數(shù)控電火花成型機床優(yōu)化設(shè)計論文

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1數(shù)控電火花成型機床結(jié)構(gòu)運動特點及其存在問題分析

立柱式電火花機床依靠工作臺的移動來實現(xiàn)X/Y軸的運動，因而這兩條軸的精度與工件的重量密切相關(guān)，其動態(tài)精度和剛性都會受之影響。同時，X/Y軸的行程因工作臺需在狹小有限的空間內(nèi)移動而受到限制，如果要設(shè)計加工稍大一點的工件，則機床的底座和立柱會更顯大型化，相對于機床尺寸來說，可加工區(qū)域明顯偏小，而剛性也會隨著立柱橫梁懸伸加長而變差。此結(jié)構(gòu)不宜設(shè)計、安裝可升降式工作液槽，工作液容易隨著工作臺的不斷平動而濺出。以上兩種國內(nèi)常見電火花成型機床結(jié)構(gòu)由于機械結(jié)構(gòu)本身內(nèi)在的問題，導(dǎo)致在實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，因此必須通過機床結(jié)構(gòu)正確選型和優(yōu)化設(shè)計，特別是針對這兩種結(jié)構(gòu)存在的問題來尋求相對應(yīng)的解決方案。

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

2.1結(jié)構(gòu)選型基本思路

通過對國內(nèi)常用的兩種電火花成型機床機構(gòu)內(nèi)在問題點的比較及分析研究，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，可以改善國內(nèi)兩種常見結(jié)構(gòu)機床的剛性和精度，但要避免因結(jié)構(gòu)本身帶來的各種問題，因此需要對機床的結(jié)構(gòu)進行合理選型和優(yōu)化設(shè)計，力求結(jié)構(gòu)簡潔、性能可靠，以達到高精密數(shù)控電火花成型機床在性能、精度和穩(wěn)定性等方面的要求。相對于滑枕式結(jié)構(gòu)，龍門式結(jié)構(gòu)因為工作頭工的位置自動升降，省去沖放時間。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)點也正好能夠滿足高精密電火花成型機床的各種要求，因此龍門式結(jié)構(gòu)是設(shè)計高精密數(shù)控電火花成型機床的首選機械結(jié)構(gòu)。

2.2方案

G450C龍門式高精密數(shù)控電火花機床是巨輪股份專門為中小型高精密零件和工模具市場開發(fā)的新機型，該機型針對常見龍門式結(jié)構(gòu)電火花成型機床制造成本高，操作不太方便，占地面積大，只適合大、中型電火花成型機床等問題點，從結(jié)構(gòu)適用及加工工藝性好的設(shè)計原則方面考慮對龍門式結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。與常見的龍門式電火花機床一樣，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的G450C機床主體機械結(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)進行改進和優(yōu)化。優(yōu)化后的龍門式電火花成型機床結(jié)構(gòu)跟原來的機械結(jié)構(gòu)存在如下不同點。傳統(tǒng)的龍門式機床采用動龍門結(jié)構(gòu)，因為需要有足夠大的“門”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床設(shè)計使用。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)計原則。而優(yōu)化后的龍門結(jié)構(gòu)則是針對G450C機床適用零件的特點，對機械部分的幾大部件進行改進和優(yōu)化。主要體現(xiàn)在：龍門架采用三角橫梁設(shè)計，既能保持龍門結(jié)構(gòu)的特點，又加強了龍門架的剛性（對比門式龍門架）；床身為了配合龍門架懸掛在龍門架上，受力情況不會隨主軸頭的位置而變化，長期精度可以保持穩(wěn)定，主軸頭可以到達工作臺面任意一個角落，且受力情況都是一致的。同時，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現(xiàn)整體溫度控制，從而實現(xiàn)機床的高精度和熱穩(wěn)定性。相對于立柱式結(jié)構(gòu)，龍門式結(jié)構(gòu)（動龍門式）因機床工作臺固定不動，各條軸的運動與工件的重量和工作液無關(guān)，其動態(tài)精度和剛性不會受之影響。此結(jié)構(gòu)便于設(shè)計、安裝可升降式工作液槽，油槽可裝滿工作液時移動，隨放電成型 的三角橫梁設(shè)計，將原來長方體的結(jié)構(gòu)改進優(yōu)化成L型箱體結(jié)構(gòu)，使得三角龍門架可以在L型箱體上部實現(xiàn)前后運動；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)計改成仿生箱體設(shè)計。相對于傳統(tǒng)的龍門式電火花成型機床結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的G450C機床結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點：

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

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

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

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

（5）采用黃金侵害比例設(shè)計的外觀造型，整機簡潔、勻稱、色彩搭配協(xié)調(diào)，巧妙的主軸伸縮防護設(shè)計確保了機床操作的安全性。

作者：張世欽 單位：巨輪股份有限公司