桥式电火花加工机床的结构设计

殷祖荣 周保华 郭寿新

摘 要：本文简单的介绍了关于电火花加工技术的研究现状以及其发展趋势。分析了电火花加工的特点和工艺规律，完成桥式电火花加工机床的结构设计总体方案。根据该结构的总体设计方案来完成桥式电火花加工机床的各个关键结构与重要环节的结构设计。还对关键受力零件进行了有限元分析，对丝杠和电机进行计算并选择相关标准件。本文所设计的桥式电火花加工机床结构简化，稳定性好，结构紧凑，变形量较小，可以达到运动过程中的高精度要求。

关键词：电火花加工；机床；结构设计；有限元分析

1 电火花加工技术的特点及其应用与发展

1）电火花加工技术的概述。电火花加工是在工件和电极之间加有高能量连续脉冲电压后，由于电极与工件的微观表面是高低不平的，所以当电极向工件进给到一定间隙时，距离最近的两点间的电场强度最高，该处介质先被电离，形成高温电通道。这个高温能够使该点表面的金属熔化，甚至气化，最后因热膨胀而产生爆炸，将熔化物抛出通道，从而形成一个放电凹坑，这就是一个脉冲放电的情况。当一个脉冲放电完成后，放电通道消失，介质恢复绝缘，这样便是一个脉冲的加工过程。当两个不同电位的电极在液体介质中达到某一程度时，介质就会击穿而产生放电，并且在放电表面发生电蚀现象。

2）电火花加工技术的研究及发展。a.电火花加工技术的研究现状。发达国家在五十年代就有了电火花加工技术。发达国家有很大部分的电火花机床是用来进行模具的制造。迅速制模正在日本进行着变革，仅仅七到八天就可以制造出一个特殊的级进冲模。质量评定系统是不可被忽视的，其能够降低模具的镶嵌件，选择不同的发生过不怎么冷的加工的样本，精度能够达到现在的条件。我们国家电火花技术的研究是从19世纪中期兴起的。李勇等人对微细电火花的关键技术进行了研究，加工出直径分别为25微米和50微米的轴和孔，其最大深径比超过20。b.电火花加工技术的发展趋势。电火花加工技术的发展趋势归纳为五化：高效化、精密化、微细化、自动化和绿色环保化。电火花加工中，在保证加工精度的前提下，应提高粗加工、精加工效率，同时应减少辅助加工时间。跟以往的加工方法进行比较，电火花加工的优势并不算大。所以，高速高效化将成为了电火花加工的走向。电子光刻是当今制造行业里的一个热门的领域。

3）电火花加工技术的特点。a.电火花加工能够对不易于切削的零件进行加工。零件的力学性能不会影响到它的加工过程，硬韧的零件能够采用电火花技术进行加工。b.电火花可以对特殊及复杂形状零件进行加工，无切削力。电极的造型能够被复制在零件上面，当进行结构复杂的零件加工时非常有效。c.电火花加工可以对零件的结构设计进行改进，改善零件结构的工艺性。d.电火花加工具有它自身的许多特点，但也存在一些缺陷，从而我们应该不断去研究改进，不断去发现创新，改善电火花加工的缺陷，使得电火花加工技术可以达到更加的完善地步。

2 桥式电火花加工装置的总体方案设计

2.1 桥式电火花加工机床的总体方案设计

根据以上对电火花加工系统应具备功能的分析，对桥式电火花加工系统进行总体方案设计。该桥式电火花加工机床由床身、工作台、X轴方向进给机构、Y轴方向进给机构、Z轴方向进给机构和油槽组成。本文的桥式电火花加工机床，在床身上面有工作台的装配基座，工作台能够装配到基座上。工件和工作台都固定不能动，加强了单位面积所能承载的压力。运动部分直接装配到机床上，不需要选择立柱形式，增加了整体的稳定性。本文的桥式电火花加工机床在床身上有两根平行的Y 轴方向导轨，可以用来安装Y 轴方向进给机构，形成桥式结构。它的结构紧凑，变形小，精度保持性好，能够实现运动的高精度。

2.2 桥式电火花加工机床的结构设计

1）床身。床身上设有Y轴滑座的导轨，工作台的安装基座等。

2）工作台。工作台设置有T形槽，用来在工作的时候装夹工件。工作的设计是参考国家电火花加工机床的工作台标准参数来进行选择的。工作台的材料使用的是花岗岩，具有耐酸碱、耐腐蚀，不会生锈，耐磨性能较好，寿命较长，容易保养等特点。

3）Y轴方向滑座。Y轴滑座，Y轴滑座通过滑槽，安装在Y轴导轨上。滑座通过安装于安装台上的驱动机构驱动，作Y方向上的滑动。丝杠通过轴承座安装在安装台上，并通过电机驱动。这里使用双电机来驱动，跟对比单驱动，能够增加机床的运行速度。

4）X轴方向滑座。X轴方向滑座除了两个与Y轴方向滑座上的导轨相对应的滑槽，还要包括了可以连接滚珠丝杠的结构，它的后侧还设有一个承受台，用来安装Z轴方向滑座的驱动装置。X轴方向滑座通过滑槽，滑动的安装于X方向导轨上，X方向导轨设置于Y轴滑座上。X轴方向滑座通过滑槽安装在导轨上，运用滚珠丝杠作为连接，与伺服电机相连。伺服电机固定安装在Y轴方向滑座上，并作为伺服进给机构驱动X轴方向滑座能够沿着导轨在Y轴方向的滑座上进行滑动。本文选用45号钢作为X轴方向滑座的制造材料。

2.3 机床的具体安装过程

工作台安装基座直接设置在床身上，床身上Y 轴方向导轨的位置设有两块立板，两块立板的上面的部分共同支撑一块安装台，Y 轴方向进给机构设置在安装台上。油槽在工作台安装基座的下方。在床身上有两根平行的Y 轴方向导轨用来安装Y 轴方向进给机构，形成桥式结构，其结构紧凑，变形小，精度保持性好，能够实现运动的高精度。

2.4 桥式电火花加工机床的安全防护技术要求

1）为了防止触电，机床应该有特殊的地线；2）工作时的机床应该有人看守；3）总是让电气装置保持干净；4）及时更换过滤介质；5）应保持室内空气良好；6）机床周围禁止燃放烟火；7）机床的电气设备应该有专人负责，其他人不可以擅自乱动；8）下班前应该切断机床电源，关好车间的门窗。

3 总结

要充分的考虑本设备的经济性，使它具有较低的成本性能比。因为电火花加工设备的投资较大，仅仅要求它的高性能，就会由于成本过高从而影响到推广面和市场的效果，在市场中处于劣势。因而可以从性价比这方面对机床的性能进行改进。要增强机床本体的耐腐蚀性和工件箱密封性能，工作场所的通风排气性能，预防腐蚀性气体、液体腐蚀机床。

参考文献：

[1] 任福君，李小海.电火花加工技术的新发展[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2003，21（1）：33-37.

[2] 张孝金.电火花加工和电火花加工机床[J].装备机械，1982（2）：33-37.