整體式渦輪盤是現(xiàn)代航天發(fā)動機(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。該類零件的特點是加工精度高、周期長,這對電火花加工機(jī)床的精度、效率和穩(wěn)定性提出了更高的要求。對于中小型電火花加工機(jī)床,其熱變形和振動問題與金屬切削機(jī)床相比體現(xiàn)得較不明顯,因此,人們對電火花加工機(jī)床的熱態(tài)和動態(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)加工時間長、運動部件的質(zhì)量大,主軸的熱變形和振動會造成主軸頭的位移和動力學(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,長時間大面積加工時積累的熱量會導(dǎo)致主軸的熱變形;在高速抬刀時,系統(tǒng)的大慣量會使主軸部件發(fā)熱明顯,也會降低加工精度。在動態(tài)方面,在高速抬刀運動中,尤其在使用大尺寸電極加工時,電極的液動力會造成主軸頭的振動和沖擊,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,以A2190大型牛頭滑枕式精密六軸聯(lián)動電火花成形加工機(jī)床為研究對象,對大型電火花成形... 

【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）工作臺固定不動，主軸安裝在重型懸臂上，懸臂可進(jìn)行橫向機(jī)動調(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)中運動部件的質(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動態(tài)的過程，機(jī)床熱態(tài)及動態(tài)特性的實時變化會對加工精度及其穩(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)實踐中，人們越來越多地發(fā)現(xiàn)大型精密電火花加工機(jī)床的熱態(tài)特性對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間的變化規(guī)律。對電火花加工機(jī)床而言，機(jī)床熱變形是指電極相對于工作臺的位移，也就是主軸端部相對于工作臺在各軸向的位移[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，加工一個渦輪盤的用時約為幾百個小時，則在長時間加工時工件和電極加工表面的累積溫度很高[17]。對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)運動只有往復(fù)抬刀運動。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)和滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，這種驅(qū)動方式下，當(dāng)抬刀速度大于80mm/s時，稱為高速抬刀運動。由于大型機(jī)床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)載較大而且加工時間普遍較長，

第1章緒論-3-加工誤差。環(huán)境溫度屬于外部熱源，對機(jī)床每個部件的熱穩(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，環(huán)境溫度的改變增加了測量的不確定性[21]。分析在不同工況下的機(jī)床溫度場和熱變形的變化規(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)床主軸的移動是不連續(xù)的非線性運動。大型電火花加工機(jī)床靠移動主軸校正電極位置[22]，而且主軸慣量很大，加工過程中主軸抬刀運動與機(jī)床的動態(tài)特性密切相關(guān)。目前，抬刀運動的速度規(guī)劃算法中，其加加速度多數(shù)是不連續(xù)的，電極反復(fù)地上升和下降會引起機(jī)床換向沖擊和振動，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]。尤其對于精密電火花加工機(jī)床，主軸的振動甚至?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過程中，主軸箱部件除了受到重力和運動產(chǎn)生的慣性力外，工作液對工具電極的作用力也不容忽視[25]。據(jù)學(xué)者統(tǒng)計，電極面積在500cm2時，產(chǎn)生的液壓沖擊可達(dá)3000N[26]，產(chǎn)生的瞬間壓力差對伺服系統(tǒng)的干擾很大。因此研究主軸工具電極的受力及其對整機(jī)動態(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�、抬刀運動時主軸驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)熱、環(huán)境溫度的變化，主軸高速抬刀運動引起的沖擊和振動及工具電極受到的液動力引起的振動等都與機(jī)床的熱態(tài)及動態(tài)特性密切相關(guān)。電火花加工機(jī)床主軸的熱

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