賈志新,汪文杰
(北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院,北京100083)
雙絲筒多層繞絲線切割機床走絲機構(gòu)的設(shè)計
賈志新,汪文杰
(北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院,北京100083)
針對雙速走絲電火花線切割機床的研究,介紹了幾種可行的雙速走絲方案,詳細(xì)分析了其優(yōu)缺點,重點是雙絲筒走絲機構(gòu)的設(shè)計。并設(shè)計了一種特殊的連桿機構(gòu)來實現(xiàn)加工要求。
電火花線切割加工;連桿機構(gòu);雙絲筒;多層繞絲
電火花線切割加工廣泛應(yīng)用于航空航天、模具制造、精密機械等領(lǐng)域,加工要求不斷提升,因此需要提高現(xiàn)有線切割機床的加工精度和加工表面粗糙度。國內(nèi)學(xué)者一直致力于線切割機床的改進(jìn),但缺乏突破性進(jìn)展,究其根源是走絲系統(tǒng)沒有進(jìn)行根本性改善[1],線切割機床沒有按照金屬加工的一般要求(粗、中、細(xì)加工[2])進(jìn)行加工。為解決上述問題,業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了多次切割機床,而高低雙速走絲機床就是其中的一種類型。雙速走絲機床在加工時先高速走絲對工件進(jìn)行加工,之后再低速走絲進(jìn)行精修,這樣可大大提高加工精度和表面粗糙度。這是因為在進(jìn)行多次切割時,加工區(qū)的切割環(huán)境發(fā)生了根本性變化,工件由封閉式變成半開放式,切削液和其他一些加工參數(shù)能充分發(fā)揮其最佳性能。
1.1 電極絲分段式
高低雙速走絲線切割加工方式是由一個電機帶動絲筒轉(zhuǎn)動,利用程序?qū)㈦姌O絲進(jìn)行自動分段,一部分用于高速走絲,一部分用于低速走絲(圖1)。該方案的改造成本較低,且機床體積也不會增大。但這一結(jié)構(gòu)對控制系統(tǒng)的要求較高,電極絲需按一定的比例進(jìn)行分段,且該比例必須是可調(diào)的。因為加工不同批次的零件,其所需的高速走絲和低速走絲的時間也不一樣,因此需根據(jù)其比例自動控制高速走絲和低速走絲的區(qū)段。除此之外,由于絲筒存儲電極絲的量并沒增加,而電極絲卻用于高低雙速走絲加工,這樣一來,用于高速走絲的電極絲和用于低速走絲的電極絲都會相應(yīng)縮短,導(dǎo)致絲筒換向頻繁,而換向就不可避免地會產(chǎn)生換向條紋,與設(shè)計初衷相悖,這也是該方案的一個不足之處。
圖1 電極絲分段式設(shè)計
1.2 雙走絲系統(tǒng)式
該方案設(shè)有兩套走絲系統(tǒng),一套用于高速往復(fù)走絲,另一套用于低速單向走絲(圖2)。走絲系統(tǒng)在
加工區(qū)重合,在非加工區(qū)獨立進(jìn)行走絲。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計需把高低速走絲重合的部分設(shè)計成雙槽導(dǎo)輪,分別用于鉬絲和銅絲的走絲。雙槽導(dǎo)輪之間的距離是固定的,只要通過程序就可對電極絲的定位進(jìn)行補償。但加工區(qū)的上下導(dǎo)輪同時應(yīng)用于高速和低速走絲,而高速走絲的絲速很快,導(dǎo)致導(dǎo)輪磨損較快,從而影響低速走絲的加工精度,這就需要經(jīng)常更換雙槽導(dǎo)輪,才能保證達(dá)到加工要求,且每次從高速走絲換到低速走絲時需重新進(jìn)行穿絲,費時費力,降低了加工效率。但該方案的優(yōu)點在于兩套走絲系統(tǒng)是分離的,對于控制系統(tǒng)的處理較簡單,提高了機床的可靠性。而且用于低速走絲的銅絲是一次性使用,從而可大幅降低絲速,保證加工精度。
圖2 雙走絲系統(tǒng)式設(shè)計
本文提出了一種全新的設(shè)計方案,利用兩個絲筒通過多層繞絲來完成加工?,F(xiàn)有的線切割加工基本上都是單層繞絲,而本文的多層繞絲是最大的突破點,然而該特點需對機床的走絲機構(gòu)進(jìn)行根本性的改變,其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。可看出,兩個絲筒位于下方,加工時,一個絲筒電機起拖動作用,另一個絲筒電機起制動作用,從而控制電極絲的張力。絲筒只作旋轉(zhuǎn)運動,不作往復(fù)直線運動,這與普通線切割機床不同,可省去導(dǎo)軌機構(gòu)。電極絲從絲筒出來之后,進(jìn)入上方的連桿機構(gòu),其中,絲杠上面的導(dǎo)輪隨著絲杠作往復(fù)直線運動,實現(xiàn)電極絲的排絲,該結(jié)構(gòu)較以往簡潔,還能增加機構(gòu)的靈活性。導(dǎo)輪的往復(fù)直線運動通過一個連桿機構(gòu)來保證電極絲的長度不變。由于是多層繞絲,所以可通過程序控制高速走絲和低速走絲的電極絲層數(shù),使其按照一定比例分配,這樣可騰出足夠的電極絲用于低速走絲,從而實現(xiàn)高低雙速走絲加工。
該方案具有以下特點:
(1)使用雙絲筒結(jié)構(gòu),絲筒沒有了以往的往復(fù)直線運動,從而省去了繁重的直線導(dǎo)軌,電極絲的排絲是通過作往復(fù)直線運動的導(dǎo)輪來實現(xiàn)的。絲筒的貯絲量是普通機床的10倍以上,加工時可減少電極絲損耗,延長電極絲使用壽命。
(2)由于電極絲增長了,所以相應(yīng)的換向時間也增長了,這就使相同時間內(nèi)加工區(qū)的換向條紋大大減少,不僅增加了加工精度,而且還節(jié)省了時間,提高了加工效率。
(3)將絲筒放于下方,絲杠和導(dǎo)輪位于上方,這種布局便于穿絲(圖4)。這是因為實際加工時,操作者都是站在絲筒后方進(jìn)行穿絲的,所以該結(jié)構(gòu)可節(jié)省時間。
圖3 雙絲筒多層繞絲機床設(shè)計
圖4 連桿機構(gòu)的布局
(4)該方案的連桿結(jié)構(gòu)是整個走絲機構(gòu)的核心部分。通過該連桿機構(gòu)可保證電極絲在走絲路徑中的長度保持不變,從而使走絲速度保持不變,進(jìn)而提高加工精度。
本方案在走絲系統(tǒng)中設(shè)計了兩套對稱的連桿機構(gòu)(圖5)。導(dǎo)輪3和導(dǎo)輪4隨著絲杠作往復(fù)直線運動,導(dǎo)輪3和導(dǎo)輪6下面的連桿可繞導(dǎo)輪作旋轉(zhuǎn)運動,且都與套筒5相連,套筒5繞固定轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)運動。圖5和圖6分別是導(dǎo)輪在絲杠上面運動時的兩個極端位置,當(dāng)導(dǎo)輪3和導(dǎo)輪4隨著絲杠向左運動時,導(dǎo)輪1和導(dǎo)輪4之間的電極絲縮短,因為導(dǎo)輪3和導(dǎo)輪6通過連桿機構(gòu)相連,所以導(dǎo)輪1和導(dǎo)輪6之間的距離變長。由于導(dǎo)輪3下面的連桿轉(zhuǎn)軸中心到活塞筒轉(zhuǎn)軸中心的距離為2L,導(dǎo)輪6下面的連桿轉(zhuǎn)軸中心到活塞筒轉(zhuǎn)軸中心距離為L,而導(dǎo)輪6與導(dǎo)輪1之間距離的變化引起導(dǎo)輪6兩邊電極絲長度的變化,再加上前文所述的比例關(guān)系,從而保證了電極絲在走絲路徑中的長度保持不變,實現(xiàn)了電極絲走絲速度的恒定,提高了加工精度。
A Design of Running Wire Mechanism of WEDM Machine with Double Wire Winding Drums and Multilayer Wires
Jia Zhixin,Wang Wenjie
(University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)
This article has a research on running wire mechanism of double-speed WEDM machine.Several kinds of feasible scheme of double-speeds are introduced and their advantages and disadvantages are analysised in detail.The mechanism design of double wire winding drums is focused particularly.A special linkage has been designed to satisfy the processing requirements.
WEDM;linkage;double wire winding drums;multilayer wires
TG661
A
1009-279X(2014)01-0022-02
2013-09-23
賈志新,男,1968年生,教授。