循环单向走丝电火花线切割加工装置研制

发布时间：2017-11-01 10:04

  本文关键词：循环单向走丝电火花线切割加工装置研制

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【摘要】：电火花线切割加工是应用最为广泛的特种加工技术之一,基本工作原理是以移动的细金属丝为电极,借助现代数控技术、脉冲电源技术等实现工件的电火花放电切割加工。该技术被广泛应用于难加工材料、模具制造、成型刀具以及精密零部件加工等领域。然而电火花线切割技术发展至今,国内线切割机仍采用传统的走丝方式和数控系统架构,已远不能满足互联网时代用户对于制造的高精度、高智能、低成本和开放性管理需求。因此开发新型线切割走丝方式和新型数控系统具有非常重要的意义。本文旨在研制新型线切割加工装置,主要从循环单向走丝系统和基于HTML5的线切割数控系统两方面展开研究,并解决相关的技术问题。首先,设计并实现了循环单向走丝系统,包括走丝机构和导丝机构。基于空间螺旋线形成原理,设计了由6根导丝杆组成的走丝机构方案。采用了导丝杆轴套和空间交错轴布局方案,构建了新型走丝机构三维模型并加工、装配得到机构原型样机。提出双平面导丝方案实现电极丝双平面运动。设计了双边紧丝方式恒张力控制方法。对电极丝运动过程中可能存在的打滑问题进行建模分析,提出了防止打滑的技术措施;进行了打滑实验分析,得到打滑率的回归方程。其次,利用现代网络技术,提出了基于HTML5的线切割数控系统整体架构。基于HTML5+CSS3+Java Script设计了运行在Web浏览器上的客户端界面,实现数控系统人机交互及数据处理功能。基于Raspberry Pi+嵌入式Linux操作系统设计了数控系统服务器,实现机床运动控制及I/O控制。基于Web Socket设计了网络实时通信模块,实现客户端与服务器之间的数据交互。设计了数控代码解释器,基于单位弧长增量插补法设计了数控插补器,基于平均电压检测方法设计了放电状态检测模块,设计了压频转换电路模块实现电极丝自动进给控制和短路回退功能。为了增强系统的可靠性和抗干扰能力,所有设计的I/O电路都使用光电隔离技术。设计了循环单向走丝线切割辅助功能模块,包括脉冲电源和电极丝激光焊接方案。利用脉冲信号控制板、放电功率板等完成了线切割加工脉冲电源的设计与搭建,并实现了电参数可调。设计了电极丝激光焊接方案,主要包括激光器及光路系统、氩气保护装置、焊接机构和焊接控制器,最后搭建实验平台进行电极丝焊接实验。最后,利用新型循环单向走丝线切割走丝系统、基于HTML5的线切割数控系统以及脉冲电源,搭建一个新型循环单向走丝线切割加工装置,并通过加工实验验证了该加工装置的可行性。
【关键词】：电火花线切割 循环单向走丝 基于HTML5数控系统 脉冲电源 电极丝焊接
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG484
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 电火花线切割加工概述11-12
• 1.2 电火花线切割机床发展现状12-17
• 1.2.1 单向走丝电火花线切割机床发展现状13-16
• 1.2.2 往复走丝电火花线切割机床发展现状16-17
• 1.3 电火花线切割走丝系统技术现状17-20
• 1.3.1 线切割走丝技术发展现状17-19
• 1.3.2 线切割走丝系统研究现状19-20
• 1.4 数控系统发展现状20-23
• 1.4.1 基于嵌入式Linux数控系统研究现状20-22
• 1.4.2 C/S到B/S结构模式转换22-23
• 1.4.3 基于Web技术的数控系统研究现状23
• 1.5 课题研究意义23-24
• 1.6 课题研究内容24-26
• 第二章 循环单向走丝电火花线切割走丝系统设计26-49
• 2.1 循环单向走丝电火花线切割加工装置总体方案26-27
• 2.2 循环单向走丝电火花线切割走丝机构设计27-37
• 2.2.1 循环单向走丝方式实现的可行性27-28
• 2.2.2 双曲面上空间螺旋线形成原理28-29
• 2.2.3 循环单向走丝机构简化方案设计29-31
• 2.2.4 循环单向走丝机构走丝原理31-32
• 2.2.5 循环单向走丝机构具体方案设计32-34
• 2.2.6 主轴设计及校核34-37
• 2.2.7 循环单向走丝机构实现37
• 2.3 导丝机构设计37-43
• 2.3.1 导丝机构的设计准则38
• 2.3.2 电极丝恒张力控制设计38-40
• 2.3.3 双平面走丝方案设计40
• 2.3.4 高精度V型导轮40-41
• 2.3.5 导丝机构总体方案设计及实现41-43
• 2.4 走丝机构走丝过程打滑分析43-48
• 2.4.1 打滑模型建立43-44
• 2.4.2 实验分析44-48
• 2.5 本章小结48-49
• 第三章 基于HTML5的循环单向走丝线切割数控系统设计49-69
• 3.1 数控系统整体架构设计49-51
• 3.2 基于WebSocket的网络实时通信51-54
• 3.3 数控系统平台搭建54-56
• 3.3.1 树莓派上Linux操作系统安装54-55
• 3.3.2 树莓派GPIO控制55-56
• 3.4 基于HTML5的数控系统功能设计56-61
• 3.4.1 Web客户端界面设计56-57
• 3.4.2 图形文件处理及加工轨迹仿真57-58
• 3.4.3 数控代码解释器设计58-60
• 3.4.4 数控系统插补器设计60-61
• 3.5 放电状态检测及电极丝自动进给控制设计61-68
• 3.5.1 放电状态检测61-63
• 3.5.2 压频转换方法63-65
• 3.5.3 数控系统基本功能实现65-67
• 3.5.4 光电隔离电路设计67-68
• 3.6 本章小结68-69
• 第四章 循环单向走丝线切割辅助功能模块设计69-77
• 4.1 脉冲电源设计69-72
• 4.1.1 脉冲电源选择及要求69-70
• 4.1.2 线切割加工电参数选择70
• 4.1.3 脉冲电源搭建与测试70-72
• 4.2 电极丝激光焊接方案设计72-76
• 4.2.1 电极丝焊接方法72
• 4.2.2 电极丝焊接方案设计72-73
• 4.2.3 焊接机构设计73-74
• 4.2.4 焊接控制器设计74-75
• 4.2.5 电极丝焊接实验75-76
• 4.3 本章小结76-77
• 第五章 循环单向走丝线切割加工实验验证77-81
• 5.1 循环单向走丝线切割加工装置搭建77-78
• 5.2 循环单向走丝线切割加工实验78-80
• 5.2.1 加工实验设计78-79
• 5.2.2 实验结果与结论79-80
• 5.3 本章小结80-81
• 第六章 研究总结及展望81-83
• 6.1 研究成果81
• 6.2 创新点81
• 6.3 后续研究工作81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士学位期间的学术成果88-90

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本文编号：1126318