快走丝线切割机床恒张力复合运丝机构研究.pdf

第 3 期 总第 1 5 4期 2 O 0 9年 6月 机 械 工 程 与 自 动 化 MEC HANI CAL ENGI NE ERI NG AUTOMAT1 0N NO ．3 J u n ． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 o 9 O 3 0 0 8 9 一 O 2 快走丝线切割机床恒张力复合运丝机构研究 王少华，李文斌 太原理工大学 ，山西 太原 O 3 O O 2 4 摘要 通过分析高速走丝电火花线切割机床的现状 ， 提 出了一种新型快走丝 电火花线切割机床的恒张力复合运 丝装 置，并阐述了这 种装置的结构和工作原理 。 关键 词快走 丝线切割加工；复合走丝；恒张力 中图分类号 TG5 文献标识码 A 0 引 言 高速走 丝电火 花线 切割 机作为我 国独创技 术 的机 种 ，已成为我国数控机床中产量最大、应用最广的机 床之一。由于高速走丝有利于改善排屑条件 ，适合于 大厚 度和大 电流高速切 割 ． 其 加工性 能价格 比优异 。 因 而在 未来 较 长的一段 时间 内，高 速走丝 电火 花线 切割 机床仍 是我 国电加工行业 的 主要 发展机 型 。然 而 ，随 着模具工 业 的发 展和对加 工精度 要求 的提高 ，如何继 续保持快 走丝线 切割 的优 势 ，提 高加工精 度 ．改善表 面粗糙 度和提高 加工效率 ，已经 成为快走 丝线切 割机 床发展改进的首要 目标。 l 常用 恒张力张 紧机构 1 ． 1 手 动 紧丝机 构 它用 于老式快走 丝线切 割机床 ．主要 采用手工 张 紧方式 ．现 阶段 已经 逐渐被 淘汰 。 1 ． 2 自动 张 紧方 式 它一般为重 锤式 ． 其 自动张 紧原理见 图 1 。 该装置 具有以下优点 ①结构简单．实现方便 ．成本低 ；② 可以实现电极丝的恒张力控制；③省去了手工紧丝的 过程 。 因此 ， 该装 置 曾一 度在线 切割机床 上采用 较多 。 但 是 ， 这种 紧丝方式存 在 以下 缺点 ①重 锤 向下悬 挂 ， 阻力增大需人工收丝．从而影响了加工效率；②当丝 筒换 向时其干扰会直接反映到工作区．从而影响加工 质量 ；③张紧力直接作用于工作区，电极丝容易被拉 长变细．降低电极丝寿命．且不适合大电流切割。因 此该机 构 已经 逐渐被 淘汰 。 1 ． 3双 边 紧丝 方 式 该 装置 的工作 原理 见图 2 。它也是 一 款在 高速走 丝线切割机床上应用较多的电极丝张紧装置 。其优点 是 ①结构简单 ，实现方便；②成本低 ，对滚动导轨 的精度要求不高 ，滚动性能好 ；⑧采用双边紧丝装置 和滚动导轨副，工作更稳定、可靠；④在加工大工件 厚 度时也 不用停 机收丝 。 卜一工 件 ；2 ～ 电 极 丝 ；3 导轮 ；4重 锤 ；5 ． 贮 丝 筒 图 1 重锤紧丝装置图 因为单贮丝筒绕丝为3 o 0 m。所 以在长时间加工 的情 况下 ，钼丝 一 般能伸 长 1 m左右 。在该 张 紧方 式 下 ，钼 丝在机 构上绕 4圈 ，即滑 块移动 O ． 2 5 m就能 自 动收丝1 m。 但该机构也存在下列问题 ①工作区内导 轮数增加 ，致使各导轮的共面调整变得 比较复杂．且 容易受惯性的干扰 ，影响加工质量；②工作区内钼丝 转弯较多 ，增加了电极丝运行过程中的阻力 ；③张紧 力直接作用于工作区。电极丝容易被拉长变细．不适 合大 电流切 割 。 大量研究表明电极丝的振动对高速走丝线切割 收稿 日期 2 0 O 8 一 l O 一 2 3 ；修 回日期 2 0 0 9 一 O 2 2 8 作者简介 王少华 1 9 8 O 一 ． 男 ． 河北张家口人 ． 硕士研究生 ． 研究方向为机 电一体化。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 0 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 9年第 3 期 的加工精度和表面粗糙度影响很大。而低速走丝线切 割机床 由于电极丝走丝速度低 ， 单向运动不需换向， 电 极丝运动平稳，无振动 振动小 ，才使得其加工精度 高，表面粗糙度低 。如果高速走丝线切割电极丝运动 平稳性提高，其加工精度和加工表面质量也必将大幅 度提高。为了减小电极丝损耗对加工工件的影响，提 出了增大 加工钼 丝长 度的方 法 。 目前 。快走 丝线 切割 机床的运丝机构普遍采用单贮丝筒结构 ，一般加工时 贮 丝筒上 可绕丝 3 O n 1 ， 在 加工过 程 中 ， 电极 丝 的速度 可 达到 7 m／ s ～ l 1 m／ s 。 贮 丝筒换 向频率 比较高 ， 尤其 是在加工大厚度工件时，由于加工时间长．到加工的 后一阶段 ，就必须停机检查，重新紧丝和测量丝径误 差 ，这样就会影响加工的指标 。因此 ，可以通过构造 双 贮丝 筒复合 排丝 机构 ， 使贮 丝简 上绕 丝达 1 0 O O m以 上 ．延长其 换 向时间 ，以消 除其换 向条 纹 的出现 。 2 新型双 贮丝 简快走 丝恒 张力 复合走 丝控 制装置 双贮 丝 筒 快 走 丝 恒 张 力 复 合 运 丝 控 制 装 置 见 图 3 。其上、下电机 5 、2 1 是完全相同的，因此在机床加 工过程中，通过上、下电机来实现加工过程中的电极 丝恒张力控制 。当电机 5作为电动机运行时。通过电 极 丝 1 O 、下贮 丝 筒 1 7 使 下 电机 2 1被拖 动运转 ，使其 处 于发 电机能 耗制动 运行状 态 ， 对 电极 丝 1 O产 生所需 要 的拉力 。 在这 一过 程 中 ， 上 贮 丝筒起 收丝 的作用 ， 下 贮丝筒起放丝的作用。 当电极丝的运行需要换向时， 上 贮 丝筒 变为发 电机 能耗 制动运 行状 态 ，下电机作 为电 动机运行 ．来 实 现电极 丝 的恒 张力控 制 。 6 5 4 l 一工件 ；2 一电极丝 ；3 一导轮 ；4 ～滑块 ；5 ⋯重锤 ；6 一 一 贮丝筒 图 2 双边紧丝式工作原理 L a贮 丝 简绕 丝 l 构 f b 加工 l 墨走丝 l～ 控制电机；2 ．6 ．2 2 一联轴节 ；3 一齿轮副；5 ．2 l ～交流 电动机 ；l l ，l 7 一 【 、下贮丝简 ；l O ～ 电极 丝；2 5 ．2 6 一主 导轮 ； 4 ．8 ．1 3 ，l 9 ．2 3 ．2 4 一导轮 ；l 4 ．1 一 滚珠丝杠 ；7 ．1 2 ．1 6 ．2 0～轴承 ；【 j ．1 8 一 一L、下底座 图 3 双贮丝筒快走丝恒张力复合运丝装置示意图 图 3还表示了复合运丝的实现方法。其机械传动 丝的过程中，某一时刻，机构的运动状态与图 3 所示 部分由上、 下两个结构尺寸完全一样的传动机构组成。 相同。电动机 1 拖动．使导轮 1 3向右运动 ，同时导轮 上传动部分由电机 5 、联轴节 6 、 上贮丝筒 1 1 、 排线导 2 4向左运动，当导轮 1 3运动到滚珠丝杠 1 4的最右端 轮 1 3 、 滚珠丝杠 1 4等组成 ； 下传动机构由电机 2 1 、 联 时 。导轮 2 4 恰好运动到丝杠 l 5的最左端，这时控制 轴节 2 2 、下贮丝筒 1 7 、排线导轮 2 4 、滚珠丝杠 1 5等 电机 1 换 向， 滚珠丝杠 1 4 、 1 5也换向转动， 使导轮 1 3 组成，上、下两个传动机构通过电极丝 1 O联系起来。 开始向左运动．导轮 2 4开始向右运动 。 如此反复 ， 通 为实现复合排丝， 在贮丝筒上分别安装两个丝杠， 过控制电机 l的换 向， 可以使导轮沿丝杠 1 ， 【 、1 5 往复 丝杠上安装有导轮。在绕丝的过程中起定位作用 。两 运动实现复合排丝。 个丝杠 由一个电动机拖动，当电动机 1启动．滚珠丝 图 3中，导轮 8 、1 9 起着在电极丝运行过程 中限 杠带动导轮 1 3 、2 4 运动，由于两丝杠的参数相同， 导 定丝位的作用，与主导轮处于同一平面内，从而保证 轮 1 3 、 2 4的运动速度相同， 则两导轮之间的电极丝长 了电极丝在加工过程 中的稳定性 。 度保 持不变 。例如 ，在贮 丝 筒 1 l放丝 ，贮 丝简 l 7收 下转 第 9 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 O O 9年第 3期 机 械 工 程 与 自 动 化 9 3 磨处理 ，用来调整刀架与机体间的间隙。调整套、调 整垫 片装 在机座 剪切 刀对面 ，用来调 整剪切 刀之 间的 间隙。如因剪切刀磨损而导致间隙变大，可以通过改 变调整 垫片的厚 度并拧 紧调整 套的 固定螺钉来 减小 刀 片间 隙 。 4 结 论 本装置具有结构简单、使用维修方便、适用范围 广等 优点 ，具 有较大 的发展潜 力 。其 操作简便 ，效 率 高，并能减轻劳动强度，节省人力，降低成本 ，提高 劳动生产率，实现高速剪切机械化，在很大程度上提 高了工厂的效益。 参考文献 [ 1 ] 章 宏 甲． 黄 谊． 液压 传 动[ M] ． 北 京 机 械工 业 出版 社， 2 OO O． [ 2 ] 雷 天觉． 液压 工 程 手册 [ M] ． 北 京 机 械工 业 出版 社． 1 99 O． [ 3 ] 马玉贵． 液压件使用与维修技术大全[ M] ． 北京 中国建 材工业出版社 ， 1 9 9 O ． [ 4 ] 吴丛 ， 蒲钟佑． 液压与气动[ M] ． 北 京 北京理工大学 出版 社 ， l 9 9 5 ． [ 5 ] 成大先． 机 械设 计手册[ M] ． 第 3 版． 北京 化学工业 出版 社 ， 1 9 9 3 ． [ 6 ] 徐 灏． 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机床 的恒 张力控 制 机构 ． 通过滚珠丝杠的运用 ， 实现 了电极丝的复合排 丝， 有效地增长了电极丝的长度， 减少了贮丝筒频繁换 向的次数 ， 提高 了加工精 度 ． 从 而延 长 了电极丝 的平 均 损 耗时 间 ， 可用 于大工 件 、 长 时间 的加工 。通过 双贮丝 筒 恒 张力控 制 装置 ， 能够 克 服机 械 重锤 式恒 张 力 机构 的缺 点 。 减 少了在加 工 区域 中的导轮 数量 ， 克服 了在导 轮 比较多的情况下 ， 各导轮的共面调整复杂且容易受 惯性 干扰 的问题 ， 实 现 了电气 张力控 制 。 本机构 系统制 造 成本 略高 于 原单 丝筒 运 丝系统 ， 但 加 工效 果 远 优 于 后者 ， 其 经济 效益可 观 。 参考文献 [ 1 ] 张学仁． 数控电火花线切割加工技术[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨 工业大学出版社 ， 2 O 0 O ． [ 2 ] 郭俊杰． 电火花线切割技术 的研究现状及发展趋势 [ J ] ． 机 电产品开发与创新 ， 2 ∞8 3 1 6 9 1 7 O ． [ 3 ] A B P u r i 。 B B h a t t a c h a r y y a ． Mo d e l i n g a n d a n a 1 y s i s o f t h e w i r e t o o 1 v | b r a t i o n i n w i r e c u t E D M [ J ] ．J o u r n a l o f M at e r i al s Pr o c e s s i n g Te c l mOl Og y， 2O O3， H 1 2 9 5 3 O 1． [ 4 ] z N G u o ． T C L e e ． A s n l d y o f u l t r a s o n i c a i d e d wi r e e l e c t r i c a l d i s c h a r g e n l a c h i n i n g[ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s Pr 0c e s s i ng Te c hno l o gy． 1 99 7， 6 3 8 23 82 8． [ 5 ] 陈浩东． 电火花线切割机 电极丝复合 走丝方式的探 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