大型卧式数控电解加工机床的导电轴研究

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大长径比的异形内螺旋深孔类零件在石油钻采、航空航天等领域应用广泛。因材料硬度高、内螺旋线结构复杂,传统机械加工无法满足实际加工需求。而电解加工具有不受材料力学性能限制、无切削应力、加工效率高等优点,成为该类零件不可替代的加工方式。导电轴作为大型卧式数控电解加工机床的核心部件,其导电、旋转、密封性能的优劣直接影响电解加工的稳定性和加工质量,甚至决定了电解加工能否正常进行。现有的导电轴在大电流、长时间连续工作后,存在发热变形严重,甚至发生烧蚀的问题。为了实现导电轴在大电流条件下长时间稳定运行,论文分析了电解加工对设备的要求及导电轴的工作特点,提出了一种适用于大型卧式数控电解加工机床的导电轴方案,建立了导电轴的几何模型;通过有限元分析软件,开展了导电轴的静态特性及动态特性的研究,初步验证了导电轴设计方案的合理性;对电解加工过程中导电轴的温度场进行了仿真分析,优化了散热装置,提升了导电轴的散热性能。主要研究内容如下:采用仿真软件结合对比分析的方法,对导电轴的不同方案进行研究,确定了适用于大型卧式数控电解加工机床的导电轴总体方案。设计了导电轴关键结构,建立了导电轴三维模型。进行了导电轴静态特性的仿真研究,得到了等效应力及等效变形;对导电轴的动态特性进行了仿真分析,得到其低阶固有频率和振型,结果表明导电轴抗振性能良好,初步验证了导电轴结构设计的合理性。建立了导电轴的热电耦合模型,开展了不同工况对导电轴温度场影响的仿真研究,通过对导电轴温度场的分析,揭示了导电轴的温度场分布规律;建立了导电轴热结构耦合模型,分析了导电轴温度场对结构的影响,针对导电轴热变形过大的问题,提升了导电轴的散热性能,降低热变形,使其满足使用要求。最后,将本研究设计的导电轴装置应用于自主研制的大型卧式数控电解加工机床,在电流15000A、进给速度5mm/min的条件下,完成了内径160mm,长度4000mm的异型内螺旋线深孔零件加工试验,连续加工14h后,导电轴工作稳定,未出现烧蚀短路故障,验证了设计的导电轴能够满足实际加工要求。
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