大导程滚珠螺母滚道电解加工机床.pdf

工 艺 装备 电 加工与模具 2 0 1 6 年 第1 期 大导程滚珠螺母滚道电解加工机床 刘桂 贤， 张永俊 ， 罗红平 ， 周 超 ， 王亚南 ， 张传运 广东工业大学机电工程学院， 广东广州 5 1 0 0 0 6 摘要 为 了实现 电解加 工大导程 滚珠螺母 滚道 ，研 制 了专用的数控 电解加 工机床 。基 于 L a b V I E W 与状态图工具箱设计开发 了机床的控制系统软件 ， 具有运动控制功能、 电解液供给功能、 电源参数设定与监控功能， 提高了电解加 工系统的灵活性与可拓性。通过对电解加工机床结构、 控 制系统的设计及工艺试验的介绍， 证 明该机床可实现任意导程滚珠螺母滚道的电解加工。 关键词 大导程滚珠螺母 ； 滚道 ； 电解加工机床 ； L a b V I E W 中图分类号 T G 6 6 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 2 7 9 X 2 0 1 6 0 1 一 O 0 5 9 0 3 E l e c t r o c h e mi c a l M a c h i n e To o l f o r M a n u f a c t u r i n g La r g e - l e a d Ba l l Nu t Ra c e wa y L i u G u i x i a n ， Z h a n g Y o n g j u n ， L u o H o n g p i n g ， Z h o u C h a o ， Wa n g Y a n a n ， Z h a n g C h u a n y u n S c h o o l o f E l e c t r o - me c h n i c a l E n g i n e e ri n g ， G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e a l i z e t h e e l e c t r o c h e mi c a l ma c h i n i n g o f l a r g e - l e a d b all n u t s r a c e w a y ， t h e s p e c i a l e l e c t r o c h e mi c al ma c h i n e t o o l f o r ma n u f a c t u rin g l arg e - l e a d b a l l n u t r a c e wa y i s d e v e l o p e d ．T h e c o n t r o l s y s t e m o f t h e ma c h i n e t o o l i s d e s i g n e d b a s e d o n L a b VI E W a n d s t a t e d i a g r a m．T h e ma c h i n e p o s s e s mo t i o n c o n t r o l f u n c t i o n， e l e c t r o l y t e s u p p l y f u n c t i o n， p o we r p ara me t e r s e t t i n g a n d mo n i t o rin g f u n c t i o n s ， w h i c h i mp r o v e t h e fl e x i b i l i t y a n d e x t e n s i o n o f e l e c t r o l y t i c p r o c e s s s y s t e m．T h e s t r u c t u r e d e s i gn ， c o n t r o l s y s t e m d e s i g n a n d t h e p r o c e s s e x p e rime n t o f e l e c t r o c h e mi c al ma c h i n e t o o l we r e i n t r o d u c e d． wh i c h p r o v e d a r b i t r a r y l e a d b a l l n u t r a c e wa y c a n b e ma c h i n e d b y t h e e l e c t r o c h e mi c al ma c h i n e t o o 1 ． Ke y wo r d s l a r g e - l e a d b a l l n u t ； r a c e w a y ； e l e c t r o c h e mi c al ma c h i n e t o o l ； L a b VI EW 大导程滚珠螺母是丝杠副 的关键零部件 ， 广泛 应用于数控机床、 工业机器人等领域 。滚珠螺母滚 道的常用加工方法有车削一 磨削工艺【 1 - 2 1 。由于加工 过程 中存在磨杆与螺母 内壁的干涉问题 ， 使滚珠螺 母 的螺旋升角受到限制 ， 对于螺旋升角 1 7 。 的螺母 滚道加工非常困难。 电解加工是利用金属在外 电源作用下 ， 在电解 液中发生阳极溶解的原理 ， 将零件加工成形 的一种 特种加工技术。电解加工 以工具 电极无损耗 、 无加 工残余应力 、不受材料硬度及切削性能的影 响、 加 工表面质量好等优点 ，广泛应用于国防工业领域 ， 成为制造发动机叶片等零部件的主要方法之一。基 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 0 1 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 1 0 5 0 8 0， 5 1 2 0 5 1 3 7 第一作 者简介 刘桂贤 ， 男 ， 1 9 8 7年生 ， 博士研究 生。 于 P L C或虚拟仪 器技 术 L a b v i e w开发 的电解加 工 控制系统 ， 其开放性 与可拓性在 电解加工工艺实验 中得到了验证 。刘海拥等对球头 阴极 电解加工做 了深入的研究 ，其工艺特点在 于加工灵活性强 ， 对 于加工复杂三维 曲面具有很好的实用价值[6 3 。 针对机械加工滚珠螺母滚道的技术难点 ， 本文 提出了电解展成加工大导程滚珠螺母滚道的新技 术 ， 并可实现任意导程滚珠螺母滚道的加工。 1 机床结构及控 制系统的设计 图 1是数控 电解展成加工大导程滚珠螺母滚 道的示意图。球头阴极固定在阴极导杆上 ， 阴极导 杆与滚珠螺母 的轴心线平行 ； 滚珠螺母装夹在三爪 卡盘上， 卡盘由伺服电机驱动。脉冲电解电源的正、 负极分别 与工件、 工具电极连接 。一定压力的电解 液经过球头阴极 的斜喷嘴进入加工间隙。通过调节 一 5 9 电 加工与模具 2 0 1 6 年第1 期 工 艺 装备 苣 襄 孔数 ／ 个 图 7 超声振动对切削力 的影 响 证了超声振动可提高加工效率的结论 。而施加负载 匹配系统后 ， 由于负载匹配系统对加工效率 占主导 作用 ，超声振动对加工效率的影响则不再明显 ， 甚 至偶而会出现与没有负载匹配系统相反的情况 。 口 量 置 吕 褂 袋 H 器 1 2 3 组数 图 8加 工 效 率影 响实 验 结 果 由于条件限制 ， 后续工作 中会逐步探 索不同程 度负载力对加工质量的影响 ， 并努力优化 负载匹配 系统 ， 进一步提高位移和力 的控制精度。 4 结论 1 自行设计 的旋转超声辅助加工装 置能独立 完成硬脆材料石榴石微波铁氧体制孔实验 。 2 旋转超声辅助磨削石榴石铁 氧体材料 ， 可 有效地大幅降低加工过程中的切削力 。 3 将旋转超声加工技术同负载匹配加工技术 结合 ，在保证刀具安全和材料加工质量的前提下 ， 可大幅提高石榴石铁氧体的材料去除效率 。 参 考文 献 [ 1 】 郭 防， 田欣利 ， 张保 国 ， 等． 超声振动在非金属 硬脆 材料 加工中的应用[ J ] ． 新技术新工艺 ， 2 0 0 9 9 1 4 1 9 ． 【 2 】 A G AR WA L A S ，R A O P V ． G ri n d i n g c h a r a c t e ri s t i c s ， ma t e r i al r e mo v a l a n d d a ma g e f o r ma t i o n me c h a n i s ms i n h i g h r e m o v a l r a t e g r i n d i n g o f s i l i c o n c a r b i d e [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f Ma c h i n e t o o ls a n d M a n u f a c t u r e ， 2 0 1 0 ， 5 0 1 2 1 07 7-1 08 7． 一 66 一 【 3 】 C H E N J i a n y i ， S HE N J i a n y u u ， H U A N G Hu i ， e t a1． G ri n d i n g c h a r a c t e ri s t i c s i n h i g h s p e e d g ri n d i n g of e n g i n e e rin g c e r a m i c s w i t h b r a z e d d i a m o n d w h e e l s ] ． J o u rnal of m a t e ri a l s P r o c e s s i n g T e e h n o bg y ， 2 0 1 0 ， 2 1 0 6 - 7 8 9 9 9 0 6 ． f 4 】 董颖怀 ， 张晓峰 ， 房丰洲 ， 等． 硬脆材料超声辅 助复合加 工机床及其工艺研究[ J 】 ． 华 中科技大学学 报 自然 科学 版 ， 2 0 1 2 ， 4 0 增 刊 Ⅱ l 1 3 一 l 1 6 ． 【 5 ] WA N G Y a n , L I N B i n ， Z H A N G X i a o f e n g ． R e s e arc h o n t h e s y s t e m ma t c h i n g mo d e l i n u l t r a s o n i c v i b r a t i o n- a s s i s t e d g r i n d i n g[ J ] ． I n t e rna t i o n al J o u r n al of A d v a n c e d Ma n u f a e t u r i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 1 4 ， 7 0 1 4 4 9 4 5 8 ． 【 6 】 张建华 ， 张勤河 ， 贾 志新 ， 等． 超声加 工后期 陶瓷孔的破 损l J 】 ． 山东工业大学学报 ， 1 9 9 6 ， 2 6 2 1 0 4 - 1 0 8 ． 【 7 】 N G S J ， L E D T， T U C K E R S R， e t a1． C o n t r o l o f m a c h i n i n g i n d u c e s e d g e c h i p p i n g o n g l a s s c e r a mi c s [ C ] | t o c e e d - i n g s o f t h e 1 9 9 6 AS ME I n t e r n a t i o n a l Me c h a n i c al E n g i ． n e e fi n g C o n g r e s s a n d E x p o s i t i o n ． Atl a n t a， US A ， 1 9 9 6 2 2 9 - 2 3 6 ． [ 8 】 L I U D e f u ， C O N G W L ， P E I Z J ， e t a 1 ．A c u t t i n g f o r c e mo d e l f o r r o t a r y u l t r a s o n i c ma c h i n i n g o f b rit t l e ma t e ri a l s 『 J 1 ． I n t e rna t i o n a l J o u r n al of Ma c h i n e T o o l s a n d Ma n u f a c t u r e， 2 0 1 2， 5 2 1 7 7 8 4 ． [ 9 ] P E I Z J ， F E R R E I R A P M． A n e x p e ri m e n t al i n v e s t i g a t i o n o f r o t a r y u l t r a s o n i c f a c e m i l l i n g [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f Ma c h i n e T o o l s a n d Ma n u f a c t u r e ， 1 9 9 9， 3 9 8 1 3 2 7 1 3 4 4 ． [ 1 O ] 轧刚 ， 秦华伟 ， 许永娃 ， 等． 旋转超声波加工的试验研究 [ J ] ． 航空制造技术， 2 0 0 6 6 5 6 5 9 ． 【 1 1 】 汪心立 ， 张建华 ， 张勤河 ， 等． 超声振动辅助端面磨削表 面温度 场研究【 J ] ． 武汉理工 大学学报 交 通科学与工程 版 ， 2 0 0 9， 3 3 3 5 41 5 4 4 ． 上接 第 6 1页1 参考文献 [ 1 ] H A R AD A H， K AG I WA D A T ． G ri n d i n g of h i g h - l e a d a n d g o t h i c - a r e p r o fi l e b all - n u t s w i t h f r e e q u i l 1 一 i n c 1 i n a t i o n [ J 】 ． P r e c i s i o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 4 ， 2 8 2 1 4 3 - 1 5 1 ． [ 2 】 涂 兴凯 ， 王华权 ， 熊慧 瑁． 大导 程滚珠螺母 内滚 道的成 型方法研究[ J ] ． 机床 与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 6 1 6 - 1 8 。 【 3 】 徐 正扬 ， 朱荻 ， 史先传 ． 基 于 L a b V l E W／ F l e x m o t i o n电解 加工机床控 制系统软件的设计[ J ] ． 计 算机与应用化 学 ， 2 0 0 7， 2 4 4 5 3 9 5 4 2 ． 【 4 ] 丁 苏赤 ， 陈远 龙 ， 万胜美 ． 电解 加工机 床 P L C控制 系统 的设计与实现f J 】 ． 电加工与模具 ， 2 0 0 5 4 5 3 5 6 。 [ 5 】 陈远龙 ， 王天霁 ， 万胜美 ． 基 于 P L C和触摸屏技 术的数 控 电解加工 机床研 制[ J ] ． 电加工 与模 具 ， 2 0 0 5 3 5 6 - 5 9 ． 【 6 ] 刘海拥 ， 康敏 ， 傅 秀清 ， 等． 球 头阴极 电解 加工工艺参数 对 表面粗 糙度 的影 响[ J ] ．电加 工与模 具 ， 2 0 1 0 2 5 6 5 9 ． 5 O 5 O 5 0 5 O 3 3 2 2 l l O