1、011131电火花线切割机床设计 目 录前 言 第一章 绪 论1.1电火花切割机床背景1.2课题目的和意义1.3应解决的问题1.4电火花切割机床的应用和发展趋势第二章 电火花加工技术2.1电火花加工的原理2.2电火花加工的特点2.3电火花加工的应用第三章 课题分析第四章 环保体型HSWEDM型电火花机床介绍4.1机床部分4.2机床本体尺寸第五章 设计相关说明5.1床身结构及材料的选择5.2立柱及其材料的选择第六章 机床的设计6.1床身结构的设计6.2立柱的设计6.3装配图第七章 设计总结及展望 7.1工作总结 7.2技术展望参考文献致谢摘要 环保-体型HSWEDM机床是在传统机床的基础上进行的
2、改造，围绕环保美观使用方便，把机床的基本结构框架进行了改进，工作循环液箱体放到了床身底座里面，同时丝筒线架放到了立柱的前上方。在布局上更加好看，并且使得污水循环不暴露在外面，从而更加环保。由于现在电火花加工这一新技术的快速发展，同时对这种加工液的循环过滤使用提出了更高的要求。使得我们研究人员在环保循环等领域不断的研究创新，这款机床就是能够具体体现这点的设计。一体型HSWEDM机床，保证装夹区与上丝区同工位的线切割机床。同时，它的设计还在不断的进行更新，希望不久的将来它能得到认可并投入生产使用。关键词：HSWEDM；工作循环液；装夹区；上丝区； Abstract The environmenta
3、l - Body HSWEDM of the machine is on the basis of traditional machine tools transformation around the green and beautiful and easy to use, the basic framework of the machine has been improved, the the work circulating fluid box on the inside of the bed base, wire tube line stand-of before the top of
4、 the column. More attractive layout and recycled waste water is not exposed to the outside, and thus more environmentally friendly. Due to the EDM the rapid development of this new technology, the loop filter processing solution put forward higher requirements. Allows us to researchers in the field
5、of environmental protection cycle continuous research and innovation, this machine is a concrete manifestation of this design.A Body HSWEDM machine to ensure that the clamping area and wire area with station WEDM. The same time, its design continues to be updated, I hope that in the near future, it
6、can be recognized and put into production use.Keywords:HSWEDM;Working circulating fluid;Clamping area;On the wire area;第一章 绪 论1.1 电火花切割机床背景 电火花线切割加工 (Wire cut Electric Discharge Machining,简称WEDM)是在电火花加工基础上于 2 0世纪 5 0年代末最早在苏联发展起来的一种新工艺 ,其基本原理是利用线状电极 (铜丝或钼丝 )作电极 ,对工件进行脉冲火花放电 ,产生微电腐蚀进行切割 ,简称线切割。电火花线切割机
7、属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。1.2课题目的和意义 将传统的电火花线切割机床进行改进并从新设计，使其能够达到保护环境节约能源的效果。电火花加工是特种加工中的重要组成部分 ，是传统切削加工的重要补充和扩延 。广泛应用于模具制造 ，复杂零件加工和超硬材料加工等领域 。它具有加工精度高 ，噪音小 ，易于实现数控操作的特点 。因此 ，在机械制造领域得到越来越广泛的应用 。但是就环境保护以及污水处
8、理还是一个未能完美解决的问题，所以设计一个更加环保节能的机床很是重要，新型机床依旧是我们奋斗的目标。1.3应解决的问题 随着机械制造技术的发展，人类的进步，人们需求的提高，不仅在技术上要求更高，同样的在环境保护以及节能处理方面也是有了很高的要求。所以设计一款使用高精度的并且环保节能的机床已是发展的需求。1.4电火花切割机床的应用和发展趋势 目前低速走丝电火花线切割机床和电火花成形机床的进口量很大，特别是数控电火花加工机床，中国机床市场占有率较低。对比国内外产品，中国设备与国外先进设备之间确实存在较大差距。根据中国模具工业发展情况和国内外主要电加工机床生产企业状况，展望未来，首要将发展重点放在中
9、低档普及型数控电加工机床上。这一方面是因为大量的个体经营及股份制模具生产企业正大量需要，另一方面，这是中国电加工机床生产企业力所能及并占有一定优势。为了保证机床的稳定可靠，一些关键部件和元器件可采用高质量的国外产品。 模具技术的发展使型面更加复杂，微细型腔更多，而且随着对模具寿命要求的不断提高，模具材料随之更硬。对此，电火花加工机床有其独特的优越性。 随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外
10、，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。 随着环保要求的提高和绿色制造战略的提出，绿色电火花加工的概念已被提上议事日程，并且已被提到电火花加工的可持续战略的高度。绿色电火花加工主要包括高效节能脉冲电源、提高脉冲电源的电磁兼容性和“三废”处理及防火防爆等内容。展望未来，中国在绿色电火花加工方面必须有突破，才能使电火花加工机床获得可持续发展并适应加入WTO后的新形势。 综上所述，电火花加工机床不但在过去和现在在模具工业中的应用十分广泛，而且今后也必将发挥其重要作用。 环保的机床才是时代发展的主流，所以一台环保
11、的机床才能赢得市场，才能顺应时代发展的潮流。第二章 电火花加工技术2.1电火花加工的原理 自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使
12、之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。2.2电火花加工的特点1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。 3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。2.3电火花加工的应用 目前，模具工业的迅速发展，推动了模具制造技术的进步。电火花加工作为模具制造技术的一个重要分支，被赋予越
13、来越高的加工要求。同时在数控加工技术发展新形势的影响下，促使电火花加工技术朝着更深层次、更高水平的数控化方向快速发展。虽然模具高速加工技术的迅猛发展使电加工面临着严峻的挑战，目前放电加工技术部分工序已被高速加工中心代替，但电火花加工仍旧有广阔的前景。如在模具的复杂、精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角、冒孔、深度切削等加工领域仍被广泛应用。同时这项技术一直被改进和提升，使放电加工技术在模具工业中经久不衰。先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对数控电火花加工技术提出了更高要求，同时也为其提供了新的发展动力。 在模具工业技术快速发展的新形势下，数控电火花加工技术已取得了突破性的进展，其不仅在过去及
14、和现在的模具制造中被广泛应用，相信在今后的模具加工中其也必将发挥重要作用。第三章 课题分析 根据实地考察，资料查阅，依据使用最方便，制造最简单，实现功能更完美，生产成本最低，环境保护型的原则确定设计方案。掌握传统高速往复走丝线切割机床的整机机械结构，熟悉人机工程学的设计理念。针对传统线切割机床装夹区与上丝区分处两个工位的问题，设计一款一体型HSWEDM机床，保证装夹区与上丝区同工位的线切割机床。在确定总体结构的基础上，设计床身铸铁结构、立柱结构以及工作液防飞溅装置结构，并根据实际工况对典型零件进行强度或刚度的校核。熟练使用工程绘图软件，例如Auto CAD、UG、Pro/E等，对设计出的零件建
15、立三维模型，并学会在三维环境中装配这些零件，另外就是要能够熟练地绘制每个零件的二维工程图纸；熟练地查阅机械设计手册，在设计中鼓励多用标准件，并且设计出的所有零件都要符合常规机械加工工艺，知道每个零件的材料、热处理方法、加工工艺、部件的装配工艺等。新型HSWED机床基本视图如下：图3.1 机床图第四章 环保体型HSWEDM型电火花机床介绍 电火花成型加工是用成型电极进行仿形加工的方法 。它可以加工各种冲模 、 拉丝模 、 伸模 、 锻模 、 压铸模 、塑料模 、 玻璃模和挤压模上的型孔型腔 ，以及各种零件上的小孔 、深孔 、异形孔 、曲线孔等 。 本设计是电火花加工中的工作液的防飞溅以及处理环保
16、环节。是电火花加工的重要环节 ，直接影响加工的稳定性和工件的加工质量 。环保体型HSWED电火花成型机床主要由床身 、立柱 、主轴 、工作台面 、工作液循环系统 、加工液冷却装置 、控制系统等部分组成 。4.1机床部分1) 机床工作台的行程：450550mm ，工作台面尺寸：830580mm；2) 最大切割重量：1200kg；3) 八方切割精度：0.015mm(直体)4) 最大加工厚度：250mm。4.2机床本体尺寸（长宽高） 150016001800 第五章 设计相关说明5.1床身结构 床身为机床的支撑体，是安装其他部件的基础，通常采用箱式结构。床身内部放置机床电器。5.1.1机床床身分析退
17、火种类：常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。5.1.2 床身的特点：（1） 耐磨性与消震性好。由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样，由于石墨的存在，灰口铸铁的消震性优于钢。（2） 工艺性能好。由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外，由于石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。5.1.3 硬度和抗拉强度之间的关系：灰铸铁
18、的硬度和抗拉强度之间，存在一定的对应关系，其经验关系式为：1、当O196N/mm时HB=RH(飞00+0 4380b) (B1)2、当0796N/mm时HB=RH (44+O 7240b) (B2)式中相对硬度(RH)值主要由原材料、熔化工艺、处理工艺及铸件的冷却速度所确定。牌号：HT200标准：GB/T 9439-2010指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。 一般机床床身，机体，中等压力(小于7840KPa）5.2立柱概述 机床立柱是机床重要的结构件之一，起着机床上下运动及支撑作用
19、。材质 机床立柱材质常见的为HT250,这种材质强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理。除此之外经常用到的还有HT200 HT300 或球墨铸铁，根据不同工作要求而定加工要求，机床立柱加工要求主要体现在其导轨面的精度及硬度，检验标准与机床床身导轨面相当，一般不超过3道，导轨硬度根据材质不同，淬火完成后分别为HT250-HRC4650 HT300-HRC4852 ，淬火深度2.5-3mm。立柱采用灰铸铁利用树脂砂型铸造而成，均经过完全退火处理，消除残留内应力。具有抗振性好、接近零件形状和尺寸、成本低廉、工艺灵活性强等特点。 灰铸铁件的特点： 耐磨性与消震好。由于
20、铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样，由于石墨的存在，灰口铸铁的消震性优于钢。 工艺性能好。由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件，另外，由于石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。机床立柱的作用对于主轴来讲，正确的安装立柱对于加工中心加工出合格的零件有着不能忽视的作用，而立柱的安装主要反映在其与工作台的垂直度上。加工要求机床立柱加工要求主要体现在其导轨面的精度及硬度，检验标准与机床床身导轨面相当，一般不超过3道，导轨硬度根据材质不同，淬火完成后分别为HT250-HRC4650 HT300-H
21、RC4852 ，淬火深度2.5-3mm。第六章 机床的设计 6.1 床身结构的设计 机床床身为箱体结构，是安装工作台部件，线架部件及贮丝筒部件的的基础零件，它既承受其他零部件的重量及工作载荷，又起保护各零部件相对位置的基准作用。要具有较高的刚性，以保证机床静态及动态各项精度。机床内腔要安装机床电气，床身表面安装接口插座及控制面板。（1） 床身结构设计必须保证其自身刚度及稳定性要求，同时考虑结构工艺性，材料选择以及节省材料，降低成本等问题。(2) 保证自身刚度的措施有： A 合理选择截面形状及尺寸。床身主要承受压应力及弯矩作用，所以床身截面封闭的空心矩形截面，这种截面结构自身刚度比实心截面大，且抗弯刚度最大。 B 合理布置筋板及加强筋。(3) 良好的结构工艺性。合理选择材料。本设计中选用铸铁HT200，其价格便宜，工艺性能好，容易获得结构复杂的零件，阻尼大，动态刚性好，有良好的抗震性。床身结构如图6-1所示。图6-1 床身
