线切割机床走丝机构及控制系统设计.docx
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线切割机床走丝机构及控制系统设计
目录
第一章课程设计的目的…………………………………………………………………1
第二章走丝机构简介……………………………………………………………………1
1、走丝机构的原理…………………………………………………………………1
2、储丝筒结构………………………………………………………………………1
第三章走丝机构传动设计………………………………………………………………2
1、工作原理…………………………………………………………………………2
2、齿轮传动设计要求………………………………………………………………2
3、丝杠副传动设计要求……………………………………………………………2
4、走丝机构控制设计………………………………………………………………2
5、已知条件…………………………………………………………………………3
第四章部件的选择与计算………………………………………………………………3
1、储丝筒电动机的选择……………………………………………………………3
2、联轴器的选择……………………………………………………………………3
3、轴承的选择………………………………………………………………………4
4、传动比的计算……………………………………………………………………4
5、储丝筒尺寸的计算………………………………………………………………4
6、齿轮部分计算……………………………………………………………………5
7、丝杠传动副………………………………………………………………………6
8、导轨部分…………………………………………………………………………6
9、行程开关…………………………………………………………………………7
10、控制部分示意图………………………………………………………………7
11、控制部分说明…………………………………………………………………8
设计小结…………………………………………………………………………………9
参考文献…………………………………………………………………………………9
第一章课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节,是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
通过课程设计使学生获得以下几方面能力,为毕业设计(论文)奠定基础。
设计目的:
1、掌握线切割机的工作原理、适用范围;走丝机构的结构及传动原理。
2、掌握采用PLC、继电器来控制线切割机走丝机构运动的原理和方法。
3、设计线切割机走丝机构的结构和控制方法。
4、综合运用所学知识深入理解机电一体化的概念。
第二章走丝机构简介
1、走丝机构的原理:
走丝机构的功能是带动电极丝按一定的线速度往复运丝,并将电极丝整齐地排绕在储丝筒上,快速运丝在放电加工区,有利于排屑,吸附工作液进入放电区,克服集中放电,减小电极丝的损耗和烧断。
2、储丝筒结构:
(1)对储丝筒的技术要求:
在储丝筒高速转动时,同时要进行相应的轴向移动,以保证不同的直径的电极丝能在储丝筒上整齐排绕;为了保证电极丝的运行平稳无跳动现象,要求储丝筒的各项运动精度要高,径向跳动小;储丝筒具有正反向旋转功能,电极丝的走丝速度在6-11m/s范围内可调或恒速运转;走丝机构与床身相互绝缘;导轨,齿轮,丝杠要具备润滑措施。
(2)储丝筒电机:
目前多数采用一般异步电动机。
(3)联轴器:
由于储丝筒在工作时频繁换向,联轴器瞬间受到很大的剪切力,因此,联轴器就成了重要的部件,本设计采用凸缘联轴器。
(4)储丝筒:
它是电极丝高速运行与整齐排绕储丝的关键部件之一,一般采用45#钢、不锈钢和铝合金材料制作。
为减小转动惯量,筒壁应尽量薄。
用钢制作储丝筒时,直径一般采用≤ø120mm;用铝合金材料制作储丝筒时,直径在ø120-ø160mm之间。
要求储丝筒外表面粗糙度Ra≤0.8µm,储丝筒组件要做动平衡试验,以保证运转平稳,延长轴承使用寿命。
(5)齿轮副与丝杠副:
储丝机构的拖板传动是由两级减速齿轮和丝杠副组成。
它使储丝筒每转一圈时,拖板轴向移动0.25-0.3mm,保证直径ø0.25mm以下的电极丝整齐地排绕在储丝筒上。
优点是传动平稳、噪声小,丝杠采用梯形螺纹,螺母采用消间隙结构。
(6)导轨:
在储丝筒滑板与底座之间装有导轨。
初期多采用V-平式的滑动导轨或贴塑导轨,要求摩擦力小,减振性能好。
(7)储丝筒的工作原理及计算:
见机械设计任务书原理图所示。
电动机通过联轴器驱动储丝筒,储丝筒转动带动电极丝运行,并通过齿轮副减速驱动丝杠副,丝杠副带动拖板作轴向移动。
使电极
丝按规律排列在储丝筒上,以避免发生叠丝现象。
—1—
第三章走丝机构传动设计
1、工作原理:
电动机1联轴器2传动轴3储丝筒4正反转三对
齿轮啮合传动丝杠副6带动滑扳7移动行程开关电动机正反转
2、齿轮传动设计要求:
(1)对走丝机构的传动齿轮实测齿数。
(2)根据齿数选取齿轮模数、齿顶高系数、径向间隙系数、计算分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径。
3、丝杠副传动设计要求:
(1)丝杠螺距选取。
(2)计算滑板使储丝筒转一圈的移动距离,且滑板移动距离不超过钼丝最大宽度20mm。
4、走丝机构控制设计:
(1)控制原理:
合上电源开关,按下起动按钮使电动机启动。
当贮丝筒转动并移动到规定行程的某一端时碰撞限位开关,使储丝筒反向转动并移动,当碰撞另一限位开关后使贮丝筒恢复原来的转动和移动方向。
(2)走丝机构控制要求:
选择储丝筒拖动电机;选择接触器、行程开关、保护电器等,设计并绘制电气原理图。
5、已知条件:
电机转速r=900r/min、PLC控制、钼丝的直径d=0.20mm、储丝筒有效长度150mm-300mm、钼丝线速度6-11m/s、钼丝长度l=200m。
第四章部件的选择与计算
1、储丝筒电动机的选择:
由于走丝机构整体重量轻,转速要求高,因此可选用一般异步电动机查《机械设计手册*单行本*减(变)速器*电机与电器》2004年版化学工业出版社成大先主编,16-36页,可选Y2-701-6型电动机。
电动机伸出轴径14mm、长度30mm、键槽宽5mm、深3mm。
查机械设计课程设计第107页表11-28选用b*h=5*5平键。
参数:
16-46表16-1-24
机座
铁心
级数
功率
转速
71
1
6
180W
900r/min
2、联轴器的选择:
查《机械设计手册*单行本*轴及其连接》2004年版化学工业出版社成大先主编,5-63页,可选凸缘联轴器YL2基本型、铁质。
联轴器用螺栓:
8*M6。
(特点:
不能减振、缓冲,结构简单、成本低、用于振动很小的工况条件。
)
参数:
L=32mmL1=22mmD=80mmD1=64mmL0=68mm
公称转矩
许用转矩
轴孔直径
轴孔长度
16N*m
7200r/min
14mm
32mm
—3—
3、轴承的选择:
查《机械设计手册*单行本*轴承》2004年版化学工业出版社成大先主编,6-243页,可选深沟球轴承,型号6302。
参数:
dmm
Dmm
Bmm
润滑方式
极限转速r/min
代号
15
42
13
脂润滑
16000
6302
4、传动比的计算:
设电动机的转速为n1,丝杠的转速为n2.选丝杠螺距为2mm。
S=nt(s:
导程、n:
线数、t:
螺距)。
所以,p*n2=2d*n1(平移的转速相等)2*n2=2*0.20*900
所以,n2=180r/min
所以,i=n1/n2=(900r/min)/(180r/min)=5
根据传动比公式分配传动比:
所以,i1=1.525i2=1.806i3=1.816
5、储丝筒尺寸的计算:
(1)计算贮丝筒直径D:
设储丝筒半径为R、取钼丝线速度V=7m/s、储丝筒周长L=2∏R=∏D、储丝筒转速即为电机的转速r=900r/min=15r/s。
—4—
所以,L=V/r=∏D所以:
D=V/∏r=(7000mm/S)/(15r/s*3.14)=148.6mm取D=150mm。
因为,钼丝的总长度为200m,所以贮丝筒上钼丝宽度为b=(200000mm/3.14D)*0.20=85mm。
因为,根据实际要求贮丝筒的宽度一边须长出5~10cm,所以贮丝筒的实际总长度B定为B=240mm。
6、齿轮部分计算:
(初步设定:
Z2=30、m=1、C*=0.25、ha*=1)
Z2=Z1*i1=30*1.525=45.75≈46)
d1=M*Z1=30mmd2=M*Z2=46mm
da1=d1+2ha=(Z1+2ha*)m=32mm
da2=d2+2ha=(Z1+2ha*)m=48mm
a=(d1+d2)/2=(30+46)/2=38mm
df1=d1-2hf=(Z1-2ha*-2C*)m=(30-2-2*0.25)=27.5mm
df2=d2-2hf=(Z2-2ha*-2C*)m=(46-2-2*0.25)=43.5mm
db1=dCosx=d1Cos20。
=30*0.939=28.19mm
db2=dCosx=d2Cos20。
=46*0.939=43.23mm
同理:
Z3=38Z4=Z3*i2=38*1.806=69
d3=38mmd4=69mm
da3=40mm
da4=71mm
a2=53.5mm
df3=35.5mm
df4=66.5mm
db3=35.71mm
db4=64.84mm
Z5=27Z6=Z5*i3=27*1.816=50
d5=27mmd6=50mm
da5=29mm
da6=52mm
—5—
a3=38.5mm
df5=24.5mm
df6=47.5mm
db5=25.37mm
db6=46.98mm
7、丝杠传动副:
丝杠选用Tr11X6LH型,丝母选用可自动消除轴向间隙的螺母。
参数:
P=2mm、公称直径18mm、牙顶牙底间隙0.25mm、旋合长度130mm、线数1。
大径
中径
小径
牙型高
牙高
内螺纹
17mm
15mm
14mm
1mm
--------------
外螺纹
18mm
17mm
15.5mm
----------------
1.25mm
丝母工作原理:
靠弹簧的张力自动将两个螺母反向撑开,以消除轴向间隙,性能稳定。
靠人工定期调整双螺母,将螺旋的两个螺母定期沿轴向压紧,消除轴向间隙,调整后前后间隙不同。
由于丝杠部分主要受轴向力,所以选用背靠背角接触轴承。
它可以同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩。
转盘轴承一般都带有安装孔、内齿轮或外齿轮、润滑油孔和密封装置,因而能使主机设计结构紧凑,引导旋转方便,安装简便和维护容易。
8、导轨部分:
坐标工作台的X、Y拖板是沿着两条导轨往复运动的,因此机床对导轨的精度、刚度和耐磨性要求教高,导轨直接影响X、Y坐标工作台的运动精度。
导轨与拖板固定,保证运动灵活、平稳。
目前,电火花线切割机床普遍采用滚动导轨副,因为滚动摩擦系数小(f=0.0025-0.005),需要的驱动力小,运动轻便,反应灵敏,定位精度和重复定位精度高。
滚动导轨采用钢制淬硬,耐磨性高,精度寿命长,使用寿命周期可达10-15年,能使工作台实现精确的微量移动,并且润滑方法简单。
—6—
滚动导轨有滚珠导轨、滚柱导轨和直线滚动导轨等几种形式。
在滚珠导轨中,钢珠与导轨是点接触,承载能力不能过大;在滚柱导轨中,滚柱与导轨是线接触,有较大的承载能力;直线滚动导轨有滚珠和滚柱两种形式,
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