快走絲線切割機(jī)床的總體設(shè)計(jì)

快走絲線切割機(jī)床的總體設(shè)計(jì),快走,絲線,切割,機(jī)床,總體,整體,設(shè)計(jì) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 摘 要 快走絲線切割機(jī)是我國獨(dú)創(chuàng)的電加工設(shè)備，它結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，使用成本低，是我國產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的機(jī)床種類之一。這篇論文詳細(xì)介紹了快走絲線切割機(jī)床的主要作用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其組成。對通用快走絲線切割機(jī)床的總體設(shè)計(jì)過程及計(jì)算方法作了具體的描述和分析。通過對快走絲線切割機(jī)床的各部分設(shè)計(jì)和計(jì)算，利用SolidWorks完成對該機(jī)床的三維建模和工程圖。同時(shí)對快走絲線切割機(jī)床的機(jī)械部件的選擇設(shè)計(jì)，功能部件的選用及校核、主要零部件的使用與維護(hù)進(jìn)行了具體的分析。完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 【關(guān)鍵詞】快走絲線切割機(jī)床 機(jī)械設(shè)計(jì) 三維建模 工程圖AbstractDue to its simple structure，less expensive, high-speed wired electro-discharge machine(WEDM) is widely produced and used in China. This thesis introduced in detail the high-speed wired electro-discharge machine, including the main function, structure and composition. The general design process and calculation method for the high-speed wired electro-discharge machine were specifically descripted and analyzed. The 3D modeling and engineering drawings of the high-speed wire electro-discharge machine, including every parts, and assembly based on Solidworks are finished. The selection and design of functional components, calculation of this machineand as well as checking mechanical components of high-speed wire electro-discharge machine are completed. The usage and maintenance about main component were concretely analyzed. The design task is completed.【KEYWORDS】High-speed wire electro-discharge machine，Machine design，Three-dimensional Modeling，Engineering drawing目 錄前言41本設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)要求61.1 本設(shè)計(jì)的目的及意義61.2 本設(shè)計(jì)的任務(wù)及內(nèi)容61.3 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)及要求62快走絲線切割機(jī)床概述82.1 快走絲線切割機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀82.2 快走絲線切割機(jī)床加工技術(shù)的發(fā)展趨勢82.3快走絲線切割機(jī)床的特點(diǎn)132.3.1快走絲線切割電火花加工的優(yōu)點(diǎn)：132.3.2快走絲線切割電火花加工的局限性：132.4 快走絲線切割機(jī)床的工作原理143快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)153.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述153.2快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)組成153.3快走絲線切割機(jī)床設(shè)計(jì)步驟163.3.1設(shè)計(jì)步驟框圖163.3.2總體方案設(shè)計(jì)173.4快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)173.3.1 總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想173.3.2總體布局方案設(shè)計(jì)183.3.4 數(shù)控機(jī)床總布局的其他趨向194 快走絲線切割機(jī)床的機(jī)械部分設(shè)計(jì)214.1 床身的設(shè)計(jì)214.2 工作臺(tái)設(shè)計(jì)214.3 線架軌道設(shè)計(jì)224.4 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)224.5 各部分連接設(shè)計(jì)235 快走絲線切割機(jī)床功能部件的選用及校核計(jì)算245.1 齒輪的選擇計(jì)算245.2 滾珠絲桿副的選擇計(jì)算255.2.1 絲桿螺母類型的選擇255.2.2絲桿螺母傳動(dòng)形式選擇265.2.3 絲桿螺母預(yù)緊方式選擇265.2.4 滾動(dòng)軸承的選擇275.2.5 滾珠絲杠副支承方式的選擇285.2.5 制動(dòng)裝置的選擇295.2.6 滾珠絲杠副的防護(hù)305.3電機(jī)的選擇305.3.1快走絲線切割機(jī)床對電機(jī)的要求305.3.2各類型電機(jī)的比較及選型315.3.2 關(guān)于電機(jī)選擇的計(jì)算326 三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制作及工程圖設(shè)計(jì)346.1 絲桿螺母的三維建模346.2 凸緣聯(lián)軸器的三維建模346.3 X.Y方向拖板的裝配體三維建模356.4 Z方向線架的裝配體三維建模356.5 總裝配366.6 工程圖的設(shè)計(jì)制作38總結(jié)與體會(huì)41致謝42參考文獻(xiàn)43前 言 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競爭的日趨激烈，產(chǎn)品的更新速度越來越快，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求越來越高，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加。激烈的市場競爭使產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來越短。傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已經(jīng)難于適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效高質(zhì)量加工要求。因此近幾十年來，世界各國十分重視發(fā)展能有效解決復(fù)雜、精密、小批多變零件的數(shù)控加工技術(shù)。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，它集成了微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。汽車、拖拉機(jī)與家用電器等行業(yè)的產(chǎn)品零件，為了解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的問題，多采用專用的工藝裝備、專用自動(dòng)化機(jī)床或?qū)Ｓ玫淖詣?dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間進(jìn)行生產(chǎn)。但是應(yīng)用這些專用生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，產(chǎn)品改型不易，因而使新產(chǎn)品的開發(fā)周期延長。在機(jī)械產(chǎn)品中，單件和小批量產(chǎn)品占到70%80%，這類產(chǎn)品一般都采用通用機(jī)床加工，當(dāng)產(chǎn)品改變時(shí)，機(jī)床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整。通用機(jī)床的自動(dòng)化程度不高，基本上由人工操作，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，特別是一些由曲線、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠模和仿形機(jī)床，或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率收到很大的限制。數(shù)控機(jī)床就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的，它為單件、小批生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動(dòng)化加工手段。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上，離開了數(shù)控技術(shù)，先進(jìn)制造技術(shù)就成了無本之木。同時(shí)，數(shù)控技術(shù)的利用關(guān)系到國家的戰(zhàn)略地位，是體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其水平高低是衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向?？熳呓z線切割機(jī)床是電火花線切割機(jī)床的一種，也叫高速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-HS），其電極絲（一般采用鉬絲）作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，走絲速度為810m/s，電極絲可重復(fù)使用，加工速度較高，走絲容易造成電極絲抖動(dòng)和反向時(shí)停頓，使加工質(zhì)量下降，是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式。本設(shè)計(jì)以DK7725型快走絲線切割機(jī)床為模板，通過自選機(jī)械部分，使用SolidWorks對其進(jìn)行了3D建模以及工程圖制作。1 本設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)要求1.1 本設(shè)計(jì)的目的及意義 高等院校的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)過程是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)要求的重要培養(yǎng)階段，畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)期間，學(xué)生畢業(yè)前的最后學(xué)習(xí)階段，是學(xué)習(xí)深化與升華的重要過程，是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)；是學(xué)生綜合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)，是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù)，是衡量高等學(xué)校教育質(zhì)量和辦學(xué)效益的重要評價(jià)內(nèi)容。 本設(shè)計(jì)對通用快走絲線切割機(jī)床的總體設(shè)計(jì)過程及計(jì)算方法作了具體的描述和分析。通過對快走絲線切割機(jī)床的各部分設(shè)計(jì)和計(jì)算，利用SolidWorks完成對該機(jī)床的三維建模和工程圖。同時(shí)對快走絲線切割機(jī)床的機(jī)械部件的選擇設(shè)計(jì)，功能部件的選用及校核、主要零部件的使用與維護(hù)進(jìn)行了具體的分析。完成設(shè)計(jì)任務(wù)。1.2 本設(shè)計(jì)的任務(wù)及內(nèi)容 電火花線切割加工工藝是機(jī)械制造、模具制造、零件加工不可或缺的加工手段，在汽車、摩托車、航空、航天、船舶、軍工等行業(yè)廣泛應(yīng)用，機(jī)床數(shù)量需求龐大。模具制造是目前電火花線切割機(jī)床的主要作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國至少有80%的電火花線切割機(jī)床用于沖壓模加工。本題目設(shè)計(jì)一種快走絲線切割機(jī)床，以滿足應(yīng)用要求?；緟?shù)如下：. 四軸數(shù)控系統(tǒng)。工作臺(tái)X、Y軸全閉環(huán)控制；絲軸（垂直方向）U、V。. 步進(jìn)或伺服驅(qū)動(dòng)。. 工作臺(tái)最大工作行程(X、Y): 500300mm。. 絲軸（垂直方向）最大行程250mm。. 驅(qū)動(dòng)速度：03mmin。. 位置控制精度：0.01mm。. 重復(fù)精度：0.1mm。 1.3 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)及要求 本設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)合科研課題，主要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，收集、分析和加工整理文獻(xiàn)資料，正確使用設(shè)計(jì)資料進(jìn)行機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算、應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)、工程制圖、技術(shù)文件編寫的能力。要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析和解決問題，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成以下工作量：1. 畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告。2. 文獻(xiàn)檢索，查閱和收集資料文獻(xiàn)檢索，收集、查閱文獻(xiàn)資料10篇以上，記錄、分析整理資料。3. 掌握快走絲線切割機(jī)床的工作原理、使用條件、存在的問題，設(shè)計(jì)方法及步驟。4. 線切割機(jī)床的設(shè)計(jì)計(jì)算。5. 應(yīng)用SOLIDWORKS進(jìn)行線切割機(jī)床零部件和裝配三維設(shè)計(jì)。6. 線切割機(jī)床主要零部件和裝配體工程圖 （全部圖紙折合為零號(hào)圖紙不少于3張）7. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份（2萬字左右，有英文題目和摘要）。8. 整理歸檔畢業(yè)設(shè)計(jì)日志。9. 翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文不少于3000字。10. 制作5-10分鐘內(nèi)的畢業(yè)答辯多媒體課件。2 快走絲線切割機(jī)床概述2.1 快走絲線切割機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀 具有我國特色的數(shù)控高速走絲電火花線切割加工技術(shù)自60年代末研制成功以來，經(jīng)過30年的不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)已成為制造業(yè)中不可缺少的加工手段。目前，高速走絲線切割機(jī)的切割速度已由過去的2040mm2/min普遍提高到100mm2/min以上，有的可達(dá)到260mm2/min，機(jī)床的加工精度為0.01mm，工件的表面粗糙度為Ra1.252.5m,因而可滿足一般模具加工和其他復(fù)雜零件制造的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對各類產(chǎn)品的制造要求越來越高，對線切割加工技術(shù)也提出了更高的要求。國外(歐美、日本等)研究發(fā)展的數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)為適應(yīng)對制造加工技術(shù)的要求，采用閉環(huán)數(shù)字交(直)流伺服控制系統(tǒng)，確保優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以內(nèi)。同時(shí)機(jī)床具有數(shù)字自適應(yīng)控制電源、自動(dòng)穿絲、自動(dòng)卸除廢料、短路自動(dòng)回退等自動(dòng)化技術(shù)，此外對電極絲張力和工作液壓力也可進(jìn)行控制。由于使用了新技術(shù)并注重計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的更新和發(fā)展，低速走絲線切割機(jī)的工藝指標(biāo)已達(dá)到了相當(dāng)高的水平。即使對形狀復(fù)雜零件的加工，最高切割速度也可超過300mm2/min；尺寸精度可達(dá)到25m；表面粗糙度可達(dá)到Ra0.10.2m(多次切割)。機(jī)床的自動(dòng)化程度高，加工穩(wěn)定性好，已向無人化加工發(fā)展。由于高、低速走絲線切割加工采用不同的技術(shù)方案，無論是機(jī)床的結(jié)構(gòu)，還是運(yùn)絲系統(tǒng)或是加工條件都有很大的差異。簡單地對比機(jī)床的加工性能未必十分恰當(dāng)，但排除價(jià)格因素，與低速走絲線切割加工技術(shù)水平相比，高速走絲線切割加工的精度、功能、工藝指標(biāo)、自動(dòng)化程度等方面還有明顯的差距。隨著科技的發(fā)展，對制造技術(shù)的要求越來越高，高速走絲線切割機(jī)面臨相當(dāng)嚴(yán)峻的形勢，應(yīng)加快發(fā)展機(jī)床新技術(shù)，運(yùn)用新工藝，奮力趕上。 2.2 快走絲線切割機(jī)床加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 高速走絲線切割機(jī)由于受到電極絲損耗、機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)與精度、進(jìn)給系統(tǒng)的開環(huán)控制、加工中工作液導(dǎo)電率的變化、加工環(huán)境的溫度變化及本身加工的特點(diǎn)(如運(yùn)絲速度快、振源比較多、導(dǎo)輪磨損大)等因素影響，機(jī)床的加工精度有限。以目前機(jī)床的現(xiàn)狀，要在較短的時(shí)間內(nèi)與低速走絲線切割機(jī)在加工精度方面進(jìn)行競爭，困難是相當(dāng)大的，而且研究開發(fā)的代價(jià)也會(huì)很高，機(jī)床的制造成本將大幅度提高，從現(xiàn)實(shí)和市場的角度來考慮都是不太適宜的。因此，高速走絲線切割機(jī)的發(fā)展策略是揚(yáng)長避短，以發(fā)展中低檔機(jī)床為主，使機(jī)床向適當(dāng)加工精度、良好的加工穩(wěn)定性和容易操作的方向發(fā)展，來滿足不斷發(fā)展的生產(chǎn)需要。目前市場上高速走絲線切割機(jī)最大的優(yōu)勢在于擁有良好的性能價(jià)格比，機(jī)床的進(jìn)一步發(fā)展必須以此為基本出發(fā)點(diǎn)，不能過分強(qiáng)調(diào)機(jī)床加工精度，而忽視機(jī)床性能價(jià)格比的因素。如違背這一原則，機(jī)床制造商和用戶都難以接受。為在較短的時(shí)間內(nèi)，使高速走絲線切割機(jī)的加工性能有較大的提高，在今后的發(fā)展中應(yīng)優(yōu)先注意以下方面的研究。 2.2.1基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部分，其控制性能不僅直接影響機(jī)床加工的質(zhì)量和穩(wěn)定性，而且也是擴(kuò)大機(jī)床加工范圍、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜加工的重要手段。目前，各國都非常重視數(shù)控技術(shù)的研究，將其作為實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)突破性發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的一個(gè)重要趨勢是開放式數(shù)控系統(tǒng)。其含義是：數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)者在一個(gè)統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)下開發(fā)自己的產(chǎn)品，該體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)廣泛認(rèn)可且透明的規(guī)范。這種結(jié)構(gòu)對電加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的重要性已非常明確了1。高速走絲線切割機(jī)要進(jìn)一步發(fā)展，必須擺脫單板機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，采用新的數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)目前國際上數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢及PC的發(fā)展情況，應(yīng)開發(fā)和使用基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。眾所周知，PC本身是插卡式結(jié)構(gòu)，是標(biāo)準(zhǔn)的開放式體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。如高速走絲線切割機(jī)開發(fā)基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，那將是國產(chǎn)高速走絲線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)向開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)有效方法。當(dāng)前，PC的價(jià)格持續(xù)下降，而性能和穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)，使用PC不僅為高速走絲線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)提供了優(yōu)越的硬件平臺(tái)，而且能保持機(jī)床性能價(jià)格比的優(yōu)勢。目前國內(nèi)已有基于PC的高速走絲線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，但其主要功能是加工軌跡編程，機(jī)床加工控制功能還很不完善，沒有充分利用PC的資源。今后，可在以下幾個(gè)方面開展工作：(1)傳統(tǒng)的伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)多采用分立元件組成邏輯電路，對放電狀態(tài)的檢測一般采用平均電壓法，這種方法的缺點(diǎn)是對放電間隙狀態(tài)的檢測不夠準(zhǔn)確，對放電開路狀態(tài)較敏感，而對正常放電和短路放電狀態(tài)響應(yīng)較慢，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的進(jìn)給跟蹤，因此加工的穩(wěn)定性差。解決放電間隙的檢測必須對放電狀態(tài)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，并建立控制模型，可采用單獨(dú)的芯片實(shí)現(xiàn)對放電間隙的檢測，控制模型以軟件的形式存在于PC中，芯片與PC以RS 232接口或主板插卡的方式連接。(2)傳統(tǒng)的脈沖電源多為等頻的矩形和分組脈沖信號(hào)，放電信號(hào)不隨放電加工中的間隙狀態(tài)而自適應(yīng)變化，加工效果差，因此研制數(shù)字自適應(yīng)脈沖電源的意義重大，該電源可直接與PC相連接，獲得放電間隙狀態(tài)的信息，并根據(jù)一定的算法進(jìn)行自適應(yīng)控制。(3)加工參數(shù)的優(yōu)化選取對高速走絲線切割加工也非常重要。長久以來，高速走絲線切割的工藝數(shù)據(jù)庫和加工參數(shù)優(yōu)選功能為國內(nèi)機(jī)床制造商所忽略，高速走絲線切割的工藝參數(shù)優(yōu)化及自動(dòng)選取軟件將是新一代高速走絲線切割機(jī)必備的，同時(shí)基于PC的數(shù)控制系統(tǒng)可十分容易地將此軟件模塊進(jìn)行集成。(4)目前的高速走絲線切割機(jī)幾乎沒有教育培訓(xùn)功能，因此機(jī)床的操作培訓(xùn)難，機(jī)床的的使用性能依賴操作人員的水平，已是眾所皆知的問題，而基于PC的數(shù)控系統(tǒng)將充分利用目前PC日益成熟的多媒體技術(shù)，將為這一功能的實(shí)現(xiàn)提供良好的軟、硬件基礎(chǔ)。充分利用PC的資源來開發(fā)高性能的數(shù)控系統(tǒng)，將是高速走絲線切割機(jī)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 2.2.2人工智能(AI)技術(shù)的運(yùn)用智能化數(shù)控系統(tǒng)也是當(dāng)前數(shù)控技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要趨勢。由于在機(jī)床加工控制系統(tǒng)中使用了智能控制技術(shù)，機(jī)床自動(dòng)如有經(jīng)驗(yàn)的操作者一樣使加工過程持續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)化地進(jìn)行。人工智能技術(shù)也成功地運(yùn)用到加工參數(shù)的設(shè)定、加工程序的生成、工件位置的測定及加工結(jié)果的測量等整個(gè)機(jī)床操作過程，大大地提高了機(jī)床的加工性能和自動(dòng)化程度，降低了對操作者的要求，使非熟練操作者也能取得熟練操作者的加工效果。且人工智能技術(shù)多以計(jì)算機(jī)軟件的形式存于主控系統(tǒng)，因此研究開發(fā)的成本低，而且功能易于擴(kuò)展、使用靈活、更新的速度快，在當(dāng)前提高數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化、可操作性和增強(qiáng)機(jī)床的功能中所起的作用越來越大。高速走絲線切割加工由于運(yùn)絲速度快、開環(huán)控制等加工特點(diǎn)，故放電加工過程具有復(fù)雜的隨機(jī)性，傳統(tǒng)理論對其研究進(jìn)展緩慢，加工機(jī)理至今還不十分明了。人工智能技術(shù)的興起，為高速走絲線切割加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的有效方法。低速走絲線切割機(jī)中，機(jī)械部分已是相當(dāng)穩(wěn)定，現(xiàn)在主要是軟件的功能不斷更新、增強(qiáng)，并逐步發(fā)展到運(yùn)用人工智能技術(shù)。作為有中國特色的高速走絲線切割機(jī)，應(yīng)抓住這次機(jī)會(huì)，充分重視人工智能技術(shù)的研究和運(yùn)用。人工智能技術(shù)運(yùn)用到電火花線切割加工，在國際上也是一個(gè)新的領(lǐng)域，因此有一定的難度，在研究中要針對高速走絲線切割加工的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，同時(shí)注意借鑒國外發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，使高速走絲電火花線切割機(jī)向智能化方向發(fā)展，以提高機(jī)床的整體加工性能。目前國內(nèi)已開始進(jìn)行人工智能技術(shù)在電火花線切割加工中的研究，然而研究的深度和廣度還很不夠。還有許多方面有待進(jìn)一步研究：(1)高速走絲線切割機(jī)的伺服進(jìn)給變頻調(diào)節(jié)一直依靠操作人員，因此操作人員的工作強(qiáng)度大，機(jī)床性能的發(fā)揮受到限制。模糊控制技術(shù)是人工智能技術(shù)中的一個(gè)重要方面，它能模仿熟練工人對機(jī)床進(jìn)行控制，已在電火花成形機(jī)上成功地應(yīng)用，在電火花線切割加工中具有良好的應(yīng)用前景。(2)總結(jié)多年來高速走絲線切割加工工藝研究成果，建立相應(yīng)的知識(shí)庫和專家系統(tǒng)，降低機(jī)床的操作難度是十分必要的。瑞士阿奇公司的Agievision專家系統(tǒng)，其智能化功能只需規(guī)定一些有關(guān)加工工件的性能和加工要求即可。加工工序是自動(dòng)生成，且自動(dòng)連接各道工序，無須人工干預(yù)，大大降低了機(jī)床操作人員的工作強(qiáng)度。(3)在加工參數(shù)自適應(yīng)等方面能有所作為。日本沙迪克公司推出了NF(神經(jīng)模糊)數(shù)控電源，它不必輸入復(fù)雜的NC代碼能自動(dòng)選擇加工參數(shù)，并可根據(jù)加工狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電加工機(jī)床成為一般操作人員也能使用好的機(jī)床，解決了電火花加工過程中工藝參數(shù)設(shè)置長期以來取決于操作人員水平的問題。將最新發(fā)展的人工智能技術(shù)引入到高速走絲線切割機(jī)中，研制高速走絲線切割機(jī)的智能化控制部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這與當(dāng)前國家優(yōu)先發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)是一致的，具有重要的實(shí)際意義。 2.2.3機(jī)床設(shè)計(jì)的改善為改善高速走絲線切割機(jī)的加工精度，必須進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)床的結(jié)構(gòu)，使其更為合理。目前機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)多為音叉式，此種結(jié)構(gòu)的剛度差，固有頻率低，易發(fā)生振動(dòng)，且放電加工將產(chǎn)生大量的熱，使機(jī)床的本體發(fā)生較大的熱變形，這都在一定程度上影響了高速走絲線切割機(jī)的加工精度。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)床整體結(jié)構(gòu)時(shí)，必須充分利用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行分析以提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的合理性。這方面的研究將涉及到運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)有限元模擬軟件對機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)和熱穩(wěn)定性分析。同時(shí)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的改善對提高加工精度也是十分重要的，傳統(tǒng)的方法是通過提高工作臺(tái)傳動(dòng)鏈的零件精度與傳動(dòng)剛度來改善線切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度，但這將使機(jī)床的成本大為增加。而建立在基于PC數(shù)控系統(tǒng)的高速走絲線切割機(jī)，可方便地運(yùn)用螺距誤差與間隙補(bǔ)償技術(shù)來提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度，這種方法可在進(jìn)給系統(tǒng)開環(huán)控制狀態(tài)下，較大幅度地提高機(jī)床的加工精度，且成本低，非常適合高速走絲線切割機(jī)。高速走絲線切割機(jī)的一個(gè)重要特征是電極絲高速往復(fù)循環(huán)使用，這使機(jī)床運(yùn)絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。當(dāng)絲高速運(yùn)行時(shí)，引起的振動(dòng)較大，且導(dǎo)輪磨損大，此外電極絲的恒張力控制及張力分檔調(diào)節(jié)較難，運(yùn)絲系統(tǒng)的這些特點(diǎn)在一定程度上影響了加工精度。因此，必須加強(qiáng)對走絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的深入研究并進(jìn)行改進(jìn)，保證放電加工時(shí)電極絲運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。對于電極絲的往返循環(huán)使用使電極絲產(chǎn)生放電損耗是不能忽視的，它會(huì)對加工精度產(chǎn)生影響。此外在重視商品包裝的今天，機(jī)床的外觀設(shè)計(jì)和包裝也十分重要，注意運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)和美學(xué)對高速走絲線切割機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)是很重要的，這對富有中國特色的高速走絲線切割機(jī)走向世界具有重要意義?？傊?，改善機(jī)床設(shè)計(jì)的研究涉及面較廣，在考慮保持機(jī)床性能價(jià)格比優(yōu)勢的前提下，研究開發(fā)的難度是很大的，然而，一旦有所突破，將對高速走絲線切割加工技術(shù)產(chǎn)生重大的影響。 2.2.4多次切割工藝的應(yīng)用多次切割加工是高速走絲線切割加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前無論是金屬切削機(jī)床還是低速走絲線切割機(jī)，一次加工都無法得到良好的加工效果，欲達(dá)到較高的加工精度，都必須在粗加工后再作精加工才能獲得。低速走絲線切割機(jī)能達(dá)到很高的加工精度，也因采用了多次切割工藝。為改善高速走絲線切割機(jī)的加工品質(zhì)，必須進(jìn)行多次切割加工的研究。以往的高速走絲線切割機(jī)由于功能和結(jié)構(gòu)所限，不具備進(jìn)行多次切割的基礎(chǔ)。近年來，高速走絲線切割機(jī)的脈沖電源、進(jìn)給策略和電極絲的張力控制等方面有了較大的提高，為多次切割工藝的應(yīng)用提供了可能性。目前有的高速走絲線切割機(jī)已能實(shí)施多次切割加工，并能一定程度地提高加工精度。然而，研究應(yīng)用的深度還不夠。為更好地實(shí)現(xiàn)多次切割加工，機(jī)床的功能和結(jié)構(gòu)有待于進(jìn)一步改進(jìn)和提高；為保證多次切割加工的效率，仍須大幅度提高一次加工的速度，第一次切割加工的速度應(yīng)保持在100mm2/min以上4。國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行多次切割研究的同時(shí)，要注意盡快地把研究成果轉(zhuǎn)化到機(jī)床的加工技術(shù)中，以實(shí)現(xiàn)加工精度的提高。 2.3快走絲線切割機(jī)床的特點(diǎn) 2.3.1快走絲線切割電火花加工的優(yōu)點(diǎn)：（1）可以加工難以用金屬切削方法加工的零件,不受材料硬度影響。（2）由于工具電極與工件電極不直接接觸,沒有機(jī)械切削力。所以在制作工具電極時(shí)不必考慮其受力特性,工具電極可以做的十分微細(xì),能進(jìn)行微細(xì)加工和復(fù)雜型面加工。（3）電火花加工是通過脈沖放電來蝕除金屬材料的,而脈沖電源的參數(shù)隨時(shí)可調(diào),因此在同一情況下,只需調(diào)整電參數(shù)即可切換粗、半精、精、超精加工。 2.3.2快走絲線切割電火花加工的局限性：(1)電火花加工生產(chǎn)效率低。(2)被加工的工件只能是導(dǎo)體.(3)存在電極損耗,這就影響了成型精度。(4)加工表面有變質(zhì)層。(5)加工過程必須在工作液中進(jìn)行。電火花加工時(shí)放電部位必須在工作液中,否則將引起異常放電。(6)線切割加工有厚度極限。 2.4 快走絲線切割機(jī)床的工作原理 電火花線切割加工是通過電極絲接脈沖電源的負(fù)極，工件接脈沖電源的正極，高頻脈沖電源通電后，當(dāng)工件與電極絲之間的距離小于放電距離時(shí)，脈沖電能使介質(zhì)（工作液）電離擊穿，形成放電通道，在電場力的作用下，大量的帶負(fù)電荷的電子高速奔向正極，帶正電荷的離子奔向負(fù)極，由于電離而產(chǎn)生的高溫使工件表面熔化，甚至汽化，使金屬隨著電極絲的移動(dòng)及工作液的沖擊而被拋出，從而在工件表面形成凹坑。在高溫區(qū)中由于極性效應(yīng)，電極絲與工件分配的能量不一樣，因而電極絲與工件的表面溫度也不一樣，并且由于電極絲的熔化溫度要大大高于工件材料的熔化溫度，同時(shí)電極絲又在高速離開高溫區(qū)，因而在高溫區(qū)中電極的蝕除量要大大小于工件的蝕除量，這就時(shí)代工件表面形成較大的凹坑，而在電極絲的表面形成很小的凹坑，由于加工過程是連續(xù)的，步進(jìn)電機(jī)受到控制不斷進(jìn)給，以保持電極絲與工件之間維持放電所必須的間隙，因而工件就逐步被切出一條縫隙。 3 快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是將原理方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化，即把機(jī)構(gòu)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械實(shí)體系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及問題最多、工作量最大的部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量如何，對滿足功能要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、降低產(chǎn)品成本等起著十分重要的作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括機(jī)械總體、各機(jī)構(gòu)和零部件布置、構(gòu)形和尺寸、參數(shù)的校核、計(jì)算、優(yōu)化。設(shè)計(jì)結(jié)果是按比例繪制的總圖、部件圖、零件圖和設(shè)計(jì)計(jì)算說明書等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程原則上是按照從質(zhì)到量、從抽象到具體以及從粗略構(gòu)形到精確構(gòu)形的順序進(jìn)行，并且緊接著進(jìn)行檢查和修改完善。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是：（1）滿足功能需要；（2）經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)；（3）對人和環(huán)境均是安全的。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅要滿足功能要求，還要兼顧力學(xué)、工藝、材料、裝配、使用、美觀、成本、安全、環(huán)保等眾多要求和限制。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，后者越來越重要，并且直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低也是創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的體現(xiàn)。此外，要做出好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還離不開前人經(jīng)驗(yàn)的借鑒，設(shè)計(jì)者自己經(jīng)驗(yàn)的積累。通過在工程實(shí)踐中不斷探索和總結(jié)，包括深入觀察和分析現(xiàn)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力將會(huì)逐步提高。3.2快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)組成快走絲線切割機(jī)床主要由以下幾部分組成:(1) 床身床身是支承和固定工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)等的基體。(2)工作臺(tái)目前在電火花線切割機(jī)床上采用的坐標(biāo)工作臺(tái)，大多為X、Y方向線性運(yùn)動(dòng)。(3)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)在快走絲線切割加工時(shí)，電極絲需要不斷地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)是由運(yùn)絲機(jī)構(gòu)來完成的。這種形式的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，因而應(yīng)用廣泛。其缺點(diǎn)是繞絲長度小，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)頻繁，電極絲張力不可調(diào)。(4) 絲架絲架的主要作用是在電極絲快速移動(dòng)時(shí)，對電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺(tái)平面保持垂直。(5) 輔助裝置輔助裝置包括脈沖電源，數(shù)控系統(tǒng)，工作液循環(huán)系統(tǒng)等。3.3快走絲線切割機(jī)床設(shè)計(jì)步驟 3.3.1設(shè)計(jì)步驟框圖 設(shè)計(jì)步驟如圖3.1所示設(shè)計(jì)任務(wù)機(jī)床主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)總體方案的設(shè)計(jì)修改（優(yōu)化）總體方案綜合評價(jià)與選擇總體方案設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)機(jī)床整機(jī)綜合評價(jià)滿足設(shè)計(jì)要求？Y N 結(jié)束 圖 3.1 設(shè)計(jì)步驟框圖 3.3.2總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)包括：（1）運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì) 包括確定機(jī)床所需運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)、形式、功能（主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、其他運(yùn)動(dòng)）及排列順序，最后化除機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能圖。（2）基本參數(shù)設(shè)計(jì) 包括尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)。（3）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括傳動(dòng)方式、傳動(dòng)原理圖及傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)。（4）總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 包括運(yùn)動(dòng)功能分配、總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計(jì)。3、總體方案綜合評價(jià)與選擇在總體方案設(shè)計(jì)階段，對其各種方案進(jìn)行綜合評價(jià)，從中選擇較好的方案。4、總體的設(shè)計(jì)修改或優(yōu)化對所選擇的方案進(jìn)行進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，確定最終方案。上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過程中要交叉進(jìn)行。5詳細(xì)設(shè)計(jì)（1）技術(shù)設(shè)計(jì) 包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配體設(shè)計(jì)、分析計(jì)算或優(yōu)化。（2）施工設(shè)計(jì) 包括零件圖設(shè)計(jì)、商品化設(shè)計(jì)、編制技術(shù)文檔等。6機(jī)床整機(jī)綜合評價(jià)對所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)行整機(jī)性能分析和綜合評價(jià)。上述步驟可反復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)果滿意為止。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)與評價(jià)反復(fù)進(jìn)行，可以提高一次設(shè)計(jì)成功率。 3.4快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 3.3.1 總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想根據(jù)前面所提到的機(jī)床應(yīng)滿足的基本要求，就可以進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。在各項(xiàng)基本要求中以工藝要求最為重要。由工藝要求決定機(jī)床所需要的運(yùn)動(dòng)，完成每個(gè)運(yùn)動(dòng)又應(yīng)有相應(yīng)的功能部件，這就可以確定各個(gè)部件的相對運(yùn)動(dòng)和相對位置關(guān)系，機(jī)床的總體布局也就大體能確定下來。通用機(jī)床的布局已經(jīng)形成了傳統(tǒng)的形式，隨著數(shù)控化和程序化在通用機(jī)床上的應(yīng)用，機(jī)床的布局也在發(fā)生改變，專用機(jī)床的布局往往靈活性較大。機(jī)床總體設(shè)計(jì)是帶動(dòng)全局性的一個(gè)重要問題，對機(jī)床的制造和使用都有很大影響。在進(jìn)行機(jī)床總體設(shè)計(jì)時(shí)可以從以下兩方面來考慮。一方面從機(jī)床內(nèi)部（本身）考慮，要處理好工件與刀具間相對關(guān)系，如位置與運(yùn)動(dòng)、工件重量和形狀特點(diǎn)等。另一方面還要考慮的機(jī)床外部的因素，也就是人機(jī)之間的關(guān)系，如外形、操作和維護(hù)等。3.3.2總體布局方案設(shè)計(jì) 根據(jù)傳統(tǒng)快走絲線切割機(jī)床的布局，X、Y軸的工作由拖板的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，U、V軸的工作由線架導(dǎo)軌的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。所有的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由以上兩部分完成。繞絲裝置放置于線架后方，繞絲的往復(fù)運(yùn)動(dòng)由導(dǎo)軌、絲桿螺母以及回轉(zhuǎn)裝置來實(shí)現(xiàn)?？偨Y(jié)后設(shè)定布局如圖3.2。 圖3.2 快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)布局1.主機(jī)床基座；2.拖板；3.線架裝置；4.繞絲裝置；5.回轉(zhuǎn)裝置；6繞絲裝置基座 3.3.3總體結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)該階段主要進(jìn)行功能（運(yùn)動(dòng)或支承）部件的概略形狀和尺寸設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是：機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)階段評價(jià)后所保留的機(jī)床機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖，驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果、機(jī)床動(dòng)力參數(shù)、加工空間尺寸參數(shù)以及機(jī)床整機(jī)的剛度及精度分配。其設(shè)計(jì)的過程大致如下：（1）首先確定末端執(zhí)行件的概略形狀和尺寸。（2）設(shè)計(jì)末端執(zhí)行件與其相鄰的下一個(gè)功能部件的結(jié)合部的形式、概略尺寸。若為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一側(cè)相當(dāng)于滑臺(tái)，相鄰部件一側(cè)相當(dāng)于滑座，考慮導(dǎo)軌結(jié)合部的剛度及其導(dǎo)向精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類型和尺寸。（3）根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計(jì)結(jié)果和該運(yùn)動(dòng)的行程尺寸，同時(shí)考慮部件的剛度要求，確定下一個(gè)功能部件的概略形狀和尺寸。（4）重復(fù)上述過程，直到基礎(chǔ)支承件（底座、立柱、床身等）設(shè)計(jì)完畢。（5）若要進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)，則可將功能部件細(xì)分成子部件，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)劃進(jìn)行模塊提取和設(shè)置。（6）初步進(jìn)行造型與色彩設(shè)計(jì)。（7）機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案的綜合評價(jià)。上述設(shè)計(jì)完成后，得到的設(shè)計(jì)結(jié)果是機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案圖。然后對所得到的各個(gè)總體結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合評價(jià)比較。評價(jià)的主要因素如下：（1）性能 預(yù)測設(shè)計(jì)剛度及精度。（2）制造成本 根據(jù)設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、制造裝配難度、模塊化及標(biāo)準(zhǔn)化程度和制造廠的制造條件等預(yù)估制造成本。（3）制造周期 預(yù)估制造周期（考慮因素大體與2相同）。（4）生產(chǎn)率（5）物流系統(tǒng)的開放性（6）外觀造型（7）機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)修改與確定 根據(jù)綜合評價(jià)，選擇一、二種好的方案，進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)修改，完善或優(yōu)化，確定方案。3.3.4 數(shù)控機(jī)床總布局的其他趨向（1）機(jī)電一體化結(jié)構(gòu) 近年來，由于大規(guī)模集成電路、微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)控裝置和強(qiáng)電路日趨小型化，不少數(shù)控裝置將控制計(jì)算機(jī)、按鍵、開關(guān)、顯示器等集中裝在吊掛按鈕站上，其他電器部分則集中或分散與主機(jī)的機(jī)械部分裝成一體，而且還采用氣液傳動(dòng)裝置，省去液壓油泵站，這樣就實(shí)現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化結(jié)構(gòu)，從而減少機(jī)床占地面積，又便于操作管理。（2）全封閉結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床的效率高，一般采用大流量與高壓力的冷卻和排屑措施；機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件也采用自動(dòng)潤滑裝置，為防止切屑與冷卻液飛濺，避免潤滑油外泄，將機(jī)床做成全封閉結(jié)構(gòu)，只在工作區(qū)留有可以自動(dòng)開閉的門窗，用于觀察和裝卸工件。4 快走絲線切割機(jī)床的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 4.1 床身的設(shè)計(jì)機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。為了滿足加工生產(chǎn)的需求，機(jī)床床身應(yīng)該同時(shí)具有靜、動(dòng)剛度和抗震性等特點(diǎn)。從工作性質(zhì)來看，此機(jī)型應(yīng)在工作中保持加工精度，所以穩(wěn)定性也是一個(gè)必不可少的條件。所以對床身采用固定立柱式結(jié)構(gòu)，其材料選擇使用鑄鐵，在硬度和重量上能適度保持抗震性和穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床的床身通常為箱體結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)床身的截面形狀及尺寸，采用合理布置的筋板結(jié)構(gòu)可以在較小質(zhì)量下獲得較高的靜剛度和適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率。床身筋板一般根據(jù)床身結(jié)構(gòu)和載荷分布情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足床身剛度和抗振性要求，V形筋有利于加強(qiáng)導(dǎo)軌支承部分的剛度，斜方筋和對角筋結(jié)構(gòu)可明顯增強(qiáng)床身的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計(jì)成全封閉的箱體結(jié)構(gòu)。此外，還有縱向筋板和橫向筋板，分別對抗彎剛度和抗扭剛度有顯著效果；米字形筋板和井字形筋板的抗彎剛度也較高，尤其是米字形筋板更高。本設(shè)計(jì)采用V形筋板以加強(qiáng)導(dǎo)軌支承部分剛度。床身結(jié)構(gòu)為箱體結(jié)構(gòu)。4.2 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)任務(wù)書所得，工作臺(tái)最大工作行程：500300(mm)，故在此設(shè)計(jì)中，使用上下兩懸臂梁構(gòu)造出工作平臺(tái)，其范圍為500300（mm）。工作平臺(tái)搭建在上拖板，用螺釘在懸臂梁上固定工件進(jìn)行加工。如圖4.1所示。 圖4.1 工作臺(tái) 4.3 線架軌道設(shè)計(jì) 由任務(wù)書所得，絲軸最大行程為250mm，但考慮到實(shí)際線架的寬度，行程量稍微有所加長。內(nèi)部用絲桿螺母控制Z軸的行進(jìn)，同時(shí)外側(cè)用導(dǎo)軌滑塊承重，使其可以在Z軸上精密移動(dòng)。線架軌道總體設(shè)計(jì)如圖4.2所示。 圖4.2 線架軌道4.4 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)是快走絲線切割機(jī)床中一個(gè)重要部分。它用繞絲筒和齒輪配合經(jīng)絲桿螺母，帶動(dòng)運(yùn)絲拖板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)絲筒自身不停往復(fù)旋轉(zhuǎn)使絲線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)初步設(shè)計(jì)，運(yùn)絲機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)草圖如圖4.3 圖4.3 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖1. 運(yùn)絲拖板；2.齒輪；3.絲筒；4.電機(jī)；5.導(dǎo)軌；6.絲桿4.5 各部分連接設(shè)計(jì)在總體設(shè)計(jì)中，運(yùn)絲機(jī)構(gòu)和主機(jī)體分開，各箱體對齊即可。在主機(jī)體中，各拖板采用導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，線架軌道用焊接的方式連接到主機(jī)體上。運(yùn)絲機(jī)構(gòu)中，拖板與箱體采用導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。5 快走絲線切割機(jī)床功能部件的選用及校核計(jì)算機(jī)床的功能部件是機(jī)床的組成單元，數(shù)控機(jī)床要求其功能部件符合高速、高效、高精、柔性和復(fù)合加工發(fā)展的要求。高性能的導(dǎo)軌、電機(jī)、滾珠絲杠等功能部件，可確保在數(shù)控機(jī)床上能不斷地生產(chǎn)出高精度的零部件。5.1 齒輪的選擇計(jì)算 在設(shè)計(jì)中有且僅有一對傳動(dòng)齒輪，裝置于運(yùn)絲拖板與絲桿之間。作用為通過電機(jī)的引導(dǎo)，帶動(dòng)絲筒軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過絲筒軸帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)從而使絲桿旋轉(zhuǎn)。以此達(dá)到拖板的移動(dòng)與絲筒的轉(zhuǎn)動(dòng)同步的目的。 絲桿與絲筒軸之間的距離為150mm，所以兩個(gè)齒輪的中心距為150mm。 由此可以決定模數(shù) (5.1)在此式中取0.02 則模數(shù) 由公式 (5.2) 式中 則可得 Z1+Z2=100 初步擬定傳動(dòng)比為1：2 分配齒數(shù) Z1=33 Z2=67 經(jīng)驗(yàn)證，傳動(dòng)比近似符合要求 所以分度圓直徑 A2=201mm (5.3) 由此結(jié)果可以將兩齒輪制作并配合。 手冊查閱可得齒輪寬度小齒輪H1=1.5H2 所以齒寬分別為H1=45mm，H2=30mm 齒輪的材料均選擇45鋼，通過驗(yàn)算，強(qiáng)度和各種參數(shù)均符合要求。 如圖5.1和5.2分別為小齒輪，大齒輪。 圖5.1 小齒輪 圖5.2 大齒輪 5.2 滾珠絲桿副的選擇計(jì)算 5.2.1 絲桿螺母類型的選擇 數(shù)控機(jī)床一般采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)為機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件，它分為兩種：滑動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)。本機(jī)床選用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)為機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動(dòng)軸承對滑動(dòng)軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機(jī)床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床直線驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，在機(jī)床行業(yè)得到廣泛運(yùn)用，極大的推動(dòng)了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。 5.2.2絲桿螺母傳動(dòng)形式選擇 根據(jù)絲杠和螺母相對運(yùn)動(dòng)的組合情況，其基本傳動(dòng)形式有如下四種：1、螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 該傳動(dòng)形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡單，可獲得較高的傳動(dòng)精度。但其軸向尺寸不宜太長，剛性較差。因此只適用于行程較小的場合。2、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng) 該傳動(dòng)形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好。適用于行程較大的場合。3、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng) 該傳動(dòng)形式需要限制螺母移動(dòng)和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，故應(yīng)用較少。4、絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 該傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但在多數(shù)情況下使用極不方便，故很少使用。通過以上比較，本機(jī)床選用第2種傳動(dòng)形式，即：絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)傳動(dòng)形式。拖板,運(yùn)絲板以及豎直線架軌道中所涉及到的四根絲桿螺母的傳動(dòng)均采用此種形式。5.2.3 絲桿螺母預(yù)緊方式選擇滾珠絲杠螺母傳動(dòng)軸向有間隙，或因在載荷作用下滾珠與滾道接觸處的彈性變形而產(chǎn)生間隙，當(dāng)改變絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，將產(chǎn)生空程，從而既影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度，又影響機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。為了消除空程，提高滾珠絲杠螺母的傳動(dòng)精度，應(yīng)采取措施消除軸向間隙。實(shí)際應(yīng)用中，常采用以下幾種調(diào)整預(yù)緊方法。1、雙螺母墊片式（D） 這種方法是通過調(diào)整（或修磨）墊片厚度，使兩螺母產(chǎn)生軸向距離改變，從而達(dá)到消除軸向間隙的目的。包括拉伸預(yù)緊和壓縮預(yù)緊兩種方式，較多采用拉伸預(yù)緊方式。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛性大，工作可靠，應(yīng)用最為廣泛。但調(diào)整不方便，不能隨時(shí)調(diào)整預(yù)緊。2、雙螺母螺紋式（L） 通過調(diào)整端部的圓螺母，使絲杠右螺母沿軸向向右移動(dòng)，產(chǎn)生拉伸預(yù)緊，從而消除間隙。這種方法結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，工作可靠，應(yīng)用廣泛，但預(yù)緊量不容易控制。3、單螺母變位導(dǎo)程式（B） 這種方法是對螺母的內(nèi)螺紋進(jìn)行變位來消除間隙和預(yù)緊。這種方法結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，可避免雙螺母結(jié)構(gòu)中形位誤差的干涉。4、單螺母增大剛球直徑式（Z） 這種方法一般用于雙圓弧形滾道，通過安裝直徑比正常直徑較大的滾珠，來達(dá)到自行消除間隙預(yù)緊的目的。它主要用于軸向尺寸受到限制、預(yù)緊力不大的場合。通過以上比較，本機(jī)床選用第2種預(yù)緊方式，即：雙螺母墊片式（D）預(yù)緊方式。5.2.4 滾動(dòng)軸承的選擇為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，不僅應(yīng)選用高精度、高剛度的滾珠絲杠副，而且必須十分重視滾珠絲杠支承的設(shè)計(jì)。 滾珠絲杠主要受軸向載荷，除絲杠自重外，一般無徑向外載荷。因此，滾珠絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高。進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)靈活，對微小位移（絲杠微小角度）響應(yīng)要靈敏，因此，軸承的摩擦力矩要盡量小。滾珠絲杠轉(zhuǎn)速不高，且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很短，因而發(fā)熱不是主要問題。為此應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、軸向剛度高、摩擦力矩小的滾動(dòng)軸承。 常用軸承共有以下幾種： （1） 60角接觸推力球軸承 （2） 雙向推力角接觸球軸承 （3） 圓錐滾子軸承 （4） 滾針和推力滾子組合軸承 （5） 深溝球軸承和推力球軸承的組合 在本次快走絲線切割機(jī)床的設(shè)計(jì)中，由于受到的軸向力較大，所以在各絲桿副中均選用圓錐滾子軸承。5.2.5 滾珠絲杠副支承方式的選擇 滾珠絲杠副的支承，主要是約束絲杠的軸向竄動(dòng)，其次才是徑向約束，共有以下四種支承方式。1、一端固定一端自由（雙推-自由F-O） 特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單。 （2）剛度、臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性低。 （3）設(shè)計(jì)時(shí)要盡量使絲杠受拉伸。 （4）適用于較短和垂直的絲杠。2、一端固定一端游動(dòng)（雙推-簡支F-S） 特點(diǎn)：（1）需保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難。 （2）絲杠的軸向剛度和F-O相同。 （3）壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的F-O型高。 （4）絲杠有熱膨脹的余地。 （5）適用于較長的臥式安裝絲杠。3、兩端簡支（單推-單推J-J） 特點(diǎn)：可根據(jù)預(yù)計(jì)溫升產(chǎn)生的熱膨脹量進(jìn)行預(yù)拉伸。4、兩端固定（雙推-雙推F-F） 特點(diǎn)：（1）只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍。 （2）絲杠一般不會(huì)受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一般固定要高。 （3）可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可以減少絲杠自重的下垂和補(bǔ)償膨脹，但需一套預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝?yán)щy，成本高。 （4）要進(jìn)行預(yù)拉伸的絲杠，其目標(biāo)行程應(yīng)略小于公稱行程，減少量等于拉伸量。 （5）適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。 通過以上比較，本機(jī)床選用、兩端固定（雙推-雙推F-F）滾珠絲杠副支承方式。經(jīng)過以上選擇，絲桿螺母與軸承的裝配簡圖既已完成。如圖5.3即為絲桿螺母的裝配。而5.4為絲桿螺母的詳細(xì)設(shè)計(jì)圖。 圖5.3滾珠絲桿裝配圖1. 絲桿；2.絲桿螺母裝配塊；3.軸承裝配塊 圖5.4 絲桿螺母詳細(xì)設(shè)計(jì)5.2.5 制動(dòng)裝置的選擇由于滾珠絲杠螺母副無自鎖作用，特別對垂直安裝的滾珠絲杠螺母副，必須安裝制動(dòng)裝置。常用的有利用電磁制動(dòng)器對絲杠進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)裝置和利用單向超越離合防止絲杠逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)裝置。5.2.6 滾珠絲杠副的防護(hù)為了維持滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度、延長其使用壽命，在使用中必須注意對滾珠絲杠副的防護(hù)。滾珠絲杠副可以用防塵密封圈或防護(hù)套密封來防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動(dòng)效率等。（1）、珠絲杠副的防護(hù)裝置珠絲杠副常用的防護(hù)裝置有可拉長縮短的螺旋彈簧剛套管、波紋管以及防護(hù)套等。防護(hù)套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。其材料有耐油塑料、人造革等。（2）、滾珠絲杠副的密封珠絲杠副常用的密封圈主要有接觸式和非接觸式兩種。接觸式密封圈材料一般聚四氟乙烯或尼龍。（3）、滾珠絲杠副的潤滑滾珠絲杠副常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑脂一般在裝配時(shí)放進(jìn)滾珠螺母滾道內(nèi)定期潤滑，而使用潤滑油時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常通過注油孔注油。一般滾珠絲杠副的潤滑劑用鋰基潤滑脂；高溫或溫升要求嚴(yán)格時(shí)用汽輪機(jī)油，采用循環(huán)潤滑和其他潤滑方式。5.3電機(jī)的選擇 5.3.1快走絲線切割機(jī)床對電機(jī)的要求快走絲線切割機(jī)床一共有三個(gè)電機(jī)。其中兩個(gè)為拖板X、Y方向進(jìn)給控制。一個(gè)為走絲裝置的控制。對電機(jī)要求如下:（1）性能密度大、即功率密度和比功率大，電動(dòng)機(jī)的功率密度。電動(dòng)機(jī)的比功率。式中：電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，（2）快速性好，即加速轉(zhuǎn)矩大，頻響特性好；（3）位置控制精度高、調(diào)速范圍寬、低速運(yùn)行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象、分辨力高、振動(dòng)噪聲??；（4）適應(yīng)起、停頻繁的工作要求；（5）可靠性高、壽命長。5.3.2各類型電機(jī)的比較及選型目前，在機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)或稱脈沖電動(dòng)機(jī)，其功用是將脈沖電信號(hào)變換成相應(yīng)角位移或直線位移。這種電動(dòng)機(jī)每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)，輸出軸便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，即向前邁進(jìn)一步。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、軋鋼機(jī)、鐘表工業(yè)及自動(dòng)記錄儀表等方面。優(yōu)點(diǎn)：（1）、位移量與輸入電脈沖數(shù)有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，步距誤差不會(huì)積累。（2）、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。（3）、控制性能好，在一定的頻率下，能按照脈沖的要求快速起、停和反轉(zhuǎn)。改變控制脈沖頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨著變化，并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。（4）、控制系統(tǒng)簡單，工作可靠，成本低。缺點(diǎn)：其控制精度要受到步距角的限制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般分為三類：永久磁鐵型、可變磁阻型和混合型。2、直流（DC）伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)是通過電刷和換向器產(chǎn)生的整流作用，使磁場磁動(dòng)勢和電樞電流磁動(dòng)勢正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其電樞大多為永久磁鐵。直流伺服電動(dòng)機(jī)有以下特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）、停電時(shí)可制動(dòng)；（2）、控制器簡單；（3）、小容量的成本低；（4）、功率速率高（響應(yīng)能力指標(biāo)）；（5）、可以實(shí)現(xiàn)高精度控制。缺點(diǎn)：（1）、需對整流子維護(hù)；（2）、不能在高速大力矩下工作；（3）、產(chǎn)生磨耗有粉塵。直流伺服電動(dòng)機(jī)一般分為：有槽鐵心電樞型、無槽（平滑型）鐵心電樞型與無鐵心型。3、交流（AC）伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)有以下特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）、耐環(huán)境性好，無需維修；（2）、可高速大力矩工作；（3）、大容量下效率良好；（4）、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固；（5）、可以實(shí)現(xiàn)高精度控制。缺點(diǎn)：（1）、在小容量下工作效率低；（2）、溫度特性差； （3）、停電時(shí)不能制動(dòng)；（4）、控制器較復(fù)雜。交流伺服電動(dòng)機(jī)一般分為兩類：同步型和感應(yīng)型通過以上比較，本機(jī)床三個(gè)電機(jī)均選用交流伺服電動(dòng)機(jī)。5.3.2 關(guān)于電機(jī)選擇的計(jì)算 初步選定SGMAN-08A型電動(dòng)機(jī) 慣量計(jì)算與加速度計(jì)算負(fù)載及機(jī)械傳動(dòng)裝置總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： = (5.5) =0.016+0.015+0.26 =0.291 電機(jī)SGMAN-08A的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=0.194 全部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=+=0.194+0.291=0.485 (5.6)滿足慣量匹配原則，即0.251加速能力驗(yàn)算：=5 (5.7)式中，為系統(tǒng)增益，可以查手冊，一般取9.717.5。工作臺(tái)能達(dá)到的最大加速度為：=5.15 (5.8)式中，為電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩?？梢?，加速能力符合設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)矩匹配對數(shù)控機(jī)床，由于動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要求較高，所以，電機(jī)力矩主要是用來產(chǎn)生加速度的。=758=1570 (5.9) 滿足轉(zhuǎn)矩匹配要求。故此種電機(jī)符合設(shè)計(jì)需要和要求。 6 三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制作及工程圖設(shè)計(jì) 6.1 絲桿螺母的三維建模 對于絲桿螺母，需要在螺母前套用一個(gè)絲桿螺母連接塊，以方便拖板與絲桿的固定，連接塊與螺母用螺栓聯(lián)結(jié)，與拖板用螺釘聯(lián)結(jié)。如圖6.1所示。 圖6.1 絲桿螺母建模 6.2 凸緣聯(lián)軸器的三維建模圖6.2 凸緣聯(lián)軸器建模 如圖6.2，凸緣聯(lián)軸器建模分為兩個(gè)對稱部