整體式渦輪盤是現(xiàn)代航天發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件,通常由難加工的高溫合金制成,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法對(duì)該類零件的加工能力較差,目前大型電火花成形加工機(jī)床已逐步成為整體式渦輪盤等大型復(fù)雜零件的主流加工裝備。該類零件的特點(diǎn)是加工精度高、周期長(zhǎng),這對(duì)電火花加工機(jī)床的精度、效率和穩(wěn)定性提出了更高的要求。對(duì)于中小型電火花加工機(jī)床,其熱變形和振動(dòng)問題與金屬切削機(jī)床相比體現(xiàn)得較不明顯,因此,人們對(duì)電火花加工機(jī)床的熱態(tài)和動(dòng)態(tài)特性關(guān)注也較少。然而,大型電火花加工機(jī)床的加工面積大、連續(xù)加工時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量大,主軸的熱變形和振動(dòng)會(huì)造成主軸頭的位移和動(dòng)力學(xué)特性的變化,已經(jīng)成為影響加工精度和穩(wěn)定性的主要原因之一,必須引起足夠的重視。在熱態(tài)方面,長(zhǎng)時(shí)間大面積加工時(shí)積累的熱量會(huì)導(dǎo)致主軸的熱變形;在高速抬刀時(shí),系統(tǒng)的大慣量會(huì)使主軸部件發(fā)熱明顯,也會(huì)降低加工精度。在動(dòng)態(tài)方面,在高速抬刀運(yùn)動(dòng)中,尤其在使用大尺寸電極加工時(shí),電極的液動(dòng)力會(huì)造成主軸頭的振動(dòng)和沖擊,進(jìn)而改變間隙放電狀態(tài),影響加工效率和穩(wěn)定性。為此,本文結(jié)合電火花加工的特點(diǎn),以A2190大型牛頭滑枕式精密六軸聯(lián)動(dòng)電火花成形加工機(jī)床為研究對(duì)象,對(duì)大型電火花成形... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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A2190大型電火花成形加工機(jī)床Fig.1-1TheA2190largedie-sinkingEDMmach

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-2-件的成形加工。圖1-2為該機(jī)床加工的典型零件——整體式渦輪盤。該大型機(jī)床與中小型機(jī)床的區(qū)別主要在于：（1）工作臺(tái)固定不動(dòng)，主軸安裝在重型懸臂上，懸臂可進(jìn)行橫向機(jī)動(dòng)調(diào)整；（2）加工面積大，加工電流大，最大加工電流可達(dá)200A；（3）主軸系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量大，電極、主軸立柱及附件的重量約為500kg；（4）工作液用量大，儲(chǔ)油箱容積為7000L。圖1-1A2190大型電火花成形加工機(jī)床圖1-2整體式渦輪盤Fig.1-1TheA2190largedie-sinkingEDMmachineFig.1-2Integralturbinedisk1.1.3研究的目的及意義電火花加工是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，機(jī)床熱態(tài)及動(dòng)態(tài)特性的實(shí)時(shí)變化會(huì)對(duì)加工精度及其穩(wěn)定性等造成很大影響。本課題的研究思路見圖1-3。在生產(chǎn)實(shí)踐中，人們?cè)絹碓蕉嗟匕l(fā)現(xiàn)大型精密電火花加工機(jī)床的熱態(tài)特性對(duì)加工精度的影響日益突出[15]。本文研究的機(jī)床熱態(tài)特性主要指機(jī)床的溫升和熱變形隨時(shí)間的變化規(guī)律。對(duì)電火花加工機(jī)床而言，機(jī)床熱變形是指電極相對(duì)于工作臺(tái)的位移，也就是主軸端部相對(duì)于工作臺(tái)在各軸向的位移[16]。電火花加工機(jī)床的熱源與金屬切削機(jī)床類似，分為外部熱源和內(nèi)部熱源。內(nèi)部熱源指加工熱、各軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、軸承發(fā)熱、滾珠絲杠副摩擦生熱和導(dǎo)軌摩擦熱等。大型電火花加工機(jī)床的加工區(qū)域大，且放電加工區(qū)的溫度高。一般而言，加工一個(gè)渦輪盤的用時(shí)約為幾百個(gè)小時(shí)，則在長(zhǎng)時(shí)間加工時(shí)工件和電極加工表面的累積溫度很高[17]。對(duì)于電火花成形加工機(jī)床而言，主軸一般不存在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只有往復(fù)抬刀運(yùn)動(dòng)。大型電火花加工機(jī)床普遍采用承載能力大的旋轉(zhuǎn)電機(jī)和滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)方式下，當(dāng)抬刀速度大于80mm/s時(shí)，稱為高速抬刀運(yùn)動(dòng)。由于大型機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載較大而且加工時(shí)間普遍較長(zhǎng)，

第1章緒論-3-加工誤差。環(huán)境溫度屬于外部熱源，對(duì)機(jī)床每個(gè)部件的熱穩(wěn)定性都有一定的影響[19,20]。在研究其他熱源引起的誤差時(shí)，環(huán)境溫度的改變?cè)黾恿藴y(cè)量的不確定性[21]。分析在不同工況下的機(jī)床溫度場(chǎng)和熱變形的變化規(guī)律，可為多工況的熱變形建模提供理論指導(dǎo)。圖1-3本課題的研究思路Fig.1-3Researchideaoftheissue電火花加工機(jī)床主軸的移動(dòng)是不連續(xù)的非線性運(yùn)動(dòng)。大型電火花加工機(jī)床靠移動(dòng)主軸校正電極位置[22]，而且主軸慣量很大，加工過程中主軸抬刀運(yùn)動(dòng)與機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)。目前，抬刀運(yùn)動(dòng)的速度規(guī)劃算法中，其加加速度多數(shù)是不連續(xù)的，電極反復(fù)地上升和下降會(huì)引起機(jī)床換向沖擊和振動(dòng)，導(dǎo)致放電間隙狀態(tài)不穩(wěn)定，從而造成不穩(wěn)定加工[23]。尤其對(duì)于精密電火花加工機(jī)床，主軸的振動(dòng)甚至?xí)斐呻姌O和工件表面的接觸碰撞，降低加工表面質(zhì)量[24]。電極在抬刀過程中和加工完退回直至離開工作液的整個(gè)過程中，主軸箱部件除了受到重力和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力外，工作液對(duì)工具電極的作用力也不容忽視[25]。據(jù)學(xué)者統(tǒng)計(jì)，電極面積在500cm2時(shí)，產(chǎn)生的液壓沖擊可達(dá)3000N[26]，產(chǎn)生的瞬間壓力差對(duì)伺服系統(tǒng)的干擾很大。因此研究主軸工具電極的受力及其對(duì)整機(jī)動(dòng)態(tài)特性的影響有重要意義。綜上所述，加工區(qū)形成的高溫?zé)嵩�、抬刀運(yùn)動(dòng)時(shí)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱、環(huán)境溫度的變化，主軸高速抬刀運(yùn)動(dòng)引起的沖擊和振動(dòng)及工具電極受到的液動(dòng)力引起的振動(dòng)等都與機(jī)床的熱態(tài)及動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)。電火花加工機(jī)床主軸的熱

【參考文獻(xiàn)】：
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