大型工件局部加工的專用線切割機(jī)床設(shè)計(jì)

安福新 周永超 戚建偉

摘要：通過對大型機(jī)床改造、大型零部件局部加工的工況分析，并參考常規(guī)快走絲線切割機(jī)床切割原理，設(shè)計(jì)了一個2自由度鉬絲主動進(jìn)給的新型線切割機(jī)床。機(jī)床主要由主動進(jìn)給機(jī)構(gòu)、萬向?qū)蚣?、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)及張緊機(jī)構(gòu)組成。它可以實(shí)現(xiàn)大型部件加工時(shí)的鉬絲主動進(jìn)給功能。避免了由于大型工件轉(zhuǎn)運(yùn)、拆裝帶來的風(fēng)險(xiǎn)及費(fèi)用，從而提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：線切割；鉬絲主動進(jìn)給；大型工件加工

背景：我公司現(xiàn)有加工設(shè)備十米立車加工范圍不能滿足O形轉(zhuǎn)子翻車機(jī)端環(huán)加工的要求，為適應(yīng)新項(xiàng)目要求，公司決定將現(xiàn)有設(shè)備十米立車進(jìn)行改造，將的兩側(cè)立柱與工件干涉處切除一部分以滿足工件加工要求。機(jī)床立柱切割必須采用現(xiàn)場施工，施工空間小，且不可動火，切割面精度要求較高。

目前傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式是將工件裝夾到機(jī)床上，利用工件或刀具的旋轉(zhuǎn)及相對運(yùn)動完成對工件的切削。此方式所面臨的弊端是工件必須被裝夾到機(jī)床上，這對大型工件或已經(jīng)與其它部件組裝成一體的大型組件加工來說難度較大，因?yàn)檫@樣要求機(jī)床的行程較大且部件必須能夠移動。對于不方便移動的部件就必須將這些部件從原設(shè)備上拆下，面臨著較高的拆裝工時(shí)費(fèi)用及施工風(fēng)險(xiǎn)。

在此要求下設(shè)計(jì)了應(yīng)用于此次改造的專用線切割機(jī)床。此設(shè)備能夠在工件原地不動的情況下進(jìn)行鉬絲的主動進(jìn)給，完成高精度的切割，且不會對十米立車機(jī)床其它部分產(chǎn)生影響。此設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、移動靈活，能夠滿足施工空間小的要求。此設(shè)備的應(yīng)用能夠很大程度上提高大型工件的加工精度，節(jié)約大型工件加工過程中的拆卸、轉(zhuǎn)運(yùn)、裝卡工時(shí)及成本。

本課題研究依照線切割基本原理，包括：控制柜、X向工作臺托板、Y向工作臺托板、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、運(yùn)絲托板、萬向?qū)蚣堋埦o機(jī)構(gòu)、控制主機(jī)、切削液回收機(jī)構(gòu)。

開發(fā)了新型的主動進(jìn)給機(jī)構(gòu)、萬向?qū)蚣?、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)及張緊機(jī)構(gòu)。

1.主動進(jìn)給機(jī)構(gòu)

圖示中X向工作臺托板2.Y向工作臺托板3.運(yùn)絲托板5為線切割系統(tǒng)的鉬絲主動進(jìn)給機(jī)構(gòu)，為本新型機(jī)床的一個重點(diǎn)。以上三部分中，驅(qū)動電機(jī)采用BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，具有定位精度高，同步運(yùn)行性好，調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)，能保證機(jī)床加工精度；導(dǎo)軌全部采用軸承結(jié)構(gòu)鋼，淬火硬度保證在HRC56-60，保證導(dǎo)軌的耐磨性；絲桿選用高精度滾珠絲桿，摩擦力小，精度高，耐磨性強(qiáng)，使用壽命長。此部分新型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在各個部件的高精度配合下，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床切割過程中鉬絲的高精度進(jìn)給運(yùn)動，將傳統(tǒng)的線切割機(jī)床的加工能力明顯增大，傳統(tǒng)線切割機(jī)床有機(jī)床載重量的限制，此項(xiàng)發(fā)明應(yīng)用中工件將不再放置于床身上，完全消除了機(jī)床載重量限制，并且可以不移動工件。通過主動進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工件在原地切割。

2.萬向?qū)蚣?/p>

萬向?qū)蚣?進(jìn)一步增加了“應(yīng)用于大件加工的萬能線切割機(jī)床”的加工范圍，導(dǎo)向架6上裝有精密分度裝置，能夠在0～90度范圍內(nèi)精確分度旋轉(zhuǎn)，使鉬絲能夠在水平與豎直之間任意角度精確定位，結(jié)合X向工作臺托板2、Y向工作臺托板3、運(yùn)絲托板5的三軸聯(lián)動，能夠切割出任意形狀的傾斜斜面。此功能將機(jī)床的普通水平、豎直的平面加工擴(kuò)展到能夠加工任意角角度的斜面加工。

3.運(yùn)絲機(jī)構(gòu)及張緊機(jī)構(gòu)

運(yùn)絲機(jī)構(gòu)4位于Y向工作臺托板3之上，機(jī)床X、Y向的進(jìn)給運(yùn)動對運(yùn)絲不會產(chǎn)生影響，張緊機(jī)構(gòu)的自動張緊功能能夠避免Z向進(jìn)給運(yùn)動對鉬絲松緊度產(chǎn)生的影響。

1.控制柜，2.X向工作臺托板，3.Y向工作臺托板，4.運(yùn)絲機(jī)構(gòu)，5.運(yùn)絲托板，6.萬向?qū)蚣?，其中張緊機(jī)構(gòu)、控制主機(jī)、切削液回收機(jī)構(gòu)未注出。

下面結(jié)合我公司十米立式車床改造為例，對此新機(jī)型的開發(fā)進(jìn)行描述。需要被切割的十米立車立柱不能拆卸，必須原地切割，且切割部分為機(jī)床的立柱導(dǎo)軌部分，切割精度要求很高，不能采用鋸切、火切、等低精度的切割。此新型機(jī)床自身結(jié)構(gòu)緊湊，移動靈活，能夠放到被切割的十米立車立柱旁邊。機(jī)床通過X向工作臺托板2.Y向工作臺托板3.運(yùn)絲托板5組成的線切割系統(tǒng)的鉬絲主動進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了鉬絲的高精度主動進(jìn)給，在十米立車立柱原地不動的情況下進(jìn)行高精度切割。

操作簡要流程如下。

3.1.機(jī)床調(diào)整水平并進(jìn)行固定。

3.2固定切削液收集裝置。

3.3安裝鉬絲。

3.4進(jìn)行切割。

如“圖2”首先由X向工作臺托板2中的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動進(jìn)給，進(jìn)行水平切入路徑a；路徑a完成后，Y向工作臺托板3中的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動進(jìn)給，進(jìn)行豎直切割路徑b；路徑b完成后，X向工作臺托板2中的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動進(jìn)給，進(jìn)行豎直切割路徑c。

4.結(jié)語

4.1實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)線切割所不能的鉬絲的主動進(jìn)給功能，為不能移動、拆解的大型工件局部加工提供高效可行的加工方式，并且加工效率高、加工精度高、低成本。

4.2萬向?qū)蚣苤邪姆侄葯C(jī)構(gòu)使機(jī)床的加工范圍明顯增大，實(shí)現(xiàn)了各種斜面的加工。

4.3此新型設(shè)備可廣泛應(yīng)用于大型設(shè)備改造、港口設(shè)備大型部件局部加工。