尹宜勇，賈志新，李 威

（北京科技大學 機械工程學院，北京 100083）

0 引言

高速走絲電火花線切割機床是我國獨創(chuàng)的數(shù)控電火花線切割加工模式，在模具制造、成形刀具加工、難加工材料和精密復雜零件的加工方面起到了不可替代的作用[1-3]。高速走絲電火花切割機床的加工精度受機械傳動精度影響大，機床坐標工作臺的傳動精度和電極絲在放電間隙的運動位置精度都直接影響加工精度。表面粗糙度主要取決于單個脈沖放電能量的大小，但電極絲的走絲速度和抖動情況、機械傳動精度、進給速度等對表面粗糙度的影響也很大?？梢?，提高高速走絲電火花線切割機床加工精度的方法之一就是提高機械傳動精度。

傳統(tǒng)的高速走絲電火花線切割機床的坐標工作臺安裝在床身上，用來裝夾被加工的工件。線切割加工時通過步進電機驅動，經(jīng)過齒輪與絲杠傳動帶動工作臺運動，從而對工件進行加工。但是工作臺的移動精度直接影響工件的加工質量，因而對工作臺的絲杠、螺母、導軌等都有較高的精度要求。迫切需要一種新的傳動方式來提高高速走絲電火花線切割機床的加工精度。

有學者自主研制了一臺立式旋轉電火花線切割機床，其核心部分是上下兩個回轉頭在幾個伺服電機的驅動下高速旋轉，從而帶動電極絲旋轉和移動[4-6]。進一步發(fā)展了立式旋轉線切割機床的結構。

本文設計了一種用直線步進電機驅動的高速走絲電火花線切割機床，該機床用X方向直線步進電機驅動X方向工作臺帶動滾絲機構和加工裝置在X方向往復運動，用Y方向直線步進電機驅動Y方向工作臺在Y方向往復運動。X方向工作臺和Y方向工作臺分離，消除了X、Y方向傳動精度相互之間的干擾和累積。

1 典型高速走絲電火花線切割機床的組成

高速走絲電火花線切割機床主體主要由工作臺、儲絲及走絲機構、絲架及導輪機構、電氣控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

用來裝夾工件的工作臺連接有旋轉步進電機和手輪，可以自動進給和手動操作。工作臺安裝在經(jīng)過水平校正的床身上，有上下兩層。上面一層稱為上拖板，也就是工作臺。下面一層稱為下拖板，它帶動上拖板左右來回移動。上下拖板下面都裝有絲杠，絲杠連接旋轉步進電機和手輪。手動操作時，可以搖動手輪來控制拖板向前后左右往復移動。加工零件時，可由電氣控制系統(tǒng)驅動旋轉步進電機，帶動上下拖板往復移動。

高速走絲電火花線切割機床是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式。電極絲以鉬絲或鎢鉬合金為主，在加工中電極絲被反復使用。其走絲速度非?？欤ǔＴ?-10m/s。比慢走絲線切割機床結構簡單，價格便宜。但是由于走絲速度快，造成機床和電極絲的振動比較大，加工精度較低。一般加工精度為0.01-0.04mm，只能滿足一般模具的加工。為了提高高速走絲電火花線切割機床的加工精度，本文提出了一種新型驅動系統(tǒng)結構的線切割機床。

2 用直線步進電機驅動的高速走絲電火花線切割機床

如圖2所示，這是一種用直線步進電機驅動的高速走絲電火花線切割機床。其技術解決方案是直線步進電機驅動滾絲機構和加工裝置在X方向往復運動，驅動工作臺在Y方向往復運動。

直線步進電機驅動的高速走絲電火花線切割機床包括滾絲機構、加工裝置和X、Y方向進給機械結構等。滾絲機構包括走絲溜板、儲絲筒、支座和電機。走絲溜板在X方向工作臺上往復運動。加工裝置包括上線架和下線架。上線架和下線架固定在立柱上。立柱固定在X方向工作臺上。

X方向進給機械結構包括X方向直線步進電機定子、X方向直線步進電機動子、X方向直線導軌、滑塊和X方向工作臺。X方向直線導軌和X方向直線步進電機定子固定安裝在床身上；滑塊安裝在X方向直線導軌上，與之配合使用，組成移動副；X方向工作臺是一個用于放置滾絲機構和加工裝置的動平臺，X方向工作臺下側有四個凸臺，用于安裝滑塊；所述的X方向直線步進電機動子通過螺栓固定在X方向工作臺的下部。

Y方向進給機械結構包括Y方向直線步進電機定子、Y方向直線步進電機動子、Y方向直線導軌、滑塊和Y方向工作臺。Y方向直線導軌和Y方向直線步進電機定子固定安裝在床身上；滑塊安裝在Y方向直線導軌上，與之配合使用，組成移動副；Y方向工作臺是一個用于放置加工零件的動平臺，Y方向工作臺下側有四個凸臺，用于安裝滑塊；Y方向直線步進電機動子通過螺栓固定在Y方向工作臺的下部。

這種用直線步進電機驅動的高速走絲電火花線切割機床的優(yōu)點在于：采用了由直線步進電機驅動滾絲機構和加工裝置在X方向往復運動，驅動工作臺在Y方向往復運動。取消了從電動機到工作臺之間的機械中間環(huán)節(jié)，消除了傳統(tǒng)機械傳動鏈所帶來的反向間隙、慣性、摩擦力和剛性不足等缺點。X方向工作臺和Y方向工作臺的分離消除了X、Y方向傳動精度相互之間的累積和干擾。

3 結束語

直線步進電機在高速走絲電火花線切割機床中還沒有得到應用，但是這種針對提高高速走絲電火花線切割機床加工精度而設計的新型驅動結構在原理上是可行的。該機床在X、Y兩個方向用直線步進電機分別驅動X方向工作臺、Y方向工作臺。取消了從旋轉步進電機到工作臺之間的機械中間環(huán)節(jié)，消除了傳統(tǒng)機械傳動鏈所帶來的反向間隙、慣性、摩擦力和剛性不足等缺點。X方向工作臺和Y方向工作臺的分離，也消除了X、Y方向傳動精度相互之間的干擾和累積?？梢姳疚臑楦咚僮呓z電火花線切割機床的發(fā)展提出了一種新的驅動結構形式。

[1] 郭旭初, 滕向陽, 鄭華山, 等. 立式回轉線切割機床電極絲防松裝置的設計[J]. 制造技術與機床, 2009(1): 76-78.

[2] 張鵬, 賈志新, 滕向陽. 立式旋轉單向走絲電火花線切割機走絲系統(tǒng)的設計[J]. 機械設計與制造, 2010(12): 137-139.

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[4] 鄭華山, 滕向陽, 賈志新, 等. 立式旋轉電火花線切割機床的振動分析與動平衡試驗研究[J]. 電加工與模具,2009(1): 26-28.

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