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题 目：三轴数控电火花机床设计
专 业：机械设计制造及其自动化学 号：
姓 名： 指导教师：
完成日期： 2025 年 6 月
目 录
摘 要 II
Abstract III
第一章 引言 1
题争论的目的和意义 错误!未定义书签。
国内外争论历史与现状 2
拟解决的关键问题和争论方法 错误!未定义书签。
电火花加工特点和适用范围 错误!未定义书签。
其次章 电火花成型机床总体构造设计 7
电火花成型机的构造形式 7
电火花成型机构造设计 8
第三章 主轴传动系统设计 12
主轴传动系统设计方案 12
电机的选择 13
同步齿形带设计 错误!未定义书签。
滚珠丝杆副设计 19
直线导轨设计 错误!未定义书签。
第四章 工作台设计 25
第五章 十字滑座设计 30
第六章 电极夹头的设计 33
第七章 机床润滑系统 36
第八章 工作液循环装置构造 38
第九章 结 论 39
参考文献 40
致 谢 错误!未定义书签。
摘 要
介绍了电火花成型机床的加工原理、特点及其进展历程：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构造系统。机床总体布局为单柱立式，主轴承受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、变步距双重伺服调整，提高系统的跟踪力量和稳定性。进给系统承受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， 一个重要的进展方向就是对机床成形运动方式的创和多样化。本课题的争论， 是对电火花成型加工进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、掌握系统、机床构造等，在保证加工精度的前提下提高了加工效率；通过开放式的掌握系统，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
第一章 引言
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的局限。
本课题以北京迪蒙卡特机床现有的CTS400 三轴数控电火花成形机
床为争论对象，对机床的 X、Y、Z 轴的相关运动局部进展变型设计与分析，使机床机构到达优化，功能趋于完善。通过对CTS400 主要部件的设计与建模、虚拟装配的争论和动画仿真，初步地探讨了机床设计的思路和虚拟装配这种比较的工具在产品开发中的应用。
本课题的主要目的：本课题在对电火花成型机原理分析争论根底上，争论设计机床的构造系统、驱动掌握、构造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构造系统，依据零件加工要求，设计机床整体构造；2、设计机床的进给系统，优化系统构造；3、对机床运动进展运动学分析和参数优化。4、对进给系统进展掌握局部设计。
国内外争论历史与现状
电火花成型机在 20 世纪 40 年月开头争论并逐步应用于生产，最初消灭的只可单轴进给的单立柱机床。随后消灭了多轴联动，多立柱的电火花成型机。异形小孔的加工机床的消灭也是电火花成型机进展史上的一大进步，例如D703 型高速电火花夹攻小孔机床。SP1-30 镜面电火花机承受的松下伺服系统，外表粗糙度可达 ,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还有肯定差距。
当前，电火花加工技术正向着高效化、周密化、智能化、微细化、复合化等方向进展，一些技术、思想不断被运用到电火花加工中去，同时，很多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消灭的，是加工技术向加工尺寸微小化方向的进展， 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，从文献检索的状况来看， 国内外关于微细电火花加工方面的论文格外多，足以说明此争论方向受关注的程 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，将多种能量形式进展奇异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，因而始终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，
进展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) 中进展放电加工的，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、加速排解电蚀产物等作用，被认为是电火花加工必不行少的几大要素之一。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转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，肯定压力的气体自管中高速喷出， 以避开加工屑反粘凝固在电极和工件外表上，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，又可简化机床构造，因而也是倍受关注而成为热点。(4) 电火花外表强化技术 由于零件外表性能在零件的使用过程中所起到的重要作用，外表强化技术受到了人们的重视。电火花外表强化技术是一种简便而敏捷的外表处理方法，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，形成合金化的外表强化层，从而使工件外表的物理、化学和机械性能得到改善。电火花外表强化与其他外表强化方法相比，具有如下优点：设备简洁，在一般电火花加工机床上即可进展，强化本钱较低，处理速度较快，因只在局部进展放电，零件整体温度仍为室温因而不会引起零件变形，以及可处理简单零件等，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周密加工技术方面有不断的进步，但在目前市场竞争中仍旧有着很大的危急。我们可以透过于 02 年 9 月 4 日在美国芝加哥进展的IMT2025 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，也主要表达在向着高效和周密加工的方向迈进，但同时专家系统的消灭也抢占了其局部市场。例如在大面积浅型腔加工、能量掌握〔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，专家系统保证了周密加工的顺当实现。
目前周密加工技术中，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，特别是再近几年进展的高速铣床。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。固然这样的说法可能有点言过其实，但 HSM 的进展对 EDM 确实产生了肯定的影响。使得电火花成型机床在市场中面临剧烈的竞争。
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。由于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 表达了它的优势。
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、相互进展的问题。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，但仍旧有着良好的进展前途。
基于上面的分析，我们这次选择了电火花成型机床设计，期望对原有电火花成型
机床有肯定
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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。目前电极材料多承受紫铜或石墨，因此工具电极较简洁加工。
可以加工特别及简单外形的零件。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。由于可以简洁地将工具电极的外形复制到工件上，因此特别适用于简单外表外形工件的加工，如简单型腔模具加工等。数控技术的承受使得用简洁的电极加工简单外形零件也成为可能。
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掌握、适应掌握、智能化掌握和无人化操作等。
可以改进构造设计，改善构造的工艺性。例如可以将拼镶构造的硬质合金冲模，改为用电火花加工的整体构造，削减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，承受电火花加工后可以拼镶、焊接构造改为整体叶轮，既大大提高了工作牢靠度，又大大削减了体积和质量。
电火花加工也有其肯定的局限性，具体如下：
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。但近年来争论说明，在肯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。
加工速度一般较慢。因此通常安排工艺多承受切削来去除大局部余量，
然后再进展电火花加工，以求提高生产率，但最近的争论结果说明，承受特别
水基不燃性工作液进展电火花加工，其粗糙度甚至高于切削加工。
存在电极损耗。由于电火花加工靠电、热来蚀除金属，电极也会患病损耗，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 % 以下，甚至更小。
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 ~〕，假设电极有损耗或承受平动头加工，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，承受 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很多传统切削加工所无法比较的优点，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、周密微细机械、仪器仪表、汽车、轻工业等行业，以解决难加工材料及简单外形零件的加工问题。加工范围已到达小至几十微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。