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電火花成形機床裝配中主（zhǔ）軸（zhóu）自動移動方法

2017-8-1 來源：江蘇（sū）工（gōng）程職業技術學院（yuàn）作者：丁錦宏

摘要：電火花成形機床在裝配過程中需要由裝配人員反複手動轉動絲杆，移動主軸進行精度檢測，根據檢測結果調整主（zhǔ）軸座，從（cóng）而達到主軸與工作台的垂直度裝配精度要求。根據這（zhè）一特（tè）點，提出一種利（lì）用直（zhí）流伺（sì）服電（diàn）機驅動主軸絲杆，從而（ér）達到自動移動主軸的方案，改變由裝配人（rén）員手（shǒu）動操（cāo）作的傳統方法，減少勞動強度、提高精度檢測的可信度。

關鍵詞：電火（huǒ）花成形機床；主軸；直流（liú）伺服電機；自動移動

０.引言

電火花成形機床將電極安裝在主（zhǔ）軸下方，通過主軸的上下運動，帶動（dòng）電極做（zuò）上下運動從而實現放電加工。在裝配電火花成形機床時，需要保證主軸與機床工作台的垂直度。在裝配階段，裝（zhuāng）配人員需（xū）要（yào）不斷使主軸做上下運動，檢測主軸與機（jī）床工作台在Ｘ—Ｘ和Ｙ—Ｚ平麵內的垂直度數值（zhí），然後調整主軸座，直到主軸與機床工作台的垂直度在規定的範圍內（nèi）。在裝配時，然絲杆已經安裝在主軸上，但控製機床的數控（kòng）係統等電氣係統（tǒng）還沒有和機（jī）床本體相聯接，所以，無法使用數控係統控（kòng）製機床主軸（zhóu）的上下運動。一般地（dì）都（dōu）是由裝配人員（yuán）轉動絲杆，使（shǐ）主軸做上下運動。由於機床（chuáng）主軸是在垂直方向上安裝的，裝配人員需要在（zài）較高（gāo）的（de）位置（zhì）轉動絲杆，勞動強度較大。同時（shí），由（yóu）於手動移動主軸時，主軸（zhóu）的移動速度不均勻，會使檢測數值不穩定，影響檢測效果。針對這一（yī）現狀，本文設（shè）計了一種（zhǒng）主軸自動移動方法，可大大降低裝配強度、提高精度檢測的穩（wěn）定性。１　機床結構與主軸裝配要求電火（huǒ）花成形機床主要有立柱式和滑枕式兩種結構形式（shì）［１］。其中立柱式電火花成形機床主要由床身、工作台、立柱、主軸座和主軸組成，如圖１所示。電火花成形機床（chuáng）是一種利用放電原理實現工件加工的機床，與人們所熟知（zhī）的車床和銑床相比（bǐ），電火花成形機（jī）床的主軸有以下三個特（tè）點：

１）主軸是做上下直線運動的，而一般意（yì）義上的主軸是做（zuò）旋轉運動的。

２）主軸的作用（yòng）是（shì）用（yòng）來（lái）安（ān）裝電極，在機（jī）床工（gōng）作時，在電極與工件之間產生電弧，從而做無切削加工（gōng），主軸受力較小。因而，一般地，電火花成形機床的主軸（zhóu）重量不大。以ＣＮＣ４５０電火花成形機床為例，其主軸重量為２５ｋｇ。

３）主軸和工作台需要相互垂直。其垂（chuí）直度不得大於國家標（biāo）準規定的數（shù）值。以ＣＮＣ４５０電火花成形機床為例，主軸和工作台的垂直度要求為：在Ｘ—Ｙ平麵內（nèi）和Ｘ—Ｚ平麵內的垂直度均為０．０１５ｍｍ。

圖１　機（jī）床結（jié）構示例（lì）圖

１．床身　２．立柱　３．絲杆　４．電機座（zuò）５．主軸座　６．主軸（zhóu）　７．指示器　８．工作台

２.主軸裝配與檢測

為了（le）達到主（zhǔ）軸與工作台的垂直度要求，裝配人員需要完成以下幾個步驟：（１）將主軸安裝（zhuāng）在主軸座上；（２）檢測主軸和工作台的垂直度；（３）如（rú）果檢測的垂直度數值大於規定的數值，則調整主軸座。一（yī）般地需要（yào）反複檢測與調（diào）整，才能滿足要求。在檢（jiǎn）測（cè）主軸和工作（zuò）台的垂直度時，需要手動轉動主軸絲杆，使主軸做上下運動［２］。這種移動主軸的（de）方法使得裝配人員非常不方便，在檢測時裝配人員需（xū）要觀察檢（jiǎn）測數據，常（cháng）常需要另一個（gè）人員幫助轉動絲杆，增加了勞動強度。另（lìng）一方麵，人工移動主軸的速度也不穩定，影響檢查效果。

３.主軸自（zì）動移動方法

針對以上情況，本文設計了一種采用直流伺服（fú）電機驅動（dòng）主軸絲杆的方法，從而實現自動移動主軸。

３．１　組成

主軸自動移動方（fāng）法由直流伺服電（diàn）機、控製櫃、操作麵（miàn）板等組成。在選擇驅動電機（jī）時，分別對三相異步電（diàn）機、交流伺服電機和直流伺服電機的使用特點進行了對比分析。三相異步（bù）電機控製簡單，成本低，但（dàn）運行不平穩，不適合驅動主軸運動做精度檢（jiǎn）測。交流伺服（fú）電機運行平穩，是常用的數控機（jī）床（chuáng）運動件的驅動元件，但需要驅動器及控製元件（如控製係統或ＰＬＣ等），使用成本高，控製電路聯接不方便，不適合在機床的機械（xiè）裝配時使用。直流伺服電機避免了上述兩（liǎng）者的不足之處。該電機隻要輸（shū）入直流電壓便可運行，其轉速與輸入（rù）電壓成正比［３］。依據電機扭矩選擇計算方法，通過計算，選用型號為（wéi）Ｍ８１８Ｔ—０３１的直流伺服電（diàn）機，其額定電壓為４８Ｖ，額定轉速為３　０００ｒ／ｍｉｎ，功率為１８０Ｗ。當輸入（rù）額定（dìng）電壓４８Ｖ時，電機轉速（sù）為３　０００ｒ／ｍｉｎ。一般（bān）地，在做主軸垂直度檢測時，移動（dòng）速度以Ｓ＝５　０００ｍｍ／ｍｉｎ左（zuǒ）右為宜。若絲（sī）杆螺距Ｐ＝５ｍｍ，則（zé）電機轉速

據此，選用（yòng）數控機床廣泛使用的開關（guān）電源作為（wéi）電壓變換（huàn）元件。該電源輸入ＡＣ２２０Ｖ交流電壓，輸出ＤＣ２４Ｖ直流電壓。輸出電壓穩（wěn）定，抗幹擾能力強，用方便。雖然輸出電壓比計算的要高一（yī）些，但可以通過電位器將電壓調低，同時，適用於當絲杆螺（luó）距發生變化或者操作者需要增加主軸移動速度的情況，擴大了該方法的適應範圍。該方法配有一個專用的控製櫃，用以安裝與該方法配套（tào）使用的控製電路。該控製櫃大小為４００ｍｍ×３００ｍｍ×５００ｍｍ，體積小，便於使用（yòng）。操作麵板安裝在控製櫃上，供裝配人員（yuán）操作（zuò）。操作麵板上設有電位器，用以調整供電機使用的電（diàn）壓；設有按鈕ＳＢ０、ＳＢ１和ＳＢ２，分別用作主軸停止（zhǐ）、主軸向上移動和主軸向下移動的控製。

３．２　控製電（diàn）路

當直流伺（sì）服電（diàn）機的Ａ相與（yǔ）直流電（diàn）壓的正極相聯時，電機（jī）正轉，此時（shí）主軸向上運動；當直流伺服電動的Ｂ相與（yǔ）直流電（diàn）壓（yā）的負極相聯時（shí），電機反轉，此時主（zhǔ）軸向下運動。根據這一原理，設計（jì）的電機（jī）控製電路如圖２所示。

該控製電路的工作原理如下（xià）［４］：１）開關電（diàn）源輸入（rù）ＡＣ２２０Ｖ交流電壓，輸出（chū）ＤＣ２４Ｖ直流電壓。通過電位器（qì）的調節，使其輸出電壓在０～２４Ｖ之間變化，從而調整電機的轉速。２）開關電源輸出的ＤＣ２４Ｖ在為電位器提供電壓（yā）的同時，也為中間繼電器的線圈提供電壓。３）原理圖中直流伺服電機上方的電路的作用是（shì）直流電壓換相電路。當ＫＡ線圈不得電時，電機Ａ相與ＤＣ２４Ｖ的正極相聯，電機正轉；反（fǎn）之，當ＫＡ線圈得電時，電機Ａ相與ＤＣ２４Ｖ的負極相聯，電機反轉。４）初始狀態時，電（diàn）機Ａ相與電源（yuán）的２４Ｖ正極相聯，但Ｂ相與電源的０Ｖ之間（jiān）是斷開的（de）（ＫＡ１與ＫＡ２均失電（diàn）），此時電機停轉，主軸處於靜止狀態。５）當按下ＳＢ１按鈕時，通過ＫＡ１使電（diàn）機Ｂ相與電源的０Ｖ接通，電機正轉，主軸向上運動（dòng），當主軸運動到上限位開關（guān）ＳＱ１時，ＫＡ１失（shī）電，使電機停轉。６）當按下ＳＢ２按（àn）鈕時，ＫＡ得電，電機（jī）的Ａ相與電源０Ｖ之間相聯，通過ＫＡ２使電機Ｂ相與電源的２４Ｖ接通，電機反轉，主軸向下運動，當主軸運（yùn）動到下限（xiàn）位開（kāi）關ＳＱ２時，ＫＡ和ＫＡ２均失電，ＫＡ失電（diàn）使（shǐ）電機的Ａ相的電壓極性（xìng）又改變（biàn）成與２４Ｖ相聯，但ＫＡ２斷開了電機的Ｂ相，電機停轉。７）在電機運轉過程中按下（xià）ＳＢ０按鈕時，ＫＡ、ＫＡ１、ＫＡ２均失電，電機停（tíng）止運轉。

４.方法應用

將機床主軸安裝在主軸座上後，在主軸運行的上、下兩個極限位置安裝相應的行程（chéng）開關ＳＱ１和ＳＱ２。同時將（jiāng）直流伺服電（diàn）機安裝在電機座上，並與絲杆相連接，如圖３示。

然後按照（zhào）圖２的電氣原理，在電器櫃中和操作麵板上（shàng）安裝相應的控（kòng）製元（yuán）件，並按照原理圖完成控製電路的聯接。在上述工作的基礎（chǔ）上，按照主軸垂直度（dù）檢驗規範，調整好檢驗儀器，按下（xià）對應（yīng）的按鈕，控製主軸向上運動和向下運動，進行精度（dù）檢（jiǎn）查。

５.結論

在電火（huǒ）花成形機床（chuáng）產品裝配中，成功使用上述方法。實踐證明，該方法（fǎ）具有以下幾個優點：（１）方便了裝配人員。原有的方法在做精度檢測時，由裝（zhuāng）配人員觀察指示器的情況（kuàng），需要另一（yī）個人員幫助轉動絲杆，效率（lǜ）低下。（２）由於（yú）電機運行平穩，避免了人工轉動絲杆時產生的主軸運動不平穩現象，使精度檢查數值更加可信。（３）該方法成本低，同時可以作為一種設備，在其它類似機床裝（zhuāng）配時使用。

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