趙琳

摘 要：電火花線切割主要是以高速走絲和低速走絲為主，近些年逐步興起了中速走絲電火花線切割機(jī)床，越來越成為市場新的主力。該設(shè)計(jì)的中走絲機(jī)床的機(jī)械設(shè)計(jì)部分主要包括走絲機(jī)構(gòu)和工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。走絲機(jī)構(gòu)采用電動機(jī)直接帶動絲筒旋轉(zhuǎn)將鉬絲纏繞的方式，為了保證繞絲的準(zhǔn)確和穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量減少零件的數(shù)量和提高零件的精度。由齒輪和聯(lián)軸器帶動絲杠做往復(fù)運(yùn)動，由電機(jī)驅(qū)動，從而將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成了來回的直線運(yùn)動。走絲機(jī)構(gòu)的控制采用PLC方式，運(yùn)用行程開關(guān)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。工作臺控制的方式設(shè)計(jì)上采用了價(jià)格比較低廉的單片機(jī)，通過單片機(jī)來控制機(jī)床工作臺的運(yùn)動。該設(shè)計(jì)中單片機(jī)的芯片選取了MCS-51系列，這種型號的芯片的可擴(kuò)展性好，通用性好，適合我國機(jī)床行業(yè)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的發(fā)展特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電火花線切割 滾動軸承 單片機(jī) 可編程控制器

中圖分類號：TG48 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（a）-0066-02

中速走絲電火花線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)大致包含以下幾點(diǎn)：走絲機(jī)構(gòu)和工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其控制部分的設(shè)計(jì)等等。首先要對機(jī)床的原理特征和每個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)了解，進(jìn)而確定好線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其零件選型。第二，根據(jù)確定的參數(shù)來確定機(jī)床的整體方案，當(dāng)然，這個(gè)設(shè)計(jì)的方案要隨著不同的實(shí)際情況進(jìn)行必要的整改。零件選型的過程中要切實(shí)根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算得出。最后是對中速走絲電火花線切割機(jī)床控制部分的設(shè)計(jì)與開發(fā)。中速走絲機(jī)床要求的精度并不是太高，因此在保證精度足夠的前提下可以適當(dāng)?shù)睾喕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低成本。另外，國內(nèi)外很多的此類車床大多采用了開環(huán)控制并取得了很好的效果。因此，該控制系統(tǒng)決定選用”開環(huán)控制、步進(jìn)伺服”的方式。

1 走絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

中速走絲機(jī)構(gòu)就是以介于高速和低速之間的中速帶動電極絲進(jìn)行往返運(yùn)動，電極絲環(huán)繞在線盤上，走絲機(jī)構(gòu)主要應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面的需求。

（1）線盤在發(fā)生轉(zhuǎn)動的過程中，徑向和軸向發(fā)生跳動的量盡可能減小。（2）快速走絲機(jī)構(gòu)的線盤在轉(zhuǎn)動的過程中，必要的軸向移動可以確保電極絲在線盤上排列整齊。（3）走絲機(jī)構(gòu)本身是絕緣體，床身也是絕緣體。（4）線盤能夠?qū)崿F(xiàn)正向和反向的旋轉(zhuǎn)，速度保持在7～12 m/s。（5）相應(yīng)的絲杠等傳動裝置要加潤滑油。

對于電機(jī)的選擇，為了保證工件的加工精度，即電極絲必須能穩(wěn)定移動和整齊排繞，所以對電機(jī)的要求比較高。為了確保排絲位置的準(zhǔn)確性以及排絲的效率，電機(jī)的啟動和制動都要保證快速，轉(zhuǎn)動速度較高；不同尺寸的鉬絲，要求使用不同的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，這需要電機(jī)在選擇的時(shí)候保證電機(jī)的調(diào)節(jié)性能較好，基于不同的控制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速而又準(zhǔn)確地執(zhí)行；考慮到走絲機(jī)構(gòu)的質(zhì)量小、轉(zhuǎn)速要求高，故選用高轉(zhuǎn)速且功率較小的電動機(jī)。

對于聯(lián)軸器的選擇，分析絲筒軸和電機(jī)軸的工作環(huán)境可得，走絲機(jī)構(gòu)是在做往復(fù)直線運(yùn)動，并且換向比較頻繁，在換向的過程中，電機(jī)軸和絲筒軸同時(shí)對聯(lián)軸器施加一個(gè)方向相反的剪切力。根據(jù)以上條件，查詢《機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊》可選用彈性柱銷聯(lián)軸器。彈性柱銷聯(lián)軸器由于慣性力矩小、換向較平穩(wěn)且結(jié)構(gòu)簡單、無金屬撞擊聲，可減小對絲筒中心軸的沖擊。

對于軸承的選型，分析軸承的工作環(huán)境可知，中間軸和絲筒工作時(shí)只受扭剪切力和轉(zhuǎn)力的作用，而在軸向上不受力。又因?yàn)檩S的轉(zhuǎn)動速度很高，因此我們決定選用單列深溝球軸承。深溝球軸承的承載較大，耐用，易于安裝而且還適宜高速運(yùn)轉(zhuǎn)且無需保養(yǎng)。

2 電路控制部分的設(shè)計(jì)

線路工作過程如下：首先按下開始按鈕，這時(shí)候工作臺向前進(jìn)，達(dá)到預(yù)計(jì)的行程后，按下按鈕使得動斷觸點(diǎn)斷開，切斷接觸器，按下按鈕使得動合觸電閉合，使得反向接觸器得電，工作臺就能夠?qū)崿F(xiàn)反向運(yùn)行。

對于電器元件的選型，主要從以下幾個(gè)方面來考慮：（1）繼電器本質(zhì)上講就是用小電流去控制大電流的一種開關(guān)，因此能夠在電路中起著保護(hù)和轉(zhuǎn)換電路的作用。（2）在不大于1 200 V的低壓電器中工作的接觸器屬于控制類電器。該次選用TKC1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以下的電路中。（3）行程開關(guān)的選型，該次設(shè)計(jì)采用XZ-8/107型的行程開關(guān)。

3 工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了便于快速加工工件，設(shè)計(jì)的工作臺結(jié)構(gòu)必須能夠滿足準(zhǔn)確、快速裝夾工件的要求。加工過程中，工作臺通常采用的是滑枕結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣的機(jī)構(gòu)能夠避免鉬絲以及絲架的懸臂部分在移動的過程中不輕易和其他的部件發(fā)生碰撞。絲架的上懸臂梁和下懸臂梁分別在懸臂的上邊和下面，鉬絲從中間位置沿著垂直方向穿過。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括：方向?qū)к?、滾珠絲杠、電機(jī)、軸承和工作臺。

3.2 電路控制部分的設(shè)計(jì)

脈沖電源的主要作用就是將現(xiàn)有的50 Hz的交流電轉(zhuǎn)化為高達(dá)數(shù)百兆赫茲的高頻單向脈沖電源，即能夠?yàn)殡娀鸹ň€切割機(jī)提供不同脈寬的脈沖。

高頻脈沖電源電路是其該線切割機(jī)床的主要控制系統(tǒng)，該高頻脈沖電源的正負(fù)極分別接在被加工的工件上和電極絲上，而工件通過放電被侵蝕的外形主要是靠工作液的導(dǎo)電來完成的，進(jìn)而可以得到需要的形狀。

主振電路、脈寬調(diào)節(jié)電路、功率放大電路和整流電路等構(gòu)成了高頻脈沖電路。其中，主振電路主要是有數(shù)字振蕩、模擬振蕩電路和分立元件電路構(gòu)成?，F(xiàn)實(shí)中一般還是采用過去的早期電路，控制部分一直以來都是機(jī)床改造的側(cè)重點(diǎn)，微機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)配一般包含鍵盤、LCD（LED）顯示器等。

機(jī)電一體化數(shù)字控制系統(tǒng)主要控制的是各種機(jī)床，其系統(tǒng)主要包含硬件和軟件兩大系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成是以單片機(jī)為基礎(chǔ)，談到單片機(jī)，其主要包括運(yùn)算、控制電路，存儲器、計(jì)時(shí)器等，單片機(jī)除了將部分電路整合在一起之外，其他的電阻、電容等都是以散件的形式出現(xiàn)，故使用時(shí)通常需要增加外圍芯片。一般而言，加入單片機(jī)都是為了滿足特定的需要而設(shè)計(jì)的，是一種為實(shí)現(xiàn)特定目的組建的應(yīng)用系統(tǒng)。

4 結(jié)語

該文主要是從機(jī)械部分和控制結(jié)構(gòu)兩大部分介紹了中速走絲電火花線切割機(jī)床的設(shè)計(jì)與開發(fā)。其中，機(jī)械部分主要為數(shù)控機(jī)床對被加工工件進(jìn)行加工操作，主要是將被加工工件放在工作臺上，在臺面上的工件能夠進(jìn)行X、Y兩個(gè)方向的運(yùn)動，同時(shí)臺面上方的螺紋孔也能夠起到很好的緊固作用；通過導(dǎo)軌副能夠保證滾動直線有效穩(wěn)定地運(yùn)行，還對聯(lián)軸器、軸承和電機(jī)等進(jìn)行了選擇。對于控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是走絲機(jī)構(gòu)和X、Y方向工作臺的設(shè)計(jì)，高頻脈沖電源電路是其該線切割機(jī)床的主要控制系統(tǒng)，該高頻脈沖電源的正負(fù)極分別接在被加工的工件上和電極絲上，而工件通過放電被侵蝕的外形主要是靠工作液的導(dǎo)電來完成的，進(jìn)而可以得到需要的形狀。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(yè)都有著重要應(yīng)用，我們必須在吸收國外優(yōu)秀成果的同時(shí)，揚(yáng)長避短，去粗取精，為中速走絲機(jī)床的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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