氣膜冷卻孔電火花加工主軸頭更換系統(tǒng)設計.pdf

1、航空發(fā)動機熱端部件材料和冷卻結構的發(fā)展,使新材料和新工藝在其制造中得到了廣泛應用并對其制造技術提出了更高的要求與新的挑戰(zhàn),例如對高溫合金(鎳基合金)氣膜冷卻孔、復合結構材料(陶瓷覆層)氣膜冷卻孔和高深寬比異型孔的加工制造。為適應航空發(fā)動機中渦輪葉片氣膜冷卻孔的孔徑變化(Φ0.2~0.8mm)、解決加工過程中電極損耗問題,本文提出了一種利用機械手通過更換主軸頭來實現(xiàn)電極更換的一種電極更換方式,通過此種方法可實現(xiàn)氣膜冷卻孔在一次裝夾中的多類

2、型孔的加工,并有利于其復合加工。
　　通過對國內外可實現(xiàn)電極交換技術研究現(xiàn)狀的調研發(fā)現(xiàn),目前能夠實現(xiàn)電極交換功能的電火花加工技術主要集中在成型機中,這些大部分是在高速小孔機的基礎上研究開發(fā)而來。在電極自動更換機構和導向器的結構上采用了類似數控機床加工中心中用刀庫的更換原理,通過主軸移動到固定換刀位置進行電極更換,而導向器則由橫向陣列或者圓周陣列布局配合實現(xiàn)更換,該結構在電火花微細孔的加工中難以進一步提升孔的質量及精度,并對機床的加

3、工和組裝提出非常高的精度要求。為解決這些問題,本文中提出了一種利用機械手通過整體更換主軸頭的形式來實現(xiàn)電極更換的一種電極更換方式。
　　為保證主軸頭可以順利實現(xiàn)整體更換,采用快速組合夾具作為主軸頭與機床主軸之間的快速接口;為保證主軸頭可以順利、快速的實現(xiàn)更換,采用機械手作為更換工具;為實現(xiàn)同種電極和不同類型電極的更換,主軸頭自身設計有同種類型的電極絲的存儲裝置,系統(tǒng)本身設計有主軸頭庫作為不同種類型的電極絲的存貯裝置;為實現(xiàn)機械手可

4、穩(wěn)定可靠的抓取主軸頭,在機械手執(zhí)行部件中設計有與主軸頭中6個導向孔相對應的6個導向柱以便主軸頭抓取;為實現(xiàn)主軸頭在主軸頭庫中的定位安裝,主軸頭庫中設計有拉釘安裝鎖緊機構。
　　為實現(xiàn)主軸頭的準確更換控制,采用PMAC運動控制卡對其運動進行控制;為實現(xiàn)機械手的水平和旋轉運動,采用具有20細分步進電機驅動器驅動的一維水平移動平臺和360度旋轉平臺分別作為其水平運動裝置和旋轉運動裝置;為保證在主軸頭庫中可以順利實現(xiàn)主軸頭的選取,采用順序

5、選刀的方式作為主軸頭的選擇方式,并采用具有20細分步進電機驅動器驅動的360度旋轉平臺作為其旋轉裝置;為保證運動過程中的安全性,在一維平臺和旋轉平臺中均安放有限位開關。
　　通過對整個系統(tǒng)及其中關鍵部件的受力分析及有限元分析,保證設計方案中所設計零件以及整體結構的剛度、強度滿足使用要求;為保證機械手具有足夠的夾緊力和緩沖,采用氣缸作為其運動的動力源;為保證整個系統(tǒng)在運動過程中具有最小的運動誤差,對各個動作之間可能產生的誤差進行分析