线切割机工作台的改进与设计

毕业设计（论文）

2007届 机械设计制造及其自动化专业

课程题目: 线切割机工作台的改进与设计 学生姓名: ******* 指导教员:

蚌埠坦克学院

2010年11月10日

坦克学院机械教研室毕业论文(设计)

线切割机工作台的改进与设计

论 文 摘 要

在我国工业技术飞速发展的新形势下，急需大力发模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关健技术。目前在电机、仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的推动作用。以增加电火花线切割机的切割范围、切割工艺为出发点，本设计是对电火花线切割机工作台的改进，使其工作台能在X轴线上偏移0——15度，从而提高切割范围。

关键词：线切割 工作台 蜗轮 蜗杆 导轨

Abstract

In under our country industrial technology rapid development new situation, the urgent need sends the mold processing technology vigorously, but the numerical control electric spark cutting technology, is precisely in the mold processing craft domain one kind of pass healthy technology.At present in profession new product in and so on the electrical machinery, measuring appliance development performance histories, often uses the numerical control electrical fire colored thread cutting method to cut the components directly, reduced greatly the development cycle, and reduced the cost.Therefore the electrical discharge machine research and the improvement, is our country domestic market need, also can for our country's industry development certain impetus function.Take increases the electrical fire colored thread cutter the cutting scope, the cutting craft as the starting point, this design is to the electrical fire colored thread cutter work table improvement, enables its work table to displace 0--15 degree on X spool thread, thus

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enhancement cutting scope, enlarge technology capability.

Key Words: line cutterbar work platform worm gear worm shaff

guedes

目 录

论文摘要?????????????????????????Ⅰ 关键字??????????????????????????Ⅰ ABSTRACT?????????????????????????Ⅰ KEY WORDS????????????????????????Ⅱ 第1章 绪论 ???????????????????????1

1.1 课题来源与意义??????????????????1 1.2 设计要求和设计内容????????????????1 第2章 基础知识?????????????????????2

2.1 线切割机简介??????????????????2 2.1.1 国外线切割机的发展?????????????2 2.1.2 国内线切割机的发展?????????????2 2.2 高速走丝线切割机????????????????3 2.2.1 高速走丝线切割加工技术的现状????????3 2.2.2 高速走丝线切割加工技术的发展趋势??????4 2.3 电火花线切割机?????????????????7 2.3.1 电火花线切割和成型机区别??????????7 2.3.2 电火花线切割机床组成????????????7 2.3.3 线切割加工的应用??????????????7 2.3.4 线切割放电加工基本原理???????????8 2.3.5 电火花加工的物理原理如下??????????8 2.3.6 结论和展望?????????????????8

第3章 各机构的设计???????????????????9

3.1 导轨的设计??????????????????9

3.1.1 初步确定导轨方案????????????9 3.1.2 结构和长度的确定????????????10 3.1.3 配合度及工差的确定???????????12 3.2 齿轮的设计??????????????????12

3.2.1 优缺点及分类，齿轮的选择????????12 3.2.2 此渐开线标准直齿圆柱齿轮机构的设计???13 3.2.3 标准齿轮的几何尺寸???????????15 3.2.4 齿轮的精度选择?????????????15 3.2.5 齿轮材料的选择?????????????15 3.2.6 齿轮传动的润滑设计???????????17 3.2.7 渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动设计?????17

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3.2.8 齿轮机构啮合传动的几何尺寸???????22 3.2.9 齿轮传动的失效形式???????????23 3.3 蜗轮、蜗杆的设计???????????????25

3.3.1 蜗杆传动的特点?????????????25 3.3.2 蜗轮蜗杆的结构确定???????????26 3.3.3 蜗轮蜗杆几何尺寸的确定?????????26 3.3.4 蜗杆传动的受力分析???????????28 3.3.5 蜗轮蜗杆各参数的确定??????????30 3.3.6 蜗轮传动的润滑及热平衡计算???????31 3.3.7 蜗轮轴和轴承的选择与设计????????32 3.4 丝杆、螺母的设计???????????????37

第4章 工作台注意事项??????????????????39 4.1注意事项????????????????????39 4.1工业安全????????????????????40 结论???????????????????????????44 致谢???????????????????????????45 参考文献?????????????????????????46 附录1??????????????????????????47 附录2??????????????????????????48 附录3??????????????????????????49

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第1章 绪论

1.1 课题来源与意义

近年来，随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需大力发模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关健技术。目前在电机、仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。在重多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花线切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的推动作用。以增加电火花线切割机的切割范围、切割工艺为出发点，本课题是针对电火花线切割机DK7745工作台的改进，使其工作台能在X轴线上偏移0——15度，以增加走丝对工件的切削范围，从而提高机床的切肖范围。使电火花线切割机更有效的服务于生产领域，更好的为我国工业产品的生产服务。

1.2 设计要求和设计内容

独立完成课题设计，多动手，参考相关书籍与资料，认真完成。

通过对线切割机的认知，对现在不足的工艺提出自己的改进方法，对电火花切割机，高速走私切割机，主要耗损部件进行改进，如提高工作台的精确性；蜗轮、蜗杆、齿轮等传动装置的配合性等进行研究改进。

结合实际，了解在工作台的注意事项以及生产时的安全。

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第2章 基 础 知 识

本章介绍线切割加工机发展史，中国的线切割机床，高速走丝线切割加工技术的现状.

2.1 线切割机简介 2.1.1 世界线切割机的发展

20世纪中期, 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, 线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。当时使用之加工液用矿物质性油(灯油)。绝缘性高，极间距离小，加工速度低于现在械械，实用性受限。

将之NC化，在脱离子水(接近蒸馏水)中加工的机种首先由瑞士放电加工机械制造厂在1969年巴黎工作母机展览会中展出，改进加工速度，确立无人运转状况的安全性。但NC纸带的制成却很费事，若不用大型计算机自动程序设计，对使用者是很大的负担。在廉价的自动程序设计装置(Automatic Programed Tools APT)出现前，普及甚缓。日本制造厂开发用小型计算机自动程序设计的线切割放电加工机廉价，加速普及。线切割放电加工的加工形状为二次元轮廓。自动程序装置广用简易形APT(APT语言比正式机型容易)，简易形APT的出现为线切割放电机发展的重要因素。

2.1.2 国内线切割机的发展

线切割机床起源于20世纪70年代初，在实行市场经济以前线切割机床的发 展比较缓慢，主要是因为当时中国的电子工业比较落后，线切割机床的生产厂均为国有企业。

虽然技术能力强，但是由于与市场脱节，加之计划经济的束缚生产出的线切割机床不仅故障率高，而且性能也很有限（只能切割50mm厚，效率为30mm²/min左右）但是无论如何这种线切割机床是中国特有的一种机床，

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它同国外的线切割机床相比虽然精度低一些，但是它的制造及使用成本是有绝对优势的，对于那些发展中国家是非常适合的，正是由于这种潜在市场的需求。

在中国实行市场经济以后，全国涌现出了很多的线切割机床生产厂，于是线切割市场上出现了无序竞争，无序竞争演变成价格竞争，为了降低成本，一些技术实力差的企业降低生产标准，加之国家有关技术监督机构管理不得力，使市场上的不同厂家的线切割机床质量出现巨大差异，同是线切割机床有的可以使用10年精度不衰减，有的只能使用二年，同一规格的线切割机床价格可以相差10万人民币，这确实给用户的选型造成很大困难（特别是国外用户），稍有不甚就会上当，那幺这些不合格的线切割机床为什幺还能在市场上出现？

造业对线切割应用的普及，现在的线切割机床的应用已不仅仅局限在模具制造，有大部分机械零件的粗加工也在用线切割机床，所以低档次的线切割机床也有一定市场。另一个原因就是GB7926—87线切割机床精度标准中明确规定：在达到本标准之前首先要达到JB2670—82《金属切削机床精度检验通则》，而一些不具能力的生产厂钻国家标准的空子，他们无视JB2670—80国家标准，在生产过程中降低加工精度选用劣质材料，于是就出现了如前所述的1—2年以后精度完全丧失。

从社会环境来看，中国实行市场经济的时间不长，一些小型的线切割机床生产厂还处在原始资本的积累阶段，这些厂家往往不具备整机制造能力，只能是组装式生产，生产全过程的质量控制根本谈不上，研发、创新就更不可能，这类制造商在中国的东部地区非常之多，再加上目前中国与市场经济相配套的法律还不成熟，以及因利益驱使的地方政府保护，所以这些不具生产能力的企业还会继续生存，从目前的现状看国家对此的态度是通过市场的竞争而自然淘汰。

2.2 高速走丝切割机

2.2.1 高速走丝线切割加工技术的现状

有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自60年代末研制成功以来，经过30年的不断完善和发展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。目前，高速走丝线切割机的切割速度已由过去的20～40mm2/min普遍提高到100mm2/min以上，有的可达到260mm2/min，机床的加工精度为±0.01mm，工件的表面粗糙度为Ra1.25～2.5μm,因而可满足一般模具加工和其他复杂零件制造的要求。

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随着科学技术的发展，对各类产品的制造要求越来越高，对线切割加工技术也提出了更高的要求。国外(欧美、日本等)研究发展的数控低速走丝电火花线切割机为适应对制造加工技术的要求，采用闭环数字交(直)流伺服控制系统，确保优良的动态性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以内。同时机床具有数字自适应控制电源、自动穿丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术，此外对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。由于使用了新技术并注重计算机软件技术的更新和发展，低速走丝线切割机的工艺指标已达到了相当高的水平。即使对形状复杂零件的加工，最高切割速度也可超过300mm2/min；尺寸精度可达到±2～5μm；表面粗糙度可达到Ra0.1～0.2μm(多次切割)。机床的自动化程度高，加工稳定性好，已向无人化加工发展。

由于高、低速走丝线切割加工采用不同的技术方案，无论是机床的结构，还是运丝系统或是加工条件都有很大的差异。简单地对比机床的加工性能未 必十分恰当，但排除价格因素，与低速走丝线切割加工技术水平相比，高速走丝线切割加工的精度、功能、工艺指标、自动化程度等方面还有明显的差距。随着科技的发展，对制造技术的要求越来越高，高速走丝线切割机面临相当严峻的形势，应加快发展机床新技术，运用新工艺，奋力赶上。本文针对高速走丝线切割加工技术的发展趋势，结合当前数控技术的发展，进行了探讨。

2.2.2 高速走丝线切割加工技术的发展趋势

高速走丝线切割机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(如运丝速度快、振源比较多、导轮磨损大)等因素影响，机床的加工精度有限。以目前机床的现状，要在较短的时间内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都是不太适宜的。因此，高速走丝线切割机的发展策略是扬长避短，以发展中低档机床为主，使机床向适当加工精度、良好的加工稳定性和容易操作的方向发展，来满足不断发展的生产需要。目前市场上高速走丝线切割机最大的优势在于拥有良好的性能价格比，机床的进一步发展必须以此为基本出发点，不能过分强调机床加工精度，而忽视机床性能价格比的因素。如违背这一原则，机床制造商和用户都难以接受。为在较短的时间内，使高速走丝线切割机的加工性能有较大的提高，在今后的发展中应优先注意以下方面的研究。

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一、基于 PC的数控系统的开发

数控系统是数控机床的核心部分 ,其控制性能不仅直接影响机床加工的质量和稳定性 ,而且也是扩大机床加工范围、实现复杂加工的重要手段。目前 ,各国都非常重视数控技术的研究 ,将其作为实现制造技术突破性发展的一个重点。数控系统技术当前发展的一个重要趋势是开放式数控系统。其含义是 :数控系统的开发者在一个统一的体系结构下开发自己的产品 ,该体系结构是一个广泛认可且透明的规范。这种结构对电加工机床数控系统的重要性已非常明确了。

高速走丝线切割机要进一步发展,必须摆脱单板机作为数控系统,采用新的数控系统。根据目前国际上数控系统发展趋势及PC 的发展情况,应开发和使用基于PC 的数控系统。众所周知,PC 本身是插卡式结构,是标准的开放式体系结构的系统。如高速走丝线切割机开发基于PC 的数控系统,那将是国产高速走丝线切割机数控系统向开放式数控系统发展的一个有效方法。当前,PC 的价格持续下降,而性能和稳定性不断增强,使用PC 不仅为高速走丝线切割机数控系统提供了优越的硬件平台,而且能保持机床性能价格比的优势。

目前国内已有基于PC 的高速走丝线切割机数控系统,但其主要功能是加工轨迹编程,机床加工控制功能还很不完善,没有充分利用PC 的资源。今后,可在以下几个方面开展工作:

(1) 传统的伺服进给控制系统多采用分立元件组成逻辑电路,对放电状态的检测一般采用平均电压法,这种方法的缺点是对放电间隙状态的检测不够准确,对放电开路状态较敏感,而对正常放电和短路放电状态响应较慢,难以进行准确的进给跟踪,因此加工的稳定性差。解决放电间隙的检测必须对放电状态进行分类统计,并建立控制模型,可采用单独的芯片实现对放电间隙的检测,控制模型以软件的形式存在于PC 中,芯片与PC 以RS 232 接口或主板插卡的方式连接。

(2) 传统的脉冲电源多为等频的矩形和分组脉冲信号,放电信号不随放电加工中的间隙状态而自适应变化,加工效果差,因此研制数字自适应脉冲电源的意义重大,该电源可直接与PC 相连接,获得放电间隙状态的信息,并根据一定的算法进行自适应控制。

(3) 加工参数的优化选取对高速走丝线切割加工也非常重要。长久以来,高速走丝线切割的工艺数据库和加工参数优选功能为国内机床制造商所忽略,高速走丝线切割的工艺参数优化及自动选取软件将是新一代高速走丝线切割机必备的,同时基于PC 的数控制系统可十分容易地将此软件模块进行集成。

(4) 目前的高速走丝线切割机几乎没有教育培训功能,因此机床的操作培训难,机床的的使用性能依赖操作人员的水平,已是众所皆知的问题,而基于PC 的

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数控系统将充分利用目前PC 日益成熟的多媒体技术,将为这一功能的实现提供良好的软、硬件基础。

充分利用PC 的资源来开发高性能的数控系统,将是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。

二、人工智能(AI) 技术的运用

智能化数控系统也是当前数控技术发展的另一个重要趋势。由于在机床加工控制系统中使用了智能控制技术,机床自动如有经验的操作者一样使加工过程持续、稳定、优化地进行。人工智能技术也成功地运用到加工参数的设定、加工程序的生成、工件位置的测定及加工结果的测量等整个机床操作过程,大大地提高了机床的加工性能和自动化程度,降低了对操作者的要求,使非熟练操作者也能取得熟练操作者的加工效果。且人工智能技术多以计算机软件的形式存于主控系统,因此研究开发的成本低,而且功能易于扩展、使用灵活、更新的速度快,在当前提高数控机床的自动化、可操作性和增强机床的功能中所起的作用越来越大。

高速走丝线切割加工由于运丝速度快、开环控制等加工特点,故放电加工过程具有复杂的随机性,传统理论对其研究进展缓慢,加工机理至今还不十分明了。人工智能技术的兴起,为高速走丝线切割加工技术的进一步发展提供了新的有效方法。低速走丝线切割机中,机械部分已是相当稳定,现在主要是软件的功能不断更新、增强,并逐步发展到运用人工智能技术。作为有中国特色的高速走丝线切割机,应抓住这次机会,充分重视人工智能技术的研究和运用。人工智能技术运用到电火花线切割加工,在国际上也是一个新的领域,因此有一定的难度,在研究中要针对高速走丝线切割加工的关键性环节,同时注意借鉴国外发展的经验,使高速走丝电火花线切割机向智能化方向发展,以提高机床的整体加工性能。目前国内已开始进行人工智能技术在电火花线切割加工中的研究,然而研究的深度和广度还很不够。还有许多方面有待进一步研究:

(1) 高速走丝线切割机的伺服进给变频调节一直依靠操作人员,因此操作人员的工作强度大,机床性能的发挥受到限制。模糊控制技术是人工智能技术中的一个重要方面,它能模仿熟练工人对机床进行控制,已在电火花成形机上成功地应用,在电火花线切割加工中具有良好的应用前景。

(2) 总结多年来高速走丝线切割加工工艺研究成果,建立相应的知识库和专家系统,降低机床的操作难度是十分必要的。瑞士阿奇公司的Agievision专家系统,其智能化功能只需规定一些有关加工工件的性能和加工要求即可。加工工序是自动生成,且自动连接各道工序,无须人工干预,大大降低了机床操作人员的工作强度。

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(3) 在加工参数自适应等方面能有所作为。日本沙迪克公司推出了NF (神经模糊) 数控电源,它不必输入复杂的NC 代码能自动选择加工参数,并可根据加工状态自动进行调节,使电加工机床成为一般操作人员也能使用好的机床,解决了电火花加工过程中工艺参数设置长期以来取决于操作人员水平的问题。

将最新发展的人工智能技术引入到高速走丝线切割机中,研制高速走丝线切割机的智能化控制部件和执行机构,这与当前国家优先发展高技术产业是一致的,具有重要的实际意义。

2.3 电火花线切割机

2.3.1 电火花线切和成型机区别

1．电火花线切割的工具电极是沿着电极丝轴线移动着的线电极，成型机工具电极是成型电极，与要求加工出的零件有相适应的截面或形状。

2．线切割加工时工具和工件在水平两个方向同时有相对伺服进给运动，成型机工件和工具只有一个相对的伺服进给运动。

2.3.2 电火花线切割机床的组成

1．机床主体：床身、丝架、走丝机构、X—Y数控工作台

2． 高频电源：产生高频矩形脉冲，脉冲信号的幅值、脉冲宽度可以根据不同工作状况调节。

3．工作液系统

4．数控和伺服系统

2.3.3 线切割加工的应用

1．广泛应用于加工各种冲模。

2．可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件 3．加工样板和成型刀具。

4．加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模 5．加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属材料。 6．加工凸轮，特殊的齿轮。

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7．适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期。

2.3.4 线切割放电加工基本原理

线切割放电加工以铜线作为工具电极，在铜线与铜﹑钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压，并保持5~50um间隙，间隙中充满煤油﹑纯水等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗﹑腐蚀.在工件表面上电蚀出无数的小坑，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，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品.

2.3.5 电火花加工的物理原理

为了在2个电极之间产生电火花，这2个电极之间的电压必须高于间隙(电极-工件之间)击穿电压取决于： 1．电极和工件之间的距离

2．电介液的绝缘能力(水质比电阻) 3．间隙的污染状况(腐蚀废物)

放电首先在电场最强的点发生，这是个复杂的过程；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，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；对于电极及工件腐蚀对不对称的问题，主要取决于电极热传导性，材料的熔点,持续时间以及放电密度，发生在电极上称作损耗，发生在工件上称作去除材。

2.3.6 结论和展望

高速走丝电火花线切割机是我国独创的电加工机床，在模具制造及零件加工领域内有广泛的应用，在中低档市场中占有相当的分量。目前，高速走丝线切割机如何发展是电加工行业十分关心的课题。我们必须吸取国外的成功经验，扬长

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避短，直接应用当今计算机技术的最新成果，尽快研制功能强大的基于PC的数控系统，从硬件上为高速走丝线切割机的发展打下良好的基础；同时注意人工智能技术与高速走丝线切割机的结合，运用计算机软件技术来提高机床的性能。此外，加强机床本体的研究和开展多次切割工艺技术的应用，使机床的整体加工水平有一个较大的提高，不断增强高速走丝线切割机在市场上的竞争能力。在运用新技术、新工艺的同时，还必须重视对电火花线切割加工工艺规律进行深入细致的基础理论和实验研究，这也是一个非常重要的环节。同时，对线切割机结构的改进也是可取的，只对DK7745线切割机工作台，进行改进，使其能在X轴线上能上下倾斜15度，而加大其切削度，从而起到增加工艺的效果。并且希望在以后的工作中，能继续向这个方向发展，从而增加线切割机在加工领域的地位，让线切割更好的服务于生产，服务于加工。

第3章 各 机 构 的 设 计

3.1 导轨设计

导轨的精度直接影响到线切割机台精度，工作台的精度又对线切割机的加工精度非常重要，所以导轨的设计与选择就显得非常的重要。

3.1.1 初步确定导轨方案

导轨副由作相对运动的两个构件组成，导轨的功能是起导向和支承作用。因此导轨需满足导向精度，承载能力大，摩擦阻力小，运动平稳性好。这里，采用摩擦系数小的滚动导轨。并且采用独特的“—V—平”滚动导轨结构。

按滚动体的类型，滚动导轨可分为滚珠、滚柱、滚针和滚动导轨支承等形式。 滚珠导轨结构简单，制造方便，但由于接触面积小，刚度低，因而承载能力较小，只适用于运动部件重量轻和倾覆力矩较小的场合。滚柱导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷较大的机床等。滚动导轨支承是一种理论上行和无限大的标准导轨块，可直接装在任意行程长度的运动部件上其特点是刚度高，承载能力大，便于拆装。

导轨是保证工作台运动精度的关键。导轨的横截面的大小，在同等条件下，

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越粗状，刚性越好，加工中越不易产生变形，导轨的材料和热处理工艺。为保证其强度且变形小，以高碳合金钢、整体淬火或越音频淬火工艺为较好。顾选用对导轨整体淬火。

在本设计中，由于承载能力较大，因此须采用滚柱导轨。由于工作台在工作过程中，常常会在X轴方向倾斜15度，。因此在Y轴方向的导轨，还应考虑承载倾斜力方面的因素。设计滚示意图如图3.1、图3.2所示。滚柱1的作用是承载，滚柱2、3是导向作用，并防工作台沿导轨横向倾覆，在工作台在X轴上倾斜时，起承载工作台倾斜力的作用。

工作台的长度为800mm，工作最大行程为120mm。

滚动导轨中的滚动体（及滚柱）和保持架随导轨移动。为了提高滚动导轨的刚度，常使动导轨的全长始终与滚动体相接触。

3.1.2 结构和长度的确定

1．结构形式的选择：滚动导轨按其结构特点，分为开式和闭式两种。开式滚动导轨用于外加载荷作用在两条导轨中间，依靠运动件本身重量即可保持导轨良好接触的场合。滚柱（针）导轨刚度大，承载能力强，但对位置精度要求高。滚动导轨采用标准滚动轴承，结构简单，制造容易，润滑方便。宜用于中等精度的场合。为了增加滚动导轨的承载能力，可施预加载荷。这时刚度大，且没有间隙，精度相应提高，但阻尼比无预加载荷时大，制造复杂，成本高。故多用于精密导轨。

2．选择长度：在满足导轨运动行程的前提下，尽可能使导轨的长度短一些。 为防止滚动体在行程的极端位置时脱落，运动件的长度应为 L=l+2a+Smax/2 式中 L-运动件或承导件的长度，计算时取较短者的长度（毫米）l-支承点的距离（毫米）； 在极端位置时的余量。

滚动体尺寸和数目：滚动体直径大，承载能力大，摩擦阻力小。因此，如果不受结构的限制，应有限选用尺寸较大的滚动体。这里选择的的滚动体尺寸为直径为15mm，长度为20mm。

滚针导轨的摩擦阻力较大，且滚针可能产生滑动，并且这里滚动体要承载

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的是工作台的重量，属于重大载核型，选择滚柱作为滚动体。

当滚动体的数目增加时，导轨的承载能力和刚度也增加。但滚动体的数目不宜太多，过多会增加载荷在滚动体上分布的不均匀性，刚度反而下降。若滚动体数目太少，制造误差将会显著地影响运动件的导向精度。一般在一个滚动带归上，滚动体的数目最少为12个。这里选择18个。经验表明：运动部件的重量，使滚柱单位长度上的载荷q≥4公斤/厘米时。

在滚柱导轨中，增加滚柱的长度，可减小接触应力和增大刚度，但载荷分布的不均匀性也增大。由于是钢制摸削导轨，故滚柱导轨和直径之比l/d<1.5。

图1

当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。

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为减小导轨变形，提高刚度，除合理选择滚动体的形状、尺寸、数量和适当增加工作台的厚度外，常用预加载荷的办法来提高导轨的刚度。如用燕尾形滚动导轨，用移动导轨板获得并控制预加载荷。

3.1.3 配合度及工差的确定

试验证明：随着过盈量的增加，导轨的刚度开始急剧增加，达到一定程度后，再增加过盈量，刚度不会显著提高。牵引力随着过盈量增加而增大，但在一定限度内变化不大，过盈量超过一定值后，则急剧增加。因此，合理的过盈量应使导轨刚度较好而牵引力不大。

两导轨面间的不平度一般为3微米。

作为精密导轨，导轨不直度小于10微米，这里选择9微米。

滚动体的直径差，此为精密导轨，全部滚动体的直径差不大于1微米，每组滚动体的直径差不大于0.5微米。

滚柱的锥度在滚柱长度范围内，大小端直径差小于0.5-1微米； 表面光洁度通常应刮研；在25×25厘米2内，其接触斑点为20-25个点，精密的取上限，及接触斑点取20。

3.2 齿轮的设计

齿轮箱内齿轮数量，参加传动的齿轮越多，传动阻力越大，齿面易磨损，传动易产生齿轮间隙，导致机床工作台的系统误差越大，齿轮越多如果装配不好还易产生偶然误差，所以传动齿轮越少越好，采用一对齿轮传动误差最小。针对DK7745线切割机而设计的齿轮，主要是传递动力，减少从电机传出来的转速，从而使工作台移动所需要的到所需位置时丝杆转动到的周数。当齿轮是设计用于此设计中的蜗杆、蜗轮时，就是使工作台在X轴上，上下倾斜的度数，这时齿轮的任务就是将电机的输出，再通过蜗杆、蜗轮，以正确的传动关系转动。

综合考虑，采用一对齿轮传动作为设计方案。

3.2.1 优缺战点及分类，齿轮的选择

齿轮传动机构的特点：齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。

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齿轮传动主要优点：传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确。

齿轮机构主要缺点：制造及安装精度要求高，价格较贵，不宜用于两轴间距离较大的场合。

齿轮的选择：

X轴向，平行轴齿轮传动机构、直齿、 渐开线齿、开式传动、硬齿面（〈350HB） Y轴向，平行轴齿轮传动机构、直齿、 渐开线齿、开式传动、硬齿面（〈350HB） 蜗杆传动，平行轴齿轮传动机构、直齿、 渐开线齿、闭式传动、硬齿面（>350HB）。并且都为两级齿轮传动。

3.2.2 此渐开线标准直齿圆柱齿轮机构的设计

1．齿顶圆 过齿轮各齿顶所作的圆，其直径和半径分别用da和ra表示。 2．齿根圆 过齿轮各齿槽底部的圆，其直径和半径分别用df和rf表示。 3．分度圆 齿顶圆和齿根圆之间的圆，是计算齿轮几何尺寸的基准圆其直径和半径分别用d和r表示。

4．基圆 形成渐开线的圆，其直径和半径分别用db和rb表示。

5．齿顶高、齿根高及齿全高 齿顶高为分度圆与齿顶圆之间的径向距离，用ha表示；齿根高为分度圆与齿根圆之间的径向距离，用hf表示；齿全高为齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示，显然h=ha+hf。

6．齿厚、齿槽宽及齿距 在半径为rk的圆周上，用sk表示齿厚；齿槽宽用ek表示；齿距用pk表示，pk=sk+ek。分度圆上的齿厚、齿槽宽及齿距依次用s、e及p表示，p=s+e。基节用pb表示。

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此标准齿轮及其几何尺寸计算公式 ：

由齿轮各部分名称的定义可以得到标准齿轮的几何尺寸计算公式，

分度圆直径 d=mz 基圆直径 db=dcosα 齿顶圆直径 齿根圆直径 基本参数：

1．齿数z 在齿轮整个圆周上轮齿的总数。

2．模数m 分度圆直径d = mz，分度圆齿距p = πm。则有

图2

由于π是无理数，给齿轮的设计、制造及检测带来不便。为此，人为地将比值p/π取为一些简单的有理数，并称该比值为模数，用m表示，单位是mm。我国已制定了模数的国家标准，因此，分度圆直径d = mz，分度圆齿距p = πm。 模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮，模数愈大，其尺寸也愈大如上图2所示。

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3．分度圆压力角α 设计分度圆压力角α的标准值为20°。 4．顶高系数h*a和顶隙系数c* 齿轮齿顶高和齿根高的计算式分别是：

其中h*a和c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数。 GB1356-88规定了h*a和c*的标准值：

1．正常齿制 当m≥1mm时，h*a=1，c*=0.25；当m＜1mm时，h*a=1，c*=0.35 2．短齿制 h*a=0.8，c*=0.3

3.2.3 标准齿轮的几何尺寸

标准齿轮: 基本参数取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，分度圆齿厚等于齿槽宽的直齿圆柱齿轮称为标准齿轮，不能同时具备上述特征的直齿轮都是非标准齿轮。

由上公式，经过计算得X轴和Y轴齿轮参数相同为：M=? Z=? d=?

3.2.4 齿轮的精度选择

渐开线圆柱齿轮精度标准（GB/T10095.1）规定齿轮共有13个精度等级，齿轮精度等级选择，应据传动用途、使用条件、圆周速度、传动功率及性能指标等要求确定。

根据设计要求，选用5等级

3.2.5 齿轮材料的选择

齿轮材料对齿轮的承载能力和结构尺寸影响很大，此齿轮为小尺寸，低载

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表格 1常用齿轮材料及其机械特性

材料牌号 热处理方式 强度极限 σb/MPa 45 正火 调质 调质~表面淬火 40Cr 588 647 屈服极限 σs/MPa 294 373 齿芯HBS 硬度 齿面HRC 169~217HBS 229~286HBS 229~286 40~50 调质 调质~表面淬火 调质 调质~表面淬火 735 539 241~286HBS 241~286 48~55 42SiMn 785 510 229~286HBS 229~286 45~55 40CrMnMo 30CrNi3 38SiMnMo 20Cr 20CrMnTi 12Cr2Ni4A 20Cr2Ni4A 38CrMoAlA ZG340-570 ZG340-640 ZG35SiMn HT300 HT350 QT500-7 QT600-3 MC尼龙 夹布胶木 调质 调质~表面淬火 氮碳共渗 778 1373~1569 785 735 637 1079 1079 1177 980 570 640 700 568 638 300 350 500 600 90 100 758 1177~1373 559 588 392 883 834 1079 310 340 380 343 412 320 370 229~363HBS 229~363 229~363 ≥241 241~286 HBS 241~286 178 240~300 302~338 205~405 255~321 45~55 56~62 56~62 ≥60 ≥60 ≥850HV 45~55 57~63 调质 调质~表面淬火 ≥241HBS 调质 调质~表面淬火 氮碳~淬火~回火 氮碳~淬火~回火 氮碳~淬火~回火 氮碳~淬火~回火 调质 调质~氮碳 255~321 HBS 162~197 HBS 179~207 HBS 241~269 HBS 163~217 HBS 197~248 45~53 187~255 HBS 197~268 HBS 170~230 HBS 190~270 HBS 21 HBS 25~35HBS 正火 正火 调质 正火~回火 调质~表面淬火 人工时效 人工时效 正火 正火 用于X轴和Y轴方向工作台工作的齿轮，选用40Cr，调质-表面淬火。 用于传递蜗轮、蜗杆上动力的齿轮，选用42SiMn，调质-表面淬火。

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1．只有经过此类机器设备培训的人员才能获准使用该机器设备。 2．为了避免加工液及电柜过热，冷却系统必须处于连续工作状态； 3．为了避免直接接触到通电的电线，必须关闭机台防护门；

4．不允许2人同时操作同一机台，在运行画面操作时，应尽量将荧屏亮度降低，并选择斜视观察画面，从而减少荧屏辐射给眼睛带来的伤害；

5．加工者应熟练掌握操作面板各按键的具体功能及使用中的状态，在机台的操作过程中灵活运用，熟知画面的转换，特别是几个重要的画面(如准备画面，观察画面)所具有的功能，避免在加工中因不熟悉操作面板而造成各种异常，另因各按键(特别是常用键)的高密集使用容易受损，所以在操作面板时，表面应附一层塑料纸作保护，以延长操作面板之使用寿命；

6．同操作面板一样，加工者也应熟知遥控器的具体使用方法，遥控器之按键外表应有一层塑料纸作保护，另外，遥控器之所以可以脱离操作板远距离 操作，是利用一根电线作传导，所以遥控器的保护还应包括对电线的保护。在使用过程中不可大力拉动电线，以免遥控器失灵，电线列的部分应圈起放置，使用后，一定要放回原处挂好；

7．在机床或机头移动时，绝不可将手可手指置于机头和工作物之间，经防因指令输错或方向键按错，造成安全事故；

8．加工平台的保护：在加工工件时，应注意装夹方式是否会伤到加工平台，在机台使用时应吹干平台，长期不使用时应上防锈油加以保护机床；

9．在工件的架设过程中，应注意切割中是否会撞到上下机头，对于有小孔的加工应采用特殊加工工艺，避免因废料无法取出而造成卡料，影响机床精度；

10．工件的装夹以方便和稳固为原则，在架设工件时压紧力以工件不被水冲动为原则，以免造成螺钉滑丝而无法卸除；

11．在日常的工作中，经常会遇到使用一般架模方法而无法加工之工件，在这时就必须使用特殊的装夹治具：

(1)小型工件--压板无法架设时可虑使用正角器或麦石进行加工； (2)如遇大斜度类工件--无法倾斜加工时，应采用正弦台或斜度垫块辅助倾斜的加工方法进行加工；

(3)多件加工时--可考虑采用正角器或麦石进行重迭加工 ；

(4)在治具的使用过程中，应保证治具不受到损伤.(如:为方便架模而在切割中伤到治具等动作都是不可行的)。

12．加工时应特别注意设备:电压表之电压是否在规定的标准范围内； 13．加工中不能直接用手触摸工作物及铜线，落料时应注意料头卡机头的现

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象，料头较难取出时要小心设备和手指不受到伤害；

14．在清洗加工物时，会用到草酸清洗液，在使用时应采用毛刷洗净加工物,而不应用双手直接接触草酸清洗工作物，从而减少草酸对手的腐蚀，切勿将草酸弄入眼睛，若有弄入应立即用清水清洗；

15．线割机台操作人员加工后应注意勤洗手，特别在用餐前应洗净双手，避免杂质较多的加工液摄入危害身体；

16．在电源柜内部或机床的电器件上进行各种维修和检测时，总开关必须设置于OFF位置，并设立标示牌(维修中勿开电源)；

17．维修和检测时，必须遵守安全指示，任何维修工作之前必须查阅手册中相应章节；

18．只有当控制柜切断电源后，才能触摸电子组件；

19．拿组件时只能抓住把手，不要接触到印刷电路板的镀金线； 20．应注意设备易损耗件的及时更换，以保持精度。 四﹑安全装置

A．机器设备安全装备之介绍：

1． 蜂鸣器的设置(可在发生停止或异常时自动报警)；

2． 屏幕保护的设置(可在画面长时间不使用时，屏幕自动关闭减少辐射) 3．紧急制动键的设置(可在发生突发异常时紧急制动)； 4．散热风扇的安装(主要负责主机箱的通风散热)； B．安全装备操作使用方法：

1．蜂呜器的使用，蜂呜器的使用只有两种状态：当功能选择为“ON”时，蜂呜器会对出现的异常自动报警；当功能选择为“OFF”时，蜂呜器不起作用。蜂呜器主要起提示用，当机台暂停时，提醒加工者将机台继续加工处理；

2．屏幕保护的使用：沙迪克机型屏幕保护的设置，可利用参数的修改进行，选择是否启用屏幕保护，并可设置启用时间，如无使用时将之关闭即可；

3．紧急制动按钮的使用：当机台出现突发异常，加工者无法立刻想出正确的解决方法时，可按此键将机台制动；4. 散热风扇在主电源打开的情况下便会启用； 是完全可行的。目前这种方法已经在我公司开发的大功率发射管及各种类型的开关管的模具中采用, 并取得了满意的效果

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结 论

近年来，随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需大力发模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关健技术。目前在电机、仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。在重多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花线切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要。

本文所做的主要工作有： 1．总体方案的确定。

经综合考虑，对电火花线切割机DK7745工作台的改进，在原来的基础上，协调的增加一蜗轮、蜗杆机构，使工作台能在X轴线上偏移0——15度，以增加走丝对工件的切削范围，提高机床的切肖范围，加在工艺性能。

2．机构消化与再设计。

在再设计的过程中，尽量选择标准件，考虑实用、经济，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。

综上，通过近三个月的毕业设计，经过资料的收集、方案的选择比较和论证，到分析计算，再到工程图纸的绘制以及毕业设计论文的撰写等各个环节，我对大学三年的知识有了一个整体的深层次的理解，同时对机械的理解更加深刻。因此，通过毕业设计实现了预期目标。

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致 谢

通过这一阶段的努力，我的毕业论文《线切割机工作台的改进与设计》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在本论文的写作过程中，我的导师xxx老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是一名坦院学子，在今后的工作中把坦院的优良传统发扬光大。

谨向审评本文的各位专家、老师致意！

*** ****年**月**日

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参 考 文 献

John Corrigan，Computer Graphics Secrets & Solutions. SYBEX Inc,1994 Stere Rimmer，Multimedia Programming For Windows. McGraw Hill,1994

王时任 郭文平 等编。机械原理及机械零件。高等教育出版社，1983第一版

周开勤 主编。机械零件手册。高等教育出版社，1989年2月第2版 钟毅芳 吴昌材 等编。机械设计，华中科技大学出版社，2001年2月第2版

戴曙 主编。金属切削机床，机械工业出版社，1994年10月北京第一版 张学仁 主编。数控电火花线切割加工技术，哈尔滨工业大学出版社，2000年第1版

刘力 主编。机械制图，高等教育出版社，2000年8月第1版

莫操君.高速走丝电火花线切割机电气原理与维修[M].北京：机械工业出版社，2007.

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