数控电火花机床可调式电极平动装置的设计

2023-12-14朱勇泉

价值工程 2023年34期

关键词：滚柱轴心精加工

朱勇泉

（中航航空高科技股份有限公司，南通 226001）

0 引言

电火花成型加工方法是利用工件和电极之间的放电产生电火花，使金属熔化的一种特种加工方法，广泛用于超硬材料的模具零件加工[1]。

当用电极进行模具型腔粗加工后，工件的大部分余量被腐蚀，同时，电极与工件之间存在放电间隙。传统的方法是在粗加工更换电极，进行半精加工和精加工。型腔精度要求越高，需要更换的电极越多。

为提高加工效率，在机床主轴与电极之间增加平动装置，使电极在水平面内做小圆周运动，小圆的半径即为平动量，电极包络线形成的轮廓，扩大了电极的加工范围。平动量的值为模具型腔理论轮廓与电极轮廓之间的差值，从而实现使用同一个电极，进行模具型腔的粗、精加工。使用平动装置的加工原理如图1 所示。

图1 平动加工原理

1 总体结构设计

由于粗、精加工放电间隙大小一般为0.15-0.30mm 和0.05-0.15mm[2]。本设计确定平动装置的平动量调节范围为0-2mm。同时，平动时必须具有良好的刚性，保证精加工质量。

平动装置总体结构如图2 所示。

图2 平动装置结构

平动装置固定安装于机床主轴下方，机床主轴上下运动，使电极接近模具，进行放电。平动装置可同时工作，使电极平动，进行精加工。

偏心套、偏心杆、调节螺杆和调节螺母等构成平动量调节机构。

联接板、左右移动板、平动板、下固定板和固定柱、滚柱和滚针共同构成平动机构。左右移动板和平动板是平动机构的活动部件，电极夹具与平动板固定联接。

平动量调节机构与平动机构之间，通过联动板进行联接。联动板的一端与平动板刚性联接，另一端通过轴承与偏心杆联接。

电机旋转时，通过带轮1、带轮2 和偏心套，带动偏心杆旋转，使联动板一端的轴承中心做半径为R 的小圆周运动，驱使平动板做平动量为R 的运动，从而使电极做平动。

2 平动机构设计

上固定板的下平面，左右移动板上、下两个平面和平动板的上平面均设计有一对间距相等、相互平行的V 型槽导轨，V 型槽的角度为90°，用于安装圆柱形滚柱[3]，如图3 所示。

图3 左右移动板

V 型槽中的滚柱可以承受较高的双向受力。每条导轨上的滚柱使用一条保持架，将滚柱均匀地相互隔开，且使用黄油进行导轨的润滑。保持架的两端弯曲成折边，防止滚柱脱落。

下固定板通过四根固定柱与上固定板进行固定，将左右移动板和平动板夹于其中，并有一定的预紧力，保证了平动板移动时具有良好的刚性。

当左右移动板的上、下V 型槽里安装滚柱后，左右移动板和平动板的运动自由度就受到了约束。左右移动板只能相对于上固定板做左右运动（X 向），平动板只能相对于左右移动板做前后运动（Y 向）。

由于平动板与下固定板之间存在X 方向和Y 方向的相对运动，故在两者之间使用球形滚珠加以隔开，并设计滚珠保持架[4]，如图4 所示。

图4 滚珠保持架

设上固定板、左右移动板和平动板的上平面几何中心分别为O、O1和O2，以O 点为原点建立X-Y 坐标系。由于左右移动板只能相对于上固定板进行左右移动，故O1点沿着O-X 坐标轴移动，移动距离为OO1，如图5（a）所示；由于平动板只能相对于左右移动板进行前后移动，故O2点沿着O1-Y1坐标轴移动，移动距离为O1O2，如图5（b）所示。

图5 相对运动

当偏心轴对联动板施加外力F 后，与之相刚性联接的平动板不能做X 方向的移动，作用在平动板上的水平分力FX通过平动板上的滚柱传递给左右移动板，使其左右移动，OO1=BBX；垂直分力FY使平动板前后移动，O1O2=BBY。如此，O2点在X-O-Y 坐标系内，相对于O 点实现了平动，平动后到达O2，平动量为OO2长度，如图6 所示。图中，B 为联动板右端的轴承中心未平时的位置，B’为B 点平动后的位置。

图6 平动原理

3 平动量调节机构设计

平动量大小的调节原理为：通过调节螺杆的上下移动，使偏心杆与偏心套之间产生相对转动，转动角度为，从而产生平动量，平动量的原理后序。

3.1 调节螺杆的设计

调节螺杆为外螺纹结构，在螺杆的全长度上加工键槽，操作者旋转上方的调节螺母，使调节螺杆上下移动。调节螺杆下方通过轴承与偏心杆连接，通过调节螺杆上下运动。

3.2 偏心轴的设计

偏心轴由主体部分和下方偏心圆柱组成，主体部分轴心线为O5，偏心圆柱轴心线为B。两者的偏心距离为L。在俯视图上，以O5与B 的连线为一条边，对应中心角为90°的外圆区域内，开设一个螺旋槽，螺旋槽上E 点以上和F点以下为直槽，用于偏心轴的安装与拆卸[5]。E 点与F 点之间的轴向距离为H，如图7 所示。