机制开题报告

1、北京科技大学本科生毕业设计（论文）选题报告题目：新型回转电火花线切割机床设计.学院：机械工程学院专业：机械制造及其自动化姓名：=学号：扌旨导教师签字：2011年3月18日目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 1、文献综述1 HYPERLINK l bookmark6 1.1电火花线切割技术概述1 HYPERLINK l bookmark8 1.2电火花线切割机床概述2 HYPERLINK l bookmark10 1.3电火花线切割技术国内发展现状2 HYPERLINK l bookmark12 1.4电火花线切割技术国外发展现状4 HYPERLINK l

2、 bookmark14 1.5市场需求分析5 HYPERLINK l bookmark16 2、课题背景及研究意义6 HYPERLINK l bookmark18 2.1课题背景6 HYPERLINK l bookmark20 2.2研究意义6 HYPERLINK l bookmark22 3、设计内容及安排8 HYPERLINK l bookmark24 3.1内容83.2进度安排8 HYPERLINK l bookmark26 4、参考文献9 1、文献综述1.1电火花线切割技术概述电火花线切割加工（WireCutEDM,简称WEDM）是在电火花加工基础上于50年代末最早在前苏联发展起来的一

3、种新的工艺形式，是线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。它已获得广泛的应用，目前国内外的线切割机床已占电加工机床的70%以错误！未找到引用源。电火花线切割加工的原理是利用移动的细金属丝（铜丝或钼丝等）作电极，对工件进行脉冲火花放电切割成型。电火花线切割加工时，在电极丝和工件之间进行脉冲放电。电极丝接电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达10000C储丝筒支架导向轮铝丝（a）（b）图1.电火花线切割机工作示意图以上，高温使工件金属熔化，甚至有少量气化，高温也使得电极丝和工件

4、之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速热膨胀，并且有爆炸的特三。这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的金属材料而实现对工件材料进行电腐蚀切割加工。这是目前高硬度、高熔点等难切削材料加工中最常用的一种加工方法。随着科学技术的发展，线切割应用伴随电火花加工的应用得到了极大的发展，如导电材料、半导体材料、高级陶瓷、聚晶金刚石（PCD）、金属基复合材料（MMC）等高强度耐高温材料（HSTR）的加工，以及微细加工、大深径比或长径比零件的加工等等，电火花线切割加工都是很好的加工技术选择。电火花线切割加工作为一种重要的特种加工方法，已经在模具制造及其它零件制造领域中得到了广泛的应

5、用。1.2电火花线切割机床概述在目前的线切割机床领域中，电火花线切割机床可分为两种：高速走丝线切割机床（WEDM-HS）,低速走丝线切割机床（WEDM-LS）。下面简单介绍一下两种机床各自的优缺点。高速走丝线切割机床，其一般电极丝的走丝速度为810m/s，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花加工模式。由于走丝速度快，所以排屑较易，加工速度高，并可加工大厚度工件，但电极丝振动大，不易实现对电极丝的恒张力控制，在加工过程中易断丝，且电极丝为钼丝，价格较高，需往复使用，造成单边放电，电极丝变形，加工精度差，加工表面粗糙。由于电极丝往复运动快，电极丝单向运动时间短，需要频繁换向，使加工状态

6、发生变化，使加工表面存在换向痕迹。低速走丝线切割机床采用一次性使用的同丝作为电极丝，一般走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。由于走丝速度慢，因而加工精度较高，加工表面质量较好，但也由于走丝速度较慢，排屑困难,严重影响加工速度和厚度，且为了防止加工中拉弧断丝，机床走丝机构必须有很高權，从而使成本提高，而且电极丝一次性使用，浪费彳错误！未找到引用源。1.3电火花线切割技术国内发展现状近年来，国内高速走丝电火花线切割加工的发展虽然不尽人意，但还是取得了一定的成绩，首先在机床数量上有了很大的突破，取得了广泛的基础，当然其中有一些这样或那样的问题，但总体是向前发展了。机床产量由过去的

7、年产量2,3千台上升到1万多台，其次在功能、性能、技术指标、外观、质量等方面，尤其是性能价格比上亦有了很大的提高。具体来说，主要反映在以下几个方面：大锥度切割技术发展迅速，并逐步完善、成熟。其中，在锥加工中电极丝跟随倾斜，保证导轮槽始终处于同一平面内，解决了大锥度切割时电极丝易跳出的难题；控制技术的改进，采用多种补偿，有效地提高了锥度加工的精度；工作液喷流方式方法的改进，改善了大锥度切割时加工状态；随着大锥度切割的技术进步，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。大厚度切割不断进步，其他工艺水平同步提高。大厚度切割是高速走丝电火花线切割机的工艺特长，与低速走丝电火花线切割机相比，它具有明

8、显的优势。近年来，大厚度切割的推广和提高，扩大了高速走丝电火花线切割机的应用范围，促进了其发展。多次切割工艺的探索取得了一定的进展。虽然多次切割现在还不成熟，但经多方采取了有益的探索、试验和部分应用，已有了良好的开端。工艺指标及工艺水平得到了提高。各具特色的运丝、走丝机构使加工“条纹”得到了改善；多种变频控制方式的探索，像利用神经网络、模糊控制等的自适应控制等，尤其是成功引入低速走丝线切割加工的脉冲能量控制和变频进给方式，实现了高效、稳定、低损耗加工；脉冲电源的不断改进，使切割速度已由原来的6080mm2/min,普遍提高到IOOmm2/min以上。机床结构取得了新的进展，不再是单一音叉结构，

9、无论在外观造型、整体形象及性能都有了较大改善。另外，大型龙门式电火花线切割机、高低速走丝线切割机、走丝速度连续可调的电火花线切割机、自旋式电火花线切割机，在机床结构和走丝方式上都有所创新，并有助于电火花线切割加工技术的发展。控制系统不断推陈出新、完善成熟。新的控制系统大多数采用了PC机，并不断随主芯片的升级而升级，功能不断增加，可靠性日益提高，兼容S0代码已成趋势。电极丝张力结构的改进。快速走丝的主要缺陷之一就是电极丝运行的平稳性比慢走丝差，其中电极丝张力一致性、恒定性差是主要一个方面。多年来，我国电加工机床的生产厂家为改善电极丝张力的恒定性做出了许多努力，也取得了一定的效果。例如北京的夏米尔

10、公司生产的ST221线切割机，采用了该公司拥有专利的丝张力控制装置，使加工时钼丝的张力变化为.5%。低速走丝线切割机稳步前进。虽然我国的低速走丝起步比较晚，现在的水平和国外有一定的差距，但是近年来也得到了很大的发展。苏州沙迪克公司、北京阿奇夏米尔工业电子有限公司、苏州电加工机床研究所、汉川机床厂等多家制造厂商自行开发生产，年产量达300多台。这些机床性能好，价格不到进口机的一半，深受国内用户的欢迎。1.4电火花线切割技术国外发展现状国外主要是慢走丝线切割机床为主，国外电火花线切割机床的发展，在原则上离不开三大趋势，即高速度化，高精度化、高自动化，近年来经济型机床也是一个发展趋向0新型走丝系统随

11、着电火花线切割加工技术的不断发展，对走丝系统的要求也越来越高。除了能保证加工过程稳定及自动穿丝等传统的要求之外,新型的走丝系统还必须能在保证加工精度的前提下，提高加工的效率。目前，新型的走丝系统在加工工艺中很好地集成了穿丝工艺,从而大大提高了系统的加工精度及加工效率。瑞士夏米尔公司的双丝系统就是为了满足这种需要而研制的新型走丝系统。为防止断丝以保证加工过程的稳定性，国外许多新型走丝系统都配备了针对断丝情况的预报及在线检测技术。高效脉冲电源及控制脉冲电源是LSWEDM的核心近年来的基本特点是继续保持高峰值窄脉宽特性。在瑞士夏米尔公司的兀脉冲电源上采用了称作ASIC的火花控制技术。日本三菱电机公司

12、对脉冲电源的控制在FA系列机上采用了PM3加工电源控制系统。这些措施为了保证高生产率及此时的加工稳定f扶力改进与加强了对脉冲的监控。自动化、人工智能技术随着计算机软硬件技术、电力电子技术、网络技术等相关技术的发展，电火花线切割加工的自动化程度越来越高，而人工智能技术的出现更是把电火花线切割加工推向了新的发展高度。其主要体现：柔性、集成装夹系统；高度自动化、人工智能的控制系统。微细电火花线切割加工随着微型机械对制造技术的需要，微细电火花线切割加工技术近年来取得了迅速的发展,在国防、医疗、化学、仪器仪表工业等许多生产领域发挥了重要的作用。目前微细电火花线切割加工技术主要应用在以下几个方面：微细电极

13、丝的电火花线切割加工、高长径比微细零件的电火花线切割加工、微小零件的电火花线切割加工、微细成形电极的电火花线切割加工。干式电火花线切割加工干式电火花线切割机床是一种用气体介质代替液体介质的新工艺，是在消除使用液体介质需求的基础上发展起来的。干式电火花线切割加工具有损耗低、精度高、工艺内应力小、热影响区小等优错误！未找到引用源。1.5市场需求分析目前，我国电火花线切割机床产量已超过3万台，约占世界电火花线切割机床总产量的70%。但由于其加工质量问题未得到有效解决，而随着国外生产的低速走丝电火花线切割机技术水平的不断提高，曾令中国人感到自豪的中国特有的高速走丝电火花线切割机，如今却陷入难于发展的困

14、错误！未找到引用源。同时，国外的低速走丝电火花线切割机虽然可以获得较高的加工质量，但其价格昂贵，且居高不下。国内外电火花线切割机性能及价格对比见表1。表1国内快走丝与国外慢走丝性能及价格对比走丝速度(m/s)加工精度(错误！未找到引用源。)表面粗糙度(错误！未找到引用源。)切割效率(mm/min)价格(万元)国内快走丝10201.6100410国外慢走丝0.22.00.130050150综上问题，我国中小型企业面临高速走丝电火花线切割机加工质量无法满足需求，而低速走丝电火花线切割机用不起的两难境地，所以，设计出一款价格低于低速走丝电火花线切割机、加工质量高于高速走丝电火花线切割机成为我国电火花

15、线切割制造行业的急切需求。2、课题背景及研究意义2.1课题背景随着科学技术的发展，新材料的不断出现和各种加工需求的不断提高，线切割应用伴随电火花加工的应用得到了极大的扩展。导电材料、半导体材料、高级陶瓷、聚晶金刚石（PCD）、金属基复合材料（MMC）等高强度耐高温材料（HSTR）的加工，微细加工，大深径比或长径比零件的加工等等，电火花线切割加工都是很好的加工技术选择，电火花线切割加工作为一种重要的特种加工方法，已经在模具制造及其它零件制造领域中得到了广泛的应用。本课题以北京市自然科学基金项目（项目编号：7042059）以及国家自然科学基金项目“立式回转电火花线切割加工技术及其机理研究”（项目编

16、号：50875021）为依托，以目前市场需求分析为依据，设计新型回转电火花线切割机床并研究其加工新技术中的关键技术，提升我国电加工技术的理论水平，为新机型的研制奠定理论基础，为振兴我国现代制造业提供技术储备和技术支持。为促进回转电火花线切割加工技术的推广和应用打下坚实基础。2.2研究意义20世纪90年代我国学者提出了旋转电火花线切割技术的概念，即电极丝既高速旋旋又直线走丝的电火花线切割加工方式。引入旋转运动的初衷是为了改善电极丝在高速走丝时的平稳性，但在深入的研究后发现，电极丝的旋转运动可以为电火花线切割加工带来许多很有价值的工艺特性，例如：电极丝磨损均匀、排屑条件改善、放电过程改善、加工表面

17、质量提高、加工效率提高等，这是一种全新的电火花线切割加工技术，具有独特的工艺优势，很有发展潜错误！未找到引用源。本设计即是在旋转走丝电火花线切割技术研究基础上，加入直线伺服电机、恒张力控制系统等新技术新思想，设计出一台新型电火花线切割机床。本设计将预计取得以下效果：加工质量较国内快走丝电火花线切割机有所提高电极丝的回转运动加强了电蚀产物的抛出作用，使得放电状态更加稳定，而且旋转的电极丝对切割工件表面具有一定的电磨削作用，这些都使得加工表面粗糙度大幅改善。成本较国外慢走丝电火花线切割机有所下降本设计是在国内快走丝线切割机基础上融入新技术进行研究改造设计完成的，所以成本将低于国外慢走丝线切割机床。

18、加工效率提高由于电极丝的高速旋转能够强化工作液的排屑作用，改善了放电状态，增加了有效放电概率，从而提高了加工效率。拐角加工和大厚度加工能力提高。电极丝的旋转运动可显著减少加工滞后，无须采用复杂的控制方式就可以实现拐角加工能。此外，电极丝的高速旋转运动使得切割间隙内的工作液具有较大的剪切流，显著改善了排屑条件，有利于加工厚度较大的工件。断丝率下降本设计应用新型恒张力控制系统，使电极丝在加工过程中张立恒定，降低断丝率。同时，旋转电极丝损耗均匀也可以达到降低断丝的效果。兼具了高速度和精加工的综合条件采用直线伺服系统后，省去了丝杠传动环节，奠定了轴高速运动的基础。就我本人而言，通过本课题研究内容的训练，可以达到：初步掌握电火花线切割加工理论及研究现状进一步加强机械设计基本技能的训练；初步培养独立科研和创新的能力；提高计算机的应用水平，扩大知识面；巩固大学4年所学知识。3、设计内容及安排3.1内容将直线电机、恒张力