開題報(bào)告題目：電火花線切割機(jī)設(shè)計(jì)系部名稱：專業(yè)班級： 學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：教師職稱：年月日開題報(bào)告題目電火花線切割機(jī)設(shè)計(jì)姓名系別專業(yè)班級學(xué)號1.選題目的和意義：這一課題主要涉及現(xiàn)代超硬材料加工眾多機(jī)種中的電火花線切割機(jī)，這一課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為電火花線切割機(jī)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。電火花加工是特種加工中的重要組成部分，是傳統(tǒng)切削加工的重要補(bǔ)充和擴(kuò)延。廣泛應(yīng)用于模具制造，復(fù)雜零件加工和超硬材料加工等領(lǐng)域。它具有加工精度高，噪音小，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控操作的特點(diǎn)。因此，在機(jī)械制造領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。電火花線切割機(jī)的工作原理：脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和鉬絲電極上。鉬絲與工件之間噴入具有絕緣性能的工作液。當(dāng)鉬絲與工件的距離小到一定程度時(shí)，在脈沖電壓的作用下，工作液被擊穿，在鉬絲與工件之間形成瞬間放電通道，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來。若工作臺帶動(dòng)工件不斷進(jìn)給，就能切割出所需要的形狀。本課題的研究意義:1. 通過對電火花線切割機(jī)機(jī)床的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)，數(shù)控坐標(biāo)工作臺，絲架導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)等進(jìn)行調(diào)研，實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)，收集整理資料總結(jié)出當(dāng)前現(xiàn)狀不同類型電火花線切割機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。2. 通過總結(jié)設(shè)計(jì)出方案對由于電火花線切割機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)造成影響線切割加工加工精度和加工效率的因素進(jìn)行分析和改善。3. 通過設(shè)定的加工范圍和精度設(shè)計(jì)出滿足其生產(chǎn)要求的電火花線切割機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)。本課題的主要目的:本課題在對電火花線切割機(jī)工作原理分析研究基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)。其主要內(nèi)容如下：1、了解電火花線切割機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)，根據(jù)零件加工要求，設(shè)計(jì)機(jī)床整體結(jié)構(gòu)；2、根據(jù)加工精度要求設(shè)計(jì)床身，運(yùn)絲機(jī)構(gòu)，絲架導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)，數(shù)控坐標(biāo)工作臺，工作液循環(huán)系統(tǒng)；主要培養(yǎng)以下能力：（1）鞏固、擴(kuò)大、深化大學(xué)四年所學(xué)專業(yè)知識；（2）培養(yǎng)綜合分析、理論聯(lián)系實(shí)際的能力；（3）培養(yǎng)調(diào)查研究、正確熟練運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊等工具書的能力；（4）鍛煉進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件、繪圖等獨(dú)立工作能力；總之，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我們建立正確的設(shè)計(jì)思想，初步掌握解決本專業(yè)設(shè)計(jì)問題的方法和手段，從而使我們在以后的工作中學(xué)有所用，學(xué)有所成。2.本選題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢：（1）國外電火花線切割機(jī)的發(fā)展目前的電火花線切割機(jī)，幾何精度與運(yùn)動(dòng)精度均已達(dá)到了極高的程度：全行程定位精度重復(fù)定位精度,加工精度,表面粗糙度,為了保證這些精度長時(shí)間不變，各生產(chǎn)公司做了不懈的努力，采取了一系列的保護(hù)措施。公司的系列機(jī)床與同類機(jī)床相比，其凈重量約為其他機(jī)床的二倍，重量的增加主要是考慮了機(jī)床結(jié)構(gòu)的力學(xué)和熱學(xué)性能。機(jī)床采用框架式結(jié)構(gòu)，即是為了加強(qiáng)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的剛性.機(jī)床精度的變化對加工精度的影響是不言而喻的。公司采取了統(tǒng)一溫度場措施，其機(jī)床裝有兩套冷卻溫控系統(tǒng)，分別控制加工區(qū)與軸的溫度，及電源箱、機(jī)床與室溫的空氣冷卻。兩套系統(tǒng)通過溫度計(jì)進(jìn)行調(diào)整，使溫差不超過。由于電極絲的滯后，在角度加工時(shí)會產(chǎn)生塌角誤差，特別在小角度與小圓弧切割時(shí)表現(xiàn)更為明顯，公司在這方面擁有稱為的專利技術(shù)利用一套光學(xué)系統(tǒng)測量對電極絲受力的彎曲進(jìn)行補(bǔ)償這樣不僅提高了角加工精度，而且使加工速度比一般的拐角對策提高。為保證加工的高精度，公司的機(jī)床采用高質(zhì)量的機(jī)床鑄件，滾珠軸承單程型導(dǎo)軌，直流電機(jī)直接拖動(dòng)，光柵位移全封閉。其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)有超載保證措施，還把運(yùn)動(dòng)軸全部移到立柱線架上，工件不動(dòng)。這就有效解決了因載荷位置變化而可能引起的變形。另外機(jī)床基座采用人造花崗石，其絕緣阻抗高，不吸水，耐腐蝕，收縮率極小，彈性模量小而抗壓強(qiáng)度高，諧振頻率低，特別適合于精密機(jī)床的基座。公司線切割機(jī)的重要部件如線臂支架、工作臺面的定盤、工件支架、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)等均廣泛采用精密陶瓷材料制作，實(shí)現(xiàn)了高剛性及極小的熱變性形。人造陶瓷由該公司陶瓷事業(yè)部開發(fā)生產(chǎn)，其電絕緣性極高，能長期維持線切割放電加工所要求的高絕緣阻抗，穩(wěn)定性非常好。三菱公司的機(jī)床也有類似的結(jié)構(gòu)。由于電源小的電解作用，切割表面會產(chǎn)生變質(zhì)層，直接影響表面質(zhì)量，影響加工精度。為了解決這個(gè)問題，公司推出了電源，無電解作用的電源，可以提高工件表面的硬度，延長模具壽命。這些均有效地保證了加工的高精度。總之，為了保證加工的高精度，各公司無論是從機(jī)床本體的高剛與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)、新型材料的使用、溫度的控制、拐角對策、無電解作用電源的應(yīng)用，還是從微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)、浸水加工方式等方面均投人了巨大的人力物力，同時(shí)也取得了顯著的效果。（2）國內(nèi)電火花線切割機(jī)的發(fā)展在結(jié)構(gòu)方面，國內(nèi)廠家均已普遍重視機(jī)床的機(jī)械剛度，已開始采用高強(qiáng)度耐磨鑄鐵，經(jīng)過二次低溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力，提高機(jī)床剛度。有些機(jī)床還采用了低床身設(shè)計(jì)，跨距可調(diào)整線架，改進(jìn)調(diào)節(jié)方式，提高了調(diào)節(jié)精度和線架自身的剛性，同時(shí)也使操作更為方便。不少廠家開發(fā)了四聯(lián)桿裝置，不但上、下導(dǎo)輪可聯(lián)動(dòng)，而且可同步偏擺，使電極絲始終保持在導(dǎo)輪槽對稱平面內(nèi)，不發(fā)生單側(cè)刮擦，從而擴(kuò)大了切割錐度的范圍。其切點(diǎn)變化引起的加工誤差，由計(jì)算機(jī)軟件予以補(bǔ)償，同步偏擺也使切割大錐度時(shí)，噴水方向始終與電極絲走向一致。許多廠家也不再強(qiáng)調(diào)電極絲的單一的髙速，絲速降低雖然會降低加工速度，但可使振動(dòng)減弱，機(jī)械壽命延長，換向無效工時(shí)減少，綜合效益未必低于單一的高絲速。快走絲機(jī)床電極絲張力，直接影響到放電加工穩(wěn)定性及切割精度，杭州無線電專用設(shè)備廠、蘇州三光公司、北京電加工機(jī)床廠、新火花公司等均采用了三導(dǎo)輪重錘式緊絲器，可初步改善電極絲逐漸變松馳和絲筒上下不同處絲有松有緊的現(xiàn)象，提高了放電加工的穩(wěn)定性及切割精度。對于塊走絲時(shí)絲的振動(dòng)，可用加裝電極絲定位限幅器的方法來隔離和緩解。此外，改進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)也是一個(gè)研究熱潮。傳統(tǒng)的高速走絲電火花線切割機(jī)床的坐標(biāo)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(shí)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過齒輪與絲杠傳動(dòng)帶動(dòng)工作臺運(yùn)動(dòng)，從而對工件進(jìn)行加工。但是工作臺的移動(dòng)精度直接影響工件的加工質(zhì)量。采用了由直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)和加工裝置在方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作臺在方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺之間的機(jī)械中間環(huán)節(jié)，消除了傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)鏈所帶來的反向間隙、慣性、摩擦力和剛性不足等缺點(diǎn)。方向工作臺和方向工作臺的分離消除了方向傳動(dòng)精度相互之間的累積和干擾。直線步進(jìn)電機(jī)在高速走絲電火花線切割機(jī)床中還沒有得到應(yīng)用，但是這種針對提高高速走絲電火花線切割機(jī)床加工精度而設(shè)計(jì)的新型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在原理上是可行的。3.主要研究內(nèi)容：本課題主要對電火花線切割機(jī)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)。電火花線切割機(jī)的機(jī)床是由床身、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、數(shù)控坐標(biāo)工作臺，絲架導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)和工作液循環(huán)系統(tǒng)組成的。運(yùn)絲機(jī)構(gòu)：作用是將繞在貯絲筒上的鉬絲通過絲架做反復(fù)變換方向的送絲運(yùn)動(dòng)，使鉬絲在整體長度上均勻參與電火花加工。以保證精度的穩(wěn)定性，同時(shí)可延長絲的使用壽命。貯絲筒的轉(zhuǎn)動(dòng)是由一只交流電機(jī)帶動(dòng)，絲速按高、中、低共分為五檔。高速運(yùn)絲利于排屑，低速運(yùn)絲傳動(dòng)平穩(wěn)。數(shù)控坐標(biāo)工作臺：由托板，導(dǎo)軌，絲杠運(yùn)動(dòng)副，齒輪副四部分組成。數(shù)控坐標(biāo)工作臺用于安裝并帶動(dòng)工件在工作臺平面內(nèi)作兩方向的移動(dòng)，工作臺分上下兩層，分別與向絲杠相連，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，變頻系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號，其輸出軸就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，再通過一對變速齒輪帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺在相應(yīng)的方向上移動(dòng)。絲架導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)：作用是通過絲架把鉬絲支撐成垂直于工作臺的一條直線，以便對零件進(jìn)行加工。有些機(jī)床絲架上有兩個(gè)拖板（）分別由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，可用來加工錐體。任一拖板超出行程范圍時(shí)，由行程開關(guān)斷開步進(jìn)電機(jī)電源，致使兩拖板停止運(yùn)動(dòng)。工作液循環(huán)系統(tǒng):由工作液、工作液箱、工作液泵和循環(huán)導(dǎo)管組成。工作液起絕緣、排屑、冷卻的作用。每次脈沖放電后，工件與鉬絲之間必須迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)，否則脈沖放電就會轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定持續(xù)的電弧放電，影響加工質(zhì)量。工作液可把加工過程中產(chǎn)生的金屬顆粒迅速從電極之間沖走，使加工順利進(jìn)行。工作液還可以冷卻受熱的電極和工件，防止工件變形。通過在實(shí)驗(yàn)室的觀察，結(jié)合所查閱的資料，我對本課題的主要意圖有了一定的了解，大致了解了要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)。綜合起來，主要設(shè)計(jì)包括床身，數(shù)控坐標(biāo)工作臺，運(yùn)絲機(jī)構(gòu)，絲架導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)，工作液循環(huán)系統(tǒng)以及裝夾工件夾具的設(shè)計(jì)。綜合不同類型電火花線切割機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)以及加工的經(jīng)濟(jì)性初步選擇低速走絲電火花線切割機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)。以下是課題的初步構(gòu)想。（1）床身尺寸的設(shè)計(jì)：要根據(jù)機(jī)床中的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)，數(shù)控坐標(biāo)工作臺等綜合起來設(shè)計(jì)。床身的選擇：初步采用滑枕式，結(jié)構(gòu)形式類似金屬切割機(jī)床中的牛頭刨床。其結(jié)構(gòu)簡單，制造比較容易，其它可選用的結(jié)構(gòu)有懸臂式：懸臂和立柱上的導(dǎo)軌剛度和精度都較低，用于精度要求不高的電火花線切割機(jī)。框式立柱式：這種結(jié)構(gòu)的主軸頭可做上下坐標(biāo)移動(dòng)，工作臺也可以橫縱坐標(biāo)移動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是剛性好目前在中小型電火花加工機(jī)床使用。（2）數(shù)控工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：電機(jī)的選擇：從相關(guān)文獻(xiàn)了解到工作臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)，直線電動(dòng)機(jī)，以及交流伺服電動(dòng)機(jī)。綜合起來，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有丟步而導(dǎo)致加工精度降低，而直線電動(dòng)機(jī)有消除齒輪間隙而帶來誤差的好處，但現(xiàn)在還沒有得到應(yīng)用，而交流伺服電動(dòng)機(jī)有消除工件負(fù)載而帶來誤差的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴，綜合起來初步選定使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。導(dǎo)軌的選擇：工作臺的托板是沿著導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)的，從而對導(dǎo)軌的精度，剛度和耐磨性有較高的要求。由于滾動(dòng)導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，并且潤滑方法簡單，缺點(diǎn)是接觸面之間不易保持油膜，抗振能力較差。綜合起來，導(dǎo)軌應(yīng)使拖板運(yùn)動(dòng)靈活，平穩(wěn)。線切割機(jī)床常選滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾珠導(dǎo)軌，滾柱導(dǎo)軌和滾針導(dǎo)軌等幾種形式。在滾珠導(dǎo)軌中，滾珠與導(dǎo)軌是點(diǎn)接觸，承載能力不能過大。在滾柱導(dǎo)軌和滾針導(dǎo)軌中，滾動(dòng)體與導(dǎo)軌是線接觸，因此有較大承載能力，因此被選用。初步選擇滾柱導(dǎo)軌。絲杠傳動(dòng)副的選擇：目前數(shù)控電火花線切割機(jī)床中廣泛采用滾珠絲桿副，因?yàn)槠錆L動(dòng)摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高，可根據(jù)需要施加不同的預(yù)緊力來消除絲杠和螺母之間的間隙。齒輪副的選擇：步進(jìn)電機(jī)與絲杠間傳動(dòng)通常采用齒輪副來實(shí)現(xiàn)。由于齒側(cè)間隙，軸與軸承之間的間隙的影響，采用盡量少的齒輪減速級數(shù)，初步選擇單級減速齒輪副。齒輪采用漸開線圓柱齒輪。工作臺的選擇：可以查閱國家標(biāo)準(zhǔn)《電火花線切割機(jī)床參數(shù)》再結(jié)合加工需要進(jìn)行選擇。圖1.坐標(biāo)工作臺運(yùn)動(dòng)簡圖（3）運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：包括運(yùn)絲電機(jī)的選擇，儲絲筒，走絲溜板的設(shè)計(jì)。考慮到使用的長久性以及經(jīng)濟(jì)性初步選定用鉬絲。運(yùn)絲電機(jī)的選擇：步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，定位精度高（每一個(gè)步進(jìn)脈沖電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步）。缺點(diǎn)是開環(huán)控制（當(dāng)然也可以外接編碼器形成閉環(huán)控制），高速扭力急劇下降造成高速時(shí)容易失步。伺服的優(yōu)勢是：可以高速運(yùn)行扭力變化不大。自帶編碼器，控制精度高。缺點(diǎn)是：價(jià)格高，控制系統(tǒng)復(fù)雜。線切割機(jī)床是靠電火花放電蝕除來加工材料的，這個(gè)特性決定了線切割機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度極低。低慣量的伺服電機(jī)必須接減速器，否則極易造成驅(qū)動(dòng)單元和電機(jī)響應(yīng)之間的不匹配，精度反而得不到保證。就目前而言，控制系統(tǒng)的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)的精度。從而初步選定用伺服電動(dòng)機(jī)。圖2.運(yùn)絲機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（4）絲架導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：絲架，上絲臂，下絲臂，導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)。絲架的選擇：絲架按功能可分為固定式，升降式和偏移式三種類型；按結(jié)構(gòu)可分為懸臂式和龍門式。中小型線切割機(jī)床的線架本體常采用單柱支撐，雙臂懸梁式結(jié)構(gòu)。由于支撐電極絲的導(dǎo)輪位于懸臂的端部，同時(shí)電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動(dòng)時(shí)不致振動(dòng)和變形。初步選用懸臂式。（5）工作液循環(huán)系統(tǒng)：工作液泵和流量控制閥等要根據(jù)加工要求進(jìn)行選型。（6）工件夾具的設(shè)計(jì)。從工件的類型來相應(yīng)的確定夾具的設(shè)計(jì)。目前我已經(jīng)搜集到一定的參考資料，并且進(jìn)行了一定的參觀實(shí)習(xí)，課題的目標(biāo)可行性還是很好的，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)要平衡好精度和效率之間的矛盾。4.完成論文的條件、方法及措施，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、調(diào)研計(jì)劃、資料收集、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。通過指導(dǎo)老師的指引，綜合老師指點(diǎn)及通過圖書館和網(wǎng)上查尋收集的一些資料初步了解所要研究的“電火花線切割機(jī)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”這一課題的基礎(chǔ)知識，再通過進(jìn)入國家超硬材料實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)與觀察進(jìn)一步了解電火花線切割機(jī)的一些結(jié)構(gòu)特征，從而更好的結(jié)合實(shí)際去研究設(shè)計(jì)，更好的結(jié)合現(xiàn)實(shí)將反映實(shí)際運(yùn)用中的一些問題拿到研究設(shè)計(jì)中來，使設(shè)計(jì)更有實(shí)用性。.綜合在大學(xué)學(xué)過的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，熟練的運(yùn)用，進(jìn)行繪圖。通過閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)資料、教材及新聞背景資料進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。1.調(diào)研與實(shí)習(xí)；2.完成英文文獻(xiàn)翻譯、開題報(bào)告及編寫實(shí)習(xí)報(bào)告；3.總體方案設(shè)計(jì)，完成電火花線切割機(jī)機(jī)械部分方案草圖設(shè)計(jì)；4.設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇與計(jì)算,詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制工程圖。整理設(shè)計(jì)任務(wù)書；5.評閱及準(zhǔn)備答辯；6.畢業(yè)答辯；主要參考文獻(xiàn)：[1]郭旭初，滕向陽，鄭華山，等.立式回轉(zhuǎn)線切割機(jī)床電極絲防松裝置的設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2009(1):76-78.P]張鵬，賈志新，滕向陽.立式旋轉(zhuǎn)單向走絲電火花線切割機(jī)走絲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]