氣膜冷卻孔電火花加工用主軸機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)性能、可靠性和成本的決定性因素。為了使葉片在高溫環(huán)境中穩(wěn)定可靠的工作，目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用氣膜冷卻技術(shù)對(duì)葉片進(jìn)行降溫。氣膜冷卻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于氣膜孔的加工。渦輪葉片氣膜孔孔徑為Φ0.2mm～Φ0.8mm，深徑比為5～8，單個(gè)葉片上數(shù)量達(dá)到幾十到幾百個(gè)，高性能主軸是保證電火花加工氣膜孔質(zhì)量與效率的關(guān)鍵部件。利用中空管狀電極高壓內(nèi)沖液的電火花穿孔加工，可及時(shí)更新工作液并快速排出電蝕產(chǎn)物，通過細(xì)長電極旋轉(zhuǎn)和軸向伺服進(jìn)給，可

2、實(shí)現(xiàn)氣膜孔的高效批量化加工。因此設(shè)計(jì)一種可實(shí)現(xiàn)不同直徑管狀電極夾持與高壓工作液供給（P≤10MPa），同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電極自動(dòng)補(bǔ)償功能的高精度旋轉(zhuǎn)主軸，對(duì)于提高氣膜孔加工的自動(dòng)化程度及批量化加工效率具有重要意義。
　　通過國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)調(diào)研和清華大學(xué)制造工程研究所微納制造實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備使用情況，得到主軸機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)、功能需求，按功能分模塊對(duì)高速電火花加工主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。提出一種可實(shí)現(xiàn)Φ0.3mm～Φ0.8mm管狀電極穩(wěn)定夾持

3、、沖液壓力連續(xù)可調(diào)范圍為0～10MPa、高精度旋轉(zhuǎn)及損耗自動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹鬏S機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并且對(duì)加工中管狀電極振動(dòng)影響氣膜孔加工精度機(jī)理就行了深入的分析。
　　該主軸采用單通道旋轉(zhuǎn)接頭和高性能導(dǎo)電滑環(huán)實(shí)現(xiàn)了工作液壓力（≤10MPa）持續(xù)供給和加工電源（U≤300V、I≤30A）的穩(wěn)定引入；通過八瓣彈性夾子和柔性氣囊實(shí)現(xiàn)不同直徑管狀電極的夾持，配合蠕動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了管狀電極損耗的自動(dòng)補(bǔ)償；高精度旋轉(zhuǎn)角接觸軸承和小間隙導(dǎo)向器的選取實(shí)現(xiàn)了管狀

4、電極的高精度旋轉(zhuǎn)。利用Ansys Workbench有限元分析軟件分析了導(dǎo)向間隙、沖液壓力、加工深度、電極懸長、主軸轉(zhuǎn)速、放電間隙等關(guān)鍵因素對(duì)放電加工狀態(tài)下管狀電極振動(dòng)的影響規(guī)律及其作用曲線。并且對(duì)主軸機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零部件的應(yīng)力、應(yīng)變以及最大變形量進(jìn)行了數(shù)值仿真分析，實(shí)現(xiàn)了零件結(jié)構(gòu)、尺寸優(yōu)化。
　　通過陣列孔加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了主軸機(jī)構(gòu)的加工性能。選用直徑Φ0.3mm～Φ0.8mm、長為400mm的黃銅管狀電極，在厚度為3mm的高溫鎳基合金