便攜式點(diǎn)火加工機(jī)的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要 電火花加工技術(shù)是特種加工技術(shù)的一種。從電火花創(chuàng)立至今，己經(jīng)有61年的歷史，經(jīng)過(guò)世界各國(guó)學(xué)者的不斷努力，電火花加工的發(fā)展非常迅速，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，基礎(chǔ)理論和技術(shù)裝備都日趨完善。電火花加工技術(shù)發(fā)展已成為現(xiàn)代生產(chǎn)上極其重要的加工手段，在制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著制造技術(shù)水平的不斷提高，涌現(xiàn)出很多問(wèn)題需要我們解決。目前，便攜式電火花加工裝置己成為研究的熱點(diǎn)。在航空航天、微電子、醫(yī)學(xué)、光學(xué)以及模具等各個(gè)領(lǐng)域中，有許多零件采用常規(guī)機(jī)床加工困難，甚至無(wú)法加工，特別是對(duì)狹小空間內(nèi)的加工，還有微細(xì)孔的加工以及特殊加工材料的加工等，采用便攜式電火花加工裝置則會(huì)取得令人滿意的效果。為了適應(yīng)當(dāng)今電火

2、花加工技術(shù)發(fā)展的需要，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)便攜式電火花加工機(jī)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：電火花加工機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電火花加工機(jī)的自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)與機(jī)械裝置設(shè)計(jì)，并且詳細(xì)的陳述了電火花的基本工藝規(guī)律。AbstractEDM technology is a special processing technology. Founded from the electric spark, has 61 years of history, through the continuous efforts of scholars around the world, EDM has developed rapidly, incr

3、easing scope of application, basic theory and technical equipment are maturing. EDM technology has become extremely important modern production process means, in the manufacturing sector plays an irreplaceable role. With increasing levels of manufacturing technology, many problems have emerged we ne

4、ed to solve. At present, the portable device EDM has become a research hotspot. In the aerospace, microelectronics, medical, optical, and mold and other fields, there are many parts using conventional machining difficult, if not processing, particularly for small space processing, as well as micro-h

5、ole machining and special processing of materials processing, using EDM equipment will be portable to achieve satisfactory results. To meet the current needs of the development of EDM technology, the paper design of a portable EDM machine, the design includes: Electrical Discharge Machining of Mecha

6、nical Design, Electrical Discharge Machining of automatic feed-conditioning and mechanical equipment design, and a detailed statement of the basic technology of EDM law.目 錄摘要1 緒論11.1 課題研究的背景11.2 課題研究的意義11.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀32 加工機(jī)的原理和組成52.1 電火花的基本原理52.2 電火花加工機(jī)床的組成73 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)與機(jī)械裝置設(shè)計(jì)123.1 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)123.2 機(jī)械裝置的

7、設(shè)計(jì)154電火花加工的基本工藝規(guī)律254.1 影響放電蝕除量的主要因素254.2 電火花加工的加工速度和工具的損耗速度284.3 影響加工精度的主要因素304.4 電火花加工表面完整性325 總 結(jié)34致 謝35參 考 資 料36附 錄371 緒 論1.1 課題研究的背景電火花加工技術(shù)是歷史最悠久的特種加工方法，在模具制造業(yè)、航空、航天和電子等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于傳統(tǒng)的切削加工難于勝任的超硬、耐高溫合金等難加工材料以及深孔、窄縫等形狀的加工，電火花加工顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為加工這些材料不可缺少的加工方法。1900年科爾許特利用放電制造出了膠狀金屬粉末，并首次提出有關(guān)將放電應(yīng)用于金屬加工

8、的技術(shù)關(guān)鍵和電極損耗報(bào)告。19351937年美國(guó)的斯廷納和英國(guó)的羅得福先后發(fā)明了交流放電切割和直流放電切割的方法。然而電弧放電能量不易控制，難以用于金屬的精密加工。直到1943年，前蘇聯(lián)拉扎林柯夫婦研究開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，開(kāi)創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法，用銅絲在淬火鋼上加工出小孔，可用軟的工具加工任何硬度的金屬材料，首次擺脫了傳統(tǒng)的切削加工方法，直接利用電能和熱能來(lái)去除金屬，獲得“以柔克剛”的效果。從而創(chuàng)立了電火花加工(EDM)技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了金屬材料非切削加工的新時(shí)代。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和實(shí)際生產(chǎn)需要，對(duì)機(jī)械制造提出了

9、更高的要求：產(chǎn)品向小批量、多品種的柔性制造方向發(fā)展，制造進(jìn)到要求越來(lái)越高，制造周期要求越來(lái)越短。由于能源和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題，制造業(yè)還需要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在這樣的背景下，根據(jù)電火花加工本身具有的特點(diǎn)，認(rèn)為電火花加工技術(shù)將在加工的精密性、細(xì)微化、高速化和高效率、綠色加工以及復(fù)合加工方面發(fā)展，并需要開(kāi)發(fā)新的電火花加工方法，拓寬電火花加工的范圍。1.2 課題研究的意義電火花加工是與機(jī)械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來(lái)越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法不能加工或難于

10、加工。因此，人們除了進(jìn)一步發(fā)展和完善機(jī)械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。 1、電火花加工的特點(diǎn)如下15：(1) 由于電火花加工是基于脈沖放電時(shí)的蝕除原理，其脈沖放電的能量密度很高，因而可以加工任何硬、脆、韌、軟、高熔點(diǎn)的導(dǎo)電材料。此外，在一定條件下還可以加工半導(dǎo)體材料和非導(dǎo)電材料。(2) 加工時(shí)，工具電極與工件材料不接觸，有利于小孔、薄壁、窄槽以及各山東大學(xué)碩士學(xué)位論文種復(fù)雜截面的型孔、曲線孔、型腔等的加工，也適合于精密細(xì)微加工。(3) 當(dāng)脈沖放電的持續(xù)時(shí)間很短時(shí)，放電時(shí)所產(chǎn)生的熱量來(lái)不

11、及傳散，可以減小材料被加工表面熱影響層，提高材料加工后的表面質(zhì)量，同時(shí)，還適合于加工熱敏感性較強(qiáng)的材料。(4) 脈沖參數(shù)可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以在同一臺(tái)機(jī)床上連續(xù)進(jìn)行粗、半精及精加工。(5) 直接利用電能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2、電火花加工的條件實(shí)現(xiàn)電火花加工，應(yīng)具備如下條件：（1）工具電極和工件電極之間必須維持合理的距離。（2）兩電極間必須充入介質(zhì)。（3）輸送到兩電極間的脈沖能量應(yīng)足夠大。（4）放點(diǎn)必須是短時(shí)間的脈沖放電。（5）脈沖放電需要重復(fù)多次進(jìn)行，并且多次脈沖放電在時(shí)間上和空間上是分散的。這里包含兩個(gè)方面的意義：其一，相鄰的兩個(gè)脈沖不在同一點(diǎn)上形成通道；其二，若在一定時(shí)間內(nèi)

12、脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時(shí)間內(nèi)，脈沖放電應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積炭現(xiàn)象，進(jìn)而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。（6）脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時(shí)排放至放電間隙之外，是重復(fù)性放電順利進(jìn)行。在電火花加工的實(shí)際生產(chǎn)中，上述過(guò)程通過(guò)兩個(gè)途徑完成：一方面，火花放電以及電腐蝕過(guò)程本身具備將蝕除產(chǎn)物排離的固有特性，使出產(chǎn)物以外的其余放電產(chǎn)物亦可以促進(jìn)上述過(guò)程；另一方面，還必須利用一些人為的輔助工藝措施，例如工作液的循環(huán)過(guò)濾，加工中采用的沖、抽油措施等等。3、電火花加工的應(yīng)用基于上述特點(diǎn)和條件，電火花加工的主要用途有以下幾項(xiàng)：(1) 穿孔加工一般指貫通的二維型孔的電火花加工。它既可以是等截面通

13、孔，也可以是變截面通孔。此外，還包括用片狀電極切斷和側(cè)面成形等。(2) 型腔加工一般指三維型腔和型面電火花加工，此外，還包括電火花雕刻。(3) 線電極切割這種加工方法的加工原理是用移動(dòng)著的線狀電極絲按預(yù)定的軌跡進(jìn)行切割加工，其運(yùn)行軌跡可以用靠模、光電或數(shù)字程序等方式來(lái)控制，適用于切斷、切割各類復(fù)雜型孔以及零件和工具等的加工。(4) 電火花磨削這種加工方法實(shí)質(zhì)上是應(yīng)用機(jī)械磨削的成形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電火花加工。它的工具電極與工件電極之間作相對(duì)運(yùn)，其中之一或二者作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(5) 電火花展成加工這種加工方法是利用成形工具電極與工件電極作相對(duì)的展成運(yùn)動(dòng)(回轉(zhuǎn)、回?cái)[或往復(fù)運(yùn)動(dòng)等)，使二者相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)保持固定重合的

14、關(guān)系，逐點(diǎn)進(jìn)行電火花加工。(6) 表面強(qiáng)化這種加工方法一般是以空氣為極間介質(zhì)，工具電極相對(duì)于工件作小振幅的振動(dòng)，二者時(shí)而短接，時(shí)而離開(kāi)。在這過(guò)程中產(chǎn)生脈沖式的火花放電，使空氣中的氮或工具材料滲透到工件表面層內(nèi)部，以改善工件表面的機(jī)械性能。(7) 非金屬電火花加工一般是用高頻高壓的脈沖電源，通過(guò)尖狀電極施加到所要加工的非金屬工件上，并使其產(chǎn)生火花放電而瞬時(shí)釋放出大量的熱量，從而使工件的局部材料瞬時(shí)熔化和汽化，以達(dá)到加工的目的。(8) 其他電火花加工除上述幾種應(yīng)用外，電火花加工還可用于打印標(biāo)記、刻字、跑合齒輪嚙合件、取出折斷在零件中的絲錐或鉆頭，以及對(duì)己淬火零件進(jìn)行整修等。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨

15、著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的小型化和精密化程度的要求越來(lái)越高。因此，微細(xì)加工技術(shù)受到了世界各國(guó)的普遍重視，投入了大量人力、物力進(jìn)行研究。70年代初，美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)始了微型機(jī)械的研究。80年代以后，日本和西歐各國(guó)對(duì)此項(xiàng)研究也日益重視起來(lái)。電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。因此，微小型電火花加工裝置的研究成為整個(gè)微型機(jī)械研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。目前，在航空航天、微電子、醫(yī)學(xué)、光學(xué)、模具等各個(gè)領(lǐng)域中，有許多零件采用常規(guī)機(jī)床加工困難甚至無(wú)法加工，特別是對(duì)狹小空間內(nèi)的加工、微細(xì)孔的加工及難加工材料的加工等，采用微小型電火花加工裝置加工則會(huì)取得令人滿意的效果。微小型電火

16、花加工裝置己成為整個(gè)微型機(jī)械制造領(lǐng)域一個(gè)非常重要的研究方向，具有重大的理論意義和實(shí)際應(yīng)用前景。在小型電火花加工機(jī)構(gòu)的研究上，國(guó)外的主要代表為原日本東京大學(xué)的博士生、現(xiàn)豐田工業(yè)大學(xué)的古谷克司和豐田工業(yè)大學(xué)的毛利尚武等人。他們已研制出蠕動(dòng)式、沖擊式和橢圓驅(qū)動(dòng)式三種小型電火花加工機(jī)構(gòu)，并在沖擊式機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上研制出改進(jìn)的裝置和自走式小型電火花加工裝置，在蠕動(dòng)式的基礎(chǔ)上研制出點(diǎn)陣式電火花加工裝置。在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)在北京市自然科學(xué)基金的資助下，對(duì)采用蠕動(dòng)式微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的微細(xì)電火花加工裝置進(jìn)行了研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出基于WEDM法的微細(xì)電火花加工裝置和蠕動(dòng)式小型電火花加工裝置，首次提出并研制了基于超聲馬達(dá)的

17、電極直接驅(qū)動(dòng)式微型電火花加工裝置。南京航空航天大學(xué)較早地開(kāi)展了小型電火花加工裝置的研究，并開(kāi)發(fā)了電磁沖擊式小型電火花加工裝置。國(guó)際上，微小型電火花加工裝置向著更加小型化、精密化、實(shí)用化的方向發(fā)展。我國(guó)由于起步晚，考慮實(shí)際的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)狀況，應(yīng)在以下幾方面重點(diǎn)發(fā)展，以達(dá)到實(shí)用化的目的:掌握研究動(dòng)向，緊跟國(guó)際前沿，抓住關(guān)鍵技術(shù);研制性能穩(wěn)定的放電加工微能脈沖電源;高響應(yīng)性的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、性能可靠的電極驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研制;在電極上附加小振幅振動(dòng)的小型電火花加工裝置的研制?？梢?jiàn)，微小型電火花加工裝置將成為電火花加工領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，隨著它的進(jìn)一步完善和發(fā)展，將會(huì)有廣泛的實(shí)

18、際應(yīng)用前景。 2 加工機(jī)的原理和組成2.1 電火花的基本原理電火花加工又稱放電加工(Electrical Discharge Machining簡(jiǎn)稱EDM)，是一種利用電、熱能量進(jìn)行加工的方法。在加工過(guò)程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電時(shí)局部、瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來(lái)。因放電過(guò)程可見(jiàn)到火花，故稱為電火花加工。15電火花成型加工是與機(jī)械加工完全不同的一種新工藝。其基本原理如圖21所示是被加工的工件做件電極，石墨或者紫銅做工具電極。脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和工具電極上，此時(shí)工具電極和工件均淹沒(méi)于具有一定絕緣性能的工作液中。在自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置的控制下，當(dāng)工具

19、電極與工件的距離小到一定程度時(shí)，在脈沖電壓的作用下，兩極間最近處的工作液被擊穿，工具電極與工件之間形成瞬時(shí)放電通道，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來(lái)，形成局部的電蝕凹坑。這樣隨著相當(dāng)高的頻率，連續(xù)不斷的重復(fù)放電，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，就可以將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，加工出所需要的和工具形狀陰陽(yáng)相反的零件圖 21 電火花加工原理示意圖1自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 2脈沖電源 3工具電極4工作液 5工件 6工作臺(tái) 7過(guò)濾器 8工作液泵放電蝕除的物理過(guò)程是電動(dòng)力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過(guò)程。這一過(guò)程大致可以分為以下幾個(gè)連續(xù)的階段：極間介質(zhì)的電離、擊穿及放電通

20、道的形成；介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹；電極材料的拋出；間隙介質(zhì)的消電離。(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿及放電通道的形成當(dāng)脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時(shí)，兩極之間立即形成一個(gè)電場(chǎng)。電場(chǎng)強(qiáng)度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小，極間電場(chǎng)強(qiáng)度也將隨著增大。由于工具電極和工件的微觀表面是凸凹不平的，極間距離又很小，因而極間電場(chǎng)強(qiáng)度是很不均勻的，兩極間離得最近的突出點(diǎn)或尖端處的電場(chǎng)強(qiáng)度一般為最大。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定數(shù)量時(shí)，介質(zhì)被擊穿，放電間隙電阻從絕緣狀態(tài)迅速降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值。由于通道直徑很小，所以通道中的電流密度很高。間隙電壓則由擊穿

21、電壓迅速下降到火花維持電壓（一般約為2030V），電流則由零上升到某一峰值電流。(2)介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、汽化熱膨脹極間介質(zhì)一旦被電離、擊穿，形成放電通道后，脈沖電源使通道間的電子高速奔向正極，正離子奔向負(fù)極。電能變成動(dòng)能，動(dòng)能通過(guò)碰撞又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。于是在通道?nèi)正極和負(fù)極表面分別成為瞬時(shí)熱源，達(dá)到很高的溫度。通道高溫將工作液介質(zhì)汽化，進(jìn)而熱裂分解汽化。這些汽化后的工作液和金屬蒸汽，瞬間體積猛增，在放電間隙內(nèi)成為氣泡，迅速熱膨脹并具有爆炸的特性。觀察電火花加工過(guò)程，可以看到放電間隙間冒出氣泡，工作液逐漸變黑，并聽(tīng)到輕微而清脆的爆炸聲。電火花加工主要靠熱膨脹和局部微爆炸，使熔化、汽化了的電極

22、材料拋出蝕除。(3)電極材料的拋出通道和正負(fù)極表面放電點(diǎn)瞬時(shí)高溫使工作液汽化和金屬材料熔化、汽化，熱膨脹產(chǎn)生很高的瞬時(shí)壓力。通道中心的壓力最高，使汽化了的氣體不斷向外膨脹，壓力高處的熔融金屬液體和蒸汽，就被排擠、拋出而進(jìn)入工作液中。由于表面張力和內(nèi)聚力的作用，使拋出的材料具有最小的表面積，冷凝時(shí)凝聚成細(xì)小的圓球顆粒。熔化和汽化了的金屬在拋離電極表面時(shí)，向四處飛濺，除絕大部分拋入工作液中并收縮成小顆粒外，還有一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對(duì)面的電極表面上。這種互相飛濺、鍍覆以及吸附的現(xiàn)象，在某些條件下可以用來(lái)減少或補(bǔ)償工具電極在加工過(guò)程中的損耗。實(shí)際上，金屬材料的蝕除、拋出過(guò)程比較復(fù)雜的。目前，人們

23、對(duì)這一復(fù)雜的機(jī)理的認(rèn)識(shí)還在不斷深化中。(4)間隙介質(zhì)的消電離隨著脈沖電壓的結(jié)束，脈沖電流也迅速降為零，但此后仍應(yīng)有一段間隔時(shí)間，使間隙介質(zhì)消電離，即放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)本次放電通道處介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，以及降低電極表面溫度等，以免下次總是重復(fù)在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電，從而保證在兩極間最近處或電阻率最小處形成下一次擊穿放電通道。由此可見(jiàn)，為了保證電火花加工過(guò)程正常地進(jìn)行，在兩次脈沖放電之間一般要有足夠的脈沖間隔時(shí)間。此外，還應(yīng)留有余地，使擊穿、放電點(diǎn)分散、轉(zhuǎn)移，否則僅在一點(diǎn)附近放電，易形成電弧。2.2 電火花加工機(jī)床的組成電火花加工工藝及機(jī)床設(shè)備的類型較多，但按工藝過(guò)程中工

24、具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途等來(lái)分，大致可以分為六大類：電火花穿孔成型加工機(jī)床、電火花線切割機(jī)床、電火花磨削機(jī)床、電火花共扼回轉(zhuǎn)加工機(jī)床、電火花表面強(qiáng)化機(jī)、電火花刻字裝置等。其中應(yīng)用最廣、數(shù)量較多的是電火花穿孔成型加工機(jī)床和電火花線切割機(jī)床。盡管電火花加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)型式較多，有立柱式、龍門式、滑枕式、搖臂式等。但都包含四個(gè)基本部分：脈沖電源、工作液及其循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)和機(jī)床本體部分。2.2.1 脈沖電源電火花加工用的脈沖電源的作用是把工頻交流電流或直流電流轉(zhuǎn)變成具有一定頻率的單向脈沖電流，以供給電極放電間隙所需要的能量?；鸹ǚ烹姳仨毷撬矔r(shí)的脈沖性放電才能用于加工，放電連續(xù)一段時(shí)間

25、后需要停歇一段時(shí)間，放電延續(xù)時(shí)間一般為10-7-10-9 s，這樣才能使放電所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳導(dǎo)擴(kuò)散到其余部分，使每一次的放電分別局限在很小的范圍內(nèi)。否則像持續(xù)電弧放電那樣，使表面燒傷而無(wú)法用作尺寸加工，因此電火花加工必須采用脈沖電源。 脈沖電源對(duì)電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工精度、加工過(guò)程的穩(wěn)定性和工具電極消耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很大的影響。脈沖電源的種類很多，可以歸納為RC、RLC線路脈沖電源，電子管、閘流管脈沖電源，晶體管脈沖電源和可控硅脈沖電源四類。不同的脈沖電源其脈沖寬度及應(yīng)用是不同的，應(yīng)根據(jù)加工對(duì)象與加工要求合理地選擇。電火花加工機(jī)床采用的各種脈沖電源的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍見(jiàn)表21。表

26、21 各種脈沖電源的特點(diǎn)及應(yīng)用和范圍類型特點(diǎn)應(yīng)用范圍RC 脈沖電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，使用、維修方便，加工精度較高，表面粗糙度值小但工具電極損耗較大，生產(chǎn)率較低，電能利用率較低，工作液絕緣性能和間隙狀態(tài)對(duì)脈沖參數(shù)有影響，穩(wěn)定性較差主要用于電火花精微加工閘流管式脈沖電源加工穩(wěn)定，加工精度較高，表面粗糙度值小，生產(chǎn)率比RC 脈沖電源大，但脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)范圍較小，較難獲得大的脈沖參數(shù)，工具電極損耗較大主要用于鋼打鋼時(shí)穿孔加工，目前已被晶體管式脈沖電源代替晶體管式脈沖電源脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，可適應(yīng)粗、半精、精加工的需要，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，工具電極損耗低，生產(chǎn)率高，但大功率脈沖電源的線路比可控硅電源復(fù)雜

27、適用于電火花加工用各種情況下的脈沖電源，除大功率電源采用可控硅電源外，一般均已采用晶體管電源可控硅式脈沖電源可適應(yīng)粗、半精加工的需要，生產(chǎn)率高，大能量、大功率加工時(shí)的路線比晶體管電源簡(jiǎn)單，但精加工用脈沖電源的控制和調(diào)節(jié)不如晶體管電源方便適用于中、大型工件穿孔和成型加工RC脈沖電源的線路如圖22所示，它是脈沖電源的基本線路。它由兩個(gè)回路組成：一個(gè)回路是充電回路，由直流電源E、充電電阻R(調(diào)節(jié)充電速度，同時(shí)防止電流過(guò)大轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀》烹姡址Q限流電阻)和電容器C組成；另一個(gè)回路是放電回路，由電容器C、工件電極和工具電極及放電間隙組成。該脈沖電源能周期性對(duì)電容器緩慢充電，在極短時(shí)間內(nèi)快速放電，把工頻交流

28、電流或直流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的重復(fù)脈沖電流。電容 器時(shí)而充電，時(shí)而放電，一弛一張，故稱為弛張式脈沖電源。 1工具電極 2工件 圖22 RC脈沖電源的線路 RC線路脈沖電源的電能利用率很低，因?yàn)榇蟛糠蛛娔芙?jīng)過(guò)限流電阻時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能損失掉了；而且生產(chǎn)率也低，因?yàn)殡娙萜鞯某潆姇r(shí)間比放電時(shí)間長(zhǎng)得多。為了改進(jìn)RC線路脈沖電源的性能，在充電回路中加入一個(gè)帶有空氣隙的鐵心電感L，V 組成RLC脈沖電源，如圖23所示。限流電阻R分為兩部分:一部分電阻用以限制短路電流;另一部分電阻用電感L代替。因?yàn)榧冸姼袑?duì)直流電路來(lái)說(shuō)阻值很小，但對(duì)交流電或脈沖電流卻具有感抗能力，起限流作用，從而發(fā)熱消耗的電能少。所以RLC線路脈

29、沖電源的電能利用率比RC線路高，最大可達(dá)80%92%，在實(shí)際應(yīng)用中一般也有60%80%?？s短電容器C的充電時(shí)間，即縮短了脈沖間歇時(shí)間，從而提高了脈沖頻率。 圖23 RLC脈沖電源的線路RC、RLC線路脈沖電源都是弛張式脈沖電源，它們的優(yōu)點(diǎn)是：線路簡(jiǎn)單可靠，成本低廉，容易掌握。其缺點(diǎn)是：生產(chǎn)率低，工具損耗大，工作穩(wěn)定性較差(其中，RLC線路比RC線路的電能利用率高，脈沖間歇系數(shù)較小)。因?yàn)槌趶埵矫}沖電源中電容器放電時(shí)間較短，很難獲得高生產(chǎn)率、損耗低的長(zhǎng)脈沖，而且這種電源本身并不獨(dú)立形成和發(fā)生脈沖，而是靠電極間工作液的擊穿和消電離使脈沖電流導(dǎo)通和切斷。間隙大小、間隙中電蝕產(chǎn)物的污染程度和排出情況都

30、影響脈沖參數(shù)，脈沖的頻率、寬度、能量不穩(wěn)定，而且放電間隙經(jīng)過(guò)限流電阻始終和直流電源接通，沒(méi)有開(kāi)關(guān)元件使之隔離出來(lái)，隨時(shí)都有放電的可能，容易轉(zhuǎn)為電弧放電。針對(duì)這些缺點(diǎn)，研制出放電間隙和直流電源各自獨(dú)立，互相隔離，能獨(dú)立形成和發(fā)生脈沖的電源，主要有閘流管式、電子管式、晶閘管式、晶體管式等脈沖電源。它們減少了電極間隙物理狀態(tài)參數(shù)變化的影響。本次設(shè)計(jì)選用晶體管脈沖電源，它適用于電火花加工用各種情況下的脈沖電源。并且，脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，可適應(yīng)粗、中、精加工的要求，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)低損耗、生產(chǎn)效率高；易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制和微機(jī)控制，脈沖參數(shù)、波形的調(diào)節(jié)范圍非常廣。近年來(lái)，為進(jìn)一步提高有效脈沖利用率，達(dá)到高速、

31、低耗、穩(wěn)定加工以及一些特殊要求，在晶閘管式或晶體管式脈沖電源基礎(chǔ)上，派生出高、低壓復(fù)合脈沖電源，多回路脈沖電源，自適應(yīng)控制脈沖電源，高頻分組和梳形波脈沖電源等。2.2.2 工作液及其循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)電火花加工大多數(shù)是在工作液中進(jìn)行的。電火花加工對(duì)工作液的基本要求是：有較高的絕緣性能，較好的流動(dòng)性和滲透能力，能進(jìn)入窄小的放電空隙，能冷卻電極和工件表面，把電蝕產(chǎn)物冷凝、擴(kuò)散到放電間隙之外，此外還應(yīng)對(duì)人體及設(shè)備無(wú)害、安全和價(jià)格低廉。目前還沒(méi)有一種液體介質(zhì)能全面滿足上述全部要求。電火花加工時(shí)常采用煤油作為工作液。煤油系碳?xì)浠衔铮陔娀鸹ǚ烹姇r(shí)能分解出氫氣和游離碳黑微粒，這些游離碳在負(fù)極性加工時(shí)，被吸附在

32、帶正電荷的工具電極表面上可以大大減少和補(bǔ)償電極損耗。但是煤油的最大特點(diǎn)是易燃和易蒸發(fā)嗆人的油煙在大功率粗加工時(shí)常采用機(jī)械油或滲入一定比例的機(jī)械油，它的閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和揮發(fā)性都大大低于普通煤油，不易著火，對(duì)人及環(huán)境的危害較小。常用的工作液有：煤油、乳化液和水。電加工界一直在努力研究用水或水基工作液來(lái)代替煤油。在小面積精加工時(shí)，如加工噴絲板上的小異型孔，可用蒸餾水或離子水或水中加入甘油、酒精等添加劑的水基工作液。但在大面積加工時(shí)效果還不如煤油。工作液在電火花加工過(guò)程中需要油泵使之循環(huán)流動(dòng)，此外還需用過(guò)濾裝置把工作液中的電蝕產(chǎn)物金屬小屑和高溫分解出來(lái)的碳黑過(guò)濾出來(lái)。工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)包括工作液箱、電動(dòng)機(jī)

33、、泵、過(guò)濾裝置、工作液槽、油杯、管道、閥門以及測(cè)量?jī)x表等。放電間隙中的電蝕產(chǎn)物除了靠自然擴(kuò)散，定期抬刀以及使刀具電極附加振動(dòng)等排除外，常采用強(qiáng)迫循環(huán)的辦法加以排除，以免間隙中電蝕產(chǎn)物過(guò)多，引起已加工過(guò)的側(cè)表面間“二次放電”，影響加工精度。此外也可帶走一部分熱量。圖24為工作液強(qiáng)迫循環(huán)的兩種方式，a)和b)為沖油式，較易實(shí)現(xiàn)，排屑沖刷能力強(qiáng)，一般常采用，但電蝕產(chǎn)物仍通過(guò)已加工區(qū)，稍影響加工精度；c)和d)為抽油式，在加工過(guò)程中，分解出來(lái)的氣體(H2、C2H2等)易積聚在抽油回路的死角處，遇電火花引燃會(huì)爆炸“放炮”，因此一般用得較少，在要求小間隙、精加工時(shí)也有采用的。 a)和b)為沖油式 c)和d

34、)為抽油式 圖24 工作液強(qiáng)迫循環(huán)方式為了不使工作液越用越臟，影響加工性能，必須加以凈化或過(guò)濾。常用的過(guò)濾方式及特點(diǎn)見(jiàn)表22所示。表22 常用的過(guò)濾方式及特點(diǎn)過(guò)濾方式特點(diǎn)介質(zhì)過(guò)濾(木屑、黃砂、硅藻土、紙質(zhì)、燈草芯、棉紗頭、活性炭、塑料泡沫等)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，對(duì)中小型工件、加工用量不大時(shí)，一般都能滿足過(guò)濾要求，可就地取材，因地制宜，但使用時(shí)間較低，油耗多自然沉淀過(guò)濾速度太慢，周期太長(zhǎng)，只用于單件、小批量加工要求油箱的容量較大離心過(guò)濾過(guò)濾結(jié)果較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清渣較困難高壓靜電過(guò)濾結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般不采用，因電壓高，有安全問(wèn)題，故用于小流量的場(chǎng)合2.2.3 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)在電火花加工時(shí)，必須使工具

35、和工件之間始終保持一定的放電間隙。間隙過(guò)大，所加電壓不能擊穿間隙，形成開(kāi)路，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電火花加工；間隙過(guò)小，形成短路，也不能進(jìn)行電火花加工。而且，由于工件不斷地被蝕除，工具也有一定的損耗，間隙會(huì)不斷增大。為使加工繼續(xù)進(jìn)行，必須使工具電極及時(shí)補(bǔ)進(jìn)。因此，工具電極自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電火花加工機(jī)床的重要組成部分，它能在加工過(guò)程中使工具慢慢進(jìn)給，維持間隙在一個(gè)合理的平均放電間隙范圍內(nèi)。間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)見(jiàn)表23所示。表23 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)給性特點(diǎn)液壓進(jìn)給調(diào)節(jié)噴嘴擋板式我國(guó)目前80%的電火花加工機(jī)床采用這一系統(tǒng)。易于制造，成本低，但性能較差，占地面積較大，噪聲較大，容易漏油

36、伺服閥式我國(guó)只有少數(shù)高檔機(jī)床采用這種系統(tǒng)。性能好，但成本高，制造與維修有一定困難步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給調(diào)節(jié)目前國(guó)內(nèi)外小型電火花加工機(jī)床主要采用這一系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，但負(fù)載能力小，進(jìn)給、響應(yīng)速度低伺服電機(jī)進(jìn)給調(diào)節(jié)國(guó)外大部分采用這一系統(tǒng)。負(fù)載能力大，調(diào)速較寬，進(jìn)給速度高，反映靈敏，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由測(cè)量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)組成。測(cè)量環(huán)節(jié)測(cè)量與放電間隙成比例的參數(shù)。弛張式脈沖電源測(cè)量電流、電壓變化信號(hào)；獨(dú)立式脈沖電源檢測(cè)擊穿電壓和擊穿延時(shí)變化信號(hào)。把電參數(shù)傳給比較環(huán)節(jié)，測(cè)量參數(shù)與預(yù)先給定值比較，輸出控制信號(hào)。經(jīng)放大器放大后傳輸給電機(jī)械轉(zhuǎn)換器，使主軸運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)放電間隙。2.2

37、.4 主機(jī)部分電火花成型機(jī)床的主機(jī)主要包括：主軸頭、床身、立柱、工作臺(tái)及工作液槽幾部分。坐標(biāo)工作臺(tái)安裝在床身上，主軸頭安裝在立柱上。床身和立柱是機(jī)床的主要基礎(chǔ)件，要有足夠的剛度。要求機(jī)床的工作面與立柱導(dǎo)軌具有一定的垂直度，導(dǎo)軌應(yīng)耐磨和充分消除內(nèi)應(yīng)力。作縱、橫向移動(dòng)的工作臺(tái)，一般是用刻度手輪通過(guò)絲杠、螺母機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)位置。精度要求高的機(jī)床，采用光學(xué)坐標(biāo)讀數(shù)裝置、數(shù)顯裝置。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，三坐標(biāo)伺服控制，以及主軸和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并加三向伺服控制的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床已有很多應(yīng)用，機(jī)床的坐標(biāo)位移精度可達(dá)2um，以至更高。主軸頭是電火花成形機(jī)床最關(guān)鍵的部件，是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。要求主軸頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳

38、動(dòng)鏈短、傳動(dòng)間隙小、熱變形小，具有足夠的精度和剛度，以適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性小、靈敏度高、能承受一定負(fù)載的要求。主軸頭主要由進(jìn)給系統(tǒng)、導(dǎo)向防扭機(jī)構(gòu)、電極裝夾及其調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)組成。我國(guó)目前生產(chǎn)的電火花成型機(jī)床大多采用液壓主軸頭。3 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)與機(jī)械裝置設(shè)計(jì)3.1 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1.1 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用及技術(shù)要求電火花加工與切削加工不同，屬于“不接觸加工”。在電火花加工時(shí)，工具和工件之間有一放電間隙S。如圖3-1所示。圖3-1放電間隙、蝕除速度和進(jìn)給速度如果放電間隙S過(guò)大，脈沖電壓不能擊穿間隙的絕緣工作液，所以不會(huì)產(chǎn)生火花放電。要使工作液被擊穿，必須使工具電極向下進(jìn)給， 直到工

39、具電極與工件之間的間隙S等于、小于某一值時(shí)(一般情況下S=0.10.01mm，這與加工規(guī)準(zhǔn)有關(guān))，才能擊穿間隙并產(chǎn)生火花放電。在正常的電火花加工時(shí)，工件以VW的速度不斷被蝕除，間隙S將逐漸擴(kuò)大，必須使電極工具以速度Vd補(bǔ)償進(jìn)給，以維持所需的放電間隙。如進(jìn)給量大于工件的蝕除速度，則間隙S將逐漸變小，當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，必須減小進(jìn)給速度Vd。如果工具和工件之間一旦短路(即S=0時(shí))，則必須使工具以較大的速度Vd反向快速回退，消除短路狀態(tài)。隨后再重新向下進(jìn)給，調(diào)節(jié)到所需的放電間隙。這是正常電火花加工所必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。由于火花放電間隙S很小，且與加工規(guī)準(zhǔn)、加工面積、工件蝕除速度等因素有關(guān)，因此很難靠人工

40、調(diào)節(jié)間隙的大小，也不能像鉆削那樣采用“機(jī)動(dòng)”、等速進(jìn)給，所以，必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種不等速的自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)也稱之為伺服進(jìn)給系統(tǒng)。3.1.2 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分電火花加工用的自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)和其它任何一個(gè)完善的調(diào)節(jié)裝置一樣，也是由調(diào)節(jié)對(duì)象、測(cè)量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)等幾個(gè)主要環(huán)節(jié)組成，圖32是其基本組成部分方框圖。實(shí)際上根據(jù)電火花加工機(jī)床的簡(jiǎn)、繁或不同的完善程度，基本組成部分可能略有增減。圖32 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成方框圖1.側(cè)量環(huán)節(jié)在實(shí)際加工中，直接測(cè)量電極間隙及其變化是很困難的，都是采用測(cè)量與放電間隙成比例關(guān)系的電參數(shù)來(lái)間接反映放電間隙的大小。因?yàn)?/p>

41、當(dāng)間隙較大、為開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，間隙電壓最大或接近脈沖電源的峰值電壓;當(dāng)間隙為零、短路時(shí)，間隙電壓為零，雖然不成正比，但也有一定的相關(guān)性。常用的信號(hào)檢測(cè)方法有兩種：一種是平均間隙電壓測(cè)量法，另一種是利用穩(wěn)壓管來(lái)測(cè)量脈沖電壓的鋒值信號(hào)。對(duì)于弛張式脈沖電源，一般可采用平均值檢測(cè)法。對(duì)于獨(dú)立式脈沖電源，則采用峰值檢測(cè)法。因?yàn)樵诿}沖間歇期間，兩極間的電壓總是為零，故平均電壓很低，對(duì)極間距離變化的反映不及峰值電壓靈敏。由于本機(jī)使用的RC脈沖電源屬于弛張式脈沖電源，因此，自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的檢測(cè)電路，使用平均間隙電壓測(cè)量法，見(jiàn)圖3-3。圖中間隙電壓經(jīng)電阻R1，由電容器C充電濾波后，成為平均值，又經(jīng)電位器R2分壓取

42、其一部分，輸出的U即為表征間隙平均電壓的信號(hào)。圖中充電時(shí)間常數(shù)R1C應(yīng)略大于放電時(shí)間常數(shù)R2C。圖3-3 平均間隙檢測(cè)電路2.比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)用以根據(jù)“給定值”來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，以適應(yīng)粗、中、精不同的加工規(guī)準(zhǔn)。實(shí)質(zhì)上是把從測(cè)量環(huán)節(jié)得來(lái)的信號(hào)，與“給定值”的信號(hào)進(jìn)行比較，再按此差值來(lái)控制加工過(guò)程。大多數(shù)比較環(huán)節(jié)包含或合并在測(cè)量環(huán)節(jié)中。3.放大驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)由測(cè)量環(huán)節(jié)獲得的信號(hào)，一般都很小，難于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，必須要有一個(gè)放大環(huán)節(jié)，通常稱它為放大器，作用是將信號(hào)放大。為了獲得足夠的驅(qū)動(dòng)功率，放大器要有一定的放大倍數(shù)，然而，放大倍數(shù)過(guò)高也不好，它將會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)，即出現(xiàn)自激現(xiàn)象，使工具電極時(shí)進(jìn)時(shí)退，調(diào)

43、節(jié)不穩(wěn)定。4.執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)又稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它根據(jù)控制信號(hào)的大小及時(shí)地調(diào)節(jié)工具電極的進(jìn)給量，以保持合適的放電間隙，從而保證電火花加工正常進(jìn)行。由于它對(duì)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)有很大的影響，因此要求它的機(jī)電時(shí)間常數(shù)要盡可能小，以便能夠快速反映間隙狀態(tài)的變化;機(jī)械傳動(dòng)間隙和摩擦力也應(yīng)當(dāng)盡量小，以減小系統(tǒng)的不靈敏區(qū);具有較寬的調(diào)速范圍，以適應(yīng)各種加工規(guī)準(zhǔn)和工藝條件的變化。3.1.3 步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)械式自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的選用在加工過(guò)程中，電火花加工機(jī)經(jīng)常存在著穩(wěn)定電弧放電，防止燒傷工件的可能性。試驗(yàn)研究表明，如果伺服進(jìn)給系統(tǒng)調(diào)節(jié)得不適當(dāng)，伺服進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性差而使系統(tǒng)不穩(wěn)定，往往會(huì)產(chǎn)生可恢復(fù)性不穩(wěn)定電弧放電。

44、當(dāng)這種電弧放電持續(xù)幾次發(fā)生后，又會(huì)轉(zhuǎn)化為不可恢復(fù)燒傷性穩(wěn)定電弧。本文設(shè)計(jì)的便攜式電火花加工機(jī)，采用步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)械式自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)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)字程序的控制。3.1.4 步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和力矩電動(dòng)機(jī)的電一機(jī)械式自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)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7。圖3-4是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理框

45、圖。圖3-4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理框圖檢測(cè)電路對(duì)放電間隙進(jìn)行檢測(cè)后，輸出一個(gè)反映間隙大小的電壓信號(hào)。變頻電路為一個(gè)電壓頻率(V )轉(zhuǎn)換器，將該電壓信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成不同頻率的脈沖串，送至進(jìn)給與門，準(zhǔn)備為環(huán)形分配器提供進(jìn)給觸發(fā)脈沖。同時(shí)，多諧振蕩器發(fā)出恒頻率的回退觸發(fā)脈沖，送到回退與門，準(zhǔn)備為環(huán)形分配器提供回退觸發(fā)脈沖，根據(jù)放電間隙平均電壓的大小，兩種觸發(fā)脈沖由判別電路通過(guò)單穩(wěn)電路，選其中一種送至環(huán)形分配器，決定進(jìn)給或是回退。當(dāng)極間放電狀態(tài)正常時(shí)，判別電路通過(guò)單穩(wěn)電路，打開(kāi)進(jìn)給與門；當(dāng)極間放電狀態(tài)異常(短路或形成有害的電弧)時(shí)，則判別電路通過(guò)單穩(wěn)電路打開(kāi)回退與門，分別驅(qū)動(dòng)環(huán)形分配器正向

46、或反向的相序，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使主軸進(jìn)給或退回。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，應(yīng)注意脈沖當(dāng)量(步矩)的選擇。脈沖當(dāng)量是輸入一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一“步”時(shí)的主軸位移量。它的大小與電火花加工工藝密切相關(guān)，如果脈沖當(dāng)量太大，會(huì)常短路，使加工穩(wěn)定性和加工速度明顯降低；相反，如果脈沖當(dāng)量太小，又會(huì)影響主軸的進(jìn)給和回退速度，特別是在放電間隙發(fā)生短路或有害電弧時(shí)，使電極來(lái)不及快速回退而導(dǎo)致電極與工件的燒傷。3.2 機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)3.2.1 加工機(jī)結(jié)構(gòu)類型和主要技術(shù)參數(shù)的確定常見(jiàn)的電火花機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型主要有立柱式、龍門式、滑枕式、搖臂式等。后三種適用于大型或中、大型的機(jī)床，本設(shè)計(jì)采用適用于

47、中、小型機(jī)床的立柱式結(jié)構(gòu)，該類型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、維修、裝夾方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。本論文設(shè)計(jì)的電火花加工機(jī)與普通的機(jī)床相比，具有體積小、重量輕、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種適用于流動(dòng)性場(chǎng)合的電火花加工機(jī)。針對(duì)該電火花加工機(jī)的應(yīng)用范圍、實(shí)際生產(chǎn)的情況和便攜式加工機(jī)自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，現(xiàn)擬定該便攜式加工機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下： 電源：普通220V交流電 工作臺(tái)：臺(tái)面寬度B=250mm 長(zhǎng)度L=400mm 行程：縱向X=160mm 橫向Y=200mm 最大承載質(zhì)量100 T形槽槽數(shù)為 3槽寬為10mm 槽間距離為45mm主軸連接板至工作臺(tái)面最大距離H：400mm主軸頭：伺服行程Z=200mm工作液

48、槽內(nèi)壁：長(zhǎng)d=400mm 寬c=200mm 高h(yuǎn)=170mm3.2.2 絲杠的選擇與計(jì)算3.2.2.1 絲杠的選型絲杠按其摩擦特性可分為三類:即滑動(dòng)絲杠、滾動(dòng)絲杠及靜壓絲杠。三種絲杠的特點(diǎn)如表31所示。表31 絲杠的種類和特點(diǎn)種類特點(diǎn)滑動(dòng)絲杠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，在機(jī)床上應(yīng)用比較廣泛滾珠絲杠分為滾珠絲杠和滾柱絲杠兩大類。滾珠絲杠與滾柱絲杠相比而言，摩擦力小，傳動(dòng)效率高，精度也高，因而比較常用，但是其制造工藝比較復(fù)雜靜壓絲杠其螺紋牙形與標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋牙形相同，但牙形高于同規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)螺紋1.52倍，目的在于獲得良好油封及提高承載能力，但是調(diào)整比較麻煩，而且需要一套液壓系統(tǒng)，工藝復(fù)雜，成本較高，常被用于精

49、密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中本文選用滾珠絲杠。這種絲杠摩擦力小，傳動(dòng)效率高，精度也高同時(shí)兼具以下特點(diǎn)：1、與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2、高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3、微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟

50、動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4、無(wú)側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。 5、高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。3.2.2.2 絲杠的計(jì)算絲杠計(jì)算的相關(guān)參數(shù)： 工作臺(tái)重量 W1=1000N 工件及夾具最大重量 W2=1000N 工作臺(tái)最大行程 LK=400mm 工作臺(tái)導(dǎo)軌動(dòng)摩擦因數(shù)u=0.1 靜摩擦因數(shù)u0=0.2 快速進(jìn)給速度 Vmax=5m/min定位精度：全程定位精度

51、為25um 重復(fù)定位精度為10um要求壽命：Lh=20000h可靠度：97%切削方式軸向切削力Pxi/N垂向切削力Pzi/N進(jìn)給速度Vi/m.min-1工作時(shí)間百分比ti/rmin-1絲杠速度ni/rmin-1強(qiáng)力切削4002400.21020一般切削2001000.33030精切削100400.55050快速切削00510500(1) 確定滾珠絲杠副導(dǎo)程1Ph = = =10mm 經(jīng)查表可取Ph=10mm(2) 確定當(dāng)量載荷Fm與當(dāng)量轉(zhuǎn)速nmni =103V1 = 0.2m/min 則 n1 = 20r/min；V2 = 0.3m/min 則 n2 = 30r/min；V3 = 0.5m/m

52、in 則 n3 = 50r/min；V4 = 5m/min 則 n4 = 500r/min各種切削方式下，絲杠的軸向載荷 Fi = Pxi + u (W1 + W2 + Pzi)，則有 F1 = 400 + 0.1(1000 + 1000 + 240) = 624N F2 = 200 + 0.1(1000 + 1000 + 100) = 410N F3 = 100 + 0.1(1000 + 1000 + 40) = 304N F4 = 0 + 0.1（1000 + 1000）= 200N Fm = = = 295N由此可得當(dāng)量載荷 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm = 加工過(guò)程的穩(wěn)定性影響電蝕總量和轉(zhuǎn)移量的平衡

53、性，進(jìn)一步影響穩(wěn)定性。惡性循環(huán)影響加工速度。加工過(guò)程不穩(wěn)定，將干擾以致破壞正常的火花放電，使有效脈沖利用率降低。加工深度、加工面積增加，或加工型面復(fù)雜程度增加，都不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響加工穩(wěn)定性，降低加工速度，嚴(yán)重時(shí)將造成結(jié)碳拉弧，使加工難以進(jìn)行。如果加工面積較小，而采用的加工電流較大，也會(huì)使局部電蝕產(chǎn)物濃度過(guò)高，放電點(diǎn)不能分散轉(zhuǎn)移，放電后的余熱來(lái)不及傳播擴(kuò)散而積累起來(lái)，造成過(guò)熱，形成電弧，破壞加工的穩(wěn)定性。電極材料對(duì)加工穩(wěn)定性也有影響，鋼電極加工鋼是不易穩(wěn)定，純銅、黃銅加工鋼時(shí)則比較穩(wěn)定。加工極性也影響加工穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)液體介質(zhì)的擊穿機(jī)理模型化分析研究知，無(wú)論脈寬的大小，正極性加工都有利

54、于放電通道的形成，從而提高加工穩(wěn)定性。脈沖電源的波形及其前后沿陡度影響著輸入能量的集中或分散程度，對(duì)電蝕量也有很大影響。電火花成形加工的加工速度，粗加工（加工表面粗糙度Ra1020um）時(shí)可達(dá)2001000mm3/min，半精加工（Ra2.510um）時(shí)降低到20100mm3/min，精加工（Ra0.322.5um）時(shí)一般都在10mm3/min一下。隨著表面粗糙度的改善，加工速度明顯下降。2.工具電極損耗速度在生產(chǎn)實(shí)際中，衡量工具電極是否耐損耗，不只是看工具損耗速度vE，還要看同時(shí)能達(dá)到的加工速度vW，因此，采用相對(duì)損耗或稱損耗比作為衡量工具電極耐磨損的指標(biāo)。即 = （vE/vW）100%上式中的加工速度和損耗速度均以mm3/min為單位計(jì)算，則為體積相對(duì)損耗。如以g/min為單位計(jì)算，則為重量相對(duì)損耗；如以mm/min為單位計(jì)算，則為直線相對(duì)損耗。要降低工具電極的相對(duì)損耗，首先要根據(jù)電極對(duì)的材料特性確定最佳脈寬，其次有效利用電火花加工過(guò)程中的各種效應(yīng)，如極性效應(yīng)、吸附效應(yīng)、傳熱效應(yīng)等。模型化分析表明，放電通道在電極表面產(chǎn)生的熔坑體積，隨峰值電流的持續(xù)時(shí)間（峰值電流寬度）的變化而變化。每種電極材料都有一最佳峰值電流寬度與熔坑的最大體積對(duì)應(yīng)。合理選擇工具電極的材料，以確保工具電極的最佳峰值電流寬度偏離工件的