大型工件局部加工的專用線切割機床設計

安福新 周永超 戚建偉

摘要：通過對大型機床改造、大型零部件局部加工的工況分析，并參考常規快走絲線切割機床切割原理，設計了一個2自由度鉬絲主動進給的新型線切割機床。機床主要由主動進給機構、萬向導向架、運絲機構及張緊機構組成。它可以實現大型部件加工時的鉬絲主動進給功能。避免了由于大型工件轉運、拆裝帶來的風險及費用，從而提高生產效率。

關鍵詞：線切割；鉬絲主動進給；大型工件加工

背景：我公司現有加工設備十米立車加工范圍不能滿足O形轉子翻車機端環加工的要求，為適應新項目要求，公司決定將現有設備十米立車進行改造，將的兩側立柱與工件干涉處切除一部分以滿足工件加工要求。機床立柱切割必須采用現場施工，施工空間小，且不可動火，切割面精度要求較高。

目前傳統的機械加工方式是將工件裝夾到機床上，利用工件或刀具的旋轉及相對運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床上，這對大型工件或已經與其它部件組裝成一體的大型組件加工來說難度較大，因為這樣要求機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備上拆下，面臨著較高的拆裝工時費用及施工風險。

在此要求下設計了應用于此次改造的專用線切割機床。此設備能夠在工件原地不動的情況下進行鉬絲的主動進給，完成高精度的切割，且不會對十米立車機床其它部分產生影響。此設備結構緊湊、移動靈活，能夠滿足施工空間小的要求。此設備的應用能夠很大程度上提高大型工件的加工精度，節約大型工件加工過程中的拆卸、轉運、裝卡工時及成本。

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、運絲機構、運絲托板、萬向導向架、張緊機構、控制主機、切削液回收機構。

開發了新型的主動進給機構、萬向導向架、運絲機構及張緊機構。

1.主動進給機構

圖示中X向工作臺托板2.Y向工作臺托板3.運絲托板5為線切割系統的鉬絲主動進給機構，為本新型機床的一個重點。以上三部分中，驅動電機采用BF反應式步進電機，具有定位精度高，同步運行性好，調速范圍寬等特點，能保證機床加工精度；導軌全部采用軸承結構鋼，淬火硬度保證在HRC56-60，保證導軌的耐磨性；絲桿選用高精度滾珠絲桿，摩擦力小，精度高，耐磨性強，使用壽命長。此部分新型的設計結構在各個部件的高精度配合下，實現了機床切割過程中鉬絲的高精度進給運動，將傳統的線切割機床的加工能力明顯增大，傳統線切割機床有機床載重量的限制，此項發明應用中工件將不再放置于床身上，完全消除了機床載重量限制，并且可以不移動工件。通過主動進給機構，實現工件在原地切割。

2.萬向導向架

萬向導向架6進一步增加了“應用于大件加工的萬能線切割機床”的加工范圍，導向架6上裝有精密分度裝置，能夠在0～90度范圍內精確分度旋轉，使鉬絲能夠在水平與豎直之間任意角度精確定位，結合X向工作臺托板2、Y向工作臺托板3、運絲托板5的三軸聯動，能夠切割出任意形狀的傾斜斜面。此功能將機床的普通水平、豎直的平面加工擴展到能夠加工任意角角度的斜面加工。

3.運絲機構及張緊機構

運絲機構4位于Y向工作臺托板3之上，機床X、Y向的進給運動對運絲不會產生影響，張緊機構的自動張緊功能能夠避免Z向進給運動對鉬絲松緊度產生的影響。

1.控制柜，2.X向工作臺托板，3.Y向工作臺托板，4.運絲機構，5.運絲托板，6.萬向導向架，其中張緊機構、控制主機、切削液回收機構未注出。

下面結合我公司十米立式車床改造為例，對此新機型的開發進行描述。需要被切割的十米立車立柱不能拆卸，必須原地切割，且切割部分為機床的立柱導軌部分，切割精度要求很高，不能采用鋸切、火切、等低精度的切割。此新型機床自身結構緊湊，移動靈活，能夠放到被切割的十米立車立柱旁邊。機床通過X向工作臺托板2.Y向工作臺托板3.運絲托板5組成的線切割系統的鉬絲主動進給機構中的步進電機驅動，實現了鉬絲的高精度主動進給，在十米立車立柱原地不動的情況下進行高精度切割。

操作簡要流程如下。

3.1.機床調整水平并進行固定。

3.2固定切削液收集裝置。

3.3安裝鉬絲。

3.4進行切割。

如“圖2”首先由X向工作臺托板2中的步進電機進行驅動進給，進行水平切入路徑a；路徑a完成后，Y向工作臺托板3中的步進電機進行驅動進給，進行豎直切割路徑b；路徑b完成后，X向工作臺托板2中的步進電機進行驅動進給，進行豎直切割路徑c。

4.結語

4.1實現了傳統線切割所不能的鉬絲的主動進給功能，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。

4.2萬向導向架中包含的分度機構使機床的加工范圍明顯增大，實現了各種斜面的加工。

4.3此新型設備可廣泛應用于大型設備改造、港口設備大型部件局部加工。