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中速走絲（sī）電火（huǒ）花線切割（gē）機床的（de）設計與開發

2017-5-19 來（lái）源：臨沂大學汽車學院作者：趙琳（lín）

摘要：電火花線切割主要是以高速走絲和低速走絲為主，近些（xiē）年逐步興起了中速走絲電火花線切割機床，越來越（yuè）成為市場新的主力。該（gāi）設計的中走絲機床（chuáng）的機械設（shè）計部分主要包括走絲機構和工作台進（jìn）給係統的設計。走絲機構采用電（diàn）動機直接帶動絲筒旋轉將鉬絲纏繞（rào）的方式，為了保證繞絲的準確和穩定，在設計的時候盡量減少零件的數量和提高零件的精度。由齒輪和（hé）聯軸器（qì）帶動絲杠做往複運動（dòng），由電機（jī）驅動，從而將（jiāng）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（zhì）采（cǎi）用PLC方式，運用行程開關控製電機的正反轉。工作（zuò）台控製的方式（shì）設計上采用了（le）價（jià）格比較低廉的單片（piàn）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，這種型號的芯（xīn）片的可擴展性好，通用性好，適（shì）合我國機床行業（yè）質優價廉的發展特點。

關鍵詞：電火花線切割（gē）滾動軸承單片機可編程控製器

中速走絲電火花線（xiàn）切割機床的結構大致包含以（yǐ）下（xià）幾點：走絲機構和工作台進給（gěi）係統的設計及其控製部分的設計等等。首先要對機床的原理特（tè）征和每個零部件的（de）結構進行（háng）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，根據（jù）確定的參數來確定機床的整體方案，當然，這個設計的方案要隨著不同的實際情況進行必要的（de）整改。零件選型的過程（chéng）中要切實根（gēn）據實際情況計算得出。最後是對中速走絲電（diàn）火花線切割機床控製部分的設計與開發。中速走絲機床（chuáng）要求的精度並不是太高，因（yīn）此在保證精度足夠的前提下可以適（shì）當地簡（jiǎn）化結構設計，降低成本。另外，國（guó）內外很多的此類車床大多采（cǎi）用了開環控製並（bìng）取得了很好的（de）效果。因此，該控製係（xì）統決定選用（yòng）”開（kāi）環控製（zhì）、步進伺服”的方式。

1.走絲機構的設（shè）計

中速走絲機構就是以介於高速和低速之間的中速帶動電極絲進行往（wǎng）返運動，電極絲環繞在線盤（pán）上，走絲機構主要應該滿足以（yǐ）下幾個方麵的需求。

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

對（duì）於電機的選擇，為了保（bǎo）證工件的加工（gōng）精度，即電極絲必須能穩定移動和整（zhěng）齊（qí）排繞，所（suǒ）以對電機的要求比較高。為了確保排絲位（wèi）置的準確性以及排絲（sī）的效率，電機的啟動和製動都（dōu）要保證快速，轉動速度較高；不同尺寸的鉬絲，要求使用不同的轉矩和轉速（sù），這需（xū）要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（zhì）信號會有不同的信號反饋，從而保證每種類型的信號都能迅（xùn）速而又準確地執行；考慮到走絲機（jī）構的質量小、轉速要求高，故選用（yòng）高轉速且功率較（jiào）小的電動機。

對於聯軸器的選擇，分析絲筒軸和電機軸的工作環境可得，走絲機構是（shì）在做（zuò）往複直線運動，並（bìng）且換向比較頻繁，在換向的過（guò）程中，電機軸和絲（sī）筒軸同時對聯軸器施（shī）加一個方向相反的剪切力（lì）。根據以上條件，查詢《機械課（kè）程設計手冊》可選用（yòng）彈性柱銷聯軸器（qì）。彈性柱（zhù）銷聯軸器由於慣性力矩小、換向較平（píng）穩且結構簡單、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，分析軸承的工作環境可知，中間軸和絲筒工作時隻受扭剪切力和轉（zhuǎn）力的作用，而在軸向上不受力。又因為軸的轉（zhuǎn）動速度（dù）很高，因此我（wǒ）們決定選用單列深溝球軸承。深溝球（qiú）軸承的承載較大，耐用，易於安裝而且還適宜高速運轉且無需保養。

2.電路控（kòng）製部分（fèn）的設計

線（xiàn）路工作過程如（rú）下（xià）：首先（xiān）按下開始（shǐ）按鈕，這時候工作台向前進，達（dá）到預計的行程後，按下（xià）按鈕使得動（dòng）斷觸點（diǎn）斷開，切斷接觸器，按下按鈕使得動合觸電閉合，使得反向接（jiē）觸（chù）器（qì）得電，工作台就能夠實（shí）現反向（xiàng）運行。對於電器元件的選型，主要（yào）從（cóng）以下幾個方麵來考慮：(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（diàn）路中起著保護和轉換電路的作用（yòng）。(2)在不大於1 20 0 V的低壓電器中工（gōng）作的接觸（chù）器屬於控製類電器。該次選（xuǎn）用T KC1的交流接觸器較為合適，這種接觸器適合在50 Hz的頻率、800 A以下的電流、660 V以下（xià）的電（diàn）路中。(3)行程開關的選型，該次設計（jì）采用XZ-8/107型（xíng）的行程開關。

3.工作台進給係（xì）統的設（shè）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、快速裝夾工件的要求（qiú）。加工過（guò）程中，工作台通常采用的是滑（huá）枕（zhěn）結構，因為這樣的機構能夠避免鉬絲以及（jí）絲架的懸（xuán）臂部分在移動的過程（chéng）中不（bú）輕易和其他的部件發生碰撞。絲架的（de）上懸臂梁和下懸臂梁分別在懸（xuán）臂的上邊和下麵，鉬絲從中（zhōng）間位置沿著垂直（zhí）方向穿（chuān）過。它的機械結構主要包括：方向導軌、滾珠絲杠、電機、軸承和工作台。

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50 Hz的交流電轉化為高（gāo）達數百兆赫茲的高頻單向脈衝電源，即能夠為電火（huǒ）花線（xiàn）切割機提供不同脈寬的脈衝（chōng）。高頻脈衝電源電路是其該線切割機床的主要控製係（xì）統，該高頻脈衝電（diàn）源的正負極分別接在被（bèi）加工的工件上和電極絲上，而工件（jiàn）通（tōng）過放（fàng）電被（bèi）侵蝕（shí）的外形主要是靠工作液的導電來完成的，進而可以得到需要的形狀。主振電路、脈（mò）寬調節電路、功率放大電路和整流電路等構成（chéng）了高頻脈衝電路。其中，主振電路主要是有數字振蕩、模擬振蕩電路（lù）和分立元件電路（lù）構成（chéng）。現實中一般還是（shì）采用過去的早期電路，控製部分一直以來都是機床改造（zào）的側重點，微機（jī）控製係統的標配一般包含鍵盤、LCD（LED）顯示器等（děng）。機電一體（tǐ）化數字控製係統（tǒng）主要控製的是各種機床，其係統主要包含硬件和軟件兩（liǎng）大（dà）係統。數控係（xì）統的硬件組成是以單片機為基礎，談到單片機，其主（zhǔ）要包括運算、控製電路，存儲（chǔ）器、計時器等，單片機除了將（jiāng）部分電路整（zhěng）合在一起之外，其他的電阻、電容等都是以散（sàn）件的形式出（chū）現，故使用（yòng）時通常需要增加外（wài）圍芯（xīn）片。一般而言，加入單片機都（dōu）是為了滿足特定的需要而設計的，是一種為實現特定目的組建（jiàn）的應用係統。

4.結語

該文主要是（shì）從機械部分（fèn）和控製結構兩大部分（fèn）介紹了（le）中速走絲電火花（huā）線切割機床的設計（jì）與開發。其中，機（jī）械部分主要為數控機床對被加工工件進行加工操作，主要是將被加工工件放在工作台上，在台麵（miàn）上的工件能夠進行X、Y兩個方向的運動，同時台麵上方的螺紋（wén）孔也能夠起到很好的緊固作用；通過導軌副（fù）能夠保證滾動（dòng）直線有效穩定地運行，還對聯軸器、軸承（chéng）和電機等進行了選擇。對於控製結構的設計主（zhǔ）要（yào）是走絲機構和X、Y方向工作台的設計，高（gāo）頻脈衝電源電路是其該線切割機床的主要（yào）控製（zhì）係統，該高頻脈衝電源的正負極分別接在被加工的工（gōng）件（jiàn）上和電極（jí）絲上，而工件通過（guò）放電被侵蝕的外形主要是靠工作液的（de）導電（diàn）來完成的，進而可以得到（dào）需要的形（xíng）狀。中速走絲電火花線切割機（jī）床在國內（nèi）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（zhǎng）避短，去粗取精，為（wéi）中速走絲機床的發展打下（xià）基礎。

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