《数控电火花线切割机的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控电火花线切割机的设计（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南华大学机械工程学院毕业设计前言前言毕业设计可谓是大学四年对所学知识综合的一次大的考验也是在走向工作岗位的一次练兵，更进一步锻炼了自己的动手能力和团队的合作能力，真正做到了理论联系实际教与学的一次有理结合。数控电火花线切割机的设计具体的说来应该包括走丝设计，X、Y 坐标工作台设计，脉冲电源的设计，控制部分的设计等。按照设计的任务书，首先要了解该机床调查研究电火花线切割机的加工特点，确定 DK7732 线切割机床的具体技术参数，从而在第一阶段我们在衡冶进行了实地的参观测绘，初步确定参数，对照已有的院数控中心 DK7725 型线切割机更进一步确定具体的设计参数，根据已有的参数再对机床总体方案及控制
2、系统总体方案进行确定。具体到设计时对各个方案再进行点对点的修改。接下来就是进行必要的设计与计算选型工作，就是将整体机床的设计又分为几个部分各个去突破大体就是机械部分和电气部分。再具体到各个组件或零件。虽说设计是个人的行为，但由于自己的知识欠缺且设计的内容跨越比较大包括电子技术、计算机技术、机械设计，很多地方肯定是难以具到，当然有在颜竟成教授的悉心指导下，很多不懂的地方这正是我们要学的地方，同时在多方面有同学们的提示才得将设计顺利进行。这毕竟是一个学习阶段的毕业设计很多方面都是在边学边用中进行的，或者说很多方面的设计还是停留在模仿的阶段比如电气部分，控制部分都不是很成熟的设计。南华大学机械工程学
3、院毕业设计第一章第一章总体方案设计总体方案设计一、线切割机床的现状简介一、线切割机床的现状简介我国数控线切割机床的拥有量占世界首位，技术水平与世界先进水平差距也逐渐缩小。尤其近年来，计算机技术的应用和线电极电火花加工技术的结合。实现了各种复杂形状的模具和零件加工的 自动化，其控制精度可达 1m，实际加工精度可达0.01mm。表面粗糙度可达 1.252.5m。数控线切割机床是精密金加工线切割加工技术是线电极电火花加工技术，是电火花加工技术中的一种类型，简称线切割加工。图 1.1 中是线切割机床加工的工作原理示意图 脉冲电源 图纸程序键盘数控装置介质液泵步进电机储丝筒图 1.1 线切割机工作原理示
4、意图线切割机床采用钼丝作为电极丝。被切割的工件为工件电极，电极丝为工具电极。脉冲电源发出连续的高频脉冲电压，加到工件电极和工具电极上（电极丝） 。在电极丝与工件之间加有足够的、具有一定绝缘性能的工作液。当电极丝与工件间的距离小到一定的程度时，工作液介质被击穿，电极丝与工件之间形成瞬时火花放电，产生瞬时间高温，生成大量的热，使工件表面的金属局部熔化，甚至汽化；再加上工作液体介质的冲洗作用，是得金属被蚀除下来。这就是线南华大学机械工程学院毕业设计切割机床的加工原理。工件在机床坐标工作台上，按数控装置或微机程序控制下的预定轨迹进行加工最后得到所需要的形状的工件。1.1.数控线切割加工的主要特点如下数
5、控线切割加工的主要特点如下：1） ；线切割加工可以用于一般切削方法难以加工或者无法加工的形状复杂的工件加工，如冲模、凸轮、样板、外形复杂的精密零件及狭窄的缝隙。尺寸精度可以达到 0.01-0.02mm，表面粗糙度值 Ra 可达到 1.25m。2） ；先切割加工可以用于对一般切削方法难以加工或者无法加工的金属材料和半导体材料的工件进行加工，如淬火钢、硬质合金钢、高硬度金属等，但无法实现对非金属导电材料的加工。3） ；线切割加工直接利用线电极电火花进行加工，可以方便的调整加参数，如调节脉冲宽度、脉冲间隔、加工电流等，提高线切割加工精度，也可通过调节实现加工过程的自动化控制。4） ；线切割加工的效率
6、低，成本较高，不适合于加工形状简单的批量零件。二、二、 线切割机床的总体方案的拟定线切割机床的总体方案的拟定线切割机床具体加工过程为：加工者根据图纸中的工件尺寸，编制成一定的程序，并且通过键盘或光电机等输入设备将程序输入到控制器中去。在控制系统接受到输入的程序后，将其存入存储器中。点火花先切割机在收到命令后，就开始运行程序，通过微机控制系统进行插补运算。每运算一次，发出一个进给脉冲，然后经过功放驱动步进电机，使机床工作台按预定的轨迹进行加工。运丝系统由运丝电机传动给储丝筒，通过行程开关使储丝筒作往复运动，从而使得钼丝运动。钼丝经过机架上的导轮与工件相接近，小到一定的距离。乳化液泵即工作液将线切
7、割机专用乳化液通过喷嘴喷入工作切口上，高频脉冲电源产生的连续高频脉冲被分别加到钼丝与工件之间的间隙进行检测，检测信号的大小送入变频电路，再由变频电路产生的频率大小来控制微机的进给速度。当间隔增大时就加快进给速度，当间隙减小时，就减慢进给速度，以保持均衡的放电间隙，从而也维持了一定的加工电流。南华大学机械工程学院毕业设计1 1） ；电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定的加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。2 2） ；为了保证进给伺服系精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也
8、应有消除齿侧间隙的机构统的传动。3 3） ；根据系统的功能要求，微机控制系统中除了 CPU 外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其它辅助电路4） ；电火花线切割机床具有定位、纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等。因此，数控系统选取连续控制系统。5 5） ；纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成，传动比应满足机床所要求的。6 6） ；采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力，便于工作
9、台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。7 7） ；根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用 8 位微机。在 8 位微机中，MCS-51 系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可以选择 MCS-51 系列单片机扩展系统。在上述的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。三、具体各部件的组成介绍三、具体各部件的组成介绍线切割机床主要由机械系统、传动系统、润滑系统、电气系统和微机控制系统组成。其主体结构由床身、坐标工作台、线架、运丝装置、工作液箱、机床电器、夹具、保护罩及机床附件等部分
10、组成。1 1） ；机械系统；机械系统南华大学机械工程学院毕业设计机械系统主要由床身。坐标工作台、线架及运丝装置等组成。机床床身是箱形结构的铸件，是安装坐标工作台、线架及运丝装置的基础，要有较好的刚性，以保证机床的加工精度。床身既能起支撑和连接坐标工作台、运丝机构和线架等部件的作用，又起安装机床电器、存放工作液的作用。坐标工作台主要由工作台上拖板、中拖板、下拖板、丝赶和齿轮变速箱等部件组成。拖板的纵向和横向运动是采用“一 V 一平”滚动导轨结构。如下图所示图 1.2 线切割机坐标工作台图 1.2 中是线切割机坐标工作台的结构。坐标工作台用于安装并且带动工件在工作台平面内作 x、y 两个方向的移动
11、。坐标工作台分为上下两层，分别与x、y 轴丝杠相连。由两个步进电机通过两对消隙齿轮及丝杠转动来实现两个方向的运动。步进电机每接收到微机发出的一个脉冲信号，其输出轴就转动一个步距角。通过消隙齿轮变速带动丝杠转动，使工作台在相对应的方向上移动0.001mm。坐标工作台的有效行程就是步进电机驱动丝杠的转动对应的移动距离。丝杠前端采用两只角接触轴承来消除间隙，可调整予紧力，使间隙接近零，具有转动灵活、精度高、寿命长等优点而被采用。由于控制系统采用开环控制，机床加工精度主要由坐标工作台的运动精度来确定。南华大学机械工程学院毕业设计线架安装在储丝筒与工作台之间。为了满足不同厚度工件的要求，机床采用可变跨距
12、结构的线架，以确保上下导轮与工件的最佳距离，减小电极丝的抖动，提高加工精度。线架采用铸件结构，提高线架的刚性对加工精度有很大的影响。线架的下悬臂固定在立柱上，上悬臂可沿立柱导轨做上下升降。导轮置于线架悬臂的前端采用密封结构组成装在悬臂上。下图为先切割机床的线架部件结构。图 1.3 线架部件结构运丝装置由储丝筒、储丝筒拖板及传动系统组成。储丝筒由薄壁管制成，具有重量轻、惯性小、耐腐蚀等优点。储丝筒主轴通过。联轴器中装有耐油橡胶垫片，对电机换向瞬间产生的冲击起到机械缓冲作用，以减少振动，从而延长传动轴的使用寿命。如下页图所示，它是线切割机床运部件结构，储丝筒主轴装有两对变速齿轮，带动传动丝杆，使储
13、丝筒与拖板作往复运动使钼丝有规律的等距离排列在储丝筒上。拖板储丝筒的频繁换向是采用行程开关控制来实现的，它具有控制简单，动作灵敏、换向噪声小、震动轻、使用寿命长等优点。左右撞块间的距离可以调节，一般根据钼丝的长短来确定。钼丝两端留有一定的余量，当行程开关失灵时，可切断电机电源，确保机床的安全。南华大学机械工程学院毕业设计图 1.4 运丝部件结构2 2） ；传动系统；传动系统 传动系统由工作台、运丝装置和线架所组成。传动系统包括工作台传动系统、运丝装置传动系统和电极丝运转系统。工作台传动系统主要是 x 轴和 y 轴方向传动，下页图是工作台传动系统图。图 1.5 工作台传动系统示意图南华大学机械工
14、程学院毕业设计X 轴向传动路线如下。控制系统发出进给脉冲，x 轴步进电机接收到这个进给脉冲信号，其输出轴就转动一个步距角，通过一对齿轮变速带动丝杠转动。两齿轮啮合变速后带动丝杠，通过螺母带动拖板，使工件实现 x 轴向移动。Y轴向传动路线与 x 轴类似。运丝装置的传动系统主要是机床行程开关。运丝装置机构带动电极丝以一定的线速度运动，并将电极丝整齐的盘绕在储丝筒上。行程开关控制储丝筒的正反转向。下图是线切割机床运丝装置传动系统图图 1.6 运丝装置传动系统运丝装置的传动路线是：电动机转动，通过联轴器带动储丝筒按一定的速度运动旋转。同轴上一对齿轮啮合传动再传给另外一对齿轮。经两对齿轮的变速传动，带动
15、丝杠、螺母后驱动拖板移动，并使电极丝整齐地盘绕在储丝筒上。电极丝运转系统主要是由储丝筒旋转，带动电极丝做正反向交替运动。排丝导轮保持电极丝整齐排列在储丝筒上，经过线架作来回高速移动（线速度为8m/s） ，进行切割加工。电极丝传动路线是由储丝筒经过排丝轮，再经过导电轮，由上导轮切割工件，在经下导轮后，回储丝筒进行往复盘绕。3 3） ；机床润滑及工作液系统；机床润滑及工作液系统线切割机床有机床润滑系统和工作液系统。南华大学机械工程学院毕业设计机床润滑系统对线切割机床各个运动副进行润滑，以保证机床各个运动部件灵活可靠。手摇工作台做纵横向移动应轻松灵活，拨动储丝筒、导轮均应旋转自如，轻便灵活。工作台各
16、部位的运动副润滑，重点是丝杠、螺母和齿轮箱及拖板滑道等。一般要求加油时间为每周一次。运丝部件各部位的运动副润滑，重点是齿轮、丝杠、螺母和拖板导轨等。一般要求加油时间为每周一次。工作液系统由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起截缘、排屑、冷却等作用。工作液一般采用（710）%的植物皂化或 DX-1 油酸钾乳化液水溶液。工作方式由工作液泵供给工作液循环喷注的压力进行工作。每次脉冲放电后，工件与电极丝之间必须迅速恢复截缘状态，这是靠工作液的绝缘作用实现的。工作液喷注在切口中，使得脉冲放电不能转变为稳定持续的电弧放电，否则会影响加工质量和精度。在加工过程中，工作液的喷煮压力会将加工过程中产生的金属小颗粒迅速从电极之间冲走，保证正常加工。工作液还可以起冷却作用，冷却受热的电极和工件，防止工件变形。南华大学机械工程学院毕业设计第二章第二章 机械系统设计机械系统设计一同步带传动的设计计算一同步带传动的设计计算同步带传动设计计算的主要内容是根据传递的名义功率、转速、速度笔
