fmax=800N寿命值：L= 其中丝杠转速 n= (r/min)610nT0lmax VT=15000n= = =400r/min0lax 52L= =360610*4最大动载荷Q= FfLwh3式中 f 为载荷系数 f 为硬度系数 HRC58 时为 1.0hw查表得小冲击时 f 取 1.0 f 取 1.0 则Q= = =5691FLwh3 80*1.603根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式并根据最大动载荷的数值可选择可选择滚本科毕业设计说
42、明书（论文）13珠丝杠的型号 CM 系列滚珠丝杠副其型号为 CM2005-5其额定动载荷为 142051.2115齿轮端面与内箱壁距离22 10箱盖，箱座肋厚 m,1 85.0,.1198.5轴承端盖外径 2D+（5 5.5）2:3d120（1 轴）125（2 轴）150（3 轴）轴承旁联结螺栓距离S2120（1 轴）125（2 轴）150（3 轴）本科毕业设计说明书（论文）213.9 轴14的设计：3.9.1 高速轴设计材料：选用 45 号钢调质处理。查课本取 C=100。35Mpa各轴段直径的确定：得： 又因为装小带轮的电1min33.20.48PdC动机轴径 ，又因为高速轴第一段轴径装配
43、大带轮，且 所以查38d 10.823d:手册取 。L 1=1.75d1-3=60。16因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册取 ，240 240L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。段装配轴承且 ，所以查手册取 。选用 6009 轴承。3d3d345dL3=B+ +2=16+10+2=28。3段主要是定位轴承，取 。L 4根据箱体内壁线确定后在确定。4 450装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴： 5d查手册得：412.5fdetm13.tm得：e=5.96.25。段装配轴承所以 L6= L3=28。6d633.9.1.1 校核该轴和轴承L1=73 L2=211 L3
44、=96作用在齿轮上的圆周力为：3120.912485tTFNd径向力为 9847rtFgtN作用在轴 1 带轮上的外力： 132.8Q求垂直面的支反力：本科毕业设计说明书（论文）222110738rVlFN212rV求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图： 327057.6avMFl Nm1814求水平面的支承力：由 得12()HtFllN21129481773HtlFN215tH求并绘制水平面弯矩图： 3197018.2aHMFl m2554求 F 在支点产生的反力： 312961.83.7Fl N214.2.517.求并绘制 F 力产生的弯矩图： 323.89608.FMl N147127aF 在
45、a 处产生的弯矩： 3138.0.aFl m求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把 与 直接相加。aFM2avH 227.5.618.96.1aV N本科毕业设计说明书（论文）23 2 227.5.418.96.aFaVHMNm求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m 处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）0.2222()196.(0.16.9)4aeT计算危险截面处轴的直径：因为材料选择 调质，查课本得 ，查课本得许用弯曲应力#455BMPa，则：160bMPa3331206.412.50.ebdm因为 ，所以该轴是安全的。54adm3.9.1.2 轴承寿命校核：轴承寿命可由式 进行校核，由于
46、轴承主要承受径向载荷的作用，所以610()thPCfLhn，查课本取 取rPF,.2,tpf3按最不利考虑，则有： 221180197384.72.rvHFF N22516r则 因此所该轴承符合要求。6631009.5()()6.314.81thPCfLhn年3.9.1.3 弯矩及轴的受力分析图如下：本科毕业设计说明书（论文）24轴 13.9.1.4 键的设计与校核: 根据 ，确定 V 带轮选铸铁 HT200，参考教材表 10-9,由于136,0.9dT在 范围内，故 轴段上采用键 ： , 136d081dbh108采用 A 型普通键:键校核.为 L1=1.75d1-3=60 综合考虑取 =5
47、0 得l查课本 所选键为：31406.97.385pTMpadlh506b:b中间轴的设计：材料：选用 45 号钢调质处理。查课本取 C=100。35Mpa本科毕业设计说明书（论文）25根据课本得： 2min33.106.8PdC段要装配轴承，所以查手册第 9 页表 1-16 取 ，查手册选用 6208 轴承，L 1=B+1d 140d+ + =18+10+10+2=40。32:装配低速级小齿轮，且 取 ，L 2=128，因为要比齿轮孔长度少 。2 21d24523:段主要是定位高速级大齿轮，所以取 ，L 3= =10。3d 360d4装配高速级大齿轮，取 L4=84-2=82。4 4段要装配
48、轴承，所以查取 ，查手册选用 6208 轴承，5 5L1=B+ + +3+ =18+10+10+2=43。32:校核该轴和轴承：L 1=74 L2=117 L3=94作用在 2、3 齿轮上的圆周力：32470.127095tTFNdN33.89t径向力： 27025rtFgt3893169rt N求垂直面的支反力 32311()5(74)19rrVFll231268520rVrFN计算垂直弯矩： 317410.9aVmMl m312()36()857105.aVnrFl 求水平面的支承力： 32311()870942461ttHll N2315830ttHFF本科毕业设计说明书（论文）26计算、绘制水平面弯矩图： 3145867102.aHmMFl Nm32132()()89710295.aHntFl N求合成弯矩图，按最不利情况考虑： 223amavHm25930nnaMm求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n 处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）.62222()30(.6470.3)1eanTN 28.m m计算危险截面处轴的直径：n
