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线切割设计论文
摘要
本设计根据是线切割实际生产应用需要完成的一个袋鼠装配工件的线切割设计,该产品是有六块铁板切割并组装而成。
成型方式是由UG三维软件把六块铁板建模,并通过编写程序通过线切割机器切割而成。
该设计分析了产品的加工工艺,确定了工件加工工艺的参数和和所采用的成型设备。
确定了切割工艺总体方案,分析并解决了线切割加工过程变形问题与处理方法,并进行了一些必要的尺寸计算和强度校核。
该论文还介绍了线切割中走丝的加工原理和特点与结构,并对该工件进行了三维实体造型,二维零件图和装配图,圆满完成线切割设计的所要求的各项工作。
关键词:
袋鼠装配工件,三维建模,线切割加工
线切割设计
刘启东
一引言
数控电火花线切割加工是一项涉及多门学科的综合性技术,是模具制造中的主力装备。
成型塑料制品的模具简称为塑料模具,塑料模具生产的塑料制品在机械电子工业中有着广泛的应用。
在金属加工中,数控电火花线切割始终是塑料模加工的利器。
不论是动模、定模、零配件,还是特殊加工场合,只要编制出正确的数控程式,电火花线切割在塑料要模中发挥着越来越重要的作用。
线切割主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极,各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等,具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点,已在生产中获得广泛的应用,目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60%以上。
根据电极丝的运行速度不同,电火花线切割机床通常分为两类:
一类是高速走丝电火花线切割机床(WEDM-HS),其电极丝作高速往复运动,一般走丝速度为8~10m/s,电极丝可重复使用,加工速度较高,但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿,使加工质量下降,是我国生产和使用的主要机种,也是我国独创的电火花线切割加工模式;另一类是低速走丝电火花线切割机床(WEDM-LS),其电极丝作低速单向运动,一般走丝速度低于0.2m/s,电极丝放电后不再使用,工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好,但加工速度较低,是国外生产和使用的主要机种。
根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同,电火花线切割机床又可分为三种:
一种是靠模仿形控制,其在进行线切割加工前,预先制造出与工件形状相同的靠模,加工时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上,在切割过程中电极丝紧紧地贴着靠模边缘作轨迹移动,从而切割出与靠模形状和精度相同的工件来;另一种是光电跟踪控制,其在进行线切割加工前,先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图,加工时将图样置于机床的光电跟踪台上,跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动,再借助于电气、机械的联动,控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动,从而切割出与图样形状相同的工件来;再一种是数字程序控制,采用先进的数字化自动控制技术,驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工,不需要制作靠模样板也无需绘制放大图,比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围,目前国内外95%以上的电火花线切割机床都已采用数控化。
切割属电加工范畴,是由前苏联人发明的,我国是第一个用于工业生产的国家,当时由复但大学和苏州长风机械厂合作生产的这是最早的机型叫复旦型,我们国内在此基础上发展了快走丝系统(HS).欧美和日本发展了慢走系统(LS)。
二电火花先切割的概述
(一)数控电火花线切割原理
电火花数控线切割加工的过程中主要包含下列三部分内容(如图1所示):
图1电火花线切割加工原理图
(1)电极丝与工件之间的脉冲放电。
(2)电极丝沿其轴向(垂直或Z方向)作走丝运动。
(3)工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动。
(二)数控电为花线切割的特点
数控电火花线切割是数字系统控制下直接利用电能加工工件的一种方法因一些与其他加工方相比有自己独立的特点:
(1)直接利用线状的电极丝作电极,不需要制作专用电极,可节约电极的设计、制造费用。
(2)可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。
对不同的工件只需编制不同的控制程序,对不同形状
工件都很容易实现自动加工,很适合小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工,且加工周期短。
(3)利用电蚀加工原理,电极丝与工件不直接接触,两者之间的作用很小,故而电极丝、夹具不需要太高
强度。
(4)传统的车、铣、钻加工中,刀具硬度必须比工件大,而数控电火花线切割机床
电极丝材料不必比工件材料硬,可节省辅助时间和刀具费用。
(5)直接利用电、热能进行加工,可以方便地对影响加工精度的加工参数(脉冲宽度、间隔、伺服速度等)进行调整,有利于加工精度
提高,便于实现加工过程的自动化控制。
(6)工作液一般采用水基乳化液或纯水,成本低,不会发生火灾。
(7)利用四轴或五轴联动,可加工锥度、上下面异形体或回转体等零件。
(8)由于电极丝比较细,可以方便地加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。
由于切缝很窄,实际金属去除量很少,材料的利用率很高。
对加工、节约贵重金属有重要意义。
(9)采用移动的长电极丝进行加工,使单位长度电极丝的损耗较少,从而对加工精度的影响比较小,特别在慢走丝线切割加工中,电极丝一次性使用,电极丝损耗对加工精度的影响更小。
正是由于电火花线切割加工有许多突出确良特点,因面在国内外发展都很快,在塑料模具加工中已获得了广泛的应用。
三袋鼠的线切割加工
(一)零件图的建模
零件图形的设计工件图形名称:
袋鼠脚模板。
绘图软件的选择:
UG。
零件图形的绘制根据零件的相关尺寸参数和零件图片,运用UG软件,分别绘制出袋鼠的身体模板,手脚模板的三维视图,具体绘制过程如下,首先打开UG主程序,新建一个文件并保存。
单击主菜单:
可视化→光栅图→指定图片→确定。
在加载图片后用样条工具进行把各个部分的零件画出外形形状。
再画出形状后,再点击UG软件的拉伸功能,把脚模型拉伸出来,如图2所示。
图2脚模型
(二)袋鼠工件的装配
打开UG主程序,新建一个文件夹在UG装配工具中选用添加组件→选择部件→确定,加载组件后通过约束来定位组件的位置。
如图在确定了主模板之后,依次添加袋鼠的组件,通过软件中的装配约束来确定零件的相对位置。
在确定了各个零件的相对位置后单击确定依次完成对工件的装配。
装配完成的工件图如图3。
图3袋鼠装配图
(三)线切割编程
(1)轨迹生成:
在绘制好的外齿轮的基础上,单击主菜单:
线切割→轨迹生成,系统弹出【线切割轨迹生成参数表】对话框,并输入相应的切割参数:
垂直切入、加工轨迹自动补偿、圆弧过度、圆弧拟合。
然后单击“偏移量/补偿值”,系统弹出偏移量/补偿值对话框,最后点击“确定”
(2)系统在界面左下角提示拾取轮廓,单击零件上某一点(切入点),这一点可以自己定,但最好定在便于切入的地方,我们现在把这一点定在零件的某一确定点,此时在切入点会出现一对反向的绿色箭头。
(3)选择逆时针箭头方向作为切割方向。
切割方向确定后,在轮廓法线方向上出现一对反向的箭头,要求选择补偿方向,选择外侧轮廓外侧的箭头作为补偿方向,右击鼠标,使穿丝点与回退点重合,完成齿轮加工轨迹的生成。
(4)轨迹仿真:
在生成的轨迹的基础上,单击主菜单线切割→轨迹仿真,系统提示拾取加工轨迹,点击图上绿色的轨迹,界面上就会出现外形加工的过程轨迹代码生成如图4。
图4代码图
(四)材料的选择
(1)工件材料的选择
工件材料的选择有设计人员根据受力、工作环境等各方面的因素,经过综合考虑确定的。
根据本次线切割的设计要求选用的是普通铁板,铁板的长和宽为250mm×220mm,厚度为4mm的铁板如图5。
图5毛坯
(2)机床的选择
根据本次加工零件尺寸精度和表面质量的要求,并考虑到经济和效率的问题,我们选用快走丝线切割机床对零件进行线切割加工。
(3)电极丝的选择
我国快走丝机床常用的电极丝是钼丝,它的价格和质量都较好,所以我们选用直径为0.18mm的钼丝。
(4)工作液的选择
快走丝线切割加工的工作液一般由乳化油与原水配制而成,根据不同的工作条件选用不同牌号的乳化油。
(五)零件的加工装配
(1)零件的模拟切割
生成快走丝机床的加工轨迹轨迹生成是在已经构造好轮廓的基础上,结合线切割加工工艺,把之前在CAXA软件上编程好的线切割程序导入线切割机的主板电脑中,由计算机自动计算出加工轨迹的过程。
在切割之前要进行一次模拟切割,如图6,模拟切割时保证在后面切割过程中不会出现问题,如图6所示。
如图6模拟切割图
(2)开始切割
在确保模拟切割成功完成的时候,我们就可以开始对铁板进去外形的切割了,首先需要开启切屑液按钮,切屑液是保证在切割过程中,丝不会因为发热发生断丝的现象。
所有工作准备就绪时,开始切割,切割过程如图7。
图7线切割加工图
(3)零件表面精加工
在线切割机上完成了对毛培的成形,我们用铁锤把已经成形的工件敲打下来。
在刚切割出来的成形零件的表面粗糙度是不符合我们线切割设计的要求,所以需要用细锉刀进行对工件表面精加工,细锉刀对表面精加工有利于提高工件的表面光泽度,增加表面粗糙度的加工要求。
如图,对成形工件表面的精加工也是工艺过程,是一个增强加工精度重要过程。
(4)装配
毛坯都已经通过电火花线切割机切割成不同的成形零件,表面精度也通过了锉刀的加工符合了设计的要求。
现在就要把已经成形的零件进行装
配,完成后的工件装配图如图8所示。
图8袋鼠工件装配图
四结论
在采用电火花线切割机加工图形复杂,轮廓不规则的小型工件时,按照上述方法和步骤进行线切割加工中工件有效的提高了工件的精度,快速的可以成形。
它所提出的步骤和技巧,经济简便、实用可行,结合了多种软件的使用从而为改善和提高精密线切割加工的质量和效率探索出新的途径。
毕业设计师对所学知识的时间、总结与提高,是初步学习运用已掌握的知识进行独立且全面的设计计算过程。
因此,在设计中遇到了许多以前没有遇到的问题和困难,在老师和同学的大力帮助和自己的不懈努力之下,我逐步解决了所遇到的问题,圆满完成了本次毕业设计任务,从而使自己的知识面得以拓宽,能力得到了提高。
参考文献
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致谢
当我以莘莘学子的身份踏入大学校门的那天起,便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。
提笔写下“谢辞”我才惊觉自己即将真正离开。
尽管不舍,却更珍惜,因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。
他们使我的大学生活充满了色彩,无论收获、遗憾,对我来说都是一笔宝贵的财富。
饮其流时思其源,成吾学时念吾师,在此论文完成之际,谨向我尊敬的导师黄老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
在专科学业的最后阶段,无论是实验研究还是论文撰写,黄老师都将他的知识、经验心得毫无保留的传授给我们,给我们耐心的指导,并给我搭建了良好的学习平台。
特别感谢同组王志良丶戴伟强丶兰锦丶李嘉聘丶苏国添同学们,在和同他们一起合作、学习、生活期间,从学术上和生活上都给予了极大的帮助。
还要感谢同寝室的室友在漫长而艰辛的求学道路上与他们结下了深厚的友谊,这将是我一生最难忘的回忆。
感谢闽北职业技术学院的老师们,与这些老师的近距离接触,也让我深深感动于他们治学的严谨和对学生的赤诚之心。
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