數(shù)控電火花成型機(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)論文

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1數(shù)控電火花成型機(jī)床結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及其存在問題分析

立柱式電火花機(jī)床依靠工作臺(tái)的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)X/Y軸的運(yùn)動(dòng)，因而這兩條軸的精度與工件的重量密切相關(guān)，其動(dòng)態(tài)精度和剛性都會(huì)受之影響。同時(shí)，X/Y軸的行程因工作臺(tái)需在狹小有限的空間內(nèi)移動(dòng)而受到限制，如果要設(shè)計(jì)加工稍大一點(diǎn)的工件，則機(jī)床的底座和立柱會(huì)更顯大型化，相對(duì)于機(jī)床尺寸來說，可加工區(qū)域明顯偏小，而剛性也會(huì)隨著立柱橫梁懸伸加長(zhǎng)而變差。此結(jié)構(gòu)不宜設(shè)計(jì)、安裝可升降式工作液槽，工作液容易隨著工作臺(tái)的不斷平動(dòng)而濺出。以上兩種國(guó)內(nèi)常見電火花成型機(jī)床結(jié)構(gòu)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)本身內(nèi)在的問題，導(dǎo)致在實(shí)際的使用中直接影響到零件或模具的加工精度和表面質(zhì)量，因此必須通過機(jī)床結(jié)構(gòu)正確選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是針對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)存在的問題來尋求相對(duì)應(yīng)的解決方案。

2高精密數(shù)控電火花成型機(jī)床結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1結(jié)構(gòu)選型基本思路

通過對(duì)國(guó)內(nèi)常用的兩種電火花成型機(jī)床機(jī)構(gòu)內(nèi)在問題點(diǎn)的比較及分析研究，從中得到結(jié)論：雖然通過改良部分零件的設(shè)計(jì)和采用性能更加好的功能部件如導(dǎo)軌和絲桿等，可以改善國(guó)內(nèi)兩種常見結(jié)構(gòu)機(jī)床的剛性和精度，但要避免因結(jié)構(gòu)本身帶來的各種問題，因此需要對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、性能可靠，以達(dá)到高精密數(shù)控電火花成型機(jī)床在性能、精度和穩(wěn)定性等方面的要求。相對(duì)于滑枕式結(jié)構(gòu)，龍門式結(jié)構(gòu)因?yàn)楣ぷ黝^工的位置自動(dòng)升降，省去沖放時(shí)間。通過以上比較可以看出，龍門式結(jié)構(gòu)除了能夠避免滑枕式結(jié)構(gòu)和立柱式結(jié)構(gòu)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)問題，而且本身很多優(yōu)點(diǎn)也正好能夠滿足高精密電火花成型機(jī)床的各種要求，因此龍門式結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)高精密數(shù)控電火花成型機(jī)床的首選機(jī)械結(jié)構(gòu)。

2.2方案

G450C龍門式高精密數(shù)控電火花機(jī)床是巨輪股份專門為中小型高精密零件和工模具市場(chǎng)開發(fā)的新機(jī)型，該機(jī)型針對(duì)常見龍門式結(jié)構(gòu)電火花成型機(jī)床制造成本高，操作不太方便，占地面積大，只適合大、中型電火花成型機(jī)床等問題點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)適用及加工工藝性好的設(shè)計(jì)原則方面考慮對(duì)龍門式結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。與常見的龍門式電火花機(jī)床一樣，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的G450C機(jī)床主體機(jī)械結(jié)構(gòu)仍然由床身、龍門架、滑枕、主軸箱和工作液槽組成，整體結(jié)構(gòu)沒改變，只是將一些主要零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。優(yōu)化后的龍門式電火花成型機(jī)床結(jié)構(gòu)跟原來的機(jī)械結(jié)構(gòu)存在如下不同點(diǎn)。傳統(tǒng)的龍門式機(jī)床采用動(dòng)龍門結(jié)構(gòu)，因?yàn)樾枰凶銐虼蟮摹伴T”結(jié)構(gòu)空間懸掛滑枕和主軸頭，因此只適合大中型電火花成型機(jī)床設(shè)計(jì)使用。為了兼容床身和工作液槽，通常床身是由鋼板焊接而成。為保證主軸頭的懸伸剛性，滑枕和主軸箱在滿足剛性和使用尺寸的情況下，采用了緊湊的設(shè)計(jì)原則。而優(yōu)化后的龍門結(jié)構(gòu)則是針對(duì)G450C機(jī)床適用零件的特點(diǎn)，對(duì)機(jī)械部分的幾大部件進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。主要體現(xiàn)在：龍門架采用三角橫梁設(shè)計(jì)，既能保持龍門結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，又加強(qiáng)了龍門架的剛性（對(duì)比門式龍門架）；床身為了配合龍門架懸掛在龍門架上，受力情況不會(huì)隨主軸頭的位置而變化，長(zhǎng)期精度可以保持穩(wěn)定，主軸頭可以到達(dá)工作臺(tái)面任意一個(gè)角落，且受力情況都是一致的。同時(shí)，由于工作頭懸伸短且固定不變，剛性好，受外力影響較小，平行度誤差也最小化；該結(jié)構(gòu)的床身、工作液和龍門架可以實(shí)現(xiàn)整體溫度控制，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高精度和熱穩(wěn)定性。相對(duì)于立柱式結(jié)構(gòu)，龍門式結(jié)構(gòu)（動(dòng)龍門式）因機(jī)床工作臺(tái)固定不動(dòng)，各條軸的運(yùn)動(dòng)與工件的重量和工作液無關(guān)，其動(dòng)態(tài)精度和剛性不會(huì)受之影響。此結(jié)構(gòu)便于設(shè)計(jì)、安裝可升降式工作液槽，油槽可裝滿工作液時(shí)移動(dòng)，隨放電成型 的三角橫梁設(shè)計(jì)，將原來長(zhǎng)方體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化成L型箱體結(jié)構(gòu)，使得三角龍門架可以在L型箱體上部實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動(dòng)；為了確保X/Y軸的行程和剛性，滑枕和主軸箱由原來的緊湊設(shè)計(jì)改成仿生箱體設(shè)計(jì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的龍門式電火花成型機(jī)床結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的G450C機(jī)床結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)沿用經(jīng)仿生優(yōu)化設(shè)計(jì)的龍門式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊且行程大，剛性大且可保持長(zhǎng)期高精度，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能俱佳；

（2）采用高性能鑄鐵結(jié)構(gòu)，確保機(jī)床的機(jī)械穩(wěn)定性和精度，不受工件重量或工作液重量的影響；

（3）機(jī)床設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué)原理，提供了機(jī)床占地面積和加工面積的最佳比例，工作臺(tái)采用3方向的全開放式設(shè)計(jì)，高度根據(jù)東方人的身高特點(diǎn)而設(shè)計(jì)；

（4）ATC采用獨(dú)創(chuàng)的內(nèi)藏式和懸掛導(dǎo)軌伸縮設(shè)計(jì)，充分利用有限空間，電極容量大且不干涉主軸的移動(dòng)，沒有運(yùn)動(dòng)死角；

（5）采用黃金侵害比例設(shè)計(jì)的外觀造型，整機(jī)簡(jiǎn)潔、勻稱、色彩搭配協(xié)調(diào)，巧妙的主軸伸縮防護(hù)設(shè)計(jì)確保了機(jī)床操作的安全性。

作者：張世欽 單位：巨輪股份有限公司