模具電火花加工成形機床縱向驅動機構設計

摘 要 本文針對電火花加工過程中影響加工精度的放電間隙進行研究，設計了一種縱向驅動機構，是現(xiàn)間隙的自動進給和調節(jié)，很好的消除了放電過程中間隙過大或者過小，提高了加工精度，為模具電火花機械設計制造奠定基礎。

關鍵詞 電火花 間隙 縱向進給 機械制造

一、引言

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

電火花加工時，如果工具和工件的間隙過大，則不會產生放電；在放電過程中，電極工具工件不斷補蝕除，間隙逐漸增大，必須使工具補償進給，以維持所需的放電間隙；當工具工件間短路時，必須使工具反向離開，隨即再重新進給調節(jié)到所必需的放電間隙。因此人工進給或恒速的“機動”進給很難滿足要求，必須采用自動進給和調節(jié)裝置。

二、縱向進給驅動方案的設計

目前電火花加工用的自動進給調節(jié)系統(tǒng)的種類很多，按執(zhí)行元件，大致可分為：

電液壓式；步進電機；寬調速力矩電機；直流伺服電機；交流伺服電機。

在本次設計中選用電-機械式自動調節(jié)系統(tǒng)。電-機械式自動調節(jié)系統(tǒng)在20世紀60年代是采用普通直流伺服電機的形式，由于其機械減速系統(tǒng)傳動鏈長、慣性大、剛性差，因而靈敏度低，20世紀70年代為電液自動調節(jié)系統(tǒng)所替代。20世紀80年代以來，采用步進電機和力矩電機的電-機械式自動調節(jié)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。由于它們的低速性能好，可直接帶動絲杠進退，因而傳動鏈短、靈敏度高、體積小、結構簡單，而且慣性小，有利于實現(xiàn)加工過程的自動控制和數(shù)字程序控制，因而在中、小型電火花機床中得到越來越廣泛的應用。又考慮到經濟因素及尺寸的大小，本設計采用步進電機自動調節(jié)系統(tǒng)。

縱向滾珠絲杠的設計：

為了提高數(shù)控機床的傳動精度和靈敏度，在需要將回轉運動轉換為直徑運動的場合，常采用滾珠絲螺母副。

基本傳動方式的選擇：

根據(jù)絲杠和螺母相對運動組合情況，其基本傳動形式有四種：

（1）螺母固定，絲杠轉動并移動；（2）絲杠轉動，螺母移動；（3）螺母轉動，絲杠移動；（4）絲杠固定，螺母轉動并移動

選擇絲杠轉動、螺母移動的傳動形式。

滾珠絲杠副主要技術參數(shù)的確定：

（1）基本導程P0的選擇

基本導程：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40

因此選用P0=4mm

（2）導程精度選擇

根據(jù)機床定位精度10 m，確定滾珠絲杠副導程的精度等級。按下式估算

E ≤（）TD （2-1）

式中：E—累計代表導程偏差， m

TD—機床有效行程的定位精度

E ≤（）€？0=2.5～6 m （2-2）

由實用機床設計手冊查得

選擇精度等級C1

（3）絲杠長度的計算

①絲杠螺紋長度按下式計算

=++2 （2-3）

式中： ——機床工作臺有效行程，mm

——余程（按表選取），mm

——螺母長度，mm

= 340 = 16 =11

絲杠螺紋長度：= 383mm。

②支撐跨距L1應略大于，取為L1=600mm。

（3）絲杠摩擦阻力矩的計算

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

（4）等效負載轉矩

（2-4）

（5）啟動慣性阻力矩（T慣）的計算以最不利于快進速度計算時，設啟動加速時間為 t=0.3s，由于電機轉速

（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）

步進電機輸出軸上總負載轉矩的計算如下：

（2-8）

三、總結

當然在設計中也暴露了許多問題，其中之一設計難以考慮細致周全。在商品社會發(fā)展的今天，一個商品所帶來的經濟效益是人們最關注的問題，因此我們在設計產品時不但要考慮它的使用性能，還要綜合考慮它的工藝性能，價格，操作工人的習慣，安全和環(huán)境保護等多方面的因素。設計的產品應該在這些因素中取一個平衡點。如果這個平衡點找的好，那么我們所設計的產品不僅有良好的可用性，還有良好的經濟性，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濟性，這將使我們的產品失去競爭力；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。再有，我們常常忽略一些小問題，正是這些小問題可以使整個產品不能使用，有時也可能發(fā)生災難性的事故。其實在機械和電子設計中是不存在“小”問題的，只要我們能處理好設計中一個個“小”問題，那么我們所設計的產品在市場中就會具有強的競爭力，立于不敗之地。

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（作者單位：長江大學文理學院機電與信息工程系）