(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,在保证一定的加工精度的前提下,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,可以选择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它辅助电路。
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、丝杆螺母副组成,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,选用摩擦孝传动效率高的滚珠丝杆螺母副,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饿机构。
7.采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力,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。
(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 500*320
最小切削厚度/mm 30(可调)
加工表面粗糙度Ra/μm 2.5
切割速度/mm /mi
n 100 加工精度/mm 0.015 切割工件最大厚度/mm 300 电极丝移动速度1.1m/s 电极丝直径φ0.1~φ0.2mm 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饿。电极通过联轴节与丝筒连接,丝筒装有齿轮,通过过度齿轮与丝杆上的齿轮齿合。丝杆固定在拖板上,螺母固定在底座上,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可在0.12mm到0.25mm之间调节。 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,以保证极丝在储丝筒上整齐排绕。 (2)储丝筒的径向和轴向窜动量要校 (3)储丝筒要能够正反向旋转,电极丝的走丝速度在7~12m/s范围内无级或有级可调,或恒速转动。 (4)走丝机构最好与床身相互绝缘。 (5)传动齿轮副、丝杆副应具备润滑措施。 储丝筒由电动机通过联轴器带动实现正反向转动。储丝筒另外一端通过二对齿轮减速后带动丝杆。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杆则安装在拖板上,调整螺母安装在底座上,拖板在底座上来回运动。螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧,齿轮及丝杆螺距的搭配为设旋转一圈拖板移动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的尾部,然后传到钼丝上,碳刷应保持良好接触,防止机油或其它赃物进入。 储丝筒本身作为高速正反向转动,电机、滚筒及丝杆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、三角导轨及丝杆、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,按机床规格的不同,选用的范围一般为1.5~5mm。为进一步降低转动惯量,也可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R为0.8μm。为保证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,重磨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极轴与储丝筒中心轴,一般不采用整体的长轴,而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运转时频繁换向,联轴器瞬间会受到正反向的剪切力,但由于这个力不大,且储丝筒中心轴与电极轴有较高的同轴度要求。所以本设计采用YLD6刚性联轴器。 (2)上下拖板 走丝机构的上下拖板一般有下面二种滑动导轨。 ①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。 ②三角、矩形组合式导轨,如下图所示。导轨的配合间隙由螺钉和垫片组成的调整环节来调整。本设计采用三角、矩形组合式导轨。
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n 100 加工精度/mm 0.015 切割工件最大厚度/mm 300 电极丝移动速度1.1m/s 电极丝直径φ0.1~φ0.2mm 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饿。电极通过联轴节与丝筒连接,丝筒装有齿轮,通过过度齿轮与丝杆上的齿轮齿合。丝杆固定在拖板上,螺母固定在底座上,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可在0.12mm到0.25mm之间调节。 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,以保证极丝在储丝筒上整齐排绕。 (2)储丝筒的径向和轴向窜动量要校 (3)储丝筒要能够正反向旋转,电极丝的走丝速度在7~12m/s范围内无级或有级可调,或恒速转动。 (4)走丝机构最好与床身相互绝缘。 (5)传动齿轮副、丝杆副应具备润滑措施。 储丝筒由电动机通过联轴器带动实现正反向转动。储丝筒另外一端通过二对齿轮减速后带动丝杆。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杆则安装在拖板上,调整螺母安装在底座上,拖板在底座上来回运动。螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧,齿轮及丝杆螺距的搭配为设旋转一圈拖板移动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的尾部,然后传到钼丝上,碳刷应保持良好接触,防止机油或其它赃物进入。 储丝筒本身作为高速正反向转动,电机、滚筒及丝杆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、三角导轨及丝杆、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,按机床规格的不同,选用的范围一般为1.5~5mm。为进一步降低转动惯量,也可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R为0.8μm。为保证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,重磨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极轴与储丝筒中心轴,一般不采用整体的长轴,而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运转时频繁换向,联轴器瞬间会受到正反向的剪切力,但由于这个力不大,且储丝筒中心轴与电极轴有较高的同轴度要求。所以本设计采用YLD6刚性联轴器。 (2)上下拖板 走丝机构的上下拖板一般有下面二种滑动导轨。 ①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。 ②三角、矩形组合式导轨,如下图所示。导轨的配合间隙由螺钉和垫片组成的调整环节来调整。本设计采用三角、矩形组合式导轨。
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