1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計開題報告姓名學(xué)號畢業(yè)屆別專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)設(shè)計（論文）題目慢走絲線切割機走絲機構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)教師學(xué)歷博士 職稱副教授 一課題研究的背景和意義11 電火花加工的背景及其加工分類1.1.1電蝕現(xiàn)象的最早報道始于十七世紀(jì)六十年代。1943年，前蘇聯(lián)拉扎連柯夫婦和古雪夫幾乎同時發(fā)明了電蝕加工(electro-erosion machining)和陽極機械加工(anode machining)后，相繼出現(xiàn)一些非金屬(金剛石)電火花加工方法(1947年美國人帕斯特提出)，電接觸加工(1948年前蘇聯(lián))，電脈沖加工等(1951至1955年)，1955年，

2、前蘇聯(lián)提出了電火花線切割加工(Wire Cut EDM，簡稱WEDM)方案并于次年生產(chǎn)出第一臺電火花線切割機床；我國于1958年開始著手設(shè)計制造簡易的電火花線切割機床，并于1960年首次展出電火花線切割樣品?？傮w來說，電火花線切割初始于二十世紀(jì)六十年代，發(fā)展于七十年代，普及于八十年代，現(xiàn)今已進入向高精度、高自動化發(fā)展的階段。電火花加工是與機械加工性質(zhì)完全不同的一種新工藝、新技術(shù)。機械加工是用比工件材料硬的刀具去切除工件上多余部分，來得到成品零件的。但隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性、高黏性、高韌性、高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)，具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要

3、求的工件越來越多，仍然采用單獨機械加工方法，有時是難以加工或無法加工的。電火花加工方法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯出很多優(yōu)異的性能，因此得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。112電火花線切割加工的物理模型電火花線切割加工的基本原理是利用移動的細(xì)金屬導(dǎo)線作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。圖11為低速走絲電火花線切割工藝及裝置的示意圖。工件固定在工作臺上，工作臺通過軌跡控制系統(tǒng)實現(xiàn)x與Y方向的運動。電極絲沿導(dǎo)輪運動。電極絲和工件之間保持適當(dāng)間隙。脈沖電源通過電極絲和工件之間產(chǎn)生火花放電向間隙輸送能量。在電火花腐蝕作用下，工件上出現(xiàn)切縫，切縫的幾何形狀是工作臺拖板運動組合而成的。圖1.1

4、電火花線切割原理 圖11 電火花線切割加工原理圖工件接高頻脈沖電源的正極，電極絲接負(fù)極，即采用正極性加工，電極絲纏繞在貯絲筒上，電機帶動貯絲筒運動，致使電極絲不斷地進入和離開放電區(qū)域，電極絲與工件之間澆注工作液介質(zhì)，當(dāng)高頻脈沖電源通電后，隨著工作液的電離、擊穿，形成放電通道，電子高速奔向正極，正離子奔向負(fù)極，于是電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽Ｗ娱g的相互碰撞以及粒子與電極材料的碰撞，又將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，在放電通道?nèi)，正極和負(fù)極表面分別成為瞬時熱源，達到很高的溫度，使工作液介質(zhì)汽化，熱裂分解、金屬材料熔化、沸騰、汽化，在熱膨脹、局部微爆炸，電動力、流體動力等綜合作用下，蝕除下來的金屬微粒隨著電極絲的移動和工作

5、液的沖洗而被拋出放電區(qū)，于是在金屬表面形成凹坑。在脈沖間隔時間內(nèi)工作液介質(zhì)消電離，放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)了工作液的絕緣性。123電火花線切割加工的分類電火花線切割加工設(shè)備主要由機床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)和機床附件等幾部分組成。種類很多，通常分類如下：(1)按切割軌跡的控制方式：可分為靠模仿形控制、光電跟蹤控制以及現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的計算機數(shù)字控制等電火花線切割加工設(shè)備；(2)按加工范圍：可分為微型、小型、中型和大型電火花線切割加工設(shè)備：(3)按走絲速度：可分為高速走絲(>125ms)、低速走絲(<25ms)等電火花線切割加工設(shè)備。12課題研究的意義低速

6、走絲電火花線切割機(wEDMLS)近年來獲得高速發(fā)展，而且會超越高速走絲線切割機(wEDMHS)，其原因如下：1優(yōu)異的加工性能具有不可替代性。目前低速走絲多次切割后的精度可達2-3¨n，最大的切割速度可達300-400mm2min，這種加工效率是無可取代的。2WEDMLS的主要應(yīng)用領(lǐng)域是模具和航空航天制造業(yè)，需求量很大。3wEDMHS不能滿足日益增長的模具精度和表面質(zhì)量要求， WEDM-LS加工性能優(yōu)于WEDM-HS，比WEDM-HS更容易滿足不同用戶的需求。目前在我國，高檔WEDM-LS主要是從國外進口，價格昂貴；中檔部分是國內(nèi)的合資企業(yè)與臺灣廠商生產(chǎn)的；低檔部分是國內(nèi)機床最新推出

7、的，技術(shù)很不成熟。雖然我國在引進、消化吸收的基礎(chǔ)上開發(fā)并生產(chǎn)WEDMLS，仍不能滿足國：內(nèi)市場的需要，問題主要體現(xiàn)在以下兩方面：1 創(chuàng)新能力不足，缺少面向市場并與實踐相結(jié)合的創(chuàng)新設(shè)計方法流程；2 關(guān)鍵技術(shù)的研究還不能實現(xiàn)突破。如開發(fā)高效穩(wěn)定的脈沖電源和實現(xiàn)張力的恒定控制等。因此要提高我國低速走絲電火花線切割機的技術(shù)水平，需要研究面向新產(chǎn)品開發(fā)的、與實踐相結(jié)合的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的理論和方法，構(gòu)建適合企業(yè)技術(shù)人員易于掌握和使用的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法流程。本文正是以低速走絲電火花線切割機為研究對象，從市場需求出發(fā)采用創(chuàng)新設(shè)計方法科學(xué)合理的確定新產(chǎn)品的設(shè)計方案，并對影響低速走絲電火花線切割機加工精度的走絲驅(qū)動

8、部件進行動力學(xué)仿真與優(yōu)化，從一個全新角度提出如何從結(jié)構(gòu)上進行張力的恒定控制。二當(dāng)前國內(nèi)外低速走絲電火花線切割機研究概況2.1國外研究概況國外的線切割機始于六十年代末期，首先在日本，瑞士產(chǎn)業(yè)化，商品化，歐洲和北美銷售的四種銷量最大的高端精密線切割機床為：Agie，Charmilles，Mitsubishiz和Makino。研究成果十分豐富：1 目前尖端的WEDM-LS加工精度在±0002mm以內(nèi)，表面粗糙度Ra<O2脅，一般都能使用<aO03mm的電極絲進行微精加工。目前WEDM-LS的最小驅(qū)動單位達到01帥，加工精度接近或達到精密磨削的精度。2Charmilles公司開發(fā)

9、的Robofil 240CC和440CC電火花線切割機床，具有在一般加工條件下每小時切割42平方英寸工具鋼的加工能力。31995年開始，以國枝正典為代表的東京農(nóng)工大學(xué)國枝研究室開展了氣中電火花加工研究，采用管狀旋轉(zhuǎn)薄壁電極以高速氣體流為介質(zhì)，進行電火花線切割。氣體電火花線切割加工與液體電火花線切割加工不同的是用氣體作加工介質(zhì)，在放電時不會在極間產(chǎn)生高壓氣泡，加工作用力非常小，加工精度很高。，4瑞士夏米爾公司推出配備雙絲系統(tǒng)的浸液式Robifil 2030SI-TW電火花切割機，雙絲WEDM-LS的開發(fā)解決了粗精加工中粗細(xì)電極絲轉(zhuǎn)換問題，可以在同一臺機床上自動交換兩種材質(zhì)、直徑都不同的電極絲，自

10、動穿絲，自動交換，解決高精度與高速度加工之間的矛盾。總體來說國外的自動化程度和工藝穩(wěn)定性相當(dāng)高，有三大發(fā)展趨勢：高速化，高精度化與高自動化，并已向無人化及綠色化加工發(fā)展。2.2國內(nèi)研究概況國內(nèi)的線切割行業(yè)正逐漸向低速走絲高端加工技術(shù)靠攏，并注意把握全球最先進的技術(shù)發(fā)展動向。1中國臺灣的慶鴻、徠通等廠家在中國臺灣工業(yè)技術(shù)研究院的統(tǒng)一組織下，經(jīng)過近十年的攻關(guān)，終于在控制系統(tǒng)及加工電源等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，具有錐度切割，浸入式加工等功能，并掌握自動穿絲技術(shù)。2蘇州三光科技有限公司研發(fā)成功的新型控制系統(tǒng)在加工電源和控制功能上取得突破。從粗加工到精加工都實現(xiàn)無電解加工，將表面粗糙度提高到Ra<O

11、3511 m。最高加工效率達250mm2min以上，實現(xiàn)放電回路能量的再生利用。3蘇州電加工研究所、蘇州中特機電科技有限公司在科技部專項基金的支持下，也已完成了新一代WEDM-LS的研制，機床配備高效無電阻、防電解脈沖電源，最高加工效率>200mm2min，切割表面粗糙度為RaO8 1t m，切割精度為±0005mm。4自旋式電火花切割機和走絲速度可調(diào)的電火花切割機等目前雖然處在完善階段，開發(fā)思想是借鑒高速走絲和低速走絲二者的優(yōu)點來創(chuàng)造一種新型的電火花加工方法。三走絲機構(gòu)在慢走絲線切割機床中的作用及其基本構(gòu)成3.1走絲機構(gòu)在慢走絲線切割機床中的作用走絲機構(gòu)是慢走絲系統(tǒng)中非常重要

12、的一個機械裝置，它的作用是用來帶動電極絲按照一定線速度移動，并將電極絲整齊地排列在線盤上。慢走絲機構(gòu)主要包括供絲繞線軸、伺服電機恒張力控制裝置、電極絲導(dǎo)向器和電極絲自動卷繞機構(gòu)。電極絲材料一般采用成卷的黃銅絲，可達數(shù)千米長、數(shù)十公斤重，預(yù)裝在供絲繞線軸上，為防止電極絲散亂，軸上裝有力矩很小的預(yù)張力電機。切割時電極絲的走行路徑為：整卷的電極絲由供絲繞線軸送出，經(jīng)一系列輪組、恒張力控制裝置、上部導(dǎo)向器引至處，再經(jīng)下部導(dǎo)向器和導(dǎo)輪走向自動卷繞機構(gòu)，被拉絲卷筒和壓緊卷筒夾住，靠拉絲卷筒的等速回轉(zhuǎn)使電極絲緩慢移動。在運行過程中，電極絲由絲架支撐，通過電極絲自動卷繞機構(gòu)中兩個卷筒的夾送作用，確保電極絲以一

13、定的速度運行；并依靠伺服電機恒張力控制裝置，在一定范圍內(nèi)調(diào)整張力，使電極絲保持一定的直線度，穩(wěn)定地運行。電極絲經(jīng)放電后就成為廢棄物，不再使用，被送到專門的收集器中或被再卷繞至收3.2走絲機構(gòu)的基本組成走絲機構(gòu)主要有以下幾個部件組成1 電極絲恒力張力機構(gòu)2導(dǎo)絲器 噴嘴3排絲機構(gòu) 4自動穿絲機構(gòu)5雙全絲自動切換走絲系統(tǒng)四，走絲機構(gòu)的設(shè)計4.1走絲機構(gòu)的方案設(shè)計WEDMLS的走絲機構(gòu)的方案設(shè)計關(guān)鍵在于控制系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計，走絲控制系統(tǒng)主要分為兩部分：一是對速度輪電機的恒速度控制。在走絲系統(tǒng)中，速度輪電機的速度決定了電極絲的運行速度，因此要對速度輪電機進行恒速控制；二是對電極絲的恒張力控制，在低速走絲

14、電火花線切割加工過程中，由于電極絲受放電作用力、靜電引力、電磁力以及走絲過程中摩擦力等的影響，其張力值是有波動的，導(dǎo)致加工精度受到影響，因此電極絲的張力要保持一定，即對電極絲進行恒張力控制。41IWEDkI-LS張力裝置的種類及構(gòu)成低速走絲線切割加工中，走絲系統(tǒng)的控制方法可分為直接張力控制和間接張力控制，前者是用張力傳感器等元件直接測出絲張力，并作為張力反饋元件，構(gòu)成閉環(huán)控制，后者是用間接的方式測出絲張力，通過對張力模型進行靜態(tài)和動態(tài)的分析，找出影響張力變化的因素，然后通過對這些因素進行控制，間接實現(xiàn)系統(tǒng)的恒張力控制。低速走絲線切割機床走絲系統(tǒng)張力裝置大致分為以下三種：1磁粉制動器加載式磁粉制

15、動器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩的，激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系，通過改變激磁電流的大小可以任意調(diào)節(jié)和控制轉(zhuǎn)矩的大小。磁粉制動器具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、無沖擊、無振動、無噪音、無污染、控制簡單等優(yōu)點，現(xiàn)有的大部分國產(chǎn)機床采用這種方式。磁粉制動器可看作帶滯后的一階慣性環(huán)節(jié)Glo)2高es (4-1)式中：疋為磁粉制動器增益；乃為磁粉制動器電流時間常數(shù)；乃為磁粉制動器滯后時間常數(shù)。2雙機轉(zhuǎn)速差加載式利用拉絲電機和放絲電機微小的速度差來形成張力，放絲電機稍慢，即每轉(zhuǎn)少放出電極絲的長度等于該張力下相當(dāng)于放絲輪周長的電極絲的伸長量。這個速度差和電極絲的直徑、材質(zhì)和要求的張力有關(guān)， 因此在走絲過

16、程中加上一個張力儀，用反饋的張力信號直接控制拉絲輪和放絲輪的速度差。3伺服電機加載式當(dāng)電極絲由硬特性的拖動系統(tǒng)實施勻速走絲時一個伺服電機在后面加載，電機采用力矩輸出方式控制，將電極絲繃緊，達到要求的張力。走絲過程中加上一個張力檢測儀，用反饋的張力信號控制伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩。伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩和電機的控制電流成線性關(guān)系，通過改變伺服電機控制電流的大小可以任意調(diào)節(jié)電極絲張力的大小。伺服電機加載式具有響應(yīng)速度快、精度高、無振動、無污染等優(yōu)點。由于低速走絲線切割電極絲時刻處于運動過程中，且對工件的形狀精度和加工表面影響很大，所以低速走絲線切割走絲控制系統(tǒng)要求在運動過程中均能有效控制張力，始終保持張力恒

17、定，張力控制選用雙機轉(zhuǎn)速差加載式。一般低速走絲線切割走絲系統(tǒng)包括絲軸部分、張力輪部分、導(dǎo)向部分、速度輪部分及其輔助裝置。走絲系統(tǒng)的工作過程：電極絲從絲軸抽出，經(jīng)過導(dǎo)向系統(tǒng)拉入張力輪機構(gòu)，經(jīng)張力傳感器后進入導(dǎo)向器，在兩個導(dǎo)向器之間的部分就是加工段電極絲，最后廢絲從拉絲輪拉出到廢絲處理裝置。42走絲系統(tǒng)的方案建立走絲機構(gòu)部分 總體設(shè)計概況和思路：電動機聯(lián)軸器貯絲筒三級減速器絲桿工作臺 參考文獻1 低速電火花線切割機走絲機構(gòu)的設(shè)計與仿真, 朱紅萍, 朱承德, 李莉敏 上海大學(xué)機電工程及自動化學(xué)院, (A)上海 ,2 基于FPC的低速走絲電火花線切割機主部件設(shè)計與優(yōu)化 趙慧 (A)上海大學(xué)3. 賈志新;滕向陽;閏凱;陳健立式回轉(zhuǎn)電火花線切割加工特性分析期刊論文-機械制造 2006(11)4 基于創(chuàng)新理念的低速走絲電火花線切割機設(shè)計與優(yōu)化 朱承德 (A) 上海大學(xué)5 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及設(shè)計J.北京：兵器工業(yè)出版社,2000.6 李忠文.電火花機和線切割機編程及機電控制J.北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,1998.7基于ADAMS 的線切割機床雙走絲機構(gòu)的運動仿真 張娟飛， 李文斌（太原理工大學(xué)機械工程學(xué)院，山西太原）8 沈洪低速走絲電火花線切割機走絲系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展J