【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于電火花加工技術(shù)的適應(yīng)性流程加工技術(shù)，它可以被用在具有二維到三維復(fù)雜形狀的而且是導(dǎo)電的原材料的加工上。電火花線切割加工最常見的應(yīng)用是在壓模、擠壓模、粉末冶金的鑄模和標(biāo)準(zhǔn) 摸板的裝配工中。這樣就可以加工出以往依靠花費(fèi)很高的磨床或昂貴的傳統(tǒng)意義上的電火花的電極來進(jìn)行加工的工件。電火花線切割加工技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械、電工、電子、數(shù)控、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多門學(xué)科、專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用 店 火花加工具有加工精度高，速度快，加工成本低等一系列的優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的重視 。 為了提高加工工件的直線度，日本三菱電 2 機(jī)公司開發(fā)出了 Digital AE 電源 [1 ]。 該電源通過放電位置的檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)了工件上、中、下表面的均勻放電，進(jìn)而達(dá)到提高加工直線度的目的。 為了提高加工形狀精度， 日本沙迪克公司近幾年在所有的線切割加工機(jī)上都裝上了直線電機(jī) ,重點(diǎn)發(fā)展了了直線電機(jī)電火花線切割加工在提高加工精度方面的優(yōu)越性能 。國(guó)內(nèi)數(shù)控線切割機(jī)床的發(fā)展動(dòng)向和主要新技術(shù)和國(guó)外的單向走絲電火花線切割機(jī)床相比， 盡管國(guó)內(nèi)的數(shù)控線切割技術(shù)相對(duì)落后， 但經(jīng)歷了這幾年的發(fā)展后，與國(guó)外的機(jī)床相比， 其差距在漸漸縮小。蘇州電加工機(jī)床研究所展出的DK7632 機(jī)床。在原有技術(shù)基礎(chǔ)上又有新的突破， 改進(jìn) 了放電狀態(tài)檢測(cè)及伺服控制電路， 實(shí)現(xiàn)了放電狀態(tài)檢測(cè)電路溫漂硬件補(bǔ)償， 提高了檢測(cè)精度， 采用恒電壓加工伺服控制與恒速進(jìn)給加工相結(jié)合的控制策略，既保證了工件加工的尺寸精度， 又可確保變截面加工和拐角控制能順利進(jìn)行，進(jìn)一步提高了加工穩(wěn)定性和微細(xì)部位的加工精度。另外該機(jī)床還可配置微精加工雙向走絲線切割技術(shù)是中國(guó)發(fā)明的， 具有濃厚的中國(guó)特色， 其主要特點(diǎn)為：往復(fù)走絲、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、切割厚度大、運(yùn)行成本低， 但其最大的缺點(diǎn)就是加工精度較低、加工表面質(zhì)量不盡人意。隨著模具行業(yè)對(duì)加工要求的不斷提高以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨 激烈，近年來國(guó)內(nèi)生產(chǎn)數(shù)控線切割機(jī)床廠家都將提升機(jī)床的加工精度和加工表面質(zhì)量作為產(chǎn)品發(fā)展的主攻目標(biāo)。 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案的擬定 線切割機(jī)床具體加工過程為：加工者根據(jù)圖紙中的工件尺寸，編制成一定的程序，并且通過鍵盤或光電機(jī)等輸入設(shè)備將程序輸入到控制器中去。在控制系統(tǒng)接受到輸入的程序后，將其存入存儲(chǔ)器中。點(diǎn)火花先切割機(jī)在收到命令后，就開始運(yùn)行程序，通過微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。每運(yùn)算一次，發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖，然后經(jīng)過功放驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使機(jī)床工作臺(tái)按預(yù)定的軌跡進(jìn)行加工。運(yùn)絲系統(tǒng)由運(yùn) 絲電機(jī)傳動(dòng)給儲(chǔ)絲筒，通過行程開關(guān)使儲(chǔ)絲筒作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使得鉬絲運(yùn)動(dòng)。鉬絲經(jīng)過機(jī)架上的導(dǎo)輪與工件相接近，小到一定的距離。乳化液泵即工作液將線切割機(jī)專用乳化液通過噴嘴噴入工作切口上，高頻脈沖電源產(chǎn)生的連續(xù)高頻脈沖被分別加到鉬絲與工件之間的間隙進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)的大小送入變頻電路，再由變頻電路產(chǎn)生的頻率大小來控制微機(jī)的進(jìn)給速度。當(dāng)間隔增大時(shí)就加快進(jìn)給速度，當(dāng)間隙減小時(shí)，就減慢進(jìn)給速度，以保持均衡的放電間隙，從而也維持了一定的電流。 1．?dāng)?shù)控電火花線切割機(jī)床的動(dòng)力系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境 影響小，且額定功率小。據(jù)此電機(jī)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)。 2．縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲桿螺母副組成，起傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 3．為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 4 脈沖電源圖紙 程序鍵盤數(shù)控裝置介質(zhì)液泵步進(jìn)電機(jī)儲(chǔ)絲筒圖 2— 1 線切割機(jī)工作原理示意圖 4．采用滾動(dòng)道軌可以減少道軌見的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。 在上述的基礎(chǔ)上，有條件的還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié)，使加工過程更加細(xì)致。 主要技術(shù)參數(shù)的確定 技術(shù)參數(shù)主要包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)，尺寸參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。 DK7732 電火花線切割機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如下： 工作臺(tái)行程 /mm 500*320 最小切削厚度 /mm 30（可調(diào)） 加工表面粗糙度 Ra/μ m 切割速度 /mm2 /min 100 加工精度 /mm 5 切割工件最大厚度 /mm 300 電極絲移動(dòng)速度 電極絲直徑 φ ~φ 6 第 3章 儲(chǔ)絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 儲(chǔ)絲走絲部件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是由絲筒電機(jī)正反轉(zhuǎn)得到的。電極通過聯(lián)軸節(jié)與絲筒連接，絲筒裝有齒輪，通過過度齒輪與絲桿上的齒輪齒合。絲桿固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板與底座采用裝有滾珠的 V 形滾動(dòng)導(dǎo)軌連接，這樣絲筒每轉(zhuǎn)一周拖板直線移動(dòng)相應(yīng)的距離，因此機(jī)床工作 前應(yīng)根據(jù)零件厚薄和精度要求可在 mm 到 之間調(diào)節(jié)。 對(duì)高速走絲機(jī)構(gòu)的要求 1. 高速走絲機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還要進(jìn)行相應(yīng)的軸向移動(dòng)，以保證極絲在儲(chǔ)絲筒上整齊排繞。 2. 儲(chǔ)絲筒的徑向和軸向竄動(dòng)量要小。 3. 儲(chǔ)絲筒要能夠正反向旋轉(zhuǎn)，電極絲的走絲速度在 7~12m/s范圍內(nèi)無級(jí)或有級(jí)可調(diào)，或恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。 4. 走絲機(jī)構(gòu)最好與床身相互絕緣。 5. 傳動(dòng)齒輪副、絲桿副應(yīng)具備潤(rùn)滑措施 [1]。 高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 高速走絲 機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)絲筒組合件、上下拖板、絲桿副、齒輪副、換向裝置和絕緣件等部分組成，如圖 31 所示 儲(chǔ)絲筒由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。儲(chǔ)絲筒另外一端通過二對(duì)齒輪減速后帶動(dòng)絲桿。儲(chǔ)絲筒、電動(dòng)機(jī)、齒輪都安裝在兩個(gè)支架上。支架及絲桿則安裝在拖板上，調(diào)整螺母安裝在底座上，拖板在底座上來回運(yùn)動(dòng)。螺母具有消除間隙的副螺母和彈簧，齒輪及絲桿螺距的搭配為設(shè)旋轉(zhuǎn)一圈拖板移動(dòng) ，所以該儲(chǔ)絲筒適用于φ 以下的鉬絲。 儲(chǔ)絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，無不正常振動(dòng)。滾筒外圓振擺應(yīng)小于 7 ，反向間隙應(yīng)小于 ， 軸向竄動(dòng)應(yīng)完全徹底消除。 圖 3— 1 DK7732 機(jī)床的儲(chǔ)絲走絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 高頻電源的負(fù)端通過碳刷送到儲(chǔ)絲筒的尾部，然后傳到鉬絲上，碳刷應(yīng)保持良好接觸，防止機(jī)油或其它贓物進(jìn)入。 儲(chǔ)絲筒本身作為高速正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)、滾筒及絲桿的軸承應(yīng)定期拆洗并加潤(rùn)滑脂，換油期限可根據(jù)使用情況具體決定。其余中間軸、齒輪、三角導(dǎo)軌及絲桿、螺母等每班應(yīng)注油一次。 1. 儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件 儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件主要由儲(chǔ)絲筒、聯(lián)軸器和軸承組成。 (1) 儲(chǔ)絲筒 儲(chǔ)絲筒是電極絲穩(wěn)定移動(dòng)和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一，一般用45 號(hào)鋼制造。為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，筒壁應(yīng)盡量薄，按機(jī)床規(guī)格的不同，選用的范圍一般為 ~5mm。為進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可選用鋁鎂合金材料制造。儲(chǔ)絲筒壁厚要均勻，工作表面要有較好的表 8 面粗糙度，一般 R а 為 。為保證絲筒組合件動(dòng)態(tài)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)孔、外圓對(duì)支撐部分的同軸度。儲(chǔ)絲筒與主軸裝配后的徑向跳動(dòng)量應(yīng)不大于 。一般裝配后，以軸的兩端中心孔定位，重磨儲(chǔ)絲筒外圓和與軸承配合的軸徑。 (2) 聯(lián)軸器 走絲機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)組合件的電極軸與儲(chǔ)絲筒中心軸，一般不采用整體的長(zhǎng)軸，而是利用聯(lián)軸器將二者聯(lián)在一起。由于儲(chǔ)絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)頻繁換向，聯(lián)軸器瞬間會(huì)受到正反向的剪切力，但由于這個(gè)力不大，且儲(chǔ)絲筒中心軸與電極軸有較高的同軸度要求。所以本設(shè)計(jì)采用彈性聯(lián)軸器 走絲機(jī)構(gòu)的上下拖板一般有下面二種滑動(dòng)導(dǎo)軌。 (1)燕尾型導(dǎo)軌 這種結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。旋轉(zhuǎn)調(diào)整桿帶動(dòng)塞鐵，可改變導(dǎo)軌副的配合間隙。但該結(jié)構(gòu)制造和檢驗(yàn)比較復(fù)雜，剛性較差，傳動(dòng)中摩擦損失也較大。 (2)三角、矩形組合式導(dǎo)軌 如下圖所示 。導(dǎo)軌的配合間隙由螺釘和墊片組成的調(diào)整環(huán)節(jié)來調(diào)整。本設(shè)計(jì)采用三角、矩形組合式導(dǎo)軌。如圖 32 由于儲(chǔ)絲筒走絲機(jī)構(gòu)的上拖板一邊裝有運(yùn)絲電動(dòng)機(jī)，儲(chǔ)絲筒軸向兩邊負(fù)荷差較大。為保證上拖板能平穩(wěn)的往復(fù)移動(dòng)，應(yīng)把下拖板設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)以使走絲機(jī)構(gòu)工作時(shí)，上拖板部分可始終不滑出下拖板，從而保證拖板的剛度、機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)精度。 走絲機(jī)構(gòu)上拖板的傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯?2 級(jí)減速齒輪副和一組絲桿副組成，它使儲(chǔ)絲筒在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，作相應(yīng)的軸向位移，保證電極絲整齊的排繞在儲(chǔ)絲筒上。 9 圖 3— 2 三角矩形組合式導(dǎo)軌 在本次設(shè)計(jì)線切割機(jī)中，走絲機(jī)構(gòu)是常是通過配換齒輪來改變儲(chǔ)絲筒的排絲筒的排絲距離，以適應(yīng)徘繞不同直徑的電機(jī)絲的要求。 絲桿副一般采用軸向調(diào)節(jié)法來消除螺紋配合間隙。為防止走絲電機(jī)換向裝置的失靈，導(dǎo)致絲桿副和齒輪副的損壞，在齒輪副中，可選用尼龍代替部分金屬齒輪。這不但可以在電機(jī)換向裝置失靈時(shí)，由于尼龍齒輪先損壞，保護(hù)絲桿副與走絲電機(jī)，還可以減少噪聲。但是由于要照顧專業(yè)知識(shí)的復(fù)習(xí)，所以決定選用傳統(tǒng)的金屬材料制造。 、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu) 線架與走絲機(jī)構(gòu)組成了電極絲 的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。線架的主要功能是在電極絲按給定線速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺(tái)平面保持一定的幾何角度。對(duì)線架的要求是： ① 具有足夠的剛度和強(qiáng)度，在電極絲運(yùn)動(dòng)（特別是高速走絲） 10 時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)震動(dòng)和變形； ② 線架的導(dǎo)輪有較高的運(yùn)動(dòng)精度，徑向偏擺和軸向竄動(dòng)不超過； ③ 導(dǎo)輪與線架本體、線架與床身之間有良好的絕緣性能； ④ 導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件有密封措施，可防止帶有大量放電產(chǎn)物和雜質(zhì)的工作液進(jìn)入導(dǎo)輪軸承； ⑤ 線架不但能保證電極絲垂直于工作臺(tái)面，在具有錐度切割功能的機(jī)床上，還具有能 使電極絲按給定要求保持與工作臺(tái)平面呈一定角度的功能 [2 ]。 線架按功能可以分為固定式、升降式和偏移式三種類型：按結(jié)構(gòu)可分為懸臂式和龍門式兩種類型。 懸臂式固定線架主要由線架本體、導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件及保持器等組成。 (1)線架本體結(jié)構(gòu) 中、小型線切割機(jī)床的線架本體常采用單拄支撐、雙臂懸梁式結(jié)構(gòu)。由于支撐電極絲的導(dǎo)輪位于懸臂的端部，同時(shí)電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動(dòng)時(shí)不致振動(dòng)和變形。 為了進(jìn)一步提高剛度和強(qiáng)度，在上下懸臂間增加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。有的機(jī)床的線架本體有的采用龍 門結(jié)構(gòu)。這時(shí)，工作臺(tái)拖板只沿一個(gè)坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)通過架在橫梁上的線架拖板來實(shí)現(xiàn)。 此外，針對(duì)不同厚度的工件，還有采用絲臂張開高度可調(diào)的分離式結(jié)構(gòu)，如下圖 33 所示?；顒?dòng)絲臂在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，上下移動(dòng)的距離由絲桿副調(diào)節(jié)。松開固定螺釘時(shí)，旋轉(zhuǎn)絲桿帶動(dòng)固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動(dòng)。調(diào)整完畢后擰緊固定螺釘，上絲臂位置固定下來。為了適用線架絲臂張開高度的變化，在線架上下部分應(yīng)增設(shè) 11 副導(dǎo)輪，如圖 33 所示： 圖 23 可調(diào)式線架本體結(jié)構(gòu) （ 1） 導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu) 導(dǎo)輪是本機(jī)床關(guān)鍵零件，關(guān)系到切割質(zhì)量，對(duì)導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的要求如下。 12 圖 34 可移動(dòng)絲臂 ①導(dǎo)輪 V 形槽面應(yīng)有較高的精度， V 形槽底的圓弧半徑必須小于選用的電極絲半徑，保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。 ②在滿足一定強(qiáng)度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪的質(zhì)量，以減少電極絲換向時(shí)的電極絲與導(dǎo)輪間的摩擦。導(dǎo)輪槽工作面應(yīng)有足夠的硬度，以提高其 耐磨性。 ③導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)輕便靈活，應(yīng)盡量減少軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。 ④進(jìn)行有效的密封，以保證軸承的正常工作條件 [3 ]。 （ 3）雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。 懸臂支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上絲方便。但是因?yàn)閼冶壑危瑥埦o的電極絲運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性較差，難于維持較高的運(yùn)動(dòng)精度，同時(shí)也影響導(dǎo)輪和軸承的使用壽命。 雙支撐結(jié)構(gòu)為導(dǎo)輪居中，兩端用軸承支撐，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上絲麻煩。但是此種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳 13 動(dòng)。 雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪兩端加工成 300 錐形軸尖，硬度在 RC60以上。 軸承由紅寶石或錫磷青銅制成。該結(jié)構(gòu)易于保證導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)部件的同軸度，導(dǎo)輪軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)量可以控制在較小的范圍內(nèi)。缺點(diǎn)是軸尖運(yùn)動(dòng)副摩擦力大，易于發(fā)熱和磨損。為補(bǔ)償軸尖運(yùn)動(dòng)副的磨損，利用彈簧的作用力使運(yùn)動(dòng)副良好接觸。 通過比較以上三種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以看出第二種結(jié)構(gòu)比較適合作為 DK7732 高速走絲電火花線切割機(jī)床的導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)。 (4) 導(dǎo)輪的材料 為了保證導(dǎo)輪軸徑與導(dǎo)向槽的同軸度，一般采用整體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪要求使用硬度高、耐磨性好的材料制成（如 GCr1 W18Cr4V），也可以選用硬質(zhì)合金或陶瓷材料制造導(dǎo)輪的 鑲件來增強(qiáng)導(dǎo)輪 V 形工作面的耐磨性和耐蝕性。 (5) 導(dǎo)輪組合件的裝配 導(dǎo)輪組合件裝配的關(guān)鍵是消除滾動(dòng)軸承中的問題，避免滾動(dòng)體與套杯工作表面在負(fù)荷作用下產(chǎn)生彈性變形，以及由此引起的軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。因此，常用對(duì)軸承施加預(yù)負(fù)荷來解決。通常是在兩個(gè)支撐軸承的外環(huán)間放置一定厚度的定位環(huán)來獲得預(yù)負(fù)荷。預(yù)加負(fù)荷必須選擇得當(dāng)，若軸承受預(yù)加負(fù)荷過大，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生急劇磨損。同時(shí)，軸承必須清洗得很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內(nèi)是否