一种线切割走丝装置的制作方法

本发明属于电火花加工领域，具体涉及一种线切割走丝装置。

背景技术：

电火花线切割技术是在电火花加工基础上发展起来的一类新的工艺形式，最早由前苏联在20世纪50年代末开始使用。该技术使用线状的电极丝（铜丝或钼丝）来替代电极，利用电火花放电原理实现对工件的切割加工。电火花线切割技术亦简称线切割技术。

目前，微型机械是机械行业未来的重要发展方向。相比于传统加工形式，电火花线切割在加工复杂结构的微小零件时具有较大的优势，因此得到了国内外学者的广泛重视。线切割技术所用的线状电极丝，其直径在几十到一百多微米这个范围，能够用于加工尺寸在0.1~1mm的微结构或者微小复杂零件。线切割技术拥有电火花加工的很多优点：①线切割加工是非接触式加工，不会产生切削应力；②只要是导电材料，无论材料的硬度、脆性和韧性都可以使用线切割加工；③线切割加工采用放电蚀除原理，在精密脉冲电源的控制下可以达到微米级精度的加工效果。目前线切割技术已经广泛的应用与加工难切削材料，如模具钢、硬质合金、镍钛合金、高温合金和导电陶瓷材料等，其优异的加工性能在加工复杂微型零件以及通孔类零件时体现的淋漓尽致。

目前微细线切割已经是一种十分重要的微纳加工方法，在航空航天、医疗器械、微模具制造等领域已经是不可或缺的加工方法。微细线切割机床一般由走丝系统、数控系统、脉冲电源以及工作液循环系统等组成。更加高档的微细线切割机床还会配备自动穿丝系统、热平衡系统以及无电阻防电解电源等。先进系统可以使得微细电火花切割机床的加工精度达到2μm以下，最佳表面粗糙度可以达到ra50nm，最小加工拐角的内径11μm，最小加工凹槽直径22μm。微细线切割加工过程中材料的蚀除是一个十分复杂的过程，是电场力、放电流体介质的流体动力、放电产生的热以及电磁力、电化学综合作用的结果。其由四个阶段组成：放电通道的形成；材料受热膨胀融化；材料抛出以及介质消电离。微细线切割对加工设备有一些独特的要求，主要表现为：①单脉冲放电的能量十分微小；②在走丝过程中需要保持电极丝张力恒定并且速度平稳；③对加工设备的伺服系统进给性能要求极高。

目前微细线切割装置仍然存在一定的问题，其一是电极丝的空间姿态往往是固定的，无法调整，而在很多零件的加工时，对电极丝的空间姿态，尤其是其平行度或垂直度有极高的要求；另一方面，采用恒定张紧力和运丝速度的走丝，目的是保证微细电极丝的走丝平稳，然而在加工过程中，受到电火花放电的影响，电极丝受力情况十分复杂，在恒定张力的情形下，很难避免电机丝振动甚至与断丝。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种线切割走丝装置。

本发明的线切割走丝装置，其特点是：所述的装置包括电机、收丝轮、右导向轮机构、右张紧轮机构、右柔性铰链、左导向轮机构、左张紧轮机构、左柔性铰链、储丝轮以及安装板；

其连接关系是，所述的安装板为左右对称的平板，收丝轮、左导向轮机构、左张紧轮机构和左柔性铰链从上至下安装在安装板的左侧表面，安装板的右侧表面从上至下对称安装有储丝轮、右导向轮机构、右张紧轮机构和右柔性铰链，收丝轮的轴与电机的轴固定连接；储丝轮上缠绕的电极丝依次经右导向轮机构、右张紧轮机构、右柔性铰链、左柔性铰链、左张紧轮机构和左导向轮机构后由收丝轮回丝；

所述的安装板，通过安装板上部的圆柱头与机床主轴连接，安装板绕机床主轴的z轴旋转以调整安装板的空间姿态；

所述的左导向轮机构和右导向轮机构，对电极丝进行约束导向，并调整电极丝的摩擦预紧力；

所述的左张紧轮机构和右张紧轮机构，调整电极丝的张紧力大小和方向，抑制电极丝运动过程中产生的振动；

所述的左柔性铰链和右柔性铰链上分别安装有左定位轮和右定位轮，左柔性铰链调整左定位轮在机床主轴x轴方向位置，右柔性铰链调整右定位轮在机床主轴z轴方向位置，达到调整电极丝的空间姿态的目的，使得电极丝与机床主轴y轴方向平行。

所述的收丝轮与电机之间安装有绝缘柔性垫圈，防止通电的电极丝断裂时缠绕在电机上发生短路。

所述的收丝轮的轴与电机的轴通过销钉固定连接；收丝轮的表面包覆有聚四氟乙烯，防止通电的电极丝断裂时缠绕在电机上发生短路。

所述的安装板的外形为曲线，安装板的中间开有减重孔，既减轻线切割走丝装置重量，又兼顾了机床主轴y轴方向的刚度，防止线切割走丝装置运转时安装板产生较大的变形，影响加工精度。

所述的右柔性铰链为c型结构，右柔性铰链开有两个沉头孔，一个通孔ⅳ、一个螺纹孔ⅲ和一个与通孔ⅳ对应的螺纹孔ⅳ；右柔性铰链通过两个沉头孔定位并固定，通过两个沉头孔粗调右柔性铰链在机床主轴z轴方向的位置，右定位轮由螺纹孔ⅲ定位和固定，通过螺纹孔ⅳ的右定位轮的调整螺钉压紧右柔性铰链，调整右定位轮的调整螺钉的松紧改变右定位轮在机床主轴z轴方向的位置。

所述的左柔性铰链为c型结构，左柔性铰链上开有一个沉头孔，一个通孔ⅲ和一个螺纹孔ⅰ；左柔性铰链通过沉头孔与安装板定位连接，左定位轮由螺纹孔ⅰ定位和固定，与通孔ⅲ对应的安装板上相应的位置处有一个螺纹孔ⅱ，通过左定位轮的调整螺钉压紧左柔性铰链，调整左定位轮的调整螺钉的松紧改变左定位轮在机床主轴x轴方向的位置。

所述的左张紧轮机构和右张紧轮机构均由弹簧弹片和张紧轮组成，弹簧弹片为“z”字型，上端开有通孔ⅰ，下端开有通孔ⅱ，弹簧弹片通过通孔ⅱ固定在安装板上，张紧轮通过螺杆定位在通孔ⅰ上，螺杆上缠绕铁丝对张紧轮进行机床主轴x轴方向限位，使张紧轮不脱离螺杆；张紧轮的底部有一个聚四氟乙烯垫片，降低张紧轮转动时的摩擦，使张紧轮顺滑转动；弹簧弹片的姿态通过通孔ⅱ调整，更换不同厚度的弹簧弹片调整电极丝的张紧力。

所述的左导向轮机构和右导向轮机构均由底座、导向轮和两块毛毡垫组成，导向轮由螺杆定位在底座上，螺杆上缠绕铁丝对导向轮进行机床主轴x轴方向限位，使导向轮不脱离螺杆；导向轮的底部有一个聚四氟乙烯垫片，降低导向轮转动时的摩擦，使导向轮顺滑转动；两块毛毡垫通过螺钉固定在底座上，电极丝从两块毛毡垫中间通过，调整螺钉松紧使得电极丝获得预紧力。

本发明的线切割走丝装置利用电极丝代替传统的成形电极，利用电火花放电现象进行工件的切割加工。在加工过程中，电机带动收丝轮缓慢转动，带动电极丝运动。在高压脉冲电源的作用下，电极丝与工件之间产生火花放电，放电产生热量使工件表面融化去除。通过机床主轴以及柔性铰链可以调整电极丝的空间姿态，以满足加工要求。张紧轮机构可以提供自适应的张紧力，使电极丝走丝平稳，并抑制振动的产生。

本发明的线切割走丝装置能够实现电极丝走丝的自适应柔性调节，精细调整线切割电极丝空间姿态、张紧力大小与方向，有利于保持电极丝走丝平稳，实现精密加工。

附图说明

图1为本发明的线切割走丝装置结构示意图；

图中，1.电机2.收丝轮3.安装板4.储丝轮5.右导向轮机构6.右张紧轮机构7.右柔性铰链8.左柔性铰链9.左张紧轮机构10.左导向轮机构。

具体实施方式

下面结合附图与实例对本发明作进一步的说明。

应当指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

如图1所示，本发明的线切割走丝装置包括电机1、收丝轮2、安装板3、储丝轮4、右导向轮机构5、右张紧轮机构6、右柔性铰链7、左柔性铰链8、左张紧轮机构9和左导向轮机构10。安装板3顶部有一直径12mm圆柱，可以由机床夹持。储丝轮4底部有一个聚四氟乙烯垫片，可以减小储丝轮4旋转产生的摩擦力。储丝轮4通过螺纹孔定位在安装板3上，通过弹簧压紧固定并提供可调整的预紧力，使储丝轮4能够自由旋转又不会产生机床主轴x轴方向的位移。左导向轮机构10与右导向轮机构5各通过两螺纹孔定位与固定在安装板3上，左导向轮机构10与右导向轮机构5的底座分别开有两通孔与安装板3上的四个螺纹孔位置对应，其中两个螺纹孔用于定位与固定毛毡垫的位置，另两个个螺纹孔用于定位与固定左导向轮机构10与右导向轮机构5的位置。毛毡垫分上下两块，电极丝从中穿过，通过螺钉可以在两毛毡间提供可调整的压力，从而使电极丝产生可调整的摩擦力，达到对电极丝预紧的作用。左导向轮机构10与右导向轮机构5的作用是限制电极丝的空间位置，达到导向的作用。左张紧轮机构9和右张紧轮机构6包含一z型弹片与张紧轮，z型弹片通过螺纹孔固定在安装板3上，张紧轮通过z型弹片上螺纹孔定位在弹片上。左张紧轮机构9和右张紧轮机构6限制了电极丝的空间位置，在z型弹片的作用下产生自适应的张紧力。z型弹片可以绕螺纹孔旋转以调整空间姿态，从而调整电极丝张紧力的方向。可以选用不同规格的弹片以获得不同调整范围的张紧力。左柔性铰链8和右柔性铰链7各通过两螺纹孔定位和固定在安装板3上。左柔性铰链8和右柔性铰链7上有两个沉头孔，其孔径比螺钉直径大1.5mm，可以借此对柔性铰链的位置进行粗调。定位轮通过螺纹孔分别定位与固定在左柔性铰链8和右柔性铰链7上，其不能旋转。左柔性铰链微调8为c字型结构，通孔所对安装板位置有一螺纹孔，可以通过一调整螺钉压紧柔性铰链，改变调整螺钉的松紧，可以精调定位轮机床主轴x轴方向的位置。右柔性铰链7为c字型结构，通孔所对位置有另一螺纹孔，可以通过一调整螺钉压紧柔性铰链，改变调整螺钉的松紧，可以精调定位轮机床主轴z轴方向的位置。

电极丝缠绕在储丝轮4上，电机1带动储丝轮4顺时针旋转出丝，经由右导向轮机构5、右张紧轮机构6、右柔性铰链7、左柔性铰链8、左张紧轮机构9、左导向轮机构10，最终由收丝轮2缠绕回丝。装配完毕后，走丝装置由机床主轴夹持，首先通过主轴旋转调整走丝的空间姿态，调整安装板3与y-z平面平行，而后电机1上电，带动走丝运动，调整储丝轮4处弹簧、毛毡垫处螺钉以及z型弹片的空间姿态，使走丝能够顺畅平稳的走丝。最后通过调整左柔性铰链8和右柔性铰链7，调整电极丝x方向和z方向的空间姿态，使得电极丝与机床主轴y轴平行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该清楚，在本发明的技术方案基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍然在本发明的保护范围以内。