数控电火花线切割机设计

毕业设计（论文）报告纸共50页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊前言1.国内外发展状况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机电火花技术结合实现了各种复杂复杂形状的模具和零件加工的自动化，其控制精度可达1mm实际加工精度可达0.01mm，表面粗糙度可达Ra1.25~2.5μm..电火花线切割加工技术作为一种特种加工技术，具有很强的使用价值，其工艺手段在许多情况下是常规制造技术无法取代的，其中主要的原因是电火花线切割加工具有任何硬度的导电金属材料，且加工过程中不受宏观力的作用，从而可保证较好的加工精度与表面质量。随着现代化技术的飞速发展，电火花线切割机床不仅产量急剧增加，技术水平也明显提高，主要表现在加工指标、加工工艺及其自动化程度方面。（1）加工指标大大提高目前线切割机床加工精度可达直线度1~2m，椭圆度2m，拐角处的塌角近似0；加工粗糙度可达maxaR=2~3m，加工速度可达20021.minmm，电火花切割加工技术跨入精密、高效、表面粗糙度低的领域。（2）加工工艺日趋完善为了追求加工指标的进一步提高，除了改进机床结构脉冲电源以及控制系统外，另一个重要的方向是研究线切割加工工艺。（3）自动化程度越来越高最近几年问世的电火花线切割机床几乎全是CNC控制系统，除有程序自动编制装置（包括编程、打印程序清单等）还有自动加工穿丝孔装置、自动接线装置以及自动上料机构等。（4）电火花线切割机床的三化①标准化各个制造厂都有企业标准、行业标准，有的国家还制定同类产品的国家标准；②通用化零部件的通用化对发展系列产品十分重要，因此一台基型产品研制成功之后就很自然的向两头系列产品延伸；③系列化为了满足不同用户的需要，必定要发展各种规格、不同功能系列产品2.未来的发展方向：为了提高生产力和改善加工质量，超高精度加工是关键技术。目前对数控机床的进给速度要求已从6~8m/min提高到大于50~60m/min加速度要求达到（1~5）g，毕业设计（论文）报告纸共50页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊这个指标对具有中间传动和变换环节的传动进给驱动系统是无法实现的。20世纪末以来，从世界四大国际机床展（欧洲EMO、美国IMTS、日本JIMTOF、中国CIMT）表明国际上存着一种趋势，直线电动机直接驱动开始应用于数控机床。电火花线切割加工技术的发展与其相关技术的发展紧密结合。而且，未来电火花线切割加工技术的进步，必须围绕着满足更高的生产效率，更高的加工精度及更高效的生产组织形式而发展。电火花线切割加工技术作为制造业中一种重要的生产方式，必将在未来的生产领域中发挥更加重要的作用。此外。电火花线切割加工技术的应用范围也将不断得到拓展，在更多的生产领域发挥重要的作用。毕业设计（论文）报告纸共50页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章总体设计1.1数控电火花线切割加工原理数控电火花线切割加工，是利用金属（紫铜、黄铜、钨、钼和各种合金）线和各种镀层金属线作为负电极，对导电或半导电材料的工件（作为正电极）进行所要求的尺寸加工，在加工中，线电极一方面相对工件不断的往上（下）移动（慢走丝是单向移动、快走丝是往复移动）；另一方面，安装工件的十字工作台，有数控伺服电机驱动，在X、Y轴方向实现切割进给，使线电极沿加工图形的轨迹，对工件进行加工。这中切割是依靠电火花放电作用来实现的，它是在线电极和工件之间加上脉冲电压，同时在线电极和工件之间浇注矿物油、乳化液或去离子水等工作液，不断地被电蚀，可控制地完成工件的尺寸加工。工件接高频脉冲电源的正极，电极丝接负极，即采用正极性加工，电极丝缠绕在贮丝筒上，电机带动贮丝筒运动，致使电极丝不断地进入和离开放电区域，电极丝与工件之间浇注工作液。当高频脉冲电源通电后，随着工作液的电离、击穿，形成放电通道，电子高速奔向正极，正离子奔向负极，于是电能转变为动能，粒子间的相互碰撞以及粒子与电极材料的碰撞，又将动能转变为热能。在放电通道内，正极和负极表面分别成成为瞬时热源，达到很高的温度，使工作液介质汽化、热裂分解、金属材料熔化、沸腾、汽化。在热膨胀、局部微爆炸、电动力、流体动力等综合作用下，蚀除下来的金属微粒随着电极丝的移动和工作液的冲洗而被抛出放电区，于是在金属表面形成凹坑。脉冲间隔时间内工作液介质消电离，放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复了工作液的绝缘性。由于加工过程是连续的，电机受控制系统的控制，使工作台在水平面沿两个坐标方向伺服进给运动，于是工件就逐步被切割成各种形状。1.2数控电火花线切割加工机床的分类数控电火花线切割加工机床，根据电极丝运动的方式可以分成快速走丝数控电火花切割机和慢走丝数控电火花线切割机两大类别⑴快走丝数控电火花线切割机床这种类型机床在60年代研制成功，是我国的独创，目前年产量约为三千台，现在拥有二万多台，分布在我国的各行业，并出口到东欧和东南亚各国。这类机床的线电极运行速度快（300~700m/min），而且是双向往返循环的运行，即成千上万次地反复通过加工间隙，一直使用到断线为止。线电极主要是钼丝（直径为0.1~0.2mm）,工作液采用乳化液，也可采用矿物油（切割速度低，易产生火灾）、去离子水等。由于电极线的快速运动能将工作液带进狭窄的加工缝隙，起到冷却作用，同时还能将加工的电蚀物带出加工缝隙，以保持加工缝隙的“清洁”状态，有利于切割速度的毕业设计（论文）报告纸共50页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊提高。相对来说快速走丝电火花线切割加工机床结构比较简单，价格较慢速走丝机床便宜。但是由于它的运丝速度快、机床的振动较大，线电极的振动也大，导丝导轮的损耗也大，给提高加工精度带来较大的困难。另外线电极在加工往返运行中的放电损耗也是不能忽视的，因而要得到高精度的加工和维持加工精度也是相当困难的。目前能达到的精度为0.01mm，表面粗糙度Ra0.63～1.25μm（7），但一般的加工精度为±0.015~0.02mm，表面粗糙度Ra1.25~2.5m（6），可满足一般摸具的要求。⑵慢速走丝电火花线切割加工机床这种类型的电火花线切割加工机床运丝速度一般为3m/min左右，最高为15m/min。可用紫铜、黄铜、钨、钼和各种合金以及金属涂覆线作为线电极，其直径为0.03~0.35mm。这种机床线电极只是单方向通过加工间隙，不重复使用，可避免线电极损耗给加工精度带来的影响，工作液主要用去离子水和煤油。使用去离子水生产效率高，没有引起火灾的危险。这种机床的切割速度目前已达到3502mm/min，精度±0.001，粗糙度可达max0.3Rm。慢速走丝电火花线切割机床，由于解决了能自动卸除加工废料，自动搬运工件，自动穿电极丝和自适应控制技术的应用，因而能实现无人操作的加工。1.3总体规格的设计电火花线切割加工设备主要由床身、坐标工作台、工作液循环系统、脉冲电源、控制系统、走丝系统、机床夹具等部分组成。近年来，电火花线切割加工机床的产品不断增加，逐步向标准化、系列化方向发展。从加工范围来讲，一般分五中规格（如下表格）。参数规格ⅠⅡⅢⅣⅤ工作台台面长度（毫米）1602504008001600工作台台面宽度（毫米）1252003205001000工作台纵向行程（毫米）801502505001000工作台横向行程（毫米）60100200320600考虑到市场情况初步选用规格Ⅲ，即主要参数如下：a.工作台面尺寸：工作台台面长度400mm工作台台面宽度320mmb.坐标工作台：毕业设计（论文）报告纸共50页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊工作台纵向行程250mm工作台横向行程200mm手轮每格行程4mm/转c.最大切割厚度150mmd.锥度拖板：横向行程8mm（uv）纵向行程8mm手轮每格行程0.01mm加工锥度6毕业设计（论文）报告纸共50页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第二章坐标工作台坐标工作台主要由工作台上拖板、中拖板、下拖板等部分组成，用来放置工件，用来带动被加工工件按照预定的路线在X和Y轴方向相对电极丝移动，来完成对工件的加工。2.1拖板拖板主要由下拖板,中拖板,上拖板和工作台四部分组成,通常下拖板与机床床身联接,中拖板置于下拖板之上,运行方向为坐标Y方向;上拖板置于中拖板之上,运行方向为坐标X方向,工作台通过绝缘体与上拖板相联接.为在减轻自重的条件下增加拖板的结合面，提高工作台的刚度，应使上拖板在全行程中不伸出中拖板，中拖板不伸出下拖板。2.2导轨设计坐标工作台的纵横拖板是沿着导轨往复移动的。因此，导轨的精度，刚度和耐磨性有较高的要求，导轨直接影响X、Y坐标工作台的运动精度。导轨与拖板固定，保证灵活、平稳。线切割机床常选用滚动导轨。因为滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，而且润滑方法也简单。滚动导轨有滚珠导轨、滚针导轨和滚柱导轨等几种形式，为了保证导轨精度，各滚动体的直径误差一般不应大于0.001毫米。2.2.1导轨形式的选择导轨的组合形式在线切割机床中常用的有两种：1）力封式滚动导轨力封式（见图一）是借助运动件的重力将导轨副封闭，而实现给定的运动形式。承导件是两根V形导轨，运动件上两根与承导件相对应的导轨中，一根是V形导轨，另一根是平导轨，这种结构具有较好的工艺性、制造、装配、调整都比较方便，同时导轨与滚珠的接触面也较大，受力均匀，润滑条件较好（因V形面向上易于贮油）。缺点是拖板可能在外力作用下向上抬起，并因此破坏传动，当搬运具有这种导轨形式的机床时必须将移动件夹紧在床身上。毕业设计（论文）报告纸共50页第7页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图一力封式滚动导轨2）自封式滚动导轨自封式（见图二）是指有承导件保证运动件按给定要求运动的结构形式，其优点是运动件受到外力作用时比较平稳、防尘条件好。但结构复杂，每个V形槽侧面受力不均匀，同时工艺性较差。图二自封式滚动导轨3）直线滚动导轨直线滚动导轨（见图三）副由滑块、导轨、钢球或滚柱、保持器、自润滑块、返向器及密封装置组成。在导轨与滑块之间装有钢球或滚柱，使滑块与导轨之间的摩檫变成滚动摩檫。当滑块与导轨之间作相对运动时，钢球沿着导轨上经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向器进入返向孔后在循环进入导轨滚道，返向器两端装有防尘密封垫，可有效地防止灰尘、消末进入滑毕业设计（论文）报告纸共50页第8页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊块体内。有的滑块装有自润滑装置，不用再加润滑油。直线导轨的特点是能承受垂直方向的上下和水平方向的左右四个方向的额定相等的载荷，额定载荷大，刚性好，抗颠覆力矩大；还可根据使用需要调整预紧力，在数控机床上可方便地实现高定位精度和重复定位精度，是精密数控机床不可缺少的重要功能部件。图三直线滚动导轨综合考虑以上的因素选用直线滚动导轨比较理想。由于滚动导轨是点或线接触，导轨单位面积上承受压力很大，同时滚子的硬度高，为了保证运动件的运动的灵活性和准确性，导轨的表面光洁度应在▽10以上，工作面的不平度不大于0.005毫米/400毫米，导轨的材料采用合金工具钢9Mn2V、HRC58~60。为了最大限度地消除导轨在使用中的变形，导轨应进行冰冷处理和低温时效。2.2.2导轨具体设计：1、上导轨的设计：最大加工工件质量约为150kg，工作台约为100kg，上拖板约为150kg总质量约为400kg工作台台面长度为400mm，纵向行程为250mm,根据机床设计手册的三卷图6.2—41a可得导轨长度：dLLS=400+250=650(mm)式中dL—工