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

1、航空發(fā)動機是飛機性能、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)動機主要采用氣膜冷卻技術(shù)對葉片進行降溫。氣膜冷卻技術(shù)實現(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，單個葉片上數(shù)量達到幾十到幾百個，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，可及時更新工作液并快速排出電蝕產(chǎn)物，通過細長電極旋轉(zhuǎn)和軸向伺服進給，可

2、實現(xiàn)氣膜孔的高效批量化加工。因此設(shè)計一種可實現(xiàn)不同直徑管狀電極夾持與高壓工作液供給（P≤10MPa），同時可實現(xiàn)電極自動補償功能的高精度旋轉(zhuǎn)主軸，對于提高氣膜孔加工的自動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)研和清華大學制造工程研究所微納制造實驗室現(xiàn)有設(shè)備使用情況，得到主軸機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)、功能需求，按功能分模塊對高速電火花加工主軸進行設(shè)計、分析和優(yōu)化。提出一種可實現(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)及損耗自動補償?shù)闹鬏S機構(gòu)設(shè)計方案，并且對加工中管狀電極振動影響氣膜孔加工精度機理就行了深入的分析。
　　該主軸采用單通道旋轉(zhuǎn)接頭和高性能導電滑環(huán)實現(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現(xiàn)不同直徑管狀電極的夾持，配合蠕動進給機構(gòu)實現(xiàn)了管狀電極損耗的自動補償；高精度旋轉(zhuǎn)角接觸軸承和小間隙導向器的選取實現(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)鍵因素對放電加工狀態(tài)下管狀電極振動的影響規(guī)律及其作用曲線。并且對主軸機構(gòu)的關(guān)鍵零部件的應(yīng)力、應(yīng)變以及最大變形量進行了數(shù)值仿真分析，實現(xiàn)了零件結(jié)構(gòu)、尺寸優(yōu)化。
　　通過陣列孔加工實驗驗證了主軸機構(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