大型工件局部加工的专用线切割机床设计

安福新 周永超 戚建伟

摘要：通过对大型机床改造、大型零部件局部加工的工况分析，并参考常规快走丝线切割机床切割原理，设计了一个2自由度钼丝主动进给的新型线切割机床。机床主要由主动进给机构、万向导向架、运丝机构及张紧机构组成。它可以实现大型部件加工时的钼丝主动进给功能。避免了由于大型工件转运、拆装带来的风险及费用，从而提高生产效率。

关键词：线切割；钼丝主动进给；大型工件加工

背景：我公司现有加工设备十米立车加工范围不能满足O形转子翻车机端环加工的要求，为适应新项目要求，公司决定将现有设备十米立车进行改造，将的两侧立柱与工件干涉处切除一部分以满足工件加工要求。机床立柱切割必须采用现场施工，施工空间小，且不可动火，切割面精度要求较高。

目前传统的机械加工方式是将工件装夹到机床上，利用工件或刀具的旋转及相对运动完成对工件的切削。此方式所面临的弊端是工件必须被装夹到机床上，这对大型工件或已经与其它部件组装成一体的大型组件加工来说难度较大，因为这样要求机床的行程较大且部件必须能够移动。对于不方便移动的部件就必须将这些部件从原设备上拆下，面临着较高的拆装工时费用及施工风险。

在此要求下设计了应用于此次改造的专用线切割机床。此设备能够在工件原地不动的情况下进行钼丝的主动进给，完成高精度的切割，且不会对十米立车机床其它部分产生影响。此设备结构紧凑、移动灵活，能够满足施工空间小的要求。此设备的应用能够很大程度上提高大型工件的加工精度，节约大型工件加工过程中的拆卸、转运、装卡工时及成本。

本课题研究依照线切割基本原理，包括：控制柜、X向工作台托板、Y向工作台托板、运丝机构、运丝托板、万向导向架、张紧机构、控制主机、切削液回收机构。

开发了新型的主动进给机构、万向导向架、运丝机构及张紧机构。

1.主动进给机构

图示中X向工作台托板2.Y向工作台托板3.运丝托板5为线切割系统的钼丝主动进给机构，为本新型机床的一个重点。以上三部分中，驱动电机采用BF反应式步进电机，具有定位精度高，同步运行性好，调速范围宽等特点，能保证机床加工精度；导轨全部采用轴承结构钢，淬火硬度保证在HRC56-60，保证导轨的耐磨性；丝杆选用高精度滚珠丝杆，摩擦力小，精度高，耐磨性强，使用寿命长。此部分新型的设计结构在各个部件的高精度配合下，实现了机床切割过程中钼丝的高精度进给运动，将传统的线切割机床的加工能力明显增大，传统线切割机床有机床载重量的限制，此项发明应用中工件将不再放置于床身上，完全消除了机床载重量限制，并且可以不移动工件。通过主动进给机构，实现工件在原地切割。

2.萬向导向架

万向导向架6进一步增加了“应用于大件加工的万能线切割机床”的加工范围，导向架6上装有精密分度装置，能够在0～90度范围内精确分度旋转，使钼丝能够在水平与竖直之间任意角度精确定位，结合X向工作台托板2、Y向工作台托板3、运丝托板5的三轴联动，能够切割出任意形状的倾斜斜面。此功能将机床的普通水平、竖直的平面加工扩展到能够加工任意角角度的斜面加工。

3.运丝机构及张紧机构

运丝机构4位于Y向工作台托板3之上，机床X、Y向的进给运动对运丝不会产生影响，张紧机构的自动张紧功能能够避免Z向进给运动对钼丝松紧度产生的影响。

1.控制柜，2.X向工作台托板，3.Y向工作台托板，4.运丝机构，5.运丝托板，6.万向导向架，其中张紧机构、控制主机、切削液回收机构未注出。

下面结合我公司十米立式车床改造为例，对此新机型的开发进行描述。需要被切割的十米立车立柱不能拆卸，必须原地切割，且切割部分为机床的立柱导轨部分，切割精度要求很高，不能采用锯切、火切、等低精度的切割。此新型机床自身结构紧凑，移动灵活，能够放到被切割的十米立车立柱旁边。机床通过X向工作台托板2.Y向工作台托板3.运丝托板5组成的线切割系统的钼丝主动进给机构中的步进电机驱动，实现了钼丝的高精度主动进给，在十米立车立柱原地不动的情况下进行高精度切割。

操作简要流程如下。

3.1.机床调整水平并进行固定。

3.2固定切削液收集装置。

3.3安装钼丝。

3.4进行切割。

如“图2”首先由X向工作台托板2中的步进电机进行驱动进给，进行水平切入路径a；路径a完成后，Y向工作台托板3中的步进电机进行驱动进给，进行竖直切割路径b；路径b完成后，X向工作台托板2中的步进电机进行驱动进给，进行竖直切割路径c。

4.结语

4.1实现了传统线切割所不能的钼丝的主动进给功能，为不能移动、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。

4.2万向导向架中包含的分度机构使机床的加工范围明显增大，实现了各种斜面的加工。

4.3此新型设备可广泛应用于大型设备改造、港口设备大型部件局部加工。