电火花小孔加工电极夹持机构的研究

摘要

电火花加工凭借非接触加工、宏观作用力小等特点奠定了其在小孔加工领域的优势地位。但由于电火花小孔加工使用的工具电极截面积小，电极损耗大，对于加工成批的小孔来说，频繁地更换电极将浪费大量的时间，降低了加工效率。因此，解决工具电极的在线补偿问题具有现实意义。
　　本文分析了电火花小孔加工中常用的工具电极夹具，并论述了其各自的工作原理、结构特点和应用范围。在分析几种夹具不足的基础之上，提出了几种可提高电火花小孔加工效率的电极夹持机构的设计方案。
　　本文设计并研制了用于普通电火花成形机上可以在线补偿电极的电极夹持机构。该机构主要分为机械和电气两部分，机械部分包括步进电机、电磁铁、摩擦轮、压紧弹簧等；电气部分由AT89S51单片机及驱动电路等组成。在加工中，该夹持机构安装在机床的主轴头上，可以夹持φ0.2～1mm的电极丝及截面为矩形的微小电极进行电火花加工。加工一段时间后，电极因轴向损耗而无法继续加工，此时可以控制该机构进行电极轴向长度的补偿，补偿后可以直接继续加工下一个工位，节省了更换电极而增加的辅助时间，实现了电极夹装一次，连续加工一批孔，提高了加工效率。
　　最后本文对所研制的工具电极夹持机构进行了相关工艺实验，并对单次补偿长度和重复定位精度的实验结果进行了分析，实验结果表明：单次补偿的电极偏差值小于0.2mm、重复定位精度小于0.15mm。

目录

电火花小孔加工电极夹持机构的研究

电火花小孔加工电极夹持机构的研究

Electrode Clamping Mechanism for EDM Small Hole drilling

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 电火花小孔加工

1.2.1 电火花小孔加工的新技术

1.2.2 电火花小孔加工的应用

1.3 电火花小孔加工电极夹持机构

1.3.1 电火花成形机通用夹具

1.3.2 电火花小孔加工组合夹具

1.3.3 气中放电小孔加工专用夹具

1.3.4 可补偿电极损耗的夹持机构

1.3.5 蠕动式电极进给机构

1.4 课题研究目的和意义

1.5 课题研究的主要内容

第2章 电极夹持机构总体方案的设计

2.1 驱动器的选择

2.1.1 夹紧驱动器

2.1.2 进丝驱动器

2.2 电极夹持机构的方案设计

2.2.1 三爪夹头夹紧方案

2.2.2 记忆合金夹紧方案

2.2.3 直流电机驱动方案

2.2.4 超声马达驱动方案

2.2.5 电磁铁夹紧方案

2.3 电极自动补偿夹持机构的控制

2.3.1 电极夹持机构的开环控制

2.3.2 电极夹持机构的闭环控制

2.4 本章小结

第3章 电极夹持机构的设计

3.1 机构主要参数的设计

3.1.1 步进电机的选取

3.1.2 电极夹持力的计算

3.1.3 弹簧的设计

3.1.4 电磁铁的选取

3.2 机械结构的造型设计

3.2.1 机构的装配设计

3.2.2 零件的精度设计

3.3 机构控制系统的设计

3.3.1 AT89S51单片机

3.3.2 编码键盘

3.3.3 步进电机驱动电路

3.3.4 电磁铁控制电路

3.3.5 串口通讯电路

3.3.6 控制系统软件的设计

3.4 本章小结

第4章 电极夹持机构加工实验

4.1 电极夹持加工实验

4.2 电极单次补偿长度的实验

4.2.1 补偿速度对单次补偿长度的影响

4.2.2 电极的直径对单次补偿长度的影响

4.3 重复定位精度的实验

4.3.1 电极直径对重复定位精度的影响

4.3.2 单次补偿长度对重复定位精度的影响

4.3.3 重复定位精度的测试

4.4 电极夹持机构的分析

4.5 本章小结

结 论

参考文献

附录1

附录2

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢