微細電火花機床蠕動式主軸裝置的研究.pdf

1、微細電火花以其加工過程無宏觀作用力產(chǎn)生,工具電極和工件非接觸放電,單次放電能量小的特點,在加工微細陣列孔中有著獨特的優(yōu)勢。但是微細電火花加工所用的微細工具電極一般需要在線制作,消耗時間長,而加工時存在電極損耗,尤其是微細電火花銑削、微細陣列孔加工中電極損耗更加嚴重。這極大地影響著微結(jié)構(gòu)的加工效率和加工精度。因此研制可直接夾持不同直徑市售微細電極絲,可對電極絲損耗實現(xiàn)自動補償?shù)母呋剞D(zhuǎn)精度主軸,對于減少微細工具電極制備時間,提高微結(jié)構(gòu)加工效

2、率有著重要的現(xiàn)實意義。
　　本文首先從電極絲夾持范圍、回轉(zhuǎn)精度、響應(yīng)頻率、電極絲損耗自動補償幾個角度對國內(nèi)外微細電火花主軸裝置進行分析。提出一種結(jié)合精密二維調(diào)心裝置的蠕動式主軸方案。方案中微細工具電極采用微 V型槽夾持;電極絲與主軸的同軸精度通過二維調(diào)心裝置調(diào)節(jié);電極絲的夾緊、松開和進給使用音圈電機驅(qū)動。
　　面向可夾持直徑為100～300μm微細電極絲夾持功能,分析微 V型槽幾何尺寸對不同直徑電極絲定位的影響,完成尺寸設(shè)計

3、。針對微 V型槽尺寸小加工精度要求高的難題,分析比較其加工方案。對微 V型槽夾持機構(gòu)進行設(shè)計,并進行有限元和理論分析,計算出電極絲夾緊所需的作用力為9.9N;驗證了變形和強度條件均能滿足要求。
　　采用 ANSYS有限元分析軟件對精密二維調(diào)心裝置進行參數(shù)化建模,并對其進行優(yōu)化設(shè)計。分析主軸角速度、角加速度對優(yōu)化后裝置的影響,發(fā)現(xiàn)2000r/min的角速度和1500rad/s2的角加速度對其變形影響在0.3μm之內(nèi)。進行模態(tài)分析,得

4、到優(yōu)化后二維調(diào)心裝置一階自然頻率為742.9Hz,二階自然頻率為951.67Hz,三階自然頻率為2277.9Hz,滿足動態(tài)響應(yīng)能力的要求。對調(diào)心裝置 X、Y向變形的相互影響進行分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)在 X向調(diào)節(jié)82.51μm時,耦合產(chǎn)生 Y向變形達到7.26μm,而在Y向調(diào)節(jié)101.7μm時,耦合產(chǎn)生X向變形很小,可忽略。
　　最后以音圈電機高度、直徑、氣隙磁感應(yīng)強度、力常數(shù) BL和永磁體消耗量等為評價指標,對聚磁式和徑向充磁式音圈電機進行