多工位內孔毛刺電解去除機床設計[摘要] 隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，人們對零件和設備的質量要求越來越高，這樣我們便必須來改進去毛刺技術。在過去的幾年里，毛刺去除技術已經在精確制造和高精度機器領域得到了很好的發(fā)展。隨著去毛刺的發(fā)展我們可以得到更高精度的零件和更高性能的設備，去毛刺技術是機械制造行業(yè)的一個重要領域。盡管如此去毛刺技術一直很難實現高效率和高自動化。因為毛刺的不同形狀和特性，并且去毛刺工藝大部分情況下是由手工操作來完成的，所以去毛刺在一些場合很難滿足加工要求。對于垂直主孔的內孔去毛刺則更加困難了。類似這樣的工作到目前多數情況下只能由少數經驗比較豐富的的工人來承擔，這樣就大大的增加了產品的成本和降低了生產效率。如果我們能利用電化學法來去除毛刺很多問題就可以解決，為了提高加工效率和實現去毛刺的自動化，發(fā)展電解去毛刺就顯得非常必要了。因此我自己動手設計了一臺電解去毛刺機床，改進了當前的一些不足。由于水平有限，錯誤在所難免。并且希望通過本文章對電解加工技術的發(fā)展會有所幫助。相信通過我們的努力我國這項技術將得到飛速發(fā)展。[關鍵詞] 去毛刺 電化學法 電解機床 生產效率Design of Mulitiple Working position Electrochemicaldeburring machine for burrs of inner holes[Abstract] As the mechanical manufacturing is developing, people need more and more high quality parts and better capability equipments. In this situation, the burr technology should be improved too. In the past few years , the technology of deburring has developed in the fields of precision manufacturing and high quality machining. With the development in this trade, people can get more and more high quality products, when we have good parts we can get good capability equipments. So deburring is a important region in mechanical manufacturing. However, deburring still has many difficult problems in highly efficient production and automation in FMSs. Because of various shapes, dimensions and properties of the burrs .The removal of burr still does not have a standard definition ,and because it depends mostly on manual treatment. The deburring of internal cross holes which are perpendicular to a main hole, is especially difficult, have no other ways, so far this job has been undertaken by manual post-processing by skilled worker and becomes a factor in lower productivity and high cost. but if we can use electrochemistry method to wipe off the burrs,many problem will be resolved. Therefore, for high efficiency and automation of the internal deburring of a cross hole, the development of electrochemical deburring technology is essential. In this article, I designed a ECD machine which is used to wipe off the burr of internal cross holes which are perpendicular to a main hole.When I design this machine I conquered many difficulties and improved a few sets in the ECD machines which have have been in existence.for my limited mechanical knowledge, there will be many mistakes and improper devises. By writing this article ,I hope this will be helpful in improving the ECD technology. we can believe in the future days, Electrochemical deburring technology in our country will be improved rapidly with our work.[Keywords] Deburring Electrochemical Electrochemical machine Efficiency共Ⅱ頁 第 I 頁目 錄緒 論…………………………………………………………………………1第 1 章 課題簡介……………………………………………………………31.1 電解加工的發(fā)展……………………………………………………31.2 電解去毛刺的基本原理……………………………………………51.3 本次設計的要求……………………………………………………5第 2 章 電解去毛刺機床總體方案的制定…………………………………72.1 電解去毛刺機床的布局選定………………………………………72.2 電解去毛刺機床的工藝特點和工藝參數…………………………82.2.1 電解去毛刺機床的工藝特點………………………………82.2.2 電解去毛刺機床的主要工藝參數…………………………8第 3 章去毛刺機床的工藝裝備………………………………………………103.1 電解去毛刺機床加工工藝裝備的特殊技術要求…………………103.2 特殊技術要求………………………………………………………103.3 解決耐腐蝕問題的技術措施………………………………………103.4 確保工藝裝備精度和穩(wěn)定性的措施………………………………11第 4 章 夾具的設計（陽極的引入）…………………………………………124.1 夾具結構形式的確定………………………………………………124.2 夾具各組成元素的確定………………………………………… 134.2.1 氣缸的有關計算和型號的選擇……………………………… 134.2.2 拉伸彈簧的選擇…………………………………………… 15第 5 章 陰極的設計……………………………………………………… 16第 6 章 電動機的選擇…………………………………………………… 196.1 帶動滾珠絲杠電動機的選擇…………………………………… 196.1.1 安裝方式的選擇………………………………………… 196.1.2 防護形式的選擇………………………………………… 196.1.3 根據機械設備的負載性質選擇電動機…………………196.1.4 電動機額定電壓的選擇…………………………………196.1.5 電動機額定轉速選擇……………………………………196.1.6 異步電動機容量的選擇…………………………………196.2 帶動轉臺電動機的選擇…………………………………………21第 7 章 聯軸器的選擇……………………………………………………… 22共Ⅱ頁 第 II 頁7.1 聯軸器的轉矩關系……………………………………………… 227.2 聯軸器的理論轉矩計算………………………………………… 227.3 動力機參數……………………………………………………… 227.4 理論轉矩應滿足的關系………………………………………… 22第 8 章 滾動軸承的選擇…………………………………………………… 24第 9 章 鍵的選擇…………………………………………………………… 259.1 帶動絲杠轉動鍵的校核………………………………………… 259.2 帶動轉臺工作臺鍵的校核……………………………………… 25第 10 章 滾珠絲杠的選擇…………………………………………………26第 11 章 供液系統………………………………………………………… 2711.1 泵的選擇………………………………………………………2711.2 電解去毛刺加工中的電解液……………………………………2811.2.1 電解液的選取………………………………………… 2811.2.2 電解液過濾和凈化…………………………………… 29第 12 章 電源的選擇………………………………………………………3212.1 電解去毛刺機床的電源簡述……………………………………3212.2 陽極和陰極電源的引入…………………………………………3212.3 機床的絕緣措施…………………………………………………33第 13 章 快速短路系統簡單介紹…………………………………………3513.1 電解去毛刺加工快速短路保護的特點…………………………3513.1.1 電解去毛刺加工中產生火花和短路的原因……………3513.1.2 電解去毛刺加工短路保護系統應具備的特殊功能……3513.2 目前應用比較廣泛的電源短路保護系統………………………3513.2.1 Anogard 檢測系統以及 Microbar 切斷裝置…………3513.2.2 AEC 公司短路保護系統……………………………… 36結論………………………………………………………………………… 37致謝………………………………………………………………………… 38參考文獻……………………………………………………………………39第 1 頁 共 39 頁緒 論隨著高科技的發(fā)展，產品性能的提高，對產品質量的要求也越來越嚴，去除機械零件的毛刺就越加重要，它不僅影響產品的外觀，而且影響產品的裝配，使用性能和壽命。毛刺是切削加工的必然產物，隨著材料向高硬，高強，高韌方向的發(fā)展以及新型復雜的整體機構日益增多，去毛刺的難度越來越大。但是我們一直使用的手工銼毛刺或者使用其他傳統機械方法來達到去除毛刺的目的。這種方式的后果可能產生表面應力，產生熱變形等，并且對于操作工人的要求極高，往往需要很高的操作技術水平，在加工完的產品中也可能產生刀具的切削痕跡，或者飛邊毛刺。從目前機械去毛刺方法在工業(yè)上的應用上來看，機械去除毛刺效率低下，成本高，并且很難保證加工表面的光潔度與加工尺寸精度。為了實現去除毛刺的高效率和自動化，使用電解法（電化學法）便成為一種潛在的解決方法，使用電解法有很多優(yōu)點：第一：凡是可以導電的材料都可以加工，并且在整個加工過程是非接觸的，沒有任何機械應力，加工后的材料金相組織不發(fā)生改變。第二：生產效率高：內孔形狀復雜的去毛刺工序在陰極的直線進給下可以一次加工出來，并且加工速度可以和電流密度成比例增加，有時電解去毛刺的生產率可以比機械加工加工去毛刺的效率提高數倍。第三：加工零件材料的硬度，強度，韌性不影響電解加工的速度。電解加工的速度是可以通過設置參數來控制的。第四：加工過程，加工工具（陰極）理論上沒有消耗的，可以無限次使用。這既可以節(jié)約成本也可以提高生產效率。第五：電解加工去毛刺的整個電解加工裝置簡單，操作方便，不需要等級高的操作工人。但是電解加工也有局限性：第一：對于型腔的去毛刺加工，其陰極設計制造的工作量大，在加工復雜形狀零件時，陰極的制造周期較長。第二：被加工材料的金相組織要求均勻，否則不能獲得良好的光潔度。對于普通鑄鐵和滲碳 加工后的表面質量就很不好。第三：電解加工的電解液對于機床設備往往具有腐蝕性。而對機床設備的防腐蝕設備要求較高，這樣便導致了加工機床的造價比較昂貴。通過上面我們可以知道，電解去毛刺既有自己的優(yōu)勢也有不少自己劣勢，第 2 頁 共 39 頁這次畢業(yè)設計我要設計的是多工位內孔毛刺電解去除機床，實現方便快速地大批量去除內孔毛刺，解決套筒類零件的內孔毛刺手工處理成本高的問題。第 1 章 課題簡介第 3 頁 共 39 頁1.1 電解加工的發(fā)展電解是電化學基礎理論的一個基本概念，是指正在一定外加電壓下，將直流電源通過電解池，在兩極分別發(fā)生氧化反應和還原反映的電化學過程。早在上個世紀的 50 年代蘇聯科學家就已經開始了“以金屬局部高速溶解為基礎的電化學加工” 的試驗研究。1956 年在美國芝加哥工業(yè)博覽會上展出了第一臺電解加工機床，其后，電解加工在美國，英國，德國，我國以及日本得到了發(fā)展。在國外 EDM 與 ECM（又稱：ECAM ——英國，EDCM——日本）進行了多年的試驗研究，取得了較大的發(fā)展，但是對于其控制問題仍仍然存在困難，他們對于三維復雜型面，型腔的電解加工，包括尺寸加工和光整加工在內仍在不斷的研究之中。目前國外在電解加工設備控制系統上已經采用 CNC 系統，但是控制方案仍局限在分別控制單一參數恒定模式上。在工具電極的設計和計算方法上，國外又將有限元法用于陰極設計研究，并且開始嘗試著將電解加工納入產品設計與制造一體化以及 FMS 的系列。從當今電解加工的水平上來說，英國 R.R 公司電解加工葉片全自動生產線，荷蘭飛利浦公司電解加工電動剃須刀的自動生產線，美國 GE 公司的五軸數控電解加工機床代表了當今電解加工設備的水平。利用模塊化設計的可重構制造（RMS ）系統，可不斷的調整系統的制造過程，制造功能，和制造能力有利于實現制造柔性化。在國內，90 年代出現了高頻和窄脈電流加工，經過工藝實驗證實了其可行性和顯著技術經濟效果，有望將電解加工提高到精密加工的水平上，擴大到細微加工領域，而展成電解加工法又克服了全形復制法電解成型加工的缺點，較大程度的提高了電解加工的柔性，有利于縮短生產周期，近年來又較深的入全面的進行了成型規(guī)律的實驗研究，并且開始了產品的加工，例如航空發(fā)動機扭曲交截面，整體葉輪加工以及直升機旋翼座架型面加工，并開發(fā)了柔性電解加工單元以及計算機控制的多坐標機床，計算機技術開始應用到電解加工領域。我國電解加工發(fā)展的具體階段是：最早研究并且成功應用的電解加工技術是原兵器工業(yè)部西安昆侖機械廠的深孔和膛線加工，從 1958 年建立第一個研究基地到 1965 年全國首屆電解加工學術會議召開，電解加工在航空，航海，航天以及民用工業(yè)迅速推廣。20 世紀 70 年代進出“爬坡”階段，為了解決加工精度問題國內外先后提出混氣電解加工，鈍性電解液，工頻脈沖電流，震動進給等工藝措施。內蒙古第二機械廠發(fā)表了《電解加工成型規(guī)律理論分析》小冊子。進入 80 年代，計算機技術開始向電解加工滲透，西安年機械廠和原北京工業(yè)學院聯合進行了炮管進出口尺寸微機控制研究，雖然沒有用于生產，但是為后第 4 頁 共 39 頁人的研究打下了良好的基礎。南京航空工業(yè)大學的展成法電解加工，大連理工大學的電解與機械混合，西北工業(yè)大學的電解與電火花的復合研究也在這時期開展起來。許多單位還開展了工具電極的 CAD/CAM 研究。90 年代后，華南理工大學在近代功率電子技術發(fā)展基礎上研究的高頻率窄脈沖電解加工電源，進一步強化了電解加工的非線性，西安昆侖機械廠和西安工業(yè)學院聯合研制的CNC 同步控制電解參數和陰極運動軌跡解決了大纏角混合膛線的加工難題。目前，電解加工已經成為國防和部分民用工業(yè)的關鍵工序的定位工藝。但是由于加工間隙的電場，流場，磁場及陽極溶解動力學因素交互影響，電解加工過程十分復雜，阻礙著該項技術向縱深發(fā)展。比如對其過程的監(jiān)測和控制非常困難，迄今為止，除了在個別應用對象上有所突破外，還沒有通用的在線直接測量加工間隙的有效手段，不均勻的間隙分布使工具電極設計成為一項困難度很大的工作，在對新的加工對象進行陰極研制的過程中往往要對陰極進行多次修改，工具陰極的 CAD/CAM 尚處于實驗室研究階段（個別零件除外） 。此外，從綠色制造的角度，電解加工產生的大量產物和廢液需要處理。總之，對電解加工的研究處于多學科的交叉點，包括提高加工精度的有效措施，加工過程的監(jiān)測和控制技術，工具陰極設計，電解液處理以及電解加工的機理研究等。隨著 21 世紀信息，生物，微納米技術的發(fā)展及其對制造技術不斷增長的需求，微細加工將成為制造相應設備的重要手段，電解加工進行材料去除是以離子溶解的形式進行的。這種去除方式使得電解加工具有微細加工的可能性。目前過內外制造業(yè)都十分關注微細電化學加工的發(fā)展，將電解加工高速去除金屬理論用到傳統的電化學過程中去，是促進該項技術進步的有效途徑，微細電化學加工就不僅僅是指在靜態(tài)的條件下的掩膜電化學刻蝕了。利用電化學測試技術中，使其與超短脈沖電流電源，間隙控制調節(jié)系統等技術集成，為實現亞微米級微細電化學加工提供一條途徑。此外，利用電解原理，在磨削過程中，不斷對粘結金屬砂輪中的結合劑進行電解在線修形技術可以有效實現對硬脆材料的納米表面加工。電解加工既具有高速加工大而復雜零件的實力，電化學離子級的蝕除機理又使之具有微細加工的潛質，向精密，微細加工進軍也是電解加工的發(fā)展方向。電解加工高速去除金屬的實踐對電化學理論的發(fā)展有深遠影響任重道遠。1.2 電解去毛刺的基本原理：電解去毛刺的基本原理和電解加工相同，是利用電能，化學能進行陽極溶解來達到去毛刺的目的。零件與直流電源的正極相連稱為陽極，而成型工具則與直流電源的負極相連稱為陰極，兩極之間保留一定的間隙讓循環(huán)的電解液進第 5 頁 共 39 頁行流動，當陽極和陰極浸入溶液并且通入直流電以后，隨著陽極表面發(fā)生電化學反應的結果，在零件的表面上由于被溶解金屬和電解液組成一層粘性液膜，這層液膜集中在零件表面的餓低凹處時，它具有較高的電阻和較小的導電率，可以保護零件表面不腐蝕或者少腐蝕，而毛刺則突出于零件表面，在溫度差和濃度差的影響下，液膜難以形成故導通后電力線高度集中于毛刺部分，最接近陰極的餓毛刺將以最快的速度溶解。電解去毛刺和電解加工的不同是，在電解去毛刺過程中，零件（正極）和成型工具（負極）之間不需要任何運動，并且有較大的工作間隙，這就可以使用較低的電解液壓力。就可以使電解液通過陰陽極之間，進行電解去毛刺。1.3 本次設計的要求設計一電解去毛刺機床用來去除套筒側孔的毛刺，具體要求如下：1：實現上下件，電解去毛刺和清洗三道工序一次裝夾完成，設計出滿足需要的夾具，電極上電源的引入。2：加工工具陰 極設計3：陽極縱向移 動裝置設計工作內容：1：A0 圖紙 4 張；2：開題 報告 3-5 千字；3：設計 說明書 2 萬字；4：譯文 5000 字；所要加工的工件 其具體尺寸如圖1.1 所示。第 6 頁 共 39 頁圖 1.1 陽極零件圖第 2 章 電解去毛刺機床總體方案的制定2.1 電解去毛刺機床的布局選定第 7 頁 共 39 頁總體布局的類型是指機床各部件之間（床身，立柱，工作臺，變速箱，夾具）相互配置的形式?？傮w布局中應該考慮的主要問題是如何有利于實現機床的主要功能，滿足工藝要求，以最簡便的方式達到所要求的機床剛度，精度，同時還要可操作性好，便于維護，安全可靠，造價性能比低。本機床采用的是立式機床中的框型結構。如圖 2.1 所示。圖 2.1 框式結構滑枕在上部向下進給式，這種框架布局已經被德國 AGE 公司使用，屬于重型機床，工作臺可以機動，可用來加工大型工件，由于本機床要一次安裝 12個工件，一時間加工的工件數是 6，所以我們可以選用這種布局形式。本機床的一些主要參數列舉如下：機床尺寸： （長×寬×高） （1628mm×1184mm×2072mm）工作臺尺寸： （直徑） （580mm）最大工件尺寸：（直徑：D=40mm，高度：h=70mm,內徑: d=30mm）陰極直徑為： LQKqI?主軸的最大載荷（絲杠的最大載荷：400N，使用三根絲杠的共同的共同載荷為1200N）主軸的行程為 320mm，主軸的移動速度為 40mm/s電解槽的尺寸為（1032mm×1080mm×1020mm）泵的流量為 Q=30L/min壓力為 200 ,電解液過濾能力為 150L/min,2/Ncm排除電解沉淀能力為 10L/min。機床的主要主題結構是焊接結構，外面涂覆環(huán)氧樹脂用來防銹。主軸進給系統采用三相異步電動機經過機械裝置以后輸入導滾珠絲杠，驅動陽極工作臺，陽極工作臺由三根絲杠支撐，這樣可以保證整個支架運動的穩(wěn)定性，進給運動均勻。第 8 頁 共 39 頁機床運動系統的布局原則：機床運動系統的組成和布局影響到機床的通用性，操作性，剛性和加工精度，運動坐標的數目越多通用性能越好，并且操作，調整方便，但坐標系的增加也增加了運動接觸面和接觸間隙，使接觸剛性減弱，在外界載荷的作用下就會增加機床變形量，并使變形量和變形方向不穩(wěn)定，甚至發(fā)生震動，這都會影響機床剛性和穩(wěn)定性。2.2 電解去毛刺機床的工藝特點和工藝參數2.2.1 電解去毛刺機床的工藝特點電解去毛刺的基本原理是使電流場高度密集在工件的毛刺部位而毛刺部位而進行限位的局部陽極溶解。電流場之所以能高度密集在毛刺部位是由于此處為陽極表面的尖端部位，這個幾何形狀的 特點使電力線較為集中在此處，而此處的加工間隙又顯著小于工件表面其他部位的間隙。加之與工件非加工部位表面涂有絕緣層，它切斷可通過工件非加工部位的電力線，防止非加工面的雜散腐蝕。2.2.2 電解去毛刺機床的主要工藝參數電解去毛刺工藝參數如表 2.1 所示。表 2.1 電解去毛刺工藝參數項 目 內容電壓/V 15電流/A 500加工間隙/mm 0.60加工時間/s 20電解液溫度/℃ 30工藝參數電解液壓力/MPa 0.2由于所去除的金屬的少，加工量少，電解產物少，產生的熱量也小。同時因為加工面積小，其加工面積小。其電源容量也小，去毛刺的精度要求也不是很高，電源不需要穩(wěn)壓，這樣電解去毛刺的電源也比較簡單，成本亦較低。第 9 頁 共 39 頁第 3 章 去毛刺機床的工藝裝備3.1 電解去毛刺機床加工工藝裝備的功能電解去毛刺加工工藝裝備由工具陰極和夾具組成，是電解加工工作區(qū)的中心環(huán)節(jié)。它確定工件和陰極之間的相對位置，形成正確的的極尖流場并將加工第 10 頁 共 39 頁的電流導入極間加工間隙區(qū)。工具陰極是確保電解去毛刺的重要手段，它的設計，制造工作包括型面設計，電解液的流動形式和流動通道的設計，以及定位，安裝結構設計。夾具的功能在于安裝，定位，夾緊工件，確保工件和工具的相對位置，形成封閉的加工區(qū)和電解液流動通道，并將電流導入加工區(qū)。由于工藝裝備是電解去毛刺加工系統的輸出終端匯合點，又是進行電解加工的工作區(qū)域，因此其設計和制造的質量直接影響電解加工的的效果，是電解加工裝備中的關鍵一個組成部分。3.2 特殊技術要求上面所提到的電解去毛刺機床工藝裝備直接接觸腐蝕性介質，并且承受較大的動載荷，并傳輸較大的電路和高速流動的電解液，工具陽極和陰極在小的動態(tài)變化間隙下工作，容易發(fā)生極間短路，而且電解加工工藝裝備的定位精度又是確保工件加工精度的重要環(huán)節(jié)，因此在設計工藝裝備時，必須重點考慮如何防止腐蝕，確保其定位的穩(wěn)定性和正常的傳導電流和輸送電解液。絕緣和密封也是設計時要解決的兩大重要問題。3.3 解決耐腐蝕問題的技術措施夾具中帶陽電的金屬零件表面會被雜散電流點蝕，或者在不同金屬材料之間發(fā)生原電池電流腐蝕，因此在選擇夾具材料的時候應該盡量選擇非金屬材料，但是為了確保家具的剛性某些部位還是要采用滿足要求的金屬材料。在選擇非金屬材料的時候要根據其所在的部位選擇合乎此部分要求的材料。夾具本體材料必須有足夠的強度和彈性模數。以確保有足夠的剛度，普遍采用玻璃鋼，也有的采用鑄造陶瓷。定位材料則必須有足夠的穩(wěn)定性，耐磨性要好，吸水性要小，熱膨脹系數也要小，要有足夠的硬度，可以采用陶瓷塊和高性能玻璃鋼。導引件例如軸承，導軌以及我們用到的滾珠絲杠要求摩擦系數小，可用潤滑油尼龍，其平均摩擦系數可小到 0.13 吸水性可小到每 。磨耗量小到 %13.024h0.035，水磨 。rcmkPa50/493?非金屬材料我們常常使用性能好的塑料或者玻璃鋼，金屬材料我們則常用不銹鋼，黃銅，青銅，紫銅，以及莫爾合金，后兩者較好，個別情況我們也使用鈦合金。但是必須注意的是我們不能使用可能產生晶界腐蝕的材料。解決耐腐蝕的另外一個問題就是要采用絕緣或者屏蔽帶陰電的表面，特別是靠近家具的帶陽電零件部位，以切斷電場，限制雜散電流。這點對采用陰極保護的機床特別重要，因為陽極腐蝕的程度隨陰極表面暴露的面積加大而加大?？梢杂冒肓黧w狀的合成橡膠絕緣，或者用聚氯乙烯板覆蓋帶陰電表面。在被腐第 11 頁 共 39 頁蝕的陽極表面覆蓋絕緣層是不可取的，相反應該最大限度地暴露帶陽電的部分，使雜散電場稀疏的分散在大面積的陽極表面。否則就會在陽極絕緣覆蓋面的薄弱區(qū)產生點腐蝕。在結構設計上應該使夾具中帶陽電的零件減少到最少，至少少到只有一個陽極導線的終端導電塊（線鼻子） 。3.4 確保工藝裝備精度和穩(wěn)定性的措施工裝的精度主要是指工具陰極相對于夾具上的定位面的位置精度，對于按設計圖紙制造的工具陰極的工件型面和用反求法制造在精度上有不同的要求，前者必須確保高的絕對精度，而后者主要要求在使用過程中達到重復精度和剛度。為了確保高的絕對精度，可以在工具及夾具的安裝定位面上加工出精密的鍵槽，然后用固定鍵安裝在工作臺及陰極安裝板上，也可用精密的調整/對刀樣板，樣塊和塊規(guī)，借助于可調鍵或陰極安裝板上的十字交叉鍵細微調整陰極以及夾具的相對位置，然后由調整手試加工工件，當工件位置合格以后就可以固定加工了。為了達到高的重復精度，就必須保證工裝工作的穩(wěn)定性，首先是夾具的剛性，由于前述的工作條件，電解加工工藝裝備的剛度應達到甚至超過傳統的機械加工的工藝裝備的剛度，在某些特殊情況下產生的突變負載可能引起系統的震動，為了避免這樣的故障，夾具的剛度應該高于僅考慮電解液壓力計算所得到的剛度。在實際的負載作用下，其變形應該限制在 內。決定夾具m025.?剛性的主要是其本體，特別是陰極的引導段，決定陰極剛性的主要是起安裝座及分水器或者氣液混合器。材料的穩(wěn)定性也是達到高重復精度的重要條件，金屬材料特別是鑄件及焊接件必須經過消除內應力的處理，夾緊的可靠性也影響重復精度，除通用的機械，氣壓，液壓加緊方式外，當采用電解液壓力較高時，還可以采用電解液加緊法。第 4 章 夾具的設計（陽極的引入）4.1 夾具結構形式的確定在本次機床設計中，出于特殊要求，我們設計的 機床需要同時具備夾緊和導通工件加工陽極的要求，并且要求夾緊裝置比較輕巧，加工工藝比較簡單，性能穩(wěn)定，出于電流方面的要求我們需要能夠和機床主架之間絕緣。由于存在上面的要求在夾具的形式上我們借用了工業(yè)機器人常用末端執(zhí)行第 12 頁 共 39 頁器中的斜楔杠桿式回轉型夾持器。所謂末端執(zhí)行器就是工業(yè)機器人直接與工件，工具等接觸的部件，它能執(zhí)行人手的部分功能，例如提，舉，夾，抓等。它安裝在操作機手腕或手臂的機械接口上。末端執(zhí)行器的結構和尺寸是根據其不同作業(yè)任務要求來設計的，當確定手部大小，形式，手指個數和動作自由度時，必須考慮被抓取物件的大小，形狀，重量，材質，外力和放置環(huán)境等，而這些變形成了各種各樣的機器人手部結構。手部加在工件上的夾緊力是設計手部的主要一句，一般來說，夾緊力應該大于或者等于工件的重力和慣性力，或慣性力矩，以使工件保持一個可靠的夾緊狀態(tài)，根據末端執(zhí)行器的用途和結構的不同，末端執(zhí)行器可以分為機械式夾持器，吸附式末端執(zhí)行器和專用工具三類。我們選擇的斜楔杠桿式回轉型夾持器是屬于機械式夾持器如圖 4.1 所示，當驅動器（氣缸）向前推進的時候，通過楔塊 4 的斜面和杠桿 1，使兩個手爪產生夾緊動作和夾緊力，當楔塊后移的時候，靠彈簧 2 的拉力使手指分開。裝在杠桿上端的滾子 3 與斜楔 4 為滾動摩擦，摩擦力小，活動靈活，且結構簡單，但夾緊力較小，適合于輕載場合。在電解去毛刺機床加工中，工件是直接放在加工工作臺上的，并且整個加工的過程是非接觸的所以需要的夾緊力液非常小，由此這種夾持器是滿足我們的工藝要求的。第 13 頁 共 39 頁1．杠桿 2. 彈簧 3. 滾子 4. 楔塊 5. 驅動器圖 4.1 夾具圖4.2 夾具各組成元素的確定4.2.1 氣缸的有關計算和型號的選擇因為我們選用的是最常見的雙向作用氣缸，見圖根據力平衡的原理，活塞上的輸出力必須克服活塞桿作用時的總阻力，因此只在活塞一側有活塞桿，所以在壓縮空氣作用下，活塞兩側的有效面積不等，活塞伸出時活塞桿產生推力，活塞回縮時活塞桿產生拉力。在計算活塞的推力和拉力時我們會涉及到負載率 η（負載率：主要是考慮保證氣缸動態(tài)特性及總阻力。若氣缸動態(tài)參數要求較高且工作頻率高的時候，載荷率一般取 η＝0.3－0.5 ，P－氣缸工作壓力，約為 0.4MPa，氣缸所需要的推力大小大概為：300N1）氣缸內徑計算電解去毛刺的機械爪是夾緊速度較快，工作頻率較高的類型：我們可以取η＝0.4 ，很明顯氣缸為推力做功，而推力做功時，氣缸內徑的計算公式為 614/4270/(.410.)40DFpm????????第 14 頁 共 39 頁2）氣缸行程的計算：氣缸（或活塞）行程與其使用場合及工作機構的行程比有關系，多數情況下不應該使氣缸使用滿行程，以免活塞和缸蓋相碰撞，尤其是當我們氣缸用于夾緊時，為了保證夾緊的效果，必須按行程多加 的行程余量。120m?用于本機床夾緊的 氣缸其縮需要的夾緊行程為 25mm:,出于夾緊效果的考慮我們要求所選擇的氣缸行程至少為 40mm。3）氣缸的選擇。氣缸的速度即活塞運動速度主要根據工作機構的需要確定。其大小取決于供氣量的大小及氣缸進排氣口，導氣管的內徑大小。從對工件的表面粗糙度考慮我們要求速度緩慢，平穩(wěn)。所以在選擇合適氣缸的時候我們要考慮到活塞的移動速度問題 。通過上面的計算根據計算出來的氣缸內徑和行程我們考慮,加上所需要的推力大小為 300N 我們初步選定 QGN 系列型號。具體型號如表 4.2 所示。表 4.1 QGN 型號系列型號氣缸內徑mm行程mm輸出壓力（壓力為0.4MPa）N特點 生產廠家QGN 32-320 50-3000 270-32760 有緩沖 煙臺啟動元件廠通過查機械設計師手冊中氣缸部分，我們選用的是 QGN40×S-MF14）氣缸的使用注意事項。① 氣缸一般正常工作條件：環(huán)境溫度為-35o～+80o，工作壓力為0.4～0.6MPa.② 安裝前，應在 1.5 倍工作壓力條件下進行試驗，不應漏氣。③ 裝配時，所有密封元件的相對運動工作表面應該涂潤滑油。④ 安裝的氣源進口必須設置三大件：過濾器－減壓閥－油霧器。⑤ 安裝時注意活塞桿應盡量承受拉力載荷，承受推力載荷應盡可能使載荷作用在軸線上活塞桿不允許承受偏心和橫向載荷⑥ 載荷在行程中油變化時，應該使用輸出力足夠大的氣缸，并且附設緩沖裝置。⑦ 盡量不使用滿行程。第 15 頁 共 39 頁4.2.2 拉伸彈簧的選擇由于我們在夾緊機構中我們要選用拉伸彈簧，彈簧所需要的自然長度為30mm，夾緊力要求不是很高，所以我們參考機械設計師手冊下冊關于彈簧部分，我們選用彈簧尺寸如表 4.2 所示。表 4.2 彈簧尺寸材料直徑 d/mm 彈簧中徑D/mm初拉力 /Qg工作極限載荷 /iPN有效圈數 n1 6 6.420 41.99 18.5自由長度 0/Hm彈性強度 ' 1/PNm??工作極限載荷下變形量Fj/N展開長度 /Lm彈簧單件重量 /Qg30 2.45 17.1 38.6 2.38第 16 頁 共 39 頁第 5 章 陰極的設計陰極是在電解去毛刺加工中的關鍵部分，陰極的制造精度影響到了毛刺的去除精度和加工效率，陰極的設計和我們選擇的加工間隙有關。陰極設計的關鍵理論是“ 電解加工的成型規(guī)律”。 成型規(guī)律理論是電解加工過程的數學模型。所以成型規(guī)律是工具陰極設計的基本理論。但是成型規(guī)律并不是陰極設計的唯一的內容，陰極設計還要涉及到更廣的范圍，還要更密切的結合生產實際情況。我們加工的工件的結構比較簡單。我們便根據加工間隙來設計。并且遵循下面原則：①陰極設計應力爭得最簡單的工藝方法，獲得最低的生產成本。②符合于本部門生產實踐的具體情況，正確的選擇和計算工藝參數。③應保證加工精度，并能長期穩(wěn)定生產。本次設計中我們設計的陰極如圖 5.1 所示。第 17 頁 共 39 頁（銅片）5.1 陽極裝配圖 陰極材料可選用黃銅，銅，紫銅，不銹鋼或任何一種良好的導電材料制成，本設計中陰極選用的材料是紫銅。加工時工件上的孔應該對準陰極上的孔，電解液從陰極側面的孔通過銅片噴射到工件孔。工件下部墊在工件墊片上。其具體裝配示意圖如圖 5.2 所示。第 18 頁 共 39 頁5.2 工件安裝示意圖第 19 頁 共 39 頁第 6 章 電動機的選擇6.1 帶動滾珠絲杠電動機的選擇6.1.1 安裝方式的選擇帶動滾珠絲杠的電動機因為絲杠的布置形式是立式的，為了簡化傳動機構并且剛好繞軸運動的要求，所以我們選擇的電動機也應該是立式的。6.1.2 防護形式的選擇電動機的防護形式有開啟式，封閉式，防護式和防爆式四種，我們選用開啟式，因為電解機床的工作環(huán)境比較好，而開啟式電動機在定子的兩側和端蓋有較大的通風口，散熱條件好，價格便宜，能在清潔和干燥的環(huán)境下使用。6.1.3 根據機械設備的負載性質選擇電動機因為調速要求不高，比較負載穩(wěn)定，所以選用交流電動機。并且選用繞組式轉子異步電動機。6.1.4 電動機額定電壓的選擇電動機額定電壓一般選擇與供電壓一致的的電壓，普通工廠的供電電壓是380V 所以我們?yōu)槭褂梅奖憧紤]也應該優(yōu)先選擇 380V 電壓作為供電電壓。6.1.5 電動機額定轉速選擇因為對于一些地轉速重復，短時加工的生產機械應該盡量使用低速電動機，而不是使用減速器，這也符合我們設計機床的要求，( 絲杠的轉速為 600r/min左右) ，因此我們就選擇一個轉速比較低的電動機。6.1.6 異步電動機容量的選擇第 20 頁 共 39 頁1)計算負載功率陰極的移動速度是 43mm/s 即 0.04m/s陽極的整體重量為M=ρV=0.5п 2R×H×1/3=0.031×7.9× 310=245Kg由于摩擦損失的功率為整體功率的 3％，效率 η為 97％。電機應該提供的功率為：P=Mgν/η=245×10×0.04/0.97=101W由于整個工作臺是由三個電動機來帶動的，每個電動機的負載為p＝P/3＝34W。2）參照電動機的技術參數表，并且按照上面的要求我們初步選定電動機的型號是 YD90L－816，轉速為 680r/min,功率是 0.45KW，3）校核預選電動機的發(fā)熱情況，過載能力以及啟動能力直到合適為止。按照生產機械的工作方式校核電動機的額定功率：電動機的工作方式為短時工作方式長期工作制，根據機械設計師手冊我們可以利用下面的公式來校核。 NP1ggtTLte?????（ --電動機發(fā)熱時間常數， --電動機額定運行時的比值）T?/ =0.5, =0.6gt?128.3NLePW????所預選電動機的功率大于 18.3W.所以載功率上預選電動機滿足所需要的功率。電動機的發(fā)熱校核，計算出電動機的額定功率以后，通常要對選擇電動機進行發(fā)熱校核，即限制電動機的溫升（電動機溫度于環(huán)境溫度之差）式子中參數意義： －電動機的溫升， －電動機0max0m?????????m?m?的溫度， －標準環(huán)境下溫度， ＝40℃0 0－電動機絕緣的最高允許溫度， －電動機的最高允許溫度以保證電動機max? max?的壽命安全。電動機的發(fā)熱校核采用平均損耗法。,其中 －平均損耗功率，avNP??avP?第 21 頁 共 39 頁＝9.5W1(/)navziiPtpt???這個計算過程中的結果過于繁瑣，具體過程省略。經過計算電機滿足=12W。avN?電動機的過載能力校核：電動機的過載能力一般按照下面的式子進行校核： mNT?參數的具體意義：－電動機運行時承受的最大轉矩； －允許過載倍數m?max/NT??, －電動機的允許最大轉矩和額定轉矩。maxN絲杠的負載轉矩約等于電動機的運行時的最大轉矩，單根絲杠的壓力；F＝1/3×245×10=816.67N絲杠的摩擦系數為 0.2，力矩半徑為 12.5mm轉矩：T＝816.67×0.2×0.0125=2.042.而 ＝2×1.7＝3.4N.mmN?很明顯 滿足過載能力校核。NT?有上面的計算我們可以選定電機的型號為：YD90L－8166.2 帶動轉臺電動機的選擇在機床的工作過程中，我們需要一個電機來帶動轉盤來轉動，由于加工要求，并且為了防止電解液管纏繞在工作臺上，我們便需要對電機的轉動情況作出限制，要求電機每次轉動的角度 180°，并且每次轉動的方向應該是相反的，第一次如果是順時針的話那么下次就應該是逆時針的。這樣交替進行。由于有這么一方面的要求，如果我們選擇一般形式的三相交流電動機很難完成。特別是為了保證加工質量我們對轉動的 位置精度有比較高的要求。這個時候我們就不約而同的想到步進電動機。① 轉速（或者線速度）與脈沖成正比；② 在負載能力允許的范圍里面不會因為電源，負載，環(huán)境條件的波動而變化；第 22 頁 共 39 頁③轉速可調，能快速啟動，制動和反轉。同時步進電機又定位精度高，同步運行特性好的特點；工件加工工作臺可以分成兩部分其具體尺寸：上部分外徑為 578mm,下部分高為 72mm，下部分直徑為 385mm，下部分高為 42mm。上部分的額體積為h＝0.0192R?3m下部分體積為 h＝0.0052?3整體體積為 0.024 ，實用材料利用普通算法為 V＝0.024 ×1/3＝0.083 3m3轉臺的質量為 ，利用已知條件計算摩擦力為：6VKg??F=632×0.4＝253N轉矩為 M＝F×R＝253×144.5× ＝36.6N.mNm?我們選用 BF 系列步進電動機，電動機型號為 200BF01，其工作靜態(tài)力矩滿足需要，步距為 0.75。第 7 章 聯軸器的選擇7.1 聯軸器的轉矩關系聯軸器的主要參數是公稱轉矩 ，選用時各轉矩間應該符合以下關系：nTT cmaxa[]??式子中 T－理論轉矩（ ） ； －計算轉矩（ ） ；Nm?cN?－公稱轉矩（ ） ；[T]－許用轉矩（ ） ； [ ]－許用最大轉矩（n maxT） ； －最大轉矩 ?ax7.2 聯軸器的理論轉矩計算聯軸器的理論轉矩是由功率和工作轉速計算得到的。計算公式是 T＝9550 式中: －驅動功率 n－工作轉速。wpnP絲杠聯軸器的轉矩： 0.4596.328Nm??第 23 頁 共 39 頁7.3 動力機參數轉子的轉動慣量 20.736AgJKm??起動次數 Z＝120 次/h.環(huán)境溫度 t＝40℃主動端沖擊轉矩即起動轉矩 21.6ASTNm??已知工作機參數a) 負載平均轉矩 2.04LNm??b)負載轉動慣量 283gJK7.4 理論轉矩應滿足的關系選擇剛性凸緣聯軸器，負載均勻時，理論轉矩 T 應該滿足：2.041.=2NALtTKm?????由于絲杠軸的直徑為 16mm，初選 YL 型 的剛性凸緣聯軸器：最大10nNm??的轉矩 axNT?聯軸器轉動慣量 2120.8gJk??起動系數 （查機械設計師手冊 表 26－9）.3z溫度系數 （機械設計師手冊 表 26－10）tK沖擊系數 .8AS質量系數 0.830.5476LJ???沖擊載荷時主動軸的沖擊轉矩 max13.25411720ASAJtZTKN????主動端沖擊轉矩小于所選用聯軸器的最大轉矩因此是安全的。同理再選用轉臺聯軸器時我們可以選用 YL5 YLD5 型號凸緣聯軸器，其中D＝30。第 24 頁 共 39 頁第 8 章 滾動軸承的選擇機床的預期使用年限為 10 年，工作制度時一天兩班，所以總共工作時間約為 ＝40000 小時，hL軸的轉速經統計為 2r/min，X=0.44,Y=1.47, 1.8df?()1.8(041.750)39drafXFYN?????我們選用的滾動軸承型號為 7209C,ε為壽命系數（滾子軸承的 ε＝ ）103662'[]39[]81010hhnCPLL???7209C 中 C＝38.5KN，即所選軸承滿足載荷要求。壽命校核需要滿足公式： 6 3101078.5()().429hLnP? ?????第 25 頁 共 39 頁軸承滿足壽命要求。第 9 章 鍵的選擇9.1 帶動絲杠轉動鍵的校核出于方便起見我們選擇是最常用的平鍵,平鍵的尺寸 B×H×L＝5mm×5mm×20mm。鍵的工作長度計算： 2051lLbm???鍵與輪轂的接觸高度： .4.kh?軸的直徑 ： 16d靜載荷計算：32.26.5TPMPal而靜聯接時鋼的許用載荷為 100－120 所以所選用的鍵滿足靜載荷的要求。第 26 頁 共 39 頁9.2 帶動轉動工作臺鍵的校核同樣我們使用的鍵的為平鍵：鍵的尺寸 B×L×L＝ 15mm×10mm×32mm鍵的工作長度計算： 32157lLBm???鍵和輪轂的接觸高度： 0.4kh軸的直徑為 ： d靜載荷計算：326.8.1TPMPal?同理由于靜聯接時鋼的許用載荷為 100－120 ，即所選用平鍵滿足靜載荷強度要求。第 10 章 滾珠絲杠的選擇① 根據使用和結構要求查機械設計手冊選擇外循環(huán)式，變位導程預緊，導珠管凸出式系列[CBM].② 計算滾珠絲杠副的主要參數：1）查表取載荷系數 和靜態(tài)安全系數 因為是平穩(wěn)載荷 ＝1.1， ＝1.5dfjSdfjS