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中速（sù）走（zǒu）絲電火（huǒ）花線切割機床的設計與開（kāi）發

2017-2-20 來源：臨沂大學汽車（chē）學（xué）院作者：趙琳

摘要：電火花線（xiàn）切割主要是以高速（sù）走絲和低速走絲（sī）為主，近些年逐步興（xìng）起了中（zhōng）速走絲電火花（huā）線（xiàn）切割機床，越來越成為市場新的（de）主力。該設計的（de）中走絲機（jī）床的機械（xiè）設計部分主要（yào）包括走絲機構和工作台進給係統的設計。走絲機構采用（yòng）電動機直接帶動絲筒旋轉將鉬絲纏繞的方式，為了保證繞（rào）絲（sī）的（de）準確和穩定（dìng），在設計的時候盡量減（jiǎn）少零件的數量和提高零件（jiàn）的精（jīng）度。由齒輪和聯軸器帶動絲杠（gàng）做往複運動，由電機驅動，從而將電機的旋轉運動轉換成了來回的直線運動。走絲機構的控製采用PLC方（fāng）式，運用行程開關控製電機的正反轉。工作台（tái）控製的方式設計上采（cǎi）用了價格（gé）比較低廉的單片機，通過單片機來控製機床工作台的運動。該設計中單片機的芯片選取了MCS-51係列（liè），這種型號的芯片的可擴（kuò）展性好，通用性好，適合（hé）我國機床行業質優價廉的（de）發展特點。

關鍵詞：電火花線切割滾（gǔn）動軸（zhóu）承單片（piàn）機可編（biān）程控製器

中速走絲電火花線切割（gē）機床（chuáng）的結構大致包含以（yǐ）下幾點：走絲機構和工作台進給係統的設計及其控製部分的設計等等。首先要對機床（chuáng）的原理特征（zhēng）和每個零部件的結構（gòu）進行詳細了解，進而確定好線切割機床的結構參數及其零件選型。第二（èr），根據確定的參數來確定機床的整體方案，當然，這個設計的方（fāng）案要隨著不同的實際情況進行必要的整改。零件選型的過程中要切實根據實際（jì）情況計算（suàn）得（dé）出。最後是對中（zhōng）速（sù）走絲（sī）電（diàn）火花線切割（gē）機（jī）床控（kòng）製部分（fèn）的設計與開發。中速走絲（sī）機床要求的精度並不是太高，因此在保證精度足夠（gòu）的前提下（xià）可以適當地簡化結構設（shè）計，降低成本。另外，國內外很多的此類車（chē）床（chuáng）大多采用了開環控製並取得了很好（hǎo）的（de）效果。因此，該控製係（xì）統決定選用”開環控製、步進伺服”的方式。

1.走絲機構的設計

中速走絲機（jī）構就是以介於高速和低速之間的（de）中（zhōng）速帶動電極絲進行往返運（yùn）動，電極絲環繞（rào）在線盤上，走絲機（jī）構主要應該滿（mǎn）足以下幾個方麵的需求。

(1)線盤在發生轉動的過程中，徑（jìng）向和軸向發生跳動的（de）量盡可能減小。(2)快速走絲機構的線（xiàn）盤在轉（zhuǎn）動的過程中，必要的（de）軸向移（yí）動可以確保（bǎo）電極絲在（zài）線盤上排列整齊。(3)走絲機構本身是絕緣（yuán）體，床身也是絕緣體。(4)線盤能夠實現正向和（hé）反向的旋轉，速度保持在（zài）7～12 m /s。(5)相應的絲杠等傳動裝（zhuāng）置（zhì）要加潤滑油。

對於電機的選擇（zé），為了保證工件的加工精（jīng）度，即電極（jí）絲必須能穩定移動和整齊排繞，所以對電機的要求比（bǐ）較高。為了確保排（pái）絲位置（zhì）的準確性以及排絲的效率（lǜ），電（diàn）機的啟動和製動（dòng）都要保證快速，轉動速度較高（gāo）；不同尺寸的（de）鉬絲，要求使用不同的轉矩和轉（zhuǎn）速，這需要（yào）電機在選擇的時候保證電機的調節性（xìng）能較好，基於不同的控製信號（hào）會有不同的信號反（fǎn）饋，從而保證每種類型（xíng）的信號都能迅速而又準確地執行；考慮到（dào）走絲機構的質量小、轉速要求高，故選用高轉速且功率較小的電（diàn）動機。

對於聯軸器的選擇，分析絲筒軸和電機軸的工作環境可得，走絲機（jī）構是在做往複直線運動，並且換向比較頻繁，在換向的過程中，電機軸和絲筒軸同時對（duì）聯軸器施加一（yī）個方（fāng）向相反的剪切力。根據（jù）以上條件，查詢《機（jī）械課程（chéng）設計手冊》可選用彈性柱銷聯軸器（qì）。彈性柱銷聯（lián）軸器由於（yú）慣性（xìng）力矩（jǔ）小、換（huàn）向較平穩且結構簡（jiǎn）單、無金屬撞擊聲，可減小對絲筒中心軸的衝擊。

對於軸承的選型，分（fèn）析軸承（chéng）的（de）工作環境可知，中間軸和絲筒工作時隻受扭剪切力和轉力的作用，而在軸向上不受力。又因為軸的（de）轉動速度很（hěn）高，因此（cǐ）我們決定選用單列深溝球軸承。深溝（gōu）球軸承的承載較大，耐用（yòng），易於安裝（zhuāng）而且還適宜高速運（yùn）轉且無需保養（yǎng）。

2.電路控製部分的設計

線路工作過程如下：首先按下開始按鈕（niǔ），這時候（hòu）工作台向前（qián）進，達到預計的行程後，按下按鈕使得動斷觸點（diǎn）斷開，切斷接觸器，按下（xià）按鈕使得動合觸電閉（bì）合，使得（dé）反向接觸器得電，工作台就能夠實現反向（xiàng）運行。

對於電器元件的選型，主要從以下幾（jǐ）個方麵來（lái）考慮：(1)繼電器本質上講就是用小電流去控製大電流的一種開關，因此能夠在電路中起著保護和轉換電路的作用。(2 )在不大於1 2 0 0 V的低壓電器中工作的接觸器屬於控製類（lèi）電器。該次選用T KC1的交流接（jiē）觸（chù）器較為合適，這種接觸器適合在5 0 H z的頻率、8 0 0 A以下的（de）電流、6 6 0 V以下的（de）電路中。(3)行程開（kāi）關的（de）選型，該（gāi）次設計采用（yòng）X Z-8/10 7型（xíng）的行程開關。

3.工（gōng）作台進給係統的設計

3.1 機械部分結構設計

為了便於快速加工工件，設計的工作台結構必須能夠滿足準確、快速裝夾（jiá）工件的要求。加工過（guò）程中，工作台通（tōng）常采用的是滑枕結構，因為這樣的（de）機構能夠避免鉬絲以及絲架的懸臂部分在（zài）移動的過程中不輕易和其他的部件（jiàn）發生碰撞。絲架的上懸臂梁和下懸臂梁分別在懸臂的上邊和下麵，鉬絲從中間（jiān）位置沿著垂直方向穿過。它的機械結構主要包括：方（fāng）向導軌（guǐ）、滾珠絲杠、電機（jī）、軸承和工（gōng）作台。

3.2 電路控製部分的設計

脈衝電源的主要作用就是將現有的（de）5 0 Hz的交（jiāo）流電轉化（huà）為高達數百（bǎi）兆赫茲的高頻單向脈衝電源，即能（néng）夠為電火花線切割機提供不同脈寬的脈衝。

高頻脈（mò）衝電源電路是其該線切割機床（chuáng）的主要控製（zhì）係統，該高頻脈衝電源的正負極分別（bié）接（jiē）在（zài）被加工的工件上和電極絲上，而工件通過（guò）放電被侵蝕（shí）的外形主要是靠工作液的（de）導電來完成的，進而（ér）可以得到需要的形狀。

主振電路、脈寬調節電路、功率放大電路和整流電路等構成了高頻脈衝電路。其中，主振電路主要是（shì）有數字振蕩、模擬振（zhèn）蕩電路和分（fèn）立元件電路構成。現實中一般還是采用過去的早期電路，控製部分一直以來都是機床改造的側重點，微（wēi）機控製（zhì）係統的標配一般包含鍵盤、LCD（LE D）顯示器等（děng）。機電一體化數字控（kòng）製（zhì）係統主要控製（zhì）的是各種機（jī）床，其係統主要包含硬件和軟（ruǎn）件兩大係統（tǒng）。數控係統的硬件組成是（shì）以（yǐ）單片機為基礎，談到單片機，其（qí）主要（yào）包括（kuò）運算、控製電路，存儲器、計時器等，單片機除了將部分（fèn）電路整合在一（yī）起之外（wài），其他的電阻、電容等都是以散件的形式出現，故使（shǐ）用時通常需要增加外圍芯片。一般而言，加入單（dān）片機都是為了滿足特（tè）定的需（xū）要而設計的，是一種為實現特定目的組建的應用係統。

4.結（jié）語

該文主要是從機械部分（fèn）和控（kòng）製結構兩大部分介紹了中（zhōng）速（sù）走絲（sī）電火花線切割機床的設計與開發。其中（zhōng），機械部分主要為數控機（jī）床對被加工工件進行加工操作，主要是將被加（jiā）工工（gōng）件放在工作台上，在台麵上的工件（jiàn）能夠進行X、Y兩個方（fāng）向的運動，同時台麵上（shàng）方的螺紋孔也能夠（gòu）起到很好（hǎo）的緊固作用（yòng）；通過導軌副能夠保證滾動直線有效穩定地運行（háng），還對聯軸器、軸承和電機等進行了選擇。對於控製結構的設計主要是走（zǒu）絲機構和X、Y方向工作台的設計，高頻（pín）脈衝電源電路是其該線切割機床的（de）主要控製（zhì）係統，該高頻脈衝電源的正負極分別（bié）接在被加工的工件上和電極絲上，而工件通過放電被侵（qīn）蝕的外形主要是靠工作液的導電來完成的，進而可（kě）以得到需要的形狀。中速走絲電火花線切割機床在國內的中低端市場中有較為重要的地位，在模具和零件加工行業都有著重要應用，我們必須在吸收國外優秀成果的同時，揚長避短，去（qù）粗取精，為中（zhōng）速走絲（sī）機床的發展打下基礎。

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