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电火花线切割机床中走丝系统的设计.doc

电火花线切割机床中走丝走丝系统的设计【7张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】【三维源文件额外购】

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【最终】YC467-电火花线切割机床中走丝走丝系统的设计

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丝杠-A3.dwg

主轴-A3.dwg

储丝筒-A1.dwg

同步带轮-A4.dwg

拨丝滑块-A3.dwg

联轴器-A4.dwg

装配图-A0.dwg

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丝杠-A3.exb

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摘要II

AbstractIII

第一章绪论1

1.1电火花切割机的概念及分类1

1.1.1电火花切割机的概念1

1.1.2电火花切割机的分类2

1.2国内外研究及发展现况2

1.3走丝线切割机背景及开展研究的意义6

1.3.1中走丝线切割机的背景6

1.3.2走丝线切割机研究的意义7

第二章总体设计9

2.1 设计要求9

2.2 总体方案设计9

第三章总体参数的选择与计算11

3.1电动机的选择11

3.1.1选择电动机类型11

3.1.2电动机容量的选择11

3.2运动和动力参数计算12

3.2.1各轴的转速12

3.4.2各轴的输入功率12

3.2.3各轴的输入转矩12

第四章主要零部件设计13

4.1储丝筒设计13

4.1.1储丝筒直径D的确定13

4.1.2储丝筒长度L的确定13

4.1.3储丝筒结构设计13

4.2主轴及轴承、键的设计14

4.2.1主轴尺寸与结构设计14

4.2.2主轴强度校核计算14

4.2.3轴承的选择与校核16

4.2.4键的选择与校核17

4.2.5联轴器的选用17

4.3同步带的设计18

4.3.1同步带概述18

4.3.2同步带传动设计计算22

4.3.3同步带的主要参数25

4.3.4同步带轮的设计27

4.4排丝部分的设计28

4.4.1滚珠丝杠螺母副概述28

4.4.2滚珠丝杠型号确定31

4.4.3滚珠丝杠稳定性验算31

4.4.4滚珠丝杠刚度验算32

4.4.5滚珠丝杠效率验算33

4.4.6轴承的选择与校核33

4.4.7键的选择与校核34

总结35

参考文献36

致谢37

摘要

随着模具工业的发展，精密模具制造的比重愈来愈大，迫切要求电火花线切割加工不仅要速度快，而且要有尚佳的加工表面质量和较高的加工精度。本次设计主要针对电火花线切割机床中走丝系统进行设计，该走丝系统主要由双储丝筒和使储丝筒转动的两个电动机组成。

本次设计首先，通过对电火花线切割机床中走丝系统结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了走丝系统装配图及主要零部件图。

通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。

关键词：线切割，走丝系统，储丝筒，同步带

Abstract

With the development of the mold industry, the proportion of precision molds manufacturing is getting bigger, the urgent requirement WEDM not only to speed quickly, and have comparatively good surface quality and high precision. The design focused on WEDM go wire system designed to go wire system mainly consists of the package and make dual storage reservoir wire drum rotation two motor.

The design is first, through the WEDM go wire system structure and principle of analysis presented in this analysis, based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, for each major zero components design and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a walk wire system assembly drawings and major components Fig.

Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.

Keywords: Line cutting, Wire walking system, Storage wire tube, Belt

第一章绪论

1.1电火花切割机的概念及分类

1.1.1电火花切割机的概念

1960年，苏联首先研制出靠模线切割机床。中国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。工件安装在工作台上，工作台通常由X轴和Y轴电动机驱动。工具电极为直径0.02～0.3毫米的金属丝，由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：①高速走丝，速度为9～10米/秒，采用钼丝极丝，可循环反复使用；②低速走丝，速度小10米/分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时(一般为0.01～0.04毫米)便产生火花放电蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。

装配图-A0.png

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内容简介：: XXXXX 毕业设计 (论文 ) 电火花线切割机床中走丝走丝系统的设计系名：专业班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：指导教师职称：年月nts I 目录摘要 . III Abstract . IV 第一章绪论 . 1 1.1 电火花切割机的概念及分类 . 1 1.1.1 电火花切割机的概念 . 1 1.1.2 电火花切割机的分类 . 2 1.2 国内外研究及发展现况 . 2 1.3 走丝线切割机背景及开展研究的意义 . 6 1.3.1 中走丝线切割机的背景 . 6 1.3.2 走丝线切割机研究的意义 . 7 第二章总体设计 . 9 2.1 设计要求 . 9 2.2 总体方案设计 . 9 第三章总体参数的选择与计算 . 11 3.1 电动机的选择 . 11 3.1.1 选择电动机类型 . 11 3.1.2 电动机容量的选择 . 11 3.2 运动和动力参数计算 . 12 3.2.1 各轴的转速 . 12 3.4.2 各轴的输入功率 . 12 3.2.3 各轴的输入转矩 . 12 第四章主要零部件设计 . 13 4.1 储丝筒设计 . 13 4.1.1 储丝筒直径 D 的确定 . 13 4.1.2 储丝筒长度 L 的确定 . 13 4.1.3 储丝筒结构设计 . 13 4.2 主轴及轴承、键的设计 . 14 4.2.1 主轴尺寸与结构设计 . 14 nts II 4.2.2 主轴强度校核计算 . 14 4.2.3 轴承的选择与校核 . 16 4.2.4 键的选择与校核 . 17 4.2.5 联轴器的选用 . 17 4.3 同步带的设计 . 18 4.3.1 同步带概述 . 18 4.3.2 同步带传动设计计算 . 22 4.3.3 同步带的主要参数 . 25 4.3.4 同步带轮的设计 . 27 4.4 排丝部分的设计 . 28 4.4.1 滚珠丝杠螺母副概述 . 28 4.4.2 滚珠丝杠型号确定 . 31 4.4.3 滚珠丝杠稳定性验算 . 31 4.4.4 滚珠丝杠刚度验算 . 32 4.4.5 滚珠丝杠效率验算 . 33 4.4.6 轴承的选择与校核 . 33 4.4.7 键的选择与校核 . 34 总结 . 35 参考文献 . 36 致谢 . 37 nts III 摘要随着模具工业的发展，精密模具制造的比重愈来愈大，迫切要求电火花线切割加工不仅要速度快，而且要有尚佳的加工表面质量和较高的加工精度。本次设计主要针对电火花线切割机床中走丝系统进行设计，该走丝系统主要由双储丝筒和使储丝筒转动的两个电动机组成。本次设计首先，通过对电火花线切割机床中走丝系统结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了走丝系统装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD 制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：线切割，走丝系统，储丝筒，同步带 nts IV Abstract With the development of the mold industry, the proportion of precision molds manufacturing is getting bigger, the urgent requirement WEDM not only to speed quickly, and have comparatively good surface quality and high precision. The design focused on WEDM go wire system designed to go wire system mainly consists of the package and make dual storage reservoir wire drum rotation two motor. The design is first, through the WEDM go wire system structure and principle of analysis presented in this analysis, based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, for each major zero components design and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a walk wire system assembly drawings and major components Fig. Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life. Keywords: Line cutting, Wire walking system, Storage wire tube, Belt nts 1 第一章绪论 1.1 电火花切割机的概念及分类 1.1.1 电火花切割机的概念 1960 年，苏联首先研制出靠模线切割机床。中国 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。工件安装在工作台上，工作台通常由 X 轴和 Y 轴电动机驱动。工具电极为直径 0.02 0.3 毫米的金属丝，由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：高速走丝，速度为 9 10 米 /秒，采用钼丝极丝，可循环反复使用；低速走丝，速度小 10 米 /分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液 (乳化液、去离子水等 )。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时 (一般为 0.01 0.04 毫米 )便产生火花放电蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点：不需要nts 2 制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。能切割 0.05毫米左右的窄缝。加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。电火花线切割能达到的切割效率一般为 2060 平方毫米 /分，最高可达 300 平方毫米 /分；加工精度一般为 0.01 0.02 毫米，最高可达 0.004 毫米；表面粗糙度一般为 R2.5 1.25 微米，最高可达 R0.63微米；切割厚度一般为 40 60 毫米，最厚可达 600 毫米。 1.1.2 电火花切割机的分类电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机（俗称 “快走丝 ”）、低速单向走丝电火花线切割机（俗称 “慢走丝 ”）和立式自旋转电火花线切割机三类。又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型（俗称龙门型）。往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为 6 12m/s，是我国独创的机种。自 1970 年 9 月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂研制成功 “数字程序自动控制线切割机床 ”，为该类机床国内首创。 1972 年第三机械工业部对工厂生产的 CKX 数控线切割机床进行技术鉴定，认为已经达到当时国内先进水平。 1973 年按照第三机械工业部的决定，编号为 CKX 1 的数控线切割机床开始投入批量生产。 1981 年 9 月成功研制出具有锥度切割功能的DK3220 型的坐标数控机，产品的最大特点是具有 1.5 度锥度切割功能。完成了线切割机床的重大技术改进。随着大锥度切割技术逐步完善，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。大厚度切割技术的突破，横剖面及纵剖面精度有了较大提高，加工厚度可超 1000mm 以上。使往复走丝线切割机床更具有一定的优势。同时满足了国内外客户的需求。这类机床的数量正以较快的速度增长，由原来年产量 2 3 千台上升到年产量数万台，目前全国往复走丝线切割机床的存量已达 20 余万台，应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工，成为我国数控机床中应用最广泛的机种之一。但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制，故电极丝抖动大，在加工过程中易断丝。由于电级丝是往复使用，所以会造成电极丝损耗，加工精度和表面质量降低。 1.2 国内外研究及发展现况（ 1）国外研究及发展现况国外电火花线切割机床的发展，在原则上离不开三大趋势，即高速度化，高精度化，表面自动化。未来经济型机床也是一个发展趋向。在高速度化方面日本走在前列，各厂nts 3 家均有鼓高生产率在 250 一 300mm/min 的机床，例如三艾电机公司的标准型 DWCH 系列机床、经济型 DWC(招系列机床生产率均为 25Omm/min，高速型 DWC 汀系列机床最高生产率达 300mm/min， 80 年代后，瑞士 AGIE 公司配备 HMC 电源的 ACPsrint 系刊机床， 90 年代初 Charmilles 公司的 ROBOFIL1000 系列机床最大生产率均达到 300mm/min。目前的电火花线切割机，几何精度与运动精度均已达到了极高的程度 :全行程定位精度 2一 3m，重复定位精度 2m，加工精度 2 3m，为了保证这些精度长时间不变，各生产公司做了不懈的努力，采取了一系列的保护措施。 AGIE 公司的 AC 系列机床，尽管功能差异不小，但机床的机械结构却大体相同 .与同类机床相比，其净重量约为其他机床的二倍，重量的增加主要是考虑了机床结构的力学和热学性能。 AG 一 200D 机床采用框架式结构，即是为了加强走丝机构的刚性。机床精度的变化对加工精度的影响是不言而喻的， AGIE 公司采取了统一温度场措施，其机床装有两套冷却温控系统，分别控制加工区与 U、 V 轴的温度，及电源箱、机床与室温的空气冷却。两套系统通过温度计进行调整，使温差不超过 1 。由电极丝的滞后，在角度加工时会产生塌角误差，特别在小角度与小圆弧切割时表现更为明显， AGIE 公司在这方面拥有称为 Piolt 的专利技术。它利用一套光学系统测量电极丝受力后的弯曲量，由 CNC 系统进行补偿，其分辨率为 2m.采样频率每秒 15 次，这样不仅提高了角加工精度，而且使加工速度比一般的拐角对策提高 60%，现已运用到 AC20-70 系列机床上。为保证加工的高精度， Charmilles 公司的ROBOFIL300/310 机床采用高质量的机床铸件，滚柱轴承单程 V 型导轨，直流电机直接拖动，光栅位移全封闭。其进给系统设有超载保证措施，还把运动轴全部移到立柱线架上，工件不动。这就有效解决了因载荷位置变化而可能引起的变形。另外机床基座采用人造花岗石，其绝缘阻抗高，不吸水，耐腐蚀，收缩仁极小，弹性模量小而抗压强度高，谐振频率低，特别适合于精密机床的基座。 SODICK 公司线切割机的重要部件如线臂支架、工作台面的定盘、工件支架、导丝机构等均广泛采用精密陶瓷材料制作，实现了高刚性及极小的热变形。人造陶瓷由该公司陶瓷事业部开发生产，其电绝缘性极高，能长期维持线切割放电加工所要求的高绝缘阻抗，稳定性非常好。三菱公司的机床也有类似的结构。由于电源小的电解作用，切割表面会产生变质层，直接影响表面质量，影响加工精度。为了解决这个问题， SODICK 公司推出了 BS 电源，无电解作用的电源，可以提高工件表面的硬度，延长模具寿命。以上这些均有效地保证了加工的高精度。总之，为了保证加工的高精度，各公司无论是从机床本体的高刚性与稳定性结构、新型材料的使用、温度的控制、拐角对策、无电解作用电源的应用，还是从微步驱动技术浸水加工nts 4 方式等方面均投入了巨大的人力物力，同时也取得了显著的效果。在高自动化方面， 32位机的使用使运算速度大大提高，控制内容极为丰富，为用户提供了更大的裕度。以三菱电机公司的机床为例，进给当量由 0.5m/脉冲减至 0.1m/脉冲，控制轴由四轴增至六轴，程度存贮量由 3.9 米纸带增至 260 米纸带，程序号设定由 9999 条增至 99999999 条，等等。此外还增加了报警、起始孔计算、汉字显示、自动绘制正在加工的图形、微小连接等 20 个功能。另外如 AGIE 公司的 AGIEPICK 自动卸料机械手， AAGIEjet 自动预孔加工装量等附件的配备都使机床自动化更趋完善。目前，国外线切割机还有向 “不降低加工性能，降低造价 ”方向发展的趋势，如日本兄弟公司的 HS-3600 型、 FANUC 公司的a-oa 型、 SODICK 公司的 A-300W 型等机床，在这方面都有突出成就。（ 2）国外研究及发展现况国外电火花线切割机各生产公司为提高本公司产品的高品质不遣余力，对国内同行产生了巨大的促进作用，近几年来，我国电火花线切割机也取得了迅速发展。在结构方面，国内厂家均已普遍重视机床的机械刚度，已开始采用高强度耐磨铸铁，经过二次低温回火，消除内应力，提高机床刚度。有些机床还采用了低床身设计，跨距可调整线架，改进调节方式，提高了调节精度和线架自身的刚性，同时也使操作更为方便。不少厂家开发了四联杆装置，不但上、下导轮可联动，而且可同步偏摆，使电极丝始终保持在导轮槽对称平面内，不发生单侧刮擦，从而扩大了切割锥度的范围。其切点变化引起的加工误差，由计算机软件予以补偿，同步偏摆也使切割大锥度时，喷水方向始终与电极丝走向一致，例如成都无线电专用设备厂的 DK7725-CT15O，新火花公司的 SPKW250H等，切割锥度都已达 16-20。许多厂家也不再强调电极丝的单一的高速，丝速降低虽然会降低加工速度，但可使振动减弱，机械寿命延长，换向无效工时减少，综合效益未必低于单一的高丝速。快走丝机床电极丝张力，直接影响到放电加工稳定性及切割精度，杭州无线电专用设备厂、苏州三光公司、北京电加工机床厂、新火花公司等均采用了三导轮重锤式紧丝器，可初步改善电极丝逐渐变松驰和丝筒上下不同处丝有松有紧的现象，提高了放电加工的稳定性及切割精度。对于块走丝时丝的振动，可用加装电极丝定位限幅器的方法来隔离和缓解。例如深圳福斯特公司的 DK7725 机床，使用 V 型快及红宝石圆棒组成定位限幅器，电极丝从中通过，该装置在进行多次切割时尤为重要。北京市电加工研究所的 DK7732C 机床，采用金刚石三块式可开合结构的定位限幅器，在工作时每块聚晶金刚石保持与电极丝虚接触，起到定位限幅作用。实验证明，使用该装置后，切割正八方棱柱体，对边尺寸精度由平均 0.012mm 提高到 0.008mm，而且切割大nts 5 厚度工件时不易断丝，但不能适用于大锥度的切割。上海第八机床厂作为电火花线切割机的专业生产厂家，近几年来在新技术的应用、新产品的开发上也做了不懈的努力，取得如下一系列成绩。 1990 年研制成功 DK7732 电火花线切割机，其控制柜中采用XK-80A-AA 微型计算机线切割机床控制系统，它由专用单板计算机、接口板、直流稳压电源、专用键盘、操作控制键盘及屏幕显示器 CRT 组成，带有电报机头一台，步进电机驱动电源，可进行完整的中文人机对话、自动偏程。它还具有钥丝校直、显示切割轨迹和坐标、间隙补偿、缩放切割、自动定中心、短路回退、自动回原点、断电保护、检查和修改指令、旋转角度等功能。其高频脉冲电源为上海市科技攻关获奖项目，各项加工工艺指标均达到了当时国内先进水平。机床采用可调升降式线架，并带有钥丝张紧机构，切割厚度为 200mm。 DK7732 电火花线切割机性能优异，操作方便，荣获 1990年匕海市优秀新产品三等奖， 1991 年大批量投产。 1991 年开发了 DK7725 机床，其控制柜采用 DK7732 的控制柜 SBJCUT-4；机床采用可调开档高线架结构，切割厚度大；直线滚动导轨和精密丝杠保证了高精度传动；大理石工作台面绝缘性好，刚性高，热变形小，使加工更稳定，加工精度更高。 1992 年底开始研制新的控制柜 SBJCUT-6，它采用了先进的工 BM-PC386 微机控制系统， CRT 彩显可进行人机中文对话，使用操作极为方便，还具有钥丝校直，动态跟踪图形显示、局部视图具有智能自动聚焦特点，全自动钥丝短路回退，动画显示 X、 Y、 U、 V 四座标值，间隙补偿，旋转任意角度正、反序切割，缩放切割等等功能。其自动编程采用了荣获 93 中国高新技术、新产品博览会银质奖的 YH 绘图式线切割自动编程系统，只要按图纸标注尺寸输入，即可自动编程，彻底摒弃了传统编程系统中顺圆、逆圆、拐点、相切、相交、走向等需硬记的规则；只用鼠标器就可完成全部编程，实现了所见即所得；图形显示赏心悦目，全中文提示，具有自动尖角平滑，非圆拟合，齿轮生成，大圆弧处理，跳步模自动生成，加工面积自动计算，三维造型等功能。配用 SBJCUT-6 控制柜的 DK7732-1 电火花线切割机荣获了 1993年上海市优秀新产品三等奖。 1994 年整个机床行业处于不景气状态，功能优异价格高的机床受到了冷落，在江浙一带广大的模具之乡迫切需要的是价廉而主要功能具备的经济型电火花机床。鉴于此种实际情况，上海第八机床厂开始了经济型电火花线切割机DK7725A 的研制，床身采用了新结构，提高了刚性，降低了成本，控制部分采用单片机，机床电气实现无声换向，一切以主要功能齐全、价低廉、高可靠性为宗旨，终于在九月份研制成功，样机已被用户订购。因其价格低于其它同类产品，深信今年市场上必有它的一席之地。就国外电火花线切割机制造厂家而言，目前已进人了一个比较稳定的nts 6 成长期，线切割的加工速度在目前这种加工方式和条件下再要大幅度提高是较困难的，但可以预见现时的加工精度、速度、光洁度以及操作性能、机床的功能等都不会就此止步。坚信国内外差距必将缩小，经过一代人甚至几代人的努力，我们定能赶超上去，在全球范围内共创电火花加工工业辉煌的明天。 1.3 走丝线切割机背景及开展研究的意义 1.3.1 中走丝线切割机的背景随着模具工业的发展，精密模具制造的比重愈来愈大，迫切要求电火花线切割加工不仅要速度快，而且要有尚佳的加工表面质量和较高的加工精度。为满足广大用户需要，单向 (低速 )走丝电火花线切割机床在 20 世纪 60 年代就采用了多次切割技术，即第一次切割用较大的电规准进行高速粗切割，然后逐步采用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四次切割修光，以获得理想的加工表面质量和加工精度。低速走丝电火花线切割机床采用多次切割技术的结果表明，多次切割是解决线切割加工速度与加工表面质量矛盾、获得较高综合工艺效果的有效办法。几乎就在低速走丝电火花线切割机床推广应用多次切割技术的同时，有关技术人员也在高速走丝机床上进行了大量的多次切割试验，虽取得了不少研究成果，但直至 20 世纪末仍无一家在生产中真正得到应用。难于在商品化电火花线切割机床上实现多次切割的主要原因是 :在电极丝高速移动的情况下，运丝系统工作不稳定，电极丝的空间形位变化异常，使前后二次切割的空间位置无法重叠，加上高速走丝的往返切割条纹明显，要推广应用多次切割技术十分困难。上海大量电子设备有限公司经过几年的努力，于 2002 年 5 月在第九届中国国际模具技术和设备展览会上展出了能实现无条纹切割和多次切割的商品化 TP 系列高速走丝电火花线切割床。 3 次切割后的尺寸差 0.006 mm，加工表面粗糙度 Ra1m，其加工质量明显高于其他高速走丝电火花线切割机床，并接近于一般的低速走丝电火花线切割机床，从而引起了众多制造商和用户的注意。此类机床后来逐步被用户称之为 “中走丝 ”机床。而所谓的 “中走丝 ”机床，并非走丝速度介于高速走丝与低速走丝之间，而是指加工质量介于高速走丝与低速走丝之间。严格来说，把那些能实现无条纹切割和多次切割的电火花线切割机床称之为 “中走丝 ”是不够科学的。被广大用户称为 “中走丝 ”的 TP 系列电火花线切割机床与其他高速走丝机床的结构基本一样，走丝速度也是 2 11 m s，走丝的形式仍为往复双向走丝。所不同的仅仅是应用了某些自主开发的专利技术，能实现无条纹切割和多次切割，使电火花线切割加工质量有显著提高。 nts 7 1.3.2 走丝线切割机研究的意义（ 1）中走丝机的机床精度与工艺效果根据 GB/T 7926-2005 电火花线切割机精度国家标准要求， TP 系列中走丝电火花线切割机进行了大量的切割工艺试验。工件为 40mm 厚的 Cr12 正八棱柱（对边距 28mm），3 次切割后的加工质量。从中不难得出如下结论：（ a）能进行多次切割的中走丝电火花线切割机，不仅其机床制造精度比较高，而且切割来的零件尺寸公差和表面质量都能明显高于 GB/T 7926-2005 国家标准规定的高速走丝机精度要求。（ b）能进行多次切割的中走丝电火花线切割机，其机床制造精度和切割工艺效果都接近于 JB5543-1991 标准规定的低速走丝机精度要求。（ c）多次切割不仅能提高加工表面质量，消除往返切割条纹。而且可以解决一次切割时的材料变形影响，有利于提高加工精度。（ d）采用全闭环（或者说双环控制）控制后中走丝机，能实现齿隙补偿、螺距补偿及丝径补偿，提高中走丝机的机床定位精度和加工精度。（ e）能获得较高的切割速度。在中走丝机的开发初期，人们比较关心加工精度和加工表面质量，而忽视切割速度。那时的平均切割速度一般只有 15 20mm/min；现在对高频脉冲电源、跟踪进给控制方式以及线切割工作液作了某些改进后，可以提高线切割总平均速度，试验时的总平均切割速度已达到 30mm/min 以上，即第一次切割速度为150mm/min，第二次切割速度为 80 90mm/min，第三次切割速度为 100mm/min 上下。（ 2）中走丝机的应用成本低 nts 8 电火花线切割加工应用成本，包括机床设备折旧分摊成本、加工消耗、人员费用及管理成本等，如表 2 所示。（ a）中走丝电火花线切割机价格低。中走丝电火花线切割机的市场价大约为低速走丝电火花线切割机的五分之一，即买一台低速走丝电火花线切割机的钱可以买 5 台中走丝电火花线切割机。这样在计算加工成本时，低速走丝电火花线切割机的设备折旧分摊成本为 15 30 元 /h，而中走丝电火花线切割机只有 3 6 元 /h。（ b）中走丝机加工消耗低。电火花线切割机的加工消耗，主要是电极丝、工作液（去离子水、乳化液等），其次是导向器件和过滤器，还有人工费和电费。低速走丝电火花线切割所用的铜丝是单向移动一次使用，按每卷 5kg 用 20h 计算，每小时需消耗 17.5元；中走丝机用的钼丝是反复使有，按上一次丝 200m 使用 20h 计，每小时需消耗仅 3元。工作液的消耗相差不大，低速走丝机约 1.5 元 /h，中走丝机约 1.0 元 /h；低速走丝机耗电约 3 元 /h，中走丝机为 1.5 元 /h。其它消耗较低，所占的比重有限。在不计人工及管理费用情况下，中走丝机消耗不到 6 元 /h，低速走丝机则超过 23 元 /h。 nts 9 第二章总体设计 2.1 设计要求技术参数要求：（ 1）电机转速定于 1440r/min；（ 2）走丝速度 7-12m/s；（ 3）单圈绕丝长度大于 400m；（ 4）走丝系统稳定可靠。 2.2 总体方案设计该走丝系统装置如图 2-1 所示由双储丝筒和使储丝筒转动的两个电动机组成，而且每个储丝筒连接一个磁粉制动器，通过磁粉制动器对放丝储丝筒施加制动力矩。当储丝筒处于收丝状态时，与此储丝筒相连接的电动机工作，提供动力转矩，与之连接的磁粉制动器断电，处于不工作状态；与此同时另一个储丝筒处于放丝状态，与它相连接的电动机断电处于不工作状态，与此储丝筒相连接的磁粉制动器处于通电励磁工作状态，提供阻力转矩，使电极丝处于张紧状态。 nts 10 一般地，快走丝线切割机床走丝速度快，换向时间短，加工过程中存在竖向条纹，这种新型走丝系统，采用分层的设计，可实现在较小的储丝筒上缠绕 1000 多米的电极丝，换向时间大大的延长了，可延迟换向条纹的产生。各零部件设计方案：设计中的电机转速为 1440r/min，走丝速度为 7 12m/s。（ 1）储丝筒设计储丝筒的作用主要是使电极丝按照一定的速度运行，并将电极丝按照一定的间距整整齐齐的排列在储丝筒上。由于本设计采用的是双储丝筒的走丝系统，为了减少机床体积，储丝筒采用螺纹联结的固定方式，储丝筒只起到绕丝的作用。将储丝筒固定在传动主轴上。确定储丝筒选用的材料，丝筒半径及丝筒长度，计算单圈绕丝长度最低值。（ 2）主轴的设计电动机的转矩通过主轴传递，主轴再带动储丝筒做高速旋转运动，主轴需要承受一定的转矩，而且需要频繁的正反转，主轴需要承受较大的剪切力和较高的强度且由于轴上要装配的零件有联轴器、同步带轮和法兰盘等等零件，所以对主轴进行设计。确定主轴选用材料，计算主轴的刚度及强度及相关力学校核，选用轴键的类型，做出主轴设计图。（ 3）同步带的设计同步带传动结合了带传动和链传动的优点无滑动，能保证稳定的传动比；预紧力较，轴和轴承上所受的载荷小；带的厚度小，单位长度的质量也小，因此线速度高。所以本文选择同步带作为将主轴的动力传递到排丝丝杠上的传递件。计算同步带齿轮模数与直径，计算传动比及其余相关参数。 (4) 排丝部分的设计根据机械设计相关知识，设计排丝丝杠相关参数。并且在工作过程中排丝丝杠轴向不承受载荷，只用于传动。 nts 11 第三章总体参数的选择与计算 3.1 电动机的选择 3.1.1 选择电动机类型电动机是标准部件。因为室内工作，运动载荷平稳，所以选择 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。 3.1.2 电动机容量的选择 1）走丝机所需要的功率P为：取沿丝方向的走丝阻力为 F=300N 已知：走丝速度为 v=7 12m/s 故： )(2.17.0127100 kWvFP 2）电动机的输出功率0P为 )(0 kWpP 电动机至储丝筒的传动装置总效率。取联轴器传动效率 99.01 ，储丝筒传动效率 96.02 ，电动机至储丝筒的传动装置总效率为： 95.096.09.9021 3）电动机所需功率为： KWPP w 26.195.0 2.10 因有轻微震动，电动机额定功率 mP 只需略大于 0P 即可，查机械设计手册表19-1 选取电动机额定功率为 1.5KW。已知电机转速定于 1440r/min 故：选定电机型号为 Y90L-4，满载转速 min/1440 rn m ，功率 1.5KW 。 nts 12 3.2 运动和动力参数计算 3.2.1 各轴的转速 1 轴 m i n/14401 rnn m 2 轴 m i n/1 4 4 011 4 4 0112 rinn 3.4.2 各轴的输入功率 1 轴 kwPP 4 8 5.199.05.1101 2 轴 kwPP 4 2 6.196.04 8 5.1212 3.2.3 各轴的输入转矩电机轴 mNnPT 95.91 4 4 05.19 5 5 09 5 5 0000 1 轴 mNnPT 85.91 4 4 04 8 5.19 5 5 09 5 5 0111 2 轴 mNnPT 46.91 4 4 0426.19 5 5 09 5 5 0222 整理列表轴名功率kwP/ 转矩 mNT / 转速 min)/( rn 传动比电机轴 1.5 9.95 1440 1 轴 1.485 9.85 1440 1 2 轴 1.426 9.46 1440 1 nts 13 第四章主要零部件设计 4.1 储丝筒设计 4.1.1 储丝筒直径 D 的确定已知：电机转速定于 1440r/min，走丝速度 7-12m/s 故： mmnvD 24.15988.92144014.3 )127(6060 为了确保单圈绕丝长度最大化，尽量取计算的储丝筒直径的偏大值，本次取：mmD 150 4.1.2 储丝筒长度 L 的确定设计要求：单圈绕丝长度大于 400m 即： mDdL 400故：）（ mDdL 400已知：储丝筒直径 mmD 150 丝的直径 mmd 2.01.0 所以有： mmL 267150 2.01.0400 ，本次取： mmL 300 4.1.3 储丝筒结构设计根据

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