摘 要：电解加工作为特种加工中的重要组成技术，以其良好的加工精度、较高的加工速度、广泛的加工范围和工具阴极无损耗等优点，在微小零件、精密零件加工中有着重要应用。本课题设计了用于微小零件电解加工的实验装置，以便于辅助教学和基础实验的应用，主要用于加工微孔、微槽和简单的空间结构等。本次设计主要完成对实验样机机械本体和传动系统的设计。机械本体的设计主要确定机床的总体布局；传动系统主要是工具进给系统，由交流伺服电机、减速器、滚珠丝杠螺母副和滑块等部件组成，设计中通过对丝杠进行受力分析确定丝杠的机械结构，并以此为根据进一步选取伺服电机、减速器、联轴器等部件。通过对系统的总体分析，使整个系统的结构趋于合理。本设计主要进行的机械结构的设计，为实验样机的基础铺垫工作，后续配备电解液循环系统及主轴旋转运动后，能更好的用于实验、教学和微小零件的实际加工。
　　关键词：交流伺服电机；联轴器；减速器；滚珠丝杠
　　1电解加工概述
　　电解加工（ECM）是继电火花加工之后发展较快、应用较广泛的一项特种加工工艺。目前其已成功地应用于枪炮、航空发动机、火箭等的制造工业，在汽车、拖拉机、采矿机械的模具制造中也得到了应用，总之其在机械制造业中已成为一种不可缺少的工艺方法。电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工形成的。工业生产中最早应用这一化学腐蚀作用的是电解抛光工件表面，但电解抛光中，由于工件和工具电极之间的距离较大（100mm以上），电解液静止不动等一系列原因，只能对工件表面进行普遍的腐蚀和抛光，不能有选择地腐蚀成所需要的零件形状和尺寸。电解加工产生于20世纪50年代，60年代迅速在机械制造领域得到应用，通过科研和生产实践70年代在技术上走向成熟。20世纪90年代后期，大量难加工材料与复杂结构零部件的加工需求，以及电解加工本身具有的适合微细加工的优势，使电解加工的应用领域得到大大扩展，工艺技术水平及设备性能均达到了一个新的高度[1]。
　　2微细电解加工
　　2.1基本原理与特点
　　跟普通电解加工相比，微细电解加工主要应用于微小零件的精密加工。微加工技术在生物医学应用化学微反应器和传感器等部件的小型化中起着日益重要的作用。目前，有一些传统的加工可用于零件的微型化，如超精密切削，数控加工。但是，这些加工方法通常在加工过程中遇到高刀具磨损，对工具和工件界面产生的热量缺乏刚性等缺点。所以微细电解加工其在微小部分加工方面独特的优势而变得越来越受重视。在电解加工制造过程中，工件材料的转移是以离子尺度进行，金属离子的尺寸在十分之一纳米甚至更小，因此电化学制造技术这种微去除方式使得它在微细制造领域、以至于纳米制造领域有着很大的发展潜能。为了使电解加工满足微细加工的要求，国内外的研究人员经过多年的努力，对传统的加工技术不断进行改进，取得了一些突破性的进展。与常规的电解加工相比，微细电解具有明显的特点：（1）微细电解加工由于加工尺寸微小，加工进给速度很慢，通常每分钟只有几微米，但对进给精度要求较高。与常规电解机床相比，微细电解加工的机床以及工具和工件的外形尺寸都较小。（2）由于加工面积小、材料去除量少，微细电解的加工效率要求不高，一般使用脉冲电源提供加工能量，占空比在1/2～1/10之间，即有效加工时间比直流电解加工少得多。（3）微细电解加工的脉冲电源频率都达到兆赫，峰值电压小于等于5V。加工间隙在10？m左右，为了保证小间隙下加工的稳定性，电解液选用浓度较低的酸性溶液，而且一般采用静液加工。（4）为了减小加工误差，微细电解加工的工具电极制作通常与工件的加工在同一加工系统内完成，这样就可以解决微细电极定位、装夹的问题。（5）除了在加工工艺上的不同外，微细电解加工在加工机理方面也有显著的特点。电解加工中工件材料以离子溶解的形式脱离工件表面，使电解加工具有微细加工的能力，目前微细电解加工的精度已经可以控制在微、纳米级。
　　3设计选型
　　针对电解加工的特点和实际的设计要求，选择卧式为机床的设计形式。机床的传动系统路线由电机通过联轴器、减速器带动滚珠丝杠进行转动，然后通过丝杠螺母将旋转运动转换为丝杠螺母所带工作台的直线往复运动，通过装在工作台上的工具，就可以进行加工了。本设计主要是进行机床进给系统的设计计算，包括电机、联轴器、滚珠丝杠、减速器的选择计算以及主要部件的校核。下面将进行进给系统各零部件的选择计算。
　　3.1滚珠丝杠的选择。由于具有高效率、高精度、高刚度等特点，从20世纪50年代开始，滚珠丝杠副就被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域。现在，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的首选部件。
　　3.2电机型号的选择。步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。
　　3.3减速器的选择。降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。 降速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。量选用接近理想减速比（传动比也称速比）：减速比=伺服马达转速/减速机出力轴转速。减速器扭力计算方式：对减速器的寿命而言，扭力计算非常重要，并且要注意加速度的最大转矩值（TP）），是否超过减速机之最大负载扭力。
　　适用功率通常为市面上的伺服机种的适用功率，减速器的适用性很高，工作系数都能维持在1.2以上，但在选用上也可以以自己的需要来决定，
　　3.4联轴器的选择。用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。根据联轴器的种类和特点的不同，该设计中选择弹性柱销联轴器。
　　4装配方案
　　完成了零部件的选择设计，下一步就是将所选零部件装配成一个整体。本设计的装配顺序大致如下：（1）将电机、减速器放到支架上，用HL1型联轴器将电机跟减速器高速轴连接起来，连接时注意两轴跟联轴器采用基轴制过渡配合。（2）将两轴承座底座用双头螺柱固定在底座上，安装时注意使要安装轴承端盖的一面朝两侧，即处于背对位置。（3）将滚珠丝杠螺母传动体跟滚珠丝杠螺母，用内六角螺钉连接起来。然后将滚动轴承、轴承套筒、密封圈、轴承端盖装到丝杠上，放到轴承座底座上调好位置，将轴承盖盖上，用螺栓连接。轴承端盖跟轴承座、轴承盖之间用内六角螺钉连接。注意，套筒伸出端盖凹槽约2毫米。（4）将圆螺母旋入丝杠两端实现滚动轴承跟丝杠之间的轴向固定，注意圆螺母跟套筒之间用弹性垫片实现预紧，防止圆螺母发生松脱。（5）滚珠丝杠与减速器低速轴用HL2型连轴器连接。
　　（6）将托板跟滚珠丝杠螺母传动体用内六角螺钉连接起来（7）安装微型导轨条和滑块。（8）将托板与导轨滑块用内六角螺钉连接起来。完成装配。装配时注意丝杠与轴承、轴承与轴承座、联轴器与被连接轴之间的配合严格按照配合要求进行安装。
　　参考文献
　　1.刘晋春，赵家齐，赵万生主编. 特种加工[M]. 北京：机械工业出版社，2004.1～82。