电火花线切割机床设计说明书概要

数控线切割DK7732机床设计说明书

杨加俊刘贺贺祁繁

徐州工程学院

要图纸的请加QQ：287579959，附加说明要图纸，有全部的零件图，用solidworks打开。

目录

一、简介 (1)

二、线切割机床的加工原理 (1)

三、主要技术参数 (1)

四、机床传动系统 (2)

五、创新设计 (4)

六、机床电气系统 (4)

七、设计过程分析与计算 (6)

1.最大动载荷 (6)

2.丝杠的选择 (6)

3.滚珠丝杠副 (6)

（1）特点 (6)

(2)滚珠丝杠副的载荷计算 (7)

a.工作载荷F (7)

b、滚珠丝杠副主要技术参数的确定 (8)

①导程Ph (8)

②螺母选择 (8)

Ⅰ滚珠的工作圈数i和列数j (8)

Ⅱ法兰形状 (8)

Ⅲ丝杠螺纹长度l (9)

Ⅳ校核计算 (9)

Ⅴ导轨的选择 (10)

八、补充知识 (10)

<1>导轨主要性能指标 (10)

<2>直线导轨的选择 (11)

九、数控系统的选择 (12)

十、机床操作步骤和规程 (13)

步骤 (13)

规程 (13)

十一、主要外购件 (13)

十二、参考文献 (14)

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。广泛应用在机械、电子电气等领域。

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1.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、主要技术参数

主要技术参数见表1。

表1 主要技术参数

型

号

DK7725 系列DK7732 系列DK7740 系列

工作台面尺寸

640 mm×

460 mm

880 mm×

540 mm

900 mm×

550 mm

工作台行程

320 mm×

250 mm

420 mm×

320 mm

480 mm×

400 mm

最大切割厚度

普通可调线架为300 mm，锥度可调线架为250 mm

最大切割

锥度

6 °

最大切割

速度

>120mm2/min

加工表面粗糙

度

Ra≤2.5μm(20mm2/min)

电极

丝直径

φ0.10 mm–φ0.19mm

保护功能

断线自动关断走丝电机

工作电源

单相220V 50Hz 功耗

< 1 KW

机床尺寸

1400mm×

1150mm×1600mm

1400 mm×1300 mm×

1600 mm

四、机床传动系统

机床机械部分主要由床身、工作台、运丝装置、线架、冷却系统、夹具、防水罩等部件组成。传动系统图见图1。滚动轴承、电机型号规格见表2。

表2 滚动轴承、电机型号规格

编号名

称

型

号

规

格

精

度

数

量

安装

部位

Z1轴承D204

E2

丝筒运丝

Z2轴承D204

D2

丝筒

Z3轴承D203

C1

拖板丝杠

Z4轴承

D361

05C2

拖板丝杠

Z5轴承

D361

05C2

拖板丝杠

Z6轴承D24

D2

排丝轮

Z7轴承D24

D4

上下导轮

Z8轴承D204

D 2

丝筒

Z9轴承D203

C1

拖板丝杠

M

直流永磁电

机

110S

YT51

110V/2.5A

1

丝筒单相电

泵

单相

220V 1

水箱

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。

五、创新设计

在调整线架的部分，我们安装一个电机，此电机不需要多高的马力，可以调整线架的高度即可，这样可以减轻工人的劳动，方便实现真正的数控。

六、机床电气系统

机床电气原理图见图2，符合有关国家标准。机床与控制器、高频电源、步进电源的连线接口见图3。机床电气操作面板示意图见图4。机床电源为单相220V/50H，机床的三芯电源插座按标准接地，严禁供电插座的接地芯片与电源中性线相连。照明灯规格为24V/40W。机床电气器件清单见表3。

图2 机床电气原理图

图3 连线接口图

图4 操作面板图

七、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120mm/min,最大加速度为amax=1.3m/s2，导程Ph=Vmax/(i X nmax)=5mm,工作行程sw=0.42m，摩擦阻力Fe=3N, te=0.12s,tw=3.9s。最大工作重量m=700kg,则工作台施加在丝杠上的轴向力为F=m X amax =700 X 1.3 = 910N.

取丝杠滚珠寿命为20000h.则工作动载荷为：13313,3N

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。

3.滚珠丝杠副

（1）特点：

a、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。

b、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。

c、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。

d、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。

e、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)。

(2)滚珠丝杠副的载荷计算

a.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

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

式中：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,…，Fn时的工作时间(min)

当工作载荷与转速接近正比变化且各种转速使用机会均等时，可用下式求得Fm 和nm 。

b 、滚珠丝杠副主要技术参数的确定 ① 导程Ph

根据机床传动要求，负载大小和传动效率等因素综合考虑确定。一般选择时，先按机床传动要求确定，其公式为：

Ph≥vmax/nmax

式中：vmax —机床工作台最快进给速度，mm/min ； nmax —驱动电机最高转速，r/min 。

在满足控制系统分辨率要求的前提下，Ph 应取较大的数值。 ② 螺母选择

由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。

并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。

Ⅰ滚珠的工作圈数i 和列数j 。根据所要求性能、工作寿命，推荐按下表选取。

Ⅱ 法兰形状。按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。

Ⅲ丝杠螺纹长度l

按下式计算：

l＝lu＋l1＋2le(13)

式中：lu—机床工作台有效行程，mm；

le—余程(按表4选取)，mm；

l1—螺母长度，mm。

Ⅳ校核计算

稳定性验算，丝杠压曲时的临界载荷P按欧拉公式计算：

P=0.5×(bπ2EI)/(L2a)=a(d4r)/(L2a)×104

式中：E—弹性模量，E=2.1×105，N／mm2；

I—丝杠断面最小惯性矩I=πd4r/64,mm4;

dr—丝杠谷径,mm;

La—螺母至固定端处最大距离(如下表中简图所示)，mm；

a、b—与丝杠安装方式相关的系数，其值按下表选取。并满足

Fmax≤P。

根据丝杠受轴向压力选取丝杠直径，已知Fa=910N,支撑间距L=700mm

查表

得m=10.2，带入公式：

极限转速nc校核

为防止丝杠转速接近其固定振动频率时发生共振，需对丝杠极限转速nc和Dn值进行校核计算。

极限转速按下式计算

式中：E—弹性模量E=2.1×105，N／mm2,

Lb—安装距离，mm；β、λ—丝杠安装方法有关的系数，其值按表7选取；

γ—比重γ＝7.85×10-5 N／mm3；

I—丝杠断面最小惯性矩I=πd4r/64，mm4；

dr—丝杠谷径，mm；

A—丝杠断面积，A=πd2r/4，mm。

nc应满足：nmax＜nc。

Ⅴ导轨的选择

导轨选择滚珠导轨，由于工作台行程为420 X 320mmmm作重量700mkg

动导轨数p=4,则实际导轨受载荷: P=F/4=1750N

300个工作日计算，寿命需在8年之上。平均移动速度v=5m/min.则行程寿命为：1400km,则导轨受静载荷：6560.5N

滚珠与导轨面是点接触，滚柱与导轨面是线接触，所以它的耐磨性和轴承能力都大大优于滚珠式。而线性滑轨是一种滚动导引，它由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环，使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作线性运动，其摩擦系数可降至传统滑动导引的1／50，使之能轻易地达到μm级的定位精度。滑块与滑轨间的末制单元设计，使得线形滑轨可同时承受上下左右等各方向的负荷，线性滑轨有更平顺且低噪音的运动特性。使之精度保持和承载能力都大大优于滚珠和滚柱式。目前在日本沙迪克公司、日本三菱公司、瑞士夏米尔公司、瑞阿奇公司进口的机床中都是采用第三种结构，所以通过对比，用户在选型时应尽量考虑第三种结构。

八、补充知识

<1>导轨主要性能指标

通常，直线导轨副的选用必须根据使用条件、负载能力和预期寿命选用。但由于直线导轨的寿命分散性较大，为了便于选用直线导轨副，必须先清楚以下几个重要概念。额定寿命：所谓额定寿命是指一批相同的产品，在相同的条件及额定负荷下，有90%未曾发生表面剥离现象而达到的运行距离。直线导轨副使用钢珠作为滚动体的额定寿命，在基本动额定负荷下为50km。

基本动额定负荷（C）: 所谓基本动额定负荷是指一批相同规格的直线导轨副，在负荷方向和大小均等的状态下，经过运行50km后，90%的直线导轨其滚道表面不产生疲劳损坏（剥离或点蚀）时的最高负荷。基本静额定负荷(Co): 所谓基本静额定负荷是指在负荷方向和大小均等的状态下，在受到最大应力的接触面处，钢珠与滚道表面的总永久变形量恰为钢珠直径万分之一时的静负荷。

由于在机械加工方面的精度要求愈来愈高，使得对加工机械上的重要零组件直线导轨的精度等级划分也越来越细。精度等级：一般直线导轨副的精度分为普通级、高级、精密级、超精密级和超高精密级五种。主要检测指标一般有三个，一是滑块C面对滑轨A面的平行度，二是滑块D面对滑轨B面的平行度（如图二所示），三是行走平行度，所谓行走平行度是指将直线导轨固定在基准座平面上，使滑块沿行程行走时，导轨与滑块基准面之间的平行度误差。

<2>、直线导轨的选择

通常，直线导轨的选择必须根据使用条件、负载能力、和预期寿命选用。所谓使用条件主要是指应用何种设备、精度要求、刚性要求、负荷方式、行程、运行速度、使用频率、使用环境等因素。根据条件选择对应的合适产品系列。各个直线导轨的生产厂家都对其产品进行了合适的系列划分。台湾HIWIN公司的直线导轨主要分为HG系列、LG系列、AG系列、MG系列等。具体的选用过程可以参考下面的顺序.

在选用的过程中可以根据计算结果随时返回到前面的步骤进行重新选择和设定。计算滑块最大负荷时要确认选用的直线导轨静安全系数应该超过推荐表中所列值（见表）。如果所选用的直线导轨副刚性不足，可以提高预压力，加大选用尺寸或增加滑块数来提高刚性。

静安全系数定义为静额定负荷与工作负荷的比值。

九、数控系统的选择

精密型数控系统包括半闭环数控系统和全闭环数控系统。半闭环数控系统一般指机床的伺服电机的位置信号（光电编码器）反馈到数控系统，系统

能自动进行位置检测和误差比较，可对部分误差进行补偿控制，因此其控制精度比开环数控系统要高，但比全闭环的数控系统要低。

全闭环数控系统除包括机床的伺服电机的位置反馈外，还有机床工作台的位置检测装置（通常用光栅尺）的位置信号反馈到系统，从而形成全部位置随动控制，系统在加工过程中自动检测并补偿所有的位置误差。

全闭环数控系统的加工精度是最高的，但这种系统的调试、维修极其困难，而且系统的价格很高，只适用于中、高档的数控机床上。因为开环控制系统的价格比闭环控制系统要低得多，因此在选择数控系统时，要考虑数控系统占整台数控机床的价格成本比例，然后根据机床的配置情况及机床本身的要求，中、低档机床采用开环控制系统，中、高档机床采用闭环控制系统。

十、机床操作步骤和规程

步骤

（1）合上机床主机上电源开关；

（2）合上机床控制柜上电源开关，启动计算机，双击计算机桌面上YH图标，进入线切割控制系统；

（3）解除机床主机的急停按钮；

（4）按机床润滑要求加注润滑油；

（5）开启机床空载运行二分钟，检查其工作状态是否正常；

（6）按所加工零件的尺寸、精度、工艺等要求，在线切割机床自动编程系统中编制线切割加工程序，并送控制台。或手工编制加工程序，并通过软驱读入控制系统；确认程序准确无误；

（8）工件装夹；（9）开启运丝筒；

（7）在控制台上对程序进行模拟加工，以（10）开启冷却液；

（11）选择合理的电加工参数；（12）手动或自动对刀；

（13）点击控制台上的“加工”键，开始自动加工；

（14）加工完毕后，按“Ctrl+Q”键退出控制系统，并关闭控制柜电源；

（15）拆下工件，清理机床；（16）关闭机床主机电源。

规程

（1）手动或自动移动工作台时，必须注意钼丝位置，避免钼丝与工件或工装产生干涉而造成断丝。

（2）用机床控制系统的自动定位功能进行自动找正时，必须关闭高频，否则会烧丝。

（3）关闭运丝筒时，必须停在两个极限位置（左或右）。

（4）装夹工件时，必须考虑本机床的工作行程，加工区域必须在机床行程范围之内。

（5）工件及装夹工件的夹具高度必须低于机床线架高度，否则，加工过程中会发生工件或夹具撞上线架而损坏机床。

（6）支撑工件的工装位置必须在工件加工区域之外，否则，加工时会连同工件一起割掉。

（7）工件加工完毕，必须随时关闭高频。

（8）经常检查导轮、排丝轮、轴承、钼丝、切割液等易损、易耗件（品），发现损坏，及时更换。

十一、主要外购件

3、易损件

十二、参考文献

张君安机电一体化系统设计西安工业大学

周燕数控机床滚珠丝杠副的选择与计算

孟翠滕向阳贾志新新型电火花线切割机床的设计与可行性研究北京科技大学