大型精密电火花成形加工机床的热态及动态特性研究
发布时间：2021-07-28 09:22
整体式涡轮盘是现代航天发动机的核心部件,通常由难加工的高温合金制成,且结构复杂。传统的机械加工方法对该类零件的加工能力较差,目前大型电火花成形加工机床已逐步成为整体式涡轮盘等大型复杂零件的主流加工装备。该类零件的特点是加工精度高、周期长,这对电火花加工机床的精度、效率和稳定性提出了更高的要求。对于中小型电火花加工机床,其热变形和振动问题与金属切削机床相比体现得较不明显,因此,人们对电火花加工机床的热态和动态特性关注也较少。然而,大型电火花加工机床的加工面积大、连续加工时间长、运动部件的质量大,主轴的热变形和振动会造成主轴头的位移和动力学特性的变化,已经成为影响加工精度和稳定性的主要原因之一,必须引起足够的重视。在热态方面,长时间大面积加工时积累的热量会导致主轴的热变形;在高速抬刀时,系统的大惯量会使主轴部件发热明显,也会降低加工精度。在动态方面,在高速抬刀运动中,尤其在使用大尺寸电极加工时,电极的液动力会造成主轴头的振动和冲击,进而改变间隙放电状态,影响加工效率和稳定性。为此,本文结合电火花加工的特点,以A2190大型牛头滑枕式精密六轴联动电火花成形加工机床为研究对象,对大型电火花成形...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
A2190大型电火花成形加工机床Fig.1-1TheA2190largedie-sinkingEDMmach
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-件的成形加工。图1-2为该机床加工的典型零件——整体式涡轮盘。该大型机床与中小型机床的区别主要在于：（1）工作台固定不动，主轴安装在重型悬臂上，悬臂可进行横向机动调整；（2）加工面积大，加工电流大，最大加工电流可达200A；（3）主轴系统中运动部件的质量大，电极、主轴立柱及附件的重量约为500kg；（4）工作液用量大，储油箱容积为7000L。图1-1A2190大型电火花成形加工机床图1-2整体式涡轮盘Fig.1-1TheA2190largedie-sinkingEDMmachineFig.1-2Integralturbinedisk1.1.3研究的目的及意义电火花加工是一个动态的过程，机床热态及动态特性的实时变化会对加工精度及其稳定性等造成很大影响。本课题的研究思路见图1-3。在生产实践中，人们越来越多地发现大型精密电火花加工机床的热态特性对加工精度的影响日益突出[15]。本文研究的机床热态特性主要指机床的温升和热变形随时间的变化规律。对电火花加工机床而言，机床热变形是指电极相对于工作台的位移，也就是主轴端部相对于工作台在各轴向的位移[16]。电火花加工机床的热源与金属切削机床类似，分为外部热源和内部热源。内部热源指加工热、各轴驱动电机、轴承发热、滚珠丝杠副摩擦生热和导轨摩擦热等。大型电火花加工机床的加工区域大，且放电加工区的温度高。一般而言，加工一个涡轮盘的用时约为几百个小时，则在长时间加工时工件和电极加工表面的累积温度很高[17]。对于电火花成形加工机床而言，主轴一般不存在高速旋转运动只有往复抬刀运动。大型电火花加工机床普遍采用承载能力大的旋转电机和滚珠丝杠传动系统，这种驱动方式下，当抬刀速度大于80mm/s时，称为高速抬刀运动。由于大型机床的主轴驱动系统负载较大而且加工时间普遍较长，
第1章绪论-3-加工误差。环境温度属于外部热源，对机床每个部件的热稳定性都有一定的影响[19,20]。在研究其他热源引起的误差时，环境温度的改变增加了测量的不确定性[21]。分析在不同工况下的机床温度场和热变形的变化规律，可为多工况的热变形建模提供理论指导。图1-3本课题的研究思路Fig.1-3Researchideaoftheissue电火花加工机床主轴的移动是不连续的非线性运动。大型电火花加工机床靠移动主轴校正电极位置[22]，而且主轴惯量很大，加工过程中主轴抬刀运动与机床的动态特性密切相关。目前，抬刀运动的速度规划算法中，其加加速度多数是不连续的，电极反复地上升和下降会引起机床换向冲击和振动，导致放电间隙状态不稳定，从而造成不稳定加工[23]。尤其对于精密电火花加工机床，主轴的振动甚至会造成电极和工件表面的接触碰撞，降低加工表面质量[24]。电极在抬刀过程中和加工完退回直至离开工作液的整个过程中，主轴箱部件除了受到重力和运动产生的惯性力外，工作液对工具电极的作用力也不容忽视[25]。据学者统计，电极面积在500cm2时，产生的液压冲击可达3000N[26]，产生的瞬间压力差对伺服系统的干扰很大。因此研究主轴工具电极的受力及其对整机动态特性的影响有重要意义。综上所述，加工区形成的高温热源、抬刀运动时主轴驱动系统的发热、环境温度的变化，主轴高速抬刀运动引起的冲击和振动及工具电极受到的液动力引起的振动等都与机床的热态及动态特性密切相关。电火花加工机床主轴的热
【参考文献】：
期刊论文
[1]季节冻土区公路隧道三维温度场时空分布规律[J]. 张玉伟,宋战平,赖金星,李又云. 公路交通科技. 2020(04)
[2]放电位置随机分布的电火花线切割加工仿真模型[J]. 白宇飞,王振龙,赵朝夕,王玉魁. 机械工程学报. 2019(17)
[3]大型精密六轴联动电火花加工机床精度误差模型研究[J]. 丁连同,刘建勇,蔡延华,李艳,李勃然,左建辉. 电加工与模具. 2018(S1)
[4]用于电火花加工抬刀运动的速度规划算法[J]. 刘宏达,陈昊,陈默,奚学程,赵万生. 电加工与模具. 2016(03)
[5]大型牛头滑枕式电火花加工机床的动态特性测试与分析[J]. 刘建勇,翟力军,王敏达,丁连同,冯猛. 电加工与模具. 2015(01)
[6]精密电火花成型机床主轴支承系统的动态性能分析[J]. 徐欣,郑小艳. 机械工程师. 2014(05)
[7]基于可编程运动控制器的电火花加工高速抬刀控制系统[J]. 梁速,赵万生,康小明. 上海交通大学学报. 2012(09)
[8]整体叶轮电火花加工技术研究[J]. 杨大勇,李艳,杨立光,任连生,王淑凤,伏金娟,刘建勇,李勇. 航空制造技术. 2012(15)
[9]电火花成形机床热变形影响因素的分析[J]. 卢智良,徐明,叶军,康乐,朱红敏,蔡立. 电加工与模具. 2010(06)
[10]CFD modeling of pressure drop and drag coefficient in fixed beds:Wall effects[J]. Rupesh K.Reddy,Jyeshtharaj B.Joshi. Particuology. 2010(01)
博士论文
[1]微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D]. 崔景芝.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]大型梁柱复合式龙门电火花机床设计研究[D]. 丰树礼.广东工业大学 2014
[2]电极抬刀运动与电火花加工性能研究[D]. 储召良.上海交通大学 2013
本文编号：3307652
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
A2190大型电火花成形加工机床Fig.1-1TheA2190largedie-sinkingEDMmach
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-件的成形加工。图1-2为该机床加工的典型零件——整体式涡轮盘。该大型机床与中小型机床的区别主要在于：（1）工作台固定不动，主轴安装在重型悬臂上，悬臂可进行横向机动调整；（2）加工面积大，加工电流大，最大加工电流可达200A；（3）主轴系统中运动部件的质量大，电极、主轴立柱及附件的重量约为500kg；（4）工作液用量大，储油箱容积为7000L。图1-1A2190大型电火花成形加工机床图1-2整体式涡轮盘Fig.1-1TheA2190largedie-sinkingEDMmachineFig.1-2Integralturbinedisk1.1.3研究的目的及意义电火花加工是一个动态的过程，机床热态及动态特性的实时变化会对加工精度及其稳定性等造成很大影响。本课题的研究思路见图1-3。在生产实践中，人们越来越多地发现大型精密电火花加工机床的热态特性对加工精度的影响日益突出[15]。本文研究的机床热态特性主要指机床的温升和热变形随时间的变化规律。对电火花加工机床而言，机床热变形是指电极相对于工作台的位移，也就是主轴端部相对于工作台在各轴向的位移[16]。电火花加工机床的热源与金属切削机床类似，分为外部热源和内部热源。内部热源指加工热、各轴驱动电机、轴承发热、滚珠丝杠副摩擦生热和导轨摩擦热等。大型电火花加工机床的加工区域大，且放电加工区的温度高。一般而言，加工一个涡轮盘的用时约为几百个小时，则在长时间加工时工件和电极加工表面的累积温度很高[17]。对于电火花成形加工机床而言，主轴一般不存在高速旋转运动只有往复抬刀运动。大型电火花加工机床普遍采用承载能力大的旋转电机和滚珠丝杠传动系统，这种驱动方式下，当抬刀速度大于80mm/s时，称为高速抬刀运动。由于大型机床的主轴驱动系统负载较大而且加工时间普遍较长，
第1章绪论-3-加工误差。环境温度属于外部热源，对机床每个部件的热稳定性都有一定的影响[19,20]。在研究其他热源引起的误差时，环境温度的改变增加了测量的不确定性[21]。分析在不同工况下的机床温度场和热变形的变化规律，可为多工况的热变形建模提供理论指导。图1-3本课题的研究思路Fig.1-3Researchideaoftheissue电火花加工机床主轴的移动是不连续的非线性运动。大型电火花加工机床靠移动主轴校正电极位置[22]，而且主轴惯量很大，加工过程中主轴抬刀运动与机床的动态特性密切相关。目前，抬刀运动的速度规划算法中，其加加速度多数是不连续的，电极反复地上升和下降会引起机床换向冲击和振动，导致放电间隙状态不稳定，从而造成不稳定加工[23]。尤其对于精密电火花加工机床，主轴的振动甚至会造成电极和工件表面的接触碰撞，降低加工表面质量[24]。电极在抬刀过程中和加工完退回直至离开工作液的整个过程中，主轴箱部件除了受到重力和运动产生的惯性力外，工作液对工具电极的作用力也不容忽视[25]。据学者统计，电极面积在500cm2时，产生的液压冲击可达3000N[26]，产生的瞬间压力差对伺服系统的干扰很大。因此研究主轴工具电极的受力及其对整机动态特性的影响有重要意义。综上所述，加工区形成的高温热源、抬刀运动时主轴驱动系统的发热、环境温度的变化，主轴高速抬刀运动引起的冲击和振动及工具电极受到的液动力引起的振动等都与机床的热态及动态特性密切相关。电火花加工机床主轴的热
【参考文献】：
期刊论文
[1]季节冻土区公路隧道三维温度场时空分布规律[J]. 张玉伟,宋战平,赖金星,李又云. 公路交通科技. 2020(04)
[2]放电位置随机分布的电火花线切割加工仿真模型[J]. 白宇飞,王振龙,赵朝夕,王玉魁. 机械工程学报. 2019(17)
[3]大型精密六轴联动电火花加工机床精度误差模型研究[J]. 丁连同,刘建勇,蔡延华,李艳,李勃然,左建辉. 电加工与模具. 2018(S1)
[4]用于电火花加工抬刀运动的速度规划算法[J]. 刘宏达,陈昊,陈默,奚学程,赵万生. 电加工与模具. 2016(03)
[5]大型牛头滑枕式电火花加工机床的动态特性测试与分析[J]. 刘建勇,翟力军,王敏达,丁连同,冯猛. 电加工与模具. 2015(01)
[6]精密电火花成型机床主轴支承系统的动态性能分析[J]. 徐欣,郑小艳. 机械工程师. 2014(05)
[7]基于可编程运动控制器的电火花加工高速抬刀控制系统[J]. 梁速,赵万生,康小明. 上海交通大学学报. 2012(09)
[8]整体叶轮电火花加工技术研究[J]. 杨大勇,李艳,杨立光,任连生,王淑凤,伏金娟,刘建勇,李勇. 航空制造技术. 2012(15)
[9]电火花成形机床热变形影响因素的分析[J]. 卢智良,徐明,叶军,康乐,朱红敏,蔡立. 电加工与模具. 2010(06)
[10]CFD modeling of pressure drop and drag coefficient in fixed beds:Wall effects[J]. Rupesh K.Reddy,Jyeshtharaj B.Joshi. Particuology. 2010(01)
博士论文
[1]微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D]. 崔景芝.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]大型梁柱复合式龙门电火花机床设计研究[D]. 丰树礼.广东工业大学 2014
[2]电极抬刀运动与电火花加工性能研究[D]. 储召良.上海交通大学 2013
本文编号：3307652
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3307652.html
