电火花切割运丝机构设计.doc
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1、编号: 毕业设计(论文)说明书题 目:电火花线切割自动运丝机构设计 院 (系): 机电工程系 专 业: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 学 号: 指导教师单位: 姓 名: 职 称: 题目类型:理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究2015 年 05月 15 日57摘 要电火花线切割,其基本工作原理是利用连续移动细金属丝(成为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。本课题研究的是电火花线切割运丝机构的设计。为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断,影响加工质量和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向作走丝运动。丝整齐地绕在丝筒上,形成一个闭合状态,走
2、丝电机带动丝筒转动时,通过导丝轮使丝作轴线运动。电火花线切割加工机床是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。关键词: 电火花线切割;动丝机构;设计全套设计加 197216396或401339828AbstractEDM wire cutting, its basic principle is to use the continuous movement of fine wire (a wire electrode) as electrode, pulse spark discharge in addi
3、tion to metal corrosion, cutting and shaping of the workpiece.This research is the design of wire EDM wire cutting mechanism. In order to avoid the spark discharge electrode wire in local position and be broken, affect the processing quality and production efficiency. In the process of electrode wir
4、e for wire movement along the axial direction. Wire neatly around the wire cylinder, forming a closed state, wire motor drives the screw barrel rotates, through the guide wire to wire wheel axis movement. Electric spark wire cutting machine is the switch contacts by the phenomena and the causes of c
5、orrosion damage of spark discharge, found that the instantaneous high temperature electric spark can melt the metal oxide, local and has been removed by erosion, thus creating and invented the EDM method.Key words :electric spark line cutting wire mechanism; dynamic design目 录1 绪论11.1 国内外研究现状11.1.1国外
6、的发展及现状11.1.2我国的发展及现状21.2 数控电火花线切割加工原理31.3 本课题研究内容及背景42 DK7740型线切割机走丝机构总体设计52.1数控电火花切割机床型号介绍52.2 DK7740型数控线切割机整体结构图62.3 总体设计概况和思路62.4 电动机的选择72.5 确定储丝筒基本尺寸82.6 传动比的确定82.7 传动装置的运动参数设计83 齿轮减速传动设计计算113.1选择材料113.2 压力角的选择113.3 齿数和模数的选择113.4齿宽系数113.5确定齿轮传动的精度113.6齿轮的校核134 轴的设计计算及校核164.1 第轴的设计及校核164.2 第轴的设计及
7、校核194.3 传动螺纹副的设计及校核235 轴承寿命校核285.1 第轴上轴承的校荷285. 2 第轴轴上轴承的校荷296 键的强度校核306.1 联轴器处键的强度校荷306.2 储丝筒端盖与轴联接处键的校荷316.3 第轴与小齿轮联接处键的校核316.4 第根轴上键的校核327 储丝筒的结构设计338 导轨的设计358.1 导轨的特点358.2 导轨的设计369 典型零件的工艺设计399.1 零件的形状399.2零件的工艺分析399.3 确定毛坯的制造形式409.4 基面的选择409.5 制定工艺路线409.5.1工艺路线方案一419.5.2工艺路线方案二419.5.3工艺方案的比较与分析
8、419.6 选择加工设备和工艺装备429.7 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定429.8 确定切削用量及基本工时44总 结54致 谢55参考文献561 绪论1.1 国内外研究现状1.1.1国外的发展及现状电火花线切割加工(WEDM)是在电火花加工的基础上于50年代末最早在原苏联发展起来的一种新的工艺形式,是用线状电极靠火花放电对工件进行切割,故称为电火花线切割。1943年,原苏联学者拉扎连科夫妇研究电火花放电时开关触点受腐蚀损坏的现象和原因,发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉,从而开创和发明了电火花加工方法电火花线切割加工以获得广泛的应用。目前国内外的线切割机床约占电
9、加工机床的60%以上。与电火花成型加工方法相比,线切割加工方法具有设备成本低、生产效率高以及工具电极的设计和制造大大简化等特点,同时还可节约一部分材料。因此,线切割加工方法自问世于前苏联以来,得到了迅速的发展。近20年来,电火花线切割机床的价格下降了六倍多,加工速度提高了十几倍,工件的最大尺寸增加了十四倍,可加工的工件锥度达到80。目前慢走丝线切割机床最小驱动单位达0.lum,加工精度已接近或达到精密磨削的精度,最大切削速度超过3O0mm2/min,标志着WEDM总的加工速度有了明显的提高,微精加工脉冲电源的开发,使精加工表面粗糙度可达到Ra0.l0.2m(多次切割)。 线切割加工水平的提高使
10、它从“特种加工”进入到常规加工的行列。线切割加工水平的提高不仅归功于机械结构和工艺方法的改善,更得力于先进技术的应用和计算机软件的发展。欧美和日本等国研究的数控低速走丝电火花线切割机床,采用闭环数字交(直)流伺服控制系统,动态性能好、定位精度高。同时机床具有数字自适应控制电源,并具有自动走丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术,对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。同时,集以D、以PP、CAM及仿真于一体的自动编程系统不断发展和成熟,目前基于PC的图形交互式自动编程系统成为线切割自动编程系统的主流。从2002年美国芝加哥国际机床展展出的线切割机床可以看出当前国外WEDM的技术特点与发展动向
11、:(l)提供不同档次的系列产品,供用户选择(2)改进了走丝系统,使运丝更平稳,张力更稳定(3)自动穿丝与自动重穿丝技术该功能虽然是国外WEDM普遍配备的,但近年来的改进重点在提高可靠性和穿丝速度上。(4)减少机床的热变形,提高热稳定性(5)高精度的锥度切割(6)直线电机的应用(7)联网这是一个在适应网络时代的到来而开拓的新功能。虽然与外部计算机的通信并不是新鲜事,按任务的要求可以把外部计算机看成是机床数控系统的外围设备,也可以把机床看成是外部计算机的一个终端。这一功能尽管目前的实用性还不够明显,但无疑是今后的一个发展方向。(8)拓展在零件加工中的应用(9)高速度加工高速度化一直是国外厂商追求的
12、目标。在这方面,日本厂商一直走在世界的前列。例如,三菱电机公司的标准型DWCH系列机床,由于采用G25电源,最高生产率达250mm2/min,其经济型DWCC2系列机床也是250mm2/min。著名的Sodick公司的A500E型电火花线切割机的电源数控柜由于采用32位CPU,使加工速度大幅度提高,同样可以达到300mm2/min。1.1.2我国的发展及现状高速走丝电火花线切割机是我国当前发展的主要产品,广大的科技工作者为了进一步提高它的工艺性能及自动化程度做了大量开发工作,并开发生产了2000mm1200mm500mm及1000mm630mm1000mm等超大型高速走丝电火花线切割机床,扩大
13、了它的应用范围,满足了用户的各种需要,使其年产量稳步增长,至今以达到了12000台/年,并有约300台/年出口到世界各国。多年来,我国生产的数控电火花切割机一直是单一的高速走丝线切割机。随时间推移,为了满足市场需求,又开发生产了自旋式电火花线切割机、走丝速度可调的电火花切割机(含高低双速走丝电火花线切割机)以及低双速走丝电火花线切割机等。机床品种的多样化可以满足用户的需要,扩大数控电火花线切割机加工的应用范围。低速走丝电火花线切割机过去曾是“进口机”的代名词,现在已有苏州沙迪克三光机电有限公司、北京阿奇工业电子有限公司、苏州电加工机床研究所,汉川机床厂等多家制造厂商自行开发生产,年产量达300
14、多台。这些机床性能好,价格不到进口机的一半,深受国内用户的欢迎。高速走丝有助于工作液进入窄小的加工区,改善排屑条件,这对于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的。同时,电极丝的往返运动可使电极丝重复使用,减少电极丝的消耗,降低切割加工的生产成本。然而,高速走丝也会造成导向器(导轮、导向块等)的磨损和系统的振动,加上电极丝的张力不容易控制,它将给加工稳定性、加工精度及表面质量带来严重影响。为了解决高速走丝所存在的问题,完善高速系统,广大科技工作者己做了大量的开发研究工作,并获得了明显的效果。上海大量电子设备有限公司已于1999年开发生产了数字程序控制短程往返走丝系统,根据加工条件设定正向移
15、动和反向移动的时间,以消除高速走丝的换向切割条纹,改善加工表面质量。北京阿奇工业电子有限公司根据高速走丝正向和反向移动张力不一的缺点,开发了新型的恒张力高速走丝机构。这种新型的恒张力高速走丝机构。这种新型机构不仅可以紧丝,而且可以保证正向和反向移动时电极丝的张力基本一致。因此,走丝系统上、下丝架的导轮是对称设置的,可以保证正、反向移动时产生摩擦阻力相近,使电极丝的张力在整个过程中恒定。电极丝的张力直接影响电极丝的振动和频率,并影响线切割加工的效果,为了使高速走丝系统的电极丝的张力恒定,华中理工大学开发了一种高速走丝线切割机铝丝恒张力伺服系统。这种控制系统的实际使用虽然存在不少问题,但他们的开发
16、思路是积极的。为了提高丝架的刚性,南昌江南电子仪器厂开发了龙门式丝架,非常适合于大中型电火花线切割机,且锥度切割不受偏移量限制。苏州沙迪克三光机电有限公司开发生产的锥度切割装置可以稳定切割720的锥型零件,而苏州金马机械电子公司的DK7740B机床能在200mm厚的工件做300锥度的切割,表明近几年来我国高速走丝WEDM机床的加工范围有了较大发展。1.2 数控电火花线切割加工原理电火花线切割加工原理如图所示,工具电极(钼丝或铜丝)接直流脉冲电源的负极,工件接直流脉冲电源的正极,当工具电极和工件的距离在一定范围内时,产生脉冲性火花放电,对工件进行切割。火花放电能够切割工件的主要原因是:正负电极在
17、绝缘工作液中靠近时,由于正负电极的微观表面是凹凸不平的,电极间的电场分布并不均匀,离得最近的凸点处的电场强度最高,两极间介质先被击穿,形成放电通道,同时电流迅速上升。在强大的电场力作用下,通道内的负电子以很高的速度奔向阳极(正极),正离子也以高速奔向阴极(负极)。负电子和正离子在高速运动时互相碰撞,阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的强烈轰击,使两电极间隙内的微小通道中瞬时产生高温,通道中心温度达到500010000度,瞬时产生的高温由于来不及扩散,使局部金属材料熔化甚至少量金属气化,同时在工件和电极之间的部分绝缘工作液也产生气化,气化后的金属蒸汽和工作液迅速膨胀并产生爆炸,使得熔化和气化后
18、的金属材料从金属表面抛离出来而达到切割的目的。图1-1是快走丝切割加工的示意图。工具电极细相丝5穿过工件2上预先钻好的小孔,经导轮由储丝筒4带动作往复交替移动,工件通过绝缘板1安装在工作台上,工件台在水平面X、Y两个坐标方向各自按给定的控制程序移动而合成任意平面曲线轨迹。脉冲电源3对电极丝与工件施加脉冲电压,电极丝与工件之间绕注一定压力的工作液,当脉冲电压击穿电极丝与工件之间的间隙时,两者之间产生火花放电而切割工件。图1-1快走丝切割加工的示意图线切割的加工精度可达士0.01mm,表面粗糙度Ra为1.25m2.3m 。线切割机床的控制方式有靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制等方式,但目前
19、国内外95%以上的线切割机床都己数控化,采用不同水平的数控系统:单片机、单板机和微机。线切割加工属于电火花加工,但由于采用细金属丝做工具电极,无需制作成型工具电极,大大降低了成型工具电极的设计、制造费用,缩短了生产准备时间,而且细的电极丝可以加工细微的异形孔、窄缝和复杂的工件。由于采用移动的长电极丝进行加工,单位长度电极丝的损耗较小,从而对加工精度的影响较少。1.3 本课题研究内容及背景本课题研究的是电火花线切割运丝机构的设计。为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断,影响加工质量和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向作走丝运动。丝整齐地绕在丝筒上,形成一个闭合状态,走丝电机带动丝筒转动时,
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