[发明专利]一种带阻尼功能的电火花沉积接触力控制装置

权利要求书

1.一种带阻尼功能的电火花沉积接触力控制装置，包括底座、滑台、砝码、夹持机构、角度调节装置以及与滑台连接的气动系统，所述滑台滑动设置在底座上，底座安装在角度调节装置上，砝码设置在滑台顶部，其特征在于：

所述夹持机构安装在滑台上，电极安装在夹持机构末端，电极的轴线方向与滑台的移动方向水平；

所述气动系统主要由气缸、单向节流阀、压力表和气门嘴组成，气缸的进气口和出气口通过两个方向相反的单向节流阀并联后连通，活塞两侧气缸内的气体压力相同，压力表用于实时监测气缸内的压强大小，气缸内的压强大小可通过向气门嘴充气来调整；通过调节单向节流阀的开度可调节气缸的阻尼作用，所述气缸的外壳安装在底座上，气缸的活塞杆与滑台相连，气缸活塞移动方向与滑台移动方向一致，活塞移动时带动滑台移动，从而带动电极上下移动；

在电火花沉积实验前，滑台上不施加砝码，电极与工件未接触，通过气门嘴向气缸内充气，调整气缸两侧的气体压强，使滑台的受力达到平衡；在电火花沉积实验时，在滑台上施加砝码，使滑台的受力平衡被打破，滑台向下移动，带动电极向下移动与工件接触形成接触力，电极与工件的接触力使滑台受力重新达到平衡，通过调整砝码重力即可调整电极与工件的接触力大小；在电火花沉积堆焊过程中，随着电极损耗，滑台向下移动受力重新达到平衡，可确保电极与工件的接触位置保持不变以及接触力的恒定；单向节流阀限制气体的流速，产生额外的阻力，能够对活塞的移动产生阻尼，抑制电极与工件运动过程中产生反冲力而引起的电极振动。

2.如权利要求1所述的一种带阻尼功能的电火花沉积接触力控制装置，其特征在于，所述夹持机构为焊枪，所述滑台上还设有安装板、固定板、配重板和夹紧卡环，所述固定板通过螺钉固定在滑台上，配重板装配在固定板上方，安装板固定在固定板上，夹紧卡环安装在安装板上，焊枪被固定于夹紧卡环上，电极安装在焊枪上，在电火花沉积堆焊过程中，电极与工件保持接触，它们之间的接触力通过在配重板上施加砝码的重力来确定。

3.如权利要求1所述的一种带阻尼功能的电火花沉积接触力控制装置，其特征在于，所述滑台和底座之间通过直线导轨配合连接，所述滑台上还设有前端限位器和后端限位器，所述前端限位器安装在滑台顶部，后端限位器固定在滑台底部，防止滑台滑动时脱离直线导轨，前端限位器与后端限位器之间的距离即是滑台滑动时的最大移动量程。

4.如权利要求1所述的一种带阻尼功能的电火花沉积接触力控制装置，其特征在于，角度调节装置能够调整电极与工件之间的夹角θ，调整范围为45°～90°。

5.如权利要求1所述的一种带阻尼功能的电火花沉积接触力控制装置，其特征在于，所述气动系统的各部件之间通过三通气管接头及PU管连接。

6.如权利要求1所述的一种带阻尼功能的电火花沉积接触力控制装置，其特征在于，定义沿活塞轴线和滑台运动方向为A向，垂直于活塞轴线和滑台运动方向为B向，气缸活塞两侧充满相同压强P的空气，由于活塞两侧面积的不同，气缸活塞会产生一个沿A向的力F₁；

气缸活塞两侧的气体压强相同，则活塞在A向产生的推力为：

F₁＝P(D₁-D₂)＝PD₃ (1)

式(1)中D₁是气缸活塞下表面的面积；D₂是气缸活塞上表面的面积；D₃是气缸活塞杆截面的面积；P是气缸内气体的压强；

在电火花沉积实验前，先不施加砝码，电极与工件未接触，通过气门嘴向气缸内充气，调整气缸的压强P，使滑动部分的受力达到平衡，满足公式(2)：

F₁+f₁+f₂＝G₁sinθ (2)

式(2)中：f₁是活塞与气缸壁之间的摩擦力；f₂是滑台与底座导轨之间的摩擦力；G₁是包括夹持机构、滑台、电极的滑动部分的重力之和；θ是滑台运动方向与水平面的倾角；

在电火花沉积实验时，在滑台上施加砝码，受力平衡被打破，滑台向下移动，使电极与工件接触，电极与工件的接触力使受力重新达到平衡，受力如公式(3)所示：

F₁+f₁+f₂+F₂sinθ＝G₁sinθ+G₂sinθ (3)

式(3)中：F₂是工件对电极的支反力，即电极与工件之间的接触力；G₂是砝码的重力；

结合公式(2)和(3)可推出：

F₂＝G₂ (4)

即此时电极与工件的接触力大小刚好等于施加砝码的重力，调整砝码的重力即可调整电极与工件的接触力，受力达到平衡后，滑台停止运动；

在电火花沉积堆焊过程中，如果其它各外力大小不变，电极与工件的接触力F₂的大小也不会改变，当电极消耗变短时，各外力继续促使滑台向下移动，仍然使电极与工件的接触力F₂保持不变。