电火花机床机械结构设计★

摘 要： 介绍了电火花成型机床的加工原理、特点及其发展历程：它是通过脉冲直流电源不断产生火花放电来去除工件材料，且在工件与工具之间有绝缘液体介质。

分析并设计了电火花成型机床结构系统。机床总体布局为单柱立式，主轴采用步进电机拖动滚珠丝杆完成升降，利用步进电机多级可变细分技术，实现伺服系统的变频、变步距双重伺服调节，提高系统的跟踪能力和稳定性。进给系统采用滚珠丝杆和十字滑座实现工作台的横向、纵向移动，运动平稳。

电火花成形加工要在加工精度、加工效率、加工范围等方面取得重大突破，一个重要的发展方向就是对机床成形运动方式的创新和多样化。本课题的研究，是对电火花成型加工发展方向的一次有益尝试，通过改进电火花加工机床的伺服系统、控制系统、机床结构等，在保证加工精度的前提下提高了加工效率；通过开放式的控制系统，提高了电火花成型加工过程的自动化。

 

关键词：电火花； 主轴； 滚珠丝杆； 十字滑座； V型导轨

Abstract：The processing principles, characteristics and development process of the EDM machine by author isintrodunced in this paper. It  removes material with repetitive spark discharges from a pulsating DC power supply, with a dielectric flowing between the work piece and the tool.

Analysis and design the system of  structure for EDM machine . Machine overall layout as a single vertical column, 3-axis; Stepper motor is used in the machine tool to drive the ball screew up and down directly,the control system of the machinetool acapt divided dreving technique of step motor,and realizes dual regulations with changing feed step and changing feed frequency ,this improves its tracking ablity and stability. Feed system uses Ball Screw and the cross slide take the table move on the horizontal and vertical , smooth motion. 

EDM should be in the processing accuracy, processing efficiency, processing and other aspects of the scope of a major breakthrough, an important direction of development is the right tool forming movement pattern of innovation and diversification. The study of this topic is a direction of development of EDM machining a useful attempt, by improving EDM servo systems, control systems, machine tool structure, guarantee the processing precision under the premise of improving the processing efficiency; through open the control system to improve the EDM process automation.

 

Keywords: EDM；main spindle；ball screw；Cross slide；V-shaped guideways 

 

 

电火花成型机结构设计

根据对电火花成型机床功能原理的分析，我们需要实现主轴头和工件之间通过脉冲电源放电来蚀除材料。这要求主轴个工作台之间形成隔缘，然后分别接脉冲电源的正、负极。根据任务书要求，设计总体布局为单柱立式。

首先，我将设计任务书所给的条件同时参照电火花成型机床参数列表如下：

1）机械规格

 

表2.1 设计参数

名称      电火花成型机床

工作台 550×300MM

左右行程 300MM

前后行程 200MM

主轴行程 200MM

主轴与工作台最大距离 550MM

最大电极容量 60Kgs

最大工作物重量 500Kgs

工作油槽 820×500×300MM

机械重量 1300Kgs(Net)

装箱尺寸 1250×1250×2300MM

 

此次设计我采用了类比设计，在外观设计上我参考了我们机械院楼里的电火花加工机床，对其大体有个了解：电火花加工机床加工时工件固定在工作台上，由滚珠丝杆带动的电极头缓慢的向下移动，且移动精度要求较高。其主轴动力系统为交流伺服电机，通过齿轮变速后连接滚珠丝杆带动主轴头移动，且有光栅尺检测其位置；纵向、横向进给系统也采用滚珠丝杆传动，直接用手柄驱动，而没有采用电机驱动，导轨则采用了滑动导轨。

通过对电火花成型机床资料的了解，把电花成型机分为主机结构、工作液循环装置结构、数控电源柜等几个主要部分开始设计。其中，我们主要考虑主机部分的设计，它的结构形式是单柱床身，前边有十字滑座工作台，后边装有立柱，立柱正前方装有主轴头，能沿导轨上下移动。立柱右侧配有机床电器控制箱和控制柜。立柱上方装主轴头升降电机及减速箱。其主要包括床身、主轴、电极头、工作台及十字滑座五部分的设计。

 

[资料来源：http://doc163.com]

目   录

中文摘要 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1

英文摘要 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2

一、引言 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3

    1.1 题研究的目的和意义••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3

    1.2 本设计国内外研究历史与现状•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4

    1.3 本设计拟解决的关键问题和研究方法••••••••••••••••••••••••••••••••••5

    1.4 电火花成型加工特点和适用范围••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5

二、 电火花成型机床总体结构设计 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••8

2.1 电火花成型机的结构 形式•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8

    2.2 电火花成型机结构设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9

三、 主轴系统设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13

3.1 主轴系统设计方案••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13

3.2 电机的选择 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14

3.3 同步齿形带设计 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19

3.4 滚珠丝杆副的设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22

3.5 直线导轨的设计 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27

四、工作台设计 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29

五、十字滑座设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34

六、电极夹头设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••37

七、机床润滑系统设计 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••40

八、工作液循环装置结构设计 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••42

参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.45

谢辞 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46

附录•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47

翻译••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••52