電火花線(xiàn)切割機(jī)床中走絲走絲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【7張CAD圖紙及說(shuō)明書(shū)全套】【YC系列】
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北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題報(bào)告
目 錄
1文獻(xiàn)綜述 2
1.1電火花切割機(jī)的概念及分類(lèi) 2
1.1.1電火花切割機(jī)的概念 2
1.1.2電火花切割機(jī)的分類(lèi) 3
1.2國(guó)外電火花線(xiàn)切割機(jī)的發(fā)展 4
1.3國(guó)內(nèi)電火花線(xiàn)切割機(jī)的發(fā)展 5
2中走絲線(xiàn)切割機(jī)背景及開(kāi)展研究的意義 8
2.1中走絲線(xiàn)切割機(jī)的背景 8
2.2中走絲線(xiàn)切割機(jī)開(kāi)展研究的意義 9
2.2.1中走絲機(jī)的機(jī)床精度與工藝效果 9
2.2.2 中走絲機(jī)的應(yīng)用成本低 10
3研究方法、內(nèi)容 及預(yù)期目的 12
3.1研究方法、內(nèi)容 12
3.1.1新型走絲系統(tǒng)的原理 12
3.1.2主要零部件設(shè)計(jì) 13
3.2研究預(yù)期及目 14
4 進(jìn)度安排 14
參 考 文 獻(xiàn) 15
指導(dǎo)教師意見(jiàn) 16
1文獻(xiàn)綜述
1.1電火花切割機(jī)的概念及分類(lèi)
1.1.1電火花切割機(jī)的概念
1960年，蘇聯(lián)首先研制出靠模線(xiàn)切割機(jī)床。中國(guó)1961年也研制出類(lèi)似的機(jī)床。早期的線(xiàn)切割機(jī)床采用電氣靠?？刂魄懈钴壽E。當(dāng)時(shí)由于切割速度低，制造靠模比較困難，僅用于在電子工業(yè)中加工其他加工方法難以解決的窄縫等。1966年，中國(guó)研制成功采用乳化液和快速走絲機(jī)構(gòu)的高速走絲線(xiàn)切割機(jī)床，并相繼采用了數(shù)字控制和光電跟蹤控制技術(shù)。此后，隨著脈沖電源和數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及多次切割工藝的應(yīng)用，大大提高了切割速度和加工精度。工件安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)通常由X軸和Y軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。工具電極為直徑0.02～0.3毫米的金屬絲，由走絲系統(tǒng)帶動(dòng)電極絲沿其軸向移動(dòng)。走絲方式有兩種：①高速走絲,速度為9～10米/秒,采用鉬絲極絲,可循環(huán)反復(fù)使用；②低速走絲,速度小10米/分,電極絲采用銅絲,只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負(fù)極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液(乳化液、去離子水等)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息，使工作臺(tái)作相應(yīng)的移動(dòng)，工件與電極絲靠近。當(dāng)兩者接近到適當(dāng)距離時(shí)(一般為0.01～0.04毫米)便產(chǎn)生火花放電蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序，不斷地發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，使加工過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。
電火花線(xiàn)切割加工除具有電火花加工的基本特點(diǎn)外，還有一些其他特點(diǎn)：①不需要制造形狀復(fù)雜的工具電極，就能加工出以直線(xiàn)為母線(xiàn)的任何二維曲面。②能切割0.05毫米左右的窄縫。③加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑，提高了能量和材料的利用率。④在電極絲不循環(huán)使用的低速走絲電火花線(xiàn)切割加工中，由于電極絲不斷更新，有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。⑤電火花線(xiàn)切割能達(dá)到的切割效率一般為20～60平方毫米/分，最高可達(dá)300平方毫米/分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達(dá)±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米,最高可達(dá)Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達(dá)600毫米。
1.1.2電火花切割機(jī)的分類(lèi)
電火花線(xiàn)切割機(jī)按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)（俗稱(chēng)“快走絲”）、低速單向走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)（俗稱(chēng)“慢走絲”）和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線(xiàn)切割機(jī)三類(lèi)。又可按工作臺(tái)形式分成單立柱十字工作臺(tái)型和雙立柱型（俗稱(chēng)龍門(mén)型）。往復(fù)走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床的走絲速度為6～12m/s，是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的機(jī)種。自1970年9月由第三機(jī)械工業(yè)部所屬?lài)?guó)營(yíng)長(zhǎng)風(fēng)機(jī)械總廠(chǎng)研制成功“數(shù)字程序自動(dòng)控制線(xiàn)切割機(jī)床”，為該類(lèi)機(jī)床國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。1972年第三機(jī)械工業(yè)部對(duì)工廠(chǎng)生產(chǎn)的CKX數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床進(jìn)行技術(shù)鑒定，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。1973年按照第三機(jī)械工業(yè)部的決定，編號(hào)為CKX?—1的數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床開(kāi)始投入批量生產(chǎn)。1981年9月成功研制出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標(biāo)數(shù)控機(jī)，產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是具有1.5度錐度切割功能。完成了線(xiàn)切割機(jī)床的重大技術(shù)改進(jìn)。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進(jìn)步。大厚度切割技術(shù)的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超1000mm以上。使往復(fù)走絲線(xiàn)切割機(jī)床更具有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)外客戶(hù)的需求。這類(lèi)機(jī)床的數(shù)量正以較快的速度增長(zhǎng)，由原來(lái)年產(chǎn)量2～3千臺(tái)上升到年產(chǎn)量數(shù)萬(wàn)臺(tái)，目前全國(guó)往復(fù)走絲線(xiàn)切割機(jī)床的存量已達(dá)20余萬(wàn)臺(tái)，應(yīng)用于各類(lèi)中低檔模具制造和特殊零件加工，成為我國(guó)數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的機(jī)種之一。但由于往復(fù)走絲線(xiàn)切割機(jī)床不能對(duì)電極絲實(shí)施恒張力控制，故電極絲抖動(dòng)大，在加工過(guò)程中易斷絲。由于電級(jí)絲是往復(fù)使用，所以會(huì)造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。
1.2國(guó)外電火花線(xiàn)切割機(jī)的發(fā)展
國(guó)外電火花線(xiàn)切割機(jī)床的發(fā)展,在原則上離不開(kāi)三大趨勢(shì),即高速度化,高精度化，表面自動(dòng)化。未來(lái)經(jīng)濟(jì)型機(jī)床也是一個(gè)發(fā)展趨向。在高速度化方面日本走在前列,各廠(chǎng)家均有鼓高生產(chǎn)率在250一300mm/min的機(jī)床,例如三艾電機(jī)公司的標(biāo)準(zhǔn)型DWCH系列機(jī)床、經(jīng)濟(jì)型DWC(招系列機(jī)床生產(chǎn)率均為25Omm/min，高速型DWC汀系列機(jī)床最高生產(chǎn)率達(dá)300mm/min,80年代后,瑞士AGIE公司配備HMC電源的ACPsrint系刊機(jī)床,90年代初Charmilles公司的ROBOFIL1000系列機(jī)床最大生產(chǎn)率均達(dá)到300mm/min。目前的電火花線(xiàn)切割機(jī),幾何精度與運(yùn)動(dòng)精度均已達(dá)到了極高的程度:全行程定位精度2一3m,重復(fù)定位精度2m,加工精度2～3m,為了保證這些精度長(zhǎng)時(shí)間不變,各生產(chǎn)公司做了不懈的努力,采取了一系列的保護(hù)措施。AGIE公司的AC系列機(jī)床,盡管功能差異不小,但機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻大體相同.與同類(lèi)機(jī)床相比,其凈重量約為其他機(jī)床的二倍,重量的增加主要是考慮了機(jī)床結(jié)構(gòu)的力學(xué)和熱學(xué)性能。AG一200D機(jī)床采用框架式結(jié)構(gòu),即是為了加強(qiáng)走絲機(jī)構(gòu)的剛性。機(jī)床精度的變化對(duì)加工精度的影響是不言而喻的,AGIE公司采取了統(tǒng)一溫度場(chǎng)措施,其機(jī)床裝有兩套冷卻溫控系統(tǒng),分別控制加工區(qū)與U、V軸的溫度,及電源箱、機(jī)床與室溫的空氣冷卻。兩套系統(tǒng)通過(guò)溫度計(jì)進(jìn)行調(diào)整,使溫差不超過(guò)1℃。由電極絲的滯后,在角度加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生塌角誤差,特別在小角度與小圓弧切割時(shí)表現(xiàn)更為明顯,AGIE公司在這方面擁有稱(chēng)為Piolt的專(zhuān)利技術(shù)。它利用一套光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量電極絲受力后的彎曲量，由CNC系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償,其分辨率為2μm.采樣頻率每秒15次，這樣不僅提高了角加工精度,而且使加工速度比一般的拐角對(duì)策提高60%,現(xiàn)已運(yùn)用到AC20-70系列機(jī)床上。為保證加工的高精度,Charmilles公司的ROBOFIL300/310機(jī)床采用高質(zhì)量的機(jī)床鑄件,滾柱軸承單程V型導(dǎo)軌,直流電機(jī)直接拖動(dòng),光柵位移全封閉。其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)有超載保證措施,還把運(yùn)動(dòng)軸全部移到立柱線(xiàn)架上,工件不動(dòng)。這就有效解決了因載荷位置變化而可能引起的變形。另外機(jī)床基座采用人造花崗石,其絕緣阻抗高,不吸水,耐腐蝕,收縮仁極小,彈性模量小而抗壓強(qiáng)度高,諧振頻率低,特別適合于精密機(jī)床的基座。SODICK公司線(xiàn)切割機(jī)的重要部件如線(xiàn)臂支架、工作臺(tái)面的定盤(pán)、工件支架、導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)等均廣泛采用精密陶瓷材料制作,實(shí)現(xiàn)了高剛性及極小的熱變形。人造陶瓷由該公司陶瓷事業(yè)部開(kāi)發(fā)生產(chǎn),其電絕緣性極高,能長(zhǎng)期維持線(xiàn)切割放電加工所要求的高絕緣阻抗,穩(wěn)定性非常好。三菱公司的機(jī)床也有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。由于電源小的電解作用,切割表面會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)層,直接影響表面質(zhì)量,影響加工精度。為了解決這個(gè)問(wèn)題,SODICK公司推出了BS電源,無(wú)電解作用的電源,可以提高工件表面的硬度，延長(zhǎng)模具壽命。以上這些均有效地保證了加工的高精度?？傊?，為了保證加工的高精度，各公司無(wú)論是從機(jī)床本體的高剛性與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)、新型材料的使用、溫度的控制、拐角對(duì)策、無(wú)電解作用電源的應(yīng)用,還是從微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)浸水加工方式等方面均投入了巨大的人力物力,同時(shí)也取得了顯著的效果。在高自動(dòng)化方面,32位機(jī)的使用使運(yùn)算速度大大提高,控制內(nèi)容極為豐富,為用戶(hù)提供了更大的裕度。以三菱電機(jī)公司的機(jī)床為例,進(jìn)給當(dāng)量由0.5m/脈沖減至0.1m/脈沖,控制軸由四軸增至六軸,程度存貯量由3.9米紙帶增至260米紙帶,程序號(hào)設(shè)定由9999條增至99999999條,等等。此外還增加了報(bào)警、起始孔計(jì)算、漢字顯示、自動(dòng)繪制正在加工的圖形、微小連接等20個(gè)功能。另外如AGIE公司的AGIEPICK自動(dòng)卸料機(jī)械手,AAGIEjet自動(dòng)預(yù)孔加工裝量等附件的配備都使機(jī)床自動(dòng)化更趨完善。目前,國(guó)外線(xiàn)切割機(jī)還有向“不降低加工性能,降低造價(jià)”方向發(fā)展的趨勢(shì),如日本兄弟公司的HS-3600型、FANUC公司的a-oa型、SODICK公司的A-300W型等機(jī)床,在這方面都有突出成就。
1.3國(guó)內(nèi)電火花線(xiàn)切割機(jī)的發(fā)展
國(guó)外電火花線(xiàn)切割機(jī)各生產(chǎn)公司為提高本公司產(chǎn)品的高品質(zhì)不遣余力,對(duì)國(guó)內(nèi)同行產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用,近幾年來(lái),我國(guó)電火花線(xiàn)切割機(jī)也取得了迅速發(fā)展。在結(jié)構(gòu)方面,國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家均已普遍重視機(jī)床的機(jī)械剛度,已開(kāi)始采用高強(qiáng)度耐磨鑄鐵,經(jīng)過(guò)二次低溫回火,消除內(nèi)應(yīng)力,提高機(jī)床剛度。有些機(jī)床還采用了低床身設(shè)計(jì),跨距可調(diào)整線(xiàn)架,改進(jìn)調(diào)節(jié)方式,提高了調(diào)節(jié)精度和線(xiàn)架自身的剛性,同時(shí)也使操作更為方便。不少?gòu)S家開(kāi)發(fā)了四聯(lián)桿裝置,不但上、下導(dǎo)輪可聯(lián)動(dòng),而且可同步偏擺,使電極絲始終保持在導(dǎo)輪槽對(duì)稱(chēng)平面內(nèi),不發(fā)生單側(cè)刮擦,從而擴(kuò)大了切割錐度的范圍。其切點(diǎn)變化引起的加工誤差,由計(jì)算機(jī)軟件予以補(bǔ)償,同步偏擺也使切割大錐度時(shí),噴水方向始終與電極絲走向一致,例如成都無(wú)線(xiàn)電專(zhuān)用設(shè)備廠(chǎng)`的DK7725-CT15O,新火花公司的SPKW250H等,切割錐度都已達(dá)16-20。許多廠(chǎng)家也不再?gòu)?qiáng)調(diào)電極絲的單一的高速,絲速降低雖然會(huì)降低加工速度,但可使振動(dòng)減弱,機(jī)械壽命延長(zhǎng),換向無(wú)效工時(shí)減少,綜合效益未必低于單一的高絲速?？熳呓z機(jī)床電極絲張力,直接影響到放電加工穩(wěn)定性及切割精度,杭州無(wú)線(xiàn)電專(zhuān)用設(shè)備廠(chǎng)、蘇州三光公司、北京電加工機(jī)床廠(chǎng)、新火花公司等均采用了三導(dǎo)輪重錘式緊絲器,可初步改善電極絲逐漸變松馳和絲筒上下不同處絲有松有緊的現(xiàn)象,提高了放電加工的穩(wěn)定性及切割精度。對(duì)于塊走絲時(shí)絲的振動(dòng),可用加裝電極絲定位限幅器的方法來(lái)隔離和緩解。例如深圳福斯特公司的DK7725機(jī)床,使用V型快及紅寶石圓棒組成定位限幅器,電極絲從中通過(guò),該裝置在進(jìn)行多次切割時(shí)尤為重要。北京市電加工研究所的DK7732C機(jī)床,采用金剛石三塊式可開(kāi)合結(jié)構(gòu)的定位限幅器,在工作時(shí)每塊聚晶金剛石保持與電極絲虛接觸,起到定位限幅作用。實(shí)驗(yàn)證明,使用該裝置后,切割正八方棱柱體,對(duì)邊尺寸精度由平均0.012mm提高到0.008mm,而且切割大厚度工件時(shí)不易斷絲,但不能適用于大錐度的切割。上海第八機(jī)床廠(chǎng)作為電火花線(xiàn)切割機(jī)的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家,近幾年來(lái)在新技術(shù)的應(yīng)用、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上也做了不懈的努力,取得如下一系列成績(jī)。1990年研制成功DK7732電火花線(xiàn)切割機(jī),其控制柜中采用XK-80A-AA微型計(jì)算機(jī)線(xiàn)切割機(jī)床控制系統(tǒng),它由專(zhuān)用單板計(jì)算機(jī)、接口板、直流穩(wěn)壓電源、專(zhuān)用鍵盤(pán)、操作控制鍵盤(pán)及屏幕顯示器CRT組成,帶有電報(bào)機(jī)頭一臺(tái),步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源,可進(jìn)行完整的中文人機(jī)對(duì)話(huà)、自動(dòng)偏程。它還具有鑰絲校直、顯示切割軌跡和坐標(biāo)、間隙補(bǔ)償、縮放切割、自動(dòng)定中心、短路回退、自動(dòng)回原點(diǎn)、斷電保護(hù)、檢查和修改指令、旋轉(zhuǎn)角度等功能。其高頻脈沖電源為上海市科技攻關(guān)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目,各項(xiàng)加工工藝指標(biāo)均達(dá)到了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。機(jī)床采用可調(diào)升降式線(xiàn)架,并帶有鑰絲張緊機(jī)構(gòu),切割厚度為200mm。DK7732電火花線(xiàn)切割機(jī)性能優(yōu)異,操作方便,榮獲1990年匕海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎(jiǎng)，1991年大批量投產(chǎn)。1991年開(kāi)發(fā)了DK7725機(jī)床,其控制柜采用DK7732的控制柜SBJCUT-4；機(jī)床采用可調(diào)開(kāi)檔高線(xiàn)架結(jié)構(gòu),切割厚度大；直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌和精密絲杠保證了高精度傳動(dòng)；大理石工作臺(tái)面絕緣性好,剛性高,熱變形小,使加工更穩(wěn)定,加工精度更高。1992年底開(kāi)始研制新的控制柜SBJCUT-6,它采用了先進(jìn)的工BM-PC386微機(jī)控制系統(tǒng),CRT彩顯可進(jìn)行人機(jī)中文對(duì)話(huà),使用操作極為方便,還具有鑰絲校直,動(dòng)態(tài)跟蹤圖形顯示、局部視圖具有智能自動(dòng)聚焦特點(diǎn),全自動(dòng)鑰絲短路回退,動(dòng)畫(huà)顯示X、Y、U、V四座標(biāo)值,間隙補(bǔ)償,旋轉(zhuǎn)任意角度正、反序切割,縮放切割等等功能。其自動(dòng)編程采用了榮獲93中國(guó)高新技術(shù)、新產(chǎn)品博覽會(huì)銀質(zhì)獎(jiǎng)的YH繪圖式線(xiàn)切割自動(dòng)編程系統(tǒng),只要按圖紙標(biāo)注尺寸輸入,即可自動(dòng)編程,徹底摒棄了傳統(tǒng)編程系統(tǒng)中順圓、逆圓、拐點(diǎn)、相切、相交、走向等需硬記的規(guī)則；只用鼠標(biāo)器就可完成全部編程,實(shí)現(xiàn)了所見(jiàn)即所得；圖形顯示賞心悅目,全中文提示,具有自動(dòng)尖角平滑,非圓擬合,齒輪生成,大圓弧處理,跳步模自動(dòng)生成,加工面積自動(dòng)計(jì)算,三維造型等功能。配用SBJCUT-6控制柜的DK7732-1電火花線(xiàn)切割機(jī)榮獲了1993年上海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎(jiǎng)。1994年整個(gè)機(jī)床行業(yè)處于不景氣狀態(tài),功能優(yōu)異價(jià)格高的機(jī)床受到了冷落,在江浙一帶廣大的模具之鄉(xiāng)迫切需要的是價(jià)廉而主要功能具備的經(jīng)濟(jì)型電火花機(jī)床。鑒于此種實(shí)際情況,上海第八機(jī)床廠(chǎng)開(kāi)始了經(jīng)濟(jì)型電火花線(xiàn)切割機(jī)DK7725A的研制,床身采用了新結(jié)構(gòu),提高了剛性,降低了成本,控制部分采用單片機(jī),機(jī)床電氣實(shí)現(xiàn)無(wú)聲換向,一切以主要功能齊全、價(jià)低廉、高可靠性為宗旨,終于在九月份研制成功,樣機(jī)已被用戶(hù)訂購(gòu)。因其價(jià)格低于其它同類(lèi)產(chǎn)品,深信今年市場(chǎng)上必有它的一席之地。就國(guó)外電火花線(xiàn)切割機(jī)制造廠(chǎng)家而言,目前已進(jìn)人了一個(gè)比較穩(wěn)定的成長(zhǎng)期,線(xiàn)切割的加工速度在目前這種加工方式和條件下再要大幅度提高是較困難的,但可以預(yù)見(jiàn)現(xiàn)時(shí)的加工精度、速度、光潔度以及操作性能、機(jī)床的功能等都不會(huì)就此止步。堅(jiān)信國(guó)內(nèi)外差距必將縮小,經(jīng)過(guò)一代人甚至幾代人的努力,我們定能趕超上去,在全球范圍內(nèi)共創(chuàng)電火花加工工業(yè)輝煌的明天。
2中走絲線(xiàn)切割機(jī)背景及開(kāi)展研究的意義
2.1中走絲線(xiàn)切割機(jī)的背景
隨著模具工業(yè)的發(fā)展,精密模具制造的比重愈來(lái)愈大,迫切要求電火花線(xiàn)切割加工不僅要速度快,而且要有尚佳的加工表面質(zhì)量和較高的加工精度。為滿(mǎn)足廣大用戶(hù)需要,單向(低速)走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床在20世紀(jì)60年代就采用了多次切割技術(shù),即第一次切割用較大的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行高速粗切割,然后逐步采用精規(guī)準(zhǔn)和精微規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行第二次、第三次甚至第四次切割修光,以獲得理想的加工表面質(zhì)量和加工精度。低速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床采用多次切割技術(shù)的結(jié)果表明,多次切割是解決線(xiàn)切割加工速度與加工表面質(zhì)量矛盾、獲得較高綜合工藝效果的有效辦法。幾乎就在低速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)的同時(shí),有關(guān)技術(shù)人員也在高速走絲機(jī)床上進(jìn)行了大量的多次切割試驗(yàn),雖取得了不少研究成果,但直至20世紀(jì)末仍無(wú)一家在生產(chǎn)中真正得到應(yīng)用。難于在商品化電火花線(xiàn)切割機(jī)床上實(shí)現(xiàn)多次切割的主要原因是:在電極絲高速移動(dòng)的情況下,運(yùn)絲系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,電極絲的空間形位變化異常,使前后二次切割的空間位置無(wú)法重疊,加上高速走絲的往返切割條紋明顯,要推廣應(yīng)用多次切割技術(shù)十分困難。
上海大量電子設(shè)備有限公司經(jīng)過(guò)幾年的努力,于2002年5月在第九屆中國(guó)國(guó)際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會(huì)上展出了能實(shí)現(xiàn)無(wú)條紋切割和多次切割的商品化TP系列高速走絲電火花線(xiàn)切割床。3次切割后的尺寸差Δ≤0.006 mm,加工表面粗糙度Ra≤1μm,其加工質(zhì)量明顯高于其他高速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床,并接近于一般的低速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床,從而引起了眾多制造商和用戶(hù)的注意。此類(lèi)機(jī)床后來(lái)逐步被用戶(hù)稱(chēng)之為“中走絲”機(jī)床。而所謂的“中走絲”機(jī)床,并非走絲速度介于高速走絲與低速走絲之間,而是指加工質(zhì)量介于高速走絲與低速走絲之間。嚴(yán)格來(lái)說(shuō),把那些能實(shí)現(xiàn)無(wú)條紋切割和多次切割的電火花線(xiàn)切割機(jī)床稱(chēng)之為“中走絲”是不夠科學(xué)的。被廣大用戶(hù)稱(chēng)為“中走絲”的TP系列電火花線(xiàn)切割機(jī)床與其他高速走絲機(jī)床的結(jié)構(gòu)基本一樣,走絲速度也是2～11 m s,走絲的形式仍為往復(fù)雙向走絲。所不同的僅僅是應(yīng)用了某些自主開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利技術(shù),能實(shí)現(xiàn)無(wú)條紋切割和多次切割,使電火花線(xiàn)切割加工質(zhì)量有顯著提高。
2.2中走絲線(xiàn)切割機(jī)開(kāi)展研究的意義
2.2.1中走絲機(jī)的機(jī)床精度與工藝效果
根據(jù)GB/T 7926-2005電火花線(xiàn)切割機(jī)精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，TP系列中走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)進(jìn)行了大量的切割工藝試驗(yàn)。工件為40mm厚的Cr12正八棱柱（對(duì)邊距28mm），3次切割后的加工質(zhì)量如表1所示。
序
號(hào)
檢測(cè)內(nèi)容
GB/T7926-2005
高速走絲機(jī)要求
TP-40
中走絲線(xiàn)（三次切割）
JB5543-1991
低速走絲機(jī)要求
1
工作臺(tái)移動(dòng)直線(xiàn)度(mm)
0.015/500
≤0.012/500
0.011/300
2
工作臺(tái)移動(dòng)垂直度（mm）
0.020/500
≤0.008/500
0.002/200
3
雙向定位精度（mm）
0.02/500
≤0.015/500
0.012/300
4
單向重復(fù)定位精度（mm）
0.01/500
0.005/500
0.002/300
5
縱剖面上的尺寸差（mm）
0.012
≤0.003
≤0，012
6
橫剖面上的尺寸差（mm）
0.015
≤0.006
≤0.015
7
加工尺寸誤差（mm）
±0.01
±（0.005-0.008）
±0.005
8
加工表面粗糙度值Ra（mm）
≤Ra2.5
≤Ra（0.6-2.1）
≤Ra0.5
9
最大切割速度（mm2/min）
100
150
160
從中不難得出如下結(jié)論：
（1）能進(jìn)行多次切割的中走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)，不僅其機(jī)床制造精度比較高，而且切割來(lái)的零件尺寸公差和表面質(zhì)量都能明顯高于GB/T 7926-2005國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高速走絲機(jī)精度要求。
（2）能進(jìn)行多次切割的中走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)，其機(jī)床制造精度和切割工藝效果都接近于JB5543-1991標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低速走絲機(jī)精度要求。
（3）多次切割不僅能提高加工表面質(zhì)量，消除往返切割條紋。而且可以解決一次切割時(shí)的材料變形影響，有利于提高加工精度。
（4）采用全閉環(huán)（或者說(shuō)雙環(huán)控制）控制后中走絲機(jī)，能實(shí)現(xiàn)齒隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償及絲徑補(bǔ)償，提高中走絲機(jī)的機(jī)床定位精度和加工精度。
（5）能獲得較高的切割速度。在中走絲機(jī)的開(kāi)發(fā)初期，人們比較關(guān)心加工精度和加工表面質(zhì)量，而忽視切割速度。那時(shí)的平均切割速度一般只有15～20mm/min；現(xiàn)在對(duì)高頻脈沖電源、跟蹤進(jìn)給控制方式以及線(xiàn)切割工作液作了某些改進(jìn)后，可以提高線(xiàn)切割總平均速度，試驗(yàn)時(shí)的總平均切割速度已達(dá)到30mm/min以上，即第一次切割速度為150mm/min，第二次切割速度為80～90mm/min，第三次切割速度為100mm/min上下。
2.2.2 中走絲機(jī)的應(yīng)用成本低
電火花線(xiàn)切割加工應(yīng)用成本，包括機(jī)床設(shè)備折舊分?jǐn)偝杀?、加工消耗、人員費(fèi)用及管理成本等，如表2所示。
（1）中走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)價(jià)格低。中走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)的市場(chǎng)價(jià)大約為低速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)的五分之一，即買(mǎi)一臺(tái)低速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)的錢(qián)可以買(mǎi)5臺(tái)中走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)。這樣在計(jì)算加工成本時(shí)，低速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)的設(shè)備折舊分?jǐn)偝杀緸?5～30元/h，而中走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)只有3～6元/h。
（2）中走絲機(jī)加工消耗低。電火花線(xiàn)切割機(jī)的加工消耗，主要是電極絲、工作液（去離子水、乳化液等），其次是導(dǎo)向器件和過(guò)濾器，還有人工費(fèi)和電費(fèi)。低速走絲電火花線(xiàn)切割所用的銅絲是單向移動(dòng)一次使用，按每卷5kg用20h計(jì)算，每小時(shí)需消耗17.5元；中走絲機(jī)用的鉬絲是反復(fù)使有，按上一次絲200m使用20h計(jì)，每小時(shí)需消耗僅3元。工作液的消耗相差不大，低速走絲機(jī)約1.5元/h，中走絲機(jī)約1.0元/h；低速走絲機(jī)耗電約3元/h，中走絲機(jī)為1.5元/h。其它消耗較低，所占的比重有限。在不計(jì)人工及管理費(fèi)用情況下，中走絲機(jī)消耗不到6元/h，低速走絲機(jī)則超過(guò)23元/h。
3研究方法、內(nèi)容 及預(yù)期目的
3.1研究方法、內(nèi)容
3.1.1新型走絲系統(tǒng)的原理
該走絲系統(tǒng)裝置如圖2-1所示由雙儲(chǔ)絲筒和使儲(chǔ)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)組成，而且每個(gè)儲(chǔ)絲筒連接一個(gè)磁粉制動(dòng)器,通過(guò)磁粉制動(dòng)器對(duì)放絲儲(chǔ)絲筒施加制動(dòng)力矩。當(dāng)儲(chǔ)絲筒處于收絲狀態(tài)時(shí),與此儲(chǔ)絲筒相連接的電動(dòng)機(jī)工作,提供動(dòng)力轉(zhuǎn)矩,與之連接的磁粉制動(dòng)器斷電,處于不工作狀態(tài)；與此同時(shí)另一個(gè)儲(chǔ)絲筒處于放絲狀態(tài),與它相連接的電動(dòng)機(jī)斷電處于不工作狀態(tài),與此儲(chǔ)絲筒相連接的磁粉制動(dòng)器處于通電勵(lì)磁工作狀態(tài),提供阻力轉(zhuǎn)矩,使電極絲處于張緊狀態(tài)。
一般地，快走絲線(xiàn)切割機(jī)床走絲速度快，換向時(shí)間短，加工過(guò)程中存在豎向條紋，這種新型走絲系統(tǒng)，采用分層的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)在較小的儲(chǔ)絲筒上纏繞1000多米的電極絲，換向時(shí)間大大的延長(zhǎng)了，可延遲換向條紋的產(chǎn)生。
3.1.2主要零部件設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，走絲速度為7～12m/s。
（1）儲(chǔ)絲筒設(shè)計(jì)
儲(chǔ)絲筒的作用主要是使電極絲按照一定的速度運(yùn)行,并將電極絲按照一定的間距整整齊齊的排列在儲(chǔ)絲筒上。由于本設(shè)計(jì)采用的是雙儲(chǔ)絲筒的走絲系統(tǒng),為了減少機(jī)床體積,儲(chǔ)絲筒采用螺紋聯(lián)結(jié)的固定方式,儲(chǔ)絲筒只起到繞絲的作用。將儲(chǔ)絲筒固定在傳動(dòng)主軸上。
確定儲(chǔ)絲筒選用的材料，絲筒半徑及絲筒長(zhǎng)度，計(jì)算單圈繞絲長(zhǎng)度最低值。
（2）主軸的設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)主軸傳遞,主軸再帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),主軸需要承受一定的轉(zhuǎn)矩,而且需要頻繁的正反轉(zhuǎn),主軸需要承受較大的剪切力和較高的強(qiáng)度且由于軸上要裝配的零件有聯(lián)軸器、同步帶輪和法蘭盤(pán)等等零件,所以對(duì)主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。
確定主軸選用材料，計(jì)算主軸的剛度及強(qiáng)度及相關(guān)力學(xué)校核，選用軸鍵的類(lèi)型，做出主軸設(shè)計(jì)圖。
（3）同步帶的設(shè)計(jì)
同步帶傳動(dòng)結(jié)合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)①無(wú)滑動(dòng),能保證穩(wěn)定的傳動(dòng)比；②預(yù)緊力較,軸和軸承上所受的載荷小；③帶的厚度小,單位長(zhǎng)度的質(zhì)量也小,因此線(xiàn)速度高。所以本文選擇同步帶作為將主軸的動(dòng)力傳遞到排絲絲杠上的傳遞件。
計(jì)算同步帶齒輪模數(shù)與直徑，計(jì)算傳動(dòng)比及其余相關(guān)參數(shù)。
(4) 排絲部分的設(shè)計(jì)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)排絲絲杠相關(guān)參數(shù)。并且在工作過(guò)程中排絲絲杠軸向不承受載荷，只用于傳動(dòng)。
3.2研究預(yù)期及目
（1） 了解走絲裝置的工作原理；
（2） 根據(jù)走絲裝置的工作原理，擬定總體設(shè)計(jì)方案；
（3） 利用機(jī)械設(shè)計(jì)等的相關(guān)知識(shí),對(duì)走絲機(jī)構(gòu)中主軸、儲(chǔ)絲筒、排線(xiàn)絲杠、同步帶等的關(guān)鍵部件,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí),對(duì)這些關(guān)鍵零部件進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。
4 進(jìn)度安排
2014下半學(xué)年
第10周:查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于線(xiàn)切割機(jī)床的情況，以及相關(guān)文獻(xiàn)資料。
第 11周:根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，完善本次開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容。
第 12周:進(jìn)一步收集關(guān)于線(xiàn)切割機(jī)床的資料，明確線(xiàn)切割機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)，并完成兩篇篇外文翻譯。
第 13周:進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，完成走絲裝置的設(shè)計(jì)方案想法。
第 14周:走絲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
第 15周:設(shè)計(jì)并完成走絲裝置各零部件及相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，完成走絲方案設(shè)計(jì)。
第 16周:確定走絲系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的可行性。
2015上半學(xué)年
第1周:繪制零件圖。
第2-4周:修改并完善零件圖。
第5-7周:繪制裝配圖。
第8-10周:修改并完善裝配圖。
第11-13周:工藝設(shè)計(jì)。
第14周:：檢查論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
第15周:畢業(yè)答辯。
參 考 文 獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見(jiàn)
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