便携式、多功能、模块化、小型数控电火花加工机床系列的开发研制.pdf

工 艺 装备 电 加工与模具 2 0 1 5 年 第6 期 便携式、 多功能、 模块化、 小型数控 电火花加工机床系列的开发研制 刘晋春 ， 韦东波 ， 自鹏翰 ， 李喜 东 ，张建平 1 ． 哈尔滨工业大学机电工程学院 ， 黑龙江哈尔滨 1 5 0 0 0 1 ； 2 ． 黑龙江省科学院 自动化研究所 ， 黑龙江哈尔滨 1 5 0 0 9 0 摘要 目前 ， 电火花加 工机床 主要 以大、 中型为主 ， 当加工尺寸较 小以及要 求加工后 能在位测 量工件时， 会存在大材 小用或加工不便 的问题。为此 ， 研制 了两个系列的便携式、 多功能、 模块化 、 小型数 控 电火花加 工机 床 。 关键词 多功能 ； 模块化 ； 积木式 ； 小型数控电火花加工机床 中图分类号 T G 6 6 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 2 7 9 X 2 0 1 5 0 6 0 0 5 5 0 4 De s i g n a n d M a n u f a c t u r e o f M i n i a t u r e EDM NC Ma c h i n e S e r i e s wi t h Por t a bi l i t y， M u l t i f u nc t i o n an d M o du l a r i z a t i on L i u J i n c h u n ， We i Do n g b 0 ， Z i P e n g h a n ， L i Xi d o n g 2 , Z h a n g J i a n p i n g 1 ． S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ， H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ， C h i n a ； 2 ． T h e I n s t i t u t e o f A u t o m a t i o n He i l o n g j i a n g A c a d e my o f S c i e n c e s ， Ha r b i n 1 5 0 0 9 0 ， C h i n a Ab s t r a c t No wa d a y s ， mo s t EDM ma c h i n e s a r e l a r g e a n d me d i u m s i z e d ． Ho we v e r ， w h e n t h e d i me n s i o n o f wo r k p i e c e i s s ma l l o r t h e ma c h i n i n g v e l o c i t y i s h i g h， t h e r e wi l l b e s o me p r o b l e ms s u c h a s r e s o u r c e s wa s t e a n d ma c h i n i n g i n c o n v e n i e n c e a n d S O o n ．T h u s ， w e d e s i g n e d a n d ma n u f a c t u r e d t wo k i n d s o f mi n i a t u r e EDM NC ma c h i n e s e r i e s wi t h p o r t a b i l i t y， mu h i f u n c t i o n a n d mo d u l a r i z a t i o n ． Ke y wo r d s p o r t a b i l i t y ； mu h i f u n c t i o n； mo d u l a r i z a t i o n； mi n i a t u r e EDM NC ma c h i n e s 1 研发的必要性 社会需求和意义 目前市场上的电火花加工机床 ，一般都是大 、 中型的 ， 体积较大 ， 结构复杂 ， 售价较高 ， 维修不易 。 这形成 了三方 面的矛盾 一是有很大部分 电火花加 工的零件 、 产品是小型的 ， 尺寸 、 质量都不大 ， 用大 、 中型机床加工是大材小用 ， “ 杀鸡用牛刀” ，实际上 是资源和经济上 的一种浪费 ； 二是广大设立机械制 造工艺专业 的高校 、 大专及高级职业 学校等 ， 都开 设 了电火花加工 、 特种加工 等课 程 ， 迫切需要进行 多种 电火花加工教学实验 ， 但没有生产任务， 因此一 般不需要购买大 、中型昂贵 的电火花加工机床 ， 有 些院校虽买得起 ， 但一 旦机床 出现了故障 ， 往往 修 不起 、 养不起 ； 其三 ， 现有的电火花加工机床功能偏 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 0 1 第一作者简介 刘晋春 ， 男 ， 1 9 2 8年生 ， 教授。 单一 ， 缺乏工具电机可回转 、 可振动的附件 ， 且很难 在加工后对加工表面进行在位 、 在线测量等 。 为此， 哈尔滨工业大学特种加工及机 电控制研 究所开发研制 出一系列便携式 、 多功能 、 模块化 的 小型数控电火花加工机床 。它又分为两大类 第一 类是重新设计研制机体和整体 的便携式精密 、 微细 数控 电火花加工机床 ；第二类是利用现有部件 、 产 品为机体 的积木式 、 多功能 、 小 型数控 电火花加工 机床。本文主要论述第二类多功能 、 模块化、 积木式 小型数控电火花加工机床。 其中 ， 第二类多功能 、 模块化 、 积木式小型数控 电火花加工机床又可分为两个系列。图 l 是第一系 列， 特点是它们 的基体都很简单。图 1 a以磁性块为 底座 千分表磁性底座 积木式组装 成的单轴小 型 数控电火花加工机床 。电火花加工主轴由二相步进 电机 、 滚珠丝杠 、 直线导轨 、 滑块组成。滑块上积木 式地安装可旋转或能振动的工具电极 。图 1 b以方 一 5 5 电 加工与模具 2 0 1 5 年第6 期 工 艺 装备 以磁 性块 为基体 ， 单轴 HI T EDMl A 数控 HI T EDM l B HI T EDM一1 C 同 上 同上 可 1 2 8细分 ， 用编程实 现伺服进给 ， 可用控制 器进行编程 ， 实现进退 、 快慢和进给距离 可 1 2 8细分 ， 用分立元 件硬件实现伺服进给 兼具 1 A、 l B两种功能 HI T EDM一1 D以 笔 ， 姜 Y H 一 一 动 、点 位 制 数 控 ，或 、 三 轴 电 火 花 加 工 机 床 三 磊 ， 、 y 、 以显微镜为基体 ， z轴数 HI T EDM- 2 A 控伺 服， x、 l ， 轴手动 以显微镜为基体 ， z轴数 控伺服 ， X、 y轴软轴数 控驱动 ， 可点位制 x、 y HI T EDM一 2 B 二轴数控或视配置 、 y 二轴联动插补 ， 或 、 y、 Z三轴联动插补 去除断钻头或丝锥 、 现 场教学实验或供师生科 研开发 同上 同上 开设 教学实验 ， 在 此三 轴数控机床裸机 的基础 上 ， 可作为师生进一步 自行开发脉冲电源及数 控 系统等 ， 实现电火花 摇动加工 、 电火花铣削 、 自适应控制系统等 可用 目镜物镜光学放 大 5 0 - 1 0 0 0倍观测加工表 ，实 一 测 _ 同 上 化 。可加装 C C D附件 ， 在计算 机屏幕 上观测加 工表面 同上 ， 但有较高的 自动 化程度。视配置不同或 用户 自行开发 ， 可实现 小孔阵列加工 、 数控摇 同 HI T E D M一 1 C型机床 动加工 、 数控 电火花铣 削等 以及研究 自适应控 制 系统等 同上 同上 8 5 o o元 8 58 0元 9 58 0元 Z轴数控伺服 ， 、 Y轴 手动 1 5 0 0 0元 Z轴数控 伺服 ， X、 轴 点位制 数控 2 0 0 0 0元 其他面议 自用 自用 【 注】 表中所有机床都具有 1 ． 工具 电极可高速转动附件 ， 可反铐修 正工具 电极 圆度 ， 可在线加工精微 小孔 ； 2 ． 可添加工具 电极工频振动或超声振动 的附件 ； 3 ． 数控进给系统均可细分 ， 可重新设置实现单 步进给量为 l O 、 5 、 1 、 0 ． 5 、 0 ． 2 5 、 0 ． 1 2 5 m； 4 ． 均 为 R C电路脉冲 电源 ， 分粗 、 中、 精三挡规准 。用户可配置或 自行研制其他类型的脉冲电源； 5 ． 均附有工作液槽盒和小型工作液泵 ， 携程为0 ． 5 m， 工作液一般可用 自来水 。 上述机床主要供我校师生进行 电火花加工教 学实验和科学研究之用。由于它价格较便宜 ， 性能 价格 比很高 ， 又是手提便携式机床 ， 因此我校除了 对本科生用作课堂现场教学外 ，还拟成批生产 ， 作 为 中高年级 本科 生对 电火花加工技术课外爱好和 创新活动的实践平台。对电火花加工方 向的研究生 则争取做到“ 人手一台” ， 使他们在论文工作中深化 理论认识 ， 培养他们 的实践动手能力 ， 为我 国的电 火花加工技术和人才培养多做一份贡献。希望细小 美丽的电火花能开遍祖 国大地 ， 星星之火燎遍 中华 原野 ～ 58