雙絲筒多層繞絲線切割機(jī)床走絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

賈志新，汪文杰

（北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京100083）

雙絲筒多層繞絲線切割機(jī)床走絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

賈志新，汪文杰

（北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京100083）

針對(duì)雙速走絲電火花線切割機(jī)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(diǎn)，重點(diǎn)是雙絲筒走絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。并設(shè)計(jì)了一種特殊的連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工要求。

電火花線切割加工；連桿機(jī)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(jī)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(jī)床的加工精度和加工表面粗糙度。國(guó)內(nèi)學(xué)者一直致力于線切割機(jī)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(méi)有進(jìn)行根本性改善[1]，線切割機(jī)床沒(méi)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(wèn)題，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了多次切割機(jī)床，而高低雙速走絲機(jī)床就是其中的一種類(lèi)型。雙速走絲機(jī)床在加工時(shí)先高速走絲對(duì)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?yàn)樵谶M(jìn)行多次切割時(shí)，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(kāi)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 現(xiàn)有雙速走絲方案簡(jiǎn)介

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(gè)電機(jī)帶動(dòng)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)，利用程序?qū)㈦姌O絲進(jìn)行自動(dòng)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(jī)床體積也不會(huì)增大。但這一結(jié)構(gòu)對(duì)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?yàn)榧庸げ煌蔚牧慵?，其所需的高速走絲和低速走絲的時(shí)間也不一樣，因此需根據(jù)其比例自動(dòng)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(chǔ)電極絲的量并沒(méi)增加，而電極絲卻用于高低雙速走絲加工，這樣一來(lái)，用于高速走絲的電極絲和用于低速走絲的電極絲都會(huì)相應(yīng)縮短，導(dǎo)致絲筒換向頻繁，而換向就不可避免地會(huì)產(chǎn)生換向條紋，與設(shè)計(jì)初衷相悖，這也是該方案的一個(gè)不足之處。

圖1 電極絲分段式設(shè)計(jì)

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(dú)立進(jìn)行走絲。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需把高低速走絲重合的部分設(shè)計(jì)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(guò)程序就可對(duì)電極絲的定位進(jìn)行補(bǔ)償。但加工區(qū)的上下導(dǎo)輪同時(shí)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(shí)需重新進(jìn)行穿絲，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，降低了加工效率。但該方案的優(yōu)點(diǎn)在于兩套走絲系統(tǒng)是分離的，對(duì)于控制系統(tǒng)的處理較簡(jiǎn)單，提高了機(jī)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(jì)

2 設(shè)計(jì)方案及特點(diǎn)

本文提出了一種全新的設(shè)計(jì)方案，利用兩個(gè)絲筒通過(guò)多層繞絲來(lái)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(diǎn)，然而該特點(diǎn)需對(duì)機(jī)床的走絲機(jī)構(gòu)進(jìn)行根本性的改變，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3?？煽闯觯瑑蓚€(gè)絲筒位于下方，加工時(shí)，一個(gè)絲筒電機(jī)起拖動(dòng)作用，另一個(gè)絲筒電機(jī)起制動(dòng)作用，從而控制電極絲的張力。絲筒只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這與普通線切割機(jī)床不同，可省去導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)。電極絲從絲筒出來(lái)之后，進(jìn)入上方的連桿機(jī)構(gòu)，其中，絲杠上面的導(dǎo)輪隨著絲杠作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電極絲的排絲，該結(jié)構(gòu)較以往簡(jiǎn)潔，還能增加機(jī)構(gòu)的靈活性。導(dǎo)輪的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)來(lái)保證電極絲的長(zhǎng)度不變。由于是多層繞絲，所以可通過(guò)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(shí)現(xiàn)高低雙速走絲加工。

該方案具有以下特點(diǎn)：

（1）使用雙絲筒結(jié)構(gòu)，絲筒沒(méi)有了以往的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而省去了繁重的直線導(dǎo)軌，電極絲的排絲是通過(guò)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的。絲筒的貯絲量是普通機(jī)床的10倍以上，加工時(shí)可減少電極絲損耗，延長(zhǎng)電極絲使用壽命。

（2）由于電極絲增長(zhǎng)了，所以相應(yīng)的換向時(shí)間也增長(zhǎng)了，這就使相同時(shí)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(shí)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?yàn)閷?shí)際加工時(shí)，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(shí)間。

圖3 雙絲筒多層繞絲機(jī)床設(shè)計(jì)

圖4 連桿機(jī)構(gòu)的布局

（4）該方案的連桿結(jié)構(gòu)是整個(gè)走絲機(jī)構(gòu)的核心部分。通過(guò)該連桿機(jī)構(gòu)可保證電極絲在走絲路徑中的長(zhǎng)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。

3 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理

本方案在走絲系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩套對(duì)稱的連桿機(jī)構(gòu)（圖5）。導(dǎo)輪3和導(dǎo)輪4隨著絲杠作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)輪3和導(dǎo)輪6下面的連桿可繞導(dǎo)輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且都與套筒5相連，套筒5繞固定轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖5和圖6分別是導(dǎo)輪在絲杠上面運(yùn)動(dòng)時(shí)的兩個(gè)極端位置，當(dāng)導(dǎo)輪3和導(dǎo)輪4隨著絲杠向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)輪1和導(dǎo)輪4之間的電極絲縮短，因?yàn)閷?dǎo)輪3和導(dǎo)輪6通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)相連，所以導(dǎo)輪1和導(dǎo)輪6之間的距離變長(zhǎng)。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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)度保持不變，實(shí)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。