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摘 要
高速走丝电火花线切割机床是我国的发明创造，其结构简单、性价比高，己经成为我国制造业中不可或缺的加工手段。电火花线切割加工具有无切削力，工件材料硬度对可加工性影响不大等优点，因此能适合各种特殊性能的材料和各种复杂表面及微细、精密、薄壁以及低刚性零件，电火花线切割技术在脆硬材料的切削及加工领域中已经广泛应用。随着制造技术的提升，要求电火花线切割机床具有高精度、高效率。所以研究具有高附加值、应用性很强的CNC控制系统的电火花线切割机床，提高产品的市场竞争力势在必行。本文针对快走丝电火花线切割机床的设计进行了详细描述。通过对使用性能，工作原理的分析和了解，将其分成三个主要部分。先选取标准件和校核主要部件，再利用UG三维软件进行综合实体设计，CAD做最后的出图修改，完成快走丝电火花线切割机床的设计。
关键词：电火花线切割；硬脆材料；机床设计；结构
Abstract
After lots of investigation of the internal and external methods on modeling of wire EDM process, the dissertation presents an attempt at modeling. WEDM has advantages of no cutting force and little effect on process ability, which caused by the workpiece material’s hardness. Electric discharge wire-cutting technology has been used widely in the field of Tooling and Machining of Hard and brittle materials. As improving of manufacturing technology, high precession and efficiency of WEDM is needed. Therefore, study on the WEDM of high added value and strong applied CNC control system to improve the market competitiveness is imperative. In the focus of the high speed wire-cutting machine, the article have a detailed description for its design. Through the analysis and understanding of its performance and work principle, made it into three main sections. And select the standard parts and check the main components, then use UG three-dimensional software to comprehensive the physical design and CAD drawing software to final changes made to complete the design to the high speed wire-cutting machine.
Key words: Electric discharge wire-cutting; Hard and brittle materials; Machine design; Structure
目 录
1 绪论 1
1.1 电火花线切割技术的发展 1
1.1.1 国外切割设备发展过程及现状 1
1.1.2 我国切割设备的现状 5
1.2 线切割加工技术的发展方向及意义 7
1.2.1 基于PC的数控系统的开发 7
1.2.2 人工智能(AI)技术的运用 8
1.2.3 机床设计的改善 9
1.2.4 多次切割工艺的应用 10
1.2.5 结论和展望 11
2 电火花线切割技术内容及研究 12
2.1 电火花线切割加工原理 12
2.1.1 电火花线切割正常加工必须具备的条件 12
2.1.2 电火花线切割加工的特点 13
2.1.3 电火花线切割的应用范围 13
2.2 电火花线切割加工机床的特点 14
2.2.1电火花线切割加工机床的分类 14
2.2.2 电火花线切割加工机床的基本组成 14
3 UG软件介绍 16
3.1 UG的主要技术特点 16
3.1.1 集成的产品开发环境 16
3.1.2 全局相关性 16
3.1.3 并行协同工作 17
3.1.4 满足客户需要的开放式环境 17
3.2 UG的主要应用模块 17
3.2.1 Gateway（基本环境） 18
3.2.2 Modeling(建模) 18
3.2.3 Shape Sdutio（工业产品造型） 18
3.2.4 Drafting（制图） 18
3.2.5 Manufacturing（加工） 18
3.2.6 Structures（结构分析） 19
3.2.7 Moldflow Part Adviser（注塑模分析） 19
3.2.8 Motion（运动分析） 19
3.2.9 Sheet Metal（钣金设计） 19
3.2.10 Routing （管道） 20
3.2.11 Wire Harness（布线） 20
3.2.12 Assemblies（装配） 20
3.2.13 Knowledge Fusion（知识融接） 20
3.3 UG与Pro/e的比较 20
4 快走丝电火花线切割机床设计的方案确定 24
5 快走丝电火花线切割机的设计 28
5.1 快走丝电火花线切割机的结构 28
5.2 传动机构： 29
5.2.1 储丝筒 30
5.2.2 联轴器 30
5.3 导丝机构： 30
5.3.1 导丝架 30
5.3.2 导轮部件结构 31
5.3.3 导轮运动组合件的结构 32
5.4 XY工作台 32
6 电火花线切割机床的主要参数计算 33
6.1 确定储丝筒基本尺寸 33
6.2 主电动机的选择 33
6.2.1 选择要点 33
6.2.2有关计算： 34
6.3 电动机联轴器的选择 35
6.3.1 常用联轴器特点 35
6.3.2 有关计算 35
6.4 丝杠的选择和计算 36
6.4.1 确定丝杠的相关参数 36
6.4.2 相关计算 36
6.4.3 确定丝杠副代号 38
6.5 同步带及同步带轮的选择及计算 38
6.5.1 选定同步带 38
6.5.2 选定同步带轮 39
6.6 工作台的设计 40
6.6.1 工作台选材 40
6.6.2 相关计算 40
6.7 步进电机的选择 41
6.7.1 与丝杠联接的电动机确定 41
6.7.2 有关计算 42
6.8 工作台导轨的选择 45
7 工艺方案的经济分析 49
7.1 标准件费用 49
7.2 材料费 51
7.3 工资 52
7.4 总成本估算 53
8 结 论 54
9 参考文献 55
10 致谢 57
附录A 英文原文 58
附录B 中文翻译 74
绪论
电火花线切割技术的发展
电火花线切割加工（wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM）是线电极电火花加工的简称，是电火花加工的一种，有时又称线切割，属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。
被切割的工件作为工件电极，钼丝作为工具电极，脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上。钼丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的工作液.当钼丝与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，在钼丝与工件之间形成瞬间放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。若工作台带动工件不断进给，就能切割出所需要的形状。由于贮丝筒带动钼丝交替作正、反向的高速移动，所以钼丝基本上不被蚀除，可使用较长的时间。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上。
1960年，苏联首先研制出靠模线切割机床。中国于1961年也研制出类似的机床。早期的线切割机床采用电气靠模控制切割轨迹。当时由于切割速度低，制造靠模比较困难，仅用于在电子工业中加工其他加工方法难以解决的窄缝等。1966年，中国研制成功采用乳化液和快速走丝机构的高速走丝线切割机床，并相继采用了数字控制和光电跟踪控制技术。此后，随着脉冲电源和数字控制技术的不断发展以及多次切割工艺的应用，大大提高了切割速度和加工精度。
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