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電火花成形機床裝配中主軸自動移動方法

2017-8-1 來源：江蘇工程職業技術學院作者：丁錦宏

摘要（yào）：電火（huǒ）花成形機床在裝配（pèi）過程中需要（yào）由裝配人（rén）員反複手動（dòng）轉動絲杆，移動主軸進行精（jīng）度檢測（cè），根據檢測結果調整主（zhǔ）軸座，從而（ér）達到主軸與工作（zuò）台（tái）的垂（chuí）直度裝配精度要求。根據這一特（tè）點，提出一種（zhǒng）利用直流伺服電（diàn）機驅動主軸絲杆，從而達到自動移動主軸（zhóu）的方案，改變由裝配人員手（shǒu）動操作的傳統方法，減少勞動強度、提高精度檢測的可信度。

關鍵詞：電火花成形機床；主軸；直流伺服（fú）電機；自動移動

０.引言

電火花成形機（jī）床將電極安裝在（zài）主軸下方，通過主軸的上下運動，帶動電極做上下運動從而實現放（fàng）電加工（gōng）。在裝配電火花成形機床時，需要保證主軸與機床工作（zuò）台的垂直度。在（zài）裝配階段，裝配人員需要不斷使主軸做上下運動，檢測（cè）主軸與機床工作台在Ｘ—Ｘ和Ｙ—Ｚ平麵內的垂直度數（shù）值，然後調（diào）整（zhěng）主軸座，直到主軸（zhóu）與機（jī）床工作台的垂直度在（zài）規定的範圍（wéi）內。在裝配時，然絲杆已經安裝在主軸上，但控製機床的數控係統等電氣係統還沒有和（hé）機床本體相聯接，所以，無法使用數控係統（tǒng）控（kòng）製機床主軸的上下運動。一般（bān）地都是由裝配人（rén）員（yuán）轉動絲杆，使主軸（zhóu）做上下運動。由於機床主軸是在垂直方向上安裝（zhuāng）的，裝配人員需要在較高的（de）位（wèi）置轉動絲杆，勞動強度較大。同時，由於手動移動主軸時，主軸的移（yí）動速度不均勻，會使檢測（cè）數值不穩定，影響（xiǎng）檢測（cè）效果。針對這一現狀，本文設計了一種主軸自動（dòng）移動方法，可大大降低裝配強度、提高精度檢測的（de）穩定性。１　機床結構與（yǔ）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（liǎng）種結構形式［１］。其中立柱式電火花成形機床（chuáng）主要（yào）由床身、工作台、立柱、主軸座和（hé）主軸組成，如圖１所示。電火花成（chéng）形機床是一種利用放電原理實現（xiàn）工件加工的機床，與人們所熟知的車床和銑床相比，電火花成形機床的主軸（zhóu）有以下三個特點：

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

２）主軸（zhóu）的作用是用來安裝電極，在機（jī）床工作時，在電極（jí）與工（gōng）件之間產生電弧，從而做無切削加工，主軸受力較小。因而，一般地，電火花成形機床的主軸重量不大。以ＣＮＣ４５０電火花成形機床（chuáng）為例，其主軸重量為２５ｋｇ。

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

圖１　機床結構示例圖

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

２.主軸裝配與檢測

為了達到主軸與工作台的垂直度要求，裝（zhuāng）配人員需要（yào）完成以下幾個步驟：（１）將主軸安裝在主軸座上；（２）檢測主軸和工作台的垂直度；（３）如果檢（jiǎn）測的垂直度數（shù）值大於規定的（de）數值（zhí），則調整主軸座。一般地需（xū）要（yào）反（fǎn）複檢測與（yǔ）調整，才能滿足要求。在檢測主軸和工作台的垂直度（dù）時，需要手動轉動（dòng）主軸絲杆，使主軸做上下運動［２］。這種移動主軸的方法使（shǐ）得裝配人員非常不方便（biàn），在檢測時裝配（pèi）人員需要觀察檢測數據，常常需要另一（yī）個人（rén）員幫助轉動絲杆，增加了勞動強度。另一方麵，人工移動主（zhǔ）軸的速度也不穩定，影響檢查效果。

３.主軸自動移（yí）動方法

針對以上情況，本文設計了一（yī）種（zhǒng）采用直流伺（sì）服電機驅動主（zhǔ）軸絲杆的方法，從而實現自動移（yí）動（dòng）主軸。

３．１　組成

主軸（zhóu）自動（dòng）移動方法由直流伺服電機、控製櫃、操作麵板等組成。在選擇驅動電機時，分別對三相異步電機、交（jiāo）流伺服電機和直流伺服（fú）電機的（de）使（shǐ）用特點進行了對比分析（xī）。三相異步電機控製簡單，成本低，但運行不平穩，不適合驅動主軸運（yùn）動做精度檢（jiǎn）測。交流伺服電機運行平穩（wěn），是常用的數（shù）控機床運動件的驅動元件，但需要驅動器及控製元件（如控製（zhì）係統或ＰＬＣ等），使用成本高，控製電路（lù）聯接不方便，不適合在機床的機械裝配時使用。直流伺服電機避免了上述兩者的不足之處。該（gāi）電機隻要輸入直（zhí）流（liú）電壓便可運行，其轉速與輸入電壓成正比［３］。依據電機扭矩選擇計算方法，通過計算，選用型號為Ｍ８１８Ｔ—０３１的（de）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。當輸入額定電（diàn）壓４８Ｖ時，電機轉速為３　０００ｒ／ｍｉｎ。一般地，在做主軸垂（chuí）直度檢測時，移動速度以Ｓ＝５　０００ｍｍ／ｍｉｎ左右為宜。若絲杆螺（luó）距Ｐ＝５ｍｍ，則電機轉速

據此，選用數控機（jī）床廣泛（fàn）使用的開關電源作為電（diàn）壓變換元件。該電源輸入ＡＣ２２０Ｖ交流電壓，輸出ＤＣ２４Ｖ直流電壓。輸出電壓穩定，抗幹擾能力強，用（yòng）方便。雖然輸（shū）出電壓比計算的要高一些，但可以通過電位器（qì）將電壓（yā）調低（dī），同時，適用於當絲（sī）杆螺距發生變化或者操作（zuò）者需要增加（jiā）主軸移動速（sù）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（fǎ）配套（tào）使用的控製電路。該（gāi）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，供裝配人員操（cāo）作。操作麵板（bǎn）上設有電位器，用（yòng）以調整供電機使用的電（diàn）壓；設有（yǒu）按鈕ＳＢ０、ＳＢ１和ＳＢ２，分別用作主軸停止、主軸向上移動和主（zhǔ）軸向下移動的控製。

３．２　控製電路

當直流伺服電機（jī）的Ａ相與直流電壓的正極相聯時，電機正（zhèng）轉，此時主軸向上運動；當直流伺服電動的Ｂ相與直流電壓的負（fù）極相聯（lián）時，電機反轉，此時主軸向下運動。根據這一原理，設計的電機控製電路如圖２所示。

該控製電路的工作原理如下［４］：１）開關電源輸入（rù）ＡＣ２２０Ｖ交流電壓，輸出（chū）ＤＣ２４Ｖ直（zhí）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（chū）的ＤＣ２４Ｖ在為電位器提供電壓的同時，也為中（zhōng）間繼電器的線圈提供電（diàn）壓。３）原理圖中直流伺（sì）服電機上方的電路的作用（yòng）是直流電壓換（huàn）相電路。當ＫＡ線圈不（bú）得電時，電機Ａ相與ＤＣ２４Ｖ的正（zhèng）極相聯，電機正轉；反之，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（zhuàng）態時（shí），電機Ａ相與電源的２４Ｖ正極相聯，但Ｂ相與電源（yuán）的（de）０Ｖ之間（jiān）是斷（duàn）開的（ＫＡ１與ＫＡ２均失電），此時電機停轉（zhuǎn），主軸處於靜（jìng）止狀態。５）當按下ＳＢ１按鈕時，通（tōng）過ＫＡ１使電機（jī）Ｂ相與電源的０Ｖ接通，電機正（zhèng）轉，主（zhǔ）軸向上運動，當主軸運動（dòng）到上限位開關ＳＱ１時，ＫＡ１失電，使電機停轉。６）當按下ＳＢ２按（àn）鈕時，ＫＡ得電，電機的Ａ相與電源０Ｖ之間相聯，通過ＫＡ２使（shǐ）電機Ｂ相與電源的２４Ｖ接通，電機（jī）反轉，主軸向下運動，當主軸運動到下限位開關ＳＱ２時，ＫＡ和ＫＡ２均失（shī）電，ＫＡ失電使電機的Ａ相的電壓（yā）極性又改變成與２４Ｖ相聯，但ＫＡ２斷開了電機的Ｂ相（xiàng），電（diàn）機停轉。７）在電機運轉過程中按（àn）下ＳＢ０按鈕（niǔ）時，ＫＡ、ＫＡ１、ＫＡ２均失（shī）電，電機停止運轉。

４.方法（fǎ）應（yīng）用

將（jiāng）機床主軸安裝在（zài）主軸座上後，在主軸運行的上、下兩個（gè）極限位置安裝相應的行程開（kāi）關ＳＱ１和ＳＱ２。同時將直（zhí）流伺服電機安裝在電機座上，並與絲杆相連接，如圖３示。

然後（hòu）按照圖２的電（diàn）氣原理，在電器櫃中和操作麵板上安裝相（xiàng）應的控製元件，並按照原理圖完成控製電路的（de）聯（lián）接。在上述（shù）工作（zuò）的基（jī）礎上（shàng），按照主軸垂直度檢驗規（guī）範，調（diào）整好檢驗儀器，按下對應的按鈕（niǔ），控（kòng）製主軸向上（shàng）運動（dòng）和向下運動，進行精度檢查。

５.結論

在電火花成形機床產品裝配中，成功使用上述方法。實踐證（zhèng）明，該方（fāng）法具有（yǒu）以下幾個優點：（１）方便了裝配人員。原有的方法在做精度檢（jiǎn）測時，由裝配人員觀察指示器的情況，需要另一個人員幫助轉動（dòng）絲杆，效率低下。（２）由於電機運行平穩，避免了人工轉動絲杆時產生的（de）主軸運（yùn）動不平穩現象，使精（jīng）度（dù）檢查數值更加可信。（３）該方法成本（běn）低，同時可以作為一種（zhǒng）設備，在其它類似機床裝配（pèi）時使（shǐ）用（yòng）。

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