橋式電火花加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

殷祖榮 周保華 郭壽新

摘 要：本文簡(jiǎn)單的介紹了關(guān)于電火花加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及其發(fā)展趨勢(shì)。分析了電火花加工的特點(diǎn)和工藝規(guī)律，完成橋式電火花加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體方案。根據(jù)該結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案來(lái)完成橋式電火花加工機(jī)床的各個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與重要環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。還對(duì)關(guān)鍵受力零件進(jìn)行了有限元分析，對(duì)絲杠和電機(jī)進(jìn)行計(jì)算并選擇相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件。本文所設(shè)計(jì)的橋式電火花加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)緊湊，變形量較小，可以達(dá)到運(yùn)動(dòng)過程中的高精度要求。

關(guān)鍵詞：電火花加工；機(jī)床；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元分析

1 電火花加工技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用與發(fā)展

1）電火花加工技術(shù)的概述。電火花加工是在工件和電極之間加有高能量連續(xù)脈沖電壓后，由于電極與工件的微觀表面是高低不平的，所以當(dāng)電極向工件進(jìn)給到一定間隙時(shí)，距離最近的兩點(diǎn)間的電場(chǎng)強(qiáng)度最高，該處介質(zhì)先被電離，形成高溫電通道。這個(gè)高溫能夠使該點(diǎn)表面的金屬熔化，甚至氣化，最后因熱膨脹而產(chǎn)生爆炸，將熔化物拋出通道，從而形成一個(gè)放電凹坑，這就是一個(gè)脈沖放電的情況。當(dāng)一個(gè)脈沖放電完成后，放電通道消失，介質(zhì)恢復(fù)絕緣，這樣便是一個(gè)脈沖的加工過程。當(dāng)兩個(gè)不同電位的電極在液體介質(zhì)中達(dá)到某一程度時(shí)，介質(zhì)就會(huì)擊穿而產(chǎn)生放電，并且在放電表面發(fā)生電蝕現(xiàn)象。

2）電火花加工技術(shù)的研究及發(fā)展。a.電火花加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀。發(fā)達(dá)國(guó)家在五十年代就有了電火花加工技術(shù)。發(fā)達(dá)國(guó)家有很大部分的電火花機(jī)床是用來(lái)進(jìn)行模具的制造。迅速制模正在日本進(jìn)行著變革，僅僅七到八天就可以制造出一個(gè)特殊的級(jí)進(jìn)沖模。質(zhì)量評(píng)定系統(tǒng)是不可被忽視的，其能夠降低模具的鑲嵌件，選擇不同的發(fā)生過不怎么冷的加工的樣本，精度能夠達(dá)到現(xiàn)在的條件。我們國(guó)家電火花技術(shù)的研究是從19世紀(jì)中期興起的。李勇等人對(duì)微細(xì)電火花的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，加工出直徑分別為25微米和50微米的軸和孔，其最大深徑比超過20。b.電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)歸納為五化：高效化、精密化、微細(xì)化、自動(dòng)化和綠色環(huán)保化。電火花加工中，在保證加工精度的前提下，應(yīng)提高粗加工、精加工效率，同時(shí)應(yīng)減少輔助加工時(shí)間。跟以往的加工方法進(jìn)行比較，電火花加工的優(yōu)勢(shì)并不算大。所以，高速高效化將成為了電火花加工的走向。電子光刻是當(dāng)今制造行業(yè)里的一個(gè)熱門的領(lǐng)域。

3）電火花加工技術(shù)的特點(diǎn)。a.電火花加工能夠?qū)Σ灰子谇邢鞯牧慵M(jìn)行加工。零件的力學(xué)性能不會(huì)影響到它的加工過程，硬韌的零件能夠采用電火花技術(shù)進(jìn)行加工。b.電火花可以對(duì)特殊及復(fù)雜形狀零件進(jìn)行加工，無(wú)切削力。電極的造型能夠被復(fù)制在零件上面，當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件加工時(shí)非常有效。c.電火花加工可以對(duì)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，改善零件結(jié)構(gòu)的工藝性。d.電火花加工具有它自身的許多特點(diǎn)，但也存在一些缺陷，從而我們應(yīng)該不斷去研究改進(jìn)，不斷去發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新，改善電火花加工的缺陷，使得電火花加工技術(shù)可以達(dá)到更加的完善地步。

2 橋式電火花加工裝置的總體方案設(shè)計(jì)

2.1 橋式電火花加工機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上對(duì)電火花加工系統(tǒng)應(yīng)具備功能的分析，對(duì)橋式電火花加工系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。該橋式電火花加工機(jī)床由床身、工作臺(tái)、X軸方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、Y軸方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、Z軸方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和油槽組成。本文的橋式電火花加工機(jī)床，在床身上面有工作臺(tái)的裝配基座，工作臺(tái)能夠裝配到基座上。工件和工作臺(tái)都固定不能動(dòng)，加強(qiáng)了單位面積所能承載的壓力。運(yùn)動(dòng)部分直接裝配到機(jī)床上，不需要選擇立柱形式，增加了整體的穩(wěn)定性。本文的橋式電火花加工機(jī)床在床身上有兩根平行的Y 軸方向?qū)к墸梢杂脕?lái)安裝Y 軸方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，形成橋式結(jié)構(gòu)。它的結(jié)構(gòu)緊湊，變形小，精度保持性好，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的高精度。

2.2 橋式電火花加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）床身。床身上設(shè)有Y軸滑座的導(dǎo)軌，工作臺(tái)的安裝基座等。

2）工作臺(tái)。工作臺(tái)設(shè)置有T形槽，用來(lái)在工作的時(shí)候裝夾工件。工作的設(shè)計(jì)是參考國(guó)家電火花加工機(jī)床的工作臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來(lái)進(jìn)行選擇的。工作臺(tái)的材料使用的是花崗巖，具有耐酸堿、耐腐蝕，不會(huì)生銹，耐磨性能較好，壽命較長(zhǎng)，容易保養(yǎng)等特點(diǎn)。

3）Y軸方向滑座。Y軸滑座，Y軸滑座通過滑槽，安裝在Y軸導(dǎo)軌上。滑座通過安裝于安裝臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，作Y方向上的滑動(dòng)。絲杠通過軸承座安裝在安裝臺(tái)上，并通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這里使用雙電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，跟對(duì)比單驅(qū)動(dòng)，能夠增加機(jī)床的運(yùn)行速度。

4）X軸方向滑座。X軸方向滑座除了兩個(gè)與Y軸方向滑座上的導(dǎo)軌相對(duì)應(yīng)的滑槽，還要包括了可以連接滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)，它的后側(cè)還設(shè)有一個(gè)承受臺(tái)，用來(lái)安裝Z軸方向滑座的驅(qū)動(dòng)裝置。X軸方向滑座通過滑槽，滑動(dòng)的安裝于X方向?qū)к壣希琗方向?qū)к壴O(shè)置于Y軸滑座上。X軸方向滑座通過滑槽安裝在導(dǎo)軌上，運(yùn)用滾珠絲杠作為連接，與伺服電機(jī)相連。伺服電機(jī)固定安裝在Y軸方向滑座上，并作為伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)X軸方向滑座能夠沿著導(dǎo)軌在Y軸方向的滑座上進(jìn)行滑動(dòng)。本文選用45號(hào)鋼作為X軸方向滑座的制造材料。

2.3 機(jī)床的具體安裝過程

工作臺(tái)安裝基座直接設(shè)置在床身上，床身上Y 軸方向?qū)к壍奈恢迷O(shè)有兩塊立板，兩塊立板的上面的部分共同支撐一塊安裝臺(tái)，Y 軸方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)置在安裝臺(tái)上。油槽在工作臺(tái)安裝基座的下方。在床身上有兩根平行的Y 軸方向?qū)к売脕?lái)安裝Y 軸方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，形成橋式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，變形小，精度保持性好，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的高精度。

2.4 橋式電火花加工機(jī)床的安全防護(hù)技術(shù)要求

1）為了防止觸電，機(jī)床應(yīng)該有特殊的地線；2）工作時(shí)的機(jī)床應(yīng)該有人看守；3）總是讓電氣裝置保持干凈；4）及時(shí)更換過濾介質(zhì)；5）應(yīng)保持室內(nèi)空氣良好；6）機(jī)床周圍禁止燃放煙火；7）機(jī)床的電氣設(shè)備應(yīng)該有專人負(fù)責(zé)，其他人不可以擅自亂動(dòng)；8）下班前應(yīng)該切斷機(jī)床電源，關(guān)好車間的門窗。

3 總結(jié)

要充分的考慮本設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，使它具有較低的成本性能比。因?yàn)殡娀鸹庸ぴO(shè)備的投資較大，僅僅要求它的高性能，就會(huì)由于成本過高從而影響到推廣面和市場(chǎng)的效果，在市場(chǎng)中處于劣勢(shì)。因而可以從性價(jià)比這方面對(duì)機(jī)床的性能進(jìn)行改進(jìn)。要增強(qiáng)機(jī)床本體的耐腐蝕性和工件箱密封性能，工作場(chǎng)所的通風(fēng)排氣性能，預(yù)防腐蝕性氣體、液體腐蝕機(jī)床。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任福君，李小海.電火花加工技術(shù)的新發(fā)展[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，21（1）：33-37.

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