小型線切割機床裝絲支撐架的設計與研究

趙夫超，楊坤，吳福貴，畢忠良，許金煌

（1.安慶職業技術學院 機電工程學院，安徽 安慶 246003；2.安慶市鼎潤智能裝備制造有限公司，安徽 安慶 246003）

0 引言

裝備制造業為其他行業的發展提供先進裝備和零部件，其發展水平代表了國家或地區工業化、現代化的水平及綜合競爭力。高端裝備制造業主要是指裝備制造業的高端領域，其“高端”主要表現在以下三方面：一是在產業鏈中居于核心地位，發展水平決定了產業鏈的整體競爭力；二是技術含量高，表現為知識技術密集，體現了多領域、多學科高精尖技術的傳承；三是在價值鏈中體現出高附加值[1]。高端裝備制造業是“大國重器”的核心，是國家強盛的脊梁[2]。數控機床是高端裝備制造業的標志性產品之一，數控機床的自動化程度、工作范圍及加工精度是制造業發展水平的重要體現，也是核心決定性因素。以數控技術為控制核心的電加工設備，特別是數控線切割機床是數控機床重要的一個分支，數控線切割加工設備除具有數控切削機床的優點外，還具有傳統加工方法無法或難以完成的加工優勢：1）能加工精密、形狀復雜而細小的內、外形面結構的制件，加工精度可達到±0.01 mm、表面粗糙度達到Ra1.6 ～6.3 μm、窄縫尺寸可達到0.2 mm以下；2）可加工難以切削或無法切削的高強度、高熔點、高硬度材料，線切割加工的原理是在電極絲和工件之間接通脈沖電流，使工件局部產生高溫以熔化和氣化金屬進行加工成型，所以切割的工件材料不受強度、熔點和硬度的影響；3）可切割板料的厚度范圍較大，薄料可達0.1 mm，厚料可達350 mm ；4）自動化程度高、操作方便、加工周期短、成本低、安全性高，廣泛應用在模具等精密零部件的制造中[3]。

1 現行裝絲方式存在的弊端

線切割機床在首次使用時、電極絲折斷后或者機床使用時間太長，電極絲磨損變細，就會出現斷絲[4]。因此，需要在儲絲筒上安裝新的電極絲。為便于儲藏和運輸電極絲，在其出廠時均纏繞在塑料盤上，并在塑料盤外用塑料薄膜進行真空包裝，以防止電極絲被氧化[5]。

目前，線切割機床安裝電極絲的方式如圖1所示，先將電極絲連同塑料盤掛在機床的固定桿上，再將電極絲的一端纏繞在儲絲筒上的螺釘處，并擰緊螺釘進行固定；最后用一搖柄插進儲絲筒前端方桿上，左手握住搖柄帶動儲絲筒轉動、右手扶穩塑料盤并對塑料施加一定的按壓力，使電極絲處在張緊的狀態，將電極絲纏繞在儲絲筒上，整個裝絲過程存在如下的弊端。

圖1 現行裝絲方式

1）勞動強度大，操作易疲勞。操作者在安裝電極絲時，右手需要對塑料盤施加壓力，以保持電極絲處于張緊狀態，左手握住搖柄帶動儲絲筒旋轉，將塑料盤上的電極絲纏繞到儲絲筒上，由于右手壓下的塑料盤在電極絲的牽引下不停地在手上轉動，塑料盤與手部將長時間產生摩擦，手部將會發熱，易于疲勞[6-9]。左手在搖動儲絲筒時，同樣要施加恒定轉矩，勞動強度大。且旋轉速度不宜太快，否則右手發熱過高，更容易疲勞。

2）裝絲質量與效率取決于操作者的熟練程度。裝絲時，要求電極絲在儲絲筒上排布緊密、整齊，不能出現壓絲、裹絲、疏密不均勻、過松和過緊等現象。裝絲操作對操作者的技術經驗要求較高，兩手的配合默契程度與施加力大小都會影響裝絲質量和裝絲效率。在教學和生產中，由于初學者缺乏經驗，裝絲操作過程經常出現電極絲纏繞松弛、分布不均勻，裝絲耗時太長等問題，從而影響到教學進度和生產效率。

3）費時、費工和費料。裝絲時間不僅取決于裝絲量的大小，還取決于操作者的熟練程度及操作是否順利[10]。在正常操作情況下，安裝一次約50 m長的電極絲需要8～10 min（包括準備時間）；如果在裝絲過程出現電極絲分布不均勻或存在壓絲和裹絲等現象，需要對電極絲進行二次排布、張緊，所需時間要為正常裝絲的2倍；若裝絲時出現多處裹絲現象，需要對電極絲進行報廢，卸下電極絲，重新安裝，這不僅費時、費力，且帶來不必要的浪費，致使加工或教學成本增加。

2 設計過程

基于教師在實踐教學過程中發現與總結的問題，本研究設計了一種結構簡單、操作方便和使用成本低的線切割機床的裝絲支撐架，它可有效解決手持電極絲的塑料盤進行裝絲帶來的操作不便和安裝質量不穩定等技術問題，從而可提高生產效率，也可保證教學進度。

2.1 結構設計

裝絲支撐架的結構包括支撐軸、支撐輪、擋板、左支板、右支板和磁力吸盤，支撐輪通過軸承設置在支撐軸上，支撐輪的一端設有圓形擋圈；擋板也設在支撐軸上，并靠近支撐輪的另一端；左支板和右支板的上端分別設有左支撐孔和右支撐孔，支撐軸的兩端分別穿過左支撐孔和右支撐孔后設有墊片和螺母，左支板和右支板的下端分別設有左托臺和右托臺，左托臺和右托臺的之間設有磁力吸盤，磁力吸盤的兩側分別設有卡槽一和卡槽二，左托臺和右托臺分別卡在卡槽一和卡槽二內。

擋板的上方設有階梯型制動孔，制動孔內設有圓形制動桿，制動桿上設有復位彈簧，制動桿的一端設有橡膠塊，另一端設有壓塊。左托臺上設有螺釘孔，螺釘孔內設有夾緊螺釘。

采用上述結構的裝絲支撐架進行電極絲安裝，其優勢體現在結構簡單、體積小、質量輕、成本低、操作方便，電極絲安裝質量高，只需一人即可完成操作。

裝絲支撐架的結構如圖2、圖3所示。

2.2 操作過程

由圖2和圖3可見，本文設計的線切割機床的裝絲支撐架包括支撐軸1、支撐輪2、擋板3、左支板5、右支板5′和磁力吸盤6，支撐輪2通過軸承設置在支撐軸1上，支撐輪2的一端設有圓形擋圈21；擋板3也設在支撐軸1上，并靠近支撐輪2的另一端；左支板5和右支板5′的上端分別設有左支撐孔52 和右支撐孔52′，支撐軸1的兩端分別穿過左支撐孔52和右支撐孔52′后設有墊片和螺母，左支板5和右支板5′的下端分別設有左托臺51和右托臺51′，左托臺51和右托51′的之間設有磁力吸盤6，磁力吸盤6的兩側分別設有卡槽一61和卡槽二62。

圖2 裝絲支撐架的結構示意圖

圖3 裝絲支撐架左視圖

操作過程為：1）將電極絲的塑料盤安裝在支撐輪2上，打開磁力吸盤6，將支撐架臨時放置在線切割機床的儲絲筒一側的面板上；將電極絲的一端穿過導絲輪后固定在儲絲筒一端的螺釘上，并擰緊螺釘；2）將支撐架固定在機床的操作臺上，并使制動桿4的壓塊43對著操作者；3）啟動儲絲筒的驅動電動機，開始裝絲；4）當電極絲安裝的長度達到使用要求時，應一手按下機床電動機的停止按鈕，另一手緩慢按下壓塊43，使儲絲筒和支撐輪2同步停下；5）剪斷電極絲，取下支撐架，即可完成電極絲的安裝過程。

為了使電極絲的塑料盤能及時停下，擋板3的上方設有階梯型制動孔31，制動孔31內布有圓形制動桿4，制動桿4上設有復位彈簧41，制動桿4的一端設有橡膠塊42，另一端設有壓塊43，操作時，用手按下壓塊43，電極絲的塑料盤與橡膠塊42的摩擦壓力下，將會及時停止轉動。松開壓塊43，制動桿4在復位彈簧41的作用下回到初始位置。

左托臺51′上設有螺釘孔53′，螺釘孔53′內設有夾緊螺釘54′，為確保支撐架在工作時的穩定性，左托臺51和右托臺51′分別卡在卡槽一61和卡槽二62內，并通過夾緊螺釘54′使左支板5和右支板5′固定在磁力吸盤6的兩側。

3 結語

線切割機床裝絲方式的自動化程度將關系到企業的生產進度[11]，關系到生產成本控制，關系到生產過程的安全性，也會影響實踐教學的進度。本研究設計的裝絲支撐架可解決手動裝絲存在的弊端，提高線切割機床的自動化水平。該支撐架已獲得國家發明專利授權（專利號為ZL201410501462.1），產品正在試制中，且與本地一家模具制造類企業初步達成成果推廣應用協議。