橋式電火花加工機床的結構設計

殷祖榮 周保華 郭壽新

摘 要：本文簡單的介紹了關于電火花加工技術的研究現狀以及其發展趨勢。分析了電火花加工的特點和工藝規律，完成橋式電火花加工機床的結構設計總體方案。根據該結構的總體設計方案來完成橋式電火花加工機床的各個關鍵結構與重要環節的結構設計。還對關鍵受力零件進行了有限元分析，對絲杠和電機進行計算并選擇相關標準件。本文所設計的橋式電火花加工機床結構簡化，穩定性好，結構緊湊，變形量較小，可以達到運動過程中的高精度要求。

關鍵詞：電火花加工；機床；結構設計；有限元分析

1 電火花加工技術的特點及其應用與發展

1）電火花加工技術的概述。電火花加工是在工件和電極之間加有高能量連續脈沖電壓后，由于電極與工件的微觀表面是高低不平的，所以當電極向工件進給到一定間隙時，距離最近的兩點間的電場強度最高，該處介質先被電離，形成高溫電通道。這個高溫能夠使該點表面的金屬熔化，甚至氣化，最后因熱膨脹而產生爆炸，將熔化物拋出通道，從而形成一個放電凹坑，這就是一個脈沖放電的情況。當一個脈沖放電完成后，放電通道消失，介質恢復絕緣，這樣便是一個脈沖的加工過程。當兩個不同電位的電極在液體介質中達到某一程度時，介質就會擊穿而產生放電，并且在放電表面發生電蝕現象。

2）電火花加工技術的研究及發展。a.電火花加工技術的研究現狀。發達國家在五十年代就有了電火花加工技術。發達國家有很大部分的電火花機床是用來進行模具的制造。迅速制模正在日本進行著變革，僅僅七到八天就可以制造出一個特殊的級進沖模。質量評定系統是不可被忽視的，其能夠降低模具的鑲嵌件，選擇不同的發生過不怎么冷的加工的樣本，精度能夠達到現在的條件。我們國家電火花技術的研究是從19世紀中期興起的。李勇等人對微細電火花的關鍵技術進行了研究，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.電火花加工技術的發展趨勢。電火花加工技術的發展趨勢歸納為五化：高效化、精密化、微細化、自動化和綠色環保化。電火花加工中，在保證加工精度的前提下，應提高粗加工、精加工效率，同時應減少輔助加工時間。跟以往的加工方法進行比較，電火花加工的優勢并不算大。所以，高速高效化將成為了電火花加工的走向。電子光刻是當今制造行業里的一個熱門的領域。

3）電火花加工技術的特點。a.電火花加工能夠對不易于切削的零件進行加工。零件的力學性能不會影響到它的加工過程，硬韌的零件能夠采用電火花技術進行加工。b.電火花可以對特殊及復雜形狀零件進行加工，無切削力。電極的造型能夠被復制在零件上面，當進行結構復雜的零件加工時非常有效。c.電火花加工可以對零件的結構設計進行改進，改善零件結構的工藝性。d.電火花加工具有它自身的許多特點，但也存在一些缺陷，從而我們應該不斷去研究改進，不斷去發現創新，改善電火花加工的缺陷，使得電火花加工技術可以達到更加的完善地步。

2 橋式電火花加工裝置的總體方案設計

2.1 橋式電火花加工機床的總體方案設計

根據以上對電火花加工系統應具備功能的分析，對橋式電火花加工系統進行總體方案設計。該橋式電火花加工機床由床身、工作臺、X軸方向進給機構、Y軸方向進給機構、Z軸方向進給機構和油槽組成。本文的橋式電火花加工機床，在床身上面有工作臺的裝配基座，工作臺能夠裝配到基座上。工件和工作臺都固定不能動，加強了單位面積所能承載的壓力。運動部分直接裝配到機床上，不需要選擇立柱形式，增加了整體的穩定性。本文的橋式電火花加工機床在床身上有兩根平行的Y 軸方向導軌，可以用來安裝Y 軸方向進給機構，形成橋式結構。它的結構緊湊，變形小，精度保持性好，能夠實現運動的高精度。

2.2 橋式電火花加工機床的結構設計

1）床身。床身上設有Y軸滑座的導軌，工作臺的安裝基座等。

2）工作臺。工作臺設置有T形槽，用來在工作的時候裝夾工件。工作的設計是參考國家電火花加工機床的工作臺標準參數來進行選擇的。工作臺的材料使用的是花崗巖，具有耐酸堿、耐腐蝕，不會生銹，耐磨性能較好，壽命較長，容易保養等特點。

3）Y軸方向滑座。Y軸滑座，Y軸滑座通過滑槽，安裝在Y軸導軌上。滑座通過安裝于安裝臺上的驅動機構驅動，作Y方向上的滑動。絲杠通過軸承座安裝在安裝臺上，并通過電機驅動。這里使用雙電機來驅動，跟對比單驅動，能夠增加機床的運行速度。

4）X軸方向滑座。X軸方向滑座除了兩個與Y軸方向滑座上的導軌相對應的滑槽，還要包括了可以連接滾珠絲杠的結構，它的后側還設有一個承受臺，用來安裝Z軸方向滑座的驅動裝置。X軸方向滑座通過滑槽，滑動的安裝于X方向導軌上，X方向導軌設置于Y軸滑座上。X軸方向滑座通過滑槽安裝在導軌上，運用滾珠絲杠作為連接，與伺服電機相連。伺服電機固定安裝在Y軸方向滑座上，并作為伺服進給機構驅動X軸方向滑座能夠沿著導軌在Y軸方向的滑座上進行滑動。本文選用45號鋼作為X軸方向滑座的制造材料。

2.3 機床的具體安裝過程

工作臺安裝基座直接設置在床身上，床身上Y 軸方向導軌的位置設有兩塊立板，兩塊立板的上面的部分共同支撐一塊安裝臺，Y 軸方向進給機構設置在安裝臺上。油槽在工作臺安裝基座的下方。在床身上有兩根平行的Y 軸方向導軌用來安裝Y 軸方向進給機構，形成橋式結構，其結構緊湊，變形小，精度保持性好，能夠實現運動的高精度。

2.4 橋式電火花加工機床的安全防護技術要求

1）為了防止觸電，機床應該有特殊的地線；2）工作時的機床應該有人看守；3）總是讓電氣裝置保持干凈；4）及時更換過濾介質；5）應保持室內空氣良好；6）機床周圍禁止燃放煙火；7）機床的電氣設備應該有專人負責，其他人不可以擅自亂動；8）下班前應該切斷機床電源，關好車間的門窗。

3 總結

要充分的考慮本設備的經濟性，使它具有較低的成本性能比。因為電火花加工設備的投資較大，僅僅要求它的高性能，就會由于成本過高從而影響到推廣面和市場的效果，在市場中處于劣勢。因而可以從性價比這方面對機床的性能進行改進。要增強機床本體的耐腐蝕性和工件箱密封性能，工作場所的通風排氣性能，預防腐蝕性氣體、液體腐蝕機床。

參考文獻：

[1] 任福君，李小海.電火花加工技術的新發展[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2003，21（1）：33-37.

[2] 張孝金.電火花加工和電火花加工機床[J].裝備機械，1982（2）：33-37.