三轴进给叶片电解加工机床系统设计【毕设论文】.doc

1、本科毕业论文（20 届）三轴进给叶片电解加工机床系统设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 三轴进给叶片电解加工机床系统设计1设计的主要任务及目标本设计希望学生能自助研制一套三面进给叶片电解加工系统，使用 proe 三维建模展现机床的实际装配效果，并验证设计方案正确。2设计的基本要求和内容（1）主要设计内容：完成三轴叶片电解加工机床运动进给系统设计。（2）工作要求：1）根据给定的设计任务书及设计

2、参数，在调研及多方搜集资料及基础上，明确所设计题目及内容，进行该系统总体方案设计，并撰写开题报告一篇。2）完成该机床机械本体、主传动系统、主轴进给系统等硬件部分的选型、设计，完成中期答辩报告一份。3）完成各系统三维零件图的绘制。4）撰写毕业设计论文一篇。3主要参考文献1 史先传, 朱 荻,李志永. 三轴进给的叶片电解加工. 华南理工大学学报, 2004，32(7):70-732 李志永. 基于电解液非线性特性的叶片电解加工阴极设计. 机械设计与制造,2007，1:67-693 李志永,季画. 电解加工在微细制造技术中的应用研究. 机械设计与制造, 2006,6:77-794 史先传,朱荻,李志

3、永. 三轴进给的叶片电解加工. 华南理工大学学报, 2004,32(7):70-735何华妹，三维造型设计：UG NX 4中文版实例详解，人民邮电出版社发行部，20074进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 指导老师下达研究课题的任务书 2013.12.252014.01.102 查阅相关文献资料，提交开题报告 2014.01.112014.03.083 完成文献综述，外文翻译;确定总体设计方案 2014.03.092014.04.124 完成总体设计，绘制零件草图 2014.04.132014.05.015 完成零部件设计、撰写设计说明书 2014.05.022014.06.01三轴进给

4、叶片电解加工机床系统设计摘要：电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成型的一种特种加工方法。电解加工对于难切削加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。三面进给叶片电解加工系统可以提高叶片电解加工精度。叶片采用机械加工难度较大，生产率低，加工周期长。而采用电解加工，在一次行程中就可以加工出复杂的叶身型面，生产率高，表面粗糙度值小。三轴进给叶片电解加工机床系统通过控制机床的三个轴的进给速度，改变阴极相对叶片的进给角度，使阴极不仅可以沿任意角度进给，而且进给路径可以为曲线。作者使用 Pro/e 三维建模展现了机床的实际装配效果，并验证设计方案正确。关键词：电解加工，三

5、轴进给，三维建模The design of three-feed blade ecm machine tool systemAbstract: Electrochemical machining (ECM) is a non-traditional machining technology based on electrochemical anodic dissolution in electrolyte and able to machine difficult-to-cut materials and to produce complex shaped parts or thin-wall

6、ed workpieces. A three-feed CNC ECM system for blade machining can improve the accuracy.By the traditional methods , blades are difficult to be produced, the productivity is low and the producing cycle is long .But using the electrochemical machining, we can produce complex blade face in a stroke, t

7、he productivity is high and the surface roughness value is small . The three-feed CNC ECM system for blade machining could be adjusted programmably to change the cathode feed angle relative to the blades, enabling the cathode feed not only along straight line, but also along curve.The author sets up

8、 3D modelt to show the real assembly effect by UG. And the design programme was proofed.Keywords：electrochemical machining, three-feed, 3D I目 录1 引言 .11.1 电解加工技术的原理、工艺特点以及应用 .11.1.1 电解加工原理 .11.1.2 电解加工的优缺点 .11.1.3 电解加工的工艺应用 .21.2 电解加工技术的发展 .21.2.1 振动 脉冲电流电解加工 .21.2.2 电解加工机床的发展状况 .41.3 叶片电解加工 .41.3.1

9、叶片电解加工工艺分析 .41.3.2 叶片电解加工的发展 .61.3.3 我国叶片电解加工面临的问题 .61.4 课题来源及研究的意义 .72 机床设计原理及目标 .92.1 三面进给叶片电解加工原理及其特点 .92.1.1 三面进给叶片电解加工原理 .92.1.1 三面进给叶片电解加工的实现 .102.2 三面进给叶片电解加工机床本体的总体布局选择 .112.3 电解加工机床的总体设计原则 .122.4 使用 Pro/Engineer 进行设计的优点 .132.5 机床的设计技术指标 .143 机械部分的选择及三维造型设计 .163.1 三面进给的发动机叶片电解加工系统进给机构 .163.1

10、.1 步进电动机的选择及三维造型设计 .163.2 联轴器的三维造型设计 .203.3 叶片夹具的三维造型设计 .213.4 丝杠的选择及三维造型设计 .223.5 轴承的选型、润滑及三维造型设计 .253.6 导轨及导轨副的选型及三维造型设计 .28II3.7 主轴的三维造型设计 .323.8 滑枕的三维造型设计 .343.9 机床安装 平台的材料选择及三维造型设计 .343.10 箱体的三维造型设计 .363.11 电解槽的三维造型设计 .373.12 电气绝缘 .38结 论 .40参考文献 .41致 谢 .42太原工业学院毕业设计11 引言1.1 电解加工技术的原理、工艺特点以及应用1.

11、1.1 电解加工原理电解加工作为叶片加工的一种主要工艺，其基本原理是电化学阳极溶解在加工过程中，工件接电源正极，工具接负极，工具电极向工件低速进给，使阴极和阳极之间保持较小的间隙，具有一定压力的电解液从间隙中流过，这时阳极工件的金属逐渐被电化学溶解，电解产物被高速流动的电解液带走，从而将工件加工成型6。如图 1 所示：1.1.2 电解加工的优缺点电解加工的优点： （1） 加工范围广 不受材料本身强度、硬度和韧性的限制，可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料，如淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈钢、耐热合金， 可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各种复杂的三维型面，以及薄壁、异形零件等。 （

12、2）能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔，进给速度可快达太原工业学院毕业设计20.315mm/min （3）表面质量好 加工中无切削力和切削热的作用，所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕等，可以达到较低的表面粗糙度（Ra1.250.2m）和0.1mm 左右的平均加工精度。电解微细加工钢材的精度可达1070m。 适合于加工易变形或薄壁零件。 （4）加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。 因为工具阴极材料本身不参与电极反应，其表面仅产生析氢反应，同时工具材料又是抗腐蚀性良好的不锈钢或黄铜等，所以除产生火花短路等特殊情况外，工具阴极基本上没有损耗。 （5）

13、加工生产率高 约为电火花加工的 510 倍以上，在某些情况下比切削加工的生产率还高。 且加工生产率不直接受加工质量的限制，故一般适宜于大批量零件的加工。 电解加工缺点 电解加工影响因素多，技术难度高，不易实现稳定加工和保证较高的加工精度。 工具电极的设计、制造和修正较麻烦，因而很难适用于单件生产。 电解加工设备投资较高，占地面积较大。 电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难1。1.1.3 电解加工的工艺应用20 世纪 60 年代初，电解加工工艺首先在炮管膛线和航空发动机涡轮叶片的加工中得到应用，其后又逐渐扩大应用于锻模型腔、深孔、小孔、长键槽、等截面叶片整体叶轮的加工以及去毛刺

14、等领域，取得了显著的经济效果，电解加工已成为制造业中一种重要的加工工艺之一。70 年代以后，虽然其应用范围有所减小，但应用要求更高，且在某些新的领域又得到新的应用1。1.2 电解加工技术的发展1.2.1 振动脉冲电流电解加工太原工业学院毕业设计3振动脉冲电流电解加工的基本原理就是以周期间歇供电代替传统的连续供电，以变化的阴极进给运动代替恒定的进给运动，使工件阳极在电解液中发生周期断续的电化学阳极溶解。电解加工过程中，阴极工具以速度 向阳极工件进给，同时按给定的规律 S(t)做周期性振动，见图 1.3。当工具电极向前进给，加工间隙内的电解液压强 P(t)增大，使得电解液流速降低，电解液中气体体积

15、减小并有部分气体溶入电解液中，气液混合比下降，形成均匀的极间介质。此时，大电流密度的加工电流 I(t)接通，开始电解溶解，伴随着一系列的物理和化学的反应，如电解液的温度 T(t)和气液混合比K(t)上升、阳极工件溶解等。当工具电极回退，间隙内压强 P(t)下降，间隙内为气液混合相，此时关闭加工电流 I(t)。加工间隙 S(t)增大，这有助于电解液更新和电解产物的排除。这样周而复始，直到加工完成6，如图 1.2 所示。利用脉冲电流电解加工时，在脉间的断电间歇，电解液去极化、散热、排除电解产物，使间隙中电化学特性、流场、电场恢复起到始状态。因此，与传统直流加工相比，脉冲电解加工可以有更高的电流密度

16、和更小的加工间隙，从而提高了加工稳定性，改善了加工表面质量。在许多场合，如模具型腔加工、叶片型面加工、光整加工、微细加工等方面，脉冲加工明显表现出更好的型面精度控制、更垂直的侧壁、更小的转角圆弧以及更好的表面质量。另外，脉冲加工提供了更多的可调参数，为过程控制提供了便利。有文献资料表明，在脉冲电流加工中，电流信号的方差可能会与加工间隙之间存在某种关系。这意味着在某些情况下，可用电流信号来识别加工间隙的大小，从而为电解加工间图 1.2 脉冲振动电解加工原理图太原工业学院毕业设计4隙的在线检测提供了理论依据。1.2.2 电解加工机床的发展状况随着航空航天科学技术的发展，在发动机研制中大量采用精密电

17、解加工技术，促进了电解加工工艺的研究和应用。80 年代英国 R.R 公司建造了叶片电解加工自动生产线，以计算机控制可靠地保证了叶片加工精度，使叶片生产效率大幅度提高，加工节拍每片仅 4min，成本降低了一半。在俄罗斯，航空发动机工厂仍大量采用电解加工叶片。在美国、加拿大，也有电解加工叶片的专用厂房，如加拿大 Walbar 公司的电解加工分厂，专门加工超薄、精密压气机叶片。在荷兰，菲利普公司建立了一条电解加工生产线，用于电解抛光剃须刀网罩。为了提高电解加工精度，采用了非线性电解液以及混气电解加工技术，取得了一定的效果，但应用的局限性较大。计算机的应用提高了电解加工的综合技术经济效果，但由于工艺上

18、没有重大突破，因而没有从根本上解决加工精度问题。从 20 世纪 80 年代采用 GTO（可关断晶闸管）发展到 90 年代 MOSFET（功率场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管），出现了高频、窄脉冲电流电解加工，与传统的直流电解加工相比，脉冲电解加工能较大地提高加工精度，有效地改善加工表面状况。英、美、俄等国相继进行了脉冲电解加工技术的基础试验研究，以及此项技术的应用研究，从根本上改善了电解加工间隙的流场、电场及电化学过程，从而得到了较高的蚀除能力和较小的加工间隙，因而既能获得较高的加工效率，又保证了较高的加工精度。俄罗斯科学研究院设计的立式电解加工机床，采用振动进给和脉冲电源，机床有复杂的控制系统，可以根据外部条件变化有效地自动调节加工电源、电解液系统和进给系统，从而确保加工型面精度和表面粗糙度，加工电源为矩形脉冲电源，可以通过编程改变脉冲的频率和占空比，有短路预测、切断电源和过流保护功能6。1.3 叶片电解加工1.3.1 叶片电解加工工艺分析目前叶片电解加工主要采用双面电解加工方式，如国产DJS系列电解机床为双面相向进给加工方式，同时加工出叶盆和叶背（如图2）；英国R.R.公司采用双面斜向