電火花小孔機(jī)工作臺設(shè)計(jì)

王烜欽

摘要：本文開發(fā)一種新型的電火花小孔機(jī)，三軸數(shù)控，導(dǎo)軌均采用滾動直線導(dǎo)軌，加工孔深徑比200：1，加工孔徑最小為0.2mm。電火花小孔機(jī)工作臺X、Y拖板、機(jī)架等100多個(gè)零件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，然后裝配成整機(jī)。其中包含了機(jī)械制造工藝中的結(jié)構(gòu)工藝性和裝配工藝性，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等內(nèi)容，從而培養(yǎng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力，創(chuàng)造性思維能力。并在開發(fā)過程中，對機(jī)械制造工藝有更深刻的理解和掌握。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；自動調(diào)節(jié)；升降結(jié)構(gòu)

1.引言

航空、電子、機(jī)械、儀器儀表、化纖、自動控制及醫(yī)療器械等科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，小孔機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛。這些小孔機(jī)不僅孔徑小而且深徑比也較大。同時(shí)這些零件的材料有許多是高硬度高強(qiáng)度的耐熱鋼、不銹鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等難加工材料。這些都對小孔的加工的技術(shù)提出了新的要求，迫切需要一種新型、高效的加工深孔的方法。以用于不同情況的小孔加工。探索一種新型的電火花小孔機(jī)。為了縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)用，首先用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維幾何造型，這樣可避免直接制造樣機(jī)所帶來的問題。

2.整體機(jī)械設(shè)計(jì)

（1）滑動直線導(dǎo)軌：滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，成本中等，精度高，但摩擦大，行程控制精度低。

（2）滾動直線導(dǎo)軌滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對運(yùn)動時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動運(yùn)動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。其所具有的優(yōu)點(diǎn)有：A. 滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動摩擦阻力，從而獲得：動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機(jī)械動作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。驅(qū)動功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。適應(yīng)高速直線運(yùn)動，其瞬時(shí)速度比滑動導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。B.能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動剛度。C.成對使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。D.導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。E.導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。F.簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。

整體機(jī)構(gòu)由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo)。

絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足本設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的電火花小孔機(jī)是加工精度較高的零件。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；能夠有效的消除絲杠與螺母之間的配合間隙，使拖板往復(fù)運(yùn)動靈活、精確；啟動力矩和運(yùn)動時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。矩形滑動導(dǎo)軌適合于剛性良好，負(fù)載較重的場合；滾動直線導(dǎo)軌適合高速、負(fù)載較輕的場合，本設(shè)計(jì)中電火花小孔機(jī)正是高速、負(fù)載較輕的機(jī)床。滾動直線導(dǎo)軌與矩形滑動導(dǎo)軌及其滑動件的較大面積比較，相對較小。最小的接觸面積，極大地降低了摩擦，從而使響應(yīng)更迅速，快移速度更高。在剛性和負(fù)載要求不高的情況下我們優(yōu)先選用摩損小且高速的滾動直線導(dǎo)軌。故選用小孔機(jī)—工作臺—單片機(jī)—滾動直線導(dǎo)軌—滾珠絲杠—步進(jìn)電機(jī)方案。

3.三維建模

SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。我們使用SolidWorks軟件建模裝配后如下：

4.結(jié)論

本設(shè)計(jì)的是一種主動減震機(jī)構(gòu)的設(shè)置能夠減小路面顛簸對病人的影響。通過前后自主調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來改變病床的床頭與床尾的高低位置，來抵消救護(hù)車上下坡道時(shí)病床的傾斜對病人的影響。通過控制系統(tǒng)檢測救護(hù)車的加速和減速在啟動或緊急制動，來滿足醫(yī)生對病人體位傾斜的要求，通過調(diào)節(jié)病床床頭與床尾的高低位置來抵消加速和減速過程給病人帶來的加速度，讓病人可以舒適的到達(dá)醫(yī)院方便醫(yī)生對病人的治療。

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