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1、济南大学毕业设计1 前言毕业设计是大学四年来的一次综合练兵，是对四年的学习生活的一个总结和概括。通过毕业设计，我们可以提高自身的动手能力和团队合作能力，将我们所学的理论和实际更好地结合起来。中速走丝电火花线切割机床的设计与开发主要概括为以下方面：走丝机构的设计，X、Y轴坐标系工作台进给系统的设计，脉冲电源的设计，控制部分的设计等等。根据设计方案，首先了解机床的工作的原理和各个部件运行的方式，确定DK7740线切割机床的具体技术参数，这些知识可以在平时大学期间的各种实习来慢慢积累，以及查阅图书馆相关的技术资料并且和实验室的DK7740电火花线切割设备进行比较最后和老师一起讨论决定。接着根据已经确
2、定好的参数来制定机床总体方案，在后续的具体设计时对这些具体参数再根据实际情况进行修改。然后是具体的各个部分的零件的计算和设计选型。最后的一个环节是机床电路控制部分的设计和开发。毕业设计虽然说是一个人的工作，但是由于涉及到的知识面非常广，比如电子技术、微机控制、单片机、机械设计等，所以设计的过程同时也是一个再次学习的过程。通过不断的学习将知识综合整理，这样才能较好地完成整个毕业设计。正是因为在设计过程中穿插了学习，这样难免会造成机械部分设计上的有些方面的不完善，控制部分上设计的不成熟。2 总体方案的设计2.1 总体方案的拟定总体方案拟定的前提和要求：(1).电火花线切割机床属于经济型机床，所以在
3、尽量保证一定的加工精度的前提下，应简化内部结构，降低制造的成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。(2).电火花线切割机床具有定位、横向和纵向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等。因此，数控系统选取连续控制系统。(3).根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU之外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。(4).纵向和横向是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成，传动比满足机床的要求
4、。(5).为了保证进给伺服系统的精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。(6). 采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。(7).根据电火花线切割机床的最大加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可以选择MCS-51系列单片机扩展系统。在上述的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致精确。2.2 主要技
5、术参数的拟定技术参数包括运动参数，尺寸参数和动力参数。DK7740电火花线切割机床的主要技术参数如下：表2.1 线切割机床主要参数工作台行程/400500加工表面粗糙度0.86切割速度/180加工精度0.001切割工件最大厚度400电极丝移动速度/（）7-12电极丝直径/0.253 走丝机构的设计走丝机构的运动是由丝筒电机的正转和反转来完成的。电机通过联轴器与丝筒连接，丝筒装有齿轮，通过过渡齿轮与丝杆上的齿轮啮合。丝杆固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板与底座采用装有滚珠的V行滚动导轨连接，这样丝筒每转一周拖板直线移动相应的距离，因此机床工作前应根据零件厚薄和精度要求可在0.12和0.25之间
6、调节。3.1对高速走丝机构的要求 对高速走丝机构设计时的一些相关要求如下所示：（1）高速走丝机构的储丝筒转动时，由于布丝的要求，需要进行相应的轴向移动，这样才能保证电极丝在储丝筒上的有序排列，不会相互缠绕。（2）储丝筒的径向和轴向窜动量要求越小越好。（3）储丝筒要能够正反向旋转，电极丝的走丝速度要求在712（4）走丝机构要求和床身相互绝缘。3.2机械部分的设计选型3.2.1 电动机的计算和选型高速走丝机构由于有丝筒的存在，所以对电机的要求比较高。为了保证排丝的迅速和排丝位置的准确，要求电机的启动制动要迅速、转速要高、定位精度要高；对于不同尺寸的钼丝，需要使用不同的转速和转矩，这就要求电机转速和
7、转矩的调节性能要好，即要能根据不同的控制信号快速达到准确的速度和位置。根据这些要求，在机械设计手册当中查找，选用A02系列小功率三相异步电机，电机的型号初步选定为A027124，相关数据为：表3.1 电机参数电机型号额定功率/W额定电压/V堵转电流/A堵转转矩/最大转矩/A02-71243703806.02.22.4查询机械设计手册，电动机和联轴器的连接采用，长度为18普通平键。3.2.2 联轴器、轴承的计算和选型分析电机轴和丝筒轴的工作环境，由于高速走丝机构是往复运动，换向频繁，在换向的时候联轴器受到电机轴和丝筒轴上方向相反的剪切力的作用，所以查询机械设计手册选用弹性柱销联轴器。型号初选为L
8、X2。这个型号的联轴器的相关数据为：表3.2 联轴器的参数型号公称转矩/()许用转速/()轴孔直径、/轴孔长度/LX2560630024385212055282.5243852这个型号的联轴器如图所示：图3.1 联轴器外形示意图分析轴承的工作环境，丝筒和中间轴工作时只受扭转力和剪切力的作用，在轴向上不受力，又由于轴的转速非常高，所以决定采用单列深沟球轴承，丝筒轴的两对深沟球轴承初选型号为16006型，中间轴的两对初选型号为16007型。这两种轴承的相关参数如下：表3.3 深沟球轴承参数轴承代号基本尺寸基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速脂润滑油润滑600630551313.28.3010000
9、14000600735621416.210.59000120003.2.3 齿轮传动部分的设计计算传动比计算钼丝丝距（排丝距离电机轴每转一圈带动丝杠轴向移动的距离）选择为0.24，丝杆的螺距我们选择是3，由此可以计算储丝筒和丝杆之间的齿轮的传动比是： （3.1）选用二级齿轮传动，由两对齿轮组成，取齿轮齿数的计算取，由于齿轮齿根和轴上的键的距离不能为零，即 （3.2）选取d=15，然后由设计手册查得： （3.3）= = = 将数据代入3.2式得： 取得；又有；所以 （3.4） （3.5）去第三个齿轮的齿数；同上可求得，；又由所以 （3.6） （3.7）由此可以算得齿轮1、2的中心距为 （3.8）
10、齿轮3、4的中心距为 （3.9）由机械设计课程设计手册查得键槽连接部分的具体尺寸：表3.4 普通平键参数轴键键槽公称直径公称尺寸bh深度轴毂齿轮的其他相关数据如下：齿顶圆： （3.10） 齿根圆： （3.11） 3.2.4 丝杆和导轨的设计计算由于丝杠是正反向旋转的，所以采用正反向平衡的梯形牙，丝杠选用的长度为L=450，具体的参数如下: 螺距P=3mm 公称直径28mm 牙顶牙底间隙0.5mm 旋合长度450mm又机构重量适中，属于中型机械，所以丝杆的直径可以选择为28 mm。表3.5 丝杠螺母副相关参数大径/ mm中径/mm小径/mm牙型高/mm牙高/mm内螺纹28.526.5251-外螺
11、纹2826.524.5-1.25由于丝杠部分要同时承受径向载荷、转矩和轴向载荷，所以选用面对面安装的圆锥滚子轴承。这种结构的轴承，导轨选用三角形和矩形组合导轨，靠近工件的一边选三角形，矩形导轨负担重量，三角形导轨在运行时因为正反转，不同转向所受力方向不一样，这样正反转有一个面受主要力。三角形选择60度。3.3电路控制部分的设计3.3.1控制原理线路工作过程如下:自动档按下启动按钮SB2,KM1得电,工作台前进,当到达预定行程后(可通过调整挡块位置来调整行程),挡块1按下ST2,ST2动断触点断开,切断接触器KM1,同时ST2动合触点闭合,反向接触器KM2的电,工作台反向运行.当反向到位,挡块2
12、压下ST1,工作台又转到正向运动,进行下一个循环.行程开关ST1为正向.反向终端保护行程开关,以防ST1.ST2失灵时,工作台从床身滑出的危险.手动用于对中和装丝。电路图如下所示：图3.2 PLC电路图3.3.2电器元件的选择继电器的选择继电器主要是控制部分的小电流电路用于用于工作部分的大电流电路的接触器的选择接触器在工作电压小于1200V的低压电器中属于控制类电器。交流接触器主要用于在远距离和大电流的电路中连接和分断电路，本次设计采用的是TKC1交流接触器，这种型号的接触器适用于50Hz，电流在800A以下，电压在660V以下的电气电路中。熔断选择器的选择熔断保护器是用于电源的隔离、线路的过
13、流和短路保护，通过比较采用的是QCH30系列熔断式隔离器。额定功率为50Hz，额定工作电压为400V，额定工作电流为32A。行程开关的选择本次设计采用XZ-8/107型的行程开关。3.3.3PLC接线图I/O分配表表3.6 I/O分配表输入信号输出信号正向按钮I0.0正向限位ST3I0.6反向按钮I0.1反向限位ST4I0.7停止按钮I0.2正向移动Q0.0热继电器I0.3反向移动Q0.1正向行程ST1I0.4电机正转指示灯Q0.2反向行程ST2I0.5电机反转指示灯Q0.3程序梯形图图3.4 PLC程序梯形图PLC外部接线图图3.5 PLC外部接线图4 工作台进给系统的设计在设计工作台的结构
