新型立式回转电火花线切割技术地研究.pdfVIP

新型立式回转电火花线切割技术的研究 滕向阳 姜 坤 贾志新 陈 泽 北京科技大学机械工程学院 北京 100083 摘要：提出了立式回转电火花线切割机床的一种新的结构形式，丰富了回转电火花线切割理论。通过对其机构原 理的分析阐述了一种能实现电极丝旋转、排丝、换向和恒张力控制的结构，并说明了这种装置的特点和优越性。 关键词：回转电极丝 电火花线切割机 绕丝 排丝 谐波传动 中图分类号：TG661 0 前言 自1943 年苏联生产出第一台电火花线切割机床至今已有 60 多年。在此期间无论国内还是国外电火花 线切割加工都经历了巨大的变化，从最初的靠模电火花线切割机床，到光电控制电火花线切割机床，到数 控电火花线切割机床以及一系列加工技术、工艺方法的改进，使得电火花线切割加工已经成为目前应用最 为广泛的特种加工方法，并愈来愈引起人们的关注和重视。电火花线切割加工技术自诞生以来逐步成为一 种高精度和高自动化的加工方法，它主要应用于常规加工方法无法加工的领域。由于线切割加工是金属丝 作为电极，属非接触加工，与被加工材料的硬度无关，且无切削力。易于加工复杂、精密和高硬度的工件， 特别是薄壁、窄缝工件，被广泛应用于模具、成型刀具、难加工材料及精密复杂零件的加工制造[1] 。 电火花线切割加工根据走丝速度的不同，通常分为二类：一类是高速走丝，这类机床的电极丝通常采 用钼丝，钼丝以 6~12m/s 的走丝速度作高速往复运动；另一类是低速走丝机床，这类机床的电极丝采用铜 丝，铜丝作低速单向运动，一般走丝速度低于 0.2m/s[2] 。发展方向上，高速电火花线切割机床和卧式自旋 式电火花线切割机床由于受到电极丝损耗、机械部分的结构与精度、进给系统的开环控制、加工中工作液 导电率的变化、加工环境的温度变化及本身加工的特点等因素影响，机床的加工效率、加工精度及加工表 面质量有限[3] 。以目前机床的现状，要与低速走丝线切割机在加工精度方面进行竞争，困难是相当大的， 而且研究开发的代价也会很高，机床的制造成本将大幅度提高，从现实和市场的角度来考虑是不太适宜的。 因此，提出并研究开发立式回转电火花线切割机具有重大的现实意义。 本文提出了一种立式回转电火花线切割的新型传动结构，丰富了机床的设计思路。立式回转电火花线 切割机床由于采用丝的旋转、较慢的走丝速度和立式结构，使其具有众多优点[4] 。本文将着重讨论立式回 转电火花线切割关键技术的研究与设计，即：回转头的旋转、绕丝、排丝等关键技术的实现和运动机理。 1 机床结构与运动机理 机床的收丝端和放丝端是两个结构完全相同的回转头(如图 1)，采用立式安装的方式，两回转头相对而 装。电极丝在随支撑筒旋转的同时会向上或向下走丝，一端收丝另一端就放丝。 1.1 电极丝旋转及绕丝的原理 如图 1 所示，支撑筒由中间支撑套 14 和上托板 9 和下托板 16 组成。电机通过同步带轮 15 带动支撑筒 高速旋转，同时导轮 2 固定在支撑筒上带着电极丝作高速旋转运动。要实现绕丝必须使导轮组 2 和丝盘 3 产生恒定的转速差。由于同步带轮 12 与谐波传动器 7 的外壳固定，谐波传动器 7 与丝盘 3 通过花键连接， 所以丝盘 3 的转速即同步带轮 12 的转速。这样支撑筒和丝盘 3 分别与两个电机连接，通过控制电机转速使 二者保持恒定的转速差，这个转速差就是低速绕丝的速度。因此，只须对电机进行调速，就可以使电极丝 1 获得不同的转速和走丝速度。 1.2 排丝结构及原理 加工过程中排丝结构用到了谐波传动的差动传动方案，此方案的最大优点是利用谐波传动器的大传动 比优势，将调节排丝距的相对转速复杂的数控控制转换为大范围的简单控制。谐波传动器是利用机械波控 制柔性齿轮的弹性变形来实现传递运动和力的一种新型传动装置。谐波齿轮传动具有以下优点：结构简单、 零件少；体积小、重量轻；传动比大、范围广，且在传动比很大的情况下，仍具有较高的效率；由于同时 啮合的齿数多(可达 30 %～50 %)，齿面相对滑动速度低，使其承载能力高、传动平稳、运动精度高，可实 现零侧隙传动[5] 。 1. 电极丝 2. 导轮组 3. 丝盘 4. 螺母 5. 双向丝杠 6. 直线导轨 7. 谐波传动器 8. 无间