机械毕业设计全套含CAD图论文DK7732数控高速走丝电火花线切割机及控制系统Word下载.docx

机械毕业设计全套含CAD图论文DK7732数控高速走丝电火花线切割机及控制系统Word下载.docx

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4．显示器的接口设计……………………………………………………………（48）

5．步进电机控制电路设计………………………………………………………（50）

6．光电隔离电路设计……………………………………………………………（57）

7．部分控制程序…………………………………………………………………（58）

8．其他接口电路设计……………………………………………………………（70）

参考文献…………………………………………………………………………（）

谢辞………………………………………………………………………………（）

前言

本设计包括论文说明书字数在15000字左右，图纸量3张A0大小左右，还有部分其他资料.

本毕业设计论文资料均为近几年一本二本院校答辩通过的设计资料,图纸清晰准确,有极高的参考价值.

毕业设计可谓是大学四年对所学知识综合的一次大的考验也是在走向工作岗位的一次练兵，更进一步锻炼了自己的动手能力和团队的合作能力，真正做到了理论联系实际教与学的一次有理结合。

数控电火花线切割机的设计具体的说来应该包括走丝设计，X、Y坐标工作台设计，脉冲电源的设计，控制部分的设计等。

按照设计的任务书，首先要了解该机床调查研究电火花线切割机的加工特点，确定DK7732线切割机床的具体技术参数，从而在第一阶段我们在衡冶进行了实地的参观测绘，初步确定参数，对照已有的院数控中心DK7725型线切割机更进一步确定具体的设计参数，根据已有的参数再对机床总体方案及控制系统总体方案进行确定。

具体到设计时对各个方案再进行点对点的修改。

接下来就是进行必要的设计与计算选型工作，就是将整体机床的设计又分为几个部分各个去突破大体就是机械部分和电气部分。

再具体到各个组件或零件。

虽说设计是个人的行为，但由于自己的知识欠缺且设计的内容跨越比较大包括电子技术、计算机技术、机械设计，很多地方肯定是难以具到，当然有在颜竟成教授的悉心指导下，很多不懂的地方这正是我们要学的地方，同时在多方面有同学们的提示才得将设计顺利进行。

这毕竟是一个学习阶段的毕业设计很多方面都是在边学边用中进行的，或者说很多方面的设计还是停留在模仿的阶段比如电气部分，控制部分都不是很成熟的设计。

第一章总体方案设计

一、线切割机床的现状简介

我国数控线切割机床的拥有量占世界首位，技术水平与世界先进水平差距也逐渐缩小。

尤其近年来，计算机技术的应用和线电极电火花加工技术的结合。

实现了各种复杂形状的模具和零件加工的自动化，其控制精度可达1μm，实际加工精度可达±

0.01mm。

表面粗糙度可达1.25~2.5μm。

数控线切割机床是精密金加工线切割加工技术是线电极电火花加工技术，是电火花加工技术中的一种类型，简称线切割加工。

图1.1中是线切割机床加工的工作原理示意图

图1.1线切割机工作原理示意图

线切割机床采用钼丝作为电极丝。

被切割的工件为工件电极，电极丝为工具电极。

脉冲电源发出连续的高频脉冲电压，加到工件电极和工具电极上（电极丝）。

在电极丝与工件之间加有足够的、具有一定绝缘性能的工作液。

当电极丝与工件间的距离小到一定的程度时，工作液介质被击穿，电极丝与工件之间形成瞬时火花放电，产生瞬时间高温，生成大量的热，使工件表面的金属局部熔化，甚至汽化；

再加上工作液体介质的冲洗作用，是得金属被蚀除下来。

这就是线切割机床的加工原理。

工件在机床坐标工作台上，按数控装置或微机程序控制下的预定轨迹进行加工最后得到所需要的形状的工件。

1.数控线切割加工的主要特点如下：

1）；

线切割加工可以用于一般切削方法难以加工或者无法加工的形状复杂的工件加工，如冲模、凸轮、样板、外形复杂的精密零件及狭窄的缝隙。

尺寸精度可以达到0.01-0.02mm，表面粗糙度值Ra可达到1.25μm。

2）；

先切割加工可以用于对一般切削方法难以加工或者无法加工的金属材料和半导体材料的工件进行加工，如淬火钢、硬质合金钢、高硬度金属等，但无法实现对非金属导电材料的加工。

3）；

线切割加工直接利用线电极电火花进行加工，可以方便的调整加参数，如调节脉冲宽度、脉冲间隔、加工电流等，提高线切割加工精度，也可通过调节实现加工过程的自动化控制。

4）；

线切割加工的效率低，成本较高，不适合于加工形状简单的批量零件。

二、线切割机床的总体方案的拟定

线切割机床具体加工过程为：

加工者根据图纸中的工件尺寸，编制成一定的程序，并且通过键盘或光电机等输入设备将程序输入到控制器中去。

在控制系统接受到输入的程序后，将其存入存储器中。

点火花先切割机在收到命令后，就开始运行程序，通过微机控制系统进行插补运算。

每运算一次，发出一个进给脉冲，然后经过功放驱动步进电机，使机床工作台按预定的轨迹进行加工。

运丝系统由运丝电机传动给储丝筒，通过行程开关使储丝筒作往复运动，从而使得钼丝运动。

钼丝经过机架上的导轮与工件相接近，小到一定的距离。

乳化液泵即工作液将线切割机专用乳化液通过喷嘴喷入工作切口上，高频脉冲电源产生的连续高频脉冲被分别加到钼丝与工件之间的间隙进行检测，检测信号的大小送入变频电路，再由变频电路产生的频率大小来控制微机的进给速度。

当间隔增大时就加快进给速度，当间隙减小时，就减慢进给速度，以保持均衡的放电间隙，从而也维持了一定的加工电流。

电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定的加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。

因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。

为了保证进给伺服系精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。

齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构统的传动。

根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；

包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；

包括光隔离电路和步进电机驱动电路。

此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其它辅助电路

电火花线切割机床具有定位、纵向和横向的直线插补功能；

还能要求暂停，进行循环加工等。

因此，数控系统选取连续控制系统。

5）；

纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成，传动比应满足机床所要求的。

6）；

采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。

7）；

根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用8位微机。

在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。

因此，可以选择MCS-51系列单片机扩展系统。

在上述的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。

三、具体各部件的组成介绍

线切割机床主要由机械系统、传动系统、润滑系统、电气系统和微机控制系统组成。

其主体结构由床身、坐标工作台、线架、运丝装置、工作液箱、机床电器、夹具、保护罩及机床附件等部分组成。

机械系统

机械系统主要由床身。

坐标工作台、线架及运丝装置等组成。

机床床身是箱形结构的铸件，是安装坐标工作台、线架及运丝装置的基础，要有较好的刚性，以保证机床的加工精度。

床身既能起支撑和连接坐标工作台、运丝机构和线架等部件的作用，又起安装机床电器、存放工作液的作用。

坐标工作台主要由工作台上拖板、中拖板、下拖板、丝赶和齿轮变速箱等部件组成。

拖板的纵向和横向运动是采用“一V一平”滚动导轨结构。

如下图所

第二章机械系统设计

一．同步带传动的设计计算

同步带传动设计计算的主要内容是根据传递的名义功率、转速、速度笔及工况来正确选择同步带的型号、带长、带宽及带轮的齿数和直径。

计算步骤如下。

1.计算设计功率

pd=（k+k1+k2）pm（kw）

式中：

pm为同步带传递的名义功率（kw）由电机的选择名义功率为1.1kw,以知设计参数；

k0为载荷修正系数参考机电综合设计表2-14为轻负荷传递功率且工作时间为普通使用每日8h-10h所以k0取1.5。

k1为使用张紧轮修正系数见表1，由表可取k1=0.1；

k2为增速传动修正系数见表2，此处为减速传动所以k2=0。

表2.1使用张紧轮修正系数k1表2.2增速传动修正系数k2

压紧轮的位置系数增速比系数

松边内侧01.00-1.240

松边外侧0.11.25-1.740.1

紧边内侧0.11.75-2.490.2

紧边外侧0.22.50-3.490.3

所以pd=（k0+k1+k2）pm=（1.5+0.1+0）pm=1.6×

1.1kw=1.76kw

2．选择带的型号

由Z2=192查手册GB11361-89易知无可选用的带轮且选用的话直径将超过400mm故不易装配从而应选择另一方按。

为了将同步带轮的直径减小可采用二级传动由传动比的计算：

表2.3带轮最少许用齿数

小带轮转速带型号

n1/（r/min）MXLXXLXLLHXHX

带轮最少许用齿数

＜900----10121422

900-＜1200121210121624

1200-＜1800141412141826

1800-＜3600161612162030

3600-＜48001818151822--

可采用Z1=16Z2=48Z3=18Z4=72

即Z1/Z2×

Z3/Z4=0.0833

从所查小带轮与基准宽度：

小带轮直径d1=PbZ1/π=9.525×

16/3.14=48.53mm

第二带轮直经d2=PbZ2/π=9.525×

48/3.14=145.60mm

第三带轮直经d3=PbZ3/π=9.525×

18/3.14=54.60mm

第四带轮直径d4=PbZ4/π=9.525×

72/3.14=218.40mm

4.选择带长Lp

根据以知中心距A（mm）的要求或初选中心距A，计算带长Lp

以知中心距A1=182mm

A2=193mm

Lp1=2Acosφ1+π（d1+d2）/2+πφ（d2－d1）/180（mm）

=2×

182×

cos30.9

+π（218.4+48.53）/2+π30.9

（218.4－48.53）/180

=321.9+304.78+91.54

=718.22mm

其中φ1=arcsin（d2－d1）/2A1

=arcsin（218.40－48.53）/182=30

Lp2=2Acosφ2+π（d3+d4）/2+πφ（d4－d3）/180（mm）

=2×

193×

cos15.5

+π（145.6+54.6）/2+π15.15

（145.6－48.53）/180

=375.12+314.31+15.23=704.66

其中φ2=arcsin（d4－d3）/2A2

=arcsin（145.6－48.3）/2×

193

=15.15

按手册查选择最接近计算带长值的标准带长（节线长）及相应长度代号，并查出该带的齿数zb。

按GB11616-89为了使皮带有一定的张紧力度故可选择长度代号为270的L型同步带

其齿数为72齿节线长685.8mmin27极限偏差±

0.61in±

0.024

5.实际传动中心距离A的确定

根据所选的标准带长求出实际中心距A。

A≈M+

M1=Pb/8（2Zb－Z1－Z2）

M2=Pb/8（2Zb－Z3－Z4）

M1=9.524/8（2×

160－16－72）=276.196

M2=9.524/8（2×

160－48－18）=302.38

所以A1≈276.196+276.196

－1/8[9.524（72－16）/π]

≈545

A1≈302.387+302.387

－1/8[9.524（48－18）/π]

≈602.387

在z1/z2之值很大时，还有一个精确中心距计算公式。

但是，通常同步带传动中心距是可以调整的，以边获得同步带传动必须有的适当的张紧力。

6.选择带宽bs

带宽的选择准则是限制作用在同步带宽上的拉力，以保证同步带的强度和使用寿命，工作是不发生失效。

根据带型、小带轮齿数z1及转速由手册查的对应的同步带的基准宽度bs。

及基准额定功率p。

（kw）。

查得带型为L型小带轮齿数为16齿且转速为1440r/min另一小带轮齿数为18齿转速为320r/min。

对应同步带的基准宽度bs0为25.4mmp。

=1.1kw。

二．滚珠丝杠螺母副的选型和校核

1.滚珠丝杠螺母副类型选择

滚珠丝杠螺母副有专门工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以外购。

滚珠丝杠副的类别主要从三个方面考虑：

循环方式、循环列数与圈数、预紧方式。

钢珠在丝杠与螺母之间的滚动是一个循环闭路。

根据回珠方式，可分为两类：

内循环，回珠器处在螺母之内。

外循环，插管式回珠器位于螺母之外。

钢珠每一个循环闭路内所含导程数称为圈数。

内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列，3列，4列，5列等几种，每列只有一圈。

外循环每列有1.5圈，2.5圈，3.5圈等几种，剩下的半圈作回珠。

外循环滚珠丝杠的每个螺母有1列2.5圈，一列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等种类较多。

为了消除间隙和提高滚珠丝杠副的刚度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，称为预紧。

常用的滚珠丝杠副预紧方法有：

双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧等。

预紧后的刚度可提高到为无预紧时的2倍。

但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。

通常，滚珠丝杠在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杠副的额定动载荷有一定的比例关系。

预紧方式见下页表。

2.主要参数及代号

滚珠丝杠副的参数

1.1、公称直径dm，公称直径即滚珠丝杠的名义直径，dm越大，承载能力越大。

数控机床常用的进给丝杠的公称直径dm为φ30mm到φ80mm。

2.2、基本导程L0。

丝杠相对于螺母旋转2πrad时，螺母的轴向位移。

与进给系统脉冲当量的要求有关。

3.3、精度等级。

滚珠丝杠副按其使用范围及要求可分为7个精度等级。

表2.5滚珠丝杠副的预紧方式

类别调整方法特点

调整垫片厚度，使螺母结构简单，装卸方便，刚度

产生轴向位移高；

但调整不便，滚道有磨

垫片式损时，不能随时消除间隙和

和预紧。

适用于高刚度重载

荷。

螺纹式调整端部的圆螺母使螺母结构紧凑，工作可靠，调整

产生轴向位移方便但准确性差，且易松动

用于刚度要求不高或需随

时调节预紧力的传动

齿差式两螺母在凸缘上有外齿分别能够精确的调整预紧力，

紧固在螺母座两端的内齿圈但结构尺寸较大，装配

啮合。

调整较复杂，宜用于高精

度的传动机构。

3.最大工作载荷的计算

滚珠丝杠上的工作载荷Fm（N）是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所乘受的轴向力，也叫做进给牵引力。

它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削力相关的摩擦力。

Fm由以下经验公式。

　矩形导轨　　　Fm＝KFl+f1（Fv+Fc+G）

燕尾导轨　　　Fm＝KFl+f1（Fv+２Fc+G）

三角形或综合导轨　　Fm＝KFl+f1（Fv+G）

Fl,Fv,Fc分别为工作台进给方向载荷、垂直载荷和横向载荷（N）；

G为移动部件的重力；

K和f1分别为考虑颠覆力矩的影响的实验系数和导轨上的摩擦系数随导轨型式不同而不同。

　对于矩形导轨　　　K=1.1,f1=0.15

　　燕尾导轨K=1.4,f1=0.2

　三角形或综合导轨K=1.15,f1=0.18~0.18

而滚动导f1＝0.0025~0.005

由线切割机床坐标工作台　可初选择

K=1.15f1=0.015Fv=200×

10=2000N

G=Fv+G台重＝（200+200）×

10=4000N

所以Fm=1.15×

0+f1（2000+4000）=0.15×

6000=900N

4.最大动负载c的计算及主要尺寸初选

滚珠丝杠应根据额定动载荷Ca选择用，最大动载荷计算原理与滚动轴承相同。

滚珠丝杠最大动载荷C可用下式计算

C=

fmFm

L为工作寿命，单位为1000000r,L=60nt/1000000;

　由t＝150000h即额定使用寿命（h），n＝1000v/L。

；

v为最大切削力条件下的进给速度（m／min），可取最高速度的1/2~1/3；

L。

为丝杠的基本导程（mm），计算时，可根据快进速度vmax和丝杠最大转速nmax初选一个数值（L。

≥1000max/nmax）,待刚度验算后再确定；

t为额定使用寿命（h），可取t＝15000h；

fm为运转系数，无冲击取１～１.２，一般情况取1.2~1.5,有冲击振动取1.5~2.5；

Fm为滚珠丝杠工作载荷（N）。

由n=1000v/L。

=1000×

0.1/5

=20其中v进给速度由机床给定参数

为丝杠导程取L。

=5mm

L=60nt/1000000

=60×

20×

15000/1000000=18000000r

C=

fmFm=

×

1.2×

900

=2830N

其中fm=1.2为运转系数取1.2

Fm=900N为工作载荷

初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷Ca不得小于最大动载荷C：

Ca>

C。

初选丝杠副尺寸规格

CLM3205-3.5-P3

λ=2

51‘

为丝杠的螺旋升角

Ca=16100N滚珠丝杠额定动载荷

Coa=52750N滚珠丝杠额定静载荷

由Coa=16100>

C

且Coa/Fm=16100>

2830=5.6>

3所以符合标准

当滚珠丝杠副在静态或低速运转（n≤10r/min）下工作并受载荷，那么还要考虑其另一种失效形式——滚珠接触面上的朔性变形。

即考虑滚珠丝杠的额定静载荷Coa是否充分的超过了滚珠丝杠的工作载荷Fm，一般使Coa/Fm=2~3。

滚珠丝杠的Ca和Coa值由手册查之为上

δ1为在工作载荷Fm作用下丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量（mm）；

Fm为丝杠的工作载荷（N）;

L为滚珠丝杠在支撑间的受力长度（mm）；

E为材料的弹性模量，对刚E=206000Mpa;

A为滚珠丝杠按内径确定的截面积（mm）；

“+”号用与拉伸，“—”好用与压缩。

也可以从工厂的滚珠丝杠样本的图表中查出单位长度轴向拉伸压缩变形量，然后求出支撑间受力长度的变形量。

δ1=±

FmL/EA（mm）

=±

900x578/803.84x206000

0.0031mm

即拉伸与压缩在不同的受力情况下都可出现

其中L=578mm由选形确定E=206000Mp

A=π×

16×

16=803.84mm

滚珠与螺纹滚道间的接触变形量。

该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠的长度无关。

可从工厂的产品样本中查出，或用下式计算

无予紧力时δ1=0.0038

（mm）

有予紧力时δ2=0.0013Fm/

（mm）

Dw为滚珠直径（mm）；

Z∑滚珠总数量Z∑=Zx圆数x列数；

Z为一圈的滚珠数，Z=πdm/Dw（外循环），

Z=（πdm/Dw）-3（内循环）

dm为滚珠丝杠的公称直径（mm）；

Fyj为予紧力（kgf,1kgf=9.8N）;

Fm为滚珠丝杠工作载荷（kgf,1kgf=9.8N）。

当滚珠丝杠有予紧力时，且予紧力为轴向工作载荷的1/3时，δ2值可减少到一半左右。

此坐标工作台采用无予紧力无予紧力时

δ1=0.0038

=0.0038

=0.0074mm

Dw=3.175mm

Z∑=Z×

圆数×

列数=31×

3×

2=186

Z=πdm/Dw=3.14×

32/3.175=31

滚珠丝杠副刚度的验算

丝杠的总变形量δ=δ1+δ2应小于允许的变形量。

一般δ值不应大于机床进给系统