模具電火花加工成形機(jī)床縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要 本文針對(duì)電火花加工過(guò)程中影響加工精度的放電間隙進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是現(xiàn)間隙的自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)，很好的消除了放電過(guò)程中間隙過(guò)大或者過(guò)小，提高了加工精度，為模具電火花機(jī)械設(shè)計(jì)制造奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 電火花 間隙 縱向進(jìn)給 機(jī)械制造

一、引言

1870年，英國(guó)科學(xué)家普里斯特利（Priestley）最早發(fā)現(xiàn)電火花對(duì)金屬的腐蝕作用直到1934年，前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連柯（lazarenko）等把電火花的破壞作用利用起來(lái)從而創(chuàng)造了一種可控的金屬加工方法。該方法就是在加工過(guò)程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性火花放電，放電時(shí)局部瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來(lái)，通常稱之為電火花加工。

電火花加工時(shí)，如果工具和工件的間隙過(guò)大，則不會(huì)產(chǎn)生放電；在放電過(guò)程中，電極工具工件不斷補(bǔ)蝕除，間隙逐漸增大，必須使工具補(bǔ)償進(jìn)給，以維持所需的放電間隙；當(dāng)工具工件間短路時(shí)，必須使工具反向離開(kāi)，隨即再重新進(jìn)給調(diào)節(jié)到所必需的放電間隙。因此人工進(jìn)給或恒速的“機(jī)動(dòng)”進(jìn)給很難滿足要求，必須采用自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置。

二、縱向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

目前電火花加工用的自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的種類很多，按執(zhí)行元件，大致可分為：

電液壓式；步進(jìn)電機(jī)；寬調(diào)速力矩電機(jī)；直流伺服電機(jī)；交流伺服電機(jī)。

在本次設(shè)計(jì)中選用電-機(jī)械式自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電-機(jī)械式自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在20世紀(jì)60年代是采用普通直流伺服電機(jī)的形式，由于其機(jī)械減速系統(tǒng)傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、慣性大、剛性差，因而靈敏度低，20世紀(jì)70年代為電液自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)所替代。20世紀(jì)80年代以來(lái)，采用步進(jìn)電機(jī)和力矩電機(jī)的電-機(jī)械式自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。由于它們的低速性能好，可直接帶動(dòng)絲杠進(jìn)退，因而傳動(dòng)鏈短、靈敏度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且慣性小，有利于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)控制和數(shù)字程序控制，因而在中、小型電火花機(jī)床中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。又考慮到經(jīng)濟(jì)因素及尺寸的大小，本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

縱向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)：

為了提高數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)精度和靈敏度，在需要將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直徑運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，常采用滾珠絲螺母副。

基本傳動(dòng)方式的選擇：

根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)組合情況，其基本傳動(dòng)形式有四種：

（1）螺母固定，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)；（2）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)；（3）螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠移動(dòng)；（4）絲杠固定，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)

選擇絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)的傳動(dòng)形式。

滾珠絲杠副主要技術(shù)參數(shù)的確定：

（1）基本導(dǎo)程P0的選擇

基本導(dǎo)程：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40

因此選用P0=4mm

（2）導(dǎo)程精度選擇

根據(jù)機(jī)床定位精度10 m，確定滾珠絲杠副導(dǎo)程的精度等級(jí)。按下式估算

E ≤（）TD （2-1）

式中：E—累計(jì)代表導(dǎo)程偏差， m

TD—機(jī)床有效行程的定位精度

E ≤（）€？0=2.5～6 m （2-2）

由實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查得

選擇精度等級(jí)C1

（3）絲杠長(zhǎng)度的計(jì)算

①絲杠螺紋長(zhǎng)度按下式計(jì)算

=++2 （2-3）

式中： ——機(jī)床工作臺(tái)有效行程，mm

——余程（按表選?。琺m

——螺母長(zhǎng)度，mm

= 340 = 16 =11

絲杠螺紋長(zhǎng)度：= 383mm。

②支撐跨距L1應(yīng)略大于，取為L(zhǎng)1=600mm。

（3）絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算

由于絲杠受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠副產(chǎn)生摩擦力，但由于其效率高其摩擦阻力矩相對(duì)于其它負(fù)載力矩小的多，因此忽略不計(jì)。

（4）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩

（2-4）

（5）啟動(dòng)慣性阻力矩（T慣）的計(jì)算以最不利于快進(jìn)速度計(jì)算時(shí)，設(shè)啟動(dòng)加速時(shí)間為 t=0.3s，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速

（2-5）

取加速曲線為等加速梯形曲線，故角加速度為

（2-6）

則

（2-7）

步進(jìn)電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下：

（2-8）

三、總結(jié)

當(dāng)然在設(shè)計(jì)中也暴露了許多問(wèn)題，其中之一設(shè)計(jì)難以考慮細(xì)致周全。在商品社會(huì)發(fā)展的今天，一個(gè)商品所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是人們最關(guān)注的問(wèn)題，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)不但要考慮它的使用性能，還要綜合考慮它的工藝性能，價(jià)格，操作工人的習(xí)慣，安全和環(huán)境保護(hù)等多方面的因素。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)該在這些因素中取一個(gè)平衡點(diǎn)。如果這個(gè)平衡點(diǎn)找的好，那么我們所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不僅有良好的可用性，還有良好的經(jīng)濟(jì)性，這往往是我們所欠缺的。我們可能注重了使用性能而忽視了經(jīng)濟(jì)性，這將使我們的產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)力；我們可能注重了其它方面的性能而忽視了工藝性能，這可能性使我們難以制造和使用，甚至根本不能制造出來(lái)。再有，我們常常忽略一些小問(wèn)題，正是這些小問(wèn)題可以使整個(gè)產(chǎn)品不能使用，有時(shí)也可能發(fā)生災(zāi)難性的事故。其實(shí)在機(jī)械和電子設(shè)計(jì)中是不存在“小”問(wèn)題的，只要我們能處理好設(shè)計(jì)中一個(gè)個(gè)“小”問(wèn)題，那么我們所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在市場(chǎng)中就會(huì)具有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，立于不敗之地。

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（作者單位：長(zhǎng)江大學(xué)文理學(xué)院機(jī)電與信息工程系）