DK7732数控高速走丝电火花线切割机床及控制系统设计毕业论文

DK7732数控高速走丝电火花线切割机床及控制系统设计毕业论文一、总体方案设计（一）总体方案的拟定（1）电火花线切割机床具有定位，纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。

（2）电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。

因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。

（3）根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用8位微机。

在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。

因此，可选择MCS-51系列单片机扩展系统。

（4）根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。

此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。

（5）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，起传动比应满足机床所要求的。

（6）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。

齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

（7）采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。

在上述方案的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。

（伺服系统总体方案框图如图1.1）（二）主要技术参数的确定技术参数主要包括运动参数，尺寸参数和动力参数。

DK7732电火花线切割机床的主要技术参数如下：工作台行程/mm 500x320最大切割厚度/mm 30（可调）加工表面粗糙度Ra/μm 2.5加工精度/mm 0.015切割速度/mm2/min 100切割工件最大厚度120mm加工锥度3°～60°电极丝移动速度 11m/s电极丝最大直径φ0.1～φ0.2mm图1.1 伺服系统总体方案框图二、储丝走丝部件结构设计（一）储丝走丝部件运动设计运丝机构的运动是由丝筒电机正反转得到的。

电极通过联轴节与丝筒连接，丝筒装有齿轮，通过过渡齿轮与丝杆上的齿轮啮合。

丝杆固定在丝板上，螺母固定上底座上，拖板与底座采用装有滚珠的V形滚动导轨连接，这样丝筒每转一周拖板直线移动相应的距离，因此机床工作前应根据零件厚薄和精度要求在0.12—0.25mm的范围内选择适当的钼丝直径。

1、对高速走丝机构的要求①高速走丝机构的储丝筒转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证电极丝在储丝筒上整齐排绕。

②储丝筒的径向跳动和轴向窜动量要小。

③储丝筒要能正反转，电极丝的走丝速度在7—12m/s范围内无级或有级可调，或恒速运转。

④走丝机构最好与床身相互绝缘。

⑤传动齿轮副，丝杠副应该具备润滑措施2、高速走丝机构的结构及特点高速走丝机构由储丝筒组合件、上下拖板、齿轮副、换向装置和绝缘部分组成，如图2.2所示储丝筒由电动机通过联轴器带动正反向转动。

储丝筒另外一端通过三对齿轮减速后带动丝杠。

储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。

支架及丝杠则安装在拖板沙锅内，调整螺母装在底座上，拖板在底座上来回移动。

螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧，齿轮及丝杠螺距的搭配为没旋转一圈拖板移动0.25mm。

所以该储丝筒适用于Φ0.25mm以下的钼丝。

储丝筒运转时应平稳，无不正常振动。

滚筒外圆振摆应小于0.03mm，反向间隙应小于0.05mm，轴向窜动应完全彻底消除。

高频电源的负端通过碳刷送到储丝筒轴的尾部，然后传到钼丝上，碳刷应保持良好接触，防止机油或者其他脏物进入。

储丝筒本身作高速正反向转动，电机、滚筒及丝杠的轴承应定期拆洗并加润滑脂，换油期限可根据使用情况具体决定。

其余中间轴、齿轮、导轨及丝杠、螺母等每班应注油一次。

（1）储丝筒旋转组合件储丝筒旋转组合件主要由储丝筒、联轴器和轴承座组成。

①储丝筒储丝筒是电极丝稳定移动和整齐排绕的关键部件之一，一般用45号钢制造。

为了减少转动惯量，筒壁应尽量薄，按机床规格，本次设计DK7732应选用4mm（符合1.5—5mm）。

为了进一步减少转动惯量，也可以选用铝镁合金材料制造储丝筒壁厚要均匀，工作表面要有较好的表面粗糙度，一般Ra为0.8μm。

为保证储丝筒组合件动态平衡，应严格控制内孔、外圆对支撑部分的同轴度。

储丝筒与主轴装配后的径向跳动量应不大于0.01mm。

一般装配后，以轴的两端中心孔定位，冲摸储丝筒外圆和与轴承配合的轴径。

②联轴器走丝机构中运动组合件的电机轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体的长轴，而是利用联轴器将二者联在一起。

由于储丝筒运行时频繁换向，联轴器瞬间受到正反剪切力很大，因此多采用弹性联轴器和摩擦锥式联轴器。

图1.2 运丝系统机构结构图a.弹性联轴器，如图2.1所示图2.1 弹性联轴器弹性联轴器结构简单，惯性力矩小，换向较平稳，无金属撞击声，可以减少对储丝筒中心轴的冲击。

弹性材料采用橡胶、塑料或者皮革。

这种联轴器的优点是，允许电动机轴与储丝筒轴稍有不同心和不平行（最大不同心允许为0.2—0.5mm，最大不平行为1°），缺点是由它联接的两根轴在传递扭矩时会有相对转动。

b. 摩擦锥式联轴器，如图2.2所示。

摩擦锥式联轴器可带动转动惯量大的大、中型储丝筒旋转组合件。

此种联轴器可传递较大的扭矩，同时在传动符合超载时，摩擦面之间的华东还可以起到过载保护作用。

因为锥形摩擦面会对电机和储丝筒产生轴向力，所以在电机主轴的滚动支撑中，应选用向心止推轴承和单列圆锥滚子轴承。

此外，还要正确选用弹簧规格。

弹力过小，摩擦面打滑，使传动不稳定或摩擦面过热烧伤；弹力过大，会增大轴向力，影响中心轴的正常转动。

图2.2 摩擦锥式联轴器c.磁力联轴器是依靠磁力无接触式联接的，保留了传统联轴器的优点。

具体有如下几种。

套筒式磁力联轴器（如图3.1所示）图3.1 套筒式磁力联轴器此种联轴器主动磁极3和从动磁极2均可为圆筒状或以若干磁铁排列成圆筒状，并用黏结剂分别将其固定于主动轴套4外表面上和从动轴套1没表面上，主动轴6与被动轴7间用键5、8联接。

主动磁极3和从动磁极2之间有一定间隙，其目的为：两磁极之间无摩擦，靠磁场联接；被联接两轴因受制造及安装误差，承载后变形及温度变化等因素影响，往往不能严格对中心。

留有一定间隙，可补偿这一不足，还可适当降低加工及装配要求。

该套筒式联轴器因磁场面积大，可以传递较大扭矩。

其磁场联接力可以通过改变主动轴套4和从动轴套1的配合长度来进行调整。

圆盘式磁力联轴器（如图3.2所示）图3.2 圆盘式磁力联轴器此种联轴器主动磁极3和从动磁极2均可为圆盘状或以若干磁铁排列成圆形射线状，并用黏结剂分别将其固定于主动轴套4和从动轴套1的大表面上。

由于圆盘式联轴器磁场面积小，所以传递扭矩小，并且体积相应的也小。

其磁场联接力可以通过改变主动磁极3和从动磁极2之间的距离来进行调整。

由于磁力联轴器轴与轴之间没有零件直接联接，而是靠磁场联接来传递扭矩，因此电机换向时，转动惯量被磁力线的瞬时扭曲抵消；在超负荷时，键8、5联接的主动轴7与从动轴6可以自动打滑脱开，起到安全离合器的作用，不会损坏任何零部件。

主动磁极3和从动磁极2均用强的永磁材料制成，例如，铁氧体、稀土合金等。

综合上述几种类型，参照本次设计要求，选择性价比最高的，显然a类型既是弹性联轴器已经满足条件，因此本次设计选用弹性联轴器。

（2）上下拖板走丝机构的上下拖板我们决定采用下面两种滑动导轨之一。

燕尾型导轨，这种结构紧凑，调整方便。

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。

三角、矩形组合式导轨，如图4.1所示。

导轨的配合间隙由螺钉和垫片组成的调整环节来调节。

图4.1 三角、矩形组合式导轨由于储丝筒走丝机构的上拖板一边装有运丝电动机，储丝筒轴向两边负荷差较大。

为保证上拖板能平稳的往复移动，应把下拖板设计的较长以使走丝机构工作时，上拖板部分可始终不滑出下拖板，从而保持拖板的刚度、机构的稳定性及运动精度。

经比较，显然三角、矩形组合式导轨是比较理想的，因此，决定选用此种导轨作为本次设计之用。

（3）齿轮副与丝杠副走丝机构上拖板的传动链是由2-3级减速齿轮副和一组丝杠副组成，它使储丝筒在转动的同时，作相应的轴向位移，保证电机丝整齐的排绕在储丝筒上。

在本次设计线切割机中，走丝机构常是通过配换齿轮来改变储丝筒的排丝筒的排丝距离，以适应排绕不同直径电机丝的要求。

丝杠副一般采用轴向调节法来消除螺纹配合间隙。

为防止走丝电机换向装置失灵，导致丝杠副和齿轮副损坏，在齿轮副中，可选用尼龙轮代替部分金属齿轮。

这不但可以在电机换向装置失灵时，由于尼龙齿轮先损坏，保护丝杠副与走丝电机，还可以减少振动和噪声。

但是由于要照顾专业知识的复习，所以决定选用传统的金属材料制造。

（4）线架、导轮部件结构线架与走丝机构组成了电极丝的运动系统。

线架的主要功用是在电极丝按给定线速度运动时，对电极丝去支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度。

对线架的要求是：①具有足够的刚度和强度，在电极丝运动（特别是高速1走丝）时，不应出现振动和变形；②线架的导轮有较高的运动精度，径向偏摆和轴向窜动不超过5μm；③导轮与线架本体、线架与床身之间有良好的绝缘性能；④导轮运动组合件有密封措施，可防止带有大量放电产物和杂质的工作液进入导轮轴承；⑤线架不但能保证电极丝垂直于工作台平面，在具有锥度切割功能的机床上，还具备能使电极丝按给定要求保持与工作台平面呈一定角度的功能。

线架按功能可分为固定式、升降式和偏移式三种类型；按结构可分为悬臂式和龙门式两种类型。

悬臂式固定线架主要由线架本体、导轮运动组合件及保持器等组成。

（1）线架本体结构中、小型线切割机床的线架本体常采用单柱支撑、双臂悬梁式结构。

由于支撑电极丝的导轮位于悬臂的端部，同时电极丝保持一定张力，因此应加强线架本体的刚度和强度，使线架的上下悬臂在电极丝运动时不致振动和变形。

为了进一步提高刚度和强度，在上下悬臂间增加加强筋的结构。

有的机床的线架本体有的采用龙门结构。

这时，工作台拖板只沿一个坐标方向运动，另一个坐标方向的运动通过架在横梁上的线架拖板来实现。

此外，针对不同厚度的工件，还有采用丝臂张开高度可调的分离式结构，活动丝臂在导轨上滑动，上下移动的距离由丝杠副调节。

松开固定螺钉时，旋转丝杠带动固定于上丝臂体的丝母，使上丝臂移动。

调整完毕后拧紧固定螺钉，上丝臂位置便固定下来。

为了适应线架丝臂张开高度的变化，在线架上下部分应增设副导轮，如图4.2所示：储丝筒副导轮导轮图4.2 可移动丝臂(2)导轮部件结构①导轮是本机床关键零件，关系到切割质量，对导轮运动组合件的要求如下。