线切割机床的设计说明书

《机电一体化系统设计》

班级：070212

学号：*********

姓名：***

目录

简介 (3)

线切割机床的加工原理 (4)

系统传动过程 (5)

原始数据 (6)

设计过程分析与计算 (6)

最大动载荷 (6)

丝杠的选择 (7)

导轨的选择 (9)

用SimulationXpress对线切割中的线架进行应力分析 (12)

数控系统的选择 (13)

主要外购件 (14)

参考文献 (15)

致谢 (16)

一、简介

数控电火花线切割机床，简称线切割机床，是以运动的金属丝为工具电极，在控制系统的控制下，按预先设定的轨迹对工件进行加工。线切割机床适合加工各种模具，切割微细精密及形状复杂的零件、样板，切割钨片、硅片等。

为什么叫中走丝？背景简介：

所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割机床，即走丝原理是在粗加工时采用高速（8-12m/s）走丝，精加工时采用低速（1-3m/s）走丝。以表中最大切割速度，以轨迹为圆计算则满足中走丝要求。

中走丝也是电火花线切割机床的一种，工作原理是利用连续移动的钼丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。其走丝速度及工件质量介于快走丝和慢走丝之间所以叫做中走丝，准确的说：中走丝是快走丝的升级产品，所以也可以叫：能多次切割的快走丝，所以它的加工速度接近于快走丝，而加工的质量也趋于慢走丝。走丝速度在1～12m/s之间，可以根据需要进行调节。

中走丝在保留快速走丝线切割机床结构简单、造价低、工艺效果好、使用过程消耗少等特点的基础上,引用国际上精密模具加工设备的先进理念及慢走丝多次切割技术(即第一次切割用较大的电规准进行高速粗切割,然后用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四、五次切割，将加工表面逐级修光,以获得较理想的加工表面质量和加工精度),该机比快走丝更人性化,便捷化,适用范围更广，不仅电极丝移动速度介于“高速”与“低速”之间，而且加工质量高于"高速走丝机",并逼近低速走丝机。所以中走丝给模具行业带了了一个革命，大大改善了原来快走丝加工质量差的弱点，同时很大程度上降低了模具制造的成本！中走丝--快走丝的价格，慢走丝的品质！

二、线切割机床的加工原理

(1)线切割——数控电火花线切割加工的简称。

(2)工作原理：利用移动的金属丝作工具电极，并在金属丝和工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的。

(3)由于它利用的是丝电极，因此，只能作轮廓切割加工。

(4)工作原理如图所示。

图2 线切割机床的加工原理

1--数控装置2--储丝简3--导轮4--电极丝5--工件6--喷嘴

7--绝缘板8--脉冲发生器9--液压泵10--水箱11--控制步进电动机

(5)当工件与线电极间的间隙足以被脉冲电压击穿时，两者之间即产生火花放电而切割工件。

(6)通过数控装置l发出的指令，控制步进电动机11，驱动X、Y两托板移动，可加工出任意曲线轮廓的工件。

三、系统传动过程

1、工作台的传动过程：X方向：控制系统送出进给脉冲→→X轴步进电机MX→→齿轮6/齿轮5→→丝杆CX→→螺母LX→→下拖板；

Y方向：控制系统送出进给脉冲→→Y轴步进电机MY→→齿轮7/齿轮8→→丝杆CY→→螺母L Y→→上拖板；

控制系统每送出一个脉冲，工作台拖板移动0.001mm。另外用X、Y 方向两个手摇手柄也可以使工作台实现X、Y方向移动。

2、运丝装置的传动过程：

运丝电机M→→联轴器→→贮丝筒高速旋转→→齿轮4/齿轮3→→齿轮2/齿轮1→→丝杆C→→螺母L→→行程开关；

运丝装置带动电极丝按一定线速度运动，通过线架上的排丝轮、导轮将电极丝整齐地排绕在贮丝筒上，行程限位开关控制贮丝筒的正反转。

四、原始数据

本线切割机床设计为数控普通中走丝线切割（参数如下）： 线切割机床机械部分技术参数表

类型 数控普通中走丝线切割

工作台尺寸(mm) 880mm*540mm

工作台行程mm(XY) 420mm*320mm

最大线架高度mm(可

调) 400

最大加工锥度 /80mm 6度

最大切割速度 >120mm²/min

最佳加工面粗糙度 R≤2.5um

电极丝直径 Ø0.10-0.19mm

保护功能 断线自动关掉走丝电机

加工精度 按GB7926-87标准

工作台移动脉冲当量 0.001mm

供电电源 50Hz ，220V

机床消耗功率 <1KV A

最大工作重量 700Kg

主机重量

1800Kg

五、设计过程分析与计算：

(1)最大动载荷：

已知机床最大切割速度

为>120mm²/min ，最大加速度为

2

max 1.3/a m s =,导程

hsp max

h max P V i n =⋅=5mm.

工作行程0.42w s m =.摩擦阻力

3e F N =.0.12a t s =。 3.9w t s =。

最大工作重量700m kg =。则，工作台施加在丝杠上的轴向力为

2a max F 700 1.3/910m a kg m s N

==⨯= 取丝杠滚珠寿命为20000h.则工作动载荷为： 163(6010)13313.3a w m m h C f F n L N -'=⨯⨯=

（2）丝杠的选择：

滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。这些都取决于其具有以下几个方面的优良特性： 传动效率高、 定位精度高、 传动可逆性、 使用寿命长、 同步性能好. 滚珠丝杠副是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。

滚珠丝杠副的特点：

1、动力更省

驱动力矩仅为滑动丝杠副的1/3，具有较高的运动效率，可以更加省电。

2、高精度的保证

滚珠丝杠副都是由高水平的机械设备连贯生产出来的，制作精度更高。

3、微进给可能

滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。

4、无侧隙、刚性高

滚珠丝杠副可以加预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性。

5、高速进给

滚珠丝杠副由于运动效率高、发热小，所以可实现高速进给(运动)。

a 、滚珠丝杠副的载荷计算

(1) 工作载荷F

工作载荷F 是指数控机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向作用力，其数值可用下列进给作用力的实验公式计算

(2) 对于滚动导轨机床

F=Fx+f'(Fz+W)+Fr

式(1)～(5)中：Fx 、Fy 、Fz —x 、y 、z 方向上的切削分力；Fr —密封阻力； W —移动部件的重量；M —主轴上的扭矩，N·m ； dz —主轴直径，mm ；

(3) 平均工作载荷Fm 与平均转速nm

当机床工作载荷随时间变化且此间转速不同时，

式中：t1,t2,…，tn 分别为滚珠丝杠在转速n1,n2,…，nn 下，所受轴向载荷分别是F1,F2,…，