數控電火花成型機床優(yōu)化設計論文
1數控電火花成型機床結構運動(dòng)特點(diǎn)及其存在問(wèn)題分析
立柱式電火花機床依靠工作臺的移動(dòng)來(lái)實(shí)現X/Y軸的運動(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軸的行程因工作臺需在狹小有限的空間內移動(dòng)而受到限制，如果要設計加工稍大一點(diǎn)的工件，則機床的底座和立柱會(huì )更顯大型化，相對于機床尺寸來(lái)說(shuō)，可加工區域明顯偏小，而剛性也會(huì )隨著(zhù)立柱橫梁懸伸加長(cháng)而變差。此結構不宜設計、安裝可升降式工作液槽，工作液容易隨著(zhù)工作臺的不斷平動(dòng)而濺出。以上兩種國內常見(jiàn)電火花成型機床結構由于機械結構本身內在的問(wèn)題，導致在實(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(guò)機床結構正確選型和優(yōu)化設計，特別是針對這兩種結構存在的問(wèn)題來(lái)尋求相對應的解決方案。
2高精密數控電火花成型機床結構選型及優(yōu)化設計方案
2.1結構選型基本思路
通過(guò)對國內常用的兩種電火花成型機床機構內在問(wèn)題點(diǎn)的比較及分析研究，從中得到結論：雖然通過(guò)改良部分零件的設計和采用性能更加好的功能部件如導軌和絲桿等，可以改善國內兩種常見(jiàn)結構機床的剛性和精度，但要避免因結構本身帶來(lái)的各種問(wèn)題，因此需要對機床的結構進(jìn)行合理選型和優(yōu)化設計，力求結構簡(jiǎn)潔、性能可靠，以達到高精密數控電火花成型機床在性能、精度和穩定性等方面的要求。相對于滑枕式結構，龍門(mén)式結構因為工作頭工的位置自動(dòng)升降，省去沖放時(shí)間。通過(guò)以上比較可以看出，龍門(mén)式結構除了能夠避免滑枕式結構和立柱式結構的內在結構問(wèn)題，而且本身很多優(yōu)點(diǎn)也正好能夠滿(mǎn)足高精密電火花成型機床的各種要求，因此龍門(mén)式結構是設計高精密數控電火花成型機床的首選機械結構。
2.2方案
G450C龍門(mén)式高精密數控電火花機床是巨輪股份專(zhuān)門(mén)為中小型高精密零件和工模具市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的新機型，該機型針對常見(jiàn)龍門(mén)式結構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(wèn)題點(diǎn)，從結構適用及加工工藝性好的設計原則方面考慮對龍門(mén)式結構進(jìn)行優(yōu)化設計。與常見(jiàn)的龍門(mén)式電火花機床一樣，結構優(yōu)化后的G450C機床主體機械結構仍然由床身、龍門(mén)架、滑枕、主軸箱和工作液槽組成，整體結構沒(méi)改變，只是將一些主要零部件的結構進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。優(yōu)化后的龍門(mén)式電火花成型機床結構跟原來(lái)的機械結構存在如下不同點(diǎn)。傳統的龍門(mén)式機床采用動(dòng)龍門(mén)結構，因為需要有足夠大的“門(mén)”結構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(mǎn)足剛性和使用尺寸的情況下，采用了緊湊的設計原則。而優(yōu)化后的龍門(mén)結構則是針對G450C機床適用零件的特點(diǎn)，對機械部分的幾大部件進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。主要體現在：龍門(mén)架采用三角橫梁設計，既能保持龍門(mén)結構的特點(diǎn)，又加強了龍門(mén)架的剛性（對比門(mén)式龍門(mén)架）；床身為了配合龍門(mén)架懸掛在龍門(mén)架上，受力情況不會(huì )隨主軸頭的位置而變化，長(cháng)期精度可以保持穩定，主軸頭可以到達工作臺面任意一個(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；該結構的床身、工作液和龍門(mén)架可以實(shí)現整體溫度控制，從而實(shí)現機床的高精度和熱穩定性。相對于立柱式結構，龍門(mén)式結構（動(dòng)龍門(mén)式）因機床工作臺固定不動(dòng)，各條軸的運動(dòng)與工件的重量和工作液無(wú)關(guān)，其動(dòng)態(tài)精度和剛性不會(huì )受之影響。此結構便于設計、安裝可升降式工作液槽，油槽可裝滿(mǎn)工作液時(shí)移動(dòng)，隨放電成型的三角橫梁設計，將原來(lái)長(cháng)方體的結構改進(jìn)優(yōu)化成L型箱體結構，使得三角龍門(mén)架可以在L型箱體上部實(shí)現前后運動(dòng)；為了確保X/Y軸的行程和剛性，滑枕和主軸箱由原來(lái)的緊湊設計改成仿生箱體設計。相對于傳統的龍門(mén)式電火花成型機床結構，優(yōu)化后的G450C機床結構具有如下優(yōu)點(diǎn)：
�。�1）整機結構沿用經(jīng)仿生優(yōu)化設計的龍門(mén)式結構，結構緊湊且行程大，剛性大且可保持長(cháng)期高精度，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能俱佳；
�。�2）采用高性能鑄鐵結構，確保機床的機械穩定性和精度，不受工件重量或工作液重量的影響；
�。�3）機床設計符合人機工程學(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(kāi)放式設計，高度根據東方人的身高特點(diǎn)而設計；
�。�4）ATC采用獨創(chuàng )的內藏式和懸掛導軌伸縮設計，充分利用有限空間，電極容量大且不干涉主軸的移動(dòng)，沒(méi)有運動(dòng)死角；
�。�5）采用黃金侵害比例設計的外觀(guān)造型，整機簡(jiǎn)潔、勻稱(chēng)、色彩搭配協(xié)調，巧妙的主軸伸縮防護設計確保了機床操作的安全性。
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