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往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机的设计研究

2017年06月22日 08:51  来源:中国数控机床网  人气:4112

  往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机的设计研究控制丝锯旋转,在二居数控工作台上实现对非金属硬脆材料的切割及曲线加工通过为用电镀金刚石内圆锯片切割硅片的原理图。电镀金刚石丝锯作为一种线型工具具有其它超硬材料电镀工具相同的加工性能,国内外已有许多以电镀金刚石丝锯为工具的加工设备的报道。虽然2往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机的设计以电镀金刚石丝锯做为工具的加工设备以其主运动形式的不同而有不同的结构特点。一般的可分为平动式和旋转式。平动式是指安装丝锯的机构做往复平动;旋转式是指丝锯在旋转机构带动下运动。此次我们设计的电镀金刚石丝锯数控切割机为平动式。

  2.结构特点示往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机结构简图。

  由图知该切割机在加工时由气缸带动安装有被弹簧张紧的丝锯的锯架以实现往复循环的切削运动。被加工材料安装在二维数控工作台上,由数控装置控制工作台实现一维或二维的进给,从而完成对被加工材料的直线或曲线的精密切魏该切割机有两个明显的特点。一是驱动装置采用气缸利用气缸速度可调、恒定的特性,保证丝锯可以不变。可调的切削速度实施对不同材料的切割加工。气缸两端的换向装置还可减小丝锯受到的换向冲击避免丝锯换向时因冲击力而被拉断。采用气缸为驱动装置对于已配有气源的场合特别适宜。二是利用步进电机带动丝锯不断地进行小角度转动实现‘自旋’,这可使镀有金刚石磨粒的多切削刃丝锯的各切削刃都能均匀地参与切削,减小单向切割机结构简图该切割机工艺范围较广它不但可对各种棒状及板状材料进行精密切友也可进行小孔研修。被加工材料的尺寸范围可根据气缸的行程、锯架的结构及工作台的移动距离形成不同的规格系列以适应不同的使用要求。

  2.气缸参数的选择及计算气缸的主要技术参数为缸径及行程行程是依据被加工圆柱形材料的最大直径确定的。本次设计的切割机可加工材料(如陶瓷棒)的最大直径70mm,故选气缸的行程为160mm缸径的大小决定了气缸输出力的大小它是由外载决定的。切割机切割时气缸所受的外载包括丝锯切割时的切削力锯架的重力、锯架沿导轨运动时移动副的摩擦力。为确定缸径的值,以锯架作为研究对象考虑锯架向上运动为气缸最大推力状态设气源供气压力为P气缸推力F气、丝锯锯切力为F线、锯架重力为G接触压力为N摩擦力为F摩摩擦系数为及各长度尺寸//,锯架受力状态及各参数表示见依据力及力矩的平衡原理,则有:省自然科学基金资助项目由F摩=PN由(2)式有:的试验才能找到各参数与生产率的关系。由于条件的限制我们F摩F气由于丝锯切割为以磨代切故可知F线很小且尸线  3加工工艺利用电镀金刚石丝锯对非金属材脆材料的加工工艺的研究,国内外均有报道。但这些研究主要针对高速旋转的长丝锯进行的。对于往复循环平动丝锯加工工艺的探讨因其机构少而不多见因此,当我们利用所设计的往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机对非金属硬脆材料加工时,各切削参数的选择无现成的经验可以借鉴探索性的实验是我们唯一的方法。丝锯切割是以磨代切故生产率是主要的技术指标v影响电镀金刚石丝锯切割生产率的因素很多,像切割速度、进给速度、电镀的金刚石磨粒的粒度与浓度等都对切割生产率的大小有较大的影响,只有通过大量只是在反复小型模拟实验的基础上,在选定的工艺参数下在所设计制造出的往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机上进行了陶瓷管切断和平板玻璃切割的实验对切割机的性能及切割生产率进行了初步的研究试验用电镀金刚石丝锯,钢丝直径为0. 5mm金刚石磨粒为150陶瓷管外径为<27mm,内径为felmm平板玻璃厚度为5mm切割长度为301mm切割工艺参数为,切断陶瓷管的切削速度为0.6m/s进给速度为3.2mm/min循环;切割玻璃的切削速度为0.8m/s进给速度为5. 6mm/min循环切割时用乳化液冷却。整个切割试验比较顺利,切割过程平稳正常。只是丝锯的张紧须十分小心。张紧力大切割中丝锯易被拉断张紧力小,进给时丝锯易被顶弯,使加工轨迹发生偏移。另外对于平动机构的切友由于丝锯短每一丝锯寿命相对较短,在切割长度较长和厚度较大材料时切割过程中须有更换丝锯过程增大了加工辅助时间,影响了生产率的提高。但就丝锯损耗情况而言,短丝锯在某些方面优于长丝锯的切割。经试验,以实际加工时间计算切断陶瓷管生产率为25mm2/min切割平板玻璃生产率为28mm2/min提高切削速度,可以提高生产率但平动机构的运动限制了速度的提高故不宜采用太高的切削速度。切割后陶瓷管及玻璃的表面粗糙度为Ra3.2~l.m,切断的陶瓷管见4结束语通过往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机的设计和对非金属硬脆材料的切割实验,可以看出,往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机结构设计合理,有其自身特点。在采用气缸作为驱动装置后使得整个机构紧凑、简单。这种结构形式便于小型化,提高经济性,特别适宜实验室的使用。该切割机工艺范围较广,以电镀金刚石丝锯为工具,可以对非金属硬脆材料及难加材料进行一维和二维的精密切割切割效率及切割精度均较高。利用该切割机还可以进行小孔的研修,这一点也有特别意义但该切割机也有缺陷平动机构的惯性限制了切削速度的提高大的换向冲击容易造成丝锯断裂,合理的工艺参数的选择及加工过程动态特性的研究还应进行大量的试验。总之,为使该切割机能真正的投入应甩还必须在结构形式(比如锯架采用吊装式)、部件材料的选用及工艺试验进行深入的工作。

(完)

 
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