数控加工数控电火花线切割机设计精编Word文件下载.docx
《数控加工数控电火花线切割机设计精编Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控加工数控电火花线切割机设计精编Word文件下载.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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，当下拥有二万多台，分布在我国的各行业，且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，壹直使用到断线为止。
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，同时仍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。
可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（），但壹般的加工精度为±
0.015~0.02mm，表面粗糙度Ra1.25~2.5（），可满足壹般摸具的要求。
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壹般为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350/min，精度±
0.001，粗糙度可达。
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，壹般分五中规格（如下表格）。
参数规格
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
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
工作台横向行程（毫米）
60
100
600
考虑到市场情况初步选用规格Ⅲ，即主要参数如下：
.工作台面尺寸：
工作台台面长度400
工作台台面宽度320
.坐标工作台：
工作台纵向行程250
工作台横向行程200
手轮每格行程4/转
.最大切割厚度150
.锥度拖板：
横向行程8
（）纵向行程8
手轮每格行程0.01
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。
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,通常下拖板和机床床身联接,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,工作台通过绝缘体和上拖板相联接.
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。
导轨和拖板固定，保证灵活、平稳。
线切割机床常选用滚动导轨。
因为滚动导轨能够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壹般不应大于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俩种：
1）力封式滚动导轨
力封式（见图壹）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。
承导件是俩根V形导轨，运动件上俩根和承导件相对应的导轨中，壹根是V形导轨，另壹根是平导轨，这种结构具有较好的工艺性、制造、装配、调整都比较方便，同时导轨和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，且因此破坏传动，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。
图壹力封式滚动导轨
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。
在导轨和滑块之间装有钢球或滚柱，使滑块和导轨之间的摩檫变成滚动摩檫。
当滑块和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，返向器俩端装有防尘密封垫，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；
仍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
综合考虑之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之上，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150，工作台约为100，上拖板约为150总质量约为400
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：
=400+250=650（mm）
式中—工作台面长度；
S—动导轨的行程。
俩导轨的上的滚动体之间的距离：
=360（机床设计手册表6.2—8）
1.2﹤==1.8≦1.8
导轨的选用：
根据之上计算初步选用THK生产的SNR45R，其参数如下图表：
滚动体最大载荷及刚度计算：
Ⅰ计算简图：
Ⅱ外加力矩：
=0
Ⅲ每条导轨上的力矩：
Ⅳ导轨反力：
=200
=141.4
Ⅴ最大载荷：
=12.9﹤21
Ⅵ刚度计算：
绕、、轴的转角：
=42120000
45770833
22885417
式中—滚动导轨的工作长度；
—俩段滚动导轨之间的距离；
—滚动体间的距离；
—动导轨面上的滚动体的数量；
G—动导轨（包括工件）的重量；
—滚动导轨的柔度系数，见《机床设计手册》图6.2—52。
查得=0.75
—见《机床设计手册》表6.2—78，查得=0.9
—见《机床设计手册》表6.2—78，查得=1
此导轨基本不受颠覆力，能够不加压板及副导轨
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。
和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、能够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，能够获得更高的效率、更高的精度、更强的实用性。
其具体参数如下图表：
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430mm，纵向行程为200mm,根据机床设计手册的三卷图6.2—41a可得导轨长度：
=430+200=630（mm）
=400（机床设计手册表6.2—8）
1.2﹤==1.625﹤1.8
=50000
=175
=300.5
=38.4﹤39
≈0.04
=5556600
41674500
20837250
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。
考虑载荷和安装尺寸以及推力现选THK生产的LMS，由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
2.2.3导轨的装配：
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俩侧的导轨，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，且应由中间按交叉顺序向俩侧逐步进行。
4.壹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。
2.3手动调整机构设计：
手动机构的传动示意图如下：
其中离合器选用电磁离合器，圆柱齿轮和动拖板上的齿条配合带动动拖板移动
2.3.1蜗轮传动的设计：
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。
它壹般用于头数较少、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HT200
参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=1.25
传动比i
=62
蜗杆头数
=1
蜗轮齿数
==62
蜗杆直径系数
==17.92
变位系数
==+0.04
中心距a
==50mm
蜗杆分度圆圆柱上螺旋线升角
=0.0558
蜗杆节圆柱上螺旋线升角
=3.4444
蜗杆轴面齿形角
蜗杆法面齿形角
=0.9999
径向间隙c
=0.25
蜗杆、蜗轮齿顶高、
=1.25mm；
=1.30mm
蜗杆、蜗轮齿根高、
=1.5mm；
=1.45mm
蜗杆、蜗轮分度圆直径、
=22.4mm；
=77.5mm
蜗杆、蜗轮节圆直径
=22.5mm；
蜗杆、蜗轮齿顶圆直径
=24.9mm；
=80.1mm
蜗杆、蜗轮齿根圆直径
=19.4mm；
=74.6mm
蜗杆轴向齿距
=3.9270mm
蜗杆沿分度圆柱上的轴向齿厚
=1.9635mm
蜗杆沿分度圆柱上的法向齿厚
=1.9633mm
蜗杆分度圆法向弦齿高
=1.25mm
蜗杆螺纹部分长度
L=21.5mm
蜗轮最大外圆直径
=82.6mm
蜗轮轮缘宽度
≈19mm
蜗轮齿顶圆弧半径
=9.95mm
蜗轮齿根圆弧半径
=12.7mm
蜗轮传动的轴的设计：
（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HT200，其机构设计示意图如下
第Ⅰ段为和手轮联接段，其长度和端盖的长度和手轮的联接方法有关，
第Ⅱ段为支撑段其尺寸和轴承宽度有关，此处的轴承为深沟球轴承6003，其内径为17mm，宽度为10mm，所以第Ⅱ的直径为17mm，长度为9mm。
第Ⅲ段的长度和拖板长度有关，长度为842.4mm,其直径取窝杆的齿根圆直径，即其直径为19.4mm.
第Ⅳ段也为支撑段，其尺寸和第Ⅱ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：
DLMO系列湿式多片电磁离合器
型号含义：
规格
型号
额定动力矩
（N.m）
额定静力矩
空载力矩
≤（N.m）
接通时间
≤（s）
断开时间
额定电压
（DCV）
线圈消耗功率（20℃）（W）
允许最高转速（R/Min）
供油流量（L/Min）
DLMO-2.5
12
25
0.4
0.28
0.10
24
13
3500
0.25
外形及安装尺寸：
径向尺寸
轴向尺寸
D1
D2
D3
D4
ø
D
d
b
L
L1
L2
L3
衔铁行程
94
92
45
42
30
+0.023
26
+0.028
6
+0.085
+0.035
3
10
2.2
蜗轮轴设计的示意图如下：
因为此轴和所选的离合器的安装尺寸有关，所以从第Ⅴ段开始设计
第Ⅳ段为花键轴，长度大于30mm其具体尺寸为上图中的花键尺寸；
第Ⅰ段的尺寸和支撑轴承有关，支撑轴承为61805，其宽度为7mm，考虑到支撑的安装和蜗轮的安装，取起长度为13mm，直径为25mm。
第Ⅴ段的尺寸和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25mm，考虑到轴承的宽度现由俩个轴承同时承载,再考虑到弹性挡圈的安装取齿轮宽度为18mm，轴俩端的支撑轴承的安装，俩端支撑轴承选用61805，其宽度为7mm，取第Ⅴ段长度为17mm，直径为25mm.
第Ⅱ段的尺寸和蜗轮的安装有关，现取蜗轮的轴的直径为26mm长度为22mm
第Ⅲ段，整根轴的长度为98mm,第Ⅲ段的长度为mm.
2.3.2齿轮和齿条传动的设计：
通过计算可得齿轮的分度圆直径为80mm,由于此机构所受的力较小，能够直接选用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
=80mm
齿顶高
=5.72mm,=4mm
齿根高
=3.08mm,=4.8mm
全齿高
=8.8mm,=8.8mm
齿顶圆直径
=91.44mm
齿根圆直径
=73.84mm
基圆直径
=75.18mm
齿顶圆压力角
=38.99°
端面重合度
=2.024
纵向重合度
总重合度
齿轮中心到齿条基准线距离
H
=41.72mm
由于此机构所受力较小，基本上能够见为零，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壹定线速移动，且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。
3.1对走丝机构的要求
⑴快速走丝机构的贮丝筒或线盘转动时，仍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。
⑵贮丝筒或线盘的径向跳动和轴向窜动量要小。
⑶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。
⑷走丝机构和床身相互绝缘。
⑸传动齿轮副、丝杠副应具备润滑措施。
3.2走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。
3.2.1上下拖板
走丝机构的上下拖板多采用下面俩种滑动导轨：
（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壹边装有运丝电机，贮丝筒轴向俩边负荷相差较大。
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。
3.2.2齿轮副和丝杠副
走丝机构上拖板的传动链是由2~3级减速齿轮副和壹级丝杠副组成的。
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。
丝杠副壹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，丝杠副俩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。
这不但能够在电机换向装置失灵时，由于尼龙齿轮先损坏，保护丝杠副和走丝电机，仍能够减少振动和噪声。
3.2.3贮丝筒旋转组合件
贮丝筒旋转组合件主要由贮丝筒、联
升级会员 