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電火花成形機床（chuáng）裝配中主軸自動移動（dòng）方法

2017-8-1 來源：江（jiāng）蘇工程職業技術學院（yuàn）作者：丁錦宏（hóng）

摘要：電火花成形機床在裝配過程中需要（yào）由裝配人員反複手動轉動絲杆，移動主軸進行精度檢測，根據檢測結（jié）果調整主軸座，從而（ér）達（dá）到主軸與工作台的（de）垂直度裝配精度要求。根據這一特點，提出一種利用直流伺服電機（jī）驅動主（zhǔ）軸（zhóu）絲杆，從（cóng）而達到自動移動主軸的方案，改變由裝配（pèi）人員手動操作的傳統方（fāng）法，減少勞動強度（dù）、提高精度檢測的可信度。

關鍵詞：電火花成形機床；主軸；直流伺（sì）服電機；自動移動

０.引言

電火花成形機床將電極安裝（zhuāng）在主軸下方，通過主軸的上下運（yùn）動，帶動電極做上下運動從而實現放電加工。在裝配電火花成形機床時，需要（yào）保證主軸與機床工作台的垂直度。在（zài）裝配階（jiē）段，裝配人員需（xū）要不斷使主軸做上下運動，檢測主軸與機床工作台在Ｘ—Ｘ和Ｙ—Ｚ平（píng）麵內的（de）垂直度數值（zhí），然後調整主軸座，直到主軸與機床工作台的垂直度在規定的範圍內（nèi）。在裝配時，然絲杆已經安裝在主軸上，但控製機床的數（shù）控係統等電氣係統還沒有和機床本體相聯（lián）接，所以，無法使用數控係統控製機床主軸的上下運（yùn）動。一般地都是由裝配人員轉動絲杆，使主（zhǔ）軸做上下運動。由於機床主軸是在垂直方向上（shàng）安裝的，裝配人員需要在較高的位置轉動絲杆，勞動強度較大。同時，由於手動移動主軸時，主軸的移動速度不均勻，會使檢測數值不穩定，影響檢測效果。針對這一現狀，本文設計了一種主軸自動移動方法（fǎ），可大大（dà）降低裝配強（qiáng）度、提高精度檢測的（de）穩定性。１　機床結構與主軸裝配要求電火花（huā）成形機床（chuáng）主（zhǔ）要有立柱式和滑枕式兩種結構形式（shì）［１］。其中立柱（zhù）式電火花成形機床主要由床身、工作台、立柱（zhù）、主軸座和主軸組成，如圖１所示。電火花成形機床是一種利用放電原理實現工件（jiàn）加工的機床，與人們（men）所熟知（zhī）的車床和銑床相比，電火花（huā）成形機床的主軸有以下三個特點：

１）主軸是做上下直線運動的，而一般意義上的主軸是做旋轉（zhuǎn）運動的。

２）主軸（zhóu）的（de）作用是用來安裝電極，在機床工作時，在電極與工件之間產生電弧，從（cóng）而做無切削加工，主軸（zhóu）受力較小。因而，一般地，電火花成形機床的主軸重量不（bú）大。以ＣＮＣ４５０電火花（huā）成形機床為例，其主軸重量（liàng）為２５ｋｇ。

３）主軸（zhóu）和工作台需要相互垂直。其垂直度不得大（dà）於國家標準規定的數值。以ＣＮＣ４５０電火花成形機床為例，主軸和工作（zuò）台的垂直度要求為：在Ｘ—Ｙ平麵內和Ｘ—Ｚ平麵內的垂直度（dù）均為０．０１５ｍｍ。

圖１　機床結（jié）構（gòu）示例圖

１．床身　２．立柱　３．絲杆（gǎn）　４．電機座５．主（zhǔ）軸座（zuò）　６．主軸　７．指示器　８．工作台

２.主軸裝配與檢測

為（wéi）了達到主軸與（yǔ）工作台的（de）垂直度要求，裝配人（rén）員需要完成以下幾個步驟：（１）將主軸安裝在主軸座上；（２）檢測主軸和工作台的垂直度；（３）如果（guǒ）檢測的垂（chuí）直度數值大於規定的數（shù）值（zhí），則（zé）調整主軸座。一般地需要反複檢測（cè）與調整，才能滿足要求。在檢測主（zhǔ）軸和工作台的垂直（zhí）度時，需要手動轉動主軸絲杆（gǎn），使主軸做上下運動［２］。這種移動（dòng）主軸的方法使（shǐ）得裝配人員非常不方（fāng）便，在檢測（cè）時裝配人員需要觀察檢測數據，常常需要另一個人員幫助轉動絲杆（gǎn），增加了勞動強度。另一方麵，人工移動（dòng）主軸的速度也不（bú）穩定，影響檢查效果。

３.主軸自動移動方法（fǎ）

針對以（yǐ）上情況，本文設計了一種采用直流伺服電機驅動主軸絲杆的方法，從而實現自動移動主軸。

３．１　組成

主軸自動移動（dòng）方（fāng）法由直流伺（sì）服電機、控製櫃、操作麵（miàn）板等組成。在選擇驅動電機時，分別對（duì）三相異步電機、交流伺服電機和直流伺服電機的使用特點進行（háng）了對比分析（xī）。三相異步電機控製簡單，成本低，但運行不平穩，不適合驅動主軸運動做精度（dù）檢測。交流伺服電機運行平穩，是常用的數控機床運動件的驅動元件，但需要驅動器及控製元件（如控製係統（tǒng）或ＰＬＣ等），使用（yòng）成本高，控製電路聯接（jiē）不方便，不適合在機床（chuáng）的機械裝配時使用。直流伺服電機避免了上述兩者的不足之處。該電機隻要輸入直流電壓便（biàn）可運行，其轉速與輸入電壓成正比［３］。依據電（diàn）機（jī）扭矩選擇計算方法（fǎ），通過計算，選用型號為Ｍ８１８Ｔ—０３１的直流伺（sì）服電機，其額定電壓為４８Ｖ，額定轉速為３　０００ｒ／ｍｉｎ，功（gōng）率為１８０Ｗ。當輸入額（é）定電壓４８Ｖ時，電機轉速為３　０００ｒ／ｍｉｎ。一般地，在做主軸垂直度檢測時，移（yí）動（dòng）速度以Ｓ＝５　０００ｍｍ／ｍｉｎ左右為宜。若絲杆螺距Ｐ＝５ｍｍ，則電機（jī）轉速

據此，選用數控機床廣泛使用（yòng）的開關電源作（zuò）為電壓變（biàn）換元件。該電源輸入ＡＣ２２０Ｖ交流電壓，輸出ＤＣ２４Ｖ直流電壓。輸出電（diàn）壓穩定，抗幹擾能力強，用方便。雖然輸出電壓比計算的要高一些，但可以通過電位器將電壓調低（dī），同時，適用於當絲杆螺距發生變化或者操作者需要增加（jiā）主軸移動速（sù）度的情況，擴大了該方法（fǎ）的適應範圍。該方法配有一（yī）個專用的控製櫃，用以安裝與該方法配（pèi）套使用的控製電路。該控製櫃大小為４００ｍｍ×３００ｍｍ×５００ｍｍ，體積小（xiǎo），便於（yú）使（shǐ）用。操（cāo）作麵板安裝在控製櫃上，供（gòng）裝配人員操作。操作麵板上設有電位器，用以調整供電機使（shǐ）用的電壓；設有按鈕ＳＢ０、ＳＢ１和ＳＢ２，分別用作主軸停止（zhǐ）、主軸（zhóu）向上移動（dòng）和主軸向下（xià）移動的控製。

３．２　控製電路

當直流伺服（fú）電機的Ａ相與直流（liú）電壓的正極相聯時，電（diàn）機正轉，此時主軸向上運（yùn）動；當直流伺（sì）服電動的（de）Ｂ相（xiàng）與直流電壓（yā）的負極相聯時，電機反轉，此時主軸向下運動。根據這（zhè）一原理，設（shè）計的電機控（kòng）製電路如圖（tú）２所示（shì）。

該控製電路的工作原理（lǐ）如下［４］：１）開關電源輸入ＡＣ２２０Ｖ交流電壓（yā），輸出（chū）ＤＣ２４Ｖ直流電壓。通過電位器的調節，使其輸出電壓在０～２４Ｖ之間變化，從而調整電機的轉速。２）開關電源輸出的ＤＣ２４Ｖ在為電位器提（tí）供電壓的同時，也為中間繼電器的線（xiàn）圈（quān）提供電壓。３）原理圖中直流伺服電（diàn）機上（shàng）方的電路的作用是直流電壓換相電路。當ＫＡ線圈不得（dé）電時，電機Ａ相與（yǔ）ＤＣ２４Ｖ的正極相聯，電機正轉；反之，當ＫＡ線（xiàn）圈得電時，電機Ａ相與ＤＣ２４Ｖ的負極相聯，電（diàn）機反轉。４）初始狀態時，電機Ａ相（xiàng）與電（diàn）源的２４Ｖ正極相聯，但Ｂ相與電源的０Ｖ之間是斷開的（ＫＡ１與ＫＡ２均失電），此時電機停轉（zhuǎn），主軸（zhóu）處於靜止狀態。５）當按下ＳＢ１按鈕時，通過ＫＡ１使電機Ｂ相與電源的０Ｖ接通，電機正轉，主軸向上運動，當主軸運動到上限位開（kāi）關ＳＱ１時，ＫＡ１失電，使電機停轉。６）當按下ＳＢ２按鈕時，ＫＡ得電，電機的Ａ相與電源０Ｖ之間相聯，通過ＫＡ２使電機（jī）Ｂ相與電源的２４Ｖ接通，電機反轉，主軸（zhóu）向下運動，當主軸運動到下限位開關ＳＱ２時，ＫＡ和ＫＡ２均失電，ＫＡ失電使電（diàn）機（jī）的Ａ相的電壓極性又（yòu）改變成與２４Ｖ相聯，但ＫＡ２斷開（kāi）了電（diàn）機的Ｂ相，電機停（tíng）轉。７）在電機運（yùn）轉過程中（zhōng）按下ＳＢ０按鈕時，ＫＡ、ＫＡ１、ＫＡ２均失電（diàn），電機停止運（yùn）轉。

４.方法（fǎ）應用

將機（jī）床主軸安裝在主軸座上後，在主軸運行的上、下兩個極限位置安裝相應的行程開關ＳＱ１和ＳＱ２。同（tóng）時將（jiāng）直流（liú）伺服（fú）電（diàn）機安裝在電機座上，並與絲杆相（xiàng）連接，如圖３示。

然後按照圖２的電氣原理，在（zài）電器（qì）櫃（guì）中和操作麵板上安裝相應的控製元件，並按照原理圖完成控製電路的聯接。在上述工作的基礎上，按照主軸垂（chuí）直度檢驗規範，調整好檢驗儀（yí）器，按（àn）下對應的按鈕，控製（zhì）主軸向上運動（dòng）和向下運動，進行精度（dù）檢查。

５.結論

在電火花成形機床產品裝配中（zhōng），成功使用上述方法。實踐（jiàn）證明，該（gāi）方法具有以下幾個優點：（１）方便了裝（zhuāng）配人（rén）員（yuán）。原有的方法在做精度檢（jiǎn）測時，由裝配人員觀察指（zhǐ）示器的情況，需要另一個人員幫助轉（zhuǎn）動絲杆，效率低下。（２）由於電機運行平穩，避免了人工轉動絲杆時產生的主軸運動不平穩現象，使精度（dù）檢查數值更加可信。（３）該方法成本低，同時可以作為一種設備，在其它類（lèi）似機床（chuáng）裝配時使用。

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