数控电火花线切割机的设计.pdf

刖s毕业设计可谓是大学四年对所学知识综合的一次大的考验也是在走向工作 岗位的一次练兵，更进一步锻炼了自己的动手能力和团队的合作能力，真正做到 了理论联系实际教与学的一次有理结合。数控电火花线切割机的设计具体的说来应该包括走丝设计，X、Y坐标工作 台设计，脉冲电源的设计，控制部分的设计等。按照设计的任务书，首先要了解 该机床调查研究电火花线切割机的加工特点，确定DK7732线切割机床的具体技 术参数，从而在第一阶段我们在衡冶进行了实地的参观测绘，初步确定参数，对 照已有的院数控中心DK7725型线切割机更进一步确定具体的设计参数，根据已 有的参数再对机床总体方案及控制系统总体方案进行确定。具体到设计时对各个 方案再进行点对点的修改。接下来就是进行必要的设计与计算选型工作，就是将 整体机床的设计乂分为儿个部分各个去突破大体就是机械部分和电气部分。再具 体到各个组件或零件。虽说设计是个人的行为，但由于自己的知识欠缺且设计的内容跨越比较大包 括电子技术、计算机技术、机械设计，很多地方肯定是难以具到，当然有在颜竟 成教授的悉心指导下，很多不懂的地方这正是我们要学的地方，同时在多方面有 同学们的提示才得将设计顺利进行。这毕竟是一个学习阶段的毕业设计很多方面 都是在边学边用中进行的，或者说很多方面的设计还是停留在模仿的阶段比如电 气部分，控制部分都不是很成熟的设计。第一章总体方案设计一、线切割机床的现状简介我国数控线切割机床的搦有量占世界首位，技术水平与世界先进水平差距 也逐渐缩小。尤其近年来，订算机技术的应用和线电极电火花加工技术的结合。实现了各种复杂形状的模具和零件加工的自动化，其控制精度可达lum,实际 加工精度可达0.01mm。表面粗糙度可达1.252.511 m。数控线切割机床是精密 金加工线切割加工技术是线电极电火花加工技术，是电火花加工技术中的一种类 型，简称线切割加工。图1.1中是线切割机床加工的工作原理示意图图1.1线切割机工作原理示意图线切割机床采用铝丝作为电极丝。被切割的工件为工件电极，电极丝为工具电极。脉冲电源发出连续的高频脉冲电压，加到工件电极和工具电极上（电极丝）。在 电极丝与工件之间加有足够的、具有一定绝缘性能的工作液。当电极丝与工件间 的距离小到一定的程度时，工作液介质被击穿，电极丝与工件之间形成瞬时火花 放电，产生瞬时间高温，生成大量的热，使工件表面的金属局部熔化，甚至汽化;再加上工作液体介质的冲洗作用，是得金属被蚀除下来。这就是线切割机床的加 工原理。工件在机床坐标工作台上，按数控装置或微机程序控制下的预定轨迹进 行加工最后得到所需要的形状的工件。1.数控线切割加工的主要特点如下：1);线切割加工可以用于一般切削方法难以加工或者无法加工的形状复杂的工件 加工，如冲模、凸轮、样板、外形复杂的精密零件及狭窄的缝隙。尺寸精度可以 达到0.01-0.02mm,表面粗糙度值Ra可达至(j 1.25 u m。2)；先切割加工可以用于对一般切削方法难以加工或者无法加工的金属材料和半 导体材料的工件进行加工，如淬火钢、硬质合金钢、高硬度金属等，但无法实现 对非金属导电材料的加工。3)；线切割加工直接利用线电极电火花进行加工，可以方便的调整加参数，如调 节脉冲宽度、脉冲间隔、加工电流等，提高线切割加工精度，也可通过调节实现 加工过程的自动化控制。4)；线切割加工的效率低，成本较高，不适合于加工形状简单的批量零件。二、线切割机床的总体方案的拟定线切割机床具体加工过程为：加工者根据图纸中的工件尺寸，编制成一定的 程序，并且通过键盘或光电机等输入设备将程序输入到控制器中去。在控制系统 接受到输入的程序后，将其存入存储器中。点火花先切割机在收到命令后，就开 始运行程序，通过微机控制系统进行插补运算。每运算一次，发出一个进给脉冲,然后经过功放驱动步进电机，使机床工作台按预定的轨迹进行加工。运丝系统由 运丝电机传动给储丝筒,通过行程开关使储丝筒作往复运动,从而使得铝丝运动。铝丝经过机架上的导轮与工件相接近，小到一定的距离。乳化液泵即工作液将线 切割机专用乳化液通过喷嘴喷入工作切口上，高频脉冲电源产生的连续高频脉冲 被分别加到铝丝与工件之间的间隙进行检测，检测信号的大小送入变频电路，再 由变频电路产生的频率大小来控制微机的进给速度。当间隔增大时就加快进给速 度，当间隙减小时，就减慢进给速度，以保持均衡的放电间隙，从而也维持了一 定的加工电流。1）;电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定的加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。2）；为了保证进给伺服系精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺 母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间 隙的机构统的传动。3）；根据系统的功能要求，微机控制系统中除了 CP U外，还包括扩展程序存储器,扩展数据存储器，I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显 示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光隔离电路和步进电机驱动电路。此 外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其它辅助电路4）;电火花线切割机床具有定位、纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等。因此，数控系统选取连续控制系统。5）；纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺 母副组成，传动比应满足机床所要求的。6）；采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移 动，且润滑方法简单。7）；根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要 求，一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可 靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可以 选择MCS-51系列单片机扩展系统。在上述的基础上，有条件的还可以进一步实现铝丝的角度调节，使加工过程更加 细致。三、具体各部件的组成介绍线切割机床主要由机械系统、传动系统、润滑系统、电气系统和微机控制系 统组成。其主体结构由床身、坐标工作台、线架、运丝装置、工作液箱、机床电 器、夹具、保护罩及机床附件等部分组成。1）;机械系统机械系统主要由床身。坐标工作台、线架及运丝装置等组成。机床床身是箱形结构的铸件，是安装坐标工作台、线架及运丝装置的基础，要有 较好的刚性，以保证机床的加工精度。床身既能起支撑和连接坐标工作台、运丝 机构和线架等部件的作用，又起安装机床电器、存放工作液的作用。坐标工作台主要由工作台上拖板、中拖板、下拖板、丝赶和齿轮变速箱等部 件组成。拖板的纵向和横向运动是采用“一 V 一平”滚动导轨结构。如下图所 示图L2线切割机坐标工作台图L2中是线切割机坐标工作台的结构。坐标工作台用于安装并且带动工件 在工作台平面内作x、y两个方向的移动。坐标工作台分为上下两层，分别与X、y轴丝杠相连。由两个步进电机通过两对消隙齿轮及丝杠转动来实现两个方向的 运动。步进电机每接收到微机发出的一个脉冲信号，其输出轴就转动一个步距角。通过消隙齿轮变速带动丝杠转动，使工作台在相对应的方向上移动0.001mm。坐 标工作台的有效行程就是步进电机驱动丝杠的转动对应的移动距离。丝杠前端采 用两只角接触轴承来消除间隙，可调整予紧力，使间隙接近零，具有转动灵活、精度高、寿命长等优点而被采用。由于控制系统采用开环控制，机床加工精度主 要由坐标工作台的运动精度来确定。线架安装在储丝筒与工作台之间。为了满足不同厚度工件的要求，机床采 用可变跨距结构的线架，以确保上下导轮与工件的最佳距离，减小电极丝的抖动,提高加工精度。线架采用铸件结构，提高线架的刚性对加工精度有很大的影响。线架的下悬臂固定在立柱上，上悬臂可沿立柱导轨做上下升降。导轮置于线架悬 臂的前端采用密封结构组成装在悬臂上。下图为先切割机床的线架部件结构。图1.3线架部件结构运丝装置由储丝筒、储丝筒拖板及传动系统组成。储丝筒由薄壁管制成，具有重量轻、惯性小、耐腐蚀等优点。储丝筒主轴通过。联轴器中装有耐 油橡胶垫片，对电机换向瞬间产生的冲击起到机械缓冲作用，以减少振动,从而延长传动轴的使用寿命。如下页图所示，它是线切割机床运部件结构,储丝筒主轴装有两对变速齿轮，带动传动丝杆，使储丝筒与拖板作往复运 动使铝丝有规律的等距离排列在储丝筒上。拖板储丝筒的频繁换向是采用 行程开关控制来实现的，它具有控制简单，动作灵敏、换向噪声小、震动 轻、使用寿命长等优点。左右撞块间的距离可以调节，一般根据钥丝的长 短来确定。铝丝两端留有一定的余量，当行程开关失灵时，可切断电机电 源，确保机床的安全。图1.4运丝部件结构2）；传动系统传动系统由工作台、运丝装置和线架所组成。传动系统包括工作台传动系统、运丝装置传动系统和电极丝运转系统。工作台传动系统主要是X轴和y轴方向传 动，下页图是工作台传动系统图。图1.5工作台传动系统示意图X轴向传动路线如下。控制系统发出进给脉冲，x轴步进电机接收到这个进 给脉冲信号，其输出轴就转动一个步距角，通过一对齿轮变速带动丝杠转动。两 齿轮啮合变速后带动丝杠，通过螺母带动拖板，使工件实现x轴向移动。Y轴向 传动路线与x轴类似。运丝装置的传动系统主要是机床行程开关。运丝装置机构带动电极丝以一定 的线速度运动，并将电极丝整齐的盘绕在储丝筒上。行程开关控制储丝筒的正:反 转向。下图是线切割机床运丝装置传动系统图图L6运丝装置传动系统运丝装置的传动路线是：电动机转动，通过联轴器带动储丝筒按一定的速度 运动旋转。同轴上一对齿轮啮合传动再传给另外一对齿轮。经两对齿轮的变速传 动，带动丝杠、螺母后驱动拖板移动，并使电极丝整齐地盘绕在储丝筒上。电极丝运转系统主要是由储丝筒旋转，带动电极丝做正反向交替运动。排丝 导轮保持电极丝整齐排列在储丝筒上，经过线架作来回高速移动（线速度为 8m/s）,进行切割加工。电极丝传动路线是由储丝筒经过排丝轮，再经过导电轮,由上导轮切割工件，在经下导轮后，回储丝筒进行往复盘绕。3）；机床润滑及工作液系统线切割机床有机床润滑系统和工作液系统。机床润滑系统对线切割机床各个运动副进行润滑，以保证机床各个运动部件 灵活可靠。手摇工作台做纵横向移动应轻松灵活，拨动储丝筒、导轮均应旋转自 如，轻便灵活。工作台各部位的运动副润滑，重点是丝杠、螺母和齿轮箱及拖板 滑道等。一般要求加油时间为每周一次。运丝部件各部位的运动副润滑，重点是 齿轮、丝杠、螺母和拖板导轨等。一般要求加油时间为每周一次。工作液系统由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起截缘、排屑、冷却等作用。工作液一般采用（710）%的植物皂化或DX-1油酸钾乳化 液水溶液。工作方式由工作液泵供给工作液循环喷注的压力进行工作。每次脉冲 放电后，工件与电极丝之间必须迅速恢复截缘状态，这是靠工作液的绝缘作用实 现的。工作液喷注在切口中，使得脉冲放电不能转变为稳定持续的电弧放电，否 则会影响加工质量和精度。在加工过程中，工作液的喷煮压力会将加工过程中产 生的金属小颗粒迅速从电极之间冲走，保证正常加工。工作液还可以起冷却作用，冷却受热的电极和工件，防止工件变形。第二章机械系统设计一.同步带传动的设计计算同步带传动设计计算的主要内容是根据传递的名义功率、转速、速度笔及工况来 正确选择同步带的型号、带长、带宽及带轮的齿数和直径。计算步骤如下。1.计算设计功率pd=(k+kl+k2)pm(kw)式中：pm为同步带传递的名义功率(kw)由电机的选择名义功率为l.lkw,以知 设计参数；kO为载荷修正系数参考机电综合设计表2-14为轻负荷传递功率且工 作时间为普通使用每日8h-10h所以kO取1.5okl为使用张紧轮修正系数见表1,由表可取kl=0.1；k2为增速传动修正系数见 表2,此处为减速传动所以k2=0。表2.1使用张紧轮修正系数kl 表2.2增速传动修正系数k2压紧轮的位置系数增速比系数松边内侧01.00-1.240松边外侧0.11.25-1.740.1紧边内侧0.11.75-2.490.2紧边外侧0.22.50-3.490.3所以 pd=(k0+kl+k2)pm=(1.5+0.1+0)pm=l,6X1.lkw=l.76kw2.选择带的型号由设计功率pd=l.76kw和小带轮转速nl由下图选出同步带的型号并由机械 设计手册查到对应的节距pd(mm)。电极丝额定移动速度为Hm/so储丝筒的直径由前面确定为D=146mmnX ji XD=llm/s n=ll/O.146X3.14m/s=24r/s=1440r/min由同步带选型图易知对应点选择小带轮为L型同步带轮对应的节距pb=9.525mm 基准宽度为25.4mmo周节制梯形同步带轮又称标准同步带轮梯形同步带轮的齿廓形状可以采用 渐开线齿型前者用渐开线轮刀具范成法加工而成其齿形取决于刀具。此处采用的 渐开线齿形。图2.1同步带选型图3.确定带轮齿数z与直径d由前面所选丝杠D二24nlm p导程=3mm由储丝筒运丝原理即转筒每转一圈储丝筒整体向左或向右移动一个电极丝的直 径。由电极丝的直径D丝=0.2mm而按照相关规定储丝筒整体移动的距离应该在一个 电极丝直径范围内且误差不应该超过0.05mm才不会出现断丝的现象。即可取S距=0.25mm(为误差范围以内)由 S 距与 X p 丝=0.25mm所以 1=0.25/3=0.0833=1/12即丝杠每转一圈储丝筒转12圈由带轮最少许用齿数表查之小带轮最少许用齿数为14此处选用16齿稍大2齿比 较合理从而大带轮的齿数为Z2=ZiX 1=12X16=192 齿由Z2=192查手册GB11361-89易知无可选用的带轮且选用的话直径将超过 400mm故不易装配从而应选择另一方按。为了将同步带轮的直径减小可采用二级传动由传动比的计算：表2.3 带轮最少许用齿数可采用 Zi=16 Z2=48小带轮转速nl/(r/min)带型号MXLXXLXLLHXHX带轮最少许用齿数90010121422900-12001212101216241200-18001414121418261800-06001616121620303600-6Zm2=entZ3/2-P bz2/(2 n 2A)X(Z3-Z4)=entl8/2 9.542 X 16/2 冗 n 545 X(48 18)=ent8.14=863);计算啮合齿数系数Kz。当 ZmN6 时，Kz=l；当 ZmCo初选丝杠副尺寸规格CLM3205-3.5-P 3人=2。51 为丝杠的螺旋升角Ca=16100N滚珠丝杠额定动载荷Coa=52750N滚珠丝杠额定静载荷由 Coa=16100C且 Coa/Fm=161002830=5.63 所以符合标准当滚珠丝杠副在静态或低速运转(nlOr/min)下工作并受载荷，那么还要考虑 其另一种失效形式一一滚珠接触面上的朔性变形。即考虑滚珠丝杠的额定静载荷 Coa是否充分的超过了滚珠丝杠的工作载荷Fm,一般使Coa/Fm=23。滚珠丝杠 的Ca和Coa值由手册查之为上面的取值。5.传动效率的计算滚珠丝杠螺母副的传动效率nn=tg 入/tg（入+）式中：人为丝杠的螺旋生角，可根据初选型号查出为以上值；力为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数40.0030.004,其摩擦角传动效率较高约等于Wo滚珠丝杠副的传动效率较高一般为0.80.9之间。由给定值n=tg入/tg（入+力）=tg251 7tg（2 51 +10）=0.04/0.047=0.85所以其传动效率符合给定的标准值。6.刚度的验算滚珠丝杠的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响其定位精度和运动 平稳性。滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接 触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴 向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向的影响更小，可忽略不记。丝杠 轴承的轴向接触变形计算方法可参考机械设计手册。可供滚珠丝杠支撑使用的滚 动轴承种类很多一般有接触叫为60度的推力角接触球轴承，可以背靠背或面对 面的组配，此处采用角接触球轴承以反向安装。因此，其实只要滚珠丝杠的支撑的刚度设计的好，轴承的轴向接触变形在此可 以不予考虑。1);滚珠丝杠的拉压变形量6 1滚珠丝杠应计算满载时拉压变形量8 1=FmL/E A(mm)式中：5 1为在工作载荷Fm作用下丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量(mm)；Fm为丝杠的工作载荷(N);L为滚珠丝杠在支撑间的受力长度(mm)；E 为材料的弹性模量，对刚E=206000Mpa;A为滚珠丝杠按内径确定的截面积(mm)；“+”号用与拉伸，“一”好用与压缩。也可以从工厂的滚珠丝杠样本的 图表中查出单位长度轴向拉伸压缩变形量，然后求出支撑间受力长度的变形量。8 1=FmL/EA(mm)=900 x578/803.84x206000=+0.0031mm即拉伸与压缩在不同的受力情况下都可出现其中L=578mm由选形确定 E=206000MpA=n X 16X 16=803.84mm2)；滚珠与螺纹滚道间的接触变形量。该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠的长度无关。可从工厂的产品样本中查出，或用下式计算无予紧力时 6 1=0.0038#l/Dw(Fm/ZQ2(mm)有予紧力时 6 2=0.0013Fm/DwFyjZ2s(mm)式中：Dw为滚珠直径(mm)；Z滚珠总数量Z=Zx圆数x列数；Z为一圈的 滚珠数，Z=n dm/Dw(外循环)，Z=(n dm/Dw)-3(内循环)dm为滚珠丝杠的公称直径(mm)；F%为予紧力(kgf,lkgf9.8N);Fm 为滚珠丝杠工作载荷(kgf,lkg49.8N)。当滚珠丝杠有予紧力时，且予紧力为轴向工作载荷的1/3时，5 2值可减少到一 半左右。此坐标工作台采用无予紧力无予紧力时5 1=0.0038./Dw(Fm/Zx)2(mm)=0.0038 y1/3.175(900/186)2(mm)=0.0074mmDw=3.175 mmZe=ZX 圆数X列数=31X3X2=186Z=n dm/Dw=3.14 X 32/3.175=313)；滚珠丝杠副刚度的验算丝杠的总变形量8=5 1+8 2应小于允许的变形量。一般5值不应大于机床进 给系统规定的定位精度值的一半。或者，有丝杠精度等级查出规定长度上允许的 螺距误差，则相应长度上的变形两应比它小。否则，应考虑选用较大公称直径的 滚珠丝杠副。7.压杆稳定性验算滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去 稳定而产生纵向屈曲，即失稳。失稳时的临界载荷Fk为Fk=%Ji 2EI/L2(N)式中E为丝杠材料弹性模量，对钢E=20.6X 104Mp;I为截面惯性矩，对丝杠圆截 面I=ndi4/64(mm4)(di为丝杠底径)；L为丝杠最大工作长度(mm)；匕为丝杠支 撑方式系数，参考下图与下表图2.2滚珠丝杠常用的支撑方式滚珠丝杠的支撑方式系数表方式一端固定一端自由一端固定一端简支两端固定两端简支0.252.04.01.0图中第一个为一端轴向固定一端自由，常用于短丝杠和树直安装的丝杠。图中第 二个为一端固定一端简支，常常用于较长的卧式丝杠。图中第三个为两端固定常 用于长丝杠或高转速、高精度、高强度的地方。临界载荷Fk与丝杠工作载荷Fm之比称为稳定安全系数nk,如果nk大于许用 稳定性安全系数nk,则该滚珠丝杠不会失稳。因此，滚珠的丝杠的压竿稳定条 件为nk=Fk/Fmnk一般取nk=22.54,考虑到丝杠自重对水平滚珠丝杠的影响可取nk4由 Fk=&冗 2EI/L2(N)其中fz取4.0E=2.0 xl04Mp1=Ji d)4/64=3.14 X 304/60=423 90L=490mm固 Fk=4.0 X 9.8596 X 20.6 X104X 42390/240100=1434358.675N所以 nk=Fk/Fm=1434358.675/900nk所以滚珠丝杠副的压杆稳定性符合要求。三、导轨的选型与计算导轨的功用是是导向和承载。例如车床的溜板和床身导轨是属于进给导轨，进给运动导轨的动导轨与支承导轨之间的相对运动速度较低。滚动导轨在两导轨 面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具有滚动磨擦性质，广泛地用于进给运动 导轨。贴塑导轨也具有良好的减摩擦、抗撕伤能力强低速不易出现爬行、但是，因为塑料刚度低，会产生较大的弹性变形和接触变形，局部压强大是会影响运动 的精度。综合两种导轨的优缺点,在这里DK7732线切割机床初步选用SGDSWC1 H2X1000D.滚动导轨。1、滚动导轨1）;滚动导轨的结构及配置直线运动支撑中，有滚动体不作循环运动的直线滚动导轨和滚动体做循环运 动的直线滚动导轨，后者叫做直线滚动导轨副（块）组件。直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨通常为两根，装在支撑件 上，每根导轨条上有两个滑块，固定在移动件上。如移动件较长，也可在一 跟导轨条上装3个或3个以上滑块。如移动件较宽，也可以用3根或3根以 上的导轨条。如果移动件的刚度较高，则少装为好。在两条导轨中，一条为 基准导轨上有基准面A,滑块上有基准面B；另一条为从动导轨。2）；滚动导轨的予紧直线滚动导轨副分为整体型直线滚动导轨副和分离型直线滚动导轨副。整体型的直线滚动导轨副有制造厂用选配不同直线刚球的办法来决定间隙或予紧。可根据要求的予紧订货，不需自己调整。分离型直 线滚动导轨副，应由用户根据需要，按规定的间隙进行调整或予紧。3）；线滚动导轨副的计算直线滚动导轨副的计算与滚动轴承相仿，以在一定的载荷下行走一定的距 离，90%的支撑不发生蚀点为依据。这个载荷称为滚动导轨的额定动载荷Ca,可从产品样本中查到。以上海组合夹具厂两种型号（SGDA和SGDB）直线滚动 导轨副的主要参数，其中Ca为额定动载荷，Coa为额定静载荷（kN）。这个行 走的距离称为滚动导轨的距离额定寿命，它可根据滚动导轨的额定动载荷Ca用 于下列公式进行计算。滚动体为球时 L=50（CafH然/FL）?滚动体为滚子时 L=lOO（CafkWFf；01O/3式中：L为滚动导轨副的距离额定寿命（km）；Ca为额定动载荷（N），初选滚动 导轨型号后，可从样本中查出；F为每个滑块上的工作载荷（N）；后=0.8.为50HRC 时后=0.53；行为温度系数，当工作温度不超过100度时，fr=l;fc为接触系数,每根导轨条上装有二个滑块fc=0.81,装三个滑块时fc=0.72,装四个滑块时 fc=0.66；fw为载荷/速度系数，无冲击振动或vW15m/min时fw=l1.5,轻冲击 振动或 15m/minv60m/min 时 fw=2.0-3.5o由初步选定的结果查手册知道导轨的 Coa=86 Ca=54（KN）后=0.8 fr=lfc=0.81 fw=1.5F=l/4X6000N=1500N所以 L=50（5.4X 104X0.8XlX0.81/1500X 1.5）3=3 761 Km如果把距离额定寿命L换算成为小时额定寿命Lh,则Lh=L X 103/2ns X 60=3761 X 103/2 X3X0.4X60=2.6X104h=2.9年即为期望值式中：S为移动件行程长度（m）；n为移动件每分钟往复次数（min）。从产品样本中选定的滚动导轨副的型号，由查出的额定动载荷Ca,由计算距离 额定寿命L或小时额定寿命Lh,若L或Lh大于滚动导轨的期望寿命定为50km,滚子导轨的距离期望寿命为lOOkmo但是如果滚动导轨的工作速度较低，静载荷较大，则选择滚动导轨时应考 虑相应的额定静载荷Coa不小于工作载荷的2倍。额定静载荷Coa也可以从样 本中查出。4）；滚动导轨的润滑与防护滚动导轨采用润滑脂润滑。常用的牌号为ZL-2里基润滑脂。（GB7324-87,2号）。它的优点是不会泄露，不需经常加油；缺点是进尘屑后易磨损导轨。可采用专门 的防护方式。四.储丝筒旋转组合件的选择储丝筒组合件主要是由储丝筒、联轴器轴承座组成1.储丝筒。储丝筒是电极丝稳定移动和整齐排绕的关键部件之一，一般用45钢制成。为减小转动惯量，筒壁应该尽量薄，按机床规格的不同，选用范围为1.55mm。为进一步降低转动惯量，也可选用铝镁合金材料制造。储丝筒壁厚度要均匀，工作表面要有较好的表面粗糙度，一般Ra为 为保证丝筒组合件动态平衡，应严格控制内孔、外圆对支撑部分的同轴度。储丝筒与主轴装配后的径向跳动量不应大于0.01mm。一般装配后，以轴的 两端中心孔定位，重磨储丝筒外圆和与轴承配合的轴径。2.联轴器。走丝机构中运动组合件的电动机轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体的长 轴，而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运行时频繁的换向，联轴器瞬 间受到正反剪切力很大，因此多用弹性联轴器和磨擦锥式联轴器。1）;弹性联轴器见图。图2.3弹性联轴器弹性联轴器结构简单，惯性力矩小，转向较平稳，无金属撞击声，可减 小对储丝筒中心轴的冲击。弹性材料采用橡胶、塑料或皮革。这种联轴器的 优点是，容许电动机轴与储丝筒轴有不同心和不平行（如最大不同心允许为 0.20.5mm,最大不平行为1度），缺点是由它联结的两根轴在传递扭矩时会有相对转动。2）；磨擦锥式联轴器摩擦锥式联轴器可带动转动惯量较大的大、中型机床储丝筒旋转组合 件。此种联轴器可传递较大的扭矩，同时在传动负荷超载时，摩擦面之间的 滑动还可起到过载保护作用。因为锥形摩擦面会对对电动机和储丝筒产生轴 向力，所以在电机主轴的滚动支撑中，应选用向心上推轴承和单列圆锥磁子 轴承。另外，还要正确选用弹簧规格。弹力过大，会增大轴向力，影响中心 轴的正常转动。综合上所概括的两种联轴器的特点，在这里可以选择弹性联轴器作为这 里联结所用。五.步进电机的选用步进电动机又称为脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比 的角位移或直线位移的执行元件。具有以下四个特点：转速（或线速度）与脉 冲频率成正比；在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的 波动而变化；速度可调，能够快速启动、制动和反转；定位精度高、同步运 行特性好。数控电火花成型机的动力系统要求电动机定位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且颌定功率小，并且可用于开环系统。而BF系列步进电动机为 反应式步进电动机，具备以上的所有条件，我们选用的型号90BF004的电动机作 为主运动的动力源。选用时主要有以下几个步骤：1.根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号2.步距角初选步进电机型号，并从手册中查到步距角,由于ix360 综合考虑，我初选了%=1.5。,，=1,可满足上式的要求。3.矩频特性步进电机最大静转矩M/max是指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩与最大静转矩Mjg的关系是；Mmp=jmax步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空 载启动力矩按下式计算：Mkq=Mka+Mkf+M0式中：M.空载启动力矩；Mka空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电 机轴上的加速力矩；Mkf空载时折算到电机轴上的摩擦力矩；Mo由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩；而且初选电机型号时，应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电动 机名义启动转矩，即：MkqMinp=AMjmax计算也的各项力矩如下:1);加速力矩Z=4+，2=1.8x10-5+MR2/二 1.8X10-5+8.8x10-5=10.6xl()T 0.m2“max2b=4800 x1.5=4000/8p x360 0.005x360Mkq工书6 普答=0.519N/m2)；空载摩擦力矩Gf,L。_ 13.96x0.27x424矶 2xx0.8x4=0.6 N3)；附加摩擦力矩%线。）二)=1.222N-mM3=Mka+Mkf+M0=0.519+0.6+1.222=2.341 N-mM 网=jmax=0.951X25=23.775 N-m4）；启动矩频特性校核步进电机有三种工况：启动、快速进给运动、工进运行。前面提出的“心叼=，jmax，仅仅是指初选电机后检查电机最大静转矩 是否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进 行校核。步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少见。而升速 启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载力矩/心中的加速力矩 加心不会很大。一般不会发生丢步现象。六、进给机构的支承设计1.丝杆的支承形式滚珠丝杆的支承和支承方式将影响丝杆副的刚度，因此，对运动精度要求高 时应审慎的加以选择。常见的支承形式有以下几种：1）；丝杆一端安装两个深沟球轴承或者角接触轴承或者圆锥滚子轴承的称 为固定支承；螺母相当于固定支承。2）；安装一个深沟球轴承或者角接触球轴承或者圆锥滚子轴承的钱支承；因此丝杆的支承方式有两端固定；一端固定，一端钱支；一端固定，一端自由等儿种；本设计采用的是两端固定的支承。2.螺杆的支承方式螺杆的支承方式有以下四种：1)；双推自由支承：将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在一端，另一端自由。特点：适用于短螺杆。2);双推支承将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在一端，另一端装一个或 两个深沟球轴承。特点：螺杆水平安装时，可减少或避免因自重产生的弯曲或高速运转时，自 由端的晃动。适用于长螺杆。3);单推单推或双推单推两端各安装一个方向相反的推力球轴承和一个深沟球轴承或一端装两个方 向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承，另一端装一个推力球轴承。特点：可预拉伸螺杆，以减少或消除螺杆水平安装时，因自重产生的弯曲，当轴承预紧力大于螺杆载荷的1/3时，螺杆拉压刚度可提高四倍，且不会承受压 力，无失稳现象。4);双推双推两端各安装两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承。特点：优点与单推单推式相同，当超过预计温度时，不会因螺杆伸长使轴承产生间隙。缺点：调整较复杂。第三章电气系统控制电气系统主要由高频脉冲电源、直流电源和电气控制系统组成。高频脉冲电 源是进行线电极切割的能源。直流电源主要是24V直流源驱动步进电机用。电气 控制系统主要是控制工作液泵电机和储丝筒电机等用。一、DK77型线切割机床脉冲电源原理。高频脉冲电源又称脉冲电源，其作用是把工频50Hz的交流电转换成几百赫 兹的高频的单向脉冲电源，为高速旋转的线切割机提供一系列不同脉宽的矩形脉 冲。线切割机床电子控制系统主要是高频脉冲电源电路，它是线切割机床的重 要部分，用高频脉冲使得电极丝与工件产生火花放电，对工件进行电腐蚀加工。通过调节高频脉冲使工件满足加工精度的要求。高频脉冲电源整流电路、主振电 路、脉宽调节电路、功率放大电路等组成。主振电路中有数字振荡电路和模拟振 荡电路及分立元件电路。新型机床的功率放大电路主要是在功率管选取上有改 进，从普通的三极管功放到大功率、低功耗管和场效应管及功率模块均有不同，但是实际加工生产用的机床大多数采用的还是早期的电路，技术改造也着重在控 制器部分，均采用具有微机控制系统、输入键盘器和数控显示器LED或LCD的设 备。该电源主要是由整流电路、主振电路和功放电路组成。整流电路由变压器将 三相380v电压转变为三相42v和三相7v电压，通过二极管进行整流。电路形式 是三相全波整流电路，为脉冲电源提供100v直流电压和10v直流电压，功给功 放电路和工作电路电源。二、数字控制系统设计1.数控系统总体方按的拟定机电一体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统的控制对象 主要包括各种机床，如车床、铳床等等。控制系统的基本组成如下图所示：图3.1控制系统框图具体微机控制系统是一MCS-51系列高档八位单片机为核心，采用8032cpu芯片。存储器也采用了较大的容量的存储器，用来存放控制程序及扩展程序的EP EOM 采用了 256k容量27256芯片，用来存放输入加工图形程序的RAM采用了 256k 容量的62256芯片，以增强微机的功能。接口电路使用了可编程并行接口电路芯 片8255,显示部分采用了数码管来显示参数，键盘输入和输出显示由键盘/显示 接口电路芯片8279来控制。具体系统组成图如下：轴步y轴步图3.2线切割机微机控制系统组成二、数控系统硬件的电路设计1.单片机设计单片机通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生产的，在它上面集成的是一 些作为基本组成部分的运算电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器/计 数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都 集成到其中，有些元件如复位电路的石音晶体、电阻、电容等只能以散件的形式 出现。此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。通常所说的单片记系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕 单片机芯片而组建的计算机应用系统。在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件基础。2.MCS-51系列单片机的设计MCS-51系列单片机的所有产品都含8051除程序存储器外的基本硬件，都 是在8051的基本上改变部分资源。（程序存储器、数据存储器、i/oU、定时/计 数器及一些其他特殊部件）。在控制系统设计中，我们采用的是8031,8031可寻 址64kb字节程序存储器和64kb字节数据存储器。内部没有程序存储器，必须外 接EP ROM程序存储器。8031采用40条引脚的双列直插式封装（DIP）,引脚和 功能分三部分。1）；电源及时钟引脚此部分引脚包括电源引脚Vcc、Vss及时钟引脚XTAL1、XTAL2o电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc（40脚）：接+5v电源。Vss（20脚）：接地。时钟引脚（18、19脚）：外接晶体时与片内的反相器构成一个振荡器，它提供单 片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。XTAL1（19脚）：接外不晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器 的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。XTAL2Q8脚）：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输入端。若采用外部振荡器时，该引脚受振荡器的信号，即把信号直接接至内部时钟发生 器的输入端。2）;控制引脚它包括RST、ALE、P SEN、-EA等。此内引脚提供控制信号，有些引RST/VP D（9引脚）：当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将 使单片机复位（RST）。复位后使此引脚电平为WO。5 V的低电平，以保证单片 机正常工作。掉电期间，此引脚可接备用电源（vpd）以保持内部RAM中的数 据不丢失。当Vcc于规定值，而VP D定的电压范围内（5 0。5）时，V P D 就向内部提供电源。3）;输入/输出管脚P 0.00.7（3239脚）p0是个8位漏极开路型双向I/O 口。在访问外部存储器 时，它是分时多路转换的地址和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在EP ROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证 时，要求外接上拉电阻。P o能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL输入。P 1.0-pl.7（1-8脚）pl是个带有内部上拉电阻的8位双向I/O接口。对EP ROM 编程2的证时，它接收低8位地址。P 1能驱动4个LSTTL输入。在8032/8052 中，pl.O还相当于专用功能端T2,即定时器记数触发输入端。P 1.1还相当于专 用功能端T2EX,即定时器T2的外部控制端。P 2.0p2.7（2128脚）p2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口。在访 向外部存储器时，它送出高8位地址。在对EP ROM编程和程序验证期间，它接 受高位地址。P 2可以驱动4个LSTTL输入。P 3.0p3.7（1017脚）p3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口。在 MCS-51中，这8个管脚还用于专门功能，p3能驱动4个LSTTL输入。3.系统扩展系统扩展包括存储器的扩展、输入输出接口芯片的扩展。其中存储器的扩展 包括数据存储器的扩展和程序存储器的扩展。1）；程序存储器的扩展MCS-51系列单片机的程序存储器空间和数据存储器空间是相互独立的。程 序存储器寻址空间为64kb（000H-0FFFFH），其中8051、8751片内有4kbROM 或EP