电火花机床机械结构设计

电⽕花机床机械结构设计
任务书
论⽂（设计）题⽬：电⽕花机床机械结构设计
学号：姓名：专业：
指导教师：系主任：
⼀、主要内容及基本要求
1、对四轴精密电⽕花成型机床的机械系统功能进⾏分析,完成电⽕花成型机床的整体和各部件的设计、建模。

2、建⽴机床的虚拟样机模型,对其进⾏主运动部件、进给运动执⾏部件(⼯作台、拖板及其传动部件)和⽀承部件设计。

3、通过机械连接部件驱动机床⼯作台，使⼯作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，加⼯出形状、尺⼨与精度符合要求的零件。

⼆、重点研究的问题
1、机床精度标准
2、进给系统
3、主轴系统参数设计
4、夹紧装置分析
三、进度安排
四、应收集的资料及主要参考⽂献
[1]张志英,⽯军. 数控机床的结构设计与优化[J]. 中国制造业信息化,2012,17:36-39.
[2]张炜,盛亚英. 数控电⽕花成形机床伺服特性及伺服系统设计[J]. ⾦属加⼯(冷加⼯),2011,10:80-83.
[3]张炜. ⼤型固定⼯作台数控电⽕花成形机床的设计[J]. 科技致富向导,2011,33:198-200.
[4]李震. 基于⾼速主轴深⼩孔电⽕花加⼯技术研究[D].哈尔滨⼯业⼤学,2013.
[5]司杰. 三轴数控电⽕花机床设计与虚拟装配研究[D].河北⼯业⼤学,2007.
[6]徐欣. 数控电⽕花成型机床主轴⽀承系统的研究[D].浙江⼯业⼤学,2007.
[7]孟翠,滕向阳,贾志新. 新型电⽕花线切割机床的设计与可⾏性研究[J].机械设计与制造,2007,09:31-33.
[8]⼴州电机⼚电⽕花⼩组.使⽤电⽕花机床的⼏点体会[J].电加⼯,1975,01:42-46.
[9] 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司.⼀种⽴车/电⽕花磨双⽤数控机床:中国,CN200920288213.3[P].2010-12-22.
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毕业论⽂（设计）题⽬：电⽕花机床机械结构设计
鉴定意见
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⽬录
中⽂摘要 (1)
英⽂摘要 (2)
⼀、引⾔ (3)
1.1 题研究的⽬的和意义 (3)
1.2 本设计国内外研究历史与现状 (4)
1.3 本设计拟解决的关键问题和研究⽅法 (5)
1.4 电⽕花成型加⼯特点和适⽤范围 (5)
⼆、电⽕花成型机床总体结构设计 (8)
2.1 电⽕花成型机的结构形式 (8)
2.2 电⽕花成型机结构设计 (9)
三、主轴系统设计 (13)
3.1 主轴系统设计⽅案 (13)
3.2 电机的选择 (14)
3.3 同步齿形带设计 (19)
3.4 滚珠丝杆副的设计 (22)
3.5 直线导轨的设计 (27)
四、⼯作台设计 (29)
五、⼗字滑座设计 (34)
六、电极夹头设计 (37)
七、机床润滑系统设计 (40)
⼋、⼯作液循环装置结构设计 (42)
参考⽂献 (45)
谢辞 (46)
附录 (47)
翻译 (52)
摘要：介绍了电⽕花成型机床的加⼯原理、特点及其发展历程：它是通过脉冲直流电源不断产⽣⽕花放电来去除⼯件材料，且在⼯件与⼯具之间有绝缘液体介质。

分析并设计了电⽕花成型机床结构系统。

机床总体布局为单柱⽴式，主轴采⽤步进电机拖动滚珠丝杆完成升降，利⽤步进电机多级可变细分技术，实现伺服系统的变频、变步距双重伺服调节，提⾼系统的跟踪能⼒和稳定性。

进给系统采⽤滚珠丝杆和⼗字滑座实现⼯作台的横向、纵向移动，运动平稳。

电⽕花成形加⼯要在加⼯精度、加⼯效率、加⼯范围等⽅⾯取得重⼤突破，⼀个重要的发展⽅向就是对机床成形运动⽅式的创新和多样化。

本课题的研究，是对电⽕花成型加⼯发展⽅向的⼀次有益尝试，通过改进电⽕花加⼯机床的伺服系统、控制系统、机床结构等，在保证加⼯精度的前提下提⾼了加⼯效率；通过开放式的控制系统，提⾼了电⽕花成型加⼯过程的⾃动化。

关键词：电⽕花；主轴；滚珠丝杆；⼗字滑座； V型导轨
Abstract：The processing principles, characteristics and development process of the EDM machine by author is introdunced in this paper. It removes material with repetitive spark discharges from a pulsating DC power supply, with a dielectric flowing
between the work piece and the tool.
Analysis and design the system of structure for EDM machine . Machine overall layout as a single vertical column, 3-axis; Stepper motor is used in the machine tool to drive the ball screew up and down directly,the control system of the machinetool acapt divided dreving technique of step motor,and realizes dual regulations with changing feed step and changing feed frequency ,this improves its tracking ablity and stability. Feed system uses Ball Screw and the cross slide take the table move on the horizontal and vertical , smooth motion.
EDM should be in the processing accuracy, processing efficiency, processing and other aspects of the scope of a major breakthrough, an important direction of development is the right tool forming movement pattern of innovation and diversification. The study of this topic is a direction of development of EDM machining a useful attempt, by improving EDM servo systems, control systems, machine tool structure, guarantee the processing precision under the premise of improving the processing efficiency; through open the control system to improve the EDM process automation.
Keywords: EDM；main spindle；ball screw；Cross slide；V-shaped guideways
⼀引⾔
精密数控电⽕花成型机是为了适应⼯业飞速发展，尤其是模具制造⼯业发展⽽设计的新型机床，有较⾼的加⼯⼯艺指标，应⽤⼴泛，⽤于电机、仪表、电器、汽车制造、宇航、家电、轻上、军⼯等多种⾏业中的模具制造加⼯。

可以加⼯各种中⼩型冲裁模(落料模、复合模和级进模)，型腔模(精密压铸、压延、塑料、玻璃制品、粉末冶⾦和胶⽊等)，各种超硬度材料，异型曲⾯零件，坐标孔零件及成型零件。

机床可以加⼯如直径为0．1mm以上的孔径和0．2mm以上的窄缝，切割各种硬质台⾦和取折断⼯具等，能对碳素钢、⼯具钢、淬⽕钢、硬质合⾦钢以及其他⾼硬度⾦属材料进⾏放电加⼯，是加⼯复杂模具和复杂零件的理想设备。

数控电⽕花成型机也是专门对导电材料进⾏标准化电⽕花加⼯⽽设计的。

它还可以实现⽆⼈操作⾃动加⼯，⼤幅度提⾼⽣产效率和经济效益。

所以说，数控电⽕花成型机床的问世，对传统的机加⼯技术产⽣了很⼤的冲击，也给制造⾏业带来了新的发展和进步。

随着电⼦技术、计算机技术、精密模具制造技术、材料科学等尖端科学技术的飞速发展，对零件的精度、性能、寿命的要求越来越⾼。

因此在设计上采⽤了许多新技术、新材料、新结构，导致零件的结构、形状复杂，如薄壁深孔零件，这类零件出于精度、寿命等因素考虑，常采⽤⾼温合⾦、硬质合⾦、耐热钢淬⽕钢等材料，且加⼯精度、表⾯粗糙度要求⾼，传统的机械加⼯⽅法实现困难、成本⾼。

作为基础⼯业的机械制造业，其发展的核⼼问题之⼀就是如何进⼀步提⾼机械加⼯的精度和质量，同时降低经济成本。

1.1 题研究的⽬的和意义
随着社会的进步和科学技术的发展，在机加⼯领域出现了⼀些硬度⾼难于⽤传统机加⼯⽅法加⼯的新材料。

于是在⼯艺上要求出现⼀种适应加⼯需求的加⼯机械。

电⽕花成型机正是适应了这种需求，并且电⽕花成型机作为⼑具与⼯件⾮接触式加⼯的机床，克服了以往切削加⼯机床的局限。

本课题的研究意义：本课题根据企业的实际⽣产需要，通过该课题的研究，将电⽕花加⼯技术及加⼯机床的最新发展成果应⽤于企业的⽣产实际，设计的机床具有⾃动进给功能，既实现了研究成果向⽣产⼒的转化，⼜为企业节约了⼤量的资⾦，具有重⼤的经济价值和现实意义。

本课题的主要⽬的：本课题在对电⽕花成型机原理分析研究基础上，研究设计机床的结构系统、驱动控制、结构的动态分析与优化等。

其主要内容如下：1、了解电⽕花成型机的机械结构系统，根据零件加⼯要求，设计机床整体结构；2、设计机床的进给系统，优化系统结构；3、对机床运动进⾏运动学分析和参数优化。

4、对进给系统进⾏控制部分设计。

1.2国内外研究历史与现状
电⽕花成型机在20世纪40年代开始研究并逐步应⽤于⽣产，最初出现的只可单轴进给的单⽴柱机床。

随后出现了多轴联动，多⽴柱的电⽕花成型机。

异形⼩孔的加⼯机床的出现也是电⽕花成型机发展史上的⼀⼤进步，例如D703型⾼速电⽕花夹攻⼩孔机床。

SP1-30镜⾯电⽕花机采⽤的松下伺服系统，表⾯粗糙度可达Ra0.1um,HE350-CNC 双头机电⽕花成型机为我国⾃主研发，加⼯效率成倍提⾼。

但就总体⽽⾔，我国在电⽕花加⼯领域同⽇本等国际先进⽔平还有⼀定差距。

当前，电⽕花加⼯技术正向着⾼效化、精密化、智能化、微细化、复合化等⽅向发展，⼀些新技术、新思想不断被运⽤到电⽕花加⼯中去，同时，许多新的⼯艺⼿段也不断涌现，主要包括以下⼏个⽅⾯:(1) 微细电⽕花加⼯技术微细加⼯是应产品微型化要求⽽出现的，是加⼯技术向加⼯尺⼨微⼩化⽅向的发展，⼀般是指被加⼯零件直径或宽度⼩于200µm以下的加⼯⼿段。

微细电⽕花加⼯技术是电⽕花加⼯技术在微细加⼯领域的⼀个重要分⽀，从⽂献检索的情况来看，国内外关于微细电⽕花加⼯⽅⾯的论⽂⾮常多，⾜以说明此研究⽅向受关注的程度。

（2) 超声电⽕花复合加⼯技术在特种加⼯领域中，综合利⽤不同加⼯⽅法的技术特长，将多种能量形式进⾏巧妙结合的复合加⼯⽅式往往可⼤幅提⾼加⼯效率或改善加⼯质量，因⽽⼀直是倍受关注的⽅向之⼀。

电⽕花加⼯和超声加⼯均因加⼯速度较慢⽽困扰着⼈们，然⽽在电⽕花加⼯中引⼊⼯具电极的超声振动，进⾏超声电⽕花复合加⼯，却可以改善放电间隙状况，从⽽⼤⼤提⾼⽣产率。

(3) ⽓体介质放电加⼯技术传统的电⽕花加⼯技术是在液体介质(通常称作⼯作液)中进⾏放电加⼯的，⽽液体介质在加⼯中起到压缩放电通道使能量⾼度集中、加速极间冷却和消电离过程、加速排除电蚀产物等作⽤，被认为是电⽕花加⼯必不可少的⼏⼤要素之⼀。

然⽽，最近⼏年由⽇本东京农⼯⼤学国枝正典教授等⼈提出的⽓中放电加⼯技术完全改变了⼈们的上述思想。

⽓中放电⼀般使⽤薄壁管状电极，加⼯中管状电极作回
转和轴向伺服运动，⼀定压⼒的⽓体⾃管中⾼速喷出，以避免加⼯屑反粘凝固在电极和
⼯件表⾯上，同时加速了熔融和⽓化⾦属的抛出过程，并起到冷却电极的作⽤。

⽓中放电加⼯的最⼤优点在于加⼯过程中电极损耗极低，⽽且加⼯时不产⽣有害⽓体，安全性较⾼，⼜可简化机床结构，因⽽也是倍受关注⽽成为热点。

(4) 电⽕花表⾯强化技术由于零件表⾯性能在零件的使⽤过程中所起到的重要作⽤，表⾯强化技术受到了⼈们的重视。

电⽕花表⾯强化技术是⼀种简便⽽灵活的表⾯处理⽅法，它是通过电⽕花放电作⽤将作为电极的导电材料熔渗进⼯件表层⾦属，形成合⾦化的表⾯强化层，从⽽使⼯件表⾯的物理、化学和机械性能得到改善。

电⽕花表⾯强化与其他表⾯强化⽅法相⽐，具有如下优点：设备简单，在普通电⽕花加⼯机床上即可进⾏，强化成本较低，处理速度较快，因只在局部进⾏放电，零件整体温度仍为室温因⽽不会引起零件变形，以及可处理复杂零件等，⽬前已在军事、航空、模具、⼑具等⾏业得到较⼴泛的应⽤。

通过查阅分析数据及市场调研，近来电⽕花成型机床在虽然⾼效率精密加⼯技术⽅⾯有不断的进步，但在⽬前市场竞争中仍然有着很⼤的危险。

我们可以透过于02年9⽉4⽇在美国芝加哥举⾏的IMT2002来分析：在此次展览中，我们可以看到来⾃瑞⼠阿奇夏⽶尔公司、西班⽛欧那公司、⽇本的三菱公司、沙迪克等公司带来的EDM产品。

其中，在电⽕花成型机床⽅⾯，也主要体现在向着⾼效和精密加⼯的⽅向迈进，但同时专家系统的出现也抢占了其部分市场。

例如在⼤⾯积浅型腔加⼯、能量控制（变截⾯加⼯）、深槽窄缝加⼯、微细加⼯、硬质合⾦加⼯、镜⾯加⼯、轮廓加⼯等⽅⾯，专家系统保证了精密加⼯的顺利实现。

⽬前精密加⼯技术中，能加⼯型腔模的设备越来越多，譬如数控铣床，数控仿形铣床，加⼯中⼼，特别是再近⼏年发展的⾼速铣床。

国外某些HSM的制造商已经把HSM说成是“完全可以替代EDM”的“⽆EDM加⼯技术”，⽽且说HSM是不需要抛光的⼀次性技术等等。

当然这样的说法可能有点⾔过其实，但HSM的发展对EDM确实产⽣了⼀定的影响。

使得电⽕花成型机床在市场中⾯临激烈的竞争。

但与HSM的⽐较中，EDM同时也有着它⾃⼰的特点。

例如在加⼯硬度为50-54HRC 的钢材来说，HSM能加⼯⾼硬度材料，不等于它的加⼯性能好，技术经济合理。

因为加⼯所使⽤的价格昂贵的⼑具寿命只有⼀⼩时。

也就是说HSM对硬材料加⼯性能差，⽽⾼硬度材料的加⼯正是EDM的特长。

所以在更多的材料要求为⾼硬度、耐磨性好的材料的模具⾏业中，EDM体现了它的优势。

以上说明，HSM与电⽕花成型机床不是谁替代谁的问题，⽽是相辅相成、互相发展
的问题。

同时也说明，在强⼿林⽴的市场竞争中，虽然有着强有⼒的竞争对⼿，但仍然有着良好的发展前途。

基于上⾯的分析，我们这次选择了电⽕花成型机床设计，希望对原有电⽕花成型机床有⼀定的改进。

1.3 拟解决的关键问题和研究⽅法
本机床采⽤⼗字⼯作台，根据《模具制造⼯艺装备及应⽤》采⽤刚度好的材料并对摩擦表⾯进⾏硬化处理，因⽽能保证加⼯⼯件、⼯作液稳定性，避免由于移动重物产⽣惯性、⼯作液发⽣震荡⽽造成的不稳定性，且不会因⼯作台⾯荷重⽽影响加⼯精度，X、Y轴移动采⽤滑枕式结构，移动稳定、可靠，确保加⼯精度。

根据《数控加⼯技术》第六章数控机床的结构篇，采⽤滚珠丝杆作为传动元件，使之能实现微进给、⽆侧隙、刚性⾼、⾼速进给。

为减少⼯具电极的损耗，查《电⽕花加⼯技术》表3-3脉冲电源的波形与特点，采⽤梳形波脉冲电源。

研究⽅法： 1）⽂献调查法查阅有关电⽕花成型机的⽂献，了解电⽕花成型机的加⼯原理，主要组成部分和他的发展历史和现状。

2）观察法通过观察实验室的电⽕花成型机，了解电⽕花成型机的主要结构，功能和⼯作原理。

3）模拟法运⽤CATIA 进⾏主轴系统的三维建模，并对模型进⾏仿真实验，擦看机构设计是否合理，并进过反复实验更改以其达到预期要求。

1.4 电⽕花加⼯特点和适⽤范围
1.适合与于难切削材料的加⼯。

由于加⼯中材料的去除是靠放电时的电热作⽤实现的，材料的可加⼯性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点（⽓化点）、⽐热容、导热系数、电阻率等，⽽⼏乎与其⼒学性能（硬度、强度等）⽆关。

这样可以突破传统切削加⼯对⼑具的限制，可以实现⽤软的⼯具加⼯硬韧的⼯件，甚⾄可以加⼯像聚晶⾦刚⽯、⽴⽅氮化硼⼀类的超硬材料。

⽬前电极材料多采⽤紫铜或⽯墨，因此⼯具电极较容易加⼯。

2.可以加⼯特殊及复杂形状的零件。

由于加⼯中⼯具电极和⼯件不直接接触，没有机械加⼯的切削⼒，因此适宜加⼯低刚度⼯件及微细加⼯。

由于可以简单地将⼯具电极的形状复制到⼯件上，因此特别适⽤于复杂表⾯形状⼯件的加⼯，如复杂型腔模具加⼯等。

数控技术的采⽤使得⽤简单的电极加⼯复杂形状零件也成为可能。

3．易于实现加⼯过程⾃动化。

由于是直接利⽤电能加⼯，⽽电能、电参数较机
械量易于数字控制、适应控制、智能化控制和⽆⼈化操作等。

4．可以改进结构设计，改善结构的⼯艺性。

例如可以将拼镶结构的硬质合⾦冲模，改为⽤电⽕花加⼯的整体结构，减少了加⼯⼯时和装配⼯时，延长了使⽤寿命。

⼜如喷⽓发动机中的叶轮，采⽤电⽕花加⼯后可以拼镶、焊接结构改为整体叶轮，既⼤⼤提⾼了⼯作可靠度，⼜⼤⼤减少了体积和质量。

电⽕花加⼯也有其⼀定的局限性，具体如下：
1．只能⽤于加⼯⾦属等导体材料。

不像切削加⼯那样可以加⼯塑料、陶瓷等绝缘的⾮导电材料。

但近年来研究表明，在⼀定
的条件下也可以加⼯半导体和聚晶⾦刚⽯等⾮导体超硬材料。

2．加⼯速度⼀般较慢。

因此通常安排⼯艺多采⽤切削来去除⼤部分余量，然后再进⾏电⽕花加⼯，以求提⾼⽣产率，但最近的研究结果表明，采⽤特殊⽔基不燃性⼯作液进⾏电⽕花加⼯，其粗糙度甚⾄⾼于切削加⼯。

3．存在电极损耗。

由于电⽕花加⼯靠电、热来蚀除⾦属，电极也会遭受损耗，⽽且电极损耗多集中在尖⾓或低⾯，影响成型精度。

但最近的机床的产品在粗加⼯时已能将电极相对损耗⽐降⾄1%以下，在中、精加⼯时能将损耗0.1%以下，甚⾄更⼩。

4．最⼩⾓部半径有限制。

⼀般电⽕花加⼯能得到的最⼩⾓部半径等于加⼯间隙（通常为0.02~0.3mm），若电极有损耗或采⽤平动头加⼯，则⾓部半径还要增⼤。

但近年来的多轴数控电⽕花加⼯机床，采⽤X、Y、Z轴数控摇动加⼯，可以清棱清⾓地加⼯出⽅孔、窄槽的侧壁和底⾯。

由于电⽕花加⼯具有许多传统切削加⼯所⽆法⽐拟的优点，因此其应⽤领域⽇益扩⼤，⽬前已⼴泛应⽤于机械（特别是模具制造）、宇航、航空、电⼦、电机、电器、精密微细机械、仪器仪表、汽车、轻⼯业等⾏业，以解决难加⼯材料及复杂形状零件的加⼯问题。

加⼯范围已达到⼩⾄⼏⼗微⽶的⼩轴、孔、缝，⼤到⼏⽶的超⼤型模具和零件。

⼆电⽕花成型机床总体结构设计
2.1 电⽕花成型机的结构形式
电⽕花成型加⼯机床结构有多种形式，根据不同加⼯对象，常见的结构有“C”形结构、龙门式结构、⽜头滑枕式结构、摇臂式结构和台式结构。

图2.1 “C”形结构
1-床⾝2-⽴柱3-主轴头4-⼯作台
“C”形结构如图2.1所⽰。

加⼯时，⼯作台实现X轴和Y轴伺服进给运动，主轴头实现Z轴伺服进给运动。

此类机床的结构特点是：床⾝、⽴柱、主轴头、⼯作台构成⼀“C”字形。

这种结构的优点是：结构简单，制造容易，具有较好的精度和刚性，操作者可以从前、左、右三⾯充分靠近⼯作台。

缺点是：⼯件装卸不⽅便，每次安装、检测⼯件都必须开门放油，然后再关门上油。

“C”形结构较适合中、⼩型机床，国内机床⼤部分采⽤此种结构形式。

[9]
图2.2⽜头滑枕式结构
1-床⾝；2-⽴柱；3-滑座；4-主轴头；5-⼯作液槽
⽜头滑枕式结构如图2.2所⽰。

这种结构形式类似⾦属切削机床中的⽜头刨床。

⼯作台固定不动或实现X⽅向移动，主轴头通过滑枕实现Y⽅向移动或X, Y⽅向的移动。

这种结构的优点是：装卸、检测⼯件⼗分⽅便，此结构为设计、安装可升降式⼯作液槽提供⽅便；当可升降⼯作液槽下降时，⼯件完全暴露出来，可以⽅便地对⼯件进⾏安装、检测，完毕后只需将⼯作液槽升起即可重新加⼯，提⾼了⼯作效率。

缺点是:结构较复杂，制造成本较⾼。

⽜头滑枕式结构⽐较适合数控化程度较⾼的机床。

因为“C”型结构具有结构简单，制造容易，具有较好的精度和刚性，且造价相对⽜头式机床更加低廉等优点，故本设计采
⽤“C”型结构。

2.2 电⽕花成型机结构设计
根据对电⽕花成型机床功能原理的分析，我们需要实现主轴头和⼯件之间通过脉冲电源放电来蚀除材料。

这要求主轴个⼯作台之间形成隔缘，然后分别接脉冲电源的正、负极。

根据任务书要求，设计总体布局为单柱⽴式。

⾸先，我将设计任务书所给的条件同时参照电⽕花成型机床参数列表如下：
1）机械规格
表2.1 设计参数
此次设计我采⽤了类⽐设计，在外观设计上我参考了我们机械院楼⾥的电⽕花加⼯机床，对其⼤体有个了解：电⽕花加⼯机床加⼯时⼯件固定在⼯作台上，由滚珠丝杆带动的电极头缓慢的向下移动，且移动精度要求较⾼。

其主轴动⼒系统为交流伺服电机，通过齿轮变速后连接滚珠丝杆带动主轴头移动，且有光栅尺检测其位置；纵向、横向进给系统也采⽤滚珠丝杆传动，直接⽤⼿柄驱动，⽽没有采⽤电机驱动，导轨则采⽤了滑动导轨。

通过对电⽕花成型机床资料的了解，把电花成型机分为主机结构、⼯作液循环装置
结构、数控电源柜等⼏个主要部分开始设计。

其中，我们主要考虑主机部分的设计，它的结构形式是单柱床⾝，前边有⼗字滑座⼯作台，后边装有⽴柱，⽴柱正前⽅装有主轴头，能沿导轨上下移动。

⽴柱右侧配有机床电器控制箱和控制柜。

⽴柱上⽅装主轴头升降电机及减速箱。

其主要包括床⾝、主轴、电极头、⼯作台及⼗字滑座五部分的设计。

图2.3是型电⽕花成型机外观图
图2.3 型电⽕花成型机外观图
（1）床⾝结构机床采⽤滑枕式结构，此结构具有较好的刚性和较⼤的承载能⼒，并且加⼯精度⾼，稳定性能好，⼯作液箱⼤，加⼯效率⾼。

机床的X、Y、Z三个坐标采⽤步进电动机驱动滚珠丝杆的形式。

三个坐标导轨采⽤滑动导轨。

（2）主轴箱结构及主传动形式主轴箱包括主轴伺服系统和主轴平衡结构。

步进电动机通过同步带与滚珠丝杆连接。

滑枕移动采⽤精密直线导轨副。

主轴箱还装有刹车装置，防⽌主轴头⾃动滑下。

当强电接通时，刹车器放松，电机可带滚珠丝杆旋转，使滑板带动主轴箱上下移动。

当强电关闭时，刹车器锁住丝杆，防⽌主轴箱因⾃重掉下来。

主传动形式主要有三种（如图2.4）：1带有变速齿轮的主传动(a) ；2.通过带传动的主传动（b）； 3．由主轴电机直接驱动的主传动(c) 。

图2.4主传动形式
由于主传动要保证传动⽐，并且同步齿形带传动噪⾳⼩，故本设计采⽤同步齿形带传动。

（3）⼯作台⼯作台采⽤⼿柄直接与滚珠丝杆副相连，滑动导轨具有结构简单、制造⽅便、刚性好、抗震性⾼等特点，移动采⽤精密直线滑动导轨副。

(a)滑动导轨
(b)滚动导轨
图2.5 ⼯作台连接结构
（4）杆的⽀承形式：
滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，⽽径向载荷主要是卧式丝杠的⾃重。

其两端⽀承的配置情况分为⼀端固定⼀端⾃由、两端固定和⼀端固定⼀端浮动，如图2.6所⽰。

图2.6 滚珠丝杠的⽀承配置
a)⼀端固定⼀端⾃由 b)两端固定 c)⼀端固定⼀端浮动
1)图3.7(a)所⽰是⼀端固定⼀端⾃由的⽀承形式。

其特点是结构简单，轴向刚度低，适⽤于短丝杠及垂直布置丝杠，⼀般⽤于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴。

2)图3.7(b)所⽰是⼀端固定⼀端浮动的⽀承形式，丝杠轴向刚度与a)形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两⽀承同轴。

这种形式的配置结构较复杂，⼯艺较困难，适⽤于较长丝杠或卧式丝杠。

3)图3.7(c)所⽰是两端固定的⽀承形式，丝杠的轴向刚度约为⼀端固定形式的4倍，可预拉伸，这样既可对滚珠丝杠施加预紧⼒，⼜可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧⼒，但结构⼯艺都较复杂，适⽤于长丝杠。

本课题中采⽤第⼀种⽀承配置⽅式
5）⼯作液槽结构⼯作液槽安装在⼯作台上，⼯作液槽采⽤单开门的结构形式，门外密封采⽤O形密封结构。

通过调节进油开关及冲吸油压⼒调节阀来改变油压压⼒。

为了保证加⼯过程安全进⾏，加⼯时⼯作液⾯必须⽐⼯件上表⾯⾼出⼀定⾼度，因⽽在⼯作液槽上装有液⾯⾼度控制器，随着不同⾼度的⼯件调节⼿柄的⾼度。

当液⾯升到⼀定位置时，液⾯控制器接通，此时才能进⾏放电⼯作状态。

当加⼯中液⾯降低时，液⾯控制器断开，电柜报警，停⽌加⼯。

当加⼯中⼯作油温超过60·时，温度控制器断开，电柜报警，停⽌加⼯。

三主轴传动系统设计
3.1 主轴传动系统设计⽅案
电⽕花机床主轴系统设计主要部分是实现电⽕花主轴⾃动进给伺服系统的设计。

即是保持电极与⼯件之间有恒定的放电间隙，⽽达到稳定的加⼯⽬的。

因⽽伺服系统的品质优劣直接影响电⽕花机床性能的指标。

根据电⽕花机床加⼯的特点，伺服控制系统应该满⾜以下要求：
○1响应速度快；
○2进给速度调节范围⼴；
○3超调量⼩，保证在正常放电间隙内。

国内电⽕花机床较普遍采⽤喷嘴挡板式液压主轴头，这⾥我们参考电⽕花机床，采⽤电动机丝杆式主轴头，主要由旋转电动机（直流电动机、步进电动机），丝杆和滑枕组成，其⼯作原理：⽴柱上⽅装有伺服电机，通过同步齿形⽪带和减速齿轮传递给滚珠丝杆，再通过丝杆螺母把丝杆的旋转运动转化成滑枕的上下直线移动，主轴下端装有电极夹具，从⽽实现伺服加⼯。

主轴剖⾯⽰意图如下：
图3.1 主轴剖⾯⽰意图
1.丝杆⽀撑座
2.轴承
3.减速齿轮
4.压紧螺母
5.轴承座
6.螺母
7.丝杆 9.直线导轨
3.2 电机的选择
电机的选择：由于伺服驱动部件是数控系统中与机械直接有关的部分，它们的性。