电解加工机床的设计.doc

摘 要
摘 要
本文主要讲述电解加工机床的设计过程，电解加工又称电化学加工，是基于金属工件在电解液中发生阳极溶解的原理并借助于成型的阴极，将工件按一定的形状和尺寸加工成型的一种工艺方法。电解加工以其在难切削材料、复杂形状的零件加工中体现出的特殊优点，较好的适应了军事工业中若干重要关键产品的特殊需要，首先成为军工生产中不可缺少的重要手段和关键技术。
电解加工设备是一个完整的配套系统，由机床、电源、输液系统以及控制系统四大部分组成，机床是设备的主体，进行电解加工的场域，其主要功能除安装、定位工件和工具电极并按需要送进工具电极外，还必须将加工电流和电解液输送到加工区。本次设计的主要内容是完成该机床的机械本体、主传动系统、主轴系统、引电系统的三维造型设计。
该机床采用双立柱导轨结构，以减小占地面积，提高系统的刚性，加工过程的可靠性，保证加工精度。主传动系统采用步进电机经谐波减速器直接驱动主轴旋转同时通过丝杠将电机的转动转化为滑板的上下移动。由于谐波减速器分辨率高，传动比大，可保证主轴旋转精度。引电系统则采用对称电刷结构，减小主轴圆跳动误差，保证引电的可靠性。采用组合轴承座设计,可显著提高机床结构的刚性,减小主轴受外力作用时的变形。
关键词：电解加工，成型原理，主传动系统，机床
ABSTRACT
ABSTRACT
This paper describes the design process of electrolysis machine tools, also known as electrochemical machining ECM is based on the metal work piece occurs in the electrolyte by means of anodic dissolution and the principle of forming the cathode, the shape of the workpiece by a certain shape and size of a processing kinds of process methods.ECM known for its hard cutting materials, machining parts with complex shapes to reflect the special benefits, better adapted to the military industry in a number of key products, the special needs of military production in the first as an indispensable means and key technologies .
Electrochemical machining device is a complete supporting system, from machine tools, power supplies, infusion systems, and control four major components, machine tool main body of the device, the ECM field, its main function in addition to installing, positioning the workpiece and tool electrode and sent to tool electrode required, it must also be transported to the processing of current and electrolyte processing zones.The design of the main content is to complete the machine's mechanical body, main drive, spindle system, introduced three-dimensional electronic system design.
The machine uses double column guide structure to reduce the footprint, improve the rigidity of the system, process reliability and ensure accuracy. Stepper motor drive system used by the main harmonic reducer while direct-drive spindle motor through the screw will turn into a skateboard up and down.Harmonic reducer as high resolution transmission ratio, the spindle rotation accuracy can be guaranteed. Symmetrical power system is introduced brush structure reduces the error of the spindle round beating to ensure the reliability of electricity cited.
Keywords: electrochemical machining; forming principle, the main transmission system, machine tools
目 录
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 引 言 1
1.1 电解加工国内外研究情况 1
1.2 微细电解加工机床研究的意义 2
1.3 本课题研究的主要内容 3
第二章 立式微细电解加工机床的总体设计 4
2.1 立式微细电解加工机床的总体设计原则 4
2.1.1 微细电解加工机床的设计所必须考虑的特殊问题 4
2.1.2 微细电解加工机床设计的基本要求 5
2.2 立式微细电解加工机床的总体布局 5
第三章 立式微细电解加工机床主轴系统的设计 8
3.1步进电机的选择 8
3.1.1 步进电机的选型原则 8
3.1.2 步进电机的选择计算 8
3.2 滚珠丝杠的选择 10
3.2.1滚珠丝杠选用原则 10
3.2.2 滚珠丝杠副选择计算 11
3.2.3 滚珠丝杠校核 13
3.3减速器的选择 14
3.3.1谐波减速器的特点 14
3.3.2 减速器的选用计算 15
3.4 联轴器的选择 16
3.4.1联轴器的选用原则 16
3.4.2 联轴器的选择计算 17
3.4.3 联轴器的校核 17
3.5 滚珠丝杠支承轴承的选择 18
3.5.1轴承的校核 19
3.5.3 轴承润滑 21
3.6 主轴的设计 22
3.6.1主轴的结构形状 22
3.6.2 主轴的设计计算 22
3.6.3主轴的校核 23
3.7 导轨的设计 25
3.7.1导轨的选用原则 25
3.7.2导轨主要参数的计算 26
第四章 立式微细电解加工机床工作台系统的设计 28
4.1 工作台步进电机的选择 28
4.2 电解槽的设计 28
4.3 机床的整体安装 30
4.4 机床床身的绝缘 31
4.5 机床连接件的选择 32
第五章 电解加工机床的安全防护技术要求 34
结论 36
参考文献 37
致 谢 38

42
引 言
第一章 引 言
1.1 电解加工国内外研究情况
电解加工在国外是五十年代出现的。由于它具有效率高、质量好。复杂型面可一次成型,以及不受被加工材料机械性能的限制,工具耗损小等优点,所以受到普遍重视。六十年代,在航空发动机叶片及锻模加工方面取得了比较显著的成效,因此,得到比较迅速的发展。我国最早在五十年代末、六十年代初首先应用于兵器、航空等方面,以后陆续应用于汽车、拖拉机、化工等部门。近年来应用范围有了不断扩大,机床自动化程度也在迅速提高。同时,在提高精度、阴极设计等理论研究方面也取得了积极的进展。但是，在70年代以后，随着国际市场经济竞争形式的变化，产品更新换代快，生产批量减小，是的电解加工的适用范围也发生变化。总体看应用范围有所减小，但应用要求却越来越高，由于电解加工的技术特点，在某些领域又得到新的应用。
80年代以来电解加工的应用主要有：
1.叶片型面加工
2.炮管膛线加工
3.模具加工
4.整体叶盘加工
5.特殊孔类加工
6.钛合金、高温耐热合金薄壁机匣加工
7.电解去毛刺
8.电解研磨复合抛光
9.在线电解修整超细金刚石、CBN磨轮等
对于21世纪科学技术发展的趋向，国内外专家、学者都有精辟的论述。基于此并综观近20年来电解加工的应用与发展状况，大致可以预测今后电解加工的发展及应用方向，其中，基于电解加工基本原理的新工艺、新技术不断发展和应用的有：
1.高频、窄脉冲电流电解加工
2.高速、高压、小间隙电解加工
3.数控仿型电解加工
4.复合电解加工
5.微精电解加工等：
同时，计算机控制技术在电解加工中将得到更高水平的应用，电解加工是一
引 言
项综合电化学、流体力学、电磁学、机械学和自动控制等多学科交叉的加工工艺技术，其加工过程受到多因素、多参数的影响。因此电解加工过程的参数化控制、加工参数的优选，成为提高电解加工技术经济指标的必要保证。阴极设计中CAD/CAM的应用以及电解加工设备的计算机控制等都将成为未来电解加工领域应用和发展的方向。计算机控制技术在电解加工领域的发展和扩大应用，不仅整体提高电解加工的工艺水平，还将促进柔性电解加工和多阴极、多工位、多型腔电解加工技术的发展，将大大增加电解加工的快速制造能力。
电解加工正加速从国防工业向民用工业延伸。加工对象由粗加工、半精加工向精密、光整加工方向扩展。新世纪，电解加工将充分利用“离子去除”的优点，扬长避短，注意“绿色掣造”，在微细、超精及纳米制造领域成为关键核心技术。今后，在微细加工领域，电解加工将展现新的应用前景。
1.2 微细电解加工机床研究的意义
随着微纳米技术的不断发展，微细加工技术作为实现其应用的关键技术和重要基础，得到了的广泛关注。电解加工作为一种基于阳极溶解的减材技术，在其加工过程中，阳极上的金属原子不断地失去电子成为离子而从工件上溶解，其材料的减少过程以离子的形式进行。由于金属离子的尺寸非常微小，因此这种微溶解去除方式使得电解加工技术在微细制造领域有着很大的发展潜力和应用前景。此外，传统机械加工中刀具和工件之间存在作用力，当应用于微细尺寸零件的加工时，这种作用力往往会导致零件变形及加工失败。而在电解加工中，阴极和工件是非接触进行加工的。基于上述原因，近些年来微细电解加工技术成为国内外微细加工领域中新的研究热点，并在加工精度和加工尺度上取得一些突破性进展但是，目前还存在加工效率低、无法加工深孔和窄缝等局限性，实用性尚不够。研究经济、高效、实用的微细电解加工机床是本文研究的主要内容。精密电解加工技术，电解加工中由于影响间隙电场和流场稳定性的参数很多，控制比较困难，再加上加工时的杂散腐蚀，使得电解加工不易达到较高的加工精度。
目前微细电解加工发展方向有主要有两方面，一是不断追求微细电解加工的极限加工能力，探求微纳米尺度上的加工；二是针对目前工业制造中大量存在的尺寸从几微米至几百微米的微细结构，研究如何采用电解加工经济、高效地进行加工。
由于到目前为止国内外对微细电解加工的研究还基本处于起步阶段，没有系列化、实用化的微细电解加工机床设备真正面市，但微细加工技术是当今世界制造领域最为活跃的研究热点之一，因此，在制造精密化的今天，微细电解加工机床的设计与研发具有非常深远的实际意义。
引 言
1.3 本课题研究的主要内容
本课题研究的主要是开发微细电解加工专用机床设备。该机床的主要功能是加工微细缝、微细槽和微细探针等典型的微细金属结构。本次毕业设计的内容是完成该机床的机械本体、主传动系统、主轴系统、引电系统的三维造型设计，包括机床底座、工作台、工作箱、主轴等。其特征在于，采用包括双立柱和组合轴承座的龙门立式结构，主轴装在组合轴承座上，双立柱上有一对互相平行的滚珠导轨，每根导轨上有一个滑块，组合轴承座通过一拖板与两个滑块相连。双立柱关于主轴轴线所在平面对称，主轴有竖直进给的驱动以及旋转的驱动装置，可以同时实现竖直方向的运动和绕自身轴线的旋转运动，旋转的主轴采用对称的引电装置，以消除主轴圆跳动误差。如图1.1所示
图1.1 立式微细电解加工机床整体结构示意图
本次设计的具体内容如下：
1. 立式微细电解加工机床设备机械本体、主传动系统、主轴系统、引电系统的总体结构设计。
2. 立式微细电解加工机床设备硬件选型
3. 立式微细电解加工机床设备三维造型设计。
4. 关键零部件设计的较核计算。
立式微细电解加工机床的总体设计
第二章 立式微细电解加工机床的总体设计
2.1 立式微细电解加工机床的总体设计原则
电解加工机床是电解加工设备的主体，进行电解加工的场域，其主要功能除安装、定位工件和工具电极并按需要送进工具电极外，还必须将加工电流和电解液输送到加工区；并使电源以一定的方式提供工件发生阳极溶解需要的电能；电解液系统存储电解液。
机床在进行总体设计时，必须以该设备的工作条件，加工对象的特点和加工的基本要求作为总体设计的基础和出发点；同时要确定机床主要部分的功能、组成、基本方案和相互间的匹配关系，然后，一次为基础进行总体布局。根据设计任务书的要求选定设备的总体规格、性能、技术要求；最后定出总体方案。由于电解设备各部分的相对独立性较大且专业领域各异，因此总体设计对于确保设备的整体性能和水平是极为重要的一环，特别是各组成部分之间的相互匹配、协调尤为重要，这是电解加工设备设计的独特之处。
电解加工机床的各部分的选用是综合考虑了设计任务书提出的加工条件和工艺参数以及加工对象的精度、粗糙度、效率的要求之后确定的。有些参数定量的计算主要是根据经验公式估算的，其中的经验系数均选自国内外先进机床的设计数据，有些已在设计过程及验算过程中被证实。
2.1.1 微细电解加工机床的设计所必须考虑的特殊问题
1. 电化学腐蚀
由于机床工作箱内和输液系统的零部件均直接接触具有腐蚀性的电解液，导致零件的化学或电化学腐蚀，特别是阳极导电系统的电化学腐蚀问题更加明显。除此之外，整台机床均处在某些腐蚀性气体的环境中，可能导致金属零件的锈蚀。同时，加工过程中产生的氢气会导致工作箱内气压升高，有可能引起爆炸，引发安全事故。
主要应考虑由于金属零件的锈蚀所导致的机床误差会大大影响微细电解加工的加工精度，导致机床失效。
2. 引电可靠性
由于该机床的主轴是作为电解加工的工具阳极，在机床的布局中，必须考虑引电系统的排放，拟采用对称电刷布置以减小主轴圆跳动误差，同时，由于某些电解成型加工时总电流很大，因此必须考虑绝缘问题，以保证引电可靠性和机床的可操作性。
3. 极间干扰
立式微细电解加工机床的总体设计
极间高速的气液两相流导致主轴工具头承受相当大的动态负荷，极间交变的电磁场大的电磁力，以及极间扰流也会引起电压、电流的振荡，这些因素会导致交变的电磁力并对电力系统产生一定的干扰。
同时极间间隔的微小变动，就会导致阳极局部钝化，使加工中断或极间发生火花短路。
2.1.2 微细电解加工机床设计的基本要求
1. 机床的耐蚀性好
机床工作箱及电解液系统的零部件必须有良好的抗化学和抗化学腐蚀的能力，应保证50˚C条件下不受腐蚀。
2. 机床刚性强
由于该机床主要进行微细孔、微细槽等微细电解加工，加工精度要求很高，加工尺寸很小，要确保工具阴极与工件之间相对位置准确，因此必须考虑机床的刚性引起的机床误差。同时由于电解加工向大型、精密发展，采用大电流、高电解压力，高流速，小间隙加工，以及脉冲电流加工的应用，越来越使电解加工机床在较大的动态，交变负荷下工作，要达到高精度、高稳定性就必须有较强的静态和动态刚性。
3. 大电流传导性好，电气系统抗干扰性强
大电流传导是电解加工设备中的重要特点，导电系统线路压降大热损就大，导致电能消耗大，传输效率低。同时滑枕进给的控制和数字显示系统应能抗本机加工电源大电流通断和极间火花的干扰；电源短路保护系统能抗周围环境的火花的干扰。机床电气系统抗干扰能力强，则加工稳定性就好。
4. 安全可靠
任何一台机床必须保证其安全性、可靠性，对于该电解加工机床，必须杜绝工作箱内氢气压力过大引起爆炸；同时还应防止有害气体逸出；阳极与机床间绝缘必须可靠。
5. 通用性强
电解加工的对象大都属于小批量多品种生产，因而机床的通用性会影响到设备的利用率和经济性，特别是电解设备成本较高，一次投资较大，因而应足够重视机床的通用性。
除上述技术要求外。还应充分考虑设备的经济性，应有低的成本性能比。由于电解加工设备一次性投资较大，如果一味的追求高性能而忽视其经济性，就会因为成本过高而影响其推广面和市场效果，在市场中处于劣势。
2.2 立式微细电解加工机床的总体布局
总体布局是指机床各部件之间相互配置方式。总体布局中应考虑的主要问题
立式微细电解加工机床的总体设计
是如何有利于实现机床的主要功能，满足工艺需要，以最简单的方式达到所要求的机床刚度、精度，同时还要可操作性好，便于维护，安全可靠，造价性能比低。
本次设计的目的是设计一种微细电解加工机床结构，可以兼顾好的系统刚性，小型的系统结构和方便的操作维护性，加工精度高，可以实现空间螺旋槽的电解加工。该立式微细电解加工机床的总体布局如下图所示：

图2.1 立式微细电解加工机床的总体布局示意图
床身是机床的基础部件，其上安装有各种功能部件，因而要求刚性好、定位基准精度高。
本次立式机床设计所采用的是包括双立柱和组合轴承座的龙门立式结构，主轴装在组合轴承座上，组合轴承座由上轴承座、下轴承座通过固定于托板上的左右两块侧板相互连接成整体结构，主轴竖直方向的进给驱动传动装置由步进电机通过谐波减速器连于与托板相连的丝杠。主轴的旋转运动由步进电机通过联轴器直接带动主轴旋转。引电装置由固定于与上下轴承座相连的侧板上的定位筒，至
立式微细电解加工机床的总体设计
于定位筒内的碳刷，穿过定位筒与主轴接触，另一端与定位筒内的弹簧以及螺帽构成左右完全对称的布局结构。双立柱关于主轴轴线所在平面对称，主轴有竖直进给的驱动以及旋转的驱动装置，可以同时实现竖直方向的运动和绕自身轴线的旋转运动，旋转的主轴采用对称的引电装置，以消除主轴圆跳动误差。
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
第三章 立式微细电解加工机床主轴系统的设计
本次毕业设计中对主轴系统的设计主要是完成如下的技术指标：
进给速度范围:0～60mm/min
Z轴最大轴向负载: 400N
Z轴运动行程: 100mm
Z轴进给定位精度: 5μm/120mm
Z轴重复定位精度: 3μm
O轴圆周跳动: 8μm
机床主轴部分主要由步进电机、轴承座、主轴、电刷等组成。因此，主轴系统的设计主要是完成驱动主轴运动的电机的选型，减速器、联轴器的确定以及丝杠、轴承、导轨等主要零部件的设计计算及校核。
3.1步进电机的选择
步进电机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差，所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机有许多类型，其中感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高、电流小、发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号)、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。
3.1.1 步进电机的选型原则
要使系统协调运转，选型是比较重要的一环，步进电机在选用时尽量遵循以下几个原则：
1. 确定步进电机拖动负载所需要的扭矩
2. 确定步进电机的最高运行转速。转速指标在步进电机的选取时至关重要，步进电机的特性是随着电机转速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多参数有关，如 : 驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相电感、电机大小等等，一般的规律是：驱动电压越高，力矩下降越慢；电机的相电流越大，力矩下降越慢。
同时，还应综合考虑机械的负载性质和生产工艺对电机的启动、安装、反转、调速以及工作环境和启动频率等多项指标。
3.1.2 步进电机的选择计算
根据已知条件，所选步进电机必须满足主轴进给速度范围0～60mm/min；主轴最大轴向负载: 400N的要求，丝杠的最小底径尺寸为D=20mm；
摩擦系数=0.04；丝杠机构效率：η=0.9；丝杠螺距： P=5mm;
初步选取0.9˚/1.8˚ 86BYG型步进电机，则：
1. 分辨力：；
2. 脉冲当量：
3. 步进电机的转速：
由于，；丝杠导程
所以：丝杠每分钟所转过的圈数；初选减速器减速比为100，则电机转速；步进电机的步距角为，所以没转所需脉冲数为400。
所需输入脉冲频率：；
4、负载转矩估算：
所需最大静转矩：立式微细电解加工机床主轴系统的设计
5、丝杠惯量：

移动体惯量：
因此，电机的等效转动惯量
确定电机型号及主要参数：
型号
相数
步距角
静态相电流
相电感
86BYG250A
2
0.9°/1.8°
2A
9.0mH
相电阻
保持转矩
定位转矩
空载启动频率
转动惯量
1.7Ω
2.5N.m
0.2N.m
1.7KHZ
1540g.cm²
步进电机三维结构图：
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
3.2 滚珠丝杠的选择
由于滚珠螺旋传动的突出优点是可用较小的驱动转矩获取高精度、高刚度、高速度和无侧隙的微进给，而且正传动（由丝杠回转运动变为螺母直线运动）和逆传动（将螺母直线运动变为丝杠的回转运动）的效率相近，常在90%以上。我们选用高精度的滚珠丝杠作为步进电机驱动主轴的功能部件。
3.2.1滚珠丝杠选用原则
1. 滚珠丝杠的安装方式
一端固定，一端自由的安装方式适用于转速较低，滚珠丝杠较短的情况。两端游动是一种常见的安装方式，适用于中等转速的情况。一端固定一端游动则适用于中等转速，需要高精度运行的场合。而两端固定的安装则适用于高速运转，需要高精度运行的场合。同时轴向刚度最大，适用于对刚度和位移精度要求高的滚之丝杠安装。
在此，我们选用两端固定的方式安装丝杠，以确保主轴在高速运转的情况下满足精度要求。
2. 丝杠的最小底径尺寸
滚珠丝杠在正常使用时，需保证在轴向方向上被施加的最大压缩负荷不能是丝杠发生弹性变形，这就决定了最小底径尺寸。
本次设计的机床滚珠丝杠需承受最大的轴向载荷为400N，因加工过程中与工件没有机械接触，故取丝杠最小底径尺寸为D=20mm.
3.允许转速
随着滚珠丝杠转速的提高，会逐渐接近丝杠的固有振动频率，进而发生共振以致不能继续转动。因此滚珠丝杠一定要在临界转速以下使用，为安全起见, 丝杠的最大实际转速只允许取临界转速的80%。
3.2.2 滚珠丝杠副选择计算
取滚珠丝杠传动的摩擦因数µ=0.02；
滚珠丝杠副的组成：
滚珠丝杠螺纹部分；滚珠螺母；滚珠体
丝杠选型参数：
参数
空转
工作
工作台重量
400N
400N
进给速度
60mm/min
15mm/min
丝杠轴向负载
400N
400N
工作行程
100mm
100mm
丝杠转速
14r/min
3.5r/min
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
滚珠丝杠副尺寸计算：
1、初算导程：
；
；
取；
2、当量载荷：
因载荷在和之间近于正比例变化，因此：
3、当量转速：
4、计算额定动载荷 ：
查相关表格可得：
；
；
；
；
；

取
5、滚珠丝杠允许最大轴向变形：
；

立式微细电解加工机床主轴系统的设计
6、估算滚珠丝杠底径；
；
；
；
；
;
’
7、确定滚珠丝杠副规格代号：
根据的原则选取内循环微型FF系列滚之丝杠副；
滚珠丝杠副的参数：
型号
公称直径
公称导程

丝杠外径
钢球直径
2003-4
20
5
19.3
2.381
丝杠底径
循环圈数
基本额定负荷
动载荷
静载荷
17.5
4
5.3KN
12.2KN
8、：
精度等级2级，；
满足要求。
9、计算预紧力：
满足要求。
10、行程补偿值：

;

11、预拉伸力：

12、丝杠总长度的确定：
丝杠螺纹部分长度等于工作台最大工作行程加上螺母长度；
即：
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
3.2.3 滚珠丝杠校核
1、临界转速校核：
转速满足要求；
2、滚珠丝杠压杆稳定性计算：
稳定性合格；
；
；
综上可得：
螺纹滚道
公称直径

20
螺距

5
接触角

45
螺纹滚道法面半径

1.28
偏心距

0.04
螺杆
外径

19.3
内径

17.5
螺母
外径

20.3
内径

22.1

滚珠丝杠螺母副的三维造型图：
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
3.3减速器的选择
减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。
谐波齿轮传动是谐波齿轮行星传动的简称,是一种少齿差行星传动。通常由刚性圆柱齿轮、柔性圆柱齿轮、波发生器和柔性轴承等零部件构成。
柔轮和刚轮的齿形有直线三角齿形和渐开线齿形两种，以后者应用较多
谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种谐波齿轮传动，既可用做减速器，也可用做增速器。柔轮、刚轮、波发生器三者任何一个均可固定，其余二个一为主动，另一个为从动。
3.3.1谐波减速器的特点
1．承载能力高 谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数（重叠系数）比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。
2．传动比大且外形轮廓小，零件数目少，单级传动比可达50~4000，优选在75-250之间；双级谐波减速器传动比可在3000-60000之间；复波谐波减速器传动比可在200-140000之间。
3．体积小、重量轻。
4．传动效率高、寿命长。效率高达92％~96％。
5．传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。承载能力较高，柔轮和刚轮之间为面接触多齿啮合，且滑动速度小，齿面摩损均匀。齿的啮入、啮出是随着柔轮的变形，逐渐进入和逐渐退出刚轮齿间的，啮合过程中齿面接触，滑移速度小，且无突然变化。
6．由于柔轮承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。柔轮和刚轮的齿侧间隙是可调：当柔轮的扭转刚度较高时，可实现无侧隙的高精度啮合。
7、同轴性好；谐波齿轮减速器的高速轴、低速轴位于同一轴线上。
8、可实现向密闭空间传递运动及动力；采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。
9、可实现高增速运动
由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身的特点，加之体积小、重量轻的优点，
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
因此是理想的高增速装置。对于手摇发电机、风力发电机等需要高增速的设备有广阔的应用前景。
10、方便的实现差速传动
由于谐波齿轮传动的三个基本构件中，可以任意两个主动，第三个从动，那么如果让波发生器、刚轮主动，柔轮从动，就可以构成一个差动传动机构，从而方便的实现快慢速工作状况。这一点对许多机床的走刀机构很有实用价值，经适当设计，可以大大改变机床走刀部分的结构性能。
谐波减速器在国内于六七十年代才开始研制，到目前已有不少厂家专门生产，并形成系列化。广泛应用于电子、航天航空、机器人等行业，由于它的独特优点，在化工行业的应用也逐渐增多。
3.3.2 减速器的选用计算
1、由于该机床为微细加工机床，主轴转速小，根据主轴最大进给速度60mm/min，所选电机转速n=1200r/min；
因此，需要一个大的降速比：
此时输出转速
2、减速器输入功率；输出转矩

；
3、减速器输出轴悬臂负荷；
确定减速器型号及主要技术参数；
型号
传动比
输入转速
输出转矩
XBW-60-100-50
100
1500r/min
50N.M
额定输入功率
输入功率
输出转速
运动误差
1.2KW
0.114KW
15r/min

谐波减速器的三维造型图：
立式微细电解加工机床主轴系统的设计图3-4减速器

3.4 联轴器的选择
在进行机械设计时，轴与轴之间的连接必不可少的需要联轴器，因此联轴器的选用至关重要。根据传递载荷的大小、轴转速的高低、被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。
3.4.1联轴器的选用原则
1、所需传递的转速大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除间隙扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器等。
2、联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小、对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。
3、两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持精度，或工作过程中两轮将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器、例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器；角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联油器等。
4、联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感。
5、联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足使用性能的前提已应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器（例如弹性会柱销联轴器、弹性柱销联轮器、梅花形弹性联轴器等），由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般的中、小功率传动。
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
因在本设计中要保证传动轴系的传动精度很高，而凸缘联轴器利用螺栓连接的两半联轴器的凸缘以实现两轴连接的刚性联轴器，具有结构简单，制造方便，成本低，工作可靠，装拆和维护简便，可传递大扭矩的优点，但需保证两轴具有较高的对中精度，一般常用于载荷平稳，高速或传动精度要求较高的传动轴系。现在，联轴器的尺寸已成为标准化，因此可以直接选用。
3.4.2 联轴器的选择计算
联轴器的公称转矩的确定公式：

本次设计中，所选联轴器用来连接电动机输出轴d14和减速器输入轴d14，参看GB/T5843—86选择凸缘联轴器型号及其主要参数：
型号
公称转矩
许用转速
转动惯量
重量
GYH1

连接减速器输出轴d22和滚珠丝杠光杠端d20的联轴器，参看GB/T5843—86，可选凸缘联轴器型号及其主要参数如下：
型号
公称转矩
许用转速
转动惯量
重量
GYH2

两半联轴器之间的连接螺栓选用。
3.4.3 联轴器的校核
1、GYH1预紧力的校核计算：
其中
－螺栓的分布圆直径,mm；
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
－螺栓内径,mm；
z－螺栓个数；
－两半联轴器间的摩擦因数，一般可取=0.1~0.2;
GYH2预紧力校核计算：
2、 工作应力的计算：
（MPa）

因此联轴器满足要求。
联轴器的三维造型图：

图3.2 联轴器的三维造型图
立式微细电解加工机床主轴系统的设计
3.5 滚珠丝杠支承轴承的选择
滚珠丝杠支承形式为两端固定式滚珠丝杠副对轴承的要求与主轴和传动轴对轴承的要求有相同的一面，也有不同的一面。相同的一面是都应该保证足够的精度和疲劳寿命。不同的一面是，丝杠轴承的载荷主要是轴向的，由于该机床为立式电解加工机床，丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高；又因为丝杠转速一般不会很高，高速运转的时间很短，因此发热不是主要问题，进给系统要求运动灵活，对微小位移要响应灵敏。因此轴承的摩擦力矩要尽量低。该机床采用60°接触角推力角接触球轴承。
根据滚珠丝杠对轴承的要求，用于丝杠的角接触球轴承应具有较大的接触角，60°接触角推力角接触球轴承就是较好的与滚珠丝杠配套的专用轴承。它的特点是：
1、接触角大，保持架用增强尼龙注塑成型，壁薄，可容纳较多的钢球，因此轴向承载能力大，刚度高。
2、既能承受轴向载荷，又能承受径向载荷，故支撑结构可以简化。
3、根据载荷的情况，轴承可以进行各种组合。
4、这种轴承是根据规定的预紧力组配好成组供应的，使用时不需要自己调整。
5、启动摩擦力矩小，可以降低滚珠丝杠副的驱动功率，提高进给系统的灵敏度。
根据轴颈（d=15mm）选择轴承，确定轴承型号规格。
由于角接触球轴承是与滚珠丝杠配套的专用轴承根据轴颈（d=15mm），查《中国机械工业标准汇编》GB/T292-94表（0）2系列，取选7602015轴承。
主要性能指标：
型号
基本额定动负荷C
基本额定静负荷C。
预加负荷
极限转速
761015
19600N
36000N
2300N
3000r/min
3.5.1轴承的校核
1、 基本额定动载荷
其中：
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立式微细电解加工机床主轴系统的设计
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当量动载荷的计算：
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