1、本科毕业设计说明书(论文)I摘 要由于现代科学工作者技术的迅猛发展,机械工业，电子工业，航空航天工业，化学工等，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展，以及在高温、高压、重载荷或腐蚀环境下长期可靠地工作。为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量出现，其结构和形状越来越复杂，材料的性能越来越强韧，对精度要求越来越高，对加工表面粗糙度和完整性要求越来越严格，使机械制造面临着一系列严峻的任务。1） 解决各种难切削材料的加工问题。如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、锗等各种高硬度、高韧性、高脆性的金属材料的加工。2） 解决各种特殊复杂型面的加工问题。如喷气涡轮
2、机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模等的立体成型表面。 要解决上述一系列的问题，传统的切削加紧工方法很难实现，有些根本无法实现。在生产的迫切需求下，人们不断研究和探索新的加工方法。精密电火花加工就是在这种环境下产生和发展起来的。关键词：机械；精密；加工；电火花本科毕业设计说明书(论文)IIAbstractThanks to modern technology rapid development of scientific workers，Mechanical industry, electronic industry, the aerospace industry, chemical etc
3、and more，Request advanced science and technology to the high precision, high speed products, power, miniaturization,direction, And in high temperature, high pressure, heavy load or corrosive environment long-term working reliably. In order to adapt to the requirements of the new structure, and new m
4、aterials and complex shape precision components, its structure and shape is more and more complicated, the properties of materials and fortitude, accuracy, completeness of surface roughness and more stringent requirements, mechanical manufacturing is facing a series of serious tasks.1) to solve all
5、kinds of difficult problems of cutting materials processing. Hard alloy, titanium alloy, such as heat resistant steel, stainless steel, high hardness etc. Various ge, high toughness, high brittle metal material processing.2) to solve the problem of various special factors. As the jet turbine blade,
6、turbine, blast, forging the magazine etc. Stero-prototyping surface,To solve these problems, a series of traditional cutting to work hard to achieve, some basic method can achieve. In urgent need of the production, research and exploration for new people. Precision edm is in this kind of environment
7、 and development.Key words：Machinery ；precision；processing ；edm本科毕业设计说明书(论文)III目 录摘 要 .IAbstract.II1 引 言 .11.1 电火花加工的背景 11.2 电火花加工的意义及特点 .11.3 电火花加工机的现状及发展前景 22 电火花原理 和总体方案拟定 .32.1 电火花加工机的原理 32.2 拟定总体设计方案 .33 电火花 Z 轴的 设计计算 .83.1 概述 .83.2 丝杠的计算和选择 .83.3 减速器的设计与计算 .113.4 步进电机的计算与选择 .144 步进电 机 PLC 控制设计
8、 214.1 步进电机控制器的选择 214.2 步进电机的控制原理 214.3 控制器的总体设计 22总 结 24致谢 25参考文 献 26附录 26本科毕业设计说明书(论文)11 引言1.1 电火花加工的背景1943 年，苏联学者拉扎连科夫妇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
9、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 电火花加工的特点及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。电火花加工的特点为：1.电 火 花 加 工 能 加 工 普 通 切 削 加 工
10、 方 法 难 以 切 削 的 材 料 和 复 杂 形 状 工 件 。2.加 工 时 无 切 削 力 ； 不 产 生 毛 刺 和 刀 痕 沟 纹 等 缺 陷 。3.工 具 电 极 材 料 无 须 比 工 件 材 料 硬 。4.直 接 使 用 电 能 加 工 ， 便 于 实 现 自 动 化 。5.加 工 后 表 面 产 生 变 质 层 ， 在 某 些 应 用 中 须 进 一 步 去 除 。6.工 作 液 的 净 化 和 加 工 中 产 生 的 烟 雾 污 染 处 理 比 较 麻 烦 。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：1.利用成型工具电极，相对工件作简单进
11、给运动的电火花成形加工；2.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，以切割导电材料的电火花线切割加工；3.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电火花磨削；4.用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工； 本科毕业设计说明书(论文)25.小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工 。11.3 电火花加工机的现状及发展前景国内数控电火花成型加工机床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机床还有较大的差距。我国的生产电火花的公司有北京安德公司，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
12、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。北京迪蒙斯巴克公司前身是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。 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
13、要求。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的主要产品，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。电火花数控机床正逐步向小型化，便携式发展。本课题就是在这样的现状和背景下提出的，为了满足工业环境的需求，本文将要设计一个便携式电火花加工机。本科毕业设计说明书(论文)32 电火花原理和总体方案拟定2.1 电火花加工机的原理电火花加工时，脉冲电源的一端接工具电极，另一端接工件电极，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
14、给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持很小的放电间隙（0.010.05mm） 。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
15、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，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（10 310 7 m）的液体介质中进行。图 2-1 电火花工作原理图2.2 拟定总体设计方案本科毕业设计说明书(论文)42.2.1 概述本课题的设计内容主要包括两大部分：机械部分设计和电气控制部分设计。其中，机械部分主要有传动系统的设计选型、伺服控制系统的类型选用、减速机构的选择计算等；电气控制部分主要有硬件部分设计和软件部分设计。2.2.2 机械部分的拟定2.2.2.1 电动机的选用 电机有直流电机，交流电机，步进电机等。直流电机有非常良好的启动特性和调整
16、性能。但直流电动机结构比较复杂，制造和维护不方便，而且由于晶闸管等整流设备的大量使用，直流发动机已经逐步被取代。交流电动机中使用最广泛的是三相异步电动机，三异步电动机结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的稳态和动态特性，得到了广泛应用，但其主要的缺点是调速困难。步进电机是一种将电脉冲信号民变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度称为步距角。简称为步距。脉冲一个一个的输入，电动机便一步一步的转动 。2步进电动机角位移量与输入脉冲数量严格成比例，这就不会引起误差的积累，其转速与脉冲频率和步距角有关。控制输入脉冲数量、频率及电动机
17、各绕组的接通次序，可以得到各种需要的运行特性。步进电机转子运动的速度主要取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲信号数，故它作为伺服电动机应用于设计中，可以使系统简化，工作可靠，而且不需要位移传感器就可以达到较精确的定位，获得较高的控制精度 。综上所述，本文采用步进电动机作为执行机构的伺服系统。2.2.2.2 传动机构的确定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。丝杠可以将电动机的回转运动转化为垂直方向的直线运动。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。丝杠按其摩擦特性可分为三类：滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。滑动螺旋结构简
18、单，便于制造，易于自锁，但其缺点是摩擦阻力大，传动效率低，磨损快，传动精度低。本科毕业设计说明书(论文)5滚动螺旋和静压螺旋具有传动效率高，起动力距小，传动平衡，工作寿命长等特点，所以在机床，汽车，武器制造业中应用很广。缺点是制造工艺复杂。静压螺旋还需要供油系统。因此只在高精度，高效率的重要传动中才会使用，其成本很大 。3根据电火花加工的特点以及从制造经济成本的考虑，本设计选用滚珠丝杠副。2.2.2.3 减速机构的确定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，因此需要采用减速传动。常用的减速机构有四种，分别是带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆
19、传动。带 传 动 是 一 种 挠 性 传 动 。 带 传 动 具 有 结 构 简 单 、 传 动 平 稳 、 价 格 低 廉 和 缓 冲 吸振 等 特 点 ， 在 现 在 机 械 中 应 用 广 泛 。 但 传 动 带 在 受 到 拉 力 的 时 候 会 产 生 弹 性 变 形 ，弹 性 变 形 会 使 带 与 轮 之 间 有 微 小 的 滑 动 ， 而 且 无 法 避 免 。与 摩 擦 型 的 带 传 动 相 比 ， 链 传 动 无 弹 性 滑 动 和 整 体 打 滑 的 现 象 ， 因 而 传 动 效 率较 高 。 链 传 动 的 缺 点 是 ： 只 能 实 现 平 行 轴 间 链 轮 的
20、 同 向 传 动 ； 运 转 时 不 能 保 持 恒 定的 瞬 时 传 动 比 ； 工 作 时 有 噪 声 ； 最 重 要 的 是 它 无 法 用 在 高 速 和 急 速 反 向 的 传 动 中 。蜗 杆 传 动 可 达 到 很 大 的 传 动 比 ， 冲 击 载 荷 小 ， 传 动 平 稳 。 但 是 蜗 杆 传 动 在 滑 动速 度 很 大 时 ， 摩 擦 ， 磨 损 非 常 严 重 ， 传 动 效 率 低 。齿 轮 传 动 的 主 要 特 点 有 ： 效 率 高 ， 在 常 用 的 机 械 传 动 中 ， 以 齿 轮 传 动 的 效 率 为最 高 。 齿 轮 传 动 所 需 的 空 间
21、尺 寸 较 小 。 工 作 可 靠 ， 寿 命 长 。 传 动 比 稳 定 ， 而 传 动 比稳 定 是 是 对 传 动 性 能 是 基 本 要 求 。 齿 轮 传 动 的 制 造 及 安 装 精 度 要 求 较 高 ， 不 宜 用 于传 动 距 离 过 大 的 场 合 。齿 轮 传 动 比 较 符 合 我 这 次 设 计 的 要 求 ， 所 以 本 文 选 用 齿 轮 传 动 作 为 减 速 机 构 的传 动 方 式 。螺母通过螺母座连接工作台，工作台上使用光杠导轨以减少传动时的振动，提高稳定性。2.2.2.4 联轴器的选用由于要求设计的机械体于轻载型工作，工作台上的负载折算到电机上的转动惯
22、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。联轴器是将主动轴与从动轴连接起来并在传递转矩中一起旋转又不脱开的装置，用于连接同在一个轴线的两轴端部。由于两轴在制造、安装、机座的结构刚性、定位安装面存在误差等原因，两轴的旋转中心线可能出现径向、轴向和角度偏移，为了不使轴与轴实现连接的联轴器造成安装困难、并引起额外的荷载和震动，联轴器必须有本科毕业设计说明书(论文)6补偿轴线偏移的功能，还应有消除或减少周线偏移引起的附加载荷和震动的功能。为适应联轴器不同功能的需要，我国已有不同品种、规格的标准系列联轴器
23、。刚性联轴器分为凸缘联轴器和套筒联轴器两种，前者结构简单，制造容易，成本较低，工作可靠，刚性好，传递转矩大。但无补偿所联两轴相对偏移的功能，不能缓冲减震。当两轴对中精度较低时，将在轴和轴承中引起较大的附加荷载。适用于所联两轴对中精确、载荷平稳、高速或要求传动精度高的传动轴承。后者结构简单、制造容易，径向尺寸小，成本低。装拆时需沿轴向移动较大距离，且只能连接两轴直径相同的圆柱形轴身。无补偿所联两轴相对偏移的能力，要求两轴精确对中。一般用于中小功率传动，其中花键连接套筒联轴器可以传递很大转矩。非金属弹性元件挠性联轴器结构简单，更换易损件方便，具有一定的缓冲减震和补偿所联两轴相对偏移的能力。径向尺寸
24、较大，不宜用于高速和低速重载场所。金属弹性元件挠性联轴器分为金属膜片连轴器和十字轴式万向联轴器，前者具有机械强度高、承载能力大、重量和结构尺寸小、传动效率高、传动精度高、不需润滑、平衡精度高、装拆方便、无噪声等优点，但缓冲减震性能不及其他金属元件挠性联轴器。具有一定的补偿所联两轴相对偏移的能力。可部分取代鼓形齿式联轴器。还有耐高、低温，耐酸碱等，腐蚀介质的优点。高精度金属膜片连轴器可用于很高转速。2.2.2.5 轴承的选用载荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据载荷的大小、方向和性质选择轴承。1.载荷大小 一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适于承受较大载荷；球轴承由于是点接触，承载能
25、力小，适用于轻、中等载荷。各种轴承载荷能力一般以额定载荷比表示。2.载荷方向 纯径向力作用，宜选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承，也可考虑选用调心轴承。纯轴向载荷作用，选用推力球轴承或推力滚子轴承。径向载荷和轴向载荷联合作用时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承，这两种轴承随接触角。增大承受轴向载荷能力提高。若径向载荷较大而轴向载荷较小时，也可选用深沟球轴承和内、外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。若轴向载荷较大而径向载荷较小时，可选用推力角接触球轴承、推力圆锥滚子轴承。 3.载荷性质 有冲击载荷时，宜选用滚子轴承。高速性能 一般摩擦力矩小、发热量小的轴承高速性能好。球轴承比滚子轴承有较高的极限转
26、速，故高速时应优先考虑选用球轴承。径向载荷小时，选用深沟球轴承:径向载荷大时，选用圆柱滚子轴承。对联合载荷，载荷小时，选用角接触球轴承；载荷大时，选用圆锥滚子轴承或圆柱滚子轴承与角接触球轴承组合。在相同内径时，外径越小，滚动体越轻越小，运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越小，因此更适于本科毕业设计说明书(论文)7较高转速下工作。在一定条件下，工作转速较高时，宜选用直径系列为 8，9，0，1 的轴承。保持架的材料与结构对轴承转速影响很大。实体保持架比冲压保持架允许的转速高。高速重载的轴承需验算其极限转速。轴向游动性能 一般机械工作时，因机械摩擦或工作介质的关系而使轴发热，从而有热胀冷缩产生。在选
27、择轴承结构类型时，应使其轴有铀向游动的可能性。因此，常在轴的某一端选用一内圈或一外圈无挡边的圆柱滚子轴承或滚针轴承，以适应由于热胀冷缩而引起轴的伸长或缩短。调心性能 当轴两端轴承孔同轴性差（制造误差或安装误差所致）或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好，这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承。允许的空间 在机械设计中，一般都是先确定轴的尺寸，然后根据轴的尺寸来确定轴承的尺寸。小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承；在内径尺寸（即轴尺寸）已确定，若径向尺寸受限，可选用滚针轴承或直径系列为 8，9，0，回的轴承；若宽度尺寸受限，可选用宽度系列为 8，0 的轴承。安装与拆卸方便 对于轴承使用
28、寿命一般都难以等同主机使用寿命，在实际使用中轴承作为易损件要经常装拆。因此，在选用轴承结构类型时应要求装拆方便。可分离型的接触球轴承、圆柱滚子轴承。圆锥滚子轴承、推力轴承和内圈为锥孔、带紧定套或退卸套的调心滚子轴承、调心球轴承等均具有装拆方便性能。综上所述，在本次设计中 减速器的轴主要受径向力，选用深沟球轴承，丝杠的轴端受轴向力较多，选用角接触球轴承。本科毕业设计说明书(论文)83 电火花 Z 轴的设计计算3.1 概述Z 轴的设计内容包括：确定系统的脉冲当量，丝杠的计算与选型，运动部件惯性的计算，选择步进电机，绘制机械部分装配图等。脉冲当量是发出一个指令之后的工作台进给量，应小于工作台的位置精
29、度.由于定位精度为0.01，因此选择脉冲当量为 0.01mm。工作台重量加上电极重量: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丝杠寿命： T=15000h机床的丝杠的轴向力为：P=800N由于电火花的加工几乎没有切削力，所以 z 轴切削力可以忽略不计。3.2 丝杠的计算和选择 4主要的计算参数：初选丝杠材质 9Cr18 钢 ，HRC58-60，导程：5mm51、强度计算：由于电火花加工没有切削力，所以Fmax=800N寿命值： L= 610nT其中丝杠转速： n= (r/min
30、)0lmax VT=15000n= = =400r/min0lax 52L= =360610*4最大动载荷Q= FfLwh3本科毕业设计说明书(论文)9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= = =5691FLh3 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 14205Q 足够用。滚珠循环方式为外循环螺旋槽式，预紧方式采用双螺母预紧方式。滚珠螺母丝杠副的几何参数如下表:表 3-1 滚珠螺母丝杠
31、副几何参数名称 计算公式 结果公称直径 d0 20mm螺距 t 5mm接触角 45钢球直径 db 3.175mm螺纹滚道法向半径 R R=0.52 db 1.651mm偏心距 e e=(R- d /2)sin 0.04489mm螺纹升角 =arctg 0t433螺杆外径 d D= d -(0.20.25) db19.365mm螺杆内径 d1d = d +2e-2R10 16.788mm螺杆接触直径 d 2d = d - d cos2b 17.755mm螺母螺旋外径 D D= d -2e+2R0 23.212mm螺母内径（外循环）D 1D1= d +(0.20.25) db20.7mm图 3-1
32、 丝杠结构图本科毕业设计说明书(论文)10图 3-2 丝杠局部图2.传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：= ）rtg(式中 =10 ，为摩擦角。r 为丝杠螺旋升角：= = =0.）rtg()1034(gt=0.963.刚度验算丝杠受负载引起的导程变化量为：l = (cm)1ESFlF=800N l =5mm0E=20.6*10 (N/cm)6S= =3.14( ) =2.14CM2R51.22= =6.12*10 CML4.*06.86丝杠受扭距引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为：= =6.12*10 =12.24*10 =12.24um1L0l65.014E 级精度丝杠允许
33、的螺距误差： =15um/m本科毕业设计说明书(论文)113.3 减速器的设计与计算因步进电机的步距角初步选择 1.5 ，滚珠丝杠螺距 l=5mm。要实现脉冲当量为0.01mm。所以机构中要加入减速机构。齿轮传动比i= =0.48l360由于传动比比较小，为了保证结构紧凑，本设计采用一对齿轮降速。传动装置的运动和动力参数n1= nm = 833.3 r/minn2 = n1*i1 = 400 r/minT1 = 1.884 N.mT2 = T *0.48 = 0.9 N.m1齿轮的设计与计算 6因电火花加工振动很小，所以选取一对直齿圆柱齿轮。齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高
34、，材料选取小齿轮采用 40Cr，大齿轮采用 45 号钢，锻造毛坯，大、小齿轮均调质处理，均用软齿面。齿轮精度用 7 级，轮齿表面精糙度为 Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀。按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。考虑传动平稳性，齿数宜取多些，初步取 Z1=24 Z2=50按齿面接触疲劳强度设计 31212. dht KTZuEdT1=188.36N.cm1 确定公式的各计算数值1）试选载荷系数 kt=1.02)小齿轮转矩 T1=1883.6N.mm3)7 选取齿宽系数 d=14）材料的弹性影响系数 zE=189MPa5）选取材料的接触疲劳，极限应力为 HILim=600MP
35、a HILin=550MPa6）应力循环次数 NN1=60n1jLh=7.5108N2= N1/i=3.61087）接触疲劳寿命系数；K HN1 =0.93；K HN2 =0.95 本科毕业设计说明书(论文)128）取接触疲劳安全系数：S Fmin=11lim58HNKMPas2li.2 计算1）试计算小齿轮分度圆直径将数值代入公式 3-1 得：d =16.61t12）计算圆周速度V1=d 1tn1/(601000)=0.72s3）计算齿宽 bb=d*d1t=24mm4)计算齿宽与齿高之比模数： mt= d1t/z=0.7齿高： h=2.25mt=1.56 b/h=10.675) 计算载荷系数
36、根据 V1=0.72s,7 级精度,查设计手册得 KV=1.05直齿轮 K H =KF =1;使用系数 kA=1.007 级精度小齿轮相对支承非对称布置时 kH=1.313由 b/h=10.67,kH=1.419，K F =1.29所以 K=K K K K =1.378AVH6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径得：d =d =18.48mm1t3t7）计算模数m=d /z =0.771按齿轮根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式 23FaSdYkTmz确定公式内的各计算数值查设计手册得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1=500MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1=380MPa 本科毕业设计说
37、明书(论文)13查设计手册得KFN1=0.85 KFN1=0.88取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,得mPaSFNF57.301186.222计算载荷系数 k=K K K K =1.334AVF得齿形系数 YFa1=2.65 Ysa1=1.58 YFa2=2.32 Ysa2=1.70比较大小齿轮的 Fa小齿轮 0.01379，大齿轮 0.01651.大齿轮的数值大。代入数据得：m 0.53取标准模数：m=1m Z =24 Z =5012计算几何尺寸：d1=mZ1=24 d2=mZ1=50a=m(d1d 2)/2=37mmb= ddt=24取 B2=20mm B1=22mm图 3-3 低速齿轮轴的
38、设计图本科毕业设计说明书(论文)14图 3-4 齿轮轴图 3-5 低速轴联轴器的计算转矩 ，考虑为输送机，转矩变化很小，故取 1.7，所以3AcaTK11.45CNm2260在此，我选择金属弹性元件挠性联轴器中的高刚性模片式两侧键槽型联轴器 73.4 步进电机的计算与选择目前，我国市场最为常用的步进电机有反应式和混合式两种。在本设计中，要求电机空载快进的速度较高，定位精度要求较高。因此，初步确定选用价格便宜、转动惯量较小、运行频率高的反应式步进电机。3.4.1 步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，有等效转动惯量的计算，折算到电动机轴的的等效负载转动惯量为： 本科毕业设计说明书(论
39、文)152201()()MsLzGJJg式中 J 为折算到电动机轴上的惯性负载，J 为折算到步进电机轴上的转动惯量， 0J 为齿轮 1 的转动惯量1J 为齿轮 2 的转动惯量，J 为滚珠丝杠的转动惯量，G 为移动部件的质量2 3对钢材料的圆柱零件可以按下式进行计算J1=0.78*10 *D *L34式中 D 为圆柱零件直径，L 为圆柱零件的长度所以有J1=0.78*10 *2.4 *2.5=6.47*10 kg.cm342J2=0.78*10 *5.0 *3.0=146.25*10 kg.cm2J2=0.78*10 *2.0 *3.0=37.44*10 kg.cm342电机轴的转动惯量很小，可
40、以忽略所以有J=6.47*10 +（ ） （146.25+37.44）*10 +200（ ） =0.7793 kg.cm25042 25.1*8043223.4.2 步进电机的选用步进电机启动力距的计算：设步进电机的负载力距为 T，负载为 P，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：T =Ps式中 为电机转角， S 为移动部件的相应位移， 为机械传动的效率。若取 ， b则 S= ，且 P=P +u(G+P ).所以pxzT= hzspPGu2)(36式中：P 为移动部件负载sG 为移动部件质量P 为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力zu 为导轨摩擦系数， 为步进电机的
41、步距角（ rad）bT 为电动机负载力距（N.m）取 u=0.3(淬火钢滚珠导轨的摩擦系数)，=0.8T=65.25n.cm本科毕业设计说明书(论文)16考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转距：T =Q5.03取系数为 0.4，则T = =165.125N/cmQ4.026步进电机转矩：T = = =188.36N.cmmaxj86.0q.123步进电机的最高工作频率f = = =1667naxpv01.*为使电机不产生失步空载启动频率 f ，同时电机最大静转距要足够大，查表选nax择 90BF001 型反应式步进电机。电机有关参数如下表 3-2 电机参数型号 主要技术参数相数 步距角 电
42、压（V） 相电流（A）最大静转距T （n.m）max空载启动频率空载运行频率分配方式90BF0014 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4 相 8拍外形尺寸外直径 长度 轴直径 重量 kg 转子转动惯量 kg.m90 145 9 4.5 1764本科毕业设计说明书(论文)174 步进电机 PLC 控制设计4.1 步进电机控制器的选择步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构。其主要优点是有较高的定位精度，无位置累积误差。目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由
43、于分散器件的延时，其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好。本文使用德国西门子公司的 S7-200 作为核心控制器件，产生的脉冲和实时的定位系统，实现步进电机控制。该控制器可以改善步进电机在低速运行时的振动、噪声大，在步进电机自然振荡频率附近运行时易产生共振，且输出转矩随着步进电机的转速升高而下降等缺点，能显著提高步进电机的性能 。84.2 步进电机的控制原理步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合对数字系统的控制，利用 PLC 控制非常简便。步进电机区别于其他
44、控制电机的最大特点是通过输入脉冲信号来进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由各类控制器来产生。其基本原理如下：控制换相顺序，通电换相。这一过程称为“脉冲分配” 。例如：四相步进电机的单四拍工作方式，其各相通电顺序为 A-B-C-D。通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A、B、C、D 相的通断，控制步进电机的转向。如果给定工作方式正序换相通电，则步进电机正转;如果按反序换相通电，则电机就反转。控制步进电机的速度。如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进
45、电机就转得越快。调整控制器发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。4.3 控制器的总体设计通常情况下，步进电机驱动系统由控制电路、驱动电路、步进电机三部分构成。1 控制电路。本科毕业设计说明书(论文)18用于产生脉冲，控制电机的速度和转向。本设计中采用 SIMATIC S7-200 CPU-214 PLC 作为控制核心部件。S7-200PLC 的 CPU214 有两个脉冲输出，可以用来产生控制步进电机驱动器的脉冲，S7-200PLC 完全能够实现控制要求。S7-200CPU 本体已含有高速脉冲输出功能，CPU 脉冲输出频率达 20KHz-100 KHz，可以用来驱动步进电机或伺服电机，再由电
46、机直接驱动负载主轴旋转，完成控制工艺所要求的动作。2 驱动电路。由脉冲信号分配和功率细分驱动电路组成。根据控制器输入的脉冲和方向信号，为步进电机各绕组提供正确的通电顺序，以及电机需要的高电压、大电流；同时提供各种保护措施，如过流、过热等保护。功率驱动器将控制脉冲按照设定的模式转换成步进电机线圈的电流，产生旋转磁场，使得转子只能按固定的步数来改变它的位置。连续的脉冲序列产生与其对应同频率的步序列。如果控制频率足够高，步进电机的转动可看作一个连续的转动。3 步进电机。控制信号经驱动器放大后驱动步进电机，带动负载。用 S7-200PLC 的 Q0.0 的输出脉冲触发步进电机驱动器。当输入端 I1.0
47、 发出“START“信号后，控制器将输出固定数目的方波脉冲，使步进电机按对应的步数转动。当输入端 I1.1 发出“STOP“信号后，步进电机停止转动。接在输入端 I1.5 的方向开关位置决定电机正转或反转。4、软件设计在程序的编制中，为使步进电机在换向时能平滑过渡，不至于产生错步，应在每一步中设置标志位。在正转时，不仅给正转标志位赋值，也同时给反转标志位赋值;在反转时也如此。这样，当步进电机换向时，就可以上一次的位置作为起点反向运动，避免了电机换向时产生错步。本科毕业设计说明书(论文)19总结通过本次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解
48、，本次进行电火花加工机的设计，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。机械制造技术是所有工业的支柱，它涉及面非常的广，是国家发展的保证前提，因此我们要不断的改进发展制造技术。生产过程是从原材料（或半成品）制成产品的全部过程。对机器生产而言包括原材料的运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，零件的加工和热处理，产品的装配、及调试，油漆和包装等内容。生产过程的内容十分广泛，现代企业用系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产，将生产过程看成是一个具有输入和输出的生产系统。能使企业的管理科学化，使企业更具应变力和竞争力。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，高精密
49、加工技术正在飞速的发展本 设 计 内 容 为 便 携 式 电 火 花 加 工 机 。 电火花加工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。我的设计内容主要包括机械本体 Z 轴的设计，PLC 控制系统。Z 轴主要有电动机，减速机构，传动机构，和工作台。电动机选用步进电动机。步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构。其主要优点是有较高的定位精度，无位置累积误差。传动机构选用滚珠丝杠螺母副。丝杠螺母副能有效的保证传动的精度和平衡性。我通过一系列的计算选用了合适的丝杠。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，因此我加上一个一级直齿圆柱齿
