4轴精密数控电火花成形机的设计开发

官方网站：圣才学习网免费咨询热线：4006-123-19114轴精密数控电火花成形机的设计开发摘要：介绍了一种新型的4轴精密电火花成形机，该机床主体结构采用立柱式布置方案，主轴和进给系统分别采用电主轴和直线电机驱动；机床控制系统采用基于PC的开放式数控系统，工作台传动采用半闭环控制方案，主轴进给采用全闭环控制方案；并开发了基于Windows操作系统的控制软件。近年来，国外电火花成形加工技术发展很快，电火花铣削加工、混粉加工、模糊控制、微细电火花加工等技术的发展以及直线电机和专家系统的应用，使电火花成形机的性能得到很好的提高。我国在这两方面与国外相比差距很大，现有的单轴数控电火花成形机不能实现电火花铣削加工，混粉电火镜面加工的研究还处于起步阶段，模糊控制、微细电火花加工等还都处于研究阶段纽。为此，我们面向中小型企业，结合模具技术发展的要求。研究开发了技术先进、性能优越、价格适中的精密数控电火花成形机。1精密电火花成形机总体结构设计精密电火花成形机的总体结构如图1所示，机床由底座、立柱、工作台、主轴和工作液循环系统等组成。电火花成形机常见的结构布局形式有立柱式和龙门式。立柱式成形运动工作台实现X轴和Y轴平动，主轴实现Z轴进给运动和旋转运动。龙门式，主轴机构安装在龙门上，龙门实现Y轴平动，主轴在龙门上实现X轴平动和Z轴进给运动及旋转运动。我们采用立柱式布置，工作液循环系统相对机床独立布置。2精密电火花成形机的运动系统设计机床工作台运动系统通常都采用滚动导轨导向、直流伺服（或步进电机）驱动，滚珠丝杠传动，目前，国内外的数控电火花成形机床大多都采用这种传动方案，在技术上较成熟。现有的3轴数控电火花成形机大多采用的是图2。所示的方案，主轴部件安装在溜板上，采用直流或交流伺服电机直接驱动，主轴进给运动采用滚动导轨导向，直流或交流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，带动溜板进给。这种结构为了承受主轴高速跳跃所产生的冲击力，采用较粗的滚珠丝杠和较大的轴承，使主轴的重量加大，为了提高主轴的高速性能，选用大功率和高转速的电机。近年来，直线电机直接驱动、电主轴技术发展很快，德国、日本等已成功地将直线电机、电主轴应用到机床结构中，本设计采用图2b所示的方案，主轴进给运动采用THK精密直线滚动导轨导向，西门子直线电机直接驱动，主轴的旋转由电主轴直接驱动。去掉了滚珠丝杠及其支承装置，这样主轴箱的结构更加紧凑。由于省去了中间部件，减轻了主轴箱的重量，传动精度更高，高速运动性能更好。官方网站：圣才学习网免费咨询热线：4006-123-19123精密电火，花成形机控制系统结构本文设计的精密电火花成形机控制系统总体结构如图3所示。方案采用基于工业PC的开放式数控，系统由伺服驱动控制一、脉冲电源控制、放电间隙状态检测与控制、工作液循环系统控制等部分组成，为了缩短研发周期，采用固高科技的GT-400-SV型4轴电机控制卡进行4轴电机控制，采用凌华科技的ACL-8112型多功能DAQ卡进行脉冲电源控制与加工状态的数据采集。伺服精度控制是伺服控制系统中的关键，在控系统的实际应用中，有开环、半闭环和全闭环3种控制形式。国外进口的高精度数径电火花成形机一般采用图4a所示的闭环控制方案，特点是精度高，但系统的结构复杂、调试维修难度大，价格也较贵。官方网站：圣才学习网免费咨询热线：4006-123-1913本设计中，工作台采用滚珠丝杠传动，有较高的动精度，综合考虑经济成本等方面的因素，工作台的伺服控制采用图4b所示的半闭环控制方案，而主轴的伺服控制精度对加工过程有较大影响，因此主轴进给伺服采用全闭环控制方案，如图5所示，由于本设计采用直线电机直接驱动，减少了中间环节，降低了调试的难度。4精密电火花成形机的控制软件开发针对控制系统的要求，本文在Windows操作系统下采用虚拟仪器开发软件LabWindows/CVI开发了控制软件，软件主体包括用户管理、工艺管理、系统调试、帮助等功能模块。用户管理模块负责系统用户的增减与维护、系统登陆与注销等管理工作；工艺管理模块包括加工工艺设置与加工过程控制；系统调试模块可进行机床参数的配置及数控与电源模块的调试；帮助模块包括系统介绍和相关的帮助文件。软件主界面如图6所示。官方网站：圣才学习网免费咨询热线：4006-123-19145总结针对模具制造技术的发展要求，设计开发了4轴精密电火花成形机，该设备具有结构简洁、性能可靠、系统可拓展性强等优点。