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中速走絲（sī）電火花線切割機床的設計與開發

2017-7-4 來源：臨（lín）沂大（dà）學汽車學院作者：趙琳

摘要：電（diàn）火（huǒ）花線（xiàn）切割主要是以高（gāo）速走絲和低速走絲為主，近些年逐步興起了中速走絲電火花線切割機床，越（yuè）來越成為市場新的主力。該設計的中走（zǒu）絲機床的機（jī）械設計部（bù）分主要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（diàn）動機直接帶動絲筒旋轉將鉬絲纏（chán）繞（rào）的方式，為了保證繞絲的準確（què）和（hé）穩定，在設計的時候盡量減少零件的數量和提高零件的精度。由（yóu）齒輪和聯軸器帶動絲（sī）杠做往複（fù）運動，由電機驅動（dòng），從（cóng）而（ér）將電機的旋轉運動轉換成了來回的直線（xiàn）運動（dòng）。走絲機構的控製采用PLC方式，運用行（háng）程開關控製電機的正反轉。工（gōng）作台（tái）控製的方式設計上（shàng）采用了價格比（bǐ）較（jiào）低廉的單（dān）片機，通過單片機來控製機床工作台的運動。該設計（jì）中單片機的芯片選（xuǎn）取了MCS-51係列（liè），這種型號的芯（xīn）片的可（kě）擴展性好（hǎo），通用性好，適合我國機床（chuáng）行業質優價廉的發展特點。

關鍵詞（cí）：電火花（huā）線切割滾動軸承單片（piàn）機可編程控製器（qì）

中速走絲電火花線切（qiē）割機床的結構大致包（bāo）含以下幾（jǐ）點：走絲機構和工作台進給（gěi）係（xì）統的設計及其控製部分的設（shè）計等等。首先要（yào）對機床的原理特征和每個零（líng）部件的結構進行詳細了解，進而確定好線切割機床的（de）結構參數及其零（líng）件選型。第二（èr），根（gēn）據確定的參數來確（què）定機床的整體方案，當然（rán），這個設計的方案要（yào）隨著不同的（de）實際情況進行必（bì）要的整改。零件選型的過程中要切實根據實際情況計算得出。最後是對中速走絲電火（huǒ）花線切（qiē）割機（jī）床控製部分的設計與開發。中（zhōng）速走絲機床要求的精度並（bìng）不是太高（gāo），因此在（zài）保證精（jīng）度足夠的前提下可以適當地簡化結構設計，降低成本。另外，國內外很多（duō）的此類車床大多采用了開環控製並取得了很好的效果。因此，該控製係統決定（dìng）選（xuǎn）用”開環控製、步進伺服”的方式。

1.走絲機構的設計（jì）

中速走絲機構就是以（yǐ）介於高速和低速之（zhī）間的中速帶動電極（jí）絲進行往返運動（dòng），電極絲環繞在（zài）線盤上，走絲機構主要應該滿足以下幾個方麵的需求。

(1)線盤在發生轉動的過程中，徑向和軸向發生跳動的量（liàng）盡可能減小。(2)快速走絲機構的線盤在轉動的過程中，必要的軸向移動可以確保電極絲在線盤上排列整齊。(3)走絲機構本身是絕（jué）緣體，床身也是絕緣體。(4)線盤（pán）能夠實現正向（xiàng）和反向的旋轉，速度（dù）保持在7～12 m/s。(5)相應的絲杠等傳動裝置要加潤滑油（yóu）。

對（duì）於電機的選擇（zé），為了保證工件的加工精度，即電極絲必須能穩（wěn）定移動和整齊排繞，所以對電機（jī）的要求比較高。為了確保排絲位置的準確性以（yǐ）及排絲的效率（lǜ），電機的（de）啟動（dòng）和製（zhì）動都要保證快速，轉動速度較高；不同尺寸（cùn）的鉬絲，要求（qiú）使用（yòng）不同的（de）轉矩和轉速（sù），這需要電機在選擇的（de）時候保證電機的（de）調節性能較好，基於不同的控製（zhì）信（xìn）號會有（yǒu）不同的（de）信號反饋（kuì），從而保證每（měi）種類型的信號都能迅速而又準確地執行；考慮到走絲機構的（de）質量小、轉速要求（qiú）高，故選用高轉速且功率較小的電動機。

對於聯（lián）軸器的選擇，分析絲筒軸和電（diàn）機軸的工作環境可得，走絲機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（zhóu）同時對聯（lián）軸器施加一個方向相反的剪切力（lì）。根據以上條件，查詢《機（jī）械課程設（shè）計手冊》可選用彈性（xìng）柱銷聯軸器（qì）。彈性柱銷聯軸（zhóu）器由（yóu）於慣性力矩小、換向較平穩且結構（gòu）簡（jiǎn）單、無金屬撞（zhuàng）擊聲（shēng），可減小對絲筒中心軸的衝擊（jī）。

對於軸承的選型（xíng），分析軸承的工作環境可（kě）知，中間軸和絲筒工作時隻受扭剪切力和轉力（lì）的作用，而在軸向上不受力。又因（yīn）為軸（zhóu）的轉動（dòng）速度很（hěn）高，因此我（wǒ）們決定（dìng）選用單列深溝（gōu）球軸承。深溝（gōu）球軸承的承載較大，耐用，易於安裝而且還適宜高速運轉且無（wú）需保養

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，這時候工作台向前進，達到預計的行（háng）程後，按下按鈕使得動（dòng）斷觸點斷開，切斷接觸器，按下按鈕（niǔ）使得（dé）動合觸電閉合（hé），使得（dé）反（fǎn）向接觸器得電，工（gōng）作台就（jiù）能（néng）夠實現反向運行（háng）。

對於電器元件的選型，主要從以（yǐ）下幾（jǐ）個方麵（miàn）來考慮：(1)繼（jì）電器本質上講就（jiù）是用（yòng）小電流去控（kòng）製大電流的一種開關，因此能夠在（zài）電路（lù）中起著保護和轉（zhuǎn）換電路（lù）的（de）作用。(2)在不大於1 20 0 V的低壓（yā）電器中工作的接觸器屬於控製類電器。該次選用T KC1的交（jiāo）流接觸器（qì）較為合適，這種接觸器適合在50 Hz的頻率、800 A以下的（de）電流、660 V以下的電路（lù）中。(3)行程開關的選型，該次設計（jì）采（cǎi）用XZ-8/107型的（de）行程開關。

3.工作台進給係（xì）統的設計

3.1 機械（xiè）部分結構設計

為了便於快速加工（gōng）工件，設（shè）計的工作（zuò）台結構必（bì）須能夠滿足準確、快速裝夾工件的要求。加工過程中，工作台通常采用（yòng）的（de）是滑枕結構，因為這樣的機構能（néng）夠避免鉬絲以及絲架（jià）的懸（xuán）臂部分在移（yí）動的（de）過（guò）程中不輕易和其他（tā）的部件發生碰撞。絲架的上懸臂梁和下懸臂梁分別在懸臂的上邊和下麵（miàn），鉬絲從中間位置（zhì）沿著垂直方向穿過。它的機械結構主要（yào）包括：方向導軌、滾珠絲杠、電機、軸承和工作台。

3.2 電路控製（zhì）部分的設計（jì）

脈衝電源的（de）主要作用就是將現有的50 Hz的交流電（diàn）轉化為高達數百兆赫茲的高頻單向（xiàng）脈衝（chōng）電源，即能夠為電火花線切（qiē）割機提供不同脈寬的脈衝。

高頻（pín）脈衝電源電路是其該線切割機床的主（zhǔ）要（yào）控製係統，該高頻脈衝電源的（de）正負（fù）極分別接在被加工的工件上和電極絲上，而工件通過放電被侵蝕的外（wài）形主要（yào）是靠工（gōng）作液的導電來完成的，進而可以得到需要的（de）形狀（zhuàng）。

主振電路、脈寬（kuān）調（diào）節（jiē）電路、功率放大電路和整流電路等構（gòu）成（chéng）了高頻脈衝電路。其中，主振電路主要是有（yǒu）數（shù）字振蕩、模擬振蕩電路和（hé）分（fèn）立元件電路構成（chéng）。現實中一般還是采用（yòng）過去的早期電路，控製部（bù）分一直以來都是機床改（gǎi）造的側重點，微機控製係統（tǒng）的標配一般（bān）包含鍵盤、LCD（LED）顯示器等。

機電一體化數字控製係統主要控製的是各種機床（chuáng），其係統主要包含硬件（jiàn）和軟件兩大係（xì）統。數控係統的硬件組成（chéng）是以單片機為基礎，談到（dào）單（dān）片機，其主要（yào）包括運算、控製電路（lù），存儲器、計時器等，單片機除了將部分電路整合在一起之（zhī）外，其他的（de）電阻、電容等都是以散件的形式（shì）出現，故使用時通常需要增（zēng）加外圍（wéi）芯（xīn）片。一般而言，加入單片機（jī）都是為（wéi）了滿足特定的需要而（ér）設計的（de），是一種為實現特定目的組建的應用係統。

4.結語

該文主要是從機械部分（fèn）和控製結構（gòu）兩大部分（fèn）介紹了（le）中速（sù）走絲電火花線切割機床的設（shè）計與開發。其中，機械部分主要為數控機床對被（bèi）加工工件進行（háng）加工操（cāo）作，主要是將被加工工件放在工作台上（shàng），在台麵上的工件能夠進行X、Y兩個方向的（de）運動（dòng），同時台麵上方的螺紋孔也能夠起到很好的緊固作用；通過導軌副能夠保證滾動直線有效穩定地運行，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（zhǔ）要是（shì）走絲機構和X、Y方向工作台的設計，高頻脈衝電源電路是其該線切割機床的主要控製（zhì）係統，該高頻脈衝電源的正（zhèng）負極分別接在被（bèi）加工（gōng）的工件上（shàng）和電（diàn）極絲上，而工件通過放電（diàn）被侵蝕的外形主要是靠工作液的導電來完成（chéng）的，進而可以得到需（xū）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（wéi）重要的地位，在模具和零件加（jiā）工行業都（dōu）有著重要應用，我（wǒ）們（men）必須在吸收國外優秀成果的同時，揚長避短（duǎn），去粗取精（jīng），為中速走絲（sī）機床的發展打下基礎。

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