线切割工作液系统设计论文说明书

共 50 页 第 1 页 线切割工作液系统设计 目 录 前 言 . 2 . 2 第一章 总体设计 . 3 控电火花线切割加工机床的分类 . 4 体规格的设计 . 5 第二章 坐标工作台 . 6 第三章 走丝机构 . 24 第四章 丝架 . 33 架本体结构 . 34 导轮运动组合件的要求 . 34 轮运动组合件的结构 . 34 架的具体设计 . 35 轨的选择： . 35 机的选择： . 37 第五章 工作液循环与过滤装置 . 43 作液 . 43 作液的作用 . 43 作液的种类 . 43 却泵的选择 . 44 谢 辞 . 47 参考文献 . 48 共 50 页 第 2 页 前 言 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 1际加工精度可达 面粗糙度可达 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 12 m ，椭圆度 2 m ，拐角处的塌角近似 0；加工粗糙度可达3 m ，加工速度可达 200 ，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 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 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； 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； 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 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 68m/高到大于 5060m/速度要求达到（ 15） g，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 国 本 国 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 共 50 页 第 3 页 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。 第一章 总体设计 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 共 50 页 第 4 页 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。 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 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（ 300700m/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 ,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 面粗糙度 m（7），但一般的加工精度为 面粗糙度 .5 m （6），可满足一般摸具的要求。 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/右，最高为15m/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 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 共 50 页 第 5 页 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 350 2度 糙度可达 m 。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。 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 工作台台面长度（毫米） 160 250 400 800 1600 工作台台面宽度（毫米） 125 200 320 500 1000 工作台纵向行程（毫米） 80 150 250 500 1000 工作台横向行程（毫米） 60 100 200 320 600 考虑到市场情况初步选用规格，即主要参数如下： a 工作台台面长度 400 工作台台面宽度 320 b 工作台纵向行程 250 共 50 页 第 6 页 工作台横向行程 200 手轮每格行程 4 转 c 150 d 横向行程 8 （ ）纵向行程 8 手轮每格行程 加工锥度 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。 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。 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，米。 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 共 50 页 第 7 页 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。 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 共 50 页 第 8 页 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 米 /400 毫米，导轨的材料采用合金工具钢 90。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。 轨具体设计： 1、 上导轨的设计： 最大加工工件质量约为 150工作台约为 100上拖板约为 150质量约为 400工作台台面长度为 400向行程为 250据机床设计手册的三卷图 41a 可得导轨长度： S=400+250=650(式中工作台面长度； S 动导轨的行程。 两导轨的上的滚动体之间的距离： 共 50 页 第 9 页 60 （机床设计手册表 8） 1.2650360 =轨的选用： 根据以上计算初步选用 产的 参数如下图表： 共 50 页 第 10 页 滚动体最大载荷及刚度计算： 计算简图： 外加力矩： x G z P y y P y P z =0 y G z P x x P x P z =0 y y P x x P y=0 每条导轨上的力矩： 1 12 0 2 10 . 7 0 7 ( )2 M=0 3 10 . 7 0 7 ( )2 M=0 导轨反力： 共 50 页 第 11 页 11 ()2 xz G B =200 210 . 7 0 7 ( ) 2 G P B =141.4 310 . 7 0 7 ( ) 2 G P B =141.4 最大载荷： 12 m a x 010 . 7 0 7 ( 3 ) 0 . 7 0 72 L z = 21 刚度计算： 绕 x 、 y 、 z 轴的转角： 21 =0 m 2=0 m 2 =0 m 22=42120000 331645770833 3311222885417 3式中 滚动导轨的工作长度； 0L 两段滚动导轨之间的距离； t 滚动体间的距离； z 动导轨面上的滚动体的数量； G 动导轨（包括工件）的重量； 2C 滚动导轨的柔度系数，见机床设计手册图 52。查得2C=m 1 见机床设计手册表 78，查得1= 见机床设计手册表 78，查得 =1 此导轨基本不受颠覆力，可以不加压板及副导轨 电机的选择： 现选用直线电机，因为直线电机 大推力 、长行程、高精度数控机床用直线电机主要应用于高速加工中心和其它大行程数控机床进给系统中。直线电机进给系统的 共 50 页 第 12 页 优势在于利用电能直接产生直线运动，无需任何中间转换机构。与间接产生直线运动的“旋转电机 +滚珠丝杠”进给系统相比，其优点在于： 1、没有机械摩擦，结构简单、体积小； 2、行程理论上不受限制，而且性能不会因为行程的变化而受到影响； 3、可以提供很宽的速度范围，加速度很大； 4、运动平稳；初次级之间只有直线导轨，没有其它机械传动环节，因此维护简单，精度保持时间长； 5、 精度和重复精度高； 6、容易密封，不怕污染，适应性强，推力大，灵敏度高，随动性好。 采用直线电机，可以获得更高的效率、更高的精度、更强的实用性。 其具体参数如下图表： 共 50 页 第 13 页 2、 下导轨的设计： 最大加工工件质量约为 150工作台约为 100上拖板约为 150中拖板质量约为 200 总质量约为 600 中拖板宽度为 430向行程为 200据机床设计手册的三卷图 41 S=430+200=630(式中工作台面长度； S 动导轨的行程。 两导轨的上的滚动体之间的距离： 00 （机床设计手册表 8） 1.2630400 =轨的选用： 根据以上计算初步选用 产的 参数如下图表： 共 50 页 第 14 页 共 50 页 第 15 页 滚动体最大载荷及刚度计算： 计算简图： 外加力矩： x G z P y y P y P z =50000 y G z P x x P x P z =0 y y P x x P y=0 每条导轨上的力矩： 1 12 0 2 10 . 7 0 7 ( )2 M=0 3 10 . 7 0 7 ( )2 M=0 导轨反力： 11 ()2 xz G B =175 210 . 7 0 7 ( ) 2 G P B =300.5 共 50 页 第 16 页 310 . 7 0 7 ( ) 2 G P B =300.5 最大载荷： 12 m a x 010 . 7 0 7 ( 3 ) 0 . 7 0 72 L z =38.4 39 刚度计算： 绕 x 、 y 、 z 轴的转角： 21 m 2=0 m 2 =0 m 22=5556600 331641674500 3311220837250 3式中 滚动导轨的工作长度； 0L 两段滚动导轨之间的距离； t 滚动体间的距离； z 动导轨面上的滚动体的数量； G 动导轨（包括工件）的重量； 2C 滚动导轨的柔度系数，见机床设计手册 图 52。查得2C=m 1 见机床设计手册表 78，查得1= 见机床设计手册表 78，查得 =1 电机的选择： 大推力、 长行程、高精度数控机床用直线电机主要应用于高速加工中心和其它大行程数控机床进给系统中。直线电机进给系统的优势在于利用电能直接产生直线运动，无需任何中间转换机构。与间接产生直线运动的“旋转电机 +滚珠丝杠”进给系统相比，其优点在于： 1、没有机械摩擦，结构简单、体积小； 2、行程理论上不受限制，而且性能不会因为行程的变化而受到影响； 共 50 页 第 17 页 3、可以提供很宽的速度范围，加速度很大； 4、运动平稳；初次级之间只有直线导轨，没有其它机械传动环节，因此维护简单，精度保持时间长； 5、精 度和重复精度高； 6、容易密封，不怕污染，适应性强，推力大，灵敏度高，随动性好。 采用直线电机，可以获得更高的效率、更高的精度、更强的实用性。 共 50 页 第 18 页 考虑载荷与安装尺寸以及推力现选 产的 于安装原因现对其动子的安装进行改进，改进后的具体安装尺寸见附图 轨的装配： 滚动直线导轨副属于高精密机械部件，安装、装配时应注意以下几点： 1. 先用油石打去导轨道底座安装表面上的毛边和毛刺。 2. 导轨在螺钉紧固状态下，进行平面及侧面精度检测。 3. 先用小虎钳夹紧底座两侧的导轨，使轨道基 准面和底座安装面压紧（如下图），先使基准侧面贴紧，然后逐个拧紧螺钉，并应由中间按交叉顺序向两侧逐步进行。 共 50 页 第 19 页 4. 一般先固定基准导轨副在以基准导轨校正非基准导轨，达到装配要求时在紧固非基准导轨。其校正方法见下图 5. 在紧固螺钉时，按下图顺序进行，最终采用扭矩扳手逐个均匀进行。 动调整机构设计： 手动机构的传动示意图如下： 共 50 页 第 20 页 其中离合器选用电磁离合器，圆柱齿轮与动拖板上的齿条配合带动动拖板移动 轮传动的设计： 因为手动过 程动载荷较小，导轨是滚动导轨摩檫很小，所以选用阿基米德螺线圆柱蜗杆，因为加工方便，应用广泛。它一般用于头数较少、载荷较小，转速较低或不重要的传动。蜗杆材料为 45 钢，蜗轮材料为 考机械设计实用手册表 8 4 4，圆柱蜗杆、蜗轮参数的匹配如下表： 项 目 计算公式及结果 蜗杆轴面模数 (蜗轮端面模数 )m m =动比 i 12ni n =62 蜗杆头数1 蜗轮齿数22 蜗杆直径系数 q q = 1位系数21 ()2a =+心距 a a =220 . 5 ( 2 )m q z x=50杆分度圆圆柱上螺旋线升角 1q =杆节圆柱上螺旋线升角 122 =杆轴面齿形角 20 蜗杆法面齿形角nc o =向间隙 c =杆、蜗轮齿顶高12(1 )ah x m=杆、蜗轮齿根高12(1 fh x m=杆、蜗轮分度圆直径1d、2d 2*d m z=共 50 页 第 21 页 蜗杆、蜗轮节圆直径12、12( 2 )d q x m =2=杆、蜗轮齿顶圆直径12 ( 2 )ad q m= 2 2( 2 2 )ad z x m =杆、蜗轮齿根圆直径12 ( 2 fd q m=2 2 2( 2 2 . 4 )fd z x m =杆轴向齿距=杆沿分度圆柱上的轴向齿 厚1=杆沿分度圆柱上的法向齿厚1=杆分度圆法向弦齿高1杆螺纹部分长度 L L=轮最大外圆直径2m a x 2 2d m=轮轮缘宽度 b 1( 0 . 6 7 0 . 7 5 ) 19轮齿顶圆弧半径2 5 0 . 2d m=轮齿根圆弧半径2 5 0 . 2d m=轮传动的轴的设计： （ 1） 蜗杆轴的设计： 由于蜗轮的齿根圆直径比较小，将其制成齿轮轴材料为 机构设计示意图如下 第段为与手轮联接段，其长度与端盖的长度和手轮的联接方法有关， 第段为支撑段其尺寸与轴承宽度有关，此处的轴承为深沟球轴承 6003，其内径为 17度为 10以第的直径为 17度为 9 第段的长度与拖板长度 有关，长度为 直径取窝杆的齿根圆直径，即其直径为 共 50 页 第 22 页 第段也为支撑段，其尺寸与第段相同。 具体结构见附图 （ 2）蜗轮轴设计： 蜗轮轴上装有离合器，离合器的选择如下： 列湿式多片电磁离合器 规格 型号 额定动力矩 (额定静力矩 (空载力矩 (接通时间 (s) 断开时间 (s) 额定电压 () 线圈消耗功率(20 )(W) 允许最高转速(R/供油流量(L/2 25 4 13 3500 形及安装尺寸： 型号含义： 规格 型号 径向尺寸 轴向尺寸 2 4 D d b L 2 铁行程 4 92 45 42 30 30 + 26 + 6 +0 25 3 10 共 50 页 第 23 页 蜗轮轴设计的示意图如下： 因为此轴与所选的离合器的安装尺寸有关，所以从第段开始设计 第段为花键轴，长度大于 30具体尺寸为上图中的花键尺寸； 第段的尺寸与支撑轴承有关，支撑轴承为 61805，其宽度为 7虑到支撑的安装和蜗轮的安装，取起长度为 13径为 25 第段的尺寸与齿轮上装的轴承有关，考虑到齿轮的尺寸现选用 61805 深沟球轴承，其内径为 25虑到轴承的宽度现由两个轴承同时承载 ,再考虑到弹性挡圈的安装取齿轮宽度为 18两端的支撑轴承的安装，两端支撑轴承选用 61805，其宽度为 7第段长度为 17径为 25第段的尺寸与蜗轮的安装有关，现取蜗轮的轴的直径为 26度为 22段，整根轴的长度为 98段的长度为 共 50 页 第 24 页 轮与齿条传动的设计： 通过计算可得齿轮的分度圆直径为 80于此机构所受的力较小，可以直接选用 m=4 得 z=20,齿轮齿条传动计算过程和结果如下表： 内容 代号 公式及计算结果 分度圆直径 d 11d 80顶高 1()h x m=*2h m=4根高 11()h c x m =*2 ()h c m=齿高 h 1 1 1()h h= 2 2()h h=顶圆直径 12d h=根圆直径 12d h=圆直径 co =顶圆压力角 11c o d = 端面重合度 a* 1114 ( )1 ( ) 2 s i n 2t g t g =向重合度 =0 总重合度 =轮中心到齿条基准线距离 H 1 12dH x m =于此机构所受力较小，基本上可以看为零，所以此机构不用校核。 此手动机构同时用于中拖板和下拖板 第三章 走丝机构 走丝机构主要用来带动电极丝按一定线速移动，并将电极丝整齐地排绕在贮丝筒或线盘上。走丝机构主要由电极丝，贮丝筒，导轮及电 机等组成。 共 50 页 第 25 页 走丝机构的要求 快速走丝机构的贮丝筒或线盘转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证电极丝在贮丝筒或线盘上整齐排绕。 贮丝筒或线盘的径向跳动和轴向窜动量要小。 贮丝筒或线盘能正反向旋转，电极丝的走丝速度在 0 10 米 /秒范围内无级或有级可调，或恒速运转。 走丝机构与床身相互绝缘。 传动齿轮副、丝杠副应具备润滑措施。 丝机构的结构及特点 在快速走丝机构中，有单机单丝筒结构和双机双丝轮结构。单机单丝筒机构应用较多。它由上下拖板、齿轮副、丝杠副、贮丝筒组合件、换向装置和绝缘件等部分 组成。 下拖板 走丝机构的上下拖板多采用下面两种滑动导轨： (一 ) 燕尾型导轨 这种机构紧凑，调整方便。旋转调整杆。旋转调整杆带动塞铁，可改变导轨副的配合间隙。但该结构制造和检验比较复杂，刚性较差，传动中摩擦损失也较大。 (二 ) 三角、矩形组合式导轨 导轨的配合间隙由螺钉和垫片组成的调整环节来调整。 由于单丝走丝机构的上拖板一边装有运丝电机，贮丝筒轴向两边负荷相差较大。为保证上拖板的平稳往复移动，应把下拖板设计得较长。这样走丝机构工作时，上拖板部分可始终不滑出下拖板，以保证拖板的刚度、机构的稳定性及运动精度 。 轮副与丝杠副 走丝机构上拖板的传动链是由 23 级减速齿轮副和一级丝杠副组成的。它使贮丝筒在转动的同时，做相应的轴向位移，保证电机丝整齐的排饶在贮丝筒上。 在大、中型线切割机中，走丝机构常常通过配换齿轮改变贮丝的排丝距离，以适应排绕不同直径的电机丝的要求。 丝杠副一般采用轴向调节法消除配合失灵，造成丝杠副和齿轮副损坏，丝杠副两端直径应稍小于螺母的内经。这样，当螺母越程时，丝杠副便自然脱开。在齿轮副中，可选用尼龙齿轮代替部分金属齿轮。这不但可以在电机换向装置失灵时，由于尼龙齿轮先损坏，保护丝杠副 与走丝电机，还可以减少振动和噪声。 丝筒旋转组合件 贮丝筒旋转组合件主要由贮丝筒、联轴节、轴承座组成。 （ 1）贮丝筒 贮丝筒是电级丝稳定移动和整齐排绕的关键部件之一，一般用45 钢制成。为减小转动惯量，筒壁应尽量薄，按机床规格不同，应选用范围为 毫米，为进一步降低转动惯量，也可以选用铝镁合金材料制造。 共 50 页 第 26 页 贮丝筒壁厚度要均匀，工作表面要有较高的光洁度，一般应在 7 以上。为保证贮丝筒组合件动态平衡，应严格控制内孔、外圆对支承部分的不同轴度。 贮丝筒与主轴装配后的经向跳动量应不大于 米 。一般装配后，以轴的两端中心孔定位，重磨贮丝筒外圆和与轴承配合的轴经。 （ 2）联轴节 走丝机构中运动组合件的电机轴与贮丝筒中心轴，一般不采用整体的长轴，而是利用联轴节将二者联在一起。由于贮丝筒运行是频繁换向，联轴节瞬间受到正反剪切力很大，因此多采用弹性联轴节和摩檫锥式联轴节。 1）弹性联轴节结构简单，惯性力矩小，换向较平稳，无金属撞击声，可减小对贮丝筒中心轴的冲击。弹性材料采用橡胶、塑料或皮革。这种联轴节允许电机轴与贮丝筒轴稍有不同度和不平行度（如最大不同心度允许为 米，最大不平行度为 1 ）。这种联轴节的缺点是它联接的两根轴在传递扭矩时，会有相对转动。 2）摩檫锥式可带动转动惯量较大的大、中型机床贮丝筒旋转组合件。该型联轴节可以传动较大的扭矩，同时在传动负荷超载时，摩檫面之间的滑动还可起到过载保护作用。因为锥形摩檫面会对电机和贮丝筒产生轴向力，所以在电机主轴的滚动支承中，应选用向心止推轴承和单列圆锥磙子轴承。另外，要正确选用弹簧规格。弹力过小，摩檫面打滑，使传动不稳定或摩檫面过热烧伤；弹力过大，会增大轴向力，影响中心轴的正常转动。 丝机构的电机的选择 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机的一些特点： 1一般步进电机的精度为步进角的 3且不累积。 2步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的 最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80完全正常。 3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4步进电机低速时可以正常运转 ,但若高于一定速度就无法启动 ,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常 共 50 页 第 27 页 启 动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一 般情况下，静力矩应为摩擦负载的 2力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） 现选用的电机如下： 共 50 页 第 28 页 共 50 页 第 29 页 步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，以二相电机为例，假如电机的额定相电流为 3A，如果使用常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的电流将从 0突变为 3 50 页 第 30 页 0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。如果使用细分驱动器，在 10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步， 其绕组内的电流变化只有 A，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流，所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使 得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 其相应的驱动器如下： 共 50 页 第 31 页 共 50 页 第 32 页 共 50 页 第 33 页 第四章 丝架 丝架的要求 ： 丝架与走丝机构组成了电极丝的运动系统。丝架的主要功能是在电极丝按给定线速度运动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度。对丝架的要求是： 具有足够的刚度和强度。在电极丝运动（特别是快速走丝）时，不应出现振动和变形。 共 50 页 第 34 页 丝架的导轮有较高的运动精度，经向偏摆和轴向窜动不超过 5 毫米。 导轮与丝架本体、丝架与床身之间 有良好的绝缘性能。 导轮运动组合件有密封措施，防止带有大量放电产物和杂质的工作液进入导轮轴承。 丝架不但能保证电极丝垂直与工作台面，还具备使电极丝按给定要求，保持与工作台平面成一定几何角度的功能。 架本体结构 丝架按功能可分为固定式、升降式和偏移式三种类型。按结构可分为悬臂式和龙门式两种类型。 目前，中、小型线切割机床的丝架本体常采用单柱支撑、双臂悬梁式机构。由于支撑电极丝的导轮位于悬臂的端部，同时电极丝保持一定张力，因此应加强丝架本体的刚度和强度，可使丝架的上下悬臂在电极丝运动时，不会振动和变 形。 为了进一步提高刚度和强度，可在上下悬臂间增加加强筋的结构。 导轮运动组合件 导轮运动组合件的要求 导轮 V 型槽面应有较高的精度和光洁度。 V 型槽底的圆弧半径必须小于选用的电极丝半径，保证电极丝在导轮槽内运动时不产生轴向移动。 在满足一定强度要求下，应尽量减轻导轮重量，以减少电极丝换向时的电极丝与导轮间的滑动摩檫。导轮槽工作面应有足够的硬度，提高其耐磨性。 导轮装配后转动应轻便灵活，应尽量减少轴向窜动和径向跳动。 进行有效的密封，以保证轴承的正常条件。 轮运动组合件的结构 导 轮运动组合件结构主要有三种：悬臂支撑结构、双支撑结构和双轴尖支撑结构。 悬臂支撑结构简单，上丝方便。但因悬臂支撑，张紧的电极丝运动的稳定性较差，难于维持较高的运动精度；也影响导轮和轴承的使用寿命。 双支撑结构为导轮居中，两端用轴承支撑，结构较复杂，上丝较麻烦。但此种结构的运动稳定性较高，不易发生变形及跳动。 双轴尖支撑结构，导轮两端加工为 30 的锥形轴尖，硬度在 上。轴承由红宝石或锡磷青铜制成。该结构易于保证导轮运动组合件的同心度，导轮轴向窜动和径向 跳动的量可控制在较小的范围内。缺点是轴尖运动副摩檫力大，易于发热和磨损。 1. 导轮的材料 为了保证导轮轴径与导向槽的同轴度，一般采用整体结构。导轮要求用硬度高、耐磨性好的材料制成，也可以选用硬质合金或陶瓷材料制导轮的镶件，来增强导轮V 形工作面的耐磨性和耐蚀性。 2. 导轮组合件的装配 共 50 页 第 35 页 导轮组合件装配的关键是消除滚动轴承中的间隙，避免滚动体与套环工作表面在负荷作用下，产生弹性变形，以及由此引起的轴向窜动和径向跳动。因此，常用对轴承施加预负荷的方法来解决。在两个支撑轴承的外环间放置一定厚度的定位环，来获得轴承的 预负荷。预加负荷必须适当选择，若轴承受预加负荷过大，则在运转时，会产生急剧磨损。 同时，轴承必须清洗得很洁净，并在显微镜下检查滚道内是否有金属粉末、炭化物等。轴承清洗干燥后，填以高速润滑脂，主要起润滑和密封作用。 架的具体设计 轨的选择： 共 50 页 第 36 页 共 50 页 第 37 页 机的选择： 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目 的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机的一些特点： 1一般步进电机的精度为步进角的 3且不累积。 2步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80完全正常。 3