关 键 词：

含PROE三维图纸 含ProE三维图 三维图纸PROE 含proe三维 proe三维】 设计【PROE】 ProE设计 PROE三维图 Proe三维图纸 proe三维

资源描述：

内容简介：

毕业设计（论文）题目 双丝筒电火花线切割设计专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 摘要自线切割技术诞生以来，就获得了迅速的发展，逐步成为一种高精度和高自动化的加工方法广泛地应用于加工工业。电火花线切割加工是利用一根移动的导线作为切割工具对工件进行切割加工。电火花线切割机床分高速走丝线切割机和低速走丝线切割机两种。国外生产的主要是低速走丝线切割机，技术已经很成熟。而国内生产的主要是高速走丝线切割机，最大切割效率及最佳表面粗糙度与低速走丝线切割机相比有较大差距。随着未来电火花线切割加工技术向着高效、高精度方向发展，开发出具有低成本、高效、高精度线切割技术，已成当务之急。本文在查阅相关文献及加工特点的基础上，通过将高速、低速电火花线切割加工技术加工方法有机结合，设计出双速筒走丝电火花线切割加工方案。该方案设有两套走丝系统，一套用于高速往复走丝，另一套用于低速单向走丝，走丝系统在加工区重合，在非加工区独立进行走丝。该结构的设计需把高低速走丝重合的部分设计成双槽导轮，分别用于钼丝和铜丝的走丝。但该方案的优点在于两套走丝系统是分离的，对于控制系统的处理较简单，提高了机床的可靠性，而且用于低速走丝的铜丝是一次性使用，从而可大幅降低丝速，保证加工精度。最终将高速走丝与低速走丝有机结合，达到了本次毕业设计的目的，为学生立足社会打下扎实的基础。关键词：电火花线切割，高速走丝，低速走丝，双速筒走丝，有机结合ABSTRACTSince the wire cutting technology was born, it has enjoyed rapid development, and gradually become a high-precision and highly automated processing methods widely used in the processing industry. EDM wire cutting is the use of a moving wire as a cutting tool for cutting the workpiece.WEDM min high-speed and low-speed wire cutting EDM take two kinds of wire. Foreign production is mainly low-speed wire cutting technology has been very mature. The domestic production of major high-speed wire cutting, maximum cutting efficiency and optimum surface roughness compared with the low-speed wire cutting away a large gap. With the future of EDM wire cutting technology toward efficient, high-precision direction, developed a low-cost, high efficiency, high precision wire cutting technology, has become a top priority.Based on relevant literature and processing characteristics, through the high-speed, low-speed WEDM processing methods combine technology, design a two-speed drum to go wire EDM wire cutting program. The program has two go wire systems, one for high-speed reciprocating go wire, and one for low-speed way to go wire, take the wire system in the processing zones overlap, in the non-processing area independently go wire. The structural design of the need to design high and low speed wire walk into a dual-slot overlapped portion guide wheel, respectively, for molybdenum wire and copper wire walking. But the advantage of this is that two separate systems are go wire, the control system is relatively simple processing, improve the reliability of the machine, but also for low-speed walking copper wire is disposable, which can significantly reduce yarn speed to ensure accuracy.Will eventually go wire-speed and low-speed wire walk combine to achieve the purpose of the graduation project for students to lay a solid foundation based on the community.Keywords: EDM wire cutting, high speed wire walking, low-speed wire walk, double barrel to go wire-speed, combineI目 录摘要IABSTRACTII第1章绪论31.1 电火花线切割的发展概述31.2电火花线切割工作原理及构造41.2.1 电火花线切割工作原理41.2.2 电火花线切割的构造51.3 电火花线切割的分类61.4 电火花高效、高精度线切割技术发展现状71.5 本课题研究的意义91.6 本课题研究的内容10第2章 双丝筒电火花线切割方案的设计112.1 双丝筒电火花线切割整体结构的确定112.1.1 电火花切割整体结构方案一112.1.2 电火花切割整体结构方案二112.1.3 电火花切割整体结构方案的分析和确定122.2 切割方案及工艺指标的确定13第3章 双丝筒电火花线切割具体结构的设计153.1双走丝方式的设计153.2双丝筒结构设计153.3连杆机构的设计16第4章 电气系统及喷液系统设计184.1 电气系统的设计184.2 喷液系统的设计194.2.1 工作液泵系统的设计194.2.2 喷嘴的设计204.2.3 工作液防护装置的设计20第5章 线切割加工中断丝的预防22第6章 结论24致谢25参考文献26第1章 绪论1.1 电火花线切割的发展概述1943年，前苏联科学院电工研究所拉扎连科夫妇研究为了减少开关触点由于放电产生的损坏，而发明了电火花加工。与传统加工相比，电火花加工具备很多优点：因电极与工件不直接接触，加工时无明显的机械力，所以工具电极的硬度可以低于工件的硬度；并不依靠机械能切除金属，而是直接用电源和热能，造成金属瞬时和局部的熔化，以强力、高速爆炸、冲击来去除金属材料，故可以加工任何硬度的金属；通过使用简单的运动，完成复杂表面或型腔的加工。正因为电火花加工具有机械切削加工所不具备的许多特点，因而在民航、国防生产部门以及科学研究中已得到越来越广泛的应用。1969年，瑞士的Agie公司生产出世界上第一台线切割机床。这些20世纪70年代最早的机床的典型特点是加工非常慢，切削速度大约是每小时2平方英寸（21mm2/min）。到了80年代初期，切削速度大约是每小时6平方英寸（64mm2/min）。今天，机床装备上自动走丝线且切削速度几乎达到每小时30平方英寸（322 mm2/min）。这些机床的切削精度为0.0025mm，在某种情况下更小，且加工表面可达到 Ra0.037 m甚至更低。在市场上，有一种电火花线切割机床能使用一种特殊的加工介质对零件进行镜面抛光处理。电火花线切割加工（Wire EDM）如图1-1所示，它是机械制造加工业最有影响的改革之一。这个加工方法已经给加工的精度、质量、生产效率和效益带来了引人注目的进步。 在线切割加工之前，昂贵的加工方法时常用于零件的精加工。现在通过计算机的辅助和电火花线切割机床，极端复杂的形状也能被自动、精确且非常容易地加工出来，甚至像碳化物这样难加工的材料也毫不费力。图1-1 电火花线切割加工1.2 电火花线切割工作原理及构造1.2.1 电火花线切割工作原理线切割使用一根行进的金属丝作为电极穿过被加工零件。金属丝被精确地以计算机数字化控制（CNC）系统所监控，如图1-2所示。 图1-2 电火花线切割同任何其他的加工工具一样，线切割是一种金属切削技术。线切割是使用电流通过电火花腐蚀来除去金属的。快速的直流电脉冲在金属丝电极和工件之间产生。在金属丝和工件之间有一种去离子水的保护液，叫做电解质。纯水是一种绝缘体，但是自来水通常包含能使水对线切割导电的矿物质。为了控制水的电导率，使水经过一个树脂箱除去它的导电元素，生成去离子水。同机床切削一样，水的电导率因为切削运动而上升，液压泵自动地使水流过树脂箱从而控制它的电导率。 当达到足够大的电压时，液体被电离。然后受控制的电火花精确地腐蚀工件的一个小区域，导致它熔化而蒸发。这些脉冲以每秒数千次的频率被重复。加压的冷却液、电解液将蒸发的金属材料冷却并迫使来自缝隙的被腐蚀的金属颗粒重新凝固。电解液由受控制的去离子水组成。过滤器除去水中的杂质，树脂能控制水的导电率。为了保证加工精度，电解液流过一个冷却器使液体维持恒温，如图1-3所示。图1-3电火花线切割工作原理一个直流或交流伺服系统在金属丝电极和工件之间保持0.0010.002 mm的缝隙。当它切割下需要的形状时，伺服机构阻止电极进一步接近工件，防止与工件短路，机床不再运动。金属丝电极通常是一卷粗为0.06 0.33 mm的缠绕在线轴上的黄铜或铜锌线，有时也用钼丝线。有些机器甚至能用粗为0.025 mm的金属丝切削。为了能用这么细的金属丝进行切削，就需要用钨丝。金属丝应经常定期更新，确保电火花线切割极高的加工精度。电火花线切割加工被广泛地应用于冲头、冲模、脱模板和为电火花加工制造电极等方面。本文中双丝筒电火花线切割的工作原理是：结合往复高速走丝切割和单向低速走丝切割，该方案一次切割采用往复高速走丝切割，后续多次采用单向低速走丝切割，具有较高速走丝电火花线切割加工精度高、较低速走丝电火花线切割加工成本低的特点。本文中采用高速走丝电机和低速走丝电机分别控制高速储丝筒和底速储丝筒。1.2.2 电火花线切割的构造本文设计的双丝筒电火花线切割设备主要包含：工作液箱系统、封闭门、黄铜丝、高速走丝贮丝筒机构、高速走丝恒张力机构、低速走丝张力精控装置、低速走丝贮丝筒机构、Z轴调节手柄、上导丝器、上喷嘴、锥度机构、下喷嘴、下导丝器、X轴调节手柄、Y轴调节手柄、床身、喷液压力调节面板、废丝桶、排丝机构。该设计通过液压系统为设备提供动力，通过电动机控制高速、低速储丝筒的转速；通过张紧机构来控制黄铜丝的走丝线路；通过X、Y、Z调节手柄来准确定位工件的位置。具体结构的设计和介绍将在下面的章节进行详细讲述。1.3 电火花线切割的分类1、根据电极丝的运行速度分类根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为810m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式。另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。2、根据对电极丝运动轨迹的控制形式分类根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火花线切割机床又可分为三种：一种是靠模仿形控制，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的靠模，加工时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着靠模边缘作轨迹移动，从而切割出与靠模形状和精度相同的工件来。另一种是光电跟踪控制，其在进行线切割加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来。再一种是数字程序控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作*模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外95以上的电火花线切割机床都已采用数控化。切割属电加工范畴，是由前苏联人发明的，我国是第一个用于工业生产的国家，当时由复但大学和苏州长风机械厂合作生产的这是最早的机型叫复旦型，我们国内在此基础上发展了快走丝系统(HS)，欧美和日本发展了慢走系统(LS)。目前电极丝我国采用钨钼合金丝，国外采用黄铜丝。我国采用皂化工作液，国外采用去离子水。1.4 电火花高效、高精度线切割技术发展现状1、电火花高效线切割近年来，提高HSWEDM切割效率，一直是国内专家、学者和相关厂家研究的热点。特别是随着“中走丝”(具有多次切割功能的HSWEDM)的广泛推广，业内已充分认识到采用传统乳化液在大能量切割时的局限性，一般乳化液只能在平均切割电流3A以内稳定切割，致使HSWEDM切割效率长期徘徊在60-80mm2min，极大的限制了切割效率的提高。例如：瑞士阿奇公司的AGIE CUT PROGRESS机床，其最大切割效率达500mm2min以上，开发的e-cut新型电源，具有窄脉宽高峰值电流(1600Aus)的特点，使粗加工时也能实现气相抛出，因此在切割效率达300mm2min时，表面粗糙度Ra0.8um，这种具有实用价值的高效加工可减少多次切割次数，使平均加工效率成倍提高。其他如日本三菱电机公司的FA-v机床，日本沙迪克公司的AQ325L机床等均可达到400500mm2min高效切割速度。日本牧野公司U86型LSWEDM机床，采用新型脉冲电源，生产率达到350mm2min，而当加工厚度为500mm的工件时，切割速度仍能达到100mm2min。高电流峰值，窄脉宽高频放电电源极大的提高了LSWEDM的切割速度，但由于峰值电流过大，且频率过高，给系统放电状态的检测带来了诸多麻烦。如果控制不当，非常容易断丝，反而使得加工效率下降。针对这种情况，国内外许多厂家提出了单个脉冲能量优化脉冲电源的概念。这种脉冲电源可实现单个放电脉冲能量在线控制，能够有效防止断丝和弧光加工，使加工效率获得飞速提高。夏米尔公司采用大峰值电流，并能够稳定、高效率地切割而没有断丝，就在于它采用了窄脉宽，精确的单个放电脉冲能量控制技术。除了有效的逐个脉冲检测，还采用了PILOTEXPERT专家系统极好地控制集中放电的能量，从而在防止断丝的同时也解决了局部过热的问题，对提高加工效率非常有利。同样，日本三菱公司也采用了放电能量控制，它的FA系列机床，采用了最大能量控制(PM3)脉冲电源，加工速度达到500mm2min以上。足见，在加工过程中，实现单个放电脉冲能量控制，对减少断丝率，提高切割效率有重大意义。我国生产的LSWEDM最大切割效率一般为200-250mm2min，与国外先进水平相比还存在一定的差距。例如：三光科技有限公司生产的DK76系列机床，其最大切割效率210mm2min：苏州电加工机床研究所生产的DK76系列机床，其最大切割效率200 mm2mim北京阿奇夏米尔公司的xenon机床，其最大切割效率为250 mm2min等。2、电火花高精度线切割超精加工、微细加工技术是目前迅速发展、最富有活力的科学技术，并且是现代制造技术的一个重要发展方向，受到世界各国的高度重视。而精密WEDM加工技术是实现微细加工的有效手段之一。1965年，我国张维良工程师发明了高速走丝电火花线切割机。此后，经过三十多年的发展，线切割加工的工件厚度从40mm发展到1000mm，切割精度从20um提高到10um。一直到80年代初，我国的HSWEDM加工工艺水平与国外LSWEDM不相上下，但自此以后，HSWEDM除了在NI厚度上尚能保持一定的领先优势外，在电火花线切割机的其它工艺指标(加工精度、表面粗糙度等)与LSWEDM的差距越来越大。当然，原因一方面是LSWEDM自90年代以后在理论和实践上较HSWEDM有很大的发展；另一方面，由于HSWEDM机床结构的限制，加上高速往复走丝切割，机床动态精度下降，高速运动部件极易磨损，电极丝振动幅度大，空间定位精度差，最终导致HSWEDM切割精度长期停滞不前。目前实用的切割指标为：一般工作精度为O.01mm，一般最佳表面粗糙度Ra2.5um。为了提高HSWEDM切割精度，从上世纪90年代开始，国内出现在HSWEDM上研究实现多次切割的可行性，通过提高机床工作台的几何精度及运动精度和改进高频脉冲电源等，同时对运丝系统加以改进以提高电极丝的空间位置稳定性，目前已实现了HSWEDM多次切割，相关产品已开始投放市场，行业内将这种能够实现多次切割功能的HSWEDM称为“中走丝”。“中走丝”的出现，较大程度地提升了HSWEDM的加工工艺水平，如：经过四次切割后在平均加工效率50mm2min条件下切割表面粗糙度Ra0.8um，机床工作精度达+0.005mm，该指标已经接近中档LSWEDM的工艺水平。但“中走丝”工作精度稳定性较差，类似HSWEDM，由于电极丝空间稳定性问题并没有从根本上得到解决，所以实际生产中“中走丝”的加工精度较HSWEDM并没有实质性的突破，只是在加工表面质量上有所提高。近年来国外LSWEDM发展迅速，切割精度等工艺已达到了很高的水平，目前精密LSWEDM加工技术在航空航天、医学、模具、微电子器件、生物技术、微型传感器和微型电器制造等方面得到广泛应用。日本三菱公司推出的FS3超精NI脉冲电源，再加上新开发的LC&HL回路，配合专用的电极丝，加工表面粗糙度最大可达0.23um的微细表面，加工尺寸精度2mn，该电源采用交流高频加工技术，在微小能量领域里实现了稳定加工。日本牧野公司的UPH-2卧式油中放电微细LSWEDM机床，孔圆度可达07um，表面粗糙度RaO35um。而牧野公司的UPJ-2微细LSWEDM机床，用002mm的电极丝，可加工55mm的孔、40um的槽、齿项圆直径0.46mm的齿轮和R17um圆角半径，在LSWEDM微细加工方面，声称世界之最。此外，日本沙迪克公司的AP200L LSWEDM机床在油中加工硬质合金IC引线框架模，其加工形状精度为-0.7-+0.5mm，表面粗糙度Ra0.15um。瑞士阿奇公司的VERTEX LSWEDM机床，其加工精度达05um，表面粗糙度Ra005um。瑞士夏米尔公司的ROBOFIL240 CC440 CC的LSWEDM机床采用了CC电源，最佳表面粗糙度心Ra0.1um，直径100mm圆度误差为2.9um。总体来说，国外LSWEDM的加工水平为：Tkm(平均轮廓精度)达2-4um，Ra0.1um，切割尖角和下圆弧精度为12um，30锥度切割精度3，加工硬质合金没有微观裂纹，没有变质层，可以直接进行精密模具加工，模具寿命大为提高。而在国内LSWEDM的加工水平为：表面粗糙度为Ra0.50.6um，加工尺寸精度约0.0065mm，具有防电解电源及优化脉冲能量电源等。1.5 本课题研究的意义由于我国经济的持续发展，特别是电加工机床的主要应用领域模具制造业的快速发展以及航空航天、军工、家电、建材等行业需求的不断增长，电加工机床的产量近年来已得-到了迅速提升，从上世纪末各种电加工机床年产量1万台左右发展到目前的5万台左右，其中80以上为WEDM，而HSWEDM又占据了WEDM总数的90。目前HSWEDM市场保有量为30万台，为我国模具制造业及相关行业的发展提供了有力的装备支撑，但HSWEDM的生产目前很大一部分是在低水平的重复制造，技术上如果没有突破，这一局面还将长期持续下去。作为精密WEDM的LSWEDM是目前电加工机床发展的重中之重，市场对该产品的需求增加很快，目前我国市场每年的需求量接近3000台，且近年每年都以800台左右、4-5亿元的销售额在快速增长，目前世界知名品牌企业已全部完成在中国的本土化，台资企业亦大量涌入内地。LSWEDM技术在经历了一段时间的沉寂后，近年技术上获得了飞速发展，其根本原因是放电机理及相关技术应用的巨大进步所导致的。由于LSWEDM的无电阻纳秒级千安培峰值电流的脉冲电源技术、高速精准检测控制技术及抗干扰技术等相当复杂，机械、电源、控制等各方面要求很高，因此它被视为电加工产品“皇冠上的明珠”。LSWEDM加工的表面质量和精度已能满足精密、复杂、长寿命模具的要求，可以作为精密模具最终加工的主要手段，“以割代磨”的趋势越来越明显。目前，其它加工方法还无法与LSWEDM优异的加工性能相竞争，而且LSWEDM的加工工艺水平及运行的经济性已优于机械磨削。但LSWEDM所取得的令人瞩目的技术进步也是凭借巨大的投入所获得的，由于其放电是建立在去离子水介质条件下的传统间隙放电，对于放电介质的研究基本局限在如何改变去离子水的电导率方面，因此LSWEDM-V艺指J标提高的手段主要集中在机械、电源、控制等领域，从而也造成了LSwEDM机床制造成本居高不下，运行成本也比较昂贵的局面。因此在目前我国各制造产业占主导地位的仍是HSWEDM。目前我国高精度的LSWEDM主要依赖从国外进口，各生产厂商对其中的关键技术也严格保密。我国大陆电加工企业真正能进行LSWEDM生产并实现销售的仅有曾与日本Sodick公司合资经营的苏州三光科技有限公司和在国家立项攻关支持下经历数十年研究耗资巨大的苏州电加工研究所，年产量不足500台，其产品的技术水平与国外上世纪90年代的相当。我国LSWEDM的研制与生产从20世纪80年代才开始，起步较晚，缺乏对LSwEDM加工机理及基础性研究，产品生产主要依靠拷贝国外技术，发展后劲严重不足。长此以往仅仅靠在别人后面追赶的研究和制造方式将导致LSWEDM的技术水平与制造产品的差距愈拉愈大，希望短期内在技术上获得较大地提高相当困难。1.6 本课题研究的内容本文将主要从三个方面对高低双速走丝电火花线切割方案的确定，分别是高速走丝切割、低速走丝切割和高低双速走丝切割。其中高速走丝切割作为高低双速走丝电火花线切割的首道切割，将研究以获得高效切割的基本条件；低速走丝切割作为其后续加工方法，将重点研究低速走丝的一次切割精度、多次切割表面粗糙度及落料切割效率；高低双速走丝切割，主要是在高速走丝切割和低速走丝切割研究的基础上，将两者有机结合，研究高低双速走丝电火花线切割各工艺参数，并重点分析其加工精度和表面粗糙度。结合往复高速走丝切割和单向低速走丝切割，对高低双速走丝电火花线切割进行方案的设计和验证。28第2章 双丝筒电火花线切割方案的设计2.1 双丝筒电火花线切割整体结构的确定2.1.1 电火花切割整体结构方案一该方案设有两套走丝系统，一套用于高速往复走丝，另一套用于低速单向走丝，走丝系统在加工区重合，在非加工区独立进行走丝。该结构的设计需把高低速走丝重合的部分设计成双槽导轮，分别用于钼丝和铜丝的走丝。双槽导轮之间的距离是固定的，只要通过程序就可对电极丝的定位进行补偿。但加工区的上下导轮同时应用于高速和低速走丝，而高速走丝的丝速很快，导致导轮磨损较快。从而影响低速走丝的加工精度，这就需要经常更换双槽导轮，才能保证达到加工要求。且每次从高速走丝换到低速走丝时需重新进行穿丝，费时费力，降低了加工效率。图2.1 双丝筒走丝结构proe三维图但该方案的优点在于两套走丝系统是分离的，对于控制系统的处理较简单，提高了机床的可靠性，而且用于低速走丝的铜丝是一次性使用，从而可大幅降低丝速。图2.1 双丝筒走丝结构proe三维图2.1.2 电火花切割整体结构方案二根据本课题任务书上的要求，本文设计双丝筒电火花线切割机床要能够实现高低双速走丝，并且能够高速走丝和低速走丝两套机构有机结合在一起。本文设计的整体结构如图2.2双丝筒走丝结构原理示意图。本结构动力源由液压系统提供，切割丝采用黄铜线。其中高速筒走丝路线为：高速电机将动力传递给高速走丝贮丝筒机构4，黄铜线3经过高速走丝恒张力机构5、托丝轮、上丝器9、上喷嘴10、锥度机构11、下喷嘴12然后再到下丝器12完成对工件的切割，最后通过排丝机构19将切割产生的废丝排到废丝筒18，完成高速筒走丝。低速筒走丝路线为：低速电机将动力传递给低速走丝张力精控装置6，黄铜线经过低速走丝恒张力机构7、托丝轮、上丝器9、上喷嘴10、锥度机构11、下喷嘴12然后再到下丝器12完成对工件的切割，最后通过排丝机构19将切割产生的废丝排到废丝筒18，完成低速筒走丝。其中工件位于工作台上，工件三维定位通过X轴调节手柄14、Y轴调节手柄15、Z轴调节手柄8完成。1、工作液箱系统 2、封闭门 3、黄铜丝 4、高速走丝贮丝筒机构 5、高速走丝恒张力机构 6、低速走丝张力精控装置 7、低速走丝贮丝筒机构 8、Z轴调节手柄 9、上导丝器 10、上喷嘴 11、锥度机构 12、下喷嘴 13、下导丝器 14、X轴调节手柄 15、Y轴调节手柄 16、床身 17、喷液压力调节面板 18、废丝桶 19、排丝机构图2.1 双丝筒走丝结构原理示意图2.1.3 电火花切割整体结构方案的分析和确定方案一的结构特点分析：本方案提出了一种全新的设计方案，利用两个丝筒通过多层绕丝来完成加工。现有的线切割加工基本上都是单层绕丝，而本方案的多层绕丝是最大的突破点，然而该特点需对机床的走丝机构进行根本性的改变。可看出两个丝筒位于下方，加工时，一个丝筒电机起拖动作用。另一个丝筒电机起制动作用，从而控制电极丝的张力。丝筒只作旋转运动，不作往复直线运动，这与普通线切割机床不同，可省去导轨机构。电极丝从丝筒出来之后，进入上方的连杆机构。其中，丝杠上面的导轮随着丝杠作往复直线运动，实现电极丝的排丝。该结构较以往简洁，还能增加机构的灵活性，导轮的往复直线运动通过一个连杆机构来保证电极丝的长度不变。由于是多层绕丝，所以可通过程序控制高速走丝和低速走丝的电极丝层数。使其按照一定比例分配，这样可腾出足够的电极丝用于低速走丝，从而实现高低双速走丝加工。方案二的结构特点分析1、加攻精度高。高低双速走丝在精加工时采用单向低速走丝，不仅能避免换向冲击，而且会降低贮丝筒、导轮、轴承的径向跳动和轴向窜动，提高了加工精度。2、电极丝张力分级可控。由于高、低走丝系统相互独立，不存在张力可逆问题，一次切割高速走丝系统可采用较小的电极丝张力，而多次切割低速走丝系统可增大电极丝张力。3、切割厚度大、效率高。高低双速走丝一次切割采用高速走丝大能量切割，以实现高效、大厚度加工，后续多次切割降低丝速，从而在保证切割效率的情况下提高切割精度和表面粗糙度。4、成本低。高低双速走丝对工作介质的极间喷入压力要求较LSWEDM低，工作介质可以选用复合工作液代替去离子水，避免了昂贵的去离子水装置及高压喷液装置，同时，其仍可采用目前国内的高频脉冲电源及控制系统，生产、运行成本及技术难度较LSWEDM大大降低。综合考虑及分析后，本文中电火花切割整体结构的设计采用方案一。2.2 切割方案及工艺指标的确定由于高低双速走丝电火花线切割机床能够分别独立实现高、低两种加工工艺，或对两种工艺进行有机组合。因此，可根据加工要求的不同灵活选用不同的组合方式进行加工：在精加工时，利用LSWEDM机床走丝系统可保持较大的电极丝空间位置精度及稳定性，可选用低速走丝系统进行一次或多次切割，从而获得较好的表面质量和切割精度；而对于切割厚度较大的工件，如加工要求不是很高，仍用高速走丝或“中走丝”方案进行切割，其切割方案及预期最终目标如表2.1所示。表2.1 高低双速走丝电火花线切割机床切割方案及工艺指标在采用多次切割时，有两种切割方式可以进行选择，一种是在原一次切割的缝隙中进行切割：一种是在半敞开的环境中进行。前者由于电极丝仍处在一个较封闭的环境中，因此理论上对电极丝振动的阻尼作用较大，对电极丝在切缝中的稳定有好处，但由于工作液较难进入极间间隙，极间工作状态相对较差。后者是取掉废料后在半敞开的环境中切割，这种切割方式下，电极丝受单边放电作用力的影响，其空间位置稳定性较差，但工作液却较容易进入极间间隙，故极间工作状态相对较好。这两种切割方式各有特点。表2.2列出了两种方式的优缺点，以供在多次切割时有目的的选择。表2.2 两种多次切割方式的特点第3章 双丝筒电火花线切割具体结构的设计3.1 双走丝方式的设计利用两个丝筒通过多层绕丝来完成加工。具体结构详见下图3.1双走丝结构。现有的线切割加工基本上都是单层绕丝，而本方案的多层绕丝是最大的突破点，然而该特点需对机床的走丝机构进行根本性的改变。可看出两个丝筒位于下方，加工时，一个丝筒电机起拖动作用。另一个丝筒电机起制动作用，从而控制电极丝的张力。丝筒只作旋转运动，不作往复直线运动，这与普通线切割机床不同，可省去导轨机构。电极丝从丝筒出来之后，进入上方的连杆机构。其中，丝杠上面的导轮随着丝杠作往复直线运动，实现电极丝的排丝。该结构较以往简洁，还能增加机构的灵活性，导轮的往复直线运动通过一个连杆机构来保证电极丝的长度不变。由于是多层绕丝，所以可通过程序控制高速走丝和低速走丝的电极丝层数。使其按照一定比例分配，这样可腾出足够的电极丝用于低速走丝，从而实现高低双速走丝加工。图3.1双走丝结构。3.2 双丝筒结构设计本方案中使用的双丝筒结构，丝筒没有了以往的往复直线运动。从而省去了繁重的直线导轨，电极丝的排丝是通过作往复直线运动的导轮来实现的。丝筒的贮丝量是普通机床的10 倍以上，加工时可减少电极丝损耗，延长电极丝使用寿命。由于电极丝增长了，所以相应的换向时间也增长了，这就使相同时间内加工区的换向条纹大大减少，不仅增加了加工精度，而且还节省了时间，提高了加工效率。图3.2双丝筒多层绕丝机床设计，将丝筒放于下方，丝杠和导轮位于上方，这种布局便于穿丝，图3.3连杆机构的布局。这是因为实际加工时，操作者都是站在丝筒后方进行穿丝的，所以该结构可节省时间，具体结构详见实物图。图3.2双丝筒多层绕丝机床设计图3.3连杆机构的布局3.3 连杆机构的设计连杆结构是整个走丝机构的核心部分。通过该连杆机构可保证电极丝在走丝路径中的长度保持不变，从而使走丝速度保持不变，进而提高加工精度。本方案在走丝系统中设计了两套对称的连杆机构，具体结构如图3.4。导轮3和导轮4随着丝杠作往复直线运动，导轮3和导轮6下面的连杆可绕导轮作旋转运动，且都与套筒5相连，套筒5 绕固定转轴作旋转运动。图3.4和图3.5分别是导轮在丝杠上面运动时的两个极端位置，当导轮3和导轮4随着丝杠向左运动时，导轮1和导轮4之间的电极丝缩短，因为导轮3和导轮6通过连杆机构相连，所以导轮1和导轮6之间的距离变长。由于导轮3 下面的连杆转轴中心到活塞筒转轴中心的距离为2L，导轮6下面的连杆转轴中心到活塞筒转轴中心距离为L，而导轮6与导轮1之间距离的变化引起导轮6两边电极丝长度的变化，再加上前文所述的比例关系，从而保证了电极丝在走丝路径中的长度保持不变，实现了电极丝走丝速度的恒定，提高了加工精度。具体结构详见实物图。1、3、4、6、导轮 2、连杆 5、套筒图5 连杆结构导轮运动方式图6 连杆机构各部分尺寸比例第4章 电气系统及喷液系统设计4.1 电气系统的设计本设计的切割机所用高频电源具有三种工作模式：普通方式、分组脉冲、精细高频。三种工作方式适合于不同场合，本文主要采用普通方式。在普通工作方式下，高频脉冲电源具有高低压复合功能。高低压复合脉冲电源工作原理如图4.1所示。放电间隙并联两个供电回路：一个为高压脉冲回路，其脉冲电压较高，平均电流很小，主要起击穿间隙的作用；另一个为低压脉冲回路，其脉冲电压比较低，电流比较大，起着蚀除金属的作用，所以称之为加工回路。二极管用以阻止高压脉冲进入低压回路。高低压复合大大提高了脉冲的击穿率和利用率，并使放电间隙变大，排屑良好，加工稳定。图4.1 高低压脉冲电源工作原理图机床原有高低压复合脉冲电源的高低输出电压分别为：高压85V，低压39V。为了进一步深入研究，本文拓展了高低复合脉冲电源的输出值，低压增加了一档：425V，高压增加了两档：113V、142V。这样高低压输出波形的组合方式就可由一组扩展到六组，如表4.1所示。此外，为了便于各组高低压输出间的转换，在控制硬件相应回路中设置了转换开关，从而大大提高试验的可操作性。表4.1 高低压组合方式4.2 喷液系统的设计4.2.1 工作液泵系统的设计1、高压喷液水泵系统高低双速走丝大能量高效切割时，由于极间能量的输入相对一般切割有大幅提高，工作液在放电产生的巨大高温作用下产生瞬时气化和热分解，损失严重，极间冷却、洗涤、排屑状况随之恶化，导致加工不稳定，切割速度反而降低，切割表面往往带有大量烧伤纹。产生这些问题的原因，分析认为主要是在高速走丝大能量切割下，工作液随丝带入的极间供液方式已无法满足极间稳定、均匀地冷却要求。为此通过添加辅助高压喷液系统，在工作液随丝带入的极间供液方式基础上，辅以高压强迫冲液的形式，以提高工作液的极间进入量和极间平均流动速度，从而有效弥补工作液的损失。机床平台上的原有喷液系统无法提供高压强迫冲液所需喷液压力。为此，本文在考虑到实际需求，最终采用低速走丝机床用Grundfos(格兰富)高压水泵，该泵牌号为：CRK2110，其额定流量为2.5m3h，扬程71.3m，转速2900rmin。并在该泵的基础上设计、搭建了高压喷液管路系统。2、中压喷液水泵系统格兰富高压水泵一般价格不菲，近一万元一台，使用成本较高。且高低双速走丝除首次高效切割外，后续高精度切割，由于切割环境的改善，已大大降低了对喷液压力的苛刻要求。因此为了降低高低双速走丝机床的设计、生产和运行成本，本文在试验中备份一套中低压喷液水泵系统。该喷液水泵系统实为一般HSWEDM常用的工作液喷液系统，不过为了满足一定喷液压力的要求，本文在原系统上做了一些改进，去掉了原系统中的工作液滤芯，改用工作液箱铺设软磁片的方式，以起到过滤磁性蚀除产物，同时减少工作液循环回路中的阻尼，以提高喷液系统的输出压力。如此便可对较低喷液压力下的高效、高精度切割工艺规律展开研究，以探求较低喷液压力下高效切割的可行性。4.2.2 喷嘴的设计高低双速走丝高效切割时，为配合高压喷液水泵系统，本文专门设计了共轴式喷嘴，其装配设计如图4.2所示。首先，考虑到高压喷液时，工作液对电极丝有较大的冲击，通过共轴式设计，在理论上，当电极丝轴线与喷嘴口轴线完全重合时，工作液在各个方向上对电极丝的冲击将相互抵消，从而使电极丝所受冲击合力为零。此外，共轴式喷嘴还有利于工作液包裹电极丝，在高低双速走丝高精度切割时，这种包裹作用可以对电极丝的振动产生一定抑制，同时也有利于工作液随电极丝更好的进入放电极间，以获得较佳的极间状态。其次，考虑到高低双速走丝高速走丝系统和低速走丝系统将共用喷嘴和导丝器，为简化，本文采用导丝器和喷嘴一体化设计。另外，加上低速高精度切割对导丝器的定位要求较高，导丝器采用红宝石材料，制成孔型，对电极丝进行全方位限定。最后，考虑到实际切割时，为减少工作液从喷嘴口与工件表面间的缝隙中过多流失，加工中一般需将喷嘴尽可能的贴近工件，如LSWEDM加工时，两者间距最小可达0.05mm。如此小的贴近距离，很难避免喷嘴与工件间的接触，故在喷嘴选材时，本文采用了绝缘材料有机玻璃，以避免两者在加工中形成放电回路。图4.2 喷嘴结构装配设计图4.2.3 工作液防护装置的设计高低双速走丝高效切割时，由于喷液压力相对常规浇注式有较大提高，因此，平台原有简陋式工作液防护挡板已无法满足高压喷液下的防护。本文在仔细分析实际高压喷液线切割加攻特点的基础上，并结合大量实验，最终发现高纺织密度的布料在高压喷液下，具有较好的防护作用。一方面布料具有较好的延展性，可以实现对加工区全方位包裹，做到对工作液全封闭式无缝防护。另一方面，由于布料的可折叠性，加工时，可以为喷嘴和工件间的相对进给运动提供一定的活动空间。不过，布料的透光性较差，加工时不便对切割过程进行观察，而本文选用布料，是出于试验的方便性，因此后续改进时，可选择透明的幕帘。第5章 线切割加工中断丝的预防1、储丝筒绕线不均导致断丝首先要保证储丝筒运转平稳，无不正常振动现象；其次对高速走丝机构的储丝筒在转动时，还要进行相应的轴向移动，并且要求储丝筒每转!转时的轴向位移与电极丝的直径相适应，即电极丝的直径要小于储丝筒每转一转时的轴向位移，否则走丝时会产生叠丝现象而引起断丝。2、脉冲电源方面脉冲电源是线切割加工设备的重要组成部分。在高速走丝方式的线切割加工中，电极丝往复使用，损耗较大时就增加了断丝的概率。（1）、线切割脉冲电源应具有使用极丝低损耗的性能。脉冲电源要输出单向脉冲，根据极性效应原理，不能采用交变脉冲来进行电火花加工，否则无极性效应，生产率低而电极丝损耗大，所以脉冲电源必须输出单向直流脉冲，对可能出现的负脉冲（反向脉冲）要加以限制切除；如采用单结晶体管脉冲发生式脉冲电源，这种电源利用三相桥式整流电路，特点是内阻低，输出的直流电压波形脉动小，可以只用较小的滤波电容就可获得比较平稳的直流电源，以供应工件和电极丝之间脉冲火花放电的能量，从而降低电极丝的耗损（2）、一般来说，脉冲波形的前沿和后沿以陡些为好，但前、后沿太陡会加快电极丝损耗。（3）、脉冲频率的大小影响加工表面粗糙度和切割速度，一般情况下，脉冲频率越大表面粗糙度值越小，又能得到较高的切割速度，但脉冲频率过大，会加速电极丝的损耗，为了减小电极丝损耗减少断丝发生，脉冲的重复频率约在5-500KHZ。3、走丝机构的影响走丝机构在电极丝工作过程中的振动是造成非正常断丝的主要原因。电极丝与工件之间的放电现象是轻压放电现象，也就是说电极丝与工件之间的接触力达到一定程度时，才会产生正常的火花放电，若走丝机构由于不稳定而发生振动，势必引起电极丝与工件接触压力的不断变化，从而引起断丝。为了减少振动，走丝机构中的丝杠副和齿轮副要能够进行间隙调整，并采取预加载荷办法来提高运动副的精度。4、冷却系统完善的冷却系统应能保证冷却液进入电极丝与工件之间的缝隙，这样才能起到有效的冷却作用，并及时带走电蚀产物，从而保证火花放电的持续进行。在加工过程中，放电点局部瞬时温度极高，若冷却系统不正常，极易把电极丝烧断，较好的冷却方法是采用环形喷嘴从电极丝四周进液，冷却效果好且稳定。5、进给速度的影响理想的进给速度是电极丝的进给速度恰好等于工件实际可能的最大蚀除速度。进给速度太小（欠跟踪），实际加工状态处于偏开路状态；进路速度太大（过跟踪），实际加工状态处于偏短路状态。实际上，由于进给系统中步进电动机、传动部件等都存在着机械惯性或滞后现象，因此不论是欠跟踪或过跟踪，自动调节系统都将使进给速度忽快忽慢，加工过程变得不稳定而引起断丝。进给速度的调整可利用示波器观察分析和电流表观察分析两种方法。利用示波器进行观察时，将示波器输入线的正极接工件，负极接电极丝，调整示波器，则可观察到加工时波形，若加工波最浓，空载波和短路波很淡，此时为最佳加工状态。采用电流表观察分析法时，一般情况是把加工电流（即电流表上指示出的平均电流）调节到大约等于短路时电流，就可保证为最佳工作状态。6、峰值电流的影响随着峰值电流的增大，脉冲间隔减小，频率提高，脉冲宽度增大，电极丝耗损增大，增加了断丝的可能。7、电极丝松紧程度的影响电极丝的上丝、紧丝是线切割操作的一个重要环节，当电极丝的张力适当时，切割速度最大。在上丝、紧丝过程中，如果上丝过紧，电极丝超过弹性变形的限度，由于频繁地往复弯曲、摩擦，加上放电时遭受急热，急冷变换的影响，会发生疲劳而造成断丝。高速走丝时，上丝过紧往往在换向的瞬间就发生断丝。上丝过松，由于电极丝具有延伸性，在切割较厚工件时，由于电极丝的跨距较大，除了它的振幅较大以外，严重时电极丝快速运转容易跳出导轮槽或限位槽而被卡断或拉断，所以张力大小要控制在一定范围，张紧力的大小与电极丝的材料和直径有关。8、电极丝材料的影响常用的电极丝材料有铜丝、钨丝、钼丝、钨铜丝和钨钼丝。铜丝只在低速走丝线切割机床上使用，高速走丝常用钼丝。钨丝的抗拉强度高，但脆而不耐弯曲。钨铜丝的抗拉强度和韧性都较好，寿命较长，断丝现象明显减小，但其价格较贵。第6章 结论时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。在整个毕业设计过程中，我对液压